Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

Изготовление, эксплуатация и визуализация потока в поверхностных акустических волнах управляемой акустической противотоком Microfluidics

Published: August 27, 2013 doi: 10.3791/50524

Summary

В этом видео мы сначала опишем изготовление и оперативных процедур на поверхностных акустических волнах (ПАВ) Устройство акустической противотоком. Затем мы продемонстрировать экспериментальную установку, которая позволяет как для качественной визуализации потока и количественного анализа сложных потоков внутри SAW насосного устройства.

Abstract

На поверхностных акустических волнах (ПАВ) может быть использован для жидкостей в портативном микрожидкостных чипов через акустический феномен противотоком. В этом видео мы представляем протокол для изготовления многослойных акустических устройств противотока видели. Устройство изготовлено начиная с ниобата лития (LN) подложки, на которой два штыревых преобразователей (ВШП) и соответствующие маркеры образцу. Полидиметилсилоксана (PDMS) канал наложено на SU8 мастер формы, наконец, связан на подложке узорные. После изготовления процедуру, показывают методы, которые позволяют характеристика и работа акустического устройства противотока для того, чтобы накачать жидкости через сетку PDMS канала. Мы, наконец, представить процедуру для визуализации течения жидкости в каналах. Протокол используется, чтобы показать, на-чипе нагнетания жидкости при различных режимах расход, например, ламинарного потока и более сложной динамикой характеризуется вихрями и доменов накопления частиц.

Introduction

Одна из задач, стоящих перед продолжением микрожидкостной сообщества является необходимость иметь эффективный механизм накачки, который может быть уменьшен для интеграции в действительно портативным микро-всего-системного анализа (μTAS'S). Стандартный макроскопических насосных систем просто не в состоянии обеспечить необходимый для портативности μTAS, в связи с неблагоприятными масштабирование объемного расхода, как размер канала уменьшается до микрона или ниже. Напротив, пилы пользуются все большей интерес как жидкость исполнительных устройств и появляются как перспективное направление для решения некоторых из этих 1,2 проблемами.

ПАВ было показано, что обеспечивает очень эффективный механизм переноса энергии в жидкости 3. Когда ПАВ распространяется на пьезоэлектрической подложке, например, ниобата лития (LN), волна будет излучаться в жидкость на своем пути под углом известный как Рэлея углом θ = R грех722; 1 ж / б ы), в связи с несоответствием скорости звука в субстратом, в с, и жидкость F C. Эта утечка излучения в жидкости вызывает волну давления, которая приводит акустического течения в жидкости. В зависимости от геометрии устройства и мощности, подаваемой на устройство, этот механизм был показан для приведения в самых разнообразных на чипе процессов, таких как перемешивание жидкости, частицы сортировки, распыление, и насосных 1,4. Несмотря на простоту и эффективность исполнительных microfluids под флюсом, есть только небольшое количество ПАВ приводом микрожидкостной перекачивающих механизмов, которые были продемонстрированы на сегодняшний день. Первая демонстрация была простой перевод свободных капель размещены на пути распространения ПАВ на пьезоэлектрической подложке 3. Этот новый метод вызвал большой интерес к использованию в качестве ПАВ микрофлюидном метод приведение в действие, однако, было еще существует потребность в жидкости, чтобымогут работать через закрытые каналы-более трудной задачей. Tan и соавт. Продемонстрировали насосной внутри микроканала, который был лазерной абляции непосредственно в пьезоэлектрической подложки. По геометрические модификации по отношению к каналу и IDT размеры, они смогли продемонстрировать как единый и смешивание потоков 5. Стекло и соавт. Недавно продемонстрировали метод перемещения жидкости через микроканалов и микрожидкостной компонентов путем объединения SAW приводом вращения с центробежными микрофлюидики, как демонстрация истинных миниатюризации популярных Лаборатория на CD-концепции 6,7. Тем не менее, только полностью закрытый SAW приводом насосный механизм, который был продемонстрирован остается Cecchini соавт. ПАВ с управляемой акустической противотоком 8-в центре внимания этого видео. Она эксплуатирует атомизации и слияния жидкости и закачки ее в закрытый канал в направлении, противоположном направлению распространенияОА волны. Эта система может привести к удивительно сложные потоки внутри микроканала. Кроме того, в зависимости от геометрии прибора, он может предоставлять широкий спектр технологические схемы, от ламинарного потоков на более сложные режимы характеризуются вихрей и накопление частиц-доменов. Возможность легко влиять на характеристики потока внутри устройства показывает возможности для продвинутых на кристалле частицы манипуляции.

