Summary
이 비디오에서 우리는 먼저 표면 탄성파 (SAW) 음향 역류 장치의 제조 및 운영 절차에 대해 설명합니다. 우리는 그 SAW 장치를 펌핑 내 성적 유동 가시화하고 복잡한 흐름의 정량 분석 모두 허용 실험 설정을 보여줍니다.
Abstract
지상 청각 파 (톱)은 음향 역류 현상을 통해 휴대용 미세 유체 칩의 액체를 구동하는 데 사용할 수 있습니다. 이 비디오에서 우리는 다층 SAW 음향 역류 장치의 제조 프로토콜을 제시한다. 이 장치는 두 개의 인터 트랜스 듀서 (IDTS) 적절한 마커 패턴 된에 리튬 니오브 (LN) 기판부터 제작된다. SU8 마스터 금형에 캐스팅 폴리 디메틸 실록산 (PDMS) 채널은 마지막 패턴 기판에 접착된다. 제조 절차에 따라, 우리는 PDMS 채널 그리드를 통해 유체를 펌프하기 위해 음향 역류 장치의 특성 및 운영 할 수 있도록하는 기술을 보여줍니다. 우리는 마침내 채널에서 액체의 흐름을 시각화하는 절차를 제시한다. 프로토콜은 이러한 소용돌이 입자 축적 도메인을 특징으로 층류 흐름과 더 복잡한 역학 등 다양한 흐름 정권에서 펌핑 온 - 칩 액을 표시하는 데 사용됩니다.
Introduction
미세 사회가 직면하고 지속적인 과제 중 하나는 진정한 휴대용 마이크로 전체 분석 시스템 (μTAS의)에 통합 소형화 할 수있는 효율적인 펌핑 메커니즘이 필요하다. 표준 매크로 펌프 시스템은 단순히 채널 크기가 마이크론 범위 아래로 감소하거나 아래로 때문에 체적 유량 불리한 조정에, μTAS의 필요한 이동성을 제공하기 위해 실패합니다. 반대로, 톱 유체 작동 메커니즘으로 증가하는 관심을 얻고있다 이러한 문제 1,2의 일부 솔루션에 대한 유망한 수단으로 나타납니다.
톱은 유체 (3)에 에너지 수송의 매우 효율적인 메커니즘을 제공하기 위해 표시되었습니다. 압전 기판, 예를 들면 리튬 니오브 (LN) 위에 SAW의 전파는 물결 레일리 각도 θ R = 죄로 알려진 각도의 경로에서 액체로 방사 될 때,722, 1 (C F /는 C의) 때문에 기판, C, S, 및 유체의 C F 사운드 속도의 불일치. 유체에 방사선이 누출 유체 음향 스트리밍을 구동 압력 파에 상승을 제공합니다. 장치에 적용되는 장치의 형상 및 전원에 따라이 메커니즘은 이러한 혼합 유체 입자 정렬, 분무 및 양수 1,4 등 온 - 칩 공정, 다양한 종류의를 작동하는 표시했다. SAW와 microfluids를 작동시키기의 단순성과 효율성에도 불구하고, 현재까지 증명 된 마이크로 유체 펌프 메커니즘을 구동 SAW의 작은 숫자가 있습니다. 첫 번째 데모는 압전 기판 3 SAW 전파 경로에 배치 무료 방울의 단순한 번역이었다. 이 새로운 방법은 미세 구동 방법으로 톱을 사용에 많은 관심을 생성하는 일이지만 유체에 대한 필요성은 여전히 존재했다동봉 채널 - 더 어려운 작업을 통해 구동. 황갈색 등은. 레이저 압전 기판에 직접 소작이 되었나요 마이크로 내에 펌핑 보여 주었다. 채널 IDT의 크기에 대하여 형상 변경에 의해, 그들은 균일 혼합 두 흐름 5 입증 할 수 있었다. 유리 등은. 최근 인기 실험실 - 온 - CD 개념 6,7의 진정한 소형화의 데모로, 원심 미세 유체와 SAW 작동 회전을 결합하여 마이크로와 마이크로 유체 구성 요소를 통해 유체를 이동하는 방법을 보여 주었다. 그러나 유일하게 완전히 동봉 입증되었습니다 메커니즘을 펌핑 Cecchini 등으로 남아있다.의 SAW 기반의 음향 역류 8이 비디오에 초점 구동 보았다. 그것은 액체의 미립화와 유착이의 진행 방향을 반대 방향으로 닫힌 채널을 통해 펌프로 활용coustic 파. 이 시스템은 마이크로 내에 놀라 울 정도로 복잡한 흐름을 야기 할 수 있습니다. 또한, 장치 구조에 따라, 그것은 층류 흐름에서 소용돌이 입자 축적 도메인에 의해 특징 복잡한 제도로, 흐름 방식의 범위를 제공 할 수 있습니다. 쉽게 장치 내의 유동 특성에 영향을 미칠 수있는 능력은 첨단 온 - 칩 입자 조작을위한 기회를 보여줍니다.
