Name: Fabricage, bediening en Flow Visualization in Surface-akoestische-wave-driven Acoustic-tegenstroom Microfluidics (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-08-27T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 26 s
Description: Leer de fabricage en werking van een oppervlakte-akoestische-golf microfluidisch tegenstroomapparaat met kwantitatieve stromingsvisualisatie. Deze methode toont complexe stromingspatronen voor microfluidische toepassingen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Auteurs hebben niemand te erkennen.

1. Apparaat Fabrication <ol><li> Ontwerp twee fotomaskers, de eerste voor patroonvorming de surface acoustic wave (SAW) laag, en de tweede voor het polydimethylsiloxaan (PDMS) microchannel schimmel. <ol><li> De eerste fotomasker heeft een paar tegenover elkaar interdigital transducers (IDP&#39;s)-ook wel bekend als een SAW delay lijn-en markers voor kanaal uitlijning en ruimtelijke referentie tijdens de microscopie. In onze standaard inrichting hebben wij enkele elektrode IDP&#39;s met een vinger breedte p = 10 micrometer, opening van 750 pm en 25 rechte vinger paren. De resulterende IDT genereert Zagen met een golflengte λ = 4 p = 40 micrometer overeenkomt met een frequentie f o = c SAW / λ ≈ 100 MHz op 128 ° YX lithiumniobaat (LN). Elke IDT breedte moet boven tweemaal de breedte van het microkanaal om eventuele foutieve uitlijning te verminderen terwijl het verlijmen van de lagen. IDT ontwerp parameters worden besproken comprehensively in verschillende boeken 9-11. We merken op dat slechts een IDT (geplaatst op het kanaal uitlaat) is nodig om de vloeistof drijven in het kanaal in akoestische-tegenstroom, maar patroonvorming een volledige vertraging lijn helpt bij het testen apparaat. </li><li> De tweede heeft een eenvoudige microchannel structuur worden uitgelijnd langs de SAW delay lijn, met een microkamer om het kanaal inlaat te vormen. In onze typische inrichtingen, de kanalen een breedte w = 300 mm en een lengte van 5 mm. Als algemene regel geldt dat de kanaalbreedte minstens 10 λ zijn om diffractie effecten tijdens SAW voortplanting in de microchannel voorkomen, maar in onze tests vonden we dat een breedte van ~ 7 λ geen significante invloed zou SAW voortplanting binnen het kanaal. </li></ol></li><li> Beginnen met een LN wafer en klieven een 2 cm bij 2 cm monster. Om transmissie microscopie moet een dubbelzijdig gepolijste wafer gebruiken. Merk op dat LN is een standaard voor de biocompatibiliteit en de SAWpolarisatie en hoge piëzoelektrische koppelcoëfficiënt langs de hoofdas, maar andere piëzo-elektrische materialen kunnen worden gebruikt met geschikte ontwerp overwegingen. </li><li> Reinig het substraat door te spoelen in aceton, 2-propanol en gedroogd met stikstof pistool. </li><li> Spin jas van het monster met Shipley S1818 bij 4.000 tpm gedurende 1 minuut. </li><li> Zacht bakken bij 90 ° C gedurende 1 minuut op een hete plaat. </li><li> Lijn het monster met de SAW laagmasker met een masker aligner en het blootstellen aan UV-licht met een 55 mJ / cm 2. Zorg moet worden genomen om de IDT richting lijn langs de hoofdas van de LN substraat. </li><li> Spoel het monster in Microposit MF319 ontwikkelaar voor 30 seconden naar de onbelichte fotolak verwijderen. </li><li> Stoppen met de ontwikkeling door het spoelen van het monster in gedeïoniseerd water en droog het met een stikstof pistool. </li><li> Deponeren van een 10-nm-dikke titanium hechtlaag gevolgd door 100-nm-dikke goudlaag door thermische verdamping. </li><li> Voer lift-off door sonicating de svolop in aceton, spoel het in 2-propanol en droog met een stikstof pistool. </li><li> Silaniseren het oppervlak van het apparaat om het hydrofoob maken in het microkanaal gebied 12. <ol><li> Maskeren de microkamer met AR-N-4340 negatieve toon fotolak door optische lithografie volgens de datasheet van de fabrikant. </li><li> Activeert het monster oppervlak met een 2 min zuurstof plasma (Gambetti Kenologia Srl, Colibri) van 0,14 mbar en 100 W vermogen geven een voorspanning van ongeveer 450 V. </li><li> Meng 35 ml hexadecaan, 15 ml tetrachloorkoolstof (CCl 4), en 20 pi octadecyltrichloorsilaan (OTS) in een bekerglas in een zuurkast. Het apparaat in de oplossing en laat afgedekt twee uur. </li><li> Spoel het apparaat met 2-propanol en droog het met een stikstof pistool. </li><li> Controleer dat de contacthoek van water op het oppervlak hoger is dan 90 °. Als de contacthoek is onvoldoende, het reinigen van de steekproef en het opnieuw uitvoeren van de stappen in 1.11. </li><li> Verwijderende resterende resist op het monster door spoelen in aceton, 2-propanol en gedroogd met stikstof pistool. </li></ol></li><li> Monteer het monster op een printplaat met radiofrequentie golfgeleiders en standaard coaxiale connectoren (RF-PCB&#39;s), en zet dan akoestische absorber (First Contact polymeer) op het monster randen en sluit het IDT met draad of met behulp van pogo-connectoren. </li><li> Een meester mal van het kanaal laag is gevormd met SU-8 op een klein stukje silicium (Si) wafer met behulp van standaard optische fotolithografie. SU-8 type en fotolithografie recept zal afhankelijk zijn van de uiteindelijke PDMS interne kanaal hoogte vereist. </li><li> Wierp PDMS op de mal <ol><li> Meng PDMS met een hardingsmiddel in een verhouding van 10:01. </li><li> Centrifugeer de PDMS gedurende 2 min bij 1.320 x g ontgassing. </li><li> Giet de PDMS voorzichtig op de SU-8 schimmel in een petrischaal tot een totaal PDMS hoogte in de orde van 1 mm. De open petrischaal kan in een vacuümexsiccator geplaatst gedurende ongeveer 30 min in order aan ontgassen