Även om mikrofluidikenheter har en mängd olika användningsområden, från vårddiagnostik till miljöanalys, en stor begränsning är att de inte kan modifieras för olika användningsområden i farten, eftersom deras flödesvägar ställs in under tillverkningen. I en ny studie, forskare har tagit upp denna begränsning genom att designa elektrogater som kan reglera vätskeflödet på olika punkter längs mikrokanalen - en process som kan styras helt med en smartphone.

Forskarna, Y. Arango, Y. Temiz, O. Gӧkçe, och E. Delamarche, på IBM Research-Zurich i Rüschlikon, Schweiz, har publicerat ett papper om elektrogater i ett nyligen utgåva av Tillämpad fysikbokstäver .

"Point-of-care diagnostik representerar en mycket segmenterad marknad, "Berättade Delamarche Phys.org . "För varje typ av test, en mikrofluidisk enhet måste utformas och tillverkas för att säkerställa optimala analysprestanda (provmängd som passerar genom enheten, flödeshastigheter, tid för reaktionerna att äga rum, tid för upplösning av några reagenser i chipet med provet, etc.). Det här är lite frustrerande, och med kiselmikroteknik, det är alltid fördelaktigt att täcka så många applikationer som möjligt utan för mycket redesign och förändringar i tillverkningsprocesserna.

"Det är här elektrogater hjälper, och det var det som motiverade oss att uppfinna dem. Tanken är att göra chips mycket mer generiska och överföra en del av flödets routing och tidpunkt till en mjukvarunivå, d.v.s. ett protokoll som laddas upp på en smartphone eller surfplatta. Att ändra protokoll på mjukvarunivå är enkelt, snabb, flexibel och bekväm. "

Istället för att använda mekaniska element som pumpar och ventiler för att styra flödet, elektrogaten är baserade på elektrovätning. Denna process innebär att man applicerar en elektrisk spänning för att kontrollera ytans vätningsegenskaper, som i sin tur styr vätskans flöde.

Varje elektrogat består av en dike etsad in i mikrokanalens bottenyta, med en elektrod mönstrad över diket och en andra elektrod mönstrad en kort sträcka framför diket. När ett vätskeprov strömmar längs mikrokanalen i frånvaro av en spänning, den stannar vid diket eftersom den plötsliga förändringen i kontaktvinkeln skapar en klämkraft på vätskan. En liten spänning ( <10 volt) som appliceras mellan de två elektroderna drar ner joner från vätskan till kanten av diket där vätskan fästs, vilket gör detta område mer vätbart. Som en konsekvens, vätskans kontaktvinkel i detta område minskar, orsakar att vätskan återupptas genom att flyta över diket och genom mikrokanalen.

Forskarna visade att krökningen i diket bestämmer tillförlitligheten och retentionstiden för elektrogaten. Med en stor krökning, de kan uppnå 100% tillförlitlighet, start- och stopptider på mindre än en sekund, och lagringstider som överstiger 5 minuter, som kan förlängas till mer än 45 minuter med ytterligare strategier. Elektrogaterna fungerar också med olika typer av vätskor, inklusive humant serum.

Bland dess fördelar, elektrogaterna är lätta att tillverka, har långsiktig stabilitet, är biokompatibla, och kan implementeras på flera platser på samma chip. Forskarna förväntar sig att elektrogaterna enkelt kan implementeras till lågeffekt, bärbara mikrofluidikenheter i framtiden.

"Vi får stöd av ett bidrag från EU, och vi har fortfarande lite tid att "driva" elektrogater vidare, "Delamarche sa." En uppgift (nästan klar) är att variera alternativen för att tillverka elektrogater så att teknologer får större frihet att designa och tillverka dem. Detta kan hjälpa till att sprida konceptet, Vi tror. Sedan, Vi kommer att visa specifika exempel där en kombination av några elektrogater kan skapa mer avancerade funktioner för mikrofluidiska system. "

© 2018 Phys.org