Dielectrowetting droplet manipulations on digital microfluidic paper chip
- 주제(키워드) electronic paper chip , digital microfluidic , dielectrowetting , chip controller module
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 신관우
- 발행년도 2020
- 학위수여년월 2020. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화학과
- UCI I804:11029-000000064769
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
Droplet operations, such as creation, splitting, merging and transportation, are essential unit operations in digital microfluidic systems. In conventional microfluidic systems, these operations were performed by using the electrowetting-on-dielectric (EWOD) technique, but mainly on the chips in closed type. In this study, instead of EWOD-based closed chips, all of the basic unit droplet operations have been completed on an open chip both by utilizing the dielectrowetting technique which is originated from strong liquid-electrophoresis (L-DEP) and by introducing the interdigitated electrodes (IDEs) to provide the non-uniform electric field for L-DEP. Dimatix, a high-resolution material printer, has been employed in order to obtain the precise IDE pattern on paper in high resolution, achieving 50 m wide of a pin electrode, which resolution can be comparable to that of the photolithographic method. The jetting voltage of Dimatix was set to 22 V with only one nozzle opening condition. For a test dielectric liquid, propylene carbonate, we observed that a droplet received the maximum L-DEP force when the applied AC voltage was set to the frequency of 1.2 kHz. The amplitude of 350 Vrms was used. Proving these optimized conditions, we demonstrated all of the digital droplet operations successfully. Notably, an integer set of daughter droplets of from 1 uL to 15 uL, were created starting from a given drop of the volume of 16 uL by employing the bisectional splitting method. Also, we developed an electric switching relay module that automatically controls electricity using the Arduino board, a microprocessor, and we can wirelessly transmit commands to create the desired volume by using the smartphone app developed by MIT App inventor 2.
more초록/요약
표면 위의 액체의 방울 즉 액적(dproplet)의 생성, 이동, 분할, 병합은 디지털 미세유체 시스템에서 필수적인 단위 동작이다. 기존의 미세유체 시스템에서는 주로 전기습윤(electrowetting)를 활용하여 이러한 움직임들을 수행했지만, 액적의 분리 동작은 닫힌 칩에서만 가능한 단점이 있었다. 본 연구에서는 기존의 전기습윤 방법이 아닌, 서로 맞물린 형태의 전극을 잉크젯 프린팅 방식으로 종이 위에 인쇄하여 비균질한 전기장을 발생시켜 dielectrowetting 현상을 이용하여 전기영동의 힘으로 열린 칩에서 방울의 전체 움직임을 제어하는 liquid-dielectrophoresis (L-DEP) 방식으로 액적의 단위 동작을 구현하였다. 특히, 이중 분할 방식을 통해 16 uL로 시작하여 1 uL부터 15 uL까지의 모두 정수배의 부피를 갖는 액적을 자동으로 생성하였다. 시료 액체 propylene carbonate는 인가 교류전압의 주파수 1.2 kHz일 때 가장 큰 L-DEP 힘을 보여주었다. 또한, 전압은 350 Vrms를 사용했다. 강한 L-DEP 힘을 얻기 위해 고해상도 나노 재료를 분사하는 잉크젯 프린터인 Dimatix를 사용하였다. 또한, 마이크로프로세서인 아두이노 보드를 이용해 자동으로 전기를 제어하는 전기스위칭 릴레이 모듈을 개발하였고, ‘MIT App inventor 2’로 개발한 스마트폰 앱을 사용하여 무선으로 명령을 전달하여 원하는 부피를 만들 수 있는 분배기와 소프트웨어 프로토콜을 제작하였다.
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