Microfluïdische apparaten kunnen standaard medische laboratoriumprocedures uitvoeren en condenseren elk tot een microchip die kan balanceren bovenop een deksel van een waterfles. Een team van de Michigan Technological University, studeren chemische technologie, elektrotechniek en materiaalkunde, stroomlijn het ontwerp van microfluïdische apparaten om doorzichtig te zijn om hun innerlijke werking te observeren. Met behulp van haardunne tunnels en even kleine elektroden, deze apparaten leiden vloeistoffen door een elektrische stroom om cellen te sorteren, ziektes vinden, en diagnostische tests uitvoeren.

Het probleem is dat biologische monsters niet inert zijn:ze zijn geladen en klaar voor interactie. Wanneer de vloeistoffen in contact komen met microdevice-elektroden, explosies kunnen gebeuren. Kleintjes. Maar exploderende rode bloedcellen - veroorzaakt door een ion-onbalans die celmembranen doet barsten in een proces dat lysis wordt genoemd - verslaan het punt van het testen van de bloedsuikerspiegel of bloedgroep. Bij andere testen zoals voor kanker of infectieziekten, knoeien met de monsterchemie kan leiden tot valse negatieven of valse positieven. Interacties tussen monsters en elektroden, zogenaamde Faradaïsche reacties, kan een ongewenste bijwerking zijn bij microfluïdica.

Om de integriteit van monsters te behouden en een helder oppervlak te behouden om te observeren wat er in het apparaat gebeurt, Michigan Tech-ingenieurs beschrijven hoe dunne hafniumoxidelagen werken als een schermbeschermer voor mobiele telefoons voor microdevices. Hun werk is onlangs gepubliceerd in Dunne vaste films en een video van één apparaat laat zien hoe de beschermlaag werkt.

Jean Collins, docent chemische technologie, studeerde microfluïdica voor haar promotieonderzoek aan Michigan Tech en is de eerste auteur op het papier. Ze legt uit hoe het lab-on-a-chip een proces gebruikt dat diëlektroforese wordt genoemd.

"De diëlektroforetische respons is een beweging, ' zegt ze. 'En hoe kun je zien dat het bewoog? Door het te zien bewegen."

Collins legt verder uit dat een niet-uniform elektrisch veld van de elektroden interageert met de lading op de deeltjes of cellen in een monster, waardoor ze migreren. Veel biologische lab-on-a-chip-apparaten vertrouwen op dit soort elektrische respons.

"Als chemische ingenieurs, we houden ons meer bezig met de fluïdische kant, "Collins zegt, eraan toevoegend dat de elektronica ook de sleutel is en een bloedglucosemeter een goed voorbeeld is. "Je hebt het bloed - dat is je vloeistof - en het gaat erin, je hebt een test gedaan, dan krijg je een digitale uitlezing. Het is dus een combinatie van fluidica en elektronica."

Ook al is een gecommercialiseerd lab-on-a-chip zoals een glucosemeter gedekt, Collins en andere ingenieurs moeten zien wat er aan de hand is om een ​​duidelijk beeld onder een microscoop te krijgen. Daarom is hafniumoxide, die slechts een lichte tint achterlaat, is nuttig bij de ontwikkeling van hun microdevice-ontwerp.

Ook, de technologie is niet van toepassing op een enkel apparaat. Door zijn eenvoud, de hafniumoxidelaag werkt met een aantal elektrodeontwerpen, handhaaft een consistente diëlektrische constante van 20,32 en is hemocompatibel, dat wil zeggen, het minimaliseert de Faraday-reacties die cellysis kunnen veroorzaken, zodat er minder rode bloedcellen exploderen wanneer ze in de buurt van de elektroden komen.

Collins en haar team testten drie verschillende diktes van hafniumoxide - 58 nanometer, 127 nanometer en 239 nanometer. Ze ontdekten dat, afhankelijk van de depositietijd - 6,5 minuten, 13 minuten en 20 minuten - de korrelgrootte en structuur kunnen worden aangepast, afhankelijk van de behoeften van specifieke apparaten. Het enige potentiële probleem zou zijn voor op fluorescentie gebaseerde microdevices, omdat het hafniumoxide bepaalde golflengten verstoort. Echter, De optische transparantie van de laag maakt het een goede oplossing voor veel biologische lab-on-a-chip-tests.