Name: הייצור של ערוצי ננו גובה שילוב הופעה גל אקוסטי המשטח באמצעות ליתיום Niobate אקוסטית הננו לוקדיה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-02-05T13:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 23 s
Description: למד את שיטת הייצור של ערוצי ננו גובה באמצעות גלי אקוסטיקה משטחית בליתיום ניובט. הפרוטוקול כולל קשירת שכבות רב-שכבתית בהפעלת פלזמה בטמפרטורת החדר ליישומי ננו-זורמים אקוסטיים.

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

המחברים אסירי תודה לאוניברסיטת קליפורניה ולמתקן NANO3 ב-UC בסן דייגו לאספקת כספים ומתקנים לתמיכה בעבודה זו. העבודה הזאת בוצעה בחלקו בתשתית הננו-טכנולוגיה של סן דייגו (SDNI) של UCSD, חבר בתשתיות הלאומיות ננוטכנולוגיה מתואמת, אשר נתמכת על ידי הקרן הלאומית למדעים (גרנט ECCS – 1542148). העבודה המוצגת כאן נתמכת בנדיבות על ידי מלגת מחקר מקרן W.M. קק. המחברים גם אסירי תודה על התמיכה של העבודה הזאת על ידי משרד המחקר הימי (דרך גרנט 12368098).

