Summary

表面弾性波駆動型アコースティック·逆流マイクロフルイディクスで製作、操作と流れの可視化

Published: August 27, 2013
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Summary

このビデオでは、第1の弾性表面波(SAW)音響向装置の製作および操作手順を説明する。我々はその後、質的流れの可視化とSAWポンプ装置内の複雑な流れの定量分析の両方を可能にした実験のセットアップを示しています。

Abstract

表面弾性波(弾性表面波)が音響逆流現象を介して携帯型マイクロ流体チップ内の液体を駆動するために使用することができる。このビデオでは、多層SAW音響向装置の製造プロトコルを提示します。デバイスは、2つのすだれ状電極(IDTの)及び適切なマーカーがパターニングされ、その上にニオブ酸リチウム(LN)基板から出発して製造される。 SU8マスターモールド上にキャストポリジメチルシロキサン(PDMS)チャネルは、最終的にパターニングされた基板上に接合されている。製作手順に続いて、我々はPDMSチャネルグリッドを通して流体をポンプするために、音響向デバイスの特性評価と動作を可能な技術を示しています。我々は最終的にチャネル内の液体の流れを可視化する手順を紹介します。プロトコルは、そのような層流と渦と粒子の蓄積ドメインによって特徴付けられる、より複雑なダイナミクス異なるフローレジームの下で圧送流体チップ上で表示するために使用される。

Introduction

マイクロ流体のコミュニティが直面している継続的な課題の一つは、真にポータブルマイクロトータル分析システム(μTASの)への統合のために小型化することができる効率的なポンプ機構を持っている必要がある。チャネルサイズはミクロン範囲まで低下させるか、または以下のように標準的な巨視的なポンプシステムは、単に体積流量の不利なスケーリングにより、μTASのために必要な移植性を提供することができない。それどころか、のこぎりは、流体作動機構として関心の高まりを得て、これらの問題の1,2のうちのいくつかのソリューションのための有望な手段として表示されます。

弾性表面波は、流体3へのエネルギー輸送の非常に効率的なメカニズムを提供することが示された。圧電基板、 例えばニオブ酸リチウム(LN) ​​の上にSAWの伝播は、波はレイリー角θR =罪として知られている角度でそのパスに任意の流体に放射されたとき722、図1(c F / C )、基板内の音速度の不一致、C s、および流体C f起因。流体中への放射線の漏洩これは、流体の音響流を駆動する圧力波を生じさせる。デバイスに適用されたデバイスの形状とパワーに応じて、このメカニズムは、オンチップなどの流体混合、粒子ソーティングなどのプロセス、噴霧、及びポンプ1,4の様々を作動させることが示された。 SAWとmicrofluidsを作動させるのシンプルさと有効性にもかかわらず、これまでに実証されているマイクロ流体ポンプ機構を駆動SAWのほんのいくつかあります。最初のデモは、圧電基板3上のSAW伝搬路に配置された無料の滴の簡単な翻訳だった。この新規な方法は、マイクロ流体作動方法として、弾性表面波を使用する際に大きな関心を生成し、一方の流体が依然として必要であった同封のチャネル·より難しいタスクを介して駆動される。タンらは、レーザーは、圧電基板に直接アブレーションれたマイクロチャネル内にポンプを実証した。チャネルとIDT寸法に関して幾何修飾により、彼らは一様と流れを混合5の両方を示すことができた。グラスらは、最近人気のあるラボ·オン·-CDのコンセプト6,7の真の小型化のデモンストレーションとして、遠心マイクロフルイディクスとSAW作動回転を組み合わせることにより、マイクロチャネル及びマイクロ流体コンポーネントを介して流体を移動させる方法を示した。しかし、実証されているだけで完全に囲まれたSAW駆動ポンプ機構はなりチェッキーニらのSAW主導音響向8このビデオの焦点に残っている。それは伝搬方向に対向する方向に密閉流路を介して圧送する流体の霧化と合一を利用するcoustic波。このシステムは、マイクロチャネル内で驚くべきことに、複雑なフローを生じさせることができる。また、デバイスの幾何学的形状によっては、層流から渦と粒子蓄積領域によって特徴付けられる、より複雑なレジームに、フロースキームの範囲を提供することができる。簡単に装置内の流動特性に影響を与える能力は、高度なオンチップ粒子操作のための機会を示している。

デバイス製造、実験操作、および流れの可視化:このプロトコルでは、実用的なSAWベースのマイクロ流体の主要な側面を明確にしたい。我々は明示的にSAW主導音響向装置の製造及び操作のためにこれらの手順を記述しているが、これらのセクションは簡単にSAW駆動型マイクロ流体制度の範囲への応用のために変更することができます。

Protocol

1。デバイス製造デザインつのフォトマスクをパターニングするための第1の弾性表面波(SAW)層、およびポリジメチルシロキサン(PDMS)マイクロモールドする第。 第1のフォトマスクは、すだれ状電極(IDTの)は、SAWディレイラインおよびチャネル·アライメント顕微鏡との間の空間参照のためのマーカーとして知られている一対の対向している。私達の標準的なデバイスでは?…

Representative Results

それぞれ)典型的なS 11とS 12スペクトル)パネルで報告されており、B:図2はマイクロチャネル層にLN層を接着する前に撮影されたデバイスのRFテストの代表的な結果を示しています。 S 11スペクトルの中心周波数での谷の深さでRF電力の変換効率に関係していると、機械力を見ました。従って、IDTフィンガ対の固定数のため、谷の?…

Discussion

マイクロ流体コミュニティが直面する最大の課題の一つは、真の携帯ポイントオブケア·デバイスの作動プラットフォームの実現である。提案された統合されたマイクロポンプ23のうち、表面弾性波(SAWの)に基づくものが原因で流体混合、霧化粒子濃度および分離4におけるそれらの関連付けられた機能に特に魅力的である。本稿ではまずチェッキーニによって説明?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

著者は認めるために誰を持っていません。

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

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Travagliati, M., Shilton, R., Beltram, F., Cecchini, M. Fabrication, Operation and Flow Visualization in Surface-acoustic-wave-driven Acoustic-counterflow Microfluidics. J. Vis. Exp. (78), e50524, doi:10.3791/50524 (2013).

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