Name: Wytwarzanie, eksploatacja i wizualizacja przepływu w mikrofluidyce akustyczno-przeciwprądowej opartej na powierzchniowych falach akustycznych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-08-27T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 26 s
Description: Poznaj metodę wytwarzania i eksploatacji mikrofluidycznego urządzenia przeciwprądowego opartego na powierzchniowych falach akustycznych. Technika ta umożliwia precyzyjną wizualizację i analizę złożonych wzorów przepływu cieczy.

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

Autorzy nie mają nikogo, kogo mogliby uznać.

1. Produkcja urządzeń
<ol>
	<li>Zaprojektuj dwie fotomaski, pierwszą do modelowania warstwy powierzchniowej fali akustycznej (SAW), a drugą do formy mikrokanałowej z polidimetylosiloksanu (PDMS).
	<ol>
		<li>Pierwsza fotomaska ma parę przeciwstawnych przetworników międzypalcowych (IDT) - znanych również jako linia opóźniająca SAW - oraz znaczniki do wyrównania kanałów i odniesienia przestrzennego podczas mikroskopii. W naszym standardowym urządzeniu mamy jednoelektrodowe IDT o szerokości palca p = 10 μm, aperturze 750 μm i 25 prostych parach palców. Powstały IDT generuje SAW o długości fali λ = 4p = 40 μm odpowiadającej częstotliwości roboczej fo = cSAW/λ ≈ 100 MHz na 128° YX niobianu litu (LN). Każda szerokość IDT powinna być większa niż dwukrotność szerokości mikrokanału, aby zmniejszyć wszelkie efekty niewspółosiowości podczas łączenia warstw. Parametry projektowe IDT są szczegółowo omówione w kilku książkach9-11. Zwracamy uwagę, że tylko jeden IDT (umieszczony na wylocie kanału) jest niezbędny do wprowadzenia płynu do kanału w przeciwprądzie akustycznym, ale ułożenie pełnej linii opóźniającej pomaga w testowaniu urządzeń.</li>
		<li>Drugi ma prostą strukturę mikrokanałów, którą należy wyrównać wzdłuż linii opóźniającej SAW, z mikrokomorą tworzącą wlot kanału. W naszych typowych urządzeniach kanały mają szerokość w = 300 mm i długość 5 mm. Zgodnie z ogólną zasadą, szerokość kanału powinna wynosić co najmniej 10λ, aby uniknąć efektów dyfrakcyjnych podczas propagacji SAW w mikrokanale, jednak w naszych testach stwierdziliśmy, że szerokość ~7λ nie wpłynie znacząco na propagację SAW w kanale.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Zacznij od płytki LN i rozszczep próbkę o wymiarach 2 cm na 2 cm. W celu wykonania mikroskopii transmisyjnej konieczne jest użycie dwustronnie polerowanej płytki. Należy pamiętać, że LN jest standardem ze względu na jego biokompatybilność i polaryzację SAW oraz wysoki współczynnik sprzężenia piezoelektrycznego wzdłuż głównej osi, jednak inne materiały piezoelektryczne mogą być stosowane z odpowiednimi względami projektowymi.</li>
	<li>Podłoże należy oczyścić, spłukując je w acetonie, 2-propanolu i susząc pistoletem do azotu.</li>
	<li>Wiruj próbkę za pomocą Shipley S1818 z prędkością 4,000 obr./min przez 1 min.</li>
	<li>Pieczenie na miękko w temperaturze 90 °C przez 1 minutę na gorącej płycie.</li>
	<li>Wyrównaj próbkę z maską warstwową SAW za pomocą wyrównywacza maski i wystaw ją na działanie światła UV z prędkością 55 mJ/cm2. Należy zwrócić uwagę na wyrównanie kierunku IDT wzdłuż głównej osi podłoża LN.</li>
	<li>Przepłucz próbkę w wywoływaczu Microposit MF319 przez 30 sekund, aby usunąć nienaświetlony fotorezyst.</li>
	<li>Zatrzymaj rozwój, przepłukując próbkę w wodzie dejonizowanej i wysuszając ją pistoletem do azotu.</li>
	<li>Osadź tytanową warstwę adhezyjną o grubości 10 nm, a następnie warstwę złota o grubości 100 nm przez odparowanie termiczne.</li>
	<li>Wykonać start poprzez sonikację próbki w acetonie, a następnie przepłukać ją w 2-propanolu i wysuszyć pistoletem do azotu.</li>
	<li>Silanizuj powierzchnię urządzenia, aby była hydrofobowa w obszarze mikrokanalików12.
	<ol>
		<li>Zamaskuj obszar mikrokomory fotorezystem AR-N-4340 o tonie ujemnym za pomocą litografii optycznej zgodnie z kartą katalogową producenta.</li>
