Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

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

Published: August 21, 2018 doi: 10.3791/58085
Automatic Translation
1, 1
1School of Mechanical and Aerospace Engineering, Nanyang Technological University

Summary

Un protocollo per manipolare le microparticelle in un canale di microfluidica con una doppia frequenza di eccitazione è presentato.

Abstract

Dimostriamo un metodo per aumentare la capacità aggiuntiva di un'onda acustica di superficie in piedi (SSAW) per la manipolazione delle microparticelle in un sistema di lab-on-a-chip (LOC). L'eccitazione simultanea della frequenza fondamentale e la terza armonica, che è definito come doppia frequenza di eccitazione, a una coppia di trasduttori interdigital (IDTs) potrebbe generare un nuovo tipo di permanente onde acustiche in un canale di microfluidica. Variando la potenza e la fase di eccitazione doppia frequenza segnali risultati in un campo riconfigurabile della forza di radiazione acustica applicata a microparticelle attraverso il microchannel (ad esempio, il numero e la posizione dei nodi pressione e la concentrazioni di microparticelle ai corrispondenti nodi di pressione). Questo articolo viene illustrato che può essere ridotto il tempo di movimento della microparticella nodo sola pressione ~ 2 volte presso il rapporto di potenza della frequenza fondamentale maggiore di ~ 90%. Al contrario, ci sono tre nodi di pressione nel microchannel se inferiore a questa soglia. Inoltre, regolando la fase iniziale tra la frequenza fondamentale e risultati del terzo armonici nei tassi di moto diversi i tre nodi di pressione SSAW, nonché della percentuale di microparticelle in ciascun nodo di pressione nel microchannel. C'è un buon accordo tra l'osservazione sperimentale e le previsioni numeriche. Questo metodo di eccitazione romanzo può in modo non invasivo e facilmente integrare nel sistema LOC, con un ampia sostenibilità e solo poche modifiche alla disposizione sperimentale.

Introduction

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 portatile1,2. Manipolazione cellulare preciso (cioè, accumulo e separazione) è fondamentale in un basato su LOC analisi e diagnosi3,4. Tuttavia, l'accuratezza e la riproducibilità della microparticella manipolazione hanno una varietà di sfide. Molte tecniche, come elettro-osmosi5, dielettroforesi (DEP)6, magnetophoresis7, submicronica8,9, un approccio ottico10, un optoelettronici approccio11 , un approccio idrodinamico12e acoustophoresis13,14,15, 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 legge17, 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 fattore22,25.

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 alternativa27,28,29. 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 risonanza20,31. 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 progettazione32,33.

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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. preparazione del canale microfluidico

  1. Mescolare poli-dimetilsiloxano (PDMS) con un elastomero di base in un rapporto di 10:1.
  2. Degassare la miscela in un forno sottovuoto e versarlo su un wafer di silicio con un modello di photoresist tono negativo sulla parte superiore.
  3. Degassare il wafer di silicio a motivi nuovamente e scaldarlo a 70 ° C per 3 h in un'incubatrice per solidificazione.

2. montaggio dei trasduttori Interdigital

  1. Deposito 20 nm di Cr e 400 nm di su un wafer di3 LiNbO; modello 20 strisce con una larghezza di 150 µm e un'apertura di 2 cm su una maschera di plastica per fotolitografia depositando il photoresist positivo sul substrato.
  2. Rimuovere lo strato di Cr-sulla zona non esposte con acetone.
  3. Trattare la superficie del loro con plasma ad ossigeno (con un rapporto di azoto e ossigeno di 2:1) la potenza di 30 W per 60 s.
  4. Allineare il microchannel PDMS e legame al substrato3 LiNbO premendo con il pollice per pochi secondi.
  5. Posizionare il dispositivo integrato nella camera di riscaldamento a 60 ° C per 3 h.

3. dual-frequenza eccitazione

  1. Applicare contemporaneamente due componenti di frequenza (f1 e f3, la frequenza fondamentale e la terza armonica del fabbricato IDT, rispettivamente) con la differenza di fase φ tra di loro per la coppia di IDTs, affinché la sega prodotta può essere espressa come segue.
    Equation 1
    Qui,
    Equation 2e Equation 3 = le pressioni acustiche.
  2. Sintetizzare la forma d'onda doppia frequenza utilizzando l' Equation Editor del software applicativo di ArbExpress alla frequenza di campionamento di 100 MS/s e poi memorizzarlo per il generatore di funzioni come ingresso arbitrario per l'eccitazione di sega nell'esperimento via un cavo USB.
  3. Variare la potenza della frequenza fondamentale per la totale potenza emessa Equation 4 da 100% (eccitazione alla frequenza puramente fondamentale) a 0% (eccitazione a puramente terza armonica); per un buon confronto, cambiare ma mantenere la potenza totale lo stesso.
  4. Variare la differenza di fase di eccitazione doppia frequenza da 0° a 360°.

