DE112017001898T5

DE112017001898T5 - Beeinflussen und Einfangen von Partikeln in mikrofluidischen Einheiten unter Verwendung von zweidimensionalen Materialien

Info

Publication number: DE112017001898T5
Application number: DE112017001898.6T
Authority: DE
Inventors: Jaione Tirapu Azpiroz; Mathias Bernhard Steiner; Michael Engel
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2016-04-08
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2018-12-27
Also published as: US10386331B2; GB2565668B; WO2017175083A1; GB2565668A; GB201817023D0; US20170292934A1

Abstract

Verfahren, Vorrichtung und Computerprogrammprodukt für einen mikrofluidischen Kanal mit einer Abdeckung gegenüber seinem Boden und mit Elektroden mit strukturierten zweidimensionalen leitenden Materialien wie zum Beispiel Graphenschichten, die in den oberen Teil seines Bodens integriert sind. Unter Verwendung der zweidimensionalen leitenden Materialien werden nach dem Einbringen einer Flüssigkeitsprobe in den Kanal stark ortsgebundene modulierte elektrische Feldverteilungen innerhalb des Kanals und der Flüssigkeitsprobe erzeugt. Dieses erzeugte Feld verursacht das Induzieren von dielektrophoretischen (DEP-) Kräften. Diese DEP-Kräfte sind aufgrund der scharfen Kanten, die durch die zweidimensionale Geometrie der zweidimensionalen leitenden Materialien ermöglicht werden, gleich oder größer als die DEP-Kräfte, die sich durch Verwendung von metallischen Elektroden ergeben würden. Aufgrund der induzierten Kräfte werden Mikro/Nano-Partikel in der Flüssigkeitsprobe in Partikel getrennt, die auf eine negative DEP-Kraft reagieren, und in Partikel, die auf eine positive DEP reagieren. Mikrofluidische Chips mit mikrofluidischen Kanälen können unter Verwendung von Standard-Halbleiterherstellungstechnologie hergestellt werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen eine mikrofluidische Einheit, bei der Partikel unter Verwendung von zweidimensionalen leitenden Materialien beeinflusst oder eingefangen werden können.
HINTERGRUND
Dieser Abschnitt soll einen Hintergrund bzw. Kontext zu der nachfolgend dargelegten Erfindung bereitstellen. Die Beschreibung hierin kann Konzepte enthalten, die verfolgt werden könnten, aber es handelt sich nicht unbedingt um solche, die zuvor bereits konzipiert, umgesetzt oder beschrieben wurden. Sofern hierin nicht ausdrücklich anderweitig angegeben, ist folglich das in diesem Abschnitt Beschriebene nicht Stand der Technik für die Beschreibung in dieser Anmeldung und wird durch Aufnahme in diesen Abschnitt nicht als Stand der Technik anerkannt.
Einheiten mit mikrofluidischem Bereich bieten Vorteile, da es sich dabei in Wirklichkeit um miniaturisierte Labors mit Vorteilen wie niedrigem Energieverbrauch, geringer Probenmenge und niedrigem Rezeptorverbrauch, hoher Integration, Multiplexing und Kompaktheit, schnellen Ergebnissen und niedrigen Kosten handelt. Darüber hinaus haben derartige Einheiten das Potenzial für Anwendungen als Forschungsplattformen sowie als Point-of-Care-Einheiten.
Die Mikrofluidik ermöglicht auch die berührungslose Beeinflussung einzelner Zellen, Organismen oder Partikel durch Ausnutzung des „Dielektrophorese”-Effekts. Eine dielektrophoretische (DEP) Kraft entsteht durch die Polarisation von ansonsten elektrisch neutralen Partikeln oder Zellen, wenn sie in einem inhomogenen elektrischen Feld suspendiert werden. Diese Polarisation entsteht aufgrund der unausgewogenen Verteilung von durch das elektrische Feld induzierten begrenzten Ladungen und zieht (weist) Zellen zu (von) den Maxima des elektrischen Feldes für eine positive (negative) dielektrophoretische Kraft an (ab), wie in der folgenden Gleichung beschrieben: $F_{DEP} = 2 π R^{3} ε_{m} C M$
wobei

R:: Radius
ε_m:: Dielektrizitätskonstante
CM:: Clausius-Mossotti-Faktor

Diese Kräfte hängen nicht nur von der geometrischen Konfiguration und dem Anregungsschema des elektrischen Feldes ab, sondern auch von den dielektrischen Eigenschaften der Zelle und ihres Suspensionsmediums, so dass sie zur Unterscheidung, Trennung, Isolierung oder Konzentration von Partikeln verwendet werden können, was für die Probenverarbeitung nützlich ist.
Die Beeinflussung von Partikeln oder Zellen durch Dielektrophorese erfordert das Erzeugen eines elektrischen Feldgradienten in der Probenflüssigkeit, was vor dieser Erfindung auf zwei verschiedene Arten geschehen konnte: (1) mit einer Anordnung planarer metallischer Elektroden, die in den mikrofluidischen Kanal integriert sind, oft in direktem Kontakt mit dem die Partikel oder Zellen enthaltenden Fluid; oder (2) mit stark fokussierten Laserstrahlen, die allgemein als optische Pinzetten bekannt sind und große und teure optische Geräte erfordern.
Integrierte Elektroden in mikrofluidischen Kanälen können zusätzlich zum Erzeugen von DEP-Kräften (sowohl positive als auch negative) wie zum Beispiel elektrische Abtastung (Impedanz, Kapazität, etc.), optische Beleuchtung und Detektion, Erwärmungsmechanismus zur Auslösung von Reaktionen etc. auch für andere Zwecke verwendet werden.
Übliche Materialien, die als metallische Elektroden verwendet werden, wie zum Beispiel Aluminium (AI), Gold (Au), Platin (Pt), Palladium (Pd), werden zum Teil aufgrund ihrer Stabilität bei Verwendung in direktem Kontakt mit der Strömung bei moderaten elektrischen Spannungen verwendet. Die Integration von metallischen Elektroden in mikrofluidische Kanäle erfolgt meist auf Siliziumsubstraten, wird aber auch auf Glassubstraten eingesetzt. Sie können auch in Kunststoffsubstraten eingesetzt werden. Die übliche Dicke dieser Metallelektroden liegt in der Größenordnung von 50 nm bis 100 nm. Gelegentlich wird eine dünne (∼5nm) Schicht aus Titan (Ti) zwischen Substrat und Elektrode abgeschieden, um das Haftvermögen zu verbessern. Die von den Elektroden auf dem Weg der Flüssigkeit erzeugte Topographie kann den Verlauf des Strömungsmeniskus zum Beispiel während des Füllens des Kanals oder die in der Flüssigkeit suspendierten Partikel beeinträchtigen, wodurch sie an der Oberfläche haften bleiben, insbesondere bei Zellen oder anderen biologischen Organismen. Folglich wurden Fertigungstechniken entwickelt, um die durch die integrierten Elektroden eingeführte Topographie zu minimieren, z.B. Einschließen eines zusätzlichen Ätzschrittes zum Unterätzen in die Substratoberfläche (z.B. Siliziumoxid) vor der Metallabscheidung. (Siehe: WO 2014/207618 A1 „Microfluidic chip with dielectrophoretic electrodes extending in hydrophilic flow path”). Dies kann die Komplexität des Herstellungsprozesses erhöhen, der gut kalibriert sein muss, um eine präzise Tiefe zu ätzen.
Darüber hinaus können metallische Strukturen auch die Zellintegrität beeinflussen, mit der Probe reagieren und aufgrund von Elektrolyse bei hohen elektrischen Feldern Blasen verursachen. Weitere Herausforderungen bei metallischen Elektroden ergeben sich beim Einsatz optischer Detektionsverfahren, bei denen lichtundurchlässige metallische Elektroden das Bild beeinträchtigen können. Außerdem sind metallische Elektroden nicht flexibel für den Einsatz auf flexiblen Substraten wie zum Beispiel Polymeren, Kunststoffen, Papier und sind bei Verwendung auf kostengünstigen und Wegwerfsubstraten schwieriger zu entsorgen (aufgrund von Kosten, Verschmutzungsbedenken).
Andererseits können bestimmte anorganische Schichtmaterialien (z.B. Graphen, MoS₂, WSe₂, schwarzer Phosphor), regelmäßige Anordnungen und zufällige Netzwerke/Dünnschichten aus quasi eindimensionalen Gitterstrukturen wie zum Beispiel organische und anorganische Nanoröhren/Nanodrähte (z.B. Kohlenstoff-Nanoröhren, Si-Nanodrähte, ...) zur Umsetzung ähnlicher Funktionalitäten, wie vorstehend für metallische Elektroden beschrieben wurde, verwendet werden. Darüber hinaus handelt es sich bei einigen um 2D-Halbleitermaterialien mit der zusätzlichen Funktionalität für Gate-modulierte Prozesse wie zum Beispiel Lichtemission und -detektion. Zusätzlich gibt es ein Verfahren (siehe US9310285 ) zum Übertragen einer 2-dimensionalen Gitterstruktur auf ein mit Mikrokanaltopographie strukturiertes Substrat und zum anschließenden Strukturieren der 2-dimensionalen Gitterstruktur in beliebige Formen innerhalb der mikrofluidischen Einheit.
Das Übertragen wird durch Aufwachsen oder Abscheiden eines 2-dimensionalen Materials (z.B. Graphen oder eine Kohlenstoff-Nanorohr-Schicht) auf einem Substrat und Aufschleudern einer Schicht aus z.B. PMMA für die Übertragung erreicht (oder durch Auflösen des Substrats selbst). Das 2D-Material plus PMMA-Schichtsystem wird dann auf das Kanalsystem aufgebracht, bevor das PMMA in einem letzten Lift-off-Schritt entfernt wird. Das anschließende Strukturieren des 2-dimensionalen Gitters wird durch Standard-Halbleiterfertigungsverfahren erreicht. Weitere Strukturierungs- und Kontaktherstellungsschritte können vor dem endgültigen Verkappen bzw. Abdichten des Kanals folgen.
