Name: 표면 음향 파 중심의 어쿠스틱 역류 미세 유체의 제조, 운영 및 유동 가시화 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-08-27T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 26 s
Description: 배우세요 표면 음향파(SAW) 기반 미세유체 역류 장치의 제조 및 운영 방법을. 금 패턴 리튬 나이오베이트와 PDMS 채널을 사용하여 복잡한 유동 패턴을 고속 현미경으로 시각화하고 정량 분석하는 기술을 익히세요.

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1. 장치 제작 <ol><li> 디자인 2 포토 마스크 패턴의 첫 번째 표면 탄성파 (SAW) 계층 및 폴리 디메틸 실록산 (PDMS) 마이크로 몰드에 대한 두 번째. <ol><li> 첫 번째 포토 마스크는 인터 트랜스 듀서를 반대 한 쌍 (IDTS)는 SAW 지연 라인과 현미경 동안 채널 정렬과 공간 참조 마커로 알려져 있습니다. 우리의 표준 장치에서 우리는 손가락 폭 단일 전극 생각 없어이 P는 = 10 ㎛, 750 ㎛ 인, 25 직선 손가락 쌍의 구멍. 결과 IDT는 파장 톱을 생성 λ = 4 P 동작 주파수에 대응 = 40 μm의 F O = C SAW / λ 128 ≈ 100 MHz의 ° YX 리튬 니오브 (LN). 각 IDT 폭은 층을 접합하는 중에 부정합의 영향을 줄이기 위해 마이크로의 두 배 너비 이상이어야합니다. IDT 설계 매개 변수는 COMPR을 설명합니다ehensively 몇 권의 책에있는 9-11. 우리는 단지 하나의 IDT는 (채널 출구에 위치) 음향 - 역류의 채널로 유체를 구동 할 필요가 있다고 발언,하지만 패턴은 전체 지연 라인 디바이스 테스트에 도움이됩니다. </li><li> 두 번째는 채널 입구를 형성하는 microchamber로, SAW 지연 선을 따라 정렬하는 간단한 미세 구조를 가지고 있습니다. 우리의 일반적인 장치에서 채널 폭 W = 300mm, 5 mm의 길이있다. 일반적으로 채널 폭이 마이크로의 SAW 전파 중 회절 효과를 방지하기 위해 최소 10 λ해야한다, 그러나 우리의 테스트에서 우리는 5 ~ 7 λ의 폭이 상당히 채널 내에서 SAW 전파에 영향을 미치지 않을 것으로 나타났습니다. </li></ol></li><li> LN 웨이퍼와 다니엘 2cm의 견본에 의하여 2cm로 시작합니다. 전송 현미경을 수행하기 위해서는 그 두 배 측 광택 웨이퍼를 사용하는 것이 필요하다. LN는 생체 적합성에 대한 표준이며, SAW합니다주요 축을 따라 편광 높은 압전 커플 링 계수는, 그러나 다른 압전 물질은 적절한 설계 고려 사항과 함께 사용할 수 있습니다. </li><li> 아세톤에 헹굼 2 - 프로판올 및 질소 총을 건조하여 기판을 청소합니다. </li><li> 1 분 동안 4,000 rpm에서 쉬 S1818과 함께 코트 샘플을 스핀. </li><li> 90 부드러운 빵 ° C 핫 플레이트 1 분. </li><li> 마스크 얼 라이너를 사용하여 SAW 레이어 마스크 샘플을 정렬하고 55 엠제이 / cm 2 UV 빛에 노출. 주의 LN 기판의 주요 축을 따라 IDT의 방향을 정렬하기 위해주의해야한다. </li><li> 노출되지 않은 포토 레지스트를 제거하는 30 초 Microposit MF319 개발에서 샘플을 씻어. </li><li> 탈 이온수에서 샘플을 세척하여 개발을 중단하고 질소 총을 말립니다. </li><li> 열 증발에 의한 100 nm의 두께 금 층 다음에 10 나노 미터 두께의 티타늄 접착 층을 증착. </li><li> 의를 sonicating하여 리프트 오프 수행아세톤에 충분한 후, 질소 총 2 - 프로판올 및 건조에 씻어. </li><li> 마이크로 영역 12에서 소수성 있도록 장치 표면을 Silanize. <ol><li> 제조업체의 데이터 시트에 따라 광 리소그래피 AR-N-4340 부정적인 톤 포토 레지스트와 microchamber 영역을 마스크. </li><li> 0.14 mbar의 압력과 약 450 바이어스 전압을주는 100 W 출력의 2 분 산소 플라즈마 (Gambetti Kenologia SRL, 콜리)를 이용하여 시료 표면을 활성화 V. </li><li> 35 ML 헥사 데칸, 15 ML 사염화탄소 (사염화탄소) 및 흄 후드 내부의 비이커에 20 μl의 옥타 데실 트리클로로 실란 (OTS)를 섞는다. 솔루션에 장치를 배치하고 두 시간 동안 적용 둡니다. </li><li> 2 - 프로판올로 장치를 세척하고 질소 총을 말립니다. </li><li> 표면에 물 접촉각이 90 ° 이상 있는지 확인합니다. 접촉각이 부족하면, 샘플을 청소하고 1.11의 단계를 다시 수행합니다. </li><li> 제거잔여은 아세톤에 2 - 프로판올을 세척하고 질소 총을 건조하여 샘플에 저항한다. </li></ol></li><li> 무선 주파수 도파관 표준 동축 커넥터 (RF-PCB)을 인쇄 회로 기판에 샘플을 장착하고 샘플 가장자리에 음향 흡수 (먼저 연락 폴리머)를 넣고 와이어 본딩 또는 포고 커넥터를 사용하여 IDT를 연결합니다. </li><li> 채널 층의 마스터 몰드는 표준 광학 리소그래피를 사용하여 실리콘 (SI) 웨이퍼의 작은 조각에 SU-8로 패턴입니다. SU-8 형식과 석판 레시피 필요한 최종 PDMS 내부 채널 높이에 따라 달라집니다. </li><li> 금형에 PDMS 캐스트 <ol><li> 10:1 비율로 경화제와 PDMS를 섞는다. </li><li> 탈기 1,320 XG에서 2 분 동안 PDMS를 원심 분리기. </li><li> 1mm의 순서에 총 PDMS 높이에 페트리 접시에 SU-8 몰드에 부드럽게 PDMS를 부어. 