OPISY KURSÓW/PRZEDMIOTÓW:

Transkrypt

1 OPISY KURSÓW/PRZEDMIOTÓW: Kod kursu/przedmiotu ETD 809 Tytuł kursu/przedmiotu Mikrosystemy analityczne Imię, nazwisko i tytuł/stopień prowadzącego dr hab. inż. Jan A. Dziuban Imiona, nazwiska oraz tytuły członków zespołu dydaktycznego Anna Górecka Drzazga, dr inż. Rafał Walczak, dr inż. Sylwester Bargiel, dr inż. Forma zaliczenia kursu Forma kursu Wykład Ćwiczenia Laboratorium Projekt Seminarium Liczba punktów Tygodniowa 1 1 liczba godzin Forma zaliczenia kolokwium sprawozdania Wymagania wstępne brak Krótki opis zawartości całego kursu Projektowanie, wytwarzanie, działanie i zastosowanie mikrosystemów dla chemii i mikrochemii. Podzespoły do sterowania mikro, piko i nano objętościami gazów i cieczy, sita, mieszalniki, zawory, kapilary. Mikroreaktory, wymienniki ciepła, integracja aparaturowa. Detektory elektroniczne i opto-elektroniczne. Analizatory i instrumenty analizujące zintegrowane gazowe i cieczowe. Bio-chipy analityczne, detekcyjne w tym laboratoria chipowe, DNA, systemy PCR. Ekonomia, rozwój mikrosystemów chemicznych. Wykład (podać z dokładnością do godzin) Zawartość tematyczna poszczególnych godzin wykładowych Liczba godzin 1. Wstęp. Definicja mikrosystemów chemicznych ( mikrotasów ). Ich rodzaje, przegląd wybranych konstrukcji. Rola mikrosystemów chemicznych, dlaczego miniaturyzacja? Podstawy fizyczne mikrotasów: przepływy w mikrokanałach; przepływy laminarne i turbulentne; mieszanie i dozowanie w mikro i nanoobjętościach. Przepływy EHF, elektroosmoza, elektryczne sterowanie przepływami cieczy.. Przegląd technologiczny; spójność mikrotasów i mikrosystemów elektronicznych. Podstawowe procesy technologiczne mikrotasów krzemowych, szklano-krzemowych, szklanych, ceramicznych, tworzywowych i metalowych. Przykłady realizacyjne z uwzględnieniem

2 ograniczeń projektowo-konstrukcyjnych. 3. Podzespoły dla mikrotasów: Mikrozawory rodzaje, wykonanie, parametry, sterowanie. Mikrokanały kapilarne i ich układy. Kolumny kapilarne podziałowe. Mieszalniki wirowe i dyfuzyjne. Mikropompy. 4. Mikroczujniki dla mikrotasów cieczowych: czujniki konduktometryczne, jonoselektywne na bazie tranzystorów IGFET, fluorometryczne i spektrometryczne z włóknami światłowodowymi. 5. Mikrotasy cieczowe: analizatory CE, FFFE, TFFF, Bio-chipy. Chipy do replikacji PCR, analizatory DNA, chipy immunologiczne. 6..Mikroczujniki przepływu objętości i masy gazu. Katarometry Mikrodozowniki wstrzykowe gazowe; z repetycją dozy, przepłukiwaniem zwrotnym, przekierowaniem dozy. 7. Zintegrowane chromatografy gazowe: budowa i sterowanie, zastosowanie w systemach o pracy ciągłej. 8. Mikroreaktory, nowa aparatura chemiczna. Ekonomia mikrotasów. Programy badawcze, rozwój 1 Ćwiczenia, seminarium - zawartość tematyczna Laboratorium, projekt - zawartość tematyczna 1. Mikrozawór i mikrodozownik gazu z repetycją dozy: badanie parametrów w układzie wstrzykowym i przepływowym z zastosowaniem sterowania komputerowego i przetwarzania sygnałów w czasie realnym.. Mikrodetektory przepływu i transportu masy gazu (katarometr) : badanie parametrów w układzie przepływowym, współpraca z mikrodozownikami. Określenie stałych czasowych, detekcyjności i powtarzalności wskazań w czasie realnym. 3. Zintegrowany chromatograf gazowy: budowa i działanie ( pokaz ), badanie separacji mieszanin testowych ( atmosfera kopalniana, detekcja metanu, gazu ziemnego), badanie pracy ciągłej. 4. Mikroczip cieczowy z pięcioma mikrozaworami i detektorem konduktometrycznym on the chip, o otwartej architekturze działania. Badanie wstrzykiwania i mieszania piko i nano objętości w układach typu T, Y z wykorzystaniem systemu wizualizacji. 5. Zintegrowany chromatograf cieczowy typu TFFF wraz z detektorami optoelektronicznymi z włóknami światłowodowymi w układzie spetrofotometrycznym. Badanie separacji w polu termicznym. Materiał do samodzielnego opracowania Literatura podstawowa Jan A. Dziuban, Technologia i zastosowanie mikromechanicznych struktur krzemowych i krzemowo-szklanych w technice mikrosystemów, Oficyna Wyd. Politechniki Wrocławskiej, 004, ISBN Nam-Trung Nguyen, Steven T. Wereley, Fundamentals and applications of Microfluidics, Artech House, 00, ISBN