de PDMS verder. </li><li> Eenmaal ontgast, behandeling PDMS door verhitting tot 80 ° C gedurende een uur in een oven. Merk op dat de baktijd en temperatuur kan de mechanische eigenschappen van PDMS. </li></ol></li><li> Bereid de vaste PDMS-laag <ol><li> Snijd rond het kanaal met behulp van een chirurgisch mes, zorg dat u de SU8 meester beschadigen, en afschilferen. </li><li> Replica randen worden vervolgens verfijnd en rechtgetrokken met behulp van een scheermesje verlaten ten minste 2 mm speling aan de zij kant van het kanaal en geen speling (dwars door) op het kanaal uitlaat. </li><li> Sla een gat in de microkamer met een Harris Unicore perforator de fluïdum-loading inlaat vormen. </li></ol></li><li> Bond de PDMS-kanaal met de LN substraat door eenvoudige conforme bonding. Op deze manier zal de band gedurende de vloeistof testfase houden terwijl de resterende omkeerbaar. <ol><li> Beide oppervlakken worden gereinigd voorafgaand aan toetreding door het blazen van de overtollige restanten weg met samengeperste stikstof lucht. Het critical bij de toetreding tot de stukken naar het kanaal met de hoofdas van de LN lijn volgens het patroon uitlijningstekens. </li></ol></li><li> De volledige inrichting is schematisch weergegeven in figuur 1. WINKEL voltooid apparaten in een schone omgeving tot gebruik. </li></ol> Opmerking: Het is belangrijk dat alle fabricagestappen uitgevoerd in een clean room worden uitgevoerd om besmetting van het hulpmiddel voor gebruik. Opmerking: Een van de fotolithografische stappen kunnen worden vervangen door de gebruiker voorkeur. Opmerking: De silanisatie procedure kan worden vervangen door een voorkeurs hydrofobe bekledingswerkwijze 13. 2. RF Device Testing <ol><li> Kalibreren het netwerk of spectrum analyzer met een open / short golfgeleider op uw RF-PCB. </li><li> Sluit de SAW vertraging lijn naar de havens van een spectrum analyzer en meet de verstrooiing matrix van deapparaat. De transmissie voor een paar enkele elektrode transducers wordt de absolute waarde van een sinc functie gecentreerd op de werkfrequentie van de IDT lijken. In het reflectiespectrum een dip (minimum) wordt waargenomen met dezelfde frequentie 9-11. In onze apparaten op 100 MHz frequentie langs de hoofdas typische waarden zijn -15 dB voor de S11 en de S22 en -10 dB voor de S 12 (zonder PDMS kanalen). </li></ol> 3. Microfluidics en Particle Flow Dynamics Visualisatie Experiment en Analyse <ol><li> Plaats het monster onder een microscoop. De specifieke optische opstelling is afhankelijk van de SAW microfluidics verschijnselen worden waargenomen. Bijvoorbeeld, een eenvoudige reflectie microscoop uitgerust met een 4x objectief en een 30 fps videocamera geschikt om vloeistof vullen dynamica. Voor meer complexe microdeeltjes dynamica, kan het nodig zijn een microscoop met een 20X objectief en 100 fps of meer video camera. Het is important dat zowel de objectieve en frame rate hoog genoeg zijn om elke ruimte en tijd belangrijke stroming functies vast te leggen. </li><li> Sluit de IDT voor de kanaaluitlaat een RF signaal generator en met de in de resonantiefrequentie waargenomen in de verstrooiing matrix metingen. De typische operationele kracht in de akoestische-tegenstroom experimenten is 20 dBm. Indien nodig, gebruik maken van een high-power UHF versterker. Akoestisch-streaming en atomisering verschijnselen worden waargenomen zonder akoestische tegenstroom tijdens het uitvoeren van het apparaat op een lager vermogen: meestal akoestisch-streaming recirculatiesysteem begint bij 0 dBm en verneveling optreedt boven 14 dBm. </li><li> Plaats 60 gl van vocht in de microkamer een micropipet. Vloeistof zal passief diffunderen in de microkamer. Eventueel duw op de microkamer aanraken om de microkamer vulling bevorderen. <ol><li> Om de stroming te visualiseren moet microbolletjes toe te voegen aan de vloeistof. Merk op dat om te voorkomen dat deeltjes clustering, ultrasone trillingen de deeltjessuspensie voorafgaand aan de experimenten. Om deeltjes hechting op de ondergrond een 0 dBm signaal aan het apparaat tijdens het laden te voorkomen. </li></ol></li><li> Beginnen met het opnemen van de video door de microscoop en het verhogen van de operationele vermogen om de akoestische tegenstroom te observeren. Verschillende stroomsnelheden&#39;s wordt bepaald door ingangsvermogen, chip ontwerp en deeltjesdiameter. <ol><li> Om kwalitatief vastleggen van de dynamiek fluïdumstroming moet worden geregistreerd in de nabijheid van de meniscus en de inlaat in verschillende stadia van het kanaal vullen met behulp van merkers als ruimtelijk referentie. </li><li> Om de kwantitatieve meting van deeltjes dynamiek uitvoeren door micro particle image velocimetry (μPIV) 14,15 of ruimtelijke temporeel beeldcorrelatie spectroscopie (PEN) 16,17, vloeistofstroom moet worden opgenomen in de bezienswaardigheid met een vaste gezichtsveld gedurende ten minste 100 frames met een beeldsnelheid opgelegd door het deeltje dynamiek. </li></ol></li><li> Analyseer de video met beeldbewerkingssoftware. De keuze van de software te gebruiken hangt af van de verschijnselen plaats. Bijvoorbeeld, om de grootteverdeling van vernevelde druppeltjes, ruimtelijke periodiciteit van accumulatie deeltje, of handmatig bijhouden van verdunde deeltjes, eenvoudig freeware software voor beeldanalyse, zoals Fiji kwantificeren geschikt is 18 en dat met het oog op het verkrijgen stroomlijnt en snelheid veldmetingen, aangepaste mPIV 19 of 20 TIEKEN code vereist. In onze analyse aangepast PEN code is geschreven in MATLAB echter een voorkeursalternatief codeertaal kunnen eveneens aanvaardbaar. </li></ol>

