플로우FET

FlowFET

flowFET는 미세유체 채널 내 액체의 유량 속도를 미세유체 채널에 적용되는 전위에 의해 조절할 수 있는 미세유체 구성품이다. 이러한 방식으로 전계효과 트랜지스터에 대한 마이크로 유체 아날로그로 작용하며,[1] 흐름에서 그러한 것을 제외한다.액체의 흐름이 전류의 흐름을 대신한다. 과연 흐름의 이름.FET는 전자 FET의 명명 규칙(예: MOSFET, FINFET 등)에서 파생된 것이다.

작용기전

주요 기사: 전기-오즈메시스
여러 가지 다른 인가 전압에 대해 벽(y축)에서 채널 깊이의 함수로써 마이크로 유체 채널에 걸친 시뮬레이션된 흐름 속도 프로파일.[2]

flowFET는 전기-osomatic flow(EOFT) 원리에 의존한다. 많은 액체 고체 인터페이스에서, 두 단계 사이의 상호작용 때문에 발전하는 전기적 이중 층이 있다. 미세유체 채널의 경우, 이것은 액체의 대부분을 둘러싸고 있는 액체 기둥의 주변부에 충전된 액체를 발생시킨다. 이 전기 이중 레이어는 제타 전위라고 알려진 관련 전위차를 가지고 있다. 적절한 지향의 전기장이 이 계면적 이중층(즉, 채널과 평행하고 전기적 이중층의 평면에서)에 적용될 때, 충전된 액체 이온은 동력의 로렌츠 힘을 경험한다. 이 층은 유체 기둥을 피복하고, 이 층이 이동하기 때문에, 액체 기둥 전체가 속도 E F 로 이동하기 시작할 것이다 유체 층의 "디퓨즈" 속도는 점성 결합으로 인해 주변부에서 중앙으로 향하는 채널의 다량으로 이동한다.[1] 속도는 전기장 의 강도,제타 {\ 유체의 {\displaysty }, 점성 {\과 관련이 있다.[1]

FlowFET에서 채널 벽과 유체 사이의 제타 전위는 채널 벽에 수직으로 전기장을 적용하여 변경할 수 있다. 이것은 이중 층의 이동식 액체 원자가 경험하는 원동력을 변화시키는 효과를 가지고 있다. 제타 전위의 이러한 변화는 마이크로 채널에서 전기-오토믹 흐름의 크기와 방향을 모두 제어하는 데 사용될 수 있다.[1]

제어 전압은 일반적인 미세유체 채널의 경우 50V 범위에서만 필요하며,[2] 이는 채널 크기에 따라 1.5 MV/cm의 구배와 상관되기 때문이다.[1]

운영 제한 사항

제조 공정으로 인한 FlowFET 치수(예: 채널 벽과 게이트 전극 사이의 단열층 두께)의 변동은 제타 전위를 부정확하게 제어할 수 있다. 이는 게이트 전극에 인접한 채널 벽면의 전기적 특성을 변화시킬 수 있는 벽 오염의 경우 악화될 수 있다. 이는 국소 흐름 특성에 영향을 미치며, 특히 스토이치측정법이 반응 전구체 및 반응 제품의 전송률과 직접 관련이 있는 화학 합성 시스템에서 중요할 수지는 국소 흐름 특성에 영향을 미칠 수 있다.[2]

FlowFET에서 조작할 수 있는 유체에 대한 제약조건이 있다. EOF에 의존하므로 적용된 전기장에 반응하여 EOF를 생성하는 유체만 사용할 수 있다.[2]

제어 전압은 50V의 순서에 불과하지만 채널 축을 따라 EOF가 생성되는 전압은 300V의 순서에 따라 더 크다.[2][3] 전극 접점에서 전기분해가 발생할 수 있다는 것을 실험적으로 알 수 있다. 이 수전분해는 채널의 pH를 변화시켜 생물학적 세포와 생체분자에 악영향을 줄 수 있는 반면, 기포는 미세유체계를 "클로그"하는 경향이 있다.[4]

마이크로 전자 시스템과 더욱 유사하게, 흐름의 전환 시간FET는 크기에 반비례한다. 흐름 축소FET는 적용된 전기장의 변화에 따라 흐름이 새로운 유량으로 평형화되는 시간을 감소시킨다. 단, 흐름의 빈도는 유의해야 한다.FET는 전자 FET의 경우보다 속도가 느린 많은 순서다.

적용들

FlowFET는 예를 들어 DNA 미세조영에서와 [1]같이 대규모 병렬 미세유체 조작에서 잠재적인 사용을 본다.[2]

FlowFET를 사용하지 않고 제타 전위는 변경하지 않은 채 EOF 생성 필드(즉, 채널 축과 평행한 필드)의 크기를 변경하여 EOF 속도를 조절할 필요가 있다. 그러나 이 배열에서는 서로 연결된 채널에서 동시에 EOF를 제어하는 것이 쉽사리 이루어질 수 없다.[1]

FlowFET는 움직이는 부품을 사용하지 않는 방식으로 미세 유체 흐름을 제어하는 방법을 제공한다.[1][2][3] 이는 Wu 등이 제시한 것과 같이 공압적으로 작용한 근위축 펌프를 포함한 다른 솔루션과 극명한 대조를 이룬다.[5] 움직이는 부품이 적으면 미세유체 장치의 기계적 고장 기회가 줄어든다. 이는 대형 마이크로 전자 유체(MEF) 어레이의 향후 대규모 반복이 크기와 복잡성에서 계속 증가함에 따라 점점 더 관련이 깊어질 수 있다.

양방향 전자 제어 흐름의 사용은 입자 및 거품 세척 작업에 흥미로운 옵션을 가지고 있다.[2]

참고 항목

참조

  1. ^ a b c d e f g h Schasfoort, Richard B. M.; Schlautmann, Stefan; Hendrikse, Jan; van den Berg, Albert (29 October 1999). "Field-Effect Flow Control for Microfabricated Fluidic Networks". Science. 286 (5441): 942–945. doi:10.1126/science.286.5441.942. PMID 10542145.
  2. ^ a b c d e f g h Kerkhoff, H.G.; Barber, R.W.; Zhang, X.; Emerson, D.R. (2006). "Fault modelling and co-simulation in FlowFET-based biological array systems". Proceedings – Third IEEE International Workshop on Electronic Design, Test and Applications, DELTA 2006: 177–182.
  3. ^ a b Kerkhoff, H; Barber, R; Emerson, D; Van Der Wouden, E (2005). "Design and Test of Micro-Electronic Fluidic Systems". Proceedings Workshop on MEMS, DATE05 Workshops: 47–52.
  4. ^ Erlandsson, P. G.; Robinson, N. D. (2011). "Electrolysis-reducing electrodes for electrokinetic devices". Electrophoresis. 32 (6–7): 784–790. doi:10.1002/elps.201000617. PMID 21425174. S2CID 1045087.
  5. ^ Wu, Min Hsien; Huang, Song Bin; Cui, Zhanfeng; Cui, Zheng; Lee, Gwo Bin (2008). "Development of perfusion-based micro 3-D cell culture platform and its application for high throughput drug testing". Sensors and Actuators, B: Chemical. 129 (1): 231–240. doi:10.1016/j.snb.2007.07.145.