제조 장치, 실험 운영 및 유동 가시화 :이 프로토콜에서 우리는 실제적인 SAW 기반의 미세 유체의 주요 측면을 명확히하고 싶습니다. 우리가 명시 적으로 SAW 기반의 음향 역류 장치의 제조 및 운영에 대한 이러한 절차를 설명하는 동안,이 섹션은 쉽게 SAW 기반의 미세 유체 제도의 범위에 자신의 응용 프로그램에 대해 수정할 수 있습니다.
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Protocol
1. 장치 제작
- 디자인 2 포토 마스크 패턴의 첫 번째 표면 탄성파 (SAW) 계층 및 폴리 디메틸 실록산 (PDMS) 마이크로 몰드에 대한 두 번째.
- 첫 번째 포토 마스크는 인터 트랜스 듀서를 반대 한 쌍 (IDTS)는 SAW 지연 라인과 현미경 동안 채널 정렬과 공간 참조 마커로 알려져 있습니다. 우리의 표준 장치에서 우리는 손가락 폭 단일 전극 생각 없어이 P는 = 10 ㎛, 750 ㎛ 인, 25 직선 손가락 쌍의 구멍. 결과 IDT는 파장 톱을 생성 λ = 4 P 동작 주파수에 대응 = 40 μm의 F O = C SAW / λ 128 ≈ 100 MHz의 ° YX 리튬 니오브 (LN). 각 IDT 폭은 층을 접합하는 중에 부정합의 영향을 줄이기 위해 마이크로의 두 배 너비 이상이어야합니다. IDT 설계 매개 변수는 COMPR을 설명합니다ehensively 몇 권의 책에있는 9-11. 우리는 단지 하나의 IDT는 (채널 출구에 위치) 음향 - 역류의 채널로 유체를 구동 할 필요가 있다고 발언,하지만 패턴은 전체 지연 라인 디바이스 테스트에 도움이됩니다.
- 두 번째는 채널 입구를 형성하는 microchamber로, SAW 지연 선을 따라 정렬하는 간단한 미세 구조를 가지고 있습니다. 우리의 일반적인 장치에서 채널 폭 W = 300mm, 5 mm의 길이있다. 일반적으로 채널 폭이 마이크로의 SAW 전파 중 회절 효과를 방지하기 위해 최소 10 λ해야한다, 그러나 우리의 테스트에서 우리는 5 ~ 7 λ의 폭이 상당히 채널 내에서 SAW 전파에 영향을 미치지 않을 것으로 나타났습니다.
- LN 웨이퍼와 다니엘 2cm의 견본에 의하여 2cm로 시작합니다. 전송 현미경을 수행하기 위해서는 그 두 배 측 광택 웨이퍼를 사용하는 것이 필요하다. LN는 생체 적합성에 대한 표준이며, SAW합니다주요 축을 따라 편광 높은 압전 커플 링 계수는, 그러나 다른 압전 물질은 적절한 설계 고려 사항과 함께 사용할 수 있습니다.
