Sviluppo di un dispositivo 3D grafene elettrodi dielettroforetiche

Il grafene è un nuovo materiale noto per le sue proprietà elettroniche di alta qualità e potenziali chimici e biosensori domande ^1. Nanoplatelets grafene sono stati utilizzati per il supporto di catalizzatore ^{2, 3, 4,} biosensori supercondensatori ⁵ e compositi-elettrodi compresi grafene / polianilina e compositi nanoparticelle di silicio / grafene ^6-8. Questo manoscritto descrive l'utilizzo di carta grafene come elettrodi in un unico tridimensionale (3D), dispositivo microfluidica strati. Elettrodi di carta grafene sono stati stratificati con isolante nastro biadesivo e una camera forato all'interno del quale è stata eseguita dielettroforesi 3D AC di perle di polistirene.

Dielettroforesi (DEP) si riferisce al movimento di particelle polarizzabili sotto campi elettrici non uniformi. DEP positivo (PDEP) o DEP negativo (NDEP) si verifica quando le particelle sono più o meno polarizzabile del mezzo circostante, resulting in movimento verso il campo elettrico forte o debole, rispettivamente. Questo strumento elettrocinetico non lineare è stato utilizzato per la separazione, la cernita, cattura, e l'identificazione delle particelle e cellule biologiche ^9-15. La forza dielettroforetica sperimentato da una particella polarizzata è una funzione del gradiente di campo elettrico, raggio della particella e la forma, particelle proprietà dielettriche compresi conducibilità e permittività, nonché la conducibilità media e permettività. Nel tradizionale bidimensionale (2D) DEP, movimento delle particelle è nel piano principale del gradiente di campo elettrico in genere formato tra elettrodi di superficie microfabricated; movimento nella direzione verticale è trascurabile rispetto alle direzioni nel piano in maggior parte dei dispositivi. Tuttavia, sfruttando questa terza dimensione di gradienti di campo elettrico per 3D DEP consente di campioni superiore e aumenta la versatilità per progettare nuove e migliorate separazioni dielettroforetiche in cui il flusso è traveRSE al campo gradienti ^{16, 17.} Altri disegni specifici includono 3D basato isolante-DEP ^18, carbonio-elettrodo 3D DEP ^{13, 19,} e 3D placcante DEP ^10. Come evidenziato dalla ricerca in strutture 3D, tali dispositivi possono essere azionati in modalità flusso continuo di raggiungere più alti rendimenti. Osservazione del movimento delle particelle 3D nel nostro dispositivo 3D stratificato è realizzato in funzione della frequenza e media conducibilità tramite microscopia ottica a diverse altezze focali.

Fatoyinbo et al. Primo riferito DEP in 3D laminato struttura di elettrodo / isolamento utilizzando alternativamente accatastati 30 micron foglio di alluminio e 150 film di resina epossidica ²⁰ micron. Hubner et al. Poi creata simili elettrodi laminati 3D con 35 micron nastro di rame e 118 micron adesivo poliimmide ^21. Questo lavoro prende in prestito la progettazione 3D ben ^{22, 23}, E utilizza unicamente la convenienza di carta 50 micron grafene come gli strati conduttivi e 100 pm nastro biadesivo come gli strati isolanti, che ha raggiunto la sigillatura e sufficiente schermatura elettrica. Grafene carta versatilità è un netto vantaggio per microdispositivi elettrodi 3D perché le nanoplatelets grafene hanno la capacità di agire contemporaneamente come biosensori, che questo gruppo precedentemente dimostrato ^24.

I gradienti di campo ottenuti nel grafene carta / polimero laminato microdispositivi 3D dipendono dalle dimensioni micro-bene, gli strati di carta grafene, e il campo elettrico applicato. Dimensioni critiche includono la spaziatura verticale elettrodo (conduzione e spessori isolanti) e il diametro micro-bene e l'altezza (determinato da strati sovrapposti). Il segnale elettrico può essere sintonizzato con ampiezza e frequenza. La struttura del dispositivo attuale è quella di funzionamento discontinuo, ma può essere adattato ad un dispositivo a flusso continuo. Il favoloso dispositivotecnica rication qui descritto è adatto per lo sviluppo 3D laminato elettrodi con un'ampia varietà di proprietà grafene nanoplatelet semplicemente scambiando la carta grafene utilizzato. Vantaggi di utilizzare carta grafene sono la versatilità delle proprietà fisiche e chimiche, spesa ridotta, e le nanoplatelets grafene può contemporaneamente agire come biosensori per rilevare una vasta gamma di bioanalytes ^24. Obiettivi a lungo termine dei sistemi DEP 3D ad alto rendimento sono di identificare rapidamente i tipi di cellule ^25-27, o raggiungere label-free, mediata elettricamente ordinamento cellulare delle cellule malate da popolazioni di cellule sane ^28. Questo documento dimostra ottimizzazione del materiale e la preparazione e il funzionamento seguito da illustrazione e l'analisi dei risultati tipici.