国之重器出版工程 微流控芯片技术与建模分析

　　本书基于作者近几年在北京理工大学的工科研究生教学经验，并结合工科的实际需求而编写。全书分为5章。第1章，简要介绍微流控芯片技术的应用前景和常见的建模方法。第2章，主要介绍微流控芯片的制作材料、制作工艺、功能单元等知识。第3章，主要介绍微流控芯片技术的应用。第4章，介绍如何采用有限元方法建立微流控芯片设计模型，重点介绍偏微分方程、有限差分思想、有限元法原理等基本的知识，并结合COMSOL Multiphysics软件对微流控芯片中的流动、通道设计、微混合、样品操控、液滴操控、微泵等常见微流控芯片功能单元进行建模示范。第5章，针对现有软件在模拟微流控芯片中颗粒操控能力的不足，主要介绍浸入边界-格子Boltzmann方法的基本原理和在细胞分离中的应用，并采用MATLAB进行程序实现。本书可作为化工、生物、医学工科的研究生教材。

　　徐远清，男，重庆人，1978年8月出生，现为北京理工大学生命学院副教授，硕士生导师；任中国电子学会生物医学电子学分会委员，广东省院士专家工作站专家组成员，中华医学百科全书生物医学工程编委。在生物医学工程学科开展生物医学建模与仿真及生物医学信号处理等方面的研究工作。主持国家自然科学基金2项（面上、青年各1项），承担国家重点研发计划子课题1项，北京市自然科学基金（重点）子课题1项；主持横向课题三项。获北京市高校教师青年英才计划项目支持。目前发表科研论文20余篇，他引次数200余次。其中，以作者和通信作者发表论文18篇；SCI期刊论文14篇，EI论文3篇。主编、参编教材各1部。 耿利娜，女，1973年7月出生，北京大学化学与分子工程学院博士，美国加州理工大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院访问学者。现为北京理工大学生命学院副教授，硕士生导师。目前主要开展通过微流控芯片、纳米材料、生物信息学以及计算机模拟辅助等多学科融合建立生物与医学分离检测新技术新方法，以及适配体核酸药物筛选等研究工作。主持或参加了国家自然基金、国家重大仪器专项、“十一五”科技支撑专项、国家科技支撑计划项目和国家“863”重大专项等多项课题。目前以作者和通信作者发表SCI期刊科研论文十余篇，其中一区文章3篇，二区文章5篇，受邀封面文章3篇，受二区刊物邀请撰写综述文章。

第 1章绪论
11微流控芯片及应用领域
12微流控芯片的设计制造
13微流控芯片技术的优点
14微流控芯片技术的不足
15微流控建模设计的必要性
16微流控建模方法
参考文献
第 2章微流控芯片技术基础
21微流控芯片制作材料
211无机材料
212聚合物材料
213水凝胶
214纸基芯片
215混合材料和复合材料
22微流控芯片制作工艺
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微流控芯片键合技术
23微流控芯片的功能单元
231微阀
232微流控芯片的流体驱动功能单元
233微通道
234微混合器
235微分离技术
236微流控芯片样品处理单元
237微流控芯片生物和化学反应单元
238微流控芯片检测技术
目录参考文献
第3章微流控芯片技术的应用
31生化反应芯片
311聚合酶链式反应
312免疫检测
32细胞和器官芯片
33液滴微流控芯片
34药物筛选
35生物和化工合成
36食品和农业应用
37环境检测
38医学应用
381POCT
382可穿戴医疗器械
39空间生命科学应用
参考文献
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对偏微分方程的研究要重视其个性
413偏微分方程是打开自然界未知领域大门的金钥匙
414偏微分方程研究的未来
42偏微分方程及发展历史
421偏微分方程的发展简史
422三种典型的偏微分方程类型
423边界条件
43偏微分方程及数值解法
431有限差分法的原理及应用
432有限元法的原理及应用
44基于COMSOL Multiphysics的有限元建模
441COMSOL Multiphysics简介
442COMSOL Multiphysics发展历史
443微流控芯片模拟所需的主要功能模块1
444COMSOL Multiphysics的软件开发界面与功能区
445COMSOL Multiphysics建立仿真模型的主要流程
446建模设计案例分析
参考文献
第5章基于浸入边界-格子Boltzmann方法的建模
51引言
52格子Boltzmann方法的发展历史
53格子Boltzmann方法的基本原理
531概率密度函数
532格子模型
533宏观量计算方法
534平衡态分布函数
535碰撞
536迁移
537边界条件
538LBM计算步骤与数学框架
54采用LBM模拟微通道流动
541微通道流动
542微通道流动的LBM程序实现
543计算结果分析
544量纲转化问题
55采用LBM模拟不规则通道中的流动
551不规则通道流动模型
552雷诺数与流动状态
553运行结果与分析
554代码分析
56应用IB-LBM模拟不规则通道中的细胞运动
561流体力学与计算流体力学概念
562流固耦合
563欧拉网格与拉格朗日网格
564浸入边界法
565细胞力学模型
566IB-LBM流固耦合框架209
57一种基于IB-LBM的细胞微流控分离方案设计210
571模型介绍210
572程序框架210
573程序代码211
574结果分析223
58应用IB-LBM进行细胞分选的案例224
581错流法分离不同体积的细胞224
582夹流法分离不同体积的细胞225
583U形筛捕获细胞系统优化设计226
59学习LBM的策略229
参考文献232