Mikrofluidenheter kan ta vanliga medicinska labbprocedurer och kondenserar var och en till ett mikrochip som kan balansera ovanpå ett vattenflasklock. Ett team från Michigan Technological University, studerar kemiteknik, elektroteknik och materialvetenskap, effektivisera designen av mikrofluidiska enheter för att vara genomskinliga för att observera deras inre funktion. Med hjälp av hårtunna tunnlar och lika små elektroder, dessa enheter kan leda vätskor genom en elektrisk ström för att sortera celler, hitta sjukdomar, och kör diagnostiska tester.

Problemet är att biologiska prover inte är inerta – de är laddade och redo att interagera. När vätskorna kommer i kontakt med mikroenhetselektroder, explosioner kan hända. Små sådana. Men exploderande röda blodkroppar – orsakade av en jonobalans som spränger cellmembran i en process som kallas lysis – besegrar poängen med att testa blodsockernivåer eller blodtyp. I andra tester, som för cancer eller infektionssjukdomar, bråka med provets kemi kan leda till falska negativa eller falska positiva. Interaktioner mellan prover och elektroder, kallas faradaiska reaktioner, kan vara en oönskad bieffekt i mikrofluidik.

För att bevara provernas integritet och upprätthålla en klar yta för att observera vad som händer inuti enheten, Michigan Tech-ingenjörer beskriver hur tunna lager av hafniumoxid fungerar som ett mobiltelefonskärmskydd för mikroenheter. Deras arbete publicerades nyligen i Tunna solida filmer och en video av en enhet visar hur skyddsskiktet fungerar.

Jeana Collins, lektor i kemiteknik, studerade mikrofluidik för sin doktorandforskning vid Michigan Tech och är den första författaren på tidningen. Hon förklarar hur lab-on-a-chip använder en process som kallas dielektrofores.

"Det dielektroforetiska svaret är en rörelse, " säger hon. "Och hur kan du se att den rörde sig? Genom att se den röra sig."

Collins fortsätter med att förklara att ett ojämnt elektriskt fält från elektroderna interagerar med laddningen på partiklarna eller cellerna i ett prov, får dem att migrera. Många biologiska lab-on-a-chip-enheter förlitar sig på denna typ av elektrisk respons.

"Som kemiingenjörer, vi sysslar mer med fluidiksidan, Collins säger, och tillägger att elektroniken också är nyckeln och en blodsockermätare är ett utmärkt exempel. "Du har blodet - det är din vätska - och det går in, du har gjort ett test, då får du en digital avläsning. Så det är en kombination av fluidik och elektronik."

Även om ett kommersialiserat lab-on-a-chip som en glukosmätare är täckt, Collins och andra ingenjörer måste se vad som händer för att få en tydlig bild under ett mikroskop. Det är därför hafniumoxid, som bara lämnar en liten nyans, är användbar i utvecklingen av deras mikroenhetsdesign.

Också, tekniken gäller inte för en enda enhet. På grund av sin enkelhet, hafniumoxidskiktet fungerar med ett antal elektroddesigner, håller en konsekvent dielektricitetskonstant på 20,32 och är hemokompatibel – det vill säga det minimerar de Faradaiska reaktionerna som kan orsaka celllys så att färre röda blodkroppar exploderar när de kommer nära elektroderna.

Collins och hennes team testade tre olika tjocklekar av hafniumoxid-58 nanometer, 127 nanometer och 239 nanometer. De fann att beroende på avsättningstiden - 6,5 minuter, 13 minuter och 20 minuter – kornstorleken och strukturen kan justeras beroende på behoven för specifika enheter. Det enda potentiella problemet skulle vara för fluorescensbaserade mikroenheter eftersom hafniumoxiden stör vissa våglängder. Dock, Lagrets optiska transparens gör det till en bra lösning för många biologiska laboratorie-på-ett-chip-tester.