<ol><li>Masini, L., Cecchini, M., Girardo, S., Cingolani, R., Pisignano, D., Beltram, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface-acoustic-wave+counterflow+micropumps+for+on-chip+liquid+motion+control+in+two-dimensional+microchannel+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Surface-acoustic-wave counterflow micropumps for on-chip liquid motion control in two-dimensional microchannel arrays.</a> Lab on a Chip. 10 (15), 1997-2000 (2010).</li>
<li>Travagliati, M., De Simoni, G., Lazzarini, C. M., Piazza, V., Beltram, F., Cecchini, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interaction-free%2C+automatic%2C+on-chip+fluid+routing+by+surface+acoustic+waves%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Interaction-free, automatic, on-chip fluid routing by surface acoustic waves.</a> Lab on a Chip. 12 (15), 2621-2624 (2012).</li>
<li>Wixforth, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acoustically+driven+planar+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Superlattices+and+Microstructures%22%5BJournal%5D)">Acoustically driven planar microfluidics.</a> Superlattices and Microstructures. 33 (5), 389-396 (2003).</li>
<li>Friend, J., Yeo, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microscale+acoustofluidics%3A+Microfluidics+driven+via+acoustics+and+ultrasonics%5BTitle%5D)+AND+%22Reviews+of+Modern+Physics%22%5BJournal%5D)">Microscale acoustofluidics: Microfluidics driven via acoustics and ultrasonics.</a> Reviews of Modern Physics. 83 (2), 647-64 (2011).</li>
<li>Tan, M. K., Yeo, L. Y., Friend, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+fluid+flow+and+mixing+induced+in+microchannels+using+surface+acoustic+waves%5BTitle%5D)+AND+%22Europhysics+Letters%22%5BJournal%5D)">Rapid fluid flow and mixing induced in microchannels using surface acoustic waves.</a> Europhysics Letters. 87, 47003(2009).</li>
<li>Glass, N., Shilton, R., Chan, P., Friend, J., Yeo, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Miniaturised+Lab-on-a-Disc+%28miniLOAD%29%5BTitle%5D)+AND+%22SMALL%2C+Small%22%5BJournal%5D)">Miniaturised Lab-on-a-Disc (miniLOAD).</a> SMALL, Small. 8 (12), 1880-1880 (2012).</li>
<li>Madou, M. J., Kellogg, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((LabCD%3A+a+centrifuge-based+microfluidic+platform+for+diagnostics%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+SPIE%22%5BJournal%5D)">LabCD: a centrifuge-based microfluidic platform for diagnostics.</a> Proceedings of SPIE. 3259, 80(1998).</li>
<li>Cecchini, M., Girardo, S., Pisignano, D., Cingolani, R., Beltram, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acoustic-counterflow+microfluidics+by+surface+acoustic+waves%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Acoustic-counterflow microfluidics by surface acoustic waves.</a> Applied Physics Letters. 92 (10), 104103(2008).</li>
<li>Campbell, C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aCampbell%2C+C+%22Surface+acoustic+wave+devices+for+mobile+and+wireless+communications%22">Surface acoustic wave devices for mobile and wireless communications</a>. 1, Academic Press. San Diego, Toronto. (1998).</li>
<li>Hashimoto, K. Y. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHashimoto%2C+KY+%22Surface+acoustic+wave+devices+in+telecommunications%3A+modelling+and+simulation%22">Surface acoustic wave devices in telecommunications: modelling and simulation</a>. , Springer. (2000).</li>
<li>Royer, D., Dieulesaint, E. Elastic Waves in Solids II. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRoyer%2C+D+%22Generation%2C+Acousto-Optic+Interaction%2C+Applications%22">Generation, Acousto-Optic Interaction, Applications</a>. 2, Springer. (2000).</li>
<li>Renaudin, A., Sozanski, J. P., Verbeke, B., Zhang, V., Tabourier, P., Druon, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Monitoring+SAW-actuated+microdroplets+in+view+of+biological+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+B%3A+Chemical%22%5BJournal%5D)">Monitoring SAW-actuated microdroplets in view of biological applications.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 138 (1), 374-382 (2009).</li>
<li>Glass, N. R., Tjeung, R., Chan, P., Yeo, L. Y., Friend, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organosilane+deposition+for+microfluidic+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Biomicrofluidics%22%5BJournal%5D)">Organosilane deposition for microfluidic applications.</a> Biomicrofluidics. 5 (3), 036501(2011).</li>
