طراحی و ساخت ترانزیستور دوحالته میکروفلویدیک مبتنی بر کاغذ

 در سال‌ های اخیر، دستگاه‌های میکروفلویدیک مبتنی بر کاغذ به‌ طور گسترده ای مورد توجه قرار گرفته‌اند. با این حال، ناتوانی در کنترل دقیق و هم‌زمان سیالات مختلف، یکی از چالش‎‌های اصلی تراشه‌های میکروفلویدیک کاغذی به ‌شمار می‌رود. در اینجا، با الهام از مدارهای الکتریکی، قطعه‌ای به نام ترانزیستور برای استفاده در تراشه‌های میکروفلویدیک کاغذی طراحی و ساخته شده است. این قطعه، با دریافت فرمان الکتریکی، حرکت سیال را در یک کانال میکروفلویدیک کاغذی کنترل می‌کند. مزیت اصلی این ترانزیستور، عملکرد دوحالته آن (توانایی باز و بسته کردن کانال) با وجود ساختار ساده‌اش است. عملکرد این قطعه مبتنی بر حرکت کنترل‌شده موم در سطح مقطع کاغذ است که با حرارت تولیدشده توسط جریان الکتریکی اعمالی به پایه تحریک ترانزیستور انجام می‌شود. به‌منظور مشخصه‌یابی این ترانزیستور، کمیت‌های موثر در عملکرد آن بررسی شدند. نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهند که در کانالی به‌طول تقریبی 25 میلی‌متر، با عرض‌های 2 و 3 میلی‌متر و طول بخش آب‌گریز 2 و 3 میلی‌متر، می‌توان با اعمال جریان الکتریکی حدود 1300 میلی‌آمپر به پایه تحریک ترانزیستور، در زمانی کمتر از 35 ثانیه، سیالی با حجم 30 تا 40 میکرولیتر را کنترل نمود. علاوه بر این، به‌عنوان نمونه‌ای کاربردی از این ترانزیستور، مدار حسگری برای تشخیص محیط‌های بازی و اسیدی طراحی و ساخته شد. ترانزیستور معرفی شده با افزایش قابلیت کنترل سیالات در تراشه‌های میکروفلویدیک، نقشی کلیدی در توسعه این فناوری ایفا می‌کند. تراشه‌های میکروفلویدیک مبتنی بر کاغذ مجهز به این ترانزیستور می‌توانند کاربردهای گسترده‌ای در حوزه‌های تشخیص پزشکی، آزمایش‌های چندمرحله‌ای پیچیده، و حسگرهای زیستی و شیمیایی داشته باشند.

design and fabrication of a bistable microfluidic paper-based transistor

in recent years, paper-based microfluidic devices have attracted significant attention. however, the inability to precisely control multiple fluids simultaneously has remained a major challenge for paper-based microfluidic chips. here, inspired by electrical circuits, a transistor component has been designed and fabricated for operation in paper-based microfluidic chips. this component, upon receiving an electrical command, regulates the flow of fluid within a paper-based microfluidic channel. the primary advantage of this transistor lies in its bi-stable operation (capability to open and close the channel) despite its simple structure. its operation is based on the controlled movement of wax, driven by the heat generated from the electrical current applied to the transistor’s gate, within the cross-section of the paper. to characterize this transistor, the parameters affecting its operation were analyzed. experimental results indicated that in a channel with length of 25 mm, with widths of 2 mm and 3 mm, and hydrophobic section lengths of 2 mm and 3 mm, a fluid volume of 30 to 40 microliters could be controlled by applying a gate electrical current of about 1300 milliamperes for less than 35 seconds. additionally, as a practical demonstration of this transistor’s functionality, a sensor circuit was designed and fabricated to detect acidic and basic environments. the proposed transistor, by enhancing fluid controllability in microfluidic chips, plays a key role in advancing this technology. paper-based microfluidic chips equipped with the transistor presented in this study hold promising potential for applications in medical diagnostics, performing complex multi-step tests, biosensors and chemical sensors.