ETD 9266

OPISY KURSÓW
•
Kod kursu:
ETD 9266
•
Nazwa kursu:
Mikrosystemy analityczne
•
Język wykładowy:
polski
Forma kursu
Tygodniowa
liczba godzin
ZZU *
Semestralna
liczba godzin
ZZU*
Forma
zaliczenia
Punkty ECTS
Liczba godzin
CNPS
Wykład
Ćwiczenia
Laboratorium
1
2
ocena
ocena
1
30
2
50
Projekt
Seminarium
•
Poziom kursu
zaawansowany
•
Wymagania wstępne: zaliczony kurs Mikrosystemy I (ETD 5062)
•
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:
•
Typ kursu (obowiązkowy/wybieralny): obowiązkowy
I Semestr:
(podstawowy/zaawansowany):
studia
II
stopnia
stacjonarne,
2
• 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
•
Wykład (podać z dokładnością do 2 godzin):
Liczba godzin
Zawartość tematyczna poszczególnych godzin wykładowych
1. Wstęp. Definicja mikrosystemów chemicznych (mikrotasów). Ich rodzaje,
przegląd wybranych konstrukcji. Rola mikrosystemów chemicznych, dlaczego
2
miniaturyzacja ? Podstawy fizyczne mikrotasów: przepływy w
mikrokanałach; przepływy laminarne i turbulentne.
2. Przegląd technologiczny; spójność mikrotasów i mikrosystemów
elektronicznych. Podstawowe procesy technologiczne mikrotasów
2
krzemowych, szklano-krzemowych, szklanych, ceramicznych, tworzywowych i
metalowych. Przykłady realizacyjne z uwzględnieniem.
3. Podzespoły dla mikrotasów: Mikrozawory - rodzaje, wykonanie,
2
parametry, sterowanie. Mikrokanały kapilarne i ich układy. Kolumny
kapilarne podziałowe. Mieszalniki wirowe i dyfuzyjne. Mikropompy.
4. Mikroczujniki dla mikrotasów cieczowych: czujniki konduktometryczne,
2
jonoselektywne na bazie tranzystorów IGFET, fluorometryczne i
spektrometryczne z włóknami światłowodowymi.
5. Mikrotasy cieczowe: analizatory CE, FFFE, TFFF, Bio-chipy. Chipy do
2
replikacji PCR, analizatory DNA, chipy immunologiczne.
6. Mikroczujniki przepływu objętości i masy gazu. Katarometry
2
Mikrodozowniki wstrzykowe gazowe; z repetycją dozy, przepłukiwaniem
zwrotnym, przekierowaniem dozy."
7. Zintegrowane chromatografy gazowe: budowa i sterowanie, zastosowanie
2
w systemach o pracy ciągłej .
8. Mikroreaktory, nowa aparatura chemiczna. Ekonomia mikrotasów.
1
Programy badawcze , rozwój
•
Ćwiczenia - zawartość tematyczna:
•
Seminarium - zawartość tematyczna:
• 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.
2. 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,
2. Nam-Trung Nguyen, Steven T. Wereley, Fundamentals and applications of
Microfluidics, Artech House, 2002
2
3. J. Dziuban, Technologia i zastosowanie mikromechanicznych struktur krzemowych i
krzemowo-szklanych w technice mikrosystemów, Oficyna Wydawnicza Politechniki
Wrocławskiej, Wrocław 2002
4. J. Dziuban, Bonding in microsystem technology, Springer 2006
5. Materiały do laboratorium: http://www.wemif.net/dydaktyka/etd8209/
• Literatura uzupełniająca:
1. Tai-Ran-Hsu, MEMS&Microsystems Design and Manufacturing, Mc Graw Hill 2003
2. Mohamed Gad-el-Hak, The MEMS Handbook, CRC Press LLC, 2002
3. Pisma w języku angielskim: Sensors and Actuators, Journal of Micromechanics and
Microengineering (dostępne w czytelni BG, BI-W12 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
DESCRIPTION OF THE COURSES
•
Course code:
ETD 9266
•
Course title:
Analytical microsystems
•
Language of the lecturer:
Polishor English
Course form
Number
of hours/week*
Number
of hours/semester*
Form of the course
completion
ECTS credits
Total
Student’s
Workload
Lecture
Classes
Laboratory
1
2
mark
1
30
mark
2
50
Project
Seminar
•
Level of the course (basic/advanced): Second-cycle studies, mode of study: full-time
studies, advanced
•
Prerequisites: Microsystems I (ETD 5062)
•
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:
•
Type of the course (obligatory/optional): obligatory
I Semester:
2
• 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
Number of hours
1. Introduction. Definition of micro-total-analysis-system (microtas).
Systematization, kinds. Position of microtas’s. Why miniaturization?
2
Physic of microtas’s: flow in microscale: laminar flow vs. vortex flow.
Mixing and dozing in micro- and nano-scale.
2. Technological review: Compatibility of microtas’s and MEMS. Basic
2
processes. Microtas’s made of: silicon, silicon and glass, glass, ceramic,
plastic, metal. Examples of flow-process-charts. Technological limits.
4
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:
2
2
2
2
2
2
1. Integrated gas chromatographs and its components: design and work, gas mixture tests.
2. 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, 2002
8. J. Dziuban, Technologia i zastosowanie mikromechanicznych struktur krzemowych i
krzemowo-szklanych w technice mikrosystemów, Oficyna Wydawnicza Politechniki
Wrocławskiej, Wrocław 2002
9. J. Dziuban, Bonding in microsystem technology, Springer 2006
10. Materiały do laboratorium: http://www.wemif.net/dydaktyka/etd8209/
•
Additional literature:
1. Tai-Ran-Hsu, MEMS&Microsystems Design and Manufacturing, Mc Graw Hill 2003
2. Mohamed Gad-el-Hak, The MEMS Handbook, CRC Press LLC, 2002
3. Pisma w języku angielskim: Sensors and Actuators, Journal of Micromechanics and
Microengineering (dostępne w czytelni BG, BI-W12 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