Schematisk bild av den medplana, ljusaktiverade optoelektroniserande mikrofluidanordningen som har ett integrerat metallnät. En droppe på enhetens yta aktiveras och flyttas runt det tvådimensionella planet under påverkan av ett infallande optiskt mönster. Upphovsman:Jodi Loo et al. doi:10.1117/1.JOM.1.3.034001.
Mikrofluid teknik har sett stora framsteg under de senaste decennierna när det gäller att ta itu med applikationer som biokemisk analys, läkemedelsutveckling, och vårddiagnostik. Miniatyrisering av biokemiska operationer som utförs på lab-on-a-chip mikrofluidiska plattformar drar nytta av minskat prov, reagens, och avfallsmängder, samt ökad parallellisering och automatisering. Detta möjliggör mer kostnadseffektiva operationer tillsammans med högre genomströmning och känslighet för snabbare och mer effektiv provanalys och upptäckt.
Optoelektrisk vätning (OEW) är en digital optofluidisk teknik som är baserad på principerna för ljusstyrd elektrovätning och möjliggör aktivering och manipulation av diskreta droppar. OEW -enheter har många fördelar, såsom möjligheten för storskalig, realtid, och omkonfigurerbar kontroll av droppar i storlek pikoliter till mikroliter genom att justera antalet och storleken på lågintensiva optiska ljusmönster som infaller på enheten. Varje enskild droppe på OEW -enheten fungerar som sin egen bioreaktionskammare, OEW -enheten har också möjlighet att stödja multiplexfunktioner. Detta kan visa sig vara fördelaktigt i applikationer som enkelcellsanalys och genomik eller kombinatoriska bibliotek.
Tidigare traditionella OEW-enheter tillhandahåller en flexibel plattform för att utföra kemiska och biologiska analyser såsom realtidsisotermisk polymeraskedjereaktion med grundläggande droppmanipulationstekniker. Dock, i dessa OEW -enheter, droppar är inklämda mellan ett bottenaktivt OEW -substrat och ett topplagersjordelektrodsubstrat, tvingar eventuella ingående/utgående fluidiska konfigurationer att integreras från sidoöppningarna. Även om det är möjligt, Detta kan visa sig vara begränsande för systemintegration.
Forskare från University of California, Berkeley, skapat en ensidig, co-planar OEW-enhet som möjliggör individualiserad och parallell droppaktivering och drar nytta av lättare dropptillgänglighet ovanifrån för fler ingångs-/utgångskonfigurationsscheman. Detta uppnåddes genom att eliminera behovet av en topplockelektrod som finns i traditionella OEW -enheter genom att tillverka ett metallnät som är integrerat på OEW -enheten. Droppar kan fortfarande röra sig fritt runt den tvådimensionella enhetens yta och är nu tillgängliga ovanifrån på grund av den öppna designen.
Ljus belyses selektivt på fotoledarskiktet under en del av en droppens kontaktledning för att uppnå en elektromekanisk obalans i droppen. Detta får droppen att röra sig mot ljusmönstret. Upphovsman:Jodi Loo et al. doi:10.1117/1.JOM.1.3.034001.
I sin forskning, nyligen publicerad i SPIE:s nya Journal of Optical Microsystems , de har också tagit fram en teoretisk modell av den samplaniga OEW-enheten för att bättre förstå hur det integrerade metallnätnätet påverkar enhetens och droppens prestanda. Analys som samlats in från den co-plana OEW-modellen användes för att optimera enhetens struktur och funktion. De har visat förmågan till grundläggande droppmanipulation, såsom individuella droppoperationer parallellt, sammanslagning av flera droppar, och förmågan att hantera och flytta droppar med varierande volymer samtidigt.
Den plana enheten förbättrar den traditionella OEW-enhetens droppaktiveringsprestanda med hastigheter mer än två gånger snabbare, upp till 4,5 cm/s. Högre dropphastigheter på den plana OEW-enheten som uppnås trots en marginell minskning av effektiv kraft jämfört med den traditionella OEW-enheten kan delvis tillskrivas minskningen av friktion på grund av eliminering av topplocket.
Dessutom, förmågan att använda samplana OEW-enheter med 95% minskad ljusintensitet demonstrerades. För att visa fördelarna med att ha exponerade droppar för att rymma ett bredare utbud av input/output -konfigurationer, ett dropp-on-demand-doseringssystem uppifrån integrerades med den samplana OEW-enheten för att injicera, samla, och placera enskilda droppar och bilda storskaliga droppmatriser på upp till 20 x 20, täcker hela enhetens yta. Att skapa större OEW -enheter bör möjliggöra för ännu fler droppar att rymmas på chip.
Med denna forskning, teamet har utvecklat en OEW -plattform för tillförlitlig droppmanipulation som kan åstadkomma de flesta grundläggande biologiska och kemiska bänksteknikerna. Den samplana OEW-enheten utökar flexibiliteten och möjligheterna för optofluidisk teknik för att förverkliga större systemintegrationsförmåga och biologiska och kemiska applikationer.
