PCB Plug -mekanismin ja tehokkaan ohjausmenetelmän tutkimus

Paineistetut mikrokammiot

Paineistettu mikrokammio on tehokas keino kuljettaa nestettä lab-on-PCB-laitteissa. Se toimii varastoimalla pneumaattista energiaa ja vapauttamalla sen mikroventtiilin aukon kautta. Mikroventtiili aktivoidaan sähköisesti käyttämällä halkaisijaltaan noin 25 metrin pituista kultalankaa.

Lab-on-PCB-laitteita kehitetään parhaillaan monenlaisia biolääketieteellisiä sovelluksia varten, mutta niitä ei ole vielä kaupallisesti saatavilla. Alan tutkimus kuitenkin lisääntyy nopeasti, ja markkinakelpoisten laitteiden saaminen markkinoille on mahdollista. On kehitetty erilaisia virtausta ohjaavia menetelmiä, kuten dielektristen materiaalien sähköistäminen, elektroosmoottinen virtauksen ohjaaminen ja faasimuutokseen perustuva virtauksen ohjaaminen.

Ulkoisten lähteiden käyttöä nesteiden liikuttamiseen laboratorio-PCB-järjestelmissä on käytetty jo pitkään tutkimuksessa, mutta se ei ole erityisen käytännöllinen ratkaisu kannettavassa järjestelmässä. Ulkoiset ruiskupumput vähentävät myös laitteen siirrettävyyttä. Ne tarjoavat kuitenkin mielenkiintoisen mahdollisuuden integroida antureita ja toimilaitteita mikrofluidiseen laitteeseen.

Myös elektroosmoottisia pumppuja integroidaan yleisesti piirilevyihin nesteen käsittelyä varten. Ne tarjoavat edullisen, pulssittoman jatkuvan nestevirtauksen, mutta vaativat kapeita mikrokanavia ja ulkoisia nestesäiliöitä. Epäasianmukainen aktivointi voi johtaa elektrolyysiin ja mikrokanavien tukkeutumiseen. Kuparielektrodit eivät myöskään ole ihanteellisia, koska ne voivat aiheuttaa nesteen saastumista ja mikrokanavien tukkeutumista. Lisäksi kuparielektrodit vaativat ylimääräisiä valmistusvaiheita ja lisäävät kustannuksia.

Laboratory-on-PCBs

Laboratory-on-PCBs (LoP) on laitetyyppi, joka integroi elektronisen piirin piirilevylle. Tämäntyyppistä laitetta käytetään erilaisten elektroniikkapiirejä koskevien kokeiden suorittamiseen. Sitä käytetään myös sovelluksissa, jotka edellyttävät eri materiaalien integrointia. Nämä laitteet ovat yhteensopivia virtausajotekniikoiden kanssa, ja ne voidaan valmistaa myös fotolitografia- tai kuivaresistimenetelmillä. Lisäksi nämä laitteet sisältävät myös pinta-asennettuja elektronisia komponentteja, jotka on suunniteltu mittaamaan tietoja. Yksi tällainen esimerkki on laite, johon on integroitu sininen LED ja integroitu lämpötila-anturi.

Toinen vaihtoehto nesteiden siirtämiseen Lab-on-PCB:ssä on käyttää paineistettuja mikrokammioita. Paineistetut kammiot voivat varastoida pneumaattista energiaa, ja ne voidaan vapauttaa avaamalla mikroventtiili. Mikroventtiilit aktivoidaan sähköisesti. Tämäntyyppisen mekanismin etuna on, että se on kannettava ja sitä voidaan käyttää useita kertoja. Lisäksi se kestää korkeita paineita.

Yksi tärkeimmistä haasteista mikroventtiilien toteuttamisessa piirilevyihin on niiden integroinnin vaikeus piirilevyyn. Myös liikkuvia osia sisältäviä toimilaitteita on vaikea integroida piirilevyyn. Tutkijat ovat kuitenkin kehittäneet piirilevypohjaisia mikropumppuja, joissa on käytetty pietsosähköisiä toimilaitteita.

Lab-on-PCB:n käyttö nesteiden valvontaan on erittäin monimutkaista ja voi olla melko vaikeaa. Menetelmässä on lukuisia haittoja, ja suurin vaikeus on monimutkainen valmistusprosessi. Lisäksi LoP:ien kokoamismenetelmä lisää myös laitteen monimutkaisuutta.