Wyniki wyszukiwania - BazTech

Ograniczanie wyników

1 Computer Methods in Materials Science

1 2009

Znaleziono wyników: 1

Liczba wyników na stronie

Wyniki wyszukiwania

Wyszukiwano:
w słowach kluczowych: diamond microfluidic device

Sortuj według:

Ogranicz wyniki do:

Numerical simulations of Joule heating and its effects in diamond microfluidic devices

Lysko J. M., Witkowski D., Obidowski D., Karczemska A.

Computer Methods in Materials Science

2009

Vol. 9, No. 1

97-103

Microfluidic devices known also as labs-on-chip, capillary electrophoresis microchips or micro total analysis systems (mi-TAS) were introduced in 1990's for the first time. These devices have attracted much attention over the last years. They transfer tiny quantities of samples and reagents, through a system of microchannels and microchambers manufactured on the surface of a small plate. They are made up of different materials, most often of polymers (PDMS, PMMA), glass or silicon. Microfluidic devices are applied in many areas including separations of biomolecules (DNA or proteins), DNA amplification and sequencing, chemical synthesis, single cell analysis, environmental monitoring etc. They often integrate many steps of analysis such as sample preparation, separation and detection on a small, single chip. In this paper we study electrophoresis microchips. Joule heating and its effects, i.e., the temperature growth leading to temperature gradients in microfluidic devices, lead to many problems during chip electrophoresis. Sample band dispersion (low column separation efficiency), reduction of analysis resolution, destruction of thermally labile biomolecules or formation of vapor bubbles are the negative effects of Joule heating. In our research we compare diamond, glass and PDMS microfluidic devices. Microchips of different geometries and of different materials have been analyzed by the Conventor? software. Diamond reveals exceptionally good electro-thermo-opto-chemical parameters, is very useful in the range of biomolecular separations (such as electrophoresis) and for optical detection methods. Among them, the most important are: the highest-ever thermal conductivity coefficient, good optical transparency, very high electrical breakdown voltage, good chemical resistance and mechanical durability. Diamond microfluidic devices are very advantageous over glass or polymer microfluidic devices commonly used. They dissipate Joule heat much more efficiently because of the highest-ever thermal conductivity coefficient of diamond. Literature: [1] D.Erickson, 2005, Towards numerical prototyping of labs-on-chip: modelling for integrated microfluidic devices, Review, Microfluid Nanofluid (2005) 1: 301-318. [2] G.Tang, D.Yan, Ch.Yang, H.Gong, Ch.Chai, Y.Lam, Joule heating and its effects on electrokinetic transport of solutes in rectangular microchannels, Sensors and Actuators A 139 (2007) 221-232. [3] A.Karczemska, D.Sideris, J.Hassard, K.Jóźwik, E.Mitura, Electrophoretic chips for DNA and protein separations ? Joule heating dissipation, VI Sympozjum Modelowanie I pomiary w medycynie MPM,2004, 9-13 maja 2004, Krynica. [4] A.Karczemska, A.Sokołowska, Materials for DNA sequencing chip; Journal of Wide Bandgap Materials, Vol. 9, No. 4 April (2002) 243. [5] J.Łysko, D.Witkowski, D.Obidowski, A.Karczemska, Numerical Simulation of Diamond Microfluidic Device for Biomolecules? Electrophoretic Separations, Abstract in conference procedings, 19th European Conference on Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubes and Nitrides, 7-11 September 2008, Sitges, Spain. Acknowledgements: Research supported by the project ?Diamond Microfluidic Devices for Genomics

W publikacji są omawiane przyrządy mikrofluidyczne, znane również jako laboratorium na strukturze (ang. lab-on-chip, LoC), elekroforetyczne mikrostruktury kapilarne lub miniaturowe) układy do całościowej analizy biochemicznej (ang. micro analysis systems, mi-TAS). Były one wprowadzone do użytku po raz pierwszy w latach 1990, a ponad to skupiały na sobie dużo uwagi w ciągu minionych ostatnich lat. Do pomiarów z ich użyciem potrzebne są bardzo małe objętości próbek i odczynników (bardzo kosztowne). Są one transportowane przez system mikrokanałów i mikrokomór wytworzonych na powierzchni małych płytek podłożowych z różnego rodzaju materiałów. Najczęściej z polimerów (PDMS, PDMA), szkła ) krzemu. Przyrządy mikofluidyczne są stosowane w wielu kinach, obejmujących rozdziały biomolekuł (DNA., lub krzemu, powielanie i sekwencjonowanie DNA, syntez chemiczcznych,monitorowania zjawisk biochemicznych zachodzących w pojedynczych komórkach, monitorowania środowiska naturalnego itp. Często łączą w sobie wiele operacji analitycznych, takich jak przygotowanie próbki, separacja i detekcja biomolekuł w małych pojedynczych strukturach. W tej publikacji mikrostruktury do separacji biomolekuł metodą elektroforezy. Zjawisko ciepła Joule'a i jego wpływ, tj. wzrost temperatury prowadzący do dużych gradientów, w przyrządach mikrofluidycznych powoduje wiele problemów metrologicznych - rozmycie pasm (niska wydajność rozdziału kolumny), zmniejszenie rozdzielczości pomiarowej, uszkodzenie niestałych termicznie biomolekuł lub uwolnienie z cieczy gazów w formie pęcherzyków. W zaprezentowanych wynikach badań porównano parametry przyrządów mikrofluidycznych wykonanych z diamentu, szkła i PDMS-u. Mikrostruktury o różnych proporcjach wymiarów geometrycznych i wykonane z różnych materiałów były analizowane z użyciem oprogramowania komputerowego Coventor (metoda elementów skończonych, FEM).Diament posiada wybitnie dobre parametry elektro-termo-optoniczne, które są bardzo użyteczne w zaprezentowanej metodzie analizy biomolekularnej (w szczególności przy elektroforezie). Najważniejszymi parametrami są: bardzo duży współczynnik przewodnictwa cieplnego, dobra przezroczystość optyczna, bardzo duże napięcie przebicia elektrycznego, dobra odporność i i duża wytrzymałość mechaniczna. Diamentowe przyrządy mikrofluidyczne mają wiele zalet względem swoich powszechnie stosowanych odpowiedników wykonywanych ze szkła lub polimerów. Znacznie wydajniej przewodzą one ciepło Joule'a z powodu największego znanego współczynnika przewodnictwa cieplnego diamentu.