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All posts by Brianne Christopher

开发用于按需DNA合成的硅MEMS芯片

2020年 1月 21日

体细胞基因组编辑逐渐表现出能够治疗多种遗传疾病的能力。随着功能强大的基因组编辑工具 CRISPR-Cas9 的不断发展,人们对 DNA 合成技术的需求也越来越多。一家总部位于英国的初创公司正在开发一个平台,用于高度平行、精确以及可扩展的 DNA 合成,这将大大拓宽合成生物学的应用前景。 DNA 研究的新领域 传统的 DNA 合成技术是通过化学构建一串碱基,以形成一条单链的一个片段,然后将这些片段连接在一起,形成双链DNA。这种方法造价昂贵且非常耗时,这就限制了合成生物学的应用前景。一个可以合成整个基因序列的 DNA 平台将会改变每个实验室中 DNA 合成的格局。现今,总部位于英国剑桥的初创公司 Evonetix 正在开发一种芯片系统,以实现这一目标。 Evonetix 正在开发的平台上包含有多个反应位点的硅芯片,每个反应位点都可以并行合成一条不同的 DNA 链。各个位点都有一层金,上面会发生生化反应。同时也有一些保护区域,这些保护区域将位点与之间的被动区域热隔离。 在芯片实验室里做的晶片硅上的单个反应位点。图片由 Evonetix 提供。 热控制是芯片最重要的方面之一。可以通过热控制来加速或减速芯片上各个位置的反应,就像电灯开关一样打开或关闭这些位置。热控制还可以精确且独立地控制反应位点处流体体积的温度,这种控制可以创建 “虚拟热井” ,从而消除反应位点之间的物理屏障,并允许试剂可以同时流过数千个位置。这样,当含化学试剂的液体流过这些位点时,取决于温度的反应就可以以高度并行的格式进行或者关闭。 该芯片的另一个方面是其专有的错误检测方法,这种方法可以提高良率。反应位点上生长的 DNA 序列会自动纯化以消除错误,然后再将它们组合成更长的高保真基因序列。 设计目标 为了使硅芯片可以尽可能有效地合成 DNA,Evonetix 团队想到需要优化其几何形状和材料。他们对该芯片有三个主要设计目标: 反应位点处温度均匀 反应位点上单位功率的高温升速率 流体流动过程中稳定的温度分布 首先,反应位点处保证其温度均匀很重要,因为温度可以精确控制反应。Evonetix 物理负责人 Andrew Ferguson 说:“化学反应是随着温度变化而开启的,我们希望可以精确地控制反应速率。” 其次,反应位点上单位功率的高温升速率可以使芯片的总功率保持在较低的水平。最后,芯片上稳定的温度分布确保了反应可以在流体流动条件下发生。 在 COMSOL Multiphysics® 中为硅 MEMS 芯片建模 Evonetix 团队使用 COMSOL Multiphysics® 软件在其硅芯片设计上模拟 DNA 合成。Evonetix的高级工程师 Vijay Narayan 说,“我很喜欢 COMSOL Multiphysics 的用户界面。它可以让我们专注于物理学,同时确保方程的数值结果能得到很好的后处理。”他们使用 COMSOL Multiphysics 中的内置材料以及来自文献的外部材料数据,建立了具有真实材料参数的模型。 首先,该团队使用 COMSOL Multiphysics 构建芯片的单个单元(包括反应部位和加热器)的几何形状,以满足上述三个设计要求。该 ECAD导入模块 使他们能够轻松地将他们的设计从 GDS(CAD 文件格式)导入到 COMSOL Multiphysics 软件中。Narayan说:“系统的设计,尤其是对加热器的设计,可以非常精确,并且具有非常严格的设计规则,同时 ECAD 导入模块提供了更多的灵活性。” 这一功能也使设计团队能够在原型制作阶段直接向制造商提供设计图样。 包括一个反应位点的几何模型图。图片由 Evonetix 提供。 为了分析系统的稳态和瞬态热响应,研究小组使用了传热模块。他们通过使用 电磁加热 接口,让电流流经加热器来评估系统的温度控制能力。为了扩展热分析,该团队通过添加 层流 和 非等温流 多物理场耦合来描述流体流动。 […]

三星采用仿真技术改善扬声器设计

2019年 7月 29日

当你听到三星这个名字时,你可能会想到智能手机和电视机。然而,三星还有一个目标是成为排名第一的音响公司。为此,三星美国研究中心声学主管 Allan Devantier 在加州建立了三星音频实验室。他组建了一个工程技术团队,他们的专长包括传感器、数字声音处理(DSP)、声学、编程等——但这个难题还有另外一个方面……

地震中建筑物的稳定性分析

2019年 7月 5日

1996年,我和20多名二年级的学生挤在南加州的一所小学教室的桌子下面。世界各地的人们都会经常举行这种“地震演习”,尤其是在地球断层线上的地方,以备灾难发生时人们可以及时避难。还有别的应对方法吗?有,我们可以分析受地震影响的建筑物的结构稳定性。

COMSOL Multiphysics® 软件 5.4 版本荣获 2018 年度产品奖

2019年 6月 14日

2019年6月,在COMSOL 位于马萨诸塞州伯灵顿的办公室,美国宇航局《技术简报》杂志(NASA Tech Briefs)向 COMSOL 颁发“2018读者选择年度产品”奖项,并举行了香槟祝酒仪式。鉴于 COMSOL 软件众多功能都直接来自用户的反馈和请求,广大 COMSOL 用户本身就是该奖项背后的重要驱动力量。因此,向每一位用户举杯致谢,才算是完整的庆祝活动。

3D打印散热器设计的仿真与优化

2019年 4月 18日

有时,在设备开发的某个阶段,你会遇到进退两难的境地。例如,弗劳恩霍夫增材制造技术研究所(IAPT)设计了一种具有最优化拓扑结构的散热器,但复杂的几何结构使其难以制造。他们从一种增材制造工艺中找到了解决方案,但这种方法有其自身的限制。为了找出最佳散热器设计,他们需要一种方法来协调这些问题……

主题演讲视频:EPFL 通过仿真拿下超级高铁大赛冠军

2019年 1月 22日

EPFLoop 团队凭借其设计的超级高铁舱站上了 COMSOL 用户年会 2018 洛桑站的领奖台,他们展示的方案让观众们大饱眼福。下面让我们了解一下洛桑联邦理工学院的学生和教师团队(由 Mario Paolone 领导,包括 Nicòlo Riva、Zsófia Sajó 和 Lorenzo Benedetti 博士)使用多物理场仿真在 2018 年 SpaceX 竞赛中摘得超级高铁设计头把交椅的非凡之路。

验证边界元法在静磁学建模中的应用

2018年 10月 30日

边界元法(BEM)可以替代静磁学建模中的有限元法吗?在由三部分组成的系列教程中,我们使用麦克斯韦应力张量执行电磁力计算,以演示边界元法的效能。我们根据解析模型验证结果,并将结果与有限元法的结果进行比较,以显示边界元法在这方面的价值和实用性。请继续阅读下文,了解您将在系列教程中学到的内容。

透视固体:光声效应的发现与应用

2018年 8月 30日

1880 年,亚历山大·格拉汉姆·贝尔给他的父亲写了一封信,信中说:“我听到光线在清晰地交谈,我听到光线的笑声、咳嗽声和歌唱声!”他是在谈论自己的最新发明——光线电话机,这也是他生前认为自己“最伟大的发明”。光线电话机并未彻底改变成像领域,但贝尔在研究过程中却有一个意外收获…


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