برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۷/۲۸ تا ۱۳۹۷/۰۸/۰۴

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۹۱
  • بازدید این ماه ۵۶
  • بازدید امروز ۰
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۲
  • قبول شدگان ۱
  • شرکت کنندگان یکتا ۲
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۶۷
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

پیشرفته 2

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

آزمایشگاه روی تراشه: تراشه‌ها، مواد و روش‌های ساخت

آزمایشگاه روی تراشه وسیله تجزیه‌ای کوچکی است که اجزای مختلف آن روی ورقه بسیار نازک (chip)، گرد هم آمده‌اند. این وسیله می‌تواند یک یا چندین آنالیز (نظیر توالی‌یابی DNA و آشکارسازی‌های بیوشیمیایی) را به صورت همزمان انجام دهد و کوچک‌سازی و تجمع اجزا بر روی یک سیستم آزمایشگاهی را فراهم می‌آورد که از امتیازات مهمی مانند هزینه پایین، آنالیز همزمان، سرعت و حساسیت بالای تشخیص، برخوردار است. تکنولوژی میکروفلویدیک مورد استفاده در این چیپ‌ها امکان ساخت میلیون‌ها میکروکانال را فراهم می‌کند که در کف دست جا می‌گیرد. مواد و روش‌های متعددی در ساخت چیپ‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرند

1- مقدمه

Lab On Chip یا آزمایشگاه روی تراشه، دستگاه کوچکی است که امکان انجام یک یا چند آنالیز مانند تعیین توالی DNA و تشخیص بیوشیمیایی را که معمولاً در یک آزمایشگاه انجام می‌شود، بر روی یک تراشه به طور همزمان امکان‌پذیر می‌سازد. آزمایشات انجام شده در آزمایشگاه روی تراشه، به طور عمده بر روی تشخیص انسانی و آنالیز DNA متمرکز است. کوچک‌سازی عملیات بیوشیمیایی که به طور معمول در آزمایشگاه انجام می‌شوند، دارای مزایای متعددی است از قبیل کاهش هزینه، سرعت تشخیص بالا و حساسیت بالا. ساخت آزمایشگاه روی تراشه به طور عمده بر دو فناوری مهم متکی است: میکروسیالات و زیست‌شناسی مولکولی [1].

 

filereader.php?p1=main_14dba61b399baabd2

شکل 1. میکروچیپ

 

فناوری میکروسیالی مورد استفاده در دستگاه‌های آزمایشگاه روی تراشه، قادر به ساخت میلیون‌ها میکروکانال بر روی یک تراشه تنها هستند که اندازه آن به اندازه کف دست است. میکرو کانال‌ها امکان انجام واکنش‌های بیوشیمیایی در حجم‌های خیلی کم نمونه، در حد پیکولیتر، را امکان‌پذیر می‌سازند. البته ابزارهای آزمایشگاه روی تراشه برای انجام این گونه عملیات، علاوه بر میکروکانال‌ها ملزومات دیگری مانند پمپ‌ها، الکترودها، دریچه‌های ورود مواد شیمیایی، میدان‌های الکتریکی و قطعات الکترونیکی را لازم دارند تا به یک سیستم تشخیصی کامل تبدیل شوند.

اساس رؤیای ساخت آزمایشگاه روی تراشه، جمع کردن هزاران عملیات بیوشیمیایی روی یک تراشه تک است که با شکافتن یک قطره از خون بیمار بتوان به تشخیص دقیق بیماری‌ها رسید. با توجه به مطالبی که ارائه خواهد شد در حال حاضر این رؤیا به طور کامل تحقق نیافته است، اما تکنولوژی‌های موجود آماده‌اند تا تکنولوژی آزمایشگاه روی تراشه را توسعه داده و این رؤیا را محقق سازند.  

همان طور که در بالا ذکر شد، تکنولوژی‌های جدید توسعه یافته برای کوچک‌سازی ترانزیستورها و ساخت میکروپردازنده‌ها امکان ساخت کانال‌های میکروسکوپی و جمع‌آوری آن‌ها بر روی تراشه را امکان‌پذیر کرده است.