1. הכנת מסיכת ערוץ ננו-גובה
<ol><li>פוטוליתוגרפיה: עם דפוס המתאר את הצורה הרצויה של ערוצי ננו-גובה (איור 1B), השתמש בליתוגרפיה רגילה ומתיחת הליכים כדי לייצר שקעים ננו גובה ב-וופל. שקעים אלה יהפכו לערוצי ננו-גובה על התחברות וופל בשלב מאוחר יותר. הערה: הממדים הצדדיים של שקעים ננו-סקאלה הם מיקרוסקאלה בפרוטוקול זה. קרן אלקטרונים או הוא/Ne יון קרן ליתוגרפיה ניתן להשתמש כדי להמציא ערוצים עם ממדים לרוחב ננו בקנה מידה; Ga+-מבוסס קרן יון הליטוגרפיה גורם נפיחות ו פרופילי מצע מחוספס23. הכיוון של שני מוצרי המשחק צריך להתאים, אחרת, מתח תרמי עלול לגרום לאלה או הקשר ביניהם להיכשל.</li>
	<li>ההצהרה להגנה על אזורים מתחריט יבש: הניחו את הופל לתוך מערכת התצהיר. לצייר למטה את ואקום החדר כדי 5 x 10-6 mTorr, לאפשר Ar לזרום ב 2.5 mTorr, ו התיז Cr ב 200 W כדי לייצר מסכת ההקרבה עבה של 400-ננומטר שבו תחריט יון תגובתי תימנע בעת שימוש בשלב 3 להלן.</li>
	<li>להמריא: להעביר את הפרוסת לתוך גביע עם אצטון מספיק כדי לטבול לחלוטין את הפרוסת. Sonicate בעוצמה בינונית עבור 10 דקות. לשטוף עם מים די ויבש וופל עם N2 יבש לזרום.</li>
	<li>קוצצת: להשתמש מסור מראה לקוביות את כל וופל לתוך שבבים בודדים עם (בדרך כלל) תבנית אחת nanoslit לכל שבב. הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן.</li>
</ol>2. ננו-גובה ערוץ ייצור
<ol><li>איכול ראאקטיבי (RIE): להשתמש RIE לחרוט שקעים ננו לתוך אזורים שנחשפו של המצע LN. אזורים שנותרו מכוסים על ידי ההקרבה של Cr יהיו מוגנים מתחריט. הגדר את הכוח RIE 200W, חום החדר כדי 50 ° c, למשוך את הריק החדר כדי 20 mTorr, להגדיר את SF6 זרימה קצב 10 sccm, ו לחרוט עבור 20 דקות כדי לייצר nanoslit עומק 120 ננומטר ב LN.</li>
	<li>קידוח החור של הערוץ ושקעים: עם קלטת דו צדדית, לחבר שבב בתוך חרוט לצלחת פלדה קטנה ואת הצלחת לתחתית צלחת פטרי. צלחת פטרי צריכה להיות גדולה מספיק כדי לאפשר טבילה מלאה של שבב LN ולוחית פלדה. ממלאים את צלחת פטרי עם מים כדי לטבול במלואו את השבב. צרף a 0.5-mm קוטר היהלום מקדחה לתוך לחיצה מקדחה, ולקדוח במהירות גבוהה של לפחות 10,000 סל ד כדי למכונה אינלטס ושקעים הרצוי. קידוח דרך מצע בעובי 0.5 מ"מ צריך לקחת בערך 10 עד 15 s24 (איור 1B). הערה: הטבילה בזמן הקידוח מונעת חימום מקומי מופרז ושיבוש חלקיקים באתר המקדחה. סוגים אחרים של פיסות מקדחה סביר לעבוד, וקידוח יד אינו אפשרי בכל מהירות לידע שלנו. מהירויות סיבוב קצת מקדחה של 10,000 סל ד או יותר מומלץ להימנע מניפוץ ה-LN.</li>
	<li>תחריט רטוב Cr: השתמש בעט יהלום חריטה כדי לסמן בבירור את הפנים שטוח, בלתי חרוט של ה-LN הקדח לעקוב אחר איזה צד ערוץ ננוגובה ממוקם בשלבים הנותרים. Sonicate את האסימונים בתוך Cr. הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן. קשה מאוד לקבוע באיזה צד של שבב ה-LN יש את הדיכאון הננו-סקאלה חרוט לאחר Cr מוסר. הזמן הsonication תלוי בקצב החריטה ובעובי מסכת Cr.</li>
</ol>3. טמפרטורת החדר-מליטה מופעלת פלזמה
<ol><li>ניקוי הממס שבבי: לאסוף זוגות שבב-מכשיר אחד מסור (מפוברק על ידי פוטוגרפיה רגילה, התצהיר התיז ו-off הליכים) ו אחד השבבים הננו-משנה חרוט-ביחד כדי להכין אותם להתחברות. לטבול את זוגות השבבים בגביע של אצטון ממוקם באמבטיה sonication ו sonicate עבור 2 דקות. העבר את האסימונים כדי מתנול ו sonicate עבור 1 דקות. העבר את האסימונים למים של DI.</li>
