Dette kursus, som er rettet mod både teoretikere og eksperimentalister, vil give dig en introduktion til en række avancerede teoretiske emner indenfor området mikrofluidik, dvs. dynamikken af fluid-strømninger på sub-millimeter skala under indflydelse af forskellige fysiske kræfter. Moderne mikrofluidik spiller en central rolle ved beskrivelsen af nye fysiske fænomener, som fluid-strømninger udviser i begrænsende geometrier, ved design af lab-on-a-chip systemer til integration af komplette biologiske og kemiske laboratorier på enkelte mikrochips, og i forbindelse med udviklingen af teoretiske modeller og eksperimenter i grænsefeltet mellem fysik og biologi med henblik på at forstå fx saftstrømning i træer, individuelle cellers biofysik, og svømning og fødeoptag hos mikroorganismer som fx akvatiske zooplankton. Kurset vil give dig et stærkt teoretisk grundlag og et godt udgangspunkt for efterfølgende M.Sc. projektarbejde ved fx DTU Fysik, DTU Nanotech og DTU Aqua om grundlæggende fluid-dynamik, lab-on-a-chip systemer og biologisk fluid-dynamik. En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:

• Udlede Navier-Stokes (NS) ligningen og kontinuitetsligningen ud fra grundlæggende principper
• Løse NS ligningen for mikrofluide strømninger med inertielle effekter
• Forklare den fysiske betydning af vigtige dimensionsløse tal i mikrofluidik
• Udlede og løse NS ligningen for akustisk drevne fluid-strømninger med 1.- og 2.-ordens perturbationsteori
• Opstille og løse modeller af simple advektions-diffusions problemer
• Beskrive kræfter på en partikel i en laminar fluid-strømning
• Forklare de grundlæggende fysiske processer bag biologiske væskepumper
• Løse NS ligningen for mikrofluide strømninger i og mellem levende celler
• Formulere og anvende principperne bag optimering af biologiske transportnetværk
• Udlede Stokeslet og stresslet løsningerne som modeller af akvatiske mikroorganismer
• Forklare og anvende princippet bag modstandsbaseret svømning og kraftteori

Kurset består af tre dele, der alle udvikler både din teoretiske kunnen og fysiske forståelse. Du vil lære grundlæggende fluid-dynamisk teori, dvs. transportligningerne for masse (kontinuitetsligningen), impuls (Navier-Stokes ligning), og energi (varmeligningen). Du vil blive gjort bekendt med nogle af de dimensionsløse tal, som beskriver fluid-strømninger, og du vil lære at anvende dem ved opstilling og analyse af modeller i mikrofluidik. Du vil gradvist lære metoder til at håndtere komplekse effekter i mikrofluidik, herunder tidsafhængige kræfter, inertielle effekter ved lave til moderate Reynolds tal, kompressibilitetseffekter, og vekselvirkninger mellem en elastisk struktur, fx en celle, og en omgivende fluid i bevægelse. I den første del af kurset vil du lære om ultralydsdrevet bevægelse af fluider med anvendelser i lab-on-a-chip systemer. I den anden del af kurset vil du lære om vaskulære strømninger i dyr og planter, og om designprincipperne bag biologiske transportnetværk. I den tredie del af kurset vil du lære om fluid-dynamikken for mikroorganismers svømning og fødeoptag. Du vil lære om fysikken for svømning ved lavt Reynolds tal og om hvordan mikroorganismer anvender flageller eller fimrehår til at svømme eller til at drive fødestrømme. Theoretical Microfluidics af Henrik Bruus, Oxford University Press (Oxford 2008) og forelæsningsnoter Teoretisk Mikrofluidik (10337) og Kontinuumsfysik (10346) kan følges uafhængigt og overlap gælder kun introduktionen af de grundlæggende fluiddynamiske ligninger. 28. oktober, 2016