ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
----------

TRẦN HOÀI NAM

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG
CẢM BIẾN VI LỎNG PHÁT HIỆN VẬT THỂ TRONG
KÊNH DẪN

LUẬN VĂN THẠC SĨ
CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG

HÀ NỘI – 2018


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
----------

TRẦN HOÀI NAM

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG
CẢM BIẾN VI LỎNG PHÁT HIỆN VẬT THỂ TRONG
KÊNH DẪN
Ngành: Công Nghệ Kỹ thuật Điện tử, Truyền thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Mã số: 8510302.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ
CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG

nghiên cứu của người khác để làm luận văn này.
Tất cả các tài liệu tham khảo phục vụ cho luận văn này đều được nêu nguồn gốc
rõ ràng trong danh mục tài liệu tham khảo và không có việc sao chép tài liệu hoặc đề
tài khác mà không ghi rõ trong danh mục tài liệu tham khảo.
Nếu vi phạm, tôi xin chịu mọi trách nhiệm.

Hà Nội, 2018

Trần Hoài Nam


iii
Mục lục
Lời cảm ơn ........................................................................................................................i
Lời cam đoan .................................................................................................................. ii
Mục lục .......................................................................................................................... iii
Danh mục hình vẽ ...........................................................................................................iv
Danh mục bảng biểu .......................................................................................................vi
Danh mục từ viết tắt ..................................................................................................... vii
Tóm tắt luận văn .......................................................................................................... viii
LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................................1
Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG ..................................................................................3
1.1. Công nghệ Nano Sinh học ...............................................................................3
1.2. Công nghệ Vi cơ điện tử - MEMS/NEMS ......................................................6
1.3. Chip sinh học và hệ thống vi cơ lỏng ( Biochip and Microfluidics) ...............8
1.4. Vi cảm biến kiểu tụ điện ................................................................................10
1.4.1.
Nguyên lý vi cảm biến tụ điện ...............................................................10
1.4.2.
Vi cảm biến kiểu tụ dạng phẳng ............................................................13

Hình 1-2: Phạm vi ứng dụng của công nghệ nano sinh học[3] .......................................5
Hình 1-3: Thang phân chia kích thước làm việc từng lĩnh vực [internet] .......................7
Hình 1-4: Các thành phần của thiết bị MEMS/NEMS ....................................................8
Hình 1-5: Hình ảnh kênh dẫn của hệ thống vi lỏng công bố trên mạng ..........................9
Hình 1-6: Cấu trúc cảm biến AND dạng răng lược[4] ..................................................12
Hình 1-7: Cấu trúc cảm biến Viện Khoa Học Và Công Nghệ Việt Nam .....................13
Hình 1-8: Mô hình cấu trúc Anti-EGFR cho phát hiện tế bào[10]................................17
Hình 2-1: Cấu trúc mặt cắt cảm biến tụ phẳng coplanar[12] ........................................21
Hình 2-2: Lực DEP lên hạt đặt trong điện trường không đồng nhất.[17] .....................23
Hình 2-3: Mạch nguyên lý điều khiển tế bào[17] .........................................................25
Hình 2-4: Minh hoạ mô hình hạt vỏ đơn[17] ................................................................26
Hình 2-5: Đồ thị phụ thuộc giữa tần số trường điện và lực DEP[17] ...........................27
Hình 2-6: Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển đổi C2V .......................................................28
Hình 2-7: Mạch nguyên lý tạo nguồn tuyến tính...........................................................29
Hình 2-8: Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển đổi C2F ........................................................30
Hình 2-9: Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển đổi C2I .........................................................30
Hình 2-10: Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển đổi C2PW ..................................................32
Hình 2-11: Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển đổi C2D .....................................................33
Hình 3-1: Đồ thị quan hệ tỉ lệ biểu thức logarit theo w/a ..............................................36
Hình 3-2: Cấu trúc cảm biến tụ điện phẳng ...................................................................37
Hình 3-3: Cài đặt cấu trúc vật lý cảm biến ....................................................................38
Hình 3-4: Kết quả mô phỏng theo bề rộng bản điện cực ..............................................39
Hình 3-5: Đồ thị sự phụ thuộc của điện dung theo bề rộng bản điện cực .....................40
Hình 3-6: Đồ hoạ mô phỏng kết quả giá trị điện dung theo số lượng tế bào ................41
Hình 3-7: Đồ thị sự phụ thuộc của điện tích trên bản điện cực theo số lượng tế bào ...41
Hình 3-8: Đồ hoạ mô phỏng kết quả chênh lệch điện dung theo số lượng tế bào chênh
lệch.................................................................................................................................42
Hình 3-9: Đồ thị sự phụ thuộc của giá trị chênh lệnh điện dung theo số lượng tế bào
chênh lệch ......................................................................................................................42
Hình 3-10: Sơ đồ khối mạch nguyên lý thiết bị phát tín hiệu .......................................44

