Name: Microparticle מניפולציה על ידי עמידה גלי אקוסטית המשטח עם כפול בתדר Excitations (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-21T14:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 51 s
Description: חקור מניפולציה של מיקרו-חלקיקים באמצעות עמידה גלי אקוסטית משטחית בתדר כפול במערכות מיקרו-זורמיות. שיטה זו משפרת את היכולת למיון ועיבוד ביורפואי במעבדות-על-שבב.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

עבודה זו התקיים בחסות הרמה של קרן מחקרים אקדמיים (AcRF) 1 (RG171/15), משרד החינוך, סינגפור.

1. הכנה של הערוץ Microfluidic
<ol><li>מערבבים פולי-dimethylsiloxane (PDMS) עם אלסטומר הבסיס על יחס של 10:1.</li>
	<li>דגה את התערובת בתנור ואקום ויוצקים אותה על רקיק סיליקון עם דפוס photoresist בטון שלילי על גבי.</li>
	<li>דגה את פרוסות סיליקון בדוגמת שוב וחום זה ב 70 מעלות צלזיוס במשך 3 שעות בתוך אינקובטור עבור התמצקות.</li>
</ol>2. ייצור של מתמרים מאמבטיה
<ol><li>הפקדה 20 ננומטר של Cr ו- 400 nm של באל על רקיק3 LiNbO; דפוס 20 רצועות ברוחב של 150 מיקרומטר, צמצם של 2 ס מ על מסכת פלסטיק עבור פוטוליתוגרפיה על ידי הפקדת את photoresist חיובי על המצע.</li>
	<li>להסיר את שכבת Cr-אל האזור שאינו חשוף עם אצטון.</li>
	<li>מתייחסים השטח של אותם עם חמצן פלזמה (עם יחס חנקן וחמצן של 2:1)-הכוח של 30 W עבור 60 s.</li>
	<li>יישר את microchannel PDMS ובונד זה אל המצע3 LiNbO על ידי לחיצה עם אגודל לכמה שניות.</li>
	<li>מניחים את המכשיר משולבת בבית הבליעה חימום ב 60 מעלות צלזיוס במשך 3 שעות.</li>
</ol>3. כפול-תדירות עירור
<ol><li>להחיל בו-זמנית שני רכיבים תדר (f1 ו- f3, התדירות הבסיסית ו שלה הרמוני השלישי של IDT מפוברק, בהתאמה) עם הפרש פאזה φ ביניהם זוג IDTs, כך המסור המיוצר עלול להתבטא כדלקמן. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq1.jpg"> כאן, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq2.jpg">ו <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq3.jpg"> = הלחצים אקוסטית.</li>
	<li>לסנתז waveform כפול-תדירות שימוש בעורך המשוואות של תוכנת היישום ArbExpress בתדר דגימה של MS 100/s ולאחר מכן אחסן אותו מחולל כקלט שרירותי עבור עירור המסור לניסוי ויה כבל USB.</li>
	<li>משתנים הכוח של התדירות הבסיסית כדי האנרגיה הנפלט <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq4.jpg"> מ- 100% (עירור בתדר בסיסי בלבד) ל- 0% (עירור-הרמוני גרידא השלישי); השוואה טובה, לשנות אך לשמור הכוח הכולל זהה.</li>
	<li>משתנים הפרשי פאזה עירור כפול-תדר של 0° עד 360°.</li>
</ol>4. סימולציה נומרי
<ol><li>לתאר את התנועה של הזרם שכבתית וחישובים עם ריינולדס נמוך (כלומר, Re = 0.55) ואת מאך מספרים כדלקמן35. <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq5.jpg"> <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq6.jpg"> כאן, <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq7.jpg">= נוזל המהירות, <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq8.jpg">=, צמיגות דינאמית <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq9.jpg">= צפיפות נוזל, <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq10.jpg">= הלחץ על הנוזל, <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq11.jpg">= מטריצת הזהות, ו <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq12.jpg">= כוח חיצוני.</li>
	<li>תאר את כוח גרירה סטוק המיוצר על האובייקט כפי שמוצג להלן36. <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq13.jpg"> כאן, <img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq14.jpg">= רדיוס microparticle, <img alt="Equation 15" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq15.jpg">= המהירות של הנוזל, ו <img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq16.jpg">= המהירות של microparticle.</li>
	<li>שואבים את הכוח האקוסטי קרינה להחיל את microparticle, microchannel לאורך ה- x-ציר (לרוחב microchannel) בתדר יחיד כמו עוקב אחר16 . <img alt="Equation 17" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq17.jpg"> כאן, <img alt="Equation 18" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq18.jpg">= נפח microparticle, <img alt="Equation 19" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq19.jpg">= צפיפות microparticle, <img alt="Equation 20" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq20.jpg">= הצפיפות של המדיום <img alt="Equation 21" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq21.jpg">= את דחיסות של microparticle, <img alt="Equation 22" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq22.jpg">= את דחיסות של המדיום.</li>
	<li>להפיק תוצאות קרינה אקוסטית בכוח עירור כפול-תדירות כדלקמן. <img alt="Equation 23" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq23.jpg">
</li>
	<li>לבטא את התנועה רוחבי לכל רוחב הערוץ (לאורך y-ציר) תחת הכוח קרינה אקוסטיות והן את סטוקס גרור כוח נשלטת על ידי החוק השני של ניוטון כדלקמן. <img alt="Equation 24" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq24.jpg">
</li>
	<li>לפתור משוואות דיפרנציאליות רגילות (אודס) מעל באמצעות שיטת רונגה-Kutta בעימות על מחשב אישי. הגדר את הצעד הזמן ואת משך הפעילות הכולל כ- 1 µs 20 s, בהתאמה.</li>
</ol>5. הייזנרייך
<ol><li>ספין הפתרון ירידה בריכוז 5.9 x 107 עם 4 מיקרומטר ירוק ניאון חרוזי פוליסטירן לכל 1 מ"ל על ידי מערבולת למשך כ 2-3 דקות, ואז לטבול אותו sonicator אולטרסאונד 10 דקות לשבש כל הצטברות לפני כל בדיקה.</li>
	<li>למלא את התערובת לתוך מזרק 3 מ"ל ויזרקו אותו עם מזרק משאבה בספיקה של 3-5 µL/min.</li>
	<li>של גנרטור פונקציה ואחריו מגבר כוח, נסיעה של IDT עם האות בתדר כפול.</li>
	<li>לבחון את microparticles התייצב ב microchannel במורד הזרם תחת מיקרוסקופ אור בהגדלה גדולה-X 40 ולהקליט את התמונה במצלמה דיגיטלית.</li>
	<li>למדוד את המיקום של microparticles המצטבר של תמונות דיגיטליות שנלכדה באמצעות ImageJ ובסולם הוקמה ולאחר מכן לקבוע באופן כמותי את ריכוז microparticle שהצטברו עם הבהירות פלורסצנטיות מנורמל- בכל צומת לחץ.</li>
</ol>

