İn vitro çalışmalarda fotoakustik görüntüleme tekniği kullanarak diyabetes mellitus'un erken tanısı üzerine simülasyon çalışması
Simulation study on early diagnosis of diabetes mellitus using photoacoustic imaging for in vitro studies
Yazar: HAJER AL-JEBURY
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HAYRİYE ALTURAL ÖZKAN
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Biyofizik = Biophysics ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Üç boyutlu simulasyon = Three dimensional simulation

Özet:
Çalışmamız, COMSOL çoklu fizik platformunda sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak üç boyutlu yüzey akustik dalga (YAD) geciktirme hattı aygıtının benzetimi ve modellenmesini, YAD aygıtının akuztoforez kuvvet etkisi kullanılarak ayırma etkisi karakterizasyonlarının incelenmesini ve YAD aygıtında bir lazer kullanarak fotoakustik etkiyi sunmaktadır. Çalışma, YAD aygıtının (akustik, mekanik, elektrik ve optik karakterizasyonları) üç durumda
incelenmesini irdelemektedir: mikroakışkansız, mikroakışkanlı, lazer temelli mikroakışkanlı. Burada bu aygıt iki çift alüminyum geçmeli tarak yapılı dönüştürücülü (IDT) bir alüminyum nitrür (AlN) ince film malzemesinden, mikroakışkan çip polidimetilsiloksan'dan (PDMS) yapılmıştır ve lazer 10 W gücünde bir Gauss fonksiyonlu ısı kaynağı olarak uygulanmıştır. PDMS mikroakışkan çip, sıvı ve hücreler (ikinci durumda beyaz kan hücreleri (BKH'ler),
kırmızı kan hücreleri (KKH'ler), trombositler içeren kan sıvısı ve üçüncü durumda diyabetik ve normal KKH içeren su sıvısı) kullanılarak benzetim yapılmıştır. İlk durumda YAD aygıtının elektriksel karakterizasyonlarının sonuçları saçılım-admitans parametreleri, hızlı Fourier dönüşümü (FFT) kullanılarak ekleme kaybı, tüm durumlar için giriş-çıkış elektrik voltajları ve elektrik enerjisini içerir. Mekanik karakterizasyonlar ilk durumda FFT kullanarak
kalite faktörü, tüm durumlar için yer değiştirmeler, mekanik olarak depolanan enerji ve her iki IDT'deki basınç gerilimini içerir. Akustik karakterizasyonlara gelince, farklı malzeme domenlerinin basınç akustiğini içerir. Akuztoforez için ikinci durumda kuvvet etkisi, hücre sayımı, hücrenin hızı, mikroakışkan kanal içinde akuztoforetik kuvvet, sürükleme kuvveti ve toplam kuvvet olarak çalışılmıştır. Üçüncü duruma gelince, sıcaklık ve ısı kaynağı etkileri diyabetik ve normal KKH üzerinde çalışılmıştır.

Abstract:
Our study has presented the simulation and modeling of three dimensional surface acoustic wave (SAW) delay line device using finite elements method in the COMSOL Multiphysics platform, the investigation of separation characterizations using the acoustophoresis force effect of SAW device and the photoacoustic effect using a laser in SAW. The study addresses the investigation of the SAW device (acoustic, mechanical, electrical and optical
characterizations) in three cases: without microfluidics, with microfluidics, with laser based microfluidics. Here this device is made of a thin film of aluminum nitride (AlN) material with two pairs of aluminum interdigital transducers (IDTs), microfluidic chip is made of polydimethylsiloxane (PDMS) and the laser is applied as a heat source of Gaussian function with power 10 W. The PDMS microfluidic chip is simulated using fluid and cells (blood fluid with white blood cells (WBCs), red blood cells (RBCs), platelets in the second case, and water fluid with diabetic and normal RBC in the third case). The results of electrical characterizations of the SAW device in the first case include scatter-admittance parameters, insertion loss using fast Fourier transform (FFT), for all cases the input-output electrical voltages and electrical energy. The mechanical characterizations include quality factor using FFT in the first case, for all cases the displacements, mechanically stored energy and pressure stress in both IDTs. As for acoustic characterizations, they include pressure acoustic of different material domains. For acoustophoresis force effect in the second case has been studied as cell counting, velocity of cell, acoustophoretic force, drag force and total force in microfluidic channel. As for third case, temperature and heat source effects are studied on diabetic and normal RBC.