Cенсорные и транспортные устройства на основе кремниевых микроканальных мембран для аналитических микрофлюидных систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, кандидат наук Паращенко Максим Александрович

• Паращенко Максим Александрович
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Паращенко Максим Александрович

ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Микрофлюидные системы - основа биомедицинских технологий

1.2 Микроканальный кремний как элемент сенсорных и транспортных устройств,

1.3 Электроосмотические насосы

1.4 Электрофизические сенсоры

1.5 Электрокинетические сенсоры

Выводы к главе

2 ПОЛУЧЕНИЕ МИКРОКАНАЛЬНОГО КРЕМНИЯ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1 Изготовление микроканальных мембран

2.2 Феноменологическая модель получения упорядоченного микроканального кремния анодным травлением р-57 (100),

2.3 Пространственное описание микроканальной мембраны

2.4 Оборудование, использованное в работе

2.5 Методика измерений

2.6 Определение погрешности измерений

Выводы к главе

3 ЭЛЕКТРООСМОТИЧЕСКОЕ ТРАНСПОРТНОЕ УСТРОЙСТВО

3.1 Электроосмотический транспорт жидкости

через микроканальные мембраны

3.2 Конструкция транспортного устройства

3.3 Влияние пространственных характеристик мембраны, напряженности внешнего электрического поля и типа раствора

на электроосмотический транспорт жидкости

3.4 Зависимости расхода жидкости от напряженности электрического

поля в устройстве с асимметричной кремниевой мембраной

3.5 Производительность и КПД

Выводы к главе

4 ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЙ СЕНСОР ПОТОКА ЖИДКОСТИ

4.1 Потенциал течения как следствие принудительного

транспорта жидкости через микроканальные мембраны

4.2 Конструкция электрокинетического сенсора

4.3 Потенциалометрический и амперометрический режимы работы

4.4 Исследование зависимости выходного сигнала сенсора

от величины объемного расхода при транспорте жидкости

через кремниевую микроканальную мембрану

4.5 Температурные характеристики сенсора

4.6 Изучение влияния концентрации используемых растворов

на выходной сигнал сенсора

4.7 Работа сенсора с внешней резистивной нагрузкой

Выводы к главе

5 ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЙ СЕНСОР ЖИДОСТЕЙ

5.1 Конструкция сенсора и измерительной камеры

5.2 Исследование отклика сенсора при взаимодействии чувствительного элемента с органическими и неорганическими жидкостями

5.2.1 Деионизованная вода

5.2.2 Уксусная кислота и гидроокись аммония

5.3 Изучение влияния концентрации этанола в водных растворах

на выходной сигнал сенсора

Выводы к главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Cенсорные и транспортные устройства на основе кремниевых микроканальных мембран для аналитических микрофлюидных систем»

Актуальность темы

Данная диссертационная работа посвящена изучению возможности практического применения высокоструктурированных кремниевых микроканальных мембран для создания новых элементов микросистемной и микрофлюидной техники.

Более тридцати лет назад из активно развивающейся прикладной области науки и техники - микроэлектроники - выделилось новое направление -микросистемная техника. Появление всевозможных миниатюрных устройств, выполненных на основе кремния, ускорило и без того стремительное развитие технологий получения и обработки этого материала. Нарастающее количество публикаций и патентная активность [1] в области микросистемной техники показали, что эти системы интересны как с точки зрения фундаментальных исследований, так и в плане практических применений в микро- и нанофлюидике с обширной сенсорной тематикой, связанной с анализом различных биохимических растворов.

Среди множества структурированных материалов, которые могут быть использованы при создании упомянутых выше устройств, выделяется пористый кремний, особенностью которого является его исключительно высокая адсорбционная способность по отношению к различным веществам, находящимся в жидкостной и газовой средах [2].

Пористый кремний представляет собой монокристаллический кремний, содержащий множество пустот и каналов, размер которых может варьироваться от нескольких нанометров до десятков микрометров. Адсорбция веществ на развитую поверхность этого материала приводит, как правило, к изменению его свойств, которые регистрируются различными физическими методами. Возможность контролируемого получения такого материала с необходимыми свойствами для создания различных элементов микросистемой техники имеет важнейшее практическое значение.

В многочисленных на сегодняшний день работах упоминаются микрофлюидные устройства, выполненные на основе пористого кремния, а именно: разнообразные сенсоры, фильтры с каналами различного сечения, электроосмотические насосы и т.д. [3]. И лишь в некоторых работах использовались высокоупорядоченные кремниевые микроканальные мембраны. Подобные мембраны, имеющие однотипную внутреннюю поверхность, дают несомненное преимущество в эффективности их применения для процессов функционализации, иммобилизации и гибридизации биохимических веществ. Реализация прикладного потенциала кремниевых микроканальных мембран в области биомедицинского назначения требует последовательного и детального изучения возможностей создания на их основе приборов и устройств [4]. В настоящее время микрофлюидные устройства, которые изготавливаются по единой технологии и на основе единообразных объектов, практически не изучены. Вышесказанное показывает, что выбранная тема исследований является актуальной.

Цель и задачи исследования

Целью настоящей работы являлось создание транспортных и сенсорных элементов аналитических микрофлюидных систем на основе единообразных кремниевых микроканальных мембран, а также проведение испытаний разработанных устройств.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1) изучение электроосмотических потоков различных жидкостей в зависимости от структурных параметров кремниевых микроканальных мембран, напряженности электрического поля и разработка электроосмотического микроканального насоса;

2) изучение потенциала течения в зависимости от концентрации электролита и температуры водных растворов при их транспорте через

кремниевую микроканальную мембрану и разработка электрокинетического потенциалометрического сенсора;

3) изучение генерации электрической энергии при принудительном транспорте жидкости через кремниевую микроканальную мембрану и разработка электрокинетического амперометрического сенсора;

4) изучение высокочастотной проводимости кремниевой микроканальной мембраны при взаимодействии мембраны с различными органическими и неорганическими жидкостями и разработка микроканального электрофизического сенсора;

5) развитие электрохимического метода изготовления кремниевых микроканальных мембран, отвечающих поставленным задачам.

Научная новизна полученных результатов

Научная новизна полученных результатов обусловлена тем, что в ходе выполнения настоящей работы впервые:

1) экспериментально обнаружена ярко выраженная ориентационная зависимость скорости электроосмотического потока жидкости от структурной асимметрии микроканалов;

2) предложено аналитическое описание пространственной структуры кремниевой микроканальной мембраны.

Практическая значимость работы

Практическая значимость работы определяется тем, что в ней детально и последовательно представлена концепция аналитических микрофлюидных систем, составляемых из унифицированных модулей на основе кремниевых микроканальных мембран. Системы включают в себя эффективные электроосмотические насосы, электрокинетические и электрофизические сенсоры, выполненные по единой технологии. Можно ожидать, что предлагаемый подход к созданию подобных микрофлюидных комплексов найдет применение в решении различных биоаналитических задач в биологии и медицине.

