Summary
En este video lo primero que describen los procedimientos de fabricación y operación de una onda acústica de superficie (SAW) dispositivo de contraflujo acústico. Se demuestra a continuación, un montaje experimental que permite tanto la visualización del flujo cualitativo y el análisis cuantitativo de los flujos de complejos dentro del dispositivo de bombeo SAW.
Abstract
Las ondas acústicas de superficie (SAW) se pueden utilizar para conducir líquidos en los chips de microfluidos portátiles a través del fenómeno de contracorriente acústica. En este video se presenta el protocolo de fabricación de un dispositivo de contraflujo acústica SAW capas. El dispositivo se fabrica a partir de un substrato de niobato de litio (LN) sobre el que se modelan dos transductores interdigitales (IDT) y los marcadores apropiados. Un canal de polidimetilsiloxano (PDMS) lanzado sobre un molde maestro SU8 finalmente se une al sustrato modelado. Siguiendo el procedimiento de fabricación, se muestran las técnicas que permiten la caracterización y el funcionamiento del dispositivo de contracorriente acústica con el fin de bombear fluidos a través de la trama del canal de PDMS. Finalmente se presenta el procedimiento para visualizar el flujo de líquido en los canales. El protocolo se utiliza para mostrar el fluido en el chip de bombeo bajo diferentes regímenes de flujo, tales como flujo laminar y la dinámica más complicados caracterizado por vórtices y dominios de acumulación de partículas.
Introduction
Uno de los retos continuos que enfrenta la comunidad de microfluidos es la necesidad de tener un mecanismo de bombeo eficiente que puede ser miniaturizado para la integración en sistemas de micro-análisis total de verdaderamente portátiles (de μTAS). Sistemas de bombeo macroscópicas estándar simplemente no pueden proporcionar la portabilidad necesaria para μTAS de, debido a la escala desfavorable de los caudales volumétricos como el tamaño del canal disminuye hacia abajo a la orden de micras o por debajo. Por el contrario, las sierras han ganado un creciente interés como mecanismos de accionamiento de fluido y aparecen como una vía prometedora para la solución de algunos de estos problemas 1,2.
SAW se muestran para proporcionar un mecanismo muy eficiente de transporte de energía en los líquidos 3. Cuando una sierra propaga sobre un sustrato piezoeléctrico, por ejemplo, niobato de litio (LN), la onda se irradiaron en ningún fluido a su paso en un ángulo conocido como el ángulo θ Rayleigh R = sen722; 1 (c f / c s), debido a la falta de coincidencia de velocidades del sonido en el sustrato, c s, y el c f fluido. Esta fuga de radiación en el líquido da lugar a una onda de presión que impulsa corriente acústica en el líquido. Dependiendo de la geometría del dispositivo y la potencia aplicada al dispositivo, este mecanismo se muestra para accionar una amplia variedad de procesos en el chip, como líquido de mezcla, la clasificación de partículas, la atomización, y 1,4 de bombeo. A pesar de la sencillez y la eficacia de la actuación de microfluidos con SAW, sólo hay un pequeño número de SAW impulsado mecanismos de bombeo de microfluidos que se ha demostrado hasta la fecha. La primera demostración fue la simple traducción de las gotitas libres colocados en la trayectoria de propagación SAW en un sustrato piezoeléctrico 3. Este nuevo método generó mucho interés en el uso de SAW como un método de accionamiento de microfluidos, sin embargo, había todavía una necesidad de fluidos aser conducido a través de canales-una cerrados tarea más difícil. Tan et al. Demostró bombeo dentro de un microcanal que se realizó ablación con láser directamente en el sustrato piezoeléctrico. Por modificación geométrica con respecto al canal y las dimensiones IDT, que fueron capaces de demostrar los flujos tanto uniformes y de mezcla 5. Glass et al. Demostró recientemente un método para mover los fluidos a través de microcanales y componentes de microfluidos mediante la combinación de SAW rotaciones accionados con microfluidos centrífugas, como una demostración de la verdadera miniaturización del popular concepto de Lab-on-a-CD 6,7. Sin embargo, el único completamente cerrado SAW impulsado mecanismo que se ha demostrado de bombeo sigue siendo Cecchini et al. 'S contracorriente acústica SAW-8-impulsado por el foco de este vídeo. Se aprovecha para ello la atomización y la coalescencia de un fluido para bombear a través de un canal cerrado en la dirección opuesta a la dirección de propagación de la unaola Coustic. Este sistema puede dar lugar a los flujos sorprendentemente complejos dentro de un microcanal. Por otra parte, dependiendo de la geometría del dispositivo, se puede proporcionar una gama de esquemas de flujo, a partir de flujos laminares a regímenes más complejas caracterizadas por vórtices y dominios de acumulación de partículas. La capacidad de influir fácilmente las características de flujo dentro del dispositivo muestra oportunidades para manipulación avanzada de partículas en el chip.
