Name: Microparticle manipulatie door permanent oppervlakte akoestische golven met Dual-frequentie excitaties (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-21T14:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 51 s
Description: Leer micropartikelmanipulatie in microfluidische kanalen met dubbelfrequente excitatie van staande oppervlakteakoestische golven. Deze methode verbetert sorteermogelijkheden voor labs-on-a-chip-toepassingen in de biomedische techniek.

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

Dit werk werd gesponsord door de academische onderzoeksfonds (AcRF)-fase 1 (RG171/15), ministerie van onderwijs, Singapore.

1. bereiding van het Microfluidic-kanaal
<ol><li>Meng poly-dimethylsiloxane (PDMS) met een elastomeer basis in een verhouding van 10:1.</li>
	<li>Ontgas het mengsel in een vacuüm oven en giet het op een silicium wafer met een negatieve Toon fotoresist patroon op de top.</li>
	<li>Ontgas van de patroonopvulling silicium wafer opnieuw en verwarm het bij 70 ° C gedurende 3 uur in een incubator voor de stolling.</li>
</ol>2. de fabricage van de Interdigital omvormers
<ol><li>Storting 20 nm van Cr en 400 nm Al op een LiNbO3 wafer; patroon 20 strips met een breedte van 150 µm en een maaswijdte van 2 cm op een kunststof masker voor fotolithografie door nederlegging van de positieve fotoresist op de drager vervagen.</li>
	<li>De Cr-Al laag op de niet-blootgestelde gebied met aceton verwijderen.</li>
	<li>Behandelen van de oppervlakte van hen met zuurstof plasma (met een stikstof en zuurstof verhouding van 2:1) op de kracht van 30 W voor 60 s.</li>
	<li>Aanpassing van het PDMS microchannel en bond het aan de LiNbO3 ondergrond door het met een duim voor een paar seconden te drukken.</li>
	<li>Plaats het geïntegreerde apparaat in de kamer Verwarming op 60 ° C gedurende 3 uur.</li>
</ol>3. dual-frequentie excitatie
<ol><li>Gelijktijdig van toepassing zijn twee componenten van de frequentie (f1 en f3, de fundamentele frequentie en de derde harmonische van de gefabriceerde IDT, respectievelijk) met de fase verschil φ tussen hen op twee IDTs, zodat de geproduceerde zaag kan als volgt worden uitgedrukt. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq1.jpg"> Hier, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq2.jpg">en <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq3.jpg"> = van de akoestische druk.</li>
	<li>De golfvorm van de dual-frequentie met de Vergelijkingseditor voor de toepassingssoftware van de ArbExpress op de bemonsteringsfrequentie van 100 MS/s synthetiseren en sla het op de functiegenerator als willekeurige input voor de excitatie van de zaag in de experiment via een USB-kabel.</li>
	<li>De kracht van de fundamentele frequentie tot het totaal uitgezonden vermogen variëren <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq4.jpg"> van 100% (excitatie op de zuiver fundamentele frequentie) tot 0% (excitatie op de zuiver derde harmonische); voor een goede vergelijking, veranderen, maar het totale vermogen hetzelfde.</li>
	<li>Variëren van het verschil van de fase van de excitatie van de dual-frequentie van 0° tot 360°.</li>
</ol>4. numerieke simulatie
<ol><li>Beschrijven van de motie van de incompressibele laminaire flow met lage Reynolds (d.w.z., Re = 0,55) en Mach nummers als volgt35. <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq5.jpg"> <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq6.jpg"> Hier, <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq7.jpg">de vloeiende snelheid = <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq8.jpg">de dynamische viscositeit = <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq9.jpg">= dichtheid van de vloeistof <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq10.jpg">de druk op de vloeistof = <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq11.jpg">de eenheidsmatrix, = en <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq12.jpg">= een externe kracht.</li>
	<li>Beschrijven de geproduceerde Stoke slepen kracht op het object als volgt36. <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq13.jpg"> Hier, <img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq14.jpg">de straal van de microparticle = <img alt="Equation 15" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq15.jpg">de snelheid van de vloeistof, = en <img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq16.jpg">= de snelheid van de microparticle.</li>
	<li>Afleiden van de akoestische straling kracht uitgeoefend op de microparticle in de microchannel langs de x-as (over de microchannel-breedte) op een enkele frequentie als volgt16 . <img alt="Equation 17" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq17.jpg"> Hier, <img alt="Equation 18" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq18.jpg">= het volume van de microparticle, <img alt="Equation 19" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq19.jpg">de dichtheid van de microparticle = <img alt="Equation 20" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq20.jpg">de dichtheid van het medium = <img alt="Equation 21" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq21.jpg">= de samendrukbaarheid van de microparticle, en <img alt="Equation 22" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq22.jpg">= de samendrukbaarheid van het medium.</li>
	<li>De kracht van de resulterende akoestische straling van de dual-frequentie excitatie als volgt worden afgeleid. <img alt="Equation 23" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq23.jpg">
</li>
	<li>De dwarse motie uitspreken over de breedte van het kanaal (langs de y-as) Sleep onder zowel de akoestische straling force en de Stokes kracht beheerst door de wet van Newton tweede als volgt. <img alt="Equation 24" src="/files/ftp_upload/58085/58085eq24.jpg">
</li>
	<li>Los de gewone differentiaalvergelijkingen (ODEs) boven het gebruik van de vierde orde Runge-Kutta methode op een personal computer. Instellen van de tijd stap en de totale duur als 1 µs en 20 s, respectievelijk.</li>
</ol>5. experimentele observatie
<ol><li>Draai de oplossing in de concentratie van 5,9 x 107 met 4 µm groen fluorescent polystyreen kralen per 1 mL door vortex voor ongeveer 2-3 min en laat het vervolgens onderdompelen in een echografie ultrasoonapparaat voor 10 min te verstoren van iedere agglomeratie voordat u elke test.</li>
	<li>Vul het mengsel in een spuit met 3 mL en dan rijden met een spuitpomp op een debiet van 3-5 µL/min.</li>
	<li>Rijden de IDT met het dual-frequentie signaal van een functiegenerator gevolgd door een eindversterker.</li>
	<li>De gestabiliseerde microdeeltjes in de stroomafwaartse microchannel onder een lichte Microscoop bij een 40 X vergroting observeren en registreren van de afbeelding met een digitale camera.</li>
	<li>Meten van de locatie van de geaccumuleerde deeltjes in de digitale opnames via ImageJ en de vastgestelde omvang en vervolgens kwantitatief het bepalen van de concentratie van de geaccumuleerde microparticle met de helderheid van de genormaliseerde fluorescentie op elk knooppunt van de druk.</li>
</ol>

