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Negli ultimi anni si e' avuto un impulso sempre maggiore allo sviluppo e alla realizzazione di microsistemi in grado di misurare e controllare il flusso di gas e liquidi; infatti e' stato valutato che nel 2000 i sensori microfluidici coprivano il 19% del mercato dei MEMS (sistemi micro-elettro-meccanici). Grazie alle dimensioni estremamente ridotte questi sensori hanno il grosso vantaggio di poter avere un’ottima risoluzione spaziale e temporale, permettendo misure di flussi esigui, caratterizzati da velocita' dell’ordine dei millimetri al secondo. Per questa ragione si prestano ad essere integrati in microsistemi per analisi genetiche, in cui e' di fondamentale importanza indirizzare e controllare i movimenti di fluidi organici e soluzioni. Un microsistema in grado di effettuare in maniera quasi autonoma analisi genetiche potrebbe sostituire la strumentazione tradizionale, in quanto unirebbe alle dimensioni ridotte e alla trasportabilita' un’elevata velocità di analisi e bassi costi, sia per la minima richiesta di reagenti e campioni , sia per la possibilità di essere prodotto su larga scala sfruttando le tecnologie microelettroniche esistenti.
Questo lavoro di tesi si pone in questo ambito e descrive il progetto di un Flussimetro da usare in Microsistemi per Analisi Genetiche. In particolare il dispositivo e' un sensore per la misura del flusso elettroosmotico in un microcapillare di vetro per analisi elettroforetiche. Con piccole modifiche la struttura puo', tuttavia, essere utilizzata in altre applicazioni per la misura di flussi di gas o liquidi.
La tesi è articolata in cinque capitoli. Nel primo e' riportata un’introduzione generale ai MEMS, e una descrizione più dettagliata dei sensori di flusso integrati. Nel secondo capitolo si descrivono i microsistemi per analisi genetiche e l’importanza del controllo dei fenomeni elettrocinetici nei microcanali. Inoltre si da' una breve descrizione delle tecnologie realizzative usate. Il terzo capitolo e' incentrato su un’analisi teorica dei fenomeni elettrocinetici in microfluidica, a partire dalla formazione del doppio strato elettrico sulle pareti interne dei microcanali, fino allo studio dello streaming potential, dell’elettroforesi e dell’elettroosmosi. L’acquisizione di tali conoscenze e' fondamentale per poter simulare i diversi fenomeni elettrocinetici e per studiarne l’effetto in concomitanza con fenomeni di convezione e conduzione del calore nei microcanali. Negli ultimi due capitoli viene, infine, descritta la progettazione del sensore mediante un simulatore ad elementi finiti commerciale, Femlab®3.1. In particolare nel capitolo quarto sono riportate le simulazioni relative a diverse configurazioni del sensore e la dipendenza della sensibilita' dai parametri geometrici della struttura e dai materiali usati. Nel quinto capitolo viene illustrata la configurazione finale adottata per il flussimetro, le sue dimensioni e i materiali utilizzati. In base a questi dati vengono presentate delle nuove simulazioni volte a prevedere il comportamento del dispositivo reale e ad ottimizzarlo, ottenendo le ultime informazioni per il disegno del layout. In conclusione viene mostrato il layout finale con le relative maschere per litografia ottica e viene descritto il processo di fabbricazione del dispositivo.