Modeling and simulation of PDMS micropillars for microfluidic viscometer applications

Son yıllarda, mikroakışkan sistemler, birçok alanda yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Kullanı-mı kolay olan mikroakışkan uygulamalardan biri olan mikro-çubuk bazlı diziler gelişen teknolojiyle birlikte önem kazanmıştır. Geri dönüşümlü kuru yapıştırıcılar, süpereofobik yüzey, ayarlanabilir ıslak-lık, mikromekanik sensörler ve aktüatörler mikro-çubuk bazlı dizilerin kullanıldığı uygulama örnekle-ridir. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) simülasyonları, mikroakışkan cihazların tasarım ve optimi-zasyon aşamalarında oldukça faydalıdır. Mikroakışkan tabalı cihazlardaki akış profilleri, cihaz geomet-rilerinin geliştirilmesinde kullanılan parametrelerinin optimizasyonu ve ilk prototip tasarım çalışmala-rında gerekli olan maliyeti ve iş yükünü azaltmayı hedefler. Bu çalışmada, mikro-çubuk şekilleri olan kanalların kullanımında, farklı mikro-çubuk şekilleri ve mik-ro-çubukların birbirine olan uzaklıkları inceleyen bir dizi vaka çalışması yaparak mikro-çubuk tabanlı mikroakışkan kanallar yoluyla akış profilleri ve mikro-çubukların akış esnasındaki davranışını araştır-dık. Yapılan vaka çalışmalarının doğruluğunu test etmek amacıyla standart fotolitografi yöntemiyle üretilen çift katmanlı SU-8 mastır kalıplar kullanılarak PDMS kare ve silindirik mikro-çubuk yapılar üretilmiş ve gerekli deneyler yapılmıştır. Deneylerde, mikro-çubuk tabanlı mikroakışkan çipler kullanı-larak, 30 ila 150 ml / saat arasında akış hızlarında kan, lcP ve5 cP viskoziteli sıvılar ile akış sağlanarak, hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile aynı koşullar yaratılmaya çalışılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, belirli akış hızları ve belirli viskoziteye sahip sıvılar için mikro-çubuk davranışlarını ve kanallar içeri-sindeki akış profillerini daha doğru ve kısa süre içerisinde tespit edebilmekteyiz. Aynı zamanda, farklı mikro-çubuk şekilleri ve mikro-çubukların birbirine olan uzaklıklarının değişimi ile kanal içerisinde oluşan basınç, duvar kesme gerilimi, gerilme hızları ve her bir mikro-çubuğa uygulanan kuvvetin, ar-tan akış hızları ile lineer olarak değiştiğini gözlemledik. Bu tezin temel katkısı, mikro-çubuk bazlı mikroakışkan çiplerin geliştirilmesi için üretim sürecinde harcanan sürenin, maliyetin ve çabanın azaltılması yönündedir. Genel olarak bu çalışma, viskozimetre uygulamaları için kullanılabilecek optimum mikro-çubuk tabanlı cihazların geliştirilebilmesi için yapı-lan bir dizi vaka çalışmasının sonuçlarını sunmaktadır.