		<li>Aktywuj powierzchnię próbki za pomocą 2-minutowej plazmy tlenowej (Gambetti Kenologia Srl, Colibri) o ciśnieniu 0,14 mbar i mocy 100 W, dającej napięcie polaryzacji około 450 V.</li>
		<li>Wymieszać 35 ml heksadekanu, 15 ml czterochlorku węgla (CCl 4) i 20 μl oktadecylotrichlorosilanu (OTS) w zlewce pod wyciągiem. Umieść urządzenie w roztworze i pozostaw pod przykryciem na dwie godziny.</li>
		<li>Wypłucz urządzenie 2-propanolem i osusz pistoletem do azotu.</li>
		<li>Sprawdź, czy kąt zwilżania wody na powierzchni przekracza 90°. Jeżeli kąt zwilżania jest niewystarczający, oczyścić próbkę i ponownie wykonać czynności opisane w ppkt 1.11.</li>
		<li>Usunąć resztkowy rezystant z próbki poprzez przepłukanie w acetonie, 2-propanolu i wysuszenie za pomocą pistoletu do azotu.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Zamontuj próbkę na płytce drukowanej z falowodami o częstotliwości radiowej i standardowymi złączami koncentrycznymi (RF-PCB), a następnie umieść absorber akustyczny (polimer pierwszego kontaktu) na krawędziach próbki i połącz IDT za pomocą połączenia drutowego lub za pomocą złączy pogo.</li>
	<li>Forma wzorcowa warstwy kanałowej jest wzorowana za pomocą SU-8 na małym kawałku płytki krzemowej (Si) przy użyciu standardowej fotolitografii optycznej. Typ SU-8 i receptura fotolitografii będą zależały od wymaganej ostatecznej wewnętrznej wysokości kanału PDMS.</li>
	<li>Odlew PDMS na formie
	<ol>
		<li>Wymieszaj PDMS z utwardzaczem w stosunku 10:1.</li>
		<li>Odwirować PDMS przez 2 minuty przy 1,320 x g w celu odgazowania.</li>
		<li>Delikatnie wylać PDMS na formę SU-8 na szalce Petriego do całkowitej wysokości PDMS rzędu 1 mm. Otwartą szalkę Petriego można umieścić w eksykatorze próżniowym na około 30 minut w celu dalszego odgazowania PDMS.</li>
		<li>Po odgazowaniu utwardzić PDMS przez podgrzanie do 80 °C przez godzinę w piecu. Należy pamiętać, że czas i temperatura pieczenia mogą wpływać na właściwości mechaniczne PDMS.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotuj stałą warstwę PDMS
	<ol>
		<li>Przeciąć kanał za pomocą ostrza chirurgicznego, uważając, aby nie uszkodzić mastera SU8, i oderwij go.</li>
		<li>Krawędzie repliki są następnie udoskonalane i prostowane za pomocą żyletki, pozostawiając co najmniej 2 mm luzu po bocznej stronie kanału i brak luzu (przeciętego na wylot) na wylocie kanału.</li>
		<li>Wybij otwór w mikrokomorze za pomocą dziurkacza Harris Unicore, aby utworzyć wlot ładujący płyn.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Połącz kanał PDMS z substratem LN za pomocą prostego łączenia konforemnego. W ten sposób wiązanie utrzyma się przez cały etap testowania płynu, pozostając odwracalne.
	<ol>
		<li>Obie powierzchnie są czyszczone przed połączeniem poprzez zdmuchnięcie nadmiaru zanieczyszczeń sprężonym powietrzem azotowym. Podczas łączenia elementów bardzo ważne jest, aby wyrównać kanał z główną osią LN zgodnie z wzorzystymi znakami wyrównania.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Pełny schemat urządzenia pokazano na rysunku 1. Gotowe urządzenia należy przechowywać w czystym środowisku do czasu użycia.</li>
</ol>
Uwaga: Ważne jest, aby wszystkie etapy produkcji były przeprowadzane w czystym pomieszczeniu, aby uniknąć zanieczyszczenia urządzenia przed użyciem.
Uwaga: Każdy z etapów litografii optycznej może zostać zastąpiony przez preferowane przez użytkownika metody.
Uwaga: Procedura silanizacji może być zastąpiona preferowaną metodą powlekania hydrofobowego13.
2. Testowanie urządzeń RF
<ol>
	<li>Skalibruj sieć lub analizator widma za pomocą otwartego/krótkiego falowodu na płytce RF-PCB.</li>
	<li>Podłącz linię opóźniającą SAW do portów analizatora widma i zmierz matrycę rozpraszania urządzenia. Transmisja dla pary przetworników jednoelektrodowych będzie przypominać wartość bezwzględną funkcji sinc wyśrodkowanej na częstotliwości roboczej IDT. W widmie odbicia obserwuje się spadek (minimum) przy tej samej częstotliwości9-11. W naszych urządzeniach na częstotliwości pracy 100 MHz wzdłuż osi głównej typowe wartości to -15 dB dla S11 i S22 oraz -10 dB dla S12 (bez kanałów PDMS).</li>