<ol><li>Chin, C. D., Linder, V., Sia, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Commercialization+of+microfluidic+point-of-care+diagnostic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Commercialization of microfluidic point-of-care diagnostic devices.</a> Lab on a Chip. 12 (12), 2118-2134 (2012).</li>
<li>Figeys, D., Pinto, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lab-on-a-chip%3A+a+revolution+in+biological+and+medical+sciences%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Lab-on-a-chip: a revolution in biological and medical sciences.</a> Analytical Chemistry. 72 (9), 330 A-335 A (2000).</li>
<li>den Toonder, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Circulating+tumor+cells%3A+the+Grand+Challenge%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Circulating tumor cells: the Grand Challenge.</a> Lab on a Chip. 11 (3), 375-377 (2011).</li>
<li>Yu, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advances+of+lab-on-a-chip+in+isolation%2C+detection+and+post-processing+of+circulating+tumour+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Advances of lab-on-a-chip in isolation, detection and post-processing of circulating tumour cells.</a> Lab on a Chip. 13 (16), 3163-3182 (2013).</li>
<li>Jorgenson, J. W., Lukacs, K. D. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021967300820579">High-resolution separations based on electrophoresis and electroosmosis.</a> Journal of Chromatography A. 218, 209-216 (1981).</li>
<li>Gascoyne, P. R., Vykoukal, J. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2726256/">Particle separation by dielectrophoresis.</a> Electrophoresis. 23 (13), 1973(1973).</li>
<li>Xia, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combined+microfluidic-micromagnetic+separation+of+living+cells+in+continuous+flow%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Microdevices%22%5BJournal%5D)">Combined microfluidic-micromagnetic separation of living cells in continuous flow.</a> Biomedical Microdevices. 8 (4), 299-308 (2006).</li>
<li>Garcés-Chávez, V., et al. <a target="_blank" href="https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.73.085417">Extended organization of colloidal microparticles by surface plasmon polariton excitation.</a> Physical Review B. 73 (8), 085417(2006).</li>
<li>Zhu, T., Ye, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Origin+of+Knudsen+forces+on+heated+microbeams%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Origin of Knudsen forces on heated microbeams.</a> Physical Review E. 82 (3), 036308(2010).</li>
<li>Ashkin, A., Dziedzic, J., Yamane, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+trapping+and+manipulation+of+single+cells+using+infrared+laser+beams%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Optical trapping and manipulation of single cells using infrared laser beams.</a> Nature. 330 (6150), 769-771 (1987).</li>
<li>Chiou, P. Y., Ohta, A. T., Wu, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Massively+parallel+manipulation+of+single+cells+and+microparticles+using+optical+images%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Massively parallel manipulation of single cells and microparticles using optical images.</a> Nature. 436 (7049), 370-372 (2005).</li>
<li>Yamada, M., Seki, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrodynamic+filtration+for+on-chip+particle+concentration+and+classification+utilizing+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Hydrodynamic filtration for on-chip particle concentration and classification utilizing microfluidics.</a> Lab on a Chip. 5 (11), 1233-1239 (2005).</li>
<li>Burguillos, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microchannel+acoustophoresis+does+not+impact+survival+or+function+of+microglia%2C+leukocytes+or+tumor+cells%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Microchannel acoustophoresis does not impact survival or function of microglia, leukocytes or tumor cells.</a> PLoS One. 8 (5), e64233(2013).</li>
<li>Lin, S. -C. S., Mao, X., Huang, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+acoustic+wave+%28SAW%29+acoustophoresis%3A+now+and+beyond%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Surface acoustic wave (SAW) acoustophoresis: now and beyond.</a> Lab on a Chip. 12 (16), 2766-2770 (2012).</li>
<li>Petersson, F., Åberg, L., Swärd-Nilsson, A. -M., Laurell, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Free+flow+acoustophoresis%3A+microfluidic-based+mode+of+particle+and+cell+separation%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Free flow acoustophoresis: microfluidic-based mode of particle and cell separation.</a> Analytical Chemistry. 79 (14), 5117-5123 (2007).</li>
<li>Ding, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On-chip+manipulation+of+single+microparticles%2C+cells%2C+and+organisms+using+surface+acoustic+waves%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">On-chip manipulation of single microparticles, cells, and organisms using surface acoustic waves.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (28), 11105-11109 (2012).</li>
<li>Friend, J., Yeo, L. Y. <a target="_blank" href="https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.83.647">Microscale acoustofluidics: Microfluidics driven via acoustics and ultrasonics.</a> Reviews of Modern Physics. 83 (2), 647(2011).</li>
<li>Destgeer, G., Lee, K. H., Jung, J. H., Alazzam, A., Sung, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Continuous+separation+of+particles+in+a+PDMS+microfluidic+channel+via+travelling+surface+acoustic+waves+%28TSAW%29%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Continuous separation of particles in a PDMS microfluidic channel via travelling surface acoustic waves (TSAW).</a> Lab on a Chip. 13 (21), 4210-4216 (2013).</li>
<li>Guo, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlling+cell-cell+interactions+using+surface+acoustic+waves%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Controlling cell-cell interactions using surface acoustic waves.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (1), 43-48 (2015).</li>
<li>Ding, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell+separation+using+tilted-angle+standing+surface+acoustic+waves%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Cell separation using tilted-angle standing surface acoustic waves.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (36), 12992-12997 (2014).</li>
<li>Roshchupkin, D., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168583X9800278X">X-ray diffraction by standing surface acoustic waves.</a> Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 142 (3), 432-436 (1998).</li>
