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微流控芯片中的Monte Carlo法应用研究

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。

论文目录

  • 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

    • 相关论文文献

    本文来源: https://www.lw50.cn/article/bba542fbdbacf5a96cc9c68b.html