Изготовление и эксплуатация Acoustofluidic устройств с поддержкой объемных акустических стоячих волн для без футляра фокусировки частиц

Общая цель этого подхода к изготовлению заключается в создании универсального и надежного акустофлюидного устройства для бесконтактного манипулирования коллоидными частицами микронного размера с помощью объемных акустических стоячих волн. Наша цель состоит в том, чтобы продемонстрировать простой подход, показав, как изготавливать акустофлюидные инструменты, поддерживающие объемные акустические стоячие волны, используя стандартное оборудование и процедуры, в надежде сделать эту полезную технологию более доступной. Основным преимуществом акустофлюидики является то, что она предлагает простой способ быстрой фокусировки или разделения микроскопических объектов, что имеет широкое применение в микроцитометрии и сортировке клеток.

Эта технология дает возможность аккуратно и равномерно располагать частицы в различных скоростях потока на удобной миниатюрной платформе. В чистом помещении поместите чистую шестидюймовую одностороннюю полированную силиконовую пластину на отполированную машинку для нанесения покрытий отполированной стороной вверх. Положите позитивный фоторезист непосредственно на центр пластины, осторожно заливая, пока фоторезист не покроет большую часть пластины.

Затем поверните образец, чтобы получить ровный слой фоторезиста. Когда закончите, выпустите вакуум на патроне и используйте вафельный пинцет для извлечения пластины. Затем поместите на горячую плиту и выпекайте в течение времени, указанного поставщиком фоторезиста.

Пока фоторезист запекается, загрузите фотомаску, подобную показанной здесь, в держатель выравнивателя маски. Затем загрузите пластину и подвергните ее воздействию ультрафиолетового излучения до энергетической дозы, указанной поставщиком фоторезиста. Затем извлеките пластину с фоторисунком из держателя и поместите ее в раствор соответствующего проявителя.

После этого извлеките пластину из проявителя, промойте ее постоянным потоком деионизированной воды и высушите азотом. Загрузите пластину с фоторисунком в камеру прибора для глубокого реактивного ионного травления и протравите жидкостные каналы в пластине на нужную глубину в соответствии со стандартными процедурами травления. Когда процесс травления будет завершен, выгрузите образец из камеры и поместите его в большой стакан, содержащий раствор для удаления фоторезиста.

Убедитесь, что пластина погружена в раствор, и дайте ей впитаться в течение часа при температуре 65 градусов Цельсия. Выньте из стакана и промойте ее чередующимися струями ацетона и изопропилового спирта. Затем обсушите азотом.

В хорошо проветриваемой вытяжке, одобренной для использования с использованием кислоты, приготовьте раствор пираньи в большой чистой стакане, добавив 30% перекиси водорода к серной кислоте в соотношении один к трем. Погрузите вытравленную ионом пластину в раствор Piranha травлеными элементами вверх и оставьте на пять минут. Затем извлеките и хорошо промойте ее деионизированной водой.

Снова погрузите пластину в раствор «Пираньи» еще на две минуты, а затем снова промойте ее обильным количеством деионизированной воды. В отдельном хорошо вентилируемом колпаке, предназначенном для использования растворителей, промойте пластину постоянным потоком ацетона, за которым следует постоянный поток метанола, а затем высушите пластину газообразным азотом. С помощью инструмента для начертания вытравите прямые линии на пластине по периметру микрофлюидного чипа так, чтобы она была меньше размеров прямоугольного стеклянного сегмента с предварительно просверленными отверстиями.

Аккуратно защелкните пластину по вытравленным линиям. Промойте кремниевый сегмент постоянным потоком ацетона, а затем постоянным потоком метанола. Затем поместите на горячую плиту при температуре 95 градусов Цельсия на две минуты, чтобы она высохла.

Затем осторожно добавьте чистое стекло поверх силиконового сегмента травлеными элементами вверх. Убедитесь, что отверстия правильно выровнены. Затем осторожно переверните сегменты, следя за тем, чтобы отверстия были выровнены.

Закрепите два сегмента двусторонней проводящей лентой, где половина ленты фиксирует вертикальные края силиконового сегмента, а другая половина ленты фиксирует нависающее стекло. Затем снова переверните сегменты так, чтобы стеклянный сегмент оказался сверху. Поместите сегменты на стальную плиту на горячую плиту при температуре 450 градусов Цельсия.