Danh mục từ viết tắt
Từ viết tắt
MEMS
NEMS
DNA
HIV
LOC
EP
DEP
EGFR
MST
IC/Chip
AC
DC
VLSI

Nghĩa tiếng việt
Hệ thống cơ – điện kích thước
micromet.
Hệ thống cơ – điện kích thước
NanoElectroMechanical Systems
nanomet.
Phần tử mang thông tin di truyền
Deoxyribonucleic acid
mã hoá
Human immunodeficiency virus Virut suy giảm miễn dịch ở người
Lab-on-chip
Thiết bị thử nghiệm trên chip
Electrophoresis
Điện di

của tế bào bệnh hay không và ước lượng số lượng là bao nhiêu thông qua biên độ sự
thay đổi của giá trị điện dung so với điện dung cặp điện cực so sánh. Cấu trúc cảm
biến có chức năng di chuyển tập trung làm giàu các tế bào thông qua một trường điện
từ không đồng nhất có khả năng điều chỉnh được bởi một tín hiệu điện AC có tần số
xác định trong khoảng 10kHz đến 100MHz. Hoạt động của cảm biến được mô phỏng
bằng phương pháp phân tích các phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm Comsol
Multiphysics. Kết quả mô phỏng thể hiện sự thay đổi của giá trị điện dung theo sự thay
đổi của giá trị bản điện cực và số lượng tế bào phát hiện. Một mạch phát tín hiệu tần số
AC được chế tạo kèm theo cấu trúc cảm biến mục đích chế tạo môi trường điện từ
không đồng nhất để định hướng của các tế bào trong kênh dẫn, tăng khả năng phát
hiện của cấu trúc cảm biến.


1

LỜI MỞ ĐẦU
Công nghệ nano sinh học (nanobiotechnology / nano–biotechnology /
nanobiotech) được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, phổ biến nhất là trong nghiên cứu
về di truyền học, tế bào, các vật chất có kích thước cực nhỏ phát triển trong các ngành
y sinh, nông nghiệp, kiểm nghiệm thực phẩm dùng để nghiên cứu về độc chất, chất
đạm, hóa sinh để phát hiện các loại vi trùng, tế bào gây bệnh, xuất hiện trong thức ăn,
nước uống và trong cơ thể con người hay phát hiện nhanh các tác nhân trong chiến
tranh hóa - sinh học. Trong đó, nổi bật là sử dụng chip sinh học trong chẩn đoán và
điều trị bệnh, phát triển thuốc mới.
Biochip (Chip sinh học) là một thuật ngữ kỹ thuật mới trong công nghệ nano sinh
học miêu ta cho các thiết bị cho phép phát hiện nhanh những căn bệnh nguy hiểm và
các chứng viêm nhiễm bên trong cơ thể mà những phương pháp chụp, chiếu thông
thường không thể phát hiện được để theo dõi được các tác động của chất đạm đối với
các tế bào, chất đạm khác và ADN… trong cơ thể con người, từ đó tìm ra nguyên nhân
dẫn tới bệnh tật và cách điều trị bệnh cho con người. Biochip sẽ thay đổi toàn bộ các

các không gian phản ứng, qua đó giảm không gian khuếch tán. Công nghệ vi cơ lỏng
ứng dụng trong rất nhiều ngành: Kỹ thuật, Vật lý, Hóa học, Công nghệ vi chế tạo và
Công nghệ sinh học. Công nghệ này đang từng bước trở thành công nghệ mũi nhọn
cho phép chế tạo những vi hệ thống sử dụng những vi thể tích chất lỏng (còn được biết
đến với cái tên “phòng thí nghiệm siêu nhỏ tích hợp trên một con chip” hay “lab-onchip”).
Các cảm biến trên cơ sở hệ vi cơ lỏng có khả năng phát hiện vi rút cúm A, tế
bào ung thư,… Việc sử dụng hệ vi cơ lỏng chắc chắn sẽ mở ra những hướng ứng dụng
trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: nuôi cấy tế bào, lọc tách các thành phần sinh học,
hóa học…
Đề tài này thực hiện nghiên cứu, thiết kế, chế tạo một cấu trúc hệ thống cảm
biến vi lỏng phát hiện vật thể trong kênh dẫn hướng tới các ứng dụng trong lĩnh vực y
sinh học...