	<li>ניקוי פיראניה: להכין חומצה פיראניה בגביע זכוכית בשכונה מאוורר היטב, המוקדש לשימוש של חומצה, על ידי הוספת H2O2 (30% במים) עד H2כך4 (96%) ביחס של 1:3. מניחים את כל האסימונים במחזיק טפלון. מניחים את המחזיק בגביע ולטבול את כל האסימונים לתוך הפתרון פיראניה עבור 10 דקות, ולאחר מכן לשטוף את האסימונים ואת המחזיק ברציפות בשתי אמבטיות נפרדות של מים DI. יבש את האסימונים עם N2 יבש ומיד להעביר אותם חמצן (O2) ציוד פלזמה הפעלה, שמירה עליהם מכוסים במהלך הטיפול כדי למנוע זיהום. התראה: פתרונות פיראניה הם מאוד מסוכנים, הם מאוד אוקסיגון, ומסוכן. בצע את הכללים הספציפיים לטפל בהם במוסד שלך, אבל לפחות לנקוט טיפול קיצוני ללבוש את ציוד הבטיחות הנכונה. עם סיום העבודה, יש לקרר את פתרון הפיראנה למשך שעה אחת לפחות לפני שהיא מזיגת למיכל פסולת ייעודי. הערה: יש צורך לשטוף את שבבי LN פעמיים בשתי אמבטיות מים DI. שטיפה אותם פעם אחת משאיר שאריות מאחור זה כנראה להרוס את ההתחברות. אלקטרודות זהב משמשות IDTs בגלל ההתנגדות הטובה שלהם לפתרון פיראניה.</li>
	<li>פלזמה הפעלה המשטח: להפעיל את משטחי השבב באמצעות פלזמה עם 120 W של כוח בזמן שנחשף O2 זרימה ב 120 sccm עבור 150 s. מיד להעביר את הדגימות לאמבטיה טרי די מים לפחות 2 דקות. הערה: הטיפול במשטח פלזמה במהירות ואחריו טבילה במים די יהיה ליצור קבוצות הידרוקסיל על פני השטח LN, הגדלת אנרגיית השטח החופשי שלה כדי לקדם מאוחר יותר את ההתחברות.</li>
	<li>הקשר עם טמפרטורת החדר: יבש דגימות עם N2 יבש ובזהירות להניח את השבב nanoslit על שבב המכשיר המסור בעמדה הרצויה. היישר מהדף כדי להפיק את הכיוון הרצוי. לאחר מכן השתמש בפינצטה או בדומה כדי לדחוף את המדגם ממרכזו כדי ליזום את הקשר. לחץ בעדינות למטה באזורים שלא הצליחו להתחבר לאחר הדחיפה הראשונית. הערה: ניתן לראות בקלות את החיבור דרך ה-LN השקוף. אזורים בונדד. הם לגמרי שקופים בתוך זה לא מלוטש בצד כפול יהיה קשה יותר להעריך.</li>
	<li>חימום לאחר ההתחברות: במקום דגימות בונדד במלחציים שצצו כדי להפעיל בבטחה המון על זה למרות התרחבות תרמית, והניחו את הדגימות בתנור בטמפרטורת החדר (25 ° c). הניחו את טמפרטורת החימום של התנור ל-300 ° צ', שיעור השיפוע ל-2 ° צ'/מינימום מקסימום, לשכון זמן עד 2 שעות ולאחר מכן כדי לכבות באופן אוטומטי כדי לאפשר והדגימות המכפפות בתוך לצנן באופן טבעי לטמפרטורת החדר. הערה: ניתן להשהות את הפרוטוקול כאן. ההתחברות בין קבוצות הידרוקסיל מייצרת מים בקשר, והחימום מסיר את המים כדי להגדיל באופן דרסטי את עוצמת הקשר. הכוחות הצנועים מספיקים. ניסיון ליצור קשר עם שני שבבים מכיוונים שונים או חומרים עלולים לגרום לסדקים עקב התרחבות תרמית לא תואמת ומתח הסוגר.</li>
</ol>4. התקנה ובדיקות נסיוניות
<ol><li>התבוננות: להתבונן nanoslit תחת מיקרוסקופ הפוך. כלול וסובב מסנן הקיטוב הליניארי בנתיב האופטי כדי לחסום את התמונה המבוססת על הכפלה בתוך ה-LN. השתמש במים אלקטרופורזה באמצעות הים כדי להתבונן בתנועה הנוזלים ב nanoslit הושלמה. הערה: הנוזל האולטרה-טהור מומלץ מאוד למנוע סתימה, במיוחד לאחר התאיידות.</li>
	<li>הופעה: לצרף בולמים בקצות המכשיר מסור כדי למנוע גלים אקוסטיים משתקף. השתמש במחולל אותות כדי להחיל שדה חשמלי sinusoidal על IDT בתדירות התהודה של סביב 40 MHz. השתמש במגבר כדי להגביר את האות. השתמש באולוסקופ כדי למדוד את המתח, הזרם והעוצמה בפועל שהוחלו על ההתקן. הקלט את התנועה נוזלים במהלך הופעה בתוך nanoslit באמצעות מצלמה מחוברת למיקרוסקופ.</li>
</ol>

