طراحی، شبیه‌سازی و ساخت حسگر موج سطحی به همراه عملگر دی‌الکتروفورز جهت اندازه گیری میزان تجمع سلول‌های هدف روی تراشه

در حسگرهای موج صوتی سطحی، سلول های هدف توسط لایه فداشونده شامل آنتی ژن یا آنتی بادی به دام انداخته می شوند. در این ایده جدید، لایه فدا شونده با عملگر دی‌الکتروفورز جایگزین ‌شده که سریع تر عمل می کند، یک بار مصرف نیست و برای سلول های متفاوت نیز قابل استفاده است. مقادیر بهینه پارامترهای اثرگذار بر این سنسور به‌دست‌آمده است. رفتار موج صوتی سطحی که از نوع لاو است، برای زیر لایه لیتیوم نیوبات با لایه هدایت موج zno شبیه‌سازی ‌شده است. آنالیز حساسیت و ارتباط آن با جابجایی سنسور برای ساختار الکترود متمرکز و غیرمتمرکز انجام شده است. نتایج آزمایش‌ها نشان می دهد که برای تعداد ذرات هدف، ساختار متمرکز دایرهای حساسیت بیشتری دارد. سنسور با سلول‌های سالم و سرطانی و برای سلول‌های مغز و روده در فرکانس mhz 142 مورد آزمایش قرار گرفت و به دام انداختن سلول هدف توسط عملگر دی‌الکتروفورز و اندازه گیری میزان تجمع آن توسط سنسور موج سطحی با موفقیت انجام شد. افت انرژی موج از پورت فرستنده به گیرنده و نیز شیفت فرکانس، دو مشخصه تمایزی بین سلول‌های سالم و سرطانی است. کاهش 90 و 80 کیلوهرتز در پیک فرکانس و 4.99 و 6.69 دسیبل افت کمتر برای سلول‌های سرطانی در مقابل سلول‌های سالم به ترتیب برای دو نوع سلول روده و مغز انسان مشاهده گردید. زمان به دام انداختن و اندازه گیری میزان تجمع سلول هدف حدود 5-10 ثانیه بود، که در مقایسه با روش های متعارف (10-15 دقیقه) کاهش چشمگیری را نشان می دهد.

Design, Fabrication and performance of DEP SAW sensor for measurement of cells aggregation on a lab on chip

In surface acoustic wave sensors, target cells are trapped by sacrificial layer, containing antigens and antibodies. In this new idea, sacrificial layer is replaced by diectrophoresis electrodes. Fast response and not being disposable and usability for various types of cells are its advantages. In order to design and fabricate the sensor, the optimized values of effective parameters have been investigated. The behavior Love wave which is used in this sensor is simulated with lithium Niobate as substrate and ZnO layer as guiding layer. Two types of focus and unfocus interdigital transducer electrodes for sensor are investigated. The results of the sensitivity analysis and its relationship with the sensor displacement are presented. In graphs, results indicate that the focused circular structure is more sensitive, when the number of target cells in the fluid channel is more. The sensor was tested in 142 MHz for healthy and cancerous brain and intestinal cells. The suggested sensor has good results for measurement of cells aggregation. Wave power loss in transmission from sender to receiver ports and frequency shift are two special properties for detecting healthy and cancerous cells. Results show 80 and 90 KHz decrease in frequency and 4.99 and 6.69 dB loss decrease in cancerous cells comparing to healthy cells in brain and intestinal cells respectively. In this sensor, trapping, detecting and measurement of aggregation, happens in 510 second, which is an outstanding result compare to 10 15 minutes in conventional methods.