BioMEMS and Microfluidics

Modul EI7473 [BioMEMS]

Dieses Modul wird durch Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik bereitgestellt.

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Basisdaten

EI7473 ist ein Semestermodul in Deutsch oder Englisch auf Master-Niveau das in jedem Semester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Allgemeiner Katalog der nichtphysikalischen Wahlfächer
GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
150 h 60 h 5 CP

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Wir werden grundlegende Konzepte und Anwendungen mikrofluidischer und mikroelektromechanischer Systeme (MEMS) für biologische Anwendungen behandeln. Der Kurs vereint verschiedene Aspekte der Elektrodynamik, Oberflächenwissenschaft und Fluidmechanik, die die Operationsprinzipien mikro- und nanotechnologisch hergestellter lab-on-a-chip-Systeme in lebenswissenschaftlichen Anwendungen beschreiben. Wir beginnen mit der Einführung allgemeiner physikalischer Phänomene, gefolgt von einigen Anwendungsbeispielen. Im Folgenden werden wir zellbasierte mikrofluidische Systeme und funktionelle Biohybride einführen. In diesem Zusammenhang werden wir ausgewählte Methoden und Modelle für chip-basierte neurowissenschaftliche Anwendungen hervorheben.

Themen:
• Einführung in polymer-basierte Mikrosysteme und Drucktechnologien
• Einführung in Fluidmechanik: Anwendungen der Navier-Stokes Gleichung
• Die diffuse Struktur der elektrochemischen Doppelschicht
• Elektroosmose
• Elektrophorese
• Dielektrophorese
• Magnetophorese
• Elektrowetting
• Tröpfchenmikrofluidik
• Mikrofluidische Zellkultursysteme: Netzwerkstrukturierung und Axonenführung
• Zell-Chip-Kommunikation & biohybride Systeme
• Chip-basierte Neurowissenschaft

Lernergebnisse

Nach der Teilnahme an diesem Modul ist der Student in der Lage,
1. verschiedene Modelle für die Grenzfläche zwischen Elektrode und Elektrolyt zu vergleichen und deren Schwachstellen zu erklären
2. die physikalischen Konzepte und Anwendungen von chip-basierter Partikel- und Tropfenaktuation darzustellen
3. die Mechanismen von elektrischer und elektrochemischer Zell-Chip-Schnittstellen zu verstehen
4. verschiedene Methoden zur Strukturierung neuronaler Netzwerke zu beschreiben

Voraussetzungen

Bachelor in Elektrotechnik, Physik, Chemie, Biologie oder equivalent.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VU 4 BioMEMS & Microfluidics Mittwoch, 10:00–13:00
sowie einzelne oder verschobene Termine

Lern- und Lehrmethoden

Das Modul beinhaltet Vorlesungen (2 SWS) und Übungen (2 SWS). Die Vorlesungen führen die Studenten in Konzepte der BioMEMS und Mikrofluidik ein. Während der Übungen lösen und diskutieren die Studenten verwandte Probleme. Hierdurch erlangen die Studenten ein tieferes Verständis der Themen und lernen die Anwendung der vermittelten Konzepte auf praktische Aufgaben. In Kombination wird den Studenten so das Erreichen der oben angegeben Lernergebnisse ermöglicht.

Medienformen

keine Angabe

Literatur

keine Angabe

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Schriftl. Prüfung: 100% (2 Std.)
Um ihren Lernprozess individuell zu kontrollieren, werden den Studenten wöchentliche Probleme mit Bezug zu aktuellen Vorlesungsthemen gegeben. (Studienleistungen)
In der schriftlichen Prüfung demonstrieren die Studenten ihre Kenntnis von BioMEMS und verwandten physikalischen Phänomenen durch die Beantwortung von Fragen mit begrenzten Hilfsmaterialien. Ebenso zeigen sie ihre Fähigkeit zum Transfer der vermittelten Konzepte durch das Lösen von Problemen mit Bezug zu BioMEMS und Mikrofluidik.
Zum Bestehen des Moduls ist es notwendig, dass mindestens die Hälfte der Studienleistungen bestanden wurden.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird im Folgesemester angeboten.

Kondensierte Materie

Wenn Atome sich zusammen tun, wird es interessant: Grundlagenforschung an Festkörperelementen, Nanostrukturen und neuen Materialien mit überraschenden Eigenschaften treffen auf innovative Anwendungen.

Kern-, Teilchen-, Astrophysik

Ziel der Forschung ist das Verständnis unserer Welt auf subatomarem Niveau, von den Atomkernen im Zentrum der Atome bis hin zu den elementarsten Bausteinen unserer Welt.

Biophysik

Biologische Systeme, vom Protein bis hin zu lebenden Zellen und deren Verbänden, gehorchen physikalischen Prinzipien. Unser Forschungsbereich Biophysik ist deutschlandweit einer der größten Zusammenschlüsse in diesem Bereich.