Die aktuelle Erfindung geht über diese Techniken und Materialien hinaus.
Abkürzungen, die in der Beschreibung und/oder den Zeichnungsfiguren gefunden werden können, werden im Folgenden nach dem Abschnitt „Ausführliche Beschreibung“ festgelegt.
KURZDARSTELLUNG
Dieser Abschnitt soll Beispiele enthalten und ist nicht als Einschränkung gedacht.
Ein Beispiel einer Ausführungsform ist ein Verfahren, das ein Verfahren aufweist, aufweisend das Einbringen einer Flüssigkeitsprobe in einen mikrofluidischen Kanal, wobei der mikrofluidische Kanal eine Abdeckung gegenüber dem Boden aufweist, wobei in die Oberseite des Bodens des mikrofluidischen Kanals Elektroden integriert sind, wobei die Elektroden strukturierte zweidimensionale leitende Materialien aufweisen, wobei der elektrische Kontakt der strukturierten zweidimensionalen leitenden Materialien sichergestellt ist; das Erzeugen einer stark ortsgebundenen modulierten elektrischen Feldverteilung innerhalb des Kanals und der Flüssigkeitsprobe unter Verwendung der zweidimensionalen leitenden Materialien; beruhend auf dem Erzeugen das Induzieren von DEP-Kräften, wobei die DEP-Kräfte aufgrund der scharfen Kanten, die durch die zweidimensionale Geometrie der zweidimensionalen leitenden Materialien ermöglicht werden, gleich oder größer sind als die DEP-Kräfte, die metallische Elektroden verwenden würden; und als Reaktion auf das Induzieren das Trennen von Mikro/Nano-Partikeln in der Flüssigkeitsprobe in Partikel, die auf eine negative DEP-Kraft reagieren, und in Partikel, die auf eine positive DEP reagieren.
Ein Beispiel einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, aufweisend einen mikrofluidischen Kanal, in den eine Flüssigkeitsprobe eingebracht werden kann, wobei der mikrofluidische Kanal eine Abdeckung gegenüber dem Boden aufweist, wobei in die Oberseite des Bodens des mikrofluidischen Kanals Elektroden integriert sind, wobei die Elektroden strukturierte zweidimensionale leitende Materialien aufweisen, wobei der elektrische Kontakt der strukturierten zweidimensionalen leitenden Materialien sichergestellt ist; und einen Generator zum Erzeugen einer stark ortsgebundenen modulierten elektrischen Feldverteilung innerhalb des Kanals und der Flüssigkeitsprobe unter Verwendung der zweidimensionalen leitenden Materialien, wobei beruhend auf dem Erzeugen DEP-Kräfte induziert werden, wobei die DEP-Kräfte aufgrund der scharfen Kanten, die durch die zweidimensionale Geometrie der zweidimensionalen leitenden Materialien ermöglicht werden, gleich oder größer sind als die DEP-Kräfte, die metallische Elektroden verwenden würden, und wobei als Reaktion auf das Induzieren Mikro/Nano-Partikel in der Flüssigkeitsprobe in Partikel, die auf eine negative DEP-Kraft reagieren, und in Partikel, die auf eine positive DEP reagieren, getrennt werden.
In einem weiteren Beispiel für eine Ausführungsform der aktuellen Erfindung gibt es ein Computerprogrammprodukt, das auf einem nichtflüchtigen, durch einen Computer lesbaren Medium enthalten ist, in dem ein Computerprogramm gespeichert ist, das beim Ausführen durch einen Computer so konfiguriert ist, dass es Befehle zum Steuern oder Ausführen des Einbringens einer Flüssigkeitsprobe in einen mikrofluidischen Kanal, wobei der mikrofluidische Kanal eine Abdeckung gegenüber dem Boden aufweist, wobei in die Oberseite des Bodens des mikrofluidischen Kanals Elektroden integriert sind, wobei die Elektroden strukturierte zweidimensionale leitende Materialien aufweisen, wobei der elektrische Kontakt der strukturierten zweidimensionalen leitenden Materialien sichergestellt ist; des Erzeugens einer stark ortsgebundenen modulierten elektrischen Feldverteilung innerhalb des Kanals und der Flüssigkeitsprobe unter Verwendung der zweidimensionalen leitenden Materialien; beruhend auf dem Erzeugen des Induzierens von DEP-Kräften, wobei die DEP-Kräfte aufgrund der scharfen Kanten, die durch die zweidimensionale Geometrie der zweidimensionalen leitenden Materialien ermöglicht werden, gleich oder größer sind als die DEP-Kräfte, die metallische Elektroden verwenden würden; und als Reaktion auf das Induzieren des Trennens von Mikro/Nano-Partikeln in der Flüssigkeitsprobe in Partikel, die auf eine negative DEP-Kraft reagieren, und in Partikel, die auf eine positive DEP reagieren, bereitstellt.
In einem weiteren Beispiel für eine Ausführungsform der aktuellen Erfindung gibt es eine Vorrichtung, aufweisend ein Mittel zum Aufnehmen eines Einbringens einer Flüssigkeitsprobe in einen mikrofluidischen Kanal, wobei der mikrofluidische Kanal eine Abdeckung gegenüber dem Boden aufweist, wobei in die Oberseite des Bodens des mikrofluidischen Kanals Elektroden integriert sind, wobei die Elektroden strukturierte zweidimensionale leitende Materialien aufweisen, wobei der elektrische Kontakt der strukturierten zweidimensionalen leitenden Materialien sichergestellt ist; ein Mittel zum Erzeugen einer stark ortsgebundenen modulierten elektrischen Feldverteilung innerhalb des Kanals und der Flüssigkeitsprobe unter Verwendung der zweidimensionalen leitenden Materialien; beruhend auf dem Erzeugen ein Mittel zum Induzieren von DEP-Kräften, wobei die DEP-Kräfte aufgrund der scharfen Kanten, die durch die zweidimensionale Geometrie der zweidimensionalen leitenden Materialien ermöglicht werden, gleich oder größer sind als die DEP-Kräfte, die metallische Elektroden verwenden würden; und als Reaktion auf das Induzieren ein Mittel zum Trennen von Mikro/Nano-Partikeln in der Flüssigkeitsprobe in Partikel, die auf eine negative DEP-Kraft reagieren, und in Partikel, die auf eine positive DEP reagieren.
Figurenliste
Ausführungsformen der Erfindung werden nun lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

1A und 1B Darstellungen des Standes der Technik bzw. eines Beispiels für eine physische Ausführungsform der vorgeschlagenen Erfindung sind;
2A eine grafische Darstellung eines beispielhaften Vorteils der Verwendung der zweidimensionalen Graphen-Elektroden anstelle der herkömmlichen metallischen Elektroden, die eine größere Höhe aufweisen, ist; 2B eine beispielhafte Blockschaubilddarstellung der Übertragung einer 2-dimensionalen Gitterstruktur auf ein Substrat mit fluidischen Kanälen ist; und 2C eine erste beispielhafte Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
3 eine Grafik auf eine physische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darüberlegt;
4 eine Darstellung eines Beispiels der ersten Ausführungsform ist, wobei die Grafik darübergelegt ist;
5 ein Beispiel für eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht, wobei auf die physische Struktur eine Grafik darübergelegt ist;
6A eine dritte nicht einschränkende Ausführungsform mit einer darübergelegten Grafik zeigt, und 6B ein beispielhaftes Kräftediagramm auf der Grundlage der Grafik aus 6A zeigt; und
7 ein logischer Ablaufplan für das Beeinflussen und Einfangen von Partikeln in mikrofluidischen Einheiten unter Verwendung von zweidimensionalen Materialien ist und die Funktionsweise eines beispielhaften Verfahrens, ein Ergebnis der Ausführung von Computerprogrammbefehlen, die auf einem durch einen Computer lesbaren Speicher enthalten sind, von Funktionen, die durch eine in Hardware umgesetzte Logik ausgeführt werden, und/oder von miteinander verbundenen Mitteln zum Durchführen von Funktionen in Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Um einige der Nachteile des aktuellen Standes der Dinge zu überwinden, beabsichtigen beispielhafte Ausführungsformen der aktuellen Erfindung neuartige 2-dimensionale leitende Materialien wie zum Beispiel strukturierte Graphenschichten anstelle von dicken, in mikrofluidische Kanäle integrierten metallischen Elektroden zur Erzeugung von stark ortsgebundenen modulierten elektrischen Feldverteilungen innerhalb des Kanals und der Flüssigkeitsprobe zu verwenden. Schichten aus Graphen mit einer Größe, die mit mikrofluidischen Chips kompatibel ist, können unter Verwendung von Standard-Halbleiterherstellungstechnologie in jeder beliebigen Form innerhalb und außerhalb des Kanals hergestellt und strukturiert werden, um den elektrischen Kontakt sicherzustellen, so dass diese 2D-Elektroden die gleiche oder eine verbesserte elektrische Feldmodulation lokal durch die Elektrode erzeugen können, die aufgrund der durch die 2D-Geometrie ermöglichten scharfen Kanten dieselben oder stärkere DEP-Kräfte induziert.
Das hier verwendete Wort „beispielhaft“ bedeutet „als Beispiel, Einzelfall oder Veranschaulichung“. Jede Ausführungsform, die hierin als „beispielhaft“ beschrieben wird, ist nicht unbedingt als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen auszulegen. Alle in dieser ausführlichen Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen sind beispielhafte Ausführungsformen, die bereitgestellt werden, um es Fachleuten zu ermöglichen, die Erfindung anzufertigen oder zu benutzen, und nicht, um den Umfang der Erfindung, der durch die Ansprüche definiert ist, einzuschränken.
