COMSOL stellt das Microfluidics-Modul vor

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Neues Microfluidics Modul von COMSOL bietet integrierte Umgebung zur Modellierung mikrofluider und stark verdünnter Strömungen.


Die COMSOL Multiphysics GmbH kündigt die Veröffentlichung des Microfluidics Moduls an. Das neue Microfluidics Modul bietet einfach anzuwendende Werkzeuge für die Untersuchung mikrofluider Komponenten und Strömungen in stark verdünnten Gasen. Das Modul wurde für Forscher, Ingenieure und Experimentalphysiker im Bereich der Mikrofluidik und Vakuumtechnik entworfen. Das Modul kann u. a. für Simulationen von Lab-on-a-Chip-Komponenten, digitaler Mikrofluidik, Biosensoren, elektrokinetischen und magnetokinetischen Komponenten sowie für das Tintenstrahl- und Vakuumsystemdesign eingesetzt werden. Ergänzt wird das Modul durch eine Modellbibliothek mit zahlreichen Anleitungen und industrierelevanten Modellen, die sowohl als Lehrbeispiele als auch als Grundlage für zukünftige Arbeiten dienen.


“Die Simulation mikrofluider Komponenten erfordert häufig die Berücksichtigung mehrerer physikalischer Effekte”, sagte Dr. James Ransley, Entwickler des Microfluidics Modul bei COMSOL. “Das Microfluidics-Modul bietet eine ganze Reihe von Werkzeugen für die Behandlung von Ein- und Mehrphasenströmungen, Massetransport und chemischen Reaktionen, Strömungen in porösen Medien und in verdünnten Gasen. Dank der einheitlichen COMSOL Anwenderoberfläche für alle physikalischen Anwendungen können diese Phänomene nahtlos mit thermalen und elektromagnetischen Effekten gekoppelt werden.”


Spezialisierte Mikrofluidik-Eingabemasken


Das Microfluidics-Modul enthält Eingabemasken für einphasige Strömungen. Hiermit können Benutzer Anwendungen wie z. B. Strömungen kompressibler Gase bei niedrigen Drücken, nichtnewtonsche Strömungen (zum Beispiel Blutfluss) sowie laminare Strömung und Kriechströmung, die typischerweise in Lab-on-a-Chip-Systemen auftreten, simulieren. Eine besondere Stärke des Moduls sind seine Anwendungsmodi für die Umsetzung von zweiphasigen Strömungssimulationen unter Verwendung von Level Set, Phase Field oder beweglichen Netzen. Es werden eine Vielzahl wichtiger Effekte, wie z. B. Kräfte durch Oberflächenspannungen, Kapillarkräfte und Marangoni-Effekte, berücksichtigt. Die Strömungssimulationswerkzeuge und die multiphysikalischen Fähigkeiten von COMSOL vereinfachen die Erstellung gekoppelter elektrokinetischer und magnetodynamischer Simulationen, wie zum Beispiel bei der Elektrophorese, Magnetophorese, Dielektrophorese, Elektroosmose und Electrowetting. Diese Effekte können einzeln oder in Kombination sowohl für existierende als auch für neue passive Displaytechnologien genutzt werden, um deren grundlegende Funktionen abzubilden. “Wir sind davon überzeugt, dass das Microfluidics Modul für unsere Kunden aus dem Bereich elektronischer Displays ein sehr attraktives Werkzeug ist”, erläutert Dr. Ransley. “Darüber hinaus ist auch die chemische Diffusion für multiple verdünnte Spezies im Modul enthalten und ermöglicht die Simulation von Prozessen, wie sie auf einer Lab-on-a-Chip-Komponente und in Biosensoren auftreten.“


Molekulare Strömung


Das Microfluidics Modul bietet eine neue Eingabemaske für molekulare Strömung, die die schnelle Winkelkoeffizientenmethode (fast angular coefficient method) verwendet und Simulationen ermöglicht, bei denen die molekulare mittlere freie Weglänge wesentlich länger als die geometrischen Dimensionen ist. In Kombination mit den LiveLink-Schnittstellen von COMSOL für Industriestandard-CAD-Pakete ist dieses Werkzeug beim Design von Vakuumsystemen unbezahlbar, da es schnelle Parameterstudien der Kammergeometrien und Pumpenkonfigurationen ermöglicht.


Tutorials


Das Microfluidics Modul bietet eine Reihe von vollständig dokumentierten industrierelevanten Modellen und Anleitungen:



  • Kapillarer Aufstieg

  • Strahlinstabilität

  • Arzneimittel-Dosiersystem

  • Elektrokinetisches Ventil

  • Elektroosmotischer Mischer

  • Electrowetting Linse

  • Lamellen-Mischer

  • Star Chip

  • Viskose Leitungen

  • Vakuum-Kapillarkomponenten

  • Ionen-Implantationsapperatur

 “Das Microfluidics Modul kombiniert bewährte und robuste Multiphysik-Löser mit der einfach anwendbaren Benutzeroberfläche von COMSOL und seiner Auswahl an Lösungen für mikrofluide Anwendungen”, folgert Dr. Ransley. “Das Ergebnis ist ein Produkt mit einer beispiellos einfachen Anwendbarkeit, das beliebig komplizierte industrielle und akademische Fragestellungen lösen kann.”


 Funktionen des Microfluidics-Moduls:



  • Modellierung einphasiger und mehrphasiger Strömungen sowie Strömungen in porösen Medien mit darauf zugeschnittenen Eingabemasken. ·

  • Mehrphasenströmungen können mit Level Set, Phase Field und beweglichen Netzen modelliert werden.

  • Verbindung grundlegender mikrofluider Effekte, wie z. B. Elektrophorese, Magnetophorese, Dielektrophorese, Elektroosmose und Electrowetting.

  • Modellierung der chemischen Diffusion bei multiplen verdünnten Spezies. Diffusion und Reaktion in einer Phase einer zweiphasigen Strömung mit dem beweglichen Netzinterface der Zweiphasenströmung

  • Lösen von stationären, stark verdünnten Gasströmungen wie z. B. Strömungen in Vakuumsystemen unter Verwendung des Anwendungsmodus für molekulare Strömungen.

 


Simulation einer Flüssigkeitslinse mit variablem Fokus für eine Miniaturkamera während der Veränderung der Brennweite. Die Linse entsteht durch die Grenzschicht zwischen zwei Flüssigkeiten – der untere Teil des Geschwindigkeitsfeldes ist farbig, der obere durch ein Pfeildiagramm dargestellt. Der Electrowetting-Effekt wird dazu benutzt, den Kontaktwinkel an der Zylinderwand zu ändern und somit einen anderen Wulstrandradius zu erzeugen, wodurch die Brennweite der Linse verändert wird.

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