توسعه تکنولوژی‌هایی از قبیل فوتولیتوگرافی، امکان کوچک‌سازی اجزا و جمع کردن هزاران ترانزیستور روی پایه‌هایی نظیر سیلیکون را فراهم کرده است. این تحقیقات منجر به تولید اولین مدارهای مجتمع و سپس اولین میکروپردازنده‌ها شد.

در طی دهه 80، استفاده از روش‌های حکاکی سیلیکون، توسعه یافته برای صنعت میکروالکترونیک، امکان ساخت اولین دستگاه حاوی اجزای میکرو مکانیکی مجتمع بر پایه سیلیکونی را فراهم آورد. این ابزارهای جدید که سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی (Micro Electro Mechanical Systems:MEMS) نامیده می‌شوند، تحولی در کاربردهای صنعتی به‌وجود آوردند.

در دهه 90، بسیاری از محققان کاربردهای MEMS در زمینه‌های زیست‌شناسی، شیمی و زیست-پزشکی را بررسی کردند. این کاربردها به کنترل حرکت مایعات در کانال‌های میکرو ارتباط دارد و به طور جدی در گرو توسعه میکروسیالات است. بنابراین با تلاش‌های تحقیقاتی گسترده، آزمایشگاه روی تراشه با جمع‌آوری تقریباً همه فرایندها بر روی تراشه میکروسیالی توسعه یافت. در آن زمان، ابزارهای میکروسیالی غالباً از سیلیس یا شیشه ساخته می‌شدند و بنابراین به تجهیزات پیشرفته صنعت میکرو الکترونیک نیاز داشتند.

در اوایل سال 2000، تکنولوژی‌های بر پایه قالب‌گذاری میکروکانال‌ها در پلیمرهایی از قبیل پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) به شدت توسعه یافت. کاهش قابل توجه در قیمت تمام شده و زمان تولید این دستگاه‌ها، سبب شد تا بسیاری از آزمایشگاه‌ها محققانی در زمینه میکروسیالات را به کار گیرند. امروزه، هزاران محقق در زمینه میکروسیالات در حال مطالعه و تحقیق هستند تا کاربردهای آن را در زمینه‌های مختلف به ویژه زیست‌شناسی، شیمی و زیست-پزشکی توسعه دهند [1].

 

تکنولوژی اصلی آزمایشگاه روی تراشه: میکروسیالات

میکروسیالات علمی است که هم رفتار مایعات را به هنگام عبور از میکروکانال‌ها مورد مطالعه قرار می‎دهد و هم تکنولوژی ساخت ابزارهای به اندازه میکرو حاوی اتاقک‌ها و تونل‌هایی که مایعات بتوانند در آن جریان داشته باشند یا محبوس شوند را بررسی می‌کند. میکرو سیالات با حجم‌های خیلی کوچک از مایعات، پایین‌تر از فمتولیتر یا یک نانولیتر سروکار دارند. مایعات در مقیاس میکرو رفتار بسیار متفاوتی از مایعات در زندگی روزمره دارند. این ویژگی‌های منحصربه‌فرد، کلیدی برای آزمایشات علمی جدید و اختراعات هستند [2].

 

2- مواد مورد استفاده در میکروسیالات

اولین سیستم‌های میکرو ساخته شده از میکروساختارهای سیلیکونی با استفاده از فرایندهای پرهزینه و پیچیده مانند حکاکی‌های شیمیایی انجام می‌شدند. استفاده از موادی نظیر سیلیکون و شیشه به صرف زمان، انرژی و هزینه بالایی نیاز دارند. برای غلبه بر این مشکلات، تراشه‌های میکروسیالی در پلیمرها معرفی شده‌اند. انتخاب ماده مناسب برای تراشه به کاربرد آن و بودجه تعیین شده برای ساخت آن بستگی دارد. زیرا هر ماده‌ای مزایا و محدودیت های ویژه‌ای دارد. برای برخی کاربردها، چندین ماده باید در کنار هم قرار گیرند تا تراشه مورد نظر ساخته شود. تراشه‌های میکروسیالی کاغذی به عنوان تکنولوژی کلیدی احتمالی برای آینده مطرح هستند [2].

