Zjawiska elektrokinetyczne prądu przemiennego generowane przez struktury mikroelektrod

Summary

Manipulowanie płynami i zawieszonymi cząstkami w skali mikro staje się coraz bardziej realne, ponieważ technologie wspomagające, takie jak elektrokinetyka prądu przemiennego, wciąż się rozwijają. Tutaj omawiamy fizykę stojącą za elektrokinetyką prądu przemiennego, jak wytwarzać te urządzenia i jak interpretować obserwacje eksperymentalne.

Abstract

Dziedzina elektrokinetyki prądu przemiennego szybko się rozwija ze względu na jej zdolność do dynamicznej manipulacji płynami i cząstkami w skali mikro i nano, co jest niezbędne dla zastosowań Lab-on-a-Chip. Zjawiska elektrokinetyczne prądu przemiennego wykorzystują pola elektryczne do generowania sił, które działają na płyny lub zawieszone cząstki (w tym te wykonane z materiału dielektrycznego lub biologicznego) i powodują ich ruch w zadziwiający sposób^{1, 2}. W ramach jednego kanału elektrokinetyka prądu przemiennego może wykonywać wiele podstawowych operacji na chipie, takich jak aktywne mikromieszanie, separacja cząstek, pozycjonowanie cząstek i mikrowzdrakiwanie. Jedno urządzenie może wykonać kilka z tych operacji, po prostu dostosowując parametry pracy, takie jak częstotliwość lub amplituda przyłożonego napięcia. Odpowiednie pola elektryczne mogą być łatwo wytwarzane przez mikroelektrody zintegrowane z mikrokanałami. Z ogromnego rozwoju w tej dziedzinie jasno wynika, że elektrokinetyka prądu przemiennego prawdopodobnie będzie miała głęboki wpływ na diagnostykę zdrowotną^3-5, monitorowanie środowiska⁶ i bezpieczeństwo wewnętrzne⁷.

Ogólnie rzecz biorąc, istnieją trzy zjawiska elektrokinetyczne prądu przemiennego (elektroosmoza prądu przemiennego, dielektroforeza i efekt elektrotermiczny prądu przemiennego), z których każde ma unikalną zależność od parametrów operacyjnych. Zmiana tych parametrów operacyjnych może spowodować, że jedno zjawisko stanie się dominujące nad drugim, zmieniając w ten sposób zachowanie cząstek lub płynów.

Trudno jest przewidzieć zachowanie cząstek i płynów ze względu na skomplikowaną fizykę, która leży u podstaw elektrokinetyki prądu przemiennego. Celem tej publikacji jest wyjaśnienie fizyki i wyjaśnienie zachowania cząstek i płynów. Nasza analiza obejmuje również sposób wytwarzania struktur elektrod, które je generują, oraz sposób interpretacji szerokiej liczby obserwacji eksperymentalnych przy użyciu kilku popularnych konstrukcji urządzeń. Ten artykuł wideo pomoże naukowcom i inżynierom zrozumieć te zjawiska i może zachęcić ich do rozpoczęcia stosowania elektrokinetyki prądu przemiennego w swoich badaniach.

Protocol

Wytwarzanie elektrod Cr/Au na podłożach szklanych

Część 1A: Metoda trawienia na mokro

*Dla urządzeń najwyższej jakości, proces produkcji powinien być przeprowadzany w pomieszczeniu czystym lub pod okapami z przepływem laminarnym, aby kurz i inne zanieczyszczenia nie wpływały na wzór. 

1. Szkiełka podstawowe o wymiarach 2 cale na 4 cale umieszcza się w podgrzanym (80°C) roztworze Piranha (5:7_H2O,₂:_H2,_SO4) na 30 minut w celu usunięcia zanieczyszczeń (zwłaszcza organicznych), a następnie spłukuje się w wodzie DI i suszy sprężonym powietrzem.
2. 20 nm Cr i 200 n....

Discussion

W tym filmie pokazaliśmy szeroką gamę zachowań związanych z manipulacją cząstkami i płynami spowodowanych zjawiskami elektrokinetycznymi prądu przemiennego. Elektrody, które generują te zjawiska, są łatwe do wytworzenia i można je łatwo zintegrować z wieloma innymi systemami. Jak wykazaliśmy, istnieje wiele zastosowań elektrokinetyki prądu przemiennego. Wszechstronność tych urządzeń, a także szybki charakter manipulacji czyni je szczególnie atrakcyjnymi. W miarę jak opieka zdrowotna i inne branże zaczną korzystać z syste.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Podłoże			do szkiełek szklanych Pyrex o wymiarach 2 "na 4"
				Ta fotomaska będzie miała micr– Wzory lektrode na nich i można je zamówić w różnych centrach mikrofabrykacji.
Materiał			mikrokanalików PDMS	Mogą być one wytwarzane i używane we własnym zakresie lub wystarczy prosty szkiełko mikroskopowe.
Nadtlenek wodoru 30%	Odczynnik	Fisher Scientific	7722-84-1	Certyfikowany ACS, Fisher Scientific
Odczynnik kwasu siarkowego		Fisher Scientific	A300-212	Certyfikowany ACS Plus
Aceton Elektroniczny	odczynnik	Fisher Scientific A946-4
Shipley 1827 Pozytywny odczynnik fotorezystu		MicroChem Corp.
Shipley 351 Odczynnik deweloperski		MicroChem Corp.
Odczynnik do wytrawiania złota		Transene Company, Inc.	Typ TFA
Chrome Photomask Odczynnik do wytrawiania		Cyantek Corporation	CR-7S
NR-7 1500 PY Odczynnik o ujemnej rezystancji		Futurrex
RD6 Odczynnik deweloperski		Futurrex