Enzimreakciók modellezése mikroreaktorokban

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Ender Ferenc
Elektronikus Eszközök Tanszéke

Az orvosbiológiai fejlesztések meghatározó iránya a nagy átbocsátóképességű bioanalitikai berendezések (HTS – High-Throughput Screening) fejlesztése. Az ilyen berendezések laboratóriumi körülmények között alkalmasak több tucat, esetleg több száz humán minta egyidejű vizsgálatára (pl. kórokozó jelenléte, vérkép eltérés, genetikai eltérés), vagy egy adott humán minta vizsgálatára több, különböző esetre (pl. különböző betegségekre jellemző kórokozók egyidejű vizsgálata ugyanazon a mintán).

Az ilyen vizsgálóberendezések szokásosan optikai elvű bioszenzorra épülnek, ami a célmolekulához kötődő fluoreszcens jelölőmolekulák kimutatására alkalmas. Az ún. jelöléses megközelítés alternatívájaként egyre több kutatócsoport foglalkozik, jelölésmentes detektálási módszerek fejlesztésével. A jelölésmentes módszerek új lehetőségeket nyitnak a jelöléses módszerekkel (pl. jelöléses optikai) nem, vagy csak körülményesen kimutatható biomolekulák vizsgálatára. Az impedanciamérésen, impedancia spektroszkópián illetve elektrokémiai módszereken alapuló érzékelők mellett kiemelt szerep jut az úgynevezett kalorimetriás érzékelőknek, melyek a biokatalizátorok (pl. enzimek) működése során termelődő hőmennyiséget mérik.

A kalorimetriás berendezések hagyományosan alacsony áteresztőképessége az arányos méretcsökkentés illetve a mikrofluidika eszköztárának használatával nagyságrendekkel növelhető. A diplomaterv a nagy átbocsátóképességű kalorimetriás rendszerek alapvető konstrukciós kérdéseit tárgyalja:

- Enzimreakciók modellezése mikrofluidikai környezetben, falra, vagy nano-gyöngyre rögzített enzimekkel, csepp (droplet-) mikroreaktorban.

- A Lab-on-Chip alkalmazásnál releváns mintamennyiségek mellett a várható érzékenység, áteresztőképesség és felbontóképesség vizsgálata

Az eszköz tervezéséhez meg kell határozni az enzimreakció által termelt hőt a csatornában. A feladathoz egyszerűsített kompakt modellt készítünk és az enzimkinetikai folyamatot kísérletekkel is verifikáljuk.

Modellünk helyességét ANSYS FLUENT CFD szoftverrel ellenőrizzük. Első célkitűzésünk egy térfogati enzimreakció modellezése, majd összevetése a kompakt modellben számoltakkal, illetve a Michelis-Menten modellel. További cél a kétfázisú csepp (droplet-) áramlás megvalósítása szimulációs környezetben. Végül a két problémát összekapcsolva multifizikai szimulációt tervezünk készíteni, mely közvetlenül a Lab-on-Chip eszközben lévő fizikai folyamatokat modellezi.

Az eredményektől azt várjuk, hogy jó egyezést mutassanak az analitikus kompakt modellel, illetve a kísérleti mérési eredményekkel.

A Lab-on-Chip eszköz szimulációs vizsgálata során a MEMS (mikro-elektromechanikai rendszerek) eszközök tervezésére jellemző multidiszciplináris megközelítést alkalmazzuk. A dolgozat a Pálovics Péter és Németh Márton által írt $2013/2014/1$ félévben beadott TDK dolgozat alapján készült.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.