Optoelectromotado

La optoelectromoja (OEW) es un método de manipulación de gotas líquidas utilizado en aplicaciones de microfluídica . Esta técnica se basa en el principio de la electromoja , que ha demostrado su utilidad en la actuación de líquidos gracias a sus rápidos tiempos de respuesta y bajo consumo de energía. Sin embargo, donde la electromoja tradicional presenta dificultades, como en la manipulación simultánea de múltiples gotas, la OEW ofrece una alternativa lucrativa, más sencilla y económica de producir. Las superficies OEW son fáciles de fabricar, ya que no requieren litografía , y ofrecen un control de manipulación a gran escala, reconfigurable y en tiempo real, gracias a su reacción a la intensidad de la luz.

El mecanismo tradicional de electromoja ha despertado un interés creciente debido a su capacidad para controlar las fuerzas de tensión en una gota de líquido. Dado que la tensión superficial actúa como la fuerza de actuación dominante del líquido en aplicaciones a nanoescala, la electromoja se ha utilizado para modificar esta tensión en la interfaz sólido-líquido mediante la aplicación de un voltaje externo. El campo eléctrico aplicado provoca un cambio en el ángulo de contacto de la gota de líquido y, a su vez, modifica las tensiones superficiales a través de la gota. La manipulación precisa del campo eléctrico permite controlar las gotas. La gota se coloca sobre un sustrato aislante situado entre un electrodo.

El mecanismo de optoelectromojado añade un fotoconductor debajo del circuito de electromojado convencional, con una fuente de alimentación de CA conectada. En condiciones normales (oscuridad), la mayor parte de la impedancia del sistema se encuentra en la región fotoconductora y, por lo tanto, la mayor parte de la caída de voltaje ocurre aquí. Sin embargo, cuando se ilumina el sistema, la generación y recombinación de portadores provoca picos en la conductividad del fotoconductor y da como resultado una caída de voltaje a través de la capa aislante, cambiando el ángulo de contacto en función del voltaje. El ángulo de contacto entre un líquido y un electrodo se puede describir como: ^{[ 1 ]}

${\displaystyle \cos {\big (}\theta (V_{A}){\big )}=\cos {\big (}\theta (0){\big )}+{\frac {1}{2}}\left({\frac {\epsilon }{d\gamma _{LV}}}\right)V_{A}^{2}\,}$

donde V _A , d , ε y γ _LV son el voltaje aplicado, el espesor de la capa aislante, la constante dieléctrica de la capa aislante y la constante de tensión interfacial entre el líquido y el gas. En situaciones de CA, como OEW, V _A se reemplaza por el voltaje RMS . La frecuencia de la fuente de alimentación de CA se ajusta de manera que la impedancia del fotoconductor domine en el estado oscuro. El desplazamiento en la caída de voltaje a través de la capa aislante reduce, por lo tanto, el ángulo de contacto de la gota en función de la intensidad de la luz. Al iluminar un borde de una gota de líquido con un haz óptico, el ángulo de contacto reducido crea una diferencia de presión en toda la gota y empuja el centro de masa de la gota hacia el lado iluminado. El control del haz óptico resulta en el control del movimiento de la gota.

Mediante el uso de haces láser de 4  mW, la tecnología OEW ha demostrado ser capaz de mover gotas de agua desionizada a velocidades de 7 mm/s.

La electromoja tradicional presenta problemas debido a que requiere una matriz bidimensional de electrodos para la actuación de las gotas. La gran cantidad de electrodos genera complejidad tanto en el control como en el encapsulado de estos chips, especialmente para gotas de menor tamaño. Si bien este problema puede resolverse mediante la integración de decodificadores electrónicos, el costo del chip aumentaría significativamente. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

La manipulación de gotas en dispositivos basados ​​en electromojeo se suele realizar mediante dos placas paralelas que encierran la gota y son accionadas por electrodos digitales. El tamaño mínimo de gota que se puede manipular está determinado por el tamaño de los electrodos pixelados. Este mecanismo ofrece una solución a la limitación de tamaño de los electrodos pixelados físicos mediante el uso de patrones ópticos dinámicos y reconfigurables, y permite operaciones como el transporte continuo, la división, la fusión y la mezcla de gotas. El SCOEW se lleva a cabo en superficies abiertas, lisas y fotoconductoras. Esta configuración crea una interfaz flexible que permite una integración sencilla con otros componentes microfluídicos, como depósitos de muestras, mediante tubos simples. ^{[ 4 ]}

También se conoce como optoelectromoteo abierto (O-OEW). ^{[ 5 ]}

La electromoja optoelectrónica también puede lograrse utilizando la fotocapacitancia en una unión líquido-aislante-semiconductor . ^{[ 6 ]} La electromoja fotosensible se logra mediante la modulación óptica de portadores en la región de carga espacial en la unión aislante-semiconductor que actúa como un fotodiodo , similar a un dispositivo de carga acoplada basado en una estructura metal-óxido-semiconductor .

• fotoelectromotado

• Demostración de SCOEW en un laboratorio en un chip
• Pruebas de activación de gotas O-OEW en la Universidad de Purdue