En mikroanordning med hög genomströmning potential användes för att demonstrera tredimensionella (3D) dielektrofores (DEP) med nya material. Grafen nanoplatelet papper och dubbelhäftande tejp var omväxlande staplas; en 700 ìm mikro borrades tvärs skikten. DEP beteende polystyren pärlor visades i mikro-bra.
Utformning och tillverkning av en ny 3D-elektrodmikroanordning med hjälp av 50 nm tjockt grafen papper och 100 nm dubbelhäftande tejp beskrivs. Protokollet detaljer förfaranden för att bygga en mångsidig, återanvändbara, i flera skikt, laminerat dielektrofores kammaren. Specifikt sex skikt av 50 ^ m x 0,7 cm x 2 cm grafen papper och fem skikt av dubbelsidig tejp ades växelvis staplade tillsammans, fastklämmes sedan till en glasplatta. Därefter gjordes en 700 um diameter mikro-brunn borras genom den laminerade strukturen med användning av en datorkontrollerad mikro borrmaskin. Isolerande egenskaper hos tejpskikt mellan intilliggande grafen lager försäkrades av resistenstester. Silver ledande epoxi anslutna alternerande lager av grafen papper och bildade stabila anslutningar mellan grafen papper och yttre koppartrådelektroder. Den färdiga anordningen därefter fastspänd och tätad mot en glasplatta. Det elektriska fältet lutning modellerades inom than flerskiktsanordning. Dielektroforetiska beteenden av 6 um polystyren pärlor visades på 1 mm djupa mikro-Tja, med medel konduktivitet varierar från 0,0001 S / m till 1,3 S / m, och tillämpad signalfrekvenser från 100 Hz till 10 MHz. Negativa dielektroforetiska svar observerades i tre dimensioner än de flesta av utrymme konduktiviteten-frekvens och cross-over frekvensvärden överensstämmer med tidigare rapporterade litteraturvärden. Enheten hindrade inte AC elektroosmos och elektroflöden, som inträffade i de låga och höga regioner frekvens, respektive. I grafen papper som används i den här enheten är mångsidig och kan sedan fungera som en biosensor efter dielektroforetiska karakteriseringar är klar.
Grafen är ett nytt material som är känt för sin elektroniska egenskaper av hög kvalitet och potentiella kemiska och biosensor ansökningar 1. Grafen nanoplatelets har använts för katalysatorbärare 2, 3, biosensorer 4, superkondensatorer 5 och kompositelektroder inklusive grafen / polyanilin och kisel nanoparticle / grafen kompositer 6-8. Detta manuskript beskriver användning av grafen papper som elektroder i en unik tredimensionell (3D), skiktad mikroflödessystem enhet. Grafen pappers elektroder laminerade med isolerande dubbelhäftande tejp och en kammare borrad inom vilken 3D AC dielektrofores av polystyrenpärlor utfördes.
Dielectrophoresis (DEP) avser förflyttning av polariserbara partiklar under icke-likformiga elektriska fält. Positiv DEP (PDEP) eller negativ DEP (NDEP) uppstår när partiklar som är mer eller mindre polariserbara än det omgivande mediet, resulting i rörelse mot den starkaste eller svagaste elektriska fält, respektive. Denna icke-linjära elektrokinetiskt verktyg har använts för separering, sortering, fånga, och identifiering av partiklar och biologiska celler 9-15. Den dielektroforetiska kraften som upplevs av en polariserad partikel är en funktion av det elektriska fältets gradient, partikel radie och form, partikel dielektriska egenskaper inklusive konduktivitet och permittivitet, liksom media konduktivitet och permittivitet. I traditionell två-dimensionell (2D) DEP är partikelrörelsen i det primära planet för det elektriska fältet lutning typiskt bildad mellan mikrofabricerade ytelektroder; rörelse i vertikal riktning är försumbar jämfört med i planet riktningar i de flesta enheter. Men att utnyttja denna tredje dimension av elektriska fältgradienter för 3D DEP möjliggör högre provkapacitet och ökar mångsidigheten för att utforma nya och förbättrade dielektroforetiska separationer där flödet är traverse till fältgradienter 16, 17. Andra specifika mönster inkluderar 3D-isolator-baserade DEP 18, 3D-kol-elektrod DEP 13, 19, och 3D galvanisering DEP 10. Som framgår av den forskning om 3D-strukturer, kan sådana anordningar användas i kontinuerligt flöde läge för att uppnå en större försäljning. Observation av 3D partikelrörelse i vårt skiktat 3D anordning uppnås som en funktion av frekvens och medel ledningsförmåga via Ijusmikroskopi vid olika fokala höjder.