1A und 1B sind Darstellungen des Standes der Technik bzw. eines Beispiels für eine physische Ausführungsform der vorgeschlagenen Erfindung.
1A zeigt einen Mikrochipblock 102, der einen Strömungskanal 112 und dicke Metallelektroden 104 und 106 aufweist. Die Elektroden 104 verlaufen entlang des Kanals 112, während die Elektrode 106 in dem Strömungskanal 112 enthalten ist. Bei dem Strömungskanal 112 handelt es sich um einen mikrofluidischen Strömungskanal, und Mikro/Nano-Partikel 108 gelangen in den mikrofluidischen Kanal 112 und durchlaufen dann den mikrofluidischen Kanal 112 zwischen den Elektroden 106.
Eine beispielhafte physische Ausführungsform der vorgeschlagenen Erfindung kann in 1B dargestellt werden, wobei ein Mikrochipblock 152 einen Strömungskanal 162 und zweidimensionales Graphen 154 und 156 aufweist, wobei sich die Graphenstruktur 154 außerhalb des Kanals befindet, der mit dem zweidimensionalen Graphen 156 innerhalb des mikrofluidischen Strömungskanals 162 verbunden ist. Mikro-/Nanopartikel 158 durchlaufen den mikrofluidischen Strömungskanal 162 und werden anschließend über das zweidimensionale Graphen 156 getrennt.
Wie hierin erwähnt, muss bei der Verwendung von zweidimensionalen Graphenelektroden zum Induzieren von entweder positiven oder negativen DEP-Kräften, die auf in der Flüssigkeit fließende Partikel 160 wirken (nicht nummeriert), ein optimales Kräfteverhältnis erreicht werden, um den gewünschten Effekt wie zum Beispiel Einfangen, Leiten, Unterscheiden usw. zu erzielen.
Die Hauptkräfte in verschiedenen Richtungen, die in dem Mikrokanal mit aktiven Elektroden erwartet werden, sind: positive oder negative DEP-Kräfte (je nach Materialeigenschaften); hydrodynamische Schleppkraft; Sedimentationskräfte; elektroosmotische Strömungskräfte; elektrophoretische Kräfte (geladene Partikel); Brownsche Bewegung (Nanopartikel). Die positiven oder negativen DEP-Kräfte und die hydrodynamische Schleppkraft sind in der Regel die wichtigsten.
Ohne in irgendeiner Weise den Umfang, die Auslegung oder die Anwendung der nachfolgend aufgeführten Ansprüche einzuschränken, beinhalteten bestimmte Ausgestaltungsdetails, die bei der Erstellung dieser Erfindung verwendet wurden, übliche Spannungskonfigurationen des Wechselstromsignals von 1 MHz bis 100 MHz; sinusförmige, rechteckförmige oder dreieckförmige Signale; und die Spannung von 1 Vpp bis 20 Vpp.
Ohne in irgendeiner Weise den Umfang, die Auslegung oder die Anwendung der nachfolgend aufgeführten Ansprüche einzuschränken, beinhalteten bestimmte Ausgestaltungsdetails, die bei der Erstellung dieser Erfindung verwendet wurden, übliche Kanalabmessungen wie folgt: Breite von 100 bis 500 µm; Höhe von 10 bis 100 µm; Elektroden/SpaltBreiten von 5 bis 50 µm; übliche Dicken von 2D-Materialien (Graphenelektroden) für Einfachschichten-Eigendicke 0,3 nm und für Mehrfachschichtendicke bis zu 10 nm.
Ohne in irgendeiner Weise den Umfang, die Auslegung oder die Anwendung der nachfolgend aufgeführten Ansprüche einzuschränken, beinhalteten bestimmte Ausgestaltungsdetails, die bei der Erstellung dieser Erfindung verwendet wurden, die üblichen Eigenschaften von metallischen Elektroden mit einer Dicke von 50 nm bis 100 nm und mit Materialien wie zum Beispiel Aluminium (Al), Gold (Au), Platin (Pt), Palladium (Pd).
Ohne in irgendeiner Weise den Umfang, die Auslegung oder die Anwendung der nachfolgend aufgeführten Ansprüche einzuschränken, beinhalteten bestimmte Ausgestaltungsdetails, die bei der Erstellung dieser Erfindung verwendet wurden, die Eigenschaften von anderen Materialien wie folgt: dielektrische Schichten von 1 nm bis 1 µm; transparente Deckschichtdicke, Materialien wie Trockenfilmresist (5 µm bis 50 µm), PDMS (0,2 mm bis 3 mm) und PMMA (0,5 mm bis 5 mm); und Siliziumoxiddicke von -200 nm bis 500 nm.
Ohne in irgendeiner Weise den Umfang, die Auslegung oder die Anwendung der nachfolgend aufgeführten Ansprüche einzuschränken, ist ein Vorteil oder technischer Effekt einer oder mehrerer der hierin offenbarten beispielhaften Ausführungsformen, dass die reduzierte Topographie von leitfähigen Graphenschichten dazu beiträgt, gleichmäßigere, ortsgebundenere und stärkere DEP-Kraftfallen an den Rändern zu erzeugen. Des Weiteren besteht eine weitere technische Auswirkung eines oder mehrerer der hierin gezeigten Beispiele für Ausführungsformen darin, dass die vorliegende Erfindung besonders vorteilhaft ist, wenn die 2D-Elektroden für Anwendungen verwendet werden, die mit positiver DEP einhergehen, die Partikel zu Elektrodenrändern zieht, entweder zum Einfangen oder zum Unterscheiden zwischen Partikeln, die positive bzw. negative DEP-Reaktionen zeigen.
Eine weitere technische Auswirkung einer oder mehrerer der hierin offenbarten beispielhaften Ausführungsformen ist, dass transparente Elektroden die optische/fluoreszierende Detektion verbessern, da sie das Bild nicht stören und die Detektion von der Substratseite her ermöglichen.
Eine weitere technische Auswirkung einer oder mehrerer der hierin offenbarten beispielhaften Ausführungsformen ist, dass alternativ auch Elektroden zur elektrischen Detektion eingesetzt werden können, zum Beispiel für impedimetrische Messungen mit einer potenziell höheren Empfindlichkeit.
Eine weitere technische Auswirkung einer oder mehrerer der hierin offenbarten beispielhaften Ausführungsformen ist, dass diese Erfindung Graphenschichten verwendet, die auch flexibel sind und somit auf flexiblen Substraten eingesetzt werden können, wodurch sie mit kostengünstigen Substraten wie Kunststoff oder Papier kompatibel sind.
Eine weitere technische Auswirkung einer oder mehrerer der hierin offenbarten beispielhaften Ausführungsformen ist, dass Graphen aus reinem Kohlenstoff besteht und somit biologisch abbaubar ist, wodurch es leichter zu entsorgen und ohne Weiteres biokompatibel ist.
Eine weitere technische Auswirkung einer oder mehrerer der hierin offenbarten beispielhaften Ausführungsformen ist, dass diese Erfindung auch weniger korrodierend ist, wodurch die Lebensdauer der Einheit wahrscheinlich verbessert wird.
Eine weitere technische Auswirkung einer oder mehrerer der hierin offenbarten beispielhaften Ausführungsformen ist, dass diese Erfindung eine höhere Flexibilität bezüglich Elektrodenausgestaltung, -größe (∼100nm) und -topologie (gekrümmte Oberflächen) bietet als bei aktuellen Fertigungsverfahren, die für mikrofluidische Einheiten verwendet werden.
2A ist eine grafische Darstellung eines beispielhaften Vorteils der Verwendung der zweidimensionalen Graphen-Elektroden anstelle der herkömmlichen metallischen Elektroden, die eine größere Höhe aufweisen. Das Diagramm zeigt die Komponente der DEP-Kraft in der Richtung senkrecht zur Siliziumoxidoberfläche, die als DEP-Y-Kraft bezeichnet und in Femtonewton (fN) gemessen wird, wie sie durch Lösen von Maxwell-Gleichungen unter Verwendung der Finite-Elemente-Methode berechnet wird. Das Vorzeichen der Kraft bezieht sich auf die Richtung, in der eine positive DEP-Kraft von einem Partikel erfahren wird, wobei ein negatives Vorzeichen eine Kraft in der negativen Y-Richtung darstellt und ein positives Vorzeichen eine Kraft in der positiven Y-Richtung darstellt. 2 zeigt für eine gegebene Elektrodendicke, wie die Kraft in der Nähe des Elektrodenrands stärker ist, wobei ihre Position von der Oxidoberfläche aus gemessen wird und die Richtung der Kraft entlang der Höhe der Elektrode die Vorzeichen ändert. Mit abnehmender Elektrodendicke ist in 2 zu erkennen, dass die Größe der Kraft mit weniger Schwankungen des Vorzeichens zunimmt. Somit erzeugt eine dünnere Elektrode eine ortsgebundenere und stärkere Zugkraft in Richtung des Elektrodenrands. Von daher kann der Betrachter eine deutliche Verbesserung der Größe der DEP-Kraft durch das nahezu flache Profil der Graphenelektroden im Gegensatz zu Elektroden, die aus herkömmlichen Metallen bestehen, erkennen.
