Entwicklung eines 3D-Graphen-Elektroden-Dielektrophoretische Geräte

Graphen ist ein neuartiges Material für seine qualitativ hochwertigen elektronischen Eigenschaften und mögliche chemische und Biosensor-Anwendungen ¹ bekannt. Graphen-Nanoplättchen sind für Katalysatorträger ^{2, 3, 4} Biosensoren, Superkondensatoren ^5, und Composite-Elektroden, einschließlich Graphen / Polyanilin und Silizium-Nanopartikel / Graphen-Verbundwerkstoffe ^8.6 verwendet. Diese Handschrift beschreibt Ausnutzung Graphen Papier als Elektroden in einer einzigartigen dreidimensionalen (3D), mehrschichtige Mikrofluid-Vorrichtung. Graphen Papier Elektroden wurden mit isolierenden doppelseitigen Klebeband und einer Kammer gebohrt, in dem 3D-AC Dielektrophorese Polystyrolkügelchen durchgeführt wurde laminiert.

Dielektrophorese (DEP) auf die Bewegung von polarisierbaren Teilchen unter nicht-gleichförmige elektrische Felder. Positive DEP (pDEP) oder negative DEP (nDEP) tritt auf, wenn Teilchen sind mehr oder weniger polarisierbar als das umgebende Medium, resulting in Bewegung in Richtung des stärksten oder schwächsten elektrisches Feld auf. Diese nichtlineare elektro Werkzeug für die Trennung verwendet wurde, Sortieren, Trapping, und Identifizierung von biologischen Teilchen und Zellen ^9-15. Dielektrophoretischen Kraft durch einen polarisierten Teilchen erfahren wird, ist eine Funktion des Gradienten des elektrischen Feldes, Partikel-Radius und Form, Partikel dielektrischen Eigenschaften, einschließlich Leitfähigkeit und Dielektrizitätskonstante als auch der Medien Leitfähigkeit und Dielektrizitätskonstante. In herkömmlichen zweidimensionalen (2D) DEP ist Partikelbewegung in der Hauptebene des elektrischen Feldgradienten typischerweise zwischen mikrogefertigten Oberflächenelektroden ausgebildet ist; Bewegung in der vertikalen Richtung ist im Vergleich zu Richtungen in der Ebene in den meisten Geräten. Jedoch die Nutzung dieses dritten Dimension von elektrischen Feldgradienten für 3D DEP ermöglicht höheren Probendurchsatz und erhöht die Flexibilität, neue und verbesserte dielektrophoretische Trennungen, in dem die Strömung trave entwerfenrse in das Feld Gradienten ^{16, 17.} Weitere spezifische Designs gehören 3D-Isolator-basierte DEP ^18, 3D-Kohlenstoff-Elektrode DEP ^{13, 19,} und 3D-Galvanik DEP ^10. Wie durch die Forschung in 3D-Strukturen belegt, können solche Vorrichtungen im Durchlaufbetrieb betrieben werden, um einen höheren Durchsatz zu erzielen. Die Beobachtung der 3D-Partikelbewegung in unserem geschichtet 3D Gerät wird als Funktion der Frequenz und mittlere Leitfähigkeit über Lichtmikroskopie bei verschiedenen Brenn Höhen erreicht.

Fatoyinbo et al. Berichtete zuerst DEP in einer 3D-laminiert Elektrode / Isolationsstruktur mit abwechselnd gestapelt 30 um Aluminiumfolie und 150 um Epoxyharzfilme ^20. Hubner et al. Dann ähnliche 3D laminierten Elektroden mit 35 um Kupferband und 118 um Polyimid-Klebstoff ²¹ ausgelegt. Diese Arbeit leiht das 3D-Design sowie ^{22, 23}Und eindeutig nutzt die Vorteile von 50 um Graphen Papier als die leitenden Schichten und 100 um doppelseitige Klebeband als die isolierenden Schichten, die eine Abdichtung und eine ausreichende elektrische Abschirmung erzielt. Graphen-Papier Vielseitigkeit ist ein deutlicher Vorteil für die 3D-Elektrodenmikrobauelementen, weil die Graphennanoplättchen haben die Fähigkeit, gleichzeitig als Biosensoren, die diese Gruppe zuvor gezeigt, ²⁴ zu handeln.

Die Feldgradienten innerhalb der Graphen-Papier / Polymer erreicht laminiert 3D-Mikrobauelementen, hängt von den Mikroabmessungen, der Graphenpapierschichten und des angelegten elektrischen Feldes. Kritische Dimensionen sind die vertikalen Elektrodenabstand (leitenden und isolierenden Schichtdicken) und Mikro-sowie Durchmesser und Höhe (von Schichten gestapelt bestimmt). Das elektrische Signal kann über Amplitude und Frequenz abgestimmt werden. Die aktuelle Vorrichtungsstruktur ist für Chargenbetrieb, sondern kann auf einer kontinuierlichen Strömungsvorrichtung angepasst werden. Das Gerät fabhier beschriebenen rication Technik ist geeignet für die Entwicklung von 3D-Schichtelektroden mit einer Vielzahl von Graphen nanoplatelet Eigenschaften durch einfachen Austausch des Graphen-Papier verwendet. Vorteile der Verwendung von Graphen-Papier sind Vielseitigkeit der physikalischen und chemischen Eigenschaften, reduzierte Kosten und die Graphen-Nanoplättchen können gleichzeitig agieren als Biosensoren eine breite Palette von Bioanalyten ²⁴ zu erkennen. Langfristige Ziele der Hochdurchsatz-3D-DEP-Systeme sind schnell zu identifizieren Zelltypen ^25-27, oder erreichen markierungsfreie, elektrisch vermittelte Zellsortierung von kranken Zellen aus Populationen von gesunden Zellen ^28. Dieses Papier zeigt die Materialoptimierung und Geräte Vorbereitung und Betrieb, gefolgt von Darstellung und Analyse von typischen Ergebnisse.