Microfluidics for the spectroscopy of carbon nanotubes

Abstract

We have successfully finalized the process of creating small microfluidic channels on glass chips, having 4 inlet/outlet holes for liquid flow. The fabricated channel structures can be as complex as electron beam lithography can make them. Working channels have the minimum width and depth of 4 µm x 4 µm.

The microfluidics is controlled with Fluigent MFCS, enabling pressures up to 345 mbar. Liquid flow rates range from 40 pl/s up to 1.2 nl/s. Objects in such small channels still run with channel speeds of tens of micrometers or even millimeters per second. With a T-junction structure, droplets of water/oil can be formed and controlled.

The system is coupled with a Raman microscope, enabling at least the detection of carbon nanotubes inside the droplets. However, due to high channel speeds, the droplets need to be stationary to get good measurements. Carbon nanotubes also tend to form bundles and finally block the channels. Raman spectrum of multiple nanotubes was observed.

The stage is now set for further and more complex measurements. Due to its limitations, this system will so far stay only in small-scale research.

Olemme onnistuneet viimeistelemään valmistusprosessin, jossa lasilla oleviin mikrofluidistisiin kanaviin saadaan neljä sisään-/ulostuloaukkoa nesteille. Kanavat voivat olla muodoltaan niin monimutkaisia kuin elektronisuihkulitografialla on mahdollista tehdä. Toimivissa kanavissa syvyys ja leveys ovat pienimmillään 4 µm x 4 µm.

Mikrofluidiikkaa hallitaan Fluigent MFCS – laitteistolla, joka mahdollistaa tasaisen paineen aina 345 mbar:iin asti. Nestevirtauksen nopeutta voidaan säätää välillä 40 pl/s – 1,2 nl/s. Objektit hyvin pienissä kanavissa liikkuvat kuitenkin kymmeniä mikrometrejä tai jopa millimetrejä sekunnissa. T-liitoksen avulla voidaan tehdä öljy-vesi pisaroita ja niiden liikettä hallita. Järjestelmä on yhdistetty Raman-spektroskopiaan, jolloin hiilinanoputket kanavissa voidaan ainakin havaita. Suurten kanavanopeuksien vuoksi mitattavien pisaroiden tulee olla pysähdyksissä mittausten ajan. Hiilinanoputket myös pyrkivät kasaantumaan keskenään ja tukkivat kanavan helposti. Useiden hiilinanoputkien yhtäaikainen Raman-spektri pystyttiin havaitsemaan laitteistolla.

Järjestelmä on nyt valmis uusille ja monimutkaisemmille mittauksille. Rajoitustensa vuoksi järjestelmä pysyy toistaiseksi vain pienen mittakaavan tutkimuskäytössä.