2B ist eine Blockschaubilddarstellung der Übertragung einer 2-dimensionalen Gitterstruktur auf ein Substrat mit fluidischen Kanälen. Das Schaubild besteht aus einer Draufsicht 202 mit deren entsprechender Querschnittansicht 206 und einer Draufsicht 204 mit deren entsprechender Querschnittansicht 208. In der Draufsicht 202 ist zu erkennen, dass das Substrat 210 zwei mikrofluidische Kanäle 212 und 214 zeigt. Die Draufsicht 204 zeigt die zweidimensionale Gitterstruktur 216 über den fluidischen Kanälen auf dem Substrat. Diese gleiche zweidimensionale Gitterstruktur auf dem Substrat ist in der Querschnittansicht 208 als Struktur 218 zu sehen.
Unter Bezugnahme auf 2C beinhaltet das Erstellen einer ersten beispielhaften Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung 250 einen Strukturierungsprozess 260 einer Graphenschicht 264 auf einem Substrat 262. Das Substrat 262 kann ein leitfähiges Material, ein Isolatormaterial, ein Halbleitermaterial oder ein beliebiges festes Material beinhalten, vorausgesetzt, dass das Substrat 262 eine strukturelle Unterstützung für später zu bildende Schichten bereitstellen kann. Die Graphenschicht 264 wird durch Aufbringen einer negativen (z.B. HSQ-) Resistschicht strukturiert, die mit einem geeigneten Verfahren (Elektronenstrahllithographie, Photolithographie) belichtet wird. Belichtete Resistbereiche 268 bleiben erhalten, während sich unbelichtete Resistbereiche 266 bei der Entwicklung der Resistschicht auflösen. In einem nächsten Schritt werden belichtete Bereiche der Graphenschicht zum Beispiel durch einen Sauerstoffplasmaschritt geätzt.
Darauf folgt ein Kontaktherstellungsprozess 270 zur Anbindung der Graphenschicht 264. Die Graphenschicht 264 wird durch Aufbringen einer positiven (z.B. PMMA-) Resistschicht strukturiert, die mit einem geeigneten Verfahren (Elektronenstrahllithographie, Photolithographie) belichtet wird. Unbelichtete Resistbereiche 272, 274 bleiben erhalten, während sich unbelichtete Resistbereiche 276 bei der Entwicklung der Resistschicht auflösen. Ein leitfähiges Material 278 wird anisotrop in den Öffnungen und über der Maskenschicht 272, 274 in einer Richtung senkrecht zu der Oberseite der Graphenschicht 264 abgeschieden. Ein Teil des in der Öffnung abgeschiedenen leitfähigen Materials bildet eine Kontaktelektrode 282.
Die darüberliegende leitfähige Materialschicht 274 beinhaltet ein elementares Metall, eine Legierung aus mindestens zwei elementaren Metallen, ein leitfähiges Metallnitrid, ein leitfähiges Metallcarbid, ein dotiertes Halbleitermaterial, eine Legierung daraus und/oder eine Schichtung daraus. Die Materialien, die verwendet werden können, sind Pd, Pt, Ni, Au, Ag, Cu, AI, Ti, Ta, W, TiN, TaN, WN, TiC, TaC, WC, dotiertes Silizium, eine Legierung daraus und eine Schichtung daraus, aber nicht auf diese beschränkt. Das leitfähige Material 274 der Kontaktelektroden 282 kann zum Beispiel durch Vakuumverdampfung, Aufdampfen im Vakuum oder eine Kombination daraus abgeschieden werden.
In einem letzten Prozess 280 wird die Einheit durch Abscheiden eines dielektrischen Materials 284 wie zum Beispiel SiO₂, SiN_x und Al2O₃ überzogen.
Das dielektrische Material 284 kann zum Beispiel durch chemisches Aufdampfen, Aufdampfen im Vakuum, Vakuumverdampfung oder Verdampfung bei subatomarem Druck, Atomschichtabscheidung, Schleuderbeschichtung oder einer Kombination daraus gebildet werden.
Die gesamte Einheit wird dann mit einem Obersubstrat 286 wie zum Beispiel Glas oder Silizium versiegelt, das Durchkontaktierungen 288 aufweist, die den Zugang zu den Kontaktelektroden 282 bereitstellen.
3 legt eine Grafik 302 über eine physische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung 318. Bei der Grafik 302 stellt die y-Achse den Abstand innerhalb des mikrofluidischen Kanals 308 zwischen der Abdeckung 306 und dem Substrat 310 dar. In der beispielhaften physischen Ausführungsform 318 ist eine Reihe von Kräften dargestellt, die auf die Partikel wirken, wenn diese zwischen der Abdeckung 306 und dem Substrat 310 durch den mikrofluidischen Kanal 308 fließen. Eine positive DEP-Kraft 322 und eine negative DEP-Kraft 320 sind in Bezug auf die Graphenelektroden 312 zu sehen. Komponenten der DEP-Kraft, die parallel zu der Elektrodenoberfläche und in diesem Fall entlang der Strömungsrichtung wirken, sind vorhanden. Während eine Sedimentationskraft 324 die Mikro/Nano-Partikel zu den Graphenelektroden 312 zieht, wird die hydrodynamische Schleppkraft 326 der Mikro/Nano-Partikel, die sich durch den mikrofluidischen Kanal 308 bewegen, in der gleichen Richtung wie der Partikelstrom 304 gezeigt. Eine elektroosmotische Strömungskraft 328 kann jedoch in Verbindung mit oder gegen die Richtung der Partikelströmung 304 durch den mikrofluidischen Kanal 308 wirken.
Ohne in irgendeiner Weise den Umfang, die Auslegung oder die Anwendung der nachfolgend aufgeführten Ansprüche einzuschränken, werden drei Ausführungsformen dargestellt, von denen die erste mit einer Unterscheidung zwischen Pos-DEP und Neg-DEP einhergeht.
In einer ersten, nicht einschränkenden Ausführungsform, Unterscheidung zwischen Pos-DEP und Neg-DEP, zieht die stärkere, lokal an dem 2-dimensionalen Elektrodenrand befindliche Kraft, die durch Simulationen vorhergesagt wird, Partikel an, die eine stärkere Pos-DEP-Reaktion aufweisen als dickere Elektroden. Dies würde die Unterscheidung zwischen Partikeln mit positivem und negativem DEP-Verhalten verbessern. Außerdem würden transparente Elektroden die Analyse der an den Elektroden eingefangenen Pos-DEP-Partikel nicht beeinträchtigen.
Zum Beispiel können Pos-DEP-Partikel an den Elektrodenrändern eingefangen werden, während die Neg-DEP-Partikel unbeeinflusst entlang des Kanals fließen. Dies setzt voraus, dass die Kanalausgestaltung und die an die Elektroden angelegte Spannung so abgestimmt wurden, dass die Schleppkraft der Flüssigkeit stärker ist als die Neg-DEP-Kraft, die von dem entsprechenden Satz von Partikeln mit Neg-DEP-Reaktion erfahren wird, während die Pos-DEP-Kraft, die von dem entsprechenden Satz mit Pos-DEP-Reaktion erfahren wird, stärker ist als die Schleppkraft.
Zum Beispiel haben mit Malaria infizierte rote Blutkörperchen den Großteil ihres lonengehalts verloren und zeigen eine Neg-DEP-Reaktion, während die Membran der gesunden roten Blutkörperchen die Ionen in der Zelle hält und eine Pos-DEP-Reaktion zeigt.
Damit Partikel, die auf Pos-DEP reagieren, an den Elektrodenrändern eingefangen werden, während Partikel, die auf Neg-DEP reagieren, unbeeinflusst entlang des Kanals strömen, müssen die folgenden Ausgestaltungsbedingungen erfüllt sein:
Für Partikel, die auf Neg-DEP reagieren: $F_{D E P}_{_{Y}} {|_{_{y > 0, \forall x}} > F_{g} |}_{y > 0, \forall x}$
wobei F_g die Schwerkraft ist. Zur Gewährleistung einer elektrodeninduzierten Partikelschwebung bis zu einer Ebene y=(h-R) hoch, mit R=Partikelradius, und $(F_{D E P_{X}} + F_{E O F_{X}}) \underset{\forall x}{|_{y = h - R,}} < F_{H D D_{X}} | \underset{\forall x}{_{y = h - R,}}$
um zu gewährleisten, dass Partikel mit der Flüssigkeit wegströmen.
Für Partikel, die auf Pos-DEP reagieren: $F_{D E P_{x}} | \underset{\begin{matrix} x = E l e k t r o d e n - \\ r ä n d e r \end{matrix}}{y = 0,} > (F_{H D D_{X}} + F_{E O X_{X}}) | \underset{\begin{matrix} x = E l e k t r o d e n - \\ r ä n d e r \end{matrix}}{y = 0,}$
um zu gewährleisten, dass Partikel gegen den Strom eingefangen werden. Wobei die Kräfte von verschiedenen system- und benutzerdefinierten Parametern abhängen, das heißt:
Für hydrodynamische Schleppkraft, Strömungsgeschwindigkeit $(\vec{v}),$
Fließfähigkeit (η), Partikelgröße (R): ${\vec{F}}_{HDD} = 6 πη R \vec{v}$
Für Elektrodenanordnung und spannungsabhängige elektrische Feldverteilung (E), Materialpermittivität (ε), Partikelgröße (R) ${\vec{F}}_{DEP} = 2 π ε_{m} R^{3} CM \nabla {| E |}^{2}$
Materialdichte (ρ), Gravitationskonstante $(\vec{g}),$
Partikelgröße (R): ${\vec{F}}_{g} = \frac{4}{3} π R^{3} (ρ_{p} - ρ_{m}) \vec{g}$
Und die elektro-osmotischen Strömungskräfte.
