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內容簡介

　　本書基于作者近幾年在北京理工大學的工科研究生教學經(jīng)驗，并結合工科的實際需求而編寫。全書分為5章。第1章，簡要介紹微流控芯片技術的應用前景和常見的建模方法。第2章，主要介紹微流控芯片的制作材料、制作工藝、功能單元等知識。第3章，主要介紹微流控芯片技術的應用。第4章，介紹如何采用有限元方法建立微流控芯片設計模型，重點介紹偏微分方程、有限差分思想、有限元法原理等基本的知識，并結合COMSOL Multiphysics軟件對微流控芯片中的流動、通道設計、微混合、樣品操控、液滴操控、微泵等常見微流控芯片功能單元進行建模示范。第5章，針對現(xiàn)有軟件在模擬微流控芯片中顆粒操控能力的不足，主要介紹浸入邊界-格子Boltzmann方法的基本原理和在細胞分離中的應用，并采用MATLAB進行程序實現(xiàn)。本書可作為化工、生物、醫(yī)學工科的研究生教材。

作者簡介

　　徐遠清，男，重慶人，1978年8月出生，現(xiàn)為北京理工大學生命學院副教授，碩士生導師；任中國電子學會生物醫(yī)學電子學分會委員，廣東省院士專家工作站專家組成員，中華醫(yī)學百科全書生物醫(yī)學工程編委。在生物醫(yī)學工程學科開展生物醫(yī)學建模與仿真及生物醫(yī)學信號處理等方面的研究工作。主持國家自然科學基金2項（面上、青年各1項），承擔國家重點研發(fā)計劃子課題1項，北京市自然科學基金（重點）子課題1項；主持橫向課題三項。獲北京市高校教師青年英才計劃項目支持。目前發(fā)表科研論文20余篇，他引次數(shù)200余次。其中，以作者和通信作者發(fā)表論文18篇；SCI期刊論文14篇，EI論文3篇。主編、參編教材各1部。耿利娜，女，1973年7月出生，北京大學化學與分子工程學院博士，美國加州理工大學圣地亞哥分校雅各布斯工程學院訪問學者?，F(xiàn)為北京理工大學生命學院副教授，碩士生導師。目前主要開展通過微流控芯片、納米材料、生物信息學以及計算機模擬輔助等多學科融合建立生物與醫(yī)學分離檢測新技術新方法，以及適配體核酸藥物篩選等研究工作。主持或參加了國家自然基金、國家重大儀器專項、“十一五”科技支撐專項、國家科技支撐計劃項目和國家“863”重大專項等多項課題。目前以作者和通信作者發(fā)表SCI期刊科研論文十余篇，其中一區(qū)文章3篇，二區(qū)文章5篇，受邀封面文章3篇，受二區(qū)刊物邀請撰寫綜述文章。

圖書目錄

第 1章緒論
11微流控芯片及應用領域
12微流控芯片的設計制造
13微流控芯片技術的優(yōu)點
14微流控芯片技術的不足
15微流控建模設計的必要性
16微流控建模方法
參考文獻
第 2章微流控芯片技術基礎
21微流控芯片制作材料
211無機材料
212聚合物材料
213水凝膠
214紙基芯片
215混合材料和復合材料
22微流控芯片制作工藝
221硅和玻璃微流控芯片制作
222聚合物材料微流控芯片制作
223微流控芯片鍵合技術
23微流控芯片的功能單元
231微閥
232微流控芯片的流體驅動功能單元
233微通道
234微混合器
235微分離技術
236微流控芯片樣品處理單元
237微流控芯片生物和化學反應單元
238微流控芯片檢測技術
目錄參考文獻
第3章微流控芯片技術的應用
31生化反應芯片
311聚合酶鏈式反應
312免疫檢測
32細胞和器官芯片
33液滴微流控芯片
34藥物篩選
35生物和化工合成
36食品和農(nóng)業(yè)應用
37環(huán)境檢測
38醫(yī)學應用
381POCT
382可穿戴醫(yī)療器械
39空間生命科學應用
參考文獻
第4章基于有限元法的微流控建模
41偏微分方程及重要性
411偏微分方程的概念
412對偏微分方程的研究要重視其個性
413偏微分方程是打開自然界未知領域大門的金鑰匙
414偏微分方程研究的未來
42偏微分方程及發(fā)展歷史
421偏微分方程的發(fā)展簡史
422三種典型的偏微分方程類型
423邊界條件
43偏微分方程及數(shù)值解法
431有限差分法的原理及應用
432有限元法的原理及應用
44基于COMSOL Multiphysics的有限元建模
441COMSOL Multiphysics簡介
442COMSOL Multiphysics發(fā)展歷史
443微流控芯片模擬所需的主要功能模塊1
444COMSOL Multiphysics的軟件開發(fā)界面與功能區(qū)
445COMSOL Multiphysics建立仿真模型的主要流程
446建模設計案例分析
參考文獻
第5章基于浸入邊界-格子Boltzmann方法的建模
51引言
52格子Boltzmann方法的發(fā)展歷史
53格子Boltzmann方法的基本原理
531概率密度函數(shù)
532格子模型
533宏觀量計算方法
534平衡態(tài)分布函數(shù)
535碰撞
536遷移
537邊界條件
538LBM計算步驟與數(shù)學框架
54采用LBM模擬微通道流動
541微通道流動
542微通道流動的LBM程序實現(xiàn)
543計算結果分析
544量綱轉化問題
55采用LBM模擬不規(guī)則通道中的流動
551不規(guī)則通道流動模型
552雷諾數(shù)與流動狀態(tài)
553運行結果與分析
554代碼分析
56應用IB-LBM模擬不規(guī)則通道中的細胞運動
561流體力學與計算流體力學概念
562流固耦合
563歐拉網(wǎng)格與拉格朗日網(wǎng)格
564浸入邊界法
565細胞力學模型
566IB-LBM流固耦合框架209
57一種基于IB-LBM的細胞微流控分離方案設計210
571模型介紹210
572程序框架210
573程序代碼211
574結果分析223
58應用IB-LBM進行細胞分選的案例224
581錯流法分離不同體積的細胞224
582夾流法分離不同體積的細胞225
583U形篩捕獲細胞系統(tǒng)優(yōu)化設計226
59學習LBM的策略229
參考文獻232