Waiting
Login processing...

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

Engineering

Microparticle manipulatie door permanent oppervlakte akoestische golven met Dual-frequentie excitaties

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

Summary

Een protocol voor het manipuleren van de deeltjes in een microfluidic-kanaal met de excitatie van een dual-frequentie wordt gepresenteerd.

Abstract

We tonen een methode voor het vergroten van de tuning vermogen van een staande akoestische oppervlaktegolf (SSAW) voor microdeeltjes manipulatie in een lab-on-a-chip (LOC) systeem. De gelijktijdige excitatie van de fundamentele frequentie en de derde harmonische, die wordt genoemd als dual-frequentie excitatie, aan een paar interdigital omvormers (IDTs) kan het genereren van een nieuw soort permanent akoestische golven in een microfluidic-kanaal. Resultaten in een herconfigureerbare veld van de akoestische straling kracht uitgeoefend op de microdeeltjes in de microchannel variërend van de macht en de fase in de dual-frequentie excitatie signalen (bijvoorbeeldhet aantal en de locatie van de knooppunten van de druk en de microparticle concentraties op de bijbehorende druk knooppunten). Dit artikel toont aan dat de tijd van de beweging van de microparticle naar slechts één druk knooppunt kan worden verminderd ~ 2-fold op de vermogen verhouding van de fundamentele frequentie groter dan ~ 90%. Daarentegen zijn er drie knooppunten van de druk in de microchannel als minder dan deze drempel. Bovendien, het aanpassen van de eerste fase tussen de fundamentele frequentie en de derde harmonische resultaten in verschillende beweging tarieven van de drie SSAW druk knooppunten, alsook het percentage van microdeeltjes op elk knooppunt van de druk in de microchannel. Is er een grote overeenstemming tussen de experimentele observatie en de numerieke voorspellingen. Deze roman excitatie-methode kan gemakkelijk en niet-gebeurt integreren in het LOC-systeem, met een brede houdbaarheid en slechts een paar wijzigingen in de experimentele opstelling.

Introduction

LOC technologie integreert één of meerdere functies op een microchip voor biologie, chemie, biofysica en biomedische processen. LOC kunt een laboratorium-opstelling op een schaal kleiner dan sub millimeter snel reactiesnelheden, een korte reactietijd, een hoge procescontrole, een laag volume verbruik (minder reagentia van afval, lagere kosten en minder vereist monstervolume), een hoge doorvoersnelheid due paralellisatie, een lage kosten in de toekomst massaproductie en kosteneffectieve disposables, een hoge veiligheid voor chemische, radioactieve en biologische studies en de voordelen van een compact en draagbaar apparaat1,2. Precieze cel manipulatie (d.w.z., accumulatie en scheiding) is essentieel in een LOC gebaseerde analyse en diagnose3,4. De nauwkeurigheid en de reproduceerbaarheid van microparticle manipulatie hebben echter een aantal uitdagingen. Vele technieken, zoals electro-osmose5, diëlektroforese (DEP)6, magnetophoresis7, thermophoresis8,9, een optische aanpak10, een opto-elektronische aanpak11 , een hydrodynamische aanpak12en acoustophoresis13,14,15, zijn ontwikkeld. Ter vergelijking: akoestische benaderingen zijn geschikt is voor de toepassing van een LOC omdat, theoretisch, vele soorten microdeeltjes/cellen kunnen worden gemanipuleerd effectief en noninvasively met een voldoende hoog contrast (de dichtheid en de compressibiliteit) in vergelijking met de omliggende vloeistof. Daarom, ten opzichte van hun tegenhangers, akoestische benaderingen zijn inherent in aanmerking komen voor de meeste microdeeltjes en biologische objecten, ongeacht hun optische, elektrische en magnetische eigenschappen16.