Folglich kann der Anwender für einen gegebenen Satz von Systemparametern (während des Betriebs festgelegt) und unter der Annahme, dass die Geometrie des Kanals sowie die Geschwindigkeit der Strömung ebenfalls festgelegt sind, die Spannung, die an die Elektroden angelegt wird, modulieren zwischen: $V_{m i n} < V_{B e t r i e b} < V_{m a x}$
wobei

V_min:: Mindestspannung, die gewährleistet, dass Partikel, die auf Pos-DEP ansprechen, an den Elektrodenrändern an dem Boden des Kanals eingefangen werden (siehe Gleichung (3), oben)
V_max:: Maximale Spannung, die an die Elektroden angelegt werden muss, bevor Partikel, die auf Neg-DEP reagieren, eine DEP-Kraft erfahren, die größer ist als die Schleppkraft der Flüssigkeit, und daher eingefangen werden (siehe Gleichung (4), oben)

Sedimentations- und EOF- (elektroosmotischer Fluss-) Kräfte sind häufig zu schwach und können als vernachlässigbar angesehen werden.
Die Elektrodenanordnung kann auch in Verbindung mit der Kanalgeometrie während der Entwurfsphase der Einheit angepasst werden, um den gewünschten Effekt besser zu erzielen. Die üblichen Abmessungen der Elektrodenbreite entsprechen der Größe der zur Beeinflussung vorgesehenen Partikel, d.h. R.
4 ist eine Darstellung eines Beispiels dieser ersten Ausführungsform 418, wobei die Grafik 402 darübergelegt ist. Wie in der vorigen Figur haben wir einen mikrofluidischen Kanal 408, der eine Abdeckung 406 und ein Substrat 410 aufweist, auf dem sich die grafische Darstellung von Elektroden 412 befinden. Die Strömung der Mikro/Nano-Partikel durch den mikrofluidischen Kanal 408 verläuft in der durch eine Strömung 404 angegebenen Richtung. Innerhalb dieser Strömung 404 von Mikro/Nano-Partikeln befinden sich zwei Sätze von Partikeln, die auf die negative DEP-Kraft reagieren, nämlich Partikel oder Zellen 430, und diejenigen Partikel oder Zellen, die auf die positive DEP-Kraft 432 reagieren.
In einer zweiten, nicht einschränkenden Ausführungsform, können Partikeleinfangen und Detektieren mit DEP, herkömmliches negatives DEP-Schweben und Einfangen auf der Elektrode und unter der Abdeckung sowohl unter Verwendung von 2-dimensionalen Elektroden als auch mit metallischen dickeren Elektroden erreicht werden. Dies setzt voraus, dass der Kanal und die Spannung so ausgelegt sind, dass die negative DEP-Kraft, die von dem Partikel erfahren wird, stärker ist als die hydrodynamische Schleppkraft und somit die Partikel an Ort und Stelle gefangen bleiben.
Transparente 2-dimensionale Elektroden zusammen mit transparenten Substraten ermöglichen eine Hintergrundbeleuchtung und Bildaufnahme von der Substratseite aus. Viele optische Detektionssysteme setzen auf Hintergrundbeleuchtung und Detektion (von der Substratseite aus) wie zum Beispiel inverse Mikroskope oder erfordern, dass das Bild von der Substratseite aus aufgenommen wird, um die Probenabscheidung und -verarbeitung nicht zu beeinträchtigen. In diesen Fällen kann der Einsatz von lichtundurchlässigen metallischen Elektroden, auch bei transparenten Substraten, die Bilderfassung beeinträchtigen.
Um Partikel einzufangen, die nur auf negative DEP reagieren (d.h. von den Elektroden abgewiesen werden) und deshalb über die Elektroden bis zur Abdeckung schweben, muss die von den Elektroden angewandte Kraft stark genug sein, um die Schleppkraft der Strömung zu überwinden. Daher sollten die Entwurfsgleichungen Folgendes erfüllen: $F_{D E P_{Y}} {|_{y > 0, \forall x} > F_{g} |}_{y > 0, \forall x}$
um eine elektrodeninduzierte Partikelschwebung bis zu einer Ebene y=(h-R) hoch, mit R=Partikelradius, zu gewährleisten und $F_{D E P_{X}} | \underset{\begin{matrix} x = E l e k t r o d e n - \\ r ä n d e r \end{matrix}}{y = h - R,} > (F_{H D D_{X}} + F_{E O X_{X}}) | \underset{\begin{matrix} x = E l e k t r o d e n - \\ r ä n d e r \end{matrix}}{y = h - R,}$
um zu gewährleisten, dass Partikel gegen den Strom eingefangen werden.
Ähnlich wie bei Ausführungsform 1 muss die an die Elektroden angelegte Spannung somit für einen bestimmten Satz von Systemparametern, Kanal- und Elektrodengeometrie und Strömungsgeschwindigkeit eine DEP-Kraft erzeugen, die in der Lage ist, die Schleppkraft der Flüssigkeit zu überwinden, um über den Elektroden schwebende Partikel sicher einzufangen. $V_{B e t r i e b} > V_{m i n}$
Diese Spannung sollte jedoch innerhalb sicherer Grenzen bleiben, um Schäden an biologischen Reagenzien zu vermeiden (üblicherweise 20 Vpp).
Ein Beispiel für eine Darstellung dieser zweiten Ausführungsform ist in 5 veranschaulicht, wobei wiederum auf die physikalische Struktur einer beispielhaften Ausführungsform 518 eine Grafik 502 darübergelegt ist. Wiederum gibt es einen Deckel 506 und ein Substrat 510 und einen schließenden mikrofluidischen Kanal 508, wobei die Graphenelektroden 512 wiederum in Kontakt mit dem Substrat 510 sind. Jedoch ist das Substrat 510 in Beispielen dieser bestimmten Ausführungsform transparent, so dass ein optischer Zugriff 550 von der Substratseite 510 der Ausführungsform aus möglich ist. Durch den mikrofluidischen Kanal 508 gibt es wieder einen Strom 504 von Partikeln, die auf negative DEP-Kräfte reagieren, wobei diese Partikel bzw. Zellen in dem Schaubild als 530 bezeichnet sind.
In einer dritten, nicht einschränkenden Ausführungsform, der Partikelbeeinflussung mit Neg-DEP, kann negative DEP verwendet werden, um die Bewegung von Partikeln innerhalb des Mikrokanals zu kontrollieren, ohne sie einzufangen, wie zum Beispiel die schrägen Elektroden in 6A. Zum Beispiel können schräge Elektroden verwendet werden, um größere Partikel in Seitenkanäle zu drücken, während kleinere Partikel ungehindert passieren können. Die gleiche Funktionalität kann erreicht werden, indem dicke metallische Elektroden durch 2-dimensionale Graphenelektroden mit den hier aufgeführten zusätzlichen Vorteilen ersetzt werden.
In dieser dritten, nicht einschränkenden Ausführungsform reagieren alle Partikel nur auf negative DEP, haben aber unterschiedliche Größen oder sogar Materialeigenschaften. Die DEP-Kraft hängt stark von der Partikelgröße (durch R³ ) und den Partikelmaterialeigenschaften (über den Clausius-Mossotti- (CM-) Faktor) ab. Der Einfachheit halber angenommen, dass sich die Partikel nur in ihrer Größe unterscheiden, dann: $i f R^{A} > R^{B} t h e n F_{D E P}^{A} > F_{D E P}^{B}$
und Partikel können beruhend auf ihrer Größe nach den folgenden Ausgestaltungsgleichungen unterschieden werden: $z = 0 K a n a l b o d e n$
$z = h K a n a l b e r s e i t e$
$x \in (- \frac{W}{2}, \frac{W}{2}) I n n e r h a l b d e s K a n a l s$
Für alle Partikel innerhalb des Elektrodenabschnitts: $F_{D E P_{Z}}^{A, B} | \underset{y_{i n} < y < y_{o u t}}{z = 0, \forall x} > F_{g}^{A, B} | \underset{y_{i n} < y < y_{o u t}}{z = 0, \forall x}$
Um eine elektrodeninduzierte Partikelschwebung zu gewährleisten.
Bei Partikeln mit Radius R^B erfüllen die tangentialen Komponenten der Kraft auf einer Ebene in einer Höhe von z=h-R^B Folgendes: $F_{D E P_{X}}^{B} | \underset{\begin{array}{l} \forall x \\ \forall y \end{array}}{z = h - R^{B},} < F_{H D D_{X}}^{B} | \underset{\begin{array}{l} \forall x \\ \forall y \end{array}}{z = h - R^{B},}$
und $F_{D E P_{Y}}^{B} | \underset{\begin{array}{l} \forall x \\ \forall y \end{array}}{z = h - R^{B},} < F_{H D D_{Y}}^{B} | \underset{\begin{array}{l} \forall x \\ \forall y \end{array}}{z = h - R^{B},}$
um zu gewährleisten, dass die kleineren Partikel von der DEP-Kraft unbeeinflusst bleiben und jederzeit mit der Flüssigkeit entlang des Hauptkanals wegfließen. (Der Einfachheit halber wird die elektro-osmotische Strömung als vernachlässigbar angenommen.)
Bei Partikeln mit Radius R^A müssen die tangentialen Komponenten der Kraft auf der Ebene z=h-R^A Folgendes erfüllen: $F_{D E P_{Y}}^{A} | \underset{\begin{matrix} \forall x \\ y_{i n} < y < y_{o u t} \end{matrix}}{z = h - R^{A},} < F_{H D D_{Y}}^{A} | \underset{\begin{matrix} \forall x \\ y_{i n} < y < y_{o u t} \end{matrix}}{z = h - R^{A},}$
um zu gewährleisten, dass sich die größeren Partikel in Richtung des Hauptkanals vorwärts bewegen und nicht eingefangen werden und $F_{D E P_{X}}^{A} | \underset{\begin{matrix} \forall x \\ y_{i n} < y < y_{o u t} \end{matrix}}{z = h - R^{A},} > F_{H D D_{X}}^{A} | \underset{\begin{matrix} \forall x \\ y_{i n} < y < y_{o u t} \end{matrix}}{z = h - R^{A},}$
um zu gewährleisten, dass sich die größeren Partikel in die von der Elektrodenausrichtung vorgegebene Richtung hin zu dem Seitenkanal bewegen.
