Fabrication et fonctionnement de Acoustofluidic Dispositifs de support en vrac ondes acoustiques permanents pour introducteur Mise au point des particules

L'objectif général de cette méthode de fabrication est de créer un dispositif acoustofluide polyvalent et robuste permettant de manipuler des particules colloïdales de taille micrométrique sans contact, à l'aide d'ondes acoustiques stationnaires en volume. Notre objectif est de présenter une approche simple en montrant comment fabriquer des outils acoustofluidiques capables de générer des ondes acoustiques stationnaires en volume, en utilisant des équipements et des procédures standards, dans l'espoir de rendre cette technologie utile plus accessible. Un avantage majeur de l'acoustofluidique est qu'elle offre un moyen simple de focaliser ou de séparer rapidement des entités microscopiques, ce qui a des implications importantes en cytométrie sur puce et en tri cellulaire.

Cette technologie offre la possibilité d'organiser des particules à divers débits d'écoulement de manière douce et sélective, le tout sur une plateforme miniaturisée pratique. Dans un local propre, placez un wafer de silicium de six pouces, propre et poli sur une seule face, sur un coupleur de rotation, la face polie orientée vers le haut. Déposez un photoresist positif directement au centre du wafer en versant soigneusement jusqu'à ce que le photoresist recouvre la majeure partie du wafer.

Ensuite, faire tourner l'échantillon afin d'obtenir une couche uniforme de résine photosensible. Une fois terminé, relâcher le vide sur le porte-échantillon et utiliser une pince à plaquettes pour récupérer la plaquette. Puis, placer la plaquette sur une plaque chauffante et effectuer une pré-cuisson pendant la durée indiquée par le fournisseur de la résine photosensible.

Pendant que la résine photosensible cuit, chargez un masque photolithographique, comme celui illustré ici, dans le support d'un aligneur de masque. Ensuite, insérez la plaquette et exposez-la à une lumière UV avec une dose d'énergie spécifiée par le fournisseur de la résine photosensible. Puis, retirez la plaquette photodéfinie du support et placez-la dans une solution de révélateur correspondant.

Une fois terminé, retirez la plaquette du révélateur, rincez-la avec un flux continu d'eau déionisée et séchez-la à l'azote. Chargez la plaquette photomasquée dans la chambre d'un appareil d'attaque ionique réactive profonde et gravez les canaux fluidiques dans la plaquette à la profondeur souhaitée en suivant les procédures standard de gravure. Lorsque le processus de gravure est terminé, déchargez l'échantillon de la chambre et placez-le dans un grand bécher contenant une solution de retrait du photo-résist.

Veillez à ce que la plaquette soit immergée dans la solution et laissez-la tremper pendant une heure à 65 degrés Celsius. Retirez la plaquette du bécher et rincez-la avec des jets alternés d'acétone et d'alcool isopropylique. Ensuite, séchez la plaquette à l'azote.

Dans une hotte bien ventilée approuvée pour l'utilisation d'acides, préparez une solution de Piranha dans un grand bécher propre en ajoutant du peroxyde d'hydrogène à 30 % à de l'acide sulfurique selon un rapport de un à trois. Immergez la plaquette gravée par ions dans la solution de Piranha, côté gravure vers le haut, et laissez-la pendant cinq minutes. Retirez ensuite la plaquette et rincez-la abondamment avec de l'eau déionisée.

Réimmergez la plaquette dans la solution de piranha pendant deux minutes supplémentaires, puis rincez-la à nouveau abondamment avec de l’eau déionisée. Dans une hotte bien ventilée et réservée à l’utilisation de solvants, lavez la plaquette à l’aide d’un flux continu d’acétone, suivi d’un flux continu de méthanol, puis séchez-la à l’aide de gaz azote. Á l’aide d’un outil de gravure, gravez des lignes droites sur la plaquette tout autour du périmètre de la puce microfluidique, de sorte qu’elle soit plus petite que les dimensions du segment rectangulaire en verre percé de trous préalablement forés.

Cassez délicatement la plaquette selon les lignes gravées. Rincez le segment de silicium avec un flux continu d'acétone, suivi d'un flux continu de méthanol. Ensuite, placez la plaquette sur une plaque chauffante à 95 degrés Celsius pendant deux minutes pour la faire sécher.

Ensuite, ajoutez soigneusement le verre propre au-dessus du segment en silicone, avec les motifs gravés orientés vers le haut. Assurez-vous que les trous sont correctement alignés. Puis, retournez délicatement les segments tout en veillant à ce que les trous restent alignés.

Fixez les deux segments avec du ruban adhésif conducteur double face, en utilisant une moitié du ruban pour sécuriser les bords verticaux du segment en silicone et l'autre moitié pour fixer le verre en saillie. Ensuite, retournez à nouveau les segments de manière à ce que le segment de verre se retrouve au-dessus. Placez les segments sur un bloc d'acier placé sur une plaque chauffante à 450 degrés Celsius.