</ol>
3. Eksperyment i analiza wizualizacji mikrofluidyki i dynamiki przepływu cząstek
<ol>
	<li>Umieść próbkę pod mikroskopem. Specyficzny układ optyczny zależy od obserwowanych zjawisk mikroprzepływowych SAW. Na przykład prosty mikroskop refleksyjny wyposażony w obiektyw 4X i kamerę wideo 30 kl./s będzie odpowiedni do badania dynamiki napełniania płynem. Aby zbadać bardziej złożoną dynamikę mikrocząstek, może być konieczne użycie mikroskopu wyposażonego w obiektyw 20X i kamerę wideo o szybkości 100 kl./s lub wyższej. Ważne jest, aby zarówno obiektyw, jak i liczba klatek na sekundę były wystarczająco wysokie, aby uchwycić wszelkie ważne przestrzennie i czasowo cechy przepływu.</li>
	<li>Podłącz IDT przed wyjściem kanału do generatora sygnału RF i pracuj z częstotliwością rezonansową obserwowaną w pomiarach matrycy rozpraszania. Typowa moc robocza w eksperymentach akustyczno-przeciwprądowych wynosi 20 dBm. W razie potrzeby użyj wzmacniacza UHF o dużej mocy. Zjawiska strumieniowania akustycznego i atomizacji są obserwowane bez przeciwprądu akustycznego podczas pracy urządzenia z niższą mocą: zazwyczaj recyrkulacja strumienia akustycznego rozpoczyna się od 0 dBm, a atomizacja następuje powyżej 14 dBm.</li>
	<li>Załaduj 60 μl płynu do mikrokomory za pomocą mikropipety. Płyn będzie pasywnie dyfundował do mikrokomory. W razie potrzeby delikatnie dociśnij powierzchnię mikrokomory, aby sprzyjać wypełnieniu mikrokomory.
	<ol>
		<li>Aby zobrazować przepływ, konieczne jest dodanie mikrogranulek do płynu. Należy pamiętać, że w celu uniknięcia grupowania się cząstek, przed eksperymentami należy poddać sonikę zawiesiny cząstek. Aby uniknąć przywierania cząstek do podłoża, podczas załadunku należy przyłożyć do urządzenia sygnał 0 dBm.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Rozpocznij nagrywanie obrazu przez mikroskop i zwiększ moc roboczą, aby zaobserwować akustyczny przeciwprąd. Różne schematy przepływu będą określane na podstawie mocy wejściowej, konstrukcji chipa i średnicy cząstek.
	<ol>
		<li>Aby jakościowo uchwycić dynamikę, przepływ płynu musi być rejestrowany w pobliżu menisku i wlotu na różnych etapach napełniania kanału przy użyciu znaczników jako odniesienia przestrzennego.</li>
		<li>W celu przeprowadzenia ilościowego pomiaru dynamiki cząstek za pomocą prędkości obrazowania mikrocząstek (μPIV) 14,15 lub przestrzennej czasowej spektroskopii korelacji obrazów (STICS) 16,17, przepływ płynu musi być rejestrowany w punkcie zainteresowania o ustalonym polu widzenia przez co najmniej 100 klatek na sekundę z częstotliwością klatek narzuconą przez dynamikę cząstek.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przeanalizuj wideo za pomocą oprogramowania do przetwarzania obrazu. Wybór oprogramowania, które ma być używane, zależy od interesujących nas zjawisk. Na przykład, aby określić ilościowo rozkład wielkości rozpylonych kropel, okresowość przestrzenną akumulacji cząstek lub ręczne śledzenie rozcieńczonych cząstek, odpowiednie jest proste, darmowe oprogramowanie do analizy obrazu, takie jak Fidżi18; natomiast w celu uzyskania usprawnień i pomiarów pola prędkości wymagany jest niestandardowy kod mPIV19 lub STICS20. W naszej analizie niestandardowy kod STICS jest napisany w MATLAB, jednak preferowany alternatywny język kodowania może być równie akceptowalny.</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>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Jednym z największych wyzwań, przed którymi stoi społeczność mikroprzepływowa, jest opracowanie platformy uruchamiającej dla prawdziwie przenośnych urządzeń przyłóżkowych. Spośród proponowanych zintegrowanych mikropomp23 szczególnie atrakcyjne są mikropompy oparte na powierzchniowych falach akustycznych (SAW) ze względu na związane z nimi możliwości w zakresie mieszania, atomizacji oraz zagęszczania i separacji cząstek4. W tym artykule pokazaliśmy, jak wyprodukować i obsługiwać urządzenie typu lab-o...

