• شماره ركورد
    25395
  • شماره راهنما
    COM2 702
  • عنوان

    طراحي تراشه ريز سيال ديجيتال جهت تكثير كارآمد رشته‌هاي دي‌ان‌اي

  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي كامپيوتر- معماري سيستم هاي كامپيوتري
  • دانشكده
    مهندسي كامپيوتر
  • تاريخ دفاع
    1404/07/19
  • صفحه شمار
    72 ص .
  • استاد راهنما
    شهرام اعتمادي بروجني , زهره بيكي
  • كليدواژه فارسي
    تراشه ريزسيال ديجيتال , واكنش تبادل پرايمر , قابليت اطمينان , افزونگي
  • چكيده فارسي
    در اين پژوهش، يك پلتفرم نوآورانه مبتني بر تراشه ريزسيال ديجيتال براي انجام واكنش تبادل پرايمر طراحي و شبيه‌سازي شده است. اهميت اين تحقيق از آن جهت است كه فناوري‌هاي زيستي متداول مانند واكنش زنجيره‌اي پليمراز براي انجام واكنش‌هاي تقويتي به تجهيزات حجيم، مصرف بالاي معرف‌ها و كنترل دمايي پيچيده نياز دارند؛ عواملي كه موجب افزايش هزينه، مصرف انرژي و كاهش قابليت حمل سامانه مي‌شوند. ازاين‌رو، هدف اصلي اين پژوهش، توسعه يك سامانه ميكروفلوئيديكي كارآمد با قابليت انجام واكنش‌هاي مولكولي به‌صورت خودكار، كم‌هزينه و قابل‌اعتماد است.در طراحي اين پلتفرم، معماري تراشه با استفاده از الگوريتم‌هاي پيشرفته زمان‌بندي، قرارگيري و مسيريابي در محيط شبيه‌سازي SSS توسعه يافت و سپس در نرم‌افزار LEDIT، با در نظر گرفتن ابعاد الكترودها، مكانيزم گرمايش ژولي داخلي، و مسيرهاي جابه‌جايي قطرات، پياده‌سازي شد. همچنين، جهت افزايش پايداري سيستم، مسيرهاي افزونگي طراحي گرديد تا تراشه در برابر خرابي‌هاي احتمالي مانند از كار افتادن تك‌الكترود مقاومت داشته باشد.نتايج شبيه‌سازي نشان داد كه پلتفرم پيشنهادي قادر است واكنش تبادل پرايمر را با راندمان بالا و در زمان حدود دو ساعت به انجام رساند. مصرف معرف‌ها به ميزان قابل‌توجهي كاهش يافت و نياز به ترموسايكلر حذف گرديد. علاوه بر آن، استفاده از گرمايش ژولي موجب كاهش محسوس مصرف انرژي و افزايش سازگاري سامانه با فناوري تراشه ريزسيال ديجيتال شد. تحليل قابليت اطمينان نيز نشان داد كه در صورت خرابي تك‌الكترود، مسيرهاي جايگزين به‌صورت خودكار فعال شده و عملكرد سامانه پايدار باقي مي‌ماند.در مجموع، پلتفرم طراحي‌شده ضمن ارتقاي راندمان، كاهش هزينه و افزايش تاب‌آوري، گامي مؤثر در جهت توسعه نسل جديد تراشه‌هاي زيستي هوشمند، قابل‌حمل و انرژي‌بهينه به شمار مي‌آيد كه مي‌تواند در كاربردهاي تشخيص سريع، زيست‌فناوري و پزشكي شخصي مورد استفاده قرار گيرد.
  • كليدواژه لاتين
    Digital Microfluidic Biochip , Primer Exchange Reaction , Joule Heating , Reliability , Redundancy
  • عنوان لاتين
    Digital microfluidic chip design for efficient amplification of DNA strands
  • گروه آموزشي
    مهندسي معماري كامپيوتر
  • چكيده لاتين
    In this research, an innovative digital microfluidic (DMF) platform was designed an‎d simulated to efficiently perform the Primer Exchange Reaction (PER). The significance of this work lies in addressing the limitations of conventional amplification techniques such as PCR, which rely on bulky thermocyclers, high reagent consumption, an‎d complex temperature control systems. These drawbacks increase cost, energy deman‎d, an‎d limit portability. Therefore, the main goal of this study was to develop a cost-effective, reliable, an‎d automated microfluidic system capable of performing molecular reactions with high efficiency.The chip architecture was designed using advanced scheduling, placement, an‎d routing algorithms within the SSS simulation environment, an‎d subsequently implemented in LEDIT, taking into account electrode dimensions, an integrated Joule heating mechanism, an‎d dro‎plet transportation paths. Furthermore, redundancy pathways were incorporated to enhance system reliability an‎d ensure continuous operation in the presence of hardware faults, such as a single-electrode failure.Simulation results revealed that the proposed DMF platform can successfully execute the PER reaction with high efficiency an‎d a total reaction time of approximately two hours. The optimized design significantly reduced reagent an‎d energy consumption while eliminating the need for an external thermocycler. The integrated Joule heating improved the compactness an‎d energy efficiency of the system, making it more compatible with portable biochip technologies. Reliability analysis confirmed that, even under electrode malfunction, redundant routing allowed the chip to maintain stable functionality without performance degradation.Overall, the proposed DMF-based PER platform demonstrates a remarkable balance between efficiency, cost reduction, an‎d fault tolerance, representing a major step toward the next generation of smart, portable, an‎d energy-efficient biochips. This advancement holds strong potential for rapid diagnostics, biotechnology, an‎d personalized medicine applications.
  • تعداد فصل ها
    5
  • فهرست مطالب pdf
    150892
  • نويسنده

    هادي عابديني، كوثر