광전계식

Optoelectrowetting

OEW(Opto Electrowetting)는 미세유체학 분야에서 사용되는 액체 방울 조작 방법입니다.이 기술은 빠른 전환 응답 시간과 낮은 전력 소비로 인해 액체 작동에서 유용한 것으로 입증된 일렉트로웨팅 원리를 기반으로 합니다.그러나 여러 방울의 동시 조작과 같이 기존의 전기 세팅이 어려운 경우 OEW는 생산하기 쉽고 저렴한 수익성 있는 대안을 제시합니다.OEW 표면은 리소그래피가 필요 없기 때문에 제작이 용이하며 빛의 강도에 대한 반응으로 실시간 재구성 가능한 대규모 조작 제어가 가능합니다.

이론.

전통적인 전기 경화 메커니즘은 액체 방울에 가해지는 장력을 제어하는 능력으로 인해 점점 더 많은 관심을 받고 있다.나노스케일 응용에서는 표면 장력이 주요 액체 작동력으로 작용하기 때문에 외부 전압의 적용을 통해 고액 계면에서 이 장력을 수정하기 위해 일렉트로웨팅이 사용되었습니다.인가된 전계는 액체 방울의 접촉 각도에 변화를 일으키고, 액체 방울의 표면 장력을 변화시킵니다.전기장을 정밀하게 조작하면 물방울을 제어할 수 있습니다.액체 방울은 전극 사이에 위치한 절연 기판 위에 놓입니다.

기존의 전기 경화도에 대한 광전기 경화

광전류화 메커니즘은 AC 전원이 연결된 기존 전기경화 회로 아래에 감광체를 추가합니다.통상적인(어두운) 조건에서는 시스템 임피던스의 대부분은 광전도 영역에 있기 때문에 전압 강하의 대부분은 여기에서 발생합니다.그러나 시스템에 빛이 비칠 때 캐리어 생성 및 재조합에 의해 감광체 스파이크의 전도성이 발생하고 절연층 전체에 걸쳐 전압 강하가 발생하여 전압의 함수로서 접촉각이 변화한다.액체와 전극 사이의 접촉 각도는 다음과 [1]같이 설명할 수 있습니다.


여기서A V, d, θ, θ는LV 전압, 절연층의 두께, 절연층의 유전율, 액체와 기체 사이의 계면장력 상수이다.OEW와 같은 AC 상황에서는 V가A RMS 전압으로 대체됩니다.AC전원의 주파수는 감광체의 임피던스가 어두운 상태에서 우세하도록 조정됩니다.따라서 절연층을 통한 전압 강하의 이동은 빛의 세기의 함수로서 액체 접촉각을 감소시킨다.액체방울의 한쪽 가장자리에 광학빔을 비추면 접촉각도가 작아져 액체방울 전체에 압력차가 생겨 액체방울의 질량중심을 조명측으로 밀어낸다.광빔을 제어하면 물방울의 움직임을 제어할 수 있습니다.

OEW는 4mW 레이저 빔을 이용해 탈이온수 물방울을 7mm/s의 속도로 이동시키는 것으로 입증됐다.

기존의 일렉트로웨팅은 액체 작동을 위해 2차원 전극 배열이 필요하기 때문에 문제에 직면합니다.전극의 수가 많으면 칩의 제어와 패키징, 특히 작은 크기의 액체 방울이 복잡해집니다.이 문제는 전자 디코더의 집적화를 통해 해결할 수 있지만 칩 비용은 크게 증가할 [2][3]것이다.

단측 연속광전로방식(SCOEW)

일렉트로웨팅 기반의 디바이스에서 액적 조작은 일반적으로 액적을 끼우고 디지털 전극에 의해 작동되는 두 개의 평행 플레이트를 사용하여 이루어집니다.조작할 수 있는 최소 액적 크기는 픽스화된 전극의 크기에 따라 결정됩니다.이 메커니즘은 역동적이고 재구성 가능한 광학 패턴을 이용하여 물리적인 픽사이징 전극의 크기 제한에 대한 해결책을 제공하며 연속적인 전송, 분할, 병합 및 물방울 혼합 등의 동작을 가능하게 합니다.SCOEW는 개방적이고 특징이 없는 광전도성 표면에서 실시됩니다.이 구성은 간단한 [4]튜브를 통해 샘플 저장기와 같은 다른 미세 유체 구성 요소와 쉽게 통합할 수 있는 유연한 인터페이스를 만듭니다.

오픈 옵티컬 일렉트로웨팅(O-OEW)[5]이라고도 합니다.

