در این قسمت سه روش دیگر راه اندازی قطره در میکروفلویدیک های دیجیتال را با هم مرور می کنیم:

اپتوالکترووتینگ(Optoelectrowetting)

در یک میکروفلوید دیجیتال اگر آرایه N×N وجود داشته باشد به N2 الکترود و مسیر آدرس­دهی نیاز می­باشد و این باعث پیچیده شدن آدرس­ دهی می­شود. با استفاده از یک سری تکنیک‌ها مانند مولتی پلکس تقسیم زمان(Time-division multiplexing) تعداد کانکتورهای داخلی از N2 به ۲N کاهش می­ یابد اما ممکن است محدودیت­های مکانی در الگوی دستکاری قطره­ ها به وجود آید. اپتوالکترووتینگ روشی است که نیاز به آدرس ­دهی الکتریکی را با استفاده از کانکتورهای حساس به نور کاهش می­دهد. در واقع آدرس­ دهی الکترودها به وسیله نور انجام می­شود. ‏شکل زیرنمایی از میکروفلوید دیجیتال با نور راه‌اندازی شده (LADM) است. در LADM نیاز به لیتوگرافی حذف می ­شود و با استفاده از یک پروژکتور ساده (البته در کارهای قبلی از لیزر استفاده شده) و یک صفحه الگو می­توان عملیات مختلف شامل انتقال، تشکیل قطره، دو نیم کردن، یکی کردن قطره­ ها را انجام داد. هم­چنین با استفاده LADM امکان استفاده از آرایش ماتریسی و دستکاری به صورت موازی وجود دارد.

میکروفلوید-دی الکتروفورز-اپتوالکترووتینگ-ترمومویینگی-می

ویدیوی اپتوالکترووتینگ

 

در واقع در این ساختار به جای ایجاد الکترود از یک لایه a-Si:H استفاده شده است و هنگامی که نوری تابش نشود مقاومت آن بالاست و تمام ولتاژ روی همین ماده افت می­کند. اما بر اثر تابش نور به آن هدایت آن تا ۱۰۰ برابر افزایش می­یابد و ناحیه تابش مانند یک الکترود که به صورت الکتریکی است عمل می­کند و به آن الکترود مجازی گویند. اگر الکترودهای مجازی روی یک خط ایجاد شود می­تواند قطره را به سمت ناحیه تابش منتقل کند. اخیرا به جای استفاده از پروژکتور از یک تبلت(Samsung Galaxy Tab 10.1 tablet)  استفاده شده به طوری که با برنامه نوشته شده با جاوا نقاط را روشن یا خاموش کرده و به این ترتیب الگوی الکترودها به صورت مجازی با جاوا تعریف می­شود. با این روش انعطاف­ پذیری میکروفلوید دیجیتال به اوج خود رسیده به طوری که دیگر نیاز به لیتوگرافی هم نیست و به راحتی می­توان در هر لحظه مسیر و الگوی جدید تعریف نمود.

دی الکتروفورز(Dielectrophoresis)

دی­ الکتروفورز پلاریزاسیون مایعات دی ­الکتریک یا غیر هادی در حضور یک میدان الکتریکی است. هنگامی که هیچ میدان الکتریکی وجود ندارد ذرات باردار در مایع به طور تصادفی پخش می­شوند و بنابراین اثر برآیندی نخواهند داشت اما در حضور یک میدان الکتریکی ذرات متناسب با بار به سمت گرادیان میدان جذب می­شوند ولی باید توجه نمود بار برآیند همیشه صفر نگه داشته می­شود. نکته قابل توجه میدان غیریکنواخت برای عملکرد در حوزه میکروفلوید است ‏شکل زیر دو نوع دی ­الکتروفورز مثبت و منفی قابل مشاهده است. در دی ­الکتروفورز مثبت، ذرات به سمت افزایش تراکم میدان الکتریکی و در دی ­الکتروفورز منفی ذرات به سمت تراکم میدان الکتریکی ضعیف ­تر جذب می­شوند. نیروی دی ­الکتروفورز از رابطه ‏۲ بدست می­آید.

                                  میکروفلوید-دی الکتروفورز-اپتوالکترووتینگ-ترمومویینگی-میمیکروفلوید-دی الکتروفورز-اپتوالکترووتینگ-ترمومویینگی-می       

در این رابطه  شعاع قطره و  ثابت دی ­الکتریک محیط پیرامون قطره و E میدان الکتریکی غیریکنواخت و k فاکتور Clasius-Mossotti است.

                                                   میکروفلوید-دی الکتروفورز-اپتوالکترووتینگ-ترمومویینگی-می

                    

این مقدار می­تواند بین مقداری مثبت یا منفی سوییچ کند و نوع دی­ الکتروفورز را تعیین شود. این نیرو می­تواند قطره دی ­الکتریک را به مانند ‏شکل جابجا کند.    

میکروفلوید-دی الکتروفورز-اپتوالکترووتینگ-ترمومویینگی-می

جابجایی قطره غیرهادی یا دی ­الکتریک به کمک میدان الکتریکی غیریکنواخت. با فعال‌سازی الکترودهای صفحه پایین یکی پس از دیگری قطره می­تواند جابجا شود. الف) نمای کلی ب) نما از کنار و بالای تراشه.

 

با فعال کردن یکی پس از دیگری الکترودهای صفحه پایین می­توان قطره دی­ الکتریک را جابجا نمود. دی­ الکتروفورز تکنیکی که بیشتر برای جداسازی ذرات استفاده می­شود. جداسازی باینری توسط دی­الکتروفورز در میکروفلوید­های دیجیتال می­تواند انجام شود. 

اثر ترموموئینگی(Termocapilary)

همان­طور که از نامش بر می­آید استفاده از گرما در پدیده موئینگی است. کشش سطحی به صورت عددی به دما وابسته است بنابراین تغییرات در دما تغییراتی در کشش سطحی ایجاد می­کند که می­تواند باعث راه ­اندازی و حرکت قطره­های مایع و اثر ترموموئینگی شود. مانند الکترووتینگ، گرادیان دما در یک طرف قطره باعث حرکت قطره می­شود. این پدیده باعث جابجایی با استفاده از اثری به نام پمپ ترموموئینگی (Termo-Capillay Pumping-TCP) می­شود.

این سیستم شامل المان گرم­ کننده، کانال شار و المان حس ­کننده دما می­باشد. المان حس ­کننده دما که معمولا RTD ها می­باشند اختلاف دمای آستانه ­ی مورد نیاز برای راه ­اندازی قطره را فراهم می­ کنند. تولید دمای دقیق و شناسایی آن قیمت و هزینه این سیستم را بالا می­برد.

 

این سری آموزشی ادامه دارد

پینوشت:

کلمه microfluidic در فارسی به روش های مختلفی نوشته شده است که لازم است در جستجوی فارسی به ان دقت داشته باشید. میکروفلویید، میکروفلوئید، میکروفلوید، میکروفلوئیدیک، میکروفلویدیک، میکروفلوییدیک از انواع شکل های این کلمه هست که غلط یا درست نوشته شده است. به نظر نگارنده فرم “میکروفلوئید” مناسب تر و از راحتی در تلفظ برخوردار است.


 استفاده از مطالب این سری آموزشی با ذکر نام مرجع بلامانع است.

 

 

نویسنده  سری آموزشی میکروفلوئید: طباطبایی