Three dimensional electrode integration on microwave resonator sensors for microparticle sensing in microfluidics

Elektronik sensörlerde parçacık tarafından oluşturulan sinyalin parçacığın kanaldaki yüksekliğinden bağımsız olmasını sağlamak için mikroakışkan kanal duvarlarında 3 boyutlu elektrotlar kullanılabilir. 3-boyutlu elektrot oluşturmak için ilk metot olarak mikroakışkan kanalın duvarlarında bulunan PDMS kanallara oda sıcaklığında sıvı halde bulunan Galinstan materyali enjekte edilmiştir. Galinstan kanalları, bölünmüş halka rezonatörünün ince elektrotları üzerine konumlandırılmıştır. Galinstan kanalları ve rezonatörün ince elektrotları arasındaki elektriksel bağlantı sayesinde rezonatör üzerinde oluşan elektrik alan mikroakışkan kanal içesinde sabit elektrik alan oluşması için uzatılabilmiştir. Galinstan materyali, düşük erime sıcaklığı, insanlar için zararsız olması ve yüksek iletkenliği sebebiyle sensörde kullanılmıştır. Bu sensör kullanılarak 20 ve 30 mikrometre boyutlarındaki polistren parçacıklar boyutlarına göre ayrıştırılabilmiştir. 3 boyutlu elektrot yapısı kullanıldığı için parçacığın kanaldaki yüksekliğini bulmak için sinyal işleme yapılmamıştır. Sıvı metalin mikroakışkan kanala sızmasını engellemek için konulan PDMS duvarlar, sensörün sinyal-gürültü oranının düşmesine yol açmıştır. Daha sonra, 3 boyutlu elektrot üretmek için eposki bazlı negatif bir fotorezist olan SU8 materyali kullanılmış ve 3 boyutlu elektrotlar katı bir maddeden yapıldığı için mikroakışkan kanal içerisine konulabilmiştir. Bu şekilde sensörün sinyal-gürültü oranı arttırılabilmiştir. Mikrometre kalınlığındaki SU8 prizmalar sensörün algılama bölgesinde üretilmiş ve püskürtme tekniği ile prizmanın iç duvarları kaplanabilmiştir. SU8 elektrotlar, mikroakışkan kanal ve bağlantı elektrotlarını bulunduran silika substrat, PCB üzerinde bulundan mikrodalga rezonatöre bağlanmıştır. Rezonatör üzerinde oluşturulan elektrik alan, bağlantı elektrotları üzerinden tel bağlama tekniği ile SU8 prizmalara iletilmiş bu şekilde mikrokanal içerisine sabit elektrik alan oluşturulabilmiştir. Bu sensör yapısı, 12 ve 20 mikrometre polistrien parçacıkların boyuta göre ayrıştırılması için kullanılmıştır. Bu şekilde parçacığın kanal içerisindeki yüksekliğini bulmak için sinyal işleme yapılmasına gerek duyulmamıştır. 3 boyutlu elektrolar kanaldan geçen sıvı ile direkt temas ettiği için sinyal-gürültü oranı 10 katına kadar arttırılabilmiştir. Daha sonra, bölünmüş halka rezonatörü Coulter sayacı ile birleştirilmiş, bu şekilde hem boyut hem de dielektrik geçirgenlik ölçümü yapılmıştır. SU8 mikroelektrotlar yüksek ve alçak frekansta çalışan sensörlerin üzerine, algılama bölgesi oluşturulacak şekilde üretilmiştir. Rezonatör ve Coulter sayacı sinyalleri birlikte analiz edilerek parçacığın hem boyutu hem de dielektrik geçirgenliği ölçülmüştür. Bu yapı kullanılarak farklı boyut ve geçirgenlikteki polistren ve polietilen parçacıklar ayrıştırılmıştır. EDX ölçümü sonrasında polietilen parçacıkların içerisinde titanyum dioksit başta olmak üzere başka bileşlenlerin bulunduğu ve bu yüzden parçacığın dielektrik geçirgenliğinin değiştiği sonucu çıkarılmıştır. Deney sonuçları görüldüğünde, mikrodalga rezonatör kullanılarak parçacığın içindeki titanyum dioksitin etkisinin ölçüldüğü görülmüştür.