광복사용량을 이용한 광전기경화

또한 액체와 절연체-반도체 [6]접합부의 광전용량을 이용하여 광전로 경화를 할 수도 있다.광감응형 일렉트로웨팅은 광다이오드 역할을 하는 절연체-반도체 접합부의 공간 전하 영역에 있는 캐리어의 광변조를 통해 이루어집니다. 이는 금속 산화물-반도체를 기반으로 하는 전하 결합 장치와 유사합니다.

응용 프로그램의 종류

임상 진단

일렉트로웨팅은 완전한 생리학적 [7]화합물을 처리하고 조작하는 능력에서 랩 온 칩 시스템에서 가장 어려운 작업 중 하나에 대한 해결책을 제시합니다.기존의 미세 유체 시스템은 다른 화합물을 처리하는 데 쉽게 적응할 수 없기 때문에 종종 장치 전체가 실용적이지 않은 결과를 초래하는 재구성이 필요합니다.OEW를 통해 하나의 전원을 가진 칩을 다양한 물질과 함께 쉽게 사용할 수 있으며 다중 검출이 가능합니다.

광학 작동

마이크로 전자기계 시스템(MEMS)에서의 광활성화는 개념 증명 [8][9]실험에서 입증되었다.일반적인 기판 대신 특수 캔틸레버를 액체 절연체-포토컨덕터 스택 위에 배치한다.광도체에 빛을 비추면 캔틸레버 낙하로부터의 모세관력이 접촉각에 따라 변화하여 빔을 편향시킨다.이 무선 작동은 현재 자율 무선[10] 센서의 광 어드레싱 및 제어에 사용되는 복잡한 회로 기반 시스템을 대체하기 위해 사용될 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 인용이 필요
  2. ^ Pollack, Michael G.; Fair, Richard B.; Shenderov, Alexander D. (2000-09-11). "Electrowetting-based actuation of liquid droplets for microfluidic applications". Applied Physics Letters. AIP Publishing. 77 (11): 1725–1726. Bibcode:2000ApPhL..77.1725P. doi:10.1063/1.1308534. ISSN 0003-6951.
  3. ^ Chiou, Pei Yu; Moon, Hyejin; Toshiyoshi, Hiroshi; Kim, Chang-Jin; Wu, Ming C. (2003). "Light actuation of liquid by optoelectrowetting". Sensors and Actuators A: Physical. Elsevier BV. 104 (3): 222–228. doi:10.1016/s0924-4247(03)00024-4. ISSN 0924-4247.
  4. ^ Park, Sung-Yong; Teitell, Michael A.; Chiou, Eric P. Y. (2010). "Single-sided continuous optoelectrowetting (SCOEW) for droplet manipulation with light patterns". Lab on a Chip. Royal Society of Chemistry (RSC). 10 (13): 1655–61. doi:10.1039/c001324b. ISSN 1473-0197. PMID 20448870.
  5. ^ Chuang, Han-Sheng; Kumar, Aloke; Wereley, Steven T. (2008-08-11). "Open optoelectrowetting droplet actuation". Applied Physics Letters. AIP Publishing. 93 (6): 064104. Bibcode:2008ApPhL..93f4104C. doi:10.1063/1.2970047. ISSN 0003-6951.
  6. ^ Arscott, Steve (2011). "Moving liquids with light: Photoelectrowetting on semiconductors". Scientific Reports. 1 (1): 184. arXiv:1108.4935. Bibcode:2011NatSR...1E.184A. doi:10.1038/srep00184. ISSN 2045-2322. PMC 3240946. PMID 22355699.
  7. ^ Srinivasan, Vijay; Pamula, Vamsee K.; Fair, Richard B. (2004). "An integrated digital microfluidic lab-on-a-chip for clinical diagnostics on human physiological fluids". Lab on a Chip. Royal Society of Chemistry (RSC). 4 (4): 310–5. doi:10.1039/b403341h. ISSN 1473-0197. PMID 15269796.
  8. ^ Gaudet, Matthieu; Arscott, Steve (2012-05-28). "Optical actuation of microelectromechanical systems using photoelectrowetting". Applied Physics Letters. 100 (22): 224103. arXiv:1201.2873. Bibcode:2012ApPhL.100v4103G. doi:10.1063/1.4723569. ISSN 0003-6951. S2CID 119208424.
  9. ^ Bob Yirka (2012-01-02). "Research team creates photoelectrowetting circuit". Phys.org. Retrieved 2020-02-27.
  10. ^ Yick, Jennifer; Mukherjee, Biswanath; Ghosal, Dipak (2008). "Wireless sensor network survey". Computer Networks. Elsevier BV. 52 (12): 2292–2330. doi:10.1016/j.comnet.2008.04.002. ISSN 1389-1286.

외부 링크