<li>Wereley, S. T., Meinhart, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+advances+in+micro-particle+image+velocimetry%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Recent advances in micro-particle image velocimetry.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 42, 557-576 (2010).</li>
<li>Augustsson, P., Barnkob, R., Wereley, S. T., Bruus, H., Laurell, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+and+temperature-controlled+micro-PIV+measurements+enabling+long-term-stable+microchannel+acoustophoresis+characterization%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Automated and temperature-controlled micro-PIV measurements enabling long-term-stable microchannel acoustophoresis characterization.</a> Lab on a Chip. 11 (24), 4152-4164 (2011).</li>
<li>Hebert, B., Costantino, S., Wiseman, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatiotemporal+image+correlation+spectroscopy+%28STICS%29+theory%2C+verification%2C+and+application+to+protein+velocity+mapping+in+living+CHO+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Biophysical+Journal%22%5BJournal%5D)">Spatiotemporal image correlation spectroscopy (STICS) theory, verification, and application to protein velocity mapping in living CHO cells.</a> Biophysical Journal. 88 (5), 3601(2005).</li>
<li>Rossow, M., Mantulin, W. W., Gratton, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatiotemporal+image+correlation+spectroscopy+measurements+of+flow+demonstrated+in+microfluidic+channels%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Spatiotemporal image correlation spectroscopy measurements of flow demonstrated in microfluidic channels.</a> Journal of Biomedical Optics. 14 (2), 024014(2009).</li>
<li>Schindelin, J., Arganda-Carreras, I., Frise, E., Kaynig, V., Longair, M., Pietzsch, T., Preibisch, S., Rueden, C., Saalfeld, S., Schmid, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fiji%3A+an+open-source+platform+for+biological-image+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">Fiji: an open-source platform for biological-image analysis.</a> Nature Methods. 9 (7), 676-682 (2012).</li>
<li>mpiv - MATLAB PIV Toolbox. , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.oceanwave.jp/softwares/mpiv/">http://www.oceanwave.jp/softwares/mpiv/</a> (2012).</li>
<li>mpiv - MATLAB PIV Toolbox. , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://wiseman-group.mcgill.ca/software.php">http://wiseman-group.mcgill.ca/software.php</a> (2012).</li>
<li>Rogers, P. R., Friend, J. R., Yeo, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exploitation+of+surface+acoustic+waves+to+drive+size-dependent+microparticle+concentration+within+a+droplet%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Exploitation of surface acoustic waves to drive size-dependent microparticle concentration within a droplet.</a> Lab on a Chip. 10 (21), 2979-2985 (2010).</li>
<li>Muller, P. B., Barnkob, R., Jensen, M. J. H., Bruus, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+numerical+study+of+microparticle+acoustophoresis+driven+by+acoustic+radiation+forces+and+streaming-induced+drag+forces%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">A numerical study of microparticle acoustophoresis driven by acoustic radiation forces and streaming-induced drag forces.</a> Lab on a Chip. 12 (22), 4617-4627 (2012).</li>
<li>Luo, J. K., Fu, Y. Q., Li, Y., Du, X. Y., Flewitt, A. J., Walton, A. J., Milne, W. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Moving-part-free+microfluidic+systems+for+lab-on-a-chip%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micromechanics+and+Microengineering%22%5BJournal%5D)">Moving-part-free microfluidic systems for lab-on-a-chip.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 19 (5), 054001-05 (2009).</li>
<li>Lindken, R., Rossi, M., Große, S., Westerweel, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-particle+image+velocimetry+%28%CE%BCPIV%29%3A+recent+developments%2C+applications%2C+and+guidelines%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Micro-particle image velocimetry (μPIV): recent developments, applications, and guidelines.</a> Lab on a Chip. 9 (17), 2551-2567 (2009).</li>
<li>Gedge, M., Hill, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acoustofluidics+17%3A+Theory+and+applications+of+surface+acoustic+wave+devices+for+particle+manipulation%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Acoustofluidics 17: Theory and applications of surface acoustic wave devices for particle manipulation.</a> Lab on a Chip. 12 (17), 2998-3007 (2012).</li>
</ol>