В этом протоколе мы хотим прояснить основные аспекты практического на ПАВ микрофлюидики: изготовление устройства, опытная эксплуатация и визуализация потока. Пока мы явного описания этих процедур для изготовления и эксплуатации SAW устройствами, управляемыми акустических противотоком, эти участки могут быть легко изменены для их применения к ряду ПАВ управляемой микрожидкостной режимов.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Изготовление устройства

  1. Дизайн две фотошаблонов, первое для структурирования на поверхностных акустических волнах (ПАВ) слой, а второе для полидиметилсилоксана (ПДМС) микроканальной формы.
    1. Первый фотошаблон имеет пару противоположных штыревых преобразователей (ВШП), также известные как линии задержки ПАВ и маркеры для выравнивания канала и пространственной привязки во время микроскопии. В нашем стандартном аппарата мы имеем одноэлектродной ВШП пальцем Ширина P = 10 мкм, отверстия 750 мкм, и 25 пар прямых пальца. Полученные IDT генерирует пил с длиной волны λ = 4 р = 40 мкм и соответствует рабочей частоте F O = C пила / λ ≈ 100 МГц на 128 ° ух ниобата лития (LN). Каждый ширина IDT должна быть выше два раза больше ширины микроканала с целью уменьшения смещения эффекты при соединении слоев. Параметры IDT дизайна обсуждаются компрессорehensively в нескольких книгах 9-11. Отметим, что только один IDT (помещены в выходной канал) необходимо проехать жидкости в канал акустической противотоком, но структурирование полную линию задержки помогает в устройстве тестирования.
    2. Второй имеет простую структуру микроканальной быть выровнены вдоль линии задержки ПАВ с Микрокамера для формирования входного канала. В нашем типичных устройств, каналы имеют ширину W = 300 мм и длиной 5 мм. Как правило, ширина канала должна быть не менее 10 λ чтобы избежать дифракционных эффектов во время распространения ПАВ в микроканала, однако во время тестирования мы обнаружили, что ширина ~ 7 λ не будет существенно влиять на распространение ПАВ в канале.
  2. Начните с пластины LN и прилепится 2 см на 2 см образца. Для того, чтобы выполнять передачу микроскопии необходимо использовать двойной стороны полированной пластине. Обратите внимание, что LN является стандартом для своей биосовместимости и ПАВполяризации и высокий пьезоэлектрический коэффициент связи вдоль главной оси, однако другие пьезоэлектрические материалы могут быть использованы с соответствующим конструктивных соображений.
  3. Очистка подложки путем промывки ее в ацетон, 2-пропанол и сушка с помощью азота пистолета.
  4. Спин слой образца с Шипли S1818 при 4000 оборотах в минуту в течение 1 мин.
  5. Мягкие выпекать при температуре 90 ° С в течение 1 мин на горячей плите.
  6. Выравнивание образца с маской ПАВ слой с помощью маски выравниватель и подвергать его воздействию ультрафиолетового света с длиной 55 мДж / см 2. Следует соблюдать осторожность, чтобы выровнять направление IDT вдоль главной оси LN подложки.
  7. Промыть образца в Microposit MF319 разработчика в течение 30 секунд для удаления фоторезиста неэкспонированная.
  8. Остановить развитие путем промывки образца в деионизированной воде и высушить его с азотом пистолет.
  9. Депозит 10 нм толщины адгезионного слоя титана, а затем 100 нм толстый слой золота термическим испарением.
