تطوير جهاز 3D الجرافين الكهربائي Dielectrophoretic

الجرافين هو مادة الرواية تشتهر خصائص عالية الجودة الإلكترونية والتطبيقات الكيميائية وجهاز الاستشعار البيولوجي المحتملة ^1. وقد استخدمت nanoplatelets الجرافين للحصول على الدعم المحفز ^{2، 3، 4} أجهزة الاستشعار، المكثفات ^{الفائقة-5،} والأقطاب الكهربائية المركبة، بما في ذلك الجرافين / آنلين والمواد المركبة جسيمات متناهية الصغر السيليكون / الجرافين ^6-8. توضح هذه المخطوطة الاستفادة من ورقة الجرافين كما أقطاب في فريدة ثلاثية الأبعاد (3D)، وجهاز ميكروفلويديك الطبقات. ومغلفة أقطاب رقة الجرافين مع ينسولاتيفي الشريط على الوجهين وغرفة حفر داخل التي كان يؤديها dielectrophoresis 3D AC من الخرز البوليسترين.

Dielectrophoresis (DEP) يشير إلى حركة الجزيئات قطوب ضمن الحقول الكهربائية غير موحدة. يحدث DEP إيجابية (pDEP) أو DEP السلبية (NDEP) عندما الجسيمات هي أكثر أو أقل من قطوب المحيطة المتوسطة، دورة الفتشوبlting في التحرك نحو أقوى أو أضعف المجال الكهربائي، على التوالي. وقد استخدمت هذه الأداة كهربي غير الخطية للانفصال، والفرز، ومحاصرة، وتحديد الجزيئات والخلايا البيولوجية ^9-15. قوة dielectrophoretic التي يعاني منها الجسيمات المستقطبة هي وظيفة من التدرج الحقل الكهربائي، نصف قطرها الجسيمات والشكل، والجسيمات خصائص عازلة بما في ذلك الموصلية والسماحية، فضلا عن وسائل الإعلام والموصلية السماحية. في التقليدية ثنائية الأبعاد (2D) DEP، حركة الجسيمات الأولية في الطائرة من التدرج الحقل الكهربائي بين الأقطاب الكهربائية عادة شكلت سطح microfabricated؛ الحركة في الاتجاه الرأسي لا يكاد يذكر بالمقارنة مع الاتجاهات في الطائرة في معظم الأجهزة. ومع ذلك، وتسخير هذا البعد الثالث من التدرجات مجال كهربائي ل3D DEP يسمح للأعلى عينة الإنتاجية ويزيد من براعة تصميم فصل dielectrophoretic الجديدة والمحسنة التي تدفق هو TRAVERSE إلى الميدان التدرجات ^{16، 17.} وتشمل تصاميم محددة أخرى 3D القائم على عازل DEP ^18، 3D الكربون القطب DEP ^{13، 19،} و 3D الكهربائي DEP ^10. كما يتضح من البحث في هياكل 3D، مثل هذه الأجهزة يمكن أن تعمل في وضع التدفق المستمر لتحقيق أعلى الانتاجية. ويتحقق رصد حركة الجسيمات 3D في الجهاز لدينا 3D الطبقات بوصفها وظيفة من وتيرة والموصلية المتوسطة عبر المجهر الضوئي على ارتفاعات مختلفة التنسيق.

Fatoyinbo وآخرون. ذكرت أول DEP في 3D مغلفة هيكل القطب / العزل باستخدام مكدسة بدلا من 30 ميكرون رقائق الألومنيوم و 150 ميكرومتر الايبوكسي الأفلام الراتنج ^20. هوبنر آخرون. ثم تصميم أقطاب مماثلة مغلفة 3D مع 35 ميكرون الشريط النحاس و 118 ميكرومتر بوليميد لاصق ^21. هذا العمل يستعير تصميم 3D جيدا ^{22، 23}، ويستخدم فريد راحة 50 ميكرون ورقة الجرافين كما طبقات وإجراء 100 ميكرون الشريط على الوجهين كما الطبقات العازلة، التي حققت الختم والتدريع الكهربائية كافية. الجرافين رقة براعة هو ميزة واضحة عن الأجهزة بالغة الصغر القطب 3D لأن nanoplatelets الجرافين لديها القدرة على العمل في وقت واحد كما أجهزة الاستشعار، والتي أثبتت هذه المجموعة سابقا ^24.

التدرجات مجال تحقيق داخل الجرافين ورقة / البوليمر مغلفة الأجهزة بالغة الصغر 3D تعتمد على الأبعاد الصغيرة بشكل جيد، ورقة الجرافين طبقات، وتطبيق الحقل الكهربائي. وتشمل أبعاد حرجة التباعد العمودي الكهربائي (إجراء والعزل سمك طبقة) وقطرها الصغير بشكل جيد وارتفاع (يحددها طبقات مكدسة). يمكن ضبطها إشارة كهربائية عبر السعة والتردد. هيكل الجهاز الحالي هو لتشغيل الدفعة، ولكن يمكن أن يكون متلائما مع جهاز التدفق المستمر. القوات المسلحة البوروندية الجهازتقنية rication الموصوفة هنا هو مناسبة لتطوير مغلفة 3D الأقطاب مع مجموعة واسعة من خصائص الجرافين nanoplatelet ببساطة عن طريق تبادل ورقة الجرافين المستخدمة. مزايا استخدام ورقة الجرافين هي براعة من الخصائص الفيزيائية والكيميائية، وخفض النفقات، ويمكن أن تتصرف بشكل متزامن nanoplatelets الجرافين كما أجهزة الاستشعار للكشف عن مجموعة واسعة من bioanalytes ^24. أهداف طويلة الأجل لنظم DEP 3D إنتاجية عالية في تحديد أنواع الخلايا بسرعة ^25-27، أو تحقيق خالية من التسمية، بوساطة كهربائيا الفرز خلية من الخلايا المريضة من السكان من الخلايا السليمة ^28. يوضح هذه الورقة التحسين المادي وإعداد وتشغيل الجهاز تليها التوضيح وتحليل نتائج نموذجية.