芯片實(shí)驗(yàn)室設(shè)備利用電信號測量葡萄糖，分辨血型并檢測病毒或癌癥。但是生物樣品需要保護(hù)免受電場的影響。一層薄薄的氧化鉿可以解決問題。圖片來源：Sanaz Habibi

微流體設(shè)備可以采用標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室程序，并將每個(gè)程序濃縮成可以在水瓶蓋頂部平衡的微芯片。密歇根理工大學(xué)的一個(gè)研究小組，研究化學(xué)工程，電氣工程和材料科學(xué)，簡化了微流體裝置的設(shè)計(jì)，以便觀察其內(nèi)部工作情況。這些設(shè)備使用毛發(fā)薄的隧道和同樣微小的電極，通過電流漏斗液體，對細(xì)胞進(jìn)行分類，發(fā)現(xiàn)疾病，并進(jìn)行診斷測試。

問題是生物樣本不是惰性的，它們是充電的并準(zhǔn)備好相互作用。當(dāng)流體與微裝置電極接觸時(shí)，可能發(fā)生爆炸。微小的。但爆炸性紅細(xì)胞是由離子不平衡引起的，這種離子不平衡會(huì)在稱為裂解的過程中破壞細(xì)胞膜，從而無法測試血糖水平或血型。在其他測試中，例如癌癥或傳染病，弄亂樣品化學(xué)可能導(dǎo)致嚴(yán)重的陰性或假陽性。樣品和電極之間的相互作用，稱為法拉第反應(yīng)，可能是微流體中不需要的副作用。

為了保持樣品的完整性并保持清晰的表面以觀察設(shè)備內(nèi)部的情況，密歇根理工學(xué)院的工程師詳細(xì)說明了薄氧化鉿層如何像微型器件的手機(jī)屏幕保護(hù)膜一樣。他們的工作最近發(fā)表在Thin Solid Films上，一個(gè)設(shè)備的視頻顯示了保護(hù)層的工作原理。

化學(xué)工程講師Jeana Collins在密歇根理工大學(xué)攻讀博士研究微流體，是該論文的第一作者。她解釋了芯片實(shí)驗(yàn)室如何使用稱為介電電泳的過程。

“介電泳反應(yīng)是一種運(yùn)動(dòng)，”她說?！澳阍趺茨苷f它感動(dòng)？看著它移動(dòng)?！?/span>

 芯片實(shí)驗(yàn)室設(shè)備利用電信號測量葡萄糖，分辨血型并檢測病毒或癌癥。但是生物樣品需要保護(hù)免受電場的影響。一層薄薄的氧化鉿可以解決問題。它可以控制紅細(xì)胞裂解，同時(shí)保留設(shè)備的電場并且也很清晰，因此工程師仍然可以用顯微鏡觀察微流體和內(nèi)部工作情況。圖片來源：Sanaz Habibi和Ben Jaszczak / Michigan Tech

柯林斯接著解釋說，來自電極的非均勻電場與樣品中的粒子或細(xì)胞上的電荷相互作用，導(dǎo)致它們遷移。許多生物芯片實(shí)驗(yàn)室設(shè)備依賴于這種電響應(yīng)。

“作為化學(xué)工程師，我們更多地處理流體方面，”柯林斯說，并補(bǔ)充說電子設(shè)備也是關(guān)鍵，血糖儀就是一個(gè)很好的例子?！澳阋呀?jīng)得到了血液 - 這就是你的液體 - 它進(jìn)入，你做了一個(gè)測試，然后你得到一個(gè)數(shù)字讀數(shù)。所以它是流體和電子學(xué)的結(jié)合?！?/span>

即使像葡萄糖計(jì)這樣的商業(yè)化芯片實(shí)驗(yàn)室被覆蓋，柯林斯和其他工程師也需要了解在顯微鏡下獲得清晰圖像的情況。這就是為什么氧化鉿只留下輕微的色調(diào)，在它們的微裝置設(shè)計(jì)開發(fā)中是有用的。

此外，該技術(shù)不適用于單個(gè)設(shè)備。由于其簡單性，氧化鉿層與許多電極設(shè)計(jì)一起工作，保持20.32的一致介電常數(shù)并且是血液相容的 - 也就是說，它最小化可導(dǎo)致細(xì)胞溶解的法拉第反應(yīng)，因此當(dāng)它們來時(shí)更少的紅血球細(xì)胞爆炸靠近電極。

柯林斯和她的團(tuán)隊(duì)測試了三種不同厚度的氧化鉿--58納米，127納米和239納米。他們發(fā)現(xiàn)，根據(jù)沉積時(shí)間--6.5分鐘，13分鐘和20分鐘 - 可根據(jù)特定設(shè)備的需要調(diào)整粒度和結(jié)構(gòu)。唯一可能的問題是基于熒光的微器件，因?yàn)?/span>氧化鉿確實(shí)會(huì)干擾某些波長。然而，該層的光學(xué)透明度使其成為許多生物實(shí)驗(yàn)室芯片測試的良好解決方案。

更多信息： JL Collins等，用于生物實(shí)驗(yàn)室芯片器件的鉿（IV）氧化物薄膜的電學(xué)和化學(xué)表征，薄固體薄膜（2018）。 DOI：10.1016 / j.tsf.2018.07.024 

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