このビデオでは、第1の弾性表面波(SAW)音響向装置の製作および操作手順を説明する。我々はその後、質的流れの可視化とSAWポンプ装置内の複雑な流れの定量分析の両方を可能にした実験のセットアップを示しています。
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このビデオでは、第1の弾性表面波(SAW)音響向装置の製作および操作手順を説明する。我々はその後、質的流れの可視化とSAWポンプ装置内の複雑な流れの定量分析の両方を可能にした実験のセットアップを示しています。
表面弾性波(弾性表面波)が音響逆流現象を介して携帯型マイクロ流体チップ内の液体を駆動するために使用することができる。このビデオでは、多層SAW音響向装置の製造プロトコルを提示します。デバイスは、2つのすだれ状電極(IDTの)及び適切なマーカーがパターニングされ、その上にニオブ酸リチウム(LN)基板から出発して製造される。 SU8マスターモールド上にキャストポリジメチルシロキサン(PDMS)チャネルは、最終的にパターニングされた基板上に接合されている。製作手順に続いて、我々はPDMSチャネルグリッドを通して流体をポンプするために、音響向デバイスの特性評価と動作を可能な技術を示しています。我々は最終的にチャネル内の液体の流れを可視化する手順を紹介します。プロトコルは、そのような層流と渦と粒子の蓄積ドメインによって特徴付けられる、より複雑なダイナミクス異なるフローレジームの下で圧送流体チップ上で表示するために使用される。
マイクロ流体のコミュニティが直面している継続的な課題の一つは、真にポータブルマイクロトータル分析システム(μTASの)への統合のために小型化することができる効率的なポンプ機構を持っている必要がある。チャネルサイズはミクロン範囲まで低下させるか、または以下のように標準的な巨視的なポンプシステムは、単に体積流量の不利なスケーリングにより、μTASのために必要な移植性を提供することができない。それどころか、のこぎりは、流体作動機構として関心の高まりを得て、これらの問題の1,2のうちのいくつかのソリューションのための有望な手段として表示されます。
弾性表面波は、流体3へのエネルギー輸送の非常に効率的なメカニズムを提供することが示された。圧電基板、 例えばニオブ酸リチウム(LN) の上にSAWの伝播は、波はレイリー角θR =罪として知られている角度でそのパスに任意の流体に放射されたとき722、図1(c F / C 秒 )、基板内の音速度の不一致、C s、および流体C fに起因。流体中への放射線の漏洩これは、流体の音響流を駆動する圧力波を生じさせる。デバイスに適用されたデバイスの形状とパワーに応じて、このメカニズムは、オンチップなどの流体混合、粒子ソーティングなどのプロセス、噴霧、及びポンプ1,4の様々を作動させることが示された。 SAWとmicrofluidsを作動させるのシンプルさと有効性にもかかわらず、これまでに実証されているマイクロ流体ポンプ機構を駆動SAWのほんのいくつかあります。最初のデモは、圧電基板3上のSAW伝搬路に配置された無料の滴の簡単な翻訳だった。この新規な方法は、マイクロ流体作動方法として、弾性表面波を使用する際に大きな関心を生成し、一方の流体が依然として必要であった同封のチャネル·より難しいタスクを介して駆動される。タンらは、レーザーは、圧電基板に直接アブレーションれたマイクロチャネル内にポンプを実証した。チャネルとIDT寸法に関して幾何修飾により、彼らは一様と流れを混合5の両方を示すことができた。グラスらは、最近人気のあるラボ·オン·-CDのコンセプト6,7の真の小型化のデモンストレーションとして、遠心マイクロフルイディクスとSAW作動回転を組み合わせることにより、マイクロチャネル及びマイクロ流体コンポーネントを介して流体を移動させる方法を示した。しかし、実証されているだけで完全に囲まれたSAW駆動ポンプ機構はなりチェッキーニらのSAW主導音響向8このビデオの焦点に残っている。それは伝搬方向に対向する方向に密閉流路を介して圧送する流体の霧化と合一を利用するcoustic波。このシステムは、マイクロチャネル内で驚くべきことに、複雑なフローを生じさせることができる。また、デバイスの幾何学的形状によっては、層流から渦と粒子蓄積領域によって特徴付けられる、より複雑なレジームに、フロースキームの範囲を提供することができる。簡単に装置内の流動特性に影響を与える能力は、高度なオンチップ粒子操作のための機会を示している。
デバイス製造、実験操作、および流れの可視化:このプロトコルでは、実用的なSAWベースのマイクロ流体の主要な側面を明確にしたい。我々は明示的にSAW主導音響向装置の製造及び操作のためにこれらの手順を記述しているが、これらのセクションは簡単にSAW駆動型マイクロ流体制度の範囲への応用のために変更することができます。
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1。デバイス製造
注:すべての製 造工程は、使用する前に、装置の汚染を避けるためにクリーンルーム環境で行われることが重要である。
注:光リソグラフィ工程の任意の好適な方法は、ユーザによって置換されてもよい。
注:シラン化手順は、好ましい疎水性コーティング法13に代えることができる。
2。 RFデバイスのテスト
3。マイクロフルイディクスとパーティクルフローダイナミクス可視化実験と解析
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それぞれ)典型的なS 11とS 12スペクトル)パネルで報告されており、B:図2はマイクロチャネル層にLN層を接着する前に撮影されたデバイスのRFテストの代表的な結果を示しています。 S 11スペクトルの中心周波数での谷の深さでRF電力の変換効率に関係していると、機械力を見ました。従って、IDTフィンガ対の固定数のため、谷の最小値の減少は、デバイスの動作に必要な電力の低減につながる。この最小の周波数で、装置が最も効率的に流体ポンプを作動させるために音響波を生成するため、我々がデバイスを操作することを選択した時点である。に沿って100 MHzの動作周波数での我々のデバイスでは長径典型的な値は、以下のS 11-10dBである。 -10 dBmより上の値は、仕事であれば破損または短絡トランスデューサを示すことがINGは、増加した入力電力が必要になります。この値は、IDTインピーダンスを整合外部整合ネットワークを使用するか、IDT設計9-11
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マイクロ流体コミュニティが直面する最大の課題の一つは、真の携帯ポイントオブケア·デバイスの作動プラットフォームの実現である。提案された統合されたマイクロポンプ23のうち、表面弾性波(SAWの)に基づくものが原因で流体混合、霧化粒子濃度および分離4におけるそれらの関連付けられた機能に特に魅力的である。本稿ではまずチェッキーニらによって説明されているようにアクチュエータをSAW。8流体をチップ上に集積によって閉PDMSマイクロチャネルに操舵されているラボオンチップデバイスを作製し、操作方法を実証した。
上記の手順に示すように、デバイス製造に関しては、それ以外のIDTの不完全性、マイクロチャネルの形状、および表面の濡れ性が生じる可能性がある、製造プロトコルのすべての点で清浄度を維持することが非常に重要である。のIDTの不完全性は、番目の増加につながることができますeは、動作電力やSAWのさえ効果のない伝達を必要とした。注目はマイクロ製造に与えられなければならない。平らな表面には顕微鏡のた...
