Name: 3D 그래 핀 전극 유전 영동 장치의 개발 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-06-22T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 15 s
Description: 배우세요 3D 그래핀 전극 유전 영동 장치 제작 방법을. 그래핀 종이와 압력 감응 테이프를 적층하여 폴리스티렌 구슬을 조작하는 고효율 미세 장치를 개발합니다.

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그라 펜 종이의 관대 한 기부에 대한 XG 과학에 감사합니다. 관대 우리가 마이크로 드릴링 장비를 사용시키는 박사 C. 프리드리히에게 감사합니다. 특별 감사는 비디오를 해설에 Tayloria 아담스로 확장된다.

1. 박판 전극 / 절연 3D 구조를 제작 <ol><li> 6 그라 핀 층의 경우, 5 테이프 계층 장치는 6 0.7 ㎝ × 1.5 ㎝의 직사각형으로 메스 또는 유사한 면도날과 가장자리가 직선 자와 그래 핀의 종이를 잘라 다섯 1.3 cm로 양면 압력에 민감한 테이프를 가위로 잘라 사용 X ~ 5cm 줄무늬. 주 :도 1a에 도시 된 바와 같이, 이것은 3 접지 전극, 3 AC 신호 전극 소자를 수득 하였다. 층의 폭을 실시 7m​​m 쉽게 드릴링 충분히 넓은 아직, 유리 슬라이드에 들어갈 정도로 좁다. 2 mm 길이 쉽게 반복 사용에 휴식과 구리 와이어를 부착 할 수있는 충분한 공간이되지 않습니다. 장치의 깊이는 엔드 밀 깊이에 의해 제한됩니다. </li><li> 깨끗한 유리 슬라이드에 그래 핀 용지의 첫 번째 레이어를 놓습니다. 천천히 두 개의 인접한 그래 핀 종이 층 사이의 절연 (그림 1b을 보장하기 위해 ~ 2mm의 여백을두고, 테이프의 한 스트라이프와 그래 핀 종이의 한쪽 끝을 커버 </strong&gt;). </li><li> 그라 펜 용지 (도 1A)의 첫번째 층에 오프셋 테이프 위에 그래 핀 종이의 두번째 층을 배치. 층 사이 좋은 바다 표범 어업을 보장하기 위해 각 전도 층을 첨가 한 후, 적당한 압력 (엄지 손가락으로 균일하게 눌러 ~ 100 N 0.7 cm 이상의 2 영역)을 적용합니다. </li><li> 반복의 맨 위 층과 맨 아래 층의 그래 핀 종이 모두를 떠나, 1.2, 나머지 층 1.3 단계를 반복합니다. 그래 핀 종이 층 사이의 밀폐 된 절연 보장하기 위해 작은 ~ 1mm의 여유 떠나는 장치의 가장자리에서 여분의 테이프를 제거하기 위해 그림 1b에 표시된 점선을 따라 잘라 (그림 1B). 참고 : 양면 테이프이 적층 구조로 파편을 수집 방지하기 위해 상단과 하단 레이어를 드릴로 슬라이드에 장착, 사용 및 샘플로 작성되지 않았습니다. </li><li> 멀티 미터 (저항 모드)와 함께 빠른 절연 테스트를 수행합니다. 일의 두 가지 측면의 긍정과 부정 프로브의 위치를전자 장치 (그림 1C에 A와 B); 고 저항 (메가 옴 킬로로는) 층 사이 좋은 절연을 나타냅니다. 마이크로 우물 시추 준비하기 위해 유리 슬라이드에서 계층 구조를 제거합니다. NOTE : 인접하는 그라 펜 종이 층이 1.4 내지 1.2 단계 동안 접촉 할 때 장치는 일반적 절연 테스트에 실패한다. 이러한 장치를 폐기하십시오. </li></ol> 2. 적층 구조의 마이크로 잘 드릴 <ol><li> 컴퓨터 제어 기계 마이크로 밀링 머신을 사용하여 직경 700 μm의 컷 2.1 mm 길이 엔드 밀을 선택합니다. 적절한 클램프를 사용하여 마이크로 밀링 무대에서 적층 구조 고정시킨다 (그림 2A와 B). 8,600 rpm의 밀링 기계 스핀들을 실행 한 후 엔드 밀 천천히에와 적층 구조의 중심을 내립니다. 안쪽 벽을 부드럽게 마이크로 웰을 통해 위아래로 회전 엔드 밀을 이동합니다. <ol><li> 마이크로 잘 선택컷의 화면 비율의 사용 가능한 엔드 밀 직경 / 길이의 제약을받습니다 직경. 마이크로 웰의 내부 표면은 마이크로 웰을 통해 최적의 전계 그라데이션과 빛 통과를 위해 가능한 한 수직하고 깨끗한 지 확인합니다. </li></ol></li><li> 압축 공기와 마이크로 잘 깨끗 파편. 1.5에 설명 된대로 다른 절연 테스트를 수행합니다. </li></ol> 3. 적층 구조로 전기 리드를 연결합니다 <ol><li> 2cm에서 직각으로 두 3cm 길이 32 G 구리 와이어를 접습니다. ~ 혼합 부와 실버 전도성 에폭시 B 1.5 ML. 