Overordnede kursusmål
Lab-on-a-chip systemer er enheder som integrerer og nedskalerer en
eller flere laboratoriefunktioner på en enkelt mikro-chip. Et
lab-on-a-chip system kan håndtere ekstremt små væskemængder
(mikrostrømning) helt ned til subnanoliter området og
kanaldimensioner er typisk i området fra 1 millimeter ned til 100
nanometer.
Det er kursets overordnede mål, at du bliver i stand til at
analysere og modellere virkemåden af udvalgte lab-on-a-chip
systemer ved hjælp af simple beregninger baseret på grundlæggende
mikrofluidisk teori. Endvidere er det målet, at du bliver i stand
til numerisk at modellere og designe nye lab-on-a-chip systemer ved
hjælp af COMSOL Multiphysics. Kurset er således relevant for dig
der gerne vil lære at bruge COMSOLs mange muligheder indenfor
modellering af mikrofluidiske systemer med fokus på især
biologirelaterede anvendelser.
Læringsmål
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
- Benytte generel strømnings- og diffusionsteori til at beskrive
og designe mikrofluide systemer
- Benytte numerisk simulering med COMSOL Multiphysics til at
designe og modellere mikrofluide systemer
- Benytte dimensionsanalyse til at estimere
strømningsegenskaberne i mikrofluide systemer
- Beregne hvordan elektriske kræfter påvirker partiklers
bevægelse igennem mikrofluidiske kanaler; herunder også biologiske
partikler
- Beregne hvordan elektriske felter bliver påvirket når
dielektriske partikler bevæger sig igennem dem
- Forstå hvordan inertikræfter kan bruges i kurvede mikrofludiske
kanaler for at sortere partikler
- Benytte numerisk simulering til modellering af tidsafhængige
lab-on-a-chip systemer, herunder systemer der genererer
droplets
- Benytte ækvivalente kredsløbsmodeller til estimering af
væsketransport i lab-on-a-chip systemer
- Benytte generel teori for mikrofluide systemer og numerisk
simulering til at analyserer resultater præsenteret i nye
"lab-on-a-chip" forskningsartikler
Kursusindhold
Med udgangspunkt i udvalgte lab-on-a-chip systemer (f.eks. til
cellemanipulation og separation af biomolekyler) og numerisk
simulering, vil du med en ingeniørmæssig tilgang kunne anvende
fysiske modeller at designe nye lab-on-a-chip systemer. Kurset har
ikke fokus på teorien bag mikrofluidiske systemer, men du kan
forvente at lære den grundlæggende mikrofluidisk teori, diffusion,
AC electrokinetics og AC fysik, så at du kan forstå og validere de
numeriske resultater. Det teoretiske fokus er derfor på vigtige
dimensionsløse tal, simple beregninger af forventelige
væskehastigheder og diffusionstider, simple beregninger af kræfter
osv. De fleste teoretiske øvelser er koblet til lignende numeriske
øvelser, så du kan sammenligne dine simple beregninger med COMSOLs
resultater. Du kan forvente at lære hvordan man bruger COMSOL, men
mange praktiske øvelser og en del ”hvordan gør man” fejlfinding.
Litteraturhenvisninger
Forelæsningsnoter, diverse relevante bogkapitler. De studerende der
er interesserede i den teoretiske del af kurset kunne have glæde af
Henrik Bruus, ”Theoretical Microfluidics”, Oxford.
Bemærkninger
Dette kursus vil give dig praktisk erfaring i brugen af metoder til
design, modellering og brug af lab-on-chip systemer som kan
anvendes til mange formål. Endvidere vil du få indsigt i
forskningsarbejdet inden for lab-on-a-chip ved DTU Bioengineering.
Endelig vil kurset give dig et godt udgangspunkt for at gå i gang
med et tværfagligt eksamensprojekt indenfor lab-on-a-chip systemer
og deres anvendelse.
Sidst opdateret
02. maj, 2024