Anordnungen für Beispiele dieser dritten bestimmten Ausführungsform sind in 6A gezeigt, wobei eine dreidimensionale Ansicht der beispielhaften Ausführungsform 618 über die dreidimensionale Grafik 602 darübergelegt ist, wobei die x-Achse entlang der Breite des mikrofluidischen Kanals 608 verläuft, die y-Achse entlang der Länge des mikrofluidischen Kanals 608 in Strömungsrichtung 604 verläuft und die z-Achse den Abstand von der Oberseite zu dem Boden des mikrofluidischen Kanals 608 anzeigt.
Zusätzlich gibt es in diesem Schaubild einen Seitenkanal 660, durch den abgeschiedene Partikel als Folge der Wechselwirkung der Partikel mit den Graphenelektroden 612 austreten. Wie aus dem Schaubild ersichtlich ist, weisen Partikel hierin unterschiedliche Größen auf, von den größten 634 über mittelgroße Partikel 636 bis hin zu den kleinsten Partikeln 638. Diese verschiedenen Partikel werden über die Graphenelektroden 612 getrennt, die in dem Raum innerhalb des Kanals zwischen Y_in und Y_out liegen und als Elektrodenabschnitt 640 bezeichnet werden.
Beruhend auf der darübergelegten Grafik 602 in 6A, zeigt eine Grafik 634 in 6B eine Elektrode 614 der Elektroden 612 mit einer Gesamtkraft 670 und einer DEP-Kraft 672 gemeinsam mit der hydrodynamischen Kraft 674 in Bezug auf die Elektrode 614.
7 ist ein logischer Ablaufplan für das Beeinflussen und Einfangen von Partikeln in mikrofluidischen Einheiten unter Verwendung von zweidimensionalen Materialien und veranschaulicht die Funktionsweise eines beispielhaften Verfahrens, ein Ergebnis der Ausführung von Computerprogrammbefehlen, die auf einem durch einen Computer lesbaren Speicher enthalten sind, von Funktionen, die durch eine in Hardware umgesetzte Logik ausgeführt werden, und/oder von miteinander verbundenen Mitteln zum Durchführen von Funktionen in Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen.
Ausführungsformen hierin können in Software (ausgeführt durch einen oder mehrere Prozessoren), Hardware (z.B. eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung) oder eine Kombination aus Software und Hardware umgesetzt werden. In einem Beispiel für eine Ausführungsform wird die Software (z.B. Anwendungslogik, ein Befehlssatz) auf einem beliebigen der verschiedenen herkömmlichen, durch einen Computer lesbaren Medien gepflegt. In dem Kontext dieses Dokuments kann es sich bei einem „durch einen Computer lesbaren Medium“ um jedes beliebige Medium oder Mittel handeln, das die Befehle zur Verwendung von oder in Verbindung mit einem System, einer Vorrichtung oder einer Einheit zum Ausführen von Befehlen, wie zum Beispiel einen Computer, enthalten, speichern, übertragen, verbreiten oder transportieren kann, wobei ein Beispiel eines Computers z. B. in 1 beschrieben und dargestellt ist. Ein durch einen Computer lesbares Medium kann ein durch einen Computer lesbares Speichermedium (z.B. 104, 134 oder eine andere Einheit) aufweisen, bei dem es sich um ein beliebiges Medium oder Mittel handeln kann, das die Befehle zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem System, einer Vorrichtung oder einer Einheit zum Ausführen von Befehlen, wie zum Beispiel einen Computer, enthalten, speichern und/oder transportieren kann. Ein durch einen Computer lesbares Speichermedium weist keine sich ausbreitenden Signale auf.
Auf Wunsch können die verschiedenen hierin beschriebenen Funktionen in einer anderen Reihenfolge und/oder gleichzeitig ausgeführt werden. Darüber hinaus können auf Wunsch eine oder mehrere der vorstehend beschriebenen Funktionen optional sein oder kombiniert werden.
Obwohl verschiedene Aspekte der Erfindung in den unabhängigen Ansprüchen dargelegt sind, weisen andere Aspekte der Erfindung andere Kombinationen von Merkmalen aus den beschriebenen Ausführungsformen und/oder den abhängigen Ansprüchen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche auf, und nicht nur die ausdrücklich in den Ansprüchen dargelegten Kombinationen.
Ein Beispiel einer Ausführungsform, die als Punkt 1 bezeichnet werden kann, ist ein Verfahren, das ein Verfahren aufweist, aufweisend das Einbringen einer Flüssigkeitsprobe in einen mikrofluidischen Kanal, wobei der mikrofluidische Kanal eine Abdeckung gegenüber dem Boden aufweist, wobei in die Oberseite des Bodens des mikrofluidischen Kanals Elektroden integriert sind, wobei die Elektroden strukturierte zweidimensionale leitende Materialien aufweisen, wobei der elektrische Kontakt der strukturierten zweidimensionalen leitenden Materialien sichergestellt ist (702); das Erzeugen einer stark ortsgebundenen modulierten elektrischen Feldverteilung innerhalb des Kanals und der Flüssigkeitsprobe unter Verwendung der zweidimensionalen leitenden Materialien (704); beruhend auf dem Erzeugen das Induzieren von DEP-Kräften, wobei die DEP-Kräfte aufgrund der scharfen Kanten, die durch die zweidimensionale Geometrie der zweidimensionalen leitenden Materialien ermöglicht werden, gleich oder größer sind als die DEP-Kräfte, die metallische Elektroden verwenden würden (706); und als Reaktion auf das Induzieren das Trennen von Mikro/Nano-Partikeln in der Flüssigkeitsprobe in Partikel, die auf eine negative DEP-Kraft reagieren, und in Partikel, die auf eine positive DEP reagieren (708).
Ein Beispiel für eine weitere Ausführungsform, die als Punkt 2 bezeichnet werden kann, ist das Verfahren aus Punkt 1, wobei die zweidimensionalen leitenden Materialien Graphenschichten aufweisen.
Ein Beispiel für eine weitere Ausführungsform, die als Punkt 3 bezeichnet werden kann, ist das Verfahren aus Punkt 1, wobei ein mikrofluidischer Chip den mikrofluidischen Kanal aufweist.
Ein Beispiel für eine weitere Ausführungsform, die als Punkt 4 bezeichnet werden kann, ist das Verfahren aus Punkt 3, wobei mikrofluidische Chips unter Verwendung von Standard-Halbleiterherstellungstechnologie gefertigt und strukturiert werden können.
Ein Beispiel für eine weitere Ausführungsform, die als Punkt 5 bezeichnet werden kann, ist das Verfahren aus Punkt 3, wobei der mikrofluidische Chip darüber hinaus einen Generator für das Erzeugen aufweist.
Ein Beispiel für eine weitere Ausführungsform, die als Punkt 6 bezeichnet werden kann, ist das Verfahren aus Punkt 1, wobei die zweidimensionalen leitenden Materialien innerhalb und außerhalb des Kanals in jede beliebige Form strukturiert werden können, wobei die zweidimensionalen leitenden Materialien, die als zweidimensionale Elektroden wirken, lokal eine gleiche oder verbesserte elektrische Feldmodulation erzeugen als metallische Elektroden.
Ein Beispiel für eine weitere Ausführungsform, die als Punkt 7 bezeichnet werden kann, ist das Verfahren aus Punkt 1, darüber hinaus aufweisend das Ausgestalten des Kanals und der Spannung für die negative DEP-Kraft, die von dem Partikel erfahren wird, derart, dass sie stärker ist als die hydrodynamische Schleppkraft; das Einfangen von Partikeln an Ort und Stelle mit herkömmlicher negativer DEP-Schwebung auf der Oberseite der Elektrode und unter der Abdeckung; und das Detektieren der eingefangenen Partikel.
Ein Beispiel für eine weitere Ausführungsform, die als Punkt 8 bezeichnet werden kann, ist das Verfahren aus Punkt 1, darüber hinaus aufweisend das Trennen von Partikeln über Seitenkanäle nach Größe als Reaktion auf die Wechselwirkung der Partikel mit den Elektroden.
Ein Beispiel für eine weitere Ausführungsform, die als Punkt 9 bezeichnet werden kann, ist das Verfahren aus Punkt 1, darüber hinaus als Reaktion auf das Trennen das Ermitteln einer Anzahl von Partikeln aufweisend, die auf eine negative DEP-Kraft reagieren, und von Partikeln, die auf eine positive DEP reagieren, wobei das Ermitteln durch mindestens entweder einen mikrofluidischen Chip, der den mikrofluidischen Kanal und einen Mikroprozessor aufweist, oder eine Einheit, die mit einem mikrofluidischen Chip, der den mikrofluidischen Kanal aufweist, verbunden ist, durchgeführt werden kann, wobei die Verbindung eine physische Verbindung oder eine drahtlose Verbindung sein kann.
Ein Beispiel für eine weitere Ausführungsform, die als Punkt 10 bezeichnet werden kann, ist das Verfahren aus Punkt 9, darüber hinaus aufweisend das Ausgeben von Ergebnissen des Ermittelns.
