Simulation tropfenbasierter mikrofluidischer Netzwerke für die Entwicklung von Lab-on-a-Chip Systemen

Gleichmann, Nils GND

In dieser Arbeit wird ein effizientes Vorgehen zur Entwicklung von anwendungsspezifischen Lab-on-a-Chip-Systemen untersucht. Kernelement ist ein neu entwickelter, effizienter Simulationsalgorithmus, der es erstmals ermöglicht, das Verhalten tropfenbasierter Lab-on-a-Chip-Systeme schnell zu simulieren. Diese Simulation erfolgt auf der Grundlage der mikrofluidischen Netzwerke, ein in dieser Arbeit vorgestelltes, netzwerkbasiertes Modell der tropfenbasierten Mikrofluidik. Das Modell und der Simulationsalgorithmus werden durch Entwicklungswerkzeuge für den effektiven Systementwurf und dessen Validierung implementiert. Anhand eines speziellen Validationsexperiments wird ihre Einsatzfähigkeit für die applikationsgetriebene Entwicklung in dem neuen Entwicklungsprozess gesichert. In das neue Entwicklungsvorgehen als Kommunikations- und Designplattform integriert, ermöglichen sie eine Entwicklung vom „Konzept zum Detail“, von der Anwendungsidee zum Lab-on-a-Chip-System. Dieser neue Entwicklungsprozess für die Microfluidic Design Automation implementiert bekannte und erprobte Konzepte aus der Electronic Design Automation für die Mikrofluidik. Der Simulationsalgorithmus ist eine Systemsimulation, die auf der Auswertung der Netzwerktopologie, der Transportmodelle für die Fluide sowie der Funktionsregeln der Elemente des mikrofluidischen Netzwerkes basiert. Mit einer Validierung des Simulationswerkzeuges ist dessen Anwendbarkeit für das neue, leistungsfähige und anwendungsgetriebene Entwicklungsverfahren gesichert. Durch den neuen Simulationsalgorithmus ist es erstmals möglich, das Verhalten tropfen-basierter Lab-on-a-Chip-Systementwürfe schnell vorherzusagen. Der neue Entwicklungsprozess und die neuen Werkzeuge ermöglichen eine schnelle, erfolgreiche und zufriedenstellende Entwicklung. Damit werden die existierenden Hindernisse für die Verbreitung der Lab-on-a-Chip-Technologie für eine freie Entfaltung i hres Potentials ausgeräumt.

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Gleichmann, Nils: Simulation tropfenbasierter mikrofluidischer Netzwerke für die Entwicklung von Lab-on-a-Chip Systemen. 2014.

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