Computational study of impact and spreading of a compound droplet on a flat surface as a model for single cell epitaxy

Bu tezde, bir birleşik viskoz damlacığın düz bir zemine çarpma ve bu yüzeyde yayılması problemi, sonlu-farklar/arayüz-izleme metoduyla incelenmiştir. Bu yöntem, damlacık içerisine koyulan biyolojik hücrenin ink-jet yazıcı teknolojisi ile bir yüzeye yazılmasıyla 2 ve 3 boyutlu dokuların oluşturulmasını sağlamaktadır. Yöntemin başarısı hücrenin yazım sırasında hayatta kalmasına bağlıdır. Bu ise sıvı ile kaplanmış hücrenin çarpma dinamiğinin derinlemesine anlaşılmasını gerektirir. Bu çalışma, damlacık içerisine koyulan biyolojik hücrenin düz bir katı yüzeye yazılmasını sayısal olarak modellemenin ilk adımı mahiyetindedir. Hücre, hücreyi çevreleyen akışkan ve dış ortam Newtonsal akışkanlar olarak modellenmiştir. Hücrenin yaşamasının hücre deformasyonu ve deformasyon oranına bağlı olduğu varsayılmıştır. Boyutsuz sayıların hücreyi temsil eden iç damlacığın deformasyonu ve deformasyon hızı üzerindeki etkilerini incelemek üzere simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. İçteki damlacık üzerindeki deformasyon; Reynolds sayısındaki artış, dıştaki damlacığın hücrenin yarıçapına oranındaki azalma, hava-dıştaki damlacık ve dıştaki damlacık-hücre arayüzlerindeki yüzey gerilmeleri oranındaki artış, hücre viskozitesinin dıştaki damlacığın viskozitesine oranındaki düşüş, dıştaki damlacığın zemin ile yaptığı statik kontak açısındaki azalma durumlarda artış göstermektedir. Ayrıca maksimum deformasyonun Weber sayısının 2 değeri civarında minimum olduğu gözlenmiştir. Hücrenin yaşama olasılığı paralel plakalar arasında hücrelerin sıkıştırılması ile elde edilen korelasyon kullanılarak hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar, doku oluşturma sürecinde hücrenin yaşayabilirliği için optimal değerlerin öngörülmesini kolaylaştırmaktadır. Son bölümde ise, hücre Newtonsal olmayan bir akışkan olarak modellenerek hücrenin viskoelastik yapısı temsil edilmiştir. Bu durumda, hücre için Oldroyd-B Newtonsal olmayan akışkanı kullanılırken, hücreyi kaplayan damlacık ve dış ortam Newtonsal akışkanlar olarak modellenmiştir.