Oppervlakte akoestische golven (zagen) van de IDTs propageren meestal op het oppervlak van een piëzo-elektrische substraat op de dikte van de verschillende golflengten en dan lek bij de Rayleigh hoek in de vloeistof in de microchannel, volgens de Snell de wet17, 18,19,20,21,22. Ze hebben de technische voordelen van een hoge energie-efficiëntie langs het oppervlak als gevolg van hun lokalisatie van de energie, een grote ontwerpflexibiliteit op hoge frequentie, een goed systeemintegratie met het microfluidic-kanaal en het gebruik van miniaturisatie micro-elektronische-mechanische (MEMS) systeemtechnologie, en een hoog potentieel van massaproductie23. In dit protocol, zijn zagen gegenereerd op basis van een paar identieke IDTs en doorgegeven in de tegenovergestelde richting voor het genereren van een staande golf of SSAW, in de microchannel, waar de zwevende deeltjes worden geduwd te druk knooppunten, meestal door de toegepaste akoestische 24van de kracht van straling. De amplitude van zo'n resulterende kracht wordt bepaald door de frequentie van excitatie, microparticle grootte en zijn akoestische contrast factor22,25.

Deze acoustophoresis heeft de beperking van vooraf bepaalde manipuleren patronen die niet gemakkelijk verstelbaar. De frequentie van de excitatie van de IDTs wordt bepaald door hun periodieke afstand, dus de bandbreedte vrij beperkt is. Verschillende strategieën hebben ontwikkeld om vergroting van het vermogen van tunability en manipulatie. De eerste en de tweede modus van akoestische staande golven toegepast in verschillende delen van de microchannel kon scheiden microdeeltjes effectiever volgens verschillende motion-snelheden naar de knooppunten lijnen26. Deze twee modi kunnen ook worden toegepast op het hele deel van de microchannel en overgeschakeld als alternatief27,28,29. Daarvoor is een groot aantal apparatuur (dwz, drie FUNCTIEGENERATOREN twee impedantieaanpassing eenheden en een elektromagnetische relay) echter vereist, met de grotere complexiteit van de kosten en de controle van de experimentele opstelling als gevolg van de verschillende elektrische impedances op de fundamentele frequentie en de derde harmonische van de piezoceramic plaat30. Bovendien, schuin-vinger interdigital omvormers (SFITs) kunnen worden toegepast om de cellen en de microdeeltjes patronen door het spannende van een periode van de schuine vingers voor een bepaalde resonantie20,31te passen. Echter is, de bandbreedte omgekeerd evenredig aan het aantal schuine vingers. Meerdere druk knooppunten lijnen hebben een hogere scheidend vermogen en de gevoeligheid in vergelijking met de knooppunten enkellijns in het conventionele SSAW gebaseerde microparticle scheidingsteken. Anderzijds kan ook de locatie van de knooppunten druk gewoon door aanpassing van het verschil van de fase toegepast op de twee IDTs in het ontwerp32,33te worden gewijzigd.

De fundamentele frequentie en de derde harmonische van IDTs hebben soortgelijke frequentie reacties zodat ze kunnen worden opgewonden tegelijk, die meer tunability de microdeeltjes manipulatie34 voorziet. In vergelijking met de conventionele IDT excitatie in een enkele frequentie, aanpassing van de akoestische druk van de dual-frequentie excitatie en de fase tussen hen biedt technische uniciteit, zoals de tot ~ 2-fold gereduceerd beweging tijd tot de knooppunten druk lijn of het midden van de microchannel, het gevarieerd aantal en de locatie van de knooppunten lijnen van de druk en de microparticle concentraties.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. bereiding van het Microfluidic-kanaal

  1. Meng poly-dimethylsiloxane (PDMS) met een elastomeer basis in een verhouding van 10:1.
  2. Ontgas het mengsel in een vacuüm oven en giet het op een silicium wafer met een negatieve Toon fotoresist patroon op de top.
  3. Ontgas van de patroonopvulling silicium wafer opnieuw en verwarm het bij 70 ° C gedurende 3 uur in een incubator voor de stolling.

