Modelarea matematica a proceselor biologice - Curs -

Structura cursului: Cap Structura cursului: Cap. 1: Introducere in modelarea numerica a proceselor biologice Cap. 2: Ecuatii de transport Cap. 3: Difuzia. Conductia termica. Cap. 4: Microcurgeri

Cap. 5: Micropicaturi Cap. 6: Transportul speciilor biochimice Cap Cap. 5: Micropicaturi Cap. 6: Transportul speciilor biochimice Cap. 7: Reactii biochimice Cap. 8: Curgerea si transportul de masa in domenii variabile Cap. 9: Transportul in camp magnetic Cap.10: Transportul in camp electric

BIBLIOGRAFIE: 1) Friedman M. H BIBLIOGRAFIE: 1) Friedman M.H. 2008, Principles and models of biological transport; Springer. 2) Kojic M, et al. 2008, Computer modeling in bioengineering; Wiley & Sons. 3) Berthier J., Silberzan P. 2005, Microfluidics for Biotechnology; Artech House, Boston/London. 4) Alberts B, et al. 2002 Molecular biology of the cell; 4th ed. New York, Garland Science. 5) Perthame B. 2007 Transport equations in biology; Birkhauser Verlag. 6) Dym C. 2004 Principles of mathematical modelling; Academic Press.

Capitolul 5: Micropicaturi A. Neculae: Modelarea matematica a proceselor biologice (Curs) Capitolul 5: Micropicaturi 5.1 Consideratii generale 5.2 Mecanica interfetelor 5.3 Fizica picaturilor 5.4 Aplicatii. Electroumezirea

A. Neculae: Modelarea matematica a proceselor biologice (Curs) 5.1 Consideratii generale Utilizarea micropicaturilor in biotehnologie: - Microretele continand sute sau mii de microgropi in care se depun cantitati foarte mici (picaturi) de substanta biologica; - Realizarea de bioanalize si operatii de biorecunoastere Avantaje: - minimizarea suprafetei de contact dintre lichid si peretele solid; - utilizarea de cantitati infime de substanta (sutimi de microlitri) - permite controlul formei prin aplicarea unui potential electric

5.1 Consideratii generale -2- A. Neculae: Modelarea matematica a proceselor biologice (Curs) 5.1 Consideratii generale -2- Microretea utilizata in analiza ADN si sistemul de pipetare asociat

5.2 Mecanica interfetelor A. Neculae: Modelarea matematica a proceselor biologice (Curs) 5.2 Mecanica interfetelor a) Interfete si tensiunea superficiala Vedere macroscopica a interfetei unei picaturi: Interfata la nivel molecular

5.2 Mecanica interfetelor -2- A. Neculae: Modelarea matematica a proceselor biologice (Curs) 5.2 Mecanica interfetelor -2- Molecule la interfata aer-apa: Energia superficiala:

5.2 Mecanica interfetelor -3- A. Neculae: Modelarea matematica a proceselor biologice (Curs) 5.2 Mecanica interfetelor -3- b) Interfata lichid-solid Umezire partiala versus umezire totala: Coeficientul de imprastiere:

5.2 Mecanica interfetelor -4- A. Neculae: Modelarea matematica a proceselor biologice (Curs) 5.2 Mecanica interfetelor -4- Contactul hidrofil si contactul hidrofob: Echilibrul fortelor superficiale:  Legea lui Young:

5.2 Mecanica interfetelor -5- A. Neculae: Modelarea matematica a proceselor biologice (Curs) 5.2 Mecanica interfetelor -5- In cazul suprafetelor rugoase:  Legea lui Wenzel:

5.2 Mecanica interfetelor -6- A. Neculae: Modelarea matematica a proceselor biologice (Curs) 5.2 Mecanica interfetelor -6- Superhidrofilie si superhidrofobie:

5.2 Mecanica interfetelor -7- A. Neculae: Modelarea matematica a proceselor biologice (Curs) 5.2 Mecanica interfetelor -7- c) Efectul surfactantilor

5.3 Fizica picaturilor a) Legea Laplace A. Neculae: Modelarea matematica a proceselor biologice (Curs) 5.3 Fizica picaturilor a) Legea Laplace In general, starea de echilibru a unui sistem fizic corespunde unui minim al energiei sistemului; In cazul unei picaturi de lichid, echilibrul corespunde energiei superficiale minime a acesteia. Variatia infinitesimala a energiei superficiale: pentru sfera: Legea Laplace:

b) Miscarea picaturilor sub efectul fortelor hidrofile/hidrofobe A. Neculae: Modelarea matematica a proceselor biologice (Curs) 5.3 Fizica picaturilor -2- b) Miscarea picaturilor sub efectul fortelor hidrofile/hidrofobe Picatura plasata pe o suprafata perfect plana care are doua regiuni, una hidrofila si alta hidrofoba:  Situatia la echilibru

Deplasarea unei micropicaturi depusa pe un substrat A. Neculae: Modelarea matematica a proceselor biologice (Curs) 5.3 Fizica picaturilor -3- Deplasarea unei micropicaturi depusa pe un substrat hidrofilic/hidrofobic: Urcarea unei picaturi de ulei catre regiunea hidrofoba

A. Neculae: Modelarea matematica a proceselor biologice (Curs) 5.3 Fizica picaturilor -4-

c) Efectul Marangoni (efectul termocapilar) A. Neculae: Modelarea matematica a proceselor biologice (Curs) 5.3 Fizica picaturilor -5- c) Efectul Marangoni (efectul termocapilar) Formularea clasica: Numarul Marangoni:

5.3 Fizica picaturilor -6- Generalizare: A. Neculae: Modelarea matematica a proceselor biologice (Curs) 5.3 Fizica picaturilor -6- Generalizare:

Convectia indusa prin variatia concentratiei: A. Neculae: Modelarea matematica a proceselor biologice (Curs) 5.3 Fizica picaturilor -7- Convectia indusa prin variatia concentratiei: Numarul Marangoni:

5.4 Aplicatii. Electroumezirea A. Neculae: Modelarea matematica a proceselor biologice (Curs) 5.4 Aplicatii. Electroumezirea La aplicarea unui potential electric are loc o redistribuire a ionilor si dipolilor in lichid. Variatia tensiuniii superficiale in functie de potentialul electric: Variatia unghiului de contact in functie de potentialul electric: