Microfabrication processes based on low temperature co-fired ceramics technology for the fabrication of a microfluidic free flow electrophoresis device
- Autores: Pedro Tavares
- Directores de la Tesis: Julián Alonso Chamarro (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Jordi Bartrolí i Molins (presid.), Antoni Homs Corbera (secret.), José Antonio Plaza Plaza (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química por la Universidad Autónoma de Barcelona
- Materias:
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- Resumen
Desde la primera propuesta de un microsistema de análisis total (μ-TAS) en 1990, muchos avances se han llevado a cabo en la miniaturización de la instrumentación analítica convencional, con el fin de solucionar las limitaciones operacionales que estos primeros dispositivos presentaban.
La fabricación de μ-TAS todavía representa un desafío debido a las dificultades en la integración de elementos microfluídicos y electrónicos en un mismo sustrato. La tecnología de cerámicas de sinterización a baja temperatura (LTCC), gracias a su aproximación multicapa, permite la implementación de estructuras microfluídicas tridimensionales que pueden integrar electrodos y electrónica, en el mismo sustrato. Sin embargo, la tecnología LTCC presenta algunas limitaciones importantes para la construcción de μ-TAS en comparación con otros tipos de materiales utilizados. Por un lado, la falta de transparencia de las cerámicas hacia que la detección óptica no fuera aplicable en dispositivos monolíticos fabricados con tecnología LTCC.
El objetivo final de la tesis ha sido fabricar un sistema microfluídico de electroforesis de flujo continuo (FFE) mediante la tecnología LTCC. Para lograr este objetivo, se han tenido que abordar y superar las diferentes limitaciones que presentaba para ello la tecnología LTCC.
En la memoria se presentan los resultados obtenidos en el estudio sistemático de los factores que afectan a los procesos de ablación laser y de laminación de sustratos LTCC. Estos estudios llevaron el desarrollo de una nueva metodología de fabricación, que permite la fabricación de dispositivos cerámicos monolíticos, con complejas estructuras microfluídicas embebidas, en el rango de 10 a 100 μm.
El uso generalizado de sistemas de detección óptica en aplicaciones analíticas de plataformas microfluídicas llevaran al estudio de las propiedades ópticas de los materiales cerámicos LTCC para poder implementar este tipo de detección. Para ello se estudio la influencia de diferentes factores, como el espesor de las capas de cerámicas utilizadas, en la transmisión de radiación a través de las estructuras fabricadas. Como resultado de los estudios realizados se ha desarrollado una nueva metodología de fabricación, que permite que la construcción de ventanas ópticas de cerámica de alta transmitancia, usando capas del material DuPont 9615.
Adicionalmente, se han desarrollado dos aplicaciones de estructuras de microfluídica utilizando dispositivos monolíticos cerámicos que permiten la utilización de detección óptica. En una de ellas se diseño y fabricó, mediante tecnología LTCC, una microcelda de flujo que se utilizó para estudiar la influencia, en la sensibilidad y límite de detección de un procedimiento analítico, de parámetros de las celdas de detección tales como el camino óptico o el diámetro y espesor de las ventanas.
Por último, se ha construido un dispositivo FFE microfluídico, utilizando las nuevas metodologías de fabricación desarrolladas para la tecnología LTCC, que se aplicó en la separación de una mezcla de colorantes fluorescentes. El dispositivo es, hasta donde tenemos conocimiento, el primero dispositivo microfluídico de estructura monolítica, construido con tecnología LTCC, que permite la obtención de distribución espacial de señales fluorescentes (Fluorescence imaging).
Se investigó la capacidad del dispositivo de microfluídica para evacuar los productos de la electrólisis de agua que se generan en la superficie de los electrodos utilizando los datos de corriente y voltaje registrados durante la separación. Para ello se obtuvo un mapa de distribución de pH en la microcamara donde se verifica la separación, utilizando imágenes de fluorescencia de colorantes cuya emisión depende del pH.
Finalmente, también se proponen y presentan mejoras a introducir en futuros dispositivos microfluídicos FFE construidos utilizando tecnología LTCC.
