شبيه سازي هيدروديناميك و انتقال جرم دو فاز امتزاج ناپذير در ميكروكانال Y-Y و حلزوني شكل و بهينه‌سازي پارامترهاي مؤثر

ميكروسيال، علم و تكنولوژي است كه سيال را در حجم 9-10^ تا 18-^10 ليتر با استفاده از كانال هايي با اندازه‌هاي در مقياس ميكرو، مورد بررسي قرار مي دهد. از مهم‌ترين كاربردهاي اين تكنولوژي، تجزيه و تحليل جريان سيال است. فرايندهاي جداسازي در دستگاه هاي ميكروفلوئيديكي در دو دهه گذشته مورد توجه فراواني قرار گرفته است. در بين فرايندهاي جداسازي گوناگون، استخراج مايع-مايع به طور ويژه از برتري‌هايي چون مسافت نفوذ مولكولي پايين و سطح ويژه فصل مشترك بالا كه منجر به انتقال جرم مؤثري در دستگاه هاي ميكروفلوئيديكي مي‌شود، برخوردار است. ميكروفلوئيديك فناوري ارزشمندي براي جداسازي يون ها و ايزوتوپ هاي پايدار فلزي مي تواند باشد. ايزوتوپ هاي پايدار براي پژوهش‌ در مورد قابليت دسترسي به مواد معدني و متابوليسم مفيد هستند. از كاربردهاي ايزوتوپ پايدار مي توان به عنوان ردياب بدون تابش پرتو، تشخيص بيماري و تصوير برداري هسته اي نام برد. اين ايزوتوپ ها همچنين مي توانند به عنوان ماده اصلي يا ماده خام براي توليد راديو داروها، آناليز بيوشيميايي، راديوتراپي و كاربرد در علوم محيط‌زيستي، زمين شناسي و باستان شناسي استفاده شوند. در اين پژوهش، جداسازي يون فلزي كلسيم به عنوان مقدمه‌اي بر جداسازي ايزوتوپي كلسيم با استفاده از روش ميكروفلوئيديك مورد مطالعه قرار گرفت. بدين منظور، شبيه‌سازي استخراج مايع-مايع و تكنولوژي ميكروفلويديك براي استخراج و جداسازي يون كلسيم به عنوان روشي نوين در هم ادغام شده اند. در اين راستا با هدف ارزيابي امكان انجام شبيه سازي استخراج يون كلسيم در سامانه ميكروفلوئيديك،  نسبت سرعت هاي دوفاز به گونه اي انتخاب شد كه الگوي جريان درون ميكروكانال به صورت موازي باشد. نخست با روش تعيين تراز محل دقيق فصل مشترك تعيين شد، سپس با استفاده از مدل انتقال اجزاء رقيق ميزان انتقال جرم از فاز آبي به آلي سنجيده شد. علاوه بر اين براي مطالعه تأثير هندسه در ميزان استخراج، هندسه حلزوني شكل نيز مورد بررسي قرار گرفت. درصد استخراج در هندسه نوين محاسبه و با ميكروكانال Y-Y شكل مقايسه شد. در ميكروكانال Y-Y شكل بازدهي استخراج 60.062 % مي باشد در حالي كه در هندسه حلزوني در شرايط بهينه بازدهي 74.98 % به‌دست آمد. بنابراين با تغيير هندسه ميكروكانال از Y-Y به حلزوني ميزان انتقال جرم 19.89% بهبود مي يابد.