2. de fabricage van de Interdigital omvormers

  1. Storting 20 nm van Cr en 400 nm Al op een LiNbO3 wafer; patroon 20 strips met een breedte van 150 µm en een maaswijdte van 2 cm op een kunststof masker voor fotolithografie door nederlegging van de positieve fotoresist op de drager vervagen.
  2. De Cr-Al laag op de niet-blootgestelde gebied met aceton verwijderen.
  3. Behandelen van de oppervlakte van hen met zuurstof plasma (met een stikstof en zuurstof verhouding van 2:1) op de kracht van 30 W voor 60 s.
  4. Aanpassing van het PDMS microchannel en bond het aan de LiNbO3 ondergrond door het met een duim voor een paar seconden te drukken.
  5. Plaats het geïntegreerde apparaat in de kamer Verwarming op 60 ° C gedurende 3 uur.

3. dual-frequentie excitatie

  1. Gelijktijdig van toepassing zijn twee componenten van de frequentie (f1 en f3, de fundamentele frequentie en de derde harmonische van de gefabriceerde IDT, respectievelijk) met de fase verschil φ tussen hen op twee IDTs, zodat de geproduceerde zaag kan als volgt worden uitgedrukt.
    Equation 1
    Hier,
    Equation 2en Equation 3 = van de akoestische druk.
  2. De golfvorm van de dual-frequentie met de Vergelijkingseditor voor de toepassingssoftware van de ArbExpress op de bemonsteringsfrequentie van 100 MS/s synthetiseren en sla het op de functiegenerator als willekeurige input voor de excitatie van de zaag in de experiment via een USB-kabel.
  3. De kracht van de fundamentele frequentie tot het totaal uitgezonden vermogen variëren Equation 4 van 100% (excitatie op de zuiver fundamentele frequentie) tot 0% (excitatie op de zuiver derde harmonische); voor een goede vergelijking, veranderen, maar het totale vermogen hetzelfde.
  4. Variëren van het verschil van de fase van de excitatie van de dual-frequentie van 0° tot 360°.

4. numerieke simulatie

  1. Beschrijven van de motie van de incompressibele laminaire flow met lage Reynolds (d.w.z., Re = 0,55) en Mach nummers als volgt35.
    Equation 5
    Equation 6
    Hier,
    Equation 7de vloeiende snelheid =
    Equation 8de dynamische viscositeit =
    Equation 9= dichtheid van de vloeistof
    Equation 10de druk op de vloeistof =
    Equation 11de eenheidsmatrix, = en
    Equation 12= een externe kracht.
  2. Beschrijven de geproduceerde Stoke slepen kracht op het object als volgt36.
    Equation 13
    Hier,
    Equation 14de straal van de microparticle =
    Equation 15de snelheid van de vloeistof, = en
    Equation 16= de snelheid van de microparticle.
  3. Afleiden van de akoestische straling kracht uitgeoefend op de microparticle in de microchannel langs de x-as (over de microchannel-breedte) op een enkele frequentie als volgt16 .
    Equation 17
    Hier,
    Equation 18= het volume van de microparticle,
    Equation 19de dichtheid van de microparticle =
    Equation 20de dichtheid van het medium =
    Equation 21= de samendrukbaarheid van de microparticle, en
    Equation 22= de samendrukbaarheid van het medium.
  4. De kracht van de resulterende akoestische straling van de dual-frequentie excitatie als volgt worden afgeleid.
    Equation 23
  5. De dwarse motie uitspreken over de breedte van het kanaal (langs de y-as) Sleep onder zowel de akoestische straling force en de Stokes kracht beheerst door de wet van Newton tweede als volgt.
    Equation 24
  6. Los de gewone differentiaalvergelijkingen (ODEs) boven het gebruik van de vierde orde Runge-Kutta methode op een personal computer. Instellen van de tijd stap en de totale duur als 1 µs en 20 s, respectievelijk.

