Name: Fenomeni AC elettrocinetico Generato da strutture microelettrodo (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2008-07-28T20:28:00.000+00:00
Duration: 20 min 38 s
Description: Scopri i fenomeni di elettrocinetica AC per la manipolazione di particelle e fluidi a scala micro e nanometrica. Questo metodo illustra la fisica, la fabbricazione dei dispositivi e l'interpretazione dei risultati sperimentali.

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Fabbricazione di Cr / Au Elettrodi su substrati di vetro Parte 1A: Wet Metodo Etch * Per i dispositivi di alta qualità, il processo di fabbricazione deve essere eseguita in un ambiente sterile o sotto cappe a flusso laminare in modo che polvere e altri contaminanti non influirà sul modello. <ol><li> 2-pollici da 4 pollici vetrini sono posti in una riscaldata (80 ° C) Piranha soluzione (5:7 H 2 O 2: H 2 SO 4) per 30 minuti per rimuovere i contaminanti (soprattutto organici) e poi risciacquati in DI acqua e asciugati con aria compressa. </li><li> Cr 20 nm e 200 nm di Au sono depositati su substrati con un evaporatore a fascio di elettroni. </li><li> Shipley 1827 photoresist positivo si deposita sui vetrini con un spincoater (3000 rpm, 1000 rpm / s rampa, 30 tempo di rotazione secondo). </li><li> Substrati sono poi cotto morbido per 2 minuti a 100 ° C. </li><li> Il modello della maschera è trasferito al photoresist con l&#39;esposizione ai raggi UV contatto per 8,4 secondi per un totale di 206 mJ / cm 2. </li><li> Il photoresist è sviluppato in Microposit MF 351: acqua (1:3) per 30 secondi con una buona agitazione seguita da un risciacquo acqua deionizzata. </li><li> Dopo l&#39;ispezione al microscopio per assicurare un buon sviluppo, i substrati vengono poi incise in Au Mordenzante e Chrome mordenzante per 15 secondi e 30 secondi rispettivamente con DI lava in mezzo e dopo. </li></ol> Parte 1B: Protocollo alternative - Lift-off Metodo <ol><li> 2-pollici da 4 pollici vetrini sono posti in una riscaldata (80 ° C) Piranha soluzione (5:7 H2O 2: H 2 SO 4) per 30 minuti per rimuovere i contaminanti (soprattutto organici) e poi risciacquati in acqua deionizzata e asciugati con aria compressa. </li><li> Futurrex NR-7 1500 PY photoresist negativo è stato spincoated sul substrato (2000 rpm, 1000 rpm / s rampa, 40 tempo di rotazione secondo). </li><li> Substrati erano morbidi al forno per 1 minuto a 150 ° C. </li><li> Contatta esposizione ai raggi UV per 21 secondi (400 mJ / cm 2). </li><li> I supporti sono stati poi posto su un piatto caldo a 100 ° C per 1 minuto per completare il passaggio termoindurimento. </li><li> Sviluppo è stata effettuata per 6 secondi in sviluppatore Futurrex RD6. </li><li> Cr 30 nm e 200 nm di Au vengono depositati su substrati con un evaporatore a fascio di elettroni. </li><li> Decollo viene eseguito ponendo i substrati in un bagno di acetone fino ad ultrasuoni l&#39;oro era visibilmente rimosso e confermata con osservazione al microscopio. </li></ol> Setup sperimentale Parte 2: iniezione di microsfere e osservazione <ol><li> PDMS canali (fabbricazione descritto altrove) sono attaccati al substrato di vetro con adesione diretta in modo che il canale passa sopra gli elettrodi fabbricato. </li><li> Circa 10 7 ml polistirolo microsfere sono sospese in acqua deionizzata o (0,0002 S / m) o una soluzione di KCl (0,05 S / m). Essi vengono poi iniettate posizionando il tubo di aspirazione nella soluzione di microsfere e applicando aspirazione alla presa con una siringa. </li><li> Il dispositivo caricato viene posto sul palco microscopio e collegata ad un generatore di segnale. </li><li> Una durata di impostazioni di frequenza (1 kHz a 1 MHz) e le impostazioni di tensione (1 o 2 V) vengono applicate, mentre le osservazioni sono fatte con il microscopio. </li></ol> Nota: è importante non alzare il voltaggio troppo alto o consentire la frequenza troppo bassa o elettrolisi dell&#39;acqua si verificherà. Le impostazioni di voltaggio o la frequenza esatta per questo si verifichi dipendono dalla progettazione degli elettrodi. Le nostre linee guida di laboratorio devono evitare frequenze inferiori a 500 Hz o tensioni maggiori di 8 V.