  10. Выполните отрыва от ультразвуком сдостаточно в ацетоне, затем промыть его в 2-пропанола и сухим азотом пистолет.
  11. Silanize поверхности устройства, чтобы сделать его гидрофобным в микроканале области 12.
    1. Маска Микрокамера области с AR-N-4340 негативного фоторезиста тон оптической литографии согласно таблице производителя.
    2. Активация поверхности образца 2 мин кислородной плазмы (Gambetti Kenologia Srl, колибри) 0,14 мбар давления и 100 Вт дает напряжение смещения примерно 450 В.
    3. Смешайте 35 мл гексадекан, 15 мл четыреххлористого углерода (CCl 4), и 20 мкл octadecyltrichlorosilane (OTS) в химическом стакане в вытяжном шкафу. Поместите устройство в раствор и оставить покрыты в течение двух часов.
    4. Промойте устройство с 2-пропанола и высушить его с азотом пистолет.
    5. Убедитесь, что угол контакта с водой на поверхности выше 90 °. Если угол контакта недостаточно, очистите образца и повторно выполнить действия, описанные в 1.11.
    6. Удалениеостаточное сопротивление на образце путем промывки в ацетон, 2-пропанол и сушка с помощью азота пистолета.
  12. Установить образец на печатную плату с радиочастотным волноводов и стандартные коаксиальные разъемы (RF-PCB), а затем положить акустический поглотитель (Первый контакт полимера) на краях образца и подключите IDT путем соединения проводов или с помощью разъемов Pogo.
  13. Мастер форм канального слоя с узором SU-8 на небольшой кусок кремния (Si) пластины с использованием стандартных оптических фотолитографии. SU-8 типа и фотолитографии рецепт будет зависеть от конечного PDMS внутренний канал требуемую высоту.
  14. Литые PDMS на форму
    1. Смешайте PDMS с отвердителем в соотношении 10:1.
    2. Центрифуга PDMS течение 2 мин при 1320 мкг в течение дегазации.
    3. Вылейте PDMS мягко на СУ-8 плесень в чашке Петри, чтобы общая высота PDMS порядка 1 мм. Открытой чашке Петри может быть помещен в вакуум-эксикаторе в течение приблизительно 30 мин в аоER для дегазации PDMS дальше.
    4. После дегазации, вылечить PDMS при нагревании до 80 ° С в течение одного часа в печи. Следует отметить, что время выпечки и температура могут влиять на механические свойства PDMS.
  15. Подготовьте твердый слой PDMS
    1. Сокращение вокруг канала с помощью хирургического лезвия, соблюдая осторожность, чтобы не повредить SU8 мастера, и чистить его.
    2. Реплика края затем уточнена и выпрямляются с помощью лезвия бритвы оставляя не менее 2 мм зазор на боковой стороне канала и без зазора (прорваться прямо через) на выходе из канала.
    3. Пробить отверстие в микрокамере использованием перфоратор Harris Unicore чтобы сформировать жидкость загрузкой на входе.
  16. Бонд канала PDMS с LN подложки простым конформной связи. Таким образом, связь будет проводить в течение жидкость стадии тестирования, оставаясь при этом обратимым.
    1. Обе поверхности очищают до прихода продувкой лишнего мусора с воздухом сжатым азотом. Это Critical при вступлении в части, чтобы выровнять канал с большой осью LN в соответствии с узорной знаков совмещения.
  17. Полная схема устройства показана на рисунке 1. Магазин Устройства комплектные в чистой окружающей среде до использования.