В работе экспериментально установлены численные параметры, используемые в феноменологической модели получения кремниевых микроканальных мембран анодным электрохимическим травлением р-57 (100).

Результаты работы нашли свое практическое применение в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук (ИХБФМ СО РАН) при выполнении междисциплинарного интеграционного проекта фундаментальных исследований СО РАН № 86 «Биоаналитические платформы на основе электрофизических и электрокинетических сенсорных устройств».

Часть результатов, полученных в ходе выполнения диссертационной работы, была внедрена в образовательный процесс в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет.

Методология и методы исследования

Предметом исследования являлись микрофлюидные системы, каждая из которых представляла собой совокупность конструктивных элементов и рабочего (чувствительного) тела, выполненного на основе окисленной кремниевой микроканальной мембраны.

В качестве основных методов исследования использовались:

1) определение объемов перекачиваемой жидкости как функции прикладываемого напряжения и пространственных характеристик микроканальных мембран;

2) измерение тока и напряжения, определение вырабатываемой мощности как функции высоты столба (давления) жидкости над мембраной;

3) измерение высокочастотной проводимости кремниевой микроканальной мембраны как функции времени при испарении различных микрообъемов исследуемой жидкости из микроканалов.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Окисленные кремниевые микроканальные мембраны, получаемые в едином технологическом цикле методом электрохимического анодного травления р-57(100), пригодны для создания унифицированных транспортных и сенсорных элементов модульных микрофлюидных систем.

2. Заполнение деионизованной водой окисленной кремниевой микроканальной мембраны приводит к образованию на границе раздела «окисел -жидкость» двойного электрического слоя с дзета-потенциалом, равным минус 0,46 В.

3. Структурная асимметрия окисленных кремниевых микроканальных мембран приводит к 30 % различию величин электроосмотических потоков жидкости, транспортируемой в противоположных направлениях.

4. Течение жидкости через окисленную кремниевую микроканальную мембрану приводит к появлению разности потенциалов между её торцевыми поверхностями. Возникающий потенциал течения линейно зависит от разности давления, вызывающей течение через мембрану, что делает его измерение высокоточным способом определения расхода жидкости.

5. Заполнение окисленной кремниевой микроканальной мембраны различными жидкостями приводит к изменению её высокочастотной проводимости. Изменение проводимости во времени носит с высокой точностью воспроизводимый и специфический для каждой жидкости характер.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе: 5 статей в журналах, входящих в перечень изданий, рекомендуемых ВАК РФ; 1 патент на изобретение; 14 работ в материалах научно-технических конференций.

Личный вклад автора в получение результатов

В диссертационной работе изложены результаты, которые были получены автором самостоятельно и в соавторстве.

Определение цели работы, постановка задач и выбор методов исследований осуществлены автором совместно с научным руководителем к.ф.-м.н., доцентом С.И. Романовым.

Изготовление экспериментальных образцов (кремниевых микроканальных мембран) осуществлялось совместно с Н.В. Вандышевой. Электрофизические измерения осуществлялись совместно с к.ф.-м.н. В.В. Кириенко. Анализ созданных микроканальных структур с помощью электронного сканирующего микроскопа был выполнен к.ф.-м.н. С.С. Косолобовым.

Проведение экспериментов осуществлялось автором как лично, так и совместно с к.ф.-м.н., доцентом С.И. Романовым, Н.С. Филипповым, Н.В. Вандышевой. Автоматизация процессов измерения была проведена при участии С.В. Усенкова.

Совместно с научным руководителем автор выполнял обработку, анализ и обобщение получаемых результатов, а также подготовку графических материалов и написание статей по результатам исследований. Автор лично докладывал часть результатов на научных конференциях.

Апробация работы

Основные положения и результаты, представленные в диссертационной работе, были доложены и обсуждались на лабораторных и институтских семинарах, на заседаниях Ученого совета ИФП СО РАН, а также на следующих российских и международных конференциях:

1. Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM), 2011 International Conference and Seminar of Young Specialists on June 30 2011-July 4 2011, Erlagol, Altai.

2. VIII Международная конференция и VII школа ученых и молодых специалистов по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, наноразмерных структур и приборов на его основе («КРЕМНИЙ - 2011»), Москва, 5-8 июля 2011.

3. 19th International Symposium NANOSTRUCTURES: Physics and Technology, Ekaterinburg, Russia, June 20-25, 2011.

4. Международная конференция «Постгеномные технологии для биомедицины» («PBT-2012»), Новосибирск, 25-29 июня 2012 г.

5. IV Всероссийская конференция ФИЗИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ (с участием иностранных ученых) и международная молодежная конференция РАДИАЦИОННО-ТЕРМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ И ПРОЦЕССЫ В НЕОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ, Новосибирск, 23-26 октября 2012 года.

6. The 7th Russian-French Workshop on Nanoscience and Nanotechnologies, Novosibirsk, Russia, 3-6 June 2013.

7. XIV Международная конференция молодых специалистов по микро/нанотехнологиям и электронным приборам (EDM 2013), 1-5 июля, Эрлагол, Республика Алтай.

8. 10th International Conference on Nanoscience and Nanotechnology (NN13), 9-12 July 2013, Porto Palace Conference Centre and Hotel Thessalonili, Greece.

9. Russian-British Workshop «New Advanced Materials and Systems for Photonics and Sensors», Novosibirsk, Russia, March 17-20, 2014, p. 15.

10. 22nd International Symposium NANOSTRUCTURES: Physics and Technology, Saint Petersburg, Russia, June 23-27, 2014.

11. X конференция по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, нанометровых структур и приборов на его основе («КРЕМНИЙ-2014»), Иркутск, 7-12 июля 2014, стр. 88.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы из 98 наименований. Содержание диссертации изложено на 122 страницах и включает 56 рисунков, 39 формул и 4 таблицы.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы исследования. Сформулированы цель и задачи работы, изложены основные защищаемые положения, указаны их научная новизна и практическая значимость. Представлены структура и состав диссертации.

В первой главе проводится краткий обзор литературы по тематике микрофлюидных систем, микроканального кремния, сенсорных и транспортных устройств. На основе анализа существующей литературы сделан вывод о необходимости привлечения кремниевых микроканальных мембран для создания элементов аналитических микрофлюидных комплексов.

Вторая глава диссертационной работы посвящена технологическим аспектам создания кремниевых микроканальных мембран. Детально представлены процесс анодного травления и используемая феноменологическая модель получения слоев упорядоченного макропористого кремния. Впервые дается пространственное описание кремниевой микроканальной мембраны.

В третьей главе изложены результаты исследования электроосмотического транспорта жидкости через микроканальные мембраны в зависимости от пространственной структуры мембраны, внешнего электрического поля, концентрации раствора. Детально изучалась работа электроосмотического насоса на основе асимметричной кремниевой микроканальной мембраны, определены его производительность и КПД.