Fatoyinbo et al. Först rapporterade DEP i en 3D-laminerad elektrod / isolering struktur med hjälp alternativt staplas 30 um aluminiumfolie och 150 ìm epoxiharts filmer 20. Hubner et al. Sedan utformat liknande 3D laminerade elektroder med 35 um kopparband och 118 ìm polyimid lim 21. Detta arbete lånar 3D-bra konstruktion 22, 23Och som är entydigt utnyttjar bekvämligheten xm grafen papper 50 som de ledande skikten och 100 ^ m dubbelhäftande tejp som de isolerande skikten, vilka uppnås tätning och tillräcklig elektrisk skärmning. Grafen papper mångsidighet är en klar fördel för 3D-elektrodmicrodevices eftersom grafen nanoplatelets har förmågan att samtidigt fungera som biosensorer, som denna grupp tidigare visat 24.
De fältgradienter uppnås inom den grafen papper / polymerlamin 3D mikrokomponenter beror på de mikro-brunnsdimensioner, grafen papperskikt och det pålagda elektriska fältet. Kritiska mått inkluderar det vertikala elektrodavståndet (ledande och isolerande skikttjocklek) och mikro väl diameter och höjd (bestäms av lager staplade). Den elektriska signalen kan avstämmas via amplitud och frekvens. Den aktuella anordningsstruktur är för satsvis drift, men kan anpassas till en kontinuerlig flödesenhet. Anordningen fabsmörjning teknik som beskrivs här är lämpliga för utveckling av 3D laminerade elektroder med en bred variation av grafen nanoplatelet egenskaper helt enkelt genom utbyte av grafen papper utnyttjas. Fördelar med användning av grafen papper är mångsidigheten hos de fysiska och kemiska egenskaper, minskad kostnad, och grafen nanoplatelets kan samtidigt fungera som biosensorer för att detektera ett brett spektrum av bioanalytes 24. Långsiktiga mål med hög genomströmning 3D DEP system är att snabbt identifiera celltyper 25-27, eller uppnå etikett-fri, elektriskt medierad cellsortering av sjuka celler från populationer av friska celler 28. Detta dokument visar materialoptimering och enhet förberedelse och drift följt av illustration och analys av typiska resultat.
Detta manuskript detaljer protokoll för att tillverka en ny 6 grafenlager och 5 band lager mikroanordning. Vidare är enhetens funktion illustreras via observerade DEP beteenden av 6.08 um polystyren pärlor tillsammans med en unik, geometriskt relevanta partikelhastighet perspektiv. Denna mångsidiga tillvägagångssätt för att konstruera icke-linjära elektrokinetiska apparater är billigare än elektroden och fluidskiktet mikrotillverkningstekniker Och ändå ge lika tillförlitliga resultat.
<p class="jove_co…The authors have nothing to disclose.
Tack till XG Sciences för generösa donationer av grafen papper. Tack till Dr C. Friedrich för generöst låter oss använda mikro borrutrustning. Ett särskilt tack utvidgas till Tayloria Adams för att berätta videon.
Reagents | |||
Name of Reagent | Company | Catalogue Number | Comments |
Polystyrene Beads | Spherotech, Inc. | PP-60-10 | 6.08 um diameter |
Graphene paper | XG Sciences, Inc. | XG Leaf B-072 | |
Double sided tape | 3M | N/A | 136 office tape |
Silver conductive epoxy | MG chemicals | 8331-14G | Part A &B included |
Mannitol | Sigma Aldrich | 091M0020V | |
Phosphate buffer saline | OmniPur | 0381C490 | |
Equipment: | |||
Name of equipment | Company | Catalogue Number | Comments |
Microscope (CCD Camera) | Zeiss | Axiovert 200M | |
Function/waveform generator | Agilent | 33250A | |
Syringe | Hamilton | 84505 | |
Paper Clamp | ADAMS | 3300-50-3848 | |
Oven | Fisher Scientific | 280A | |
Multimeter | OMEGA | HHM25 | |
Micro-milling machine | AEROTECH | ABL1500 stages/A3200 Npaq controller | |
End mill | ULTRATOOL | 708473 | |
AxioVision | Zeiss | Version4.8 |