주 : <img alt="식 (1)" fo:content-width="3in" src="/files/ftp_upload/51696/51696eq1.jpg" /></li><li> 수동으로 정상에 혼합은 에폭시를 적용하고 3 그래 핀 종이 층의 팁 적층 구조 (그림 1C)의 측면에 레이어 사이 좋은 접촉을 보장하기 위해, 다음 에폭시와 두 사이에 1cm 구리 철사 끝을 배치 층. 부드럽게 평방여분의 에폭시를 제거하고 좋은 전기적 접촉을 보장하기 위해 레이어를 ueeze. 적층 구조의 B면에 대해 반복합니다. </li><li> 하룻밤에 70 ° C와 1 기압을 건조, 오븐 선반에 전체 장치를 놓습니다. </li></ol> 4. 샘플 및 미디어를 준비 <ol><li> 전도도 측정기를 사용하여 전도도의 스펙트럼, 290 mM의 만니톨 원액 및 등장 인산 완충 생리 식염수 (PBS)의 직렬 추가의 등장 미디어를 준비합니다. 참고 : 선형 상관 관계가 ~ 290 mOsm / L 만니톨 용액 (비전 도성)에서 (수행) ~ 290 mOsm / L PBS의 전도도 및 볼륨 농도 사이에 존재합니다. 비디오는 0.01 S / M 전도성 매체를 제공합니다. </li><li> 부피 비율 : 1:50 권 준비 전도성 매체 또는 전자 순수한 물 (~ 5 × 10 -6 S / M)와 폴리스티렌 구슬을 섞는다. 이 프로토콜은 물론 생물 세포에 쉽게 적응할 수있다. </li></ol> 5. 설정 실험 및 장치를 작동 <ol><li> 장치 O를 클램프수정 된 종이 클램프 또는 이와 동등한를 사용하여 적당한 압력 (그림 2D)와 유리 슬라이드 피하려면. 재단은 샘플의 누설을 방지 유리 슬라이드에 적층 구조 인감 마이크로 웰에 가까이 있어야한다. 클램프는 적층 구조의 변형을 방지에 최적화 된 압력)로 현미경 단계에 맞게, 그리고 b)는 마이크로 잘 액이 누출되지 않습니다 확인해야합니다. 변형은 실험의 재현성을 감소 웰 형상 및 광로를 변경한다. </li><li> 마이크로 주사기 또는 동급을 사용하여, 천천히 마이크로 우물에 샘플 ~ 1 μl를 주입하고 거품을 도입하지 마십시오. 필요한 경우 주사를 반복하고 날카로운 바늘로 마이크로 우물 벽을 손상하지 않도록주의를 사용합니다. 약간 마이크로 웰을 너무 많이 넣다 즉시 초과 액체를 제거 증발을 방지하고 각 실험 재현 볼륨을 보장하기 위해 마이크로 이상 잘 커버 유리를 밀어 넣습니다. 참고 : SCOR에 잘 작동 glasscutter 다이아몬드 팁크기에 전자 및 균열 커버 유리. </li><li> 현미경 단계로 완성 된 적층 마이크로 디바이스 보안 장치에 연결되는 두 개의 구리 함수 발생기의 전극 와이어를 연결합니다. AxioVision의 (혈구 소프트웨어)에서 다차원 획득 모드에서 카메라 녹화를 시작하는 버튼을 클릭합니다. 적용된 전기장이없는 응답을 문서화하는 CCD 카메라 녹화를 시작한 후 고정 기간에 함수 발생기 신호를 시작합니다. 참고 : 다음은 100 Hz에서 15 V 피크 투 피크 신호 MHz의 주파수 (10)에 적용하고, 실험을 2 초 동안 유리 슬라이드 표면 위의 1 내지 200에 10 배 배율로 관찰되었다 필드없이 필드 ~ 5 분을 적용. 이미지는 디지털 방식으로 추가 분석을 위해 초 (FPS) 당 1 ~ 5 프레임으로 저장되었습니다. </li><li> 실험 종료 후, 장치를 제거하고 클램프를 해체. 세제를 탄 물을 유리 슬라이드 및 장치 모두를 체험 한 후 잘 헹구어. 30 시간에 대한 재사용 장치일관된 성능의. </li></ol> 6. 데이터 분석 및 이미지 처리 <ol><li> 같은 ImageJ에이 바람직 소프트웨어와 이미지 데이터를 분석합니다. 주어진 시간 단계에서 연속적인 이미지 사이의 입자 변위에서 속도를 계산합니다. </li><li> 추세를 컴파일 이론 (29) 비교하는 속도에 따라 실험 DEP 힘과 필드 강도를 계산한다. </li><li> 방사상 전계 구배의 형상과 부합하는 마이크로 웰 형상의 측정 입자 속도. 마이크로 아니라 가장자리에서 중심으로, 7 지역에서 발생 8 동심 등전점 윤곽 (350, 300, ... 50, 0 μM)를 식별합니다. 참고 : 50 ㎛ 거리가 속도를 계산하는 데 사용 된 통과하는 입자의 시간을. 기하학적 인 변형을 필요하게되면, 등전위 등고선 약간 조정 하였다. </li></ol>