Четвертая глава содержит результаты исследования электрокинетического сенсора потока жидкости, созданного на основе кремниевой микроканальной мембраны. Рассматривались различные режимы работы созданного прибора. Изучался выходной сигнал сенсора в зависимости от температуры рабочей жидкости и концентрации в ней электролита. Рассмотрена работа устройства с внешней резистивной нагрузкой при генерации электрической энергии.

В пятой главе приводятся результаты исследований работы микроканального электрофизического сенсора при его контакте с детектируемыми жидкостями. Изучался отклик сенсорной структуры на

органические и неорганические жидкости. Детально исследовалась реакция устройства на водно-спиртовый раствор с различным содержанием этанола. Предложена методика определения типа анализируемой жидкости, включающая в себя девять характерных параметров электронного сигнала сенсора.

Заключение содержит основные научные и практические результаты диссертационной работы.

В Приложении приводится патент, полученный по результатам диссертационной работы, а также акты, подтверждающие использование отдельных результатов в прикладных разработках и образовательном процессе.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Микрофлюидные системы - основа биомедицинских технологий

Поиск генетических причин заболеваний является одним из основных направлений биомедицинских исследований и разработок. Методы массового секвенирования геномной ДНК, обнаружение и анализ молекулярных и клеточных маркеров болезней становятся приоритетными задачами в молекулярной медицине (геномика, протеомика) и клеточных технологиях (онкология). Практически во всех системах анализа используются микро- и нанофлюидные комплексы.

По быстро возникающим технологиям МЭМС создаются микрофлюидные устройства, эффективно применяемые в биологии и медицине для синтеза лекарственных средств, анализа и детектирования биологических и химических веществ. В этих системах интегрированы вместе элементы разделения (фильтры), сбора (концентраторы, реакторы), детектирования (сенсоры), транспорта (насосы) с необходимой электроникой на микрочипах [5].

Нанофлюидные системы, предназначенные для манипулирования с отдельными молекулами, создаются по стремительно развивающимся нанотехнологиям объемного и поверхностного структурирования различных материалов с помощью электронно-лучевой и интерференционной литографии, обработки ионными пучками, процессов самоорганизации органических и неорганических веществ [6].

Аналитические комплексы на основе микро- и нанофлюидных систем с элементами фильтрования, детектирования и транспорта обязательно включают в себя двух- и трехмерные канальные структуры [4]. Огромный набор материалов и технологий изготовления отмеченных выше элементов и, зачастую, ограниченный выбор методов детектирования вызывают определенные опасения, что, в конечном итоге, это может замедлить развитие и распространение биомедицинских исследований и разработок.

В последние годы для создания микро- и наноканальных мембран стала широко привлекаться технологическая база микроэлектроники и МЭМС,

основным материалом которой является монокристаллический кремний. Здесь сформировались различные подходы, зачастую очень сложные в технологическом отношении.

В субмикронном диапазоне размеров (сотни нанометров) наибольший интерес представляют мембраны, выполненные из упорядоченных структур А1203 [9, 10] и из самоорганизующихся ансамблей наночастиц 5702, перекрывающих внутриканальное пространство в микроканальных матрицах 81 и А1203 [11-13].

В интервале десятков нанометров следует выделить перспективные мембраны, получаемые очень отличающимися методами, но имеющими, тем не менее, близкие характеристики. В одном случае посредством электрохимии на пластинах кремния создавались наноканальные матрицы с размером и длиной каналов 30 нм и 8 мкм соответственно [14]. Фильтрующая способность этих устройств была успешно проверена на очистке растворов от сахара (глюкоза) и белка (иммуноглобулин). Однако проницаемость этих фильтров была невысокой, поскольку поверхностная плотность наноканалов составляла всего 6 106 см-2 при их большой длине в 8 мкм. В другой технологии применялся быстрый термический отжиг аморфных пленок 81 толщиной 15 нм, осажденных на родные подложки [15]. Во время инициированной кристаллизации в пленке вскрывались окна, диаметр которых изменялся в пределах от 9 до 30 нм в зависимости от режима отжига. Полученные мембраны позволяли быстро и эффективно отделять белки разного размера от низкомолекулярных соединений, а также разделять белки, у которых масса и форма отличались незначительно, а электрический заряд был различным (бычий сывороточный альбумин и гамма-иммуноглобулин).

Самая непростая в технологическом отношении область размеров приходится на единицы нанометров. Здесь обращают на себя внимание мембраны из углеродных нанотрубок, имеющих диаметр от 1,3 до 2,0 нм и размещенных на кремниевых чипах [16]. Эти сложной архитектуры устройства превосходно пропускали газы и жидкости. При их изготовлении применялись ультрасовременные операции - только основные из них: каталитический синтез углеродных нанотрубок, химическое осаждение при пониженных давлениях

капсулирующих покрытий из 573#4, реактивное ионное травление при вскрытии нанотрубок.

Рекордно минимальные наноканалы с поперечными размерами 1,8 и 1,0 нм были получены методами ионно-лучевого скальпирования пленок [17] и

прецизионного электронно-лучевого тюнинга наноканалов в 5/, 5/02 и 573#4 [18] соответственно. Дополняя эти технологии операцией атомно-слоевого осаждения А1203 , мы увидим, что размеры могут быть уменьшены до атомарного уровня [19]. Эти мембраны предназначены для анализа отдельных молекул, например, при секвенировании ДНК.

Микрометровый диапазон достаточно уверенно занимают кремниевые микроканальные матрицы, технология изготовления которых известна по многочисленным работам, например, [20-24]. Хорошо отработанная технология позволяет изготавливать совершенные матрицы микроканалов различной длины и поперечного сечения (цилиндрические [20], квадратные [23] и гексагональные [24] в сечении каналы). Эти структуры уже нашли применение в сенсорных устройствах [25-28], клеточных фильтрах [29], микрореакторах [30].

Настоящим прорывом в области мембранных технологий можно назвать разработку универсальных кремниевых фильтров, изготовляемых по единой технологии и охватывающих весь размерный ряд каналов от микрометрового диапазона до десятков нанометров [4, 31, 32]. Отличительной особенностью этих структур являлось монолитное объединение наноканальной и микроканальной мембран. Это означало, что на фильтрующую способность такого «гибрида» должны оказывать влияние свойства его микроканальной основы [4]. Действительно, микроканальные кремниевые мембраны обладают достаточно сильным электроосмотическим эффектом, который успешно используется для создания компактных насосов [33-36].

