ייצור, תפעול ויזואליזציה זרימה במיקרופלואידיקה אקוסטית-נגדית Surface--מונע גל אקוסטי

המטרה הכוללת של הניסוי הבא היא להראות את פעולת ייצור המכשיר והדמיית זרימה לאחר מכן של מכשיר זרימה נגדית מיקרופלואידי אקוסטי מונע גל. זה מושג על ידי ייצור ראשון של המכשיר הדו-שכבתי המורכב משכבת גל אקוסטית של משטח ליתיום בדוגמת זהב, ושכבת מיקרו-ערוץ פולימתיל שין. כשלב שני, המכשיר נבדק עם מנתח רשת כדי להבטיח את תפקודו התקין של המתמר הבין-דיגיטלי, כמו גם כדי למצוא את תדר התהודה שבו יש להפעיל את מכשיר הזרימה הנגדית.

לאחר מכן, כניסת המכשיר נטענת בנוזל זרעי מיקרוספרה ואות RF מוחל על המתמר הבין-דיגיטלי ביציאה. זרימת הערוץ המתקבלת נרשמת במיקרוסקופ במהירות גבוהה לתוצאות הניתוח מתקבלות כדי להציג תוכניות זרימה שונות, התלויות בעיקר בגיאומטריות המכשיר ובכוח המופעל. בעוד ששיטה זו מיועדת לייצור ותפעול של התקני זרימת הבקרה האקוסטית, ניתן ליישם את הנוהל מסרטון זה גם לייצור ותפעול של התקנים מיקרופלואידיים אחרים המונעים על ידי גל אקוסטי פני השטח כגון מיקרופלואידי, משאבות מיקסר ואופטימיזציה.

בדרך כלל, אנשים חדשים בשיטה זו עשויים להיאבק מכיוון שישנם היבטים רבים ושונים של פעולת ייצור וניתוח שכולם צריכים להיות שולטים בעבודה עם מיקרופלואידיקה של גלים אקוסטיים על פני השטח. כדי להתחיל, צור מכשיר מיקרופלואידי כמתואר בפרוטוקול הכתוב הנלווה באמצעות שתי מסכות צילום נפרדות, אחת לשכבת הגל האקוסטי של פני השטח המוצגת בוורוד והשנייה לתבנית המיקרו-ערוצים המוצגת בצהוב. לאחר ייצור המכשיר הבסיסי, הוסף התנגדות לתמונות נגטיב, כגון ARN 43 40, וחשוף את אזור המיקרו-ערוץ באמצעות טכניקות ליטוגרפיות אופטיות.

לאחר מכן הפעל את משטח הדגימה החשוף באמצעות שתי דקות של פלזמת חמצן ב-0.14 מיליבר ו-100 וואט כדי לתת מתח הטיה של כ-450 וולט. התערובת הבאה, 35 מיליליטר של ה-aec, 15 מיליליטר פחמן טטרכלוריד ו-20 מיקרוליטר של טריכלוראתילן התפלה של Okta לכוס בתוך מכסה אדים. הנח את המכשיר בתמיסה כדי למקם את פני השטח ולהפוך אותו להידרופובי.

השאירו את המכשיר בתמיסה מכוסה למשך שעתיים ואז שטפו אותו באיזופרופנול וייבשו אותו תחת חנקן. לאחר הייבוש, בדוק כי זווית המגע של המים על פני השטח היא מעל 90 מעלות. אם זווית המגע אינה מספקת, נקה את הדגימה ושנה שוב את גודל המשטח.

אחרת, הסר את שאריות הפוטו-רזיסט עם אצטון, ואז שטוף באיזופרופנול וייבש בעזרת אקדח חנקן. לאחר מכן, לאחר הרכבת הדגימה על לוח מעגלים מודפסים עם מדריכי גל בתדר רדיו ומחברים קואקסיאליים סטנדרטיים, הניחו פולימר בולם אקוסטי על קצוות הדגימה וחברו את המתמרים הבין-דיגיטליים על ידי הדבקת חוטים או באמצעות מחברי POGO כפי שמוצג כאן. לאחר מכן, הכן את שכבת ה-PDMS המעוצבת המכילה ערוץ עם הממדים הרצויים כמתואר בפרוטוקול הטקסט הנלווה.