<ol><li>Chin, C. D., Linder, V., Sia, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Commercialization+of+microfluidic+point-of-care+diagnostic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Commercialization of microfluidic point-of-care diagnostic devices.</a> Lab on a Chip. 12 (12), 2118-2134 (2012).</li>
<li>Figeys, D., Pinto, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lab-on-a-chip%3A+a+revolution+in+biological+and+medical+sciences%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Lab-on-a-chip: a revolution in biological and medical sciences.</a> Analytical Chemistry. 72 (9), 330 A-335 A (2000).</li>
<li>den Toonder, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Circulating+tumor+cells%3A+the+Grand+Challenge%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Circulating tumor cells: the Grand Challenge.</a> Lab on a Chip. 11 (3), 375-377 (2011).</li>
<li>Yu, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advances+of+lab-on-a-chip+in+isolation%2C+detection+and+post-processing+of+circulating+tumour+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Advances of lab-on-a-chip in isolation, detection and post-processing of circulating tumour cells.</a> Lab on a Chip. 13 (16), 3163-3182 (2013).</li>
<li>Jorgenson, J. W., Lukacs, K. D. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021967300820579">High-resolution separations based on electrophoresis and electroosmosis.</a> Journal of Chromatography A. 218, 209-216 (1981).</li>
<li>Gascoyne, P. R., Vykoukal, J. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2726256/">Particle separation by dielectrophoresis.</a> Electrophoresis. 23 (13), 1973(1973).</li>
<li>Xia, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combined+microfluidic-micromagnetic+separation+of+living+cells+in+continuous+flow%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Microdevices%22%5BJournal%5D)">Combined microfluidic-micromagnetic separation of living cells in continuous flow.</a> Biomedical Microdevices. 8 (4), 299-308 (2006).</li>
<li>Garcés-Chávez, V., et al. <a target="_blank" href="https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.73.085417">Extended organization of colloidal microparticles by surface plasmon polariton excitation.</a> Physical Review B. 73 (8), 085417(2006).</li>
<li>Zhu, T., Ye, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Origin+of+Knudsen+forces+on+heated+microbeams%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Origin of Knudsen forces on heated microbeams.</a> Physical Review E. 82 (3), 036308(2010).</li>
<li>Ashkin, A., Dziedzic, J., Yamane, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+trapping+and+manipulation+of+single+cells+using+infrared+laser+beams%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Optical trapping and manipulation of single cells using infrared laser beams.</a> Nature. 330 (6150), 769-771 (1987).</li>
<li>Chiou, P. Y., Ohta, A. T., Wu, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Massively+parallel+manipulation+of+single+cells+and+microparticles+using+optical+images%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Massively parallel manipulation of single cells and microparticles using optical images.</a> Nature. 436 (7049), 370-372 (2005).</li>
<li>Yamada, M., Seki, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrodynamic+filtration+for+on-chip+particle+concentration+and+classification+utilizing+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Hydrodynamic filtration for on-chip particle concentration and classification utilizing microfluidics.</a> Lab on a Chip. 5 (11), 1233-1239 (2005).</li>
<li>Burguillos, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microchannel+acoustophoresis+does+not+impact+survival+or+function+of+microglia%2C+leukocytes+or+tumor+cells%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Microchannel acoustophoresis does not impact survival or function of microglia, leukocytes or tumor cells.</a> PLoS One. 8 (5), e64233(2013).</li>
<li>Lin, S. -C. S., Mao, X., Huang, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+acoustic+wave+%28SAW%29+acoustophoresis%3A+now+and+beyond%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Surface acoustic wave (SAW) acoustophoresis: now and beyond.</a> Lab on a Chip. 12 (16), 2766-2770 (2012).</li>
