مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

طراحی و ساخت سیستم میکروفلوئیدیک برای تشخیص سدیم کلراید با استفاده از کریستال‌های مایع کلستریک اصلاح‌شده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشگاه علم و صنعت
2 عضو هیئت علمی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران
3 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران
4 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
10.22034/ijme.2025.537359.2113
چکیده
این مطالعه کاربرد کریستال‌های مایع کایرال (CLC) را در سیستم‌های میکروفلوئیدیک برای تشخیص دقیق غلظت‌های سدیم کلراید بررسی می‌کند. ابتدا، یک سیستم نوری مبتنی بر بلور مایع 5CB طراحی شد که شامل منبع نور، پلاریزر، میکروسکوپ نوری، و تجهیزات ثبت تغییرات رنگی بود. محلول‌های سدیم کلراید با غلظت‌های مختلف به‌صورت دستی با میکروپیپت به بلور مایع تزریق شد و تغییرات رنگی ثبت گردید. این روش، اگرچه در شناسایی تغییرات رنگی مؤثر بود، به دلیل تزریق دستی و نیاز به تجهیزات نوری اضافی، محدودیت‌هایی در قابلیت حمل و کاربرد عملی داشت. برای رفع این مشکلات، بلور مایع کایرال (CLC) با ترکیب5CB و ناخالصی BDH1305 جایگزین 5CB شد تا حساسیت به تغییرات غلظت افزایش یابد و نیاز به پلاریزرهای خارجی حذف شود. چیپ‌های میکروفلوئیدیک با استفاده از دستگاه فرز رومیزی CNC سفارشی ساخته شدند که میکروکانال‌هایی با دقت میکرونی (عرض 200 میکرومتر، عمق 300 میکرومتر) روی ورق‌های PMMA حکاکی کرد. این دستگاه، با طراحی پیشرفته و کنترل دقیق، جریان یکنواخت محلول‌ها را به مخزن CLC تضمین کرد. تصاویر ثبت‌شده با نرم‌افزار ImageJ پردازش شد و مقادیر RGB برای تحلیل تغییرات رنگی استخراج گردید. نتایج نشان داد که سیستم میکروفلوئیدیک-CLC، به لطف دقت تولیدی دستگاه CNC، تغییرات رنگی یکنواخت و دقیقی را ثبت کرد و غلظت‌های سدیم کلراید را با دقت بالا شبیه‌سازی نمود. این سیستم نوآورانه، با ترکیب فناوری CNC و حسگری CLC، ابزاری کارآمد برای اندازه‌گیری غلظت در پزشکی، صنایع غذایی، و علوم محیطی ارائه می‌دهد و پتانسیل بالایی برای توسعه آینده دارد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Design and Fabrication of a Microfluidic System for Sodium Chloride Detection Using Modified Cholesteric Liquid Crystals

نویسندگان English

Mostafa Hosseinalipour 1
Milad Esfandiar 2
Hossein Rahimi Asiabaraki 3
Ali BashiriNezhad 4
1 Iran University of Science and Technology
2 Faculty Member, Department of Mechanical Engineering, National University of Skills (NUS), Tehran, Iran
3 Department of Mechanical Engineering, National University of Skills (NUS), Tehran, Iran
4 Mechanical Engineering Department, Iran University of Science & Technology, Tehran, Iran
چکیده English

This study investigates the application of chiral liquid crystals (CLC) in microfluidic systems for the precise detection of sodium chloride concentrations. Initially, an optical system based on 5CB liquid crystal was designed, comprising a light source, polarizer, optical microscope, and equipment for recording color changes. Sodium chloride solutions of varying concentrations were manually injected via micropipette into the liquid crystal, and color changes were recorded. Although effective in detecting color changes, this method was limited by manual injection and the need for additional optical components, reducing its portability and practical applicability. To address these challenges, a CLC, formed by combining 5CB with BDH1305 dopant, replaced 5CB to enhance sensitivity to concentration changes and eliminate the need for external polarizers. Microfluidic chips were fabricated using a custom desktop CNC milling machine, which engraved microchannels with micron-scale precision (200 µm width, 300 µm depth) on PMMA sheets. This advanced CNC system ensured uniform analyte flow to the CLC reservoir. Images were processed using ImageJ software, with RGB values extracted to analyze color changes. Results demonstrated that the microfluidic-CLC system, enabled by the CNC’s precision manufacturing, achieved uniform and accurate color changes, effectively simulating sodium chloride concentrations. This innovative system, combining CNC technology and CLC sensing, offers an efficient tool for concentration measurements in medical, food industry, and environmental applications, with significant potential for future development.

کلیدواژه‌ها English

Chiral Liquid Crystal (CLC)
Microfluidic System
CNC Machine
Sodium Chloride Concentration Detection

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 30 آبان 1404