Таким образом, представленный краткий обзор современного состояния в области микро- и нанофлюидных систем и мембранных технологий показал, что существуют проблемы, которые можно очертить следующими положениями:

1) создание микро- и наноканальных структур осуществляется, как правило, разными технологиями на различных по свойствам материалах и под конкретную задачу, что тормозит развитие направления;

2) для детектирования привлекаются методы, зачастую, слабочувствительные, аналитически сложные и конструкционно громоздкие;

3) транспорт биологических растворов выполняется с помощью насосов с движущимися частями, что затрудняет тонкое управление и контроль потоков жидкости.

В связи с таким положением дел возникает необходимость выполнить разработку транспортных и сенсорных устройств для модульных микрофлюидных систем на базе высокотехнологичного кремния. В такой аналитический комплекс должны входить:

1) электроосмотический насос;

2) электрокинетический сенсор потока жидкости;

3) электрофизический сенсор жидкости.

Схема предполагаемого аналитического комплекса, который может быть составлен из созданных унифицированных элементов, изготавливаемых по единой технологии в едином технологическом цикле, представлена на Рисунке 1.

Ыупр и вых Свых, Овых

Рисунок 1 - Аналитический микрофлюидный комплекс на основе кремниевых микроканальных мембран [37], содержащий 1 - электроосмотический насос [38], 2 - электрокинетический сенсор потока жидкости [39], 3 - электрофизический сенсор [25], 4 - фильтрующее устройство [40]. Стрелка показывает направление перекачивания жидкости

1.2 Микроканальный кремний как элемент сенсорных и транспортных

устройств

Первое упоминание о пористом кремнии датировано 1956 годом, когда в свет вышла работа A. Uhlir [41], посвященная фотоэлектрохимическому травлению отверстий в пластинах кристаллического кремния. В ходе изучения процесса травления был обнаружен побочный продукт - слои пористого кремния. Практически следом за работой A. Uhlir вышла работа [42], в которой D. R. Turner детально изучил и описал особый вид кремния, возникающий при электрохимическом травлении монокристаллического кремния.

Работы V. Lehmann, выполненные в соавторстве с H. Föll [44] и U. Gösele [45], положили начало всестороннему изучению управляемого получения слоев микроканального кремния с заданными пространственными характеристиками. Эти работы стали предвестниками появления новых технологий создания кремниевых мембран с упорядоченно расположенными каналами, поперечные размеры которых могут варьироваться в широких пределах: от единиц до нескольких десятков микрометров. Микроканальные мембраны сразу нашли применение в различных приборах, используемых в микроэлектронике [46, 47], микросистемной технике [48], биомедицинских технологиях [2, 3]. Ежегодное количество публикуемых работ не показывает тенденцию к снижению [1], а регулярно выходящие монографии только усиливают интерес к этому материалу [49-51].

1.3 Электроосмотические насосы

В микро- и нанофлюидных системах транспорт жидкости обеспечивают различные устройства, отличающиеся по конструкции и принципу действия [52]. Среди них выделяют компактные насосы, работающие на основе электроосмотического эффекта [33]. Такие насосы привлекают внимание благодаря ряду преимуществ, важнейшие из которых - простота изготовления, легкость интеграции в системы и, самое главное, отсутствие движущихся частей, что обеспечивает высокую надежность и долговечность прибора.

На сегодняшний день существует много вариантов исполнения электроосмотических насосов. В частности, микрофлюидные платформы, изготовленные в двумерном варианте, включают как одиночные, так и параллельные каналы с различным расположением и геометрией [53-55]. В трехмерном исполнении электроосмотические насосы имеют мембраны, состоящие из различных материалов: диэлектриков (пористое стекло [56], оксид алюминия [57]), металлов (никель, [58]) и полупроводников (в основном кремний, [33, 34]).

В последнее десятилетие стали появляться работы, посвященные электроосмотическим насосам на основе кремниевых мембран. В 2006 году вышла одна из немногих статей [33], в которой сообщалось о создании насоса на основе микроканального кремния (см. Рисунок 2) В этой работе были получены результаты, связывающие структуру кремниевых мембран (диаметр и длина круглых в поперечном сечении микроканалов) с характеристиками электроосмотического насоса (расход жидкости и создаваемое давление). Для исследования были выбраны мембраны, имеющие сквозные каналы, диаметр которых изменялся в пределах от 2 до 6 мкм при длине примерно 350 мкм. Авторы установили, что максимальный расход жидкости насосом увеличивался с ростом диаметра микроканалов, в то время как максимальное электроосмотическое давление уменьшалось. Полученные зависимости

достаточно хорошо укладывались в теорию электроосмотического транспорта.

2 11

Удельный расход жидкости составлял примерено 130 мклсм- мин- В- см, что при прочих равных условиях было в пять раз больше аналогичного параметра электроосмотического насоса, изготовленного на основе стеклянных мембран [56]. Тем не менее, была отмечена нестабильная работа кремниевого насоса при малых потоках жидкости, что было обусловлено, по мнению авторов, локальным изменением рН раствора вблизи электродов. Причиной этого являлся электролиз водной компоненты буферного раствора на электродах устройства, питаемого от источника постоянного напряжения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Паращенко Максим Александрович, 2015 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Ищенко А. А. Нанокремний: свойства, получение, применение, методы исследования и контроля / А. А. Ищенко, Г. В. Фетисов, А. Л. Асланов. -М.: ФИЗМАТЛИТ, 2011. - 648 с.

[2] Ксенофонтова О. И. Пористый кремний и его применение в биологии и медицине / О. И. Ксенофонтова, А. В. Васин, В. В. Егоров, А. В. Бобыль, Ф. Ю. Солдатенков, Е. И. Теруков, В. П. Улин, Н. В. Улин, О. И. Киселев // Журнал технической физики. - 2014. - Т. 84, вып. 1. - С. 67-78.

[3] Dhanekar S. Porous silicon biosensor: Current status / S. Dhanekar, S. Jain // Biosensors and Bioelectronics. - 2013. - Vol. 41. - P. 54-64.

[4] Romanov S. I. Sensors and filters based on nano- and microchannel membranes for biomedical technologies / S. I. Romanov, D. V. Pyshnyi, P. P. Laktionov // Journal of Physics: Conference Series. - 2012. - Vol. 345, iss. 1. - P. 012001 1-6.

[5] Albala J. S. BioMEMS and Biomedical Nanotechnology. Volume II Micro/Nano Technology for Genomics and Proteomics / ed. M. Ozkan, M. J. Heller. - N.Y.: Springer Science+Business Media LLC, 2006. - 537 p.

[6] Agrawal A. Nanotechnology in biology and medicine: Methods, Devices, and Applications / ed. T. Vo-Dinh. - N.Y.: Taylor&Francis Group, 2006. - 792 p.

[7] Rhee M. Nanopore sequencing technology: nanopore preparations / M. Rhee, M. A. Burns // Trends in Biochecnology. - Vol. 25, iss. 4. - P. 174-181.

[8] Мальцев А. Трековые мембраны нового поколения / А. Мальцев // В мире науки. - 2005. - № 12. - С. 80-83.