4. simulazione

  1. Descrivere il moto del flusso incomprimibile laminare con basso Reynolds (cioè, Re = 0,55) e Mach i seguenti numeri35.
    Equation 5
    Equation 6
    Qui,
    Equation 7= la velocità del fluido,
    Equation 8= viscosità dinamica,
    Equation 9= la densità del fluido,
    Equation 10= la pressione del fluido,
    Equation 11= la matrice di identità, e
    Equation 12= una forza esterna.
  2. Descrivere la forza di trascinamento di Stoke prodotta sull'oggetto come segue36.
    Equation 13
    Qui,
    Equation 14= il raggio della microparticella,
    Equation 15= velocità del fluido, e
    Equation 16= la velocità delle microparticelle.
  3. Derivare la forza di radiazione acustica applicata alla microparticella in microchannel lungo la x-asse (su tutta la larghezza di microchannel) presso una singola frequenza come segue16 .
    Equation 17
    Qui,
    Equation 18= volume della microparticella,
    Equation 19= la densità della microparticella,
    Equation 20= la densità del mezzo,
    Equation 21= la compressibilità della microparticella, e
    Equation 22= la comprimibilità del mezzo.
  4. Derivare la forza risultante radiazione acustica dell'eccitazione doppia frequenza come segue.
    Equation 23
  5. Esprimere il movimento trasversa su tutta la larghezza del canale (lungo il y-axis) sotto la forza di radiazione acustica sia il Stokes trascinare forza disciplinato dalla seconda legge di Newton come segue.
    Equation 24
  6. Risolvere le equazioni differenziali ordinarie (ODEs) sopra utilizzando il metodo di Runge-Kutta di quarto ordine su un personal computer. Impostare il passo temporale e la durata totale come 1 µs e 20 s, rispettivamente.

5. osservazione sperimentale

  1. Girare la soluzione nella concentrazione di 5,9 x 107 con 4 µm verde fluorescente perle di polistirolo / 1 mL Vortex per circa 2-3 min e poi immergerlo in un sonicatore ultrasuoni per 10 minuti per distruggere qualsiasi agglomerazione prima di ogni test.
  2. Versare la miscela in una siringa da 3 mL e quindi guidare con una pompa a siringa ad una portata di 3-5 µ l/min.
  3. Guidare la IDT con il segnale di doppia frequenza da un generatore di funzione seguito da un amplificatore di potenza.
  4. Osservare le microparticelle stabilizzate nel microchannel a valle sotto un microscopio chiaro a un ingrandimento 40x e registrare l'immagine con una fotocamera digitale.
  5. Misurare la posizione delle microparticelle accumulate nelle immagini digitali acquisite utilizzando ImageJ e la scala stabilita e quindi determinare quantitativamente la concentrazione della microparticella accumulato con la luminosità di fluorescenza normalizzata a ogni nodo di pressione.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Le distribuzioni di pressione acustica e la forza di radiazione acustica di un SSAW presso la doppia frequenza di eccitazione (6,2 e 18,6 MHz) sono mostrati nella Figura 1. Qui, la doppia frequenza di eccitazione si verifica su microparticelle polistirolo (4 µm di diametro) in un microchannel con una larghezza di 300 µm ad una potenza acustica di 146 mW. La pressione acustica risultante è sempre in fase quando P1 > 90%, così che una sola pressione nodo è presente a y = 150 µm. Al contrario, tre nodi di pressione sono presenti a y = 75, 150 e 225 µm al P1 = 90% e a y = 50, 150 e 250 µm al P1 = 0%. La soglia di P1= 90% si trova quasi costante durante tutte le condizioni di prova, così come è un diametro di microparticelle di 4-10 µm, una totale potenza acustica di 73-648 mW e una frequenza Guida di 6.2-18.6 MHz.

