Badania nad mechanizmem wtyczki PCB i skuteczną metodą kontroli

Mikrokomory ciśnieniowe

Mikrokomora ciśnieniowa jest skutecznym środkiem transportu cieczy w urządzeniach typu lab-on-PCB. Działa ona poprzez magazynowanie energii pneumatycznej i uwalnianie jej przez otwór w mikrozaworze. Mikrozawór jest aktywowany elektrycznie za pomocą złotego przewodu o średnicy około 25 m.

Urządzenia Lab-on-PCB są obecnie opracowywane dla szerokiego zakresu zastosowań biomedycznych, ale nie są jeszcze dostępne komercyjnie. Jednak badania w tej dziedzinie szybko się rozwijają i istnieje znaczny potencjał do uzyskania urządzeń nadających się do sprzedaży. Opracowano różne metody sterowania przepływem, w tym elektrostrumieniowanie na dielektrykach, sterowanie przepływem elektroosmotycznym i sterowanie przepływem oparte na zmianie fazy.

Wykorzystanie zewnętrznych źródeł do przenoszenia cieczy wewnątrz systemów lab-on-PCB jest od dawna stosowane w badaniach, ale nie jest to szczególnie praktyczne rozwiązanie dla systemu przenośnego. Zewnętrzne pompy strzykawkowe również ograniczają przenośność urządzenia. Zapewniają one jednak interesującą możliwość integracji czujników i siłowników w urządzeniu mikroprzepływowym.

Pompy elektroosmotyczne są również powszechnie integrowane na płytkach PCB w celu manipulacji płynami. Oferują one tani, bezimpulsowy ciągły przepływ płynu, ale wymagają wąskich mikrokanałów i zewnętrznych zbiorników cieczy. Niewłaściwa aktywacja może skutkować elektrolizą i zablokowaniem mikrokanałów. Co więcej, elektrody miedziane nie są idealne, ponieważ mogą powodować zanieczyszczenie płynu i blokowanie mikrokanałów. Co więcej, elektrody miedziane wymagają dodatkowych etapów produkcji i zwiększają koszty.

Laboratorium na PCB

Laboratory-on-PCBs (LoP) to rodzaj urządzenia, które integruje obwód elektroniczny na płytce drukowanej. Ten typ urządzenia jest wykorzystywany do przeprowadzania różnych eksperymentów w obwodach elektronicznych. Jest on również wykorzystywany w aplikacjach, które wymagają integracji różnych materiałów. Urządzenia te są kompatybilne z technikami flow-driving i mogą być również wytwarzane metodami fotolitograficznymi lub suchymi. Co więcej, urządzenia te zawierają również montowane powierzchniowo komponenty elektroniczne, które są przeznaczone do pomiaru danych. Jednym z takich przykładów jest urządzenie, które integruje wbudowaną niebieską diodę LED i zintegrowany czujnik temperatury.

Inną opcją przemieszczania cieczy w urządzeniach Lab-on-PCB jest użycie mikrokomór ciśnieniowych. Komory ciśnieniowe mogą przechowywać energię pneumatyczną i mogą być uwalniane poprzez otwarcie mikrozaworu. Mikrozawory są aktywowane elektrycznie. Jedną z zalet tego typu mechanizmu jest to, że jest on przenośny i może być używany wielokrotnie. Co więcej, może wytrzymać wysokie ciśnienie.

Jednym z głównych wyzwań związanych z implementacją mikrozaworów w płytkach PCB jest trudność ich integracji z płytką PCB. Trudno jest również zintegrować siłowniki z ruchomymi częściami z płytką drukowaną. Naukowcy opracowali jednak mikropompy, które są oparte na PCB i wykorzystują siłowniki piezoelektryczne.

Proces wykorzystania lab-on-PCB do kontroli cieczy jest bardzo złożony i może być dość trudny. Istnieje wiele wad tej metody, a główną trudnością jest złożony proces produkcji. Co więcej, metoda montażu LoPs również zwiększa złożoność urządzenia.