[9] Masuda H. Self-repair of ordered pattern of nanometer dimensions based on self-compensation properties of anodic porous alumina / H. Masuda, M. Yotsuya, M. Asano, K. Niskio, M. Nakao, A. Yokoo, T. Tamamura // Applied Physics Letters. - 2001. -Vol. 78, iss. 6. - P. 826-828.

[10] Nielsch K. Self-ordering regimes of porous alumina: the 10 % porosity rule / K. Nielsch, J. Choi, K. Schwirn, R. B. Wehrspohn, U. Gosele // Nano Letters. - 2002. -Vol. 2, iss. 7. - P. 677-680.

[11] Yong H. S. Nanomesh fluidic filter using self-assembly of colloidal nanospheres and surface tension / H. S. Yong // Applied Physics Letters. - 2007. - Vol. 90, iss. 12. -P. 123514 1-3.

[12] Yamaguchi A. Self-assembly of a silica-surfactant nanocomposite in a porous alumina membrane / A. Yamaguchi, F. Uejo, T. Yoda, T. Uchida, Y. Tanamura, T. Yamashita, N. Teramae // Nature Materials. - 2004. - Vol. 3. - P. 337-341.

[13] Yamashita T. Permeation flux of organic molecules through silica-surfactant nanochannels in porous alumina membrane / T. Yamashita, S. Kodama, M. Ohto, E. Nakayama, S. Hasegawa, N. Takayanagi, T. Kemmei, A. Yamaguchi, N. Teramae, Y. Saito // Analytical Sciences. - 2006. - Vol. 22, iss. 12. - P. 1495-1500.

[14] Letant S. E. Nanochannel Arrays on Silicon Platforms by Electrochemistry / S. E. Letant, T. W. van Buuren, L. J. Terminello // Nano Letters. - 2004. - Vol. 4, iss. 9.

- P. 1705-1707.

[15] Striemer C. C. Charge- and size-based separation of macromolecules using ultrathin silicon membranes / C. C. Striemer, T. R. Gaborski, J. L. McGrath, P. M. Fauchet // Nature. - 2007/. - Vol. 445. - P. 749-753.

[16] Holt J. K. Fast mass transport through sub-2-nanometer carbon nanotubes / J. K. Holt, H. G. Park, Y. Wang, M. Stadermann, A. B. Artyukhin, C. P. Grigoropoulos, A. Noy, O. Bakajin // Science. - 2006. - Vol. 312, iss. 5776. - P. 1034-1037.

[17] Li J. Ion-beam sculpting at nanometer length scales / J. Li., D. Stein, C. McMullan, D. Branton, M. J. Aziz., J. A. Golovchenko // Nature. - 2001. - Vol. 412.

- P. 166-169.

[18] Storm A. J. Fabrication of solid-state nanopore with single-nanometre precision / A. J. Storm, J. H. Chen, X. S. Ling, H. W. Zandbergen, C. Dekker // Nature Materials. -2003. - Vol. 2. - P. 537-540.

[19] Chen P. Atomic layer deposition to fine-tune the surface properties and diameters of fabricated nanopores / P. Chen, T. Mitsui, D. B. Farmer, J. A. Golovchenko, R. G. Gordon, D. Branton // Nano Letters. - 2004. - Vol. 4, iss. 7. - P. 1333-1337.

[20] Lehmann V. The limits of macropore array fabrication / V. Lehmann, U. Gruning // Thin Solid Films. - 1997, - Vol. 297, iss. 1-2. - P.13-17.

[21] Lehmann V. The Physics of Macropore Formation in Low-Doped p-Type Silicon / V. Lehmann, S. Ronnebeck // Journal of The Electrochemical Society. - 1999. - Vol. 146, iss. 8. - P. 2968-2975.

[22] Астрова Е. В. Технология создания рисунка в макропористом кремнии и получение полос двумерных фотонных кристаллов с вертикальными стенками / Е.В. Астрова, Т. Н. Боровинская, В. А. Толмачев, Т. С. Перова // Физика и техника полупроводников. - 2004. - Т. 38, вып. 9. - С.1125-1128.

[23] Старков В. В. Исследование нуклеационной стадии процесса анодного травления кремния / В. В. Старков, Е. Ю. Гаврилин, А. Ф. Вяткин // Микросистемная техника. - 2004. - Т. 12, - С. 23-26.

[24] Siegmund O.H.W., Tremsin A.S., Vallerga J.V., Beetz C.P. et al. Progress in the development of silicon microchannel plates - Proc. of SPIE, 2002, vol.4497, p. 139148.

[25] Паращенко М. А. Сенсор на основе кремниевого микроканального резистора / М. А. Паращенко, Н. В. Вандышева, В. В. Кириенко, Н. С. Филиппов, С. И. Романов // Микроэлектроника. - 2013. - Т. 42, № 1. - С. 23-33.

[26] Archer M. Macroporous Silicon Electrical Sensor for DNA Hybridization Detection / M. Archer, M. Christophersen, P. M. Fauchet // Biomedical Microdevices. -2004. - Vol. 6, iss. 3. - P. 203-211.

[27] Wang Y. Humidity Sensing of Ordered Macroporous Silicon With HfO2 Thin-Film Surface Coating / Y. Wang, J. T. W. Yeow // IEEE Sensors Journals. - 2009. -Vol. 9, iss. 5. - P. 541-547.

[28] Романов С. И. Кремниевая микроканальная матрица для биочиповых технологий / С. И. Романов, Д. В. Пышный, Н. В. Вандышева, А. А. Ломзов, А. В. Бубликов // Нано- и микросистемная техника. - 2007. - Вып. 9. - С. 55-60.

[29] Вайнер О. Б. Использование микроканальных кремниевых матриц для размер-селективной сепарации клеток / О. Б. Вайнер, И. А. Запорожченко, С. И. Романов, С. Г. Миронов, Д. В. Пышный, И. А. Пышная, Е. В. Дмитриенко, П. П. Лактионов // Вестник НГУ. Серия: Биология, клиническая медицина. - 2010. - Т. 8, вып. 2. - С. 5-12.

[30] Splinter A. Micro membrane reactor: a flow-through membrane for gas pre-combustion / A. Splinter, J. Sturmann, O. Bartels, W. Benecke // Sensors and Actuators B: Chemical. - 2002. - Vol. 83, iss. 1-3. - P. 169-174.

[31] Пат. 2428763 Российская Федерация. Способ получения канальной матрицы / С. И. Романов, Н. В. Вандышева, О. И. Семенова, С. С. Косолобов ; патентообладатель Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН). - № 2010124305/28 ; заявл. 15.06.2010 ; опубл. 10.09.2011, Бюл. № 25. - 15 с.

