تصنيع وتشغيل والتصور التدفق في سطح الموجة الصوتية يحركها الموائع الدقيقة الصوتية معاكس
Summary
في هذا الفيديو وصفنا الأول إجراءات تصنيع وتشغيل سطح الموجة الصوتية (SAW) جهاز معاكس الصوتية. نحن ثم إثبات وجود الإعداد التجريبية التي تسمح لكلا التصور تدفق النوعي والتحليل الكمي من التدفقات المعقدة داخل الجهاز ضخ SAW.
Abstract
الموجات الصوتية السطحية (مناشير) يمكن استخدامها لدفع السوائل في رقائق ميكروفلويديك المحمولة عبر ظاهرة معاكس الصوتية. في هذا الفيديو نقدم بروتوكول تلفيق لSAW متعدد الطبقات الصوتية جهاز معاكس. وملفقة الجهاز بدءا من الليثيوم نيوبات (LN) الركيزة التي هي منقوشة على اثنين من محولات الطاقة بين الأصابع (أهداف الاستثمار الإنمائية) وعلامات المناسبة. A polydimethylsiloxane (PDMS) قناة يلقي على القالب الرئيسي SU8 والمستعبدين أخيرا على الركيزة منقوشة. باتباع الإجراء تلفيق، نقدم لك مجموعة من التقنيات التي تسمح للتوصيف وتشغيل الجهاز معاكس الصوتية من أجل ضخ السوائل من خلال قناة شبكة PDMS. نقدم أخيرا الإجراء إلى تصور تدفق السائل في القنوات. يتم استخدام بروتوكول لإظهار السائل على رقاقة ضخ في ظل أنظمة تدفق مختلفة مثل تدفق الصفحي وديناميكية أكثر تعقيدا تتميز الدوامات والمجالات تراكم الجسيمات.
Introduction
واحدة من التحديات المستمرة التي تواجه المجتمع ميكروفلويديك هو الحاجة إلى وجود آلية الضخ كفاءة التي يمكن المنمنمة من أجل التكامل في نظم إجمالي الصغرى تحليل المحمولة حقا (في μTAS). نظم ضخ العيانية القياسية ببساطة تفشل في توفير قابلية اللازمة لفي μTAS، بسبب التوسع غير المواتية لمعدلات التدفق الحجمي ويبلغ حجم قناة يقلل صولا الى نطاق ميكرون أو أقل. على العكس من ذلك، اكتسبت اهتماما متزايدا مناشير كآليات يشتغل السوائل وتبدو وكأنها وسيلة واعدة من أجل حل بعض هذه المشاكل 1،2.
عرضت مناشير لتوفير آلية فعالة جدا من نقل الطاقة إلى سوائل 3. عندما ينتشر SAW على ركيزة كهرضغطية، على سبيل المثال نيوبات الليثيوم (LN)، موجة سوف يشع في أي السوائل في مساره بزاوية تعرف باسم زاوية θ رايلي R = الخطيئة722؛ 1 (ج و / ج ق)، نظرا لعدم تطابق السرعات الصوت في الركيزة، ج ق، وج و السوائل. هذا تسرب الإشعاع في السوائل يؤدي إلى الضغط الذي يدفع موجة تدفق الصوتية في السوائل. اعتمادا على هندسة الجهاز والقوة المطبقة على الجهاز، وقد أظهرت هذه الآلية لتحفيز مجموعة متنوعة واسعة من العمليات على الرقاقة، مثل خلط السوائل، والفرز الجسيمات، الانحلال، و1،4 الضخ. على الرغم من بساطة وفعالية من المشغلات microfluids مع SAW، لا يوجد سوى عدد قليل من SAW مدفوعة آليات ضخ ميكروفلويديك التي أثبتت حتى الآن. كانت أول مظاهرة في ترجمة بسيطة من قطرات حرة وضعها في مسار الانتشار SAW على الركيزة كهرضغطية 3. هذا الأسلوب رواية ولدت الكثير من الاهتمام في استخدام مناشير كوسيلة يشتغل ميكروفلويديك، ومع ذلك لا تزال هناك حاجة إلى السوائل لأن تكون مدفوعة من خلال قنوات-A المغلقة المهمة أكثر صعوبة. أظهرت تان وآخرون. ضخ داخل متناهية التي تم الليزر ذاب مباشرة إلى الركيزة كهرضغطية. بواسطة التعديل الهندسي فيما يتعلق القناة والأبعاد IDT، أنهم كانوا قادرين على إثبات التدفقات كلا موحدة وخلط 5. الزجاج وآخرون. الآونة الأخيرة أظهرت وسيلة لنقل السوائل من خلال microchannels ومكونات الموائع الدقيقة من خلال الجمع بين SAW تناوب دفعتها مع على microfluidics الطرد المركزي، كدليل على التصغير الحقيقية للشعبية مفهوم المختبر على-A-CD 6،7. ومع ذلك، فإن الوحيد مغلق تماما SAW مدفوعة ضخ الآلية التي ثبت يبقى أن سيتشيني وآخرون. 'ق يحركها SAW معاكس الصوتية 8 التركيز من هذا الفيديو. أنه استغل الانحلال والتحام من السوائل لضخه عبر قناة مغلقة في الاتجاه معارضة اتجاه الانتشار من أحدموجة coustic. وهذا النظام يمكن أن تؤدي إلى تدفقات معقدة من المستغرب ضمن متناهية. وعلاوة على ذلك، اعتمادا على هندسة الجهاز، يمكن أن توفر مجموعة من مخططات تدفق، من التدفقات الصفحي إلى أنظمة أكثر تعقيدا تتميز الدوامات والمجالات الجسيمات التراكم. القدرة على التأثير بسهولة على خصائص التدفقات داخل الجهاز يظهر فرص متقدمة على رقاقة التلاعب الجسيمات.
