Субактивність 1.D.1.

Мікрофлюїдна фабрика для допоміжного самозбірки наносистем

Галузева оперативна програма "Підвищення економічної конкурентоспроможності"
"Інвестування у своє майбутнє"

■ 10 ЕТАП РЕЗУЛЬТАТИ

1. Розробка технологій виготовлення мікрорідких платформ

Діяльність 1.D. Технологія виготовлення мікрофлюїдних каналів методом жертовних шарів - Лабораторна технологія виготовлення мікроканалів за допомогою техніки жертовних шарів

Субактивність 1.D.1. Розробка технологій на основі аморфного кремнію як жертовного шару [. ]

2.1.1. Капсулювання наноструктур PEI/нуклеїнової кислоти в ліпідних контейнерах (ліпосомах)

Субактивність 1.D.1. Розробка технологій на основі аморфного кремнію як жертовного шару

Ця діяльність, розпочата на попередньому етапі (науковий звіт № 9), продовжується із застосуванням технологій, розроблених для досягнення мікрорідких пристроїв для гідродинамічного фокусування. Таким чином, була спроектована, реалізована та охарактеризована з гідродинамічної точки зору проста система мікрожидкостних каналів.

Проектування та виготовлення фотолітографічних машин

Малюнок 4. Основні етапи процесу виготовлення кремнієвої пластини: (а) підвищення термічного оксиду; (b) відображення фоторезисту на поверхні пластини та виконання першого процесу глибокого RIE; (c) відображення фоторезисту на задній стороні пластини та виконання другого процесу глибокого RIE; (d) видалення фоторезистних та оксидних масок; (f) SEM-зображення реалізованої мікробіфуркації.

Малюнок 5. Різання кремнієвих пластин і скла для виготовлення анодного припою для кожного окремого чіпа.

Кремнієві та скляні пластини нарізали на окремі стружки за допомогою 4-дюймової машини для волочіння пластин з алмазними дисками товщиною 25 мкм та 40 мкм до максимальної глибини 500 мкм. (ЭM225 Росія).

Потім був проведений анодний процес зварювання для склеювання пластини з кремнію скляною пластинкою - зварювання відбувається за рахунок наелектризації під дією шару термічного оксиду на межі розділу (Рисунок 6). Мікрорідка ділянка, що представляє інтерес, повинна бути спроектована принаймні з однією прозорою стінкою, щоб мікрорідкі потоки можна було візуалізувати за допомогою цілей інвертованого мікроскопа.
Наступним кроком є склеювання мікрофлюїдних портів.

Спостережуване явище відноситься до того, як профілі швидкості розвивають асиметричний профіль із збільшенням витрати. Цей прояв виникає внаслідок посилення інерційних ефектів, спричинених відхиленням мікроканалу на 60o до біфуркації Y. Завдяки цьому відхиленню та зі збільшенням потоку з'являється інший тип вторинного потоку, вихори Діна, що проявляється у вигинах та кривих каналах, з прямим впливом на профілі швидкості.

Малюнок 9. Представлення Micro-PIV на профілях швидкості, отриманих у середній площині мікрогеометрії (витрати відповідають 21 0 C. Пластини роз’їдали східцями. Для визначення швидкості корозії вимірювали товщину оксиду, що залишається після кожного кроку корозії. Для порівняння в тому ж розчині термічно підвищений оксид роз'їдає зі швидкістю близько 100 нм/хв.

2.1. Швидкість корозії для оксиду TEOS

Середня швидкість корозії в даних умовах становить приблизно 351 нм/хв.

2.2. Швидкість корозії для SiH4 - НЧ-оксиду

Середня швидкість корозії в даних умовах становить приблизно 354 нм/хв.

2.3. Швидкість корозії для SiH4 - HF оксиду

Середня швидкість корозії в даних умовах становить приблизно 353 нм/хв.

Після експериментів з вологою корозією осаджених оксидів ми виявили, що три оксиди так само швидко піддаються корозії в одному і тому ж розчині на основі плавикової кислоти. Порівняно з термічно підвищеним оксидом осади, що осідають, піддаються корозії в 3,5 рази швидше. На закінчення слід сказати, що термооксид є набагато кращим як корозійна маска для основи, але як жертовний шар рекомендуються оксиди, що осідають у PECVD, через їх дуже високу швидкість корозії. Підкладка та інші шари, нанесені над оксидом, вводяться в корозійний розчин за набагато коротший час, причому небажаний вплив на них значно зменшується. Отже, з точки зору технології, заснованої на жертовних шарах, оксиди, що осідають у PECVD з газоподібного або рідкого джерела, значно перевершують.

3. Швидкість корозії в ICP-RIE (DRIE)

Для того, щоб визначити міцність корозійної маски в DRIE, отримані оксиди піддають стандартному процесу Боша.

Для оксидів, осаджених у PECVD, робимо висновок, що відношення корозії Si до SiOx (осаджене у PECVD) становить приблизно 166 до 1, а для Si при SiO2 (термічно збільшеному) це приблизно 200 до 1.