저자는 공개 할 충돌이 없습니다.

이 원고는 소설 6 그라 핀 층과 5 테이프 층의 마이크로 디바이스를 제조하기위한 프로토콜을 자세히 설명합니다. 또한, 장치의 동작은 독특한 기하학적 관련 입자 속도 분석 방법과 함께 6.08 μm의 폴리스티렌 비즈 관찰 DEP 행동을 통해 설명된다. 동등하게 신뢰할 수있는 결과를 산출하면서 비선형 동 전기 장치를 구성하는 이러한 다양한 접근 방식은 전극과 유체 층의 미세 가공 기술보다 비용이 많이 든다. 또한,이 새로운 3D 그래 핀 종이 마이크로 디바이스는 모두 이론적으로 예측 된 행동에 동의 유전 실험 결과를 굴복 이전에 실험 결과 35를보고했다. 최대 10 MHz와 미디어 전도도에 1에서 100 Hz에서의 신호 주파수에 대한 × 10 -4 S / M 1.3 S / m로, 실험 pDEP이 관찰 된 아래와 NDEP이 관찰 된 위의 크로스 오버 주파수의 존재를 확인했습니다. 예상 한 바와 같이,NDEP는도 4a에</str...

그래 핀은 높은 품질의 전자 특성과 잠재적 인 화학 및 바이오 센서의 응용 프로그램 1 알려진 새로운 소재입니다. 그래 핀 nanoplatelets 촉매 지원 2, 3, 바이오 센서 4, 슈퍼 커패시터 (5), 그래 핀 / 폴리아닐린 및 실리콘 나노 입자 / 그래 핀 합성 6-8 등의 복합 전극에 사용되어왔다. 이 원고는 고유 한 3 차원 (3D)의 전극 층 미세 유체 장치로 그래 핀 종이의 사용을 설명합니다. 그래 핀 종이 전극은 절연 양면 테이프 및 폴리스티렌 구슬의 3D AC의 유전 영동을 수행 한 내 드릴 챔버 적층 하였다. 유전 (DEP)가 균일하지 않은 전기장에서 극성 입자의 이동을 의미한다. 입자가 다소 극성 주변 매체, 열매보다 때 긍정적 인 DEP (pDEP) 또는 음의 DEP (NDEP)가 발생각각 강한 또는 약한 전기장을 향한 움직임에 lting. 이 비선형 동 전기 도구, 정렬 트래핑, 입자 및 세포 생물학 9-15의 식별, 분리에 사용되었습니다. 편광 된 입자에 의해 경험 유전 힘은 전기장 구배, 입자 모양과 반경 전도도 및 유전율 등 입자 유전 특성뿐만 아니라 미디어 전도도와 유전율의 함수이다. 기존의 2 차원 (2D) DEP에서, 입자 운동은 일반적으로 미세 표면 전극 사이에 형성된 전계 구배의 주 평면에있다; 수직 방향의 운동은 대부분의 장치에서 평면 방향에 비해 무시할 수있다. 그러나 3D DEP에 대한 전기장 구배이 3 차원을 활용하면 시료 처리량이 가능하며 흐름이 트라 베되는 새롭고 개선 된 유전 분리를 디자인하는 다양성을 증가필드 RSE는 16, 17 그라디언트. 