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CAD 导入与 LiveLink for CAD 产品 博客文章

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。 […]

如何自动移除模型几何结构中的小细节

2019年 7月 12日

在 COMSOL Multiphysics® 软件中设置仿真时,你有时可能希望用自动方法来移除几何结构中导致不必要的细化网格或较差网格质量的细节。这可以通过三维中的移除细节 操作来实现。通过更好地了解这一功能,你可以获得单元数量更少、质量更高的网格。

使用人眼光力学模型研究老花眼

2018年 10月 24日

在例行检查过程中,眼科护理专业人员会检查常见的屈光不正症状,如近视、远视和散光。随着患者年龄的增长,医生还会检查老花眼,这是一种眼调节能力减弱的现象,会导致近视力长期完全丧失。视觉调节过程非常复杂,很难获得改进老视诊断和治疗所需的有用眼睛特性。为了解决晶状体折射率的测量问题,研究人员利用仿真开发了一种逆向工程技术。

克拉尼板如何让你“看见”声音?

2018年 8月 17日

“如果你想知道宇宙的秘密,就用能量、频率与振动来思考。”— 尼古拉·特斯拉 我们能“看见”声音吗?就算不能直接看到,但我们离这个目标已经不远了。通过改变看问题的角度,我们可以了解声学现象的本质。观察声学现象的一种方法是研究称为克拉尼板 的固体介质中的驻波。这是一种特殊技术,可以在板上产生图形,从而揭示声音的物理性质。

根据 CAD 装配分析螺纹管件设计中的应力

2017年 5月 30日

螺纹管件不仅耐高温、抗器械损伤,而且可靠耐用。您可以将螺纹管件的 CAD 装配与COMSOL Multiphysics® 集成以分析其设计。

三轮车车架设计的力学性能分析

2017年 4月 19日

三轮车等人力交通工具是乘用车以外的另一种可持续出行方式,能够帮助骑行者避开人口密集地区的交通拥堵。三轮车的设计完成之前需要进行优化,确保满足安全要求,但事实证明,三轮车的复杂结构为设计的优化带来了一定的难度。为此,研究团队使用了 COMSOL Multiphysics® 软件的“结构力学模块”来有效确定三轮车车架设计中的薄弱区域。

借助仿真设计高 G 值加速度计的传感器封装

2017年 3月 28日

为了设计高 G 值加速度计的压电传感器封装,研究人员进行了多物理场分析,然后参照实验数据对仿真结果进行了验证。

如何使用拓扑优化结果创建几何

2017年 2月 1日

拓扑优化通常不是设计进程的最后一步。实际上,您可以利用拓扑优化研究的结果对几何结构进行模拟,以推动下一步分析。


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