The micro-Particle Image Velocimetry (micro-PIV) was used to measure flow velocities in micro-channels in two passive micromixers: a microfluidic Venturi mixer and a microfluidic spiral mixer, both preceded by standard “Y” micromixers. The micro-devices were made of borosilicate glass, with micro-engineering techniques dedicated to micro-PIV measurements. The obtained velocity profiles show differences in the flow structure in both cases. The micro-PIV enables understanding the micro-flow phenomena and can help to increase reproducibility of micromixers in mass production.
W artykule przedstawiono urządzenie lab-on-a-chip do hodowli i badań potencjału biologicznego mikroorganizmów. Szczegółowo opisano konstrukcję i technologię lab-chipa wykonanego ze szkła borokrzemowego. Użyteczność zaproponowanego rozwiązania sprawdzono w badaniach dwóch gatunków eugleny: Eugleny gracilis oraz Eugleny viridis. W ramach przeprowadzonych doświadczeń mikroorganizmy te poddano oddziaływaniu powietrza, azotu i dwutlenku węgla. Na podstawie otrzymanych wyników określono wzrost populacji euglen stymulowanych światłem i dwutlenkiem węgla (fotosynteza). Udokumentowano również pozytywną chemotaksję E. gracilis w kierunku powietrza. Doświadczenia wykazały, że konstrukcja lab-chipa umożliwia uzyskanie długoterminowej hodowli euglen i może znaleźć w przyszłości zastosowanie w badaniach potencjału biologicznego innych mikroorganizmów, komórek, czy oocytów.
EN
In the paper, the lab-on-a-chip for culturing and microorganisms’ investigation has been presented. The construction and technology of borosilicate glass chip has been described in details. Utility of the device has been verified in the study of Euglena vridis and Euglena gracilis. The selected microorganisms have been subjected to air, nitrogen and carbon dioxide stimulation. In the experiments, the population growth based on the photosynthesis process of two euglena species has been investigated. In addition, a repeatable, positive chemotaxis of Euglena gracilis towards air in the lab-on-a-chip device has been observed. The conducted experiments have proved that the lab-on-a-chip construction enables for a long term culturing of the chosen microorganisms and may be used to provide reliable cell or oocyte study in the near future.
Przedstawiono wybrane prace Wydziałowego Zakładu Mikroinżynierii Fotowoltaiki Wydziału Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechniki Wrocławskiej w dziedzinie MEMS, wnoszące znaczący udział w rozwój techniki mikrosystemów w kraju i na niwie europejskiej i światowej. Omówiono inteligentny mikroreaktor chemiczny i zintegrowaną fabrykę nitratów typu desk-top, lab-chipy i instrumenty do amplifikacji DNA metodą PCR i analizy DNA techniką kapilarnej elektroforezy żelowej, lab-chip i instrument do oceny jakościowej embrionów zwierząt hodowlanych oraz elementy technologii i konstrukcji mikrozegara atomowego.
EN
Chosen works on MEMS type microsystems done at the Department of Microengineering and Photovoltaics of the Faculty of Microsystem Electronics and Photonics, important for European and World development of the discipline, have been presented. Special attention has been paid to intelligent chemical microreactors and desk-top nitration micro-plant, lab-chip based instrumentation for amplification of DNA by PCR technique and identification of DNA by lab-chip capillary gel electrophoresis, lab-chip system for quality assessment of farm animal embryos, and chosen results on micro atomic cesium MEMS clock.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Rapid development of analytical microsystems, also often called as labs-on-a-chip and used to perform various chemical and biochemical analysis with nano- and pico-volumes of the sample, has been observed for almost two decades. Successful application of analytical microsystems in medical and veterinary practices is relevant to many factors but one of them is low price of the disposable microsystem - often in the form of a chip. The chips are made of cheap materials, for example, polymers. One of such material is a negative photoresist SU-8. It is characterized by biocompatibility and possibility of easy fabrication of various three-dimensional fluidic microstructures. Moreover, SU-8 is transparent for visible light. It makes SU-8 attractive material for labs-on-a-chip dedicated for genetic material analysis by real-time polymerase chain reaction (PCR). In this paper, we present the results of investigations of the influence of PCR-like temperature profiling on the transmittance spectra. The autofluorescence effect of SU-8 illuminated with various lasers has also been investigated as one of the factors limiting sensitive fluorescence readout. The results obtained showed that SU-8 can be successfully applied as labs-on-a-chip material but, due to high SU-8 autofluorescence, red-line fluorochromes are preferred when high-sensitivity fluorescence detection is required.