Ein Beispiel einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die als Punkt 11 bezeichnet werden kann, ist eine Vorrichtung, aufweisend einen mikrofluidischen Kanal, in den eine Flüssigkeitsprobe eingebracht werden kann, wobei der mikrofluidische Kanal eine Abdeckung gegenüber dem Boden aufweist, wobei in die Oberseite des Bodens des mikrofluidischen Kanals Elektroden integriert sind, wobei die Elektroden strukturierte zweidimensionale leitende Materialien aufweisen, wobei der elektrische Kontakt der strukturierten zweidimensionalen leitenden Materialien sichergestellt ist; und einen Generator zum Erzeugen einer stark ortsgebundenen modulierten elektrischen Feldverteilung innerhalb des Kanals und der Flüssigkeitsprobe unter Verwendung der zweidimensionalen leitenden Materialien, wobei beruhend auf dem Erzeugen DEP-Kräfte induziert werden, wobei die DEP-Kräfte aufgrund der scharfen Kanten, die durch die zweidimensionale Geometrie der zweidimensionalen leitenden Materialien ermöglicht werden, gleich oder größer sind als die DEP-Kräfte, die metallische Elektroden verwenden würden, und wobei als Reaktion auf das Induzieren Mikro/Nano-Partikel in der Flüssigkeitsprobe in Partikel, die auf eine negative DEP-Kraft reagieren, und in Partikel, die auf eine positive DEP reagieren, getrennt werden.
Ein Beispiel für eine weitere Ausführungsform, die als Punkt 12 bezeichnet werden kann, ist die Vorrichtung aus Punkt 11, wobei die zweidimensionalen leitenden Materialien Graphenschichten aufweisen.
Ein Beispiel für eine weitere Ausführungsform, die als Punkt 13 bezeichnet werden kann, ist die Vorrichtung aus Punkt 11, wobei ein mikrofluidischer Chip die Vorrichtung aufweist.
Ein Beispiel für eine weitere Ausführungsform, die als Punkt 14 bezeichnet werden kann, ist die Vorrichtung aus Punkt 13, wobei mikrofluidische Chips unter Verwendung von Standard-Halbleiterherstellungstechnologie gefertigt und strukturiert werden können.
Ein Beispiel für eine weitere Ausführungsform, die als Punkt 15 bezeichnet werden kann, ist die Vorrichtung aus Punkt 11, darüber hinaus aufweisend mindestens einen Prozessor; und mindestens einen Hauptspeicher, der Computerprogrammcode beinhaltet, wobei der mindestens eine Prozessor als Reaktion auf das Ausführen des Computerprogrammcodes so konfiguriert ist, dass er die Vorrichtung veranlasst, mindestens eines der Folgenden zu steuern oder durchzuführen: Abscheiden der Flüssigkeitsprobe in den mikrofluidischen Kanal; Erzeugen der stark ortsgebundenen Feldverteilung; und als Reaktion auf das Trennen von Partikeln Berechnen einer Anzahl von getrennten Partikeln.
Ein Beispiel für eine weitere Ausführungsform, die als Punkt 16 bezeichnet werden kann, ist die Vorrichtung aus Punkt 11, wobei die zweidimensionalen leitenden Materialien innerhalb und außerhalb des Kanals in jede beliebige Form strukturiert werden können, wobei die zweidimensionalen leitenden Materialien, die als zweidimensionale Elektroden wirken, lokal eine gleiche oder verbesserte elektrische Feldmodulation erzeugen als metallische Elektroden.
Ein Beispiel für eine weitere Ausführungsform, die als Punkt 17 bezeichnet werden kann, ist die Vorrichtung aus Punkt 11, wobei der Kanal und die Spannung für die negative DEP-Kraft, die von dem Partikel erfahren wird, derart ausgestaltet sind, dass sie stärker ist als die hydrodynamische Schleppkraft; wobei herkömmliche negative DEP-Schwebung auf der Oberseite der Elektrode und unter der Abdeckung Partikel an Ort und Stelle einfangen; und darüber hinaus aufweisend einen Detektor zum Detektieren der eingefangenen Partikel.
Ein Beispiel für eine weitere Ausführungsform, die als Punkt 18 bezeichnet werden kann, ist die Vorrichtung aus Punkt 11, darüber hinaus aufweisend Seitenkanäle zum Trennen von Partikeln nach Größe als Reaktion auf die Wechselwirkung der Partikel mit den Elektroden.
Ein Beispiel für eine weitere Ausführungsform, die als Punkt 19 bezeichnet werden kann, ist die Vorrichtung aus Punkt 11, darüber hinaus aufweisend mindestens entweder eine Antenne, einen Sender und eine zugehörige Schaltung zum drahtlosen Senden an eine Einheit; und/oder eine Antenne, einen Empfänger zum drahtlosen Austauschen von Daten mit einer Einheit; und/oder eine Schaltung zum physischen Verbinden mit einer Einheit.
In einem weiteren Beispiel für eine Ausführungsform der aktuellen Erfindung, die als Punkt 20 bezeichnet werden kann, gibt es ein Computerprogrammprodukt, das auf einem nichtflüchtigen, durch einen Computer lesbaren Medium enthalten ist, in dem ein Computerprogramm gespeichert ist, das beim Ausführen durch einen Computer so konfiguriert ist, dass es Befehle zum Steuern oder Ausführen des Einbringens einer Flüssigkeitsprobe in einen mikrofluidischen Kanal, wobei der mikrofluidische Kanal eine Abdeckung gegenüber dem Boden aufweist, wobei in die Oberseite des Bodens des mikrofluidischen Kanals Elektroden integriert sind, wobei die Elektroden strukturierte zweidimensionale leitende Materialien aufweisen, wobei der elektrische Kontakt der strukturierten zweidimensionalen leitenden Materialien sichergestellt ist; des Erzeugens einer stark ortsgebundenen modulierten elektrischen Feldverteilung innerhalb des Kanals und der Flüssigkeitsprobe unter Verwendung der zweidimensionalen leitenden Materialien; beruhend auf dem Erzeugen des Induzierens von DEP-Kräften, wobei die DEP-Kräfte aufgrund der scharfen Kanten, die durch die zweidimensionale Geometrie der zweidimensionalen leitenden Materialien ermöglicht werden, gleich oder größer sind als die DEP-Kräfte, die metallische Elektroden verwenden würden; und als Reaktion auf das Induzieren des Trennens von Mikro/Nano-Partikeln in der Flüssigkeitsprobe in Partikel, die auf eine negative DEP-Kraft reagieren, und in Partikel, die auf eine positive DEP reagieren, bereitstellt.
In einem weiteren Beispiel für eine Ausführungsform der aktuellen Erfindung, die als Punkt 21 bezeichnet werden kann, gibt es eine Vorrichtung, aufweisend ein Mittel zum Aufnehmen eines Einbringens einer Flüssigkeitsprobe in einen mikrofluidischen Kanal, wobei der mikrofluidische Kanal eine Abdeckung gegenüber dem Boden aufweist, wobei in die Oberseite des Bodens des mikrofluidischen Kanals Elektroden integriert sind, wobei die Elektroden strukturierte zweidimensionale leitende Materialien aufweisen, wobei der elektrische Kontakt der strukturierten zweidimensionalen leitenden Materialien sichergestellt ist; ein Mittel zum Erzeugen einer stark ortsgebundenen modulierten elektrischen Feldverteilung innerhalb des Kanals und der Flüssigkeitsprobe unter Verwendung der zweidimensionalen leitenden Materialien; beruhend auf dem Erzeugen ein Mittel zum Induzieren von DEP-Kräften, wobei die DEP-Kräfte aufgrund der scharfen Kanten, die durch die zweidimensionale Geometrie der zweidimensionalen leitenden Materialien ermöglicht werden, gleich oder größer sind als die DEP-Kräfte, die metallische Elektroden verwenden würden; und als Reaktion auf das Induzieren ein Mittel zum Trennen von Mikro/Nano-Partikeln in der Flüssigkeitsprobe in Partikel, die auf eine negative DEP-Kraft reagieren, und in Partikel, die auf eine positive DEP reagieren.
Ein Beispiel für eine weitere Ausführungsform, die als Punkt 22 bezeichnet werden kann, ist die Vorrichtung aus Punkt 21, darüber hinaus aufweisend ein Mittel zum Ermitteln der Anzahl von getrennten Partikeln, wobei diese abgetrennten Partikel durch ein Mittel zum Trennen von Mikro/Nano-Partikeln in der Flüssigkeitsprobe in Partikel, die auf eine negative DEP-Kraft reagieren, und in Partikel, die auf eine positive DEP reagieren, und/oder durch Seitenkanäle zum Trennen von Partikeln nach Größe als Reaktion auf die mit den Elektroden wechselwirkenden Partikel getrennt werden.
Ein Beispiel für eine weitere Ausführungsform, die als Punkt 23 bezeichnet werden kann, ist die Vorrichtung aus Punkt 22, darüber hinaus aufweisend ein Mittel zum Feststellen von Eigenschaften der Flüssigkeitsprobe beruhend auf dem Ermitteln.
Ein Beispiel für eine weitere Ausführungsform, die als Punkt 24 bezeichnet werden kann, ist die Vorrichtung aus Punkt 21 oder 22, darüber hinaus aufweisend ein Mittel zum mindestens Anzeigen, Drucken, Angeben oder/und Senden der festgestellten Eigenschaften oder ermittelten Zahlen.
Ein Beispiel für eine weitere Ausführungsform, die als Punkt 25 bezeichnet werden kann, ist die Vorrichtung aus Punkt 21, darüber hinaus aufweisend ein Mittel zum Empfangen von Informationen zum Steuern oder Programmieren der Vorrichtung.