Jednym z ciągłych wyzwań stojących przed społecznością mikroprzepływową jest potrzeba posiadania wydajnego mechanizmu pompowania, który można zminiaturyzować w celu integracji z prawdziwie przenośnymi systemami analizy mikro-całkowitej (μTAS). Standardowe makroskopowe systemy pompowe po prostu nie zapewniają przenośności wymaganej dla μTAS, ze względu na niekorzystne skalowanie objętościowych natężeń przepływu w miarę zmniejszania się rozmiaru kanału do zakresu mikronów lub poniżej. Wręcz przeciwnie, SAW zyskują coraz większe zainteresowanie jako mechanizmy aktywacji płynów i wydają się być obiecującą drogą do rozwiązania niektórych z tych problemów1,2.
SAW okazały się bardzo wydajnym mechanizmem transportu energii do płynów3. Kiedy SAW rozchodzi się na podłożu piezoelektrycznym, np. niobianie litu (LN), fala zostanie wypromieniowana do dowolnego płynu na swojej drodze pod kątem znanym jako kąt Rayleigha θR = sin−1 (cf /c s), z powodu niedopasowania prędkości dźwięku w podłożu, cs i płynu cf. Ten wyciek promieniowania do płynu powoduje powstanie fali ciśnienia, która napędza strumień akustyczny w płynie. W zależności od geometrii urządzenia i mocy przyłożonej do urządzenia, wykazano, że mechanizm ten uruchamia szeroką gamę procesów w układzie scalonym, takich jak mieszanie płynów, sortowanie cząstek, atomizacja i pompowanie1,4. Pomimo prostoty i skuteczności uruchamiania mikropłynów za pomocą SAW, do tej pory zademonstrowano tylko niewielką liczbę mechanizmów pompowania mikroprzepływowego napędzanych SAW. Pierwszą demonstracją była prosta translacja swobodnych kropel umieszczonych na ścieżce propagacji SAW na podłożu piezoelektrycznym3. Ta nowatorska metoda wzbudziła duże zainteresowanie wykorzystaniem SAW jako metody uruchamiania mikroprzepływowego, jednak nadal istniała potrzeba przepływu płynów przez zamknięte kanały, co było trudniejszym zadaniem. Tan i wsp. zademonstrowali pompowanie w mikrokanale, który został laserowo ablowany bezpośrednio do podłoża piezoelektrycznego. Dzięki modyfikacji geometrycznej w odniesieniu do wymiarów kanału i IDT byli w stanie wykazać zarówno jednorodne, jak i mieszające się przepływy5. Glass i wsp. zademonstrowali ostatnio metodę przemieszczania płynów przez mikrokanały i komponenty mikroprzepływowe poprzez połączenie obrotów uruchamianych przez SAW z mikrofluidyką odśrodkową, jako demonstracja prawdziwej miniaturyzacji popularnej koncepcji Lab-on-a-CD 6,7. Jednak jedynym w pełni zamkniętym mechanizmem pompującym napędzanym SAW, który został zademonstrowany, pozostaje napędzany przez SAW akustyczny przeciwprąd8 firmy Cecchini et al. - na którym skupia się ten film. Wykorzystuje atomizację i koalescencję płynu do pompowania go przez zamknięty kanał w kierunku przeciwnym do kierunku propagacji fali akustycznej. System ten może powodować zaskakująco złożone przepływy w obrębie mikrokanału. Ponadto, w zależności od geometrii urządzenia, może ono zapewniać szereg schematów przepływu, od przepływów laminarnych po bardziej złożone reżimy charakteryzujące się wirami i domenami akumulacji cząstek. Możliwość łatwego wpływania na charakterystykę przepływu w urządzeniu stwarza możliwości zaawansowanej manipulacji cząstkami w układzie scalonym.
W tym protokole chcielibyśmy wyjaśnić główne aspekty praktycznej mikrofluidyki opartej na SAW: produkcję urządzeń, eksploatację eksperymentalną i wizualizację przepływu. Chociaż wyraźnie opisujemy te procedury wytwarzania i obsługi akustycznych urządzeń przeciwprądowych napędzanych SAW, sekcje te można łatwo zmodyfikować pod kątem ich zastosowania w szeregu reżimów mikroprzepływowych sterowanych przez SAW.

