एसी electrokinetic microelectrode संरचनाएं द्वारा उत्पन्न घटना

Published 7/28/2008
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Biology

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Summary

चालाकी से सूक्ष्म और नैनो पैमाने के रूप में एक वास्तविकता के अधिक होता जा रहा है सक्षम करने प्रौद्योगिकियों में तरल पदार्थ और निलंबित कणों, एसी electrokinetics की तरह, को विकसित करने के लिए जारी है. यहाँ, हम एसी electrokinetics पीछे भौतिकी पर चर्चा, कैसे इन उपकरणों और प्रयोगात्मक टिप्पणियों की व्याख्या कैसे बनाना है.

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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.

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Abstract

एसी electrokinetics के क्षेत्र में तेजी से इसके लिए माइक्रो और नैनो पैमाने पर, जो लैब पर एक चिप अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक है गतिशील द्रव और कण हेरफेर प्रदर्शन करने की क्षमता के कारण बढ़ रही है. एसी electrokinetic घटना बिजली क्षेत्रों का उपयोग करने के लिए बलों है कि तरल पदार्थ या निलंबित कणों (ढांकता हुआ या जैविक सामग्री के बने लोगों सहित) पर और कार्य आश्चर्यजनक तरीके 1, 2 में उन्हें स्थानांतरित करने के लिए कारण उत्पन्न. एक चैनल के भीतर एसी electrokinetics सक्रिय सूक्ष्म मिश्रण, कण जुदाई, कण की स्थिति और सूक्ष्म pattering के रूप में कई आवश्यक पर चिप आपरेशन पूरा कर सकते हैं. एक एकल डिवाइस बस लागू वोल्टेज की आवृत्ति या आयाम के रूप में ऑपरेटिंग पैरामीटर का समायोजन करके उन आपरेशनों के कई पूरा कर सकते हैं. उपयुक्त बिजली क्षेत्र microchannels में एकीकृत सूक्ष्म इलेक्ट्रोड के द्वारा आसानी से बनाया जा सकता है है. यह इस क्षेत्र में जबरदस्त वृद्धि से स्पष्ट है कि एसी electrokinetics संभावना स्वास्थ्य निदान 3-5, 6 पर्यावरण निगरानी और मातृभूमि सुरक्षा 7 पर गहरा असर पड़ेगा.

सामान्य में, वहाँ तीन एसी electrokinetic (एसी electroosmosis, dielectrophoresis और एसी electrothermal प्रभाव) घटना प्रत्येक संचालन मानकों पर अद्वितीय निर्भरता के साथ कर रहे हैं. इन ऑपरेटिंग मानकों में एक परिवर्तन एक घटना के कारण दूसरे पर हावी हो, कर सकते हैं इस प्रकार कण या तरल पदार्थ के व्यवहार को बदलने.

यह कणों और जटिल भौतिकी है कि एसी electrokinetics आबाद कारण तरल पदार्थ के व्यवहार की भविष्यवाणी करना मुश्किल है. यह इस प्रकाशन का लक्ष्य भौतिकी समझाने और कण तरल पदार्थ और व्यवहार में स्पष्ट है. हमारे विश्लेषण भी कवर इलेक्ट्रोड संरचनाओं कि उन्हें पैदा कैसे बनाना है, और कैसे की व्याख्या करने के लिए प्रयोगात्मक टिप्पणियों का उपयोग कर कई लोकप्रिय युक्ति डिजाइन की एक विस्तृत संख्या. यह वीडियो लेख में मदद करेगा वैज्ञानिकों और इंजीनियरों को इन घटनाओं को समझने और उन्हें अपने अनुसंधान में एसी Electrokinetics का उपयोग शुरू करने के लिए प्रोत्साहित कर सकते हैं.

Protocol

ग्लास substrates पर / सीआर Au इलेक्ट्रोड Fabricating

भाग 1A गीले नक़्क़ाशी विधि:

* उच्चतम गुणवत्ता उपकरणों के लिए, निर्माण की प्रक्रिया एक साफ कमरे के वातावरण में निष्पादित किया जाना चाहिए या लामिना का प्रवाह डाकू के तहत ऐसा है कि धूल और अन्य contaminants पैटर्न को प्रभावित नहीं करेगा.

  1. 4 इंच ग्लास स्लाइड्स द्वारा 2 इंच में रखा जाता है एक गर्म (80 डिग्री सेल्सियस) पिरान्हा समाधान (05:07 एच 2 2 हे: 2 एच अतः 4) 30 मिनट के लिए contaminants को (विशेष रूप से जैविक) को हटाने और फिर डि में rinsed पानी और संपीड़ित हवा के साथ सूखे.
  2. एनएम 20 करोड़ और 200 एनएम Au के एक इलेक्ट्रॉन बीम बाष्पीकरण साथ substrates पर जमा कर रहे हैं.
  3. Shipley 1827 सकारात्मक photoresist spincoater (rpm 3000, 1000 रैंप / rpm, 30 सेकंड स्पिन समय) के साथ गिलास स्लाइड पर जमा है.
  4. Substrates तो मुलायम 100 डिग्री सेल्सियस पर 2 मिनट के लिए बेक किया हुआ
  5. नकाब के पैटर्न 8.4 सेकंड के लिए कुल 206 MJ / 2 सेमी की एक के लिए संपर्क यूवी जोखिम के साथ photoresist को सौंप दिया है .
  6. जल (01:03) अच्छा आंदोलन के साथ 30 सेकंड एक डि पानी कुल्ला द्वारा पीछा के लिए: photoresist Microposit एमएफ 351 में विकसित की है.
  7. एक अच्छे विकास को सुनिश्चित करने खुर्दबीन के साथ निरीक्षण के बाद, substrates तो 15 सेकंड और 30 सेकंड के लिए Au etchant और क्रोम etchant में क्रमशः etched के साथ डि के बीच और बाद में washes.