5. experimentele observatie

  1. Draai de oplossing in de concentratie van 5,9 x 107 met 4 µm groen fluorescent polystyreen kralen per 1 mL door vortex voor ongeveer 2-3 min en laat het vervolgens onderdompelen in een echografie ultrasoonapparaat voor 10 min te verstoren van iedere agglomeratie voordat u elke test.
  2. Vul het mengsel in een spuit met 3 mL en dan rijden met een spuitpomp op een debiet van 3-5 µL/min.
  3. Rijden de IDT met het dual-frequentie signaal van een functiegenerator gevolgd door een eindversterker.
  4. De gestabiliseerde microdeeltjes in de stroomafwaartse microchannel onder een lichte Microscoop bij een 40 X vergroting observeren en registreren van de afbeelding met een digitale camera.
  5. Meten van de locatie van de geaccumuleerde deeltjes in de digitale opnames via ImageJ en de vastgestelde omvang en vervolgens kwantitatief het bepalen van de concentratie van de geaccumuleerde microparticle met de helderheid van de genormaliseerde fluorescentie op elk knooppunt van de druk.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De verdelingen van de akoestische druk en de kracht van de akoestische straling van een SSAW op de dual-frequentie excitatie (6.2 en 18,6 MHz) worden weergegeven in Figuur 1. Hier, de dual-frequentie excitatie treedt op op polystyreen microdeeltjes (4 µm in diameter) in een microchannel met een breedte van 300 µm op een akoestische kracht van 146 mW. De resulterende akoestische druk is altijd in fase wanneer P1 > 90% dus dat slechts één knooppunt druk is aanwezig op y = 150 µm. In tegenstelling, drie druk knooppunten zijn aanwezig bij y = 75, 150 en 225 µm op P1 = 90%, en bij y = 50, 150 en 250 µm op P1 = 0%. De drempel van P1= 90% is vrijwel constant gedurende alle testen voorwaarden, te vinden zoals een microparticle diameter van 4-10 µm, een totale akoestische vermogen van 73-648 mW en een drijvende frequentie van 6.2-18,6 MHz is.

P 1 = 90%, de microdeeltjes in de regio van 75 µm < y < 255 µm en 0 µm ≤ y ≤ 75 µm bewegen in de richting de centrale en de lagere druk knooppunt, respectievelijk. Ter vergelijking: bij P1 = 0%, de regio's voor de Midden- en de lagere druk knooppunten worden gewijzigd in 100 µm < y < 200 µm en 0 µm ≤ y ≤ 100 µm, respectievelijk. Vervolgens de microparticle concentraties op het lagere knooppunt variëren van 25% tot 33,3%, en bij centrale knooppunten van 50% tot 33,3%, als u mindert P1 van 90% tot 0%, respectievelijk (Zie Figuur 2a). De tijd van de beweging van de microparticle richting het knooppunt druk is teruggebracht van ongeveer 1.95 s op P1 = 100% tot 0.97 s op P1 = 95% (Zie Figuur 2b). De afhankelijkheid van de positie van het knooppunt van de druk en de concentratie van de microparticle op P1, experimenteel, gemeten heeft een goede correlatie met de numerieke voorspelling (R2 = 0.85 in Figuur 2 c en R 2 = 0.83 in figuur 2d). Een groot aantal macht ratio's waren getest (n > 31), en de variaties in de positie van de geaccumuleerde deeltjes (6.8-10,6%) zijn veel kleiner dan die in de concentratie van deeltjes in de druk-knooppunten (6.7-31,4%), die kan te wijten zijn aan de het voorkomen van agglomeratie tijdens de accumulatie microparticle.