<li>Shi, J., Mao, X., Ahmed, D., Colletti, A., Huang, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Focusing+microparticles+in+a+microfluidic+channel+with+standing+surface+acoustic+waves+%28SSAW%29%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Focusing microparticles in a microfluidic channel with standing surface acoustic waves (SSAW).</a> Lab on a Chip. 8 (2), 221-223 (2008).</li>
<li>Ding, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+acoustic+wave+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Surface acoustic wave microfluidics.</a> Lab on a Chip. 13 (18), 3626-3649 (2013).</li>
<li>King, L. V. <a target="_blank" href="http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/147/861/212">On the acoustic radiation pressure on spheres.</a> Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. , The Royal Society. 212-240 (1934).</li>
<li>Yosioka, K., Kawasima, Y. <a target="_blank" href="http://www.ingentaconnect.com/content/dav/aaua/1955/00000005/00000003/art00004">Acoustic radiation pressure on a compressible sphere.</a> Acta Acustica United with Acustica. 5 (3), 167-173 (1955).</li>
<li>Ratier, C., Hoyos, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acoustic+programming+in+step-split-flow+lateral-transport+thin+fractionation%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Acoustic programming in step-split-flow lateral-transport thin fractionation.</a> Analytical Chemistry. 82 (4), 1318-1325 (2010).</li>
<li>Mandralis, Z., Feke, D., Bolek, W., Burger, W., Benes, E. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0041624X94900191">Enhanced synchronized ultrasonic and flow-field fractionation of suspensions.</a> Ultrasonics. 32 (2), 113-122 (1994).</li>
<li>Laurell, T., Petersson, F., Nilsson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chip+integrated+strategies+for+acoustic+separation+and+manipulation+of+cells+and+particles%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Chip integrated strategies for acoustic separation and manipulation of cells and particles.</a> Chemical Society Reviews. 36 (3), 492-506 (2007).</li>
<li>Liu, Y., Lim, K. -M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Particle+separation+in+microfluidics+using+a+switching+ultrasonic+field%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Particle separation in microfluidics using a switching ultrasonic field.</a> Lab on a Chip. 11 (18), 3167-3173 (2011).</li>
<li>Brissaud, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+piezoceramics%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Ultrasonics%2C+Ferroelectrics%2C+and+Frequency+Control%22%5BJournal%5D)">Characterization of piezoceramics.</a> IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 38 (6), 603-617 (1991).</li>
<li>Ding, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+patterning+of+microparticles+and+cells+using+standing+surface+acoustic+waves%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Tunable patterning of microparticles and cells using standing surface acoustic waves.</a> Lab on a Chip. 12 (14), 2491-2497 (2012).</li>
<li>Jo, M. C., Guldiken, R. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924424713006110">Particle manipulation by phase-shifting of surface acoustic waves.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 207, 39-42 (2014).</li>
<li>Meng, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transportation+of+single+cell+and+microbubbles+by+phase-shift+introduced+to+standing+leaky+surface+acoustic+waves%5BTitle%5D)+AND+%22Biomicrofluidics%22%5BJournal%5D)">Transportation of single cell and microbubbles by phase-shift introduced to standing leaky surface acoustic waves.</a> Biomicrofluidics. 5 (4), 044104(2011).</li>
<li>Sriphutkiat, Y., Zhou, Y. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/318382102_Particle_manipulation_using_standing_acoustic_waves_in_the_microchannel_at_dual-frequency_excitation_Effect_of_power_ratio">Particle manipulation using standing surface acoustic waves (SSAW) at dual frequency excitation: effect of power ratio.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 263, 521-529 (2017).</li>
<li>Batchelor, G. K. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBatchelor%2C+GK+%22An+Introduction+to+Fluid+Dynamics%22">An Introduction to Fluid Dynamics</a>. , Cambridge University Press. Cambridge, UK. (2000).</li>
<li>Glynne-Jones, P., Hill, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acoustofluidics+23%3A+acoustic+manipulation+combined+with+other+force+fields%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Acoustofluidics 23: acoustic manipulation combined with other force fields.</a> Lab on a Chip. 13 (6), 1003-1010 (2013).</li>
<li>Winkler, A., Brünig, R., Faust, C., Weser, R., Schmidt, H. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924424716302916">Towards efficient surface acoustic wave (SAW)-based microfluidic actuators.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 247, 259-268 (2016).</li>
<li>Chen, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Standing+surface+acoustic+wave+%28SSAW%29-based+microfluidic+cytometer%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Standing surface acoustic wave (SSAW)-based microfluidic cytometer.</a> Lab on a Chip. 14, 916-923 (2014).</li>
<li>Devendran, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+importance+of+travelling+wave+components+in+standing+surface+acoustic+wave+%28SSAW%29+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">The importance of travelling wave components in standing surface acoustic wave (SSAW) systems.</a> Lab on a Chip. 16, 3756-3766 (2016).</li>
<li>Destgeer, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Submicron+separation+of+microspheres+via+travelling+surface+acoustic+waves%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Submicron separation of microspheres via travelling surface acoustic waves.</a> Lab on a Chip. 14, 4665-4672 (2014).</li>
<li>Ding, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Standing+surface+acoustic+wave+%28SSAW%29+based+multichannel+cell+sorting%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Standing surface acoustic wave (SSAW) based multichannel cell sorting.</a> Lab on a Chip. 12, 4228-4231 (2012).</li>
<li>Chen, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Continuous+enrichment+of+low-abundance+cell+samples+using+standing+surface+acoustic+waves+%28SSAW%29%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Continuous enrichment of low-abundance cell samples using standing surface acoustic waves (SSAW).</a> Lab on a Chip. 14, 924-930 (2014).</li>
</ol>

