Fabrication of surface assisted liquid manipulation systems

Bu tezde, belirli polimer yüzeyler üzerinde tanımlanan desenli paletler boyunca çeşitli polar sıvıların kontrollü hareketi gösterilmiştir. Yüzey boyunca sıvı hareketi, çevredeki hidrofobik (su itici) bölgeye kıyasla nispeten hidrofilik (su çekici) tabiatlarına bağlı olarak korunur. Sonuç olarak, ya damlacıklar ya da yığınlar halinde sıvı, dış basınç akışı yönünde yüzey boyunca sürülür. Bu tür polimer mikroakışkan cihazlar, kolay kullanım, yapay pürüzlülük ilavesi, yeniden yapılandırılabilirlik, ve belirli dış uyaranlara karşı hassasiyet sağlayan ve toksik olmayan bir malzeme olan polidimetil siloksan (PDMS) kullanılarak imal edilir. Yeniden yapılandırılabilir polimer yüzeylerin üretilmesi, süperhidrofobikten süperhidrofıliğe kadar ıslanabilmelerini; oksijen plazmasına maruz bırakarak değiştirerek, birçok döngü için uygun ısıl işlemden sonra orijinal hallerine geri dönecek şekilde tanımlanabilir. Bu, fonksiyonel grupların yüzeyden kütleye göç etmesinden dolayı meydana gelen tamamen kimyasal bir işlemdir ve bunun tersi, ıslatma durumunun dramatik geçişine neden olur ve ayrıca yüzey hidrofobisitesinin mutlak olarak geri kazanılmasına izin verir. Bu yüzeylerin ıslanma özellikleri, statik, ilerleyen ve azalan su temas açıları ölçülerek belirlenir. Dar açıklıklara sahip spesifik bir PDMS maskesi, hidrofilik kanalların yapılması için yüzeye seçici maruz kalmaya imkan verecek şekilde geliştirilmiştir. Bu kanallar üzerinden, su filamanları, bir taraftan giriş rezervuarı olarak adlandırılan diğer tarafa, çıkış rezervuarına, yüzey gerilimi ile taşınan nakil olayı nedeniyle üretilmektedir. Bu modeller ısıl işlemle tamamen silinebilir, böylece yeni desenler birçok kez aynı şekilde yapılabilir. Hidrofilik yüzeyler ayrıca; PDMS-kaplanmış cam altlıkların geri dönüşümsüz bir işlem olan ve yalnızca topografiyi değiştiren lazer ablasyonu işlemine maruz kalması ile açıklanabilir. Lazer ablasyonu, PDMS kaplamasını kaldırmak ve böylece cam substratı açığa çıkarmak için yüksek güçlü, son derece odaklanmış bir lazer ışınının uygulandığı bir işlemdir. Islatılabilirlik kontrastı çok fazla olmadığı için, yüzey güdümlü nakil yerine bu protokol, kapalı bir mikroakışkan ortamda yağa batırılmış nanolitre hacimli damlacıklarını manipüle etmek için benimsenmiştir. Camın ve PDMS yüzeylerinin ıslatılabilirliğindeki fark, lazer ablasyonuna uğramış yüzeylerin, yüzeysel basamaksı enine topografik profili ile birlikte, polar damlacıkların, cam yüzeyini tercihen yüzeyi takip etmek için ıslatmasına izin verir. Topografik adımın varlığında bile daha küçük ıslanabilirlik içeren damlacıkların güdümsüz olduğu bulunmuştur. Bu fenomene dayanarak, aynı mikroakışkan çipte enjekte edilen farklı kimyasalların mikro damlacıklarının pasif ayıklanması da araştırılmaktadır. Sistemin derin ve ayrıntılı anlaşılması için farklı damlacık sıvıları, akış hızları ve kılavuz rayların geometrisi ile kapsamlı bir deneysel ve teorik çalışma yapılmıştır. Desenli yüzey üzerindeki sıvı filamentler, akışkan optik dalga kılavuzlarının üretilmesi için çok önemlidir. Bu sıvı dalga kılavuzları aracılığıyla ışığın yönlendirilmesi, biyo-algılama, biyo-lasing'i çoğunlukla görünür spektrumda oldukça verimli bir şekilde kullanabilir. Tezin son bölümünde holey fiberine dayanan optofluidrodamin B boya lazerin teorik uygulaması gösterilmiştir. Geleneksel boya lazeri ayrıca fiber lazeri ile bir karşılaştırma için modellenmiştir. Boya lazerinin spesifik bir fiber bazlı varyantının, daha küçük lasing eşiği ve daha yüksek eğim verimi elde etmek için geleneksel boya lazerinden üstün olduğu sonucuna varılmıştır. Bu tip akışkan lazerler, yeniden yapılandırılabilir desenli yüzeyler üzerinde akışkan dalga kılavuzlamasıyla da oluşturulabilir.