Física Biomédica (plan 2015) 2025-1

Ciencias Médicas y de la Salud, Temas Selectos en Instrumentación Biomédica

Temas Selectos en Instrumentación Biomédica. (6 créditos)

Introducción al diseño y desarrollo de dispositivos microfluídicos

48 horas. 3 horas por semana

Modalidad: Presencial

Cupo: 12 estudiantes

Horario: Propuesta: Martes y Jueves de 10:00 - 11:30 ó de 18:00 - 19:30

Lugar: Sala de videoconferencias, segundo piso Edificio Tlalticpac, Facultad de Ciencias, UNAM

Objetivo:

Familiarizar a los estudiantes con los procesos de diseño y desarrollo de dispositivos microfluídicos fabricados en la Unidad de Micro y nano Fabricación (UNIFab) de la Facultad de Ciencias empleando estudios de caso y sesiones prácticas para transmitir los conceptos y habilidades necesarias.

Se dará especial énfasis en el diseño de un producto funcional de tipo laboratorio en chip (lab on a chip, LoC), en la validación de diseño a partir de simulación de análisis por elementos finitos así como en la fabricación y caracterización del dispositivo.

Objetivos específicos:

• Explicar el uso de la microfluídica en los dispositivos tipo laboratorio en chip (LoC)

• Explicar los métodos de fabricación para dispositivos microfluídicos

• Aprender las consideraciones para realizar un diseño de acuerdo a la necesidad

• Aprender a usar un software de diseño 3D (Fusion 360) para diseñar dispositivos microfluídicos

• Entender las ecuaciones de transporte que gobiernan el movimiento dentro de los dispositivos microfluídicos

• Entender el método de simulación de análisis por elementos finitos

• Simular el funcionamiento del dispositivo diseñado con el software Autodesk CFD

• Fabricar el dispositivo

• Caracterizar el dispositivo y contrastar con la simulación

Antecedentes sugeridos: Se recomienda que los alumnos se encuentren en 7° semestre o superior de la carrera de Física. También puede ser tomado por estudiantes de Física Biomédica, Biología y cualquier otra área que esté interesada en los dispositivos microfluídicos. Pueden participar estudiantes de posgrado

Evaluación: Por módulo ya sea con exposiciones, exámenes y prácticas. Se promediarán las calificaciones de los módulos que componen el curso y se solicitará un estudio de caso como trabajo final en el que se muestre la integración y entendimiento de los conocimientos vistos en el curso.

Temario:

• Microfluídica

• laboratorio en chip

• Procesos de microfabricación

  • CNC (Control numérico por computadora)

    • Láser

    • Ploteo de corte

    • Microfresado

  • Litografía suave

    • Por vaciado

    • Por inyección

• Estudio de caso de aplicaciones LoC

  • Necesidades a cubrir

  • Consideraciones de fabricación

  • Soluciones elegidas

• Diseño asistido por computadora

  • Lectura de planos técnicos

  • Introducción al diseño con Fusion 360

• Práctica de Diseño de chip microfluídico

• Modelo de transporte de masas y calor

  • Transporte de solutos

  • Transporte de calor

• Método de elementos finitos

  • Introducción al método numérico

  • Condiciones de frontera

  • Condiciones iniciales

  • Consideraciones de malla

• Introducción al uso del módulo AutoDesk CFD con estudio de caso

  • Planteamiento del sistema a simular

  • Identificación de variables relevantes

  • Introducir al programa la información del sistema

  • Análisis de resultados y reporte

• Práctica: Simulación de chip de gradiente

• Práctica: Fabricación de chip microfluídico 1

  • Fabricación por grabado láser

• Caracterización de la funcionalidad del chip

  • Análisis dimensional por perfilometría y microscopía óptica

  • Pruebas de flujo

  • Análisis de difusión de colorante

  • Uso de partículas como trazadoras de velocidad de flujo

1. Seiffert, Sebastian and Thiele, Julian. Microfluidics: Theory and Practice for Beginners, Berlin, Boston: De Gruyter, 2019. https://doi.org/10.1515/9783110487701-201

2. Michael R. Hamblin (editor), Mahdi Karimi (editor), Biomedical Applications of Microfluidic Devices, Elsevier Academic Press, 2021

3. Pattanayak, P., Singh, S.K., Gulati, M. et al. Microfluidic chips: recent advances, critical strategies in design, applications and future perspectives. Microfluid Nanofluid 25, 99 (2021). https://doi.org/10.1007/s10404-021-02502-2

4. Jiyuan Tu Guan Heng Yeoh Chaoqun Liu, Computational Fluid Dynamics: A Practical Approach. Butterworth-Heinemann, Elsevier Publication (2018)

5. Atul Sharma. Introduction to Computational Fluid Dynamics: Development, Application and Analysis. Springer Cham (2022). https://doi.org/10.1007/978-3-030-72884-7

6. Bharat, B. (2004). Springer handbook of nanotechnology. In Springer. (p. 1222). DOI 10.1007/978-3-642-02525-9