Manipolazione di microparticelle levandosi in piedi le onde acustiche superficiali con doppia frequenza eccitazioni

LOC la tecnologia integra una o diverse funzioni su un microchip per biologia, chimica, biofisica e processi biomedici. LOC permette un setup del laboratorio su scala più piccola di Sub-millimetri, velocità di reazione veloce, un tempo di risposta breve, un controllo di processo ad alta, un consumo basso volume (meno costo reagenti dei rifiuti, più basso e meno volume di campione richiesto), un throughput elevato dovuto parallelizzazione, a basso costo in futuro la produzione di massa e conveniente monouso, un’elevata sicurezza per gli studi chimici, radioattivi o biologici e i vantaggi di un dispositivo compatto e portatile^1,2. Manipolazione cellulare preciso (cioè, accumulo e separazione) è fondamentale in un basato su LOC analisi e diagnosi^3,4. Tuttavia, l’accuratezza e la riproducibilità della microparticella manipolazione hanno una varietà di sfide. Molte tecniche, come elettro-osmosi⁵, dielettroforesi (DEP)⁶, magnetophoresis⁷, submicronica^8,9, un approccio ottico¹⁰, un optoelettronici approccio¹¹ , un approccio idrodinamico¹²e acoustophoresis^13,14,15, sono stati sviluppati. In confronto, approcci acustici sono appropriati per un’applicazione di LOC perché, teoricamente, molti tipi di cellule e di microparticelle possono essere manipolati in modo efficace e non invadente con un sufficientemente elevato contrasto (densità e compressibilità) rispetto con il fluido circostante. Pertanto, rispetto ai loro omologhi, approcci acustici sono intrinsecamente idonei per la maggior parte delle microparticelle e oggetti biologici, non importa di loro proprietà ottiche, elettriche e magnetiche¹⁶.

Onde acustiche superficiali (Seghe) dal IDTs propagano per lo più sulla superficie di un substrato piezoelettrico allo spessore di diverse lunghezze d’onda e quindi perdita l’angolazione di Rayleigh nel fluido nel microchannel, secondo legge^{17, di Snell 18,19,20,21,22}. Hanno i vantaggi tecnici di un’elevata efficienza energetica lungo la superficie a causa della loro localizzazione dell’energia, una grande flessibilità progettuale ad alta frequenza, un’integrazione di buon sistema con il canale di microfluidica e miniaturizzazione utilizzando tecnologia del sistema di micro-elettronici-meccanici (MEMS) e un elevato potenziale di produzione di massa²³. In questo protocollo, seghe vengono generati da una coppia di identico IDTs e propagati in direzione opposta per generare un’onda stazionaria o SSAW, in microchannel, dove le microparticelle sospese sono spinti ai nodi di pressione, per lo più da acustica applicata forza di radiazione²⁴. L’ampiezza di tale forza risultante è determinata dalla frequenza di eccitazione, microparticella dimensioni e relativo contrasto acustico fattore^22,25.

Tale acoustophoresis ha la limitazione dei motivi di manipolazione predeterminati che non sono facilmente regolabili. La frequenza di eccitazione del IDTs è determinata dalla loro distanza periodica, quindi la larghezza di banda è piuttosto limitata. Diverse strategie sono state sviluppate per migliorare la funzionalità di accordabilità e manipolazione. La prima e la seconda modalità di onde stazionarie acustiche applicate in diverse parti del microchannel potrebbe separare microparticelle in modo più efficace in funzione delle velocità differenti di movimento verso le linee nodali²⁶. Queste due modalità potrebbe essere applicata anche alla parte intera del microchannel e commutato in alternativa^27,28,29. Tuttavia, per questo, un gran numero di attrezzature (cioè, tre generatori di funzione, due unità di adattamento di impedenza e un relè elettromagnetico) è richiesto, con la maggiore complessità di costo e controllo della disposizione sperimentale a causa del diverso impedenze elettriche presso la frequenza fondamentale e la terza armonica del piezoceramico piastra³⁰. Inoltre, potrebbero essere applicati dito inclinato interdigital trasduttori (SFITs) per regolare le cellule e microparticelle patterning eccitando un periodo delle dita inclinate per una certa risonanza^20,31. Tuttavia, allora, la larghezza di banda è inversamente proporzionale al numero di dita inclinate. Più linee nodali di pressione hanno una maggiore efficienza di separazione e la sensibilità rispetto alla singola linea nodale nel separatore convenzionale basato su SSAW microparticella. In alternativa, la posizione dei nodi pressione potrebbe anche essere cambiata semplicemente regolando la differenza di fase applicata alle due IDTs in progettazione^32,33.

La frequenza fondamentale e la terza armonica del IDTs avere simili risposte in frequenza, in modo che essi possono essere eccitati simultaneamente, che fornisce ulteriori accordabilità per la manipolazione di microparticelle³⁴. In confronto l’eccitazione di IDT convenzionale a una singola frequenza, regolazione pressioni acustiche di eccitazione doppia frequenza e la fase tra di loro fornisce tecniche unicità, come fino a ~ 2 volte ridotto tempo di movimento alla pressione nodale linea o il centro della microchannel, il vario numero e posizione delle linee nodali di pressione e le concentrazioni di microparticelle.