Desarrollo de un dispositivo 3D grafeno Electrodo dielectroforéticas

El grafeno es un nuevo material conocido por sus propiedades electrónicas de alta calidad y potenciales químicos y biosensores aplicaciones ^1. Nanoplatelets grafeno se han utilizado para soporte del catalizador ^{2, 3, 4,} biosensores super-condensadores ⁵ y compuestas-electrodos incluidos grafeno / polianilina y compuestos de nanopartículas de silicio / grafeno ^6-8. Este manuscrito describe la utilización de papel de grafeno como electrodos en una única tridimensional (3D), dispositivo de microfluidos de capas. Electrodos de papel de grafeno se laminaron con aislante cinta de doble cara y una cámara perforado dentro de la cual se realizó dielectroforesis AC 3D de perlas de poliestireno.

La dielectroforesis (DEP) se refiere al movimiento de partículas polarizables bajo campos eléctricos no uniformes. DEP Positivo (pDEP) o DEP negativo (nDEP) se produce cuando las partículas son más o menos polarizable que el medio circundante, resulting en movimiento hacia el campo eléctrico más fuerte o más débil, respectivamente. Esta herramienta electrocinético no lineal se ha usado para la separación, clasificación, atrapando, y la identificación de partículas y células biológicas ^9-15. La fuerza dielectroforética experimentada por una partícula polarizada es una función del gradiente de campo eléctrico, radio de la partícula y la forma, propiedades dieléctricas de partículas incluyendo la conductividad y la permitividad, así como la conductividad medios de comunicación y la permitividad. En tradicional de dos dimensiones (2D) de DEP, el movimiento de partículas está en el plano principal de la gradiente de campo eléctrico típicamente formado entre electrodos de superficie microfabricados; movimiento en la dirección vertical es insignificante en comparación con las direcciones en el plano, en la mayoría de los dispositivos. Sin embargo, el aprovechamiento de esta tercera dimensión de gradientes de campo eléctrico para el 3D DEP permite un mayor rendimiento de la muestra y aumenta la flexibilidad para diseñar nuevas y mejores separaciones dielectroforéticas en la que el flujo es traverse al campo gradientes ^{16, 17.} Otros diseños específicos incluyen 3D DEP basado en ¹⁸ aislante, electrodos de carbono 3D DEP ^{13, 19} y 3D galvanoplastia DEP ^10. Como queda de manifiesto por la investigación en las estructuras 3D, tales dispositivos pueden ser operados en modo de flujo continuo para lograr rendimientos más altos. Observación del movimiento de partículas 3D en nuestro dispositivo 3D en capas se logra como una función de frecuencia y conductividad media a través de microscopía de luz a diferentes alturas focales.

Fatoyinbo et al. Primero informó DEP en un 3D laminado estructura del electrodo / aislamiento utilizando apilados alternativamente 30 micras papel de aluminio y 150 películas de resina epoxi ²⁰ micras. Hubner et al. Diseñaron electrodos laminados 3D similares con 35 m de cinta de cobre y 118 micras de poliamida adhesivo ^21. Este trabajo toma prestado el diseño en 3D, bueno ^{22, 23}, Y utiliza de forma exclusiva la comodidad de 50 micras de papel grafeno como las capas conductoras y 100 m de cinta de doble cara como las capas aislantes, que logró sellar y con suficiente blindaje eléctrico. El grafeno papel versatilidad es una clara ventaja para microdispositivos electrodos 3D porque los nanoplatelets grafeno tienen la capacidad de actuar al mismo tiempo como biosensores, que este grupo previamente demostrada ^24.

Los gradientes de campo logrados en el grafeno papel / polímero laminado microdispositivos 3D dependen de las dimensiones micro-así, las capas de papel de grafeno, y el campo eléctrico aplicado. Las dimensiones críticas incluyen la separación vertical del electrodo (conductor y aislante espesores de capa) y el diámetro micro pocillos y altura (determinado por capas apiladas). La señal eléctrica se puede ajustar a través de la amplitud y la frecuencia. La estructura del dispositivo actual es para el funcionamiento por lotes, pero se puede adaptar a un dispositivo de flujo continuo. El fabuloso dispositivotécnica rication descrito aquí es adecuado para el desarrollo de 3D laminado electrodos con una amplia variedad de propiedades nanoplatelet grafeno simplemente intercambiando el papel de grafeno utilizado. Ventajas de la utilización de papel de grafeno son versatilidad de propiedades físicas y químicas, gasto reducido, y los nanoplatelets de grafeno simultáneamente pueden actuar como biosensores para detectar una amplia gama de bioanalytes ^24. Las metas a largo plazo de los sistemas de DEP en 3D de alto rendimiento son identificar rápidamente los tipos de células ^25-27, o lograr sin etiquetas, clasificación de células eléctricamente mediada de las células enfermas de las poblaciones de células sanas ^28. En este trabajo se demuestra la optimización del material y preparación de equipo y el servicio seguido de la ilustración y el análisis de los resultados típicos.