음향파 구동 액적 이송으로 재기록 가능한 랩온어칩 구현

엔지니어들은 음파를 이용해 오일 속에 터널을 만들어 방울을 비접촉으로 조작하고 이송하는 다용도 마이크로플루이딕 랩온어칩을 시연했습니다. 이 기술은 완전 재사용 가능한 소규모 프로그래머블 재기록 생체 의료 칩의 기초가 되어 현장 진단이나 실험실 연구를 가능하게 할 수 있습니다. 최소한의 외부 제어로 재기록 가능한 라우팅, 분류, 게이팅을 달성하며, 이는 방울의 디지털 로직 제어에 필수적인 기능들입니다.

자동화된 유체 처리는 임상 진단과 대규모 화합물 스크리닝 등 많은 과학 분야 발전을 주도했습니다. 현대 생의학 연구와 제약 산업에서 보편적이지만, 이 시스템들은 부피가 크고 비싸며 소량 액체 처리에 적합하지 않습니다.

랩온어칩 시스템이 이 공간을 어느 정도 채웠지만 대부분 한 가지 주요 단점에 가로막혀 있습니다: 표면 흡착. 이 장치들은 고체 표면에 의존하기 때문에 이송되는 샘플이 필연적으로 자기 흔적을 남겨 오염을 초래할 수 있습니다. 새로운 랩온어칩 플랫폼은 방울이 자기 흔적을 남기지 않게 하는 얇은 불활성 비혼화성 오일 층을 사용합니다. 오일 바로 아래에서 전기가 통과할 때 진동하는 압전 트랜스듀서 그리드가 있습니다. 서브우퍼 표면처럼 이 진동은 오일 위 얇은 층에 음파를 생성합니다.

이 음파는 칩 위아래로 튕기고 서로 부딪히며 복잡한 패턴을 형성합니다. 트랜스듀서 설계를 세심하게 계획하고 파동을 일으키는 진동 주파수와 강도를 제어함으로써 연구자들은 결합 시 터널을 형성하는 소용돌이를 만들 수 있습니다. 이 터널은 장치 표면을 따라 어떤 방향으로든 방울을 밀고 당길 수 있습니다.

새로운 시스템은 X축 또는 Y축을 따라 방울을 이송할 수 있는 두 가지 다른 스트리밍 패턴 기반의 듀얼 모드 트랜스듀서를 사용합니다. 듀얼 모드 트랜스듀서를 사용해 연구자들은 전자 회로 복잡성을 4배 줄이면서 두 축을 따라 방울을 이동시킬 수 있었습니다. 또한 이전 시스템보다 3~7배 낮은 작동 전압으로 트랜스듀서 작동이 가능해 8개 방울을 동시에 제어할 수 있었습니다. 마이크로컨트롤러를 설정 도입해 연구자들은 방울 움직임의 많은 부분을 프로그래밍하고 자동화할 수 있었습니다.

컴퓨터 칩에서 발견되는 로직 시스템과 유사한 방식으로 방울을 제어하는 능력은 다양한 임상 및 연구 절차에 필수적입니다. 다음 단계는 대규모 집적과 동적 계획을 위한 소형화된 무선 주파수 전원 공급 장치와 제어 보드를 결합하는 것입니다.