Fabricación y funcionamiento de los dispositivos de apoyo a granel Acoustofluidic ondas acústicas pie para Sheathless Centrándose de partículas

El objetivo general de este enfoque de fabricación es crear un dispositivo acusto-fluidico versátil y robusto para manipular partículas coloidales de tamaño micrométrico de forma no invasiva mediante ondas acústicas estacionarias en volumen. Nuestro objetivo es demostrar un enfoque sencillo mostrando cómo fabricar herramientas acusto-fluidicas que soporten ondas acústicas estacionarias en volumen utilizando equipos y procedimientos estándar, con la esperanza de hacer que esta tecnología útil sea más accesible. Una ventaja importante de la acusto-fluidica es que ofrece una forma sencilla de enfocar o separar rápidamente entidades microscópicas, lo que tiene amplias implicaciones en citometría y clasificación celular en chip.

Esta tecnología ofrece la capacidad de organizar partículas a diversas tasas de flujo de manera suave y selectiva, todo en una plataforma miniaturizada conveniente. En una instalación de sala limpia, coloque una oblea de silicio de seis pulgadas limpia, pulida por un solo lado, sobre un cubreobjetos giratorio con el lado pulido hacia arriba. Deposite una resina fotosensible positiva directamente en el centro de la oblea vertiendo cuidadosamente hasta que la resina cubra la mayor parte de la oblea.

A continuación, haga girar la muestra para producir una capa uniforme de fotoresistente. Una vez finalizado, libere el vacío del portamuestras y utilice pinzas para obleas para retirar la oblea. A continuación, coloque la oblea sobre una placa calefactora y realice un presecado durante el tiempo especificado por el proveedor del fotoresistente.

Mientras el fotoresistente se hornea, cargue una máscara fotográfica, como la que se muestra aquí, en el soporte de un alineador de máscaras. Luego, cargue la oblea y expóngala a luz ultravioleta con una dosis de energía especificada por el proveedor del fotoresistente. A continuación, retire la oblea con el patrón fotográfico del soporte y colóquela en una solución del revelador correspondiente.

Una vez finalizado, retire la oblea del revelador, lávela con un flujo constante de agua desionizada y séquela con nitrógeno. Cargue la oblea fotopatrón en la cámara de un instrumento de grabado profundo por iones reactivos y grabe los canales fluidicos en la oblea hasta la profundidad deseada siguiendo los procedimientos estándar de grabado. Cuando finalice el proceso de grabado, descargue la muestra de la cámara y colóquela en un vaso de precipitados grande que contenga una solución removedora de fotoresina.

Asegúrese de que la oblea esté sumergida en la solución y déjela en remojo durante una hora a 65 grados Celsius. Retire la oblea del vaso de precipitados y enjuáguela con chorros alternos de acetona y alcohol isopropílico. Luego, seque la oblea con nitrógeno.

En una campana bien ventilada que esté aprobada para el uso de ácidos, prepare una solución de Piranha en un vaso de precipitados grande y limpio añadiendo peróxido de hidrógeno al 30 % al ácido sulfúrico en una proporción de uno a tres. Sumerja la oblea grabada por iones en la solución de Piranha con las estructuras grabadas hacia arriba y déjela durante cinco minutos. A continuación, retire la oblea y enjuáguela bien con agua desionizada.

Vuelva a sumergir la oblea en la solución de Piranha durante dos minutos adicionales y luego enjuáguela nuevamente con grandes cantidades de agua desionizada. En una campana extractora separada y bien ventilada, destinada exclusivamente al uso de disolventes, lave la oblea con un flujo constante de acetona, seguido de un flujo constante de metanol, y luego seque la oblea con gas nitrógeno. Utilizando una herramienta de rayado, trace líneas rectas sobre la oblea alrededor del perímetro del chip microfluídico, de modo que este sea más pequeño que las dimensiones del segmento rectangular de vidrio con orificios preperforados.

Rompa cuidadosamente la oblea a lo largo de las líneas grabadas. Enjuague el segmento de silicio con un flujo constante de acetona seguido de un flujo constante de metanol. Luego, coloque la oblea sobre una placa calefactora a 95 grados Celsius durante dos minutos para que se seque.

A continuación, agregue cuidadosamente el vidrio limpio sobre el segmento de silicona con las características grabadas hacia arriba. Asegúrese de que los orificios estén correctamente alineados. Luego, gire cuidadosamente los segmentos mientras se asegura de que los orificios permanezcan alineados.

Sujete los dos segmentos con cinta conductora de doble cara, de modo que la mitad de la cinta fije los bordes verticales del segmento de silicona y la otra mitad de la cinta fije el vidrio sobresaliente. Luego, gire nuevamente los segmentos de manera que el segmento de vidrio quede en la parte superior. Coloque los segmentos encima de una placa de acero sobre una placa calefactora a 450 grados Celsius.

