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 की खपत 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 बनता है जो न केवल सरल बल्कि सस्ता भी है। ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग सतहों को निर्मित करना सरल है, क्योंकि उन्हें शिला मुद्रण[ की आवश्यकता नहीं होती है, और प्रकाश की तीव्रता की प्रतिक्रिया के कारण वास्तविक समय, पुन: संयोजन योग्य, बड़े पैमाने पर परिवर्तन नियंत्रण 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।
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, 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:[1]
जहां VA, d, ε, और γLV 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।[2][3]
एक तरफा 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।[4]इसे ओपन ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग (O-ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग) के रूप में भी जाना जाता है।[5]
प्रकाश संधारित्र का उपयोग करके ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग
ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग इलेक्ट्रोलाइट-इन्सुलेटर-सेमीकंडक्टर सेंसर|लिक्विड-इंसुलेटर-सेमीकंडक्टर जंक्शन में फोटोडायोड का उपयोग करके भी प्राप्त किया जा सकता है।[6] 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 प्रणाली में सबसे चुनौतीपूर्ण कार्यों में से एक को पूर्ण शारीरिक यौगिकों को संभालने और परिवर्तन करने की क्षमता में एक समाधान प्रस्तुत करता है।[7] परंपरागत माइक्रोफ्लुइडिक प्रणाली विभिन्न यौगिकों को संभालने के लिए सरली से अनुकूलनीय नहीं होते हैं, जिसके लिए पुनर्संरचना की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप डिवाइस पूरी तरह से अव्यावहारिक हो जाता है। ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग के माध्यम से, एक शक्ति स्रोत के साथ एक चिप को विभिन्न प्रकार के पदार्थों के साथ सरली से उपयोग किया जा सकता है, जिसमें बहुसंकेतन का पता लगाने की क्षमता होती है।
ऑप्टिकल एक्चुएशन
माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक प्रणाली (एमईएमएस) में फोटोएक्चुएशन को प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट प्रयोगों में प्रदर्शित किया गया है।[8][9] 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 परिपथ-आधारित प्रणाली के विकल्प के रूप में किया जा सकता है।[10]
यह भी देखें
संदर्भ
- ↑ Need citation
- ↑ Pollack, Michael G.; Fair, Richard B.; Shenderov, Alexander D. (2000-09-11). "माइक्रोफ्लुइडिक अनुप्रयोगों के लिए तरल बूंदों का इलेक्ट्रोवेटिंग-आधारित सक्रियण". Applied Physics Letters. AIP Publishing. 77 (11): 1725–1726. Bibcode:2000ApPhL..77.1725P. doi:10.1063/1.1308534. ISSN 0003-6951.
- ↑ Chiou, Pei Yu; Moon, Hyejin; Toshiyoshi, Hiroshi; Kim, Chang-Jin; Wu, Ming C. (2003). "ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग द्वारा तरल का प्रकाश सक्रियण". Sensors and Actuators A: Physical. Elsevier BV. 104 (3): 222–228. doi:10.1016/s0924-4247(03)00024-4. ISSN 0924-4247.
- ↑ Park, Sung-Yong; Teitell, Michael A.; Chiou, Eric P. Y. (2010). "प्रकाश पैटर्न के साथ छोटी बूंद में हेरफेर के लिए एक तरफा निरंतर ऑप्टोइलेक्ट्रोवेटिंग (SCOEW)।". Lab on a Chip. Royal Society of Chemistry (RSC). 10 (13): 1655–61. doi:10.1039/c001324b. ISSN 1473-0197. PMID 20448870.
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- ↑ Arscott, Steve (2011). "Moving liquids with light: Photoelectrowetting on semiconductors". Scientific Reports. 1 (1): 184. arXiv:1108.4935. Bibcode:2011NatSR...1E.184A. doi:10.1038/srep00184. ISSN 2045-2322. PMC 3240946. PMID 22355699.
- ↑ Srinivasan, Vijay; Pamula, Vamsee K.; Fair, Richard B. (2004). "मानव शारीरिक तरल पदार्थों पर नैदानिक निदान के लिए एक एकीकृत डिजिटल माइक्रोफ्लुइडिक लैब-ऑन-ए-चिप". Lab on a Chip. Royal Society of Chemistry (RSC). 4 (4): 310–5. doi:10.1039/b403341h. ISSN 1473-0197. PMID 15269796.
{{cite journal}}: zero width space character in|title=at position 38 (help) - ↑ Gaudet, Matthieu; Arscott, Steve (2012-05-28). "फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग का उपयोग करके माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम का ऑप्टिकल एक्चुएशन". Applied Physics Letters. 100 (22): 224103. arXiv:1201.2873. Bibcode:2012ApPhL.100v4103G. doi:10.1063/1.4723569. ISSN 0003-6951. S2CID 119208424.
- ↑ Bob Yirka (2012-01-02). "अनुसंधान दल फोटोइलेक्ट्रोवेटिंग सर्किट बनाता है". Phys.org. Retrieved 2020-02-27.
- ↑ Yick, Jennifer; Mukherjee, Biswanath; Ghosal, Dipak (2008). "वायरलेस सेंसर नेटवर्क सर्वेक्षण". Computer Networks. Elsevier BV. 52 (12): 2292–2330. doi:10.1016/j.comnet.2008.04.002. ISSN 1389-1286.
