|
|
|
|
|
|
» Próżnia w mikrosystemach - nowe wyzwania
|
|
ANNA GÓRECKA-DRZAZGA 
Mikrosystemy są to miniaturowe urządzenia składające się
z czujników, aktuatorów i zaawansowanych układów elektronicznych,
które są stosowane w przemyśle, motoryzacji,
medycynie, lotnictwie, wojsku, optycznych oraz systemach
komunikacji [1]. Podstawowymi elementami mikrosystemów
typu MEMS (Mikro-Elektro-Mechaniczny System) i MOEMS
(Mikro-Opto-Elektro-Mechaniczny System) są ruchome mikromechaniczne
struktury, których chociaż jeden podstawowy
wymiar jest rzędu mikrometrów. Miniaturowe absolutne czujniki
ciśnienia, mikroprzełączniki RF (częstotliwość radiowa),
mikrobolometry, żyroskopy, rezonansowe przyspieszeniomierze
mają tym lepsze właściwości i dłuższy czas pracy, im
mikrokomora robocza jest odpompowana do wyższej próżni
[2]. Urządzenia typu MEMS/MOEMS, a także moduły wysoko-
częstotliwościowych i mikrofalowych układów oraz monolityczne
układy scalone (MMIC) są najczęściej zamykane
w obudowach hermetycznych, dlatego ważnym parametrem
określanym w końcowym etapie ich produkcji jest próżniowa
szczelność. Urządzenia Mikro- i Nanoelektroniki Próżniowej
(NP), wykorzystujące polową emisję elektronów, takie jak płaskie
wyświetlacze polowe, mikrospektrometry mas, mikrolampy
rentgenowskie, źródła elektronów, do prawidłowej pracy
wymagają wysokiej lub ultrawysokiej próżni [3] (tab. 1).
W związku z tym istnieje konieczność sprawdzania szczelności
obudów układów elektronicznych i miniaturowych urządzeń,
które zostały poddane hermetyzacji. Naciek jest określany
jako objętość gazu, który przedostanie się poprzez
nieszczelności połączenia w czasie 1 sekundy, przy różnicy
ciśnienia równej 1 atm (1 atm∙cm3/s = 1 mbar∙l/s). Na podstawie
znajomości wartości nieszczelności można określić, jak
długo urządzenie będzie spełniało warunki próżniowe (tab. 2).
Tab. 1. Ciśnienie wymagane dla prawidłowej pracy mikrourządzeń próżniowych [3]
Tabl. 1. The pressure required for proper operation of the vacuum microdevices [3]
Rodzaj mikrourządz[...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/8
|
|
|
» Planarne polowe źródło elektronów
|
|
TOMASZ GRZEBYK ANNA GÓRECKA-DRZAZGA
Miniaturowe polowe źródła elektronów są to urządzenia nanoelektroniki
próżniowej, które wykorzystują bezkolizyjny, balistyczny
ruch elektronów emitowanych polowo [1]. Aby zwiększyć
efektywne pole elektryczne przy powierzchni emitującej,
emitery polowe wykonuje się w postaci mikro- i nanoostrzy
(promień wierzchołka mniejszy od 100 nm). Rozwój technologii
mikroelektronicznych i mikromechanicznych umożliwił
formowanie mikroemiterów polowych z metali, krzemu, węglików,
materiałów diamentopodobnych, warstw kompozytowych
i nanorurek. Miniaturowe źródła elektronów znajdują
zastosowanie w nowego typu czujnikach wielkości fizycznych,
mikrosilnikach jonowych, nanosatelitach i mikrostatkach kosmicznych,
wielkoformatowych płaskich ekranach i wyświetlaczach
[2], przełącznikach wysokich mocy dla energetyki,
w wysokoczęstotliwościowych układach wzmacniających.
Prace nad wykorzystaniem emiterów polowych w konstrukcji
elementów elektronicznych wysokiej częstotliwości są
prowadzone od kilkudziesięciu lat. Wraz z rozwojem nowych
technik wytwarzania zaczęły powstawać miniaturowe wersje
lamp próżniowych. Pierwszą koncepcję tranzystora próżniowego
wykorzystującego zjawisko emisji polowej przedstawił
Spindt w 1976 r. [3]. Było to tzw. wertykalne mikrourządzenie
próżniowe, w którym katodę stanowiło mikroostrze krzemowe,
elektrodę ekstrakcyjną warstwa metaliczna ulokowana
na wysokości jego wierzchołka, a anodę warstwa przewodząca
umieszczona ponad nimi. Pierwszą, częściowo planarną
wersję tranzystora zaprezentował Gray dopiero w 1986 r.
[4]. Katodę stanowiło mikroostrze krzemowe, a metaliczna
bramka i anoda znajdowały się w tej samej płaszczyźnie powyżej
wierzchołka, co znacznie ułatwiło wytwarzanie struktur.
