TRƯỜNG DẠI HỌC BÁCH KIOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu mô phông số thiết bị microfluidic tap trung DNA NGUYÊN VIỆT BẮC bacuy hust@gnrail. com Ngành Kỹ thuật Cơ khí động lực Giảng viên hưởng đẫn: L3. Phạm Văn Sáng Chữ ký của GVHD Cơ khi động lực HÀ NỘI, 52020 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập — Tự do— Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHÍNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên tác giả luận văn: Nguyễn Việt Bắc. Tỷ tài liận văn: Nghiên cứu mô phảng số thiét bi microfluidic tập trưng DNA.
Chuyên ngành: Kỳ thuật Cơ khi động lực. Mã số IV: CBC19001. Tac giả, Người hướng dan khoa học và Hội đồng châm lận vần xác nhận tác siả dã sửa chữa, bỏ sung, luận văn theo biên bản hop Hội dồng ngày 25/ 06/ 2020 với cde ndi dung chỉnh sau: ~_ Chỉnh sữa mẫu luận van. -_ Chinh sửa lỗi chính tã.
-_ Lý giải thêm các điều kiện biển và đãi giá trị kháo sát. - Bé sung danh mục các bài báo dã công bố. Lả Nội, ngảy 9 tháng 7 năm 2020 Giáo viên hướng dẫn 'Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI BỒNG Mẫu 1c Kinh gửi: Viện Cơ khí động lực PHIẾU ĐĂNG KÝ HƯỚNG DẪN ĐẺ TÀI 1. Họ và tên người hướng dẫn chính: Phạm Văn Sáng.
Học vị Tiên Sĩ. Cơ quan: Viện Cơ khi động lực. Tlẹ vả tên người hướng dẫn phụ (nêu có}: leo vi 4. 5_ Email: sang phamvan@bhust cđu vn.
Nội dụng, "Để lăn 1: Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực a. Tên dé tai: Nghién ctru mé phéng sé thiét bj microfluidic tap tung DNA. Mue tiéu chrinh của đẻ tài Nghiên cứu ứng dụng mảng trao đổi ion nhằm tập trưng gia tăng nông độ TDDNA tại những vị trí nhất dịnh trọng không gian dòng chây. Nội đưng của để tải, các vẫn đề cần được giải quyết: -_ Xây dựng hệ phương trình vi phân đạo hâm riêng mnô tã chuyển động của các hạt mang điện tịch trong dung dịch điện lũ dưới tác dụng của điện trường và dòng chây dung địch -_ Giải số hệ phương trình vi phân chuyến đêng của hạt tích điện với các điều kiện biên khác nhau.
- Ung dụng bộ giải số để nghiên cửu ảnh hưởng của hình dang kích thước mảng tích diện lên hiệu quả tập trung DNA trong các thiết bị microfluidic. -_ Để xuất thiết kế mới nâng cao hiệu suất tập trưng DNA. Bé tai 2: Chuyên ngành. TH HH ng.
Mục tiêu chính của để tài (các kết quả chính cần dat e. Nội dung của đẻ tài, các vẫn để cản dược giải quyết: Hà Nội, ngày 9 tháng 7 nấm 2020 Người hướng dẫn. DANH MỤC KÍ HIỆU Nông độ phan lử lon (mol)m 3 Nông độ ion tham chiều (Œmnol)m”3 D TH số khuếch tán mist Dy TIệ số khuếch tán trung bình ms e Điện tích tự do 1.602 x 10 19 C E Diện trường vm F Hing sG Faraday 96485.3415 SA(moi 1) Eị Thông lượng ion F, Lực điện khối key Hing sé Boltzmann 1.381%10-23 0 JK! lo Chiều đài đặc trưng, m Na Tiằng số Avogadro 6.02214076 x 1023 mol " Số ion trong hệ — Ty 96 mit cia phan to thé tich - Re 86 Reynolds — P Áp suất Nm? Py Ap suat tham chiéu Nm ? Pe Số Pẻcket - t Thoi gian s Ty Thời gian tham chiêu s vr Nhiệt độ K Sc 86 Schmidt _ U Vận tốc mạn? Ue Vận tắc tham chiếu ms? Uxo Van t6c electroosmosis ms” Use Vận tốc electrophoresis Tý! vp Thể tích phân tổ lưới mn Zz Điện tịch của ion - y Hệ số nội suy — a Diện tích bao quanh phân tố mẽ lưới £ Hing sé didn mdi cvm % mee sẻ điện môi trong chân. cv tm + & Hing sé din inéi của vật liệu - & Dién thé Zeta v t Vée lơ nốt lâm hai phân tố m lưới kế nhau RB Độ nhớt động lực học Pas Ap Chiều dai Debye m Dy Khỏi lượng riêng chất lưu.
