Mikrofluidne naprave v bioinženirstvu

Opis predmeta

Temeljna vsebinska področja predmeta so:

– splošni pojmi in definicije mikroreaktorske tehnologije (MRT) in mikrofluidnih naprav,

– sodobne tehnike izdelave mikrostrukturiranih naprav, obdelava in funkcionalizacija površin,

– dinamika tekočin v mikrofluidnih napravah: paralelni tok mešljivih in nemešljivih tekočin v mikrokanalih, tokovni režimi večfaznih sistemov (tvorba kapljic, segmentiran tok)

– prednosti miniaturiziranih naprav

– uporaba mikrofluidnih naprav za bioanalizo, µTAS sistemi

– uporaba mikrofluidnih naprav za razvoj in proizvodnjo farmacevtskih učinkovin

– mikrobioreaktorji, encimski mikroreaktorji, imobilizacija encimov v mikrostrukturirane naprave

– lab-on-a-chip-sistemi

– uporaba mikrofluidnih naprav v zaključnih procesih in integracija procesov

– uporaba mikrofluidnih naprav v biomedicini (diagnostika, dostava zdravil, hemodializa)

– izbrani primeri biokatalitskih in separacijskih procesov v mikrofluidnih napravah, integrirani procesi

Cilji in kompetence

Temeljni izobraževalni cilj je pridobitev teoretičnih in praktičnih znanj za samostojno načrtovanje in izvedbo bioanaliz, bioprocesov in/ali bioseparacij v mikrofluidnih napravah ter integriranih lab-on-a-chip sistemih.

Metode poučevanja in učenja

Predavanja
Priprava seminarja in predstavitev ostalim študentom v okviru rednih seminarskih sestankov skupine (diskusija in kritično vrednotenje izbrane znanstvene literature).
Laboratorijsko delo z mikrofluidnimi napravami – spoznavanje tokovnih režimov v mikrokanalih, separacijskih procesov in miniaturiziranih integriranih sistemov.

Predvideni študijski rezultati

Poznavanje osnovnih tehnik izdelovanja mikrofluidnih naprav, tokovnih režimov v njih in načinov obdelovanja površin.

Poleg tega je predvideno razumevanje prednosti uporabe mikrofluidnih naprav v bioanalitiki, razvoju in proizvodnji farmacevtskih učinkovin ter drugih bioprocesov in v biomedicini. Poznavanje mikrobioreaktorjev, osnov bioseparacijskih procesov v mikrofluidnih napravah in lab-on-a-chip sistemov.

Reference nosilca

ŽNIDARŠIČ PLAZL, Polona. Enzymatic microreactors utilizing non-aqueous media. Chimica oggi, ISSN 0392-839X, 2014, vol. 32, no. 1, str. 54-61, ilustr. [COBISS.SI-ID 1681455],
CVJETKO, M., SABOTIN, Izidor, RADOŠ, Ivan, VALENTIČIČ, Joško, BOSILJKOV, Tomislav, BRNČIĆ, Mladen, ŽNIDARŠIČ PLAZL, Polona. A comparative study of ultrasound-, microwave-, and microreactor-assisted imidazolium-based ionic liquid synthesis. Green processing and synthesis, ISSN 2191-9542. [Print ed.], 2013, vol. 2, no. 6, str. 579-590, ilustr. http://www.degruyter.com/view/j/gps.2013.2.issue-6/gps-2013-0086/gps-2013-0086.xml?format=INT, doi: 10.1515/gps-2013-0086. [COBISS.SI-ID 1656367],
POHAR, Andrej, ŽNIDARŠIČ PLAZL, Polona, PLAZL, Igor. Integrated system of a microbioreactor and a miniaturized continuous separator for enzyme catalyzed reactions. Chem. eng. j., 2012, vol. 189/190, no. 1, 376-382, doi: 10.1016/j.cej.2012.02.035
CVJETKO, M., VORKAPIĆ-FURAČ, Jasna, ŽNIDARŠIČ PLAZL, Polona. Isoamyl acetate synthesis in imidazolium-based ionic liquids using packed bed enzyme microreactor. Process biochemistry, ISSN 1359-5113, 2012, vol. 47, no. 9, str. 1344-1350, doi: 10.1016/j.procbio.2012.04.028. [COBISS.SI-ID 35952389],
STOJKOVIČ, Gorazd, ŽNIDARŠIČ PLAZL, Polona. Continuous synthesis of L-malic acid using whole-cell microreactor. Process biochem, 2012, vol. 47, no. 7, 1102-1107, doi: 10.1016/j.procbio.2012.03.023.
ŽNIDARŠIČ PLAZL, Polona, PLAZL, Igor. Microbioreactors. V: MOO-YOUNG, Murray (ur.). Comprehensive biotechnology, 2nd Ed. Amsterdam [etc.]: Elsevier, cop. 2011, str. 289-301. [COBISS.SI-ID 35324421]
STOJKOVIČ, Gorazd, PLAZL, Igor, ŽNIDARŠIČ PLAZL, Polona. L-Malic acid production within a microreactor with surface immobilised fumarase. Microfluid. nanofluid. (Print), 2011, vol. 10, no. 3, str. 627-635, doi: 10.1007/s10404-010-0696-y. [COBISS.SI-ID 34517509],
CVJETKO, M., ŽNIDARŠIČ PLAZL, Polona. Ionic liquids within microfluidic devices. V: KOKORIN, Alexander (ur.). Ionic liquids: theory, properties, new approaches. Rijeka: Intech, 2011, str. 681-700. [COBISS.SI-ID 34846469]

Temeljni viri in literatura

Izbrana poglavja iz: Hessel, V., Renken, A., Schouten, J.C., Yoshida, J.-I., Eds., Micro Process Engineering: A Comprehensive Handbook, Vol. 1-3, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Germany, 2009

Izbrana poglavja iz: Dietrich, T.R., Ed., Microchemical engineering in practice, John Wiley & Sons, Hoboken, 2009

Izbrana poglavja iz: Wirth, T., Ed., Microreactors in Organic Chemistry and Catalysis, 2nd Ed.,

Completely Revised and Enlarged Edition, Wiley-VCH, Weinheim, 2013

Izbrana poglavja iz : Li, X., Zhou, Y., Eds., Microfluidic devices for biomedical applications, Woodhead Publishing, 2013

Tekoča znanstvena periodika./ Papers from current scientific journals.