خانم مرضیه رضازاده دانشجوی دکترای جناب آقای دکتر نویدبخش، روز شنبه 25/8/92 از رساله دکترای خود تحت عنوان "مدلسازی رفتار سلول های منفرد در جریان خون با استفاده از روش شبکه بولتزمن" دفاع خواهند کرد. این جلسه ساعت 17:30 روز شنبه در آمفی تاتر دانشکده مکانیک برگزار می گردد.

 چکیده:

  گلبول­های قرمز یکی از اجزای مهم خون با درصد حجمی 40% هستند که به دلیل انعطاف­پذیری بر خواص رئولوژیکی خون تاثیر مهمی دارند. در بسیاری از بیماری­ها از جمله بیماری­ های قلبی- عروقی، دیابت و مالاریا، این سلول­ها سخت­تر شده و خاصیت انعطاف­پذیری خود را از دست می­دهند.

  این پایان­نامه از روش شبکه بولتزمن-مرز غوطه­ور برای بررسی رفتار دینامیکی گلبول­های قرمز درون یک میکروکانال با ارتفاع mμ 20 و طول mμ 60 و در محدوده Re≈0.01 در حالت دو بعدی می­پردازد. گلبول­قرمز به صورت یک کپسول حاوی مایع با یک غشاء نئوهوکین مدل­سازی شده است. روش شبکه بولتزمن برای شبیه­سازی جریان سیال در یک شبکه کارتزین ثابت و روش مرز غوطه­ور برای مدل­سازی اثر متقابل سیال-جامد با استفاده از یک مجموعه نقاط متحرک لاگرانژی برای غشاء به کار رفته­اند. برای اعمال شرط مرزی عدم لغزش روی دیواره­های کانال از شرط بازتاب آینه­ای و برای اعمال گرادیان فشار در طول کانال از شرط مرزی پریودیک اصلاح شده در ورودی و خروجی کانال استفاده شده است. تغییر شکل گلبول­قرمز با استفاده از پارامترهای ریخت شناسی که بر اساس ممان­های سطحی شکل محاسبه می­شوند، تعیین می­گردد.

  نتایج شبیه­سازی برای مسائل شناخته شده­ای مانند جریان حول استوانه و جریان درون محفظه با نتایج تحلیلی و عددی موجود معتبرسازی شده است. سپس با استفاده از این برنامه، رفتار دینامیکی گلبول­قرمز مبتلا به بیماری مالاریا، گلبول­قرمز خارج از مرکز، دو گلبول­قرمز بدون اثر متقابل درون جریان وحرکت گلبول­قرمز از درون یک میکروکانال با گرفتگی مورد بررسی قرار گرفته است.

  برای بررسی تغییر شکل گلبول­قرمز مبتلا به مالاریا، ابتدا پروفیل شکل برای دو مرحله تروفوزیت و شیزونت استخراج شده و اثر شکل اولیه و مدول الاستیسیته برشی بر نسبت هماتوکریت و تغییر شکل گلبول قرمز در مراحل مختلف رشد انگل مالاریا بررسی شده است. نسبت هماتوکریت گلبول در مرحله تروفوزیت و شیزونت مقدارکمتری نسبت به مرحله رینگ و گلبول سالم دارد.

  برای کپسول دایروی واقع در خارج از مرکز میکروکانال،اثر مدول الاستیسیته برشی و مقاومت خمشی بر تغییر شکل و پارامترهای ریخت­شناسی آن مورد بررسی قرار گرفته است.اثر دیواره در تغییر شکل کپسول نزدیکتر به دیوار کانال بیشتر بوده که در اثر تنش­های ناشی از دیواره است. با افزایش مدول الاستیسیته برشی، کپسول تغییر شکل کمتری داشته و با سرعت کمتری نسبت به جریان زمینه حرکت می­کند. همچنین در این حالت، حرکت چرخش حول خود که حرکتی شناخته شده در مطالعات تجربی است، مشاهده شده است. همچنین سرعت حرکت کپسول به سمت مرکز کانال که از شبیه­سازی استخراج شده است با رابطه تجربی پیشنهادی مقایسه گردیده و از تطابق خوبی برخوردار است.بهترین تطابق، مربوط به کپسول با مدول الاستیسیته مربوط به گلبول قرمز سالم و مدول الاستیسیته اندکی بالاتر از مقدار طبیعی آن است.

  حرکت کپسول از درون یک میکروکانال با گرفتگی مطالعه شده و اثر میزان گرفتگی، مدول الاستیسیته برشی و مقاومت خمشی بر تغییر شکل کپسول در نظر گرفته شده است. به طور کلی با افزایش میزان گرفتگی، حرکت کپسول کندتر شده و به انرژی بیشتری برای حرکت نیاز دارد. از طرفی در محل گرفتگی کپسول با سرعت بیشتری حرکت می­کند و به تبادل مواد بین گلبول و جداره اثر گذار است. مدول الاستیسیته برشی اثر چندانی بر سرعت حرکت کپسول نداشته ولی بر میزان تغییر شکل آن در حین عبور از گرفتگی و بعد از آن موثر است.

  با افزایش تعداد کپسول ها، پروفیل سرعت جریان سیال نسبت به جریان پوازی بدون سلول تخت­تر می­شود. همچنین تغییر شکل کپسول دوم به علت قرار گرفتن در جریان پایین دست کپسول اول کمتر می­باشد.

  در مجموع، نتایج حاصل از شبیه­سازی از تطابق خوبی با نتایج تجربی برخوردار بوده و نشان­دهنده کارایی روش ترکیبی شبکه بولتزمن و مرز غوطه­ور برای شبیه­سازی رفتار گلبول­های قرمز و دیگر ذرات تغییر شکل پذیر درون جریان است. برای بررسی تغییر شکل کپسول از پارامترهای ریخت­شناسی که بر اساس ممان­های سطحی محاسبه می­شوند، استفاده شده است.