kgm 3 Pe Điện tích khong gian Cm % Mật độ điện tích bê mặt vật cm liệu ¿ Diện thế Vv bo Điện thế tham chiều v Tuữi cảm tm Tôi xin chân thành cảm ơn giảng viên hưởng dẫn cao học của tối — Tiển sĩ Pham Van Sang, người đã tận tỉnh đưa ra các góp ý quý giá và những sự động viên. đây nhiệt huyết cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tôi cảm thấy thật may mắn, tự hảo, và bãnh diện khi dược lắm việc với thầy trong suốt thời gian qua. Tỏi xin gửi lời cảm ơn chân thánh tới các thấy có Viện Cơ khí động lực đã tạo điển kiện tốt nhất đề tôi hoàn thành luận văn Thạc sĩ.
Tôi xin chúc các thây cô công tác tốt, có thật nhiều sức khỏe, và có thật nhiều đề tải nghiên cứu khoa học để hướng, dẫn cho các sinh viên Viên Cơ khí dòng lực. 'Tôm tắt nội dung luận văn Trong nghiên cứu nảy, tác giã tập trung vào ảnh hướng của đông chay electroosmosis (KO), van tốc electrophoresis (EP], hiện tượng phản cục ion (lon. Concentration Polarization - TCP), va kich tude mang lua chon ion lén kha ning phân lập Deoxyribenueleic acid (DNA). Nghiên cứu này sử đựng phương pháp giải trực tiếp hệ phương trình vận chuyển cúa các ion va DNA trong hệ điện hỏa.
Quá trình vận chuyển nảy dược mô tả bằng hệ phương trình vi phân phi tuyển Poisson-Nermst-Planck-Navier-Stokos. Các kết quả thụ được khẳng định khả năng phan lập DNA trang thiết bị microfluiđie, đồng thời chỉ ra ảnh hưởng của chiều dai kênh dân cũng như máng lựa chọn ion tới vị trí phân lập DA. Tử dỏ tác giá đề xuất mỗ hình thiết bị muieroliuidie só liệu quả cao trong việc phân lập DNA. Bằng việc giỗi hệ phương trình vì phân phì tuyến Poisson-Nemst-Planok và Navier-Stokes, tac giả đá phân tích hiện tượng tập trung phân tử sinh hoc DNA trong hệ điện hóa, kênh đẫn microfhidic chứa dưng địch điện li.
Vai trò quan trọng của điện trường vả kích thước mảng lựa chọn 1on lên sự hình thành hiện tượng, phan cue ion, dong chay electroosmosis, van Lac electrophoresis, Cac bign tong này ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình tập trung phân tử DNA trong kénh din microfluidic. Cac kết quả mồ phóng chỉ ra rằng, bằng việc tăng kích thước mảng lựa chọn ion, néng, dé phan ti DNA đã được tập trung với giả trị gấp 5 lần giá trị ban đầu. Hơn nữa, vị trí tập trup của DNA cũng chịu ảnh hưởng bởi điện trường và điện tích của phân tử DNA. Như vậy, các kết quả nghiền cứu đã đáp ứng được mục tiêu để ra, gia tăng nỗng độ phần tử DNA trong dung dịch điện li bằng cách.
phối hợp sử dụng diễn trường và màng lựa chọn ion. Trong lương lai, tác giả lập trung phải triển các mồ hình da kénh dan xuiœrafiuidic kết hợp sử dựng hệ các ống dẫn nano thay cho màng lựa chọn ion đễ tăng cường khả năng phân lập DNA nói riêng và các phân tử/ tế bảo sinh học nói chung HỌC VIÊN 'Ký và ghỉ rõ họ tên 3. Sưtập trung DNA nhờ hiện tượng phan cue ion - 22 3. Ảnh hưởng kích thước màng lựa chọn ien tới sự tập trung DNA.5 Ảnh hưởng điện Lịch của DNA tới sự tập trung trong kênh dẫn.2 Tiwéng phat triển của luận văn trơng tương lai - - 30 “TÀI LIỆU THAM KHẢO.
