طراحي ، شبيه‌سازي و ساخت حسگر موج سطحي به همراه عملگر دي‌ الكتروفورز جهت اندازه گيري ميزان تجمع سلول‌هاي هدف روي تراشه

Design, fabrication and performance of DEP-SAW sensor for aggregation measurement of cells on a lab on chip

در سنسورهاي موج صوتي سطحي، سلول هاي هدف توسط لايه فدا شونده شامل آنتي ژن يا آنتي بادي به دام انداخته مي شوند. در اين ايده جديد، لايه فدا شونده با عملگر دي‌الكتروفورز جايگزين ‌شده كه سريع تر عمل مي كند، يك بار مصرف نيست و براي سلول هاي متفاوت نيز قابل استفاده است. مقادير بهينه پارامترهاي اثرگذار بر اين سنسور به‌ دست‌ آمده است. رفتار موج صوتي سطحي كه از نوع "لاو" است، براي زير لايه ليتيوم نيوبات با لايه هدايت موج ZnO شبيه‌سازي ‌شده است. آناليز حساسيت و ارتباط آن با جابجايي سنسور براي ساختار الكترود متمركز و غيرمتمركز انجام شده است. نتايج آزمايش‌ها نشان مي دهد كه براي تعداد ذرات هدف، ساختار متمركز دايره اي حساسيت بيشتري دارد. سنسور با سلول‌هاي سالم و سرطاني و براي سلول‌هاي مغز و روده در فركانس MHz 142 مورد آزمايش قرار گرفت و به دام انداختن سلول هدف توسط عملگر دي‌ الكتروفورز و اندازه گيري ميزان تجمع آن توسط سنسور موج سطحي با موفقيت انجام شد. افت انرژي موج از پورت فرستنده به گيرنده و نيز شيفت فركانس، دو مشخصه تمايزي بين سلول‌هاي سالم و سرطاني است. كاهش 90 و 80 كيلو هرتز در پيك فركانس و 4.99 و 6.69 دسيبل افت كمتر براي سلول‌هاي سرطاني در مقابل سلول‌هاي سالم به ترتيب براي دو نوع سلول روده و مغز انسان مشاهده گرديد. زمان به دام انداختن و اندازه گيري ميزان تجمع سلول هدف حدود 5-10 ثانيه بود، كه در مقايسه با روش هاي متعارف (15-10 دقيقه) كاهش چشم گيري را نشان مي دهد.

In surface acoustic wave sensors, target cells are trapped by sacrificial layer, containing antigens and antibodies. In this new idea, sacrificial layer is replaced by diectrophoresis electrodes. Fast response and not being disposable and usability for various types of cells are its advantages. In order to design and fabricate the sensor, the optimized values of effective parameters have been investigated. The behavior Love wave - which is used in this sensor - is simulated with lithium Niobate as substrate and ZnO layer as guiding layer. Two types of focus and unfocused interdigital transducer electrodes for sensor are investigated. The results of the sensitivity analysis and its relationship with the sensor displacement are presented. In graphs, results indicate that the focused circular structure is more sensitive, when the number of target cells in the fluid channel is more. The sensor was tested in 142 MHz for healthy and cancerous brain and intestinal cells. The suggested sensor has good results for measurement of cells aggregation. Wave power loss in transmission from sender to receiver ports and frequency shift are two special properties for detecting healthy and cancerous cells. Results show 80 and 90 KHz decrease in frequency and 4.99 and 6.69 dB loss decrease in cancerous cells comparing to healthy cells in brain and intestinal cells respectively. In this sensor, trapping, detecting and measurement of aggregation, happens in 5-10 second, which is an outstanding result compare to 10 – 15 minutes in conventional methods.