Summary
AC elektrik hareket gibi, mikro ve nano-ölçek daha bir gerçeklik haline geliyor sağlayan teknolojiler sıvıları ve asılı partiküller kurgulama geliştirmeye devam ediyoruz. Burada, bu cihazlar ve deneysel gözlemler nasıl yorumlamak için nasıl imal, AC elektrik hareket arkasındaki fizik tartışmak.
Abstract
AC elektrik hareket alanında mikro ve nano-ölçek, Lab-on-a-Chip uygulamaları için gerekli olan dinamik, akıcı ve parçacık manipülasyon yapmak için kabiliyeti nedeniyle hızla büyüyor. AC elektrokinetik fenomenler hareket sıvıları veya asılı parçacıkların (dielektrik veya biyolojik maddeyi yapılmış olanlar da dahil olmak üzere) ve yollar 1, 2 şaşırtıcı hareket neden olduğu güçlerini oluşturmak için elektrik alanları kullanın. Tek bir kanal içerisinde, AC elektrik hareket, aktif mikro karıştırma, partikül ayırma, parçacık konumlandırma ve mikro-PATTERING gibi birçok temel-çip işlemleri gerçekleştirebilirsiniz. Tek bir cihaz, sadece uygulanan gerilim genlik veya frekans gibi işletim parametrelerini ayarlayarak bu işlemler birkaç gerçekleştirebilirsiniz. Uygun elektrik alanlar, mikro içine entegre mikro elektrotlar tarafından kolayca oluşturulabilir. Bu alanda muazzam bir büyüme AC elektrik hareket olasılıkla sağlık teşhis 3-5, çevresel izleme 6 ve 7 ülke güvenliği üzerinde büyük bir etkiye sahip olacağı açıktır.
Genel olarak, üç AC Elektrokinetik fenomenler (AC electroosmosis, dielectrophoresis ve AC elektrotermal etkisi) her çalışma parametreleri benzersiz bağımlılıkları vardır. Bu işletim parametrelerde bir değişiklik, böylece parçacık veya sıvı davranışı değiştirmek, başka bir yere hakim olmak için bir fenomen neden olabilir.
AC elektrik hareket altında yatan karmaşık fizik nedeniyle parçacıklar ve sıvıların davranışını tahmin etmek zordur. Bu yayının amacı, fizik açıklamak ve partikül ve sıvı davranışını açıklamak için. Bizim analizimiz de bunları oluşturmak elektrot yapılarını nasıl imal kapsar ve birkaç popüler cihaz tasarımları deneysel gözlemleri kullanarak geniş bir numarası nasıl yorumlanacağı. Bu video makalede, bilim adamları ve mühendisler, bu fenomeni anlamaya ve onları araştırma AC elektrik hareket kullanmaya başlamak için teşvik edebilir yardımcı olacaktır.
Protocol
Cam Yüzeyler Cr / Au Elektrotlar imalatı
Bölüm 1A: Islak Etch Yöntemi
* Yüksek kaliteli cihazlar için, üretim süreci, bir temiz oda ortamında yapılabilir veya laminer akış davlumbaz altında böylece tozun ve diğer kirleticilerin desen etkilemez.
- 2-inç 4-inç Cam slaytlar tarafından yerleştirilen bir ısıtmalı (80 ° C) Piranha çözüm kirletici (özellikle organik) çıkarın ve sonra DI yıkanmış 30 dakika boyunca (05:07 H 2 O 2: H 2 SO 4) su ve basınçlı hava ile kurutulur.
- 20 nm Cr ve 200 nm Au bir elektron demeti evaporatör ile substratlar üzerine yatırılır.
- Shipley 1827 pozitif fotorezist spincoater (3000 rpm, 1000 rpm / s rampa, 30 saniyelik dönüş süresi) ile cam slaytlar yatırılır.
- Yüzeyler sonra 100 ° C'de 2 dakika boyunca yumuşak pişmiş
- 206 mJ / cm 2 olmak üzere toplam 8.4 saniye temas UV ışınlarına maruz kalma ile paslanmaz çeliğin maske desen aktarılır .
- DI durulama suyunu iyi ajitasyon ile 30 saniye süreyle su (1:3): fotorezist Microposit MF 351 geliştirilmiştir.
- DI arasında ve sonra yıkar ile iyi bir gelişme sağlamak için bir mikroskop ile muayene sonra, yüzeylerde daha sonra sırasıyla 15 saniye ve 30 saniye süreyle Au Dağlayıcı ve Krom asitlenmesi kazınır.
Bölüm 1B: Alternatif Protokolü - Asansör-off Yöntemi
- 2-inç 4-inç Cam slaytlar tarafından yerleştirilen bir ısıtmalı (80 ° C) Piranha çözüm (05:07 H2O 2: H 2 SO 4) ve kirletici (özellikle organik) çıkarın ve sonra DI su ile durulanmalıdır 30 dakika basınçlı hava ile kurutulur.
- Futurrex NR-7 1500 PY negatif fotorezist (2000 rpm, 1000 rpm / s rampa, 40 saniyelik dönüş süresi) yüzeye spincoated.
- Substratlar 150 ° C'de 1 dakika için pişmiş yumuşak
- 21 saniye (400 mJ / cm 2) UV ışınlarına maruz kalma başvurun.
- Substratları sonra 100 ° C 1 dakika boyunca postbake adımı tamamlamak için sıcak bir plaka üzerine yerleştirilmiştir.
- Kalkınma Futurrex RD6 geliştirici 6 saniye süreyle yapıldı.
- 30 nm Cr ve 200 nm Au sonra bir elektron ışını evaporatör substratlar üzerine yatırılır.
