I dispositivi microfluidici possono eseguire procedure standard di laboratorio medico e condensare ciascuna in un microchip in grado di bilanciarsi sul coperchio di una bottiglia d'acqua. Un team della Michigan Technological University, studiare ingegneria chimica, ingegneria elettrica e scienza dei materiali, semplificare la progettazione di dispositivi microfluidici da vedere attraverso per osservare il loro funzionamento interno. Usando tunnel sottili come un capello ed elettrodi altrettanto piccoli, questi dispositivi incanalano fluidi attraverso una corrente elettrica per smistare le cellule, trovare malattie, ed eseguire test diagnostici.

Il problema è che i campioni biologici non sono inerti:sono carichi e pronti per interagire. Quando i fluidi entrano in contatto con gli elettrodi del microdispositivo, possono verificarsi esplosioni. Piccoli. Ma l'esplosione dei globuli rossi, causata da uno squilibrio ionico che fa esplodere le membrane cellulari in un processo chiamato lisi, supera il punto di testare i livelli di zucchero nel sangue o il gruppo sanguigno. In altri test, come per il cancro o le malattie infettive, pasticciare con la chimica del campione può portare a falsi negativi o falsi positivi. Interazioni tra campioni ed elettrodi, chiamate reazioni faradaiche, può essere un effetto collaterale indesiderato nella microfluidica.

Per preservare l'integrità dei campioni e mantenere una superficie libera per osservare cosa sta succedendo all'interno del dispositivo, Gli ingegneri di Michigan Tech descrivono in dettaglio come i sottili strati di ossido di afnio agiscono come una protezione per lo schermo del telefono cellulare per i microdispositivi. Il loro lavoro è stato recentemente pubblicato su Film solidi sottili e un video di un dispositivo mostra come funziona lo strato protettivo.

Jeana Collins, docente di ingegneria chimica, ha studiato microfluidica per la sua ricerca di dottorato presso la Michigan Tech ed è la prima autrice del documento. Spiega come il lab-on-a-chip utilizza un processo chiamato dielettroforesi.

"La risposta dielettroforetica è un movimento, "dice. "E come fai a dire che si è mosso? Guardandolo muoversi."

Collins continua spiegando che un campo elettrico non uniforme dagli elettrodi interagisce con la carica sulle particelle o cellule in un campione, facendoli migrare. Molti dispositivi biologici lab-on-a-chip si basano su questo tipo di risposta elettrica.

"Come ingegneri chimici, ci occupiamo più della parte fluidica, "Collins dice, aggiungendo che anche l'elettronica è fondamentale e un glucometro è un ottimo esempio. "Hai il sangue - questo è il tuo fluido - e va dentro, hai fatto un test, quindi ottieni una lettura digitale. Quindi è una combinazione di fluidica ed elettronica."

Anche se un lab-on-a-chip commercializzato come un glucometro è coperto, Collins e altri ingegneri devono vedere cosa sta succedendo per ottenere un'immagine chiara al microscopio. Ecco perché l'ossido di afnio, che lascia solo una leggera sfumatura, è utile nello sviluppo della progettazione di microdispositivi.

Anche, la tecnologia non si applica a un singolo dispositivo. Per la sua semplicità, lo strato di ossido di afnio funziona con diversi tipi di elettrodi, mantiene una costante dielettrica costante di 20,32 ed è emocompatibile, ovvero riduce al minimo le reazioni faradaiche che possono causare la lisi cellulare, quindi meno globuli rossi esplodono quando si avvicinano agli elettrodi.

Collins e il suo team hanno testato tre diversi spessori di ossido di afnio:58 nanometri, 127 nanometri e 239 nanometri. Hanno scoperto che, a seconda del tempo di deposizione, 6,5 minuti, 13 minuti e 20 minuti:la granulometria e la struttura possono essere modificate in base alle esigenze di dispositivi specifici. L'unico potenziale problema sarebbe per i microdispositivi basati sulla fluorescenza perché l'ossido di afnio interferisce con determinate lunghezze d'onda. Però, la trasparenza ottica dello strato lo rende una buona soluzione per molti test biologici lab-on-a-chip.