Mikroroboty w Biotechnologii Plik
Transkrypt
Mikroroboty w Biotechnologii Plik
(pieczęć wydziału) KARTA PRZEDMIOTU 1. Nazwa przedmiotu: MIKROROBOTY W BIOTECHNOLOGII 2. Kod przedmiotu: 3. Karta przedmiotu ważna od roku akademickiego: 2012/2013 4. Forma kształcenia: studia drugiego stopnia 5. Forma studiów: STUDIA stacjonarne 6. Kierunek studiów: AUTOMATYKA I ROBOTYKA; WYDZIAŁ AEiI 7. Profil studiów: ogólnoakademicki 8. Specjalność: Przetwarzanie informacji i sterowanie w biotechnologii 9. Semestr: 2 10. Jednostka prowadząca przedmiot: Instytut Automatyki, RAu1 11. Prowadzący przedmiot: dr inż. Dariusz Choiński 12. Przynależność do grupy przedmiotów: przedmioty specjalnościowe 13. Status przedmiotu: obowiązkowy 14. Język prowadzenia zajęć: polski 15. Przedmioty wprowadzające oraz wymagania wstępne: Wymagana jest wiedza z zakresu automatyki i robotyki na poziomie inżynierskim kierunku automatyka i robotyka lub pokrewnym. Zakłada się, że przed rozpoczęciem nauki niniejszego przedmiotu student posiada przygotowanie w zakresie: podstaw robotyki, urządzeń automatyki, dynamiki procesów, podstaw automatyki, podstaw elektroniki i przetwarzania obrazów cyfrowych 16. Cel przedmiotu: Celem wykładu jest zapoznanie studentów z problematyką mikrorobotów, mikrosystemów i mikroprocesów w zastosowaniach w biotechnologii i medycynie. Celem zajęć laboratoryjnych jest przygotowanie do samodzielnej pracy koncepcyjnej związanej z identyfikacją, modelowaniem i sterowaniem mikroprocesami biotechnologicznymi oraz mikromanipulatorów. 17. Efekty kształcenia: Nr Opis efektu kształcenia Metoda sprawdzenia efektu kształcenia Forma Odniesienie prowadzenia do efektów zajęć dla kierunku studiów W1 Zna zadania mikrosystemów w biotechnologii i medycynie SP WT, WM W2 Zna zasady fizykalne i programowe będące podstawą działania mikrorobotów. Ma wiedzę o wpływie dynamiki zjawisk na metody sterowania mikrorobotami Zna rodzaje i własności stosowanych w mikrosystemach w biotechnologii przyrządów oraz metod Potrafi dokonać syntezy modelu matematycznego układu/mikroprocesu z uwzględnieniem zjawisk mających szczególne znaczenie w skali mikro. Posiada umiejętności interpretacji otrzymanych wyników pomiarów kalorymetrycznych i wykorzystania ich do określenia dynamiki badanej reakcji. Posiada umiejętności pisania własnych aplikacji w środowisku LabView do akwizycji i przetwarzania obrazów cyfrowych z kamery oraz aplikacji do sterowania mikrosiłownikami wykorzystując kontrolki Activex. Potrafi zaprezentować i obronić zaproponowane rozwiązanie SP WT, WM K_W4/2; W8/2 K_W2/2 SP WT, WM K_W2/3 SP WT, WM K_W3/3 CL, PS L CL, PS L K_U7/2; U17/1; U19/1;U20/1 K_U1/3; U8/2 CL, PS L K_U9/2; U12/2; U13/2 OS P K_K1/1; K5/1; K6/1 K7/1 W3 W4 U1 U2 U3 K1 18. Formy zajęć dydaktycznych i ich wymiar (liczba godzin) W. 15 L.: 15 19. Treści kształcenia: Wykład Technologia mikrosystemów i mikrorobotów jako integracja bardzo małych mechanicznych, elektronicznych, optycznych i innych komponentów dla konstrukcji funkcjonalnych urządzeń. Takie urządzenia mogą być wykorzystywane jako inteligentne mikrosensory, mikrourządzenia wykonawcze, mikroroboty i mikrosterowniki w biotechnologii i medycynie. Przegląd technologii wykorzystywanych dla tworzenia mikrosystemów oraz typy i własności mikro-siłowników. Wykorzystanie różnych źródeł zasilania. Przegląd technologii informatycznych wykorzystywanych dla sterowania mikro-siłowników oraz pozyskiwania informacji z mikrosensorów. Technologia Lab-on-a-chip jako istotna możliwość zaawansowanych pomiarów w biotechnologii. Budowa urządzeń. Zagadnienia mikroprzepływów. Mikropompy, mikrosensory, mikroroboty. Synteza i oprogramowanie takich mikrosystemów. Podstawowe zagadnienia termodynamiki wykorzystywane w kalorymetrii i wykorzystanie dla pomiarów aktywności biologicznej. Budowa i właściwości pomiarowe nanokalorymetrów. Podstawy teoretyczne fluorescencji i wykorzystanie tego zjawiska dla konstrukcji mikrosystemów. Technologia