Mikrofluidikai és digitális mikrofluidikai alkalmazások Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai Kar Iván Kristóf PhD PPKE ITK
Témák Mi az a mikrofluidika? Gél szelepes kutatások CNN feldolgozással támogatott mikrofluidika Digitális mikrofluidika 2
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
Néhány egyszer példa mikrotiter lemez mikrokever különböz eszközök integrált elektródok 4
5
6
7
8
Gél szelep Hidrogél szelep (hmérsékletérzékeny NIPA gél) egy T-elágazásban A gélt a készülékben polimerizáljuk 200 um 1 mm Alacsony hmérséklet (~ 20 C) Gél vízzel telt, duzzadt állapotban Szelep zárva Készülék anyaga: PDMS, üveg nincs folyadékáramlás 9
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
Gél szelep Gél in-situ fotopolimerizációs kísérlet a minnesota-i egyetemen T-elágazás 11
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
Gél szelep A gél duzzadása és összeesésének modellezése 2D-ban geometria id vs. áramlási sebesség diagram PPCU FIT 13
Mikrofluidikai kutatás a Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai Karán 14
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 PPCU FIT 3D csatorna modell 15
PPCU FIT 17
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
Electrowetting jelenség 19
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
Folyadékcsepp leszakítása és a rendszerbe vitele 21
Folyadékcsepp mozgatása http://www.youtube.com/watch?v=_oj_lorxug4 22
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
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
Terepjáró cseppek http://www.youtube.com/watch?v=hgxmyru1m9o 25
Digitális mikrofluidikai modellezés 26
Digitális mikrofluidika Az els teszt chipünk és az új chip rajzolata PPCU FIT 27
Miért kutatjuk? PPKE ITK Molekuláris bionika BSc szakos hallgatóknak Eszköz és gyakorlóterep a Számítástechnika, Informatika, Biológia, Kémia diszciplínák között. 28
Köszönöm a figyelmet! Iván Kristóf PhD ivan.kristof@itk.ppke.hu 29