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 tamanho mícron de maneira livre de contato usando ondas acústicas estacionárias em massa. Nosso objetivo é demonstrar uma abordagem simples, mostrando como fabricar ferramentas acustofluídicas que suportam ondas acústicas estacionárias em massa usando equipamentos e procedimentos padrão na esperança de tornar essa tecnologia útil mais acessível. Uma grande vantagem da acústicafluídica é que ela oferece uma maneira simples de focar ou separar rapidamente entidades microscópicas, o que tem amplas implicações na citometria no chip e na classificação de células.

Essa tecnologia oferece a capacidade de organizar partículas em uma variedade de taxas de fluxo de maneira suave e discriminada, tudo em uma plataforma miniaturizada conveniente. Em uma instalação de sala limpa, coloque um wafer de silício polido de lado único limpo de seis polegadas em um revestidor giratório com o lado polido para cima. Deposite um fotorresistente positivo diretamente no centro do wafer, despejando cuidadosamente até que o fotorresistente cubra a maior parte do wafer.

Em seguida, gire a amostra para produzir uma camada uniforme de fotorresistente. Quando terminar, solte o vácuo no mandril e use uma pinça de wafer para recuperar o wafer. Em seguida, coloque o wafer em uma chapa quente e leve ao forno macio pelo tempo especificado pelo fornecedor do fotorresistente.

Enquanto o fotorresistente assa, carregue uma máscara fotográfica, como a mostrada aqui, no suporte de um alinhador de máscara. Em seguida, carregue o wafer e exponha-o com luz ultravioleta a uma dosagem de energia especificada pelo fornecedor do fotorresistente. Em seguida, remova o wafer fotopadronizado do suporte e coloque-o em uma solução de seu revelador correspondente.

Quando terminar, remova o wafer do revelador, lave-o com um fluxo constante de água deionizada e seque-o com nitrogênio. Carregue o wafer fotopadronizado na câmara de um instrumento de gravação de íons reativos profundos e grave os canais fluídicos no wafer até a profundidade desejada seguindo os procedimentos de gravação padrão. Quando o processo de condicionamento estiver concluído, descarregue a amostra da câmara e coloque-a em um béquer grande contendo uma solução de remoção fotorresistente.

Certifique-se de que o wafer esteja submerso na solução e deixe-o de molho por uma hora a 65 graus Celsius. Retirar a bolacha do copo e lavá-la com correntes alternadas de acetona e álcool isopropílico. Em seguida, seque o wafer com nitrogênio.

Em um exaustor bem ventilado e aprovado para uso ácido, prepare uma solução de Piranha em um copo grande e limpo, adicionando 30% de peróxido de hidrogênio ao ácido sulfúrico na proporção de um para três. Mergulhe o wafer gravado com íons na solução Piranha com as características gravadas voltadas para cima e deixe agir por cinco minutos. Em seguida, retire o wafer e enxágue bem com água deionizada.

Mergulhe novamente o wafer na solução de Piranha por mais dois minutos e depois enxágue-o novamente com grandes quantidades de água deionizada. Em um exaustor separado e bem ventilado dedicado ao uso de solventes, lave o wafer com um fluxo constante de acetona seguido por um fluxo constante de metanol e, em seguida, seque o wafer com gás nitrogênio. Usando uma ferramenta de riscagem, grave linhas retas no wafer ao redor do perímetro do chip microfluídico para que seja menor que as dimensões do segmento de vidro retangular com orifícios pré-perfurados.

Encaixe cuidadosamente o wafer ao longo das linhas gravadas. Enxágue o segmento de silício com um fluxo constante de acetona seguido por um fluxo constante de metanol. Em seguida, coloque o wafer em uma placa quente a 95 graus Celsius por dois minutos para secar.

Em seguida, adicione cuidadosamente o vidro limpo em cima do segmento de silicone com os recursos gravados voltados para cima. Certifique-se de que os orifícios estejam alinhados corretamente. Em seguida, vire cuidadosamente os segmentos, garantindo que os orifícios sejam mantidos alinhados.

