Pengoksidaan terma bagi pembentukan membran silikon berliang nano seragam untuk kegunaan penapisan bendalir

Abstract

Kajian ini memfokuskan kepada pembentukan membran silikon berliang nano seragam menggunakan teknologi standard MEMS untuk kegunaan penapisan bendalir secara umumnya, dan khususnya dalam buah pinggang buatan. Membran penapisan ini menapis molekul berdasarkan saiz liang seragam membran, membenarkan molekul yang lebih kecil merentasinya dan menghalang molekul lebih besar daripada saiz liangnya agar kekal dalam aliran bendalir. Membran sedia ada dalam mesin dialisis kurang berkesan disebabkan saiz liang yang tidak seragam serta struktur liangnya yang berongga yang menyebabkan molekul protein kecil. Kajian ini menggunakan proses pengoksidaan terma untuk membentuk membran silikon berliang nano seragam dengan saiz liang dikurangkan daripada 1.8 μm ke skala nano. Idea reka bentuk membran dioptimumkan melalui kajian kepustakaan dan simulasi unsur terhingga menggunakan Comsol Multiphysics 5.1 dengan fokus pada kestabilan mekanikal dan kemampuan menahan tekanan bendalir. Membran silikon nitrida tebal dengan susunan liang bulat seragam didapati terbaik kerana ketahanan tinggi terhadap larutan pemunar dan memiliki sifat mekanikal optimum. Fabrikasi membran dilakukan dengan pemesinan pukal menggunakan larutan punaran basah KOH 45% dicampur 10% isopropanol pada suhu 80°C untuk menghasilkan membran setebal 5 µm, diikuti pembentukan liang mikro seragam menggunakan punaran kering DRIE dan pengecilan saiz liang melalui proses pengoksidaan terma. Parameter fabrikasi seperti masa pengoksidaan terma dan kawalan proses DRIE dioptimumkan untuk mencapai saiz liang sasaran berskala nano dengan sisihan piawai rendah yang menandakan keseragaman tinggi. Cadangan penggunaan stirrer dalam proses punaran bertujuan memastikan konsistensi dalam pembangunan corak dan proses punaran. Untuk mengurangkan kesan scallop, pengoptimuman parameter DRIE seperti nisbah gas dan kuasa input boleh dilakukan. Membran akhirnya digabungkan dengan lapisan penutup PDMS, Perspex, serta tiub diameter 0.1 mm menghasilkan peranti penapisan bendalir lengkap yang meniru fungsi membran buah pinggang manusia dengan keupayaan menapis molekul berdasarkan saiznya secara stabil dan cekap. Penyelidikan ini menyumbang kepada pembangunan membran silikon berliang nano seragam yang lebih kos efektif yang boleh dihasilkan semula menggunakan peralatan dan bahan sedia ada di makmal IMEN, UKM, membuka potensi besar untuk kegunaan bioperubatan terutamanya dalam sistem penapisan bendalir di dalam buah pinggang buatan.