P 1 = 90%, le microparticelle nella regione di 75 µm < y < 255 µm e 0 µm ≤ y ≤ 75 µm spostare verso la centrale e il nodo di pressione più basso, rispettivamente. In confronto, P 1 = 0%, le regioni per la centrale e la pressione più bassa, i nodi vengono cambiati a 100 µm < y < 200 µm e 0 µm ≤ y ≤ 100 µm, rispettivamente. Successivamente, le concentrazioni di microparticelle presso il nodo inferiore variano dal 25% al 33,3% e a nodi centrali dal 50% al 33,3%, quando diminuisce la P1 da 90% a 0%, rispettivamente (Vedi Figura 2a). Il tempo di movimento della microparticella verso il nodo di pressione è ridotto da circa 1.95 s P 1 = 100% a 0,97 s P 1 = 95% (Vedi Figura 2b). La dipendenza della posizione del nodo di pressione e la concentrazione di microparticelle P1, misurata sperimentalmente, ha una buona correlazione con la previsione numerica (R2 = 0,85 in Figura 2C e R 2 = 0,83 in figura 2d). Un gran numero di potere rapporti erano testati (n > 31), e le variazioni nella posizione di microparticelle accumulate (6,8-10,6%) sono più piccole di quelle della concentrazione delle particelle ai nodi di pressione (6,7-31,4%), che può essere dovuto alla avvenimento di agglomerazione durante l'accumulo di microparticelle.

La fase iniziale della terza armonica nella eccitazione doppia frequenza colpisce la sintesi guida forma d'onda, la forza risultante radiazione acustica della microparticella, e la posizione del nodo di pressione (Vedi Figura 3). Con un aumento di φ da 0 ° a 180 °, i tre nodi di pressione (y = 63,5 e 150 µm 236.5) si sposterà gradualmente verso il basso attraverso il microchannel. Come P1 è stato fissato all'85%, il nodo di pressione più basso si trova a y = 49,5 µm, 33,5 µm, 17 µm e 0 µm e a φ = 45 °, 90 °, 135 ° e 180 °, rispettivamente. La radiazione acustica forze da f1 e f3 sono fuori fase a φ = 0 °, mentre in una fase a φ = 180 °. Ad esempio, a y = 75 µm e φ = 0 °, le forze di radiazione acustica massima di f1 e f3 sono 37.68 pN e-47.49 pN, rispettivamente. Mentre a φ = 180 °, la forza massima di radiazione acustica da f1 e f3 nella stessa posizione sono 37.68 pN e 47.49pN, rispettivamente. Tutti i nodi di pressione spostano verso il basso attraverso il microchannel in modo lineare con l'aumento di φ. Si noti che il nodo di pressione inferiore si sposta ad un tasso molto più veloce rispetto a quelli del centro e i nodi di pressione superiore (cioè, 63,5 a 0 µm, da 150 a 110,6 µm e da 236.5 µm a 190,1 µm con il cambiamento di φ da 0 ° a 180 °). A φ = 180 °, ci sono 4 nodi di pressione. Dopo di che, il nodo di pressione al confine inferiore (y = 0 µm) scompare e che al limite superiore (y = 300 µm) si sposta verso il basso allo stesso tasso come nodo di pressione basso con il cambiamento di φ da 0 ° a 180 °. A φ = 360 °, il nodo di pressione sostituisce una adiacente (cioè, il nodo di pressione superiore a φ = 360 ° è nella stessa posizione come il nodo di pressione centrale a φ = 0 °). I risultati sperimentali hanno un buon accordo con la previsione numerica, soprattutto quelli della posizione del nodo di pressione alle diverse fasi.

