Microfluidics Particle Sorting Using Hydrodynamics
미세 유체 입자 분류는 진단, 화학적 및 생물학적 분석, 식품 및 화학 처리, 환경 평가에 적용됩니다. 미세 유체 분류 플랫폼 사용의 주요 이점은 더 작은 샘플 볼륨이 필요하다는 것입니다. 그 결과 비용과 시간이 감소합니다. 진단에서는 환자의 침습성을 감소시킵니다. 또한, 이러한 소형 플랫폼은 대규모 병렬화가 가능하므로 더 적은 시간에 더 많은 수의 입자 분류가 가능합니다.
수동 또는 능동 기술을 사용하여 정렬을 수행 할 수 있습니다. 패시브 기술은 외부 필드를 필요로하지 않으며 입자, 유동장 및 채널 구조 간의 상호 작용에만 기반합니다. 반면에 능동적 기술은 자기 또는 전기와 같은 외부 필드를 사용합니다. 아래 애니메이션은 미세 유체 플랫폼의 유체 역학을 기반으로하는 수동 분류 기술을 사용하여 세 가지 입자 종의 입자 분류를 보여줍니다.
최첨단 FlowSight에서 후 처리 된 FLOW-3D 의 입자 물리학 모델을 사용한 미세 유체 입자 분류 시뮬레이션
이 블로그에서는 위에 표시된 정렬 기술의이면에있는 물리학과 이러한 시뮬레이션을 수행 할 때 FLOW-3D 를 사용하는 방법에 대해 설명합니다 .
유체 역학적 분류 기술 뒤에있는 물리학
이 기술은 낮은 레이놀즈 수 영역에서 입자가 질량과 직경을 기준으로 유동장에서 특정 유선을 따른다는 원칙에 따라 작동합니다. 질량이 일정하다는 점을 감안할 때 직경이 작은 입자는 항력이 적고 직경이 큰 입자는 항력이 더 커집니다. 이로 인해 더 큰 입자가 주변의 흐름과 함께 쉽게 제거됩니다. 더 작은 입자와 그 궤적은 유체 역학적 힘의 영향을 덜받습니다.
직경이 모든 입자 종에 대해 동일하지만 밀도와 질량이 다를 때 입자 분류 중에 다른 동작을 볼 수 있습니다. 같은 직경의 입자에 대한 항력은 동일하지만 더 무거운 입자는 더 큰 관성력의 영향을 받기 때문에 감속하기가 어렵습니다. 반대로, 더 가벼운 입자는 감속하기가 더 쉽습니다. 따라서 결과적으로 가벼운 입자는 주변의 흐름과 함께 쉽게 사라지고 무거운 입자는 그 경로를 유지합니다.
입자 분류 시뮬레이션을위한 FLOW-3D
FLOW-3D 의 입자 모델을 사용하면 입자 정렬 시뮬레이션을 매우 쉽게 수행 할 수 있습니다. 모델에는 마커, 질량, 유체, 가스 또는 보이드 입자와 같은 다양한 입자 클래스를 설정할 수있는 옵션이 있습니다. 이 시뮬레이션을 위해 질량 입자가 사용되었습니다. 특정 유형의 입자 등급은 직경과 밀도에 따라 다른 종을 가질 수 있습니다. 예를 들어, 위의 애니메이션에는 질량 입자 클래스에 대해 세 가지 종이 있습니다.
질량 입자의 역학은 확산 계수, 항력 계수, 난류 슈미트 수 및 복원 계수와 같은 속성으로 제어 할 수 있습니다. 질량 입자는 열적 및 전기적 특성을 지정할 수도 있습니다. 사용자가 입자에 동시에 작용하는 여러 힘을 연구하려는 경우 이러한 속성을 완전히 활용할 수 있습니다.
결과
아래 이미지는 질량과 반경을 변경하는 두 가지 시뮬레이션 사례의 결과를 보여줍니다.
직경이 작은 입자 (왼쪽 창에 파란색) 또는 질량 (오른쪽 창에 녹색)이 적은 입자는 수축의 상단으로 이동하고 발산 지점에서 위쪽으로 발산하는 유선을 따릅니다. 직경이 더 크거나 (왼쪽 창에서 녹색) 질량이 더 큰 (오른쪽 창에서 파란색) 입자는 수축의 아래쪽으로 이동합니다. 수축을 빠져 나가면 이러한 입자는 아래쪽으로 갈라지는 유선을 따릅니다.
채널 형상, 입자 매개 변수 및 유동 특성을 기반으로하는 미세 유체 입자 분류 장치의 미세 입자 분류에 대한 정확한 수치 분석은 이러한 미세 장치의 더 나은 설계에 사용될 수 있습니다.
함께 FLOW-3D 의 강력한 입자 모델, 미세 유체 입자 정렬 시뮬레이션을 설정하기 쉽습니다. 블로그 시작 부분의 애니메이션은 서로 다른 입자 종의 깔끔한 분류와 서로 다른 콘센트에있는 각 종의 수집을 보여줍니다.