<li>Petersson, F., Åberg, L., Swärd-Nilsson, A. -M., Laurell, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Free+flow+acoustophoresis%3A+microfluidic-based+mode+of+particle+and+cell+separation%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Free flow acoustophoresis: microfluidic-based mode of particle and cell separation.</a> Analytical Chemistry. 79 (14), 5117-5123 (2007).</li>
<li>Ding, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On-chip+manipulation+of+single+microparticles%2C+cells%2C+and+organisms+using+surface+acoustic+waves%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">On-chip manipulation of single microparticles, cells, and organisms using surface acoustic waves.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (28), 11105-11109 (2012).</li>
<li>Friend, J., Yeo, L. Y. <a target="_blank" href="https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.83.647">Microscale acoustofluidics: Microfluidics driven via acoustics and ultrasonics.</a> Reviews of Modern Physics. 83 (2), 647(2011).</li>
<li>Destgeer, G., Lee, K. H., Jung, J. H., Alazzam, A., Sung, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Continuous+separation+of+particles+in+a+PDMS+microfluidic+channel+via+travelling+surface+acoustic+waves+%28TSAW%29%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Continuous separation of particles in a PDMS microfluidic channel via travelling surface acoustic waves (TSAW).</a> Lab on a Chip. 13 (21), 4210-4216 (2013).</li>
<li>Guo, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlling+cell-cell+interactions+using+surface+acoustic+waves%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Controlling cell-cell interactions using surface acoustic waves.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (1), 43-48 (2015).</li>
<li>Ding, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell+separation+using+tilted-angle+standing+surface+acoustic+waves%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Cell separation using tilted-angle standing surface acoustic waves.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (36), 12992-12997 (2014).</li>
<li>Roshchupkin, D., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168583X9800278X">X-ray diffraction by standing surface acoustic waves.</a> Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 142 (3), 432-436 (1998).</li>
<li>Shi, J., Mao, X., Ahmed, D., Colletti, A., Huang, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Focusing+microparticles+in+a+microfluidic+channel+with+standing+surface+acoustic+waves+%28SSAW%29%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Focusing microparticles in a microfluidic channel with standing surface acoustic waves (SSAW).</a> Lab on a Chip. 8 (2), 221-223 (2008).</li>
<li>Ding, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+acoustic+wave+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Surface acoustic wave microfluidics.</a> Lab on a Chip. 13 (18), 3626-3649 (2013).</li>
<li>King, L. V. <a target="_blank" href="http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/147/861/212">On the acoustic radiation pressure on spheres.</a> Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. , The Royal Society. 212-240 (1934).</li>
<li>Yosioka, K., Kawasima, Y. <a target="_blank" href="http://www.ingentaconnect.com/content/dav/aaua/1955/00000005/00000003/art00004">Acoustic radiation pressure on a compressible sphere.</a> Acta Acustica United with Acustica. 5 (3), 167-173 (1955).</li>
<li>Ratier, C., Hoyos, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acoustic+programming+in+step-split-flow+lateral-transport+thin+fractionation%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Acoustic programming in step-split-flow lateral-transport thin fractionation.</a> Analytical Chemistry. 82 (4), 1318-1325 (2010).</li>
<li>Mandralis, Z., Feke, D., Bolek, W., Burger, W., Benes, E. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0041624X94900191">Enhanced synchronized ultrasonic and flow-field fractionation of suspensions.</a> Ultrasonics. 32 (2), 113-122 (1994).</li>
<li>Laurell, T., Petersson, F., Nilsson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chip+integrated+strategies+for+acoustic+separation+and+manipulation+of+cells+and+particles%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Chip integrated strategies for acoustic separation and manipulation of cells and particles.</a> Chemical Society Reviews. 36 (3), 492-506 (2007).</li>
