شبيه سازي جداسازي اسپرم هاي متحرك در يك تراشه ميكروسيالي به كمك ويژگي ذاتي

Simulation of motile sperms separation in a microfluidic chip using intrinsic characteristics

از روش هاي ميكروسيالي براي افزايش نرخ راندمان جداسازي استفاده مي شود كه به دو صورت روش فعال و غير فعال است. در روش غيرفعال بر خلاف روش فعال هيچ گونه نيروي خارجي وجود ندارد و جداسازي بر اساس ويژگي ذاتي اسپرم و هندسه ميكروكانال است و سعي مي شود هرگونه ريسك و آسيب به ساختار DNA را تا حد ممكن كاهش يابد. در مطالعه پيش رو با استفاده از تراشه ميكروسيالي به روش غيرفعال با ابعاد هندسي مشخص در ابتدا طرح تراشه به گونه‌اي در نظر گرفته شده است كه اسپرم‌هاي متحرك و بارور بتوانند از طريق شناي ذاتي خود، نسبت به اسپرم‌هاي كم تحرك و نابارور متمايز باشند. بدين منظور با انجام شبيه سازي سه بعدي تراشه به بررسي سازگاري با ويژگي هاي ذاتي اسپرم پرداخته شده و با تعريف دبي بهينه ورودي براي جريان بافر و اسپرم و با استفاده از كوپل نيرويي معادلات پخش و همرفتي جرمي، نيرويي به نام نيروي ديفيوزوفورسيس تعريف مي‌گردد. همچنين ساير نيروهاي موثر در روند شبيه سازي اعمال شده و سپس رديابي ذرات نفوذ كرده انجام مي شود. با بررسي نتايج مشاهده مي شود كه علاوه بر استفاده از ويژگي هاي ذاتي اسپرم با حفظ تماميت DNA اسپرم ها و كاهش زمان جداسازي، اسپرم هاي سالم و بارور با عبور از غلاف جريان و انجام عمل رئوتاكسي و شنا كناره ديواره به سمت خروجي مورد نظر حركت مي كنند.

Microfluidic methods are used to increase separation efficiency by active and passive methods. Unlike the active method, there is no external force in the passive method, and the separation is based on the inherent characteristics of the sperm and microchannel geometry. Therefore, attempts are made to reduce any risk and damage to the DNA structure as much as possible. In the upcoming study, using a passive microfluidic chip with specific geometrical dimensions, the chip s design has been considered so that motile and fertile sperms can be distinguished from non-motile and infertile sperms through their inherent swimming. For this purpose, by carrying out a 3D simulation of the chip, the compatibility with the inherent characteristics of sperm was investigated, and by defining the optimal flow rate of the input for the flow of buffer and sperm and using the force couple of diffusion, and mass convection equations, a force called diffusiophoresis force was defined. Also, other effective forces are applied in the simulation process, and then tracking penetrated particles is done. By examining the results, it can be seen that in addition to using the inherent characteristics of sperm by maintaining the integrity of the DNA of sperms and reducing the time of separation, healthy and fertile sperms can pass through the flowing sheath and perform rheotaxis and swim alongside the wall towards the desired outlets.