Создание теории рабочих процессов, методов расчета и разработка оборудования для ПЦР-диагностики

• Автор: Чернышев, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.17
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 377 с. : ил.

Перечень условных обозначений

Глава 1. Обзор современного состояния разработки оборудования для ПЦР-диагностики - амплификаторов ДНК

1.1. Конструктивные схемы оборудования для ПЦР-диагностики

1.2. Проблемы разработки оборудования для ПЦР-диагностики

1.2.1. Обеспечение однородности температурного поля рабочего тела

1.2.2. Повышение скорости нагрева/охлаждения рабочего тела

1.2.3. Снижение динамического разброса температуры рабочего тела

в процессе стабилизации температуры

1.2.4. Повышение надежности блока нагрева/охлаждения в циклическом режиме

1.3. Обзор методов расчета оборудования для ПЦР-диагностики

1.3.1. Обзор методов расчета термостатирующих устройств

1.3.2. Обзор методов расчета тепловых источников
1.3.3. Обзор и выбор метода решения теплового состояния
1.4. Выводы к главе 1. Постановка цели и задач исследования
Глава 2. Биотехнические аспекты создания оборудования для ПЦР-диагностики
2.1. Молекулярно-биологические основы процесса ПЦР
2.2. Коэффициент «качества» процесса ПЦР
2.3. Биотехнический подход к анализу процесса ПЦР
2.4. Моделирование теплового состояния реакционной смеси в ходе ПЦР
2.4.1. Математическая модель теплового состояния реакционной смеси
2.4.2. Результаты численного эксперимента

2.5. Энергетическая оценка влияния химических и физико-химических реакций в ходе ПЦР на тепловое состояние реакционной смеси
2.6. Выводы к главе
Глава 3. Разработка общей классификации и концептуальной модели
расчета оборудования для ПЦР-диагностики
3.1 Классификация оборудования для ПЦР-диагностики
3.1.1. Классификация по принципу действия
3.1.2. Классификация по техническим и эксплуатационным характеристикам
3.1.3. Анализ классификационных признаков
3.2. Концептуальная модель расчета оборудования для ПЦРдиагностики
3.2.1. Обобщенная структурная схема
3.2.1.1. Структурная схема теплового блока твердотельного амплификатора ДНК на основе термоэлектрических элементов Пельтье
3.2.1.2. Структурная схема пневматического устройства
3.2.1.3. Структурная схема комбинированного электромеханического амплификатора ДНК
3.2.2. Концептуальная модель расчета
3.3. Выводы к главе
Глава 4. Теория рабочих процессов и разработка методики расчета
твердотельных амплификаторов ДНК
4.1. Математическая модель расчета теплового блока твердотельного амплификатора ДНК
4.1.1. Основные допущения
4.1.2. Расчетная область
4.1.3. Система уравнений
4.1.4. Граничные и начальные условия

4.2. Разработка методики расчета твердотельного устройства
4.2.1. Дискретный аналог уравнения теплопроводности для теплового блока
4.2.2. Дискретный аналог уравнения Навье-Стокса в каналах
радиатора
4.2.3. Дискретный аналог уравнения энергии в каналах радиатора
4.2.4. Дискретный аналог уравнения Навье-Стокса в воздушной
камере
4.2.5. Дискретный аналог уравнения неразрывности в воздушной
камере
4.2.6. Дискретный аналог уравнения энергии в воздушной
камере
4.3. Математическая модель расчета преобразователей энергии твердотельных амплификаторов
4.3.1. Вывод уравнения сохранения энергии для неравновесных процессов в термоэлектрических элементах Пельтье
4.3.2. Вывод закона сохранения энергии для нестационарных
условий
4.3.3. Обобщенные законы теплопроводности и электропроводности в анизотропной среде
4.3.4. Вывод закона сохранения энергии для однородной термоэлектрически анизотропной среды для нестационарных условий
4.3.5. Вывод закона сохранения энергии для однородной термоэлектрически изотропной среды
4.3.6. Вывод дискретного аналога закона сохранения энергии для однородной термоэлектрически изотропной среды
4.4. Алгоритм расчета
4.5. Еыводы к главе

1.3. Обзор методов расчета оборудования для ПЦР-диагностики
1.3.1. Обзор методов расчета термостатирующих устройств
На сегодняшний день вопросы разработки методов математического моделирования рабочих процессов исследования, а также создания оборудования для ПЦР-диагностики мало изучены. По принципу действия и назначению данный тип устройств является разновидностью термостатирующих устройств, работающих в динамическом, управляемом режиме. Некоторые принципы обобщения при создании математической модели выполнены в работе Ярышева и Андреевой [2]. Авторами проведены анализ и систематизация вариантов исполнения и методов расчета термостатирующих устройств различных типов. В данной работе сделано следующее предположение: объект теплового воздействия находится в камере с внутренней теплоизоляцией; энергия от источника нагрева/охлаждения подводится к нему через рабочее тело. Математическая модель разработана на основе закона сохранения энергии при значительном наборе допущений:
- объект теплового воздействия (объемом V, с площадью поверхности S) и камера имеют полные теплоемкости Сов и Ск
- распределение температуры по объему объекта теплового воздействия и камере на текущий момент времени определяются мгновенными значениями температур T0E(t) и TK(t);
- в объеме и на поверхности объекта теплового воздействия и камеры могут быть возмущающие или управляющие тепловые воздействия WOb(0 и WK(t)
- в объекте теплового воздействия может быть создан проточный теплообмен. Теплоноситель (рабочая среда) обладает температурой Тпр.вхО) и TnPBbix(t) на входе и выходе соответственно. Интенсивность проточного теплообмена постоянна и характеризуется коэффициентом объемной теплоотдачи аПР, Вт/м3 К;