A Simulation of Advanced Multi-dimensional Isotachophoretic Protein Separation for Optimal Lab-on-a-chip Design

In this paper, a computer simulation is developed for isotachophoretic protein separation in a serpentine micro channel for optimal lab on a chip design using 2D Finite Element Method. This 2D ITP model is composed of 5 components such as hydrochloric acid as Leader, caproic acid as terminator, acetic acid and benzoic acid as two proteins, and histindine as background electrolyte. The computer model is based on mass conservation equation for 5 components, charge conservation equation for electric potential, and electro neutrality condition for pH calculation. For the validation of the 2D spatial ITP model, the results are compared with the Simul5 developed by Bohuslav Gas Group. The simulation results are in a good agreement in a ID planar channel. This proves the precision of our model. The 2Dproteinseparation is conducted in a 2D curved channel for Lab on a chip design and dispersions of proteins are revealed during the electrophoretic process in a curved shape.

최적화된 Lab-on-a-chip 설계를 위한 향상된 다차원 프로틴 등속영동 시뮬레이션

본 논문에서는 최적의 Lab-on-a-Chip을 설계하기 위해 나선형 마이크로 채널에서 등속영동 프로틴 분리를 수행하는 컴퓨터 시뮬레이션을 이차원 유한 요소법을 이용하여 개발하였다. 개발한 이차원 ITP 모델은 다섯 가지 요소로 구성되며 Leader로서 염산을, Terminator로서 카르로산, 두 개의 프로틴 중 프로틴 A는 아세트산, 프로틴 B는 벤조산, 그리고 BE(Background Electrolyte)로서 히스티딘을 사용하였다. 컴퓨터 모델은 다섯 가지 구성 요소들에 대한 질량 보존 방정식과 전위에 대한 전하 보존 방정식, 그리고 pH 계산은 전기적 중성 조건식에 기반하고 있다. 제안된 이차원 공간 ITP 모델의 검증을 위해 제안한 모델의 결과와 Bohuslav Gas 그룹에서 개발한 Simu 5의 결과를 비교하였다. 시뮬레이션 결과 일차원 채널에서 두 모델이 매우 유사한 일치를 보임으로 제안한 모델의 정확성을 검증해 주었다. 이차원 프로틴 분리는 Lab-on-a-Chip 설계를 위한 이차원 곡선 채널에서 수행되어 채널 형상이 프로틴 포커싱분포(dispersions)의 변화를 초래함을 알 수 있었다.