Luego, agregue cuidadosamente una segunda losa de acero de al menos cinco kilogramos directamente encima de los segmentos ensamblados de vidrio y silicio. Esta losa no debe estar en contacto con el segmento de silicio ni con la cinta conductora. Utilizando una fuente de alimentación de alto voltaje, conecte el cable activo a la losa de acero colocada encima de los segmentos ensamblados de vidrio y silicio y la conexión a tierra a la losa de acero inferior.

Encienda el voltaje de la placa calefactora subyacente a 1.000 voltios. Verifique el voltaje aplicado utilizando un multímetro, presionando una sonda contra la placa inferior y la otra sonda contra la placa superior. Regrese después de dos horas para apagar la placa calefactora y la fuente de alimentación de corriente continua, y retire el dispositivo de los bloques metálicos.

Raspe la superficie del vidrio con una cuchilla para eliminar cualquier residuo producido por la unión anódica y luego limpie la superficie del vidrio con acetona. A continuación, prepare una lámina de polidimetilsiloxano de aproximadamente cinco milímetros de espesor, cortándola en varios pequeños bloques cuadrados de aproximadamente 10 milímetros por 10 milímetros. Utilice un punzón de biopsia de 3 mm para hacer un orificio en el centro de cada bloque.

Luego, pegue las placas directamente encima de los orificios en el sustrato de vidrio utilizando epoxi. Soldar dos cables a las dos áreas conductoras del transductor. Pegue cuidadosamente el transductor de titanato de circonato de plomo al segmento de silicio en la parte posterior del dispositivo, centrado debajo del microcanal.

Finalmente, inserte el tubo de silicona a través de los orificios en las placas de polidimetilsiloxano y agregue pegamento adicional alrededor de las placas y el tubo para asegurarlos en su lugar. Monte firmemente el dispositivo sobre la platina del microscopio con el microcanal directamente debajo del objetivo. Tenga cuidado de que el transductor no haga contacto con la platina.

A continuación, conecte los tubos de silicona provenientes de las salidas del dispositivo a jeringas fijadas en bombas de jeringa. Coloque el tubo de silicona que conduce a la entrada del dispositivo en un vial que contenga una suspensión de microesferas de poliestireno o células de interés. Luego, coloque el vial que contiene la muestra sobre una placa agitadora para mezclarla continuamente y asegurar así que se mantenga una concentración constante durante todo el experimento.

Conecte el transductor a la salida de un amplificador de potencia en serie con un generador de funciones. Configure los ajustes en el generador de funciones y supervise la salida en un osciloscopio. Luego, encienda el generador de funciones y el amplificador de potencia para comenzar a accionar el transductor.

A continuación, encienda el microscopio y asegúrese de que el canal microfluídico esté claramente enfocado. Además, encienda la bomba de jeringa para introducir la muestra en el dispositivo. Monitoree las entidades que fluyen a través del dispositivo mediante un microscopio de fluorescencia durante todo el experimento.

Aquí, se utilizó una bomba de jeringa para infundir la cámara microfluídica con una suspensión de microesferas de poliestireno fluorescentes verdes a una velocidad de 100 microlitros por minuto. Una vez que el transductor de zirconato titanato de plomo se activa y se sintoniza a una frecuencia de 2,366 megahercios, se forma una onda estacionaria de media longitud de onda a lo ancho de este microcanal, cuyo ancho es de 313 micrómetros. Esto enfoca el flujo de microesferas a lo largo del nodo de presión.

Cuando se inyectaron las partículas de silicona fluorescentes rojas, que tienen un factor de contraste acústico negativo, en el dispositivo, estas se concentraron a lo largo de los antinodos de presión. La capacidad de este sistema para enfocar partículas depende tanto del caudal como de los voltajes aplicados. A medida que aumenta el flujo, la distribución de partículas a través del microcanal se dispersa.

Además, aumentar los voltajes aplicados incrementa el grado de enfoque de las partículas. Una vez en funcionamiento, este dispositivo puede utilizarse para manipular partículas y células en una variedad de bioensayos y experimentos basados en microfluidos que requieran un control espacial o temporal preciso. Es importante recordar tomarse el tiempo necesario y tener cuidado en cada paso, ya que la prisa en cualquiera de ellos puede introducir imperfecciones en el dispositivo final.

Una vez finalizado el dispositivo, se puede utilizar muchas veces siempre que se tenga el cuidado adecuado de limpiarlo entre usos con detergentes y tampones de lavado apropiados. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo fabricar un dispositivo acoustofluidico compuesto de silicio y vidrio que soporte ondas acústicas estacionarias en volumen. Tenga en cuenta que está trabajando con sustancias químicas peligrosas, como la mezcla Piranha, que pueden ser extremadamente peligrosas si se manipulan inadecuadamente.

Tenga cuidado adecuado al manipular estos líquidos para garantizar una práctica química segura en todo su trabajo de fabricación.