作製とAcoustofluidicのデバイスの動作は、粒子のフォーカシングSheathlessためのバルク弾性定在波を支援

この製造アプローチの全体的な目標は、バルク音響定在波を使用してミクロンサイズのコロイド粒子を非接触で操作するための、多用途で堅牢な音響流体デバイスを作成することです。私たちの目標は、この有用な技術をより身近なものにすることを期待して、標準的な機器と手順を使用してバルク音響定在波をサポートする音響流体ツールを製造する方法を示すことにより、単純なアプローチを示すことです。音響流体工学の主な利点は、オンチップサイトメトリーや細胞ソーティングに幅広い影響を与える、微細なエンティティを迅速に集束または分離する簡単な方法を提供することです。

この技術は、さまざまな流量の粒子を穏やかで識別的な方法で配置する能力を提供し、すべて便利な小型プラットフォームにいます。クリーンルーム施設で、清潔な6インチの片面研磨シリコンウェーハをスピンコーターの研磨面を上にして置きます。フォトレジストがウェーハの大部分を覆うまで慎重に注ぐことにより、ポジ型フォトレジストをウェーハの中心に直接堆積させます。

次に、サンプルを回転させて、フォトレジストの均一な層を生成します。終了したら、チャックの真空を解除し、ウェーハピンセットを使用してウェーハを取り出します。次に、ウェーハをホットプレートに置き、フォトレジストの供給者が指定した時間だけソフトベークします。

フォトレジストが焼成されている間に、ここに示すようなフォトマスクをマスクアライナーのホルダーにセットします。次に、ウェーハをロードし、フォトレジストの供給者が指定したエネルギー量にUV光を照射します。次に、フォトパターン化されたウェーハをホルダーから取り外し、対応する現像液の溶液に入れます。

終了したら、現像液からウェーハを取り出し、脱イオン水の安定した流れで洗浄し、窒素で乾燥させます。フォトパターン化されたウェーハを深部反応性イオンエッチング装置のチャンバーにロードし、標準的なエッチング手順に従って、流体チャネルをウェーハ内の所望の深さまでエッチングします。エッチングプロセスが完了したら、サンプルをチャンバーから取り出し、フォトレジスト除去剤溶液が入った大きなビーカーに入れます。

ウェーハが溶液に浸されていることを確認し、摂氏65度で1時間浸します。ビーカーからウェーハを取り出し、アセトンとイソプロピルアルコールの交互の流れですすいでください。その後、ウェーハを窒素で乾燥させます。

酸の使用が承認された換気の良いフードで、大きな清潔なビーカーに30%の過酸化水素を硫酸に1対3の比率で加えてピラニア溶液を準備します。イオンエッチングされたウェーハを、エッチングされたフィーチャーを上に向けてPiranha溶液に浸し、5分間放置します。次に、ウェーハを取り外し、脱イオン水でよくすすいでください。

ウェーハをさらに2分間ピラニア溶液に再浸してから、大量の脱イオン水で再度すすぎます。溶剤の使用に特化した別の換気の良いフードで、アセトンの安定した流れと続いてメタノールの安定した流れでウェーハを洗浄し、ウェーハを窒素ガスで乾燥させます。スクライブツールを使用して、マイクロ流体チップの周囲をウェーハに直線をエッチングし、穴が開けられた長方形のガラスセグメントの寸法よりも小さくなります。

エッチングされた線に沿ってウェーハを慎重にスナップします。シリコンセグメントをアセトンの安定した流れで洗い流し、続いてメタノールの安定した流れですすぎます。次に、ウェーハを摂氏95度のホットプレートに2分間置き、乾燥させます。

次に、エッチングされた機能を上に向けて、シリコンセグメントの上にきれいなガラスを慎重に追加します。穴が適切に位置合わせされていることを確認してください。次に、穴が揃っていることを確認しながら、セグメントを慎重に反転させます。

テープの半分がシリコンセグメントの垂直端を固定し、テープの残りの半分が張り出したガラスを固定する両面導電性テープで2つのセグメントを固定します。次に、ガラスセグメントが上にくるようにセグメントを再度反転させます。セグメントを450°Cのホットプレート上のスチールスラブの上に置きます。