다른 특정한 디자인은 3D 절연체 기반 DEP 18 일 3D 탄소 전극 DEP 13, 19, 및 DEP (10)를 전기 3D 있습니다. 3 차원 구조로 연구에 의해 입증되는 바와 같이, 이러한 장치는 높은 처리량을 달성하기 위해 연속 흐름 모드로 동작 할 수있다. 우리 계층화 3D 장치에서 3D 입자 운동의 관측은 상이한 초점 높이에서 광학 현미경을 통해 주파수 및 중간 도전성의 함수로서 이루어진다. Fatoyinbo 등. 먼저 대안 누적 30 μm의 알루미늄 호일 및 150 μm의 에폭시 수지 필름 (20)을 사용하여 전극 / 절연 구조를 적층 3D로 DEP를보고했다. Hubner 등은. 후 35 ㎛의 구리 테이프와 118 μm의 폴리이 미드 접착제 (21)와 유사한 3 차원 적층 전극을 설계했습니다. 이 작품은 3D 잘 디자인 22, 23를 빌려, 고유 밀봉 충분한 전기 차폐 달성 절연 층 등 전도성 층과 100 μm의 양면 테이프로 50 μm의 그라 핀 종이의 편의를 사용합니다. 그래 핀 nanoplatelets 동시에이 그룹은 이전에 24을 입증 바이오 센서로 행동 할 수있는 능력을 가지고 있기 때문에 그래 핀 종이 다재 다능 한 3 차원 전극 마이크로 디바이스에 대한 뚜렷한 장점입니다. 그라 펜 종이 / 중합체 내에 달성 필드 구배 차원 마이크로 디바이스는 마이크로 웰 치수, 그라 펜 종이 층 및인가 전계에 따라 적층. 임계 치수는 세로 전극의 간격 (층 두께 전도성 및 절연성) 및 마이크로 웰 지름과 높이 (적층에 의해 결정)을 포함한다. 전기 신호는 진폭 및 주파수를 통해 조정될 수있다. 현재 장치의 구조는 배치 작업이지만, 연속 흐름 장치에 맞출 수 있습니다. 장치 FAB여기에 설명 rication 기술은 3D가 단순히 사용되는 그래 핀의 용지를 교환하여 그래 핀 nanoplatelet의 다양한 속성에 전극을 적층 개발에 적합하다. 그라 펜 용지를 이용하는 장점은 물리적 및 화학적 특성의 다양성, 감소 된 비용이며, 바이오 센서는 bioanalytes (24)의 넓은 범위를 검출하기 그라 펜 nanoplatelets 동시에 작용할 수있다. 높은 처리량의 3D DEP 시스템의 장기 목표는 빠르게 세포 유형에게 25 ~ 27을 확인하거나 건강한 세포 (28)의 집단에서 병에 걸린 세포의 라벨이없는 전기적 매개 세포 정렬을 달성 할 수 있습니다. 이 논문은 재료의 최적화 및 그림 전형적인 결과를 분석 한 다음 장치의 준비와 작업을 보여줍니다.