[32] Пат. 2433502 Российская Федерация. Способ получения кремниевой канальной матрицы / С. И. Романов, Н. В. Вандышева, А. Ф. Данилюк, О. И. Семенова, С. С. Косолобов ; патентообладатель Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН). - № 2010128369/28 ; заявл. 08.07.2010 ; опубл. 10.11.2011, Бюл. № 31. - 16 с.

[33] Yao S. Electroosmotic pumps fabricated from porous silicon membranes / S. Yao, A. M. Myers, J. D. Posner, K. A. Rose, J. G. Santiago // Journal of Microelectromechanical Systems. - 2006. - Vol. 15, iss. 3. - P. 717-728.

[34] Wallner J. Z. Macro porous silicon as pump media for electro-osmotic pumps / J. Z. Wallner, N. Nagar, C. R. Friedrich, P. L. Bergstrom // Physica status solidi (a) applied research. - 2007. - Vol. 204, iss. 5. - P. 1327-1331.

[35] Vajandar S. K. Field-effect control of electroosmotic pumping using porous silicon-silicon nitride membranes / S. K. Vajandar, D. Xu, J. Sun, D. A. Markov, W. H. Hofmeister, D. Li // Journal of Microelectromechanical Systems. - 2009. - Vol. 18, iss. 6. - P. 1173-1183.

[36] Xu Z. Digital flow control of electroosmotic pump: Onsager coefficients and interfacial parameters determination / Z. Xu, J. Miao, N. Wang, W. Wen, P. Sheng // Solid State Communications. - 2011. - Vol. 151, iss. 6. - P. 440-445.

[37] Пат. 2516612 Российская Федерация. Канальная матрица и способ ее изготовления / С. И. Романов, Н. С. Филиппов, М. А. Паращенко ; патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН). - № 2012146733/28 ; заявл. 01.11.2012 ; опубл. 20.05.2014, Бюл. № 14. - 18 с.

[38] Паращенко М. А. Электроосмотический насос на основе асимметричных кремниевых микроканальных мембран / М. А. Паращенко, Н. С. Филиппов, В. В. Кириенко, С. И. Романов // Автометрия. - 2014. - Т. 50, №3. - С. 121-129.

[39] Паращенко М. А. Электрокинетический сенсор потока жидкости / М. А. Паращенко, Н. С. Филиппов, В. В. Кириенко, С. И. Романов // Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Физика. - 2014. - Т. 9, вып. 4. - С. 89-96.

[40] Филиппов Н. С. Электрофоретическое осаждение коллоидных наночастиц CdS на аморфную кремниевую мембрану / Н. С. Филиппов, Н. В. Вандышева, М. А. Паращенко, С. С. Косолобов, О. И. Семенова, Р. О. Анарбаев, Д. В. Пышный, И. А. Пышная, С. И. Романов // Физика и техника полупроводников. - 2014. - Т. 48, вып. 7. - С. 995-1001.

[41] Uhlir A. Electrolytic shaping of germanium and silicon / A. Uhlir // Bell System Technical Journal. - 1956. - Vol. 35, iss. 2. - P. 333-347.

[42] Turner D. R. Electropolishing silicon in hydrofluoric acid solutions / D. R. Turner // Journal of The Electrochemical Society. - 1958. - Vol. 105, iss. 7. - P. 402-408.

[43] Canham L. T. Silicon quantum wire array fabrication by electrochemical and chemical dissolution of wafers / L. T. Canham // Applied Physics Letters. - 1990. -Vol. 57, iss. 10. - P. 1046-1048.

[44] Lehmann V. Formation Mechanism and Properties of Electrochemically Etched Trenches in n-Type Silicon / V. Lehmann, H. Foil // Journal of The Electrochemical Society. - 1990. - Vol. 137, iss. 2. - P. 653-659.

[45] Lehmann V. Porous silicon formation: A quantum wire effect / V. Lehmann, U. Gosele // Applied Physics Letters. - 1991. - Vol. 58, iss. 8. - P. 856-858.

[46] Кашкаров П. К. Необычные свойства пористого кремния / П. К. Кашкаров // Соросовский образовательный журнал. - 2001. - Т. 7, вып. 1. - С. 102-107.

[47] Бондаренко В. П. Новые области применения пористого кремния в полупроводниковой электронике / В. П. Бондаренко, В. Е. Борисенко, Л. Н. Глиненко, В. А. Райко // Зарубежная электронная техника. - 1989. - вып. 9. -С. 55-84.

[48] Зимин С. П. Пористый кремний - материал с новыми свойствами /

C. П. Зимин // Соросовский образовательный журнал. - 2004. - Т. 8, вып. 1. - С. 101-107.

[49] Wehrspohn R. B. Ordered Porous Nanostructures and Applications / R. B. Wehrspohn. - N.Y.: Springer Science+Buisness Media, 2005. - 207 p.

[50] Sailor M. J. Porous Silicon in Practice. Preparation, Characterization and Applications / M. J. Sailor. - Weinheim: Wiley-VCH Verlag & Co., 2011. - 262 p.

[51] Kochergin V. Porous Semiconductor: Optical Properties and Applications / V. Kochergin, H. Foil. - London: Springer-Verlag London Limited, 2009. - 220 p.

[52] Laser D. J. A review of micropumps / D. J. Laser, J. G. Santiago // Journal of Micromechanics and Microengineering. - 2004. - Vol. 14, iss. 6. - P. R35- R64.

[53] Glawdel T. Electro-osmotic flow control for living cell analysis in microfluidic PDMS chips / T. Glawdel, C. L. Ren // Mechanics Research Communications. - 2009. -Vol. 36, iss. 1. - P. 75-81.

[54] Jiang H. A microfluidic chip for blood plasma separation using electro-osmotic flow control / H. Jiang, X. Weng, C. H. Chon, X. Wu, D. Li // Journal of Micromechanics and Microengineering. - 2011. - Vol. 21, iss. 8. - P. 085019 1-8.

[55] Hug T. S. Fabrication and electroosmotic flow measurements in micro- and nanofluidic channels / T. S. Hug, N. F. de. Rooij, U. Staufer // Microfluidics and nanofluidics. - 2006. - Vol. 2, iss. 2. - P. 117-124.

[56] Yao S. Porous glass electroosmotic pumps: design and experiments / S. Yao,

D. E. Hertzog, S. Zeng, J. C. Mikkelsen Jr., J. G. Santiago // Journal of Colloid and Interface Science. - 2003. - Vol. 268, iss. 1. - P. 143-153.

[57] Vajandar S. K. SiO2-coated porous anodic alumina membranes for high flow rate electroosmotic pumping / S. K. Vajandar, D. Xu, D. A. Markov, J. P. Wikswo, W. Hofmeister, D. Li // Nanotechnology. - 2007. - Vol. 18. - P. 275705.

[58] Hasegawa T. Micro-Flow Control and Micropump by Applying Electric Fields through a Porous Membrane / T. Hasegawa, S. Toga, M. Morita, T. Narumi, N. Uesaka // JSME International Journal Series B. - 2004. - Vol. 47, iss. 3. - P. 557-563.

