OPISY KURSÓW. Kod kursu: ETD 9266 Nazwa kursu: Mikrosystemy analityczne Język wykładowy: polski

Transkrypt

1 OPISY KURSÓW Kod kursu: ETD 966 Nazwa kursu: Mikrosystemy analityczne Język wykładowy: polski Forma kursu Wykład Ćwiczenia Laboratorium Projekt Seminarium Tygodniowa liczba godzin 1 ZZU * Semestralna liczba godzin ZZU* Forma ocena ocena zaliczenia Punkty ECTS 1 Liczba godzin CNPS Poziom kursu (podstawowy/zaawansowany): studia II stopnia stacjonarne, zaawansowany Wymagania wstępne: zaliczony kurs Mikrosystemy I (ETD 506) Imię, nazwisko i tytuł/ stopień prowadzącego: Jan Dziuban, dr hab. inŝ. Imiona i nazwiska oraz tytuły/stopnie członków zespołu dydaktycznego: Anna Górecka-Drzazga, dr inŝ.; Rafał Walczak, dr inŝ.; Rok: I Semestr: Typ kursu (obowiązkowy/wybieralny): obowiązkowy Cele zajęć (efekty kształcenia): umiejętności i kompetencje: znajomość podstaw fizykochemicznych, technologicznych, konstrukcji, wytwarzania, działania i zastosowań mikrosystemów analitycznych, mikroreaktorów, bio-chipów i lab-on chipów. Forma nauczania (tradycyjna/zdalna): tradycyjna Krótki opis zawartości całego kursu: W ramach kursu Wykład studenci otrzymują wiedzę na temat podstaw fizykochemicznych opisujących działanie mikrosystemów analitycznych gazowych i cieczowy. 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. W ramach Laboratorium studenci badają elementy składowe mikrosystemów analitycznych (zawory, dozowniki, mieszacze, detektory) oraz zapoznają się z pracą kompletnych wysokozaawansowanych mikrosystemów analitycznych (np. zintegrowany chromatograf gazowy). 1

2 Wykład (podać z dokładnością do godzin): Zawartość tematyczna poszczególnych godzin wykładowych 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.. Przegląd technologiczny; spójność mikrotasów i mikrosystemów elektronicznych. Podstawowe procesy technologiczne mikrotasów krzemowych, szklano-krzemowych, szklanych, ceramicznych, tworzywowych i metalowych. Przykłady realizacyjne z uwzględnieniem. 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 Ćwiczenia - zawartość tematyczna: Seminarium - zawartość tematyczna: Liczba godzin Laboratorium - 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. Mikroczujniki dla mikrochemii i bio-memsów. 5. Platforma pomiarowa ze zintegrowanymi czujnikami ciśnienia i temperatury dla mikroreaktora chemicznego cieczy agresywnych. Projekt - zawartość tematyczna: Literatura podstawowa: 1. J. Saliterman, Fundamentals of Bio-MEMS and Medical Microdevices,. Nam-Trung Nguyen, Steven T. Wereley, Fundamentals and applications of Microfluidics, Artech House, 00 1

3 3. J. Dziuban, Technologia i zastosowanie mikromechanicznych struktur krzemowych i krzemowo-szklanych w technice mikrosystemów, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław J. Dziuban, Bonding in microsystem technology, Springer Materiały do laboratorium: Literatura uzupełniająca: 1. Tai-Ran-Hsu, MEMS&Microsystems Design and Manufacturing, Mc Graw Hill 003. Mohamed Gad-el-Hak, The MEMS Handbook, CRC Press LLC, Pisma w języku angielskim: Sensors and Actuators, Journal of Micromechanics and Microengineering (dostępne w czytelni BG, BI-W1 oraz na stronie internetowej PWr), wybrane materiały konferencji MikroTAS. Warunki zaliczenia: Wykład: Zaliczenie kolokwialne sumujące materiał, pozytywna ocena z laboratorium. Laboratorium: pozytywne zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych, sprawozdania. * - w zaleŝności od systemu studiów 3

4 DESCRIPTION OF THE COURSES Course code: ETD 966 Course title: Analytical microsystems Language of the lecturer: Polishor English Course form Lecture Classes Laboratory Project Seminar Number of hours/week* 1 Number of hours/semester* Form of the course completion mark mark ECTS credits 1 Total Student s Workload Level of the course (basic/advanced): Second-cycle studies, mode of study: full-time studies, advanced Prerequisites: Microsystems I (ETD 506) Name, first name and degree of the lecturer/supervisor: Jan Dziuban, PhD, DSc Names, first names and degrees of the team s members: Anna Górecka-Drzazga, PhD; Rafał Walczak, PhD; Year: I Semester: Type of the course (obligatory/optional): obligatory Aims of the course (effects of the course): Physical, chemical and technological principles, basic constructions, fabrication work and using of analytical microsystems, microreactors, bio-microsystems and lab-on-a-chips. Form of the teaching (traditional/e-learning): traditional 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 of micro-total-analysis-system (microtas). Systematization, kinds. Position of microtas s. Why miniaturization? Physic of microtas s: flow in microscale: laminar flow vs. vortex flow. Mixing and dozing in micro- and nano-scale.. 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 4

5 3. Parts of microtas s: Microvalves - types, realization, parameters, steering. Capillary channels, nets of channels. Capillary colums for elution procedures. Vortex and diffusive mixers. Micropums. 4. Microdetecors for liquids; conductometric, ion-selective (IGFET s), spectrofluorometric and spectrophotometric with fiber-optics. 5. Liquid 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 steering. On-line system applications. 8. Microreactors, new chemical apparatus. Market relations, development programs. Classes the contents: Seminars the contents: Laboratory the contents: 1. Integrated gas chromatographs and its components: design and work, gas mixture tests.. Microvalves: characterization for the flow and injection modes of the work. 3. Hot-wire mass flow microdetector: characterization for the flow and injection modes of the work. 4. Photometric NIR and/or fluorometric microsensors in T-type configuration: characterization for steady-state and flow modes of the work. 5. Platform of sensors with integrated pressure and temperature detectors for harsh reagents microreactor. Project the contents: Basic literature: 6. J. Saliterman, Fundamentals of Bio-MEMS and Medical Microdevices, 7. Nam-Trung Nguyen, Steven T. Wereley, Fundamentals and applications of Microfluidics, Artech House, J. Dziuban, Technologia i zastosowanie mikromechanicznych struktur krzemowych i krzemowo-szklanych w technice mikrosystemów, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław J. Dziuban, Bonding in microsystem technology, Springer Materiały do laboratorium: Additional literature: 1. Tai-Ran-Hsu, MEMS&Microsystems Design and Manufacturing, Mc Graw Hill 003. Mohamed Gad-el-Hak, The MEMS Handbook, CRC Press LLC, Pisma w języku angielskim: Sensors and Actuators, Journal of Micromechanics and Microengineering (dostępne w czytelni BG, BI-W1 oraz na stronie internetowej PWr), wybrane materiały konferencji MikroTAS. Conditions of the course acceptance/credition: Lecture: positive final colloquium, positive mark from laboratory. * - depending on a system of studies 5

6 6