Fabricación de canales de nanoaltura que incorporan la actuación de onda acústica superficial a través de niobato de litio para nanofluídicos acústicos

Nuestro protocolo proporciona un método de fabricación detallado de canales de nano-altura que incorporan accionamiento de onda acústica superficial a través de niobato de litio para nanofluídicos acústicos. Esta técnica se puede utilizar para realizar la unión multicapa activada por superficie plasmática a temperatura ambiente de niobato de litio de cristal único, un proceso igualmente útil para la unión de niobato de litio o dióxido de silicio y otros óxidos. Los residuos y partículas deben eliminarse durante los procesos de limpieza y plasma activado para evitar fallos de unión en la formación de canales de nanoaltura.

La demostración visual de este método puede capturar todo el proceso de fabricación en detalle, lo que resulta en una presentación clara del protocolo para otros investigadores. Para preparar una máscara de canal de nano-altura, coloque una oblea inscrita con un patrón diseñado para ser una fotolitografía normal en los procedimientos de despegue en un sistema de deposición de pulverización y dibuje el vacío de la cámara a cinco veces 10 hasta el seis mililitor negativo. Permita que el argón fluya a 2,5 mililitror y sputter cromo a 200 vatios para producir una máscara de sacrificio de 400 nanómetros de espesor en 18 minutos.

Al final de la deposición, sumerja completamente la oblea en un vaso de acetona y sonice la oblea a intensidad media durante 10 minutos. Al final de la sonicación, enjuague la oblea con agua desionizada y seque la oblea con flujo de nitrógeno seco. A continuación, utilice una sierra de dicing para dividir la oblea en chips individuales con un patrón de nano-slit por chip.

Para fabricar el canal de nano-altura, coloque la oblea en una cámara de grabado de iones reactivos. Establezca los parámetros de la cámara como se indica para producir una nano-hendidura de 120 nanómetros de profundidad en el niobato de litio. Para taladrar las entradas y salidas del canal, utilice cinta adhesiva de doble cara para fijar una pequeña placa de acero a la parte inferior de una placa Petri y el chip grabado a la placa.

Llene el plato con agua para sumergir completamente el chip y coloque una broca de diamante de 0,5 milímetros de diámetro en una prensa de perforación. A continuación, taladre a una velocidad de al menos 10.000 rotaciones por minuto para mecanizar las entradas y salidas deseadas. Para el grabado en húmedo de cromo, utilice una pluma de grabado de punta de diamante para marcar claramente la superficie plana sin enganche del niobato de litio perforado para realizar un seguimiento de qué lado se encuentra el canal de nano-altura y sonicar las virutas en cromo etchant.

Para la limpieza con disolvente de las virutas, coloque pares de virutas que consistan en un dispositivo de onda acústica superficial y un chip de depresión a nanoescala grabado y sumerja los pares en un vaso de acetona colocado con un baño de sonicación. Después de dos minutos de sonicación en acetona, sonicar las virutas en metanol durante un minuto. Al final de la sonicación de metanol, enjuague las virutas en agua desionizada.

A continuación, agregue peróxido de hidrógeno al ácido sulfúrico en una proporción de uno a tres en una capucha bien ventilada y coloque todas las virutas en un soporte de teflón. Coloque cuidadosamente el soporte en el vaso de ácido piraña durante 10 minutos antes de enjuagar las virutas y el soporte en dos baños de agua desionizados secuenciales. Después del segundo enjuague, seque las virutas con flujo de nitrógeno seco e coloque inmediatamente las muestras en el equipo de activación de plasma de oxígeno manteniéndolas cubiertas durante la manipulación para evitar la contaminación.

Usando 120 vatios de potencia mientras expone las virutas al flujo de oxígeno a 120 centímetros cúbicos estándar durante 150 segundos, active las superficies de la viruta con el plasma. Al final de la activación, sumerja inmediatamente las muestras en un baño de agua desionizada fresca durante al menos dos minutos. Después de secar las virutas con flujo de nitrógeno seco, coloque cuidadosamente el chip de nano-slit en el chip del dispositivo de onda acústica de superficie en la posición deseada con las virutas alineadas en la orientación adecuada.

Luego use pinzas o similares para presionar hacia abajo sobre la muestra desde su centro para iniciar la unión, aplicando una presión suave a las áreas que no se unieron después de la depresión inicial. A continuación, coloque las muestras unidas en una abrazadera para ejercer cargas de forma segura a pesar de la expansión térmica y coloque las muestras sujetas en un horno de temperatura ambiente. A continuación, ajuste la temperatura del horno a 300 grados centígrados con una velocidad de rampa de dos grados Centígrados por minuto como máximo con un tiempo de permanencia de dos horas antes del apagado automático.

Para observar el movimiento del fluido en la nano-rendija completa, coloque el chip de nano-slit bajo un microscopio invertido y gire el chip a través de un filtro polarizador lineal en la trayectoria óptica para bloquear adecuadamente la duplicación de imagen basada en birefringencia en el niobato de litio. A continuación, agregue agua desionizada ultrapura a la entrada e imagine la progresión del fluido. Para el accionamiento de ondas acústicas superficiales, conecte los absorbedores a los extremos del dispositivo de onda acústica superficial para evitar ondas acústicas reflejadas y establezca la frecuencia de resonancia en un generador de señal en alrededor de 40 megahercios.

Utilice un amplificador para amplificar la señal y utilice un osciloscopio para medir el voltaje real, la corriente y la potencia aplicadas al dispositivo. A continuación, aplique un campo eléctrico sinusoidal al transductor interdigital y registre el movimiento del fluido durante la actuación dentro de la nano-slit. En estas imágenes, se muestra el llenado capilar de agua desionizada ultrapura en un canal de 100 nanómetros de 400 micrómetros de ancho y un canal de 100 nanómetros de 40 micrómetros de ancho.

Las fuerzas capilares extraen el llenado de fluidos de toda la nano-slit con una gota de agua ultrapura entregada a través de la entrada y el llenado se produjo más rápidamente dentro del canal más estrecho debido a su mayor fuerza capilar. En este experimento, se drenó agua en una ranura de altura de 100 nanómetros para mostrar una interfaz agua-aire con la longitud máxima en el medio que indica una energía acústica máxima en el centro del dispositivo de onda acústica de la superficie. Se requiere una potencia aplicada de umbral de alrededor de un vatio para forzar que la presión acústica sea mayor que la presión capilar para impulsar un fenómeno de drenaje visible.

La mayoría de los procesos de fabricación deben llevarse a cabo en una sala limpia para evitar la contaminación por partículas a microescala y el líquido utilizado para el llenado debe ser ultrapuro para evitar la obstrucción de la nano-slit. Nuestro enfoque ofrece un sistema de fluidos nanoacústicos para la investigación de una variedad de problemas físicos y aplicaciones biológicas a nanoescala.