<ol><li>Ramos, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((AC+Electrokinetics%3A+a+review+of+forces+in+microelectrode+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physics+D%3A+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">AC Electrokinetics: a review of forces in microelectrode structures.</a> Journal of Physics D: Applied Physics. 31, 2338-2353 (1998).</li>
<li>Morgan, H. ywel, Green, N. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((AC+Electrokinetics%3A+colloids+and+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">AC Electrokinetics: colloids and nanoparticles.</a> , SRP Ltd.. England. (2002).</li>
<li>Toner, M., Irimia, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blood-on-a-chip%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Blood-on-a-chip.</a> Annual Review of Biomedical Engineering. 2005, 77-103 (2005).</li>
<li>Ahn, C. H., Choi, J. -W., Beaucage, G., Nevin, J. H., Lee, J. -B., Puntambekar, A., Lee, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Disposable+smart+lab+on+a+chip+for+point+of+care+clinical+diagnostics%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Disposable smart lab on a chip for point of care clinical diagnostics.</a> 282, 399-401 (1998).</li>
<li>Vespoorte, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+chips+for+clinical+and+forensic+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Electrophoresis%22%5BJournal%5D)">Microfluidic chips for clinical and forensic analysis.</a> Electrophoresis. 23, 677-712 (2002).</li>
<li>Rajaraman, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid%2C+low+cost+microfabrication+technologies+toward+realization+of+devices+for+dielectrophoretic+manipulation+of+particles+and+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+B%3A+Chemical%22%5BJournal%5D)">Rapid, low cost microfabrication technologies toward realization of devices for dielectrophoretic manipulation of particles and nanowires.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 114, 392-401 (2006).</li>
<li>Ali, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lab-on-a-chip+for+terrorist+weapons+management%5BTitle%5D)+AND+%22Measurement+and+Control%22%5BJournal%5D)">Lab-on-a-chip for terrorist weapons management.</a> Measurement and Control. 38, 87-91 (2005).</li>
<li>Voldman, J. oel, Rosenthal, A. dam <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dielectrophoretic+Traps+for+Single-particle+Patterning%5BTitle%5D)+AND+%22Biophysical+Journal%22%5BJournal%5D)">Dielectrophoretic Traps for Single-particle Patterning.</a> Biophysical Journal. 88, 2193-2205 (2005).</li>
<li>Ramachandran, T. R., Baur, C., Bugacov, A., Madhukar, A., Koel, B. E., Requicha, A., Gazen, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+and+controlled+manipulation+of+nanometer-sized+particles+using+the+non-contact+atomic+force+microscope%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Direct and controlled manipulation of nanometer-sized particles using the non-contact atomic force microscope.</a> Nanotechnology. 9, 237-245 (1998).</li>
<li>Sigurdson, M. arin, Wang, D., Meinhart, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrothermal+stirring+for+heterogeneous+immunoassays%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Electrothermal stirring for heterogeneous immunoassays.</a> Lab Chip. 5, 1366-1373 (2005).</li>
<li>Urbanski, J. ohn P. aul, Levitan, J. eremyA., Bazant, M. artinZ., Thorsen, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+ac+electro-osmotic+micropumps+with+non-planar+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Fast ac electro-osmotic micropumps with non-planar electrodes.</a> Appl. Phys. Lett. 89, 143508- (2006).</li>
<li>Fatoyinbo, H. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+integrated+dielectrophoretic+quartz+crystal+microbalance+%28DEP-QCM%29+device+for+rapid+biosensing+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">An integrated dielectrophoretic quartz crystal microbalance (DEP-QCM) device for rapid biosensing applications.</a> Biosens Bioelectron. 23, 225-232 (2007).</li>
</ol>

In questo video, abbiamo dimostrato una grande varietà di comportamenti di manipolazione di particelle e fluidi causata da fenomeni AC elettrocinetici. Gli elettrodi che generano questi fenomeni sono facili da fabbricare e può essere facilmente integrato in molti altri sistemi. Come abbiamo dimostrato, ci sono numerose applicazioni per l&#39;utilizzo di elettrocinesi AC. La versatilità di questi dispositivi, così come la natura rapida della manipolazione, le rende particolarmente attraente. Le industrie sanitarie e gli altri cominciano ad a...

