توصيفگر ها :
ميكروفلوئيديك , فيبر مدار چاپي , پلكسي گلاس , آشكارساز گاز ميكروفلوئيديك , كانال ميكروفلوئيديك فعال
چكيده فارسي :
تحليل گاز در زمينه هاي متنوعي مانند پزشكي، بررسي كيفيت غذا و تشخيص و تحليل مواد كاربرد دارد. براي تحليل گاز از روش‌هايي مانند كروماتوگرافي گازي، طيف‌سنج جرمي و يا بيني الكترونيكي استفاده مي‌شود اما مجموعا در اين روش‌ها ضعف‌هايي چون ابعاد بزرگ، قابليت حمل پايين، زمان‌بر بودن و نداشتن صرفه‌ي اقصادي وجود دارد. همچنين حسگرهاي گاز به‌طور گسترده براي تشخيص گاز استفاده مي‌شوند اما در اكثر مواقع انتخاب‌گري پاييني دارند. براي رفع اين مشكلات مي‌توان از سيستم‌هاي ميكروفلوئيديك استفاده نمود. سيالات در ابعاد ميكرو رفتار متفاوتي در مقايسه با ابعاد ماكرو از خود نشان مي‌دهند و از همين ويژگي مي‌توان براي طراحي دستگاه‌هاي جديد استفاده كرد. از طرفي بررسي نفوذ ملكولي در كانال‌هاي ميكروفلوئيديك اطلاعات ارزشمندي درباره‌ي تحليل گاز به ما مي‌دهد. سيستم‌هاي ميكروفلوئيديك به نمونه‌هاي كوچك‌تر، زمان كمتر و تجهيزات ريزتري براي تحليل با دقت و حساسيت بالا نياز دارند و مي‌توانند جايگزين مناسبي براي دستگاه‌هاي تحليل و تشخيص گاز باشند. اكثر آشكارسازهاي گازي ميكروفلوئيديك كه تاكنون ساخته شده‌اند از مواد پليمري به عنوان بستر اصلي استفاده كرده‌اند. همچنين در پژوهش‌هاي اخير براي بهبود نتايج از لايه‌نشاني‌هاي مختلف در كانال ميكروفلوئيديك استفاده كرده‌اند، اما تاكنون از هيچ روشي براي فعال كردن كانال ميكروفلوئيديك استفاده نشده‌است. استفاده از فيبرمدارچاپي قابليت‌هايي براي فعال‌سازي كانال ميكروفلوئيديك فراهم مي‌كند. از طرفي پلكسي‌گلاس يكي از مواد رايج و مناسب براي ساخت كانال ميكروفلوئيديك است اما اتصال پلكسي‌گلاس و فيبرمدارچاپي به‌گونه‌اي كه دستگاه ميكروفلوئيديك هوابندي مناسبي داشته باشد چالش برانگيز است. در اين پايان‌نامه به صورت خاص اتصال پلكسي‌گلاس و فيبرمدارچاپي با چند روش و طرح مختلف بررسي شد و در نهايت روش بهينه براي اتصال پلكسي‌گلاس و فيبرمدارچاپي به دست آمد. بر اساس همين ساختار و روش بهينه، چهار آشكارساز گاز ميكروفلوئيديك با كانال ساده، كانال مارپيچي، كانال شامل گرم‌كن و آشكارساز شامل مقاومت ساخته شد. هر يك از اين آشكارسازها با گازهاي هدف آزمايش شده‌اند و پاسخ پله آن‌ها بررسي شده‌است. پاسخ‌هاي پله استخراج شده نشان داد كه آشكارسازهاي ميكروفلوئيديك ساخته‌شده انتخاب‌گري قابل قبولي دارند. همچنين مشاهده شد كه فعال‌سازي كانال ميكروفلوئيديك با استفاده از گرم‌كن در انتخاب‌گري موثر است.
چكيده انگليسي :
Gas analysis has variety of applications in different fields such as medicine, food quality assessment and material detection. Several methods such as gas chromatography, mass spectrometry and electronic nose are used for gas analysis, however, these methods suffer from being bulky, time consuming, immobile and expensive. Moreover, gas sensors are widely used for gas detection but mostly show low selectivity. To overcome these limitations, microfluidic systems can be used. Fluids in micro scale behave differently than macro scale, and due to this difference new devices can be designed. In addition, study of molecular diffusion in microfluidic channels represents valuable information about gas analysis. Microfluidic systems require smaller samples, less time and miniature equipment for more accurate analysis and therefore, can be appropriate replacement for other gas analyzers and identifiers. Majority of the recent research regarding microfluidic gas detectors used polymers as the substrate. Furthermore, in the latest research, various channel coatings have been applied to improve the quality of the responses, yet no methods have been used in order to activate the microfluidic channels. Utilizing printed circuit board (FR4) offers features which enables the production of active microfluidic channels. Additionally, PMMA is a common and appropriate material used for fabricating microfluidic channels, but bonding the PMMA and printed circuit board with acceptable sealing is challenging. In this research, bonding the PMMA and printed circuit board with various methods and patterns was tested and eventually the optimized fabrication method was obtained. Based on the optimized method, four different microfluidic gas detectors with simple channel, serpentine channel, including heater and including SMD resistor were fabricated. Each of these microfluidic gas detectors were separately exposed to target gases and their step responses were studied. Derived step responses indicated that the fabricated microfluidic gas detectors have acceptable selectivity. It was observed that utilizing active microfluidic channel such as using heater is effective on the selectivity of the device.
