Instrumentasi Mikrofluida

Instrumentasi Mikrofluida

1

Dr. Gea O.F. Parikesit – Indonesia, Mei 2009 http://gea.ari.googlepages.com/geaofp-cv

Mikrofluida adalah… …ilmu mengenai fluida pada skala ~100 mikrometer.

“efek Teratai”

http://photography.nationalgeographic.com/photography/wallpaper/green-frog-blair.html http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Lotus3.jpg

Mikrofluida itu… 1. 2. 3. 4.

Punya aplikasi yang relevan di Indonesia. Berperilaku sangat berbeda dari makrofluida. Bisa diamati dengan mikroskopi kuantitatif. Dapat difabrikasi di Indonesia.

Relevansi mikrofluida di Indonesia

(Kasus relevan lainnya: Demam Berdarah, Hepatitis, Malaria, HIV, Alergi, dlsb.)

http://www.passporthealtheastsc.com/Pics/newvaccines/AvianFlu_map.jpg


Sampel Sel Lab Klinis 1. Volume sampel, reagen, & limbah yang besar. 2. Terpusat di tempat tertentu. 3. Peralatan perlu operator ahli.

Molekul Data

http://www.clipartguide.com/_named_clipart_images/0511-0801-1513-1660_Lab_Technician_Mixing_in_a_Beaker_clipart_image.jpg


Sampel Sel Lab Klinis

Molekul

Lab-dalam-Kepingan (LdK) Lab-on-a-Chip (LoC)

1. Volume sampel, reagen, & limbah yang besar. 2. Terpusat di tempat tertentu. 3. Peralatan perlu operator ahli.

Data Biaya Waktu

1. Volume sampel, reagen, & limbah yang kecil. 2. Dapat dibawa ke manamana. 3. Operasinya dapat lebih mandiri.


Mikrofluida itu… 1. 2. 3. 4.

Punya aplikasi yang relevan di Indonesia. Berperilaku sangat berbeda dari makrofluida. Bisa diamati dengan mikroskopi kuantitatif. Dapat difabrikasi di Indonesia.

Mikrofluida vs. Makrofluida

Lab-dalam-Kepingan (LdK)

Lab Klinis Dimensi instrumen: ~10 cm. Volume fluida: ~ 1 L.

10-3 x (10-3)3 x

Dimensi instrumen: ~100 µm. Volume fluida: ~ 1 nL.

LdK mampu mengurangi volume sampel, reagen, dan limbah, tapi…


Mikrofluida vs. Makrofluida LdK mampu mengurangi volume sampel, reagen, dan limbah, tapi… … perilaku fluida di skala mikro ternyata sangat berbeda dengan di skala makro!

Pengaruh gaya-gaya permukaan pada fluida L2 ∝ 3 = L-1 Pengaruh gaya-gaya volume pada fluida L

L0

∞

Mikrofluida vs. Makrofluida Pengaruh gaya-gaya permukaan pada fluida L2 ∝ 3 = L-1 Pengaruh gaya-gaya volume pada fluida L

L0

∞

1 1/2

6/4 = 12 1/8 Luas 6 = Volume 1

1/4 6/16 = 24 1/64

1/8 6/64 = 48 1/512

=6 • •

Contoh gaya permukaan: kekentalan. Contoh gaya volume: inersia.

Mikrofluida vs. Makrofluida Pengaruh gaya-gaya permukaan pada fluida L2 ∝ 3 = L-1 Pengaruh gaya-gaya volume pada fluida L

ρuL Pengaruh inersia pada fluida = Re = µ Pengaruh kekentalan pada fluida

• •

L0

L0

∞

0

Contoh gaya permukaan: kekentalan. Contoh gaya volume: inersia.