- 아세톤에 헹굼 2 - 프로판올 및 질소 총을 건조하여 기판을 청소합니다.
- 1 분 동안 4,000 rpm에서 쉬 S1818과 함께 코트 샘플을 스핀.
- 90 부드러운 빵 ° C 핫 플레이트 1 분.
- 마스크 얼 라이너를 사용하여 SAW 레이어 마스크 샘플을 정렬하고 55 엠제이 / cm 2 UV 빛에 노출. 주의 LN 기판의 주요 축을 따라 IDT의 방향을 정렬하기 위해주의해야한다.
- 노출되지 않은 포토 레지스트를 제거하는 30 초 Microposit MF319 개발에서 샘플을 씻어.
- 탈 이온수에서 샘플을 세척하여 개발을 중단하고 질소 총을 말립니다.
- 열 증발에 의한 100 nm의 두께 금 층 다음에 10 나노 미터 두께의 티타늄 접착 층을 증착.
- 의를 sonicating하여 리프트 오프 수행아세톤에 충분한 후, 질소 총 2 - 프로판올 및 건조에 씻어.
- 마이크로 영역 12에서 소수성 있도록 장치 표면을 Silanize.
- 제조업체의 데이터 시트에 따라 광 리소그래피 AR-N-4340 부정적인 톤 포토 레지스트와 microchamber 영역을 마스크.
- 0.14 mbar의 압력과 약 450 바이어스 전압을주는 100 W 출력의 2 분 산소 플라즈마 (Gambetti Kenologia SRL, 콜리)를 이용하여 시료 표면을 활성화 V.
- 35 ML 헥사 데칸, 15 ML 사염화탄소 (사염화탄소) 및 흄 후드 내부의 비이커에 20 μl의 옥타 데실 트리클로로 실란 (OTS)를 섞는다. 솔루션에 장치를 배치하고 두 시간 동안 적용 둡니다.
- 2 - 프로판올로 장치를 세척하고 질소 총을 말립니다.
- 표면에 물 접촉각이 90 ° 이상 있는지 확인합니다. 접촉각이 부족하면, 샘플을 청소하고 1.11의 단계를 다시 수행합니다.
- 제거잔여은 아세톤에 2 - 프로판올을 세척하고 질소 총을 건조하여 샘플에 저항한다.
- 무선 주파수 도파관 표준 동축 커넥터 (RF-PCB)을 인쇄 회로 기판에 샘플을 장착하고 샘플 가장자리에 음향 흡수 (먼저 연락 폴리머)를 넣고 와이어 본딩 또는 포고 커넥터를 사용하여 IDT를 연결합니다.
- 채널 층의 마스터 몰드는 표준 광학 리소그래피를 사용하여 실리콘 (SI) 웨이퍼의 작은 조각에 SU-8로 패턴입니다. SU-8 형식과 석판 레시피 필요한 최종 PDMS 내부 채널 높이에 따라 달라집니다.
- 금형에 PDMS 캐스트
- 10:1 비율로 경화제와 PDMS를 섞는다.
- 탈기 1,320 XG에서 2 분 동안 PDMS를 원심 분리기.
- 1mm의 순서에 총 PDMS 높이에 페트리 접시에 SU-8 몰드에 부드럽게 PDMS를 부어. 페트리 접시 ORD 약 30 분 동안 진공 건조기에 배치 할 수 있습니다또한 가스를 PDMS에 어.
- 일단 탈기, ° C 오븐에서 한 시간 동안 80 가열하여 PDMS를 치료. 굽기 시간과 온도는 PDMS의 기계적 성질에 영향을 미칠 수 있습니다.
- 고체 PDMS 층을 준비
- , 외과 블레이드를 사용하여 채널을 중심으로 잘라 SU8 마스터가 손상되지 않도록주의하고, 벗기.
- 복제 가장자리는 그 세련되고 최소한 2 밀리미터 채널의 측면 측에 통관 및 채널 콘센트에 허가를 (오른쪽의 실수로) 떠나 면도날을 사용하여 정리하고 있습니다.