4. Переглянути SEM

На одну з тромбоцитів, депонованих у PECVD, наносили маску з фоторезистом, а мікроканал роз’їдали в оксиді. Ми прийшли до висновку, що вимірювання SEM підтверджує значення, виміряні рефрактометром. Оксид, осаджений у PECVD, набагато більш придатний для технології жертвоносного шару, порівняно з високотермічним оксидом.

2.1.1. Капсулювання наноструктур PEI/нуклеїнової кислоти в ліпідних контейнерах (ліпосомах)

Рис. 1. Водно-ліпідний інтерфейс для геометрії з квадратним перетином 1х1 мкм: t = 0,0023 с.

Рис. 3. Водно-ліпідний інтерфейс для геометрії з квадратним перетином 1х1 мкм: t = 0,0025 с.

Рис. 4. Водно-ліпідний інтерфейс для геометрії з квадратним перетином 1х1 мкм: t = 0,0026 с.

Рис. 5. Водно-ліпідний інтерфейс для геометрії з квадратним перетином 1х1 мкм: t = 0,0027 с.

Рис. 6. Водно-ліпідний інтерфейс для геометрії з квадратним перетином 1х1 мкм: t = 0,0028 с.

Рис. 7. Водно-ліпідний інтерфейс для геометрії з квадратним перетином 1х1 мкм: t = 0,0029 с.

Рис. 8. Водно-ліпідний інтерфейс для геометрії з квадратним перетином 1х1 мкм: t = 0,0036 с.

Рис. 9. Водно-ліпідний інтерфейс для геометрії Геле-Шоу: t = 0,0015 с.

Рис. 10. Водно-ліпідний інтерфейс для геометрії Геле-Шоу: t = 0,0016 с.

Рис. 11. Водно-ліпідний інтерфейс для геометрії Геле-Шоу: t = 0,0017 с.

Рис. 12. Водно-ліпідний інтерфейс для геометрії Геле-Шоу: t = 0,0018 с.

Рис. 13. Водно-ліпідний інтерфейс для геометрії Геле-Шоу: t = 0,0019 с.

Рис. 14. Водно-ліпідний інтерфейс для геометрії Геле-Шоу: t = 0,0020 с.

Рис. 15. Водно-ліпідний інтерфейс для геометрії Геле-Шоу: t = 0,0021с.

Рис. 15. Водно-ліпідний інтерфейс для геометрії Геле-Шоу: t = 0,0022 с.

Магнітофоретичний пристрій для маніпулювання магнітоліпосомами

Для того, щоб проаналізувати вплив геометрії на потік рідини з наночастинками в магнітофорі, було проведено чисельне моделювання геометрії, показаної на рис. 17. Використовували ортогональну дискретизацію діапазону розрахунку, рідина, завантажена наночастинками, транспортувалась через мікроканал з дуже низькою швидкістю 0,001 м/с.
Характеристика потоку виконувалась розподілом струму (рис. 18.), розподілом швидкості (рис. 19.) та розподілом тиску (рис. 20.). Всі ці розподіли вказують на ламінарний потік, і підтверджено представленням траєкторій наночастинок (рис. 21.), ми можемо зробити висновок, що траєкторії наночастинок не порушуються лінійною зміною розміру каналу, таким чином допускаючи рециркуляцію без рециркуляції цих наночастинок.

Рис. 17. Деталізація області течії в деталях: геометрія типу магнітофору.

Рис. 17. Детальна дискретність області потоку: геометрія типу магнітофору.

Рис. 19. Розподіл витрат у магнітофоретичному пристрої для маніпулювання магнітоліпосомами.

Рис. 20. Розподіл тиску потоку в магнітофоретичному пристрої для обробки магнітоліпосом.

Рис. 21. Представлення траєкторій руху наночастинок у магнітофоретичному пристрої.

2.1.2. Характеристика за допомогою FTIR-спектрометрії та електронно-скануючої мікроскопії функціоналізованих магнітоліпосом [вгору]

Інфрачервона молекулярно-абсорбційна спектрометрія - це аналітична техніка, яка широко використовується переважно для якісного аналізу обох неорганічних речовин, але особливо органічних речовин, заснована на характерних спектрах поглинання, завдяки вібрації атомів у різних групах в молекулах, що аналізуються. Спектрометрія інфрачервоного перетворення Фур’є (FTIR) може бути використана для вивчення хімічних процесів та структури хімічних сполук. Використовували спектрометр Bruker Tensor 27 FTIR, зразки реєстрували в спектральному діапазоні від 4000-400 см -1, агрегаційний стан зразків був твердим, гранулюванням бромідом калію (KBr), спектри реєстрували за допомогою передавального модуля.

Спектр наночастинок Fe2O3:

Зразок характеризується спектральними смугами, які з'являються відповідно на 576 см-1 та 440 см -1, смугами, які можна віднести до режиму вібрації зв'язку Fe-O, ν (Fe-O). Спектральні смуги від 3428 см -1 та 1616 см -1 можна віднести до режиму розтягування ν (OH) та режиму деформації, δ (OH), зв'язку O-H, відповідно.

