ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग

Optoelectrowetting (OEW) microfluidics अनुप्रयोगों में उपयोग की जाने वाली तरल छोटी बूंद में हेरफेर की एक विधि है। यह तकनीक इलेक्ट्रोवेटिंग के सिद्धांत पर बनी है, जो तेजी से स्विचिंग प्रतिक्रिया समय और कम बिजली की खपत के कारण तरल सक्रियण में उपयोगी साबित हुई है। जहां पारंपरिक इलेक्ट्रोवेटिंग चुनौतियों में चलती है, जैसे कि कई बूंदों के एक साथ हेरफेर में, OEW एक आकर्षक विकल्प प्रस्तुत करता है जो उत्पादन करने के लिए सरल और सस्ता दोनों है। OEW सतहों को बनाना आसान है, क्योंकि उन्हें लिथोग्राफी की आवश्यकता नहीं होती है, और प्रकाश की तीव्रता की प्रतिक्रिया के कारण वास्तविक समय, पुन: संयोजन योग्य, बड़े पैमाने पर हेरफेर नियंत्रण होता है।

सिद्धांत

एक तरल बूंद पर तनाव बलों को नियंत्रित करने की क्षमता के कारण पारंपरिक इलेक्ट्रोवेटिंग तंत्र में बढ़ती रुचि प्राप्त हो रही है। जैसा कि सतह तनाव नैनो-स्केल अनुप्रयोगों में प्रमुख तरल सक्रियण बल के रूप में कार्य करता है, इलेक्ट्रोवेटिंग का उपयोग बाहरी वोल्टेज के अनुप्रयोग के माध्यम से ठोस-तरल इंटरफ़ेस 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 बदलता है। विद्युत क्षेत्र का सटीक हेरफेर बूंदों के नियंत्रण की अनुमति देता है। छोटी बूंद को एक इलेक्ट्रोड के बीच स्थित एक इंसुलेटिंग सब्सट्रेट पर रखा जाता है।

पारंपरिक इलेक्ट्रोवेटिंग आरेख के खिलाफ ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग

ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग तंत्र पारंपरिक इलेक्ट्रोवेटिंग सर्किट के नीचे एक एसी पावर स्रोत के साथ एक फोटोकॉन्डक्टर जोड़ता है। सामान्य (अंधेरे) परिस्थितियों में, सिस्टम का अधिकांश प्रतिबाधा फोटोकंडक्टिंग क्षेत्र में होता है, और इसलिए अधिकांश वोल्टेज ड्रॉप यहां होता है। हालांकि, जब सिस्टम पर प्रकाश डाला जाता है, तो वाहक उत्पादन और पुनर्संयोजन फोटोकंडक्टर स्पाइक्स की चालकता का कारण बनता है और इन्सुलेटिंग परत में वोल्टेज ड्रॉप में परिणाम होता है, वोल्टेज के कार्य के रूप में संपर्क कोण को बदलता है। एक तरल और इलेक्ट्रोड के बीच 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 वी_A, डी, ई, और सी_LV लागू वोल्टेज, इन्सुलेशन परत की मोटाई, इन्सुलेशन परत के ढांकता हुआ स्थिरांक, और तरल और गैस के बीच इंटरफेसियल तनाव स्थिर हैं। एसी स्थितियों में, जैसे OEW, V_A RMS वोल्टेज से बदल दिया जाता है। एसी पावर स्रोत की आवृत्ति को समायोजित किया जाता है ताकि अंधेरे राज्य में फोटोकॉन्डक्टर की प्रतिबाधा हावी हो। इंसुलेटिंग लेयर में वोल्टेज ड्रॉप में बदलाव 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 ऑप्टिकल बीम 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। ऑप्टिकल बीम के नियंत्रण से बूंदों की गति पर नियंत्रण होता है।

4 mW लेज़र बीम का उपयोग करके, OEW ने 7mm/s की गति से विआयनीकृत पानी की बूंदों को स्थानांतरित करने में सिद्ध किया है।

पारंपरिक इलेक्ट्रोवेटिंग समस्याओं में चलती है क्योंकि इसमें छोटी बूंदों के लिए इलेक्ट्रोड की द्वि-आयामी सरणी की आवश्यकता होती है। बड़ी संख्या में इलेक्ट्रोड इन चिप्स के नियंत्रण और पैकेजिंग दोनों के लिए जटिलता की ओर ले जाते हैं, विशेष रूप से छोटे पैमाने के छोटी बूंदों के लिए। जबकि इस समस्या को इलेक्ट्रॉनिक डिकोडर्स के एकीकरण के माध्यम से हल किया जा सकता है, चिप की लागत में काफी वृद्धि होगी।

