פיתוח של התקנים 3D גראפן אלקטרודה dielectrophoretic

גרפן הוא חומר לרומן ידוע לנכסיה באיכות גבוהה האלקטרוניים ויישומים כימיים וbiosensor פוטנציאל ^1. nanoplatelets גרפן היה בשימוש במשך תמיכת זרז ^{2, 3, 4} biosensors, סופר קבלים ^5, ומרוכבים אלקטרודות כולל גרפן / polyaniline וחומרים מרוכבים nanoparticle סיליקון / גרפן ^6-8. כתב יד זה מתאר ניצול של נייר גרפן כאלקטרודות בייחודי תלת ממדים (3D), מכשיר microfluidic שכבתי. אלקטרודות נייר גראפן היו מרובדים בקלטת דו צדדית insulative וקאמרית נקדח שבתוכו dielectrophoresis 3D AC של חרוזי פוליסטירן בוצע.

Dielectrophoresis (DEP) מתייחס לתנועה של חלקיקי polarizable תחת שדות חשמליים לא אחידים. DEP החיובי (pDEP) או DEP השלילי (NDEP) מתרחש כאשר חלקיקים הם פחות או יותר polarizable מאשר הבינוני, resu מסביבlting בתנועה לכיוון השדה החשמלי החזק או חלש, בהתאמה. כלי electrokinetic קוי זו שימש להפרדה, מיון, לכידה, וזיהוי של חלקיקים ותאים ביולוגיים ^9-15. כוח dielectrophoretic המנוסים על ידי חלקיקים מקוטבים הוא פונקציה של שיפוע השדה החשמלי, רדיוס חלקיקים וצורה, מאפייני דיאלקטרי חלקיקים כולל מוליכות וpermittivity, כמו גם מוליכות תקשורת וpermittivity. בDEP המסורתי דו ממדי (2D), תנועת חלקיקים היא במישור העיקרי של שיפוע השדה החשמלי שנוצר בדרך כלל בין אלקטרודות משטח microfabricated; תנועה בכיוון האנכי היא זניחה בהשוואה לכיוונים במטוס ברוב המכשירים. עם זאת, רתימת הממד השלישי הזה של הדרגות שדה חשמליות ל3D DEP מאפשרת תפוקה גבוהה יותר לדוגמה, ומגבירה את הרבגוניות לעצב הפרדות dielectrophoretic חדשות ומשופרות שבו הזרימה היא traveRSE לשדה הדרגתיים ^{16, 17.} עיצובים ספציפיים אחרים כוללים DEP מבוסס 3D מבודד ^18, פחמן אלקטרודה 3D DEP ^{13, 19,} ו3D גלוון DEP ^10. כפי שמעיד המחקר לתוך מבני 3D, יכולים להיות מופעלים על מכשירים כאלה בזרימת מצב מתמשך על מנת להשיג תפוקה גבוהה יותר. תצפית של תנועת חלקיקי 3D במכשיר 3D השכבתי שלנו מושגת כפונקציה של תדירות ומוליכות בינוניות באמצעות מיקרוסקופ אור בגבהים מוקד שונים.

Fatoyinbo et al. דווח לראשונה DEP ב3D למינציה מבנה אלקטרודה / בידוד באמצעות נייר כסף נערם לחלופין 30 מיקרומטר אלומיניום ו150 סרטי שרף אפוקסי ²⁰ מיקרומטר. הובנר ואח'. לאחר מכן נועד אלקטרודות למינציה 3D דומות עם 35 מיקרומטר סרט נחושת ו118 מיקרומטר דבק polyimide ^21. עבודה זו לווה עיצוב 3D היטב ^{22, 23}, ומנצל באופן ייחודי את הנוחות של 50 נייר מיקרומטר גרפן כשכבות ניהול ו100 מיקרומטר קלטת דו צדדית כמו שכבות הבידוד, אשר השיגו איטום ומיגון חשמל מספיק. צדדיות נייר גראפן הוא יתרון מובהק לmicrodevices האלקטרודה 3D כי יש לי nanoplatelets גרפן היכולת לפעול במקביל כbiosensors, שקבוצה זו הפגינה ²⁴ בעבר.

הדרגות השדה הושגו תוך נייר / פולימר גרפן למינציה microdevices 3D תלוי בממדי מיקרו היטב, שכבות נייר גרפן, והשדה החשמלי מיושם. ממדים קריטיים כוללים את המרווח האנכי אלקטרודה (ניצוח ובידוד עובי שכבה) וקוטר מיקרו היטב וגובה (נקבע על ידי שכבות שנערמו). האות החשמלית יכולה להיות מכוונת באמצעות המשרעת ותדירות. מבנה המכשיר הנוכחי הוא לפעולה אצווה, אבל יכול להיות מותאם למכשיר זרימה רציף. Fab המכשירטכניקת rication המתוארת כאן היא מתאימה לפיתוח 3D למינציה אלקטרודות עם מגוון רחב של נכסי nanoplatelet גרפן פשוט על ידי החלפת נייר גרפן מנוצל. יתרונות של ניצול נייר גרפן הם רבגוניות של תכונות פיסיקליות וכימיות, הוצאות מופחתות, וnanoplatelets גרפן במקביל יכול לשמש biosensors כדי לזהות מגוון רחב של bioanalytes ^24. מטרות ארוך טווח של מערכות DEP 3D תפוקה גבוהה הן לזהות במהירות סוגי תאי ^25-27, או להשיג ללא תווית, מיון תא בתיווך חשמלי של תאים חולים מאוכלוסיות של תאים בריאים ^28. מסמך זה מדגים אופטימיזציה של חומר והכנה ותפעול מכשיר ואחריו המחשה וניתוח של תוצאות טיפוסיות.