Diffusion-Constrained Continuum Models of Engineered Membranes
Notice bibliographique
Résumé
Introduction In this chapter (and the following three chapters) we study mesoscopic mathematical models for the dynamics of engineered membranes. This chapter constructs mesoscopic models for the following two synthetic biological devices built out of artificial membranes: (i) the ion-channel switch (ICS) biosensor and (ii) the pore formation measurement platform (PFMP). Mesoscopic models deal with physical phenomena at the micrometer length scale and millisecond time scale – their level of abstraction lies between the macroscopic reactionrate models and the microscopic atomistic models. To put this chapter into perspective, recall that Chapter 4 dealt with the construction of engineered membrane devices. Also, Chapters 8 and 9 constructed macroscopic reaction-rate models of these devices which comprised ordinary and fractional-order differential equations. At the end of this chapter we illustrate how approximations of the continuum models can be used to construct the parameters of the macroscopic models in Chapters 8 and 9. As discussed in Chapter 9 the ICS biosensor operates in either the mass-transportinfluenced kinetics or the reaction-rate-limited kinetics regime. A schematic of the ICS biosensor and PFMP in the flow chamber is provided in Figure 10.1. If the analyte concentration and/or fluid flow velocity is sufficiently large, the advection-diffusion dynamics of the analyte can be neglected and only the macroscopic surface reaction dynamics govern the impedance response of the ICS and PFMP. These reaction-rate-limited kinetics models were the focus of Chapter 9. In this chapter we consider the masstransport- influenced kinetics regime, where the advection-diffusion dynamics cannot be neglected in the fluid flow chamber. Therefore, the dynamic mesoscopic models involve diffusion-type partial differential equations (PDEs) with boundary conditions determined by reaction-rate-type ordinary differential equations (ODEs). Figure 10.1 illustrates the mesoscopic model which couples the electrolyte dynamics with the surface reactions. The electrolyte dynamics involve the advection-diffusion of molecules and ions, and may also include electrodiffusion effects if the molecules and ions are charged. The study of the electrodiffusion of charged particles such as molecules and ions in the presence of an applied external electric field is of great importance in a number of disciplines. For example, in semiconductors these mesoscopic models describe the dynamics of electrons and holes and are used for the design of modern electronic components such as transistors, diodes, and infrared lasers [80].
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,002 |
| Communication savante | 0,002 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,005 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».