<table><tbody><tr><td>폴리스티렌 비즈</td><td>Spherotech, Inc.</td><td>PP - 60-10</td><td>6.08 > m 직경</td></tr><tr><td>그래핀 종이</td><td>XG Sciences, Inc.</td><td>XG 리프 B-072</td><td></td></tr><tr><td>양면 테이프</td><td>3M</td><td>N/A</td><td>136 사무용 테이프</td></tr><tr><td>은 전도성 에폭시</td><td>MG 화학 물질</td><td>8331-14G</td><td>파트 A 및 B 포함</td></tr><tr><td>만니톨</td><td>시그마 Aldrich</td><td>091M0020V</td><td></td></tr><tr><td>인산염 완충액 식염수</td><td>OmniPur</td><td>0381C490</td><td></td></tr><tr><td>현미경 (CCD 카메라)</td><td>Zeiss</td><td>Axiovert 200M</td><td></td></tr><tr><td>기능/파형 발생기</td><td>Agilent</td><td>33250A</td><td></td></tr><tr><td>주사기</td><td>Hamilton</td><td>84505</td><td></td></tr><tr><td>종이 클램프</td><td>ADAMS</td><td>3300-50-3848</td><td></td></tr><tr><td>오븐</td><td>Fisher Scientific</td><td>280A</td><td></td></tr><tr><td>멀티미터</td><td>OMEGA</td><td>HHM25</td><td></td></tr><tr><td>마이크로 밀링 머신</td><td>AEROTECH</td><td>ABL1500 스테이지/A3200 Npaq 컨트롤러</td><td></td></tr><tr><td>엔드밀</td><td>ULTRATOOL</td><td>708473</td><td></td></tr><tr><td>AxioVision</td><td>Zeiss</td><td>버전 4.8</td><td></td></tr></tbody></table>

3d 그래 핀 전극 유전 영동 장치의 개발

Development of a 3D Graphene Electrode Dielectrophoretic Device

50 ㎛ 두께의 그라 핀 종이와 100 μm의 양면 테이프를 사용하여 새로운 차원 전극 마이크로 디바이스의 설계 및 제조가 설명되어 있습니다. 이 프로토콜은 다양한 재사용, 다중 층 적층 유전 챔버를 구성하는 절차에 대해 자세히 설명합니다. 특히, X 0.7 cm X 2cm의 그래 핀 종이 50 ㎛ 및 양면 테이프의 5 개의 층의 6 개의 층이 교대로 함께 적층 한 후 유리 슬라이드에 고정. 이어서 700 ㎛의 직경이 마이크로 웰 컴퓨터 제어 마이크로 드릴링 머신을 사용하는 적층 구조체를 통해 천공 하였다. 인접하는 그라 펜 층들 사이의 테이프 층의 절연 특성은 저항 시험으로 확신되었다. 실버 전도성 에폭시는 그라 펜 용지의 교대 ​​층을 접속하고 그래 핀 종이 및 외부 구리 와이어 전극 사이의 안정적인 연결을 형성. 완성 된 장치는 다음 클램핑하고 유리 슬라이드로 밀봉 하였다. 전기장 구배 t 내에 모델링된다그 다층 소자. 6 μm의 폴리스티렌 비즈의 유전 행동은 0.0001에서 S / M 1.3 S / M에 이르기까지 다양한 매체 전도도 깊은 마이크로 아니라 1mm에 보여, 10 MHz로 100 Hz에서에서 신호 주파수를 적용했다. 음의 유전 응답은 주파수 값이 이전에보고 된 문헌 값과 일치 도전 주파수 공간과 크로스 오버의 가장 위에 입체적으로 관찰되었다. 장치는 AC의 전기 삼투 및 전열 낮고 높은 주파수 영역에서 발생한 유동, 각각을 방지하지 않았다. 이 장치에 사용되는 그래 핀의 논문은 다재다능하고 유전 특성 분석이 완료된 후 이후 바이오 센서로 작동 할 수 있습니다.

6 μm의 폴리스티렌 구슬 유전 실험은 0.38 mm 3 원통형 마이크로 잘 수행했다. 결과는 3 차원 그래 핀 종이 기반의 장치가 3 차원 금속 호일 적층 장치 20, 21, 전통적인 2D 금속 전극 (26, 27)와 유사한 유전 서명을 설명하고, 제 2 절연체 장치 (25) 수 적층 것을 보여줍니다. 다음 실험에서, 15 V 피크 - 피크 AC 신호를 적용하고, 주파수는 100 Hz에서 30 MHz의 10에서 변화시켰다. 질적 DEP 결과는 현장 적용 (첫 번째 열)까지의 시간 0에서 그림 3과 같이되어 전기 분야의 5 분 (두 번째 열) 후. 제공된 전계가 존재하지 않는 경우, 중력을 통해 장치 하부 (도 3a 및 b).도 3c에 서서히 침전 입자 및 전형적인 pDEP 같이, 1 kHz에서 발생 입증 거라고마이크로 ...

