Теоретическое и экспериментальные исследования течения жидкостей в микрофлюидных устройствах
Описание
В настоящее время активно развивается направление разработки и создания портативных устройств экспресс-анализа биологических проб для биомедицинской диагностики и экологического мониторинга. Во многих из них используются разнообразные микрофлюидные устройства и технологии, обеспечивающие возможность уникальных исследований, в том числе на уровне единичных клеток и молекул. Разработка и создание микрофлюидных устройств является достаточно сложной задачей, требующей фундаментальных знаний физики, гидродинамики, материаловедения, физикохимии поверхности, микро- и нанотехнологий и полупроводниковой техники. В теоретических разделах настоящего учебного пособия рассматриваются основные уравнения гидродинамики, обсуждаются условия их применения для численного и приближенного расчета характеристик ламинарного течения жидкости, конвекции и диффузии в микроканалах при анализе транспортных явлений в микрофлюидных устройствах. В начале технологического раздела приведено описание технологии «мягкой» литографии. Отдельная глава посвящена применению нанотехнологий, позволяющих формировать функциональные наноразмерные структуры в микрофлюидных устройствах с целью манипуляций и анализа отдельных клеток или биомолекул. В пособии рассматриваются современные подходы к численному моделированию процессов транспорта жидкостей в каналах микрофлюидных устройств, а также продемонстрированы методы применения теоретических знаний для решения практических задач в рамках выполнения лабораторных работ. Важной особенностью представленных лабораторных работ является описание способов и подходов к изготовлению микрофлюидных устройств методами «мягкой» литографии и проведению экспериментальных исследований в них. Представленное пособие является методическим материалом, предназначенным для бакалавров старших курсов и магистров, проходящих обучение по таким направлениям и профилям, как: «Физика и нанобиотехнологии» (направление 03.03.01 «Прикладная физика и математика»), «Нанобиотехнологии» (направление 03.04.02 «Физика»), «Нанобиоматериалы и нанобиотехнологии» (направление 04.05.01 «Фундаментальная и прикладная химия») и др.
