Temperature controller on paper-based digital microfluidics for DNA amplification
- 주제(키워드) paper-based electronics , digital microfluidics , electrowetting , inkjet printing , temperature controller , 종이전자 , 디지털 미세유체칩 , 전기습윤 , 잉크젯 프린팅 , 온도 조절장치
- 발행기관 서강대학교 대학원
- 지도교수 신관우
- 발행년도 2019
- 학위수여년월 2019. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000063965
- UCI I804:11029-000000063965
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
최근에 다양한 기능성 나노재료 잉크를 인쇄하는 종이 전자 기술이 급속히 개발되고 있다. 그중에서, 유연한 종이 기판 위에 인쇄된 전극 위에서 디지털화된 유체의 단위인 액적을 이용하는 디지털 미세유체칩(digital microfluidic chip, DMF)이 크게 주목받고 있으며, 이 기술은 전기습윤 기술을 통해 액적의 수송, 분리, 분배 및 혼합을 정밀히 제어하여 원하는 화학반응을 자동화하여 수행할 수 있다. 기존의 개발된 p-DMF 종이칩에는 온도조절 장치가 없어서 흡열반응을 처리할 수 없는 제약이 있었다. 본 연구에서는, 잉크젯 프린터로 인쇄한 온도 센서와 전기 히터로 온도 조절장치를 제조하였고, 정밀한 온도 제어가 필요한 DNA 증폭에 응용하였다. 줄열(Joule heating)을 이용한 히터와, 열전 현상(thermoelectric effect)을 이용한 열전대형 온도 센서를 이용하였으며, 이를 위해 은 나노입자와 PEDOT:PSS 고분자 재료 잉크를 사용하였다. 가장 주목할 장점은 이러한 전극들을 액적을 움직임을 제어하는 전기습윤의 구동 전극으로도 사용될 수 있다는 점이다. 온도 센서의 PEDOT:PSS와 은 나노입자의 접합 계면으로부터 측정된 제벡 계수(Seebeck coefficient)는 18.873 μV/K로 측정되었다. 각각의 구성요소를 통합하기 위해, 랩뷰 소프트웨어를 기반으로 한 PID 제어가 사용됐다. 또한, 물방울의 증발과 열 손실을 최소화하기 위해서, 광물 유가 채워진 완전히 밀봉된 칩을 이용했다.
more초록/요약
Recently, paper-based electronic technology printed with various functional nanomaterial inks has been rapidly developed. Among them, a digital microfluidic chip (DMF) using a droplet as a unit of a digitized fluid on an electrode printed on a flexible paper substrate has attracted much attention, and the desired chemical reaction can be carried out automatically by precisely manipulating transportation, split, dispensation and mixing of droplets using electrowetting. The previous paper-based p-DMF chip did not have a temperature controller, thus there was a limitation that the endothermic reactions could not be conducted. In this study, we fabricated a temperature controller composed of micro heater and temperature sensor printed with an inkjet printer, and this temperature controller was applied to DNA amplification that requires precise temperature control. We employed Joule heating and thermoelectric effect for micro heater and temperature sensor, and PEDOT:PSS polymer and silver nanoparticle inks were utilized. The main advantage of these functional electrodes is that they can also be used as driving electrodes for electrowetting. Seebeck coefficient of a temperature sensor was 18.873 μV/K obtained from an interfacial junction of PEDT:PSS and silver nanoparticle. PID controller based on Labview software was utilized to incorporate each component together. Also, we used a fully enclosed-chip filled with mineral oil to minimize evaporation and thermal loss of a droplet.
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