Microelectrode 구조에 의해 발생 AC 계면 현상

Published 7/28/2008
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Biology

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Summary

마이크로 및 나노 스케일 더 현실로되어 가고 있도록 기술 및 정지 유체 입자를 조작하는 것은, AC 동전 기학 같은 개발을 계속합니다. 여기, 우리는 어떻게 실험 관찰 해석하는 이러한 장치와를 조작하는 방법, AC 동전 기학 뒤에 물리학에 대해 설명합니다.

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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 동전 기학 분야는 빠르게 인해의 마이크로 및 나노 스케일, 랩 - 온 - 어 - 칩 응용 프로그램을위한 필수되는 역동적인 유체 및 입자 조작을 수행하는 능력으로 성장하고있다. AC 계면 현상은 유체 또는 중지 입자 (유전체 또는 생물 학적 물질로 만들어져 포함)와 행동은 그들이 가지 방법 1, 2 놀라운으로 이동하는 원인이되는 힘을 생성하는 전기 필드를 사용합니다. 하나의 채널 내에서, AC 동전 기학는 활성 마이크로 혼합, 입자 분리, 입자 위치 및 마이크로 pattering 많은 필수 온 - 칩 작업을 수행할 수 있습니다. 하나의 장치는 단순히 같은 주파수 또는 적용 전압의 진폭과 같은 작동 매개 변수를 조정하여 이러한 작업을 여러를 달성할 수 있습니다. 적합 전기 필드는 쉽게 microchannels 통합 마이크로 전극에 의해 만들 수 있습니다. 그것은 AC 동전 기학 가능성이 의료 진단 3-5, 환경 모니터링 6 국토 안보부 7 일에 깊은 영향을 미칠 것이라고이 분야에서 엄청난 성장에서 분명하다.

일반적으로 세 AC 계면 현상 (AC electroosmosis, dielectrophoresis와 AC electrothermal 효과) 운영 매개 변수에 고유한 종속성이 각각있다. 이러한 운영 매개 변수의 변경은 따라서 입자 또는 액체의 행동을 바꾸고, 다른 이상 지배되는 하나의 현상을 일으킬 수 있습니다.

그것은 AC 동전 기학을 기초 복잡한 물리학으로 인해 입자와 유체의 행동을 예측하기가 어렵습니다. 그것은 물리학을 설명하고 입자와 유체 행동을 명료하게하다이 간행물의 목표입니다. 우리의 분석은 또한 그들을 생성하는 전극 구조를 조작하는 방법을 다루고, 여러 인기있는 장치 설계를 사용하여 실험 관찰 다양한 숫자를 해석하는 방법. 이 동영상이 문서는 과학자와 엔지니어가 이러한 현상을 이해하고 자신의 연구에 AC 동전 기학을 사용하여 시작하는 것이 좋습니다 수도 있습니다 도움이 될 것입니다.

Protocol

유리 기판에 CR / 오 전극을 Fabricating

부품 1A : 습식 엣지 방법

* 최고 품질의 장치, 제조 공정은 클린룸 환경에서 수행되어야하거나 층류 흐름 후드 아래에 있도록 먼지 및 기타 오염 물질의 패턴에 영향을 미치지 않습니다.

  1. 4 인치 유리 슬라이드에 의해 2 인치가에 배치하는 온수 (80 ° C) 피라 냐가 솔루션 (5시 7분 H 2 O 2 : H 2 SO 4) 오염 물질을 (특히 유기)를 제거 후 DI에 씻어서 30 분 물과 압축 공기 건조.
  2. 20 nm의 피크와 200 nm의 오는 전자빔 증발기와 기판에 입금됩니다.
  3. 시플리 1,827 긍정적인 포토 레지스트는 spincoater (3000 RPM 1000 RPM / s의 램프, 30초 회전 시간)와 함께 유리 슬라이드에 입금됩니다.
  4. 기판은 다음 100 ° C. 2 분 동안 부드럽게 구운 아르
  5. 마스크의 패턴은 206 MJ / cm 2 총 8.4 초 동안 연락 자외선 노출과 포토 레지스트로 전송됩니다.
  6. DI 워터 헹굼 다음 잘 교반 30 초 동안 물 (1시 3분) : 포토 레지스트는 Microposit MF 351으로 개발되고 있습니다.
  7. DI는 사이 후의 세척과 좋은 발전을 보장하기 위해 현미경으로 검사 후, 기판은 다음 각각 15초 30 초 오 에칭제과 크롬 에칭에 새겨져 있습니다.

