Субактивност 1.D.1.

Микрофлуидна фабрика за подпомогнато самостоятелно сглобяване на наносистеми

Отраслова оперативна програма "Повишаване на икономическата конкурентоспособност"
„Инвестиране във вашето бъдеще“

■ ЕТАП 10 РЕЗУЛТАТИ

1. Разработване на технологии за производство на микрофлуидни платформи

Дейност 1.D. Технология за направа на микрофлуидни канали по метода на жертвените слоеве - Лабораторна технология за производство на микроканали чрез техниката на жертвените слоеве

Субактивност 1.D.1. Разработване на технологии, базирани на аморфен силиций като жертвен слой [. ]

2.1.1. Капсулиране на PEI/наноструктури на нуклеинова киселина в липидни контейнери (липозоми)

Дейност 1.D. Технология за направа на микрофлуидни канали по метода на жертвени слоеве - Лабораторна технология за производство на микроканали чрез техниката на жертвени слоеве и Техническа бележка

Субактивност 1.D.1. Разработване на технологии, базирани на аморфен силиций като жертвен слой

Тази дейност, започнала в предишната фаза (научен доклад № 9), продължава с приложения на разработените технологии с цел постигане на микрофлуидни устройства за хидродинамично фокусиране. По този начин е проектирана, реализирана и охарактеризирана от хидродинамична гледна точка проста система от микрофлуидни канали.

Проектиране и производство на фотолитографски машини

Фигура 4. Основните стъпки в процеса на производство на силициеви пластини: (а) повишаване на термичния оксид; (b) показване на фоторезиста върху лицето на вафлата и извършване на първия Deep RIE процес; (в) показване на фоторезистора на гърба на пластината и извършване на втория процес на дълбоко RIE; (г) премахване на фоторезист и оксидни маски; (е) SEM изображение на реализираното микробифуркация.

Фигура 5. Нарязване на силиконовите пластини и стъкло, за да се направи анодната спойка за всеки отделен чип.

Силициевите и стъклените плочи бяха нарязани на отделни чипове с помощта на 4-инчова машина за изтегляне на плочи, с диамантени дискове с дебелина 25 μm и 40 μm, до максимална дълбочина от 500 μm. (ЭM225 Русия).

След това беше извършен анодният процес на заваряване за залепване на силициевата пластинка със стъклена пластинка - заваряването се дължи на наелектризирането чрез въздействие на слоя термичен оксид на границата (Фигура 6). Интересният микрофлуиден участък трябва да бъде проектиран с поне една прозрачна стена, така че микрофлуидните потоци да могат да бъдат визуализирани с помощта на целите на обърнат микроскоп.
Следващата стъпка е да залепите микрофлуидните портове.

Наблюдаваното явление се отнася до начина, по който профилите на скоростта развиват асиметричен профил с увеличаване на дебита. Това проявление се дължи на усилването на инерционните ефекти, причинени от отклонението на 60o на микроканала преди разклона Y. Поради това отклонение и с увеличаването на потока се появява друг тип вторичен поток, Динови вихри, които се проявяват в криви и извити канали, с пряко въздействие върху профили на скоростта.

Фигура 9. Представяния на Micro-PIV върху профилите на скоростта, получени в средната равнина на микрогеометрията (дебитите съответстват на 21 0 C. Плочите бяха корозирали на стъпки. За да се определи скоростта на корозия, се измерва дебелината на оксида, оставаща след всеки етап на корозия. За сравнение в същия разтвор, термично повишеният оксид корозира със скорост от около 100 nm/min.

2.1. Скорост на корозия за TEOS оксид

Средната скорост на корозия при дадените условия е приблизително 351 nm/min.

2.2. Скорост на корозия за SiH4 - LF оксид

Средната скорост на корозия при дадените условия е приблизително 354 nm/min.

2.3. Скорост на корозия за SiH4 - HF оксид

Средната скорост на корозия при дадените условия е приблизително 353 nm/min.

След експериментите с мокра корозия на отложените оксиди установихме, че трите оксида корозират също толкова бързо в един и същ разтвор на базата на флуороводородна киселина. В сравнение с термично повишения оксид, нанесените оксиди корозират 3,5 пъти по-бързо. В заключение, термичният оксид е много по-добър като корозионна маска за основата, но като жертвен слой се препоръчват отлаганите в PECVD оксиди поради тяхната много висока степен на корозия. Субстратът и останалите слоеве, отложени над оксида, се въвеждат за много по-кратко време в корозионния разтвор, като нежеланите ефекти върху тях са значително намалени. Така че, от гледна точка на технологията, базирана на жертвени слоеве, оксидите, отложени в PECVD от газообразни или течни източници, са много по-добри.

3. Скорост на корозия в ICP-RIE (DRIE)

За да се определи якостта като корозионна маска в DRIE, получените оксиди се подлагат на стандартен процес на Bosch.