Примечание: Очень важно, что все шаги изготовления осуществляется в условиях чистой комнаты, чтобы избежать загрязнения устройства перед использованием.

Примечание: Все оптической литографии шаги могут быть заменены пользователем предпочтительные способы.

Примечание: силанизацией процедуры могут быть заменены предпочтительными гидрофобными метод покрытия 13.

2. РФ тестирования устройства

  1. Калибровка сети или анализатор спектра с открытой / короткое волновода на RF-PCB.
  2. Подключите линии задержки ПАВ к портам анализатора спектра и измерения матрицы рассеянияустройства. Передачи для пары одним электродом преобразователей будет напоминать абсолютное значение синк функции с центром в рабочей частоты IDT. В спектре отражения падения (минимум) наблюдается при той же частоте 9-11. В нашем устройства 100 МГц рабочей частоты вдоль основной оси типичные значения -15 дБ для S11 и S22 и -10 дБ для S 12 (без PDMS каналов).

3. Microfluidics и Particle Flow Dynamics Эксперимент визуализации и анализа

  1. Поместите образец под микроскопом. Удельной оптической установки, зависит от ПАВ микрофлюидики явлений, которые должны соблюдаться. Например, простой микроскоп отражение оснащен 4X цель и 30 кадров в секунду видеокамеры будут пригодны для изучения жидкости, заполняющей динамики. Для исследования более сложной динамики микрочастицы, может возникнуть необходимость в использовании микроскопа, снабженного 20X цель и 100 кадров в секунду или более видеокамеру. Это важныет, что и цель и частота кадров достаточно высока, чтобы захватить любую пространственную и временную важных особенностей потока.
  2. Подключите IDT перед выходом на канал генератор радиочастотного сигнала, и запустить его на резонансной частоте наблюдается при рассеянии измерений матрицы. Типичная рабочая мощность в акустических экспериментах противотоком составляет 20 дБм. Если необходимо, используйте мощных СВЧ усилителя. Акустическая потокового и атомизации явления наблюдаются без акустического противотоком во время работы устройства при низком энергопотреблении: Обычно акустические потоковое рециркуляции начинается при 0 дБм, а распыление происходит выше +14 дБм.
  3. Загрузите 60 мкл жидкости в Микрокамера с помощью микропипетки. Жидкость будет пассивно диффундировать в микрокамере. При необходимости слегка надавите на поверхность микрокамеры, чтобы способствовать микрокамере заполнения.
    1. Для того чтобы визуализировать поток необходимо добавить микрошарики с жидкостью. Обратите внимание, что во избежание частицы Clustтив, разрушать ультразвуком суспензии частиц до экспериментов. Чтобы избежать прилипания частиц на подложке применяться 0 дБм сигнал на устройство в процессе загрузки.
  4. Начать запись видео через микроскоп и увеличить рабочую мощность для наблюдения акустического противотоком. Различные схемы потока будет определяться мощность, микросхем и диаметра частиц.
    1. Для того, чтобы качественно уловить динамику, поток текучей среды должен быть записан в непосредственной близости от мениска и впускные на различных этапах канал наполнения с использованием маркеров, как пространственное ссылки.
    2. Для выполнения количественного измерения динамики частиц микро велосиметрии изображения частицы (μPIV) 14,15 или пространственно-временной корреляционной спектроскопии изображения (Stics) 16,17, жидкости должно быть записано в достопримечательность с фиксированным полем зрения по меньшей мере 100 кадров с частотой кадров введенные динамики частиц.
  5. Анализ видео изображения с программным обеспечением. Выбор программного обеспечения для использования зависит от явлений, представляющих интерес. Например, для количественного определения распределения по размерам распыленные капельки, пространственной периодичности накопления частиц или ручного отслеживания разбавленного частиц, простой бесплатного программного обеспечения для анализа изображений, таких как Фиджи подходит 18, в то время как для получения тока и поля скоростей измерений, настроить mPIV 19 или 20 Stics кода не требуется. В нашем анализе настроены Stics код написан на языке MATLAB, однако предпочтительной альтернативой кодирования язык может быть одинаково приемлемы.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

На рисунке 2 показаны характерные результаты тестирования устройства РФ, которые были приняты перед склеиванием LN слоя к слою микроканальным: типичные S 11 и S 12 спектры представлены в панели) и б) соответственно. Глубина долины на центральной частоте 11 S в спектре связано с эффективностью преобразования высокочастотной энергии в механическую энергию ПАВ. Следовательно, для фиксированного числа IDT пар пальцев, уменьшение минимальной впадины приведет к снижению мощности, необходимой для работы устройства. На частоте этого минимума, то устройство будет наиболее эффективной генерации звуковой волны для приведения в действие нагнетаемой жидкости, и, следовательно, точка, в которой мы выбираем для работы устройства. В нашем устройства 100 МГц рабочей частоты вдоль основной оси типичные значения ниже -10 дБ для S 11. Значения выше -10 дБм может означать поврежденных или короткое преобразователь, который, если работаIng, потребует увеличения входной мощности. Это значение может быть уменьшено путем согласования импеданса IDT, используя внешнюю сеть соответствия, или IDT конструкции 9-11. Максимум S 12 спектр связанных как с эффективностью преобразования ВЧ мощности и механической мощности ПАВ по ВШП и затухание видели по линии задержки. Уменьшение этого значения (обычно около -10 дБм в наши устройства) может быть вызвана дефектами в ВШП (наблюдается также уменьшение величины падения в спектре S11), смещение линии задержки ПАВ, или трещин.