Figure 1
Figura 1. (a) schema di messa a punto sperimentale e (b) foto del microchannel IDTs e PDMS (scala di 300 µm). (c) la forma d'onda di pressione e (d) la corrispondente radiazione acustica forza applicata le microsfere di 4 µm in un canale di microfluidica 300 µm di eccitazione doppia frequenza presso i rapporti di varia potenza del P1 = 85, 91%, 90%, 95%, 100% (frequenza puramente fondamentale) % e 0% (puramente terza armonica) presso la totale potenza acustica di 146 mW. Movimento della microparticella inizialmente a y = 0 µm (e) con il diametro di 4 µm sotto i rapporti di varia potenza (88-91%) e potenze acustiche totali (73-648 mW) e (f) con i vari diametri di 4, 6, 8 e 10 µm alla totale potenza acustica di 73 mW. Questa figura è stata modificata dal Sriphutkiat, Y., et al. 34. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2. (a) microparticella posizione e concentrazione, (b) movimento di microparticelle inizialmente a y0 = 0 µm e il tempo di accumulo microparticella utilizzando la doppia frequenza di eccitazione alla totale potenza acustica di 146 mW con rapporti di varia potenza. Confronto tra la simulazione e i risultati sperimentali (deviazione standard media) di (c) la posizione del nodo di pressione (R2 = 0.85, n = 37) e (d) la concentrazione di microparticelle in ciascun nodo di pressione nella microchannel (R2 = 0,83, n = 31) i rapporti di varia potenza di P1. Questa figura è stata modificata da Sriphutkiat, Y., et al. 34. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3. (a) la forma d'onda sintetizzata la doppia frequenza di eccitazione, (b) la distribuzione della forza risultante radiazione acustica attraverso il microchannel da 300 µm in fase iniziale varia da 0° a 180° con il rapporto di potere dell'85%. Gli effetti della fase iniziale presso la doppia frequenza di eccitazione, Ø, sulla posizione del nodo di pressione durante l'esperimento di simulazione e (e) (c) (media ± deviazione standard) e la percentuale di microparticelle accumulato in ogni nodo di pressione in (d) esperimento di simulazione e (f). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Il movimento della microparticella in microchannel di un SSAW presso la doppia frequenza di eccitazione è stato studiato estesamente in questo studio, e una tecnica di campitura efficacemente sintonizzabile variando i segnali di due frequenze di eccitazione è stata sviluppata e testata. La produzione di tali una forma d'onda è facilmente realizzata dalla maggior parte dei generatori di funzione, e l'approccio di regolazione è molto conveniente. S12- sia S11-risposte in frequenza del fabbricato IDTs illustrano diversi modi risonanti34. La frequenza fondamentale misurata di 6,1 MHz e la terza armonica del 17,8 MHz si trovano anche quei valori progettati (6,2 e 18,6 MHz) con coefficienti di trasmissione simile, dB-8,340 vs -9,750 dB, rispettivamente. Così, è previsto un simile energia acustica in uscita a questi due componenti presso l'eccitazione doppia frequenza utilizzando il singolo IDT. Una tale combinazione di componente non è solo limitato a f1 e f3. Altri, come f1 e f5e f3 e f5, sono anche applicabili. Anche se piezoceramici possono anche generare diverse armoniche della maggior parte acustica, eccitazione simultanea di loro è impossibile. Campo acustico di commutazione potrebbe migliorare la microparticella ordinamento29 ma a costo di ulteriori attrezzature e una complessità di controllo alta.

Il numero e la posizione dei nodi di pressione il microchannel e le corrispondenti concentrazioni di microparticelle potrebbero essere sintonizzati comodamente ed efficacemente dalla doppia frequenza di eccitazione senza modificare altre parti. Pressione di un solo nodo P1 > 90% è uguale a quello prodotto dalla frequenza fondamentale. Tuttavia, ci sono tre nodi di pressione con diverse posizioni e una concentrazione di microparticelle sotto questa soglia. Questa soglia è trovata costante per tutti i parametri di prova qui, come la frequenza di azionamento, la potenza acustica e il diametro delle microparticelle. I risultati sperimentali si correlano molto bene con la previsione teorica. Utilizzando questa strategia, il tempo di movimento di microparticelle potrebbe essere ridotto fino a ~ 2 volte, il che suggerisce un throughput più elevato.

Modulazione di fase con doppia frequenza fornisce un controllo flessibile della posizione di nodi di pressione. Altri nodi di pressione distanza di spostamento o di regolare la direzione della radiazione acustica forza verso l'interno può essere un modo semplice per aumentare il numero delle microparticelle sul nodo pressione specifica. A φ ≥ 180 °, il nodo di pressione nella parte inferiore del microchannel scomparirà, ma uno at alto apparirà. A φ = 360 °, si verifica la sostituzione dei nodi di pressione. Così, le linee nodali di pressione continuamente spostano con la fase varia tra due componenti di frequenza.

In questo studio, ci sono ancora alcune limitazioni. Maggiore attenuazione acustica e viscoso riscaldamento del materiale della parete possono essere introdotti quando una sega si propaga attraverso una spessa PDMS microchannel37. Eccitazione di onda parassita nella parete, come nel caso di un'onda acustica di massa, può anche azionare il fluido nel microchannel. Esperimenti usando le cellule biologiche sono in un grande bisogno per uso clinico.

