论文摘要
微流控芯片是通过微细加工技术在芯片上构建微通道结构和其它功能单元,完成生物和化学等领域所涉及的生物与化学反应、分离和检测等基本操作的微型系统。微流控技术是分析化学、微机电系统(MEMS)、计算机、电子学、材料科学及生物学、医学等学科高度交叉的一个新领域,在药物筛选、临床监测、DNA分离、高效DNA测序等领域都有广泛的应用。目前,微流控技术已经成为国内外科研的热点。本文着重于探讨Monte Carlo法在微流控芯片中的应用。首先,应用Monte Carlo模拟研究了核小体形成30nm纤维结构的过程;研究了不同的溶液浓度对纤维结构的影响;同时研究了相邻核小体间的扭转角不同时对核小体纤维的影响。其次,应用直接模拟Monte Carlo(DSMC)法研究了微流控芯片中的微尺度流动现象,研究了每个网格中的模拟分子个数及网格尺寸对模拟精度的影响。然后分析研究了微流控芯片中常见的收缩管道内的流场情况,主要对比分析了收缩比不同和壁面温度改变对流场的影响情况。
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内容提要第1章 绪论1.1 课题的背景1.2 Monte Carlo的起源与发展1.3 核小体纤维结构研究现状1.4 微流体流动Monte Carlo模拟研究现状1.5 课题研究的意义1.6 本文研究内容第2章 Monte Carlo法基础2.1 Monte Carlo方法基本思想2.2 随机数和伪随机数2.3 随机变量的抽样2.3.1 直接抽样方法2.3.2 舍选抽样方法2.4 Monte Carlo方法的统计力学基础2.5 Metropolis抽样方法2.6 DSMC的基本原理2.6.1 分子碰撞模型2.6.2 碰撞的取样2.6.3 分子与物面的反射模型2.7 本章小结第3章 核小体纤维结构的Monte Carlo模拟3.1 DNA及核小体模型3.1.1 DNA的柔性片段模型3.1.2 核小体纤维的粗糙模型3.2 DNA的弹性势能的计算3.3 DNA静电势能的计算3.4 核小体间的相互作用势能模型及计算3.5 Monte Carlo模拟实现方法3.6 核小体纤维的形成3.6.1 模拟中所用的参数3.6.2 数据处理方法3.6.3 核小体纤维结构形成过程3.7 溶液浓度对纤维结构的影响3.8 不同的扭转角对纤维结构的影响3.9 本章小结第4章 微尺度流动的Monte Carlo模拟4.1 DSMC方法模拟程序流程4.2 计算区域网格划分4.3 选取时间推进步长4.4 流场初始化4.5 时间推进步长内模拟分子的运动4.6 进出口边界条件的处理4.7 与滑移理论结果的对比4.7.1 Couette流动4.7.2 Poiseuille流动4.8 主要参数对模拟精度的影响分析4.9 微收缩管道流场分析4.9.1 收缩比对流场影响分析4.9.2 壁面温度对流场影响分析4.10 本章小结第5章 总结与展望5.1 全文总结5.2 展望参考文献摘要Abstract致谢导师及作者介绍导师简介作者简介
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