3

Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.1.

Công nghệ Nano Sinh học

Trong tự nhiên, các vật thể đều được cấu tạo bởi các hạt có kích thước vô cùng
nhỏ, ở mức độ nanomet. Rất nhiều các hệ cấu trúc sinh học như các virut, phức hợp
chất đạm và màng… có cấu trúc nano. Công nghệ sinh học nghiên cứu vào sự phát
triển và tồn tại của các dạng tế bào và mô đa chức năng ở thực vật, động vật, cũng như
sự ảnh hưởng từ một tế bào sinh vật đến hoạt động của cả hệ thống sinh học.
Bảng 1-1: Kích thước một số vật thể trong công nghệ nano sinh học [internet]
Định nghĩa vật thể

Kích thước đường kính (nm)


500÷1000

Vi khuẩn

1000÷10000

Tế bào máu trắng

10000

Hình 1-1 mô tả tỷ lệ kích thước các vật thể trên thang đo từ 1m đến 1nm giúp
hình dung trực quan hơn về tương quan độ lớn của các cấu trúc sinh học tồn tại trong
tự nhiên.
Với sự phát triển nhanh chóng và bao gồm nhiều lĩnh vực, công nghệ nano cho
đến nay vẫn chưa có được một định nghĩa thống nhất. Theo cơ quan hàng không vũ trụ
Hoa Kỳ (NASA), công nghệ nano là công nghệ chế tạo ra các cấu trúc, vật liệu, thiết
bị và hệ thống chức năng với kích thước đo bằng nanometer (khoảng từ 1 đến 100nm)
và khai thác ứng dụng các đặc tính độc đáo của những sản phẩm này. Trong khi đó, tổ


4
chức nanotechlonogy Initiative (NNI) lại định nghĩa: “Công nghệ Nano là bất cứ thứ
gì liên quan đến các cấu trúc có kích thước nhỏ hơn 100nm”. Trong cuốn
“Bionanotechnology: lessons from nature”có định nghĩa “Công nghệ nano là các thao
tác và chế tạo ở quy mô nano với độ chính xác nguyên tử”. Có thể tổng kết lại, công
nghệ nano là ngành công nghệ khoa học, kỹ thuật và thao tác dựa trên các hiểu biết về
các quy luật, hiện tượng, tính chất của cấu trúc vật lý có kích thước đặc trưng ở thang
nano để thực hiện các nhiệm vụ điện, cơ, sinh, hoá hoặc tính toán đặc biệt.
Vậy, thiết bị công nghệ nano được hiểu là các cấu trúc thiệt bị có khả năng làm


Hình 1-2: Phạm vi ứng dụng của công nghệ nano sinh học[3]
Trên thế giới, các bài báo khoa học về công nghệ nano xuất hiện từ giữa thập kỷ
90. Từ đó đến nay, số lượng hồ sơ đăng ký bảo hộ sáng chế trong lĩnh vực công nghệ
nano tăng rất mạnh từ 531 bằng sáng chế năm 1995, sau 6 năm đã có 1976 bằng sáng
chế trong năm 2001 với những khoản tiền đầu tư vô cùng lớn, trong các năm 20112015 đã lên tới một nghìn tỷ đô la mỹ[2]. Điều này chứng tỏ tính hấp dẫn và giá trị
ứng dụng to lớn của ngành khoa học này. Phạm vi ứng dụng của công nghệ sinh học
nano rất rộng, từ lĩnh vực y học, dược phẩm, sinh học, tới các ngành công nghiệp thực
phẩm và nông nghiệp.
Trong lĩnh vực sinh học và y tế, công nghệ sinh học nano được ứng dụng để
nghiên cứu bộ di truyền học, tin sinh học, tìm kiếm và sàng lọc dược phẩm, tế bào…
Đối với y học, một trong những lĩnh vực ứng dụng chủ yếu của công nghệ sinh
học nano, các vấn đề chính bao gồm: Tái sinh mô, nuôi cấy và tái tạo các cơ quan, các
hệ thống dẫn chuyển và hướng đích dược phẩm. Đặc biệt, các hệ thống dẫn chuyển và
hướng đích dược phẩm trên cơ sở công nghệ nano ngày càng được quan tâm nghiên
cứu và đưa vào ứng dụng, bởi vì trên thực tế hầu hết dược phẩm không chỉ có các tác