높은 처리량 잠재력을 가진 마이크로 디바이스는 새로운 재료와 3 차원 (3D) 유전 (DEP)를 설명하는 데 사용됩니다. 그래 핀 nanoplatelet 종이 양면 테이프가 교대로 적층 하였다; 700 μm의 마이크로 웰 층에 가로을 드릴 하였다. 폴리스티렌 비즈의 DEP 동작은 마이크로에 잘 입증되었다.

3D 그래 핀 전극 유전 영동 장치의 개발

The design and fabrication of a novel 3D electrode microdevice using 50 &#181;m thick graphene paper and 100 &#181;m double sided tape is described. The ...

본 프로토콜에서는 3D 적층 그래핀 종이 및 전극 마이크로 소자의 제작 절차와, 소자 내에서 유전영동(DI electrophoresis) 또는 유전영동(DEP)을 통해 폴리스티렌 비드나 생체 세포를 제어하는 실험 방법을 설명합니다. 지금부터 유전영동은 DEP로 지칭하겠습니다. 소자 제작은 먼저 50 micron 그래핀 종이를 층별로 쌓고 그 사이에 100 micron 감압 폴리머 테이프를 N-1개 층으로 교대로 적층하여, 절반은 신호 전극, 나머지 절반은 접지 전극이 되도록 구성함으로써 이루어집니다.층들을 함께 압착하고 다듬은 다음, 구조물을 관통하여 마이크로 웰을 드릴로 뚫습니다. 마지막으로, 은 에폭시를 사용하여 장치의 양 끝단에 두 개의 구리 리드선을 부착합니다. 두 번째 단계는 원하는 전도도를 가진 DEP 배지를 준비하는 것입니다.그런 다음 폴리스티렌 비드를 특정 부피 비율로 이 배지 용액에 현탁시킵니다. 세 번째이자 마지막 단계는 준비된 비드 현탁액을 장치에 로딩하고, 이를 현미경 스테이지에 장착한 뒤, 장치를 함수 발생기에 연결하여 최종적으로 DEP를 시작하는 것입니다. 마지막으로 현미경을 사용하여 DEP 반응을 기록하고 추가 분석을 통해 세포 또는 입자의 특성을 연구합니다.그래핀은 강도뿐만 아니라 열적, 전기적 특성으로 인해 활용되는 다재다능한 물질입니다. 본 프로토콜에서는 저렴한 그래핀 종이를 3차원 유전영동 마이크로 장치의 전도성 전극 층으로 사용하여, 혈액형 판정이나 질병 세포의 의료 진단과 같은 응용 분야를 위해 입자와 세포를 구별하는 방법을 활용합니다. 이러한 그래핀 종이 전극 마이크로 장치의 장점으로는 제작의 용이성, 더 높은 시료 처리량 및 기하학적 다재다능함 등이 있습니다.3D 비균일 전기장은 분극성 입자와 세포의 고유한 화학적 및 형태적 특성에 따라 이들을 구별할 수 있는 독특한 DP 힘을 이용해 대용량 시료를 조작할 수 있습니다. 그래핀 종이와 테이프를 사용하여 적층형 장치를 조립하십시오. 여기서는 상용 제조사의 75 µm 두께 소수성 그래핀 종이와 100 µm 두께의 감압 양면테이프를 사용합니다.먼저 수술용 메스와 직선 자를 사용하여 그래핀 종이를 6.7 centimeters by 1.5 centimeter 크기의 직사각형으로 자르고, 가위를 사용하여 양면 감압 테이프를 1.3 centimeters by 약 five centimeter 크기의 스트립 5개로 자릅니다. 깨끗한 유리 슬라이드 위에 그래핀 종이의 첫 번째 층을 놓습니다. 인접한 두 그래핀 종이 층 사이에 절연이 유지될 수 있도록 약 two millimeter의 여백을 남긴 채, 그래핀 종이의 한쪽 끝을 테이프 스트립 하나로 천천히 덮습니다.