<table><tbody><tr><td>Dwustronnie polerowane 128&deg; Wafel niobianu litu YX</td><td>Crystal Technology, LLC&</td><td></td><td>nbsp;</td></tr><tr><td>Wafle krzemowe</td><td>Wafle</td><td></td> Siegert <td>Używamy < 100></td></tr><tr><td>IDT Optyczna maska litograficzna ze znacznikami wyrównania (pozytywna)</td><td>Dowolny dostawca</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Kanałowa maska litografii optycznej (negatywna)</td><td>Dowolny dostawca</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Dodatni fotorezystor</td><td>Shipley</td><td>S1818</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Dodatni wywoływacz fotorezystu</td><td>Microposit</td><td>MF319</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Fotorezystor o ujemnym tonie</td><td>Allresist</td><td>AR-N-4340</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Wywoływacz fotorezystu o ujemnym tonie</td><td>Allresist</td><td>AR 300-475</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Fotorezystor o grubym odcieniu ujemnym SU8</td><td>Microchem</td><td>SU-8 2000 Series</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>SU8 gruby negatywny tonal wywoływacz fotorezystu</td><td>Microchem</td><td>SU-8 deweloper</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Hexadecane</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H6703</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Czterochlorek węgla (CCl4)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>107344</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Oktadecylotrichlorosilan (OTS)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>104817</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Aceton CMOS klasy</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>40289</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>2-propanol CMOS gatunku</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>40301</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Tytan</td><td>Dowolny sprzedawca</td><td>Czystość 99,9%</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td></td><td>Złoto Dowolny sprzedawca</td><td>o czystości 99,9</td><td>%&nbsp;</td></tr><tr><td>PDMS</td><td>Dow</td><td>Corning Sylgard 184 zestaw elastomerów silikonowych z utwardzaczem</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>szalka Petriego</td><td>Dowolny sprzedawca</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>5 mm ID Harris Uni-Core wielofunkcyjne narzędzie do wiercenia</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z708895</td><td>Każda średnica większa niż 2 mm jest odpowiednia</td></tr><tr><td>Absorber</td><td>akustyczny Technologie czyszczenia fotonicznego</td><td>Pierwszy kontakt regularny zestaw</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>RF-PCB</td><td>Dowolny dostawca</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Spinner</td><td>Laurell technologies corporation</td><td>WS-400-6NPP</td><td>Można użyć dowolnego spinner</td></tr> UV <tr><td>Mask aligner</td><td>Karl Suss</td><td>MJB 4</td><td>Można użyć dowolnego alignera</td></tr><tr><td>Parownik termiczny</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>Nano 38</td><td>Można użyć dowolnego parownika termicznego, e-beam lub systemu rozpylania</td></tr><tr><td>Plazma tlenowa asher</td><td>Gambetti Kenologia Srl</td><td>Colibr&igrave;</td><td>Można użyć dowolnej maszyny do asherowania plazmowego lub RIE</td></tr><tr><td>Wirówka</td><td>Eppendorf</td><td>5810 R</td><td>Można użyć dowolnej wirówki</td></tr><tr><td>Spawarka drutowa</td><td>Kulicke Soffa</td><td>4523AD</td><td>Można użyć dowolnego łącznika drutowego, jeśli płytka drukowana jest używana bez złączy pogo</td></tr><tr><td>Miernik kąta zwilżania</td><td>KSV</td><td>CAM 101</td><td>Można użyć dowolnego miernika kąta zwilżania</td></tr><tr><td>Analizator widma</td><td>Anristu</td><td>56100A</td><td>Można użyć dowolnego analizatora widma lub sieci</td></tr><tr><td>Sygnał RF </td><td>generator Anristu</td><td>MG3694A</td><td>Można użyć dowolnego generatora sygnału RF</td></tr><tr><td>Wzmacniacz dużej mocy RF</td><td>Mini obwody</td><td>ZHL-5W-1</td><td>Można użyć dowolnego wzmacniacza dużej mocy RF</td></tr><tr><td>Zawieszenie mikrokulek</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>L3280</td><td>W zależności od celu eksperymentalnego można zastosować różne zawieszenia o różnej średnicy i różnych właściwościach materiału</td></tr><tr><td>Mikroskop optyczny</td><td>Nikon</td><td>Ti-Eclipse</td><td>Można użyć dowolnego mikroskopu optycznego o rozdzielczości przestrzennej spełniającej cele eksperymentalne</td></tr><tr><td>Kamera wideo</td><td>Basler</td><td>A602-f</td><td>Można użyć dowolnej kamery wideo, która ma wystarczającą liczbę klatek na sekundę i czułość spełniającą cele eksperymentalne</td></tr><tr><td>Oprogramowanie do akwizycji kamer</td><td>Zaawansowane technologie</td><td>Motion Box</td><td>Można zastosować dowolne oprogramowanie umożliwiające akwizycję dużej i kontrolowanej liczby klatek na sekundę</td></tr></tbody></table>