एक तरफा निरंतर ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग (SCOEW)

इलेक्ट्रोवेटिंग-आधारित उपकरणों में छोटी बूंद का हेरफेर आमतौर पर दो समानांतर प्लेटों का उपयोग करके पूरा किया जाता है जो छोटी बूंद को सैंडविच करता है और डिजिटल इलेक्ट्रोड द्वारा सक्रिय होता है। न्यूनतम छोटी बूंद का आकार जिसे हेरफेर किया जा सकता है, पिक्सिलेटेड इलेक्ट्रोड के आकार से निर्धारित होता है। यह तंत्र गतिशील और पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य ऑप्टिकल पैटर्न का उपयोग करके भौतिक पिक्सिलेटेड इलेक्ट्रोड 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, फीचर रहित और फोटोकंडक्टिव सतहों पर आयोजित किया जाता है। यह कॉन्फ़िगरेशन एक लचीला इंटरफ़ेस बनाता है जो सरल टयूबिंग के माध्यम से नमूना जलाशयों जैसे अन्य माइक्रोफ्लुइडिक घटकों के साथ सरल एकीकरण की अनुमति देता है। इसे ओपन ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग (O-OEW) के रूप में भी जाना जाता है।

== एक फोटोकैपेसिटेंस == का उपयोग करके ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग इलेक्ट्रोलाइट-इन्सुलेटर-सेमीकंडक्टर सेंसर|लिक्विड-इंसुलेटर-सेमीकंडक्टर जंक्शन में फोटोडायोड का उपयोग करके भी प्राप्त किया जा सकता है। फोटो-सेंसिटिव इलेक्ट्रोवेटिंग इंसुलेटर-सेमीकंडक्टर जंक्शन पर अंतरिक्ष प्रभार क्षेत्र में प्रभारी वाहक के ऑप्टिकल मॉड्यूलेशन के माध्यम से प्राप्त किया जाता है जो धातु-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर संरचना पर आधारित चार्ज-युग्मित डिवाइस के समान फोटोडायोड के रूप में कार्य करता है।

अनुप्रयोगों के प्रकार

नैदानिक ​​निदान

इलेक्ट्रोवेटिंग प्रयोगशाला-ऑन-अ-चिप सिस्टम में सबसे चुनौतीपूर्ण कार्यों में से एक को पूर्ण शारीरिक यौगिकों को संभालने और हेरफेर करने की क्षमता में एक समाधान प्रस्तुत करता है। परंपरागत माइक्रोफ्लुइडिक सिस्टम विभिन्न यौगिकों को संभालने के लिए आसानी से अनुकूलनीय नहीं होते हैं, जिसके लिए पुनर्संरचना की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप डिवाइस पूरी तरह से अव्यावहारिक हो जाता है। OEW के माध्यम से, एक शक्ति स्रोत के साथ एक चिप को विभिन्न प्रकार के पदार्थों के साथ आसानी से उपयोग किया जा सकता है, जिसमें बहुसंकेतन का पता लगाने की क्षमता होती है।

ऑप्टिकल एक्चुएशन

माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक सिस्टम (एमईएमएस) में फोटोएक्चुएशन को प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट प्रयोगों में प्रदर्शित किया गया है। एक विशिष्ट सब्सट्रेट के बजाय, तरल-इन्सुलेटर-फोटोकंडक्टर स्टैक के शीर्ष पर एक विशेष कैंटिलीवर रखा जाता है। जैसे ही फोटोकंडक्टर पर प्रकाश डाला जाता है, कैंटिलीवर पर ड्रॉप से ​​​​केशिका बल संपर्क कोण के साथ बदलता है, और बीम को विक्षेपित करता है। इस वायरलेस एक्चुएशन का उपयोग वर्तमान में स्वायत्त वायरलेस सेंसर के ऑप्टिकल एड्रेसिंग और नियंत्रण के लिए उपयोग किए जाने वाले जटिल सर्किट-आधारित सिस्टम के विकल्प के रूप में किया जा सकता है।

यह भी देखें

• photoelectric

बाहरी संबंध

• Demonstration of SCOEW on a lab-on-a-chip
• O-OEW droplet acutation testing at Purdue University