두 번째 그래핀 페이퍼 층을 테이프 위에 올립니다. 첫 번째 그래핀 페이퍼 층과 겹치지 않게 어긋나게 배치합니다. 층 사이의 밀착력을 높이기 위해 상단을 적당한 압력으로 누릅니다.나머지 층에 대해서도 위의 두 단계를 반복하며, 최상층과 최하층이 모두 그래핀 종이가 되도록 합니다. 가위로 장치 가장자리의 과도한 테이프를 제거하되, 그래핀 종이 층 사이의 밀폐 절연을 보장하기 위해 약 1mm 정도의 여백을 남깁니다. 멀티미터를 사용하여 장치 반대편의 전기 리드에 양극 및 음극 프로브를 배치하고 신속하게 절연 테스트를 수행합니다.수백 kΩ 정도의 높은 저항값은 층 간 절연 상태가 양호함을 나타냅니다. 이제 적층 구조에 마이크로 웰(micro well)을 드릴링할 준비가 되었습니다. 마이크로 밀(micro and mill)을 사용하여 적층 구조에 마이크로 웰을 드릴링합니다.본 단계에서는 직경 700 µm, 플루트 길이 약 2.1 mm의 마이크로 엔드밀을 사용합니다. 마이크로 엔드밀의 선택은 마이크로 웰의 직경과 장치의 두께에 따라 결정됩니다. 클램프를 사용하여 적층 구조물을 마이크로 드릴링 스테이지 위에 고정하고, 컴퓨터 제어 장치를 통해 엔드밀의 끝단이 구조물 상단에 가깝게 위치하도록 조절한 뒤 장치 위에 가압 공기를 분사합니다. 엔드밀을 회전시키기 시작한 다음, 적층 구조물의 중심부로 엔드밀을 천천히 내려 관통시킵니다.새로 뚫은 구멍에서 잔여물을 완전히 제거하기 위해 적층 구조 깊이보다 약간 더 깊은 지점에서 멈추십시오. 엔드밀을 마이크로 웰 내부에서 위아래로 여러 번 움직여 내벽을 매끄럽게 다듬으십시오.마이크로 웰의 내벽 표면은 가능한 한 수직이고 깨끗해야 합니다. 최적의 전기장 구배와 마이크로 웰을 통한 빛의 투과를 위해, 표준 32 gauge 구리선을 3cm 길이의 조각 두 개로 자르고 2cm 지점에서 직각으로 두 번 접습니다. 은 전도성 에폭시의 파트 A 약 0.75 mm와 파트 B 약 0.75 mm를 수동으로 혼합합니다.작은 용기에서, 세 층의 그래핀 종이 층 팁 부분과 층 사이에 실버 에폭시를 조심스럽게 도포하여 층 간의 접촉이 잘 이루어지도록 와이어를 연결합니다. 다음으로, 1 cm 길이의 와이어를 임의의 두 층 사이에 배치하고, 층을 살짝 눌러 과도한 에폭시를 제거하고 전기적 접촉이 잘 되도록 합니다. 라미네이트 구조의 반대편에도 동일하게 반복합니다.장치 전체를 랙에 놓은 뒤 오븐에서 70 °C, 1기압 조건으로 하룻밤 동안 건조합니다. 오븐에서 장치를 꺼내 전극 리드 사이의 전기 절연 상태를 확인합니다. 여기서는 미리 제조된 290 mOsm/L mannitol 용액과 PBS를 다양한 비율로 혼합하여 다양한 전도도를 가진 용액 매질을 만듭니다.이들은 세포 배양 버퍼를 대략적으로 모방하기 위해 선택된 단순한 용액들입니다. 이 두 용액의 부피 비율과 결과 용액의 전도도 사이에는 선형 상관관계가 존재합니다. 피펫팅을 통해 polystar 비즈 또는 생물학적 세포를 1:100의 부피 비율로 전도도 조제 배지와 혼합합니다. 10 µL의 polystar 비즈와 1 mL의 배지 용액을 샘플 바이알에 넣습니다.Vortexing을 통해 샘플을 충분히 혼합합니다. 수정된 종이 클램프 또는 그에 상응하는 도구를 사용하여 적절한 압력으로 장치를 유리 슬라이드 위에 고정합니다. 이때 지지대가 마이크로 웰에 충분히 밀착되어 적층 구조가 유리 슬라이드에 밀봉됨으로써 샘플 누출이 방지되어야 합니다.