<li>Liu, Y., Lim, K. -M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Particle+separation+in+microfluidics+using+a+switching+ultrasonic+field%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Particle separation in microfluidics using a switching ultrasonic field.</a> Lab on a Chip. 11 (18), 3167-3173 (2011).</li>
<li>Brissaud, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+piezoceramics%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Ultrasonics%2C+Ferroelectrics%2C+and+Frequency+Control%22%5BJournal%5D)">Characterization of piezoceramics.</a> IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 38 (6), 603-617 (1991).</li>
<li>Ding, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+patterning+of+microparticles+and+cells+using+standing+surface+acoustic+waves%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Tunable patterning of microparticles and cells using standing surface acoustic waves.</a> Lab on a Chip. 12 (14), 2491-2497 (2012).</li>
<li>Jo, M. C., Guldiken, R. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924424713006110">Particle manipulation by phase-shifting of surface acoustic waves.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 207, 39-42 (2014).</li>
<li>Meng, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transportation+of+single+cell+and+microbubbles+by+phase-shift+introduced+to+standing+leaky+surface+acoustic+waves%5BTitle%5D)+AND+%22Biomicrofluidics%22%5BJournal%5D)">Transportation of single cell and microbubbles by phase-shift introduced to standing leaky surface acoustic waves.</a> Biomicrofluidics. 5 (4), 044104(2011).</li>
<li>Sriphutkiat, Y., Zhou, Y. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/318382102_Particle_manipulation_using_standing_acoustic_waves_in_the_microchannel_at_dual-frequency_excitation_Effect_of_power_ratio">Particle manipulation using standing surface acoustic waves (SSAW) at dual frequency excitation: effect of power ratio.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 263, 521-529 (2017).</li>
<li>Batchelor, G. K. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBatchelor%2C+GK+%22An+Introduction+to+Fluid+Dynamics%22">An Introduction to Fluid Dynamics</a>. , Cambridge University Press. Cambridge, UK. (2000).</li>
<li>Glynne-Jones, P., Hill, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acoustofluidics+23%3A+acoustic+manipulation+combined+with+other+force+fields%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Acoustofluidics 23: acoustic manipulation combined with other force fields.</a> Lab on a Chip. 13 (6), 1003-1010 (2013).</li>
<li>Winkler, A., Brünig, R., Faust, C., Weser, R., Schmidt, H. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924424716302916">Towards efficient surface acoustic wave (SAW)-based microfluidic actuators.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 247, 259-268 (2016).</li>
<li>Chen, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Standing+surface+acoustic+wave+%28SSAW%29-based+microfluidic+cytometer%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Standing surface acoustic wave (SSAW)-based microfluidic cytometer.</a> Lab on a Chip. 14, 916-923 (2014).</li>
<li>Devendran, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+importance+of+travelling+wave+components+in+standing+surface+acoustic+wave+%28SSAW%29+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">The importance of travelling wave components in standing surface acoustic wave (SSAW) systems.</a> Lab on a Chip. 16, 3756-3766 (2016).</li>
<li>Destgeer, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Submicron+separation+of+microspheres+via+travelling+surface+acoustic+waves%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Submicron separation of microspheres via travelling surface acoustic waves.</a> Lab on a Chip. 14, 4665-4672 (2014).</li>
<li>Ding, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Standing+surface+acoustic+wave+%28SSAW%29+based+multichannel+cell+sorting%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Standing surface acoustic wave (SSAW) based multichannel cell sorting.</a> Lab on a Chip. 12, 4228-4231 (2012).</li>
<li>Chen, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Continuous+enrichment+of+low-abundance+cell+samples+using+standing+surface+acoustic+waves+%28SSAW%29%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Continuous enrichment of low-abundance cell samples using standing surface acoustic waves (SSAW).</a> Lab on a Chip. 14, 924-930 (2014).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

