Computational study of microfluidics and mechanical biosensors (suspended microcantilevers)
Φόρτωση...
Ημερομηνία
Συγγραφείς
Γαβαλάς, Ιάκωβος
Τίτλος Εφημερίδας
Περιοδικό ISSN
Τίτλος τόμου
Εκδότης
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Περίληψη
Τύπος
Είδος δημοσίευσης σε συνέδριο
Είδος περιοδικού
Είδος εκπαιδευτικού υλικού
Όνομα συνεδρίου
Όνομα περιοδικού
Όνομα βιβλίου
Σειρά βιβλίου
Έκδοση βιβλίου
Συμπληρωματικός/δευτερεύων τίτλος
Περιγραφή
In this work, a computational study of microfluidics and mechanical biosensors (suspended microcantilevers) is employed using the Finite Elements Method. The aim of this work is to fabricate a Lab-on-a-Chip (LoC) and a Point-of-Care (PoC) device to measure the dynamic viscosity of the Newtonian and Non-Newtonian fluids. This type of biosensors has shown extremely promising results and applications in the field of the biosensors.
The current thesis is divided into 8 Chapters. In Chapter 1, a brief introduction to microfluidics is presented. The most important and useful for this work definitions are introduced. In Chapter 2, the origin, the types and the functionality of the biosensors are presented. In Chapter 3, a specific type of mechanical biosensors, the suspended microcantilever, is analyzed. In Chapter 4, the evolution in the field of the suspended microcantilevers, as well as the Finite Elements Method (FEM) simulation of them, is introduced. In Chapter 5, the different mechanical biosensors’ geometries that are used, the hypothesis, the equations and the boundary conditions of the problem are introduced. Chapter 6, is dedicated to the numerical solution of the current problem by employing FEM. In Chapter 7, the results of our experiments are presented. Finally, Chapter 8, summarizes the conclusions of the current work.
The results of the simulations predict a highly sensitive biosensor comparing to previous published works. The proposed microcantilever was tested using Newtonian and Non-Newtonian fluids showing promising results. Finally, its small size is crucial for its integration into LoC and PoC devices.
Η παρούσα εργασία, εστιάζεται στην υπολογιστική μελέτη μικρορροϊκών διατάξεων και μηχανικών βιοαισθητήρων με την Μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων. Σκοπός, έιναι η ενσωμάτωσή τους σε συσκευές Lab-on-a-Chip (LoC) και Point-of-Care (PoC) που θα μετράνε το δυναμικό ιξώδες Νευτωνικών και Μη-Νευτωνικών υγρών. Ο συγκεκριμένος τύπος βιοαισθητήρων παρουσιάζει πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα και ποικίλες εφαρμογές στον χώρο των βιοαισθητήρων. Η εργασία χωρίζεται σε 8 Κεφάλαια. Στο Πρώτο Κεφάλαιο, γίνεται μια σύντομη εισαγωγή της εργασίας, εισάγοντας τους σημαντικότερους και χρησιμότερους ορισμούς. Στο Δεύτερο Κεφάλαιο, αναλύονται οι σημαντικότεροι τύποι βιοαισθητήρων καθώς και ο τρόπος λειτουργίας τους. Στο Τρίτο Κεφάλαιο, θα αναλυθεί μια ειδική κατηγορία των μηχανικών βιοαισθητήρων αυτή των ροηφόρων μηχανικών μικρο-βιοαισθητήρων (suspended microcantilevers). Το Τέταρτο Κεφάλαιο, εστιάζει στην έως τώρα εξέλιξη αυτών των βιοαισθητήρων καθώς και στην θεωρητική μοντελοποίησή τους με την Μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων. Στο Πέμπτο Κεφάλαιο, εισάγοται οι διαφορετικές γεωμετρίες του μηχανικού βιοαισθητήρα προς μελέτη, οι απαραίτητες υποθέσεις, οι εξισώσεις και οι συνοριακές συνθήκες που εξυπηρετούν την επίλυση του προβλήματος. Το Κεφάλαιο Έξι, εστιάζει στην αριθμητική επιλύση του προβλήματος με την Μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων εξετάζονατας την συμπεριφορά των βιοαισθητήρων. Το Έβδομο Κεφάλαιο, φιλοξενεί τα αποτέλεσματα της εργασίας όπως αυτά καθορίζονται από την φύση του προβλήματος. Τέλος, στο Όγδοο Κεφάλαιο, παρατίθενται τα συμπεράσματα των αριθμητικών μοντελοποιήσεων. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων συγκλίνουν προς έναν εξαιρετικά ευαίσθητο βιοαισθητήρα και αντιπαραβάλλονται με αυτών της βιβλιογραφίας. Ακόμη, αντικείμενο μελέτης των επιδόσεων του προτεινόμενου βιοαισθητήρα, αποτέλεσαν δείγματα από Νευτωνικά και μη- Νευτωνικά ρευστά. Τα αποτελέσματα που εξήχθησαν υποδηλώνουν εναν εξεραιτικά ευαίσθητο και μεγάλης ακρίβειας βιοαισθητήρα. Τέλος, εξ’ αιτίας του μικρού μεγέθους της εν λόγω διάταξης καθίσταται δυνατή η εφαρμογή της σε LoC και PoC συσκευές.