Auteurs hebben niets te onthullen.

Een van de grootste uitdagingen voor de microfluïdische gemeenschap is de realisatie van een bediening platform voor echt draagbare point-of-care apparatuur. Onder de voorgestelde geïntegreerde micropompen 23, die op basis van oppervlakte akoestische golven (vzzmh) zijn bijzonder aantrekkelijk vanwege hun bijbehorende capaciteiten in vloeistof mengen, verneveling en deeltjes concentratie en scheiding 4. In dit artikel hebben we aangetoond hoe te fabriceren en exploiteren van een lab-on-chip apparaa...

Een van de voortdurende uitdagingen de microfluïdische gemeenschap is de noodzaak om een ​​efficiënt pompende werking kan worden verkleind is om in echt draagbare micro-total-analysesystemen (μTAS&#39;s) hebben. Standard macroscopische pompsystemen enkel nalaat de draagbaarheid vereist μTAS&#39;s bieden, wegens de ongunstige schaling van het debiet als kanaal verkleint naar de micron of lager. Integendeel, zagen hebben opgedaan toenemende belang fluïdum bedieningsmechanismen en verschijnen als een veelbelovende mogelijkheid voor de oplossing van een aantal van deze problemen 1,2. Zagen werden getoond aan een zeer efficiënt mechanisme van energietransport in vloeistoffen 3 bieden. Wanneer een SAW propageert op een piëzo-elektrisch substraat, zoals lithiumniobaat (LN), de golf wordt schuin bekend als de Rayleigh hoek θ = R sin uitgestraald in een vloeistof in zijn pad722, 1 (c f / c s), vanwege de mismatch van geluid snelheden in het substraat, c s en de vloeistof f c. Deze lekkage van straling in de vloeistof leidt tot een drukgolf die de akoestische streaming drijft in het fluïdum. Afhankelijk van het apparaat geometrie en aangelegd op de inrichting, werd dit mechanisme aangetoond dat een grote verscheidenheid van on-chip processen, zoals vloeistofmenging deeltje sorteren, verneveling en pompen 1,4 bedienen. Ondanks de eenvoud en effectiviteit van het bedienen van microfluids met SAW, zijn er slechts een klein aantal van de SAW gereden microfluïdische pompen mechanismen die zijn aangetoond tot op heden. De eerste demonstratie was de simpele vertaling van vrije druppeltjes geplaatst in de SAW propagatiepad op een piëzo-elektrisch substraat 3. Deze nieuwe methode gegenereerd veel belangstelling voor het gebruik zagen als microfluidic bediening methode, maar er was nog steeds behoefte aan vloeistoffenworden aangedreven door middel van bijgevoegde kanalen-een moeilijke taak. Tan et al.. Aangetoond pompen binnen een microchannel dat is laser ablatie direct in het piëzo-elektrische substraat. Door geometrische modificatie met betrekking tot het kanaal en IDT afmetingen, konden zij zowel uniform mengen stromen tonen 5. Glas et al.. Onlangs aangetoond een methode van het verplaatsen van vloeistoffen door microkanalen en microfluïdische onderdelen door het combineren van SAW bediend rotaties met centrifugale microfluidics, als een demonstratie van ware miniaturisatie van de populaire Lab-on-a-cd concept van 6,7. De enige volledig gesloten SAW gedreven pompmechanisme dat is aangetoond nog worden Cecchini et al.. &#39;S SAW-driven akoestische tegenstroom-8 de focus van deze video. Dit systeem benut de verneveling en coalescentie van een fluïdum te pompen door een gesloten kanaal in de richting tegen de voortplantingsrichting van eencoustic wave. Dit systeem kan leiden tot verrassend complex stromen in een microkanaal. Bovendien, afhankelijk van het apparaat geometrie kan hiermee een reeks stroom regelingen van laminaire stromen naar complexere regimes gekenmerkt door draaikolken en deeltjes-accumulatie domeinen. De mogelijkheid om eenvoudig te beïnvloeden de stroming kenmerken binnen de inrichting toont mogelijkheden voor geavanceerde on-chip deeltje manipulatie. In dit protocol willen we de belangrijkste aspecten van de praktische SAW-gebaseerde microfluidics verduidelijken: apparaat fabricage, experimentele operatie, en de stroom visualisatie. Hoewel we deze expliciet beschreven procedures voor de fabricage en werking van SAW-driven tegenstroom akoestische apparaten, kunnen deze secties gemakkelijk worden aangepast voor de toepassing van een aantal SAW-driven microfluidic regimes.