- 유체로드 입구를 형성하는 해리스 UNICORE 구멍을 뚫는를 사용하여 microchamber에 구멍을 펀치.
- 간단한 포멀 결합하여 LN 기판과 PDMS 채널을 결합. 가역 남아있는 동안 이런 방식으로 채권은 유체 테스트 단계에 걸쳐 개최한다.
- 두 표면은 압축 질소 공기 초과 파편을 멀리 불어 합류하기 전에 청소하고 있습니다. 그것은 C입니다패턴 정렬 마크에 따라 LN의 주요 축 채널을 맞출 조각을 조인 할 때 ritical.
- 전체 장치 회로도는 그림 1에 나와있다. 가게는 사용할 때까지 깨끗한 환경에서 장치를 완료했다.
참고 : 모든 제조 단계를 사용하기 전에 장치의 오염을 방지하기 위해 클린 룸 환경에서 수행하는 것이 중요합니다.
참고 : 광학 리소그래피 단계의 하나가 사용자 기본 방법으로 대체 할 수있다.
참고 : silanization 절차가 선호하는 소수성 코팅 방법 13를 대체 할 수 있습니다.
2. RF 장치 테스트
- 의 RF-PCB에 개방 / 단락 도파관을 사용하여 네트워크 나 스펙트럼 분석기를 보정합니다.
- 스펙트럼 분석기의 포트에 SAW 지연 선을 연결하고의 산란 행렬을 측정장치입니다. 단일 전극 센서의 쌍에 대한 전송 IDT의 동작 주파수를 중심으로 진 사인 함수의 절대 값과 비슷합니다. 반사 스펙트럼 딥은 (최소) 동일한 주파수 9-11에서 관찰된다. 주축 전형적인 값에 따라 100 MHz의 동작 주파수에서 우리의 장치에 -15 S11과 S22에 대한 dB 및 S 12 -10 dB는 (PDMS 채널이없는)입니다.
3. 미세 유체 및 입자 유동 역학 시각화 실험 및 분석
- 현미경으로 샘플을 놓습니다. 특정 광 설치가 관찰 할 SAW의 미세 유체 현상에 따라 달라집니다. 예를 들어, 4X 객관적이고 30 프레임 비디오 카메라가 장착 간단한 반사 현미경 유체 작성 역학을 연구하기에 적합 할 것입니다. 더 복잡한 미세 입자 역학을 조사하기 위해, 20X 목적 및 100 프레임 이상의 비디오 카메라가 장착 된 현미경을 사용하는 것이 필요할 수 있습니다. 그것은 importan입니다목적 및 프레임 속도 모두 어떤 공간적 시간적으로 중요한 흐름 기능을 캡처 할 수있을만큼 높은 것을 t.
- RF 신호 발생기 채널 출구 앞 IDT를 연결하고 산란 행렬 측정에서 관찰 된 공진 주파수로 작동합니다. 어쿠스틱 역류 실험에서 일반적인 동작 전력은 20 dBm의입니다. 필요한 경우, 높은 전력 UHF 증폭기를 사용합니다. 낮은 전력에서 장치를 실행하는 동안 음향 스트리밍 및 분무 현상은 음향 역류하지 않고 관찰 : 일반적으로 음향 스트리밍 재순환 0 dBm의에서 시작 분무 위의 14 dBm으로 발생합니다.
- 마이크로 피펫으로 microchamber으로 유체의 60 μl를로드합니다. 유체 수동적 microchamber로 확산됩니다. 필요한 경우, 부드럽게 microchamber 충전물을 선호하기 위하여 microchamber 표면에 밀어 넣습니다.
- 흐름을 시각화하기 위해 그것을 유체 마이크로 비드를 추가 할 필요가 있습니다. 입자 clust을 방지하기 위해주의슬림화, 이전의 실험에 입자 현탁액을 초음파 처리. 로드하는 동안 기판 장치에 0 dBm의 신호를 적용에 파티클 부착을 방지합니다.