Η παρούσα εργασία, εστιάζεται στην υπολογιστική μελέτη μικρορροϊκών διατάξεων και μηχανικών βιοαισθητήρων με την Μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων. Σκοπός, έιναι η ενσωμάτωσή τους σε συσκευές Lab-on-a-Chip (LoC) και Point-of-Care (PoC) που θα μετράνε το δυναμικό ιξώδες Νευτωνικών και Μη-Νευτωνικών υγρών. Ο συγκεκριμένος τύπος βιοαισθητήρων παρουσιάζει πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα και ποικίλες εφαρμογές στον χώρο των βιοαισθητήρων. Η εργασία χωρίζεται σε 8 Κεφάλαια. Στο Πρώτο Κεφάλαιο, γίνεται μια σύντομη εισαγωγή της εργασίας, εισάγοντας τους σημαντικότερους και χρησιμότερους ορισμούς. Στο Δεύτερο Κεφάλαιο, αναλύονται οι σημαντικότεροι τύποι βιοαισθητήρων καθώς και ο τρόπος λειτουργίας τους. Στο Τρίτο Κεφάλαιο, θα αναλυθεί μια ειδική κατηγορία των μηχανικών βιοαισθητήρων αυτή των ροηφόρων μηχανικών μικρο-βιοαισθητήρων (suspended microcantilevers). Το Τέταρτο Κεφάλαιο, εστιάζει στην έως τώρα εξέλιξη αυτών των βιοαισθητήρων καθώς και στην θεωρητική μοντελοποίησή τους με την Μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων. Στο Πέμπτο Κεφάλαιο, εισάγοται οι διαφορετικές γεωμετρίες του μηχανικού βιοαισθητήρα προς μελέτη, οι απαραίτητες υποθέσεις, οι εξισώσεις και οι συνοριακές συνθήκες που εξυπηρετούν την επίλυση του προβλήματος. Το Κεφάλαιο Έξι, εστιάζει στην αριθμητική επιλύση του προβλήματος με την Μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων εξετάζονατας την συμπεριφορά των βιοαισθητήρων. Το Έβδομο Κεφάλαιο, φιλοξενεί τα αποτέλεσματα της εργασίας όπως αυτά καθορίζονται από την φύση του προβλήματος. Τέλος, στο Όγδοο Κεφάλαιο, παρατίθενται τα συμπεράσματα των αριθμητικών μοντελοποιήσεων. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων συγκλίνουν προς έναν εξαιρετικά ευαίσθητο βιοαισθητήρα και αντιπαραβάλλονται με αυτών της βιβλιογραφίας. Ακόμη, αντικείμενο μελέτης των επιδόσεων του προτεινόμενου βιοαισθητήρα, αποτέλεσαν δείγματα από Νευτωνικά και μη- Νευτωνικά ρευστά. Τα αποτελέσματα που εξήχθησαν υποδηλώνουν εναν εξεραιτικά ευαίσθητο και μεγάλης ακρίβειας βιοαισθητήρα. Τέλος, εξ’ αιτίας του μικρού μεγέθους της εν λόγω διάταξης καθίσταται δυνατή η εφαρμογή της σε LoC και PoC συσκευές.
Περιγραφή
Λέξεις-κλειδιά
Microfluidics, Biosensors
Θεματική κατηγορία
Microfluidics
Παραπομπή
Σύνδεσμος
Γλώσσα
en
Εκδίδον τμήμα/τομέας
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Όνομα επιβλέποντος
Φωτιάδης, Δημήτριος Ι.
Εξεταστική επιτροπή
Φωτιάδης, Δημήτριος Ι.
Αγαθόπουλος, Συμεών
Γεργίδης, Λεωνίδας
Αγαθόπουλος, Συμεών
Γεργίδης, Λεωνίδας
Γενική Περιγραφή / Σχόλια
Ίδρυμα και Σχολή/Τμήμα του υποβάλλοντος
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Πίνακας περιεχομένων
Χορηγός
Βιβλιογραφική αναφορά
Βιβλιογραφία: σ. 96-100
Ονόματα συντελεστών
Αριθμός σελίδων
100 σ.