המחברים אין לחשוף.

התנועה microparticle, microchannel על ידי SSAW-עירור כפול-תדר נחקר בהרחבה במחקר זה, טכניקת המתבנת tunable ביעילות על ידי שינוי את האותות בתדר כפול עירור היה פיתח ובחן. ייצור כזה waveform בקלות ממומש על ידי רוב פונקציה גנרטורים, הגישה התאמת נוח מאוד. S12- והן S11-תגובות בתדר IDTs מפוברק להמחיש מצבי תהודה מספר34. התדירות הבסיסית מדודה של 6.1 מגה-הרץ והרמוני השלישי של מגה-הרץ 17.8 קרובים הערכים מעוצבים (6.2 ו 18.6 MHz) עם מקדמי תמסורת דומה,-8.34 dB לעומת -9.75 dB, בהתאמ...

LOC טכנולוגיה משלבת פונקציות אחד או מספר על שבב ביולוגיה, כימיה, ביופיזיקה של התהליכים הביו-רפואית. LOC מאפשר הצגה מעבדה בקנה מידה קטן יותר משנה מילימטרים, מהיר התגובה המחירים, זמן תגובה קצר, פקד תהליך גבוהה, של צריכת בנפח נמוך (פחות עלות ריאגנטים הפסולת, נמוך יותר, וכן אחסון מדגם נדרש פחות), של תפוקה גבוהה בשל parallelization, עלות נמוכה בעתיד הייצור ההמוני חד פעמי חסכונית, ביטחון גבוה ללימודי כימי, רדיואקטיבי או ביולוגי, ואת היתרונות של התקן קומפקטי ונייד1,2. תא מדויק מניפולציה (קרי, הצטברות ההפרדה) הוא קריטי מבוסס-LOC ניתוח ואבחון3,4. אולם, הדיוק ואת הפארמצבטית של מניפולציה microparticle יש מגוון רחב של אתגרים. טכניקות רבות, כגון אלקטרו-אוסמוזה5, dielectrophoresis (DEP)6, magnetophoresis7,8,thermophoresis9, הגישה אופטי של10, מעגל הגישה11 , הגישה hydrodynamic12, ו acoustophoresis13,14,15, פותחו. לשם השוואה, גישות אקוסטית מתאימים עבור יישום LOC כי, תיאורטית, סוגים רבים של microparticles/תאים יכולים להיות מניפולציות ביעילות noninvasively עם ניגוד גבוה מספיק (' צפיפות ', ' דחיסות ') לעומת עם הנוזל שמסביב. לכן, לעומת עמיתיהם, גישות אקוסטית זכאים מטבעו רוב microparticles וחפצים ביולוגי, לא משנה שלהם אופטי, חשמל ומגנטיות כשמשפשפים16.
גלים אקוסטיים משטח (מסורי) מ IDTs להפיץ בעיקר על פני מצע פיזואלקטריים על עובי מספר אורכי גל, ולאחר מכן הדליפה בזווית ריילי לתוך הנוזל, microchannel, על פי חוק סנל17, 18,19,20,21,22. יש להם יתרונות טכניים של יעילות אנרגיה גבוהה לאורך פני השטח בשל שלהם לוקליזציה של האנרגיה, גמישות עיצוב נהדר בתדירות גבוהה, שילוב מערכת טובה עם ערוץ microfluidic, באמצעות מזעור טכנולוגיית מערכת מיקרו-אלקטרוניים-מכניים (MEMS), פוטנציאל גבוה של ייצור המוני23. ב פרוטוקול זה, מסורים המופקים זוג IDTs זהה, מופצות בכיוון ההפוך כדי ליצור גל עומד, או SSAW, ב microchannel, איפה microparticles על תנאי יידחפו לבלוטות הלחץ, בעיקר על ידי הגיטרה האקוסטית יישומית קרינה לאלץ24. משרעת של כוח כזה הנובעת נקבעת לפי התדר עירור, microparticle בגודל22,שלה גורם ניגודיות אקוסטית25.
