Μαθηματική προτυποποίηση και προσομοίωση μικρορευστονικής διάταξης διαχωρισμού σπανίων κυττάρων με τη βοήθεια αλληλεπίδρασης κυττάρων-τοιχωμάτων

Σαβρανάκης, Μάριος; Savranakis, Marios

dc.contributor.author	Σαβρανάκης, Μάριος	el
dc.contributor.author	Savranakis, Marios	en
dc.date.accessioned	2022-02-01T16:36:54Z
dc.date.available	2022-02-01T16:36:54Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/54511
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.22209
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Μικροσυστήματα και Νανοδιατάξεις”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Μικρορευστονική	el
dc.subject	Διαχωρισμός	el
dc.subject	Ψαροκόκκαλο	el
dc.subject	Σπάνια κύτταρα	el
dc.subject	Προσομοίωση	el
dc.subject	Microfluidics	en
dc.subject	Separation	en
dc.subject	Herringbone	en
dc.subject	Rare cells	en
dc.subject	Simulation	en
dc.title	Μαθηματική προτυποποίηση και προσομοίωση μικρορευστονικής διάταξης διαχωρισμού σπανίων κυττάρων με τη βοήθεια αλληλεπίδρασης κυττάρων-τοιχωμάτων	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Μηχανική Ρευστών	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021
heal.abstract	Rare cells separation and analysis has received increasing research interest, due to their important diagnostic and prognostic value. Their use as cancer metastasis biomarkers, as well as detectors for virus infected cells presented in the circulatory system, such as HIV, are only some of their applications depicting the constant need to find the proper separation and analysis method. Several such methods have been developed by scientists for separating and analysing rare cells. Some of them exploit physical characteristics or electrochemical properties of rare cells and others make use of physical or artificial antibodies which are placed on the internal walls of microfluidic devices. The purpose of this study was the computational analysis of rare cells separation, with the use of an immunochemical method (use of antibodies), in a microfluidic device with herringbone grooves on the bottom. Chaotic advection caused by the herringbone grooves increases the interaction of cells with the activated device walls. The herringbone pattern device is composed by a unit cell containing 2 sequential rows of herringbone grooves, reversed towards their centerline. The sides of herringbone grooves were generated with an asymmetry factor. Cells were approached as particles. Continuity and Navier-Stokes equations were numerically solved, in order to calculate particles trajectories. Moreover, Eikonal equation was solved, in order to calculate the distance between particle trajectories and device walls. A particle was considered as sticking, when its distance from the device walls was less than its radius. The results showed important interaction of the particles with the bottom wall of the herringbone patterned device (including herringbone grooves), in which the percentage of sticking particles was maximum. In addition, results indicated a decrease in the percentage of sticking particles, while there was a decrease in their radius. Furthermore, as the height of main channel was increased, a drop in the percentage of sticking particles was found. Finally, it was determined that 5-unit cells (a channel with length of 10 mm), could result to a sticking particle percentage of more than 90%.	en
heal.abstract	Ο διαχωρισμός και η ανάλυση των σπανίων κυττάρων έχει προκαλέσει το ερευνητικό ενδιαφέρον, λόγω της ισχυρής τους διαγνωστικής και προγνωστικής αξίας. Πιο συγκεκριμένα, η χρήση τους ως βιοδείκτες για την ύπαρξη καρκινικών μεταστάσεων, καθώς και για την ανίχνευση μολυσμένων κυττάρων στο κυκλοφορικό σύστημα από ιό, όπως ο HIV, είναι μόνο μερικές από τις εφαρμογές τους, που συνηγορούν στην αναγκαιότητα εύρεσης μεθόδων για το διαχωρισμό τους και στη συνέχεια την ανάλυση τους. Διάφορες τέτοιες μέθοδοι έχουν αναπτυχθεί από τους επιστήμονες για την απομόνωση και ανάλυση σπανίων κυττάρων. Κάποιες εκμεταλλεύονται τα φυσικά χαρακτηριστικά ή τις ηλεκτροχημικές ιδιότητες των σπάνιων κυττάρων και άλλες κάνουν χρήση φυσικών ή τεχνητών αντισωμάτων που τοποθετούνται στα εσωτερικά τοιχώματα των διατάξεων διαχωρισμού. Ο σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η υπολογιστική ανάλυση διαχωρισμού σπανίων κυττάρων με ανοσοχημική μέθοδο (με χρήση αντισωμάτων) σε διάταξη με ανάγλυφο γεωμετρίας ψαροκόκαλου. Η χαοτική συναγωγή που προκαλείται από την ύπαρξη του ανάγλυφου αυξάνει την αλληλεπίδραση των κυττάρων με τα ενεργοποιημένα τοιχώματα της διάταξης. Η διάταξη με ανάγλυφο ψαροκόκκαλου που μελετήθηκε, αποτελείται από μία δομική μονάδα, η οποία περιλαμβάνει 2 διαδοχικές σειρές με ανάγλυφα αυλάκια ψαροκόκαλου, ενώ οι σειρές ήταν ανεστραμμένες ως προς το κέντρο τους. Οι πλευρές των αυλακίων ήταν κατασκευασμένες με ένα παράγοντα ασυμμετρίας. Τα κύτταρα προσεγγίστηκαν ως σωματίδια αμελητέας μάζας. Επιλύθηκαν η εξίσωση της συνέχειας και οι εξισώσεις Navier-Stokes και υπολογίστηκαν οι τροχιές των σωματιδίων. Επιπλέον, επιλύθηκε και η εξίσωση Eikonal για την εύρεση της απόστασης από τα τοιχώματα της διάταξης. Για την επικόλληση των σωματιδίων στα τοιχώματα της διάταξης, έγινε η υπόθεση ότι όταν ένα σωματίδιο απέχει απόσταση από ένα τοίχωμα μικρότερη από την ακτίνα του, τότε αυτό κολλάει στο τοίχωμα. Τα αποτελέσματα έδειξαν σημαντική αλληλεπίδραση των σωματιδίων με το κάτω τοίχωμα της διάταξης (που περιέχει το ανάγλυφο ψαροκόκαλου), παρουσιάζοντας το μεγαλύτερο ποσοστό προσκόλλησης. Παρατηρήθηκε επίσης μείωση στο ποσοστό προσκόλλησης των σωματιδίων καθώς μειώνονται οι ακτίνες των σωματιδίων αλλά και καθώς αυξάνεται το ύψος του κύριου καναλιού. Τέλος, σύμφωνα με τα αποτελέσματα χρειάστηκαν 5 δομικές μονάδες (κανάλι με μήκος 10 mm), ώστε να επιτευχθεί προσκόλληση > 90% των εισερχόμενων σωματιδίων.	el
heal.advisorName	Κόκκορης, Γεώργιος
heal.committeeMemberName	Κόκκορης, Γεώργιος
heal.committeeMemberName	Τσερέπη, Αγγελική
heal.committeeMemberName	Μαθιουλάκης, Δημήτριος
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	68 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false