Questa LOC acustica è intrinsecamente non-invasiva, e questa nuova strategia di eccitazione potrebbe migliorare la sostenibilità e la manipolazione, che ha un grande potenziale in molte applicazioni. Doppia frequenza eccitazione nelle diagnosi biologiche, ad esempio isolando cellule tumorali circolanti (CTC), può fornire informazioni circa l'insorgenza di metastasi e, successivamente, richiedere un trattamento immediato.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Acknowledgments

Questo lavoro è stato sponsorizzato dal fondo di ricerca accademica (AcRF) livello 1 (RG171/15), Ministero dell'istruzione, Singapore.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
poly-dimethylsiloxane Dow Corning Sylgard 184
poly-dimethylsiloxane elastomer base Dow Corning Sylgard 184
silicon wafer Bonda Technology SI8PSPD
negative tone photoresist Microchem SU-8
double-side polished LiNbO3 wafer University Wafer Y-128°
positive photoresist Nicolaus-Otto-Straße AZ 9260
oxygen plasma Harrick Plasma
plastic mask Infinite Graphics

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Chin, C. D., Linder, V., Sia, S. K. Commercialization of microfluidic point-of-care diagnostic devices. Lab on a Chip. 12 (12), 2118-2134 (2012).
  2. Figeys, D., Pinto, D. Lab-on-a-chip: a revolution in biological and medical sciences. Analytical Chemistry. 72 (9), 330 A-335 A (2000).
  3. den Toonder, J. Circulating tumor cells: the Grand Challenge. Lab on a Chip. 11 (3), 375-377 (2011).
  4. Yu, L., et al. Advances of lab-on-a-chip in isolation, detection and post-processing of circulating tumour cells. Lab on a Chip. 13 (16), 3163-3182 (2013).
  5. Jorgenson, J. W., Lukacs, K. D. High-resolution separations based on electrophoresis and electroosmosis. Journal of Chromatography A. 218, 209-216 (1981).
  6. Gascoyne, P. R., Vykoukal, J. Particle separation by dielectrophoresis. Electrophoresis. 23 (13), 1973 (1973).
  7. Xia, N., et al. Combined microfluidic-micromagnetic separation of living cells in continuous flow. Biomedical Microdevices. 8 (4), 299-308 (2006).
  8. Garcés-Chávez, V., et al. Extended organization of colloidal microparticles by surface plasmon polariton excitation. Physical Review B. 73 (8), 085417 (2006).
  9. Zhu, T., Ye, W. Origin of Knudsen forces on heated microbeams. Physical Review E. 82 (3), 036308 (2010).
  10. Ashkin, A., Dziedzic, J., Yamane, T. Optical trapping and manipulation of single cells using infrared laser beams. Nature. 330 (6150), 769-771 (1987).
  11. Chiou, P. Y., Ohta, A. T., Wu, M. C. Massively parallel manipulation of single cells and microparticles using optical images. Nature. 436 (7049), 370-372 (2005).
  12. Yamada, M., Seki, M. Hydrodynamic filtration for on-chip particle concentration and classification utilizing microfluidics. Lab on a Chip. 5 (11), 1233-1239 (2005).
  13. Burguillos, M. A., et al. Microchannel acoustophoresis does not impact survival or function of microglia, leukocytes or tumor cells. PLoS One. 8 (5), e64233 (2013).
  14. Lin, S. -C. S., Mao, X., Huang, T. J. Surface acoustic wave (SAW) acoustophoresis: now and beyond. Lab on a Chip. 12 (16), 2766-2770 (2012).
  15. Petersson, F., Åberg, L., Swärd-Nilsson, A. -M., Laurell, T. Free flow acoustophoresis: microfluidic-based mode of particle and cell separation. Analytical Chemistry. 79 (14), 5117-5123 (2007).
  16. Ding, X., et al. On-chip manipulation of single microparticles, cells, and organisms using surface acoustic waves. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (28), 11105-11109 (2012).
  17. Friend, J., Yeo, L. Y. Microscale acoustofluidics: Microfluidics driven via acoustics and ultrasonics. Reviews of Modern Physics. 83 (2), 647 (2011).
  18. Destgeer, G., Lee, K. H., Jung, J. H., Alazzam, A., Sung, H. J. Continuous separation of particles in a PDMS microfluidic channel via travelling surface acoustic waves (TSAW). Lab on a Chip. 13 (21), 4210-4216 (2013).
  19. Guo, F., et al. Controlling cell-cell interactions using surface acoustic waves. Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (1), 43-48 (2015).