 

1-2- سیلیکون

سیلیکون یکی از اولین موادی است که در ساخت ابزارهای میکروسیالی به کارگرفته شد. امروزه سیلیکون به دلیل هزینه بالای آن و نیز کدر بودن، که تشخیص‌های نوری (به غیر از IR) را غیرممکن می‌سازد، کمتر استفاده می‌شود. به علاوه برای ساخت این ابزارهای میکرو به مهارت بالا و اتاق تمیز نیاز است. سیلیکون با داشتن پایداری سطح، سازگاری شیمیایی و هدایت الکتریکی بالا، امکان جمع کردن الکترونیک روی تراشه میکروسیالی را فراهم می‌کند اما کاربرد آن در مورد آزمایشگاه روی تراشه‌ای که نیاز به ولتاژ بالا دارد، مانند الکتروفوروز، محدود می‌شود.

 

2-2- شیشه

ماده دیگری که پیش‌تر در ساخت تراشه میکروسیالی استفاده می‌شد، شیشه است. شیشه مزایای سیلیکون از قبیل پایداری سطح، هدایت گرمایی و سازگاری با حلال را داراست. به علاوه، شیشه، زیست‌سازگار، از نظر شیمیایی بی‌اثر و آبدوست است و امکان پوشش‌دهی مؤثر را دارد. شیمی سطح شیشه، شفافیت نوری فوق‌العاده آن و مقاومت بالای آن در برابر فشار، شیشه را به عنوان بهترین گزینه برای بسیاری از کاربردها مطرح می‌کند. عیب بزرگ شیشه برای کاربردهای میکروسیالی، هزینه بالای آن است.

 

3-2- پلیمر

پلیمرها به دلیل استحکام بالا، ارزان بودن و کارایی بالا در انجام واکنش‌های بیوشیمیایی قوی، به طور وسیعی در ساخت ابزارهای میکروسیالی به کار رفته‌اند. این مواد به دلیل محدوده وسیع مواد پلیمری و سادگی تغییر شکل شیمیایی‌شان کاربردهای مفیدی در ابزارهای میکروسیالی پیدا کرده‌اند. مواد پلیمری می‌توانند در ساخت سریع ابزارهای میکروسیالی به کار روند. این مواد در دو گروه طبقه‌بندی می‌شوند: ترموست‌ها و ترموپلاستیک‌ها. ترموست‌ها پلیمرهایی هستند که در طی حرارت دادن محکم و قوی می‌شوند اما بعد از حرارت اولیه، نمی‌توانند تغییرشکل یا حرارت داده شوند. برعکس، پلیمرهای ترموپلاستیک با حرارت دادن نرم می‌شوند و بعد از خنک شدن سخت و محکم می‌شوند. برخی از پلیمرهای ترموپلاستیک که در ساخت تراشه‌های میکروسیالی استفاده می‌شوند عبارتند از: پلی استایرن، پلی اتر اتر کتون (PEEK)، پلی اتیلن ترفتالات (PET)، پلی وینیل کلراید (PVC)، پلی متیل متاکریلات (PMMA)، کوپلیمر اولفین چرخه‌ای (COC)، پلی کربنات (PC)، پلی اترایمید (PEI) و پلی دی‌متیل سیلوکسان (PDMS).

 

4-2- تراشه‌های بر پایه کاغذ

کاغذ ماده بسیار ارزانی است که احتمال به کارگیری آن برای تراشه‌های میکروسیالی وجود دارد. کاغذ نازک و ظریف است و قابلیت ذخیره‌سازی، به کار گیری و حمل ونقل آسان را دارد. این ماده با نمونه‌های بیولوژیکی سازگار است و می‌تواند برای اتصال به مولکول‌ها یا پروتئین‌ها به طور شیمیایی اصلاح شود. همچنین کاغذ برای تراشه‌های میکروسیالی بسیار زیست‌سازگار است. عیب عمده ابزارهای میکروسیالی بر پایه کاغذ این است که طراحی کانال‌ها روی تراشه کار بسیار پیچیده‌ای است.