Es wird hierin auch darauf hingewiesen, dass das Vorstehende zwar Ausführungsbeispiele der Erfindung beschreibt, diese Beschreibungen jedoch nicht in einem einschränkenden Sinne betrachtet werden sollten. Vielmehr gibt es mehrere Abwandlungen und Abänderungen, die vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der wie in den beigefügten Ansprüchen festgelegten vorliegenden Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2014/207618 A1 [0008]
US 9310285 [0010]

Claims

Verfahren, aufweisend: Einbringen einer Flüssigkeitsprobe in einen mikrofluidischen Kanal, wobei der mikrofluidische Kanal eine Abdeckung gegenüber dem Boden aufweist, wobei in die Oberseite des Bodens des mikrofluidischen Kanals Elektroden integriert sind, wobei die Elektroden strukturierte zweidimensionale leitende Materialien aufweisen, wobei ein elektrischer Kontakt der strukturierten zweidimensionalen leitenden Materialien sichergestellt ist; Erzeugen einer stark ortsgebundenen modulierten elektrischen Feldverteilung innerhalb des Kanals und der Flüssigkeitsprobe unter Verwendung der zweidimensionalen leitenden Materialien; beruhend auf dem Erzeugen Induzieren von DEP-Kräften, wobei die DEP-Kräfte aufgrund der scharfen Kanten, die durch die zweidimensionale Geometrie der zweidimensionalen leitenden Materialien ermöglicht werden, gleich oder größer als die DEP-Kräfte sind, die bei metallischen Elektroden entstehen würden; und als Reaktion auf das Induzieren Trennen von Mikro/Nano-Partikeln in der Flüssigkeitsprobe in Partikel, die auf eine negative DEP-Kraft reagieren, und in Partikel, die auf eine positive DEP reagieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweidimensionalen leitenden Materialien Graphenschichten aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein mikrofluidischer Chip den mikrofluidischen Kanal aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei mikrofluidische Chips unter Verwendung von Standard-Halbleiterherstellungstechnologie gefertigt und strukturiert werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der mikrofluidische Chip darüber hinaus einen Generator für das Erzeugen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweidimensionalen leitenden Materialien innerhalb und außerhalb des Kanals in jede beliebige Form strukturiert werden können, wobei die zweidimensionalen leitenden Materialien, die als zweidimensionale Elektroden wirken, lokal eine gleiche oder verbesserte elektrische Feldmodulation erzeugen als metallische Elektroden.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend: Ausgestalten des Kanals und der Spannung für die negative DEP-Kraft, die von dem Partikel erfahren wird, derart, dass sie stärker ist als die hydrodynamische Schleppkraft; Einfangen von Partikeln an Ort und Stelle mit herkömmlicher negativer DEP-Schwebung auf der Oberseite der Elektrode und unter der Abdeckung; und Detektieren der eingefangenen Partikel.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend: als Reaktion auf die Wechselwirkung der Partikel mit den Elektroden Trennen von Partikeln über Seitenkanäle nach Größe.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend: Ermitteln, als Reaktion auf das Trennen, einer Anzahl von Partikeln, die auf eine negative DEP-Kraft reagieren, und von Partikeln, die auf eine positive DEP reagieren, wobei das Ermitteln durch mindestens eines der Folgenden durchgeführt wird: einen mikrofluidischen Chip, der den mikrofluidischen Kanal und einen Mikroprozessor aufweist, und eine Einheit, die mit einem mikrofluidischen Chip, der den mikrofluidischen Kanal aufweist, verbunden ist, wobei die Verbindung eine physische Verbindung oder eine drahtlose Verbindung ist.
Verfahren nach Anspruch 9, darüber hinaus aufweisend: Ausgeben von Ergebnissen des Ermittelns.
Vorrichtung, aufweisend: einen mikrofluidischen Kanal, zum Einbringen einer Flüssigkeitsprobe, wobei der mikrofluidische Kanal eine Abdeckung gegenüber dem Boden aufweist, wobei in die Oberseite des Bodens des mikrofluidischen Kanals Elektroden integriert sind, wobei die Elektroden strukturierte zweidimensionale leitende Materialien aufweisen, wobei der elektrische Kontakt der strukturierten zweidimensionalen leitenden Materialien sichergestellt ist; und einen Generator zum Erzeugen einer stark ortsgebundenen modulierten elektrischen Feldverteilung innerhalb des Kanals und der Flüssigkeitsprobe unter Verwendung der zweidimensionalen leitenden Materialien, wobei beruhend auf dem Erzeugen DEP-Kräfte induziert werden, wobei die DEP-Kräfte aufgrund der scharfen Kanten, die durch die zweidimensionale Geometrie der zweidimensionalen leitenden Materialien ermöglicht werden, gleich oder größer als die DEP-Kräfte sind, die bei metallischen Elektroden entstehen würden, und wobei als Reaktion auf das Induzieren Mikro/Nano-Partikel in der Flüssigkeitsprobe in Partikel, die auf eine negative DEP-Kraft reagieren, und in Partikel, die auf eine positive DEP reagieren, getrennt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die zweidimensionalen leitenden Materialien Graphenschichten aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei mikrofluidische Chips unter Verwendung von Standard-Halbleiterherstellungstechnologie gefertigt und strukturiert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei ein mikrofluidischer Chip die Vorrichtung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, darüber hinaus aufweisend: mindestens einen Prozessor; und mindestens einen Hauptspeicher, der Computerprogrammcode beinhaltet, wobei der mindestens eine Prozessor als Reaktion auf das Ausführen des Computerprogrammcodes so konfiguriert ist, dass er die Vorrichtung veranlasst, mindestens eines der Folgenden zu steuern oder durchzuführen: Abscheiden der Flüssigkeitsprobe in den mikrofluidischen Kanal; Erzeugen der stark ortsgebundenen Feldverteilung; und als Reaktion auf das Trennen von Partikeln Berechnen einer Anzahl von getrennten Partikeln.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die zweidimensionalen leitenden Materialien innerhalb und außerhalb des Kanals in jede beliebige Form strukturierbar sind, wobei die zweidimensionalen leitenden Materialien, die als zweidimensionale Elektroden wirken, lokal eine gleiche oder verbesserte elektrische Feldmodulation erzeugen als metallische Elektroden.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Kanal und die Spannung für die negative DEP-Kraft, die von dem Partikel erfahren wird, derart ausgestaltet sind, dass sie stärker ist als die hydrodynamische Schleppkraft, wobei herkömmliche negative DEP-Schwebung auf der Oberseite der Elektrode und unter der Abdeckung Partikel an Ort und Stelle einfangen; und darüber hinaus aufweisend einen Detektor zum Detektieren der eingefangenen Partikel.
Vorrichtung nach Anspruch 11, darüber hinaus aufweisend: Seitenkanäle zum Trennen von Partikeln nach Größe als Reaktion auf die Wechselwirkung der Partikel mit den Elektroden.
Vorrichtung nach Anspruch 11, darüber hinaus aufweisend mindestens eins der Folgenden: eine Antenne, einen Sender und eine zugehörige Schaltung zum drahtlosen Senden an eine Einheit; eine Antenne, einen Empfänger zum drahtlosen Austauschen von Daten mit einer Einheit; und eine Schaltung zum physischen Verbinden mit einer Einheit.
Computerprogrammprodukt, aufweisend ein durch einen Computer lesbares Medium, auf dem ein Computerprogrammcode enthalten ist zur Verwendung mit einem Computer, der Computerprogrammcode aufweisend einen Code zum Durchführen oder Steuern des Folgenden: Einbringen einer Flüssigkeitsprobe in einen mikrofluidischen Kanal, wobei der mikrofluidische Kanal eine Abdeckung gegenüber dem Boden aufweist, wobei in die Oberseite des Bodens des mikrofluidischen Kanals Elektroden integriert sind, wobei die Elektroden strukturierte zweidimensionale leitende Materialien aufweisen, wobei der elektrische Kontakt der strukturierten zweidimensionalen leitenden Materialien sichergestellt ist; Erzeugen einer stark ortsgebundenen modulierten elektrischen Feldverteilung innerhalb des Kanals und der Flüssigkeitsprobe unter Verwendung der zweidimensionalen leitenden Materialien; beruhend auf dem Erzeugen Induzieren von DEP-Kräften, wobei die DEP-Kräfte aufgrund der scharfen Kanten, die durch die zweidimensionale Geometrie der zweidimensionalen leitenden Materialien ermöglicht werden, gleich oder größer als die DEP-Kräfte sind, die bei metallischen Elektroden entstehen würden; und als Reaktion auf das Induzieren Trennen von Mikro/Nano-Partikeln in der Flüssigkeitsprobe in Partikel, die auf eine negative DEP-Kraft reagieren, und in Partikel, die auf eine positive DEP reagieren.
Vorrichtung, aufweisend: ein Mittel zum Aufnehmen einer Einbringung einer Flüssigkeitsprobe in einen mikrofluidischen Kanal, wobei der mikrofluidische Kanal eine Abdeckung gegenüber dem Boden aufweist, wobei in die Oberseite des Bodens des mikrofluidischen Kanals Elektroden integriert sind, wobei die Elektroden strukturierte zweidimensionale leitende Materialien aufweisen, wobei der elektrische Kontakt der strukturierten zweidimensionalen leitenden Materialien sichergestellt ist; ein Mittel zum Erzeugen einer stark ortsgebundenen modulierten elektrischen Feldverteilung innerhalb des Kanals und der Flüssigkeitsprobe unter Verwendung der zweidimensionalen leitenden Materialien; beruhend auf dem Erzeugen ein Mittel zum Induzieren von DEP-Kräften, wobei die DEP-Kräfte aufgrund der scharfen Kanten, die durch die zweidimensionale Geometrie der zweidimensionalen leitenden Materialien ermöglicht werden, gleich oder größer als die DEP-Kräfte sind, die bei metallischen Elektroden entstehen würden; als Reaktion auf das Induzieren ein Mittel zum Trennen von Mikro/Nano-Partikeln in der Flüssigkeitsprobe in Partikel, die auf eine negative DEP-Kraft reagieren, und in Partikel, die auf eine positive DEP reagieren.