De microparticle beweging in de microchannel door een SSAW op de dual-frequentie excitatie werd uitgebreid onderzocht in deze studie, en een effectief afstembare patronen techniek door het variëren van de dual-frequentie excitatie-signalen is ontwikkeld en getest. De productie van dergelijke een golfvorm is gemakkelijk gerealiseerd door meeste FUNCTIEGENERATOREN, en de aanpak van de aanpassing is erg handig. Zowel de S12- en de S11-frequentie respons van de gefabriceerde IDTs illustreren verscheiden...

LOC technologie integreert één of meerdere functies op een microchip voor biologie, chemie, biofysica en biomedische processen. LOC kunt een laboratorium-opstelling op een schaal kleiner dan sub millimeter snel reactiesnelheden, een korte reactietijd, een hoge procescontrole, een laag volume verbruik (minder reagentia van afval, lagere kosten en minder vereist monstervolume), een hoge doorvoersnelheid due paralellisatie, een lage kosten in de toekomst massaproductie en kosteneffectieve disposables, een hoge veiligheid voor chemische, radioactieve en biologische studies en de voordelen van een compact en draagbaar apparaat1,2. Precieze cel manipulatie (d.w.z., accumulatie en scheiding) is essentieel in een LOC gebaseerde analyse en diagnose3,4. De nauwkeurigheid en de reproduceerbaarheid van microparticle manipulatie hebben echter een aantal uitdagingen. Vele technieken, zoals electro-osmose5, diëlektroforese (DEP)6, magnetophoresis7, thermophoresis8,9, een optische aanpak10, een opto-elektronische aanpak11 , een hydrodynamische aanpak12en acoustophoresis13,14,15, zijn ontwikkeld. Ter vergelijking: akoestische benaderingen zijn geschikt is voor de toepassing van een LOC omdat, theoretisch, vele soorten microdeeltjes/cellen kunnen worden gemanipuleerd effectief en noninvasively met een voldoende hoog contrast (de dichtheid en de compressibiliteit) in vergelijking met de omliggende vloeistof. Daarom, ten opzichte van hun tegenhangers, akoestische benaderingen zijn inherent in aanmerking komen voor de meeste microdeeltjes en biologische objecten, ongeacht hun optische, elektrische en magnetische eigenschappen16.
Oppervlakte akoestische golven (zagen) van de IDTs propageren meestal op het oppervlak van een piëzo-elektrische substraat op de dikte van de verschillende golflengten en dan lek bij de Rayleigh hoek in de vloeistof in de microchannel, volgens de Snell de wet17, 18,19,20,21,22. Ze hebben de technische voordelen van een hoge energie-efficiëntie langs het oppervlak als gevolg van hun lokalisatie van de energie, een grote ontwerpflexibiliteit op hoge frequentie, een goed systeemintegratie met het microfluidic-kanaal en het gebruik van miniaturisatie micro-elektronische-mechanische (MEMS) systeemtechnologie, en een hoog potentieel van massaproductie23. In dit protocol, zijn zagen gegenereerd op basis van een paar identieke IDTs en doorgegeven in de tegenovergestelde richting voor het genereren van een staande golf of SSAW, in de microchannel, waar de zwevende deeltjes worden geduwd te druk knooppunten, meestal door de toegepaste akoestische 24van de kracht van straling. De amplitude van zo'n resulterende kracht wordt bepaald door de frequentie van excitatie, microparticle grootte en zijn akoestische contrast factor22,25.
Deze acoustophoresis heeft de beperking van vooraf bepaalde manipuleren patronen die niet gemakkelijk verstelbaar. De frequentie van de excitatie van de IDTs wordt bepaald door hun periodieke afstand, dus de bandbreedte vrij beperkt is. Verschillende strategieën hebben ontwikkeld om vergroting van het vermogen van tunability en manipulatie. De eerste en de tweede modus van akoestische staande golven toegepast in verschillende delen van de microchannel kon scheiden microdeeltjes effectiever volgens verschillende motion-snelheden naar de knooppunten lijnen26. Deze twee modi kunnen ook worden toegepast op het hele deel van de microchannel en overgeschakeld als alternatief27,28,29. Daarvoor is een groot aantal apparatuur (dwz, drie FUNCTIEGENERATOREN twee impedantieaanpassing eenheden en een elektromagnetische relay) echter vereist, met de grotere complexiteit van de kosten en de controle van de experimentele opstelling als gevolg van de verschillende elektrische impedances op de fundamentele frequentie en de derde harmonische van de piezoceramic plaat30. Bovendien, schuin-vinger interdigital omvormers (SFITs) kunnen worden toegepast om de cellen en de microdeeltjes patronen door het spannende van een periode van de schuine vingers voor een bepaalde resonantie20,31te passen. Echter is, de bandbreedte omgekeerd evenredig aan het aantal schuine vingers. Meerdere druk knooppunten lijnen hebben een hogere scheidend vermogen en de gevoeligheid in vergelijking met de knooppunten enkellijns in het conventionele SSAW gebaseerde microparticle scheidingsteken. Anderzijds kan ook de locatie van de knooppunten druk gewoon door aanpassing van het verschil van de fase toegepast op de twee IDTs in het ontwerp32,33te worden gewijzigd.
De fundamentele frequentie en de derde harmonische van IDTs hebben soortgelijke frequentie reacties zodat ze kunnen worden opgewonden tegelijk, die meer tunability de microdeeltjes manipulatie34 voorziet. In vergelijking met de conventionele IDT excitatie in een enkele frequentie, aanpassing van de akoestische druk van de dual-frequentie excitatie en de fase tussen hen biedt technische uniciteit, zoals de tot ~ 2-fold gereduceerd beweging tijd tot de knooppunten druk lijn of het midden van de microchannel, het gevarieerd aantal en de locatie van de knooppunten lijnen van de druk en de microparticle concentraties.