- Kalkma altın gözle görülür bir şekilde çıkarılır ve mikroskop gözlem ile doğrulandı kadar aseton bir ultrasonik banyoda substratlar koyarak yapılır.
Deneysel Kurulum
Bölüm 2: Microsphere enjeksiyon ve gözlem
- Kanal fabrikasyon elektrotlar üzerinden geçer, böylece PDMS kanalları (fabrikasyon başka bir yerde açıklandığı gibi) doğrudan yapışması ile cam yüzeye bağlı.
- Yaklaşık 10 7 ml polistren mikroküre DI su (0.0002 S / m) veya KCl çözeltisi (0.05 S / m) askıya alınır. Daha sonra boru giriş Microsphere çözüm yerleştirme ve bir şırınga ile prizine emme uygulanarak enjekte edilir.
- Yüklenen aygıt daha sonra mikroskop sahne üzerine yerleştirilen ve bir sinyal jeneratörüne bağlı.
- Mikroskobu ile yapılan gözlemler ise frekans ayarları (1 kHz ile 1 MHz) ve voltaj ayarları (1 veya 2 V) bir zaman kursu uygulanır.
Not: çok yüksek gerilimi yükseltmek ya da frekansı çok düşük ya da meydana gelecek su elektrolizi almak için izin için çok önemlidir. Bunun gerçekleşmesi için tam voltaj veya frekans ayarları, elektrot tasarım bağlıdır. Bizim laboratuvar kuralları 8 Yukarıda frekansı 500 Hz veya gerilimler altında önlemek için V.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu video, AC elektrokinetik olayların neden partikül ve sıvı işleme davranışları geniş bir çeşitlilik göstermiştir. Bu olayların üreten elektrotlar imal etmek kolay ve pek çok diğer sistemlere kolaylıkla entegre edilebilir. Gösterdiği gibi, AC elektrik hareket kullanımı için çeşitli uygulamalar vardır. Bu cihazların yanı sıra, çok yönlülük, manipülasyon hızlı doğa, onları özellikle çekici kılıyor. Sağlık ve diğer sanayi lab-on-a-chip sistemleri kucaklamak başlarken, biz muhtemelen bir parçası olarak bu cihazların AC elektrik hareket eklenmesi göreceksiniz.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Type | Company | Catalog Number | Comments |
| 2" by 4" Pyrex Glass Slide | Substrate | Pyrex 7740 | ||
| chrome mask | material | This photomask will have the micr–lectrode patterns on them and can be ordered from a variety of microfabrication centers. | ||
| PDMS Microchannels | material | These may be fabricated and used in-house or a simple microscope slide will suffice. | ||
| Hydrogen Peroxide 30% | Reagent | Fisher Scientific | 7722-84-1 | Certified ACS, Fisher Scientific |
| Sulfuric Acid | Reagent | Fisher Scientific | A300-212 | Certified ACS Plus |
| Acetone Electronic Grade | Reagent | Fisher Scientific | A946-4 | |
| Shipley 1827 Positive Photoresist | Reagent | MicroChem Corp. | ||
| Shipley 351 Developer | Reagent | MicroChem Corp. | ||
| Gold Etchant | Reagent | Transene Company, Inc. | Type TFA | |
| Chrome Photomask Etchant | Reagent | Cyantek Corporation | CR-7S | |
| NR-7 1500 PY Negative Resist | Reagent | Futurrex | ||
| RD6 Developer | Reagent | Futurrex |
References
- Ramos, A., et al. AC Electrokinetics: a review of forces in microelectrode structures. Journal of Physics D: Applied Physics. 31, 2338-2353 (1998).
- Morgan, H. ywel, Green, N. G. AC Electrokinetics: colloids and nanoparticles. , SRP Ltd.. England. (2002).
- Toner, M., Irimia, D.
- Ahn, C. H., Choi, J. -W., Beaucage, G., Nevin, J. H., Lee, J. -B., Puntambekar, A., Lee, J. Y. Disposable smart lab on a chip for point of care clinical diagnostics. 282, 399-401 (1998).
- Vespoorte, E. Microfluidic chips for clinical and forensic analysis. Electrophoresis. 23, 677-712 (2002).
- Rajaraman, S., et al. Rapid, low cost microfabrication technologies toward realization of devices for dielectrophoretic manipulation of particles and nanowires. Sensors and Actuators B: Chemical. 114, 392-401 (2006).
- Ali, Z. Lab-on-a-chip for terrorist weapons management. Measurement and Control. 38, 87-91 (2005).
- Voldman, J. oel, Rosenthal, A. dam Dielectrophoretic Traps for Single-particle Patterning. Biophysical Journal. 88, 2193-2205 (2005).
- Ramachandran, T. R., Baur, C., Bugacov, A., Madhukar, A., Koel, B. E., Requicha, A., Gazen, C. Direct and controlled manipulation of nanometer-sized particles using the non-contact atomic force microscope. Nanotechnology. 9, 237-245 (1998).
- Sigurdson, M. arin, Wang, D., Meinhart, C. D. Electrothermal stirring for heterogeneous immunoassays. Lab Chip. 5, 1366-1373 (2005).
- Urbanski, J. ohn P. aul, Levitan, J. eremyA., Bazant, M. artinZ., Thorsen, T. Fast ac electro-osmotic micropumps with non-planar electrodes. Appl. Phys. Lett. 89, 143508- (2006).
- Fatoyinbo, H. O., et al. An integrated dielectrophoretic quartz crystal microbalance (DEP-QCM) device for rapid biosensing applications. Biosens Bioelectron. 23, 225-232 (2007).