На рисунке 3 показано четыре различных характерных моделей потока, наблюдаемые с помощью 500-нм латексных шариков. Каждая панель показывает частицу тока в результате Stics. Анализ проводили на 2-сек запись на 100 кадров в секунду получены с помощью оптической микроскопии передачи. Подробные результаты динамики с баланса между двумя доминирующими силами, действующими на частицы: сила сопротивления R и акустическиеadiation силой 21,22. Сила сопротивления состоит из двух компонентов в акустических противотоком: Результаты из общественного транспорта в связи с заполнением канала, другой результат диссипации акустической энергии в жидкости, возникающих в рециркуляции известный как акустического течения. Оба акустических течений и силы распада акустического излучения, как волны давления в воде ослабляет. Панели) и б) показать два разных результата на входе в канал. В панели) двух симметричных вихрей наблюдаются из-за акустической потокового явлений в начале акустического противоточный канал наполнения. Через некоторое время, когда канал частично заполнена, панель б) показана ламинарного потока за счет подавления acoustofluidic эффекты на входе в продвижении фронта жидкости. Панель с) и панель г) показывают два различных ситуаций в непосредственной близости от мениска, когда канал частично заполненной. В панели с)Частицы наблюдали накопление в линии и движется с той же скоростью мениска. Это представитель случай, когда динамика частиц доминируют акустические силы излучения. Представитель динамику доминирования сила сопротивления и акустические эффекты потоковое, показано на графике D), в котором частицы следуют два вихря и накапливаться только в полосах частот в пределах 300 мм от мениска, близко к поверхности подложки.

Рисунок 1
Рисунок 1. Вид сверху (а) и изометрический вид (б) завершено противотоком устройство (не в масштабе) устройства изготовлен из двух слоев;. Нижний состоит из золота ВШП узорный на LN, а верхний из PDMS микроканала. РЧ сигнал подается на левую IDT, а соответствующий ПАВ будет распространяться вправо. Жидкость будет течь от круговой жидкости на входенаправо в направлении левого IDT. Типичные размеры чипа 25 мм х 10 мм х 0,5 мм для ПАВ слой и 10 мм × 5 мм × 4 мм для слоя PDMS. Функция размеры даны в пункте 1 Протокола.

Рисунок 2
Рисунок 2. Типичные S-параметров для ПАВ-противоток устройства. Резонансной частоты в спектрах () S 11 и (B) S 12 можно увидеть на 95 МГц. Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .

Рисунок 3
Рисунок 3. Четыре различных характерных моделей потока, наблюдаемые с помощью 500-нм латексных шариков в акустическом канале противотоком. Линии тока показаны на каждой ООПТNel, являются результатом анализа Stics 2-второй записи в 100 кадров в секунду при микроскопии в проходящем свете и накладываются на последнем кадре каждого видео. Входе в канал можно увидеть на (а) время Т = 0, когда канал начинает заполняться, а в (б) позднее время после того, как канал частично заполнен. Передний край мениска можно увидеть в случае (в) ламинарный поток с линиями накопления частиц, и (г) более сложной вихревой поток, схема которых определяется устройством геометрии. Образцы потока были получены на типичное устройство работает при 20 дБм. Расход для этих экспериментов были порядка 1 - 10 нл / с по каналу, в то время как средняя скорость потока в вихри может быть выше, чем 1 мм / с.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Одна из самых больших проблем, стоящих перед сообществом микрожидкостной является реализация платформы для срабатывания действительно портативным точка-санитарной помощи устройств. Среди предлагаемой комплексной микронасосы 23, те, которые основаны на поверхностных акустических волнах (ПАВ) являются особенно привлекательными из-за их возможности связаны в жидкости концентрации перемешивание, распыление и частиц и разделения 4. В этой статье мы продемонстрировали, как в изготовлении и работают лаборатории-на-чипе устройства, в котором жидкость управляется в закрытом PDMS микроканальным интегрированным на кристалле SAW приводами впервые описан Cecchini соавт. 8.

