Mikrofluidikai és digitális mikrofluidikai alkalmazások Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai Kar

Mikrofluidikai és digitális mikrofluidikai alkalmazások Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

Iván Kristóf PhD PPKE ITK

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

Témák





Mi az a mikrofluidika? Gél szelepes kutatások CNN feldolgozással támogatott mikrofluidika Digitális mikrofluidika

2

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

Mi az a mikrofluidika?






„miniatr vízvezetékezés” olyan egyszer vagy komplex, egy- vagy többfázisú áramlások vizsgálata, amelyeket egy arra tervezett miniatr készülékekben alakítunk ki a folyadék mennyisége a l – pl tartományba esik




tintasugaras nyomtatófej Laboratórium a chipen … R. Pal et al., Lab on a Chip, vol. 5, 2005, o. 1024-1032.

3

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

Néhány egyszer példa

mikrotiter lemez

mikrokever

különböz eszközök

integrált elektródok

4

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

5

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

6

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

7

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

8

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

Gél szelep








Hidrogél szelep (hmérsékletérzékeny NIPA gél) egy T-elágazásban 200 um – 1 mm A gélt a készülékben polimerizáljuk

Alacsony hmérséklet (~ 20 °C) Gél vízzel telt, duzzadt állapotban Szelep zárva


Készülék anyaga: PDMS, üveg

nincs folyadékáramlás 9

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

Gél szelep








Hidrogél szelep (hmérsékletérzékeny NIPA gél) egy T-elágazásban A gélt a készülékben polimerizáljuk

Magas hmérséklet (~ 32 °C) Gél összeesve, kevés vízzel Szelep nyitva

folyadékáramlás 10

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

Gél szelep


Gél in-situ fotopolimerizációs kísérlet a minnesota-i egyetemen

T-elágazás

11

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

Gél szelep



PDMS eszközben A gél az áramlási sebességet kb. 30%-kal tudta gátolni (250 Pa nyomás esetén)

mérési elrendezés

© PPCU FIT

id vs. térfogatáram diagram

12

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

Gél szelep


A gél duzzadása és összeesésének modellezése 2D-ban

geometria

id vs. áramlási sebesség diagram © PPCU FIT

13

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

Mikrofluidikai kutatás a Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai Karán

14

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

CNN feldolgozással támogatott mikrofluidika








A folyadék áramlási képét mikroszkóp alatt felvesszük és feldolgozzuk egy nagy sebesség CNN kamerával Hígított és hemolizált vér Különböz csatornaelrendezések Parazita számlálás (pl. Dirofilaria repens) PDMS és Si alapú hibrid mikrofluidikai rendszer

csatorna maszkterv

3D csatorna modell © PPCU FIT

15

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

© PPCU FIT

17

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

Digitális mikrofluidika



diszkrét folyadékcseppek 2 elektród között a folyadékcsepp mozgatása az ún. electrowetting elven alapul


a folyadék felületi feszültsége (ezáltal nedvesítési tulajdonságai) megváltoztathatóak a cseppre adott feszültség hatására

Sung Kwon Cho, Hyejin Moon, és Chang-Jin Kim, Microelectromechanical Systems, Journal of, vol. 12, 2003, o. 70-80.

18

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

Electrowetting jelenség

19

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

Digitális mikrofluidika


a mikrofluidika négy alapmvelete elvégezhet








folyadékcsepp elállítása csepp mozgatása csepp kettéválasztása cseppek összekeverése

több kémiai és biológiai vizsgálat elvégezhet egy chipen

S.K. Cho et al., MEMS, 2002. The 15th IEEE International Conference on, 2002, o. 32-35.

20

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

Folyadékcsepp leszakítása és a rendszerbe vitele

21

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

Folyadékcsepp mozgatása

http://www.youtube.com/watch?v=_OJ_lorXUg4

22

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

Digitális mikrofluidika - példa



Különböz vizsgálatok végezhetk ugyanazon a chipen pl. vércukorszint mérés kolorimetriás reakció

1. reagens

2. minta detektálás

1. minta

2. reagens keverés V. Srinivasan, V.K. Pamula, és R.B. Fair, Lab on a Chip, vol. 4, 2004, o. 310-315.

23

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

Digitális mikrofluidika - példák


lehetséges klinikai kémiai alkalmazások







vérkép, plazma, szérum, vizelet, nyál, könny…

V. Srinivasan et al., “Clinical diagnostics on human whole blood, plasma, serum, urine, saliva, sweat, and tears on a digital microfluidic platform.”

24

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

Terepjáró cseppek

http://www.youtube.com/watch?v=HgXmYrU1m9o

25

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

Digitális mikrofluidikai modellezés

26

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

Digitális mikrofluidika


© PPCU FIT

Az els teszt chipünk és az új chip rajzolata

27

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

Miért kutatjuk?


PPKE ITK Molekuláris bionika BSc szakos hallgatóknak




Eszköz és gyakorlóterep a





Számítástechnika, Informatika, Biológia, Kémia

diszciplínák között.

28

Pázmány Péter Katolikus Egyetem – Információs Technológiai Kar

Köszönöm a figyelmet! Iván Kristóf PhD [email protected]

29