Realizzazione e di funzionamento dei dispositivi che supportano Acoustofluidic Bulk onde acustiche piedi per guaina di messa a fuoco di particelle

L'obiettivo generale di questo approccio di fabbricazione è creare un dispositivo acustofluidico versatile e robusto per manipolare particelle colloidali di dimensioni micrometriche in modo senza contatto, utilizzando onde stazionarie acustiche in volume. Il nostro obiettivo è dimostrare un approccio semplice, mostrando come fabbricare strumenti acustofluidici in grado di sostenere onde stazionarie acustiche in volume, impiegando attrezzature e procedure standard, nella speranza di rendere questa tecnologia utile più accessibile. Un vantaggio significativo dell'acustofluidica è che offre un metodo semplice per focalizzare o separare rapidamente entità microscopiche, con ampie implicazioni nella citometria su chip e nel sorting cellulare.

Questa tecnologia offre la possibilità di disporre le particelle a diverse portate in modo delicato e selettivo, il tutto su una piattaforma miniaturizzata e pratica. In un ambiente pulito, posizionare un wafer di silicio da sei pollici, pulito e lucidato su un solo lato, su un spin coater con il lato lucidato rivolto verso l'alto. Depositare un fotoresist positivo direttamente al centro del wafer versandolo con attenzione fino a quando il fotoresist non copre la maggior parte del wafer.

Quindi, centrifugare il campione per ottenere uno strato uniforme di fotoresist. Al termine, rilasciare il vuoto sul mandrino e utilizzare pinzette per wafer per recuperare il wafer. Successivamente, posizionare il wafer su una piastra riscaldante ed eseguire una pre-cottura alla temperatura e per il tempo indicati dal fornitore del fotoresist.

Mentre il photoresist si cuoce, caricare una maschera fotolitografica, come quella mostrata qui, nel supporto di un allineatore di maschere. Successivamente, caricare la wafer ed esporla alla luce UV con una dose di energia specificata dal fornitore del photoresist. Quindi, rimuovere la wafer fotoincisa dal supporto e immergerla in una soluzione del relativo sviluppatore.

Al termine, rimuovere la piastrina dallo sviluppatore, lavarla con un flusso costante di acqua deionizzata e asciugarla con azoto. Caricare la piastrina fotolitografata nella camera di uno strumento per l'incisione reattiva a ioni profonda ed incidere i canali fluidici nella piastrina alla profondità desiderata seguendo le procedure standard di incisione. Al termine del processo di incisione, scaricare il campione dalla camera e collocarlo in un grande becher contenente una soluzione rimuovi fotoresist.

Assicurarsi che la wafer sia immersa nella soluzione e lasciarla in ammollo per un'ora a 65 gradi Celsius. Rimuovere la wafer dal becher e risciacquarla con flussi alternati di acetone e alcol isopropilico. Quindi, asciugare la wafer con azoto.

In una cappa ben ventilata approvata per l'uso con acidi, preparare una soluzione di Piranha in un grande becher pulito aggiungendo perossido di idrogeno al 30% all'acido solforico in un rapporto di uno a tre. Immergere la wafer incisa con ioni nella soluzione di Piranha con le strutture incise rivolte verso l'alto e lasciarla per cinque minuti. Successivamente, rimuovere la wafer e risciacquarla accuratamente con acqua deionizzata.

Rimmergere nuovamente la wafer nella soluzione di Piranha per altri due minuti, quindi risciacquarla ancora con abbondante acqua deionizzata. In una cappa ben ventilata e dedicata esclusivamente all'uso di solventi, lavare la wafer con un flusso costante di acetone, seguito da un flusso costante di metanolo, quindi asciugare la wafer con gas azoto. Utilizzando uno strumento per incisione, tracciare delle linee rette sulla wafer lungo il perimetro del chip microfluidico, in modo che le sue dimensioni risultino inferiori a quelle del segmento rettangolare di vetro con fori preforati.

Rompere con attenzione il wafer lungo le linee incise. Risciacquare il segmento di silicio con un flusso costante di acetone, seguito da un flusso costante di metanolo. Successivamente, posizionare il wafer su una piastra riscaldante a 95 gradi Celsius per due minuti affinché si asciughi.

Successivamente, aggiungere con attenzione il vetro pulito sopra il segmento di silicone, con le caratteristiche incise rivolte verso l'alto. Assicurarsi che i fori siano correttamente allineati. Quindi, capovolgere con cura i segmenti, garantendo che i fori rimangano allineati.

Fissare i due segmenti con nastro conduttivo doppio lato, in modo che metà del nastro fissi i bordi verticali del segmento in silicone e l'altra metà fissi il vetro sporgente. Successivamente, capovolgere nuovamente i segmenti in modo che il segmento di vetro si trovi in alto. Posizionare i segmenti su una lastra di acciaio posta su una piastra riscaldante a 450 gradi Celsius.

