ارائه روشی نوین برای ساخت یک ریزمخلوط‌گر الکترواسمتیکی با الکترودهایی در دو سمت برای کاربردهای زیست-فناوری

نویسندگان

1 دانشگاه تبریز - دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر

2 دانشگاه رازی - دانشکده فنی و مهندسی

چکیده

در این تحقیق، روشی ساده، کم‌هزینه و نوین برای ساخت ریزالکترودهایی در دو سمت کانال سیال به‌منظور کاربرد برای ریزمخلوط‌گر الکترواسمتیکی ارائه می‌شود. وجود الکترود در دو سمت ریزکانال، مشخصه‌های یکتا برای کاربردهایی مانند مطالعات سلول‌های زیستی، الکتروکینتیکس، دی‌الکتروفورسیس و غیره به همراه دارد. پروسه ساخت شامل لیتوگرافی نوری، لایه نشانی برای ایجاد الکترودها، انطباق دقیق و پیوند دو ویفر می‌باشد. در مقایسه با سایر روش‌ها برای ساخت الکترودهایی در دو سمت، در این روش نیازی به شرایط آزمایشگاهی بسیار سخت و پیچیده، پروسه سنگین و تجهیزات گران‌قیمت نیست. آنالیز عددی بر روی توزیع میدان الکتریکی برای دو حالت آرایش الکترودی در دو وجه و تنها یک وجه از ریزکانال انجام گرفته است تا برتری آرایش الکترودی در دو سمت را نشان دهد. در این مقاله، تراشه ساخته شده و نتایج عملی، ارائه شده و در نهایت تأثیر عدم انطباق کامل به‌دلیل وجود لایه‌ای از SU-8 نشان داده شده است. تکنیک پیشنهادی جایگزین مناسبی در مقابل الکترودهای یک سمته می‌باشد. سادگی پروسه، روشی آسان برای ساخت سریع ریزالکترودهایی در دو سمت از ریزکانال به‌منظور اختلاط سیالات فراهم می‌آورد.

