Titel

Probleemstelling:

Microfluïdica, de manipulatie van vloeistoffen en gassen op zeer kleine schaal in kanaaltjes met typische dwarsdoorsnede dimensies in de orde 10 µm - 100 µm, is een onderwerp dat de voorbije jaren aan populariteit gewonnen heeft binnen diverse onderzoeksdomeinen en groepen, zo ook binnen het centrum voor microsysteemtechnologie (CMST - ELIS). De toepassingen voor microfluïdische systemen zijn talrijk: in de biologie worden ze gebruikt voor het testen van medicijnen of het culturen van cellen uit het lichaam, in de scheikunde voor het uitvoeren van analyses met kleine, precieze volumes reagentia ...

"Electrowetting-on-dielectric" (EWOD) gebaseerde digitale microfluïdica is een techniek waarbij discrete druppels vloeistof (typische volumes in de orde van enkele µl) op heel nauwkeurige wijze gemanipuleerd kunnen worden aan de hand van elektrische signalen. In vergelijking met de klassieke microfluïdische technieken waarbij kanaaltjes continu doorstroomd worden, biedt digitale microfluïdica het voordeel dat de volledige functionaliteit op één en hetzelfde platform geïntegreerd kan worden, en zo externe pompen en kleppen overbodig maakt. Het wordt algemeen beschouwd als een grote stap richting "lab-on-a-chip" toepassingen waarbij verscheidene lab functionaliteiten op een chip van enkele vierkante millimeters / centimeters worden uitgevoerd.

Concreet worden een aantal elektrodes op twee verschillende substraten aangebracht, die gebruikt worden om de vloeistof in te sluiten, en waarop elektrische spanningen (typisch tientallen volt) worden aangebracht om individuele druppels vloeistof voort te bewegen (zie bvb. http://vimeo.com/31391137). Immers, wanneer een elektrische spanning wordt aangebracht op een elektrode aan één kant van de vloeistof, dan ondervindt de vloeistof een elektromechanische kracht waardoor ze in beweging kan gebracht worden. Door een groot aantal elektrodes op een substraat te plaatsen kan de vloeistof over een groot oppervlak getransporteerd worden, gemengd worden met andere vloeistoffen ... Dit betekent echter ook dat de complexiteit toeneemt aangezien de elektrodes individueel geadresseerd dienen te worden.


Doelstelling:

In deze masterproef is het de bedoeling om "electrowetting-on-dielectric" (EWOD) gebaseerde digitale microfluïdica te bestuderen en te introduceren binnen CMST.

Concreet valt het werk uiteen in volgende onderdelen:
  • Literatuurstudie "electrowetting-on-dielectric based digital microfluidics": selectie van verschillende materialen (rigide, flexibel ...?) die vervolgens experimenteel geëvalueerd zullen worden.
  • Technologie ontwikkeling: meevolgen & zelf uitvoeren van de technologische stappen (in de clean rooms) om dergelijke elektronische / microfluïdische platforms te fabriceren.
  • Systeem ontwerp: ontwerp (m.b.v. CAD software) van een aantal platformen die gebruikt zullen worden voor de evaluatie van de geselecteerde materialen, maar ook voor demonstratieve doeleinden.
  • Aansturing: 'slim' elektronisch aansturen van de elektrodes (hardware / software; microcontroller), waarbij bvb. technieken voor het adresseren van een groot aantal elektrodes bekeken dienen te worden.
  • Demonstrator: wordt in samenspraak met de student vastgelegd (op basis van de literatuurstudie). We zouden bvb. kunnen denken aan het maken van een 'display' gebaseerd op digitale microfluïdica.

Trefwoorden:

Digitale microfluïdica, electrowetting, lab-on-a-chip, technologie, clean room, electrodes

Locatie:

Ardoyen CMST (o.a. clean rooms) + thuis.