- 현미경을 통해 비디오 녹화를 시작하고 음향 역류를 관찰하기 위해 운영 능력을 향상시킬 수 있습니다. 다른 흐름 방식은 입력 전원, 칩 설계 및 입자 직경에 의해 결정됩니다.
- 질적 역 동성을 포착하기 위해서는 유체의 흐름은 공간 참조로 마커를 사용하여 작성 채널의 다른 단계에서 초승달과 입구의 가까이에 기록 할 수 있습니다.
- 마이크로 입자 영상 속도계 (μPIV) 14,15 또는 시공간 이미지 상관 분광학 (STICS) 16,17에 의해 입자 역학의 정량적 측정을 수행하려면, 유체 흐름 뷰의 고정 필드의 관심 지점에 기록 할 수있다 입자 역학에 의해 부과 된 프레임 속도에서 최소 100 프레임.
- 이미지 처리 소프트웨어를 사용하여 비디오를 분석합니다. 사용되는 소프트웨어의 선택은 그 현상에 따라 달라집니다. 예를 들어, 분무 물방울 입자 축적의 공간적 주기성, 또는 희석 입자 등의 피지 같은 간단한 프리웨어 이미지 분석 소프트웨어를 수동으로 추적 크기 분포를 정량화하는 것은 18 적당하다; 순서 얻을 반면 간소화하고 속도 필드 측정, mPIV을 받아서 19 또는 STICS 20 코드가 필요합니다. 우리의 분석에서 사용자 정의 STICS 코드를 MATLAB에서 작성하지만 언어를 코딩 바람직한 대안은 동등하게 수용 할 수 있습니다.
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Representative Results
그림 2는 마이크로 레이어 LN 층을 접합하기 전에 촬영 한 장치 RF 테스트의 대표적인 결과를 보여줍니다 : 일반 S 11, S 12 스펙트럼은 각각 패널)와 b)에보고됩니다. S 11 스펙트럼의 중심 주파수에서 계곡의 깊이있는 RF 전력 변환 효율에 관련된 것은 기계의 힘을 보았다. 따라서, IDT 손가락 쌍의 고정 번호, 계곡 최소의 감소는 장치를 작동하는 데 필요한 전력의 감소가 발생합니다. 이 최소 주파수에서, 장치는 가장 효율적으로 펌핑 유체를 작동하는 음향 파가 생성됩니다, 따라서 우리는 장치를 작동하도록 선택하는 포인트입니다. 따라서 100 MHz의 동작 주파수에서 우리의 장치에서 주축 일반적인 값은 아래 S 11 -10 dB이다. -10 dBm으로 위의 값은 손상 또는 단락 변환기, 일 경우를 의미 할 수 있습니다ING는 증가 입력 전원이 필요합니다. 이 값은, IDT 임피던스를 일치하는 외부 매칭 네트워크를 사용하거나 IDT 디자인에 9-11으로 줄일 수 있습니다. S 12 스펙트럼의 최대 RF 전력 변환 효율 관련 둘 다 및 지연 라인을 따라 생각 없어 및 SAW의 감쇠에 의해 기계적인 힘을 보았다. 이 값의 감소 (일반적으로 우리의 장치에서 -10 dBm의 정도) IDTS의 결함 (S11 스펙트럼 딥 크기의 감소에 의해서도 관찰), SAW 지연 라인의 정렬 불량 또는 균열에서 줄기 수 있습니다.
