حركي كهربي AC الظواهر المتولدة عن هياكل Microelectrode

Published 7/28/2008
1 Comment
  CITE THIS  SHARE 
Biology

You must be subscribed to JoVE to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





By clicking "Submit," you agree to our policies.

 

Summary

التلاعب السوائل والجسيمات العالقة في تقنيات النانو المتناهية الصغر والنطاق أصبح أكثر من حقيقة واقعة في مواتية ، مثل electrokinetics المتردد ، ومواصلة تطويرها. هنا نناقش الفيزياء وراء electrokinetics AC ، وكيفية تلفيق هذه الأجهزة وكيفية تفسير الملاحظات التجريبية.

Cite this Article

Copy Citation

Hart, R., Oh, J., Capurro, J., Noh, H. (. AC Electrokinetic Phenomena Generated by Microelectrode Structures. J. Vis. Exp. (17), e813, doi:10.3791/813 (2008).

Please note that all translations are automatically generated through Google Translate.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

ميدان electrokinetics AC ينمو بسرعة بسبب قدرتها على أداء وديناميكية السوائل والتلاعب على الجسيمات متناهية الصغر النانو والحجم ، وهو أمر ضروري لمختبر على اساس واحد في رقاقة التطبيقات. الظواهر AC حركي كهربي استخدام المجالات الكهربائية لتوليد القوى التي تعمل على سوائل أو الجسيمات العالقة (بما فيها تلك المصنوعة من مواد عازلة أو البيولوجية) ، وتسبب لهم للتحرك في طرق مدهشة 1 و 2. ضمن قناة واحدة ، لا يمكن إنجاز العديد AC electrokinetics أساسي على الرقاقة عمليات مثل تحديد المواقع النشطة الجسيمات الدقيقة الخلط ، والجسيمات الانفصال ، وكلام بسرعة متناهية الصغر. ويجوز للجهاز واحد إنجاز العديد من هذه العمليات ببساطة من خلال تعديل معايير التشغيل مثل التردد أو السعة من الجهد تطبيقها. ويمكن خلق مجالات كهربائية مناسبة بسهولة متناهية الصغر أقطاب متكاملة في microchannels. يتضح من النمو الهائل في هذا المجال أن AC electrokinetics المحتمل أن يكون لها تأثير عميق على التشخيص 3-5 الرعاية الصحية ، والرصد البيئي (6) وأمن الوطن 7.

عموما ، هناك ثلاث ظواهر AC حركي كهربي (AC electroosmosis ، dielectrophoresis وتأثير الكهروحرارية AC) مع كل التبعيات فريد على معايير التشغيل. ويمكن للتغيير في هذه المعلمات التشغيل يسبب واحد لتصبح ظاهرة مهيمنة على أخرى ، وبالتالي تغيير السلوك الجسيم أو السوائل.

فمن الصعب التنبؤ سلوك الجزيئات والسوائل بسبب الفيزياء المعقدة التي تكمن وراء AC electrokinetics. هذا هو الهدف من هذا المنشور لشرح فيزياء الجسيمات وتوضيح وسلوك السوائل. تحليلنا يغطي أيضا كيفية تصنيع هياكل القطب التي تولد منها ، وكيفية تفسير عدد كبير من الملاحظات التجريبية باستخدام عدة تصاميم الجهاز الشعبية. هذه المادة سوف يساعد الفيديو العلماء والمهندسين على فهم هذه الظواهر ويمكن تشجيعهم على البدء في استخدام AC Electrokinetics في أبحاثهم.

Protocol

افتعال الكروم / أقطاب الاتحاد الافريقي على ركائز الزجاج

جزء 1A : أسلوب إحفر ويت

* للاطلاع على الأجهزة عالية الجودة ، ينبغي أن تتم عملية التصنيع في بيئة نظيفة الغرفة أو تحت أغطية تدفق الصفحي بحيث الغبار والملوثات الأخرى لن يؤثر على هذا النمط.

  1. يتم وضع 2 بوصة من قبل الشرائح الزجاجية 4 بوصة في ساخنة (80 درجة مئوية) سمكة البيرانا الحل (05:07 H 2 O 2 : H 2 SO 4) لمدة 30 دقيقة لإزالة الملوثات (عضوية خاصة) ، ثم تشطف في دي المياه والمجففة مع الهواء المضغوط.
  2. وتودع 20 نانومتر و 200 ريال برازيلي نانومتر الاتحاد الافريقي على ركائز مع المبخر شعاع الالكترون.
  3. وتودع شيبلي 1827 مقاوم الضوء الإيجابي على الشرائح الزجاجية مع spincoater (3000 دورة في الدقيقة و 1000 دورة في الدقيقة / ق المنحدر ، و 30 مرة تدور الثانية).
  4. ثم يتم ركائز الناعمة خبز لمدة 2 دقيقة على 100 درجة مئوية.
  5. ينقل نمط القناع إلى مقاومة للضوء مع التعرض للأشعة فوق البنفسجية الاتصال للحصول على 8.4 ثانية ليصبح المجموع 206 ميغا جول / سم 2.
  6. يتم تطوير مقاومة للضوء في Microposit MF 351 : الماء (1:3) لمدة 30 ثانية مع الانفعالات الجيدة تليها مياه DI الشطف.
  7. بعد التفتيش مع المجهر لضمان تطور جيد ، وحفرت ثم ركائز في الاتحاد الافريقي وضوئي ضوئي كروم لمدة 15 ثانية و 30 ثانية على التوالي في DI يغسل بين وبعدها.

