ترانزستور التدفق FlowFET

يُعدّ ترانزستور التدفق (flowFET) مكونًا ميكروفلويديًا يسمح بتعديل معدل تدفق السائل في قناة ميكروفلويدية عن طريق الجهد الكهربائي المُطبق عليها. وبهذه الطريقة، يعمل كجهاز ميكروفلويدي مماثل لترانزستور تأثير المجال ^{[ 1 ]،} باستثناء أن تدفق السائل في ترانزستور التدفق يحل محل تدفق التيار الكهربائي . في الواقع، اسم ترانزستور التدفق مُشتق من اصطلاح تسمية ترانزستورات تأثير المجال الإلكترونية (مثل MOSFET و FINFET وما إلى ذلك).

يعتمد ترانزستور التدفق ذو التأثير الحقلي (FlowFET) على مبدأ التدفق الكهروأسموزي (EOF). في العديد من الأسطح البينية بين السوائل والمواد الصلبة ، تتشكل طبقة كهربائية مزدوجة نتيجة التفاعلات بين الطورين . في حالة القناة الميكروفلويدية، ينتج عن ذلك طبقة مشحونة من السائل على محيط عمود السائل، تحيط بمعظم السائل. لهذه الطبقة الكهربائية المزدوجة فرق جهد مرتبط بها يُعرف بجهد زيتا . عند تطبيق مجال كهربائي موجه بشكل مناسب على هذه الطبقة المزدوجة البينية (أي موازٍ للقناة وفي مستوى الطبقة الكهربائية المزدوجة)، تتعرض أيونات السائل المشحونة لقوة لورنتز المحركة . ولأن هذه الطبقة تغلف عمود السائل، ولأنها تتحرك، سيبدأ عمود السائل بأكمله في التحرك بسرعة${\displaystyle \nu _{EOF}}$تنتشر سرعة طبقة السائل داخل القناة من المحيط نحو المركز بفعل الاقتران اللزج. ^{[ 1 ]} وترتبط هذه السرعة بشدة المجال الكهربائي.${\displaystyle E}$، مقدار جهد زيتا${\displaystyle \zeta }$، السماحية${\displaystyle \epsilon }$واللزوجة​${\displaystyle \eta }$من السائل: ^{[ 1 ]}

${\displaystyle \nu _{EOF}={\epsilon \over \eta }\zeta E}$

في ترانزستور التدفق ذي التأثير الحقلي (FlowFET)، يمكن تغيير جهد زيتا بين جدران القناة والسائل بتطبيق مجال كهربائي عمودي على جدران القناة. ويؤدي ذلك إلى تغيير القوة الدافعة التي تتعرض لها ذرات السائل المتحركة في الطبقة المزدوجة. ويمكن استخدام هذا التغيير في جهد زيتا للتحكم في كل من مقدار واتجاه التدفق الكهروأسموزي في القناة الميكروية. ^{[ 1 ]}

يكفي أن يكون جهد التحكم في حدود 50 فولت لقناة ميكروفلويدية نموذجية، ^{[ 2 ]} حيث يرتبط هذا بتدرج قدره 1.5 ميجا فولت/سم بسبب حجم القناة. ^{[ 1 ]}

يُتوقع أن يكون لتقنية FlowFET استخدامات محتملة في التلاعب الميكروفلويدي المتوازي على نطاق واسع ، ^{[ 1 ]} على سبيل المثال في المصفوفات الدقيقة للحمض النووي . ^{[ 2 ]}

بدون استخدام ترانزستور التدفق الكهربائي (FlowFET)، من الضروري التحكم في معدل التدفق الكهروضوئي (EOF) عن طريق تغيير شدة المجال المُنتج للتدفق الكهروضوئي (أي المجال الموازي لمحور القناة) مع الحفاظ على جهد زيتا ثابتًا. إلا أنه في هذا الترتيب، لا يمكن بسهولة تحقيق التحكم المتزامن في التدفق الكهروضوئي في القنوات المتصلة ببعضها البعض. ^{[ 1 ]}

توفر تقنية FlowFET طريقةً للتحكم في تدفق الموائع الدقيقة دون استخدام أي أجزاء متحركة. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} وهذا يتناقض تمامًا مع الحلول الأخرى، بما في ذلك المضخات التمعجية التي تعمل بالهواء المضغوط، كما هو موضح في دراسة وو وآخرون. ^{[ 5 ]} يقلل قلة الأجزاء المتحركة من احتمالية حدوث أعطال ميكانيكية في أجهزة الموائع الدقيقة. وقد تزداد أهمية هذا الأمر مع استمرار تزايد حجم وتعقيد النماذج المستقبلية من مصفوفات الموائع الإلكترونية الدقيقة (MEF).

يوفر استخدام التدفق ثنائي الاتجاه الذي يتم التحكم فيه إلكترونياً خيارات مثيرة للاهتمام لعمليات تنظيف الجسيمات والفقاعات. ^{[ 2 ]}

• الموائع
• الموائع الدقيقة
• التناضح الكهربائي
• المختبر على رقاقة