دانشگاه اصفهان هوش محاسباتی در مهندسی برق 2821-0689 16 1 2025 04 21 Numerical Study of ACET Assisting Concentrator for On-chip Analytical Detection of Low-concentration Analytes تحلیل المان محدود تغلیظ‌گر AC الکترورمال برای بهبود تشخیص آنالیت‌های غلظت کم مبتنی بر میکروتراشه 31 40 29919 10.22108/isee.2025.143924.1721 FA رضا حاجی آقایی وفایی دانشیار، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه بناب، بناب، ایران سبحان شیخی وند استادیار، دانشکده علوم و فناوری‌های بین رشته‌ای، دانشگاه بناب ، بناب، ایران Journal Article 2025 01 06 Miniaturization has been widely applied in biosensing and immunosensing applications nowadays. Due to low Reynolds number flow, microchips usually suffer from mass transport and low detection yield. It should be noted that the antibody is immobilized on the surface of the biosensor, and the antigen is in the mobile phase. In this research, we propose an electrode structure to generate rotational flow near the biosensor and enhance the antibody-antigen binding process on the surface of the immune-sensor. Electrodes are excited at a proper voltage and frequency to generate an AC Electrothermal flow effect near the biosensor and concentrate the antigen to the immobilized antibodies. To study the AC electrothermal effect for an immunsensor, the physical equations, including electrostatic, fluid mechanics, temperature field, species concentration, and antibody-antigen binding reaction, is solved by the finite element method. By generating the electrothermal flow, the best location for the immunosensor is determined. The binding reaction is investigated both with and without applying the AC electrothermal effect. Based on the results with application of electrothermal flow (12-volt, 500 kHz), a rotational flow is induced and leads to a 9-fold improvement in antibody-antigen binding. The proposed system is studied for different Damköhler and Peclet numbers, and high throughput binding enhancement is observed for miniaturized and on-chip immunosensors. مینیاتورسازی (ریزسازی) امروزه به ‌طور گسترده در کاربردهای زیست‌حسگری و ایمونوسنسینگ استفاده می‌شود. به دلیل عدد رینولدز پایین جریان، تراشه‌های میکروسیالی معمولاً با مشکلاتی مانند انتقال جرم ضعیف و بازده کم در آشکارسازی مواجه هستند. گفتنی است، در یک زیست‌حسگر، آنتی‌بادی بر روی سطح حسگر تثبیت می‌شود، در حالی ‌که آنتی‌ژن در فاز متحرک قرار دارد. در این پژوهش، ساختاری جدید از الکترود پیشنهاد می‌شود که قادر است جریان گردابی (چرخشی) در نزدیکی سطح زیست‌حسگر ایجاد کند و فرایند اتصال آنتی‌ژن–آنتی‌بادی را بر روی سطح ایمونوسنسور بهبود بخشد. الکترودها با ولتاژ و فرکانس مناسب تحریک می‌شوند تا اثر جریان الکتروترمال متناوب را در مجاورت زیست‌حسگر ایجاد و آنتی‌ژن‌ها را به سمت آنتی‌بادی‌های تثبیت‌شده متمرکز کنند. برای بررسی اثر الکتروترمال متناوب در ایمونوسنسور، معادلات فیزیکی شامل الکترواستاتیک، مکانیک سیالات، میدان دما، غلظت گونه‌ها و واکنش اتصال آنتی‌ژن–آنتی‌بادی با استفاده از روش المان محدود حل شده‌اند. با ایجاد جریان الکتروترمال، بهترین محل برای قرارگیری ایمونوسنسور تعیین شد. واکنش اتصال در دو حالت با و بدون اعمال اثر الکتروترمال AC بررسی شد. نتایج نشان داد با اعمال جریان الکتروترمال (در ولتاژ 12 ولت و فرکانس 500 کیلوهرتز)، جریانی چرخشی در محیط ایجاد و موجب افزایش ۹ برابری در راندمان اتصال آنتی‌ژن–آنتی‌بادی شد. سیستم پیشنهادی برای اعداد دامکولر و پکلت مختلف بررسی شد و بهبودی چشمگیر در کارایی اتصال و بازده در ایمونوسنسورهای ریزتراشه‌ای مشاهده شد. https://isee.ui.ac.ir/article_29919_12c6df259b8f275dbb141e21085fb58c.pdf