पार्ट 1 बी: वैकल्पिक प्रोटोकॉल - लिफ्ट बंद विधि

  1. 4 इंच ग्लास स्लाइड्स द्वारा 2 इंच में रखा जाता है एक गर्म (80 डिग्री सेल्सियस) पिरान्हा (05:07 2 H2O: एच 2 अतः 4) समाधान और 30 मिनट के लिए contaminants को (विशेष रूप से जैविक) को हटाने और फिर डि पानी में rinsed संपीड़ित हवा के साथ सूखे.
  2. Futurrex एन.आर. 7 1500 PY नकारात्मक photoresist सब्सट्रेट spincoated (rpm 2000, 1000 रैंप / rpm, 40 सेकंड की स्पिन समय).
  3. Substrates 150 डिग्री सेल्सियस पर 1 मिनट के लिए बेक किया हुआ नरम थे
  4. 21 सेकंड (400 MJ / 2 सेमी) के लिए यूवी जोखिम से संपर्क करें.
  5. substrates तो 100 पर सेट डिग्री सेल्सियस 1 मिनट के लिए postbake कदम को पूरा करने के लिए एक गर्म थाली पर रखा गया है.
  6. विकास Futurrex RD6 डेवलपर में 6 सेकंड के लिए प्रदर्शन किया था.
  7. 30 एनएम करोड़ और 200 एनएम Au तो एक इलेक्ट्रॉन बीम बाष्पीकरण साथ substrates पर जमा कर रहे हैं.
  8. लिफ्ट बंद एक एसीटोन अल्ट्रासोनिक स्नान में substrates रखने तक सोने और जाहिरा तौर पर हटा दिया गया था खुर्दबीन अवलोकन के साथ की पुष्टि के द्वारा किया जाता है.

प्रायोगिक सेटअप

भाग 2: Microsphere इंजेक्शन और अवलोकन

  1. PDMS चैनलों (छलरचना कहीं वर्णित) प्रत्यक्ष आसंजन के साथ ग्लास सब्सट्रेट से जुड़े होते हैं, इतना है कि चैनल गढ़े इलेक्ट्रोड पर गुजरता है.
  2. लगभग 10 7 मिलीलीटर polystyrene microspheres या तो डि (0.0002 एस / मीटर) पानी या एक KCl समाधान (0.05 एस / मीटर) में निलंबित कर रहे हैं. वे तो microsphere समाधान में टयूबिंग इनलेट रखने और एक सिरिंज के साथ दुकान करने के लिए चूषण लागू करने के द्वारा अंतःक्षिप्त रहे हैं.
  3. लोड डिवाइस तब खुर्दबीन मंच पर रखा गया है और एक संकेत जनरेटर से जुड़ा है.
  4. आवृत्ति सेटिंग्स (1 kHz करने के लिए 1 मेगाहर्ट्ज) और वोल्टेज सेटिंग्स (1 या 2 वी) के एक समय बेशक जबकि टिप्पणियों खुर्दबीन के साथ बना रहे हैं लागू कर रहे हैं.

नोट: यह महत्वपूर्ण है नहीं भी उच्च वोल्टेज या बढ़ाने के आवृत्ति बहुत कम है या पानी की इलेक्ट्रोलीज़ जाएगा घटित पाने के लिए अनुमति देते हैं. के लिए होते हैं के लिए सटीक वोल्टेज या आवृत्ति सेटिंग्स इलेक्ट्रोड डिजाइन पर निर्भर हैं. हमारी प्रयोगशाला दिशानिर्देशों से 8 ऊपर 500 हर्ट्ज या voltages नीचे आवृत्तियों से बचने कर रहे हैं वी.

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Discussion

इस वीडियो में, हम कण और द्रव हेरफेर एसी electrokinetic घटना की वजह से व्यवहार की एक विस्तृत विविधता से पता चला है. इलेक्ट्रोड है कि इन घटनाओं उत्पन्न बनाना आसान हैं और आसानी से कई अन्य प्रणालियों में एकीकृत किया जा सकता है. जैसा कि हम पता चला है, वहाँ एसी electrokinetics के उपयोग के लिए कई आवेदन कर रहे हैं. इन उपकरणों के बहुमुखी प्रतिभा के रूप में के रूप में अच्छी तरह से हेरफेर की तेजी से प्रकृति, उन्हें विशेष रूप से आकर्षक बनाता है. के रूप में स्वास्थ्य और अन्य उद्योगों के लिए प्रयोगशाला-on-a-चिप सिस्टम को अपनाने शुरू करते हैं, हम संभावना का एक अभिन्न अंग के रूप में उन उपकरणों पर एसी electrokinetics का समावेश देखेंगे.

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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

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References

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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

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