Quindi, aggiungere con attenzione una seconda lastra di acciaio di almeno cinque chilogrammi direttamente sulla parte superiore dei segmenti assemblati in vetro e silicio. Questa lastra non deve entrare in contatto con il segmento di silicio o con il nastro conduttivo. Utilizzando un alimentatore ad alta tensione, collegare il cavo attivo alla lastra di acciaio posta sopra i segmenti assemblati in vetro e silicio e il cavo di massa alla lastra di acciaio inferiore.

Impostare la tensione della piastra riscaldante sottostante a 1.000 volt. Verificare la tensione applicata utilizzando un multimetro, premendo una sonda contro la piastra inferiore e l'altra sonda contro la piastra superiore. Tornare dopo due ore per spegnere la piastra riscaldante e l'alimentatore in corrente continua ed estrarre il dispositivo dalle lastre metalliche.

Grattare la superficie del vetro con un rasoio per rimuovere eventuali residui prodotti dal legame anodico, quindi pulire la superficie del vetro con acetone. Successivamente, preparare un foglio di polidimetilsilossano spesso circa cinque millimetri, tagliandolo in diverse piccole lastre quadrate di circa 10 millimetri per 10 millimetri. Utilizzare un punch per biopsia da 3 mm per praticare un foro al centro di ciascuna lastra.

Quindi, incollare direttamente le lastre sopra i fori del substrato di vetro utilizzando una resina epossidica. Saldatare due fili alle due aree conduttive sul trasduttore. Incollare con attenzione il trasduttore in ceramica di zirconato-titanato di piombo al segmento di silicio sul lato posteriore del dispositivo, centrato al di sotto del microcanale.

Infine, inserire il tubo di silicone attraverso i fori nelle lastre di polidimetilsilossano e aggiungere ulteriore colla intorno alle lastre e al tubo per fissarli saldamente. Fissare saldamente il dispositivo su un palco del microscopio con il microcanale direttamente sotto l'obiettivo. Prestare attenzione affinché il trasduttore non entri in contatto con il palco.

Successivamente, collegare i tubi di silicone provenienti dalle uscite del dispositivo a siringhe fissate su pompe per siringhe. Posizionare il tubo di silicone che porta all'ingresso del dispositivo in una provetta contenente una sospensione di microsfere di polistirene o di cellule di interesse. Quindi, posizionare la provetta contenente il campione su un agitatore magnetico per mescolarlo continuamente, in modo da garantire che una concentrazione costante sia mantenuta per tutta la durata dell'esperimento.

Collegare il trasduttore all'uscita di un amplificatore di potenza in serie con un generatore di funzioni. Impostare i parametri sul generatore di funzioni e monitorare l'uscita su un oscilloscopio. Successivamente, accendere il generatore di funzioni e l'amplificatore di potenza per iniziare ad attuare il trasduttore.

Successivamente, accendere il microscopio e assicurarsi che il canale microfluidico sia perfettamente a fuoco. Inoltre, accendere la pompa per siringa per introdurre il campione nel dispositivo. Monitorare le entità che scorrono attraverso il dispositivo mediante microscopio a fluorescenza per tutta la durata dell'esperimento.

Qui, una pompa per siringa è stata utilizzata per infondere nella camera microfluidica una sospensione di microsfere di polistirene fluorescenti verdi a un flusso di 100 microlitri al minuto. Una volta attivato il trasduttore in zirconato titanato di piombo e sintonizzato alla frequenza di 2,366 megahertz, si forma un'onda stazionaria di mezza lunghezza d'onda lungo la larghezza di questo microcanale, pari a 313 micrometri. Ciò concentra il flusso di microsfere lungo il nodo di pressione.

Quando le particelle di silicone fluorescenti rosse, che hanno un fattore di contrasto acustico negativo, sono state iniettate nel dispositivo, si sono concentrate lungo gli antinodi di pressione. La capacità di questo sistema di focalizzare le particelle dipende sia dalla portata sia dalle tensioni applicate. Aumentando la portata, la distribuzione delle particelle attraverso il microcanale si espande.

L'aumento delle tensioni applicate incrementa inoltre il grado di focalizzazione delle particelle. Una volta operativo, questo dispositivo può essere utilizzato per manipolare particelle e cellule in una varietà di bioanalisi e esperimenti basati sulla microfluidica che richiedono un controllo preciso dal punto di vista spaziale o temporale. È importante ricordare di procedere con calma ed essere accurati in ogni fase, poiché la fretta in una qualsiasi fase potrebbe introdurre imperfezioni nel dispositivo finale.

Una volta terminato, il dispositivo può essere utilizzato più volte, a condizione che venga pulito correttamente tra un'utilizzazione e l'altra con detergenti e tamponi di lavaggio adeguati. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come realizzare un dispositivo acustofluidico composto da silicio e vetro, in grado di sostenere onde stazionarie acustiche in massa. Ricordare che si lavora con sostanze chimiche aggressive, come la miscela Piranha, che possono risultare estremamente pericolose se maneggiate in modo improprio.

Prestare la massima attenzione durante la manipolazione di questi liquidi per garantire una pratica chimica sicura in tutti i lavori di fabbricazione.