<ol><li>Eijkel, J. C., Van Den Berg, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanofluidics%3A+what+is+it+and+what+can+we+expect+from+it%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Microfluidics+and+Nanofluidics%22%5BJournal%5D)">Nanofluidics: what is it and what can we expect from it?</a> Microfluidics and Nanofluidics. 1 (3), 249-267 (2005).</li>
<li>Longhurst, M. J., Quirke, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temperature-driven+pumping+of+fluid+through+single-walled+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Temperature-driven pumping of fluid through single-walled carbon nanotubes.</a> Nano Letters. 7 (11), 3324-3328 (2007).</li>
<li>Wang, B., Král, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coulombic+dragging+of+molecules+on+surfaces+induced+by+separately+flowing+liquids%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Coulombic dragging of molecules on surfaces induced by separately flowing liquids.</a> Journal of the American Chemical Society. 128 (50), 15984-15985 (2006).</li>
<li>Insepov, Z., Wolf, D., Hassanein, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanopumping+using+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Nanopumping using carbon nanotubes.</a> Nano Letters. 6 (9), 1893-1895 (2006).</li>
<li>Gong, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+charge-driven+molecular+water+pump%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">A charge-driven molecular water pump.</a> Nature Nanotechnology. 2 (11), 709(2007).</li>
<li>Joseph, S., Aluru, N. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pumping+of+confined+water+in+carbon+nanotubes+by+rotation-translation+coupling%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Pumping of confined water in carbon nanotubes by rotation-translation coupling.</a> Physical Review Letters. 101 (6), 064502(2008).</li>
<li>Rinne, K. F., Gekle, S., Bonthuis, D. J., Netz, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoscale+pumping+of+water+by+AC+electric+fields%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Nanoscale pumping of water by AC electric fields.</a> Nano Letters. 12 (4), 1780-1783 (2012).</li>
<li>Eslamian, M., Saghir, M. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+thermophoretic+particle+separators%3A+numerical+analysis+and+simulation%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Thermal+Engineering%22%5BJournal%5D)">Novel thermophoretic particle separators: numerical analysis and simulation.</a> Applied Thermal Engineering. 59 (1-2), 527-534 (2013).</li>
<li>Miansari, M., Friend, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acoustic+Nanofluidics+via+Room-Temperature+Lithium+Niobate+Bonding%3A+A+Platform+for+Actuation+and+Manipulation+of+Nanoconfined+Fluids+and+Particles%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Functional+Materials%22%5BJournal%5D)">Acoustic Nanofluidics via Room-Temperature Lithium Niobate Bonding: A Platform for Actuation and Manipulation of Nanoconfined Fluids and Particles.</a> Advanced Functional Materials. 26 (43), 7861-7872 (2016).</li>
<li>Minzioni, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Roadmap+for+optofluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Optics%22%5BJournal%5D)">Roadmap for optofluidics.</a> Journal of Optics. 19 (9), 093003(2017).</li>
<li>Connacher, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro%2Fnano+acoustofluidics%3A+materials%2C+phenomena%2C+design%2C+devices%2C+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Micro/nano acoustofluidics: materials, phenomena, design, devices, and applications.</a> Lab on a Chip. 18 (14), 1952-1996 (2018).</li>
<li>Ren, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Etching+characteristics+of+LiNbO3+in+reactive+ion+etching+and+inductively+coupled+plasma%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Etching characteristics of LiNbO3 in reactive ion etching and inductively coupled plasma.</a> Journal of Applied Physics. 103 (3), 034109(2008).</li>
<li>Winnall, S., Winderbaum, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lithium+niobate+reactive+ion+etching%5BTitle%5D)+AND+%22Defence+Science+and+Technology+Organization%22%5BJournal%5D)">Lithium niobate reactive ion etching.</a> Defence Science and Technology Organization. , Salisbury (Australia). No. DSTO-TN-0291 (2000).</li>
<li>Hu, H., Ricken, R., Sohler, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Etching+of+lithium+niobate%3A+micro-and+nanometer+structures+for+integrated+optics%5BTitle%5D)+AND+%22Topical+Meeting+Photorefractive+Materials%2C+Effects%2C+and+Devices-Control+of+Light+and+Matter%2C+Bad+Honnef%22%5BJournal%5D)">Etching of lithium niobate: micro-and nanometer structures for integrated optics.</a> Topical Meeting Photorefractive Materials, Effects, and Devices-Control of Light and Matter, Bad Honnef. , (2009).</li>
<li>Jackel, J. L., Howard, R. E., Hu, E. L., Lyman, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reactive+ion+etching+of+LiNbO3%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Reactive ion etching of LiNbO3.</a> Applied Physics Letters. 38 (11), 907-909 (1981).</li>
<li>Smith, S. E. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Investigation+of+nanoscale+etching+and+poling+of+lithium+niobate%22">Investigation of nanoscale etching and poling of lithium niobate</a>. , Montana State University-Bozeman, College of Engineering. Doctoral dissertation (2014).</li>
<li>Tomita, Y., Sugimoto, M., Eda, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+bonding+of+LiNbO3+single+crystals+for+optical+waveguides%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Direct bonding of LiNbO3 single crystals for optical waveguides.</a> Applied Physics Letters. 66 (12), 1484-1485 (1995).</li>
<li>Howlader, M. M. R., Suga, T., Kim, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Room+temperature+bonding+of+silicon+and+lithium+niobate%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Room temperature bonding of silicon and lithium niobate.</a> Applied Physics Letters. 89 (3), 031914(2006).</li>
<li>Chang, C. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+parametric+study+of+ICP-RIE+etching+on+a+lithium+niobate+substrate%5BTitle%5D)+AND+%2210th+IEEE+International+Conference+on+Nano%2FMicro+Engineered+and+Molecular+Systems%22%5BJournal%5D)">A parametric study of ICP-RIE etching on a lithium niobate substrate.</a> 10th IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems. , 485-486 (2015).</li>
<li>Queste, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep+reactive+ion+etching+of+quartz%2C+lithium+niobate+and+lead+titanate%5BTitle%5D)+AND+%22JNTE+%28Journ%C3%A9es+Nationales+sur+les+Technologies%29+Proceedings%22%5BJournal%5D)">Deep reactive ion etching of quartz, lithium niobate and lead titanate.</a> JNTE (Journées Nationales sur les Technologies) Proceedings. , (2008).</li>
<li>Xu, J., Wang, C., Tian, Y., Wu, B., Wang, S., Zhang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Glass-on-LiNbO3+heterostructure+formed+via+a+two-step+plasma+activated+low-temperature+direct+bonding+method%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Surface+Science%22%5BJournal%5D)">Glass-on-LiNbO3 heterostructure formed via a two-step plasma activated low-temperature direct bonding method.</a> Applied Surface Science. 459, 621-629 (2018).</li>
<li>Tulli, D., Janner, D., Pruneri, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Room+temperature+direct+bonding+of+LiNbO3+crystal+layers+and+its+application+to+high-voltage+optical+sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micromechanics+and+Microengineering%22%5BJournal%5D)">Room temperature direct bonding of LiNbO3 crystal layers and its application to high-voltage optical sensing.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 21 (8), 085025(2011).</li>
<li>Sridhar, M., Maurya, D. K., Friend, J. R., Yeo, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Focused+ion+beam+milling+of+microchannels+in+lithium+niobate%5BTitle%5D)+AND+%22Biomicrofluidics%22%5BJournal%5D)">Focused ion beam milling of microchannels in lithium niobate.</a> Biomicrofluidics. 6 (012819), (2012).</li>
<li>Shilton, R. J., Yeo, L. Y., Friend, J. R. Drilling inlet and outlet ports in brittle substrates. Chips and Tips. , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://blogs.rsc.org/chipsandtips/2011/10/10/drilling-inlet-and-outlet-ports-in-brittle-ubstrates/?doing_wp_cron=1563672390.4860339164733886718750">http://blogs.rsc.org/chipsandtips/2011/10/10/drilling-inlet-and-outlet-ports-in-brittle-ubstrates/?doing_wp_cron=1563672390.4860339164733886718750</a> (2011).</li>
</ol>