[59] Prakash P. Development of an electroosmotic pump for high performance actuation / P. Prakash, M. D. Grissom, C. D. Rahn, A. L. Zydney // Journal of Membrane Science. - 2006. - Vol. 286, iss. 1-2. - P. 153-160.

[60] Jane A. Porous silicon biosensors on the advance / A. Jane, R. Dronov, A. Hodges, N. H. Voelcker // Trends in Biotechnology. - 2009. - Vol. 27, iss. 4. - P. 230-239.

[61] Saha H. Porous Silicon Sensors - Elusive and Erudite / H. Saha // International Journal on Smart Sensing and Intelligent Systems. - 2008. - Vol. 1, iss 1. - P. 34-56.

[62] Hirschman K. D. Integrated sensor arrays with a configurable network interface for chemical and biological detection / K. D. Hirschman, M. Archer, D. Persaud, V. Rajalingam, J. Clarson, J. Mann, D. Phillips, W. Sun, P. M. Fauchet // Proceeding of SPIE, Lab-on-a-Chip: Platforms, Devices, and Applications. - 2004. - Vol. 5591. - P. 205-211.

[63] Searson P. C. Porous silicon membranes / P. C. Searson // Applied Physics Letters. - 1991. - Vol. 59, iss. 7. - P. 832-833.

[64] Yamaguchi R. DNA hybridization detection by porous silicon-based DNA microarray in conjugation with infrared microspectroscopy / R. Yamaguchi, K. Miyamoto, K. Ishibashi, A. Hirano, S. M. Said, Y. Kimura, M. Niwano // Journal of Applied Physics. - 2007. - Vol. 102, iss. 1, - 014303 1-6.

[65] Nguyen N. T. Micromachined flow sensors - a review / N. T. Nguyen // Flow Measurement and Instrumentation. - 1997. - Vol. 8, iss. 1. - P. 7-16.

[66] Kim D.-K. Electrokinetic flow meter / D.-K. Kim, A. Majumdar, S. J. Kim // Sensors and Actuators A: Physical. - 2007. - Vol. 136, iss. 1. - P. 80-89.

[67] Kim D.-K. An electrokinetic pressure sensor / D.-K. Kim, D. Kim, S. J. Kim // Journal of Micromechanics and Microengineering. - 2008. - Vol. 18. - P 055006 1-10.

[68] Dendo I. A Micro-Dimensional Tip Streaming Potential Pressure Sensor / I. Dendo // 14th Annual International Conference of the IEEE. - 1992. - Vol. 1. - P. 151-152.

[69] Багинский И. Л. Микроэлектронные высокоэнергоемкие генераторы энергии / И. Л. Багинский, Э. Г. Косцов // Микросистемная техника. - 2002. - Т. 6, - С. 2426.

[70] Драгунов В. П. МЭМ электростатический генератор энергии /

B. П. Драгунов, Э. Г. Косцов // Нано- и микросистемная техника. - 2007. - Т. 11, -

C. 47-52.

[71] Драгунов В. П. Особенности функционирования электростатических микрогенераторов энергии // В. П. Драгунов, Э. Г. Косцов // Автометрия. - 2009. -Т. 45, вып. 3. - С. 62-73.

[72] Драгунов В. П. Микроэлектромеханические преобразователи /

B. П. Драгунов, Д. И. Остертак // Микроэлектроника. - 2012. - Т. 41, вып. 2. - С. 120-135.

[73] Пат. 2410792 Российская Федерация. Способ получения кремниевой микроканальной матрицы / Н. В. Вандышева, С. С. Косолобов, С. И. Романов ; патентообладатель Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН). - № 2009132571/28 ; заявл. 28.08.2009 ; опубл. 27.01.2011, Бюл. № 3. - 16 с.

[74] Пат. 2388109 Российская Федерация. Способ получения кремниевой микроканальной мембраны в монолитном обрамлении / Н. В. Вандышева,

C. И. Романов ; патентообладатель Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН (ОФП СО РАН). - № 2009110874/28 ; заявл. 24.03.2009 ; опубл. 27.04.2010, Бюл. № 12. - 12 с.

[75] Lehmann V. The Physics of Macropore Formation in Low Doped n-Type Silicon / V. Lechmann // Journal of The Electrochemical Society. - 1993. - Vol. 140, iss. 10. -P. 2836-2843.

[76] Propst E. K. The Electrochemical Oxidation of Silicon and Formation of Porous Silicon in Acetonitrile / E. K. Propst, P. A. Kohl // Journal of The Electrochemical Society. - 1994. - Vol. 141, iss. 4. - P. 1006-1013.

[77] Gielis J. A generic geometric transformation that unifies a wide range of natural and abstract shapes / J. Gielis // American Journal of Botany. - 2003. - Vol. 90, iss. 3. -P. 333-338.

[78] Зайдель А. Н. Элементарные оценки ошибок измерений / А. Н. Зайдель. - Л.: Наука, 1968. - 96 с.

[79] Turgeon M. L. Clinical Hematology: Theory and Procedures / M. L. Turgeon. -Lippincott Williams & Wilkins, 2004. - 100 p.

[80] Hunter R. J. Zeta potential in colloid science: Principles and applications / R. J. Hunter. - N.Y.: Academic Press, 1981. - 386 p.

[81] Yongquan Z. Density, Electrical Conductivity, Acidity, Viscosity and Raman Spectra of Aqueous NaBO2, Na2B4Oy, NaBsOy Solutions at 298.15 and 323.15K / Z. Yongquan, F. Chunhui, F. Y. And, Z. Fayan // Journal of The Chemical Society of Pakistan. - 2013. - Vol. 35, iss. 4. - P. 1066- 1072.

[82] Измайлов Н. А. Электрохимия растворов / Н. А. Измайлов. - М.: Химия, 1976. - 488 с.

[83] Бастрыкина Н. С. Сорбционно-мембранный электрокинетический микронасос / Н. С. Бастрыкина, Р. Х. Хамизов, А. А. Воронов, М. А. Кумахов, С. В. Никитина, О. А. Матвеева // Сорбционные и хроматографические процессы.

- 2007. - Т. 7, вып. 1. - С. 11-27.

[84] Григоров О. Н. Электрокинетические явления: Курс лекций / О. Н. Григоров.

- Л.: Изд-во Ленинградского ун-та, 1973. - 198 с.

[85] Osterle J. F. Electrokinetic Energy Conversion / J. F. Osterle // Journal of Applied Mechanics. - 1964. - Vol. 31, iss. 2. - P. 161-164.

[86] Olthuis W. Energy from streaming current and potential / W. Olthuis, B. Schippers, J. Eijkel., A. van den Berg // Sensors and Actuators B: Chemical. - 2005.

- Vol. 111-112. - P. 385-389.

