Développement d'un périphérique 3D graphène électrode diélectrophorétiques

Le graphène est un nouveau matériau connu pour ses propriétés électroniques de haute qualité et chimiques et biocapteurs applications potentielles ^1. nanoplaquettes de graphène ont été utilisés pour support de catalyseur ^{2, 3, 4,} biocapteurs super-condensateurs ⁵ et composites électrodes dont le graphène / polyaniline et composites nanoparticules de silicium / graphène ^6-8. Ce manuscrit décrit l'utilisation de papier de graphène comme électrodes dans un cadre unique en trois dimensions (3D), dispositif microfluidique couches. Électrodes en papier graphène ont été stratifiées avec du ruban adhésif double-face isolante et une chambre percé dans lequel diélectrophorèse 3D AC de billes de polystyrène a été réalisée.

Diélectrophorèse (DEP) se réfère au mouvement des particules polarisables sous champs électriques non-uniformes. DEP positive (pDEP) ou DEP négative (nDEP) se produit quand les particules sont plus ou moins polarisable que le milieu, resu environslting en mouvement vers le champ électrique plus forte ou plus faible, respectivement. Cet outil électrocinétique non linéaire a été utilisée pour la séparation, le tri, le piégeage et l'identification des particules et des cellules biologiques ^9-15. La force diélectrophorétique subie par une particule polarisée est une fonction du gradient de champ électrique, le rayon et la forme de particules, de particules dont les propriétés diélectriques de permittivité et la conductivité, ainsi que la conductivité du support et de la permittivité. En deux dimensions (2D) DEP traditionnelle, le mouvement des particules est dans le plan principal du gradient de champ électrique généralement formé entre des électrodes de surface micro-usinés; déplacement dans la direction verticale est négligeable par rapport à des directions dans le plan dans la plupart des dispositifs. Cependant, l'exploitation de cette troisième dimension de gradients de champ électrique pour 3D DEP permet un débit plus élevé de l'échantillon et augmente la polyvalence de concevoir de nouveaux et améliorés séparations diélectrophorétiques dans lequel le flux est traverse au champ des gradients ^{16, 17.} D'autres conceptions spécifiques comprennent 3D DEP ^isolant-18, carbone-électrode 3D ​​DEP ^{13, 19,} et 3D galvanoplastie DEP ^10. Comme le montre la recherche de structures 3D, de tels dispositifs peuvent être exploités en mode de flux continu d'atteindre des débits plus élevés. Observation du mouvement des particules 3D dans notre dispositif 3D en couches est réalisée en fonction de la fréquence et de la conductivité moyenne par microscopie optique à des hauteurs différentes focales.

Fatoyinbo et al. Premier DEP rapporté dans une structure de stratifié 3D électrode / isolant en utilisant alternativement empilés 30 um feuille d'aluminium et 150 um époxy films de résine ^20. Hubner et al. Ont ensuite conçu électrodes stratifiés similaires 3D avec 35 um ruban de cuivre et 118 um polyimide adhésif ^21. Ce travail emprunte la conception 3D et ^{22, 23}, Et utilise uniquement la commodité de 50 um papier de graphène comme les couches conductrices et 100 um scotch double-face que les couches isolantes, qui ont réalisé étanchéité et protection électrique suffisante. Le graphène papier polyvalence est un avantage certain pour microdevices d'électrodes 3D parce que les nanoplaquettes de graphène ont la capacité d'agir en même temps comme biocapteurs, qui ce groupe déjà démontré ^24.

Les gradients de champ obtenus dans le graphène papier / polymère laminées microsystèmes 3D dépendent des dimensions micro-puits, les couches de papier de graphène, et le champ électrique appliqué. Dimensions critiques comprennent l'espacement vertical de l'électrode (conducteur et isolant des épaisseurs de couche) et le diamètre des micro-puits et la hauteur (déterminée par couches superposées). Le signal électrique peut être réglé par l'intermédiaire de l'amplitude et de la fréquence. La structure du dispositif est en cours de fonctionnement par lots, mais peut être adaptée à un dispositif à écoulement continu. L'usine de fabrication de dispositiftechnique de rication décrit ici est approprié pour le développement 3D stratifiée électrodes avec une grande variété de propriétés de graphène nanoplatelet simplement en échangeant le papier de graphène utilisés. Avantages de l'utilisation du papier de graphène sont la polyvalence des propriétés physiques et chimiques, frais réduits, et les nanoplaquettes de graphène peuvent simultanément agir comme biocapteurs pour détecter un large éventail de bioanalytes ^24. Les objectifs à long terme des systèmes de DEP 3D à haut débit sont d'identifier rapidement les types de cellules ^25-27, ou d'atteindre sans étiquette, tri cellulaire médiée électriquement des cellules malades de populations de cellules saines ^28. Cet article démontre l'optimisation des matériaux et la préparation de l'appareil et de l'exploitation suivie par l'illustration et l'analyse des résultats typiques.