Acoustophoresis כאלה יש המגבלה של דפוסי בתפעול מראש שאינן מתכוונן בקלות. תדירות עירור של IDTs נקבעת לפי מרחק תקופתיים, כך רוחב הפס הוא די מוגבל. מספר אסטרטגיות פותחו כדי לשפר את יכולת tunability ומניפולציה. דרכי אקוסטית גלים עומדים חלה בחלקים שונים של microchannel הראשון ואת השני יכול להפריד microparticles באופן יעיל יותר על-פי מהירויות שונים בתנועה לכיוון קווי קטרי26. שני מצבים אלה יכול לחול גם על כל חלק microchannel, החליף לחלופין27,28,29. עם זאת, בשביל זה, מספר גדול של ציוד (קרי, שלוש הפונקציה גנרטורים, שתי יחידות התאמת עכבה ו של ממסר אלקטרומגנטית) נדרשת, עם המורכבות עלות ושליטה מוגברת של הסידור ניסיוני בשל השונות impedances חשמל תדירות היסוד, הרמוני השלישי של piezoceramic צלחת30. יתר על כן, יכול להיות מיושם אצבע מלוכסנות מתמרים מאמבטיה (SFITs) כדי להתאים את התאים ואת microparticles של תכנים על ידי מרגש תקופה של האצבעות מלוכסנות מסוימים תהודה20,31. לאחר מכן, רוחב הפס זאת, ביחס הפוך למספר של האצבעות מלוכסנות. מספר שורות קטרי לחץ יש יעילות הפרדה גבוהה יותר של רגישות לעומת הקו קטרי יחיד בתו ההפרדה המקובלת microparticle מבוססי SSAW. לחלופין, המיקום של הצמתים לחץ יכול להשתנות גם פשוט על-ידי התאמת ההבדל שלב להחיל את IDTs שני ב ה32,עיצוב33.
התדירות הבסיסית, הרמוני השלישי של IDTs יש תגובות שכיחות דומה כך שהם יכולים להיות שמחים בו זמנית, אשר מספקת tunability יותר מניפולציה microparticles34. בהשוואה עירור IDT קונבנציונאלי בתדר יחיד, התאמת הלחצים אקוסטית של עירור כפול-תדירות, לשלב ביניהם מספק ייחודיות טכניים, כגון עד ~ קיפול כפול זמן תנועה מופחת ללחצים קטרי קו או המרכז את microchannel, מגוונת מספר ומיקום של הקווים קטרי לחץ, ריכוז microparticle.

<table><tbody><tr><td>פולי-דימתילסילוקסן</td><td>דאו קורנינג</td><td>סילגארד 184</td><td></td></tr><tr><td>בסיס אלסטומר פולי-דימתילסילוקסן</td><td>דאו קורנינג</td><td>סילגארד 184</td><td></td></tr><tr><td>פרוסת סיליקון</td><td>בונדה טכנולוגיה</td><td>SI8PSPD</td><td></td></tr><tr><td>גוון שלילי פוטו-רזיסט</td><td>Microchem</td><td>SU-8</td><td></td></tr><tr><td>מלוטש דו-צדדי LiNbO3 רקיק אוניברסיטת פרוסות</td><td></td><td>Y-128&deg;</td><td></td></tr><tr><td>פוטורזיסט חיובי</td><td>Nicolaus-Otto-Stra&szlig; e</td><td>AZ 9260</td><td></td></tr><tr><td>חמצן פלזמה</td><td>Harrick פלזמה</td><td></td><td></td></tr><tr><td>מסכת פלסטיק</td><td>אינסופי גרפיקה</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

microparticle מניפולציה על ידי עמידה גלי אקוסטית המשטח עם כפול בתדר excitations

Microparticle Manipulation by Standing Surface Acoustic Waves with Dual-frequency Excitations

