Information Technology (Council of Physical Sciences)
70 %
Ortelius classification: Chemical informatics
Electronic Devices and Technologies (Council of Physical Sciences)
20 %
Analytical Chemistry (Council of Physical Sciences)
10 %
Ortelius classification: Clinical chemistry
Panel
Informatics and Electrical Engineering
Department or equivalent
Faculty of Information Technology and Bionics (Pázmány Péter Catholic University)
Starting date
2008-09-01
Closing date
2011-11-30
Funding (in million HUF)
20.931
FTE (full time equivalent)
2.39
state
closed project
Summary in Hungarian
A pályázat keretében egy olyan újszerű rendszer kultúráját szeretnénk megteremteni Magyarországon, amely a mikrofluidikának és a lab-on-a-chip paradigmának egy új ágát képviseli. Egy folyadékcsepp nedvesítési tulajdonságai megváltoztathatók az elektromos tér változtatásával. Ezzel a módszerrel lehet a cseppet megfelelően gyorsan mozgatni is, tehát folyadékcseppek aktív mozgatásával lehet kiváltani a mikrofluidikában eddigi rögzített folyadékcsatornás elrendezéseket. Az új technológia reménye, hogy jó és megfelelően gyors alternatívát tud nyújtani a kémiai és biológiai elemzések terén a meglévő lab-on-a-chip készülékekkel szemben. Egy ilyen digitális mikrofluidikai rendszer kialakítása és tesztelése a célunk. A tesztlabor kialakítása, a chipekhez a különböző meghajtó áramkörök tervezése és tesztelése, alkalmazása, valamint a megfelelő kémiai és biológiai alapreakciók párhuzamos elvégzése szerepel a terveinkben. Célunk továbbá a klasszikus mikrofluidikai alapműveletek elérhető pontosságon belüli implementálása (folyadék be- és kivezetés, transzport, adagolás, keverés, cseppszétválasztás, és -egyesítés).
Summary
The aim of this proposal is to ground the scientific know-how of digital microfluidics, which is an emerging branch of the lab-on-a-chip paradigm. The wetting properties of a liquid droplet can be modified by the ambient electric field (this phenomenon is called electrowetting) Utilizing the property the droplet can be moved between electrodes thus giving us an active control over the movement of the liquid compared to 'classical' microfluidics where fixed channels confine the path of the liquid. The hope of this new technology is that it could give a good and fast enough alternative to existing lab-on-a-chip devices for chemical and biological analysis. It is our aim to ground and test such a digital microfluidic system. Our aim is to equip a test laboratory, to design, test and apply driving circuitry for existing digital microfluidic chips, and to analyse the adequate chemical and biological reactions in the classical ways to validate our results. Furthermore, we aim to implement with precision the basics of classical microfluidics (liquid I/O, transport, storage and dispensing, mixing, droplet splitting and merging).
Final report
Results in Hungarian
A projekt során létrehoztunk felül nyitott és zárt digitális mikrofluidikai eszközöket (NYÁK lapokat), melyekhez az elektromosan változtatható nedvesítés elvét, mint a folyadékcsepp mozgatásának alapelvét felhasználva, vezérlő áramkört és szoftvert illesztettünk. A fejlesztéshez szükség volt az elektródrendszer többszöri átdolgozására, valamint a felület speciális vékonyréteges kezelésére, szigetelőként PDMS elasztomer, hidrofób felületként Teflon polimer felhasználásával. A fejlesztéssel párhuzamosan új mikrofluidikai csatornákban olyan kémiai és biológiai vizsgálatokat végeztünk el, amelyek ellenőrző, illetve elővizsgálatok lehetnek egy digitális mikrofluidikai rendszerben való megvalósításhoz. A projekt elején beszerzett sztereomikroszkóp és kamera felhasználásával olyan rendszert alakítottunk ki, amellyel valós időben lehet vizsgálni a chipen végbemenő változásokat, valamint több detektálási módszert is implementáltunk. Egy gyors kameraszámítógép felhasználásával áramlási citometriás mikrofluidikai eszközt hoztunk létre, amely eredményeinket 2 konferenciakiadványban publikáltunk.
A projekt keretében megvásárolt COMSOL Multiphysics szoftverrel numerikus modellszámításokkal alátámasztottuk és igazoltuk mind a digitális mikrofluidikai cseppmozgatást és dinamikákat, mind a párhuzamosan végzett elővizsgálatokhoz szükséges mikrocsatornák optimális elrendezését és működését.
Results in English
During the project years we have developed open and closed digital microfluidic devices (on PCB substrates). These devices are providing fluid droplet transports using the electrowetting on dielectric phenomenon as the droplet actuation effect. This has been achieved by developing appropriate driving circuitry and software. The development included several design improvement cycles of the electrode matrix and application of different thin films to the electrodes. The final surface treatment is a thin layer of PDMS elastomer as the dielectric and another thin layer of Teflon polymer as the hydrophobic surface. New microfluidic channel systems have been designed parallel to these developments where experimental chemical and biological analyses have been conducted. These experiments were preliminary tests to their application in digital microfluidic devices. The stereomicroscope and the camera purchased at the beginning have been combined and further developed into a real-time chip monitoring system and different detection schemes were implemented. A high-fps camera computer was combined with this device to produce a novel flow cytomety device in a microfluidic environment. These results have been published in 2 conference proceedings.
A numerical simulation software (COMSOL Multiphysics) have been used to confirm droplet movements and wetting dynamics, furthermore it has been utilized to characterize and optimize microfluidic channel geometry of the preliminary test devices.