За оксиди, отложени в PECVD, заключаваме, че съотношението на корозия Si към SiOx (отложено в PECVD) е приблизително 166 към 1, а за Si при SiO2 (термично увеличен) е приблизително 200 към 1.

4. Преглед на SEM

Маска за фоторезист беше приложена върху една от тромбоцитите, депозирани в PECVD, и микроканал беше корозирал в оксид. Ние заключаваме, че измерването на SEM потвърждава стойностите, измерени с рефрактометъра. Оксидът, депозиран в PECVD, е много по-подходящ за технологията на жертвен слой в сравнение с високотермичния оксид.

2.1.1. Капсулиране на PEI/наноструктури на нуклеинова киселина в липидни контейнери (липозоми)

Фиг. 1. Водно-липиден интерфейс за геометрия с квадратно сечение 1x1 um: t = 0.0023 s.

Фиг. 3. Водно-липиден интерфейс за геометрия с квадратно сечение 1x1 um: t = 0.0025 s.

Фиг. 4. Водно-липиден интерфейс за геометрия с квадратно сечение 1x1 um: t = 0.0026 s.

Фиг. 5. Водно-липиден интерфейс за геометрия с квадратно сечение 1x1 um: t = 0.0027 s.

Фиг. 6. Водно-липиден интерфейс за геометрия с квадратно сечение 1x1 um: t = 0.0028 s.

Фиг. 7. Водно-липиден интерфейс за геометрия с квадратно сечение 1x1 um: t = 0.0029 s.

Фиг. 8. Водно-липиден интерфейс за геометрия с квадратно сечение 1x1 um: t = 0.0036 s.

Фиг. 9. Водно-липиден интерфейс за геометрия hele-shaw: t = 0,0015 s.

Фиг. 10. Водно-липиден интерфейс за геометрия hele-shaw: t = 0,0016 s.

Фиг. 11. Водно-липиден интерфейс за геометрия hele-shaw: t = 0,0017 s.

Фиг. 12. Водно-липиден интерфейс за геометрия hele-shaw: t = 0,0018 s.

Фиг. 13. Водно-липиден интерфейс за геометрия hele-shaw: t = 0,0019 s.

Фиг. 14. Водно-липиден интерфейс за геометрия hele-shaw: t = 0,0020 s.

Фиг. 15. Водно-липиден интерфейс за геометрия hele-shaw: t = 0,0021s.

Фиг. 15. Водно-липиден интерфейс за геометрия hele-shaw: t = 0,0022s.

Магнитофоретично устройство за манипулиране на магнитолипозоми

За да се анализира влиянието на геометрията върху потока на флуид с наночастици в магнитофор, бяха извършени числени симулации на геометрията, показана на фиг. 17. Използвана е ортогонална дискретизация на изчислителната област, като течността, натоварена с наночастици, се транспортира през микроканала с много ниска скорост от 0,001 m/s.
Характеризирането на потока беше извършено чрез разпределения на текущата линия (фиг. 18.), разпределения на скоростта (фиг. 19.) и разпределения на налягането (фиг. 20.). Всички тези разпределения показват ламинарен поток и в подкрепа на представянето на траекториите на наночастиците (фиг. 21.), можем да заключим, че траекториите на наночастиците не се нарушават от линейната промяна в размера на канала, като по този начин позволяват рециркулация без рециркулация на тези наночастици.

Фиг. 17. Дискретизиране на областта на потока в детайли: геометрия тип магнитофор.

Фиг. 19. Разпределение на скоростите на потока в магнитофоретичното устройство за манипулиране на магнитолипозоми.

Фиг. 20. Разпределение на налягането на потока в магнитофоретичното устройство за работа с магнитолипозоми.

Фиг. 21. Представяне на траекториите на наночастиците в магнитофоретичното устройство.

2.1.2. Характеризиране чрез FTIR спектрометрия и сканираща електронна микроскопия на функционализирани магнитолипозоми [горе]

Инфрачервената молекулярна абсорбционна спектрометрия е аналитична техника, широко използвана предимно за качествен анализ на двете неорганични вещества, но особено на органични вещества, базирана на характерни абсорбционни спектри, поради вибрациите на атомите в различни групи в анализираните молекули. Спектрометрията с инфрачервена трансформация на Фурие (FTIR) може да се използва за изследване на химичните процеси и структурата на химичните съединения. Използван е спектрометър Bruker Tensor 27 FTIR, като пробите са записани в спектрален диапазон между 4000-400 cm -1, състоянието на агрегация на пробите е твърдо, чрез калиев бромид (KBr), гранулиращ спектрите, записани с помощта на предавателния модул.

Спектър на наночастици Fe2O3:

Пробата се характеризира със спектрални ленти, които се появяват съответно на 576 cm-1 и 440 cm -1, ленти, които могат да бъдат приписани на режима на вибрация на връзката Fe-O, ν (Fe-O). Спектралните ленти от 3428 cm -1 и 1616 cm -1 могат да бъдат приписани на режима на разтягане, ν (OH), и съответно деформацията, δ (OH), на O-H връзката.

