طراحی و شبیه سازی سامانه میکروفلوئیدیک تولید قطره جهت کپسولی کردن باکتری ها به عنوان پیش گام مهم برای تشخیص عفونت

افزایش جهانی عفونت های باکتریایی، به ویژه عفونت های دستگاه ادراری، نیاز به روش های تشخیصی سریع، حساس و کم تهاجمی را بیش از پیش برجسته کرده است. با وجود توسعه روش های متداولی نظیر کشت و PCR، این رویکردها عمدتا با محدودیت هایی از جمله حساسیت ناکافی، مصرف بالای نمونه و عدم توانایی تشخیص در سطح تک سلول مواجه اند. در سال های اخیر، سامانه های میکروفلوئیدیک به عنوان جایگزینی نوین، امکان کاهش حجم نمونه، افزایش دقت و یکپارچه سازی مراحل تشخیص را فراهم کرده اند. در این میان، میکروفلوئیدیک مبتنی بر قطره با کپسولی سازی نمونه ها در قطرات با حجم نانولیتر تا پیکولیتر، جهشی اساسی در دستیابی به آنالیز تک سلولی، افزایش توان عملیاتی و کاهش آلودگی متقاطع ایجاد کرده است. این پژوهش بر شبیه سازی عددی دوبعدی و سه بعدی فرآیند تولید قطره آب در روغن در یک ساختار میکروفلوئیدیک متمرکزکننده جریان معطوف است. هدف اصلی، بررسی دقیق دینامیک تشکیل قطره و ایجاد کنترل پیش بینانه بر اندازه، یکنواختی و فرکانس تولید قطرات، به منظور کپسولی سازی منفرد باکتری های بیماری زا است. شبیه سازی ها با استفاده از مدل های دوفازی ناویر-استوکس و روش ردیابی سطح مشترک انجام شده و اثر پارامترهای هیدرودینامیک جریان بر قطر موثر قطرات به صورت کمی تحلیل شده است. نتایج نشان می دهد که چارچوب پیشنهادی قادر به گیراندازی ذرات باکتری در سطح تک سلولی بوده و با داده های تجربی هم خوانی مناسبی دارد. این رویکرد، بستر قابل اعتمادی برای توسعه سامانه های تشخیص بسیار حساس در بالین بیمار فراهم می کند و می تواند نقش موثری در تشخیص زودهنگام و تصمیم گیری بالینی ایفا کند.

کلیدواژه ها:

میکروفلوئیدیک ، تولید قطره ، شبیه سازی المان محدود ، کپسولی کردن ذرات ، تجزیه وتحلیل تک سلولی