Sau khi chế tạo, chíp CMF-overflow được chúng tôi sử dụng khảo sát hoạt động của dòng dung dịch từ kênh dẫn vào buồng phản ứng. Dung dịch là chất nhạy màu và được đưa vào kênh dẫn bằng cách sử dụng hệ thống bơm xi lanh (xem hình 5.37). Kết quả hoạt động của dòng dung dịch chạy trong kênh dẫn vào buồng phản ứng được trình bày trên hình 5.38 cho thấy dòng dung dịch không điền đầy vào buồng phản ứng mặc dù bơm xi lanh vẫn tiếp tục đẩy dung dịch vào kênh. Hiện tượng này cho thấy lực đẩy của bơm không đều và không đủ lớn để có thểđẩy được hết không khí trong buồng phản ứng ra ngoài để dung dịch choán chỗ. Đây chính là hạn chế của hệ thống chíp vi lưu sử dụng vi bơm.
127
Hình 5.38. Ảnh chụp dòng dung dịch trong buồng phản ứng của chíp overflow hệ CMF-
QCM sử dụng bơm định lượng với xilanh
Khi thử nghiệm chíp CMF-overflow trên máy quay ly tâm (hình 5.39), lượng dung dịch mẫu thử nhỏvào đầu vào (inlet) của chíp lần lượt là 15µL, 18µL và 20µL. Kết quả hình ảnh của dòng dung dịch mẫu thử trong kênh dẫn và trong buồng phản ứng được trình bày trên phụ lục C5.8.
Hình 5.39. Máy quay ly tâm khảo sát một chíp CMF-QCM
Kết quả cho thấy ở lượng dung dịch mẫu 15µL sau khi quay ly tâm, dưới tác dụng của lực ly tâm dung dịch thửđã theo kênh dẫn vào điền đầy hoàn toàn buồng phản ứng. Theo chiều quay của buồng phản ứng từđiểm xa nhất tới điểm đầu (gần trục quay) thì lượng dung dịch 15µL đã chiếm đầy buồng phản ứng. Kết quả phù hợp với tính toán lý thuyết. Điều này cho thấy ưu điểm của chíp vi lưu kết hợp quay ly tâm. Tương tự với lượng dung dịch 18 µL và 20 µL, buồng phản ứng được điền đầy tương tựnhư thí nghiệm ở thể tích 15 µL, và lúc này tại buồng đầu ra (outlet) có một lượng nhỏ dung dịch thửthoát ra. Như vậy, có thể khẳng định rằng với một lượng rất nhỏ chỉ 20µL, kết hợp với chíp vi lưu chúng tôi đã giảm một lượng lớn dung dịch cần thiết theo phương pháp nhỏ phủlên điện cực của linh kiện QCM. Lượng dung dịch giảm từ 2 - 5mL xuống chỉ còn cần 20µL. Điều này đã giúp tiết kiệm được rất nhiều dung dịch cần thiết trong khi chế tạo cảm biến cũng như trên mỗi phép đo, lần đo... mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Trong quá trình thực nghiệm, chúng tôi cũng nhận thấy với chíp thiết kế dạng overflow không thểđẩy được dung dịch mẫu thử ra khỏi buồng phản ứng bằng lực li
128
tâm. Nếu lượng dung dịch thử hoặc rửa đưa vào quá lớn hoặc tốc độ quay nhanh dẫn tới lực ly tâm lớn sẽ gây mất liên kết giữa chíp CMF và QCM làm cho toàn bộ dung dịch mẫu sẽvăng ra ngoài. Đây chính là một hạn chế khi ứng dụng chế tạo cảm biến MIP hoặc rửa điện cực làm việc của linh kiện QCM. Do đó, không thể sử dụng chíp CMF-QCM dạng overflow này để thay đổi hiệu chỉnh hoặc làm sạch trước khi đưa vào ứng dụng trong nghiên cứu và thực tế. Để khắc phục chạn chếnày, chúng tôi đã đưa ra thiết kế CMF dạng Siphon có thêm kênh thoát khí. Chúng tôi cũng tiến hành các thí nghiệm tương tự như đối với chíp Overflow. Trên hình 5.40 trình