De eerste fase van de derde harmonische in de dual-frequentie excitatie beïnvloedt de gesynthetiseerde drijvende golfvorm, de kracht van de resulterende akoestische straling de microparticle, en de locatie van het knooppunt druk (Zie Figuur 3). Met een verhoging van φ van 0 ° tot 180 °, druk de drie knooppunten (y = 63,5, 150 en 236.5 µm) zal geleidelijk verschuiven naar beneden over de microchannel. Als P1 is vastgesteld op 85%, de lagere druk knooppunt bevindt zich op y = 49,5 µm, 33.5 µm, 17 µm en 0 µm en op φ = 45 °, 90 °, 135 ° en 180 °, respectievelijk. De akoestische straling troepen uit f1 en f3 zijn uit fase bij φ = 0 °, terwijl in fase bij φ = 180 °. Bijvoorbeeld bij y = 75 µm en φ = 0 °, de maximale akoestische straling krachten van f1 en f3 zijn 37.68 pN en-47.49 pN, respectievelijk. Terwijl op φ = 180 °, de maximale akoestische straling kracht van de f-1 en f3 op dezelfde plaats zijn 37.68 pN en 47.49pN, respectievelijk. Alle druk knooppunten verschuiven naar beneden over de microchannel op een lineaire wijze met de toename van φ. Opgemerkt wordt dat het lagere druk knooppunt verschuivingen in een veel sneller tempo dan die van het centrum en de bovenste druk knooppunten (d.w.z., van 63,5 tot 0 µm, van 150 naar 110,6 µm, en van 236.5 µm tot 190.1 µm met de verandering van φ van 0 ° tot 180 °). Op φ = 180 °, er zijn 4 Druk knooppunten. Na dat, het knooppunt van de druk op de onderste grens (y = 0 µm) verdwijnt, en dat op de bovenste grens (y = 300 µm) verschuift naar beneden tegen hetzelfde tarief als de lagere druk knooppunt met de verandering van φ van 0 ° tot 180 °. Op φ = 360 °, het knooppunt van de druk wordt vervangen door een aangrenzende (dat wil zeggen, het knooppunt van het bovenste druk op φ = 360 ° heeft dezelfde locatie als de centrale druk knooppunt φ = 0 °). De experimentele resultaten hebben een goede overeenkomst met de numerieke voorspelling, met name die van de locatie van het knooppunt van de druk op verschillende fasen.

Figure 1
Figuur 1. (a) schematisch diagram van de experimentele opstelling en (b) foto van IDTs en PDMS microchannel (schaal van 300 µm). (c) de druk golfvorm en (d) de bijbehorende akoestische straling kracht toegepast op de 4-µm microsferen in een 300-µm microfluidic kanaal door de excitatie van de dual-frequentie op de gevarieerde macht ratio's van P1 = 100% (zuiver fundamentele frequentie), 95%, 91%, 90%, 85 %, en 0% (zuiver derde harmonische) bij de totale akoestische vermogen van 146 mW. Motie van microparticle aanvankelijk bij y = 0 µm (e) met de diameter van 4 µm onder de gevarieerde macht ratio's (88-91%) en totale akoestische bevoegdheden (73-648 mW) en (f) met de gevarieerde diameters van 4, 6, 8 en 10 µm op het totale akoestische vermogen van 73 mW. Dit cijfer is gewijzigd van Sriphutkiat, Y., et al.. 34. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2. (a) Microparticle positie en concentratie, (b) motie van microdeeltjes aanvankelijk bij y0 = 0 μm, en accumulatie microparticle tijd met behulp van de excitatie van de dual-frequentie op de totale akoestische vermogen van 146 mW met gevarieerde macht ratio's. Vergelijking van de simulatie en experimentele resultaten (gemiddelde standaardafwijking) van (c) de positie van druk knooppunt (R2 = 0.85, n = 37) en (d) de microparticle concentratie op elk knooppunt van de druk in de microchannel (R2 = 0.83, n = 31) op de verhoudingen van de gevarieerde macht van P1. Dit cijfer is gewijzigd van Sriphutkiat, Y., et al.. 34. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3. (a) de gesynthetiseerde golfvorm op de dual-frequentie excitatie, (b) de verdeling van de daaruit voortvloeiende akoestische straling kracht over de 300-µm microchannel op de gevarieerde beginfase van 0° tot 180° op de vermogen verhouding van 85%. De gevolgen van de eerste fase op de dual-frequentie excitatie, Ø, op de locatie van een knooppunt van de druk in het (c) simulatie en (e) experiment (gemiddelde ± standaardafwijking) en het percentage van microdeeltjes verzameld op elk knooppunt van de druk in de (d) simulatie en (f) experiment. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

