Szubaktivitás 1.D.1.
Mikrofluidikus gyár a nanorendszerek segített önszereléséhez
Ágazati operatív program "A gazdasági versenyképesség növelése"
"Befektetés a jövődbe"
■ 10. SZAKASZ EREDMÉNYEK
1. Mikrofolyékony platformgyártási technológiák fejlesztése
1.D tevékenység Mikrofolyékony csatornák készítésének technológiája áldozati rétegek módszerével - Laboratóriumi technológia mikrocsatornák gyártására áldozati rétegek technikájával
Szubaktivitás 1.D.1. Az amorf szilíciumon, mint áldozati rétegen alapuló technológiák kifejlesztése [. ]
2.1.1. PEI/nukleinsav nanostruktúrák kapszulázása lipidtartályokban (liposzómák)
1.D tevékenység Mikrofolyékony csatornák készítésének technológiája áldozati rétegek módszerével. Laboratóriumi technológia mikrocsatornák előállítására áldozati rétegek technikájával és Műszaki megjegyzés
Szubaktivitás 1.D.1. Az amorf szilíciumon, mint áldozati rétegen alapuló technológiák fejlesztése
Ez az előző szakaszban megkezdett tevékenység (9. tudományos jelentés) a hidrodinamikai fókuszáláshoz szükséges mikrofluidikus eszközök elérése érdekében kifejlesztett technológiák alkalmazásával folytatódik. Így egy egyszerű mikrofluid csatornák rendszerét tervezték meg, valósították meg és jellemezték hidrodinamikai szempontból.
Fotolitográfiai gépek tervezése és gyártása
4. ábra. A szilícium ostya gyártásának fő lépései: (a) termikus oxid növelése; (b) a fotoreziszt bemutatása az ostya felületén és az első Deep RIE eljárás végrehajtása; (c) a fotorezisztor megjelenítése az ostya hátoldalán és a második Deep RIE folyamat végrehajtása; d) fotoreziszt és maszkok eltávolítása; (f) A megvalósult mikrobifurkáció SEM képe.
5. ábra. A szilícium ostyák és az üveg vágása az anód forrasztás minden egyes forgácshoz.
A szilícium- és üveglapokat a 4 hüvelykes lemezhúzó gép segítségével darabokra vágtuk, 25 és 40 μm vastagságú gyémánt korongokkal, legfeljebb 500 μm mélységig. (ЭM225 Oroszország).
Ezután az anódos hegesztési eljárást a szilícium ostya üvegostyával történő ragasztására hajtották végre - a hegesztés a határfelületen lévő hő-oxid réteg hatására történő villamosítás miatt következik be (6. ábra). Az érdeklődésre számot tartó mikrofluidikát legalább egy átlátszó falral kell megtervezni, hogy a mikrofluidikus áramlások egy inverz mikroszkóp objektívjeivel láthatóvá váljanak.
A következő lépés a mikrofluidikus portok ragasztása.
A megfigyelt jelenség arra utal, hogy a sebességprofilok az aszimmetrikus profilt alakítják ki az áramlási sebesség növekedésével. Ez a megnyilvánulás a mikrocsatorna Y-bifurkáció előtti 60o-os eltérése által okozott inerciális hatások felerősödése miatt következik be. sebességprofilok.
9. ábra. Mikro-PIV reprezentációk a sebességprofilokon, amelyeket a mikrogeometria középsíkjában kaptunk (az áramlási sebességek 21 0 C-nak felelnek meg). A lemezeket lépésenként korrodálták. A korróziós sebesség meghatározásához megmértük az egyes korróziós lépések után megmaradt oxid vastagságot. Összehasonlításképpen ugyanazon oldatban a termikusan megnövekedett oxid körülbelül 100 nm/perc sebességgel korrodálódik.
2.1. A TEOS-oxid korróziós aránya
Az átlagos korróziós ráta az adott körülmények között kb 351 nm/perc.
2.2. SiH4 - LF-oxid korróziós sebessége
Az átlagos korróziós ráta az adott körülmények között kb 354 nm/perc.
2.3. SiH4 - HF oxid korróziós sebessége
Az átlagos korróziós ráta az adott körülmények között kb 353 nm/perc.
A lerakódott oxidok nedves korróziós kísérleteit követően azt tapasztaltuk, hogy a három oxid ugyanolyan gyorsan korrodál ugyanabban a fluorsav-alapú oldatban. A termikusan megnövekedett oxidhoz képest a lerakódott oxidok 3,5-szer gyorsabban korrodálódnak. Összegzésképpen elmondható, hogy a termikus oxid sokkal jobb, mint a szubsztrátum korróziós maszkja, de áldozati rétegként a PECVD-ben lerakódott oxidok ajánlottak nagyon magas korróziós arányuk miatt. A szubsztrátumot és az oxid felett lerakódott többi réteget sokkal rövidebb idő alatt viszik be a korróziós oldatba, és az ezekre gyakorolt nemkívánatos hatások sokkal kisebbek. Tehát az áldozati rétegeken alapuló technológia szempontjából a PECVD-ben gáz vagy folyékony forrásból lerakódott oxidok sokkal magasabbak.
3. Korrózió mértéke ICP-RIE-ben (DRIE)
Annak érdekében, hogy a DRIE-ben korróziós maszkként meghatározzuk a szilárdságot, a kapott oxidokat szokásos Bosch-eljárásnak vetjük alá.
A PECVD-ben lerakódott oxidok esetében arra a következtetésre jutunk, hogy a Si és SiOx korróziós aránya (PECVD-ben lerakva) kb. 166–1, és Si-re SiO2-nél (termikusan megnövekedve) kb 200-tól 1-ig.
4. SEM megtekintése
 |
A PECVD-ben lerakódott vérlemezkék egyikére fotoreziszt maszkot alkalmaztunk, és egy mikrocsatornát oxidban korrodáltunk. Arra a következtetésre jutunk, hogy a SEM mérés megerősíti a refraktométerrel mért értékeket. A PECVD-ben lerakódott oxid sokkal alkalmasabb az áldozati réteg-technológiára, a magas hő-oxidhoz képest.
2.1.1. PEI/nukleinsav nanostruktúrák kapszulázása lipidtartályokban (liposzómák)
Ábra. 1. Víz-lipid határfelület a geometriához 1x1 um négyzetmetszettel: t = 0,0023 s.
Ábra. 3. Víz-lipid határfelület a geometriához 1x1 um négyzetmetszettel: t = 0,0025 s.
Ábra. 4. Víz-lipid határfelület a geometriához 1x1 um négyzetmetszettel: t = 0,0026 s.
Ábra. 5. Víz-lipid határfelület a geometriához 1x1 um négyzetmetszettel: t = 0,0027 s.
Ábra. 6. Víz-lipid határfelület a geometriához 1x1 um négyzetmetszettel: t = 0.0028 s.
Ábra. 7. Víz-lipid határfelület a geometriához 1x1 um négyzetmetszettel: t = 0,0029 s.
Ábra. 8. Víz-lipid határfelület a geometriához 1x1 um négyzetmetszettel: t = 0,0036 s.
Ábra. 9. Víz-lipid interfész a hele-shaw geometriához: t = 0,0015 s.
Ábra. 10. Víz-lipid interfész a hele-shaw geometriához: t = 0,0016 s.
Ábra. 11. Víz-lipid interfész a hele-shaw geometriához: t = 0,0017 s.
Ábra. 12. Víz-lipid határfelület a hele-shaw geometriához: t = 0,0018 s.
Ábra. 13. Víz-lipid interfész a hele-shaw geometriához: t = 0,0019 s.
Ábra. 14. Víz-lipid interfész a hele-shaw geometriához: t = 0,0020 s.
Ábra. 15. Víz-lipid határfelület a hele-shaw geometriához: t = 0,0021s.
Ábra. 15. Víz-lipid határfelület a hele-shaw geometriához: t = 0,0022s.
Magnetoforetikus eszköz a magnetoliposzómák manipulálására
A geometria hatásának elemzése a nanorészecskékkel rendelkező folyadék áramlására egy magnetoforban numerikus szimulációkat hajtott végre az 1. ábrán bemutatott geometrián. 17. A számítási tartomány ortogonális diszkretizálását alkalmaztuk, a nanorészecskékkel megrakott folyadékot nagyon kis, 0,001 m/s sebességgel szállítottuk a mikrocsatornán.
Az áramlás jellemzését áramvezeték-eloszlások (18. ábra), sebességeloszlások (19. ábra) és nyomáseloszlások (20. ábra) végezték. Mindezek az eloszlások lamináris áramlást jeleznek, és a nanorészecskék pályáinak ábrázolásával alátámasztva (21. ábra) arra a következtetésre juthatunk, hogy a nanorészecskék pályáit nem zavarja a csatorna méretének lineáris változása, ezáltal lehetővé téve a recirkulációt ezen nanorészecskék recirkulációja nélkül.
Ábra. 17. Az áramlási tartomány részletesen történő diszkretizálása: magnetofor típusú geometria.
Ábra. 17. Az áramlási tartomány diszkretizálása részletesen: magnetofor típusú geometria.
Ábra. 19. Az áramlási sebesség megoszlása a magnetoforetikus eszközben a magnetoliposzómák kezelésére.
Ábra. 20. A magnetoliposzómák kezelésére szolgáló magnetoforetikus eszköz áramlási nyomásainak megoszlása.
Ábra. 21. A nanorészecskék pályáinak ábrázolása a magnetoforetikus eszközben.
2.1.2. Funkcionális magnetoliposzómák jellemzése FTIR spektrometriával és pásztázó elektronmikroszkóppal [top]
Az infravörös molekuláris abszorpciós spektrometria olyan analitikai technika, amelyet széles körben alkalmaznak elsősorban a szervetlen anyagok, de különösen a szerves anyagok kvalitatív elemzésére, a jellemző abszorpciós spektrumok alapján, az elemzett molekulák különböző csoportjain belüli atomok rezgése miatt. Az infravörös Fourier-transzformáció (FTIR) spektrometriával a kémiai folyamatok és a kémiai vegyületek szerkezete tanulmányozható. Bruker Tensor 27 FTIR spektrométert használtunk, a mintákat 4000–400 cm-1 közötti spektrális tartományban rögzítettük, a minták aggregációjának állapota szilárd volt, kálium-bromiddal (KBr) pelletálva az átviteli modul segítségével rögzített spektrumokat.
Fe2O3 nanorészecskék spektruma:
A mintát olyan spektrális sávok jellemzik, amelyek 576 cm-1, illetve 440 cm-1-nél jelennek meg, és amelyek a Fe-O, ν (Fe-O) kötés rezgési módjának tulajdoníthatók. A 3428 cm-1 és 1616 cm-1 spektrális sávok tulajdoníthatók az O-H kötés nyúlási módjának, ν (OH), illetve a deformációs módnak, δ (OH).
Polietilén-iminnel (PEI) bevont Fe2O3 nanorészecskék spektruma:
A mintát olyan spektrális sávok jellemzik, amelyek 632 és 577 cm-1-nél jelennek meg, intenzívebbek, mint azok, amelyek 630 és 584 cm-1-nél helyezkednek el a Fe2O3-PEI spektrumban. Továbbá az 1384 és 1048 cm-1-nél elhelyezkedő sávok sokkal hangsúlyosabbak, ami az arany nanorészecskékkel érintkező polimer konformációs átrendeződését jelzi.
Kolloid arannyal és fémes arannyal funkcionalizált polietilén-iminnel (PEI) bevont Fe2O3 nanorészecskék spektruma
A mintát néhány spektrális sáv intenzitásának eltűnése vagy csökkenése jellemzi. Például a Fe2O3-PEI-Au mintában a 632 és 577 cm-1-nél elhelyezkedő sávok eltűnnek, és csak az 564 cm-1-től kezdődő sáv van jól meghatározva. .
Pásztázó elektronmikroszkóppal (SEM) alkalmaztuk a funkcionalizált vas-oxid nanorészecskék morfológiáját. Tekintettel arra, hogy a SEM technika nem tükrözi pontosan a nanorészecskék méretét, a tényleges méretek felmérését más technikákkal kell elvégezni, például transzmissziós elektronmikroszkóppal (TEM) vagy röntgendiffrakcióval (XRD). Ez utóbbit alkalmazták a vas-oxid típusának, valamint a nanorészecskék méretének azonosítására. A diffrakciós maximumok helyzetét az alábbiakban szemléltetjük, és a nanorészecske méretét Williamson-Hall technikával számítottuk, amely becslések szerint 10 nm alatt van.
 |
 |
 |
A fent felsorolt DNS-típusok nem az egyetlen DNS-típusok, de a leggyakoribbak. Számos DNS-transzport mérést végeznek a λ bakteriofág DNS-szerkezetén.
Alapvetően a transzport tulajdonságai a DNS konfigurációjától és a molekulák hosszától függenek [9]. Megfigyelték azonban, hogy nagyon rövid DNS-struktúrák (több száz nm) esetén néhány voltig terjedő villamosenergia-vezetők, amelyek után a vezetés leáll. De a komplementer bázisok közötti π-π * kölcsönhatás miatt (átfedés a π pályák között) a DNS úgy viselkedik, mint egy félvezető, amelynek tiltott sávja 3,75 eV, tehát olyan szélessávú félvezető, mint a GaN vagy az AlN. Ez a pályák közötti összekapcsolódás a DNS szerkezetétől független vezetési mechanizmust képvisel, és ez képezi a félvezető típusú transzport alapját, többé-kevésbé terhes, különböző DNS-konfigurációkban.
A periodikus poli-G poli-C DNS-struktúrákat [10] legjobban DNS-félvezető struktúrákként lehet tanulmányozni, mert egyetlen ismétlődő bázispárt tartalmaznak. Alapvetően a DNS gerincének elektromos negativitása miatt a két polarizált, néhány nm távolságban bezáródó két elektróda szerkezete rendkívül rövid (10 nm) DNS struktúrát vonzhat és tarthat fenn az elektródák között. A DNS-vezetésben az alagutazás, a hordozó ugrás a lokalizált állapotok között és a sávvezetés transzportmechanizmusnak minősül. Mindezek a transzporttípusok megtalálhatók a különböző típusú DNS-ek különböző mérései során [9].
Egyszerűen elmondható, hogy a vezetés a Fermi-szint eltérései miatt következik be a DNS elektródáiban és molekuláris sávjaiban, és a DNS félvezető, folyamatos energiasávokkal. Elvileg az elektrontisztítókat alagúton keresztül viszik át a DNS-be.
Az immobilizációs folyamatban alkalmazott DNS-szekvencia a következő volt:
5'-SH-TGTAAAAGTAATAAAAATAATATTCCGGACGACTTTTACTGACTTATATTTGAACACCATCAACCTCGACCACCGCATCCG
TTCTC ACGGAACTGCTATGTCGATTAAGTCTTAGTAAAA-3 ”
A komplementer DNS-szekvencia a következő volt:
5'-Cy3-TTTTACTAAGACTTAATCGACATAGCAGTTCCGTGAGAACGGATGCGGTGGTCGAGGTTGATGGTGTTCAAATATAAGTCA
GTAAAA GTCGTCCGGAATATTATTTTTATTACTTTTACA-3 ”
 |
A fenti képen két folt látható: a legintenzívebb (a bal oldalon található) a Fe2O3-PEI-AuAu DNS-funkcionalizált minta, amelyet a reakcióelegyből vettünk, anélkül, hogy egymást követő mosásokkal eltávolítottuk volna a fluoreszcencia markerrel jelölt komplementer DNS-szekvencia feleslege, amely feleslegben van, nem reagált a korábban Fe2O3-PEI-AuAu-ra immobilizált DNS-szekvenciával. A jobb oldali, kevésbé intenzív folt ugyanazoknak a nanorészecskéknek az eredménye, amelyek kölcsönhatásba léptek a Fe2O3-PEI-AuAu-ra immobilizált DNS-szekvenciával, de amelyeket ismételt mosással megtisztítottak. A hibridizációs reakció sikerét ezen utolsó hibridizált nanorészecskék fluoreszcenciája jelzi.
Fe2O3 szintézisFe2O3-PEI szintézisFe2O3-PEI-Au szintézisFe2O3-PEI-AuAu szintézisDNS immobilizáció Fe2O3-PEI-AuAu szintézisselKiegészítő DNS-hibridizáció