Fabrication, Operation and Flow Visualization in Oberflächenschallwellen-wave-driven Acoustic-Gegenstrom Mikrofluidik

Eine der Herausforderungen für die Fortsetzung mikrofluidischen Gemeinschaft ist die Notwendigkeit, eine effiziente Pump-Mechanismus, der zur Integration in wirklich tragbare Mikro-Gesamt-Analysesysteme (&mgr; TAS ist) kann miniaturisiert werden müssen. Norm makroskopischen Pumpsystemen einfach nicht die Portabilität für &mgr; TAS die erforderlich sind, aufgrund der ungünstigen Skalierung der Volumenströme der Kanal Größe verringert bis Mikrometerbereich oder darunter. Im Gegenteil, haben SAWs zunehmendes Interesse als Fluidbeaufschlagung Mechanismen gewonnen und erscheinen als ein vielversprechender Weg für die Lösung einiger dieser Probleme ^1,2.

SAWs wurde gezeigt, dass eine sehr effiziente Mechanismus der Energietransport in Flüssigkeiten ^{3 vorzusehen.} Wenn ein SAW ausbreitet auf einem piezoelektrischen Substrat, z. B. Lithium-Niobat (LN), wird die Welle in einem Fluid abgestrahlt werden auf ihrem Weg in einem Winkel als die Rayleigh-Winkel θ _R = sin bekannt722; 1 (c _f / c _s) aufgrund der Fehlanpassung der Schallgeschwindigkeit in dem Substrat, c _s, und das Fluid _F c. Das Austreten von Strahlung in das Fluid entsteht eine Druckwelle, die akustische Strömung treibt in der Flüssigkeit. Abhängig von der Geometrie der Vorrichtung und Leistung, die an der Vorrichtung wurde dieser Mechanismus gezeigt, dass eine Vielzahl von On-Chip-Verfahren, wie zum Mischen von Fluiden, Partikelsortierung, Zerstäubung und Pumpen ^1,4 betätigen. Trotz der Einfachheit und Wirksamkeit der Betätigung Mikrofluidik mit SAW, gibt es nur eine kleine Anzahl von SAW angetrieben mikrofluidischen Pumpmechanismen, die bisher gezeigt haben. Die erste Demonstration war die einfache Übersetzung der freien Tröpfchen in der SAW-Ausbreitungsrichtung Pfad auf einem piezoelektrischen Substrat ³ angeordnet. Dieses neuartige Verfahren erzeugt viel Interesse an der Nutzung SAWs als mikrofluidischen Betätigung Verfahren, aber es war immer noch ein Bedarf für Flüssigkeitendurch geschlossene Kanäle-eine schwierigere Aufgabe getrieben werden. Tan et al. Gezeigt Pumpen in einen Mikrokanal, der Laser abgetragen wurde direkt in dem piezoelektrischen Substrat. Durch geometrische Modifikation mit Bezug auf den Kanal und IDT Abmessungen, waren sie in der Lage zu zeigen, sowohl einheitliche und Mischen fließt ^5. Glass et al. Kürzlich zeigte eine Methode zum Übertragen von Flüssigkeiten durch Mikrokanäle und mikrofluidischen Komponenten durch die Kombination von SAW betätigt Rotationen mit zentrifugalen Mikrofluidik, als eine Demonstration der wahren Miniaturisierung des beliebten Lab-on-a-CD-Konzept ^6,7. Allerdings ist die einzige vollständig geschlossenen SAW angetrieben Pumpmechanismus, das nachweislich eine bleibt Cecchini et al. 'S SAW-driven akustischen ^Gegenstrom-8 der Fokus dieses Video. Es nutzt die Zerstäubung und Koaleszenz eines Fluids, um es durch einen geschlossenen Kanal in der Richtung entgegen der Ausbreitungsrichtung der eine Pumpecoustic Welle. Dieses System kann es zu erstaunlich komplexen Strömungen geben innerhalb einer Mikrokanalstruktur. Darüber hinaus, abhängig von der Geometrie der Vorrichtung, kann es eine Reihe von Fließschemata von laminaren Strömungen bis hin zu komplexeren Regime von Wirbeln und Partikel-Ansammlung Domänen charakterisiert. Die Fähigkeit, leicht beeinflussen das Fließverhalten innerhalb des Gerätes zeigt Chancen für fortschrittliche On-Chip-Teilchen Manipulation.

In diesem Protokoll wollen wir die wichtigsten Aspekte der praktischen SAW-basierte Mikrofluidik klären: Bauelementherstellung, experimentelle Betrieb und Strömungs-Visualisierung. Während wir explizit beschreiben sind diese Verfahren für die Herstellung und den Betrieb von SAW-driven akustischen Gegenstrom-Geräten können diese Abschnitte leicht für ihre Anwendung zu einer Reihe von SAW-driven mikrofluidischen Regime geändert werden.