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著者らは、開示することは何もありません。
著者は認めるために誰を持っていません。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 両面研磨128°C;YXニオブ酸リチウムウェーハ | Crystal Technology、LLC& | nbsp; | |
| シリコンウェーハ | Siegertウェーハ私たちは | <を使用しています。100> | |
| IDT アライメントマーク付き光リソグラフィーマスク(ポジ) | 任意のベンダー | ||
| チャネル光リソグラフィーマスク(ネガ) | 任意のベンダー | ||
| ポジ型フォトレジスト | Shipley | S1818 | |
| ポジ型フォトレジスト現像剤 | Microposit | MF319 | |
| ネガ型フォトレジスト | オールレジ | AR-N-4340 | |
| ネガ色フォトレジスト現像液 | Allresist | AR 300-475 | |
| SU8 厚ネガ型フォトレジスト | Microchem | SU-8 2000 シリーズ | |
| SU8 厚ネガ型フォトレジスト現像液 | Microchem | SU-8 現像液 | |
| ヘキサデカン | Sigma-Aldrich | H6703 | |
| 四塩化炭素 (CCl4) | Sigma-Aldrich | 107344 | |
| オクタデシルトリクロロシラン(OTS) | Sigma-Aldrich | 104817 | |
| アセトンCMOSグレード | Sigma-Aldrich | 40289 | |
| 2-プロパノールCMOSグレード | Sigma-Aldrich | 40301 | |
| チタン | 任意のベンダー | 99.9% 純度 | |
| 金 | 任意のベンダー | 99.9% 純度 | |
| PDMS | Dow Corning | Sylgard 184シリコーンエラストマーキットと硬化剤& | nbsp; |
| ペトリ皿 | 任意のベンダー | ||
| 5 mm ID Harris Uni-Core 多目的コアリングツール | Sigma-Aldrich | Z708895 | 2 mm を超える任意の直径が適しています |
| 吸音材 | フォトニック クリーニング テクノロジー | ファースト コンタクト レギュラー キット | |
| RF-PCB | 任意のベンダー | ||
| スピナー | ローレルテクノロジーズコーポレーション | WS-400-6NPP | 任意のスピナーを使用することができます |
| UVマスクアライナー | カール・サス | MJB 4 | 任意のアライナーを使用することができます |
| 熱蒸発器 | カート・J・レスカー | ・ナノ 38 | 任意の熱、電子ビーム蒸発器またはスパッタリングシステムを使用することができます |
| 酸素プラズマアッシャー | Gambetti Kenologia Srl | Colibrì | 任意のプラズマアッシャーまたはRIEマシンを使用できます |
| 遠心分離機 | Eppendorf | 5810 R | 任意の遠心分離機が使用可能 |
| ワイヤーボンダー | Kulicke Soffa | 4523AD | PCBがポゴコネクタなしで使用されている場合、任意のワイヤーボンダーが使用可能 |
| 接触角計 | KSV | CAM 101 | 任意の接触角計が使用可能 |
| スペクトラムアナライザ | Anristu | 56100A | 任意のスペクトラムまたはネットワークアナライザが使用可能 |
| RF信号発電機 | Anristu | MG3694A | 任意のRF信号発生器が使用可能 |
| RFハイパワーアンプ | Mini Circuits | ZHL-5W-1 | 任意のRFハイパワーアンプが使用可能 |
| マイクロビーズサスペンション | Sigma-Aldrich | L3280 | 実験目的に応じて、異なる直径の異なるサスペンションと異なる材料特性を使用することができます |
| 光学顕微鏡 | ニコン | Ti-Eclipse | 実験目的を満たす空間分解能を持つ光学顕微鏡なら何でも使用可能 |
| ビデオカメラ | Basler | A602-f | 実験目的を満たす十分なフレームレートと感度を持つビデオカメラを使用可能 |
| カメラ取得ソフトウェア | 先進技術 | Motion Box | 高フレームレートで制御された取得を可能にするあらゆるソフトウェアが使用可能 |
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