페트리 접시 ORD 약 30 분 동안 진공 건조기에 배치 할 수 있습니다또한 가스를 PDMS에 어. </li><li> 일단 탈기, ° C 오븐에서 한 시간 동안 80 가열하여 PDMS를 치료. 굽​​기 시간과 온도는 PDMS의 기계적 성질에 영향을 미칠 수 있습니다. </li></ol></li><li> 고체 PDMS 층을 준비 <ol><li> , 외과 블레이드를 사용하여 채널을 중심으로 잘라 SU8 마스터가 손상되지 않도록주의하고, 벗기. </li><li> 복제 가장자리는 그 세련되고 최소한 2 밀리미터 채널의 측면 측에 통관 및 채널 콘센트에 허가를 (오른쪽의 실수로) 떠나 면도날을 사용하여 정리하고 있습니다. </li><li> 유체로드 입구를 형성하는 해리스 UNICORE 구멍을 뚫는를 사용하여 microchamber에 구멍을 펀치. </li></ol></li><li> 간단한 포멀 결합하여 LN 기판과 PDMS 채널을 결합. 가역 남아있는 동안 이런 방식으로 채권은 유체 테스트 단계에 걸쳐 개최한다. <ol><li> 두 표면은 압축 질소 공기 초과 파편을 멀리 불어 합류하기 전에 청소하고 있습니다. 그것은 C입니다패턴 정렬 마크에 따라 LN의 주요 축 채널을 맞출 조각을 조인 할 때 ritical. </li></ol></li><li> 전체 장치 회로도는 그림 1에 나와있다. 가게는 사용할 때까지 깨끗한 환경에서 장치를 완료했다. </li></ol> 참고 : 모든 제조 단계를 사용하기 전에 장치의 오염을 방지하기 위해 클린 룸 환경에서 수행하는 것이 중요합니다. 참고 : 광학 리소그래피 단계의 하나가 사용자 기본 방법으로 대체 할 수있다. 참고 : silanization 절차가 선호하는 소수성 코팅 방법 13를 대체 할 수 있습니다. 2. RF 장치 테스트 <ol><li> 의 RF-PCB에 개방 / 단락 도파관을 사용하여 네트워크 나 스펙트럼 분석기를 보정합니다. </li><li> 스펙트럼 분석기의 포트에 SAW 지연 선을 연결하고의 산란 행렬을 측정장치입니다. 단일 전극 센서의 쌍에 대한 전송 IDT의 동작 주파수를 중심으로 진 사인 함수의 절대 값과 비슷합니다. 반사 스펙트럼 딥은 (최소) 동일한 주파수 9-11에서 관찰된다. 주축 전형적인 값에 따라 100 MHz의 동작 주파수에서 우리의 장치에 -15 S11과 S22에 대한 dB 및 S 12 -10 dB는 (PDMS 채널이없는)입니다. </li></ol> 3. 미세 유체 및 입자 유동 역학 시각화 실험 및 분석 <ol><li> 현미경으로 샘플을 놓습니다. 특정 광 설치가 관찰 할 SAW의 미세 유체 현상에 따라 달라집니다. 예를 들어, 4X 객관적이고 30 프레임 비디오 카메라가 장착 간단한 반사 현미경 유체 작성 역학을 연구하기에 적합 할 것입니다. 더 복잡한 미세 입자 역학을 조사하기 위해, 20X 목적 및 100 프레임 이상의 비디오 카메라가 장착 된 현미경을 사용하는 것이 필요할 수 있습니다. 그것은 importan입니다목적 및 프레임 속도 모두 어떤 공간적 시간적으로 중요한 흐름 기능을 캡처 할 수있을만큼 높은 것을 t. </li><li> RF 신호 발생기 채널 출구 앞 IDT를 연결하고 산란 행렬 측정에서 관찰 된 공진 주파수로 작동합니다. 어쿠스틱 역류 실험에서 일반적인 동작 전력은 20 dBm의입니다. 필요한 경우, 높은 전력 UHF 증폭기를 사용합니다. 낮은 전력에서 장치를 실행하는 동안 음향 스트리밍 및 분무 현상은 음향 역류하지 않고 관찰 : 일반적으로 음향 스트리밍 재순환 0 dBm의에서 시작 분무 위의 14 dBm으로 발생합니다. </li><li> 마이크로 피펫으로 microchamber으로 유체의 60 μl를로드합니다. 유체 수동적 microchamber로 확산됩니다. 필요한 경우, 부드럽게 microchamber 충전물을 선호하기 위하여 microchamber 표면에 밀어 넣습니다. <ol><li> 흐름을 시각화하기 위해 그것을 유체 마이크로 비드를 추가 할 필요가 있습니다. 입자 clust을 방지하기 위해주의슬림화, 이전의 실험에 입자 현탁액을 초음파 처리. 로드하는 동안 기판 장치에 0 dBm의 신호를 적용에 파티클 부착을 방지합니다. </li></ol></li><li> 현미경을 통해 비디오 녹화를 시작하고 음향 역류를 관찰하기 위해 운영 능력을 향상시킬 수 있습니다. 다른 흐름 방식은 입력 전원, 칩 설계 및 입자 직경에 의해 결정됩니다. <ol><li> 질적 역 동성을 포착하기 위해서는 유체의 흐름은 공간 참조로 마커를 사용하여 작성 채널의 다른 단계에서 초승달과 입구의 가까이에 기록 할 수 있습니다. </li><li> 마이크로 입자 영상 속도계 (μPIV) 14,15 또는 시공간 이미지 상관 분광학 (STICS) 16,17에 의해 입자 역학의 정량적 측정을 수행하려면, 유체 흐름 뷰의 고정 필드의 관심 지점에 기록 할 수있다 입자 역학에 의해 부과 된 프레임 속도에서 최소 100 프레임. </li></ol></li><li> 이미지 처리 소프트웨어를 사용하여 비디오를 분석합니다. 사용되는 소프트웨어의 선택은 그 현상에 따라 달라집니다. 예를 들어, 분무 물방울 입자 축적의 공간적 주기성, 또는 희석 입자 등의 피지 같은 간단한 프리웨어 이미지 분석 소프트웨어를 수동으로 추적 크기 분포를 정량화하는 것은 18 적당하다; 순서 얻을 반면 간소화하고 속도 필드 측정, mPIV을 받아서 19 또는 STICS 20 코드가 필요합니다. 우리의 분석에서 사용자 정의 STICS 코드를 MATLAB에서 작성하지만 언어를 코딩 바람직한 대안은 동등하게 수용 할 수 있습니다. </li></ol>

