AC תופעות electrokinetic שנוצר על ידי מבנים 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

מניפולציה נוזלים חלקיקים המרחפים הטכנולוגיות שמאפשר מיקרו בקנה מידה ננו נהיה יותר של מציאות כמו, כמו AC electrokinetics, להמשיך ולפתח. כאן, אנו דנים את הפיסיקה מאחורי AC electrokinetics, איך לפברק התקנים אלה וכיצד לפרש את תצפיות ניסיוניות.

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

השדה של AC electrokinetics הוא גדל במהירות בשל יכולתה לבצע נוזל דינמי מניפולציה החלקיקים על מיקרו בקנה מידה ננו, אשר חיוני עבור Lab-on-a-Chip יישומים. תופעות AC electrokinetic שימוש בשדות חשמליים כדי לייצר כוחות הפועלים על נוזלים או החלקיקים המרחפים (כולל אלה העשויים דיאלקטרי או חומר ביולוגי) ולגרום להם לנוע מדהים דרכים 1, 2. בתוך ערוץ אחד, AC electrokinetics יכול להשיג הרבה חיוני על שבב פעולות כגון מיקום פעיל החלקיקים מיקרו ערבוב, חלקיק ההפרדה, מיקרו מתופף. מכשיר אחד יכול לבצע כמה פעולות אלה פשוט על ידי התאמת הפרמטרים הפעלה כגון תדירות או משרעת של מתח מיושם. שדות חשמליים מתאים ניתן ליצור בקלות על ידי מיקרו אלקטרודות משולבים microchannels. ברור מן הגידול העצום בתחום זה כי AC electrokinetics צפויה להיות השפעה עמוקה על אבחון רפואי 3-5, ניטור סביבתי 6 ובטחון פנים 7.

באופן כללי, יש שלוש תופעות electrokinetic AC (זרם חילופין electroosmosis, dielectrophoresis ותוצאה AC electrothermal) כל אחד עם תלות ייחודית על הפרמטרים ההפעלה. שינוי הפרמטרים הללו ההפעלה יכולה מטרה אחת התופעות להיות דומיננטי על פני אחרת, ובכך משנים את התנהגות החלקיקים או נוזל.

קשה לחזות את התנהגותם של חלקיקים ונוזלים בשל הפיסיקה מסובכים העומדים בבסיס AC electrokinetics. זוהי המטרה של פרסום זה כדי להסביר את הפיסיקה להבהיר החלקיקים והתנהגות הנוזלים. הניתוח שלנו מכסה גם כיצד לפברק את המבנים אלקטרודה שיוצרים אותם, כיצד לפרש מספר רב של תצפיות ניסיוניות באמצעות כמה עיצובים המכשיר הפופולרי. מאמר זה וידאו יסייעו למדענים ומהנדסים להבין תופעות אלה עשויים לעודד אותם להתחיל להשתמש AC Electrokinetics במחקר שלהם.

Protocol

בודה Cr / Au אלקטרודות על זכוכית מצעים

חלק 1A: שיטה Etch רטוב

* לקבלת המכשירים באיכות הגבוהה ביותר, תהליך ייצור יש לבצע בסביבת חדר נקי או תחת ברדסים זרימה למינרית כך אבק ומזהמים אחרים לא תשפיע על דפוס.

  1. 2 אינץ' על 4 אינץ' שקופיות הזכוכית ממוקמים מחוממת (80 מעלות צלזיוס) פתרון Piranha (05:07 H 2 O 2: H 2 SO 4) במשך 30 דקות כדי להסיר מזהמים (בעיקר אורגני) ולאחר מכן לשטוף ב DI מים מיובשים עם אוויר דחוס.
  2. 20 ננומטר Cr ו - 200 ננומטר Au מופקדים על מצעים עם המאייד אלומת אלקטרונים.
  3. שיפלי 1827 photoresist חיובי מופקד על שקופיות הזכוכית עם spincoater (3000 סל"ד, 1000 סל"ד / s הרמפה, 30 פעם ספין שנייה).
  4. אז הם מצעים רכים אפוי למשך 2 דקות ב 100 ° C.
  5. תבנית של מסכה מועברת photoresist עם חשיפה קשר UV עבור 8.4 שניות עבור סכום כולל של 206 mJ / 2 ס"מ.
  6. Photoresist הוא פותח Microposit MF 351: מים (01:03) למשך 30 שניות עם תסיסה טוב ואחריו די מים לשטוף.
  7. לאחר בדיקה עם מיקרוסקופ על מנת להבטיח התפתחות טובה, מצעים חקוקות על גופו ולאחר מכן למשך 15 שניות ו 30 שניות Au Etchant וכרום etchant בהתאמה עם DI שוטף בין ואחרי.