wytwarzanie, eksploatacja i wizualizacja przepływu w mikrofluidyce akustyczno-przeciwprądowej opartej na powierzchniowych falach akustycznych

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

Powierzchniowe fale akustyczne (SAWs) mogą być używane do napędzania cieczy w przenośnych układach mikroprzepływowych za pomocą akustycznego zjawiska przeciwprądowego. W tym filmie przedstawiamy protokół produkcyjny wielowarstwowego akustycznego urządzenia przeciwprądowego SAW. Urządzenie jest wytwarzane z podłoża z niobianu litu (LN), na którym wzorowane są dwa przetworniki międzypalcowe (IDT) i odpowiednie markery. Kanał z polidimetylosiloksanu (PDMS) odlewany na formie wzorcowej SU8 jest ostatecznie łączony z podłożem wzorzystym. Po procedurze produkcyjnej pokazujemy techniki, które pozwalają na charakterystykę i działanie akustycznego urządzenia przeciwprądowego w celu pompowania płynów przez siatkę kanałów PDMS. Na koniec przedstawiamy procedurę wizualizacji przepływu cieczy w kanałach. Protokół służy do pokazania pompowania płynów w układzie scalonym w różnych reżimach przepływu, takich jak przepływ laminarny i bardziej skomplikowana dynamika charakteryzująca się wirami i domenami akumulacji cząstek.

Rysunek 2 przedstawia reprezentatywne wyniki testów RF urządzenia, przeprowadzonych przed połączeniem warstwy LN z warstwą mikrokanałów: typowe widma S11 i S12 przedstawiono odpowiednio na panelu a) oraz b). Głębokość minimum przy częstotliwości centralnej w widmie S11 jest powiązana z wydajnością konwersji mocy RF na mechaniczną moc fal SAW. Zatem przy stałej liczbie par palców IDT, obniżenie minimum skutkuje zmniejszeniem mocy wymaganej...