. למחברים אין מה לגלות

מליטה בטמפרטורת החדר היא המפתח. לבדיית מכשירי מסור משולבים יש להתייחס לחמישה היבטים כדי להבטיח התחברות מוצלחת וחוזק מליטה מספיק.
זמן וכוח להפעלת משטח הפלזמה הגדלת כוח הפלזמה תסייע להגביר את אנרגיית פני השטח ולהגדיל בהתאם את חוזק המליטה. אבל החיסרון של הגדלת הכוח במהלך הפעלת משטח פלזמה היא עלייה בחספוס פני השטח, אשר עלול להשפיע לרעה על ייצור nanoslit וביצועי הובלה של נוזלים. הוכח כי הזמן הפעלת משטח פלזמה לא יעזור להגדיל את האנרגיה פני השטח לאחר כמות מסוימת של זמן<sup class="...

העברת נוזלים ננו-סקאלה לשליטה בננו-ערוצים —nanofluidics1— מתרחשת על אותו קשקשים באורך כמו רוב הקרו הביולוגי, והוא מבטיח ניתוח ביולוגי חישה, אבחון רפואי, עיבוד חומרים. עיצובים וסימולציות שונות פותחו ב-nanofluidics כדי לטפל בנוזלים ובשעיות החלקיקים על בסיס מעברי טמפרטורה2, כקולון גורר3, גלי שטח4, שדות חשמליים סטטיים5,6,7, ו תרמוהורזיס8 במשך 15 השנים האחרונות. לאחרונה, ראיתי כבר הראו9 כדי לייצר ננו שאיבה נוזלים ומרוקן עם הלחץ האקוסטי מספיק כדי להתגבר על הדומיננטיות של משטח וכוחות צמימים כי אחרת למנוע הובלה נוזלית יעילה ב ננומטרי. היתרון העיקרי של הזרמת אקוסטי היא היכולת לנהוג בזרימה שימושית במבנים ננו מבלי לדאוג לגבי פרטי הכימיה של מתלה הנוזל או החלקיקים, מה שהופך את המכשירים לנצל את הטכניקה באופן מיידי שימושי בניתוח ביולוגי, חישה, ויישומים אחרים פיזיקליים.
הייצור של התקנים משולבים nanofluidic דורש הייצור של אלקטרודות- מתמר interdigital (IDT)-על מצע פיזואלקטריים, ליתיום niobate10, כדי להקל על יצירת המסור. תחריט של יון תגובתית (RIE) משמש ליצירת דיכאון ננו בחתיכה נפרדת, ו-ln-in התחברות של שתי החתיכות מייצרת ננומטרי שימושי. תהליך הייצור עבור התקנים מסור הוצג בפרסומים רבים, בין אם באמצעות רגיל או להרים את הפוטוגרפיה אולטרה סגולה לצד מתכת או התאיידות להסיר11. לתהליך in RIE לחרוט ערוץ בצורה מסוימת, את ההשפעות על שיעור האיכול ואת פני השטח הסופי של הערוץ מבחירת בכיוונים שונים בתוך, חומרי מסיכה, זרימת גז, וכוח פלזמה נחקרו12,13,14,15,16. משטח פלזמה הפעלה שימש באופן משמעותי להגדיל את אנרגיית השטח ולכן לשפר את החוזק של התחברות תחמוצות כגון בתוך17,18,19,20. כמו כן ניתן ליצור קשר עם תחמוצות אחרות ב-LN, כגון SiO2 (זכוכית) באמצעות שיטת מליטה דו-שיטית המופעלת על-ידי פלזמה21. טמפרטורת החדר מתחברים, בפרט, נחקר תוך שימוש בטיפולים שונים של ניקוי ומשטח הפעלה22.
כאן, אנו מתארים בפירוט את התהליך כדי להמציא 40 MHz משולב משולבים 100-ננומטר גובה ננוערוצים, הנקרא לעתים קרובות ערוצי nanoslit (איור 1א). מילוי נימי נוזלי אפקטיבי ומרוקן נוזלים באמצעות מראה הופעה מדגים את תוקפו של ייצור nanoslit הן ביצועים מסור בערוץ כזה ננו-סולם. הגישה שלנו מציעה מערכת ננו-שוטטיות המאפשרת חקירה של מגוון בעיות פיזיות ויישומים ביולוגיים.