<table><tbody><tr><td>poly-dimethylsiloxane</td><td>Dow Corning</td><td>Sylgard 184</td><td></td></tr><tr><td>poly-dimethylsiloxane elastomer base</td><td>Dow Corning</td><td>Sylgard 184</td><td></td></tr><tr><td>silicon wafer</td><td>Bonda Technology</td><td>SI8PSPD</td><td></td></tr><tr><td>negative tone photoresist</td><td>Microchem</td><td>SU-8</td><td></td></tr><tr><td>double-side polished LiNbO3 wafer</td><td>University Wafer</td><td>Y-128&deg;</td><td></td></tr><tr><td>positive photoresist</td><td>Nicolaus-Otto-Stra&szlig;e</td><td>AZ 9260</td><td></td></tr><tr><td>oxygen plasma</td><td>Harrick Plasma</td><td></td><td></td></tr><tr><td>plastic mask</td><td>Infinite Graphics</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

microparticle manipulatie door permanent oppervlakte akoestische golven met dual-frequentie excitaties

Microparticle Manipulation by Standing Surface Acoustic Waves with Dual-frequency Excitations

We tonen een methode voor het vergroten van de tuning vermogen van een staande akoestische oppervlaktegolf (SSAW) voor microdeeltjes manipulatie in een lab-on-a-chip (LOC) systeem. De gelijktijdige excitatie van de fundamentele frequentie en de derde harmonische, die wordt genoemd als dual-frequentie excitatie, aan een paar interdigital omvormers (IDTs) kan het genereren van een nieuw soort permanent akoestische golven in een microfluidic-kanaal. Resultaten in een herconfigureerbare veld van de akoestische straling kracht uitgeoefend op de microdeeltjes in de microchannel variërend van de macht en de fase in de dual-frequentie excitatie signalen (bijvoorbeeldhet aantal en de locatie van de knooppunten van de druk en de microparticle concentraties op de bijbehorende druk knooppunten). Dit artikel toont aan dat de tijd van de beweging van de microparticle naar slechts één druk knooppunt kan worden verminderd ~ 2-fold op de vermogen verhouding van de fundamentele frequentie groter dan ~ 90%. Daarentegen zijn er drie knooppunten van de druk in de microchannel als minder dan deze drempel. Bovendien, het aanpassen van de eerste fase tussen de fundamentele frequentie en de derde harmonische resultaten in verschillende beweging tarieven van de drie SSAW druk knooppunten, alsook het percentage van microdeeltjes op elk knooppunt van de druk in de microchannel. Is er een grote overeenstemming tussen de experimentele observatie en de numerieke voorspellingen. Deze roman excitatie-methode kan gemakkelijk en niet-gebeurt integreren in het LOC-systeem, met een brede houdbaarheid en slechts een paar wijzigingen in de experimentele opstelling.

De verdelingen van de akoestische druk en de kracht van de akoestische straling van een SSAW op de dual-frequentie excitatie (6.2 en 18,6 MHz) worden weergegeven in Figuur 1. Hier, de dual-frequentie excitatie treedt op op polystyreen microdeeltjes (4 µm in diameter) in een microchannel met een breedte van 300 µm op een akoestische kracht van 146 mW. De resulterende akoestische druk is altijd in fase wanneer P1 > 90% dus dat slechts één k...