bày ảnh chụp dòng dung dịch trong buồng phản ứng của chíp siphon hệ CMF-QCM sử dụng bơm định lượng với xilanh. Kết quả cho thấy buồng phản ứng không được điền đầy dung dịch mẫu thử. Kết quả này một lần nữa cho thấy sự không hiệu quả của việc dùng bơm xi lanh đểđưa dung dịch vào buồng phản ứng trên điện cực QCM có diện tích cỡ 1 cm2. Tuy nhiên, khi kết hợp với thiết bị quay ly tâm. Kết quả với dung dịch mẫu thửlượng thể tích 15µL đã điền đầy buồng phản ứng (xem phụ lục c5.9). Đã xuất hiện một lượng nhỏ dung dịch mẫu thửở buồng ra và trên các kênh dẫn. Điều này cho thấy sự tối ưu trong thiết kế và mối liên hệ giữa choán chỗ của dung dịch mẫu thửkhi đẩy dược lượng không khí trong buồng phản ứng qua kênh thoát khí. Tại đây, cho thấy mối liên hệ giữa chiều cao cột áp của buồng đầu ra, kênh thoát khí và lực li tâm (tốc độ quay) là rất mật thiết, chỉ khi có một thiết kế tối ưu mới có thể có kết quả tốt. Kết quả này là minh chứng cho thành công của chúng tôi trong thiết kế và chế tạo chíp vi lưu kết hợp quay ly tâm trên nền QCM, chíp thiết kế dạng siphon cho kết quả tốt hơn so với dạng thiết kế overflow. Tiếp theo của thành công này, chúng tôi tiến hành khảo sát việc thay đổi dung dịch mẫu thử và tiến hành làm sạch bằng việc đổi màu dung dịch mẫu thửđể dễ quan sát (hình 5.12 và 8µL). Sau 2 lần thực hiện làm sạch tốt, dung dịch vào buồng phản ứng, thoát ra tại buồng đầu ra cho thấy với thiết kếchíp vi lưu dạng siphon này khẳng định chúng tôi thành công trong chế tạo chíp CMF-QCM dạng siphon. Đây là thiết kế tối ưu, là kết quảbước đầu để chúng tôi thực hiện các nghiên cứu tiếp theo.
Hình 5.40. Ảnh chụp dòng dung dịch trong buồng phản ứng của chíp siphon hệ CMF-
QCM sử dụng bơm định lượng với xilanh
Qua các kết quảthu được, bước đầu có thể thấy rằng với các thiết kế này:
• Lực li tâm tác dụng trực tiếp lên dòng chất lỏng, không cần sử dụng bơm xi- lanh, vì vậy không gặp vấn đềliên quan đến đường dẫn phức tạp;
129
• Có thể thực hiện trên các máy quay li tâm cỡ nhỏ sẵn có trong nhiều phòng thí nghiệm;
• Lực li tâm lớn giúp ngăn cản sự hình thành bóng khí trong buồng phản ứng và trên bề mặt cảm biến. Sự hình thàn bóng khí là vấn đề rất nan giải trong hệ thống vi lưu thông thường, đặc biệt khi chất lỏng thuộc loại kỵnước. Thêm vào đó, do lực “bơm” chất lỏng là lực li tâm nên ta có thể tổ hợp nhiều linh kiện cảm biến trên cùng một thiết bị (cùng sử dụng một động cơ quay li tâm) mà không làm tăng mức độ phức tạp của hệ;
• Hệ thiết bị sử dụng rẻ tiền là ưu điểm mạnh trong cạnh tranh thịtrường;
• Công nghệ CMF thể hiện tính ứng dụng cao trong việc cải thiện hiệu suất phân tích;
• Việc tựđộng hóa và tích hợp nhiều quy trình trong một thiết bị duy nhất cho thấy những ứng dụng thực tế cho việc sản xuất thương mại cảm biến sinh học với chip vi lưu loại Siphon;
• Công nghệnày vượt trội hơn các công nghệ truyền thống về chức năng của nó với chi phí thấp đáng kểđể sản xuất hàng loạt, tăng khả năng ứng dụng.