Исследование и разработка микрофлюидных устройств для анализа биологических объектов методами микроскопии высокого разрешения

• Автор: Кухтевич, Игорь Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 187 с. : ил.

Содержание
Сокращения
Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Классификация микрофлюидных устройств для анализа и исследования биологических объектов

1.2. Тенденции развития современных микрофлюидных устройств

для анализа и исследования биологических объектов

1.3. Методы моделирования, применяемые при расчете функциональных элементов микрофлюидных устройств
1.4. Контроль и измерение характеристик функциональных элементов микрофлюидных устройств

1.5. Проведение измерений методом атомно-силовой микроскопии в жидких средах

1.6. Постановка цели и задачи исследования

Глава 2. Моделирование массопереноса жидкости и движения микрочастиц в микрофлюидных устройствах. Разработка топологий микрофлюидных устройств
2.1. Моделирование массопереноса жидкости в чипах с ловушками
для фиксации микрочастиц
2.2. Моделирование процесса гидродинамического разделения частиц
2.3. Топологии микрофлюидных чипов с гидродинамическими ловушками для фиксации микрочастиц
2.4. Топология микрофлюидного чипа для гидродинамического разделения частиц
2.5. Результаты и их обсуждение
2.6. Заключение к главе

Г лава 3. Изготовление микрофлюидных устройств и контроль их характеристик
3.1. Материалы микрофлюидных чипов
3.2. Изготовление стеклянных микрофлюидных чипов с гидродинамическими ловушками и контроль их
геометрических размеров
3.3. Отработка технологического процесса изготовления микроструктур в стекле методом лазерной литографии с последующим кислотным травлением
3.4. Изготовление микрофлюидных чипов из полидиметилсилоксана
3.5. Оценка влияния погрешности изготовления на объем элемента
и гидравлическое сопротивление канала
3.6. Герметизация микрофлюидных чипов разных топологий
3.7. Гидравлические интерфейсы для микрофлюидных чипов и вспомогательные устройства
3.8. Результаты и их обсуждение
3.9. Заключение к главе
Глава 4. Экспериментальные исследования и тестирование
4.1. Испытания микрофлюидных устройств
4.1.1. Экспериментальная установка для проведения испытаний микрофлюидных чипов
4.1.2. Проверка функционирования микрофлюидных чипов при
помощи раствора флуоресциина
4.1.3. Экспериментальные исследования по фиксации микрообъектов
в микрофлюидных чипах с ловушками
4.1.4. Экспериментальные исследования по разделению микрочастиц
в микрофлюидных чипах для гидродинамического разделения
4.2. Измерения микрообъектов и тестовых структур в жидких средах
методом атомно-силовой микроскопии

4.2.1. Изучение особенностей проведения измерений методом АСМ в жидких средах
4.2.2. Исследование калибровочной решетки ТСр 1 методом сканирующей электронной микроскопии
4.2.3. Визуализация биологических объектов в жидкой среде методом атомно-силовой микроскопии
4.3. Результаты и их обсуждение
4.4. Заключение к главе
Заключение
Список публикаций по материалам работы
Список литературы

достоинства достигаются лишь при использовании достаточно регулярной (структурированной) сетки - почти ортогональной и с плавно меняющимися размерами ячеек, что ограничивает применимость данного метода для моделирования сложных геометрий [70].
Метод конечных объемов (МКО) основан на интегральной форме законов сохранения массы, импульса, энергии и др. Балансовые соотношения записываются для небольшого контрольного объема; их дискретный аналог получается суммированием по всем граням выделенного объема потоков массы, импульса и т.д. Недостатком данного метода также являются трудности, возникающие при моделировании сложных геометрий [71].
Метод конечных элементов (МКЭ) основывается на методе взвешенных невязок, суть которого заключается в следующем: с
использованием специальных методов подбирается функция, удовлетворяющая дифференциальным уравнениям и граничным условиям. Идея же МКЭ состоит в том, что в методе взвешенных невязок используются простые пробные и весовые функции, но не во всей области, а в её отдельных подобластях (конечных элементах). Переход от метода взвешенных невязок к МКЭ осуществляется с использованием специальных пробных функций, которые также называются глобальными базисными функциями, обладающих следующими свойствами:
• в узле аппроксимации функции имеют значение равное единице;
• отличны от нуля только в конечных элементах, содержащих этот узел аппроксимации, во всей остальной области равны нулю.
Преимуществом МКЭ является возможность работы со сложными геометриями, возможность неравномерного разбиения с меньшим шагом сетки в зонах, требующих повышенной точности [72].
Таким образом, из представленного выше материала следует, что для
моделирования потока жидкости в МФУ для случаев, когда размеры каналов
и структур устройства лежат в интервале от сотен микрон до сотен