그림 3은 네 가지 특징적인 흐름 패턴은 500 nm의 라텍스 구슬을 사용하여 관찰 보여줍니다. 각 패널 입자가 STICS 인한 간소화 보여줍니다. 분석 광 전송 현미경으로 얻은 100 fps로 2 초 기록을 수행 하였다. 입자에 작용하는 두 개의 지배적 인 힘의 균형의 상세한 역학 결과 : 항력 및 음향 연구adiation 힘 21,22. 항력 음향 역류의 두 가지 구성 요소가 있습니다 : 어쿠스틱 스트리밍으로 알려진 순환에 발생하는 유체의 음향 에너지의 소비에서 다른 결과를 작성 채널에 의한 대량 수송에서 하나의 결과를. 음향 스트리밍 및 물에 압력 파 등의 음향 방사 힘 부패가 감소됩니다. 패널)와 b) 채널 입구에서 두 개의 서로 다른 결과를 보여줍니다. 패널에) 두 개의 대칭 와류가 작성 어쿠스틱 역류 채널의 시작 부분에 음향 스트리밍 현상에 의해 관찰된다. 채널이 부분적으로 채워진 잠시 후, 패널 B)의 발전 유체 정면으로 입구에서 acoustofluidic 효과의 억제에 의한 층류 흐름을 보여줍니다. 패널 C)와 패널 D)는 채널이 부분적으로 채워진 된 반월 상 연골의 근처에 두 개의 서로 다른 상황을 보여줍니다. 패널 C에서)입자 선에 축적 초승달과 같은 속도로 이동 관찰된다. 이 입자 역학이 음향 방사 힘에 의해 지배되는 대표적인 경우입니다. 항력 및 음향 스트리밍 효과의 지배의 대표적인 역학이 입자는 두 개의 소용돌이를 따라 초승달에서 300mm 내에서만 대역에서 축적되는) 패널 D에 표시되어, 기판 표면 부근에 있습니다.
그림 1. 상위 뷰 (a)와 등각 투영 뷰 (B) 완료 역류 장치 (눈금 표시)의 장치가 두 개의 레이어로 구성됩니다. 아래는 LN에 골드 패턴 IDTS 구성하고, PDMS 마이크로 채널의 상단. RF 신호는 왼쪽 IDT에 적용되며, 해당 SAW 오른쪽으로 전파됩니다. 유체의 순환 유체 흡입구에서 흘러왼쪽 IDT으로 권리가 있습니다. 일반적인 칩 크기는 PDMS 층에 대한 X SAW 계층에 대한 10mm × 0.5 mm를, 그리고 10mm X 5mm X 4mm 25mm입니다. 기능 치수는 프로토콜의 1 단계에 나와 있습니다.
그림 2. SAW-역류 장치의 S-파라미터 일반. 스펙트럼의 공진 주파수 () S 11 (b)는 S (12)가 95 MHz에서 볼 수 있습니다. 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오 .
그림 3. 네 가지 특징적인 흐름 패턴은 음향 역류 채널에서 500 nm의 라텍스 구슬을 사용하여 관찰 하였다. 각 파에 표시된 합리화2 초 광 전송 현미경 100 30fps에서 녹음, 그리고 STICS 분석에서 NEL 결과는 각 비디오의 마지막 프레임에 오버레이됩니다. 채널 입구는 () 시간이 채널을 채우기 위해 시작, 채널 후 (B) 나중에 t = 0, 부분적으로 채워진에서 볼 수 있습니다. 반월 상 연골의 앞 가장자리는 입자의 축적 라인 (C) 층류, 및 (D) 더 복잡한 와류 유동의 경우에 대해 볼 수 있습니다, 계획은 장치 구조에 의해 결정되고있다. 흐름 패턴은 20 dBm의에서 운영하는 전형적인 장치 하였다. 이 실험에 대한 흐름 속도는 1의 순서에 있었다 - 10 채널을 통해 NL / s의 소용돌이의 평균 유속은 1mm / 초만큼 높은 수있는 동안.
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Discussion
미세 사회가 직면 한 가장 큰 도전 중 하나는 진정한 휴대용 점의 배려 장치의 작동 플랫폼의 실현이다. 제안 된 통합 마이크로 펌프 23 사이, 지상 청각 파 (톱)를 기반으로하는 인해 유체의 혼합, 분무 입자 농도 및 분리 4 연관된 기능에 특히 매력적이다. 본 논문에서는 먼저 Cecchini 등에 의해 설명 된대로 액추에이터를 보았다. 8 유체 칩에 통합하여 폐쇄 된 PDMS 마이크로 채널에 빠지게되는 실험실 - 온 - 칩 디바이스를 제작하고 운영하는 방법을 설명했다.