Ensuite, ajoutez soigneusement une deuxième plaque d'acier d'au moins cinq kilogrammes directement sur le dessus des segments assemblés en verre et en silicium. Cette plaque ne doit pas être en contact avec le segment de silicium ni avec le ruban conducteur. À l'aide d'une alimentation haute tension, reliez le fil actif à la plaque d'acier située au-dessus des segments assemblés en verre et en silicium, et la masse à la plaque d'acier inférieure.

Activez la tension sur la plaque chauffante à 1 000 volts. Vérifiez la tension appliquée à l’aide d’un multimètre en appuyant une sonde contre la plaque inférieure et l’autre sonde contre la plaque supérieure. Revenez après deux heures pour éteindre la plaque chauffante et l’alimentation continue, puis retirez l’appareil des blocs métalliques.

Gratter la surface du verre avec un rasoir pour éliminer toute saleté produite par le collage anodique, puis nettoyer la surface du verre avec de l'acétone. Ensuite, préparer une feuille de polydiméthylsiloxane d'environ cinq millimètres d'épaisseur en la découpant en plusieurs petits morceaux carrés d'environ 10 millimètres sur 10 millimètres. Utiliser un poinçon de biopsie de 3 mm pour percer un trou au centre de chaque morceau.

Ensuite, collez directement les blocs au-dessus des trous sur le substrat en verre à l'aide d'une résine époxy. Soudez deux fils aux deux zones conductrices du transducteur. Collez soigneusement le transducteur en zirconate-titanate de plomb sur le segment en silicium à l'arrière du dispositif, centré sous le microcanal.

Enfin, insérez le tube en silicone à travers les trous dans les blocs de polydiméthylsiloxane et ajoutez de la colle supplémentaire autour des blocs et du tube afin de les fixer solidement. Fixez fermement l'appareil sur la platine d'un microscope, en plaçant le microcanal directement sous l'objectif. Veillez à ce que le transducteur n'entre pas en contact avec la platine.

Ensuite, reliez les tubes en silicone provenant des sorties de l'appareil à des seringues fixées sur des pompes à seringue. Placez le tube en silicone menant à l'entrée de l'appareil dans un flacon contenant une suspension de billes de polystyrène ou de cellules d'intérêt. Puis, placez le flacon contenant l'échantillon sur un agitateur magnétique afin de le mélanger en continu, garantissant ainsi une concentration constante tout au long de l'expérience.

Reliez le transducteur à la sortie d'un amplificateur de puissance placé en série avec un générateur de fonctions. Programmez les paramètres sur le générateur de fonctions et surveillez la sortie à l'aide d'un oscilloscope. Ensuite, allumez le générateur de fonctions et l'amplificateur de puissance pour commencer à actionner le transducteur.

Ensuite, allumez le microscope et assurez-vous que le canal microfluidique est nettement au point. De plus, allumez la pompe à seringue pour introduire l'échantillon dans le dispositif. Surveillez les entités qui s'écoulent à travers le dispositif à l'aide d'un microscope à fluorescence tout au long de l'expérience.

Ici, une pompe à seringue a été utilisée pour infuser dans la chambre microfluidique une suspension de billes de polystyrène fluorescentes vertes à un débit de 100 microlitres par minute. Une fois que le transducteur en zirconate-titanate de plomb est activé et réglé à une fréquence de 2,366 mégahertz, une onde stationnaire de demi-longueur d'onde se forme sur la largeur de ce microcanal, qui mesure 313 micromètres. Ceci concentre le flux de billes le long du nœud de pression.

Lorsque les particules en silicone fluorescentes rouges, qui possèdent un facteur de contraste acoustique négatif, ont été injectées dans le dispositif, elles se sont concentrées le long des nœuds antinodaux de pression. La capacité de ce système à focaliser les particules dépend à la fois du débit et des tensions appliquées. Lorsque le débit augmente, la répartition des particules à travers le microcanal s'élargit.

L'augmentation des tensions appliquées accroît également le degré de focalisation des particules. Une fois en fonctionnement, ce dispositif peut être utilisé pour manipuler des particules et des cellules dans diverses bioanalyses et expériences basées sur la microfluidique, nécessitant un contrôle précis spatial ou temporel. Il est important de prendre son temps et de faire preuve de prudence à chaque étape, car la précipitation à n'importe quelle étape peut introduire des imperfections dans le dispositif final.

Une fois le dispositif terminé, il peut être utilisé de nombreuses fois à condition de prendre soin de le nettoyer entre chaque utilisation avec des détergents et des tampons de lavage appropriés. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre comment fabriquer un dispositif acoustofluidique constitué de silicium et de verre, capable de supporter des ondes stationnaires acoustiques en volume. Veuillez vous rappeler que vous manipulez des produits chimiques puissants, tels que le mélange Piranha, qui peuvent être extrêmement dangereux en cas de mauvaise manipulation.

Veuillez manipuler ces liquides avec précaution afin d'assurer une pratique chimique sécuritaire pour l'ensemble de vos travaux de fabrication.