3 Literatura uzupełniająca Praca zbiorowa: Micro-Total-Analysis Systems, Proceeding of the Micro-TAS, , Materiały Konferencyjne. Warunki zaliczenia

4 DESCRIPTION OF THE COURSES: Course code ETD 809 Course title Micro total analysis systems Supervising course lecturer Jan A. Dziuban, PhD, DSc Other course lecturers Anna Górecka Drzazga, PhD Rafał Walczak, PhD Sylwester Bargiel, PhD Course structure Course form Lecture Classes Laboratory Project Seminar Number of credits Number of 1 1 hours /week Form of the course completion kolloqium reports Prerequisites None Course description Design, fabrication, work and application of microsystems for chemistry and microchemistry. Key components for fluids and gas maintaining in micro, pico and nano volume, filters, mixers, valves, capillaries. Microreactors, heat exchange units, apparatus integration. Electronic and optoelectronic detectors. Integrated gas and fluid analysing devices and instruments. Bio-chips, lab on chips, DNA chips, PCR reactors. Microtas s economy and development. Lecture Particular lectures contents 1. Introduction. Definition od micro-total-analysis-system ( microtas). Systematization, kinds. Position of microtas s. Why miniaturiztion? Physic of microtas s: flow in microscale: laminar flow vs. vortex flow. Mixing and dozing in micro- and nano-volumes. EHF flow, electroosmotic flow, electro-flow-steerying.. Technological review: Compatibility of microtas s and MEMS. Basic processes. Microtas s made of: silicon, silicon and glass, glass, ceramic, plastic, metal. Examples of flow-process-charts. Technological limits. Number of hours

5 3. Parts of microtas s: Microvalves - types, realization, parameters, steerying. Capillary channels, nets of channels. Capillary colums for eluation procedures. Vortex and diffusive mixers. Micropums. 4. Microdetecors for liquids; conductometric, ion-selective (IGFET s), spectrofluorometric and spectrophotometric with fiber-oprics. 5. Luquid microtas s; CE, FFFE, TFFF, bio-chips, PCR reactors, DNAchips, immunoassay chips. 6. Flow and mass flow gas detectors. Catharometers. Microdosing units. Back-flushed and repetitive real-time dosers. 7. Integrated gas chromatographs: construction and steerying. On-line system applications. 8. Microreactors, new chemical apparatus. Market relations, development programmes. 1 Classes, seminars - the contents Laboratory, project the contents 1 Microvalve and repetitive microinjector: Parameters of injection in the computer controlled steerying system with the real-time signals processing. Gas flow and gas mass flow sensors: flow-trough and injection configurations, cooperation to microdosers. Relay time, detection limits, stability, real-time work. 3 Integrated gas chromatograph: construction and work. Separation of artificial atmosphere of deep coal mines. Detection of methanium, natural gas. On-line work. 4 Micro-fluidic-chip with the open architecture of a fluid maintance, with five microvalves and on-the-chip integrated conductometric sensor. Injection, dozing, mixing in the T, Y configurations. Visualization of data. 5 Integrated fluid chromatograph TFFF with opto-electronic spectrophotometric sensors with optic-fibers. Thermal field separation. Material for self preparation None Core literature Jan A. Dziuban, Technologia i zastosowanie mikromechanicznych struktur krzemowych i krzemowo-szklanych w technice mikrosystemów, Oficyna Wyd. Politechniki Wrocławskiej, 004, ISBN Nam-Trung Nguyen, Steven T. Wereley, Fundamentals and applications of Microfluidics, Artech House, 00, ISBN Additional literature Micro-Total-Analysis Systems, Proceeding of the Micro-TAS Conferences, Conditions for course credition positive note of kolloqium and exercises reports