נדגים שיטה להגדלת יכולת כוונון של פני השטח אקוסטית גל עומד (SSAW) עבור microparticles מניפולציה במערכת (LOC) מעבדה-על-שבב. עירור סימולטני של התדירות הבסיסית, הרמוני השלישי שלה, אשר נקראת כמו עירור כפול-תדירות, לזוג של מתמרים מאמבטיה (IDTs) יכול ליצור סוג חדש של עומד גלים אקוסטיים בערוץ microfluidic. משתנה הכוח, את השלב עירור כפול-תדירות אותות תוצאות שדה reconfigurable של הכוח האקוסטי קרינה להחיל את microparticles על פני microchannel (למשל, מספר ומיקום מצמתי הלחץ ו microparticle ריכוזים-הצמתים הלחץ המתאים). מאמר זה מדגים כי בזמן תנועה microparticle לצומת לחץ אחד בלבד, ניתן להפחית ~ 2-fold-היחס כוח של התדר יסוד גדול מ ~ 90%. לעומת זאת, ישנם שלושה צמתים לחץ microchannel אם פחות מ לגודל הסף הזה. יתר על כן, התאמת השלב הראשוני בין התדירות הבסיסית לבין התוצאות הרמונית השלישי בשיעורי תנועה שונים של בלוטות לחץ SSAW שלושה, כמו גם באחוזים של microparticles על כל צומת לחץ microchannel. יש הסכם טוב בין התצפית ניסיוני של תחזיות המספרי. שיטת עירור הרומן הזה יכול בקלות, לא פולשני להשתלב במערכת LOC, ועם ולהיצמדות רחב של שינויים מעטים בלבד שיבנו ניסיוני.

חלוקות של הלחץ אקוסטית הכוח קרינה אקוסטית SSAW ב עירור כפול-תדר (6.2 ו 18.6 MHz) מוצגים באיור1. כאן, עירור כפול-תדירות מתרחשת על microparticles פוליסטירן (4 מיקרומטר בקוטר) microchannel עם רוחב של מיקרומטר 300-כוח אקוסטית של 146 mW. הלחץ אקוסטית הנובעת היא תמיד בשלב כאשר P1 &gt; 90% כך שרק אחת לחץ צומת הוא נוכח y = 150 מיקרומטר. לעומת זאת, שלושה צמתים לחץ קיימים ב- y = 75, 150 ו מיקרומטר 225- P1 = 90...

פרוטוקול מניפולציות של microparticles בערוץ microfluidic עם עירור כפול-תדירות מוצג.

Microparticle מניפולציה על ידי עמידה גלי אקוסטית המשטח עם כפול בתדר Excitations

We demonstrate a method for increasing the tuning ability of a standing surface acoustic wave (SSAW) for microparticles manipulation in a lab-on-a-chip ...