 

5-2- هیدروژل

هیدروژل بسیار نرم است و طراحی‌هایی با اندازه‌ها و شکل‌های مختلف را می‌توان بر روی آن ایجاد کرد. هیدروژل برای سلول‌ها غیرسمی است، از نظر هزینه مقرون به صرفه است و از نظر تجاری در دسترس است. اغلب عوامل رشد و مواد مغذی سلول‌ها به داخل هیدروژل‌ها قابل نفوذ است. قابلیت نفوذ اغلب مواد حل شده در ژل‌های آگارز، که یک هیدروژل متداول در تراشه‌های میکروسیالی است، بسیار نزدیک به قابلیت نفوذ آن‌ها در آب است.

 

3- ساخت تراشه‌های میکروسیالی

تکنیک‌های مختلفی برای ساخت ابزارهای میکروسیالی به کار گرفته می‌شوند. فوتولیتوگرافی، لیتوگرافی نرم، شکل دادن با گرما و روش‌های حکاکی از جمله این تکنیک‌ها هستند. برای تعیین مناسب‌ترین روش ساخت، بایستی انتخاب ماده سابستریت، تجهیزات در دسترس، هزینه و زمان ساخت، تکنولوژی‌های لازم برای ساخت و کاربردهای تراشه در نظر گرفته شود [3].

 

1-3- فوتولیتوگرافی

فوتولیتوگرافی فرایند به کارگیری نور برای انتقال طرح‌های هندسی، معمولاً از یک ماسک شفاف، روی یک سابستریت از طریق لایه امولسیون حساس به نور است که پوشش حفاظتی نامیده می‌شود. پوشش حفاظتی نوری منفی و مثبت بایستی تشخیص داده شود. مراحل انجام لیتوگرافی در جدول 1 آمده است.

 

جدول 1. مراحل فوتولیتوگرافی

فاز اولیه قطعه نازک سابستریت برای حذف هر گونه زایدات باید به طور کامل تمیز شود. سپس یک لایه حامل روی سابستریت به کار برده می‌شود.
پوشش‌دهی حفاظتی نوری سابستریت با یک پوشش حفاظتی نوری در سرعت بالا توسط چرخش پوشش داده می‌شود. این مرحله امکان تعیین ضخامت لایه را فراهم می‌کند.
پخت اولیه در این مرحله همه حلال‌ها از پوشش حفاظتی نوری با تبخیر توسط حرارت ملایم حذف می‌شوند.
در معرض‌گذاری

مناطق ویژه‌ای از پوشش حفاظتی از طریق یک ماسک نوری به طور گزینشی در معرض نور مرئی یا نورUV قرار می‌گیرند. این عمل، یک سازماندهی مجدد شیمیایی در پوشش حفاظتی القا می‌کند.

پوشش حفاظتی مثبت: قرارگیری در معرض نور UV، با تغییر ساختار شیمیایی پوشش حفاظتی، آن را محلول تر می‌کند.

پوشش حفاظتی منفی: پوشش‌های منفی برعکس عمل می‌کنند. قرارگیری در معرض نور UV، منجربه پلیمریزه شدن پوشش منفی و سفت‌تر شدن و پایین آمدن حلالیت آن می‌شود. در نتیجه، پوشش منفی در هر جایی که در معرض نور قرار گیرد، روی سطح سابستریت باقی می‌ماند.

ظهور

پوشش حفاظتی مثبت: سابستریت در یک محلول ظاهرکننده غوطه‌ور می‌شود و مناطقی از پوشش حفاظتی که در معرض نور قرار گرفته، متلاشی می‌شود. در نتیجه، پوشش حفاظتی به شکلی که دقیقاً کاربر طراحی کرده است، ظاهر می‌شود.

پوشش حفاظتی منفی: محلول ظهور تنها مناطقی از پوشش حفاظتی را که در معرض نور قرار نگرفته‌اند، حل می‌کند. بنابراین، ماسک به کارگرفته شده در پوشش‌های منفی، چاپ وارونه طرحی را که قرار است بر روی سابستریت چاپ شود در برمی‌گیرد.

پخت شدید (اختیاری) سابستریت در یک آون یا بر روی صفحه داغ گرم می‌شود (اصطلاحاً پخت می‌شود). در این مرحله، مایعاتی که احتمالاً بر روی سابستریت جذب شده‌اند، حذف می‌شود و پیوندهای کووالانسی در داخل پوشش حفاظتی باقی مانده، ایجاد شده و پایداری شیمیایی ومکانیکی ماده افزایش می‌یابد.