W tym filmie najpierw opisujemy procedury produkcji i obsługi akustycznego urządzenia przeciwprądowego powierzchniowej fali akustycznej (SAW). Następnie demonstrujemy eksperymentalną konfigurację, która pozwala zarówno na jakościową wizualizację przepływu, jak i analizę ilościową złożonych przepływów w urządzeniu pompującym SAW.

Wytwarzanie, eksploatacja i wizualizacja przepływu w mikrofluidyce akustyczno-przeciwprądowej opartej na powierzchniowych falach akustycznych

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

Ogólnym celem następującego eksperymentu jest przedstawienie procesu wytwarzania urządzenia oraz późniejszej wizualizacji przepływu w mikrofluidycznym urządzeniu przeciwprądowym napędzanym powierzchniową falą akustyczną. Jest to realizowane poprzez najpierw wytworzenie dwuwarstwowego urządzenia składającego się z warstwy powierzchniowej fali akustycznej z niobianu litu z naniesionym złotym wzorem oraz warstwy mikrokanałów z polimetakrylanu metylu. W drugim kroku urządzenie jest testowane za pomocą analizatora sieci w celu zapewnienia prawidłowego funkcjonowania przetwornika interdigitalnego, a także w celu znalezienia częstotliwości rezonansowej, przy której należy uruchomić urządzenie przeciwprądowe.Następnie do wlotu urządzenia wprowadza się płyn z zawiesiną mikrosfer, a do przetwornika interdigitalnego przy wylocie przykłada się sygnał RF. Powstający przepływ w kanale jest rejestrowany za pomocą mikroskopu wysokiej rozdzielczości w celu analizy; uzyskane wyniki obrazują różne schematy przepływu, które zależą przede wszystkim od geometrii urządzenia oraz przyłożonej mocy. Choć metoda ta jest ukierunkowana na wytwarzanie i eksploatację urządzeń do akustycznej kontroli przepływu, p

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Obróbka, działanie i wizualizacja przepływu w mikrofluidyce z przeciwprądem akustycznym napędzanym falą akustyczną powierzchniową

W niniejszej pracy wyjaśniamy sposób wykonania i zastosowania mikropłynnego mieszalnika zdolnego do mieszania dwóch roztworów w czasie ~8 μs. Demonstrujemy również wykorzystanie tych mieszalników w detekcji spektroskopowej z użyciem fluorescencji UV oraz fluorescencyjnego transferu energii w rezonansie (FRET).

Miksery mikrofluidyczne do badania fałdowania białek

Parametryczne wzbudzenia optomechaniczne zostały ostatnio eksperymentalnie zademonstrowane w mikroprzepływowych rezonatorach optomechanicznych za pomocą ciśnienia promieniowania optycznego i stymulowanego rozpraszania Brillouina. W artykule opisano wytwarzanie tych rezonatorów mikroprzepływowych wraz z metodologiami generowania i weryfikacji oscylacji optomechanicznych.

Produkcja i testowanie mikroprzepływowych oscylatorów optomechanicznych

Ten protokół opisuje architekturę systemu do wykonywania automatycznych separacji cząstek o małej objętości (0,15–1,5 ml) za pomocą urządzenia mikroprzepływowego i omawia metody optymalizacji wydajności i działania urządzenia akustycznego.

Platforma mikroprzepływowa do precyzyjnego przetwarzania próbek o małej objętości i jej wykorzystanie do wymiarowania oddzielnych cząstek biologicznych za pomocą mikrourządzenia akustycznego

Urządzenia akustofluidyczne wykorzystują fale ultradźwiękowe w kanałach mikroprzepływowych do manipulowania, koncentracji i izolowania zawieszonych mikro i nanoskopowych jednostek. Protokół ten opisuje produkcję i działanie takiego urządzenia obsługującego masowe akustyczne fale stojące w celu skupienia cząstek w centralnym strumieniu bez pomocy płynów osłonowych.