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미세 사회가 직면 한 가장 큰 도전 중 하나는 진정한 휴대용 점의 배려 장치의 작동 플랫폼의 실현이다. 제안 된 통합 마이크로 펌프 23 사이, 지상 청각 파 (톱)를 기반으로하는 인해 유체의 혼합, 분무 입자 농도 및 분리 4 연관된 기능에 특히 매력적이다. 본 논문에서는 먼저 Cecchini 등에 의해 설명 된대로 액추에이터를 보았다. 8 유체 칩에 통합하여 폐쇄 된 PDMS 마이크로 채널에 빠지게되는 실험실 - 온 - 칩 디바이스를 제작하고 운영하는 방법을 설명했다. 위의 절차에서 설명한대로 장치 제조에 관한, 그것은 그렇지 않으면 IDTS의 결함, 미세 형상, 표면 젖음성이 발생할 수 있습니다, 제조 프로토콜의 모든 단계에서 청결을 유지하는 것이 매우 중요합니다. IDTS에 결함이 일의 증가로 이어질 수 있습니다E는 운영 전원 또는 SAW의도 효과 전달이 필요했다. 주의 마이크로...

미세 사회가 직면하고 지속적인 과제 중 하나는 진정한 휴대용 마이크로 전체 분석 시스템 (μTAS의)에 통합 소형화 할 수있는 효율적인 펌핑 메커니즘이 필요하다. 표준 매크로 펌프 시스템은 단순히 채널 크기가 마이크론 범위 아래로 감소하거나 아래로 때문에 체적 유량 불리한 조정에, μTAS의 필요한 이동성을 제공하기 위해 실패합니다. 반대로, 톱 유체 작동 메커니즘으로 증가하는 관심을 얻고있다 이러한 문제 1,2의 일부 솔루션에 대한 유망한 수단으로 나타납니다. 톱은 유체 (3)에 에너지 수송의 매우 효율적인 메커니즘을 제공하기 위해 표시되었습니다. 압전 기판, 예를 들면 리튬 니오브 (LN) 위에 SAW의 전파는 물결 레일리 각도 θ R = 죄로 알려진 각도의 경로에서 액체로 방사 될 때,722, 1 (C F ​​/는 C의) 때문에 기판, C, S, 및 유체의 C F 사운드 속도의 불일치. 유체에 방사선이 누출 유체 음향 스트리밍을 구동 압력 파에 상승을 제공합니다. 장치에 적용되는 장치의 형상 및 전원에 따라이 메커니즘은 이러한 혼합 유체 입자 정렬, 분무 및 양수 1,4 등 온 - 칩 공정, 다양한 종류의를 작동하는 표시했다. SAW와 microfluids를 작동시키기의 단순성과 효율성에도 불구하고, 현재까지 증명 된 마이크로 유체 펌프 메커니즘을 구동 SAW의 작은 숫자가 있습니다. 첫 번째 데모는 압전 기판 3 SAW 전파 경로에 배치 무료 방울의 단순한 번역이었다. 이 새로운 방법은 미세 구동 방법으로 톱을 사용에 많은 관심을 생성하는 일이지만 유체에 대한 필요성은 여전히​​ 존재했다동봉 채널 - 더 어려운 작업을 통해 구동. 황갈색 등은. 레이저 압전 기판에 직접 소작이 되었나요 마이크로 내에 펌핑 보여 주었다. 채널 IDT의 크기에 대하여 형상 변경에 의해, 그들은 균일 혼합 두 흐름 5 입증 할 수 있었다. 유리 등은. 최근 인기 실험실 - 온 - CD 개념 6,7의 진정한 소형화의 데모로, 원심 미세 유체와 SAW 작동 회전을 결합하여 마이크로와 마이크로 유체 구성 요소를 통해 유체를 이동하는 방법을 보여 주었다. 그러나 유일하게 완전히 동봉 입증되었습니다 메커니즘을 펌핑 Cecchini 등으로 남아있다.의 SAW 기반의 음향 역류 8이 비디오에 초점 구동 보았다. 그것은 액체의 미립화와 유착이의 진행 방향을 반대 방향으로 닫힌 채널을 통해 펌프로 활용coustic 파. 이 시스템은 마이크로 내에 놀라 울 정도로 복잡한 흐름을 야기 할 수 있습니다. 또한, 장치 구조에 따라, 그것은 층류 흐름에서 소용돌이 입자 축적 도메인에 의해 특징 복잡한 제도로, 흐름 방식의 범위를 제공 할 수 있습니다. 쉽게 장치 내의 유동 특성에 영향을 미칠 수있는 능력은 첨단 온 - 칩 입자 조작을위한 기회를 보여줍니다. 제조 장치, 실험 운영 및 유동 가시화 :이 프로토콜에서 우리는 실제적인 SAW 기반의 미세 유체의 주요 측면을 명확히하고 싶습니다. 우리가 명시 적으로 SAW 기반의 음향 역류 장치의 제조 및 운영에 대한 이러한 절차를 설명하는 동안,이 섹션은 쉽게 SAW 기반의 미세 유체 제도의 범위에 자신의 응용 프로그램에 대해 수정할 수 있습니다.

<table><tbody><tr><td>양면 광택 128°C; YX 리튬 니오베이트 웨이퍼</td><td>크리스탈 테크놀로지, LLC&</td><td></td><td>nbsp;</td></tr><tr><td>실리콘 웨이퍼</td><td>Siegert 웨이퍼</td><td></td><td>우리는 < 100></td></tr><tr><td>IDT 얼라인먼트 마크가 있는 광학 리소그래피 마스크(포지티브)</td><td>모든 공급업체</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>채널 광학 리소그래피 마스크(네거티브)</td><td>모든 공급업체</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>긍정적인 감광액</td><td>Shipley</td><td>S1818</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>포지티브 포토레지스트 현상액</td><td>Microposit</td><td>MF319</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>네거티브 톤 포토레지스트</td><td>Allresist</td><td>AR-N-4340</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>네거티브 톤 포토레지스트 개발자</td><td>Allresist</td><td>AR 300-475</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>SU8 두꺼운 음의 톤 포토레지스트</td><td>Microchem</td><td>SU-8 2000 