<table><tbody><tr><td>Absorber</td><td>Dragon Skin, Smooth-On, Inc., Macungie, PA, ארה"ב</td><td>Dragon Skin 10 MEDIUM</td><td></td></tr><tr><td>Ampliifier</td><td>Mini-Circuits, ברוקלין, ניו יורק, ארה"ב</td><td>ZHL &ndash; 1&ndash; 2W&ndash; S+</td><td></td></tr><tr><td>מצלמה</td><td>ניקון, מינאטו, טוקיו, יפן</td><td>D5300</td><td></td></tr><tr><td>מפתח</td><td>Futurrex, ניו ג'רזי, ארה"ב</td><td>RD6</td><td></td></tr><tr><td>עט חריטה בקצה יהלום</td><td>Malco, ממפיס, טנסי, ארה"ב</td><td>Malco A50 ארה"ב תוצרת קרביד עם קצה</td><td></td></tr> סופר <tr>דיסקו<td>מסור חיתוך</td><td>דיסקו, טוקיו, יפן</td><td>דיסקו אוטומטי מסור חיתוך 3220</td><td></td></tr><tr><td>תנור חימום</td><td>קרבוליט, עמק התקווה, בריטניה</td><td>HTCR 6/28</td><td>תנור חדר נקי בטמפרטורה גבוהה -</td></tr><tr><td>מקדח חורים</td> HTCR <td>דרמל, מאונט פרוספקט, אילינוי</td><td>דגם #4000</td><td>4000 מיקרוסקופ סיבובי הפוך במהירות משתנה בעל ביצועים גבוהים</td></tr><tr><td></td><td>, אירווין, קליפורניה, ארה"ב</td><td>IN480TC-FL-MF603</td><td></td></tr><tr><td>מצע ליתיום ניובט</td><td>PMOptics, ברלינגטון, MA, ארה"ב</td><td>PWLN-431232</td><td>4 אינץ' צד כפול מלוטש 0.5 מ"מ עובי 128&deg; יישור מסכות ליתיום ניובט חתוך Y-rotated</td></tr><tr><td></td><td>Heidelberg Instruments, היידלברג, גרמניה</td><td>MLA150</td><td></td></tr><tr><td>Nano3 מתקן חדר נקי</td><td>UCSD, לה ג'ולה, קליפורניה, ארה"</td><td></td><td>ב תהליך הייצור מתבצע בו.</td></tr><tr><td>פוטו-רזיסט שלילי</td><td>Futurrex, ניו ג'רזי, ארה"ב</td><td>NR9-1500PY</td><td></td></tr><tr><td>אוסילוסקופ</td><td>Keysight Technologies, סנטה רוזה, קליפורניה, ארה"ב</td><td>InfiniiVision 2000 X-Series</td><td></td></tr><tr><td>הפעלת משטח פלזמה</td><td>PVA TePla, קורונה, קליפורניה, ארה"ב</td><td>PS100</td><td>Tepla Asher</td></tr><tr><td>גיליון מקטב</td><td>אופטיקה אדמונד, ברינגטון, ניו ג'רזי, ארה"ב</td> <td>#86-182</td><td></td></tr><tr><td>RIE תחריט</td><td>אוקספורד מכשירים, אבינגדון, בריטניה</td><td>Plasmalab 100</td><td></td></tr><tr><td>מחולל אותות</td><td>NF Corporation, יוקוהמה, יפן</td><td>WF1967 מחולל</td><td></td>רב תכליתי</tr><tr><td>תצהיר מקרטע</td><td>דנטון ואקום, ניו ג'רזי, ארה"ב</td><td>דנטון 18</td><td>דנטון דיסקברי 18 מערכת מקרטע</td></tr><tr><td>טבל פרוסות טפלון</td><td>ShapeMaster, אוגדן, אילינוי, ארה"ב</td><td>SM4WD1</td><td>רקיק דיפר 4 אינץ'</td></tr></tbody></table>

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

Fabrication of Nanoheight Channels Incorporating Surface Acoustic Wave Actuation via Lithium Niobate for Acoustic Nanofluidics

מניפולציה ננו מבוקרת של נוזלים ידוע להיות קשה במיוחד בשל הדומיננטיות של משטח וכוחות צמיגה. מכשירי מגה-הרץ-הזמנה גל אקוסטי (מסור) התקנים ליצור תאוצה אדירה על פני השטח שלהם, עד 108 מ מ 2, בתורו אחראי רבים של ההשפעות שנצפו שבאו להגדיר אתהשני: הזרמת אקוסטית וכוחות קרינה אקוסטית. אפקטים אלה שימשו עבור חלקיקים, תא, מניפולציה נוזלים בקנה מידה, אם כי לאחרונה מסור כבר נעשה שימוש כדי לייצר תופעות דומות בסולם הננו באמצעות קבוצה שונה לחלוטין של מנגנונים. מניפולציה הנוזלים ננו בקנה מידה מציע מגוון רחב של הזדמנויות ב-רביים שאיבה וביואקרוולאואכאואואואואויואויואויואואויוולאותרפיה שימושי עבור יישומים פיזיים כאן, אנו מדגימים את הייצור הננו-גובה ערוץ באמצעות ליתיום בטמפרטורת החדר (LN) מליטה משולבת עם מכשיר מסור. אנו מתארים את כל התהליך הניסיוני כולל ייצור ננו גובה הערוץ באמצעות תחריט יבש, פלזמה מופעל התחברות על ליתיום niobate, ההתקנה האופטית המתאימה עבור הדמיה הבאים, ו הופעה מראה. אנו מציגים תוצאות נציג עבור מילוי נימי נוזלים ונוזלים ניקוז בערוץ ננו הנגרמת על ידי מסור. הליך זה מציע פרוטוקול מעשי עבור הייצור של ערוץ ננו בקנה מידה ואינטגרציה עם התקנים מסור שימושי כדי לבנות על יישומים nanofluiאידיקה עתידיים.

אנו מבצעים הגשת נימי נוזלים ומסור המושרה נוזל ניקוז ב ננו-גובה לאחר הייצור מוצלחת והתחברות של התקנים משולבים nanoflu, משולב. גלים אקוסטיים פני השטח מופקים על ידי IDTs הופעה על ידי אות sinusoidal מוגבר בתדר התהודה של IDTs של 40 MHz, והמסור מפיץ לתוך nanoslit באמצעות מצע פיזואלקטריים LN. התנהגות הנוזל באינטראקציה nanoslit עם מסור עשוי להיות נצפתה באמצעות מיקרוסקופ הפוך.
אנו מדגימים מילוי נימי נוזלים ב-100-nm בערוצים גבוהים של רוחב שונה. איור 2 מראה מילוי נימי של מים...

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

Controlled nanoscale manipulation of fluids is known to be exceptionally difficult due to the dominance of surface and viscous forces. Megahertz-order ...