W pracy przedstawiono krzemowo-szklany chip mikrofluidyczny tzw. mikrocytometr. Jest to miniaturowe urządzenie do analizy parametrów różnych komórek (przepływającego obiektu biologicznego) wprowadzonych do układu mikrokanałów. Prezentowany mikrocytometr przystosowany jest do wprowadzania światła prostopadle do kierunku przepływu badanej próbki. Do oświetlania próbki opracowano miniaturowe krzemowo-szklane źródło światła. Źródło to wykorzystuje emisję polową elektronów z wielościennych nanorurek węglowych oraz wzbudzanie luminescencji w nanokrystalicznym luminoforze tlenkowym. Ze względu na kompatybilność technologiczną obu miniaturowych urządzeń jest możliwa ich pełna integracja. Opracowany chip został zastosowany do analizy właściwości pojedynczych komórek zwierzęcych metodą pomiaru wzbudzonej fluorescencji. Wstępne testy wykazały, że krzemowo-szklany mikrocytometr umożliwia ocenę stanu biologicznego oocytów zwierzęcych poddanych indukowanej apoptozie.
EN
A new silicon-glass microfluidic chip called microcytometer is presented in the paper. It is a miniature device for examining parameters of microscopic particles, such as cells which are suspended in a stream of fluid flowing by microchannel. This chip allows introduction of light beam vertically to the sample flow direction. Miniature light source for lighting the analysed cell was elaborated. The light source makes use of electron emission for cold cathode as an effect of a very high electrical field. Field-emitted electrons from multiwall carbon nanotubes excite luminescence from nanocrystalline oxide phosphors. Because of technological compatibility of both miniature devices, they can be fully integrated. The microcytometer was used for fluorimetric measurements of single living, animal cells. The first results showed that the silicon-glass microcytometer allowed estimation of biological conditions of animal oocytes which were subjected to induced apoptosis.
Obecnie stosowana metoda oceny jakościowej komórek rozrodczych zwierząt polega na obserwacji mikroskopowej ich cech morfologicznych. Taka klasyfikacja jest subiektywna. W pracy tej przedstawiono mikrocytometr typu lab-chip umożliwiający ocenę jakościową oocytów zwierząt hodowlanych. Zaprezentowano spektrum transmisji oocytów świń oraz krów. Stwierdzono, że może być ono powiązane ze stopniem dojrzałości pęcherzyków jajowych, z których zostały one pobrane, co jest istotnym kryterium klasyfikacji.
EN
Veterinarian service needs noninvasive, miniature instrument for fast cheep and qualitative/quantitative assessment of quality of oocytes and embryos of pig, cows and other breeding animals. The current method is based on microscopic observation and visual selection of oocytes with higher number of maturity ovarian follicles and on visual evaluation of complexity of the cumulus surrounding oocytes. This method does not give unequivocal evaluation of oocytes and do not ensure successful in-vitro fertilization. We have shown, for the first time that "better" oocytes can be easily distinguished on a base of measurements light transmission spectra in 400...900 nm range.
W pracy wykazano, że możliwe jest połączenie dwóch podłoży szklanych w procesie bondingu anodowego przez cienką warstwę krzemu polikrystalicznego (PSi). Metoda ta otwiera drogę do wytwarzania tanich, całkowicie szklanych chipów fluidycznych, jak również innych struktur szklanych, stosując techniki mikroinżynieryjne. Może być z powodzeniem stosowana do łączenia różnej wielkości podłoży. W pracach własnych z powodzeniem połączono 3" podłoża szklane. Opisywaną metodę łączenia podłoży szklanych przez cienką warstwę PSi zastosowano do wytworzenia chipu mikrofluidycznego przeznaczonego do elektroforezy kapilarnej. Testy niszczące połączonych struktur testowych wykazały, że siła łączenia jest większa od 40 MPa, co odpowiada połączeniu krzemu i szkła w procesie bondingu anodowego.
