Instrumentasi Mikrofluida.

Transkripsi

1 Instrumentasi Mikrofluida 1 Dr. Gea O.F. Parikesit Indonesia, Mei

2 Mikrofluida adalah ilmu mengenai fluida pada skala ~100 mikrometer. efek Teratai

3 Mikrofluida itu 1. Punya aplikasi yang relevan di Indonesia. 2. Berperilaku sangat berbeda dari makrofluida. 3. Bisa diamati dengan mikroskopi kuantitatif. 4. Dapat difabrikasi di Indonesia.

4 Relevansi mikrofluida di Indonesia (Kasus relevan lainnya: Demam Berdarah, Hepatitis, Malaria, HIV, Alergi, dlsb.)

5 Relevansi mikrofluida di Indonesia Sampel Sel Lab Klinis 1. Volume sampel, reagen, & limbah yang besar. 2. Terpusat di tempat tertentu. 3. Peralatan perlu operator ahli. Molekul Data

6 Relevansi mikrofluida di Indonesia Sampel Sel Lab Klinis 1. Volume sampel, reagen, & limbah yang besar. 2. Terpusat di tempat tertentu. 3. Peralatan perlu operator ahli. Molekul Data Biaya Waktu Lab-dalam-Kepingan (LdK) Lab-on-a-Chip (LoC) 1. Volume sampel, reagen, & limbah yang kecil. 2. Dapat dibawa ke manamana. 3. Operasinya dapat lebih mandiri.

7 Mikrofluida itu 1. Punya aplikasi yang relevan di Indonesia. 2. Berperilaku sangat berbeda dari makrofluida. 3. Bisa diamati dengan mikroskopi kuantitatif. 4. Dapat difabrikasi di Indonesia.

8 Mikrofluida vs. Makrofluida Lab Klinis Dimensi instrumen: ~10 cm. Volume fluida: ~ 1 L x (10-3 ) 3 x Lab-dalam-Kepingan (LdK) Dimensi instrumen: ~100 µm. Volume fluida: ~ 1 nl. LdK mampu mengurangi volume sampel, reagen, dan limbah, tapi

9 Mikrofluida vs. Makrofluida LdK mampu mengurangi volume sampel, reagen, dan limbah, tapi perilaku fluida di skala mikro ternyata sangat berbeda dengan di skala makro! Pengaruh gaya-gaya permukaan pada fluida L 2 = L Pengaruh gaya-gaya volume pada fluida L 3-1 L 0

10 Mikrofluida vs. Makrofluida Pengaruh gaya-gaya permukaan pada fluida L 2 = L Pengaruh gaya-gaya volume pada fluida L 3-1 L 0 1 1/2 1/4 1/8 Luas Volume = 6 1 = 6 6/4 = 12 1/8 6/16 = 24 1/64 6/64 = 48 1/512 Contoh gaya permukaan: kekentalan. Contoh gaya volume: inersia.

11 Mikrofluida vs. Makrofluida Pengaruh gaya-gaya permukaan pada fluida L 2 = L Pengaruh gaya-gaya volume pada fluida L 3-1 L 0 Pengaruh inersia pada fluida Pengaruh kekentalan pada fluida = Re = ρul µ 0 L 0 Contoh gaya permukaan: kekentalan. Contoh gaya volume: inersia.

12 Mikrofluida vs. Makrofluida Pengaruh inersia pada fluida Pengaruh kekentalan pada fluida = Re = ρul µ 0 L 0

13 Mikrofluida vs. Makrofluida Pengaruh inersia pada fluida Pengaruh kekentalan pada fluida = Re = ρul µ 0 L 0 Aliran selalu laminar. Fluida terasa kental, sulit tercampur satu sama lain. Pencampuran sangat bergantung pada proses difusi.

14 Mikrofluida vs. Makrofluida Pengaruh inersia pada fluida Pengaruh kekentalan pada fluida = Re = ρul µ 0 L

15 Mikrofluida vs. Makrofluida LdK mampu mengurangi volume sampel, reagen, dan limbah, tapi perilaku fluida di skala mikro ternyata sangat berbeda dengan di skala makro! Pengaruh gaya-gaya permukaan pada fluida L 2 = L Pengaruh gaya-gaya volume pada fluida L 3-1 L 0 Pemahaman perilaku mikrofluida ini perlu dikuasai untuk dapat merancang LdK.

16 Mikrofluida: berbasis tekanan Persamaan kontinuitas (incompressible) Persamaan momentum (Navier-Stokes) P+ P P

17 Mikrofluida: berbasis tekanan Persamaan kontinuitas (incompressible) Persamaan momentum (Navier-Stokes) Aliran laminar. Kondisi tunak (steady state). P+ P P v P d µ L 2 Semakin kecil kanal, semakin besar P yang diperlukan. Profil aliran tidak seragam, menurunkan kualitas transport.

18 Mikrofluida: berbasis elektrik Persamaan kontinuitas (incompressible) Persamaan momentum (Navier-Stokes) Persamaan Poisson (distribusi potensial di kanal) V+ V Persamaan Boltzmann (distribusi ion di kanal) V v P d µ L 2 v V ζεε 0 µ L Besarnya V yang diperlukan tidak dipengaruhi ukuran kanal. Profil aliran (lebih) seragam, baik untuk kualitas transport.

19 Mikrofluida: berbasis elektrik Persamaan Poisson (distribusi potensial di kanal) Persamaan Boltzmann (distribusi ion di kanal) Fenomena Aliran Elektro-Osmosis. v V ζεε 0 µ L Besarnya V yang diperlukan tidak dipengaruhi ukuran kanal. Profil aliran (lebih) seragam, baik untuk kualitas transport.

20 Mikrofluida: berbasis elektrik Kolaborasi dengan Dr. H. Uranus (UPH) dan Dr. A. Sopaheluwakan (LMI). Penelitian Tugas Akhir oleh Arthur Kusumadjaja dan Hendrik (UPH).

21 Mikrofluida: berbasis elektrik Kolaborasi dengan Dr. H. Uranus (UPH) dan Dr. A. Sopaheluwakan (LMI). Penelitian Tugas Akhir oleh Arthur Kusumadjaja dan Hendrik (UPH).

22 Mikrofluida: berbasis kapilaritas Polimer PMMA a = 100 µm H = 4.2 cm. a = 10 µm H = 42 cm. Fluida juga dapat mengalir, walaupun tanpa V dan P. Meniskus fluida tergantung sifat kebasahan dinding kanal dan tegangan permukaan (surface tension). Semakin kecil kanal, maka semakin panjang kanal yang terisi. Theoretical Microfluidics, Henrik Bruus, Oxford University Press

23 Mikrofluida: berbasis kapilaritas ~100 meter!!