 

فیلم 1. مرحله قرار گرفتن در برابر تشعشع

 

فیلم 2. فیلم مقاوم مثبت و منفی

 

2-3- لیتوگرافی نرم

لیتوگرافی نرم مجموعه متنوعی از تکنیک‌ها است که یک ماده الاستیک نرم، معمولاً پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS)، را برای انتقال طرح‌ها به ماده سابستریت به کار می‌برد. فرایند اصلی شامل ساخت میکروکانال‌های الاستیک است. این میکروکانال‌ها در یک برنامه ویژه طراحی می‌شوند و سپس روی یک ماسک  شفاف با قدرت تفکیک بالا چاپ می‌شوند یا روی یک ماسک کروم متداول قالب‌ریزی می‌شوند تا به عنوان قالب برای ماده نرم استفاده شود. لیتوگرافی نرم در سه زیرگروه مهم و متفاوت تقسیم بندی می‌شود: کپی کردن قالب، چاپ با تماس میکرو و درج یا منبت‌کاری.

 

1-2-3- کپی کردن قالب

کپی‌زنی قالب در میکروسیالات امکان انتقال یک طرح از یک قالب الاستیک یا سخت را که مدل اصلی نامیده می‌شود، به ماده دیگر امکان‌پذیر می‌سازد. در این روش، وقتی مخلوط پلیمری مایع در تماس با مدل اصلی قرار می‌گیرد شروع به سفت شدن می‌کند. در ابتدا، یک طرح میکرومقیاس با نرم‌افزار طراحی کامپیوتری تولید شده و به ماسک نوری [photomask] انتقال داده می‌شود. یک فیلم یکنواخت نازک که پوشش محافظ نوری [photoresist] نامیده می‌شود، روی یک سابستریت سیلیکونی انتقال داده می‌شود و سپس این پوشش با ماسک نوری حاوی طرح میکرومقیاس پوشیده می‌شود. مخلوط پلیمری مایع قبل از نورتابی یا پختن، روی ماسک نوری یا مدل اصلی سیلیکونی ریخته می‌شود. با حرارت دادن، کپی سفت می‌شود و طرح میکرو حکاکی شده روی ماسک بر روی پلیمرایجاد می‌شود.

 

filereader.php?p1=main_b64ad81c61f64275b

شکل 2. کپی کردن قالب

 

2-2-3- قالب‌زنی میکروانتقال در میکروسیالات (چاپ با تماس میکرو)

قالب‌زنی تکنیکی است که در آن ماده الگو یا طرح برای پرکردن یک مُهر پلیمری به ویژه PDMS استفاده می‌شود که این مُهر بر روی سابستریت فشار داده می‌شود. بعد از سفت شدن پلیمر بر روی سابستریت، مُهر از روی تراشه میکروسیالی جدا می‌شود.

 

 

فیلم 3. قالب‌زنی میکروانتقال

 

3-2-3- قالب‌زنی تزریقی در میکروسیالات

در این روش ماده پرکننده قالب تا دمایی بالاتر از نقطه ذوبش حرارت داده شده و تحت فشار بالا به حفره قالب تزریق می‌شود. قالب میکرو بایستی تا اتمام فرایند پرکردن در دمایی بالاتر از نقطه ذوب ماده نگه داشته شود. سپس، ماده تا دمایی پایین‌تر سرد شده و متناسب با شکل حفره سفت می‌شود. پس از آن، ابزار میکروسیالی از درون قالب خارج می‌شود.

 

filereader.php?p1=main_b69f5328b5626bd04

شکل 3. قالب‌زنی تزریقی

 

