Manipulação de micropartículas de ondas acústicas de superfície com dupla frequência excitações de pé

Tecnologia LOC integra uma ou várias funções em um microchip para biologia, química, biofísica e processos biomédicos. LOC permite uma configuração de laboratório em uma escala menor do que o sub milímetros, taxas de reação rápida, um tempo de resposta curto, um controle de processo de alta, um consumo de baixo volume (menos reagentes desperdício, menor custo e menos volume de amostra necessário), uma alta taxa de transferência devido à paralelização, um baixo custo no futuro da produção em massa e cost-effective descartáveis, uma segurança elevada para estudos químicos, radioativos ou biológicos e as vantagens de um dispositivo compacto e portátil,^1,2. Manipulação de célula precisa (ou seja, acumulação e separação) é fundamental num LOC-com base em análise e diagnóstico^3,4. No entanto, a precisão e a reprodutibilidade da manipulação de micropartículas têm uma variedade de desafios. Muitas técnicas, tais como electro-osmose⁵, Dieletroforese (DEP)⁶, magnetophoresis⁷, thermophoresis^8,9, uma abordagem óptico¹⁰, um optoelectronic abordagem¹¹ , uma abordagem hidrodinâmico¹²e acoustophoresis^13,14,15, foram desenvolvidos. Em comparação, abordagens acústicas são apropriadas para um aplicativo LOC porque, teoricamente, muitos tipos de micropartículas/células podem ser manipulados de forma eficaz e canaliza com um suficientemente alto contraste (densidade e compressibilidade) comparados com o fluido circundante. Portanto, comparado a suas contrapartes, abordagens acústicas são inerentemente elegíveis para a maioria das micropartículas e objetos biológicos, não importa suas propriedades ópticas, elétricas e magnéticas de¹⁶.

Ondas acústicas superficiais (serras) dos IDTs propagam principalmente na superfície de um substrato piezoelétrico na espessura de vários comprimentos de onda e, em seguida, vazamento no ângulo Rayleigh no fluido no microchannel, de acordo com a lei de Snell, o^{17, 18,19,20,21,22}. Eles têm as vantagens técnicas de uma alta eficiência de energia ao longo da superfície devido a sua localização de energia, uma flexibilidade excelente design em alta frequência, um bom sistema de integração com o canal microfluídicos e miniaturização usando tecnologia de sistema de microeletrônica-mecânica (MEMS) e um elevado potencial de produção em massa²³. Neste protocolo, serras são geradas a partir de um par de idênticos IDTs e propagadas na direção oposta para gerar uma onda estacionária, ou SSAW, em microchannel, onde as micropartículas suspensas são empurradas para nós de pressão, principalmente pela acústica aplicada força de radiação²⁴. A amplitude de tal força resultante é determinada pelo seu fator de contraste acústico^22,25, microparticulado tamanho e a frequência de excitação.

Tal acoustophoresis tem a limitação de padrões de manipulação predeterminados que não são facilmente ajustáveis. A frequência de excitação dos IDTs é determinada pela sua distância periódica, assim a largura de banda é bastante limitada. Várias estratégias foram desenvolvidas para aumentar a capacidade de manipulação e pré-definido. Os primeiros e segundo modos de ondas acústicas em pé, aplicados em diferentes partes do microchannel poderiam separar micropartículas mais eficazmente, de acordo com velocidades diferentes de movimento em direção a linhas nodal²⁶. Estes dois modos também podem ser aplicados a toda a parte do microchannel e trocou como alternativa de^28,de^27,29. No entanto, para isso, um grande número de equipamentos (ou seja, três geradores de função, duas unidades de impedâncias e um relé eletromagnético) é necessário, com o aumento de custo e controle complexidade a montagem experimental devido a diferentes impedâncias elétricas na frequência fundamental e terceira harmônica do piezoceramic placa³⁰. Além disso, dedos inclinados transdutores interdigitais (SFITs) poderiam ser aplicadas para ajustar as células e as micropartículas padronização excitando um período dos dedos inclinados para uma certa ressonância de^20,31. No entanto, em seguida, a largura de banda é inversamente proporcional ao número de dedos inclinados. Várias linhas de pressão nodal têm uma maior eficiência de separação e sensibilidade em comparação com a única linha nodal no separador convencional baseada em SSAW micropartículas. Alternativamente, a localização de nós de pressão também pode ser alterada simplesmente ajustando a diferença de fase aplicada para os dois IDTs no projeto de^32,33.

A frequência fundamental e a terceira harmônica de IDTs tem respostas semelhantes de frequência para que eles podem ser um pouco excitados ao mesmo tempo, que fornece mais pré-definido para a manipulação de micropartículas³⁴. Em comparação com a excitação de IDT convencional em uma única frequência, ajustar as pressões acústicas de fases entre eles e a excitação de dupla frequência fornece exclusividade técnica, tais como o de até ~ 2 dobras reduziu o tempo de movimento à pressão nodal linha ou o centro da microchannel, variado número e localização das linhas nodal pressão e as concentrações de micropartículas.