EN
The glass-to-glass integration method using anodic bonding technique through thin polysilicon layer (PSi) as intermediate layer has been presented. The method opens a way to fabricate chip, all glass microfluidic chips, as well as another glass structures, using microengineering technology. It can be use for integration glass wafers with different shape. 3" glass wafers has been successfully assembled. The method described in this paper, has been used for fabrication microfluidic chip dedicated to capillary electrophoresis. Breaking tests of test samples has shown bonding force higher then 40 MPa, what corresponds to bonding force of glass and silicon assembled by anodic bonding process.
Odkrycie efektu koherentnego pochłaniania światła laserowego w parach cezu CPT (Coherent Population Trapping, lata dziewięćdziesiąte ubiegłego wieku [1]) otworzyło drogę do miniaturyzacji cezowych i rubidowych zegarów atomowych. Pierwszy model miniaturowego zegara atomowego przedstawiono w NIST (National Institute of Standards and Technology, USA) w 2004 r. [2, 3], a w listopadzie 2009 r. przedstawiono prototyp takiego zegara firmy Symmetricom (USA) [4, 5]. W Europie prace technologiczne nad takim zegarem trwają od 2002 r. Naukowcy z Politechniki Wrocławskiej (Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki), UFC/FEMTO-ST we Francji, przy współpracy z firmą SAES Getters z Włoch, w latach 2004-2006 opracowali metodę wytwarzania komórek cezowych MEMS z zastosowaniem źródła cezu w postaci ciała stałego.
EN
The CPT effect scientific discovery of laser light absorption in caesium atoms (90' of last century [1]), has opened a way for miniaturization caesium and rubidium atomic clocks. First model of miniature atomic clock has been presented by NIST (National Institute of Standard and Technology, USA) at 2004. In November 2009 Symmetricom (USA) has presented prototype of such atomic clock [4, 5]. Technical works through micro atomic clock are running in Europe since 2002. Scientists form Wrocław University of Technology (Faculty of Microsystem Electronics and Photonics), UFC/FEMTO-ST in France, with SAES Getters (Italy) cooperation, in 2004-2006 has developed new method of MEMS caesium cell fabrication, where solid caesium source place grate role. The basic element of technology of MEMS caesium cell for European micro caesium clock, with usage of solid caesium source, cell dimensions about 1 cm³, stability not worse than 10⁻¹¹ s/1000 h and preliminary tests has been presented in this paper.
W pracy przedstawiono trzy rodzaje matryc mikro- i nanoemiterów polowych wykonanych z krzemu, węglika krzemu i nanorurek węglowych. Opisano procesy formowania mikro- i nanoemiterów, wykonania katod polowych oraz właściwości opracowanych źródeł elektronów.
EN
In the work, three types of micro- and nano- field emitters made of silicon, silicon carbide and carbon nanotubes have been presented. Formation processes of micro- and nanoemitters, fabrication of field cathodes and properties of miniature electron sources have been described.
Przedstawiono konstrukcję nowego, dyskretnego, odpornego na środowisko reakcji nitrowania, czujnika ciśnienia oraz jego zastosowanie w tak zwanej platformie sensorowej, przeznaczonej do wielopunktowego pomiaru ciśnienia i temperatury w mikroreaktorze ze szkła Foturan, podczas prowadzenia reakcji nitrowania. Testy wykazały doskonałą pracę zestawu czujników i narzędzi elektroniczno-informatycznych. Udowodniono, że wielopunktowy pomiar ciśnienia i temperatury pozwala na monitorowanie przebiegu reakcji w czasie rzeczywistym, jak również pozwala wykryć wszelkie zmiany w dystrybucji reagentów w mikrokanałach, spowodowane blokowaniem przepływu przez pęcherzyki powietrza, wytrącenia stałe lub błędy konstrukcyjne.