mikroprocesów. Urządzenia laboratoryjne dla potrzeb pomiarowych, prowadzenie mikroprocesów dla potrzeb przemysłu. Prowadzenie procesów biotechnologicznych i chemicznych w skali mikro w produkcji indywidualnych leków oraz (jako systemy mikroreaktorów) w ochronie środowiska. Przedstawiana jest możliwość wykorzystania bio-mikroreaktorów i mikrorobotów przy produkcji biokomponentów. Analiza teoretyczna i doświadczalna wykazująca szczególne możliwości mikrobioreaktorów ze względu na oszczędność zużycia energii, oszczędność zużycia substratów i biomasy. Prezentowana jest duża wydajność (nawet rzędu stu razy większa od procesów klasycznych), która wynika z korzystniejszego stosunku powierzchni do objętości mikroreaktorów oraz z faktu, że w mikroprocesach bierze udział prawie tylko tyle substratów ile jest potrzebne. Wykorzystanie nanorobotów do manipulacji cząstek o wymiarach mniejszych niż 100 mikrometrów z dokładnościami lepszymi niż 2-3 mikrometry. Manipulacje in situ w komórkach i manipulacje w DNA. Wykorzystanie różnych typów mikroskopów dla sterowania mikrorobotów. Zajęcia laboratoryjne 1.Synteza i symulacja modelu matematycznego układu z nanokalorymetrem – synteza modelu matematycznego układu pomiarowego z nanokalorymetrem w oparciu o równania bilansu masy i energii. Identyfikacja parametrów stworzonego modelu na bazie dostępnych danych pomiarowych. 2.Analiza dynamiki nanokalorymetru NCM9924 – zapoznanie się z budową układu pomiarowego z nanokalorymetrem, z obsługą pompy strzykawkowej oraz aplikacji do akwizycji i zapisu danych pomiarowych z nanokalorymetru. Dokonanie pomiaru różnicy temperatur dla kilku różnych natężeń przepływu (wody lub glikolu) przy różnych temperaturach otoczenia. Określenie liczby Reynoldsa. 3.Zastosowanie nanokalorymetru NCM9924 do określenia dynamiki reakcji – zapoznanie się z praktycznym zastosowaniem układu nanokalorymetru do zbadania dynamiki wybranej reakcji enzymatycznej. 4.Mikro-siłownik piezoelektryczny cz.1 – zapoznanie się z możliwościami sterowania mikrosiłownikiem w środowisku LabView. Zapoznanie się z komponentami typu ActiveX i wykorzystanie ich w celu napisania aplikacji sterującej położeniem elementu ruchomego siłownika. 5.Mikro-siłownik piezoelektryczny cz.2 – zapoznanie się z możliwościami akwizycji i przetwarzania obrazu cyfrowego z kamery w środowisku LabView. Napisanie aplikacji pozwalającej na odczyt położenia (w pikselach) elementu ruchomego siłownika przy użyciu kamery USB połączonej z mikroskopem. 6.Mikro-siłownik piezoelektryczny cz.3 – wykorzystanie napisanych wcześniej aplikacji w celu sterowania mikrosiłownikiem w układzie otwartym oraz zamkniętym z regulatorem położenia. Wyznaczenie charakterystyki statycznej mikro-siłownika w układzie otwartym i porównanie jej z charakterystyką statyczną mikro-siłownika wyznaczoną w układzie zamkniętym 20. Egzamin: nie 21. Literatura podstawowa: 1. S.Fatikow, U.Rembolf. Microsystem technology and Microrobotics. Springer-Verlag, 2005 2. Y. Bellouard. Microrobotics: Mehods and Applications. CRC, 2008 3. P.C.H. Li.Microfluidic Lab-on-a-Chip for Chemical and Biological Analysis and Discovery. CRC, 2005 4. E. Oosterbroek. Lab-on-a-chip. Elsevier, 2003 22. Literatura uzupełniająca: 1. Czasopismo Lab-on-a-chip 23. Nakład pracy studenta potrzebny do osiągnięcia efektów kształcenia Lp. Forma zajęć 1 Wykład 2 Ćwiczenia 0/0 3 Laboratorium 0/0 4 Projekt 5 Seminarium 0/0 6 Inne 0/0 Suma godzin Liczba godzin kontaktowych / pracy studenta 15/5 15/25 30/30 24. Suma wszystkich godzin: 60 25. Liczba punktów ECTS: 2 26. Liczba punktów ECTS uzyskanych na zajęciach z bezpośrednim udziałem nauczyciela akademickiego: 1 27. Liczba punktów ECTS uzyskanych na zajęciach o charakterze praktycznym (laboratoria, projekty): 1 26. Uwagi: Zatwierdzono: ……………………………. ………………………………………………… (data i podpis prowadzącego) (data i podpis dyrektora instytutu/kierownika katedry/ Dyrektora Kolegium Języków Obcych/kierownika lub dyrektora jednostki międzywydziałowej)