1B חלק: פרוטוקול אלטרנטיבית - Lift-off שיטה

  1. 2 אינץ' על 4 אינץ' שקופיות הזכוכית ממוקמים מחוממת (80 מעלות צלזיוס) פתרון Piranha (05:07 H2O 2: H 2 SO 4) במשך 30 דקות כדי להסיר מזהמים (בעיקר אורגני) ולאחר מכן לשטוף במים DI ו יבשים עם אוויר דחוס.
  2. Futurrex NR-7 1500 photoresist שלילי PY היה spincoated על המצע (2000 סל"ד, 1000 סל"ד / s הרמפה, 40 פעם ספין שנייה).
  3. מצעים היו רכות אפוי דקה 1 ב 150 ° C.
  4. צור החשיפה UV במשך 21 שניות (400 mJ / cm 2).
  5. מצעים הונחו לאחר מכן על פלטה חשמלית נקבע על 100 ° C למשך דקה 1 כדי להשלים את השלב postbake.
  6. הפיתוח בוצע עבור 6 שניות מפתח RD6 Futurrex.
  7. 30 ננומטר Cr ו - 200 ננומטר Au מופקדים אז עם המאייד אלומת אלקטרונים על גבי מצעים.
  8. Lift-off מבוצע על ידי הנחת מצעים באמבטיה קולי אצטון עד הזהב הוסר בעליל ואישר עם תצפית מיקרוסקופ.

ניסיוני ההתקנה

חלק 2: הזרקת תצפית microsphere ו

  1. PDMS ערוצי (ייצור תיאר במקום אחר) מחוברים מצע זכוכית עם הדבקה ישירה כך הערוץ עובר על האלקטרודות מפוברק.
  2. כ 10 מ"ל 7 פוליסטירן microspheres מושעים באחת מים DI (0.0002 S / M) או פתרון KCl (0.05 S / M). הם הזריקו אז על ידי הנחת צינורות היניקה בפתרון microsphere ויישום יניקה לשקע עם מזרק.
  3. המכשיר טעון ממוקם אז על הבמה מיקרוסקופ ומחובר מחולל אות.
  4. כמובן זמן של הגדרות תדר (1 kHz עד 1 MHz) והגדרות מתח (1 או 2 V) מיושמים בעוד התצפיות נעשות עם המיקרוסקופ.

הערה: חשוב לא להעלות את מתח גבוה מדי או לאפשר תדר להגיע נמוך מדי או אלקטרוליזה של מים תתרחש. המדויק מתח או תדר הגדרות עבור זה להתרחש תלויות עיצוב אלקטרודה. הנחיות המעבדה שלנו להימנע תדרים מתחת 500 הרץ או מתח מעל 8 V.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

בסרטון זה, הראינו מגוון רחב של התנהגויות החלקיקים נגרם על ידי מניפולציה של נוזל תופעות AC electrokinetic. אלקטרודות שיוצרים תופעות אלה קל לפברק ניתן לשלב בקלות לתוך מערכות רבות אחרות. כפי שהראינו, יש יישומים רבים לשימושם של AC electrokinetics. הרבגוניות של מכשירים אלו, כמו גם את האופי המהיר של מניפולציה, שהופך אותן לאטרקטיביות במיוחד. כמו בתעשיות הבריאות ושאר להתחיל לאמץ מעבדה על שבב מערכות, אנו צפוי לראות שילוב של AC electrokinetics על התקנים אלה כחלק אינטגרלי.

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