Design and realization of a microfluidic capillary sensor based on a silicon structure and disposable optrodes

• Autorzy: Szczepański Z. , Borecki M. , Szmigiel D. , Korwin Pawlowski M. L.

Warianty tytułu

PL

Projekt i realizacja mikrocieczowego czujnika kapilarnego opartego na przestrzennej strukturze krzemowej z wykorzystaniem włókien światłowodowych

• Konferencja: 35th International Microelectronics and Packaging IMAPS - IEEE CPMT Poland Conference ; 21-24.09. 2011 ; Gdańsk Sobieszewo, Poland
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper a new design and technology of microfluidic capillary sensors is presented. Those sensors can be applied for in situ classification of biological and chemical liquids. The principle of work of capillary sensors is based on changes of light transmission within capillary filled the liquid subject to a local heating pulse. An example of its application can be instant determining of biofuel usability at a filling station. The main advantages of microfluidic capillary sensors are the small sample volume of about 3 mm³ and a short time of examination, below 2 minutes. The microfluidic capillary sensor head has been designed as a 3D hybrid structure working in conjunction with disposable optical capillary optrodes. The hybrid structure consists of ceramic base (DBC) and a silicon substrate. The silicon substrate is fabricated using MEMS micromachining processes.

PL

W artykule przedstawiono projekt i omówiono realizację optycznego mikrocieczowego czujnika kapilarnego, przeznaczonego do badań cieczy chemicznych i biologicznych. Zasada ich działania oparta jest na wykorzystaniu zmian sygnału świetlnego przechodzącego przez kapilarę wypełnioną badaną cieczą. Sygnały optyczne wychodzące z czujnika są przetwarzane w obwodach optoelektronicznych i przekazywane do komputera. Przy analizowaniu sygnałów wykorzystywane są sztuczne sieci neuronowe. Dla poprawienia dokładności pomiarowej, czujnik pracuje w układzie wieloparametrycznym, rejestrując informacje o podstawowych parametrach cieczy. Główną zaletą tych czujników jest mała ilość cieczy potrzebnej do badań i krótki czas pomiaru. Optoelektroniczne czujniki kapilarne znajdują zastosowanie w biotechnologii, diagnostyce medycznej, w wykrywaczach narkotyków oraz w badaniach właściwości użytkowych biopaliw.

Słowa kluczowe

EN

optical capillary; microfluidic sensor; intelligent sensor; microsystem technology; fiber optic sensor; capillary sensor; MEMS sensors

PL

kapilara optyczna; czujnik mikrocieczowy; czujnik inteligentny; technologia mikrosystemów; czujnik światłowodowy; czujnik zintegrowany

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 53, nr 1
• Strony: 28--30
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Szczepański Z.

autor

Borecki M.

autor

Szmigiel D.

autor

Korwin Pawlowski M. L.

• Warsaw University of Technology, Institute of Microelectronics and Optoelectronics, Warsaw

Bibliografia

• [1] Weigl B. H., O. S. Wolbeis: Capillary optical sensors. Anal. Chem. 66, 1994. pp. 3323-3327.
• [2] Weigl B. H., G. Domingo, P. Laborre, J. Gerlach: Towards non and minimally microfluidics-basd diagnostic devices. Lab Chip. 8. 2008. pp. 1999-2014.
• [3] Romaniuk R.: Applications of capillary optical fibres. Proc. SPIE 6347. 2006.
• [4] Borecki M., et al.: Optoelectronic Capillary Sensors in Microfluidic and Point-of-Care Instrumentation. Sensors. 2010; 10(4):3771-3797; http://www.mdpi.com/1424-8220/10/4/3771/pdf
• [5] Borecki M., M. L. Korwin-Pawłowski, P. Wrzosek, J. Szmidt: Capillaries as the components photonic sensor and Microsystems. 2008. Mes. Sci. Technol. 19:065202.
• [6] Keller B. K., M. D. De Grandpre, C. P. Palmer: Sensors and Actuators. B 25. 2007. pp. 360-371.
• [7] Lippitisch M. E., S. Draxler, D. Kieslinger, H. Lehmann, B. H. Weigl: Applied Optics 35. 1996. pp. 3426-3431.
• [8] Gholamzadeh B., H. Nabovati: Fiber Optic Sensors. World Academy of Science, Engineering and Technology 42 2008. pp. 297-307.
• [9] Pustelny T., K. Barczak, K. Gut, J. Wojcik: Special optical fiber type D applied in optical sensor of electric currents. Optica Applicata, 34 (4), 2004, pp. 531-539.
• [10] Struk P., T. Pustelny, K. Gut, K. Gołaszewska, E. Kamińska, M. Ekielski, I. Pasternak, E. łusakowska, and A. Piotrowska: Planar optical waveguides based on thin ZnO layers. Acta Physica Polonica A 116 (3), 2009, pp. 414-418.
• [11] Borecki M., et al.: Intelligent Photonic Sensors for Application in Decentralized Wastewater Systems; in Waste Water - Evaluation and Management. Fernando Sebastian Garcia Einschlag (Ed ), ISBN: 978-953-307-233-3, InTech, (2011); http://www.intechopen.com/articles/show/title/intelligent-photonic-sensors-for-application-in-decentralized-wastewater-systems
• [12] Borecki M., M. Korwin-Pawłowski: Optical Capillary Sensors for Inteligent Microfluidic Sample Classification, in Nanosensors: Theory and Applications, ed. K. Lim, CRC Press, pp. 215-246, Boca Raton-London-New York, (2011).
• [13] Borecki M., M. L. Korwin-Pawłowski, M. Bebłowska, M. Szmidt, K. Urbańska, J. Kalenik, Ł. Chudzian, Z. Szczepański, K. Kopczyński, A. Jakubowski and J. Szmidt: Capillary Microfluidic Sensor for Determining the Most Fertile Period in Cows. Acta Physica Polonica A 118 (6), 2010, pp. 1093-1099.
• [14] Urbańska K. et al.: Vaginal fluid of cow differences in rut cycle with emphasis on most fertile period. Życie Weterynaryjne, 86 (2), 2011, pp. 127-129.