부품 1B : 대체 프로토콜 - 리프트 - 오프 방법

  1. 4 인치 유리 슬라이드에 의해 2 인치가에 배치하는 온수 (80 ° C) 피라 냐가 솔루션 (5시 7분 H2O 2 : H 2 SO 4) 오염 물질을 (특히 유기)를 제거하고 디 물에 씻어서 30 분 및 압축 공기 건조.
  2. Futurrex NR - 7 1,500 PY 부정적인 포토 레지스트는 (2000 RPM 1000 RPM / s의 램프, 40초 회전 시간) 기판에 spincoated했다.
  3. 기판은 150 ° C.에 1 분 구운 부드러운되었습니다
  4. 21초 (400 MJ / cm 2) 자외선 노출에 문의하십시오.
  5. 기판은 다음 ° C는 1 분 postbake 단계를 완료하기 위해 100로 설정 뜨거운 접시에 놓여 있었다.
  6. 개발 Futurrex RD6 개발자 6 초 동안 수행되었다.
  7. 30 nm의 피크와 200 nm의 오 그러면 전자빔 증발기와 기판에 입금됩니다.
  8. 이륙은 금괴가 가시 제거하고 현미경 관찰과 확인 살이 아세톤 초음파 욕조에서 기판을 배치하여 수행됩니다.

실험 설정

2 부 : Microsphere 주입 및 관찰

  1. 채널 가공 전극 통과되도록 PDMS 채널 (제조는 다른 설명)가 직접 접착력으로 유리 기판에 붙어 있습니다.
  2. 약 10 7 ML 폴리스티렌 microspheres은 DI 워터 (0.0002 S / M) 또는 KCl 용액 (0.05 S / M) 중 하나에서 일시 중지됩니다. 그들은 다음 microsphere 솔루션에서 튜브의 입구를 삽입하고 주사기로 콘센트에 흡입을 적용하여 주입합니다.
  3. 로드된 장치는 다음 현미경 스테이지에 배치하고 신호 발생기에 연결됩니다.
  4. 관찰은 현미경으로 만들어집니다 동안 주파수 설정 (1 kHz에서 1 MHz 이상) 및 전압 설정 (1 또는 2 V)의 시간 과정은 적용됩니다.

참고 : 너무 높은 전압을 늘리거나 주파수가 발생합니다 너무 낮게 또는 물의 전기 분해로 얻을 수 있습니다 않을 것이 중요합니다. 이 발생하는 정확한 전압 또는 주파수 설정은 전극 설계에 따라 달라집니다. 우리 연구실 지침 8 위 500 Hz에서 전압 또는 아래의 주파수를 피하기 위해 아르 V.

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Discussion

이 비디오에서는, 우리는 AC 계면 현상에 의한 입자와 유체 조작 행동의 다양한 나타났습니다. 이러한 현상을 생성하는 전극은 조작하기 쉽고 쉽게 다른 많은 시스템에 통합될 수 있습니다. 우리가 표시된 것처럼, AC 동전 기학의 사용에 대한 여러 응용 프로그램이 있습니다. 이러한 장치의 융통성뿐만 아니라 조작의 급속한 자연, 그들은 특히 매력적 수 있습니다. 건강 관리 및 기타 산업 연구실 - 온 - 칩 시스템을 포용하기 시작, 우리는 가능성이 중요한 부분으로 이러한 장치에서 AC 동전 기학의 결합을 볼 수 있습니다.

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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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