Detail předmětu

Mikrofluidika a mikroelektromechanické systémy

FEKT-MPC-MMMAk. rok: 2026/2027

Cílem předmětu je poskytnout studentům ucelený úvod do mikrofluidiky a mikroelektromechanických systémů (MEMS) se zaměřením na jejich principy, návrh, výrobu a praktické využití.
Výuka propojuje teoretické základy s laboratorními dovednostmi v oblastech mikrofluidních zařízení, senzorů, aktuátorů, inerciálních senzorů, mikrobolometrů, mikrokalorimetrů a piezoelektrických rezonátorů, které představují klíčové technologie současné elektrotechniky, biomedicíny a analytických aplikací.

Studenti získají přehled o metodách návrhu, simulacích a technologických postupech výroby mikro- a nano-systémů a porozumí tomu, jak lze jejich unikátních vlastností využít v praxi. Důraz je kladen na pochopení fyzikálních principů umožňujících integraci mikromechanických a elektronických prvků do jednoho funkčního celku a na rozvoj praktických kompetencí potřebných pro jejich uplatnění v průmyslových i výzkumných aplikacích.

 

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Ing. Imrich Gablech, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

Vstupní znalosti

Jsou požadovány znalosti z oblasti výrobních technologií na úrovni magisterského studia. Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby znalé pro samostatnou činnost“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy. 

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Podmínky pro ukončení předmětu jsou stanoveny předpisem vydaným garantem předmětu. 

  • 30 bodů – laboratorní cvičení
  • 70 bodů – závěrečná zkouška 

Pro úspěšné ukončení předmětu musí student získat minimálně 50 % bodů z každé hodnocené části. 

Učební cíle

Cílem předmětu je poskytnout studentům základní i aplikované znalosti z oblasti mikrofluidiky a mikroelektromechanických systémů (MEMS). Výuka pokrývá fyzikální principy proudění v mikroměřítku, chování kapalin a plynů v mikrokanálech, principy MEMS senzorů a aktuátorů a základy návrhu, simulace a výroby těchto systémů. Předmět propojuje teoretické poznatky s praktickou výukou zaměřenou na práci s mikrofluidními zařízeními, inerciálními senzory, mikrobolometry, mikrokalorimetry a piezoelektrickými rezonátory.

Praktická část předmětu vede studenty k pochopení technologických postupů výroby MEMS a mikrofluidních struktur, k práci s moderními měřicími systémy a k rozvoji dovedností potřebných pro experimentální činnost v laboratořích. Studenti tak získají předpoklady pro zapojení do výzkumných a vývojových projektů v oblasti senzoriky, biomedicíny, analytické chemie a mikro/nano-technologií.

Po absolvování předmětu student:

  • rozumí základním fyzikálním principům mikrofluidiky (laminární proudění, difuze, povrchové jevy) a umí je aplikovat při návrhu mikrofluidních struktur,

  • zná principy funkce MEMS senzorů a aktuátorů včetně inerciálních senzorů, mikrobolometrů, mikrokalorimetrů a piezoelektrických rezonátorů,

  • zná technologické a materiálové postupy výroby MEMS a mikrofluidních zařízení a dokáže je propojit s jejich výslednými vlastnostmi,

  • je schopen navrhnout a simulovat jednoduché mikrofluidní a MEMS struktury a porozumět jejich odezvě,

  • ovládá práci se základními mikrofluidními systémy a laboratorním vybavením, včetně měřicích metod používaných v MEMS,

  • má dovednosti potřebné pro zapojení do výzkumných, vývojových a laboratorních projektů v oblastech mikrofluidiky, senzoriky a mikrosystémových technologií.

Doporučená literatura

MADOU, Marc J. Fundamentals of microfabrication and nanotechnology, three-volume set. CRC Press, 2018. (EN)
MANZ, Andreas, et al. Microfluidics and Lab-on-a-Chip. Royal Society of Chemistry, 2020. (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-NCP magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Imrich Gablech, Ph.D.

Osnova

1.    Úvod do mikrofluidiky a MEMS

2.    Design mikrofluidních struktur a MEMS

3.    Fyzikální simulace toku kapalin a MEMS struktur

4.    Mikroobráběcí techniky pro mikrofluidiku a MEMS

5.    Alternativní výrobní techniky (vyřezávání, odlévání, atd.)

6.    3D tisk v mikrofluidice

7.    Uzavírání mikrofluidních čipů a jejich integrace

8.    Mikrofluidní struktury a systémy (pumpy, ventily, mixéry, reaktory, atd.)

9.    Snímací metody v mikrofluidice

10.    Snímací metody v MEMS

11.    Kontaktní a bezkontaktní měření teploty (čidla, IR kamery, kalorimetry, atd.)

12.    Akcelerometry, gyroskopy a akustické snímače

13.    Biosenzory a BioMEMS

 

Laboratorní cvičení

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Imrich Gablech, Ph.D.

Osnova

1.    Návrh mikrofluidního čipu s výstupy pro litografii a 3D tisk

2.    Výroba mikrofluidních čipů pomocí rezinového 3D tisku

3.    Příprava měřícího pracoviště, automatizace procesů a ověření funkčnosti pomocí míchání inkoustů

4.    Měření tlaku a hydrodynamického odporu v mikrofluidních systémech

5.    Elektrochemická detekce v mikrofluidice

6.    Měření fluorescence v mikrofluidice

7.    Návrh MEMS struktur (bolometry, nosníky a tenzometry) pro litografii a jejich simulace v prostředí ANSYS Workbench

8.    Měření energie krystalizace pomocí kalorimetrů

9.    Měření infračerveného (IR) záření pomocí bolometrů a komerční IR kamery

10.    Měření s akcelerometry a analýza jejich vlastností při různém tlaku

11.    Vážení gravimetrickými senzory a měření průtoků plynů

  

Individuální příprava na laboratoře

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Imrich Gablech, Ph.D.

Individuální příprava na závěrečnou zkoušku

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Imrich Gablech, Ph.D.
Tento předmět vznikl za podpory projektu CHIPS of Europe - Creating Higher Education-Industry Programmes for the Semiconductor Industry of Europe s reg. č. SEP-210977366.