위의 절차에서 설명한대로 장치 제조에 관한, 그것은 그렇지 않으면 IDTS의 결함, 미세 형상, 표면 젖음성이 발생할 수 있습니다, 제조 프로토콜의 모든 단계에서 청결을 유지하는 것이 매우 중요합니다. IDTS에 결함이 일의 증가로 이어질 수 있습니다E는 운영 전원 또는 SAW의도 효과 전달이 필요했다. 주의 마이크로 제조에 지정해야합니다. 평면 깨끗한 표면을 현미경 필요합니다. 마이크로 가장자리에 결함이 초승달 피닝의 원인 및 채널 충전 속도 및 칩의 신뢰성을 모두 줄일 수 있습니다. 이러한 결함은 유동 특성을 변경하고 핵 거품이 완전히 펌핑 유체를 비활성화시킬 수 있습니다. 주의 표면 기능화에주의해야합니다. 기판 하단 인터페이스와 PDMS 측면과 상면으로 구성된 채널 벽 전체 친수성 경우, 모세관 구동 충전 펌핑 활성 SAW 방지 할 수 있습니다. 반대로, 기판 표면이 너무 소수성 경우, 물방울이 초승달에서 분무 채널 충전물을 방지 효과적으로 병합하지 않을 것입니다. 기판 작용의 불균일, 따라서 점과 모세관 중심의 영역을 고정으로 역학을 작성 신뢰할 수없는 채널에 연결됩니다.
마주 흐름에 관하여ualization 입자 역학 연구는 입자의 직경은 결과 관찰 역학에 매우 중요합니다. 입자 (유체의 압력 파에서 직접 운동량 전달에 의한) 힘을 드래그 모두 대상 (유체 흐름에 의한) 및 음향 방사 힘이됩니다. 항력이 입자 반경에 비례하지만, 음향 방사 힘은 입자의 양에 비례한다. 입자 직경이 감소되는 항력은 입자 역학을 지배하고, 입자 따라서 더 밀접하게 유체의 흐름을 따릅니다. 이러한 방법으로 우리는 장치의 설계에 대하여 적절하게 작은 입자 직경을 선택하여 유체 흐름의 정확한 시각화를 얻을 수 있습니다. 같은 직경의 입자가 두 유체가 정확하게 합리화, 또는 반대로 음향 방사 힘에 의해 지배되는, 장치 구조에 따라 재현 할 수 있습니다. 구슬 및 시각화 기법의 크기에 따라 필요한 광학 변경 될 수 있습니다.입자 농도는 실험 목적에 또한 의존 mPIV 낮은 입자 농도의 경우 14,24을 선호하지만, 큰 입자의 농도가 더 나은 통계를 허용하고 질적으로 시각화 단일 이미지를 간소화합니다. 입자 용액은 단 분산해야하며 입자 속도 필드의 질적 및 양적 이해를위한 클러스터없이해야한다.
많은 노력은 생물 학적 샘플에서 응용 프로그램을 정렬의 관점에서 25 마이크로 크기의 입자의 행동을 이해에게 헌정되었다. 기본 정렬, 구슬과 연구를 수행하기 위해, 입자 및 채널 작용은 입자의 부착 및 채널 막힘을 방지하기 위해 매우 중요합니다.
이 비디오에서 우리는 유체가 폐쇄 된 PDMS 마이크로 그리드의 온 - 칩 구동되는 SAW 기반의 음향 역류 장치를 제작하고 운영하는 방법을 보여 주었다. 특별한주의는 devo했다acoustophoretic 정렬 응용 프로그램의 기초이다 입자 역학의 시각화 테드.
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Disclosures
저자는 공개 아무것도 없어.
Acknowledgments
저자는 인정하는 사람은 아무도이 없습니다.
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 |
References
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