הפרוטוקול שלנו מספק שיטת ייצור מפורטת של ערוצי ננו-גובה המשלבים תפעול גל אקוסטי פני השטח באמצעות ליתיום ניוביאט עבור ננופלואידים אקוסטיים. טכניקה זו יכולה לשמש לביצוע משטח פלזמה בטמפרטורת החדר מופעל מליטה רב שכבתית של ליתיום ניוט גביש יחיד, תהליך שימושי באותה מידה עבור מליטה ליתיום niobate או דו תחמוצת הסיליקון ותחמוצות אחרות. כל פסולת וחלקיקים יש להסיר במהלך ניקוי משטח פלזמה מופעל תהליכים כדי למנוע כשל מליטה היווצרות ערוץ ננו גובה.הדגמה חזותית של שיטה זו יכולה ללכוד את כל תהליך הייצור בפירוט וכתוצאה מכך הצגה ברורה של הפרוטוקול לחוקרים אחרים. כדי להכין מסכת תעלה בגובה ננו, מניחים רקיק חרוט עם דפוס שנועד להיות פוטוליטוגרפיה נורמלית בהליכי ההמראה לתוך מערכת תצהיר sputter ולמשוך את ואקום התא לחמש פעמים 10 כדי שלילי שישה מיליטור. אפשר לארגון לזרום ב 2.5 מיליטור וכרום sputter ב 200 וואט כדי לייצר 400 ננומטר עבה מסכת הקרבה בתוך 18 דקות.בסוף התצהיר, לחלוטין להטביע את הוופל בסק של אצטון sonicate את הוופל בעוצמה בינונית במשך 10 דקות. בסוף sonication, לשטוף את הוופל עם מים deionized ולייבש את הוופל עם זרימת חנקן יבש. ואז להשתמש מסור dicing לחלק את הוופל לתוך שבבים בודדים עם דפוס ננו-חתוך אחד לכל שבב.כדי להמציא את תעלת הננו-גובה, מניחים את הוופל בתא תחריט יון תגובתי. הגדר את הפרמטרים התא כפי שצוין לייצר ננו-חתוך עמוק 120 ננומטר בליתיום ניובאט. כדי לקדוח את הפולגות והשקעים של התעלה, השתמשו בקלטת דו-צדדית כדי לחבר צלחת פלדה קטנה לתחתית צלחת פטרי ואת השבב החרוט לצלחת.ממלאים את המנה במים כדי לטבול את השבב באופן מלא ולחבר מעט מקדחת יהלום בקוטר 0.5 מ"מ ללחיצה על מקדחה. לאחר מכן לקדוח במהירות של לפחות 10, 000 סיבובים לדקה כדי למכונה את הדחפים הרצויים ושקעים. עבור תחריט רטוב כרום, להשתמש בעט תחריט קצה יהלום כדי לסמן בבירור את המשטח שטוח unetched של ליתיום niobate שנקדח כדי לעקוב אחר איזה צד ערוץ ננו גובה ממוקם sonicate השבבים תחריט כרום.לניקוי ממס של השבבים, מניחים זוגות שבבים המורכבים ממכשיר גל אקוסטי משטח אחד ושבב דיכאון ננומטרי חרוט אחד ומטבולים את הזוגות במקומה של אצטון שהונחה עם אמבט sonication. לאחר שתי דקות של sonication באצטון, sonicate את השבבים במתנול לדקה אחת. בסוף sonication מתנול, לשטוף את השבבים במים deionized.לאחר מכן, מוסיפים מי חמצן לחומצה גופרתית ביחס של 1-3 ברדס מאוורר היטב ומעבירים את כל השבבים למחזיק טפלון. בזהירות מניחים את המחזיק לתוך המקור של חומצת פיראנה במשך 10 דקות לפני שטיפה את השבבים ואת המחזיק בשתי אמבטיות מים deionized רציף. לאחר שטיפה השנייה, לייבש את השבבים עם זרימת חנקן יבש מיד למקם את הדגימות לתוך ציוד הפעלת פלזמה חמצן שמירה עליהם מכוסים במהלך הטיפול כדי למנוע זיהום.באמצעות 120 וואט של חשמל תוך חשיפת השבבים לזרימת חמצן ב 120 סנטימטרים מעוקבים סטנדרטיים במשך 150 שניות, להפעיל את משטחי השבב עם הפלזמה. בסוף ההפעלה, מיד להטביע את הדגימות באמבט מים deionized טרי במשך שתי דקות לפחות. לאחר ייבוש השבבים עם זרימת חנקן יבשה, הניחו בזהירות את שבב הננו-חריץ על שבב התקן הגל האקוסטי של פני השטח במיקום הרצוי עם השבבים המיושרים בכיוון המתאים.לאחר מכן השתמש פינצטה או דומה ללחוץ על המדגם ממרכזו ליזום את הקשר, החלת לחץ עדין על אזורים שלא הצליחו להתחבר לאחר הדיכאון הראשוני. לאחר מכן, מניחים את הדגימות מלוכדות מהדק צץ כדי להפעיל בבטחה עומסים למרות התפשטות תרמית ומניחים את הדגימות מהודק לתוך תנור טמפרטורת החדר. לאחר מכן להגדיר את טמפרטורת התנור ל 300 מעלות צלזיוס עם קצב רמפה של שתי מעלות צלזיוס לדקה מקסימום עם זמן להתעכב של שעתיים לפני כיבוי אוטומטי.כדי לבחון את תנועת הנוזלים בננו-חריץ שהושלם, מקם את שבב הננו-חריץ תחת מיקרוסקופ הפוך וסובב את השבב דרך מסנן קיטוב ליניארי בנתיב האופטי כדי לחסום באופן מתאים את הכפלת התמונה המבוססת על birefringence בניוט ליתיום. לאחר מכן הוסיפו מים לא יציבים במיוחד לפנים ודמיין את התקדמות הנוזלים. לתנעת גלים אקוסטיים על פני השטח, חבר בולמים לקצוות התקן הגל האקוסטי של פני השטח כדי למנוע גלים אקוסטיים משתקפים והגדר את תדר תהודה על מחולל אותות סביב 40 מגה הרץ.השתמש במגבר כדי להגביר את האות ולהשתמש oscilloscope כדי למדוד את המתח בפועל, זרם וכוח להחיל על המכשיר. לאחר מכן להחיל שדה חשמלי סינוזואידי על מתמר interdigital ולתרשם את תנועת הנוזל במהלך ההתניה בתוך ננו-חריץ. בתמונות אלה, מילוי נימי של מים deionized אולטרה pure לתוך אחד 100 ננומטר גבוה 400 מיקרומטר ערוץ רחב אחד 100 ננומטר גבוה 40 מיקרומטר ערוץ רחב מוצג.כוחות נימיים לצייר מילוי נוזלים של ננו-חתוך כולו עם טיפה של מים אולטרה סגולים מועברים דרך התוך ואת המילוי התרחש מהר יותר בתוך התעלה הצרה בשל כוח נימי גדול יותר שלה. בניסוי זה, מים ב חריץ גובה 100 ננומטר נוקז כדי להראות ממשק אוויר מים עם האורך המרבי באמצע המציין אנרגיה אקוסטית מקסימלית באמצע התקן הגל האקוסטי פני השטח. נדרש כוח יישומי סף של כוואט אחד כדי לאלץ את הלחץ האקוסטי להיות גדול יותר מהלחץ נימי כדי להניע תופעת ניקוז גלויה.רוב תהליכי הייצור צריך להתבצע בחדר נקי כדי למנוע זיהום חלקיקים מיקרוסקאלי ונוזל המשמש למילוי צריך להיות ultrapure כדי למנוע סתימת ננו-חריץ. הגישה שלנו מציעה מערכת ננו אקוסטית fluidics לחקירה של מגוון רחב של בעיות פיזיות ויישומים ביולוגיים בננומטרי.

