Microfluidic sensors based on perforated cantilevers

Arbejdet presenteret i denne PhD afhandling omhandler udviklingen af en mikrofluide sensor basered på bjælke teknologi. Bjælkerne er fremstillet i den negative photo-resist SU-8 og i SiN. I bjælkerne er der inkorporeret et array af huller. To nye sensorer er udviklet på baggrund af de perforerede bjælker: en yderst sensitiv flow-meter og en partikel tæller med integreret filter funktion.

En optisk udlæsningsteknik benyttes til at måle udbøjningen af bjælkerne. En laser stråle fokuseres på enden af bjælken og bjælke forskydningen måles ved at detekterer laser strålens forskydning ved hjælp af en positions sensitiv photo-diode. De perforerede bjælkerne er monteret i en mikrofluide kanal perpendikulær til strømningerne i kanalen.

Udbøjningen af bjælkerne er bestemt af de mekaniske egenskaber og af den påtrykte kraft på bjælkerne. Kraften på de perforerede bjælkerne er bestemt af den strømningsmodstanden de inducerer i kanalen og af hastigheden på væsken i kanalen. Ved at kende geometrien og materiale parametrene kan strømningnshastigheden i kanalen bestemmes ud fra udbøjningen af bjælken.

Sensitiviteten på flow-meteret kan varieres ved at ændre på geometrien og bjælke materialet. De perforerede bjælker kan også benyttes som filter for mikro partikler i en mikrofluide kanal. Da partikler opfanget af de perforerede bjælker vil øge strømningsmodstanden vil det forårsage en tilsvarende udbøjning af bjælkerne, der kan detekteres.

Ved at benytte flere bjælker med forskellige størrelse huller er det muligt at separerer og tæller partikler af forskellig størrelse. Uden PhD projektet er der designet mikrochips der muliggør en billig og hurtig fremstilling af systemer som beskrevet ovenfor med et meget højt udbytte. For disse mikrochips er der opnået et godt optisk signal for målinger i væske.

Ydermere er mikrochips i mange varianter (perforerede hul størrelse og materialer) fremstillet og karakteriseret. Karakteriseringen er foretaget ved at opbygge en måleopstilling bestående af et optisk udlæsningssystem, et mikrofluide system og en mikrofluide holder. De udviklede flow-metre viser fremragende sensor karakteristik ved svage strømninger, som typisk findes i mikrofluide systemer.

Enkelte mikro partikler kan måles og filtreres fra en opløsning på engang. Yderligere optimering af partikel filtret vil medfører en signifikant forbedring i forhold til eksisterende partikel filtrer.