시리즈</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>SU8 두꺼운 네거티브 톤 포토레지스트 현상액</td><td>Microchem</td><td>SU-8 현상액</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>헥사데칸</td><td>시그마-알드리치</td><td>H6703</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>사염화탄소(CCl4)</td><td>시그마-알드리치</td><td>107344</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>옥타데실트리클로로실란(OTS)</td><td>시그마-알드리치</td><td>104817</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>아세톤 CMOS 등급</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>40289</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>2-프로판올 CMOS 등급</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>40301</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>티타늄</td><td>모든 공급 업체</td><td>99.9 % 순도</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>골드</td><td>모든 공급 업체</td><td>99.9 % 순도</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>PDMS</td><td>Dow Corning</td><td>Sylgard 184 실리콘 엘라스토머 키트와 경화제</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>페트리 접시</td><td>모든 공급 업체</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>5mm ID Harris Uni-Core 다목적 코어링 도구</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z708895</td><td>2mm 이상의 직경이 적합한</td></tr><tr><td>음향 흡수기</td><td>Photonic Cleaning Technologies</td><td>First Contact 정규 키트</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>RF-PCB</td><td>모든 공급업체</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>스피너</td><td>Laurell technologies corporation</td><td>WS-400-6NPP</td><td>모든 스피너를 사용할 수 있습니다</td></tr><tr><td>UV Mask aligner</td><td>Karl Suss</td><td>MJB 4</td><td>모든 aligner를 사용할 수 있습니다</td></tr><tr><td>열 증발기</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>Nano 38</td><td>모든 열, 전자빔 증발기 또는 스퍼터링 시스템을 사용할 수 있습니다</td></tr><tr><td>산소 플라즈마 asher</td><td>Gambetti Kenologia Srl</td><td>Colibr&igrave;</td><td>모든 플라즈마 asher 또는 RIE 기계를 사용할 수 있습니다.</td></tr><tr><td>Centrifuge</td><td>Eppendorf</td><td>5810 R</td><td>모든 원심분리기 사용 가능</td></tr><tr><td>와이어 본더</td><td>Kulicke Soffa</td><td>4523AD</td><td>포고 커넥터 없이 PCB를 사용하는 경우 모든 와이어 본더 사용 가능</td></tr><tr><td>접촉각 측정기</td><td>KSV</td><td>CAM 101</td><td>모든 접촉각 측정기 사용 가능</td></tr><tr><td>스펙트럼 분석기</td><td>Anristu</td><td>56100A</td><td>모든 스펙트럼 또는 네트워크 분석기</td></tr><tr><td>RF 신호 사용 가능 발전기</td><td>Anristu</td><td>MG3694A</td><td>모든 RF 신호 발생기를 사용할 수 있습니다</td></tr><tr><td>RF 고출력 증폭기</td><td>미니 회로</td><td>ZHL-5W-1</td><td>모든 RF 고출력 증폭기를 사용할 수 있습니다</td></tr><tr><td>Microbeads 서스펜션</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>L3280</td><td>실험 목적에 따라 다른 직경과 다른 재료 특성의 다른 현탁액을 사용할 수 있습니다</td></tr><tr><td>광학 현미경</td><td>Nikon</td><td>Ti-Eclipse</td><td>실험 목적을 만족하는 공간 해상도를 가진 모든 광학 현미경을 사용할 수 있습니다</td></tr><tr><td>비디오 카메라</td><td>Basler</td><td>A602-f</td><td>실험 목적을 만족시키는 충분한 프레임 속도와 감도를 가진 모든 비디오 카메라를 사용할 수 있습니다</td></tr><tr><td>카메라 수집 소프트웨어</td><td>고급 기술</td><td>Motion Box</td><td>높고 제어된 프레임 속도 획득을 가능하게 하는 모든 소프트웨어를 사용할 수 있습니다</td></tr></tbody></table>

