偏微分方程的解法主要分为两大类,即解析解法和数值解法。其中,有限差分法、有限体积法和有限元法是三种发展成熟并广泛应用的偏微分方程(组)数值解法。所求出的差分方程组的解,就是微分方程定解问题的数值近似解。因此,在某种程度上LBM也可以被视为一种求解偏微分方程的方法。......
2023-11-03
微流控芯片又称芯片实验室(lab on a chip)或微全分析系统(Miniaturized Total Analytical System或Micro Total Analysis Systems,μTAS),它是通过在微米级尺度的通道及腔道(可到毫米级)中控制流动来完成封闭式化学实验的装置。微流控芯片技术涉及化学、流体力学、生物学、医学、微电子、新材料等学科和领域的知识,是一种典型的新兴交叉前沿技术。
目前,微流控芯片技术的应用领域十分广泛,包括疾病诊断、航空航天、运动竞技、石油化工、司法鉴定、环境检测、食品安全、药物筛选等。
1)疾病诊断
微流控芯片技术在疾病诊断领域有着十分重要的应用,其代表性应用包括肿瘤标志物检测、传染病病原体(或病毒)检测、甲状腺疾病中的激素水平检测、细胞学诊断与体外药物细胞筛选代谢检测等。
2)航空航天
在航空航天领域,微流控芯片技术的一个典型应用是空间生物学实验,其主要研究微重力(失重)及空间辐射对生物学实验的影响,如基因扩增实验、细胞生长实验等。北京理工大学在2011年通过搭载“神州八号”飞船开展了空间基因PCR芯片实验,重点研究了微重力下的基因扩增特性。微流控芯片实验具有样本需求少、实验设备轻便的优点,因而在此领域备受重视。
3)运动竞技
兴奋剂问题涉及运动竞技的公平公正,怎样快速、方便地检测运动员是否服用兴奋剂是一个重要的实际需求。微流控芯片在生物样品检测方面具有样品需求少、处理通量高、反应速度快等优点,这使其在兴奋剂检测中可发挥重要作用。
4)石油化工
在石油化工领域,一个典型应用是通过设计微流控芯片来模拟岩芯的多孔介质结构,从而优化粗油的提炼方法,以提高收油率。(www.chuimin.cn)
5)司法鉴定
在司法鉴定领域,一个典型应用是采用微流控芯片技术进行人体DNA检测,用于获得犯罪嫌疑人的在场证据。
6)环境检测
在环境检测领域,微流控芯片技术的主要应用包括水体微生物检测、污染物检测、重金属成分检测等。
7)食品安全
在食品安全领域,微流控芯片技术的应用有食品成分检测、饮料成分检测等。
8)药物筛选
在药物筛选领域,微流控芯片技术的应用主要有药理筛选、毒理筛选。依据尺度不同,药理筛选、毒理筛选分为分子水平级、细胞级、组织级、模式生物级共四类应用。
微流控芯片技术的商业化可以追溯到1999年,美国的惠普公司与Caliper公司联合研制的首台微流控芯片商业化仪器开始在欧美市场销售,用于核酸分析和DNA测序。后来,微流控芯片的外围设备(包括微泵等其他电子控制设备)得到快速发展,一些功能更加完备的商业设备进入市场,如单细胞分析仪、核酸分析仪等。
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而在检测微量样品时,需要提取样品处理单元。样品前处理的目的主要有减少样品的复杂性和浓缩样品。样品前处理手段主要有萃取、过滤、膜分离、等速电泳、自由流电泳、层析技术等。但是芯片样品前处理的技术含量高、操作难度大,芯片样品前处理目前可以有效地重现大多数常规操作,是微流控芯片研究的一个热点方向。......
2023-11-03
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2023-11-03
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2023-11-03
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2023-11-03
偏微分方程起源于微积分理论形成后不久。在整个18世纪,对偏微分方程的研究都处于不自觉的状态。至此,人们逐渐归纳清楚了二阶线性偏微分方程的类型。法国数学家阿达马在20世纪初建立了偏微分方程定解问题适定性的概念,被誉为二阶线性偏微分方程的总结者。随着20世纪末之后计算机性能的提高,偏微分方程的数值解法得到了充分的发展和应用,典型的例子是有限元法。......
2023-11-03
周围环境的影响常体现为系统边界上的物理状态,即边界条件。边界条件可分为三类:第一类边界条件称为狄利克雷条件;第二类边界条件称为诺伊曼条件;第三类边界条件称为罗宾条件。数学家狄利克雷首先证明了这个问题解的唯一性,因此其边界条件以他的姓氏命名。相应表达式为例4.1考虑一维热传导情况,设有长度为l的细杆,请判断如下边界条件的类型。......
2023-11-03
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