6
dụng dược lý hữu ích mà còn có những tác dụng phụ. Các hệ thống này bao gồm
những hạt nano có chức năng điều khiển dược phẩm tác động trực tiếp và tế bào đích
và không gây ảnh hưởng đến các tế bào xung quanh.
Trong lĩnh vực dược phẩm, công nghệ nano sinh học cùng với ngành hóa học
đã tạo ra sự phát triển mạnh mẽ của mảng tìm kiếm dược phẩm. Những triển vọng mới
của công nghệ dược phẩm đã mở ra cùng với sự ra đời và phát triển của công nghệ
DNA chip (DNA – phần tử mang thông tin di truyền). Chẳng hạn, trong trường hợp
ung thư thể tăng sinh tế bào lympho B, hầu hết bệnh nhân ban đầu phản ứng rất tốt đối
với phương pháp trị liệu chuẩn. Sau đó, hơn một nửa những trường hợp này nhanh
chóng chuyển sang tình trạng nguy kịch. Một vài năm trước đây, các nhà điều trị
không có cách nào để phát hiện các bệnh nhân thuộc nhóm có nguy cơ rủi ro cao này

cách kết hợp xử lý tín hiệu với các bộ cảm biến. MEMS/NEMS không chỉ bao gồm
các thành phần điện mả còn có các phần tử cơ học, mà một số có thể chuyển động
được như: cảm biến áp suất, cảm biến gia tốc, con quay vi cơ... Các thiết bị
MEMS/NEMS được thiết kế dựa trên các kỹ thuật VLSI và cấu trúc cơ khí phần cứng.
Cũng giống như các IC, MEMS cũng hướng tới kích thước nhỏ hơn, tốc độ cao hơn,
nhiều chức năng hơn, linh hoạt hơn và rẻ tiền hơn, hình 1-3 trình bày kích thước điển
hình của linh kiện MEMS/NEMS khi so sánh với các đối tượng khác.

Hình 1-3: Thang phân chia kích thước làm việc từng lĩnh vực [internet]
Những thành phần điện được cấu tạo bằng cách sử dụng công nghệ của mạch
tích hợp. Những thành phần cơ học lại được cấu tạo từ công nghệ vi cơ trên tấm đế
bằng vật liệu silics với các lớp cấu trúc mới khác nhau để hình thành nên những thiết
bị cơ và cơ điện tử. Điểm đặc biệt và cơ bản của công nghệ MEMS/NEMS đó là tận
dụng được đặc tính cơ học của vật liệu silics để tạo ra những cấu trúc cơ học chuyển
động kết hợp với các yếu tố vi điện tử, điều này đã tạo ra những thế hệ sản phẩm công
nghệ mới.
Cấu trúc cơ bản của MEMS bao gồm vi cấu trúc; vi mạch điện tử; vi cảm biên
và vi chấp hành được tích hợp trên cùng một chip như trình bảy trên hình 1-4.


8

Hình 1-4: Các thành phần của thiết bị MEMS/NEMS
Các thiết bị MEMS/NEMS này cho phép cảm nhận sự thay đổi tín hiệu ở phạm
vi kích thước cực nhỏ và thông qua hệ vi điện tử và vi chấp hành sẽ tác động lại môi
trường xung quanh.
Công nghệ vi cơ với các linh kiện ban đầu được ứng dụng làm các đầu đo áp
suất, thay thế cho các đầu đo cơ truyền thống. Cùng với sự phát triển của công nghệ thì
công nghệ MEMS/NEMS không còn bó hẹp trong các loại cảm biên cơ mà còn được
ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực cảm biến khác: cảm biến nhiệt; cảm biến từ;