לאחר הריפוי, חתוך סביב התעלה באמצעות להב כירורגי, היזהר לא לפגוע בתבנית הראשית ולקלף אותה. לאחר מכן שפרו ויישרו את קצוות ההעתק באמצעות סכין גילוח. הקפד להשאיר מרווח של לפחות שני מילימטרים בצד הצדדי של התעלה וללא מרווח בשקע התעלה על ידי חיתוך ישר דרך הדגימה.

לאחר מכן, נקב חור בתא המיקרו באמצעות אגרוף חד קרן של האריס כדי ליצור את כניסת העמסת הנוזל ולהסיר את הצילינדר. לאחר מכן קשר את ערוץ ה-PDMS עם מצע הליתיום אובט על ידי הדבקה קונפורמית פשוטה באמצעות מיקרוסקופ ליישור. באופן זה, הקשר יחזיק מעמד בשלב בדיקת הנוזלים תוך שהוא נשאר הפיך.

בדוק את מכשיר ה-RF על ידי חיבור תחילה של קו עיכוב הגל האקוסטי של פני השטח ליציאות של מנתח ספקטרום ומדוד את מטריצת הפיזור של המכשיר. השידור עבור זוג מתמרי אלקטרודה בודדים יהיה דומה לערך המוחלט של פונקציית סנכרון שבמרכזה תדר ההפעלה של המתמר הבין-דיגיטלי.אדוני. לאחר מכן, התבונן בספקטרום ההשתקפות.

ירידה בספקטרום ההשתקפות מתרחשת באותו תדר כמו שיא השידור במכשירים הפועלים ב-100 מגה-הרץ לאורך הציר הראשי. הערכים האופייניים הם מינוס שמונה דציבלים עבור S 11 ו-S 22 ומינוס 20 דציבלים עבור S 12 ללא ערוצי PDMS. על מנת לדמיין בצורה הטובה ביותר את דינמיקת הזרימה, הנח את הדגימה מתחת למיקרוסקופ.

ההגדרה האופטית הספציפית תלויה בתופעות המיקרופלואידיקה של הגל האקוסטי על פני השטח שיש לצפות. כדי ללמוד דינמיקת מילוי נוזלים, השתמש במיקרוסקופ הפוך פשוט המצויד במטרת מט"ח ובמצלמת וידאו של 30 פריימים לשנייה. עם זאת, כדי לחקור דינמיקה מורכבת יותר של מיקרו-חלקיקים, השתמש במטרה של פי 20 ובמצלמת וידאו של 100 FPS ומעלה.

חשוב שגם המטרה וגם קצב הפריימים יהיו גבוהים מספיק כדי ללכוד כל תכונות זרימה חשובות מבחינה מרחבית וזמנית. לאחר מכן, חבר את המתמרים הבין-דיגיטליים מול שקע הערוץ למחולל אותות RF ומגבר ומופעל בתדר התהודה שנצפה במדידות מטריצת הפיזור. במידת הצורך, השתמש במגבר UHF בעל הספק גבוה.

כאן אנו משתמשים במגבר מיני מעגלים zw חמישה עם תפוקה מקסימלית של 37 DBM ורווח של 40 דציבלים. חשוב שהספק המוצא הכולל יוכל להגיע לפחות ל-25 DBM לחקירת זרימה נגדית אקוסטית. התבונן בתופעות זרימה אקוסטית ואטומיזציה ללא זרימה נגדית אקוסטית בזמן הפעלת המכשיר.

בהספק נמוך יותר, בדרך כלל מחזור זרימה אקוסטית מתחיל באפס DBM, ואטומיזציה מתרחשת מעל 14 DBM. לאחר מכן, הכינו את נוזל העמסת המיקרו-חרוזים להדמיה על ידי הוספת מיקרו חרוזים של 500 ננומטר ב-10 לחלקיקים העשיריים למיליליטר ומערבולת התמיסה במשך 15 שניות לפני הניסויים. לאחר מכן טען 60 מיקרוליטר של מתלה המיקרו-חרוזים לתא.

