用于无鞘聚焦颗粒的体声驻波声流控器件的制备与操作

本制备方法的总体目标是创建一种多功能且稳定的声流控器件，利用体声驻波以非接触方式操控微米级胶体颗粒。我们的目标是通过展示如何使用常规设备和标准流程制备支持体声驻波的声流控工具，提供一种简便的方法，以期使这一实用技术更易于推广。声流控技术的主要优势在于，它能够简便、快速地聚焦或分离微小颗粒，这一特性在芯片上细胞计数和细胞分选领域具有广泛的应用前景。

该技术能够在便捷的微型化平台上，以温和且精准的方式，根据多种流速对颗粒进行排列。在洁净室设施中，将一片洁净的六英寸单面抛光硅片放置于旋涂仪上，抛光面朝上。通过小心倾倒，将正性光刻胶直接滴加至硅片中心，直至光刻胶覆盖大部分硅片表面。

然后，旋转样品以形成均匀的光刻胶层。完成后，释放卡盘上的真空，并使用晶圆镊子取出晶圆。接着，将晶圆放置在加热板上，按照光刻胶供应商规定的时长进行前烘（软烘）。

在光刻胶烘烤的同时，将光掩模（如图所示）装入掩模对准仪的掩模 holder 中。然后，将硅片装入并用紫外光照射，曝光能量需按照光刻胶供应商规定的剂量进行。接着，将完成光刻图形的硅片从 holder 中取出，并放入其对应的显影液中。

完成后，将晶圆从显影液中取出，用稳定的去离子水水流冲洗，并用氮气吹干。将光刻后的晶圆装入深反应离子刻蚀仪的腔室中，按照标准刻蚀程序将流体通道刻蚀至所需深度。刻蚀过程结束后，将样品从腔室中取出，放入盛有光刻胶去除剂溶液的大烧杯中。

确保晶圆完全浸没在溶液中，并在65摄氏度下浸泡一小时。将晶圆从烧杯中取出，用丙酮和异丙醇交替冲洗。随后用氮气吹干晶圆。

在通风良好且适用于酸类操作的通风橱中，将30%过氧化氢与硫酸按1:3的比例加入一个洁净的大烧杯中，配制Piranha溶液。将离子刻蚀后的晶圆刻蚀面朝上浸入Piranha溶液中，静置五分钟。随后取出晶圆，用去离子水充分冲洗。

将晶圆再次浸入piranha溶液中额外两分钟，然后用大量去离子水再次冲洗。在另一个专用于溶剂操作且通风良好的通风橱中，先用持续流动的丙酮冲洗晶圆，再用持续流动的甲醇冲洗，最后用氮气将晶圆吹干。使用刻划工具，在晶圆上围绕微流控芯片的外围刻出直线，使其尺寸小于带预钻孔的矩形玻璃片的尺寸。

沿刻蚀线小心折断晶圆。先用稳定的丙酮流冲洗硅片片段，再用稳定的甲醇流冲洗。随后将晶圆置于95摄氏度的加热板上干燥两分钟。

接下来，小心地将洁净的玻璃片放置在硅胶段上，确保刻蚀面朝上，并使孔位准确对齐。然后，在保持孔位对齐的前提下，小心翻转各片段。

用双面导电胶带固定两个片段，其中胶带的一半固定硅胶片段的垂直边缘，另一半固定悬空的玻璃。然后再次翻转这两个片段，使玻璃片段位于上方。将这两个片段放置在加热板上温度为450摄氏度的钢块表面。

然后，小心地将第二块质量至少为五公斤的钢块直接放置在组装好的玻璃和硅片组件的顶部。该钢块不应与硅片或导电胶带接触。使用高压电源，将火线连接到玻璃和硅片组件上方的钢块上，将接地线连接到下方的钢块上。

将下方加热板的电压调至1,000伏。使用万用表检测施加的电压，将一根探针接触底板，另一根探针接触顶板。两小时后返回，关闭加热板和直流电源，从金属板上取下装置。

用刀片刮擦玻璃表面，去除阳极键合过程中产生的污垢，然后用丙酮清洁玻璃表面。接着，将聚二甲基硅氧烷切成若干块约10毫米×10毫米的小方块，制备厚度约为5毫米的片材。使用3毫米活检打孔器在每块方块的中心打一个孔。

然后，使用环氧树脂将切片直接粘合在玻璃基底的孔洞上方。将两根导线焊接到换能器的两个导电区域。小心地将锆钛酸铅换能器粘合在装置背面微通道正下方的硅片区域中心位置。

最后，将硅胶管穿过聚二甲基硅氧烷切片上的孔洞，并在切片与管子周围添加额外的胶水以固定其位置。将装置牢固地安装在显微镜载物台上，使微通道正好位于物镜下方。注意确保换能器不与载物台接触。

接下来，将装置出口处的硅胶管连接至固定在注射泵上的注射器。将通向装置入口的硅胶管放入含有聚苯乙烯微球或目标细胞悬浮液的小瓶中。然后，将装有样品的小瓶置于搅拌台上，持续搅拌，以确保在整个实验过程中保持恒定的浓度。

将换能器与功率放大器的输出端连接，功率放大器需与函数发生器串联。在函数发生器上设置参数，并通过示波器监测输出信号。然后，开启函数发生器和功率放大器，开始驱动换能器工作。

接下来，打开显微镜并确保微流控通道清晰对焦。同时，启动注射泵以将样品引入装置。在整个实验过程中，使用荧光显微镜监测流经装置的实体。

此处使用注射泵以每分钟100 µL的流速将绿色荧光聚苯乙烯微球悬浮液注入微流控腔室。当锆钛酸铅换能器被激活并调节至2.366 MHz频率时，在该微通道（宽度为313 µm）的横向上形成半个波长的驻波，从而将微球流聚焦于压力波节处。

当注入具有负声学对比因子的红色荧光硅酮颗粒时，这些颗粒会在压力波腹处富集。该系统对颗粒的聚焦能力取决于流速和施加的电压。随着流速增加，颗粒在微通道内的分布会变得更加分散。

同时，提高施加的电压可增强颗粒聚焦的程度。该装置一旦运行，即可用于操控颗粒和细胞，适用于多种需要精细空间或时间控制的基于微流控的生物分析和实验。需要注意的是，在操作过程中务必保持耐心并仔细对待每一步骤，因为任何步骤中的仓促都可能在最终装置中引入缺陷。

只要在每次使用后使用适当的清洁剂和洗涤缓冲液对装置进行正确清洗，该装置便可多次重复使用。观看本视频后，您应能够充分掌握如何制备由硅和玻璃构成、用于支持体声驻波的声流控装置。请务必注意，实验过程中涉及强腐蚀性化学试剂（如Piranha混合液），若操作不当，可能造成严重危害。

在处理这些液体时，请务必小心谨慎，以确保所有制备工作的化学操作安全。