[87] Mansouri A. High-power electrokinetic energy conversion in a glass microchannel array / A. Mansouri, S. Bhattacharjee, L. Kostiuk // Lab on a Chip. - 2012. - Vol. 12, iss. 20. - P. 4033-4036.

[88] Papirer E. Adsorption on Silica Surfaces / E. Papirer. - N.Y.: Marcel Dekker, Inc, 2000. - 774 p.

[89] Parida S. K, Adsorption of organic molecules on silica surface / S. K. Parida, S. Dash, S. Patel, B. K. Mishra // Advances in Colloid and Interface Science. - 2006. -Vol. 121, iss. 1-3. - P. 77-110.

[90] Probstein R. F. Physicochemical Hydrodynamics: An Introduction / R. F. Probstein. - N.Y.: John Wiley and Sons, Inc, 1994. - 416 p.

[91] Зевеке Г. В. Основы теории цепей. Учебник для вузов / Г. В. Зевеке, П. А. Ионкин, А. В. Нетушил, С. В. Страхов. - М.: Энергия, 1975. - 752 с.

[92] Wang Y. A capacitive humidity sensor based on ordered macroporous silicon with thin film surface coating / Y. Wang, S. Park, J. T. W. Yeow, A. Langner, F. Müller // Sensors and Actuators B: Chemical. - 2010. - Vol. 149, iss. 1. - P. 136-142.

[93] Daniels J. S. Label-Free Impedance Biosensors: Opportunities and Challenges / J. S. Daniels, N. Pourmand // Electroanalysis. - 2007. Vol. 19, iss. 12. - P. 1239-1257.

[94] Archer M. Electrical porous silicon chemical sensor for detection of organic solvents // M. Archer, M. Christophersen, P. M. Fauchet // Sensor and Actuators B: Chemical. - 2005 - Vol. 106, iss. 1. - P. 347-357.

[95] Доленко Т. А. Проявление водородных связей водно-этанольных растворов в спектрах комбинационного рассеяния света / Т. А. Доленко, С. А. Буриков, С. В. Пацаева, В. И. Южаков // Квантовая электроника. - 2011. Т. - 41б вып. 3. -С. 267-272.

[96] He X. Silicon nanowires for high-specificity and high-selectivity sensors under low-frequency scanning / X. He, C. Gua, Y. Liu, C. H. A. Tsang, D. D. D. Ma, R. Zhang, N.-B. Wong, Z. Kang, S.-T. Lee // Applied Physics Letters. - 2011. - Vol. 98, iss. 4. - P. 043108 1-4.

[97] Mendonfa L. G. D. Interdigitated capacitive sensor to verify the quality of ethanol automotive fuel / L. G. D Mendonfa, D. Torikai, R. C. Ibrahim, E. W. Simoes, N. I. Morimoto // ABCM Symposium Series in Mechatronics. - 2008. - Vol. 3. - P. 580-585.

[98] Innocenzi P. Evaporation of Ethanol and Ethanol-Water Mixtures Studied by Time-Resolved Infrared Spectroscopy / P. Innocenzi, L. Malfatti, S. Costacurta, T. Kidchob // The Journal of Physical Chemistry A. - 2008. - Vol. 112, iss. 29. - P. 6512-6516.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

НА ИЗОБРЕТЕНИЕ

№ 2516612

КАНАЛЬНАЯ МАТРИЦА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Патентообладателе ли); Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. Л.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) (Ш)

Автор(ы): см. на обороте

Заявка2012146733

Приоритет изобретения 01 ноября 2012 г.

Зарегистрировано в Государственном-реестре изобретений Российской Федерации 24 марта 2014 г.

Срок действия патента истекает 01 ноября 2032 Г.

Рутвмктель Федеральной службы пи интеллектуальной собственности

Б.И, Симонов

>шшт шшштшттшшшшшшшшшшштшшшшшштшш'т

Автор(ы): Романов Сергей Иванович (Я11), Филиппов Николай Степанович (Яи), Паращенко Максим Александрович (Я11)

УТВЕРЖДАЮ

АКТ

об использовании результатов диссертационного работы Паращенко Максима Александровича на тему «Сенсорные и транспортные устройства на основе кремниевых микроканальных мембран для аналитических микрофлюидных систем», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.27.01 - «Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах» в междисциплинарном интеграционном проекте СО РАН № 86.

Мы, нижеподписавшиеся, заместитель директора по научной работе Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (ИХБФМ СО РАН), координатор проекта, д.х.н. Д.В Пышный и заместитель директора по научной работе Института физики полупроводников им. A.B. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН), член-корреспондент РАН, д.ф.-м.н. A.B. Двуреченский составили настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы М.А. Паращенко были успешно использованы при выполнении междисциплинарного интеграционного проекта фундаментальных исследований СО РАН № 86 «Биоаналитические платформы на основе электрофизических и электрокинетических сенсорных устройств» в 2012-2014 гг.

М.А. Паращенко на основании теоретических предпосылок разработал мембранные электрофизические сенсоры и электроосмотические насосы, выполненные по единой технологии и на одном материале - кремнии. Изучил особенности электроосмотического транспорта различных буферных растворов через микроканальные мембраны. Предложил использовать асимметричные

СО РАН,

В. Власов 20/Ггода

кремниевые мембраны для изготовления эффективных электроосмотических насосов. Впервые созданный им электрофизический сенсор показал свои возможности при контроле биологических буферных растворов. В перспективе разработанные М.А. Паращенко устройства найдут применение в биоаналитических платформах.

От ИХБФМ СО РАН:

От ИФП СО РАН:

УТВЕРЖДАЮ

АКТ

об использовании в учебном процессе Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет» результатов диссертационной работы Паращенко Максима Александровича на тему «Сенсорные и транспортные устройства на основе кремниевых микроканальных мембран для аналитических микрофлюидных систем», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.27.01 - «Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах».

Мы, нижеподписавшиеся, декан факультета Радиотехники и электроники, д.т.н., профессор Хрустал ев В А., заведующий кафедрой полупроводниковых приборов и микроэлектроники, д.ф.-.м.н. Гайслер В.А. составили настоящий акт о том, что отдельные результаты диссертационной работы Паращенко М.А., полученные в ходе выполнения НИР «Разработка кремниевых электрокинетических фильтров и процессы разделения и детектирования нанообъектов на их основе» (соглашение №8879 по ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 - 2013 годы) используются в учебном процессе ФГОБУ ВПО «НГТУ» на кафедре Полупроводниковых приборов и микроэлектроники, а именно в материалах лекционного курса «Специальные главы наноэлектроники». Одна лекция (общим объемом 1 час) включает результаты, полученные в процессе выполнения вышеупомянутой диссертационной работы.

Декан факультета РЭФ д.т.н., профессор

Хрусталев В.А.

Заведующий кафедрой ППиМЭ д.ф.-м.н.

Гайслер В.А.

профессор