<table><tbody><tr><td>2&quot; di 4&quot; Vetrino in vetro Pyrex</td><td>Substrato</td><td></td><td></td><td>Pyrex 7740</td></tr><tr><td>maschera al cromo</td><td>materiale</td><td></td><td></td><td>Questa fotomaschera avrà le micr&amp;#8211;modelli di elettrodi su di essi e possono essere ordinati presso diversi centri di microfabbricazione.</td></tr><tr><td>Microcanali in PDMS</td><td>materiale</td><td></td><td></td><td>Questi possono essere fabbricati e utilizzati in laboratorio oppure è sufficiente un semplice vetrino da microscopio.</td></tr><tr><td>Peroxido di idrogeno 30%</td><td>Reagente</td><td>Fisher Scientific</td><td>7722-84-1</td><td>Certificato ACS, Fisher Scientific</td></tr><tr><td>Acido solforico</td><td>Reagente</td><td>Fisher Scientific</td><td>A300-212</td><td>Certificato ACS Plus</td></tr><tr><td>Acetone grado elettronico</td><td>Reagente</td><td>Fisher Scientific</td><td>A946-4</td><td></td></tr><tr><td>Shipley 1827 Resist Positivo</td><td>Reagente</td><td>MicroChem Corp.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Shipley 351 Developer</td><td>Reagente</td><td>MicroChem Corp.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mordente per l'oro</td><td>Reagente</td><td>Transene Company, Inc.</td><td>Tipo TFA</td><td></td></tr><tr><td>Chrome Photomask Etchant</td><td>Reagente</td><td>Cyantek Corporation</td><td>CR-7S</td><td></td></tr><tr><td>Resist negativo NR-7 1500 PY</td><td>Reagente</td><td>Futurrex</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sviluppatore RD6</td><td>Reagente</td><td>Futurrex</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

fenomeni ac elettrocinetico generato da strutture microelettrodo

AC Electrokinetic Phenomena Generated by Microelectrode Structures

Il campo di elettrocinesi CA è in rapida crescita grazie alla sua capacità di eseguire fluidodinamica e la manipolazione di particelle sulla micro-e nano-scala, che è essenziale per Lab-on-a-Chip applicazioni. Fenomeni AC elettrocinetici utilizzare i campi elettrici di generare forze che agiscono sui liquidi o particelle sospese (compresi quelli fatti di dielettrico o materiale biologico) e causano loro di muoversi in modi sorprendenti 1, 2. All&#39;interno di un singolo canale, elettrocinesi AC può realizzare molti essenziali on-chip operazioni come attivo il posizionamento di particelle micro-miscelazione, separazione delle particelle, e micro-picchiettare. Un unico dispositivo può compiere diverse di tali operazioni con la semplice regolazione dei parametri operativi, come la frequenza o l&#39;ampiezza della tensione applicata. Adatto campi elettrici possono essere facilmente create da micro-elettrodi integrati in microcanali. E &#39;chiaro dalla crescita enorme in questo campo che elettrocinesi AC probabilmente avrà un effetto profondo sulla diagnostica sanitaria 3-5, monitoraggio ambientale 6 e homeland security 7. In generale, ci sono tre fenomeni elettrocinetici CA (AC elettroosmosi, dielettroforesi ed effetto AC elettrotermica) ciascuno con dipendenze unico sui parametri di funzionamento. Un cambiamento di questi parametri di funzionamento può causare uno dei fenomeni a diventare dominante su un&#39;altra, cambiando così la particella o il comportamento dei fluidi. E &#39;difficile prevedere il comportamento delle particelle e liquidi a causa della fisica che sono alla base complicata elettrocinesi AC. E &#39;l&#39;obiettivo di questa pubblicazione per spiegare la fisica delle particelle e di spiegare e il comportamento dei fluidi. La nostra analisi riguarda anche il modo di fabbricare le strutture elettrodo che li generano, e come interpretare un ampio numero di osservazioni sperimentali utilizzando diversi disegni popolare dispositivo. In questo articolo il video aiuterà gli scienziati e gli ingegneri capire questi fenomeni e possono incoraggiarli a iniziare a utilizzare elettrocinesi AC nella loro ricerca.