في هذا البروتوكول ونود أن نوضح الجوانب الرئيسية للعملية على microfluidics المستندة إلى SAW: تصنيع الجهاز، التشغيل التجريبي، وتدفق التصور. بينما نحن تصف صراحة هذه الإجراءات لتصنيع وتشغيل يحركها SAW الأجهزة الصوتية معاكس، ويمكن بسهولة أن يتم تعديل هذه المقاطع لتطبيقها على مجموعة من الأنظمة ميكروفلويديك يحركها SAW.
Protocol
Representative Results
Discussion
واحدة من أكبر التحديات التي يواجهها المجتمع ميكروفلويديك هو تحقيق منصة يشتغل لأجهزة نقطة من الرعاية المحمولة حقا. بين المقترحة متكاملة micropumps 23، تلك القائمة على الموجات الصوتية السطحية (مناشير) وجاذبية خاصة بسبب القدرات المرتبطة بها في الاختلاط، والانحلال وال…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب ليس لديهم واحد على الاعتراف.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Double side polished 128° YX lithium niobate wafer | Crystal Technology, LLC | ||
| Silicon wafer | Siegert Wafers | We use <100> | |
| IDT Optical lithography mask with alignment marks (positive) | Any vendor | ||
| Channel Optical lithography mask (negative) | Any vendor | ||
| Positive photoresist | Shipley | S1818 | |
| Positive photoresist developer | Microposit | MF319 | |
| Negative tone photoresist | Allresist | AR-N-4340 | |
| Negative tone photoresist developer | Allresist | AR 300-475 | |
| SU8 thick negative tone photoresist | Microchem | SU-8 2000 Series | |
| SU8 thick negative tone photoresist developer | Microchem | SU-8 developer | |
| Hexadecane | Sigma-Aldrich | H6703 | |
| Carbon tetrachloride (CCl4) | Sigma-Aldrich | 107344 | |
| Octadecyltrichlorosilane (OTS) | Sigma-Aldrich | 104817 | |
| Acetone CMOS grade | Sigma-Aldrich | 40289 | |
| 2-propanol CMOS grade | Sigma-Aldrich | 40301 | |
| Titanium | Any vendor | 99.9% purity | |
| Gold | Any vendor | 99.9% purity | |
| PDMS | Dow Corning | Sylgard 184 silicone elastomer kit with curing agent | |
| Petri dish | Any vendor | ||
| 5 mm ID Harris Uni-Core multi-purpose coring tool | Sigma-Aldrich | Z708895 | Any diameter greater than 2 mm is suitable |
| Acoustic absorber | Photonic Cleaning Technologies | First Contact regular kit | |
| RF-PCB | Any vendor | ||
| Spinner | Laurell technologies corporation | WS-400-6NPP | Any spinner can be used |
| UV Mask aligner | Karl Suss | MJB 4 | Any aligner can be used |
| Thermal evaporator | Kurt J. Lesker | Nano 38 | Any thermal, e-beam evaporator or sputtering system can be used |
| Oxygen plasma asher | Gambetti Kenologia Srl | Colibrì | Any plasma asher or RIE machine can be used |
| Centrifuge | Eppendorf | 5810 R | Any centrifuge can be used |
| Wire bonder | Kulicke & Soffa | 4523AD | Any wire bonder can be used if the PCB is used without pogo connectors |
| Contact Angle Meter | KSV | CAM 101 | Any contact angle meter can be used |
| Spectrum analyzer | Anristu | 56100A | Any spectrum or network analyzer can be used |
| RF signal generator | Anristu | MG3694A | Any RF signal generator can be used |
| RF high power amplifier | Mini Circuits | ZHL-5W-1 | Any RF high power amplifier can be used |
| Microbeads suspension | Sigma-Aldrich | L3280 | Depending on the experimental purpose different suspension of different diameter and different material properties can be used |
| Optical microscope | Nikon | Ti-Eclipse | Any optical microscope with spatial resolution satisfying experimental purposes can be used |
| Video camera | Basler | A602-f | Any video camera that has enough frame rate and sensitivity satisfying experimental purposes can be used |
| Camera acquisition software | Advanced technologies | Motion Box | Any software enabling high and controlled frame rate acquisition can be used |
References
- Masini, L., Cecchini, M., Girardo, S., Cingolani, R., Pisignano, D., Beltram, F. Surface-acoustic-wave counterflow micropumps for on-chip liquid motion control in two-dimensional microchannel arrays. Lab on a Chip. 10 (15), 1997-2000 (2010).
