Разработка устройства 3D Графен электрода Dielectrophoretic

Summary

Микроприбор с высокой пропускной потенциал используется для демонстрации трехмерных (3D) диэлектрофореза (DEP) с новыми материалами. Графен nanoplatelet бумаги и двусторонний скотч поочередно укладываются; микро-хорошо 700 мкм была пробурена поперек слоев. DEP поведение полистирольных шариков была продемонстрирована в микро-и.

Abstract

Проектирование и изготовление нового 3D электрода Microdevice, используя 50 мкм толщиной графена бумагу и 100 мкм двусторонний скотч описывается. Подробнее Протокол процедуры построить универсальный, многоразовые, многослойный, ламинированные диэлектрофореза камеру. В частности, шесть слоев 50 мкм х 0,7 см х 2 см графен бумаги и пяти слоев двухсторонней ленты поочередно сложены вместе, то прижимается к предметное стекло. Тогда диаметр мкм микро-и 700 была пробурена через слоистой структуры с использованием компьютерным управлением микро сверлильный станок. Изоляционные свойства ленты слоя между соседними слоями графена были уверены по тестам сопротивления. Серебряный проводящий эпоксидный связаны альтернативные слоев графена бумаги и формируются стабильные связи между графеновой бумаги и внешних медных проводов электродов. Затем готовый устройство зажимали и опечатаны в стекло. Градиент электрического поля была смоделирована в тон многослойный устройство. Dielectrophoretic поведение 6 мкм полистирольных шариков были продемонстрированы в 1 мм глубиной микро-а, со средними проводимости, начиная от 0,0001 См / м до 1,3 См / м, и применяются частоты сигнала от 100 Гц до 10 МГц. Отрицательные dielectrophoretic ответы наблюдались в трех измерениях на большей части проводимости частотном пространстве и частоты кроссовера значения согласуются с ранее значения литературы. Устройство не помешало переменного тока Электроосмос и электротермические потоки, которые произошли в регионах низких и высоких частот, соответственно. Графен бумага используется в этом устройстве является универсальным и впоследствии может функционировать в качестве биосенсора после dielectrophoretic характеризации являются полными.

Introduction

Графен представляет собой новый материал известен своими высококачественных электронных свойств и потенциальных химических и биосенсоров приложений ^1. Графен нанопластинок были использованы для катализатора поддержки ^{2, 3,} биосенсоров ^4, супер-конденсаторов ⁵ и композитных электродов в том числе графена / полианилина и кремния наночастиц / графеновых композитов ^6-8. Эта рукопись описывает использование графена бумаги в качестве электродов в уникальной трехмерной (3D), слоистой микрожидкостных устройств. Графен бумаги электроды с прослойкой из изолирующего двухсторонней ленты и камеры высверленное течение которого была осуществлена ​​3D AC диэлектрофорез из полистирола.

Диэлектрофорез (DEP) относится к движению поляризуемых частиц при неоднородных электрических полей. Положительный DEP (pDEP) или отрицательный DEP (ППСИ) происходит, когда частицы являются более или менее поляризуемый, чем окружающая среда, Resulting в движении к сильнейшей или слабого электрического поля, соответственно. Это нелинейное электрокинетический инструмент был использован для разделения, сортировка, заманивая в ловушку, и идентификация частиц и биологических клеток ^9-15. Dielectrophoretic сила испытывали на поляризованной частицы является функцией градиента электрического поля, радиуса и формы частиц, частиц диэлектрических свойств, включая проводимости и диэлектрической проницаемости, а также медиа проводимости и диэлектрической проницаемости. В традиционной двумерной (2D) DEP, движение частиц в первичном плоскости градиентом электрического поля, как правило, образованной между микроизготовленном поверхностных электродов; движение в вертикальном направлении незначительна по сравнению с в плоскости направлений в большинстве устройств. Тем не менее, оседлать эту третье измерение электрических градиентов поля для 3D DEP позволяет высокая производительность и увеличивает универсальность для разработки новых и усовершенствованных dielectrophoretic разделения, в котором поток травеRSE в поле градиентов ^{16, 17.} Другие конкретные проекты включают 3D изолятор на основе DEP ¹⁸ углерода 3D-электрода DEP ^{13, 19,} и 3D гальванических DEP ^10. Как свидетельствуют исследования в 3D структур, такие устройства могут работать в режиме с непрерывным потоком для достижения более высокую пропускную. Наблюдение движения 3D частиц в нашей слоистой 3D устройства достигается в зависимости от частоты и средней проводимости через световой микроскопии при различных фокальных высоты.

Fatoyinbo соавт. Впервые сообщил DEP в 3D слоистой структуры электрод / изоляции с использованием в качестве альтернативы сложены 30 мкм алюминиевой фольги и 150 мкм эпоксидная смола фильмы ^20. Хюбнер и др.. Затем разработаны аналогичные 3D ламинированные электроды с 35 мкм медной ленты и 118 мкм полиимидной клея ^21. Эта работа занимает дизайн 3D-а ^{22, 23}И однозначно использует удобство 50 мкм графеновом бумаги в качестве проводящих слоев 100 мкм двухсторонней ленты, как изолирующих слоев, которые достигли герметизации электрических и достаточно экранирование. Графен бумаги универсальность является особым преимуществом для 3D электродных микроустройств потому что графеновые нанопластинок имеют возможность одновременно выступать в качестве биосенсоров, которые эта группа ранее продемонстрировали ^24.

Полевые градиенты, достигнутые в графеновой бумаги / полимера ламинированные 3D микроприборы зависят от размеров микро-а, графеновых слоев бумаги и приложенного электрического поля. Критические размеры включают вертикальную расстояние между электродами (проведение и изолирующую толщины слоев) и диаметр микро-а и высоту (определяется слоев сложены). Электрический сигнал может быть настроен через амплитудой и частотой. Структура ток устройства для пакетной обработки, но могут быть приспособлены к непрерывной устройства потока. Потрясающий устройствотехника rication описано здесь подходит для разработки 3D ламинированные электроды с широким спектром свойств графена nanoplatelet просто путем замены графена бумагу использованы. Преимущества использования графена бумаги являются универсальность физических и химических свойств, снижение издержек, и графеновые нанопластинок может одновременно выступать в качестве биосенсоров для обнаружения широкий спектр bioanalytes ^24. Долгосрочные цели с высокой пропускной 3D систем DEP являются быстро идентифицировать типы клеток ^25-27, или достичь без наклеек, электрически опосредованную клеточную сортировку больных клеток из популяций здоровых клеток ^28. Эта статья демонстрирует оптимизацию материала и подготовку и работу устройств с последующей иллюстрации и анализа типичных результатов.

Protocol

1. Изготовьте Ламинированный электрода / изоляции 3D структура Для 6 графена слоя, 5 лента слой устройство, вырезать графена бумагу с помощью скальпеля или аналогичного лезвием бритвы и прямо обоюдоострого правителя в шести 0,7 см х 1,5 см прямоугольников и использовать ножницы, чтобы …

Representative Results

Dielectrophoretic эксперименты по 6 гранул полистирола мкм были проведены в 0,38 мм 3 цилиндрической микро-и. Результаты показывают, что 3D ламинированные графен бумажных устройство может проиллюстрировать подобные dielectrophoretic подписей как 3D металлической фольги ламинированные устройств …

Discussion

Эта рукопись детали протоколов для изготовления графена слой роман 6 и 5 лента слоя микроустройство. Кроме того, работа устройства иллюстрируется с помощью наблюдаемых DEP поведения 6,08 мкм полистирольных шариков вместе с уникальным, геометрически соответствующей подхода анализа части?…

Materials

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