Manipolare fluidi e particelle in sospensione nelle tecnologie micro-e nano-scala è sempre più di una realtà come abilitazione, come elettrocinesi AC, continuare a sviluppare. Qui, si discute la fisica dietro elettrocinesi AC, come fabbricare questi dispositivi e come interpretare le osservazioni sperimentali.

Fenomeni AC elettrocinetico Generato da strutture microelettrodo

Il campo dell'elettrocinetica a corrente alternata (AC) è in rapida crescita grazie alla sua capacità di eseguire la manipolazione dinamica di fluidi e particelle su scala micro e nanometrica, ...

Negli ultimi anni, la comunità scientifica che si occupa di sistemi lab-on-a-chip ha accolto con entusiasmo una tecnologia nota come elettrocinetica in corrente alternata (AC). Questo insieme di fenomeni può essere utilizzato per manipolare particelle e fluidi su scala micrometrica e nanometrica in modo rapido e versatile, diventando rapidamente essenziale per numerose applicazioni nei biochip. In questo video, illustreremo i fondamenti dell'elettrocinetica in corrente alternata con un livello di dettaglio sufficiente a supportare altri scienziati e ingegneri che potrebbero trarre vantaggio dall'utilizzo di questi fenomeni nelle loro ricerche.Ciao, mi chiamo Robert Hart e sono uno studente di dottorato qui alla Drexel, presso il dipartimento di Ingegneria Biomedica, Scienze e Sistemi Sanitari. Inizieremo questo video con una breve descrizione della fisica alla base della cinetica elettrica in corrente alternata. Successivamente passeremo alla fabbricazione del dispositivo e, infine, mostreremo alcuni video sulla elettrocinetica in corrente alternata spiegando ciò che accade.La prima delle tre forze che descriveremo è nota come dielettroforesi. Qui osserviamo un campo elettrico gene

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Questo video dimostra il metodo per indurre la modulazione dell'attività neurale in neuroni umani derivati da iPSC in coltura in un array di microelettrodi multi-pozzetto, o sistema MEA, utilizzando un trasduttore a ultrasuoni focalizzato.

Neuromodulazione indotta da ultrasuoni utilizzando un sistema di array di microelettrodi

Un Microdevice con potenziale elevato throughput serve a dimostrare tridimensionale (3D) dielettroforesi (DEP) con nuovi materiali. Il grafene carta nanoplatelet e nastro biadesivo sono stati alternativamente accatastati; un micro-ben 700 micron è stato perforato trasversale agli strati. Comportamento DEP di perle di polistirene è stata dimostrata nel micro-bene.

Sviluppo di un dispositivo 3D grafene elettrodi dielettroforetiche

I trasportatori nelle membrane cellulari consentono la segregazione differenziale degli ioni attraverso le membrane cellulari o gli strati cellulari e svolgono un ruolo cruciale durante la fisiologia, la riparazione e la patologia dei tessuti. Descriviamo il microelettrodo autoreferenziale iono-selettivo che consente la misurazione di flussi ionici specifici in singole cellule e tessuti in vivo.

Misurazione della extracellulare Ion Flussi Utilizzando il ionoselettivo autoreferenziale microelettrodo Tecnica

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Electrotaxis Studi di polmone cellule tumorali usando un Multicanale Dual-campo elettrico Microfluidic Chip

Gli ioni del potassio contribuiscono per il potenziale di membrana di riposo delle cellule e concentrazione extracellulare di K+ è un regolatore fondamentale dell'eccitabilità cellulare. Descriviamo come fare, calibrare e utilizzare monopolare K+-selettivi microelettrodi. Utilizzando tali elettrodi consente la misurazione delle dinamiche di concentrazione K+ elettricamente evocate nelle fette hippocampal adulti.

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