표면 음향 파 중심의 어쿠스틱 역류 미세 유체의 제조, 운영 및 유동 가시화

Fabrication, Operation and Flow Visualization in Surface-acoustic-wave-driven Acoustic-counterflow Microfluidics

지상 청각 파 (톱)은 음향 역류 현상을 통해 휴대용 미세 유체 칩의 액체를 구동하는 데 사용할 수 있습니다. 이 비디오에서 우리는 다층 SAW 음향 역류 장치의 제조 프로토콜을 제시한다. 이 장치는 두 개의 인터 트랜스 듀서 (IDTS) 적절한 마커 패턴 된에 리튬 니오브 (LN) 기판부터 제작된다. SU8 마스터 금형에 캐스팅 폴리 디메틸 실록산 (PDMS) 채널은 마지막 패턴 기판에 접착된다. 제조 절차에 따라, 우리는 PDMS 채널 그리드를 통해 유체를 펌프하기 위해 음향 역류 장치의 특성 및 운영 할 수 있도록하는 기술을 보여줍니다. 우리는 마침내 채널에서 액체의 흐름을 시각화하는 절차를 제시한다. 프로토콜은 이러한 소용돌이 입자 축적 도메인을 특징으로 층류 흐름과 더 복잡한 역학 등 다양한 흐름 정권에서 펌핑 온 - 칩 액을 표시하는 데 사용됩니다.

그림 2는 마이크로 레이어 LN 층을 접합하기 전에 촬영 한 장치 RF 테스트의 대표적인 결과를 보여줍니다 : 일반 S 11, S 12 스펙트럼은 각각 패널)와 b)에보고됩니다. S 11 스펙트럼의 중심 주파수에서 계곡의 깊이있는 RF 전력 변환 효율에 관련된 것은 기계의 힘을 보았다. 따라서, IDT 손가락 쌍의 고정 번호, 계곡 최소의 감소는 장치를 작동하는 데 필요한 전력의 감소가 발생합니다. 이 최소 주파수에서, 장치는 가장 효율적으로 펌핑 유체를 작동하는 음향 파가 생성됩니다, 따라서 우리는 장치를 작동하도록 선택하는 포인트입니다. 따라서 100 MHz의 동작 주파수에서 우리의 장치에서 주축 일반적인 값은 아래 S 11 -10 dB이다. -10 dBm으로 위의 값은 손상 또는 단락 변환기, 일 경우를 의미 할 수 있습니다ING는 증가 입력 전원이 필요합니다. 이 값은, IDT 임피...

이 비디오에서 우리는 먼저 표면 탄성파 (SAW) 음향 역류 장치의 제조 및 운영 절차에 대해 설명합니다. 우리는 그 SAW 장치를 펌핑 내 성적 유동 가시화하고 복잡한 흐름의 정량 분석​​ 모두 허용 실험 설정을 보여줍니다.

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we ...