trên đế vật liệu bán dẫn bằng thủy tinh hay nhựa hoặc silicon. Cũng giống như chip
máy tính có thể thực hiện hàng triệu phép tính trong một giây, một biochip có thể thực
hiện hàng ngàn phản ứng sinh học chỉ trong vài giây.
Trên thực tế có rất nhiều những nghiên cứu, những ứng dụng trong công nghệ
sinh học cần phải thao tác với dòng chảy của chất lỏng trong những kênh dẫn rất nhỏ,
lĩnh vực này được gọi tên là vi cơ lỏng (Microfluidic), là một trong hai công nghệ nền
tảng của chip sinh học, bên cạnh chip vi dãy phản ứng (Microarray). Lĩnh vực này đòi
hỏi sự nghiên cứu tổng hợp ba vấn đề: nghiên cứu phương pháp mới nhằm chế tạo ra
những hệ thống điều khiển chất lỏng, nghiên cứu những phương pháp tích hợp những
chức năng phức tạp của chất lỏng vào trong một thiết bị, và nghiên cứu về cách thức,
đặc điểm của chất lỏng khi nó chảy trong những kênh dẫn siêu nhỏ. Sự phát triển của
công nghệ vi cơ lỏng đang góp phần tạo ra những phương pháp thí nghiệm mới trong
ngành sinh học cơ bản, ngành khoa học vật liệu và hóa lý.
Hệ thống vi cơ lỏng là một lĩnh vực mới thú vị của khoa học và kỹ thuật cho
phép phân tích kiểm soát trên quy mô rất nhỏ với thiết bị nhỏ gọn, tiết kiệm chi phí,
hiệu quả và mạnh hơn hệ thống thông thường khác.
Vi cơ lỏng đã xuất hiện vào đầu những năm 1980 và được sử dụng trong việc
phát triển DNA chip, phòng thí nghiệm trên một công nghệ vi mạch (lab-on-chip),
công nghệ vi nhiệt.v.v…

Hình 1-5: Hình ảnh kênh dẫn của hệ thống vi lỏng công bố trên mạng


10
Vi lưu hay vi cơ lỏng (Microfluidics) là một lĩnh vực nghiên cứu chế tạo sử
dụng công nghệ vi cơ điện tử (MEMS/NEMS) và liên quan đến việc kiểm soát dòng
chảy của chất lỏng đo bằng micro, nano, hoặc pico lit. Chất lưu có thể là chất lỏng, khí
trong tự nhiên, hoặc hỗn hợp cả hai, và chảy qua các vi kênh, vi bơm, vi van và vi lọc.
Những thiết bị vi lưu có thể được chế tạo trên nền chất silics ứng dụng các kỹ thuật có
sẵn của vi điện tử. Những thiết bị này cũng có thể được chế tạo từ vật liệu hữu cơ như

điện môi. Điện dung giữa 2 vật nhiễm điện (hay có thể gọi là bản cực của tụ điện)


11
được xác định là tỷ số giữa điện tích trên vật nhiễm điện và hiệu điện thế giữa hai vật
đó. Điện dung giữa 2 vật i và j có thể được xác định theo công thức:

𝐶𝑖𝑗 =
Trong đó:

𝑄𝑖𝑗
𝑉𝑖 −𝑉𝑗

(1.1)

Cij là điện dung giữa các điện cực i và j;
Qij là điện tích trên điện cực i (cùng giá trị, ngược dấu với điện

tích trên điện cực j) gây ra bởi sự khác biệt điện thế Vi −Vj;
Vi và Vj là điện áp trên điện cực i và j tương ứng;
Nhìn chung, giá trị điện dung có thể được xác định bởi:

𝐶=

𝜀0 𝜀𝑟 𝐴
𝑑

(1.2)

Giá trị điện dung của tụ điện phụ thuộc vào điện trường giữa hai bản điện cực

Cảm biến điện dung loại D (D-type): cảm biến điện dung với giá trị của A và
ε không thay đổi, cảm biến hoạt động dựa trên sự thay đổi khoảng cách giữa
các điện cực. Loại này thường được sử dụng cho các cảm biến đo khoảng
cách, phát hiện dịch chuyển, phát hiện vật thể...
A, d và ε đại diện cho tiết diện của bản cực, khoảng cách giữa 2 bản cực và lớp

chất điện môi bản điện cực được đặt trong đó.
Với một số phòng thí nghiệm trọng điểm được đầu tư tập trung hiện nay, tại
Việt nam đã có thể chế tạo được các vi cảm biến có kích thước cỡ micro ứng dụng làm
cảm biến sinh học. Bằng kỹ thuật MEMS các điện cực được chế tạo trên
nền Si/SiO2 và bốc hơi Pt tạo thành các linh kiện có cấu trúc nhỏ gọn, đồng đều, ổn
định.
Tại Đại học Bách Khoa Hà Nội tập trung phát triển hệ điện cực cấu trúc răng
lược để chế tạo các cảm biến AND như xác định virus viêm não Nhật Bản, virus cúm
A….

