マイクロ電極の構造によって生成されたAC動電現象

Published 7/28/2008
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Biology

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Summary

マイクロナノスケールは、より現実のようになっている可能にした技術で流体と懸濁粒子を操作すると、AC動電学のように、開発を進めています。ここで、我々は、これらのデバイスを作製する方法および実験観察を解釈する方法、AC動電学の背後にある物理学を議論する。

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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).

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Abstract

AC動電学の分野は​​急速にミクロとラボオンチップアプリケーションに不可欠なナノスケール、上に動的な流体と粒子​​の操作を実行することができるため、成長しています。 AC動電現象は、その液体または懸濁粒子に作用する(誘電体または生物学的な材料で作られたものも含めて)力を生成し、それらの方法1、2を驚くべきに移動させるために電界を使用してください。シングルチャンネル内で、AC動電学はこのようなアクティブなマイクロ混合、粒子分離、粒子の位置とマイクロパターニングなどの多くの本質的なオンチップの操作を行うことができます。単一のデバイスは、単純に印加電圧の周波数や振幅などの動作パラメータを調整することによって、それらの操作のいくつかを達成することができる。適切な電界が容易にマイクロチャネルに統合された微小電極を作成することができます。それはAC動電学の可能性が高い医療診断3-5、環境モニタリング6、国土安全保障7日に大きな影響を持っていることを、この分野で驚異的な成長から明らかである。

一般的には、動作パラメータに一意の依存関係を持つ3つのAC動電現象(AC電気浸透、誘電泳動とAC電熱効果)それぞれがあります。これらの動作パラメータの変化は、このように、粒子または流体の挙動を変える、別の支配的になる一つの現象を引き起こす可能性があります。

それはAC動電学の根底にある複雑な物理学のために、粒子と流体の挙動を予測することは困難である。それは物理学を説明し、粒子と流体の挙動を解明するために本書の目標です。我々の分析はまた、それらを生成する電極構造を作製する方法を説明し、いくつかの一般的なデバイスのデザインを使用して実験観察の広い数を解釈する方法。このビデオの記事では、科学者やエンジニアは、これらの現象を理解する助けとなると、彼らの研​​究ではAC動電学を使い始めることをお勧めすることがあります。

Protocol

ガラス基板上にCr / Au電​​極を作製した

パート1A:ウェットエッチング法

*最高品質のデバイスの場合、製造工程は、クリーンルーム環境で実行する必要がありますまたは層流フードの下になるようほこり、その他の汚染物質は、パターンには影響しません。

  1. 4インチのガラスのスライドによる2インチが置かれて加熱(80℃)ピラニア溶液(5時07分H 2 O 2:H 2 SO 4)汚染物質(特に有機)を削除し、DIでリンスする30分間水と圧縮空気で乾燥。
  2. 20 nmのCrおよび200nmのAuを電​​子ビーム蒸着で基板上に堆積されています。
  3. シプリー1827ポジ型フォトレジストはspincoater(3000回転、1000回転/秒のランプ、30秒のスピン時間)でスライドガラス上に堆積される。
  4. 基板は、その後100℃で2分間ソフト焼いています
  5. マスクのパターンは、206ミリジュール/ cm 2の合計は8.4秒間接触のUV露光でレジストに転送されます。
  6. 純水リンスに続いて良い撹拌しながら30秒間水(1:3):フォトレジストは、Microposit MF 351に開発されています。
  7. DIの間と後に洗うと良い発展を確保するために顕微鏡で検査した後、基板は、それぞれ15秒と30秒間のAuエッチング液やクロムエッチング液でエッチングされる。

パート1B:代替プロトコル - リフトオフ法

  1. 4インチのガラスのスライドによる2インチが置かれて加熱(80℃)ピラニア溶液(5時07分H2O 2:H 2 SO 4)汚染物質(特に有機)を削除し、DI水でリンスする30分間と圧縮空気で乾燥。
  2. Futurrex NR - 7 1500 PYネガ型フォトレジストは、基板(2000回転、1000回転/秒のランプ、40秒のスピン時間)にspincoatedした。
  3. 基板は150℃で1分間焼いたソフトでした
  4. 21秒(400ミリジュール/ cm 2)のための紫外線照射にお問い合わせください。
  5. 基板は、その後100℃postbakeステップを完了するには、1分間℃に設定したホットプレート上に置いた。
  6. 開発はFuturrex RD6、開発者の6秒間実施した。
  7. 30nmのCrおよび200nmのAuをし、電子ビーム蒸着で基板上に堆積されています。
  8. リフトオフは、金が目に見えて除去し、顕微鏡観察で確認されたまでアセトン超音波浴に基板を配置することによって行われます。

実験的なセットアップ

第2部:微小注入して観察

  1. PDMSチャネル(製造は別のところで説明)チャンネルが作製電極の上を通過するように直接接着してガラス基板に接続されています。
  2. 約10 7ミリリットル ポリスチレン微小球は、DI水(0.0002 S / m)またはKCl溶液(0.05 S / m)のいずれかで中断されます。彼らはその後、ミクロスフェアのソリューションでチューブの口を配置し、注射器とコンセントに吸引を適用することにより、注入される。
  3. ロードされたデバイスは、顕微鏡ステージ上に配置し、信号発生器に接続されています。
  4. 観察は顕微鏡で行っている間に周波数設定(1 kHzから1 MHzの)と電圧の設定値(1または2 V)の時間経過が適用されます。

注:これは、高すぎる電圧を上げたり、周波数が低すぎたり、水の電気分解を取得できるようにすることが重要ですが発生します。この発生するために正確な電圧または周波数の設定は、電極の設計に依存しています。私たちの研究室のガイドラインは、8の上方には500 Hzまたは電圧以下の周波数を避けるためにVです。

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Discussion

このビデオでは、我々はAC動電現象によって引き起こされる粒子と流体操作の挙動を幅広く示している。これらの現象を生成する電極は、製造が容易であり、簡単に他の多くのシステムに統合することができます。これまでに示したように、AC動電学の使用のための多数のアプリケーションがあります。これらのデバイスの多様性だけでなく、操作の迅速な性質は、それらが特に魅力的です。ヘルスケアと他の産業がラボオンチップシステムを採用し始めると、我々は可能性が不可欠な要素として、それらのデバイスにAC動電学の取り込みが表示されます。

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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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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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