Mikrofluida vs. Makrofluida ρuL Pengaruh inersia pada fluida = Re = µ Pengaruh kekentalan pada fluida

http://jilawww.colorado.edu/perkinsgroup/Purcell_life_at_low_reynolds_number.pdf

L0

0


• • •

http://gmwgroup.harvard.edu/research_microfluidics/figure1.html

L0

0

Aliran selalu laminar. Fluida terasa kental, sulit tercampur satu sama lain. Pencampuran sangat bergantung pada proses difusi.


http://gmwgroup.harvard.edu/research_microfluidics/figure1.html http://www.cosmeticsinrussia.com/images/market-research/1391/1.jpg http://img25.imageshack.us/img25/9172/b3702485white4mr.gif

L0

0

Mikrofluida vs. Makrofluida LdK mampu mengurangi volume sampel, reagen, dan limbah, tapi… … perilaku fluida di skala mikro ternyata sangat berbeda dengan di skala makro!

Pengaruh gaya-gaya permukaan pada fluida L2 ∝ 3 = L-1 Pengaruh gaya-gaya volume pada fluida L

L0

∞

Pemahaman perilaku mikrofluida ini perlu dikuasai untuk dapat merancang LdK.

Mikrofluida: berbasis tekanan Persamaan kontinuitas (incompressible) Persamaan momentum (Navier-Stokes)

P+∆P

P

Mikrofluida: berbasis tekanan Persamaan kontinuitas (incompressible) Persamaan momentum (Navier-Stokes) Aliran laminar. Kondisi tunak (steady state).

P+∆P

P

∆P d 2 v ∝ µL • •

Semakin kecil kanal, semakin besar ∆P yang diperlukan. Profil aliran tidak seragam, menurunkan kualitas transport.

Mikrofluida: berbasis elektrik Persamaan kontinuitas (incompressible) Persamaan momentum (Navier-Stokes)

Persamaan Poisson (distribusi potensial di kanal) Persamaan Boltzmann (distribusi ion di kanal)

V+∆V

V

∆P d 2 v ∝ µL ∆V ζεε0 v ∝ µL

• •

Besarnya ∆V yang diperlukan tidak dipengaruhi ukuran kanal. Profil aliran (lebih) seragam, baik untuk kualitas transport.

Mikrofluida: berbasis elektrik Persamaan Poisson (distribusi potensial di kanal)

Persamaan Boltzmann (distribusi ion di kanal)

Fenomena Aliran Elektro-Osmosis.

∆V ζεε0 v ∝ µL • •

Besarnya ∆V yang diperlukan tidak dipengaruhi ukuran kanal. Profil aliran (lebih) seragam, baik untuk kualitas transport.

Mikrofluida: berbasis elektrik

• •

Kolaborasi dengan Dr. H. Uranus (UPH) dan Dr. A. Sopaheluwakan (LMI). Penelitian Tugas Akhir oleh Arthur Kusumadjaja dan Hendrik (UPH).

Mikrofluida: berbasis elektrik

• •

Kolaborasi dengan Dr. H. Uranus (UPH) dan Dr. A. Sopaheluwakan (LMI). Penelitian Tugas Akhir oleh Arthur Kusumadjaja dan Hendrik (UPH).

Mikrofluida: berbasis kapilaritas

a = 100 µm H = 4.2 cm. Polimer PMMA

• • •

a = 10 µm H = 42 cm.

Fluida juga dapat mengalir, walaupun tanpa ∆V dan ∆P. Meniskus fluida tergantung sifat kebasahan dinding kanal dan tegangan permukaan (surface tension). Semakin kecil kanal, maka semakin panjang kanal yang terisi.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/64/Capillarity.svg/435px-Capillarity.svg.png Theoretical Microfluidics, Henrik Bruus, Oxford University Press

~100 meter !!

Mikrofluida: berbasis kapilaritas

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/64/Capillarity.svg/435px-Capillarity.svg.png http://cache.jalopnik.com/cars/assets/resources/2006/10/Sequoia-Big.jpg http://www.davidlnelson.md/Cazadero/CazImages/SFChronicleTree1.jpg

Instrumentasi Mikrofluida

Recommend Documents