שיטה זו יכולה לסייע בטיפול בסוגיות מפתח בתחום הביו-רפואי, כגון מניפולציה של מיקרו-חלקיקים וסיוע במיון בתעלה מיקרופלואידית למעבדות על שבב. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא יכולה לשפר את יכולת הכוונון של הזמנת גל אקוסטי על פני השטח העומד. מי שידגים את ההליך יהיה יאנאפול, סטודנט לתואר שני מהקבוצה שלי.התחל בתבנית לתעלה המיקרופלואידית. זה הוא דפוס פוטו-התנגדות בטון שלילי על פרוסת סיליקון. פרטים נוספים מסופקים על ידי תבנית הפוטוליתוגרפיה ששימשה ליצירתו.מערבבים 10 חלקים PDMS עם חלק אחד של יחס נפח בסיס אלסטומר. מסירים את התערובת בתנור ואקום למשך כרבע שעה. לאחר הסרת הגז, קחו את התערובת לתבנית.שם, שפכו אותו על הפוטו-רזיסט על פרוסת הסיליקון. כעת, הסירו את פרוסת הסיליקון המכוסה למשך 15 דקות נוספות. לאחר מכן, מחממים את הוופל בחממה כדי למצק את ה- PDSM.כאשר ה-PDMS מקורר, הסר אותו מהרקיק. התעלה המיקרופלואידית מוכנה לשלבים הבאים בפרוטוקול. הכן מצע לייצור המתמרים.במקרה זה, השתמש בפרוסות ליתיום ניובט בקוטר ארבעה סנטימטרים. בציפוי מסתובב, יש לסובב את הפרוסה בפוטו-רזיסט חיובי. לאחר מכן, השתמש בפוטוליתוגרפיה כדי לעצב את הפוטו-רזיסט עם 20 רצועות של 150 ננומטר בצמצם של שני סנטימטרים.לאחר פוטוליתוגרפיה, זהו התיאור הסכמטי של השינוי בחתך המצע. לאחר פיתוח הפוטו-רזיסט, התיזו 20 ננומטר של כרום על המצע ואחריו 400 ננומטר אלומיניום. השתמש באצטון כדי להסיר את שכבת הכרום והאלומיניום על האזורים הלא חשופים.קח את המצע לטיפול פני השטח בפלזמת חמצן. השתמש ביחס חנקן לחמצן של שניים לאחד עם הספק של 30 וואט למשך 60 שניות. בסיום, עבדו גם עם המצע וגם עם המיקרו-ערוץ.יישר את המיקרו-ערוץ PDMS וקשר אותו עם מצע הליתיום ניובט. לחץ על השניים יחד למשך מספר שניות כדי לחבר אותם. הנח את המכשיר המשולב בתא החימום בחום של 60 מעלות למשך שלוש שעות.לאחר חימום החדר, המכשיר מוכן למחקרים המשתמשים בעירורים בתדר כפול של גלים אקוסטיים על פני השטח העומד. לתצפיות, השתמש במיקרוסקופ הפוך כשהמכשיר על הבמה שלו. יש את הוופל עם המתמרים הבין-דיגיטליים במגע עם הבמה ויש את המיקרו-ערוץ למעלה.חבר את המתמרים לאות המוגבר של מחולל פונקציות. דאגו לנוזלים ממשאבת מזרק שיעברו מעל מערבל מגנטי. הכן את הפתרון לניסויים.מערבבים ארבעה חרוזי פוליסטירן מיקרומטר במים נטולי יונים. מסובבים את התערובת במערבולת במשך שתיים-שלוש דקות. עקוב אחר זה על ידי הנחת התערובת בסוניקטור אולטרסאונד למשך 10 דקות.מעבירים את התערובת למזרק של שלושה מיליליטר. הוסף גם מוט מערבל למזרק. לאחר מכן, הנח את המזרק על משאבת המזרק.ודא שהמזרק נמצא מעל המערבל המגנטי ומחובר לכניסת המכשיר. הגדר את קצב זרימת משאבת המזרק לכמה מיקרוליטרים לדקה. כעת, הניע את המכשיר עם ההרמוניה הבסיסית והשלישית של המתמרים הבין-דיגיטליים.התבונן במיקרו-חלקיקים המיוצבים מתחת למיקרוסקופ והקלט תמונות במצלמה הדיגיטלית. התחל ללא עירור ושנה את הפרש הפאזה בין שני התדרים. השתמש בתמונות המוקלטות כדי לקבוע את ריכוז המיקרו-חלקיקים בכל צומת לחץ.זוהי תרשים של צורות גלי הלחץ של גל אקוסטי משטח עומד בתדרי עירור של 6.2 ו-18.6 מגה-הרץ. הציר האנכי הוא המיקום לאורך מיקרו-ערוץ ברוחב 300 מיקרומטר. העקומות מייצגות יחסי הספק שונים, אחוז ההספק במצב הבסיסי לעומת ההספק הכולל של 146 מילי-וואט.הנה כוח הקרינה האקוסטית המופעל על ארבע מיקרוספירות מיקרומטר באותו ערוץ באותם תנאי הספק. ביחס הספק מעל 90%הכוח נמצא תמיד בשלב ומייצר צומת לחץ יחיד במצב של 150 מיקרומטר בערוץ. צמתים נוספים מופיעים ליחס הספק מתחת ל 90%כאשר ארבע מיקרוספירות פוליסטירן מיקרומטר ממוקמות בתחילה בקיר התעלה, תנועתן נקבעת על ידי יחס ההספק.הערה: עבור יחסי הספק מעל 90% החלקיקים עוברים לצומת המרכזי. עבור יחסי הספק של 90% ומטה, הם עוברים לצמתים הצדדיים. השוואה של נתוני הניסוי, המשורטטים באמצעות סמלים, עם סימולציות המשורטטות בקווים מקווקווים, עבור מיקום החלקיקים כפונקציה של יחס ההספק מניבה הסכמה טובה.שימו לב שתרשים זה מציג את הצמתים העליונים והתחתונים. הסכמה דומה ניכרת בתרשים של ריכוז החלקיקים כפונקציה של יחס ההספק. בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור לכוון את הגל האקוסטי העומד בערוץ המיקרופלואידית על ידי התאמת יחס ההספק של עירור התדר הכפול.לאחר פיתוחה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום ההנדסה הביו-רפואית לחקור מניפולציה מהירה, יעילה וגמישה של מיקרו-חלקיקים המסייעים במעבדות על שבב. אל תשכח שעבודה עם מכשירים חשמליים עלולה להיות מסוכנת ביותר וכי תמיד יש לנקוט באמצעי זהירות למניעת התחשמלות בעת ביצוע הליך זה.

microparticle-manipulation-standing-surface-acoustic-waves-with-dual

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

בסרטון זה אנו מתארים ראשון ייצור ותפעול הליכים של גל אקוסטי פני השטח (SAW) מכשיר נגדי אקוסטי. לאחר מכן, אנו מדגימים התקנה ניסיונית שמאפשרת לשניהם להדמיה איכותית זרימה וניתוח כמותי של תזרים מורכב בתוך מכשיר השאיבה ראה.

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

cavitation אקוסטי בנוזלים שהוגשו לאולטרסאונד הכוח יוצר תנאים חולפים קיצוניים בתוך בועות קורסת, אשר הם המקור יוצאת דופן פליטת תגובה כימית והאור, המכונה sonoluminescence. בנוכחותם של גזים אצילים, הפלזמה nonequilibrium נוצר. החלקיקים "החמים" וגם לפוטונים שנוצרו על ידי קריסת בועות מסוגלים לרגש מינים בתמיסה.

