Fabricação e operação de Acoustofluidic dispositivos que suportam a granel ondas acústicas pe para Sheathless Focando de Partículas

O objetivo geral dessa abordagem de fabricação é criar um dispositivo acustofluídico versátil e robusto para manipular partículas coloidais de micrômetros de forma sem contato, utilizando ondas acústicas estacionárias volumétricas. Nosso objetivo é demonstrar uma abordagem simples, mostrando como fabricar ferramentas acustofluídicas que suportam ondas acústicas estacionárias volumétricas, usando equipamentos e procedimentos padrão, na esperança de tornar essa tecnologia útil mais acessível. Uma grande vantagem da acustofluidodinâmica é que ela oferece uma maneira simples de focar ou separar rapidamente entidades microscópicas, o que tem amplas implicações na citometria em chip e na separação de células.

Essa tecnologia oferece a capacidade de organizar partículas em uma variedade de vazões de maneira suave e seletiva, tudo em uma plataforma miniaturizada conveniente. Em uma instalação de sala limpa, coloque uma pastilha de silício de seis polegadas, limpa e com apenas um lado polido, sobre um espalhador de resina com o lado polido voltado para cima. Deposite uma resina fotopositiva diretamente no centro da pastilha despejando cuidadosamente até que a resina fotossensível cubra a maior parte da pastilha.

Em seguida, gire a amostra para produzir uma camada uniforme de fotoresina. Ao finalizar, libere o vácuo do porta-substrato e use pinças para semicondutores para retirar o wafer. A seguir, coloque o wafer em uma placa aquecedora e realize a pré-secagem pelo tempo especificado pelo fornecedor da fotoresina.

Enquanto o fotoresiste é assado, carregue uma máscara fotográfica, como a mostrada aqui, no suporte de um alinhador de máscaras. Em seguida, carregue a pastilha e exponha-a à luz UV com uma dose de energia especificada pelo fornecedor do fotoresiste. Depois, remova a pastilha com o padrão fotográfico do suporte e coloque-a em uma solução do revelador correspondente.

Após a conclusão, remova a pastilha do revelador, lave-a com um fluxo contínuo de água desionizada e seque-a com nitrogênio. Carregue a pastilha com o padrão fotolitográfico na câmara de um instrumento de etching reativo iônico profundo e grave os canais fluidicos na pastilha até a profundidade desejada, seguindo os procedimentos padrão de etching. Quando o processo de etching estiver completo, descarregue a amostra da câmara e coloque-a em um béquer grande contendo uma solução removedora de fotoresina.

Certifique-se de que a pastilha esteja submersa na solução e deixe-a de molho por uma hora a 65 graus Celsius. Retire a pastilha do béquer e enxágue-a com jatos alternados de acetona e álcool isopropílico. Em seguida, seque a pastilha com nitrogênio.

Em uma capela com ventilação adequada e aprovada para uso com ácidos, prepare uma solução de Piranha em um béquer grande e limpo adicionando peróxido de hidrogênio a 30% ao ácido sulfúrico numa proporção de um para três. Mergulhe a pastilha gravada por íons na solução de Piranha com as estruturas gravadas voltadas para cima e deixe por cinco minutos. Em seguida, remova a pastilha e enxágue-a bem com água desionizada.

Reimergir a pastilha na solução de Piranha por mais dois minutos e, em seguida, lavá-la novamente com grandes quantidades de água desionizada. Em uma capela separada e bem ventilada, destinada exclusivamente ao uso de solventes, lavar a pastilha com um fluxo contínuo de acetona, seguido por um fluxo contínuo de metanol, e depois secar a pastilha com gás nitrogênio. Usando uma ferramenta de riscagem, gravar linhas retas na pastilha ao redor da periferia do chip microfluídico, de modo que ela fique menor que as dimensões do segmento retangular de vidro com furos pré-perfurados.

Quebre cuidadosamente a pastilha ao longo das linhas gravadas. Enxágue o segmento de silício com um fluxo contínuo de acetona, seguido por um fluxo contínuo de metanol. Em seguida, coloque a pastilha em uma placa aquecedora a 95 graus Celsius por dois minutos para secagem.

Em seguida, adicione cuidadosamente o vidro limpo sobre o segmento de silicone com as estruturas gravadas voltadas para cima. Certifique-se de que os orifícios estejam adequadamente alinhados. Depois, vire cuidadosamente os segmentos, garantindo que os orifícios permaneçam alinhados.

Fixe os dois segmentos com fita condutiva dupla-face, de modo que metade da fita prenda as bordas verticais do segmento de silicone e a outra metade prenda o vidro saliente. Em seguida, vire os segmentos novamente, de forma que o segmento de vidro fique por cima. Coloque os segmentos sobre uma placa de aço em uma placa aquecedora a 450 graus Celsius.

