Elektrogater tilbyder stop-and-go-kontrol inden for mikrofluidik

Selvom mikrofluidika -enheder har en lang række anvendelser, fra point-of-care diagnostik til miljøanalyse, en stor begrænsning er, at de ikke kan ændres til forskellige anvendelser i farten, da deres strømningsveje er indstillet under fremstilling. I en ny undersøgelse, forskere har adresseret denne begrænsning ved at designe elektrogater, der kan regulere strømmen af ​​væske på forskellige punkter langs mikrokanalen - en proces, der kan styres fuldstændigt med en smartphone.

Forskerne, Y. Arango, Y. Temiz, O. Gӧkçe, og E. Delamarche, hos IBM Research-Zurich i Rüschlikon, Schweiz, har udgivet et papir om elektrogater i et nyligt nummer af Anvendt fysik bogstaver .

"Point-of-care diagnostik repræsenterer et meget segmenteret marked, "Fortalte Delamarche Phys.org . "For hver type test, en mikrofluidisk enhed skal designes og fremstilles for at sikre optimal analyseydelse (volumen af ​​prøve, der passerer gennem enheden, strømningshastigheder, givet tid til reaktionerne, givet tid til at opløse nogle reagenser i chippen med prøven, etc.). Det er lidt frustrerende, og med silicium mikroteknologi, det er altid en fordel at dække så mange applikationer som muligt uden for meget redesign og ændringer i fremstillingsprocesserne.

"Det er her, elektrogater hjælper, og det er det, der motiverede os til at opfinde dem. Ideen er at gøre chips meget mere generiske og overføre noget af routing og timing af strømmen til et softwareniveau, dvs. en protokol uploadet på en smartphone eller tablet. Det er let at ændre protokoller på softwareniveau, hurtig, fleksibel og praktisk."

I stedet for at bruge mekaniske elementer såsom pumper og ventiler til at styre flowet, elektrogaterne er baseret på elektrovådning. Denne proces indebærer at anvende en elektrisk spænding til at styre overfladens befugtningsegenskaber, som igen styrer strømmen af ​​væsken.

Hvert elektrogat består af en grøft, der er ætset ind i mikrokanalens bundoverflade, med en elektrode mønstret over skyttegraven og en anden elektrode mønstret en kort afstand foran skyttegraven. Når en flydende prøve strømmer langs mikrokanalen i fravær af en spænding, den stopper ved skyttegraven, fordi den pludselige ændring i kontaktvinklen skaber en fastspændende kraft på væsken. En lille spænding ( <10 volt) påført mellem de to elektroder trækker ioner ned fra væsken til kanten af ​​grøften, hvor væsken er fastgjort, hvilket gør dette område mere befugteligt. Som en konsekvens, kontaktvinklen for væsken i dette område falder, hvilket får væsken til at genoptage strømning hen over renden og gennem mikrokanalen.

Forskerne demonstrerede, at krøllen i skyttegraven bestemmer pålideligheden og opbevaringstiden for elektrogaterne. Med en stor krumning, de kunne opnå 100 % pålidelighed, start- og stoptider på mindre end et sekund, og opbevaringstider på mere end 5 minutter som kan forlænges til mere end 45 minutter med yderligere strategier. Elektrogaterne fungerer også med forskellige typer væsker, inklusive humant serum.

Blandt dens fordele, elektrogaterne er nemme at fremstille, har langsigtet stabilitet, er biokompatible, og kan implementeres flere steder på den samme chip. Forskerne forventer, at elektrogaterne let kan implementeres til laveffekt, bærbare mikrofluidiske enheder i fremtiden.

"Vi støttes af et tilskud fra EU, og vi har stadig lidt tid til at 'skubbe' elektrogater videre, "Delamarche sagde. "En opgave (næsten fuldført) er at variere mulighederne for at fremstille elektrogater, så teknologer har mere frihed til at designe og fremstille dem. Dette kan hjælpe med at sprede konceptet, vi tænker. Derefter, Vi vil vise specifikke eksempler, hvor en kombination af et par elektrogater kan skabe mere avancerede funktioner til mikrofluidiske systemer. "

© 2018 Phys.org