3-3- سایش نوری لیزری در میکروسیالات

در تکنیک سایش نوری، کانال‌های میکروسیالی با ازبین بردن ماده از یک لایه نازک سابستریت ترموپلاستیک توسط یک نور لیزری پالسی قوی شکل می‌گیرند. در این روش حجم‌های بسیار کوچکی از ماده، مقادیر بسیار زیادی از انرژی لیزری را جذب می‌کنند. با جذب این انرژی، انتقالات الکترونی شدیدی آغاز می‌شود که موجب شکستن پیوندها در زنجیرهای پلیمری می‌شود. عمق و عرض کانال‌ها با انرژی لیزر و فرکانس تکرار پالس‌ها در طول کانال مشخص می‌شود. سایش نوری می‌تواند در حضور یک ماسک مشخص‌کننده منطقه سایش یا با استفاده از نوشتن مستقیم بدون ماسک انجام شود. سایش نوری تقریباً با هر ماده‌ای قابل انجام است و امکان ایجاد طرح‌های بسیار تیز را در زمانی کوتاه فراهم می‌کند (هر چند، تکرار این طرح‌ها بسیار سخت است). از معایب این روش می‌توان به مشکل بودن حذف آلودگی‌های ایجاد شده، ایجاد کانال‌های نسبتاً بزرگ و دقت کم اشاره کرد. هزینه ابزار نهایی به نوع لیزر و انتخاب تکنیک سایش نوری بستگی دارد.

 

filereader.php?p1=main_c406cf10daf606a64

شکل 4. سایش نوری لیزری

 

4-3- میکروآسیاب کردن

این روش شامل حکاکی مکانیکی یک ماده سابستریت با وارد کردن یک قطعه کاری در ستون چرخان با دندانه‌های برشی متعدد است. میکروآسیاب به معنی از بین بردن و حذف ماده با ابزارهای برشی متناسب است. در این روش، یک ستون با تعداد زیادی از دندانه‌های بسیار نزدیک به هم استفاده می‌شود. وقتی ستون می‌چرخد، دندانه‌ها با ماده سابستریت تماس پیدا می‌کنند تا ماده اضافی حذف شود. این روش مزایای متعددی از قبیل هزینه پایین، انعطاف‌پذیری، سرعت بالا و توانایی ساخت ابزارهای پیچیده ظریف را دارد. یکی ازمزایای قابل توجه این روش، امکان طراحی شکل‌های سه بعدی با نسبت‌های وجهی بالا و پیچیدگی‌های هندسی زیاد است.

 

filereader.php?p1=main_62114298eee0c2e15

شکل 5. قطعات مورد استفاده در میکروآسیاب کردن

 

5-3- تکنیک‌های خوردگی

در این تکنیک‌ها، لایه‌ها به طور گزینشی از سطح یک ماده پایه (ویفر) با استفاده از مواد شیمیایی حذف می‌شوند. خوردگی معمولاً با سابستریت سیلیکون یا شیشه انجام می‌شود. در این تکنیک‌ها پس از پوشش دادن قسمتی از یک سابستریت، حذف مقدار معینی از سایر قسمت‌های سابستریت انجام می‌شود. برای پوشش قسمت‌هایی که نباید خورده شوند از پوشش‌های حفاظتی نوری و نیز ماسک‌های با دوام‌تر نظیر سیلیکون نیترید استفاده می‌شود. معمولاً برای تکمیل نهایی ویفر، مراحل خوردگی متعددی لازم است.

 

1-5-3- خوردگی تر

در این روش از مواد شیمیایی یا خورنده‌های مایع مناسب برای حذف ماده استفاده می‌کنند. ماسک‌هایی برای محافظت از مناطقی که نباید خورده شوند، طراحی می‌شود. قسمت‌هایی که توسط ماسک پوشانده نشده‌اند با استفاده از خورنده مایع حذف می‌شوند. این تکنیک در سه مرحله انجام می‌شود: 1- مایع خورنده بر روی سطح مورد نظر پخش می‌شود. سابستریت می‌تواند در حمام مایع خورنده نیز غوطه‌ور شود. 2- یک واکنش شیمیایی- معمولاً اکسایش-کاهش بین ماده شیمیایی خورنده و ماده موردنظر انجام می‌شود. 3- بعد از تکمیل شدن فرایند خوردگی، سابستریت برای حذف باقیمانده ماده خورنده، شسته می‌شود.

چون معمولاً ماسک برای خوردگی گزینشی سابستریت استفاده می‌شود، ماسک نباید در ماده خورنده حل شود یا حداقل خیلی کمتر از سابستریت خورده شود. خوردگی مرطوب ساده‌تر ولی کم دقت‌تر از خوردگی خشک است.