Что касается изготовления устройства, как показано на порядок выше, очень важно поддерживать чистоту в каждой точке протокола изготовления, в противном случае недостатки в ВШП, микроканальной форму и смачиваемость поверхности могут возникнуть. Дефекты в ВШП может привести к увеличению йэлектронной требуется рабочая мощность или даже неэффективными трансдукции видели. Внимание должно быть уделено микроканальным изготовления. Плоской чистой поверхности необходима для микроскопии. Дефекты в микроканальным края могут стать причиной мениска пиннинга и сокращению скорости канала наполнения и чип надежности. Эти дефекты могут также зарождаются пузырьки, которые изменяют характеристики потока и может отключить нагнетаемой жидкости в целом. Внимание должно быть принято в поверхностных функциональных групп. Если стенки канала, состоящий из подложки интерфейс нижней и боковой PDMS и верхней поверхности общий гидрофильные, капиллярный приводом заполнение предотвращает ПАВ активный накачки. И наоборот, если поверхность подложки слишком гидрофобной, капли распыленной из мениска не будет эффективно сливаются, предотвращая канал наполнения. Неоднородность в субстрате функционализацию следовательно приводит к ненадежному каналу динамики заполнения с точки закрепления и капиллярное управляемых регионах.

Что касается потока отношениюualization и динамики частиц исследований, диаметр частиц имеет решающее значение в результате наблюдаемой динамики. Частицы подвергаются и тащить силой (в связи с потоком жидкости) и акустическая сила излучения (за счет прямой передачи импульса от волн давления в жидкости). В то время как сила сопротивления пропорциональна радиусу частицы, акустическая сила излучения пропорциональна объему частицы. Сила сопротивления будет доминировать в динамике частиц в качестве уменьшают диаметр частиц, и частицы будут следовать поэтому поток жидкости более подробно. Таким образом, мы можем получить точную визуализацию потока жидкости путем выбора соответствующего небольшой диаметр частиц по отношению к конструкции устройства. Следует отметить, что частицы такого же диаметра может либо воспроизвести жидкость тока точно или, наоборот, доминируют акустические сила излучения, в зависимости от геометрии прибора. В зависимости от размера гранул и технику визуализации, оптика необходимости может изменяться.Концентрация частиц зависит также от экспериментальных целях: в случае mPIV низкой концентрацией частиц предпочтительнее 14,24, но большая концентрация частиц позволяет лучше статистика и качественно визуализировать тока в одиночных изображений. Частица раствор должен быть монодисперсных и без кластеров для качественного и количественного понимания поля скорости частиц.

Много усилий было посвящено также понимания поведения микро частицы 25 с учетом сортировки приложений в биологических пробах. Для того чтобы выполнить сортировку фундаментальные исследования с бисером, частицы и канал функционализацию имеют первостепенное значение во избежание адгезии частиц и засорение канала.

В этом видео мы показали, как изготовить и эксплуатируйте пилу, управляемых акустических устройств противотока жидкости, в которой приводятся на-чипе в закрытых PDMS микроканальным сетям. Особое внимание было ДевоТед визуализация динамики частиц, который находится в основе acoustophoretic приложений сортировки.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы не имеют ничего раскрывать.

