Microfluidic single chip integrating thermopneumatic micropump and micro check valve are developed. The micropump and micorvalve are made of biocompatible materials, glass and PDMS, so as to be applicable to the biochip. By using the passive-type check valve, backward flow and fluid leakage are blocked and flow control is stable and precise. The chip is composed of three PDMS layers and a glass substrate. In the chip, flow channel and pump chamber were made on the PDMS layers by the replica molding technique and pump heater was made on the glass substrate by Cr/Au deposition. Diameter of the pump chamber is 7 mm and the width and depth of the channel are 200 and $180{\mu}m$, respectively. The PDMS layers chip and the heater deposited glass chip are combined by a jig and a clamp for pumping operation, and they are separable so that PDMS chip is used as a disposable but the heater chip is able to be used repeatedly. Pumping performance was simulated by CFD software and investigated experimentally. The performance was the best when the duty ratio of the applied voltage to the heater was 33%.
Choi, Jong Seob;Piao, Yunxian;Kim, Kyung Hoon;Seo, Tae Seok
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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pp.274.2-274.2
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2013
We described a simple and efficient fabrication method for generating microfluidic channels with a circular-cross sectional geometry by exploiting the reflow phenomenon of a thick positive photoresist. Initial rectangular shaped positive photoresist micropatterns on a silicon wafer, which were fabricated by a conventional photolithography process, were converted into a half-circular shape by tuning the temperature to around $105^{\circ}C$. Through optimization of the reflow conditions, we could obtain a perfect circular micropattern of the positive photoresist, and control the diameter in a range from 100 to 400 ${\mu}m$. The resultant convex half-circular photoresist was used as a template for fabricating a concave polydimethylsiloxane (PDMS) through a replica molding process, and a circular PDMS microchannel was produced by bonding two half-circular PDMS layers. A variety of channel dimensions and patterns can be easily prepared, including straight, S-curve, X-, Y-, and T-shapes to mimic an in vivo vascular network. To inform an endothelial cell layer, we cultured primary human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) inside circular PDMS microchannels, and demonstrated successful cell adhesion, proliferation, and alignment along the channel.
Yeong Beom Cho;Duc Cuong Nguyen;Si Hiep Hua;Yong Shin Kim
센서학회지
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제32권2호
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pp.67-74
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2023
A microfluidic paper-based analytical device (µPAD) is proposed for the selective detection of ammonia in water by using the modified Berthelot reagent and a fluidic channel consisting of hollow paper. The modified Berthelot reagents were uniformly dispersed in cyclohexane and then immobilized in a detection zone of the µPAD. The loading position of the reagents and the type of a sample flow channel were optimized to achieve a sensitive ammonia detection within a short analytical time. The NH3 µPAD exhibits a linear colorimetric response to the concentration of ammonia dissolved in water in the range of 1-100 mg L-1, and its limit-of-detection is 1.75 mg L-1. In addition, the colorimetric response was not influenced by the addition of 100 mg L-1 nitrogen containing compounds (sodium nitrate, sodium nitrite, uric acid, hydroxylamine, butylamine, diethylamine) or inorganic salts (NaCl, Na2HPO4), presenting the enough selectivity in the detection of water-dissolved ammonia against possible interferents.
Gwang-Eun Choi;Min-Joon Kim;Ra-Yeong Park;Yoon Kim;Dong-Wook Park
센서학회지
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제33권5호
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pp.338-343
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2024
The measurement of pH is of significant importance in chemistry, life sciences, and environmental monitoring. Unlike conventional pH sensors that utilize glass electrodes, thin-film transistor (TFT)-based pH sensors offer distinct advantages, including enhanced response speed and additional circuit functions. In this study, we developed a pH sensor that incorporates biocompatible parylene-C as both the substrate and sensing layer, thereby enhancing flexibility, transparency, and biological compatibility. We conducted tests to measure the voltage-current characteristics of the pH solutions and assessed their performance in terms of drift and hysteresis. Using InGaZnO (IGZO) as the channel material, our pH sensor demonstrated an average sensitivity of approximately 82 mV/pH, albeit with certain drift limitations. The initial pH measurements exhibited good reversibility over time. IGZO- and parylene-C-based TFT pH sensors are well suited for various applications, including wearable health monitoring, owing to their flexibility and biocompatibility.
마이크로 유체 시스템을 활용한 농축 기술은 저과다 분석물을 특정 위치에 모으거나 추출하는 기술로, 의료 및 바이오 분야를 포함한 다양한 분야에서 필수적인 기술로 각광받고 있다. 본 연구에서는 이온교환막을 활용한 전기막 시스템(electromembrane system)에서 전기영동(electrophoresis) 현상을 이용해 타겟 샘플을 농축할 때 고려해야 할 변수에 대한 광범위한 연구를 수행하였다. 가시화가 용이한 형광염료로 음전하를 띄는 Alexa Fluor 488과 양전하를 띄는 Rhodamine 6G을 샘플로 사용하여, 타겟 샘플이 포함된 메인 채널의 유속과 메인/버퍼 채널의 농도, 전압 등이 샘플 농축에 어떻게 영향을 끼치는지 알아보았다. 실험 결과, 메인/버퍼 채널 농도비가 같을 경우, 유속이 느릴수록, 샘플이 포함된 메인 채널의 농도가 높을수록, 타겟 샘플의 농축이 훨씬 더 잘 일어난다는 사실을 알 수 있었다. 또한 본 연구를 통해 Alexa Fluor 488과 Rhodamine 6G의 전기영동 이동도 값을 실험적으로 계산하여 비교하였다.
The LAL (Limulus amebocyte lysate) test for the detection and quantification of endotoxin is based on the gelation reaction between endotoxin and LAL from a blood extract of Limulus polyphemus. The test is labor intensive, requiring dedicated personnel, a relatively long reaction time (approximately 1 h), relatively large volumes of samples and reagents and the detection of the end-point is rather subjective. To solve these problems, a miniaturized LOC (lab-on-a-chip) prototype, 62mm (L) ${\times}$ 18 mm (W), was fabricated using PDMS (polydimethylsiloxane) bonded to glass. Using this prototype, in which 2mm (W) ${\times}$ 44.3mm (L) ${\times}$ 100 $\mu\textrm{m}$ (D) microfluidic channel was constructed, turbidometric and chromogenic assay detection methods were compared, and the chromogenic method was found the most suitable for a small volume assay. In this assay, the kinetic-point method was more accurate than the end-point method. The PDMS chip thickness was found to be minimized to around 2 mm to allow sufficient light transmittance, which necessitated the use of a glass slide bonding for chip rigidity. Due to this miniaturization, the test time was reduced from 1 h to less than 10 min, and the sample volume could be reduced from 100 to ca. 4.4 ${\mu}$L. In summation, this study suggested that the LOC using the LAL test principle could be an alternative as a semi-automated and reliable method for the detection of endotoxin.
다중 암의 동시 진단 기술에 대한 관심이 전 세계적으로 증가하는 추세이며, 진단 난이도를 낮추기 위해 혈액과 같은 미량의 바이오 유체를 이용하여 질병을 진단하는 미세 유체 소자 기반의 액체 생검 기술이 연구되고 있다. 바이오 유체를 이용하여 형광 영상 등을 통해 분석물질의 농도를 측정하는 광학적 바이오 센싱에 있어 민감도를 향상시키기 위한 기술개발이 필요하다. 본 논문에서는 모세관력에 의한 자가구동 기반의 마이크로 채널의 기하학적 구조와 미세 유체 현상만으로 수동적 자기 혈장 분리 기술과 유체 혼합을 통한 분자 인식 활성화 기능을 구현하는 형광 다중 암 진단 센서 플랫폼 구조를 제안하고 설계하였다. 설계된 센서의 혈장 분리부의 성능에 영향을 미치는 파라미터를 확인하기 위해 채널의 수력학적 직경과 종횡비, 유체의 점도를 변수로 설정하여 딘 와류 형성 여부를 시뮬레이션을 통해 확인하였고 최적의 센서 플랫폼 구조를 제시하였다.
KIEE International Transactions on Electrophysics and Applications
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제4C권4호
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pp.142-144
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2004
To use Poly-dimethylsiloxane (PDMS) for the electrokinetic flow channel, the PDMS surface must be modified to be hydrophilic. With $O_2$ plasma treatment, it is difficult to maintain hydrophilicity for more than one day. In this paper, we present the chemical modification of the PDMS surface using 2-Hydroxyethyl methacrylate (HEMA) to prolong hydrophilicity lifetime. The oxide radicals generated temporarily on the PDMS surface by $O_2$ plasma are grafted with HEMA. Once the PDMS samples have been grafted, they demonstrate improved hydrophilicity retainment and electroosmotic flow characteristics compared to the untreated PDMS and the oxidized PDMS following the $O_2$ plasma process. This phenomenon was verified by the contact angles, Fourier transform infrared (FTIR) spectra and electro osmotic flow rates observed for more than 300 hours.
In their long journey through the cardiovascular circuit, erythrocytes are coerced to shape transform and assume different shapes on account of varying flow conditions in different blood vessels. The present work was aimed to visualize these erythrocyte shape transformations by an invitro microcirculatory model, and assess multi-shape erythrocyte deformability. The model uses an in-house fabricated, inexpensive disposable micro flow channel to mimic certain invivo conditions and a fast frame video microscopic system for imaging the shape changes in erythrocytes. Results show the multi-shape transformation of erythrocyte christened as discoidal shape, the asymmetrically deformed 'hat' and 'bullet-like' shapes, and the axially deformed 'slipper' and 'spindle-like' shapes. Specific erythrocyte showed the shape transition and transformation while passing through the observed window. The obtained erythrocyte shapes very analyzed for deformability index using image processing techniques that varied significantly (p <0.001) for different shapes as compared with the resting shape.
A microfabricated chip with in-channel electrochemical cell using interdigitated gold electrode was fabricated for sensitive electrochemical analysis. The gold electrodes were fabricated on glass wafer using thermal evaporator and were covered using PDMS mold containing microchannel for analyte and electrolyte. The active area of each electrode was $250\;{\mu}m{\times}200\;{\mu}m$ with a gap of 200 ${\mu}m$ between the electrodes. Microelectrodes results in maximum amplification of signal, since the signal enhancement effect due to cycling of the reduced and oxidized species strongly depends on the inter electrode distance. Analytes such as methylene blue and guanosine were characterized using the fabricated electrodes and their electrochemical characteristics were compared with conventional bulk electrodes. The device so developed shall find use as disposable electrochemical cell for rapid and sensitive analysis of electroactive species.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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