שימוש איטי בנוזל מיקרו פיפטה יתפזר באופן פסיבי לתוך תא המיקרו כדי למנוע הידבקות חלקיקים אפשרית על המצע, הפעל אות DBM אפס על המכשיר בזמן הטעינה. התחל להקליט את הסרטון דרך המיקרוסקופ והגדל את כוח ההפעלה על מנת לצפות בזרימת נגד אקוסטית. תוכניות זרימה שונות ייקבעו על ידי כוח כניסה, עיצוב שבב וקוטר חלקיקים.

על מנת ללכוד באופן איכותי את הדינמיקה, רשום את זרימת הנוזל בקרבת המניסקוס והכניסה בשלבים שונים של מילוי התעלה, תוך שימוש בסמנים כהתייחסות מרחבית. לאחר מכן, מבחינה כמותית, מדוד את דינמיקת החלקיקים על ידי תמונת מיקרו-חלקיקים, אסימטריית VE או ספקטרוסקופיה של מתאם תמונה זמנית מרחבית כפי שמוזכר בפרוטוקול הטקסט הנלווה לקבלת תוצאות מדויקות. רשום את זרימת הנוזל בנקודת העניין עם שדה ראייה קבוע עבור לפחות 100 פריימים בקצב פריימים שנכפה על ידי דינמיקת החלקיקים.

לניתוח מסובך יותר להשגת קווי יעילות ומדידות שדה מהירות, השתמש בסימטריה של תמונת מיקרו-חלקיקים מותאמת אישית או בקוד ספקטרוסקופיה של מתאם תמונה טמפורלי מרחבית המוצג. להלן ספקטרום טיפוסי S 11 ו-S 12 שנלקחו לפני ההדבקה של שכבת הליתיום אכל. ניתן לראות את תדר התהודה בשני הספקטרומים ב-95 מגה-הרץ.

עומק העמק בתדר מרכזי בספקטרום S 11 קשור ליעילות ההמרה של כוח RF בהספק מכני של גל אקוסטי על פני השטח. לפיכך, הפחתה במינימום העמק תביא להפחתת ההספק הנדרש להפעלת המכשיר. המקסימום של ספקטרום S 12 קשור ליעילות ההמרה של הספק RF והספק מכני של גל אקוסטי פני השטח, והנחתת הגל לאורך קו ההשהיה.

הפחתת ערך זה יכולה לנבוע מפגמים כגון יישור לא נכון של קו עיכוב הגל או סדקים. המוצג. להלן ארבעה דפוסי זרימה אופייניים שונים שנצפו באמצעות מהירויות לטקס של 500 ננומטר. שתי התמונות העליונות מציגות תוצאות שונות בכניסת הערוץ.

משמאל נצפות שתי מערבולות סימטריות עקב תופעות הזרימה האקוסטית בתחילת מילוי הערוץ לאחר זמן מה כאשר הערוץ מתמלא חלקית, מושגת זרימה למינרית. התמונות המוצגות כאן הן מקרבה למניסקוס. כאשר התעלה מתמלאת חלקית בצד שמאל נצפים חלקיקים מצטברים בקווים ונעים באותה מהירות כמו המניסקוס.

זה קורה כאשר דינמיקת החלקיקים נשלטת על ידי כוח הקרינה האקוסטית מימין. הדומיננטיות של כוח הגרר והזרימה האקוסטית נצפית כאן. חלקיקים בולעים שתי מערבולות ומצטברים רק ברצועות בטווח של 300 מיקרון מהמניסקוס וממוקמים קרוב לפני השטח של המצע.

בזמן השתתפות בהליכים אלה, חשוב מאוד לזכור לשמור על המכשיר נקי מאוד בכל שלבי הניסוי מייצור ועד הפעלה. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להיות בעל הבנה טובה כיצד לייצר ולבדוק התקני גל אקוסטי על פני השטח. עבודה עם מיקרופלואידיקה של PDMS והדמיה וניתוח של זרימות מקרופלואידיות.