본 실험의 전반적인 목표는 표면 음향파 구동 미세유체 역류 장치의 제작 과정과 그에 따른 유동 시각화를 보여주는 것입니다. 이를 위해 먼저 금 패턴이 형성된 리튬나이오베이트(lithium niobate) 표면 음향파 층과 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate) 미세채널 층으로 구성된 2층 구조의 장치를 제작합니다. 두 번째 단계에서는 네트워크 분석기를 사용하여 인터디지탈 트랜스듀서(interdigital transducer)의 정상 작동 여부를 확인하고, 역류 장치를 구동할 공진 주파수를 측정합니다.다음으로, 장치의 입구에 미세구슬이 분산된 유체를 주입하고 출구의 인터디지털 트랜스듀서에 RF 신호를 가합니다. 결과로 발생하는 채널 내 흐름을 고속 현미경으로 기록하여 분석하며, 장치의 기하학적 구조와 인가 전력에 따라 주로 결정되는 다양한 흐름 양상을 보여주는 분석 결과를 얻습니다. 본 방법은 음향 제어 흐름 장치의 제작 및 작동을 목표로 하지만, 이 영상의 절차는 미세유체 믹서, 펌프 및 최적화 장치와 같은 다른 표면 탄성파 구동 미세유체 장치의 제작 및 작동에도 적용될 수 있습니다.일반적으로 표면 탄성파 미세유체 역학을 다룰 때는 제작 공정과 분석의 다양한 측면을 모두 숙달해야 하므로, 이 방법에 익숙하지 않은 사용자는 어려움을 겪을 수 있습니다. 우선, 분홍색으로 표시된 표면 탄성파 층을 위한 포토마스크 하나와 노란색으로 표시된 미세채널 몰드를 위한 두 번째 포토마스크, 이렇게 두 개의 별도 포토마스크를 사용하여 동봉된 서면 프로토콜에 설명된 대로 미세유체 장치를 제작하십시오. 기본 장치 제작이 완료되면, ARN 43 40과 같은 음성 포토레지스트를 도포하고 광 리소그래피 기술을 사용하여 미세채널 영역을 노광하십시오.그다음 0.14 millibar, 100 watts 조건에서 2분 동안 산소 플라즈마를 처리하여 노출된 시료 표면을 활성화함으로써 약 450 volts의 바이어스 전압을 가합니다. 이어서 흄 후드 내의 비커에 he aec 35 milliliters, 사염화탄소 15 milliliters, 그리고 Okta desal 트리클로로에틸렌 20 µL를 혼합합니다. 장치를 해당 용액에 담가 표면을 처리하여 소수성으로 만듭니다.장치를 덮개가 덮인 용액 속에 2시간 동안 그대로 둔 다음, 이소프로판올로 헹구고 질소 기류 하에서 건조하십시오. 건조 후, 표면의 물 접촉각이 90도 이상인지 확인하십시오. 접촉각이 충분하지 않은 경우, 샘플을 세척하고 표면 처리를 다시 수행하십시오.그렇지 않은 경우, 아세톤으로 잔류 포토레지스트를 제거한 후, 이소프로판올로 헹구고 질소 건으로 건조합니다. 다음으로, 무선 주파수 도파관과 표준 동축 커넥터가 있는 인쇄 회로 기판에 샘플을 장착한 후, 샘플 가장자리에 음향 흡수 폴리머를 도포하고 여기에 표시된 것처럼 와이어 본딩이나 POGO 커넥터를 사용하여 인터디지탈 트랜스듀서를 연결합니다. 이어서, 함께 제공된 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 원하는 치수의 채널이 포함된 패턴화된 PDMS 층을 준비합니다.경화가 완료되면 수술용 칼을 사용하여 채널 주변을 절개하되, 마스터 몰드가 손상되지 않도록 주의하며 떼어냅니다. 그런 다음 면도날을 사용하여 복제본의 가장자리를 다듬고 곧게 펴줍니다. 샘플을 완전히 절단하여 채널 출구 부분에는 간격이 없도록 하고, 채널의 측면에는 최소 2 mm의 여유 공간을 남겨두어야 합니다.다음으로, Harris unicorn puncher를 사용하여 마이크로 챔버에 구멍을 뚫어 유체 주입 입구를 형성하고 실린더를 제거합니다. 그런 다음 현미경으로 정렬하여 단순 등각 접합(conformal bonding) 방식을 통해 PDMS 채널과 리튬 오베이트(lithium ovate) 기판을 접합합니다. 이렇게 하면 접합 상태가 유체 테스트 단계까지 유지되면서도 가역적인 상태로 남게 됩니다.먼저 표면 탄성파 지연선을 스펙트럼 분석기의 포트에 연결하여 RF 장치를 테스트하고, 장치의 산란 행렬을 측정합니다. 한 쌍의 단일 전극 트랜스듀서에 대한 투과 특성은 인터디지털 트랜스듀서의 동작 주파수를 중심으로 한 sinc 함수의 절대값과 유사하게 나타납니다. 다음으로, 반사 스펙트럼을 관찰합니다.주축 방향으로 100 megahertz에서 작동하는 소자의 경우, 반사 스펙트럼의 딥(dip)은 투과 피크와 동일한 주파수에서 발생합니다. PDMS 채널이 없을 때의 전형적인 값은 S 11 및 S 22의 경우 -8 decibels, S 12의 경우 -20 decibels입니다. 유동 역학을 가장 잘 시각화하려면 샘플을 현미경 아래에 배치하십시오.구체적인 광학 설정은 관찰하려는 표면 탄성파 미세유체 현상에 따라 달라집니다. 