کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
6916487 862925 2016 32 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
Hierarchical electrochemical modeling and simulation of bio-hybrid interfaces
ترجمه فارسی عنوان
مدل سازی الکتروشیمی سلسله مراتبی و شبیه سازی رابط های بیرو هیبریدی
کلمات کلیدی
سیستم های بی بی هیبرید، رابط های عصبی و الکترونیکی، مدل های چند بعدی، الکترو توزیع یون ها، تکرارهای عملکردی، شبیه سازی عددی،
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه مهندسی کامپیوتر نرم افزارهای علوم کامپیوتر
چکیده انگلیسی
In this article we propose and investigate a hierarchy of mathematical models based on partial differential equations (PDE) and ordinary differential equations (ODE) for the simulation of the biophysical phenomena occurring in the electrolyte fluid that connects a biological component (a single cell or a system of cells) and a solid-state device (a single silicon transistor or an array of transistors). The three members of the hierarchy, ordered by decreasing complexity, are: (i) a 3D Poisson-Nernst-Planck (PNP) PDE system for ion concentrations and electric potential; (ii) a 2D reduced PNP system for the same dependent variables as in (i); (iii) a 2D area-contact PDE system for electric potential coupled with a system of ODEs for ion concentrations. The backward Euler method is adopted for temporal semi-discretization and a fixed-point iteration based on Gummel's map is used to decouple system equations. Spatial discretization is performed using piecewise linear triangular finite elements stabilized via edge-based exponential fitting. Extensively conducted simulation results are in excellent agreement with existing analytical solutions of the PNP problem in radial coordinates and experimental and simulated data using simplified lumped parameter models.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering - Volume 300, 1 March 2016, Pages 561-592
نویسندگان
, , , ,