Hình 1-6: Cấu trúc cảm biến AND dạng răng lược[4]
Tại Viện Khoa Học Và Công Nghệ Việt Nam, nhóm nghiên cứu phát triển hệ vi
cảm biến tích hợp, cảm biến chuỗi để chế tạo các cảm biến chất xúc tác xác định
nhanh nồng độ đường trong huyết thanh và cảm biến miễn dịch xác định sớm ung thư
cổ tử cung, HIV, độc chất aflatoxin trong sản phẩm sữa …


13

Hình 1-7: Cấu trúc cảm biến Viện Khoa Học Và Công Nghệ Việt Nam
1.4.2. Vi cảm biến kiểu tụ dạng phẳng
Được thúc đẩy bởi các cấu trúc cảm biến vành khăn hiện có trong các tụ điện
thông thường, các loại cảm biến điện dung coplanar (tụ điện có cản điện cực đồng
phẳng) khác nhau đã được đề xuất trong những năm gần đây. Với nhu cầu về các thiết

của tụ điện hình khuyên, bao gồm một đĩa trung tâm bên trong và một vòng ngoài.
Hơn nữa, ứng dụng của chúng được giới hạn trong các đặc tính vật liệu, thay vì đo
lường kích thước hình học. Trong các bài báo, ta lấy được một biểu thức toán học của
điện dung bằng cách giải phương trình Laplace với biến đổi Hankel[6]–[9]. Một mô
hình phần tử hữu hạn của tụ điện được xây dựng và giải quyết để xác nhận kết quả
phân tích này. Trên cơ sở kết quả phân tích, các tham số cấu trúc của một cảm biến độ
nghiêng với các tụ tương đối phân chia được tối ưu, và một thí nghiệm độ nhạy tương
ứng cho thấy tính khả thi và tính hợp lệ của phương pháp phân tích đề xuất. Ở đây sẽ
không đi sâu vào phân tích các bước tính toán học thuật của tác giả mà chỉ áp dụng kết
quả đã được công bố rộng rãi trên các kênh thông tin đại chúng được đưa ra trong các
tài liệu tham khảo từ số [5] đến [9] tại phần danh mục tài liệu tham khảo..
1.5.

Điện di điện môi

Các thiết bị Lab-on-chip (LOC) là các nền tảng vi lỏng có thể xử lý phức tạp về
hóa học và sinh học và phân tích cho nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực khoa
học đời sống, thăm dò vũ trụ, công nghiệp quốc phòng, khoa học khí quyển, nghiên
cứu dược phẩm... Thao tác của các hạt trong hệ thống LOC là rất quan trọng trong
nhiều ứng dụng chẩn đoán và lâm sàng như nhận biết, phân loại, tách và mô phỏng,
mô tả, làm sạch tế bào, virut, hạt nano, vi hạt và chất đạm. Để thao tác các hạt, nhiều
kỹ thuật đã được phát triển để sử dụng trong các hệ thống vi mô như nhíp quang, điện
từ , phương tiện âm thanh và các phương tiện điện. Các lực điện như điện di (EP) và
điện di điện môi (DEP) là giải pháp khả thi trong thao tác các hạt trong thiết bị LOC,
với thuận lợi cho giảm kích thước của hệ thống. EP là sự di chuyển của các hạt điện
tích điện trong một điện trường do lực Columbic tác động lên các hạt bởi tính tích điện


15
của chúng. EP thường được sử dụng trong các kỹ thuật tách rời truyền thống và phát

tương đối đắt tiền như quá trình ăn mòn, lắng đọng hơi hoá học và sự bốc hơi chùm tia
điện tử, khắc khô bằng chùm tia ánh sáng… dẫn đến những hệ thống khả thi hơn và