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The effect of geometry on mixing efficiency for microfluidic device

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Darooeizadeh, Ayeh (2020). The effect of geometry on mixing efficiency for microfluidic device. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Micromixers have had a huge growth in past few decades and the fabrication of simple devices leads us to have so many results on different micromixer devices with a variety of techniques. They perform as one of the most important elements in attaining microfluidic system for biological and medical applications. Liposomes are one of the most noticeable nanoparticles used as a carrier in drug delivery for medical applications. The production of liposomes using micromixers and microfluidic devices have overcome so many barriers in this field. Enhancement in mixing process by adding a barrier on the channel walls such as periodic disturbance mixer (PDM), micromixer which we are introducing in this work, would reduce the mixing length and lead us to a higher mixing efficiency. A novel passive-micromixer design has been used for this part of research which named PDM micromixer. A well designed micromixer has rapid mixing and compact size and always must have this in mind that the time of mixing is the key element specially for industrial usage. The shape of the microchannels is another important parameter in designing a micromixer and they are usually connected to a series of planar channel engaging in sudden changes in the flow direction. The two main categories for micromixers are active and passive which for active micromixers an external energy force is applied to perturb the samples and for the passive, the contact area and contact time of the samples are increasing through the configuration of the design. In this dissertation, numerical modeling was used to evaluate and investigate the micromixing process for mixing efficiency through microfluidic devices and a comparison between different geometries which are simple Y and PDM structures, and different sizes of each geometry have been done. A set of controlling parameters have been chosen to identify the optimum geometry and size which were a range of flow rate ratio (FRR) and total flow rate ratio (TFR), and three different aspect ratios for two different designs to see which one has the best efficiency for fluid mixing. As a part of evaluation of the design, a set of measurements for produced liposomes has been conducted to see what the effect of the aspect ratio is, TFR and FRR on the size range of produced liposomes since medical applications have a huge interest in microfluidic devices due to the ability in producing controlled-size liposomes and size distribution.

Titre traduit

L’effet de la géomètrie sur l'efficacité du mélange pour un dispositif microfluidique

Résumé traduit

Les micromélangeurs ont connu une croissance énorme au cours des dernières décennies et la fabrication de dispositifs simples nous a conduit obtenir des résultats sur différents dispositifs de micromélangeurs avec différentes techniques. Ils agissent comme l'un des éléments les plus importants dans un système microfluidique pour les applications biologiques et médicales. Les liposomes sont l'une des nanoparticules les plus remarquables utilisées comme transporteur de médicament dans l'administration de médicaments pour les applications médicales. La production de liposomes à l'aide de micromélangeurs et de dispositifs microfluidiques a surmonté plusieurs obstacles dans ce domaine. L'amélioration du processus de mélange en plaçant une barrière sur la paroi du canal telle que le micromélangeur à perturbation périodique (PDM) que nous introduisons dans ce travail, réduirait la longueur de la section où le mélange est produit et nous conduirait à une efficacité de mélange plus élevée. Un micromélangeur bien conçu présente un mélange rapide et une taille compacte. Il faut toujours garder à l'esprit que le temps de mélange est l'élément clé spécialement pour un usage industriel. La forme des micro-canaux est un autre paramètre important dans la conception d'un micromélangeur et les micro-canaux sont généralement connectés à une série de canaux planaires s'engageant dans des changements brusques dans la direction d'écoulement. Les deux principales catégories de micromélangeurs sont actives et passives. Pour les micromélangeurs actifs, une force d'énergie externe est appliquée pour perturber les échantillons. Pour le passif, la surface de contact et le temps de contact des échantillons augmentent à travers la configuration de la conception. Dans cette thèse, la modélisation numérique a été utilisée pour évaluer et étudier le processus de micromélange pour l’efficacité du mélange grâce à des dispositifs microfluidiques et une comparaison entre différentes géométries (forme Y simple et PDM) et différentes tailles pour chaque géométrie a été effectuée. Un ensemble de paramètres de contrôle a été choisi pour identifier la géométrie et la taille optimales. Ces paramètres étaient une gamme de rapport de débit (FRR) et de rapport de débit total (TFR), et trois rapports d'aspect avec deux conceptions différentes. L’objectif était d’évaluer lequel avait le plus d'efficacité pour le mélange de fluide. Dans le cadre de l'évaluation de la conception, une série d'expériences pour la production de liposomes a été menée pour voir quel était l'effet du rapport d'aspect, du TFR et du FRR sur la gamme de taille des liposomes produits, car les applications médicales ont un énorme intérêt pour les dispositifs microfluidiques en raison de leur capacité dans la production de liposomes de taille contrôlée et également dans la distribution des tailles.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for a master’s degree with thesis in electrical engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 117-124).
Mots-clés libres: micromélangeur, microfluidique, micromélangeur passif, liposomes
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Nerguizian, Vahé
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt: 28 sept. 2021 18:00
Dernière modification: 28 sept. 2021 18:00
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2710

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