유체 충전 역학을 연구하려면 Forex 대물렌즈와 초당 30프레임 비디오 카메라가 장착된 단순 도립 현미경을 사용하십시오. 하지만 더 복잡한 미세 입자 역학을 조사하려면 20x 대물렌즈와 100 FPS 이상의 비디오 카메라를 사용하십시오.공간적 및 시간적으로 중요한 모든 흐름 특성을 포착할 수 있도록 대물렌즈와 프레임 속도를 충분히 높게 설정하는 것이 중요합니다. 다음으로, 채널 출구 앞의 인터디지탈 트랜스듀서를 RF 신호 발생기 및 증폭기에 연결하고, 산란 행렬 측정에서 관찰된 공진 주파수로 작동시킵니다. 필요한 경우, 고출력 UHF 증폭기를 사용하십시오.여기서는 최대 출력 37 dBm 및 이득 40 dB의 Mini-Circuits ZW-5 증폭기를 사용합니다. 음향 역류(acoustic counterflow)를 조사하기 위해서는 총 출력 전력이 최소 25 dBm에 도달하는 것이 중요합니다. 장치를 작동시키면서 음향 역류가 없는 상태에서 음향 스트리밍(acoustic streaming) 및 원자화 현상을 관찰하십시오.낮은 출력에서는 일반적으로 0 dBm에서 음향 스트리밍 재순환이 시작되며, 14 dBm 이상에서 원자화가 발생합니다. 다음으로, 실험 전 500 nm 마이크로비즈를 10¹⁰ particles/mL 농도로 첨가하고 용액을 15초 동안 볼텍싱하여 시각화를 위한 마이크로비즈 로딩 용액을 준비합니다. 그런 다음 60 µL의 마이크로비즈 서스펜션을 챔버에 로딩합니다.마이크로 피펫을 사용하여 천천히 주입하면 유체가 마이크로 챔버 내부로 수동 확산되어 기판에 입자가 부착되는 것을 방지할 수 있으며, 로딩하는 동안 장치에 0 DBM 신호를 인가하십시오. 현미경을 통해 비디오 녹화를 시작하고, 음향 역류(acoustic counter flow)를 관찰하기 위해 작동 전력을 높이십시오. 유동 양상은 입력 전력, 칩 설계 및 입자 직경에 따라 다르게 결정됩니다.역학적 특성을 정성적으로 파악하기 위해, 마커를 공간적 참조점으로 사용하여 채널 충전의 각 단계에서 메니스커스와 입구 근처의 유체 흐름을 기록하십시오. 그런 다음 정량적 분석을 위해, 정확한 결과를 얻고자 동반된 텍스트 프로토콜에 명시된 대로 미세입자 이미지, VE 비대칭성 또는 시공간 이미지 상관 분광법을 통해 입자 역학을 측정하십시오. 입자 역학에 따라 설정된 프레임 속도로 관심 지점의 유체 흐름을 고정된 시야에서 최소 100프레임 이상 기록하십시오.유선(streamlines) 및 속도장 측정을 위한 더 복잡한 분석을 위해서는, 제시된 맞춤형 미세입자 이미지 속도 측정법(microparticle image velocimetry) 또는 시공간 이미지 상관 분광법(spatial temporal image correlation spectroscopy) 코드를 사용하십시오. 여기 리튬나이오베이트(lithium niobate) 층을 접합하기 전에 측정한 전형적인 S 11 및 S 12 스펙트럼이 있습니다. 두 스펙트럼의 공진 주파수는 95 megahertz에서 확인할 수 있습니다.S 11 스펙트럼의 중심 주파수에서의 밸리 깊이는 RF 전력이 표면 탄성파 기계적 전력으로 변환되는 효율과 관련이 있습니다. 따라서 밸리 최솟값이 감소하면 장치 작동에 필요한 전력의 감소로 이어집니다. S 12 스펙트럼의 최댓값은 RF 전력과 표면 탄성파 기계적 전력의 변환 효율 및 지연 라인을 따른 파동의 감쇠와 관련이 있습니다.이 값의 감소는 파동 지연 라인의 정렬 불량이나 균열과 같은 결함으로 인해 발생할 수 있습니다. 여기에 500 nm 라텍스 비드를 사용하여 관찰한 네 가지 서로 다른 특징적인 흐름 패턴이 제시되어 있습니다. 상단 두 이미지는 채널 입구에서의 서로 다른 결과를 보여줍니다.왼쪽에서는 채널 충전 초기 단계의 음향 스트리밍 현상으로 인해 두 개의 대칭적인 와류가 관찰되며, 채널이 부분적으로 채워진 후 시간이 지나면 층류가 형성됩니다. 여기에 표시된 이미지들은 메니스커스 근처에서 촬영된 것입니다. 채널이 왼쪽에서 부분적으로 채워질 때, 입자들이 선형으로 축적되며 메니스커스와 동일한 속도로 이동하는 것이 관찰됩니다.이는 입자 역학이 우측의 음향 방사력에 의해 지배될 때 발생합니다. 여기서는 항력과 음향 스트리밍의 지배적인 영향이 관찰됩니다. 입자들은 두 개의 와류를 삼키며 메니스커스에서 300 microns 이내의 띠 모양으로만 축적되며, 기판 표면에 가깝게 위치합니다.이러한 절차를 수행하는 동안, 제작부터 작동에 이르기까지 실험의 모든 단계에서 장치를 매우 깨끗하게 유지하는 것이 매우 중요합니다. 이 영상을 시청하고 나면 표면 탄성파(surface acoustic wave) 장치를 제작하고 테스트하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다. 또한 PDMS 미세유체 장치를 다루고 거시 유체 흐름을 시각화 및 분석하는 방법을 익히게 됩니다.I.