Em seguida, adicione cuidadosamente uma segunda placa de aço com pelo menos cinco quilogramas diretamente sobre a parte superior dos segmentos montados de vidro e silício. Esta placa não deve estar em contato com o segmento de silício nem com a fita condutiva. Utilizando uma fonte de alta tensão, conecte o cabo vivo à placa de aço posicionada sobre os segmentos montados de vidro e silício e o terra à placa de aço inferior.

Ative a voltagem na placa aquecedora subjacente para 1.000 volts. Verifique a voltagem aplicada utilizando um multímetro, pressionando um dos terminais contra a placa inferior e o outro terminal contra a placa superior. Retorne após duas horas para desligar a placa aquecedora e a fonte de alimentação de corrente contínua e remover o dispositivo das placas metálicas.

Com uma lâmina, raspe a superfície do vidro para remover qualquer resíduo produzido pela ligação anódica e, em seguida, limpe a superfície do vidro com acetona. Em seguida, prepare uma folha de polidimetilsiloxano com aproximadamente cinco milímetros de espessura, cortando-a em vários pequenos blocos quadrados de aproximadamente 10 milímetros por 10 milímetros. Use um furador de biópsia de 3 mm para fazer um orifício no centro de cada bloco.

Em seguida, cole as placas diretamente sobre os orifícios do substrato de vidro utilizando epóxi. Solde dois fios nas duas áreas condutoras do transdutor. Cole cuidadosamente o transdutor de titanato de zircônio de chumbo ao segmento de silício na face posterior do dispositivo, centralizado abaixo do microcanal.

Por fim, insira o tubo de silicone através dos orifícios nas placas de polidimetilsiloxano e adicione cola adicional ao redor das placas e do tubo para fixá-los firmemente. Fixe o dispositivo com segurança na platina do microscópio, com o microcanal diretamente sob o objetivo. Tenha cuidado para que o transdutor não entre em contato com a platina.

Em seguida, conecte os tubos de silicone provenientes das saídas do dispositivo a seringas fixadas em bombas de seringa. Coloque o tubo de silicone que leva à entrada do dispositivo em um frasco contendo uma suspensão de microesferas de poliestireno ou células de interesse. Em seguida, posicione o frasco contendo a amostra em uma placa de agitação para misturá-la continuamente, garantindo que uma concentração constante seja mantida ao longo do experimento.

Conecte o transdutor à saída de um amplificador de potência em série com um gerador de funções. Configure as configurações no gerador de funções e monitore a saída em um osciloscópio. Em seguida, ligue o gerador de funções e o amplificador de potência para iniciar a atuação do transdutor.

Em seguida, ligue o microscópio e certifique-se de que o canal microfluídico está nitidamente em foco. Além disso, ligue a bomba de seringa para introduzir a amostra no dispositivo. Monitore as entidades que fluem através do dispositivo com um microscópio de fluorescência durante todo o experimento.

Aqui, uma bomba de seringa foi utilizada para infundir a câmara microfluídica com uma suspensão de microesferas de poliestireno fluorescentes verdes a uma taxa de 100 microlitros por minuto. Uma vez que o transdutor de zirconato-titanato de chumbo é ativado e sintonizado em uma frequência de 2,366 megahertz, forma-se uma onda estacionária de meio comprimento de onda ao longo da largura deste microcanal, que possui 313 micrômetros. Isso focaliza o fluxo de microesferas ao longo do nó de pressão.

Quando as partículas de silicone fluorescentes vermelhas, que possuem um fator de contraste acústico negativo, foram injetadas no dispositivo, elas se concentraram ao longo dos antinós de pressão. A capacidade deste sistema de focalizar partículas depende tanto da taxa de fluxo quanto das tensões aplicadas. À medida que o fluxo aumenta, a distribuição de partículas ao longo do microcanal se dispersa.

Além disso, aumentar as tensões aplicadas aumenta o grau de focalização das partículas. Uma vez em funcionamento, este dispositivo pode ser usado para manipular partículas e células em uma variedade de bioensaios e experimentos baseados em microfluídica que exigem controle espacial ou temporal preciso. É importante lembrar de ter calma e cuidado em cada etapa, pois a pressa em qualquer etapa pode introduzir imperfeições no dispositivo final.

Uma vez finalizado o dispositivo, ele pode ser usado várias vezes, desde que se tome o devido cuidado para limpar o dispositivo entre os usos com detergentes e tampões de lavagem apropriados. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como fabricar um dispositivo acustofluidico composto por silício e vidro que suporte ondas acústicas estacionárias em volume. Lembre-se de que você está trabalhando com produtos químicos potentes, como a mistura Piranha, que podem ser extremamente perigosos se manipulados inadequadamente.

Trate com o devido cuidado ao manipular esses líquidos para garantir uma prática química segura em todo o seu trabalho de fabricação.