کلیدواژه‌ها


   [1]      10 Emerging Technologies that Will Change Your World, MIT Technology Review, p. 32, February 2004.
   [2]      M. Focke, et al., “Lab-on-a-Foil: microfluidics on thin and flexible films,” Lab on a Chip, pp. 1365–1386, March 2010.
   [3]      J.W. Hong, and S.R. Quake, “Integrated nanoliter systems,” Nature Biotechnology, vol. 21, no. 10, pp. 1179-1183, October 2003.
   [4]      S.J. Wang, W. Saadi, F. Lin, C.M.C. Nguyen, and N.L. Jeon, “Differential effects of EGF gradient profiles on MDA-MB-231 breast cancer cell chemotaxis,” Experimental Cell Research, pp. 180– 189, August 2004.
   [5]      B.G. Chung, “Human neural stem cell growth and differentiation in a gradient-generating microfluidic device,” Lab on a Chip, pp. 401–406, March 2005.
   [6]      G.S. Jeong, S. Chung, C.B. Kim, and S.H. Lee, “Applications of micromixing technology,” Analyst, pp. 460–473, January 2010.
   [7]      N.T. Nguyen, “Micromixers Fundamentals, Design and Fabrication,” Elsevier, Ch. 1, pp. 1-8, 2012.
   [8]      S.Y. Yang, and G.B. Lee, “A new vortex-type micromixer,” 12th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences, San Diego, California, USA, pp. 68-70, 2008.
   [9]      H.H. Bau, J. Zhong, and M. Yi, “A minute magneto hydro dynamic (MHD) mixer,” Sensors and Actuators B, vol. 79, no. 2-3, pp. 205-213, October 2001.
[10]      Y. Wang, J. Zhe, B.T.F. Chung, and P. Dutta, “A rapid magnetic particle driven micromixer,” Microfluid Nanofluid, pp. 375–389, June 2007.
[11]      A.K. Agarwal, S.S. Sridharamurthy, D.J. Beebe, and H. Jiang, “Programmable autonomous micromixers and micropumps,” Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 14, no. 6, pp. 1409-1421, December 2005.
[12]      L.H. Lu, K. S. Ryu, and C. Liu, “A magnetic microstirrer and array for microfluidic mixing,” Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 11, no. 5, pp. 462-469, October 2002.
[13]      Z. Yang, et al., “Ultrasonic micromixer for microfluidic systems,” Sensores and Actuators A, pp. 266-272, April 2001.
[14]      T. Ikegami, R. Ozawa, M.P. Stocker, J.T. Fourkas, and S. Maruo, “Active micromixer using a metallized microturbine driven by an ultra-low power laser,” 16th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences, Okinawa, Japan, pp. 1264-1266, 2012.
[15]      H. Ukita, D. Liepmann H. Fujita, et al., “Micromechanical Photonics,” Springer, Ch. 4, pp. 121-166, 2006.
[16]      Y.J. Liu, et al., “Optically driven mobile integrated micro-tools for a lab-on-a-chip,” Actuators, vol. 2, pp. 19-26, April 2013.
[17]      S. Maruo, A. Takaura, and Y. Saito, “Optically driven micropump with a twin spiral microrotor,” Optical Society of America, vol. 17, no. 21, pp. 18525-18532, October 2009.
[18]      L. Kelemen, S. Valkai, and P. Ormos, “Integrated optical motor,” Applied Optics, vol. 45, no. 12, pp. 2777-2780, April 2006.
[19]      S. Aryal, Analysis of electrokinetic flow in microfluidic chips, Youngstown State University, Thesis of Master of Science in Engineering, 2012.
[20]      N. Sasaki, T. Kitamori, and H.B. Kim, “Experimental and theoretical characterization of an AC electroosmotic micromixer,” Analytical Sciences, vol. 26, pp. 815-819, July 2010.
[21]      S.H. Huang, S.K. Wang, H.S. Khoo, and F.G. Tseng, “AC electroosmotic generated in-plane microvortices for stationary or continuous fluid mixing,” 14th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems, Lyon, France, pp. 1349-1352, 2007.
[22]      M. Campisi, D. Accoto, F. Damiani, and P. Dario, “A soft-lithographed chaotic electrokinetic micromixer for efficient chemical reactions in lab-on-chips,” pp. 1-8, 2007.
[23]      B. Park, and S. Song, “Effects of multiple electrode pairs on the performance of a micromixer using dc-biased ac electro-osmosis,” Journal Of Micromechanics And Microengineering, pp. 1-6, October 2012.
[24]      C.D. Chin, V. Linder, and S.K. Sia, Commercialization of microfluidic point-of-care diagnostic devices, Lab on a Chip, January 2012.
[25]      L. Ming, et al., “Improved concentration and separation of particles in a 3D dielectrophoretic chip integrating focusing, aligning and trapping,” Microfluidics and Nanofluidics, vol. 14 no. 3-4, pp.  527-539, 2013.
[26]      N. Sonthaya, et al., “Synergistic effects of micro/nano modifications on electrodes for microfluidic electrochemical ELISA,” Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 156, no. 2, pp. 637-644, 2011.
[27]      S. Morishita, M. Kubota, and Y. Mita. “Integration of EWOD pumping device in deep microfluidic channels using a three-dimensional shadowmask.” IEEE 25th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), 2012.
[28]      J.A. Pelesko, and D.H. Bernstein, Modeling MEMS and NEMS, A CRC Press, Ch. 2, pp. 40-47, 2003.
[29]      D.E. Angelescu, “Highly Integrated Microfluidics Design,”  Norwood, Massachusetts: Artech House, Ch. 3, pp. 166-170, 2011.
[30]      C. Ren, EDL Potential, Springer, Ch. E, pp. 436-495, 2008.
[31]      S. Prakash, M. Pinti, and B. Bhushan, “Theory, fabrication and applications of microfluidic and nanofluidic biosensors,” Mathematical, Physical & Engineering Sciences, pp. 2269-2303, April 2012.
[32]      A.Z. Kouzani, K. Khoshmanesh, S. Nahavandi, and J.R. Kanwar, “A microfluidic electroosmotic mixer and the effect of potential and frequency on its mixing efficiency,” IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics, San Antonio, TX, USA, pp. 4618-4622, 2009.
[33]      C.K. Chen, and C.C. Cho, “Electrokinetically driven flow mixing utilizing chaotic electric fields,” Microfluid Nanofluid, vol. 5, pp. 785–793, April 2008.
[34]      C. Michele, et al., “A soft-lithographed chaotic electrokinetic micromixer for efficient chemical reactions in lab-on-chips,” Journal of Micro-Nano Mechatronics, vol. 5, no. 3-4, pp. 69-76, 2009.