 

 filereader.php?p1=main_1e1940b1343683dd8

شکل 6. خوردگی تر

 

2-5-3- خوردگی خشک

خوردگی خشک یا خوردگی پلاسما با استفاده از گازهای خورنده یا پلاسما انجام می‌شود. خوردگی خشک با یونیزه کردن یک مخلوط گازی در داخل یک اتاقک و به دست آوردن یون‌های واکنش‌دهنده با سابستریت انجام می‌شود. در مقایسه با خوردگی تر، این تکنیک گران است اما از دقت بالایی برخوردار است. واکنش فرسایشی به سه شیوه مختلف قابل انجام است: 1- واکنش شیمیایی (توسط گازها یا پلاسمای واکنش‌دهنده)، 2- حذف فیزیکی ( معمولاً با انتقال مومنتمی)، 3- مخلوطی از واکنش شیمیایی و حذف فیزیکی.

 

 filereader.php?p1=main_e5c85244f481eca65

شکل 7. خوردگی خشک عمودی و شیب‌دار ناشی از اثر پلاسما

 

3-5-3- خوردگی خشک فیزیکی

در این تکنیک از انرژی سینیتیکی بالا حاصل از پرتو یونی، الکترون یا فوتون برای فرسایش اتم‌های سابستریت استفاده می‌کنند. در این حالت، با برخورد ذرات با انرژی بالا، هیچ واکنش شیمیایی رخ نمی‌دهد و تنها ماده سابستریت بدون ماسک یا پوشش بخار می‌شود.

 

4-5-3- خوردگی خشک شیمیایی

در خوردگی خشک شیمیایی (یا خوردگی فاز بخار) مولکول‌های گاز با سطح ماده سابستریت واکنش می‌دهد و اتم‌ها را از سطح آن خارج می‌کند. این فرایند شامل یک واکنش شیمیایی بین گازهای خورنده برخوردکننده به سطح سابستریت است.

 

5-5-3- خوردگی یون واکنش‌دهنده در میکروسیالات

این روش ترکیبی از خوردگی فیزیکی و شیمیایی به منظور رسیدن به دقت بسیار بالا است. روش بسیار متنوع است و اغلب با خوردگی خشک به دلیل سرعت بالای آن انجام می‌شود. در این روش سابستریت در یک واکنشگر حاوی مخلوطی از گازها وارد می‌شود. انرژی بالا حاصل از یونیزاسیون، مولکول‌های خورنده را به گونه‌های بسیار واکنش‌پذیر تبدیل می‌کند. با وارد شدن پلاسما به مخلوط گازی، مولکول‌های گاز تبدیل به یون شده و با برخورد به سطح ماده سابستریت، ماده گازی دیگری را تشکیل می‌دهند [1].

 

4- نتیجه‌گیری

سیستم‌های آزمایشگاه روی تراشه با رؤیای گردآوری هزاران عمل بیوشیمیایی روی یک تراشه ساخته شده‌اند که می‌تواند روی فقط یک قطره خون بیمار به منظور تشخیص دقیق بیماری انجام شود. این دسته از مطالعات بیشتر روی تشخیص‌های انسانی و تجزیه DNA و تا حدودی روی سنتزهای شیمیایی تمرکز داشته‌اند. توسعه مواد جدید نظیر پلیمرها و هیدروژل‌ها، همچنین روش‌های جدید ساخت مانند انواع لیتوگرافی و روش‌های فیزیکی و شیمیایی گوناگون به توانمندی تکنولوژی میکروسیالات، که اساس طراحی و ساخت میکروچیپ‌هاست، منجر شده است.

 

منابـــع و مراجــــع

Introduction to Lab-On-A-Chip 2015 : Review, History and Future. http://www.elveflow.com/microfluidic-tutorials/microfluidic-reviews-and-tutorials/introduction-to-lab-on-a-chip-2015-review-history-and-future/

Ahn CH, Choi J-W (2010) Microfluidic Devices and Their Applications to Lab-on-a-Chip. In: Bhushan B (ed) Springer Handbook of Nanotechnology. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg, pp 503–530

Abgrall P, Gué A-M (2007) Lab-on-chip technologies: making a microfluidic network and coupling it into a complete microsystem—a review. Journal of Micromechanics and Microengineering 17:R15–R49