<table><tbody><tr><td>Double side polished 128&deg; YX lithium niobate wafer</td><td>Crystal Technology, LLC</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Silicon wafer</td><td>Siegert Wafers</td><td></td><td>We gebruiken &lt;100></td></tr><tr><td>IDT Optical lithography mask with alignment marks (positive)</td><td>Elke leverancier</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Channel Optical lithography mask (negative)</td><td>Elke leverancier</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Positive photoresist</td><td>Shipley</td><td>S1818</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Positive photoresist developer</td><td>Microposit</td><td>MF319</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Negative tone photoresist</td><td>Allresist</td><td>AR-N-4340</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Negative tone photoresist developer</td><td>Allresist</td><td>AR 300-475</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>SU8 thick negative tone photoresist</td><td>Microchem</td><td>SU-8 2000 Series</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>SU8 thick negative tone photoresist developer</td><td>Microchem</td><td>SU-8 developer</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Hexadecane</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H6703</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Carbon tetrachloride (CCl4)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>107344</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Octadecyltrichlorosilane (OTS)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>104817</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Acetone CMOS grade</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>40289</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>2-propanol CMOS grade</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>40301</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Titanium</td><td>Elke leverancier</td><td>99,9% puurheid</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Goud</td><td>Elke leverancier</td><td>99,9% puurheid</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>PDMS</td><td>Dow Corning</td><td>Sylgard 184 silicone elastomeerkit met uitharder</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Petrischaal</td><td>Elke leverancier</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>5 mm ID Harris Uni-Core multi-purpose coring tool</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z708895</td><td>Elke diameter groter dan 2 mm is geschikt</td></tr><tr><td>Akoestische absorber</td><td>Photonic Cleaning Technologies</td><td>First Contact reguliere kit</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>RF-PCB</td><td>Elke leverancier</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Spinner</td><td>Laurell Technologies Corporation</td><td>WS-400-6NPP</td><td>Elke spinner kan worden gebruikt</td></tr><tr><td>UV Mask aligner</td><td>Karl Suss</td><td>MJB 4</td><td>Elke aligner kan worden gebruikt</td></tr><tr><td>Thermische evaporator</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>Nano 38</td><td>Elke thermische, e-beam evaporator of sputtering systeem kan worden gebruikt</td></tr><tr><td>Zuurstofplasmaa-asher</td><td>Gambetti Kenologia Srl</td><td>Colibr&igrave;</td><td>Elke plasma-asher of RIE-machine kan worden gebruikt</td></tr><tr><td>Centrifuge</td><td>Eppendorf</td><td>5810 R</td><td>Elke centrifuge kan worden gebruikt</td></tr><tr><td>Wire bonder</td><td>Kulicke Soffa</td><td>4523AD</td><td>Elke draadbonder kan worden gebruikt als de PCB wordt gebruikt zonder pogo-connectoren</td></tr><tr><td>Contacthoekmeter</td><td>KSV</td><td>CAM 101</td><td>Elke contacthoekmeter kan worden gebruikt</td></tr><tr><td>Spectrum analyzer</td><td>Anristu</td><td>56100A</td><td>Elke spectrum- of netwerkanalyzer kan worden gebruikt</td></tr><tr><td>RF-signaalgenerator</td><td>Anristu</td><td>MG3694A</td><td>Elke RF-signaalgenerator kan worden gebruikt</td></tr><tr><td>RF-hoogwaardige versterker</td><td>Mini Circuits</td><td>ZHL-5W-1</td><td>Elke RF-hoogwaardige versterker kan worden gebruikt</td></tr><tr><td>Microbead-suspensie</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>L3280</td><td>Afhankelijk van het experimentele doel kunnen verschillende suspensies met verschillende diameter en verschillende materiaaleigenschappen worden gebruikt</td></tr><tr><td>Optische microscoop</td><td>Nikon</td><td>Ti-Eclipse</td><td>Elke optische microscoop met ruimtelijke resolutie die voldoet aan experimentele doeleinden kan worden gebruikt</td></tr><tr><td>Videocamera</td><td>Basler</td><td>A602-f</td><td>Elke videocamera die voldoende framesnelheid en gevoeligheid heeft die voldoet aan experimentele doeleinden, kan worden gebruikt</td></tr><tr><td>Camera-acquisitiesoftware</td><td>Advanced technologies</td><td>Motion Box</td><td>Elke software die hoge en gecontroleerde framesnelheid-acquisitie mogelijk maakt, kan worden gebruikt</td></tr></tbody></table>