- Travagliati, M., De Simoni, G., Lazzarini, C. M., Piazza, V., Beltram, F., Cecchini, M. Interaction-free, automatic, on-chip fluid routing by surface acoustic waves. Lab on a Chip. 12 (15), 2621-2624 (2012).
- Wixforth, A. Acoustically driven planar microfluidics. Superlattices and Microstructures. 33 (5), 389-396 (2003).
- Friend, J., Yeo, L. Y. Microscale acoustofluidics: Microfluidics driven via acoustics and ultrasonics. Reviews of Modern Physics. 83 (2), 647-64 (2011).
- Tan, M. K., Yeo, L. Y., Friend, J. R. Rapid fluid flow and mixing induced in microchannels using surface acoustic waves. Europhysics Letters. 87, 47003 (2009).
- Glass, N., Shilton, R., Chan, P., Friend, J., Yeo, L. Miniaturised Lab-on-a-Disc (miniLOAD). SMALL, Small. 8 (12), 1880-1880 (2012).
- Madou, M. J., Kellogg, G. J. LabCD: a centrifuge-based microfluidic platform for diagnostics. Proceedings of SPIE. 3259, 80 (1998).
- Cecchini, M., Girardo, S., Pisignano, D., Cingolani, R., Beltram, F. Acoustic-counterflow microfluidics by surface acoustic waves. Applied Physics Letters. 92 (10), 104103 (2008).
- Campbell, C. . Surface acoustic wave devices for mobile and wireless communications. 1, (1998).
- Hashimoto, K. Y. . Surface acoustic wave devices in telecommunications: modelling and simulation. , (2000).
- Royer, D., Dieulesaint, E. Elastic Waves in Solids II. Generation, Acousto-Optic Interaction, Applications. 2, (2000).
- Renaudin, A., Sozanski, J. P., Verbeke, B., Zhang, V., Tabourier, P., Druon, C. Monitoring SAW-actuated microdroplets in view of biological applications. Sensors and Actuators B: Chemical. 138 (1), 374-382 (2009).
- Glass, N. R., Tjeung, R., Chan, P., Yeo, L. Y., Friend, J. R. Organosilane deposition for microfluidic applications. Biomicrofluidics. 5 (3), 036501 (2011).
- Wereley, S. T., Meinhart, C. D. Recent advances in micro-particle image velocimetry. Annual Review of Fluid Mechanics. 42, 557-576 (2010).
- Augustsson, P., Barnkob, R., Wereley, S. T., Bruus, H., Laurell, T. Automated and temperature-controlled micro-PIV measurements enabling long-term-stable microchannel acoustophoresis characterization. Lab on a Chip. 11 (24), 4152-4164 (2011).
- Hebert, B., Costantino, S., Wiseman, P. W. Spatiotemporal image correlation spectroscopy (STICS) theory, verification, and application to protein velocity mapping in living CHO cells. Biophysical Journal. 88 (5), 3601 (2005).
- Rossow, M., Mantulin, W. W., Gratton, E. Spatiotemporal image correlation spectroscopy measurements of flow demonstrated in microfluidic channels. Journal of Biomedical Optics. 14 (2), 024014 (2009).
- Schindelin, J., Arganda-Carreras, I., Frise, E., Kaynig, V., Longair, M., Pietzsch, T., Preibisch, S., Rueden, C., Saalfeld, S., Schmid, B., et al. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nature Methods. 9 (7), 676-682 (2012).
- Rogers, P. R., Friend, J. R., Yeo, L. Y. Exploitation of surface acoustic waves to drive size-dependent microparticle concentration within a droplet. Lab on a Chip. 10 (21), 2979-2985 (2010).
- Muller, P. B., Barnkob, R., Jensen, M. J. H., Bruus, H. A numerical study of microparticle acoustophoresis driven by acoustic radiation forces and streaming-induced drag forces. Lab on a Chip. 12 (22), 4617-4627 (2012).
- Luo, J. K., Fu, Y. Q., Li, Y., Du, X. Y., Flewitt, A. J., Walton, A. J., Milne, W. I. Moving-part-free microfluidic systems for lab-on-a-chip. Journal of Micromechanics and Microengineering. 19 (5), 054001-05 (2009).
- Lindken, R., Rossi, M., Große, S., Westerweel, J. Micro-particle image velocimetry (μPIV): recent developments, applications, and guidelines. Lab on a Chip. 9 (17), 2551-2567 (2009).
- Gedge, M., Hill, M. Acoustofluidics 17: Theory and applications of surface acoustic wave devices for particle manipulation. Lab on a Chip. 12 (17), 2998-3007 (2012).
