Open this publication in new window or tab >>2008 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other scientific)
Abstract [en]
This thesis deals with various aspects of using open microfluidic interfaces. Three specific areas of application are studied.
The first is air-to-liquid interfacing in biosensors with possibilities for component integration. A micromachined interface for airborne sample-to-liquid and droplet-to-liquid adsorption is discussed. It enables a robust sheet liquid flow serving as adsorption site. The interface properties are presented. Along with the interface, a novel method and system for rapid detection of dust and vapour-based narcotics and explosives traces is introduced. The QCM sensor detection principle with antibody immunoassay is described. Having shown the working principles of molecular adsorption to liquid surface and molecular detection with QCM technology, an integrated device is introduced. Diffusion as an effective transport mechanism in this microfluidic device is discussed. By holding the two components (interface and QCM) together with a double-sided adhesive, anisotropically vertically conductive tape, we achieve three functions, namely fixation, electrical connection and liquid sealing. Finally, enhanced electrostatic trapping of small particles to the liquid interface is demonstrated.
The second area concerns open microfluidics for the integration of capillary electrophoresis and mass spectroscopy. A technique for hyphenation between CE and MALDI-MS is presented. Two closed fused-silica capillaries were connected via a silicon chip comprising an open microcanal. The influence of the capillary-to-microcanal connection is discussed, as well as a simple technique to control evaporation from the open microcanal.
The third area concerns microfluidics enabling studies of single cells in asymmetric environments. Using extracellular matrix or synthetic gel-embedding cells in an assay chamber, cells thrive and proliferate. This makes it possible to carry out medium to long term cultivation of cells in a more physiological, controlled 3D environment than in traditional 2D cultures. The gels are discussed in terms of handling as well as their properties. A gel and microfluidic device for three dimensional cell culture with microgradient environments is presented. Finally, a method for studying cilia-forming cells in asymmetric microfluidic environments is presented. Bending the primary cilium with a fluid flow will give rise to a response, but sensitivity to flow direction has only been sparsely studied. Design considerations are presented and discussed.
Abstract [sv]
Den här avhandlingen diskuterar olika aspekter av den öppna gränsytan hos styckevis öppna mikrofluidiksystem. Tre specifika användningsområden har studerats.
Det första är gränsytan mellan luft och vätska i en biosensor och de användningsområden som finns här. Ett mikrofabricerat interface för adsorption av luftburna substanser samt dropp-absorption diskuteras. Här används en rörlig vätskeyta som adsorbtionsyta och dess egenskaper presenteras. En ny metod för sprängämnes- och narkotikadetektering med interfacet introduceras. QCM-tekniken i kombination med antikroppskemi beskrivs. En integrerad lösning med dessa tekniker introduceras där diffusion utgör en effektiv transportmekanism. Med en dubbelsidig ledande tejp hålls komponenterna ihop, tätas och förses med ström. Slutligen presenteras elektrostatisk infångning av partiklar där den ena elektroden utgörs av vätskeytan.
Det andra området berör ett öppet mikrofluidiksystem för integrering av kapillärelektrofores och masspektrometri. Teknik för att koppla ihop CE och MALDI-MS presenteras. Två glaskapillärer har kopplats ihop med ett kiselchip med en öppen mikrokanal. Kopplingen mellan kapillären och chippet diskuteras liksom en enkel teknik för att kontrollera avdunstningen från den öppna mikrokanalen.
Det tredje området diskuterar hur mikrofluidik möjliggör studier av cellulära reaktioner i asymmetriska miljöer. Med inbäddning av celler i extracellulär matris eller syntetisk gel fås fysiologiskt relevant lokal miljö för celltillväxt och celldelning. Detta möjliggör studier av cellutveckling och cellreaktioner under lång tid i faktisk 3D-miljö till skillnad från den nuvarande etablerade 2D-miljön. Gelerna diskuteras ur en hanteringssynpunkt liksom utifrån sina egenskaper. Ett system för cellodling i 3D med gradientmiljö presenteras och diskuteras. Slutligen presenteras ett system för studier av cilieformande cellers respons där asymmetriska flöden ger upphov till böjning av cilier. Olika designaspekter diskuteras.
Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: KTH, 2008. p. xii, 56
Series
Trita-EE, ISSN 1653-5146 ; 2008:002
Keywords
microfluidic interfacing, microfluidics, µTAS, sample transfer, biosensor, electronic nose, surface tension, quartz crystal microbalance, QCM, narcotics detection
National Category
Control Engineering
Identifiers
urn:nbn:se:kth:diva-4609 (URN)978-91-7178-846-7 (ISBN)
Public defence
2008-02-08, Sal M3, KTH, Brinellvägen 64, Stockholm, 10:00
Opponent
Supervisors
Note
QC 201009272008-01-182008-01-182022-06-26Bibliographically approved