fabricage, bediening en flow visualization in surface-akoestische-wave-driven acoustic-tegenstroom microfluidics

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

Oppervlak akoestische golven (zagen) kan worden gebruikt om vloeistoffen in draagbare microfluïdische chips stimuleren via het akoestische verschijnsel tegenstroom. In deze video presenteren we de fabricage protocol voor een meerlaags SAW akoestische tegenstroom apparaat. Het apparaat is vervaardigd uitgaande van een lithiumniobaat (LN) substraat waarop twee interdigitale omvormers (IDT) en geschikte merkers zijn patroon. Een polydimethylsiloxaan (PDMS) kanaal werpen op een SU8 meester mal is tenslotte gebonden aan het patroon substraat. Na de fabricage procedure, tonen we de technieken die de karakterisering en de werking van de akoestische tegenstroom apparaat toestaan ​​om vloeistoffen te pompen door de PDMS zenderoverzicht. We eindelijk presenteren de procedure om vloeistofstroom te visualiseren in de kanalen. Het protocol wordt gebruikt voor on-chip vloeistof verpompen onder verschillende stroomsnelheden regimes als laminaire stroming ingewikkelder dynamiek gekenmerkt door draaikolken en partikels domeinen tonen.

Figuur 2 toont representatieve resultaten van apparaat RF testen die werden genomen voorafgaand aan het hechten van de laag aan de LN microkanaal laag: typisch S 11 en S 12 spectra worden respectievelijk vermeld in deel a) en b). De diepte van het dal aan centrale frequentie spectrum S 11 is gerelateerd aan de efficiëntie van de omzetting van RF vermogen in SAW mechanische energie. Vandaar dat voor een vast aantal IDT vingerparen, een ve...

In deze video beschrijven we eerst de fabricage en de werking procedures van een surface acoustic wave (SAW) akoestische tegenstroom apparaat. Vervolgens tonen een experimentele situatie dat zowel stromingsvisualisatie kwalitatieve en kwantitatieve analyse van complexe stromen binnen de SAW pompinrichting.

Fabricage, bediening en Flow Visualization in Surface-akoestische-wave-driven Acoustic-tegenstroom Microfluidics

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

Het algemene doel van het volgende experiment is om de vervaardiging van een apparaat en de daaropvolgende stroomvisualisatie van een microfluïdisch tegenstroomapparaat, aangestuurd door oppervlakte-akoestische golven, te demonstreren. Dit wordt bereikt door eerst het tweelaagse apparaat te vervaardigen, bestaande uit een goudgepatroneerde lithiumniobaat-laag voor oppervlakte-akoestische golven en een polymethylmethacrylaat-laag met microkanalen. Als tweede stap wordt het apparaat getest met een netwerkanalyzer om de juiste werking van de interdigitale transducer te controleren, cũng als om de resonantiefrequentie te bepalen waarop het tegenstroomapparaat moet worden bedreven.Vervolgens wordt de inlaat van het apparaat gevuld met vloeistof waarin microsferen zijn gezaaid en wordt er een RF-signaal aangelegd op de interdigitale transducer bij de uitlaat. De resulterende kanaalstroom wordt vastgelegd met een hogesnelheidsmicroscoop voor analyse; de resultaten tonen verschillende stroomschema's, die primair afhankelijk zijn van de geometrie van het apparaat en het aangelegde vermogen. Hoewel deze methode is gericht op de fabricage en werking van apparaten voor akoestische stroomregeli

fabrication-operation-flow-visualization-surface-acoustic-wave-driven

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

In dit werk leggen we de fabricage en het gebruik van een microfluïdische mixer voor het mengen van twee oplossingen in ~ 8 ps. We tonen ook aan het gebruik van deze mixers met spectroscopische detectie met behulp van UV-fluorescentie en fluorescentie resonantie energie overdracht (FRET).

