#микрофлюидика #гидродинамика #лекарства #ДНК #жидкости #учеба | Мета-Ф

#микрофлюидика #гидродинамика #лекарства #ДНК #жидкости #учеба #Стэнфорд

В начале 2019 года, когда готовился к нашему с ЭкзактеЛабс двухдневному семинару по регуляторике и разработке лекарств, при составлении материала по ранней разработке (от синтеза до начала формальных доклинических исследований) впервые встретился с упоминанием микрофлюидики, которая использовалась для одновременного массового тестирования сразу множества кандидатных веществ в селективных тестах. Микрофлюидики — это поведение, точный контроль жидкостей и манипуляции на ними на микроуровне. Из широко известных приложений микрофлюидики — контроль упаковки мРНК вакцин Pfizer и Moderna в наноструктуры.

Когда только начал брать курсы Стэнфорда, меня почему-то сразу заинтересовал курс по микрогидродинамике (CHEMENG 310), пожалуй, за свое манящее название, которое сулит много интересного. Вместе с тем курс брать не стал, поскольку в качестве предварительных условий требовалось прохождение или знание материалов многих других курсов, которых не было в моем багаже медицинского образования.

На курсе по биохимии II, когда мы разбирали особенности репликации и репарации ДНК, препод упомянул, что одной областей научных интересов департамента химической инженерии, а именно сотрудников, занимающихся механикой жидкостей, и в особенности специалистов, преподающих микрогидродинамику, является понимание того, каким образом в состоянии нужды ускоряются процессы репликации/репарации и транскрипции/трансляции.

Известно, что скорость химических реакций диктуется двумя основными факторами: кинетикой самой химической реакции (например, реакции полимеризации нуклеотидов) и массопереносом, например притоком нуклеотидов, кофакторов и АТФ к месту полимеризации. В то время как кинетика химических реакций, включая ферментативные, в целом проработана и поддается количественному моделированию, массоперенос и массообмен вызывают гораздо большие затруднения, но решение этих задач сулит гораздо лучшее понимание и управление внутриклеточными процессами и созданием их промышленных аналогов для решения биосинтетических проблем.

По этой причине, в числе прочего, решил брать предметы, затрагивающие гидродинамику. В частности, чтобы можно было взять курс по микрогидродинамике, которая и имеет дело с микрофлюидикой, необходимы:

1) весь мат. анализ и векторный анализ (самостоятельно)

2) дифференциальные уравнения, обыкновенные и в частных производных (взял в Стэнфорде)

3) тензорный анализ и комплексный анализ (пока самостоятельно)

4) механика (самостоятельно)

5) механика жидкостей (взял курс Стэнфорда, но у департамента гражданской инженерии, еще буду брать у своего департамента). Курс был очень интересен и полезен. Теперь лучше понимаю физические свойства жидкостей и даже умею считать простые вещи, типа какой будет напор воды в каких трубах, какие нужны насосы для решения типичных задач и т. п.

6) тепломассообмен

7) программирование (беру курсы Стэнфорда).

Наконец, следует отметить внутреннюю красоту происходящего с математической точки зрения: закономерности массообмена в жидкостях диктуются уравнениями Навье-Стокса, которые не были решены аналитически до сих пор и являются одной из математических задач тысячелетия. Одним из наиболее ярких проявлений восхищения (смотреть с 19:49) этими уравнениями является тело одного из преподавателей математики в Оксфорде :)