Basandosi sul noto effetto piezoelettrico inverso, dove i dipoli atomici creano ceppo corrispondente all'applicazione di un campo elettrico, cristalli piezoelettrici come il litio niobate LiNbO3 (LN), litio tantalite LiTaO3 (LT), possono essere utilizzati come trasduttori elettromeccanici per generare SAW per applicazioni di microscala1,2,3,4,5,6. Permettendo la generazione di spostamenti fino a 1 nm a 10-1000 MHz, la vibrazione guidata da SAW supera gli ostacoli tipici degli ultrasuoni tradizionali: piccola accelerazione, grandi lunghezze d'onda e grandi dimensioni del dispositivo. La ricerca per manipolare fluidi e particelle sospese ha recentemente accelerato, con un gran numero di recensioni recenti e accessibili7,8,9,10.
La fabbricazione di dispositivi microfluidici integrati in SAW richiede la fabbricazione degli elettrodi ( il trasduttore interdigitale (IDT)11- sul substrato piezoelettrico per generare il SAW. Le dita a forma di pettine creano compressione e tensione nel substrato quando sono collegate a un ingresso elettrico alternato. La fabbricazione di dispositivi SAW è stata presentata in molte pubblicazioni, sia utilizzando la fotolitografia ultravioletta di decollo accanto a sputter metallico o processi di incisione umida10. Tuttavia, la mancanza di conoscenze e competenze nella fabbricazione di questi dispositivi è un ostacolo chiave all'ingresso in acoustofluidica da molti gruppi di ricerca, ancora oggi. Per la tecnica di decollo12,13,14, uno strato sacrificale (fotoresist) con un motivo inverso viene creato su una superficie, in modo che quando il materiale bersaglio (metallo) si deposita su tutto il wafer, può raggiungere il substrato nelle regioni desiderate, seguito da un passo "lift-off" per rimuovere il fotoresist rimanente. Al contrario, nel processo di incisione bagnato15,16,17,18, il metallo viene prima depositato sul wafer e poi photoresist viene creato con un modello diretto sul metallo, per proteggere la regione desiderata da "inciampare" via da un incisione metallica.18
In un design più comunemente usato, l'IDT dritto, la lunghezza d'onda della frequenza di risonanza del dispositivo SAW è definita dalla periodicità delle coppie di dita, dove la larghezza delle dita e la spaziatura tra le dita sono entrambe
-419. Al fine di bilanciare l'efficienza di trasmissione della corrente elettrica e l'effetto di carico di massa sul substrato, lo spessore del metallo depositato sul materiale piezoelettrico è ottimizzato per essere circa l'1% della lunghezza d'onda SAW20. Il riscaldamento localizzato da perdite Ohmic21, potenzialmente inducendo un guasto prematuro delle dita, può verificarsi se il metallo non è sufficiente si deposita. D'altra parte, una pellicola metallica eccessivamente spessa può causare una riduzione della frequenza risonante dell'IDT a causa di un effetto di caricamento di massa e può eventualmente creare cavità acustiche non intenzionali dagli IDT, isolando le onde acustiche che generano dal substrato circostante. Di conseguenza, i parametri di esposizione fotoresist e UV scelti variano nella tecnica di decollo, a seconda dei diversi design dei dispositivi SAW, in particolare la frequenza. Qui, descriviamo in dettaglio il processo di decollo per produrre un dispositivo a 100 MHz a generando SAW su un dispositivo lnlnante da 0,5 mm di spessore a 128 gradi, così come il processo di incisione a umido per fabbricare il dispositivo a 100 MHz di design identico. Il nostro approccio offre un sistema microfluidico che consente di scandire una varietà di problemi fisici e applicazioni biologiche.