In diesem Video beschreiben wir zunächst Fertigung und Operationsverfahren eines akustischen Oberflächenwellen (SAW) akustische Gegenstrom-Gerät. Wir zeigen dann einen Versuchsaufbau, der sowohl für qualitative und quantitative Visualisierung Flow Analyse von komplexen Strömungen innerhalb des SAW Pumpen Gerät ermöglicht.
Akustische Oberflächenwellen (SAW) können verwendet werden, um Flüssigkeiten in tragbaren Mikrofluidik-Chips über die akustische Phänomen Gegenstrom zu fahren. In diesem Video stellen wir Ihnen die Herstellung Protokoll für einen vielschichtigen akustischen SAW Gegenstrom-Gerät. Die Vorrichtung wird hergestellt, ausgehend von einem Lithium-Niobat (LN) Substrat, auf dem zwei Interdigitalwandler (IDTs) und geeignete Marker sind gemustert. Ein Polydimethylsiloxan (PDMS)-Kanal an einem SU8 Urform gegossen wird schließlich auf dem gemusterten Substrat gebunden. Nach der Fertigung Verfahren zeigen wir die Techniken, die die Charakterisierung und den Betrieb des akustischen Gegenstrom Gerät ermöglichen, um Flüssigkeiten durch die PDMS Kanalrasters pumpen. Wir stellen schließlich die Prozedur, um den Flüssigkeitsstrom in den Kanälen zu visualisieren. Das Protokoll wird verwendet, um on-chip Fluidpumpsystem unter verschiedenen Strömungsregimen wie laminare Strömung und komplizierter Dynamik von Wirbeln und Partikelansammlung Domains dadurch zeigen.
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.
Eine der größten Herausforderungen der mikrofluidischen Gemeinschaft konfrontiert ist, die Realisierung einer Betätigung Plattform für wirklich tragbare Point-of-Care-Geräten. Unter den vorgeschlagenen integrierten Mikropumpen 23, sind solche auf Basis von akustischen Oberflächenwellen (SAW) besonders attraktiv wegen ihrer verbundenen Fähigkeiten in Fluidmischsystem, Zerstäubung und Partikelkonzentration und Trennung 4. In diesem Papier haben wir gezeigt, wie in der Herstellung und Betrieb …
The authors have nothing to disclose.
Autoren haben niemanden anerkennen.
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 |