Wytwarzanie i eksploatacja urządzeń akustyczno-przepływowych wspomagających masowe akustyczne fale stojące do bezosłonowego ogniskowania cząstek

Wykazano, że urządzenie do współprzepływu z inwersją faz generuje monodyspersyjne kropelki o wysokiej lepkości powyżej 1 Pas, co jest trudne do zrealizowania w mikroprzepływach kropelkowych.

Wytwarzanie kropelek o wysokiej lepkości za pomocą mikroprzepływowego urządzenia kapilarnego ze strukturą współprzepływu z inwersją faz

Automatyzacja jest kluczem do skalowania i zarządzania kosztami w produkcji ogniw. Niniejszy manuskrypt opisuje zastosowanie przeciwprądowego urządzenia do odśrodkowego przetwarzania komórek do automatyzacji etapów wymiany i koncentracji komórek w bioprzetwarzaniu na małą skalę.

Zautomatyzowany przeciwprądowy system odśrodkowy do przetwarzania komórek na małą skalę

Pokazujemy wytwarzanie kanałów o nanowysokości z integracją urządzeń do aktywacji powierzchniowej fali akustycznej na niobianie litu dla nanofluidyki akustycznej za pomocą fotolitografii liftoff, nano-głębokiego reaktywnego trawienia jonowego i plazmowego aktywowanego powierzchniowo wielowarstwowego wiązania monokryształowego niobianu litu w temperaturze pokojowej, procesu podobnie użytecznego do wiązania niobianu litu z tlenkami.

Wytwarzanie kanałów o nanowysokości wykorzystujących aktywację powierzchniowej fali akustycznej za pomocą niobianu litu w nanofluidyce akustycznej

Dwie techniki wytwarzania, lift-off i trawienie na mokro, są opisane w produkcji międzypalcowych przetworników elektrod na podłożu piezoelektrycznym, niobianie litu, szeroko stosowanym do generowania powierzchniowych fal akustycznych, obecnie znajdującym szerokie zastosowanie w mikro i nanoskalowej fluidyce. Wykazano, że wyprodukowane elektrody skutecznie indukują powierzchniowe fale akustyczne Rayleigha rzędu megahercowego.

Wytwarzanie powierzchniowych urządzeń fal akustycznych na niobianie litu

Ten artykuł opisuje protokół wraz z analizą porównawczą dwóch technik wytwarzania mikroprzepływowego, a mianowicie fotolitografii/trawienia na mokro/termicznego łączenia oraz selektywnego trawienia indukowanego laserem (SLE), które są odpowiednie dla warunków wysokiego ciśnienia. Techniki te stanowią platformy umożliwiające bezpośrednią obserwację przepływu płynów w zastępczych ośrodkach przepuszczalnych i systemach szczelinowych w warunkach złożowych.

Techniki wytwarzania mikroprzepływowego do wysokociśnieniowych prób transportu nadkrytycznej piany CO2 w mikroskali w pękniętych zbiornikach niekonwencjonalnych

Ten protokół opisuje montaż i działanie taniego urządzenia akustofluidycznego do szybkiego dostarczania molekularnego do komórek poprzez sonoporację wywołaną przez ultradźwiękowe środki kontrastowe.

Montaż i eksploatacja urządzenia akustyczno-fluidycznego w celu lepszego dostarczania związków molekularnych do komórek

Protokół demonstruje wygodną metodę wytwarzania harmonicznego przepływu oscylacyjnego od 10 do 1000 Hz w mikrokanałach. Odbywa się to poprzez połączenie sterowanej komputerowo membrany głośnika z mikrokanałem w sposób modułowy.

Montaż i charakterystyka zewnętrznego sterownika do generowania subkilohercowego przepływu oscylacyjnego w mikrokanałach

Poznaj metodę wytwarzania i eksploatacji mikrofluidycznego urządzenia przeciwprądowego opartego na powierzchniowych falach akustycznych. Technika ta umożliwia precyzyjną wizualizację i analizę złożonych wzorów przepływu cieczy.

Wytwarzanie, eksploatacja i wizualizacja przepływu w mikrofluidyce akustyczno-przeciwprądowej opartej na powierzchniowych falach akustycznych (Wideo) | JoVE Journal

Wytwarzanie, eksploatacja i wizualizacja przepływu w mikrofluidyce akustyczno-przeciwprądowej opartej na powierzchniowych falach akustycznych

Przeglądaj więcej filmów