  20. Ding, X., et al. Cell separation using tilted-angle standing surface acoustic waves. Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (36), 12992-12997 (2014).
  21. Roshchupkin, D., et al. X-ray diffraction by standing surface acoustic waves. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 142 (3), 432-436 (1998).
  22. Shi, J., Mao, X., Ahmed, D., Colletti, A., Huang, T. J. Focusing microparticles in a microfluidic channel with standing surface acoustic waves (SSAW). Lab on a Chip. 8 (2), 221-223 (2008).
  23. Ding, X., et al. Surface acoustic wave microfluidics. Lab on a Chip. 13 (18), 3626-3649 (2013).
  24. King, L. V. On the acoustic radiation pressure on spheres. Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. , The Royal Society. 212-240 (1934).
  25. Yosioka, K., Kawasima, Y. Acoustic radiation pressure on a compressible sphere. Acta Acustica United with Acustica. 5 (3), 167-173 (1955).
  26. Ratier, C., Hoyos, M. Acoustic programming in step-split-flow lateral-transport thin fractionation. Analytical Chemistry. 82 (4), 1318-1325 (2010).
  27. Mandralis, Z., Feke, D., Bolek, W., Burger, W., Benes, E. Enhanced synchronized ultrasonic and flow-field fractionation of suspensions. Ultrasonics. 32 (2), 113-122 (1994).
  28. Laurell, T., Petersson, F., Nilsson, A. Chip integrated strategies for acoustic separation and manipulation of cells and particles. Chemical Society Reviews. 36 (3), 492-506 (2007).
  29. Liu, Y., Lim, K. -M. Particle separation in microfluidics using a switching ultrasonic field. Lab on a Chip. 11 (18), 3167-3173 (2011).
  30. Brissaud, M. Characterization of piezoceramics. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 38 (6), 603-617 (1991).
  31. Ding, X., et al. Tunable patterning of microparticles and cells using standing surface acoustic waves. Lab on a Chip. 12 (14), 2491-2497 (2012).
  32. Jo, M. C., Guldiken, R. Particle manipulation by phase-shifting of surface acoustic waves. Sensors and Actuators A: Physical. 207, 39-42 (2014).
  33. Meng, L., et al. Transportation of single cell and microbubbles by phase-shift introduced to standing leaky surface acoustic waves. Biomicrofluidics. 5 (4), 044104 (2011).
  34. Sriphutkiat, Y., Zhou, Y. Particle manipulation using standing surface acoustic waves (SSAW) at dual frequency excitation: effect of power ratio. Sensors and Actuators A: Physical. 263, 521-529 (2017).
  35. Batchelor, G. K. An Introduction to Fluid Dynamics. , Cambridge University Press. Cambridge, UK. (2000).
  36. Glynne-Jones, P., Hill, M. Acoustofluidics 23: acoustic manipulation combined with other force fields. Lab on a Chip. 13 (6), 1003-1010 (2013).
  37. Winkler, A., Brünig, R., Faust, C., Weser, R., Schmidt, H. Towards efficient surface acoustic wave (SAW)-based microfluidic actuators. Sensors and Actuators A: Physical. 247, 259-268 (2016).
  38. Chen, Y., et al. Standing surface acoustic wave (SSAW)-based microfluidic cytometer. Lab on a Chip. 14, 916-923 (2014).
  39. Devendran, C., et al. The importance of travelling wave components in standing surface acoustic wave (SSAW) systems. Lab on a Chip. 16, 3756-3766 (2016).
  40. Destgeer, G., et al. Submicron separation of microspheres via travelling surface acoustic waves. Lab on a Chip. 14, 4665-4672 (2014).
  41. Ding, X., et al. Standing surface acoustic wave (SSAW) based multichannel cell sorting. Lab on a Chip. 12, 4228-4231 (2012).
  42. Chen, Y., et al. Continuous enrichment of low-abundance cell samples using standing surface acoustic waves (SSAW). Lab on a Chip. 14, 924-930 (2014).

Tags

Ingegneria problema 138 manipolazione microparticella onda acustica di superficie in piedi doppia frequenza di eccitazione rapporto potenza differenza canali microfluidici di fase
Manipolazione di microparticelle levandosi in piedi le onde acustiche superficiali con doppia frequenza eccitazioni
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Zhou, Y., Sriphutkiat, Y.… More

Zhou, Y., Sriphutkiat, Y. Microparticle Manipulation by Standing Surface Acoustic Waves with Dual-frequency Excitations. J. Vis. Exp. (138), e58085, doi:10.3791/58085 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter