足球比赛结果 如何使芯片实验室变得透明且具有生物相容性（更少的血液飞溅）

芯片实验室设备利用电信号来测量血糖、识别血液 类型和检测病毒或癌症。但生物样品需要氧化铪来保护 来自电场。

微流体设备可以采用标准的医学实验室程序并将每个程序浓缩下来 到平衡在水瓶盖顶部的微芯片。来自足球比赛结果的团队 大学，学习化学工程、电气工程和材料科学， 简化微流体装置的设计，使其能够透明地观察其内部 工作。这些设备使用细如发丝的隧道和同样微小的电极 通过电流对液体进行细胞分类、发现疾病并进行诊断 测试。

问题是生物样本不是惰性的——它们带电并准备好 互动。当流体与微型设备电极接触时，可能会发生爆炸 发生。小的。但是红细胞爆炸——由爆炸的离子失衡引起 细胞膜在一个称为裂解的过程中 - 破坏了测试血糖水平的意义 或血型。在其他测试中，例如癌症或传染病的测试， 样品化学成分可能导致假阴性或假阳性。互动 样品和电极之间，称为法拉第反应，可能是不需要的一面 对微流体的影响。

为了保持样品的完整性并保持清晰的表面以观察样品的情况 足球比赛结果的工程师详细介绍了设备内部的氧化铪有多薄 层就像微型设备的手机屏幕保护膜。他们的工作是最近 发表于固体薄膜 (）和一台设备的视频展示了保护层的工作原理。

设计芯片实验室

吉安娜·柯林斯，讲师化学工程，在足球比赛结果进行博士研究时研究了微流体学，并且是第一个 作者在论文上。她解释了芯片实验室如何使用介电电泳过程。

“介电泳反应是一种运动，”她说。 “你怎么能告诉它 搬家了吗？通过观察它的移动。”

柯林斯接着解释说，来自电极的不均匀电场会相互作用 样品中颗粒或细胞上的电荷，导致它们迁移。很多 生物芯片实验室设备依赖于这种电响应。

“作为化学工程师，我们更多地处理流体方面的问题，”柯林斯说道，并补充道 电子设备也是关键，血糖仪就是一个很好的例子。 “你已经 得到血液——那是你的液体——然后它就进去了，你完成了测试，然后你就得到了 数字读数。所以它是流体学和电子学的结合。”

尽管涵盖了诸如血糖仪之类的商业化芯片实验室，但柯林斯 其他工程师需要看看发生了什么才能在显微镜下获得清晰的图片。 这就是为什么只留下轻微色调的氧化铪在他们的微型设备中很有用 设计开发。

此外，该技术不适用于单个设备。由于其简单性， 氧化铪层可与多种电极设计配合使用，保持一致的 介电常数为 20.32，并且具有血液相容性，也就是说，它最大限度地减少了法拉第 可能导致细胞裂解的反应，因此红细胞出现时爆炸的数量会减少 靠近电极。

柯林斯和她的团队测试了三种不同厚度的氧化铪 - 58 纳米， 127纳米和239纳米。他们发现，取决于沉积时间——6.5 分钟、13 分钟和 20 分钟——晶粒尺寸和结构可以调整 特定设备的需求。唯一的潜在问题是基于荧光的 微型器件，因为氧化铪确实会干扰某些波长。然而， 该层的光学透明度使其成为许多生物芯片实验室的良好解决方案 测试。

清晰、生物相容性和跨学科

柯林斯指出，该项目的成功与团队的互补性直接相关 技能。通过汇集化学工程师、电气工程师、材料科学家 和足球比赛结果微加工共享用户设施，他们能够突破所有领域的界限。

“微型设备设计趋向于增加复杂性；每个级别 复杂性增加了失败的可能性，”说艾德丽安·米尼里克，技术学院院长，化学工程和柯林斯教授 博士生导师。 “简单的解决方案虽然很难找到，但可以提供强大的、 适用于各种应用的抗故障解决方案。我们探索了无数 聚合物和无机薄膜。”

“跨学科团队揭示了化学结构和行为 为广泛的芯片实验室问题提供一个优雅的选择。”艾德丽安·米尼里克

其他合著者包括 Hector Moncada Hernandez、Sanaz Habibi、Zhichao Wang 来自化学工程系和 Chito Kendrick、Nupur Bihari、Paul 伯格斯特伦来自电气与计算机工程系.

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