De microparticle beweging in de microchannel door een SSAW op de dual-frequentie excitatie werd uitgebreid onderzocht in deze studie, en een effectief afstembare patronen techniek door het variëren van de dual-frequentie excitatie-signalen is ontwikkeld en getest. De productie van dergelijke een golfvorm is gemakkelijk gerealiseerd door meeste FUNCTIEGENERATOREN, en de aanpak van de aanpassing is erg handig. Zowel de S12- en de S11-frequentie respons van de gefabriceerde IDTs illustreren verscheidene resonant modi34. De gemeten fundamentele frequentie van 6.1 MHz en de derde harmonische van 17.8 MHz liggen dicht bij die ontworpen waarden (6.2 en 18,6 MHz) met soortgelijke overdracht coëfficiënten,-8.34 dB vs. -9.75 dB, respectievelijk. Dus, een soortgelijke akoestische energie uitgang op deze twee componenten op de dual-frequentie excitatie met behulp van de enkele IDT wordt verwacht. Zulk een combinatie van de component is niet alleen beperkt tot de f-1 en f3. Anderen, zijn zoals f1 en f5, en f3 f5, ook van toepassing. Hoewel piezoceramics ook verschillende harmonischen van de bulk akoestische genereren kan, is gelijktijdige excitatie van hen onmogelijk. Overschakelen van het akoestische veld zou kunnen vergroten de microparticle sorteren29 maar ten koste van meer apparatuur en een hoge complexiteit.

Het aantal en de locatie van druk knooppunten in de microchannel en de bijbehorende microparticle concentraties kunnen worden afgestemd gunstig en effectief door de dual-frequentie excitatie zonder dat andere delen. Slechts één druk op P1 > 90% knooppunt is hetzelfde als die geproduceerd door de fundamentele frequentie. Er zijn echter drie druk knooppunten met uiteenlopende standpunten en een microparticle concentratie onder deze drempel ligt. Deze drempel is constant voor alle testen parameters hier, zoals de drijvende frequentie, de akoestische en de diameter van microdeeltjes gevonden. De experimentele resultaten correleren goed met de theoretische voorspelling. Met behulp van deze strategie voorgesteld, het tijdstip van de beweging van deeltjes kan worden teruggebracht tot ~ 2-fold, die een hogere doorvoersnelheid suggereert.

Fase modulatie met dubbele frequentie biedt een flexibele controle over de locatie van de knooppunten druk. Verschuiven van andere knooppunten druk weg of aanpassing van de richting van de kracht van akoestische straling naar binnen kan zijn een eenvoudige manier om het aantal van de deeltjes op het specifieke druk knooppunt. Op φ ≥ 180 °, het knooppunt van de druk aan de onderkant van de microchannel zal verdwijnen, maar de ene at de top zal verschijnen. Op φ = 360 °, de vervanging van druk knooppunten optreedt. Dus verplaatst druk knooppunten lijnen continu met de gevarieerde fase tussen twee onderdelen van de frequentie.

In deze studie zijn er nog enkele beperkingen. Meer akoestische demping en viskeuze verwarming van het materiaal van de muur kunnen worden ingevoerd bij een SAW wordt doorgegeven via een dikke PDMS microchannel37. Parasitaire Golf excitatie in de muur, zoals een bulk akoestische Golf, kan ook de vloeistof in de microchannel actuate. Experimenten met behulp van de biologische cellen zijn in een grote behoefte voor klinisch gebruik.

Deze akoestische LOC is inherent niet-invasief en deze nieuwe excitatie-strategie zou de houdbaarheid en manipulatie, die heeft een groot potentieel in vele toepassingen vergroten. Dual-frequentie excitatie in biologische diagnoses, zoals circulerende tumorcellen (CTCs), isoleren kan informeren over het vóórkomen van metastase en vervolgens aanvragen onmiddellijke behandeling.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Dit werk werd gesponsord door de academische onderzoeksfonds (AcRF)-fase 1 (RG171/15), ministerie van onderwijs, 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

Engineering fase kwestie 138 Microparticle manipulatie oppervlakte akoestische staande golf dual-frequentie excitatie machtsverhouding verschil microfluidic kanaal
Microparticle manipulatie door permanent oppervlakte akoestische golven met Dual-frequentie excitaties
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