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연구

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Engineering

공학

이 작품에서 우리는 ~ 8 μs 두 솔루션을 혼합 수 microfluidic 믹서의 제조 및 사용을 설명합니다. 또한 자외선 형광 및 형광 공명 에너지 전달을 (무서워)를 사용 spectroscopic 감지 이러한 믹서의 사용을 보여줍니다.

단백질 접기 유학을위한 Microfluidic 믹서

파라메트릭 광기계 여기(parametric optomechanical excitations)는 최근 광학 방사선 압력과 자극된 브릴루인 산란(Brillouin scattering)을 통해 미세유체 광기계 공진기에서 실험적으로 입증되었습니다. 이 논문은 이러한 미세유체 공진기의 제작과 함께 광기계적 진동을 생성하고 검증하는 방법론에 대해 설명합니다.

제작 및 미세 유체 광​​ 기계 발진기의 테스트

이 프로토콜은 미세유체 소자를 사용하여 자동화된 소량(0.15–1.5ml) 입자 분리를 수행하기 위한 시스템 아키텍처를 설명하고 음향 유체 소자 성능 및 작동을 최적화하는 방법에 대해 설명합니다.

미세 유체 정밀 작은 볼륨 샘플 처리를위한 플랫폼 및 음향 마이크로 디바이스로 구분 생물 입자 크기의 사용

Acoustofluidic 장치는 조작 집중 정지 마이크로 및 나노 요소를 분리하는 미세 유체 채널 내에서 초음파를 사용합니다. 이 프로토콜은 피복 유체의 도움없이 중앙 유선형 입자를 집중 벌크 음향 정상파와 같은지지 장치의 제조 및 동작을 설명한다.

제조 및 Acoustofluidic 장치의 작동은 입자의 초점 쉬스에 대한 대량 음향 서 파도 지원

위상 반전 공동 흐름 장치는 단 분산 높은 점도 방울 방울 마이크로에서 실현 하기 어려운 1 파 위 생성을 보여 줍니다.

위상 반전 공동 흐름 구조와 미세 모 세관 장치를 사용 하 여 조작 높은 점도 방울

이 프로토콜의 MY133-V2000 아닌 구조와 용액 microchannels 일치 하지 않을 굴절율 때문에 자주 발생 하는 아티팩트를 제거 하기 위해 미세 소자의 제작을 설명 합니다. 이 프로토콜 캡슐화 된 장치, 화학적 그리고 기계적으로 접착을 향상을 압축 하는 아크릴 홀더를 사용 합니다.

생물 의학 마이크로 대 한 굴절 인덱스 일치 장치 제조

자동화는 셀 제조에서 업스케일링 및 비용 관리의 핵심입니다. 이 원고는 소규모 바이오 프로세싱을 위한 완충교환 및 세포 농도 단계를 자동화하기 위한 카운터플로우 원심 세포 처리 장치의 사용을 설명합니다.

소규모 셀 처리를 위한 자동 카운터플로우 원심 시스템

리프오프 포토리소그래피, 나노 깊이 반응성 이온 에칭 및 실온 플라즈마를 통해 음향 나노 유체학용 리튬 니오베이트에 표면 음향파 작동 장치를 통합하여 나노 높이 채널의 제조를 시연합니다. 단결정 리튬 niobate의 표면 활성화 다층 결합, 산화물에 리튬 niobate 결합에 유사하게 유용한 공정.

음향 나노 유체학용 리튬 니오바테를 통한 표면 음향파 작동을 통합한 나노높이 채널 제조

두 가지 제조 기술, 리프트 오프 및 습식 에칭, 압전 기판에 디지털 전극 변환기를 생산에 설명, 리튬 niobate, 널리 표면 음향 파를 생성하는 데 사용되는 나노 스케일 유체에 마이크로에서 광범위한 유틸리티를 찾는. 생산된 전극은 레일리 표면 음향파를 효율적으로 유도하는 것으로 나타났다.

리튬 니오바테에 표면 음향 파 장치의 제조

이 프로토콜은 초음파 조영제에 의해 유도된 초음파 조영제에 의해 유도된 초음파 포기화를 통해 세포에 급속한 분자 전달을 위한 저비용 acoustofluidic 장치의 조립 및 작동을 설명합니다.

세포에 분자 화합물의 향상된 전달을 위한 부동 유체 장치의 조립 및 작동

이 프로토콜은 마이크로 채널에서 10-1000Hz의 고조파 진동 흐름을 생성하는 편리한 방법을 보여줍니다. 이는 컴퓨터 제어 스피커 다이어프램을 모듈식 방식으로 마이크로채널에 인터페이싱하여 수행됩니다.

마이크로채널에서 서브킬로헤르츠 진동 흐름의 생성을 위한 외부 드라이버의 조립 및 특성화

배우세요 표면 음향파(SAW) 기반 미세유체 역류 장치의 제조 및 운영 방법을. 금 패턴 리튬 나이오베이트와 PDMS 채널을 사용하여 복잡한 유동 패턴을 고속 현미경으로 시각화하고 정량 분석하는 기술을 익히세요.

표면 음향 파 중심의 어쿠스틱 역류 미세 유체의 제조, 운영 및 유동 가시화

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