Hoewel microfluïdische apparaten een breed scala aan toepassingen hebben, van point-of-care diagnostiek tot omgevingsanalyse, een belangrijke beperking is dat ze niet on-the-fly kunnen worden aangepast voor verschillende toepassingen, omdat hun stroompaden tijdens de fabricage worden ingesteld. In een nieuwe studie, onderzoekers hebben deze beperking aangepakt door elektropoorten te ontwerpen die de vloeistofstroom op verschillende punten langs het microkanaal kunnen regelen - een proces dat volledig kan worden bestuurd met een smartphone.

De onderzoekers, Y. Arango, Y. Temiz, O. Gӧkce, en E. Delamarche, bij IBM Research-Zürich in Rüschlikon, Zwitserland, hebben een artikel over elektropoorten gepubliceerd in een recent nummer van: Technische Natuurkunde Brieven .

"Point-of-care diagnostiek vertegenwoordigt een zeer gesegmenteerde markt, "Delamarche vertelde" Phys.org . "Voor elk type test, een microfluïdisch apparaat moet worden ontworpen en gefabriceerd om optimale testprestaties te garanderen (volume van het monster dat door het apparaat gaat, stroomsnelheden, tijd gegeven om de reacties te laten plaatsvinden, tijd gegeven voor het oplossen van sommige reagentia in de chip met het monster, enzovoort.). Dit is een beetje frustrerend, en met siliciummicrotechnologie, het is altijd voordelig om zoveel mogelijk toepassingen te dekken zonder al te veel herontwerp en veranderingen in de productieprocessen.

"Dit is waar elektropoorten helpen, en dit is wat ons motiveerde om ze uit te vinden. Het idee is om chips veel generieker te maken en een deel van de routering en timing van de stroom over te dragen naar een softwareniveau, d.w.z., een protocol geüpload op een smartphone of tablet. Het wijzigen van protocollen op softwareniveau is eenvoudig, snel, flexibel en handig."

In plaats van mechanische elementen zoals pompen en kleppen te gebruiken om de stroom te regelen, de electrogates zijn gebaseerd op electrowetting. Dit proces omvat het aanbrengen van een elektrische spanning om de bevochtigende eigenschappen van het oppervlak te regelen, die op zijn beurt de stroom van de vloeistof regelt.

Elke elektropoort bestaat uit een sleuf die in het bodemoppervlak van het microkanaal is geëtst, met één elektrode in patroon over de greppel en een tweede elektrode in patroon op korte afstand voor de greppel. Wanneer een vloeibaar monster langs het microkanaal stroomt in afwezigheid van een spanning, het stopt bij de greppel omdat de abrupte verandering in de contacthoek een pinkracht op de vloeistof creëert. Een kleine spanning ( <10 volt) aangebracht tussen de twee elektroden trekt ionen naar beneden van de vloeistof naar de rand van de greppel waar de vloeistof vastzit, waardoor dit gebied meer bevochtigbaar wordt. Als gevolg hiervan, de contacthoek van de vloeistof in dit gebied neemt af, waardoor de vloeistof weer over de greppel en door het microkanaal stroomt.

De onderzoekers toonden aan dat de kromming van de greppel de betrouwbaarheid en de verblijftijd van de electrogates bepaalt. Met een grote kromming, ze konden 100% betrouwbaarheid bereiken, start- en stoptijden van minder dan een seconde, en retentietijden van meer dan 5 minuten, die kan worden verlengd tot meer dan 45 minuten met aanvullende strategieën. De electrogates werken ook met verschillende soorten vloeistoffen, inclusief menselijk serum.

Onder zijn voordelen, de electrogates zijn gemakkelijk te fabriceren, stabiliteit op lange termijn hebben, zijn biocompatibel, en kan op meerdere locaties op dezelfde chip worden geïmplementeerd. De onderzoekers verwachten dat de electrogates gemakkelijk kunnen worden geïmplementeerd in low-power, draagbare microfluïdische apparaten in de toekomst.

"We worden ondersteund door een subsidie ​​van de EU, en we hebben nog wat tijd om de elektropoorten verder te 'duwen', " Zei Delamarche. "Eén taak (bijna voltooid) is om de opties voor het fabriceren van elektropoorten te variëren, zodat technologen meer vrijheid hebben om ze te ontwerpen en te fabriceren. Dit kan helpen het concept te verspreiden, we denken. Vervolgens, we zullen specifieke voorbeelden laten zien waarbij het combineren van een paar elektropoorten meer geavanceerde functies voor microfluïdische systemen kan creëren."

© 2018 Fys.org