(IT) Le conoscenze di base della dinamica dei fluidi, della matematica per ingegneri, della fisiologia e della biologia, nonché la familiarità con gli strumenti di simulazione numerica (codici CFD, come ANSYS) possono facilitare l'apprendimento.

(EN) Basic knowledge of fluid dynamics, mathematics for engineers, physiology and biology as well as familiarity with numerical simulation tools (computational fluid dynamics, CFD, such as ANSYS) can facilitate learning.

(IT) Il corso "Sistemi Microfluidici per la Bioingegneria" offre una panoramica dei principi fondamentali della microfluidica e delle loro applicazioni in bioingegneria. Gli studenti esploreranno le basi della dinamica dei fluidi, dei sistemi su microscala e della loro simulazione, con un focus sulle applicazioni pratiche. Il corso fornirà agli studenti competenze nell'uso del software di simulazione numerica, ANSYS, per analizzare fenomeni su scala micrometrica.

(EN) The course "Microfluidic Systems for Bioengineering" ("Sistemi Microfluidici per la Bioingegneria" in Italian) offers an overview of the fundamental principles of microfluidics and their applications in bioengineering. Students will explore the basics of fluid dynamics, microscale systems, and its simulation, with a focus on practical applications. The course will provide students with skills in using numerical simulation software, ANSYS, to analyze phenomena at the micrometer scale.

(IT) Gli obiettivi del corso includono: - Comprensione dei principi fisici e matematici che governano i flussi microfluidici; - Conoscenza dei dispositivi microfluidici adatti alle diverse applicazioni; - Applicazione di tecniche di modellazione e simulazione numerica mediante simulazione CFD per l'analisi di sistemi cardiovascolari di bioingegneria.

(EN) The course objectives include: - Understanding the physical and mathematical principles that govern microfluidic flows; - Knowing the microfluidic devices suitable for the different applications; - Applying modeling and numerical simulation techniques using CFD simulation for the analysis of bioengineering cardiovascular systems.

(IT) Il corso è costituito da lezioni, discussioni interattive e sessioni di laboratorio con software di simulazione (ANSYS Fluent). Gli studenti sono invitati a presentare articoli scientifici assegnati per familiarizzare con le applicazioni pratiche della microfluidica in contesti specifici. Gli esercizi pratici supporteranno l'apprendimento dei concetti teorici.

(EN) The course includes a combination of lectures, interactive discussions, and laboratory sessions using simulation software (ANSYS Fluent). Students are invited to present assigned scientific articles to familiarize themselves with practical applications of microfluidics. Practical exercises will support the learning of theoretical concepts.

(IT) La valutazione finale includerà la presentazione di un articolo scientifico del settore. Compiti ed esercizi con software CFD sono anch'essi parte della valutazione finale.

(EN) The final assessment will include a presentation of an assigned scientific article in the field. Homework and exercises using CFD software are also part of the final evaluation.  

(IT) Il materiale didattico sarà reso disponibile sulla piattaforma e-learning.

(EN) Course notes will be provided on e learning platform.

(IT) Introduzione alla microfluidica:

- Definizione e panoramica dei principi di base della microfluidica;

- Applicazioni pratiche in bioingegneria e scienze biomediche.

Fondamenti di dinamica dei fluidi e trasporto:

- Concetti di base della dinamica dei fluidi su scala micrometrica;

- Equazioni di Bernoulli e Poiseuille e loro adattamento alla scala microfluidica;

- Perdite di carico;

- Leggi di Fick;

- Atomizzazione dei liquidi.

Componenti dei sistemi microfluidici:

- Pompe, miscelatori, valvole, …

Tecniche di modellazione in bioingegneria:

- Un approccio passo dopo passo alla simulazione numerica;

- Introduzione alle tecniche di simulazione numerica utilizzate per analizzare fenomeni di trasporto complessi e interazioni biochimiche.

Progettazione e simulazione di sistemi microfluidici:

- Creazione di geometria e mesh; fattori di qualità della mesh;

- Utilizzo di software CFD per la simulazione di flussi microfluidici.

Casi di studio e applicazioni pratiche:

- Analisi di articoli scientifici e presentazioni su argomenti avanzati;

- Seminari tenuti da docenti ospiti che introdurranno nuovi argomenti, applicazioni innovative e approfondimenti provenienti da altri gruppi di ricerca e università.

(EN) Introduction to Microfluidics:

- Definition and overview of the basic principles of microfluidics;

- Practical applications in bioengineering and biomedical sciences.

Fundamentals of Fluid Dynamics and Transport:

- Basic concepts of fluid dynamics at the micrometer scale;

- Bernoulli and Poiseuille equations and their adaptation to the microfluidic scale;

- Pressure losses;

- Fick’s laws;

- Atomization of liquids.

Components of microfluidic systems:

- pumps, mixers, valves, …

Bioengineering Modeling Techniques:

- A step-by-step approach to numerical simulation;

- Introduction to numerical simulation techniques used to analyze complex transport phenomena and biochemical interactions.

Design and Simulation of Microfluidic Systems:

- Creation of geometry and mesh; mesh quality factors;

- Use of CFD software for simulating microfluidic flows.

Case Studies and Practical Applications:

- Analysis of scientific articles and presentations on advanced topics;

- Seminars from guest lecturers who will introduce new topics, innovative applications, and insights from other research groups and universities.

1) Ferreira, Mariana, Violeta Carvalho, João Ribeiro, Rui A. Lima, Senhorinha Teixeira, and Diana Pinho. "Advances in Microfluidic Systems and Numerical Modeling in Biomedical Applications: A Review." Micromachines 15, no. 7 (2024): 873.

2) Lee Waite, Ph, and Jerry Fine. Applied biofluid mechanics. The McGraw-Hill Medical Companies, Inc., 2007.

3) Chandran, Krishnan B., Stanley E. Rittgers, and Ajit P. Yoganathan. Biofluid mechanics: the human circulation. CRC press, 2006.

4) Rubenstein, David, Wei Yin, and Mary D. Frame. Biofluid mechanics: an introduction to fluid mechanics, macrocirculation, and microcirculation. Academic Press, 2015.

5) Ostadfar, Ali. Biofluid mechanics: Principles and applications. Academic Press, 2016.

6) Kojić, Miloš, Nenad Filipović, Boban Stojanović, and Nikola Kojić. Computer Modeling in Bioengineering: Theoretical background, examples and software. John Wiley & Sons, 2008.

7) Raj, Richa, Nikita Mathur, and Vivek V. Buwa. "Numerical simulations of liquid− liquid flows in microchannels." Industrial & Engineering Chemistry Research 49, no. 21 (2010): 10606-10614.