Een protocol voor het manipuleren van de deeltjes in een microfluidic-kanaal met de excitatie van een dual-frequentie wordt gepresenteerd.

Microparticle manipulatie door permanent oppervlakte akoestische golven met Dual-frequentie excitaties

We demonstrate a method for increasing the tuning ability of a standing surface acoustic wave (SSAW) for microparticles manipulation in a lab-on-a-chip ...

Deze methode kan helpen bij het aanpakken van belangrijke kwesties in het biomedische veld, zoals het manipuleren van microdeeltjes en het assisteren bij het sorteren in een microfluïdische kanaal voor labs-on-a-chip. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het de afstembaarheid van de commissie van staande oppervlakteakoestische golven kan verbeteren. De procedure wordt gedemonstreerd door Yannapol, een afgestudeerde student uit mijn groep.Begin met een mal voor het microfluïdische kanaal. Dit is een negatief toon fotoresist patroon op een siliciumwafer. Meer details worden gegeven door het fotolithografie patroon dat wordt gebruikt om het te maken.Meng 10 delen PDMS met één deel elastiek basis volume verhouding. Ontgast het mengsel in een vacuümoven gedurende ongeveer 15 minuten. Na ontgassing, neem het mengsel naar de mal.Giet het daar over het fotoresist op de siliciumwafer. Ontgast nu de bedekt siliciumwafer gedurende nog eens 15 minuten. Verwarm daarna de wafer in een incubator om de PDSM te laten stollen.Wanneer de PDMS is afgekoeld, verwijder het van de wafer. Het microfluïdische kanaal is klaar voor de volgende stappen in het protocol. Bereid een substraat voor voor het fabriceren van de transducers.Gebruik in dit geval een lithiumniobaat wafer van vier inch in diameter. Op een spin coater, draai de wafer met positief fotoresist. Gebruik vervolgens fotolithografie om het fotoresist te patternen met 20 150 nanometer strips in een opening van twee centimeter.Na fotolithografie, is dit de schematische weergave van de verandering in doorsnede van het substraat. Zodra het fotoresist is ontwikkeld, sputter 20 nanometer chroom op het substraat gevolgd door 400 nanometer aluminium. Gebruik aceton om de chroom en aluminium laag op de niet-blootgestelde gebieden te verwijderen.Neem het substraat voor oppervlaktebehandeling in zuurstofplasma. Gebruik een stikstof tot zuurstof verhouding van twee op één met 30 watt vermogen gedurende 60 seconden. Wanneer je klaar bent, werk met zowel het substraat als het microkanaal.Lign de PDMS microkanaal en verbind het met het lithiumniobaat substraat. Druk ze een paar seconden samen om ze te verbinden. Plaats het geïntegreerde apparaat in de verwarmingskamer op 60 graden gedurende drie uur.Nadat de kamer is verwarmd, is het apparaat klaar voor studies met behulp van dubbelfrequente excitaties van staande oppervlakte akoestische golven. Gebruik voor observaties een omgekeerde microscoop met het apparaat op de stage. Laat de wafer met de interdigitale transducers in contact met de stage komen en laat het microkanaal er bovenop.Verbind de transducers met het versterkte signaal van een functiegenerator. Zorg ervoor dat vloeistoffen van een spuitpomp over een magnetische roerder gaan. Bereid de oplossing voor de experimenten voor.Meng vier micrometer polystyreenkralen in gedeïoniseerd water. Draai het mengsel twee tot drie minuten in een vortex. Plaats vervolgens het mengsel gedurende 10 minuten in een ultrasoon sonicator.Breng het mengsel over in een drie milliliter spuit. Voeg ook een roerder aan de spuit toe. Plaats de spuit vervolgens op de spuitpomp.Zorg ervoor dat de spuit boven de magnetische roerder hangt en is aangesloten op de inlaat van het apparaat. Stel de stromingssnelheid van de spuitpomp in op een paar microliters per minuut. Gebruik nu het fundamenteel en het derde harmonisch van de interdigitale transducers om het apparaat aan te drijven.Observeer de gestabiliseerde microdeeltjes onder de microscoop en neem foto's op met de digitale camera. Begin zonder excitatie en varieer het faseverschil tussen de twee frequenties. Gebruik de opgenomen foto's om de concentratie van de microdeeltjes bij elke druknode te bepalen.Dit is een plot van de drukgolfvormen van een staande oppervlakte akoestische golf bij de excitatiefrequenties van 6,2 en 18,6 megahertz. De verticale as is de positie langs een 300 micrometer brede microkanaal. De lijnen vertegenwoordigen verschillende vermogensverhoudingen, het percentage vermogen in de fundamentele modus versus het totale vermogen van 146 milliwatt.Hier is de akoestische stralingskracht die wordt toegepast op vier micrometer microsferen in hetzelfde kanaal onder dezelfde vermogenscondities. Bij een vermogensverhouding boven de 90%is de kracht altijd in fase en produceert een enkele druknode op de 150 micrometer positie in het kanaal. Extra knooppunten verschijnen voor een vermogensverhouding onder de 90%. Wanneer vier micrometer polystyreen microsferen aanvankelijk op een wand van het kanaal worden geplaatst, wordt hun beweging bepaald door de vermogensverhouding.Opmerking:Bij vermogensverhoudingen boven de 90%gaan de deeltjes naar de centrale node. Bij vermogensverhoudingen van 90%en lager, gaan ze naar de zijnodes. Vergelijking van de experimentele gegevens, geplot met symbolen, met simulaties geplot met stippellijnen, voor de positie van deeltjes als functie van de vermogensverhouding, levert goede overeenstemming op.Opmerking:Deze plot toont zowel de bovenste als de onderste zijnodes. Vergelijkbare overeenstemming is duidelijk in een plot van de deeltjesconcentratie als functie van de vermogensverhouding. Tijdens het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om te onthouden dat de staande akoestische golf in het microfluïdische kanaal moet worden afgesteld door de vermogensverhouding van de dubbelfrequente excitatie aan te passen.Na de ontwikkeling van deze techniek heeft dit de weg geëffend voor onderzoekers op het gebied van biomedische techniek om snelle, effectieve en flexibele manipulatie van microdeeltjes te onderzoeken, assisterend bij labs-on-a-chip. Vergeet niet dat het werken met elektrische instrumenten uiterst gevaarlijk kan zijn en dat voorzorgsmaatregelen om elektrische schokken te voorkomen altijd moeten worden genomen bij het uitvoeren van deze procedure.