Acknowledgments

Авторы не имеют никого, чтобы иметь в виду.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Double side polished 128° YX lithium niobate wafer Crystal Technology, LLC  
Silicon wafer Siegert Wafers We use <100>
IDT Optical lithography mask with alignment marks (positive) Any vendor  
Channel Optical lithography mask (negative) Any vendor  
Positive photoresist Shipley S1818  
Positive photoresist developer Microposit MF319  
Negative tone photoresist Allresist AR-N-4340  
Negative tone photoresist developer Allresist AR 300-475  
SU8 thick negative tone photoresist Microchem SU-8 2000 Series  
SU8 thick negative tone photoresist developer Microchem SU-8 developer  
Hexadecane Sigma-Aldrich H6703  
Carbon tetrachloride (CCl4) Sigma-Aldrich 107344  
Octadecyltrichlorosilane (OTS) Sigma-Aldrich 104817  
Acetone CMOS grade Sigma-Aldrich 40289  
2-propanol CMOS grade Sigma-Aldrich 40301  
Titanium Any vendor 99.9% purity  
Gold Any vendor 99.9% purity  
PDMS Dow Corning Sylgard 184 silicone elastomer kit with curing agent  
Petri dish Any vendor  
5 mm ID Harris Uni-Core multi-purpose coring tool Sigma-Aldrich Z708895 Any diameter greater than 2 mm is suitable
Acoustic absorber Photonic Cleaning Technologies First Contact regular kit  
RF-PCB Any vendor  
Spinner Laurell technologies corporation WS-400-6NPP Any spinner can be used
UV Mask aligner Karl Suss MJB 4 Any aligner can be used
Thermal evaporator Kurt J. Lesker Nano 38 Any thermal, e-beam evaporator or sputtering system can be used
Oxygen plasma asher Gambetti Kenologia Srl Colibrì Any plasma asher or RIE machine can be used
Centrifuge Eppendorf 5810 R Any centrifuge can be used
Wire bonder Kulicke Soffa 4523AD Any wire bonder can be used if the PCB is used without pogo connectors
Contact Angle Meter KSV CAM 101 Any contact angle meter can be used
Spectrum analyzer Anristu 56100A Any spectrum or network analyzer can be used
RF signal generator Anristu MG3694A Any RF signal generator can be used
RF high power amplifier Mini Circuits ZHL-5W-1 Any RF high power amplifier can be used
Microbeads suspension Sigma-Aldrich L3280 Depending on the experimental purpose different suspension of different diameter and different material properties can be used
Optical microscope Nikon Ti-Eclipse Any optical microscope with spatial resolution satisfying experimental purposes can be used
Video camera Basler A602-f Any video camera that has enough frame rate and sensitivity satisfying experimental purposes can be used
Camera acquisition software Advanced technologies Motion Box Any software enabling high and controlled frame rate acquisition can be used