W 1989 roku Busta zrealizował pierwsze w pełni planarne
źródło elektronów z katodą w postaci cienkiej warstwy metalicznej
[5]. W kolejnych latach poj[...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2010/6
|
|
|
» Miniaturowa pompa próżniowa
|
|
|
TOMASZ GRZEBYK ANNA GÓRECKA-DRZAZGA
Nowoczesne systemy pompowe umożliwiają wytwarzanie
ultrawysokiej i wysokiej próżni w komorach nawet o bardzo
dużej objętości. Jednakże, problemem nierozwiązanym do
dzisiaj pozostaje wytwarzanie próżni w objętościach rzędu
mili- czy mikrolitrów. Takie rozmiary posiadają mikrokomory
robocze większości mikrosystemów typu MEMS/MOEMS.
Obecnie mikrosystemy oraz urządzenia Nanoelektroniki
Próżniowej (NP) przeżywają gwałtowny rozwój, który objawia
się produkcją milionów sztuk inteligentnych mikroczujników
i aktuatorów oraz wielu miniaturowych urządzeń wykorzystujących
zjawisko emisji polowej elektronów. Część z nich do
poprawnej pracy wymaga wysokiej lub ultrawysokiej próżni.
Nie jest możliwe zastosowanie tradycyjnych pomp do wytwarzania
próżni w mikroobjętości. Celowe są więc badania nad
opracowaniem mikropompy, która zintegrowana z mikrosystemami
lub miniaturowymi urządzeniami NP pozwoli wytworzyć
oraz podtrzymywać próżnię wydłużając w ten sposób czas
ich pracy. Aby zrealizować tę koncepcję przyjęto założenie,
że mikropompa będzie wykonana z tych samych materiałów,
tymi samymi technikami i w tym samym procesie technologicznym
co mikrosystem próżniowy.
Miniaturowe pompy próżniowe
W literaturze przedmiotu można spotkać gotowe rozwiązania
mikropomp wykonanych technikami mikroelektronicznymi i mikroinżynieryjnymi.
Są to głównie krzemowe mikropompy membranowe
(rys. 1a) [1] aktuowane piezoelektrycznie, termicznie,
magnetycznie lub elektrostatycznie. Ruch membrany powoduje
przepływ gazu, a zawory nadają mu pożądany kierunek. Głównie
ze względu na ograniczoną szczelność zaworów oraz ich dużą
powierzchnię nie udało się uzyskać wymaganego podciśnienia
(w prezentowanym rozwiązaniu wynosiło zaledwie 7 kPa). Mikropompy
membranowe znalazły zastosowanie w mikrofluidyce
do dozowania i pompowania cieczy w mikro[...]
więcej»
w zeszycie
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/8
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
» Miniaturowy amplifikator DNA PCR
|
|
Patrycja SZCZEPAŃSKA Wojciech KUBICKI Rafał WALCZAK Anna GÓRECKA-DRZAZGA Jan A. DZIUBAN Paweł BEMBNOWICZ Leszek GOLONKA Anna JONKISZ Małgorzata MAŁODOBRA Anna KARPIEWSKA Tadeusz DOBOSZ
W pracy przedstawiono wyniki badań nad miniaturowym systemem do amplifikacji DNA metodą PCR. Opracowano technologię
taniego biochipu ceramicznego, spełniającego rolę mikroreaktora do prowadzenia reakcji PCR. Zaprezentowano układ sterowania procesem PCR
oraz układ detekcji, wykorzystujący technikę fluorescencyjną. W opracowanym systemie przeprowadzono procesy powielania DNA bakterii fekalnej
Escherichia Coli. Pozytywne wyniki eksperymentów potwierdziły możliwość budowy miniaturowego, przenośnego amplifikatora DNA.
Abstract. In paper the results of works on a miniaturization of an amplification system with use PCR method is presented. Inexpensive, ceramic
biochip with PCR microreator integrated with glass optical fibre has been elaborated. Control system built for steering of a PCR reaction and
detection system using the fluorescence method are presented. Processes of amplification of Escherichia Coli DNA have been carried out in
elaborated amplificator. Positive results of the PCR reactions confirmed that it is possible to build miniature, mobile DNA PCR system. (Miniature
DNA PCR amplification device).
Słowa kluczowe: PCR, biochip LTCC, detekcja optyczna, fluorescencja.
Keywords: PCR, LTCC biochip, optical detection, fluorescence.
Wstęp
Łańcuchowa reakcja polimerazy (Polymerase Chain
Reaction - PCR) jest metodą powielania fragmentu DNA
z niewielkiej ilości materiału źródłowego. Reakcja PCR jest
cyklicznym procesem sterowanym temperaturowo, który
składa się z 25-40 powtórzeń trzech procesów
zachodzących w różnych temperaturach (denaturacja:
94ºC, przyłączanie starterów: 40ºC-60ºC, elongacja: 72ºC)
[2]. Powielony produkt reakcji PCR jest rozdzielany metodą
elektroforezy żelowej. Procedura ta umożliwia identyfikację
materiału genetycznego, którego fragment został
powielony.
Obecnie intensywnie rozwijana jest metoda Real-time
PCR, która pozwala określić ilość matrycy DNA użytej
do reakcji oraz prowadzić obserwację p[...]
więcej»
w zeszycie
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY 2010/10
|
|
|
|
Strona 1
|
Twój Profil
Twój koszyk