Спектр наночастинок Fe2O3, покритих поліетиленіміном (PEI):

Зразок характеризується спектральними смугами, які виявляються на 632 та 577 см -1, більш інтенсивними, ніж ті, що розташовані на 630 та 584 см -1 у спектрі Fe2O3-PEI. Крім того, смуги, розташовані на 1384 і 1048 см -1, набагато виразніше, що свідчить про конформаційну перебудову полімеру в контакті з наночастинками золота.

Спектр наночастинок Fe2O3, покритих поліетиленіміном (PEI), функціоналізований колоїдним золотом та металевим золотом

Зразок характеризується зникненням або зменшенням інтенсивності деяких спектральних смуг. Наприклад, смуги, розташовані на 632 та 577 см -1, у зразку Fe2O3-PEI-Au, зникають, і чітко визначена лише смуга з 564 см -1. .

Скануюча електронна мікроскопія (SEM) була використана для характеристики морфології функціоналізованих наночастинок оксиду заліза. Враховуючи, що методика SEM не відображає точно розміри наночастинок, оцінка фактичних розмірів повинна проводитися за допомогою інших методів, таких як просвічувальна електронна мікроскопія (TEM) або рентгенівська дифракція (XRD). Останній використовували для визначення типу оксиду заліза та розміру наночастинок. Положення дифракційних максимумів показано нижче, а розмір наночастинок був розрахований за допомогою техніки Вільямсона-Холла, яка, за оцінками, становить менше 10 нм.

Перераховані вище типи ДНК - не єдині типи ДНК, але вони найпоширеніші. Багато вимірювань транспорту ДНК проводяться на структурі ДНК λ бактеріофага.
В основному транспортні властивості залежать від конфігурації ДНК та довжини молекул [9]. Однак було помічено, що для дуже коротких структур ДНК (сотні нм) вони є провідниками електрики до кількох вольт, після чого провідність припиняється. Але завдяки взаємодії π-π * між комплементарними основами (перекриття між π-орбіталями) ДНК поводиться як напівпровідник із забороненою смугою 3,75 еВ, тому є широкосмуговим напівпровідником, подібним до GaN або AlN. Ця взаємодія між орбіталями являє собою механізм провідності, незалежний від структури ДНК, і є основою напівпровідникового транспорту, більш-менш вагітного, в різних конфігураціях ДНК.

Періодичні структури ДНК полі-G полі-С [10] найкраще вивчати як напівпровідникові структури ДНК, оскільки вони містять одну повторювану пару основ. В основному, завдяки електричному негативу основи ДНК, структура з двох електродів, розташованих на відстані декількох нм, правильно поляризованих, може залучати і підтримувати між електродами надзвичайно коротку структуру ДНК (10 нм). При проведенні ДНК, тунелюванні, стрибках носіїв між локалізованими станами та провідності смуги вважаються транспортними механізмами. Усі ці типи транспорту можна знайти в різних вимірах різних типів ДНК [9].

Можна просто сказати, що провідність відбувається через різницю рівнів Фермі в електродах і молекулярних смугах ДНК, а ДНК є напівпровідником із безперервними енергетичними смугами. В принципі, електроочисники переносяться в ДНК за допомогою тунелювання.

Послідовність ДНК, використовувана в процесі іммобілізації, була наступною:
5'-SH-TGTAAAAGTAATAAAAATAATATTCCGGACGACTTTTACTGACTTATATTTGAACACCATCAACCTCGACCACCGCATCCG
TTCTC ACGGAACTGCTATGTCGATTAAGTCTTAGTAAAAA-3 ’

Комплементарна послідовність ДНК була:
5'-Cy3-TTTTACTAAGACTTAATCGACATAGCAGTTCCGTGAGAACGGATGCGGTGGTCGAGGTTGATGGTGTTCAAATATAAGTCA
GTAAAA GTCGTCCGGAATATTATTTTTATTACTTTTACA-3 ’

На зображенні вище ви можете побачити дві плями: найінтенсивнішою (розташованою зліва) є функціонований ДНК Fe2O3-PEI-AuAu зразок, взятий з реакційної суміші, без очищення послідовними промивками для видалення надлишок комплементарної послідовності ДНК, позначеної маркером флуоресценції, яка в надлишку, не реагувала з послідовністю ДНК, раніше іммобілізованою на Fe2O3-PEI-AuAu. Пляма праворуч, менш інтенсивна, є результатом тих самих наночастинок, які взаємодіяли з послідовністю ДНК, іммобілізованою на Fe2O3-PEI-AuAu, але які були очищені багаторазовим промиванням. На успіх реакції гібридизації свідчить флуоресценція цих останніх гібридизованих наночастинок.

Синтез Fe2O3Синтез Fe2O3-PEIСинтез Fe2O3-PEI-AuСинтез Fe2O3-PEI-AuAuІммобілізація ДНК при синтезі Fe2O3-PEI-AuAuКомплементарна гібридизація ДНК