次に、組み立てたガラスとシリコンのセグメントの上部に直接、少なくとも5キログラムの2番目のスチールスラブを慎重に追加します。このスラブは、シリコンセグメントまたは導電性テープと接触させないでください。高電圧電源を使用して、ライブリード線を組み立てられたガラスとシリコンセグメントの上部にあるスチールスラブに接続し、アースを下部のスチールスラブに接続します。

基礎となるホットプレートの電圧を 1, 000 ボルトに回します。マルチメータを使用して、一方のプローブを底面プレートに押し付け、もう一方のプローブを天板に押し付けて、印加電圧を確認します。2時間後に戻り、ホットプレートとDC電源をオフにし、デバイスを金属スラブから取り外します。

カミソリでガラスの表面をこすり、陽極結合によって生じた汚れを取り除き、ガラスの表面をアセトンで洗浄します。次に、厚さ約5mmのポリジメチルシロキサンを約10mm×10mmの小さな正方形のスラブに数枚切断して作製します。3 mm の生検パンチを使用して、各スラブの中央に 1 つの穴を開けます。

次に、エポキシを使用して、ガラス基板の穴の上にスラブを直接接着します。トランスデューサーの2つの導電領域に2本のワイヤをはんだ付けします。チタン酸ジルコン酸鉛トランスデューサーを、マイクロチャネルの下中央にあるデバイスの背面のシリコンセグメントに慎重に接着します。

最後に、ポリジメチルシロキサンのスラブの穴にシリコンチューブを挿入し、スラブとチューブの周りに接着剤を追加して所定の位置に固定します。デバイスを顕微鏡ステージにしっかりと取り付け、マイクロチャネルを対物レンズの真下に取り付けます。トランスデューサーがステージに接触しないように注意してください。

次に、デバイスの出口からのシリコンチューブをシリンジポンプに固定されたシリンジに接続します。デバイスの入口につながるシリコンチューブを、ポリスチレンビーズまたは目的の細胞の懸濁液を含むバイアルに入れます。次に、サンプルの入ったバイアルを攪拌板に載せて連続的に混合し、実験の過程で一定の濃度が維持されるようにします。

トランスデューサーをパワーアンプからの出力に接続します amplifier 関数発生器と直列に。ファンクション・ジェネレータの設定をプログラムし、オシロスコープで出力を監視します。次に、ファンクションジェネレータとパワーアンプをオンにして、トランスデューサの作動を開始します。

次に、顕微鏡の電源を入れ、マイクロ流体チャネルにはっきりと焦点が合っていることを確認します。また、シリンジポンプをオンにして、サンプルをデバイスに導入します。実験全体を通して、蛍光顕微鏡でデバイス内を流れるエンティティを監視します。

ここでは、シリンジポンプを使用して、マイクロ流体チャンバーに緑色蛍光ポリスチレンビーズの懸濁液を毎分100マイクロリットルの速度で注入しました。チタン酸ジルコン酸鉛探触子を作動させ、周波数を2.366メガヘルツに調整すると、このマイクロチャネルの幅(直径313マイクロメートル)に半波長の定在波が形成されます。これにより、圧力ノードに沿ってビーズの流れが集中します。

負の音響コントラスト係数を持つ赤色蛍光シリコーン粒子をデバイスに注入すると、圧力アンチノードに沿って集中しました。このシステムが粒子を集束させる能力は、流量と印加電圧の両方に依存します。流れが増加すると、マイクロチャネル全体の粒子の分布が広がります。

また、印加電圧を上げると、粒子の集束範囲が広がります。このデバイスが動作開始すると、微細な空間的または時間的制御を必要とするさまざまなマイクロ流体ベースのバイオアッセイや実験のために、粒子や細胞を操作するために使用できます。どのステップでも急ぐと最終的なデバイスに欠陥が生じる可能性があるため、時間をかけて各ステップに注意することが重要です。

デバイスが完成したら、適切な洗剤と洗浄バッファーを使用して使用の合間にデバイスを洗浄するために適切な注意が払われている限り、何度も使用できます。このビデオを見れば、バルク音響定在波を支えるシリコンとガラスで構成された音響流体デバイスの作製方法について十分に理解できるはずです。ピラニア混合物などの強力な化学物質を扱っているため、取り扱いが不十分な場合、非常に危険である可能性があることを忘れないでください。

これらの液体を取り扱うときは、すべての製造作業で安全な化学的実践を確保するために、適切な注意を払ってください。