fabrication-nanoheight-channels-incorporating-surface-acoustic-wave

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

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

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

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

פרוטוקול לבנות ולבדוק תאים מטבע של סוללות ליתיום יון מתואר. הנהלים הספציפיים של ביצוע העבודה האלקטרודה, הכנת אלקטרודה נגדית, הרכבת התא בתוך שבתא הכפפות ובדיקה תא מוצגים.

בנייה ובדיקה של תאים מטבע של סוללות ליתיום יון

nanoemulsions Phase-Shift (PSNE) ניתן מתאדה באמצעות אולטרסאונד ממוקד בעצמה גבוהה כדי לשפר את החימום מקומי ולשפר אבלציה תרמית בגידולים. בדו"ח זה, הכנת PSNE היציב עם חלוקת גודל צרה מתוארת. יתר על כן, ההשפעה של PSNE מתאדה באבלציה אולטרסאונד בתיווכו הפגין ברוחות רפאי רקמות מחקו.

סינתזה של Nanoemulsions שלב של משמרות עם הפצות גודל צרות לאידוי Droplet אקוסטית ואבלציה בועה משופרת אולטראסאונד בתיווך

שיטה לחיבור קבוע של שני ופלים מסיליקון כדי לממש מארז אחיד מתוארת. זה כולל הכנת רקיקים, ניקוי, מליטה RT, ותהליכי חישול. ופלים מלוכדים וכתוצאה מכך (תאים) יש אחידות של המתחם ~ 1%1,2. הגיאומטריה המתקבלת מאפשרת מדידות של נוזלים וגזים מוגבלים.

ייצור חללים ננומטריים אחידים באמצעות מליטה וופל ישיר סיליקון

אנו מדווחים כי ניתן להתגבר על מגבלת העקיפה של ליתוגרפיה אופטית קונבנציונלית על ידי ניצול המעברים של נגזרות פוטוכרומיות אורגניות הנגרמות על ידי הפוטואיזומריזציה שלהן בעוצמות אור נמוכות. 1-3 מאמר זה מתאר את טכניקת הייצור שלנו ושני מנגנוני נעילה, כלומר: פירוק של פוטואיזומר אחד וחמצון אלקטרוכימי.

דפוסים באמצעות מעברי Saturable אופטיים - ייצור ואפיון

למד את שיטת הייצור של ערוצי ננו גובה באמצעות גלי אקוסטיקה משטחית בליתיום ניובט. הפרוטוקול כולל קשירת שכבות רב-שכבתית בהפעלת פלזמה בטמפרטורת החדר ליישומי ננו-זורמים אקוסטיים.

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

גלה סרטונים נוספים