Спектър на наночастици Fe2O3, покрити с полиетиленимин (PEI):

Пробата се характеризира със спектрални ленти, които се появяват при 632 и 577 cm -1, по-интензивни от тези, разположени при 630 и 584 cm -1 в спектъра Fe2O3-PEI. Също така лентите, разположени на 1384 и 1048 cm -1, са много по-изразени, което показва конформационно пренареждане на полимера в контакт със златните наночастици.

Спектър от наночастици Fe2O3, покрити с полиетиленимин (PEI), функционализирани с колоидно злато и метално злато

Пробата се характеризира с изчезването или намаляването на интензивността на някои спектрални ленти. Например, лентите, разположени на 632 и 577 cm -1, в пробата Fe2O3-PEI-Au, изчезват и само лентата от 564 cm -1 е добре дефинирана. .

Електронната сканираща микроскопия (SEM) се използва за характеризиране на морфологията на функционализирани наночастици от железен оксид. Като се има предвид, че SEM техниката не отразява точно размера на наночастиците, оценката на действителните размери трябва да се извърши с други техники като трансмисионна електронна микроскопия (TEM) или рентгенова дифракция (XRD). Последният е използван за идентифициране на вида на железния оксид, както и размера на наночастиците. Положението на дифракционните максимуми е илюстрирано по-долу и размерът на наночастиците е изчислен с помощта на техниката на Уилямсън-Хол, която се изчислява под 10 nm.

Видовете ДНК, изброени по-горе, не са единствените видове ДНК, но те са най-често срещаните. Много измервания на транспорта в ДНК се правят върху ДНК структура на λ бактериофага.
По принцип транспортните свойства зависят от конфигурацията на ДНК и дължината на молекулите [9]. Забелязано е обаче, че за много къси ДНК структури (стотици nm) те са проводници на електричество до няколко волта, след което проводимостта се спира. Но поради взаимодействието π-π * между комплементарните бази (припокриване между π орбиталите), ДНК се държи като полупроводник с широчина на лентата от 3,75 eV, така че е широколентов полупроводник като GaN или AlN. Това свързване между орбитали представлява проводящ механизъм, независим от структурата на ДНК и е основата на полупроводниковия транспорт, повече или по-малко бременна, в различни конфигурации на ДНК.

Периодичните поли-G поли-С ДНК структури [10] се изучават най-добре като полупроводникови структури на ДНК, тъй като съдържат една повтаряща се двойка основи. По принцип, поради електрическата негативност на ДНК скелета, структура от два електрода, затворени на разстояние няколко nm, правилно поляризирани, може да привлича и поддържа между електродите изключително къса ДНК структура (10 nm). При ДНК проводимостта, тунелирането, носещите скокове между локализираните състояния и лентовата проводимост се считат за транспортни механизми. Всички тези видове транспорт се срещат при различни измервания на различни видове ДНК [9].

Може просто да се каже, че проводимостта възниква поради разликите в нивата на Ферми в електродите и молекулните ленти на ДНК, а ДНК е полупроводник с непрекъснати енергийни ленти. По принцип електронните пречистватели се прехвърлят в ДНК чрез тунелиране.

ДНК последователността, използвана в процеса на имобилизиране, беше следната:
5'-SH-TGTAAAAGTAATAAAAATAATATTCCGGACGACTTTTACTGACTTATATTTGAACACCATCAACCTCGACCACCGCATCCG
TTCTC ACGGAACTGCTATGTCGATTAAGTCTTAGTAAAAA-3 ’

Допълнителната ДНК последователност беше:
5'-Cy3-TTTTACTAAGACTTAATCGACATAGCAGTTCCGTGAGAACGGATGCGGTGGTCGAGGTTGATGGTGTTCAAATATAAGTCA
GTAAAA GTCGTCCGGAATATTATTTTTATTACTTTTACA-3 ’

На изображението по-горе можете да видите две петна: най-интензивната (разположена вляво) е Fe2O3-PEI-AuAu ДНК-функционализирана проба, взета от реакционната смес, без да се пречиства чрез последователни измивания за отстраняване излишъкът от комплементарната ДНК последователност, маркирана с флуоресцентен маркер, който е в излишък, не реагира с ДНК последователността, имобилизирана преди това върху Fe2O3-PEI-AuAu. Петното отдясно, по-малко интензивно, е резултат от същите наночастици, които взаимодействат с ДНК последователността, имобилизирана върху Fe2O3-PEI-AuAu, но които се пречистват чрез многократно измиване. Успехът на хибридизационната реакция е показан от флуоресценцията на тези последни хибридизирани наночастици.

Синтез на Fe2O3Синтез на Fe2O3-PEIСинтез на Fe2O3-PEI-AuСинтез на Fe2O3-PEI-AuAuИмобилизация на ДНК при синтез на Fe2O3-PEI-AuAuДопълнителна ДНК хибридизация