Mikroakışkan çip tasarımı ve analizi
Microfluidics chip desing and analysis
Yazar: İSMET ÜNALLI
Danışman: DOÇ. SEZGİN ERSOY ; DR. ÖĞR. ÜYESİ İSHAK ERTUĞRUL
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering

Özet:
Mikro Elektro-Mekanik Sistemler (MEMS), bileşenlerin özellik boyutunun ve çalıştırılma aralığının mikro ölçekte olduğu bir elektromekanik entegre sistemidir. Geleneksel mekanik işlemenin aksine, MEMS cihazının üretimi, entegre bir devre ile uyumlu olabilen, yüzey mikro işleme ve toplu mikro işleme içeren yarı iletken üretim işlemini kullanır. Bu cihazlar veya sistemler mikro ölçekte algılama, kontrol etme, harekete geçirme ve makro ölçekte etkiler oluşturma yeteneğine sahiptir.
Mikroakışkan çipler, mikro-litre ve hatta daha da küçük seviyelerdeki akışkanların, mikro büyüklükteki(yaklaşık olarak bir metrenin milyonda biri büyüklükte) kanallar içerisindeki akışkanların kontrol edilebilmesini veya hareket ettirebilmesini gerçekleştirebilen sistemlerdir. (Mikroakışkan çipleri büyük ölçekli ürünlere benzetilecek olduğunda su hortumlarına veya su kanallarına benzetebiliriz.) Mikroakışkan çipler büyük ölçekteki örneklerde olduğu gibi akışkan sıvıların hareketini gözlemlemek ve kontrol edebilmek amacı için kullanılan mikro seviyedeki sistemlerdir. Bu sistemler yani mikroakışkan çip teknolojisi, son yıllarda biyokimya ve biyomühendislik gibi alanlarda analizler için oldukça popüler hale gelmiştir. Kimyasal reaktörler, ısı eşanjörleri, ayırıcılar ve karıştırıcılar gibi kimyasal bir proseste yer alan tüm ekipmanlarda bulunmaktadır. Son zamanlarda yapay organ üretimi gibi konularda da giderek popüleritisini artırmaktadır. Aynı zamanda önümüzdeki süreçlerde mikroakışkan teknolojisi hemen hemen her insan da bulunacak ve bu mikroakışkan çipler insan vücudundan nabız, kan akışı, kan basıncı gibi verilerin anlık olarak kontrolünün sağlanması ve gerekli yerlere gerekirse konum-lokasyon gönderimi gibi verileri iletilmesi söz konusu durumdadır.
Bu projede ele alınacak konu ise şu şekildedir, üç farklı mikroakışkan çip tasarlanmıştır. Mikroakışkan tasarımının gerçekleşeceği herhangi bir üç boyutlu çizim ortamına ihtiyaç duyulacaktır. Burada kullanılabilecek olan programlar, Catia, PTC Creo, NX, Invertor ve SolidWorks ve türevleridir.  Bu üç boyutlu ortamların herhangi birinde tamamlanan tasarım ile ön analiz ve sanal fiziksel ortamda test edilmesi gerekmektedir (Elektriksel, ısı, basınç, akış gibi birçok farklı analize elverişli olan bir program ile denemeler ve ölçümler gerçekleşecektir.). Yapılacak olan testler ve denemeler için Comsol Multiphysics programından destek alınacaktır. Üç boyutlu ortamda tasarlanan çipin fiziksel basınç, akış gibi testlerini ön izlemek ve değerlendirmek için destek alınacaktır. Yapılan özgün tasarım sonrasında aslında laboratuvar ortamındaki birleştirmelerin bir modellemesine benzetilebilir şekilde ancak hacim konusu çok çok küçük nano ya da mikro litreler seviyesinde örnek akışkan modeli kullanılarak, mikro kanallardan malzemeye ve zamana bağlı olarak basınç ve hız testleri yapılmıştır. Aynı zamanda basıncın değişimine göre giriş kanallarındaki ve çıkış kanalındaki akışkanların akış yönleri de gözlemlenmiştir.

Abstract:
Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) is an electromechanical integrated system where the feature size and operating range of the components are on a micro scale. Unlike conventional mechanical processing, the production of the MEMS device uses semiconductor manufacturing, which includes surface microprocessing and batch microprocessing, which can be compatible with an integrated circuit. These devices or systems have the ability to detect, control, activate, and create macro scale effects.
Microfluidics chips are systems that enable microliters and smaller volumes of fluids to be controlled and moved within micro-scale (one millionth of a meter) channels. (We can compare it to microfluidics chips on a macro scale, like pipes or plumbing in homes.) Microfluidics chips are small chip systems that are used to monitor, control and control the flow of liquids, as in macro-scale examples, but a millionth of a meter. These systems, microfluidic chip technology, have become very popular for analysis in areas such as biochemistry and bioengineering in recent years. Chemical reactors are found in all equipment involved in a chemical process, such as heat exchangers, separators and mixers. Recently, it has been increasing its popularity in subjects such as artificial organ production. At the same time, microfluidic technology will be found in almost every person in the upcoming processes, and these microfluidic chips are instantly controlled from the human body, such as pulse, blood flow, blood pressure, and transmitting data such as location and location to the required locations. 
The subject to be handled in this project is as follows, three different microfluidic chips are designed. Any three-dimensional drawing environment where microfluidic design will take place will be needed. Some programs that can be used here like Catia, PTC Creo, NX, Invertor and SolidWorks and derivatives. The design completed in any of these three-dimensional environments requires preliminary analysis and testing in a virtual physical environment. For test and trials need a program so, we helped a program for testing by Comsol Multiphysics to obtain and preview also evaluate the designed chips in pressure and velocity. After the original design, pressure and velocity tests were carried out depending on the material and time from micro channels by using a sample fluid model, which is similar to a modeling of the combinations in the laboratory environment, but with a very small nano- or micro-liter level. At the same time, the flow directions of the fluids in the inlet and outlet channels are observed according to the change of pressure.