클램프의 조임 정도는 장치를 변형시켜 웰의 기하학적 구조와 광경로를 부정적으로 변화시키지 않도록 조절해야 합니다. 다이아몬드 팁 유리 절단기를 사용하여 0.5 millimeter 두께의 커버 글라스를 마이크로 웰을 간신히 덮을 수 있는 너비로 자릅니다. 커버 글라스를 적절한 크기로 자른 후 따로 둡니다. 마이크로 시린지를 사용하여 폴리스티렌 비드 현탁액 약 1 microliter를 마이크로 웰에 천천히 주입합니다. 기포가 유입되는 것을 방지하기 위해, 기포가 발생하면 주입을 반복하고 날카로운 바늘로 마이크로 웰 벽면이 손상되지 않도록 주의합니다. 마이크로 웰을 약간 넘치게 채운 뒤 즉시 준비된 유리 커버를 마이크로 웰 위로 밀어 넣어 과잉 액체를 제거함으로써 증발을 방지하고 재현 가능한 부피를 확보합니다.각 실험마다 라미네이트 처리된 마이크로 소자 전체를 현미경 스테이지에 고정하고 함수 발생기를 연결합니다. 악어 클립을 사용하여 소자를 구리 리드선에 연결하고, 현미경 소프트웨어를 통해 초점을 조정하여 마이크로 웰이 선명하게 보이도록 합니다. 화면 중앙에 100 Hz에서 10 MHz, 그리고 15 V가 표시됩니다.장치에 피크 톱(Peak tope) 신호를 인가하였습니다. 유리 슬라이드 표면 위 1~200 µm 높이의 마이크로웰 내에서 비드를 10배 배율로 관찰하였습니다. 버튼을 클릭하여 카메라 녹화 및 데이터 수집을 시작하십시오.카메라 녹화를 시작한 2초 후에 함수 발생기 신호를 가동합니다. 이후 강도 분석을 위해 약 5분 동안 초당 1~5프레임의 속도로 이미지를 디지털 방식으로 저장합니다. 실험이 완료되면 장치를 제거하고 클램프를 해체합니다.비눗물로 유리 슬라이드와 장치를 모두 세척하십시오. 그 다음 깨끗이 헹굽니다. 전기장이 없는 상태에서는 중력으로 인해 입자들이 장치 바닥으로만 침전됩니다. 약 1 kHz의 전기장 하에서, 그래핀 종이에 더 가까운 전기장 구배 방향으로의 이동은 양성 DEP 거동을 나타냅니다.100 kilohertz 이상의 전기장 및 megahertz 범위에서 마이크로 웰 가장자리에 전극이 관찰됩니다. 비드(bead)가 전기장 구배를 따라 마이크로 웰 중심으로 이동하는 것으로 나타나는 음의 DEP가 관찰됩니다. 이 3D 그래핀 페이퍼 전극 마이크로 소자는 이론적 예측 거동 및 이전에 보고된 실험 결과 모두와 밀접하게 일치하는 실험 결과를 나타냈습니다.소자 제작 방식은 매우 다재다능합니다. 제공된 프로토콜은 더 많은 층을 갖거나 다른 재료를 사용하는 소자에 맞게 쉽게 조정될 수 있습니다. 이 비디오에서는 배치 방식의 3D DEP 마이크로 소자 제작 과정을 자세히 설명합니다.하지만 향후 응용 분야에서는 처리량을 높이기 위해 입자 또는 세포 현탁액을 장치의 마이크로 웰을 통해 연속적으로 흐르게 할 수 있습니다. DEP 분리의 다재다능함의 한 예로, 흡수성 그래핀 종이가 입자 또는 세포 농축기를 위한 전극과 필터로 동시에 기능하거나, 전기 운동 생화학 센서로 활용될 수 있습니다. 이 영상을 시청한 후, 시청자는 다층 그래핀 종이 전극 마이크로 장치를 제작하는 방법과 입자 또는 세포 실험을 수행하기 위해 장치를 작동시키는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

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