Microfluïdische Mixers voor het bestuderen van eiwitten vouwen

Parametrische optomechanische excitaties zijn onlangs experimenteel aangetoond in microfluïdische optomechanische resonatoren door middel van optische stralingsdruk en gestimuleerde Brillouin-verstrooiing. Dit artikel beschrijft de fabricage van deze microfluïdische resonatoren samen met methodologieën voor het genereren en verifiëren van optomechanische oscillaties.

Fabricage en testen van Microfluidic Optomechanische oscillators

Dit protocol beschrijft een systeemarchitectuur voor het uitvoeren van geautomatiseerde scheidingen van kleine volumes (0,15–1,5 ml) deeltjes met behulp van een microfluïdisch apparaat, en bespreekt methoden om de prestaties en werking van acoustofluïdische apparaten te optimaliseren.

Een microfluïdische platform voor Precision Small-volume monster verwerking en het gebruik ervan te Grootte Aparte Biologische Deeltjes met een akoestische microdevice

Acoustofluidic apparaten maken gebruik van ultrasone golven binnen microfluïdische kanalen te manipuleren, te concentreren en te isoleren geschorst micro- en nanoscopische entiteiten. Dit protocol beschrijft de vervaardiging en werking van een dergelijk apparaat dat bulk akoestische staande golven deeltjes centrale stroomlijn richten zonder de hulp van de ommanteling vloeistoffen.

Fabricage en werking van Acoustofluidic Devices Ondersteunend Bulk Acoustic Staande golven voor Sheathless scherpstellen van Deeltjes

Een fase-omkering co stroom apparaat blijkt voor het genereren van monodispers dikvloeibaar druppels boven 1 Pas, die moeilijk is te realiseren in druppel microfluidics.

Fabriceren van dikvloeibaar druppels Microfluidic capillaire apparaat met fase-omkering co flow structuur

Automatisering is de sleutel tot opschaling en kostenbeheer in celproductie. Dit manuscript beschrijft het gebruik van een tegenstroom centrifugale celverwerkings inrichting voor het automatiseren van de buffer uitwisseling en celconcentratie stappen voor kleinschalige bioprocessing.

Geautomatiseerd centrifugale systeem voor kleinschalige Celverwerking

We demonstreren fabricage van nanohoogtekanalen met de integratie van oppervlakte akoestische golfactuatie-apparaten op lithium niobate voor akoestische nanofluidica via liftoff fotolithografie, nano-diepte reactieve ionets en kamertemperatuurplasma oppervlakte-geactiveerde meerlaagse binding van enkelkristallithium niobaat, een proces dat ook nuttig is voor het plakken van lithiumniobate aan oxiden.

Fabricage van Nanoheight Channels waarin Surface Acoustic Wave Actuation via Lithium Niobate voor Akoestische Nanofluidics

Twee fabricagetechnieken, lift-off en natte etsen, worden beschreven in de productie van interdigitale elektrodetransducers op een piëzo-elektrisch substraat, lithium niobate, op grote schaal gebruikt om oppervlakte akoestische golven te genereren nu vinden breed nut in micro-tot nanoschaal vloeistof. De geproduceerde elektroden worden getoond om megahertz te veroorzaken om Rayleigh oppervlakte akoestische golven te bestellen.

Fabricage van Surface Acoustic Wave-apparaten op lithium niobate

Dit document beschrijft een protocol samen met een vergelijkende studie van twee microfluïde fabricagetechnieken, namelijk fotolithografie/wet-etching/thermisch-bonding en Selective Laser-induced Etching (SLE), die geschikt zijn voor hogedrukomstandigheden. Deze technieken vormen het mogelijk maken van platforms voor directe observatie van de vloeistofstroom in surrogaatdoorlatende media en gebroken systemen onder reservoiromstandigheden.

Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO 2 Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO 2 Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO2 Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs Microflu

Dit protocol beschrijft de assemblage en werking van een goedkoop acoustofluidisch apparaat voor snelle moleculaire levering aan cellen via sonoporatie geïnduceerd door ultrasone contrastmiddelen.

Assemblage en werking van een Acoustofluidic-apparaat voor verbeterde levering van moleculaire verbindingen aan cellen

Het protocol demonstreert een handige methode om harmonische oscillerende stroom van 10-1000 Hz in microkanalen te produceren. Dit wordt uitgevoerd door een computergestuurd luidsprekermembraan op een modulaire manier aan het microkanaal te koppelen.

Assemblage en karakterisering van een externe driver voor het genereren van sub-kilohertz oscillerende stroming in microkanalen

Leer de fabricage en werking van een oppervlakte-akoestische-golf microfluidisch tegenstroomapparaat met kwantitatieve stromingsvisualisatie. Deze methode toont complexe stromingspatronen voor microfluidische toepassingen.

Fabricage, bediening en Flow Visualization in Surface-akoestische-wave-driven Acoustic-tegenstroom Microfluidics

Meer video's verkennen