microparticle-manipulation-standing-surface-acoustic-waves-with-dual

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

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

Akoestische cavitatie aan de macht echografie ingediend vloeistoffen creëert kortstondige extreme omstandigheden in de instortende bubbels, die de oorsprong van de ongewone chemische reactiviteit en lichtemissie, bekend als sonoluminescentie zijn. In aanwezigheid van edelgassen, wordt evenwichts plasma gevormd. De "hot" deeltjes en de fotonen die door instortende bubbels zijn in staat om soorten te wekken in oplossing.

Activerende moleculen, ionen, en Vaste deeltjes met akoestische cavitatie

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

Dit protocol blijkt de controleerbaar nucleatie van cavitatie in gel fantomen, door middel van gelijktijdige blootstelling aan zowel de nabij-infrarood gepulste laser licht en de hoge intensiteit geconcentreerd ultrageluid (HIFU). De activiteit van cavitatie kan vervolgens worden gebruikt voor het verbeteren van de beeldvorming en/of therapeutische toepassingen van HIFU.

Beheersbare nucleatie van cavitatie van Enterprise gouden nanodeeltjes voor het verbeteren van hoge intensiteit gericht echografie toepassingen

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

Fabricage van piëzo-elektrische dikte modus transducers via gelijkstroom sputteren van plaatelektroden op lithium niobate wordt beschreven. Bovendien wordt een betrouwbare werking bereikt met een transducerhouder en vloeistoftoevoersysteem en wordt karakterisering aangetoond via impedantieanalyse, laserdrolbaarheid, snelle beeldvorming en druppelgrootteverdeling met behulp van laserverstrooiing.

Fabricage en karakterisering van thicknessmodus Piëzo-elektrische apparaten voor verneveling en acoustofluidics

Een snelle en betrouwbare techniek wordt voorgesteld om de vormoscillaties van een enkele, gevangen akoestische bel te regelen die is gebaseerd op coalescentietechniek tussen twee bellen. De steady-state, symmetrie-gecontroleerde bubbelvormoscillaties maken analyse mogelijk van de vloeistofstroom die wordt gegenereerd in de buurt van de belinterface.

Inductie van microstreaming door niet-bolvormige bubbeloscillaties in een akoestisch levitatiesysteem

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 micropartikelmanipulatie in microfluidische kanalen met dubbelfrequente excitatie van staande oppervlakteakoestische golven. Deze methode verbetert sorteermogelijkheden voor labs-on-a-chip-toepassingen in de biomedische techniek.

Microparticle manipulatie door permanent oppervlakte akoestische golven met Dual-frequentie excitaties

Meer video's verkennen