Затем осторожно добавьте вторую стальную плиту весом не менее пяти килограммов непосредственно в верхнюю часть собранных стеклянных и кремниевых сегментов. Эта пластина не должна соприкасаться с силиконовым сегментом или проводящей лентой. С помощью высоковольтного источника питания подключите провод под напряжением к стальной плите поверх собранных сегментов из стекла и кремния, а землю — к нижней стальной плите.

Включите напряжение на нижней нагревательной пластине до 1 000 вольт. Проверьте подаваемое напряжение с помощью мультиметра, прижав один щуп к нижней пластине, а другой — к верхней. Вернитесь через два часа, чтобы выключить конфорку и блок питания постоянного тока и снять устройство с металлических плит.

Соскребите поверхность стекла бритвой, чтобы удалить грязь, образовавшуюся в результате анодного соединения, а затем очистите поверхность стекла ацетоном. Затем приготовьте лист полидиметилсилоксана толщиной примерно пять миллиметров, разрезав его на несколько небольших квадратных плит примерно 10 миллиметров на 10 миллиметров. С помощью 3-миллиметрового пробойника для биопсии вырежьте по одному отверстию в центре каждой плиты.

Затем приклейте плиты непосредственно поверх отверстий на стеклянной подложке с помощью эпоксидной смолы. Припаяйте два провода к двум проводящим областям на преобразователе. Осторожно приклейте преобразователь цирконата свинца к кремниевому сегменту на задней стороне устройства, расположенному по центру под микроканалом.

Наконец, вставьте силиконовую трубку через отверстия в плитах из полидиметилсилоксана и добавьте дополнительный клей вокруг плит и трубки, чтобы закрепить их на месте. Надежно закрепите прибор на предметном столике микроскопа так, чтобы микроканал находился непосредственно под объективом. Следите за тем, чтобы датчик не соприкасался со сценкой.

Далее подсоедините силиконовые трубки от выходных отверстий прибора к шприцам, закрепленным на шприцевых насосах. Поместите силиконовую трубку, ведущую к входному отверстию устройства, во флакон, содержащий суспензию из полистирольных шариков или представляющих интерес элементов. Затем поместите флакон с образцом на пластину для перемешивания и непрерывно перемешивайте его, чтобы обеспечить поддержание постоянной концентрации на протяжении всего эксперимента.

Подключите преобразователь к выходу усилителя мощности последовательно с функциональным генератором. Запрограммируйте настройки на генераторе функций и контролируйте выходной сигнал на осциллографе. Затем включите генератор функций и усилитель мощности, чтобы начать приведение в действие преобразователя.

Затем включите микроскоп и убедитесь, что микрофлюидный канал четко сфокусирован. Также включите шприцевую помпу, чтобы ввести образец в устройство. Отслеживайте объекты, проходящие через устройство, с помощью флуоресцентного микроскопа на протяжении всего эксперимента.

Здесь шприцевой насос был использован для введения в микрофлюидную камеру суспензии зеленых флуоресцентных полистирольных шариков со скоростью 100 микролитров в минуту. Как только преобразователь титаната свинца активируется и настраивается на частоту 2,366 МГц, по ширине этого микроканала образуется стоячая волна половинной длины волны, которая составляет 313 микрометров в поперечнике. При этом поток шариков фокусируется вдоль нажимного узла.

При введении в устройство красных флуоресцентных частиц силикона, обладающих отрицательным акустическим контрастным фактором, они концентрировались вдоль пучностей давления. Способность этой системы фокусировать частицы зависит как от скорости потока, так и от приложенного напряжения. По мере увеличения потока распределение частиц по микроканалу распространяется.

Кроме того, увеличение приложенного напряжения увеличивает степень фокусировки частиц. После ввода в эксплуатацию это устройство можно будет использовать для манипулирования частицами и клетками для различных микрофлюидных биотестов и экспериментов, требующих тонкого пространственного или временного контроля. Важно помнить, что нужно не торопиться и быть осторожным с каждым шагом, так как спешка на любом этапе может внести недостатки в конечное устройство.

После того, как устройство будет готово, его можно использовать много раз, при условии должного ухода за очисткой устройства между использованием с помощью соответствующих моющих средств и буферов для стирки. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как изготовить акустожидкостное устройство, состоящее из кремния и стекла, поддерживающее объемные акустические стоячие волны. Помните, что вы работаете с сильнодействующими химическими веществами, такими как смесь пираний, которые могут быть чрезвычайно опасными при неправильном обращении.

Пожалуйста, соблюдайте надлежащую осторожность при работе с этими жидкостями, чтобы обеспечить безопасную химическую практику для всех ваших производственных работ.