DANH MUC BANG BIEU Bang 2.) Điều kiên biến.1 Kết quả mô phòng và mặt. vật Hệu mang điện tích 20 Bang 4.2 Kết quả mồnone và kết quả giải tích tính toán đông điệnpo chy qua ké dan nano. " creeeriesreeeiee 21 DANH MỤC HÌNH VẼ THnh2.1 Thể tích bảo toàn V.2 Minh họa lớp điện tích kép hình thành trên bê mặt vật liệu mang điện tích. âm tương tác với dung địch điện li 5 Hinh 2.3 Phan tir nuée bao quanh cdc ion trong dung địch điện i.1 Minh hoa vn tic electroosmosis trong kênh dan microfluidic.5 Hệ lực tác động lên một phân tổ thể tích trong thiết bị mierofiuidic.6 Mô hình phân tử sinh học mang điện tích trong đung dịch điện Ì¡.7 Phác hoa md hinh thiét bi microfluidic.1 Sơ đỏ thuật toán giải hệ phương trinh vị phân phi tưyến Poisson-Nemst- Planck sử dụng phương pháp Newton-Raphson.2 Mặt phân cách giữa hai phân tổ lưới không trực giao.3 Sơ đồ thuật toán bộ giải số giải hệ phương trình vi phân phi tuyén PNP- NS va phương trinh vận.4 Phân tố lưới trong miễn tỉnh toán.1 Mô hình và liệu có điện tích bể mất tương te với dang ich điện H.2 Phác họa mồ hình vận chuyên ion qua kênh đền nano.3 Điện ap ¢ doe theo kénh din microfluidic.4 Sy phan cực ion trong kénh dan microfluidic tai £ ¬.5 Sự mổ rộng vùng có nồng độ ion thấp kÌủ tầng diện áp iniet -- Hình 4.6 Néng 46 ion Na + va Cl — doc theo kénh dan microfluidic.7 Nông độ ion Na + va Cl — tai Jan can mang hya chon ion.8 Dign ap ¢ tai lân cận bê mặt ràng lựa chon ion.9 Dường dòng trong kênh din microfluidic tai t = 50.10 Hình thành xoáy tại bẻ mặt màng lựa chọn ion.12 Vi tri tap trang DNA trong kénh din microfluidic img với các trường gp sti dung mang Iya chon ion có kích thước khác nhau.13 Phan bé DNA doe theo kénh dan microfluidic tai thời điểm t = 50.14 Vị trí tập bung DNA theo thời gian voi pinlet = 46 và Lm3 = 5.15 Phân bố DNA theo thi gian [21].16 Sự tập trung các loại DNA với diện tích khác nhau bên trong kênh dẫn microfluidicvoi @inlet = 46 va Lm3 = 5.
29 DANH MUC BANG BIEU Bang 2.) Điều kiên biến.1 Kết quả mô phòng và mặt. vật Hệu mang điện tích 20 Bang 4.2 Kết quả mồnone và kết quả giải tích tính toán đông điệnpo chy qua ké dan nano. " creeeriesreeeiee 21 Tuữi cảm tm Tôi xin chân thành cảm ơn giảng viên hưởng dẫn cao học của tối — Tiển sĩ Pham Van Sang, người đã tận tỉnh đưa ra các góp ý quý giá và những sự động viên. đây nhiệt huyết cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Tôi cảm thấy thật may mắn, tự hảo, và bãnh diện khi dược lắm việc với thầy trong suốt thời gian qua. Tỏi xin gửi lời cảm ơn chân thánh tới các thấy có Viện Cơ khí động lực đã tạo điển kiện tốt nhất đề tôi hoàn thành luận văn Thạc sĩ. Tôi xin chúc các thây cô công tác tốt, có thật nhiều sức khỏe, và có thật nhiều đề tải nghiên cứu khoa học để hướng, dẫn cho các sinh viên Viên Cơ khí dòng lực. 'Tôm tắt nội dung luận văn Trong nghiên cứu nảy, tác giã tập trung vào ảnh hướng của đông chay electroosmosis (KO), van tốc electrophoresis (EP], hiện tượng phản cục ion (lon.
Concentration Polarization - TCP), va kich tude mang lua chon ion lén kha ning phân lập Deoxyribenueleic acid (DNA).