Analysis of monodisperse microfluidic droplet generation and its biochemical applications

Damlacık akı¸skan sistemler, ¨ornek hacminin kontrol¨un¨un ¨onemli rol oynadı˘gı polimeraz zincir reaksiyonu, biyokimyasal analiz ve par¸cacık sentezi gibi bir ¸cok uygulamada, kesinli˘gi ¨onemli ¨ol¸c¨ude geli¸stirmi¸stir. Iki fazlı akı¸s sistemlerinde, _ sıkı¸sma rejimi ile damlacık olu¸sumu fizi˘ginin ¸cok iyi anla¸sılmasına ra˘gmen, ¨ozde¸s boyutta damlacık olu¸sturabilme, hala ula¸sılması zor bir hedeftir. Damlacık b¨uy¨ukl¨u˘g¨un¨u etkileyen parametreler, kanal boyutu, ıslanırlık, vizkozite, akı¸s miktarı ve basın¸c oranı olarak tanımlansa da, damlacık b¨uy¨ukl¨uk varyasyonlarını belirleyen mekanizma tam anlamıyla analiz edilmemi¸stir. Daha ¨onemlisi, damlacık olu¸sum sistemleri i¸cin e¸sda˘gılımlılık limiti hala bilinmemektedir. Bunun nedeni, damlacık olu¸sumunun analitik modellemesindeki zorluktur. Zira, modelleme genellikle deneysel yakla¸sımlarla kompanse edilmektedir ki bu evrensel sonu¸clara y¨onlendirmede yetersiz kalmaktadır. Bu tezde, akı¸skanları s¨urmek i¸cin kullanılan akı¸s kayna˘gına ba˘glı olarak, e¸sda˘gılımlılı˘gı bozan b¨ut¨un sistem dinamiklerini, i¸c ve dı¸s fakt¨orleri hesaba katarak, analitik bir yakla¸sım sunulmaktadır. Akı¸skan ve elektrik devrelerdeki analojiyi kullanarak, damlacık e¸sda˘gılımlılı˘gını etkileyen fakt¨orleri analiz ettik. _ Ilgin¸c ¸sekilde, tek faz akı¸s analojisi ve devrelerdeki elektron akı¸sı kullanılarak, par¸calı iki faz akı¸s sisteminin dinamiklerini modellemeyi ba¸sardık. Bunu yaparak, damlacık hacminde varyasyonlara neden olan bozulmaların kayna˘gını ortaya ¸cıkardık. Ozg¨un bir ¸c¨oz¨um ¨onerdik ve y¨uksek e¸sda˘gılımlı damlacık ¨ olu¸sumu i¸cin bir kılavuz hazırladık. Analitik sonu¸clarımız deneysel olarak, basın¸c kayna˘gı marifetiyle T-kesi¸sim ve akı¸s-odaklama damlacık olu¸sturucularıyla do˘grulandı. E¸sit ¨onemde, e¸sda˘gılımlılı˘gın teorik maksimumuna ula¸smadaki limitleyici deneysel fakt¨orleri g¨osterdik. Yerde˘gi¸sim pompası durumunda, akı¸s stabilitesini geli¸stirmek i¸cin, daha etkili ve geni¸s ¸cer¸cevede uygulanabilir bir ¸c¨oz¨um ¨onerdik. Bunu, akı¸s kayna˘gı nedenli de˘gi¸simleri azaltmak i¸cin, ¸cip dı¸sı uyun¸c yetene˘gini kontrol ederek yaptık. Sonunda, iki yaygın s¨ur¨u¸s biriminin (basın¸c ve yerde˘gi¸sim pompaları) performaslarını, ¨onerdi˘gimiz metotlar da kullanılarak, damlacık e¸sda˘gılımlılı˘gı a¸cısından kar¸sıla¸stırdık. En nihayetinde, poli dopamin ve hidrojen peroksidin reaksiyon kineti˘gi ¨uzerine ¸calı¸stık ve silika ve polietilen glikol (PEG) par¸cacıklar ile supramolek¨uler polimer kaps¨uller, y¨uksek e¸sda˘gılımlı damlacıklar yoluyla y¨uksek e¸sda˘gılımlılıkla sentezlenmi¸stir.