جزء 1B : البروتوكول البديل -- ارفع حالا الأسلوب

  1. يتم وضع 2 بوصة من قبل الشرائح الزجاجية 4 بوصة في ساخنة (80 درجة مئوية) سمكة البيرانا الحل (05:07 H2O 2 : H 2 SO 4) لمدة 30 دقيقة لإزالة الملوثات (عضوية خاصة) ، ثم تشطف بالماء وDI المجفف مع الهواء المضغوط.
  2. وكان spincoated Futurrex NR - 7 1500 PY مقاومة للضوء سلبية على الركيزة (2000 دورة في الدقيقة و 1000 دورة في الدقيقة / ق المنحدر ، و 40 مرة تدور الثانية).
  3. وكانت لينة ركائز خبز لمدة 1 دقيقة على 150 درجة مئوية.
  4. الاتصال التعرض للأشعة فوق البنفسجية لمدة 21 ثانية (400 ميغا جول / سم 2).
  5. ثم وضعت ركائز على طبق ساخن وضعت في 100 درجة مئوية لمدة 1 دقيقة لاستكمال الخطوة postbake.
  6. تم تنفيذ التنمية لمدة 6 ثوان في مطور RD6 Futurrex.
  7. ثم تترسب 30 نانومتر و 200 ريال برازيلي نانومتر الاتحاد الافريقي على ركائز مع المبخر شعاع الالكترون.
  8. يتم تنفيذ الاقلاع عن طريق وضع ركائز في حمام بالموجات فوق الصوتية an الأسيتون حتى أزيل ظاهر الذهب وأكد مع ملاحظة المجهر.

إعداد التجريبية

الجزء 2 : حقن Microsphere والمراقبة

  1. وترد PDMS قنوات (تلفيق صفت في مكان آخر) إلى الركيزة الزجاج مع الالتصاق المباشر بحيث يمر فوق قناة الأقطاب ملفقة.
  2. حوالي 10 7 مل وعلقت في الماء المجهرية البوليسترين DI إما (0.0002 S / م) أو حلا بوكل (0.05 S / م). ثم يتم حقن أنهم من خلال وضع أنبوب مدخل في الحل وتطبيق microsphere شفط للمخرج مع حقنة.
  3. ثم يتم وضع الجهاز تحميلها على المسرح المجهر وتوصيلها الى مولد الإشارات.
  4. يتم تطبيق دورة وقت ضبط التردد (1 كيلو هرتز إلى 1 ميغاهيرتز) ، وضبط الجهد (V 1 أو 2) في حين قدمت ملاحظات المجهر.

ملاحظة : من المهم عدم رفع الفولطية عالية جدا أو السماح للحصول على وتيرة منخفضة جدا أو التحليل الكهربائي للماء سيحدث. بالضبط الجهد أو التردد الإعدادات لهذا أن يحدث تعتمد على تصميم الكهربائي. المبادئ التوجيهية لدينا هي مختبر لتجنب ترددات أقل من 500 هرتز أو الفولتية أعلى من 8 V.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

في هذا الفيديو ، وأظهرت لدينا تشكيلة واسعة من السلوكيات وسائل التلاعب الجسيمات الناجمة عن الظواهر AC حركي كهربي. الأقطاب الكهربائية التي تولد هذه الظواهر من السهل تلفيق ويمكن دمجها بسهولة في كثير من النظم الأخرى. كما بينا ، وهناك العديد من التطبيقات لاستخدام electrokinetics المتردد. براعة من هذه الأجهزة ، فضلا عن طبيعة السريع للتلاعب ، يجعلها جذابة بشكل خاص. والرعاية الصحية وغيرها من الصناعات تبدأ في احتضان المختبر على واحد في رقاقة النظم ، وسوف نرى على الأرجح دمج electrokinetics المتردد على تلك الأجهزة كجزء لا يتجزأ.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ramos, A., et al. AC Electrokinetics: a review of forces in microelectrode structures. Journal of Physics D: Applied Physics. 31, 2338-2353 (1998).
  2. Morgan, H. ywel, Green, N. G. AC Electrokinetics: colloids and nanoparticles. SRP Ltd.. England. (2002).
  3. Toner, M., Irimia, D. Blood-on-a-chip. Annual Review of Biomedical Engineering. 2005, 77-103 (2005).
  4. 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).
  5. Vespoorte, E. Microfluidic chips for clinical and forensic analysis. Electrophoresis. 23, 677-712 (2002).
  6. 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).
  7. Ali, Z. Lab-on-a-chip for terrorist weapons management. Measurement and Control. 38, 87-91 (2005).
  8. Voldman, J. oel, Rosenthal, A. dam Dielectrophoretic Traps for Single-particle Patterning. Biophysical Journal. 88, 2193-2205 (2005).
  9. 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).
  10. Sigurdson, M. arin, Wang, D., Meinhart, C. D. Electrothermal stirring for heterogeneous immunoassays. Lab Chip. 5, 1366-1373 (2005).
  11. 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).
  12. Fatoyinbo, H. O., et al. An integrated dielectrophoretic quartz crystal microbalance (DEP-QCM) device for rapid biosensing applications. Biosens Bioelectron. 23, 225-232 (2007).

Comments

1 Comment

  1. Hello, I am in the process of designing a dielectrophoresis electrode array for a project. I wanted to know some more details about the demo where you show ²um beads being manipulated by the interdigitated electrode array. What was the gap spacing of the electrodes and the amplitude of the voltage used?

    Reply
    Posted by: Samuel D.
    June 10, 2011 - 1:41 PM

Post a Question / Comment / Request

You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

Video Stats