Manipulación de micropartículas de pie ondas acústicas superficiales con excitaciones de doble frecuencia

Tecnología LOC integra una o varias funciones en un microchip para Biología, química, biofísica y procesos biomédicos. LOC permite un montaje de laboratorio en una escala más pequeñas que los milímetros, velocidades de reacción rápida, un corto tiempo de respuesta, un control de proceso alta, un consumo de bajo volumen (menor costo de reactivos residuales, inferiores y menos volumen de muestra requerido), un alto rendimiento debido a paralelización, un bajo costo en el futuro la producción en masa y rentables desechables, una alta seguridad para los estudios de química, radiactivos o biológicos y las ventajas de un dispositivo compacto y portátil^1,2. Manipulación celular precisa (es decir, acumulación y separación) es fundamental en un LOC basado en análisis y diagnóstico^3,4. Sin embargo, la exactitud y la reproducibilidad de la manipulación de micropartículas con una variedad de desafíos. Muchas técnicas, como la electro-osmosis⁵, dielectroforesis (DEP)⁶, magnetoforesis⁷, thermophoresis^8,9, un enfoque óptico¹⁰, un optoelectrónicos enfoque¹¹ , un enfoque hidrodinámico¹²y acoustophoresis^13,14,15, se han desarrollado. En comparación, métodos acústicos son apropiados para una aplicación LOC porque, teóricamente, se pueden manipular eficazmente y no invasor con un contraste lo suficientemente alto (densidad y compresibilidad) en comparación con muchos tipos de células de micropartículas con el líquido circundante. Por lo tanto, en comparación con sus contrapartes, métodos acústicos son inherentemente elegibles para mayoría de micropartículas y objetos biológicos, independientemente de sus propiedades ópticas, eléctricas y magnéticas¹⁶.

Propagan las ondas acústicas superficiales (Sierras) de los objetivos sobre todo en la superficie de un sustrato piezoeléctrico en el grosor de varias longitudes de onda y, a continuación, fuga en el ángulo de Rayleigh en el líquido en la MCP, según de ley de Snell^{17, 18,19,20,21,22}. Tienen las ventajas técnicas de una alta eficiencia energética a lo largo de la superficie debido a su localización de la energía, una flexibilidad de diseño de alta frecuencia, una integración de sistema bien con el canal microfluídico y miniaturización con tecnología de sistemas micro-electrónicos-mecánicos (MEMS) y un alto potencial de producción en masa²³. En este protocolo, sierras son generadas a partir de un par de idénticos objetivos y propaga en la dirección opuesta para generar una onda, o tubos, en la MCP, donde las micropartículas suspendidas son empujadas a los nodos de presión, sobre todo por la acústica aplicada radiación de fuerza de²⁴. La amplitud de esa fuerza resultante se determina por la frecuencia de excitación, el tamaño de micropartículas y su factor de contraste acústico^22,25.

Tal acoustophoresis tiene la limitación de los patrones de manipulación predeterminadas que no son fácilmente ajustables. La frecuencia de excitación de los objetivos depende de su distancia periódica, por lo que el ancho de banda es muy limitado. Varias estrategias se han desarrollado para mejorar la capacidad de afinabilidad y manipulación. Los modos de primeros y segundo de las ondas estacionarias de acústicas aplicadas en diferentes partes de la MCP podrían separar micropartículas más eficazmente según velocidades de movimiento diferentes hacia las líneas nodales²⁶. Estos dos modos pueden aplicarse también a la parte entera de la MCP y cambiado alternativamente^27,28,29. Sin embargo, para esto, un gran número de equipos (es decir, tres generadores de funciones, dos unidades de impedancia y un relé electromagnético) es necesario, con la complejidad creciente de costo y control del montaje experimental debido a las diferentes impedancia eléctrica a la frecuencia fundamental y tercer armónico de la pieza de la placa³⁰. Además, se podrían aplicar dedo inclinado transductores interdigitales (SFITs) para ajustar las celdas y las micropartículas patrones por excitar una etapa de los dedos inclinados para una cierta resonancia^20,31. Sin embargo, entonces, el ancho de banda es inversamente proporcional al número de dedos inclinados. Múltiples líneas nodales de presión tienen una sensibilidad en comparación con la línea nodal y una mayor eficiencia de separación en el separador de micropartículas de SSAW-basado convencional. Alternativamente, también podría cambiarse la ubicación de los nodos de presión simplemente ajustando la diferencia de fase aplicada a los dos objetivos en el diseño de^32,33.

La frecuencia fundamental y el tercer armónico de objetivos tienen similares respuestas en frecuencia para pueden ser excitadas al mismo tiempo que proporciona más afinabilidad para la manipulación de micropartículas³⁴. En comparación con la excitación de IDT convencional en una sola frecuencia, ajuste de la presión acústica de la doble frecuencia excitación y la fase entre ellos proporciona exclusividad técnica, como hasta ~ 2 redujo el tiempo de movimiento a la presión de nodal línea o el centro de la MCP, el variado número y ubicación de las líneas nodales de la presión y la concentración de micropartículas.