Prenda os dois segmentos com fita condutora de dupla face, onde metade da fita prende as bordas verticais do segmento de silicone e a outra metade da fita prende o vidro saliente. Em seguida, vire os segmentos novamente para que o segmento de vidro fique no topo. Coloque os segmentos no topo de uma placa de aço em uma placa quente a 450 graus Celsius.

Em seguida, adicione cuidadosamente uma segunda placa de aço de pelo menos cinco quilos diretamente no topo dos segmentos de vidro e silício montados. Esta placa não deve estar em contato com o segmento de silício ou a fita condutora. Usando uma fonte de alimentação de alta tensão, conecte o fio energizado à placa de aço na parte superior dos segmentos de vidro e silício montados e o aterramento à laje de aço inferior.

Gire a tensão na placa de aquecimento subjacente para 1.000 volts. Verifique a tensão aplicada usando um multímetro pressionando uma sonda contra a placa inferior e a outra sonda contra a placa superior. Retorne após duas horas para desligar a placa de aquecimento e a fonte de alimentação CC e remover o dispositivo das placas metálicas.

Raspe a superfície do vidro com uma navalha para remover qualquer sujeira produzida 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 várias pequenas placas quadradas de aproximadamente 10 milímetros por 10 milímetros. Use um punção de biópsia de 3 mm para fazer um furo no centro de cada laje.

Em seguida, cole as placas diretamente no topo dos furos no substrato de vidro usando epóxi. Solde dois fios nas duas áreas condutoras do transdutor. Cole cuidadosamente o transdutor de titanato de zirconato de chumbo no segmento de silício na parte traseira do dispositivo centralizado embaixo 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 prendê-los no lugar. Monte o dispositivo com segurança em uma platina de microscópio com o microcanal diretamente abaixo da objetiva. Tome cuidado para que o transdutor não entre em contato com o stage.

Em seguida, conecte os tubos de silicone das saídas do dispositivo às seringas presas nas bombas de seringa. Coloque o tubo de silicone que conduz à entrada do dispositivo em um frasco contendo uma suspensão de esferas de poliestireno ou células de interesse. Em seguida, coloque o frasco contendo a amostra em uma placa de agitação para misturá-la continuamente, a fim de garantir que uma concentração constante seja mantida durante todo o curso do experimento.

Conecte o transdutor à saída de um amplificador de potência em série com um gerador de funções. Programe 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 começar a acionar o transdutor.

Em seguida, ligue o microscópio e certifique-se de que o canal microfluídico esteja claramente 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 usada para infundir a câmara microfluídica com uma suspensão de esferas de poliestireno fluorescente verde a uma taxa de 100 microlitros por minuto. Uma vez que o transdutor de titanato de zirconato de chumbo é ativado e sintonizado para uma frequência de 2,366 megahertz, uma onda estacionária de meio comprimento de onda se forma em toda a largura desse microcanal, que tem 313 micrômetros de diâmetro. Isso concentra o fluxo de contas 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 pelo microcanal se espalha.

Além disso, aumentar as tensões aplicadas aumenta a extensão do foco das partículas. Uma vez operacional, este dispositivo pode ser usado para manipular partículas e células para uma variedade de bioensaios e experimentos baseados em microfluídica que requerem controle espacial ou temporal fino. É importante lembrar de levar o seu tempo e ter cuidado com cada passo, pois a pressa em qualquer passo pode introduzir imperfeições no dispositivo final.

Uma vez terminado o dispositivo, ele pode ser usado várias vezes, desde que sejam dados os devidos cuidados para limpar o dispositivo entre os usos com detergentes adequados e tampões de lavagem. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como fabricar um dispositivo acustofluídico composto de silício e vidro que suporta ondas acústicas estacionárias em massa. Lembre-se de que você está trabalhando com produtos químicos fortes, como a mistura de piranha, que podem ser extremamente perigosos se manuseados mal.

Por favor, tome o devido cuidado ao manusear esses líquidos para garantir uma prática química segura para todos os seus trabalhos de fabricação.