הפעלת מולקולות, יונים, וחלקיקים מוצקים עם אקוסטית Cavitation

פרוטוקול זה מתאר ארכיטקטורת מערכת לביצוע הפרדות חלקיקים אוטומטיות בנפח קטן (0.15-1.5 מ"ל) באמצעות מכשיר מיקרופלואידי, ודן בשיטות לייעול הביצועים והתפעול של מכשיר אקוסטופלואידי.

פלטפורמת microfluidic לעיבוד מדגם Precision הקטן-נפח ושימוש בו לגודל חלקיקים הביולוגיים נפרדים עם Microdevice אקוסטי

התקנים Acoustofluidic שימוש בגלי אולטראסאונד בתוך ערוצי microfluidic לתמרן, להתרכז ולבודד מיקרו מושעה וגופים הננוסקופי. פרוטוקול זה מתאר את הייצור ותפעול של מכשיר כזה התומך גלים עומדים אקוסטי בתפזורת להתמקד חלקיקים לייעל מרכזי ללא סיוע של נוזלי נדן.

ייצור והפעלה של Acoustofluidic התקנים התומכים גלים אקוסטיים המתמדת בכמות גדולה עבור Sheathless התמקדות של חלקיקים

פרוטוקול זה מדגים את התגרענות לשליטה של קוויטציה ב פנטומים ג'ל, באמצעות חשיפה סימולטני-סגול אור פעמו לייזר והן בעוצמה גבוהה, ממוקדת אולטרסאונד (HIFU). הפעילות קוויטציה יכול לשמש לאחר מכן לשיפור השימושים HIFU הדמיה ו/או טיפולית.

התגרענות לשליטה של קוויטציה מן Plasmonic חלקיקי זהב לשיפור בעוצמה גבוהה ממוקד יישומים אולטרסאונד

אנו מדגימים הייצור של ערוצי ננו-גובה עם שילוב של התקנים משטח אקוסטית גל התקן על ליתיום niobate אקוסטית עבור nanofluidics המראה באמצעות פוטוגרפיה, ננו-עומק בחריטה על האור, ו-טמפרטורת החדר פלזמה הפעלה מרובת שכבות של משטח של ליתיום niobate חד-גביש, תהליך שימושי באופן דומה כדי מליטה ליתיום niobate תחמוצות.

הייצור של ערוצי ננו גובה שילוב הופעה גל אקוסטי המשטח באמצעות ליתיום Niobate אקוסטית הננו לוקדיה

שתי טכניקות הייצור, ההמראה והחריטה רטוב, מתוארים בהפקת מתמרים האלקטרודות interdigital על מצע פיזואלקטריים, ליתיום niobate, המשמש באופן נרחב כדי ליצור גלי משטח אקוסטי כעת מציאת כלי שירות רחב מיקרו כדי fluidics ננו-היקף. אלקטרודות כפי המיוצר מוצגים ביעילות לגרום מגהרץ לסדר משטח ריילי גלים אקוסטיים.

הייצור של התקנים גל אקוסטי לפני השטח על ליתיום Niobate

ייצור של התמרה במצב עובי פיזואלקטריים באמצעות התזה הנוכחי ישיר של אלקטרודות צלחת על ליתיום niobate מתואר. בנוסף, הפעולה המהימנה מושגת עם בעל מתמר ומערכת אספקת נוזלים ואפיון מומחש באמצעות ניתוח עכבה, דופלר לייזר וויברמטריה, הדמיה במהירות גבוהה, ו-droplet גודל התפלגות באמצעות פיזור לייזר.

ייצור ואפיון של מכשירי פיזואלקטריים במצב עובי לאטוביזציה

טכניקה מהירה ואמינה מוצעת לשליטה בתנודות הצורה של בועה אקוסטית אחת לכודה המבוססת על טכניקת התלכדות בין שתי בועות. תנודות צורת הבועה במצב יציב ומבוקרות סימטריה מאפשרות ניתוח של זרימת הנוזל הנוצרת בקרבת ממשק הבועות.

השראת מיקרו-סטרימינג על ידי תנודות בועות לא כדוריות במערכת ריחוף אקוסטית

הפרוטוקול מדגים שיטה נוחה להפקת זרימה מתנדתית הרמונית מ-10-1000 הרץ במיקרו-ערוצים. זה נעשה על ידי התממשקות דיאפרגמה רמקול מבוקרת מחשב למיקרו-ערוץ באופן מודולרי.

הרכבה ואפיון של דרייבר חיצוני ליצירת זרימה תנודתית תת-קילוהרץ במיקרו-ערוצים

חקור מניפולציה של מיקרו-חלקיקים באמצעות עמידה גלי אקוסטית משטחית בתדר כפול במערכות מיקרו-זורמיות. שיטה זו משפרת את היכולת למיון ועיבוד ביורפואי במעבדות-על-שבב.

Microparticle מניפולציה על ידי עמידה גלי אקוסטית המשטח עם כפול בתדר Excitations

גלה סרטונים נוספים