EN
The new, discrete, resistant against nitration environment pressure sensor and, so called, sensoric platform used for pressure and temperature multipoint measuring in Foturan ® glass microreactor for nitration process, are presented. Tests showed perfect work of set of sensors as well as hardware and software tools. It is proved, that multipoint measuring of pressure and temperature allows to monitor the reaction course in real time, as well as see any changes of reagents flow distribution insight microchannels what can be triggered off gas bubble, precipitated solids or construction/manufacturing faults.
W artykule przedstawiono opis i wyniki badań nad pierwszą realizacją taniego i prostego, miniaturowego systemu optyczno-temperaturowego do prowadzenia reakcji polimerazy łańcuchowej DNA w czasie rzeczywistym (RT- PCR). W badaniach wykorzystano nowatorski system detekcji fluorescencji. Kombinacja minikamery CCD i oprogramowania eksperckiego umożliwiła osiągnięcie limitu detekcji stężenia DNA na poziomie ng/ml próbki oraz zapis i analizę w czasie rzeczywistym biosygnału fluorescencji w trakcie reakcji PCR.
EN
In this paper the description and first results of test of a miniaturized system for real-time PCR is presented. The novel fluorescence optical readout instrumentation has been applied. The unique coupling of CCD-based microdetectors array and expertise software enables detection of DNA in ng/ml range as well as real-time recording and processing of fluorescence signals during PCR.
Przedstawiono mikroreaktor szklano-krzemowy do prowadzenia reakcji nitrowania węglowodorów z równoczesnym, wielopunktowym pomiarem ciśnienia i temperatury. Krzemowe mikroczujniki zintegrowane, spojono z chipem mikroreaktora metodą bondingu anodowego tak, że zapewniono absolutną szczelność połączenia, wysoką odporność na oddziaływanie stężonych i gorących kwasów siarkowego i azotowego oraz minimalną objętość martwą zestawu czujników. Mikroreaktor wyposażono w sześć czujników ciśnienia na zakres do 600 kPa i sześć czujników temperatury (-10... +50°C). Testy wykazały doskonałą pracę systemu czujników, umożliwiającą ocenę statyczną i dynamiczną stanów hydropneumatycznych i cieplnych wewnątrz pracującego mikroreaktora. Według najlepszej wiedzy autorów, jest to pierwsze tego typu rozwiązanie spełniające wymagania dla tego typu mikroreaktorów.
EN
In this paper the silicon glass microreactor for nitration of hydrocarbons with simultaneous multipoint pressure and temperature measuring is presented. Integrated, silicon based microsensors are bonded with microreactor chip using of anodic bonding method which ensured absolute leak-proofnes, high resistance against concentrated and hot sulphuric and nitric acids, as well as minimal dead volume of set of sensors. The microreactor is equipped with six pressure (range up to 600 kPa) and six temperature sensors (-10 ... +50°C range). Tests showed perfect work of set of sensors what allows to analyze static and dynamic behaviors of pressure and temperature insight microreactor. According to the best authors' knowledge, set of sensors and electronic solution, fulfill requirements of microreactors.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In this article results of unique low temperature anodic bonding silicon and FoturanŽ glass are presented. The new method of anodic bonding can be useful in designing and fabrication of intelligent microreactors equipped with microsensors and other microdevices suitable both to control and to steer chemical process. Direct assembling onto microreactors allows to think about integrated microreactors equipped with set of sensors, i.e., pressure sensors and other devices, i.e., valves, flow meters, etc. The demand for integration microreactor with measuring /steering setup, following the technology of low temperature anodic bonding and application of this technique are described.
A portable gas chromatograph with integrated micromachined flushed injector and thermal mass detector (TCD) has been developed. The silicon/glass injector operates in a fixed volume (2×7 žL) or electronically operated mode. An integrated, pneumatically operated, fast cross-valve is applied in the injector. The TCD detector consists of two Pt microheaters and thermoresistors packaged in a silicon/glass micromachined chip. The temperature of two capillary molecular sieve separation columns is controlled by a thick-film heater fabricated on polyimide foil. The chromatograph is equipped with two 16-bits microprocessors communicating with the external portable PC. The instrument may operate in the on-line continuous analysis mode.