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Masini, L., Cecchini, M., Girardo, S., Cingolani, R., Pisignano, D., Beltram, F. Surface-acoustic-wave counterflow micropumps for on-chip liquid motion control in two-dimensional microchannel arrays. Lab on a Chip. 10 (15), 1997-2000 (2010).
  2. Travagliati, M., De Simoni, G., Lazzarini, C. M., Piazza, V., Beltram, F., Cecchini, M. Interaction-free, automatic, on-chip fluid routing by surface acoustic waves. Lab on a Chip. 12 (15), 2621-2624 (2012).
  3. Wixforth, A. Acoustically driven planar microfluidics. Superlattices and Microstructures. 33 (5), 389-396 (2003).
  4. Friend, J., Yeo, L. Y. Microscale acoustofluidics: Microfluidics driven via acoustics and ultrasonics. Reviews of Modern Physics. 83 (2), 647-64 (2011).
  5. Tan, M. K., Yeo, L. Y., Friend, J. R. Rapid fluid flow and mixing induced in microchannels using surface acoustic waves. Europhysics Letters. 87, 47003 (2009).
  6. Glass, N., Shilton, R., Chan, P., Friend, J., Yeo, L. Miniaturised Lab-on-a-Disc (miniLOAD). SMALL, Small. 8 (12), 1880-1880 (2012).
  7. Madou, M. J., Kellogg, G. J. LabCD: a centrifuge-based microfluidic platform for diagnostics. Proceedings of SPIE. 3259, 80 (1998).
  8. Cecchini, M., Girardo, S., Pisignano, D., Cingolani, R., Beltram, F. Acoustic-counterflow microfluidics by surface acoustic waves. Applied Physics Letters. 92 (10), 104103 (2008).
  9. Campbell, C. Surface acoustic wave devices for mobile and wireless communications. 1, Academic Press. San Diego, Toronto. (1998).
  10. Hashimoto, K. Y. Surface acoustic wave devices in telecommunications: modelling and simulation. , Springer. (2000).
  11. Royer, D., Dieulesaint, E. Elastic Waves in Solids II. Generation, Acousto-Optic Interaction, Applications. 2, Springer. (2000).
  12. Renaudin, A., Sozanski, J. P., Verbeke, B., Zhang, V., Tabourier, P., Druon, C. Monitoring SAW-actuated microdroplets in view of biological applications. Sensors and Actuators B: Chemical. 138 (1), 374-382 (2009).
  13. Glass, N. R., Tjeung, R., Chan, P., Yeo, L. Y., Friend, J. R. Organosilane deposition for microfluidic applications. Biomicrofluidics. 5 (3), 036501 (2011).
  14. Wereley, S. T., Meinhart, C. D. Recent advances in micro-particle image velocimetry. Annual Review of Fluid Mechanics. 42, 557-576 (2010).
  15. Augustsson, P., Barnkob, R., Wereley, S. T., Bruus, H., Laurell, T. Automated and temperature-controlled micro-PIV measurements enabling long-term-stable microchannel acoustophoresis characterization. Lab on a Chip. 11 (24), 4152-4164 (2011).
  16. Hebert, B., Costantino, S., Wiseman, P. W. Spatiotemporal image correlation spectroscopy (STICS) theory, verification, and application to protein velocity mapping in living CHO cells. Biophysical Journal. 88 (5), 3601 (2005).
  17. Rossow, M., Mantulin, W. W., Gratton, E. Spatiotemporal image correlation spectroscopy measurements of flow demonstrated in microfluidic channels. Journal of Biomedical Optics. 14 (2), 024014 (2009).
  18. Schindelin, J., Arganda-Carreras, I., Frise, E., Kaynig, V., Longair, M., Pietzsch, T., Preibisch, S., Rueden, C., Saalfeld, S., Schmid, B., et al. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nature Methods. 9 (7), 676-682 (2012).
  19. mpiv - MATLAB PIV Toolbox. , Available from: http://www.oceanwave.jp/softwares/mpiv/ (2012).
  20. mpiv - MATLAB PIV Toolbox. , Available from: http://wiseman-group.mcgill.ca/software.php (2012).
  21. Rogers, P. R., Friend, J. R., Yeo, L. Y. Exploitation of surface acoustic waves to drive size-dependent microparticle concentration within a droplet. Lab on a Chip. 10 (21), 2979-2985 (2010).
  22. Muller, P. B., Barnkob, R., Jensen, M. J. H., Bruus, H. A numerical study of microparticle acoustophoresis driven by acoustic radiation forces and streaming-induced drag forces. Lab on a Chip. 12 (22), 4617-4627 (2012).
  23. Luo, J. K., Fu, Y. Q., Li, Y., Du, X. Y., Flewitt, A. J., Walton, A. J., Milne, W. I. Moving-part-free microfluidic systems for lab-on-a-chip. Journal of Micromechanics and Microengineering. 19 (5), 054001-05 (2009).
  24. Lindken, R., Rossi, M., Große, S., Westerweel, J. Micro-particle image velocimetry (μPIV): recent developments, applications, and guidelines. Lab on a Chip. 9 (17), 2551-2567 (2009).
  25. Gedge, M., Hill, M. Acoustofluidics 17: Theory and applications of surface acoustic wave devices for particle manipulation. Lab on a Chip. 12 (17), 2998-3007 (2012).

Tags

Физика выпуск 78 Microfluidics Акустика инженерия характеристики потока измерения расхода визуализация потока (общего применения) струйная поверхностные акустические волны визуализация потока acoustofluidics MEMS Stics PIV микротехнологий акустики динамики частиц жидкостей потоков работы с изображениями визуализация
Изготовление, эксплуатация и визуализация потока в поверхностных акустических волнах управляемой акустической противотоком Microfluidics
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Travagliati, M., Shilton, R.,More

Travagliati, M., Shilton, R., Beltram, F., Cecchini, M. Fabrication, Operation and Flow Visualization in Surface-acoustic-wave-driven Acoustic-counterflow Microfluidics. J. Vis. Exp. (78), e50524, doi:10.3791/50524 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter