ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग

ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग, सूक्ष्म-द्रवविज्ञान अनुप्रयोगों में उपयोग की जाने वाली तरल बूंदों में परिवर्तन की एक विधि है। यह तकनीक इलेक्ट्रोवेटिंग के सिद्धांत पर आधारित है, जो तीव्रता से परिवर्तन, प्रतिक्रिया समय और कम विद्युत के उपयोग के कारण तरल सक्रियण में उपयोगी साबित हुई है। जहां पारंपरिक विद्युतचुंबकीय घिसाव को चुनौतियों का सामना करना पड़ता है, जैसे कि एक साथ कई बूंदों का समयांतरण, वहीं ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग एक आकर्षक विकल्प प्रस्तुत करता है जो न केवल सरल बल्कि सस्ता भी है। ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग सतहों को निर्मित करना सरल है, क्योंकि उन्हें मुद्रण की आवश्यकता नहीं होती है, और प्रकाश की तीव्रता की प्रतिक्रिया के कारण वास्तविक समय, पुन: संयोजन योग्य, परिवर्तन नियंत्रण बड़े पैमाने पर होता है।

सिद्धांत

पारंपरिक विद्युतचुंबकीय घिसाव तंत्र ने अपनी क्षमता के कारण महत्वपूर्ण रूप से बढ़ती हुई रुचि को प्राप्त किया है, क्योंकि यह एक तरल बूंद पर तनाव बलों को नियंत्रित करने की क्षमता रखता है। जैसा कि सतह तनाव नैनो पैमाना अनुप्रयोगों में प्रमुख तरल सक्रियण बल के रूप में कार्य करता है, इलेक्ट्रोवेटिंग का उपयोग बाहरी विभव के अनुप्रयोग के माध्यम से ठोस-तरल अन्तरापृष्ठ पर इस तनाव को संशोधित करने के लिए किया गया है। लागू विद्युत क्षेत्र तरल बूंद के संपर्क कोण में परिवर्तन का कारण बनता है, और बदले में छोटी बूंद में सतह के तनाव को परिवर्तित करता है। विद्युत क्षेत्र का सटीक परिवर्तन बूंदों के नियंत्रण की अनुमति देता है। छोटी बूंद को एक विद्युतग्र के मध्य स्थित एक विद्युत्रोधी पदार्थ पर रखा जाता है।

पारंपरिक इलेक्ट्रोवेटिंग आरेख के खिलाफ ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग

ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग तंत्र पारंपरिक इलेक्ट्रोवेटिंग परिपथ के नीचे एक एसी ऊर्जा स्रोत के साथ एक प्रकाशीय चालक को युग्मित करता है। सामान्य परिस्थितियों में, प्रणाली की अधिकांश प्रतिबाधा प्रकाशीय चालक क्षेत्र में होती है, और इसलिए यहाँ अधिकांश विभव कमी होती है। यद्यपि, जब प्रणाली पर प्रकाश डाला जाता है, तो वाहक उत्पादन और पुनर्संयोजन प्रकाशीय चालक तीलियों की चालकता का कारण बनता है और विद्युत्रोधी परत में विभव कमी में परिणीत होता है तथा विभव के कार्य के रूप में संपर्क कोण को परिवर्तित करता है। किसी तरल और विद्युतग्र के मध्य संपर्क कोण को इस प्रकार वर्णित किया जा सकता है:

$\cos {\big (}\theta (V_{A}){\big )}=\cos {\big (}\theta (0){\big )}+{\frac {1}{2}}\left({\frac {\epsilon }{d\gamma _{LV}}}\right)V_{A}^{2}\,$

जहां V_A, d, ε, और γ_LV लागू विभव, विद्युत्रोधी परत की मोटाई, विद्युत्रोधी परत के अचालक स्थिरांक, और तरल और गैस के मध्य अंतरपृष्ठीय स्थिर तनाव हैं। एसी स्थितियों में, जैसे कि ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग, विभावात्मक विपुलता को आरएमएस विभव से परिवर्तित कर दिया जाता है। एसी ऊर्जा स्रोत की आवृत्ति को समायोजित किया जाता है जिससे अंधेरे की स्थिति में प्रकाशीय चालक की प्रतिबाधा अनुकूलित हो जाए। विद्युत्रोधी परत में विभव कमी में परिवर्तन इसलिए प्रकाश की तीव्रता के कार्य के रूप में छोटी बूंद के संपर्क कोण को कम करता है। एक तरल बूंद के एक किनारे पर एक प्रकाशीय किरण चमकने से, कम संपर्क कोण छोटी बूंद में एक दबाव अंतर बनाता है, और छोटी बूंद के द्रव्यमान के केंद्र को प्रबुद्ध पक्ष की ओर धकेलता है। प्रकाशीय किरण के नियंत्रण से बूंदों की गति पर नियंत्रण होता है।

4 mW लेज़र किरण का उपयोग करके, ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग ने 7mm/s की गति से विआयनीकृत जल की बूंदों को स्थानांतरित करने में स्वयं को सिद्ध किया है।

पारंपरिक इलेक्ट्रोवेटिंग को समस्याओं का सामना करना पड़ता है क्योंकि इसमें छोटी बूंदों के लिए विद्युतग्र की द्वि-आयामी सरणी की आवश्यकता होती है। विद्युतग्र की बड़ी संख्या इन चिप्स के नियंत्रण और पैकेजिंग के लिए जटिलता का कारण बनती है, खासकर छोटे माप की बूंदों के लिए। जबकि इस समस्या को विद्युतीय विकूटकों के एकीकरण के माध्यम से हल किया जा सकता है, जिससे चिप की लागत में अत्यधिक वृद्धि होगी।

एकात्मक सतत ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग

इलेक्ट्रोवेटिंग-आधारित उपकरणों में छोटी बूंद का परिवर्तन सामान्यतः दो समानांतर प्लेटों का उपयोग करके पूरा किया जाता है जो छोटी बूंद को संपुटित करता है और डिजिटल विद्युतग्र द्वारा सक्रिय होता है। न्यूनतम छोटी बूंद का आकार जिसे परिवर्तन किया जा सकता है, पिक्सिलेटेड विद्युतग्र के आकार से निर्धारित होता है। यह तंत्र गतिशील और पुन: समायोजन करने योग्य प्रकाशिय प्रतिरूपों का उपयोग करके भौतिक पिक्सिलेटेड विद्युतग्र के आकार की सीमा का समाधान प्रदान करता है और निरंतर परिवहन, विभाजन, विलय और बूंदों के मिश्रण जैसे संचालन को सक्षम बनाता है। एससीओईडब्ल्यू खुली, गुण रहित और प्रकाश चालकीय सतहों पर आयोजित किया जाता है। यह समकृति एक लचीला अन्तरापृष्ठ बनाती है जो सरल टयूबिंग के माध्यम से प्रारूप जलाशयों जैसे अन्य सूक्ष्मतरल घटकों के साथ सरल एकीकरण की अनुमति देता है।इसे ओपन ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग (O-ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग) के रूप में भी जाना जाता है।

ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग में प्रकाश संधारित्र का उपयोग

एक तरल-विद्युत्रोधी-अर्धचालक युग्म में प्रकाश संधारित्र का उपयोग करके ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग प्राप्त किया जा सकता है।। फोटो-संवेदी विद्युतचुंबकीय घिसाव विद्युत्रोधी-अर्धचालक युग्म पर स्थानीय आवर्धन क्षेत्र में वाहकों के प्रकाशीय माध्यम से संवेदीता के माध्यम से प्राप्त की जाती है, जो एक एक मेटल-ऑक्साइड-अर्धचालक संरचना पर आधारित आवेश-युग्मित उपकरण की तरह कार्य करता है।

अनुप्रयोगों के प्रकार

चिकित्सा निदान

इलेक्ट्रोवेटिंग

इलेक्ट्रोवेटिंग लैब-ऑन-चिप प्रणाली में सबसे कठिन कार्यों में से एक के लिए समाधान प्रस्तुत करता है, जिसमें संपूर्ण भौतिक यौगिकों को संभालने और प्रबंधित करने की क्षमता होती है। परंपरागत सूक्ष्म तरल प्रणाली विभिन्न यौगिकों को संभालने के लिए सरलता से अनुकूलनीय नहीं होते हैं, तथा इनके लिए पुनर्संरचना की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप उपकरण पूरी तरह से अव्यावहारिक हो जाता है। ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग के माध्यम से, एक ऊर्जा स्रोत के साथ एक चिप को विभिन्न प्रकार के पदार्थों के साथ सरलता से उपयोग किया जा सकता है, जिसमें बहुसंकेतन का पता लगाने की क्षमता होती है।

प्रकाशिक चालन

सूक्ष्मविद्युतकी प्रणाली में प्रकाशिक चालन को सिद्धांत-प्रमाण प्रयोगों में प्रदर्शित किया गया है। एक विशिष्ट पदार्थ के अतिरिक्त, तरल-विद्युत्रोधी-प्रकाशीय चालक खंड के शीर्ष पर एक विशेष बाहुधरण रखा जाता है। जैसे ही प्रकाशीय चालक पर प्रकाश डाला जाता है, बाहुधरण पर कमी से ​​​​केशिका बल संपर्क कोण के साथ परिवर्तित होता है, तथा किरण को विक्षेपित करता है। इस ताररहित चालन का उपयोग वर्तमान में स्वायत्त ताररहित संवेदकों के प्रकाशीय पता चिन्हन और नियंत्रण के लिए उपयोग किए जाने वाले जटिल परिपथ-आधारित प्रणाली के विकल्प के रूप में किया जा सकता है।

यह भी देखें

• प्रकाशवैद्युत

बाहरी संबंध

• Demonstration of SCऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग on a lab-on-a-chip
• O-ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग droplet acutation testing at Purdue University