En este protocolo se quiere aclarar los principales aspectos prácticos de microfluidos basados en SAW: fabricación del dispositivo, la operación experimental, y la visualización de flujo. Mientras que estamos describiendo explícitamente estos procedimientos para la fabricación y el funcionamiento de los dispositivos de contraflujo acústicas impulsadas por SAW, estas secciones se pueden modificar fácilmente para su aplicación a una amplia gama de regímenes de microfluidos SAW-impulsados.
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Protocol
1. Fabricación del dispositivo
- Diseño dos máscaras, la primera para el patrón de la onda acústica de superficie (SAW) capa y la segunda para el polidimetilsiloxano (PDMS) molde de microcanales.
- La primera fotomáscara tiene un par de oponerse a transductores interdigitales (IDT)-también conocida como una línea de retardo SAW-y marcadores para la alineación y el canal de referencia espacial durante la microscopía. En nuestro dispositivo estándar tenemos IDT solo electrodo con un dedo de ancho p = 10 m, abertura de 750 m, y 25 pares de dedos rectos. La IDT resultante genera sierras con una longitud de onda λ = 4 p = 40 micras correspondientes a una frecuencia de funcionamiento f o = c SIERRA / λ ≈ 100 MHz en 128 ° YX niobato de litio (LN). Cada anchura de IDT debe estar por encima de dos veces la anchura del microcanal para reducir cualquier efecto de desalineación, mientras que la unión de las capas. Parámetros de diseño IDT se discuten comprehensively en varios libros 9-11. Estamos observación de que sólo una IDT (colocado en el canal de salida) es necesario para conducir el fluido en el canal en acústico contracorriente, pero los patrones de una línea de retardo completo ayuda en las pruebas del dispositivo.
- El segundo tiene una estructura de microcanal simple para ser alineado a lo largo de la línea de retardo SAW, con una microcámara para formar el canal de entrada. En nuestros dispositivos típicos, los canales tienen una anchura w = 300 mm y una longitud de 5 mm. Como regla general, la anchura del canal debe ser de al menos 10 λ para evitar los efectos de difracción durante la propagación SAW en el microcanal, sin embargo, en nuestras pruebas, se encontró que una anchura de 7 ~ λ no afectaría significativamente a la propagación SAW dentro del canal.
- Comience con una oblea de LN y se unirá a 2 cm por 2 cm de la muestra. Con el fin de realizar microscopía de transmisión que es necesario el uso de una oblea pulida de doble lado. Tenga en cuenta que LN es un estándar para su biocompatibilidad y la sierrapolarización y alto coeficiente de acoplamiento piezoeléctrico a lo largo del eje mayor, sin embargo, otros materiales piezoeléctricos pueden ser usados con las consideraciones de diseño apropiados.
- Limpiar el sustrato por lavado en acetona, 2-propanol y secado con una pistola de nitrógeno.
- Girar la capa de la muestra con Shipley S1818 a 4000 rpm durante 1 min.
- Hornear suave a 90 ° C durante 1 min en un plato caliente.
- Alinear la muestra con la máscara de capa SAW con un alineador de máscara y exponga a la luz UV con un 55 mJ / cm 2. Se debe tener cuidado para alinear la dirección IDT a lo largo del eje mayor del sustrato LN.
- Lavar la muestra en Microposit MF319 desarrollador durante 30 segundos para eliminar la resina fotosensible no expuesta.
- Detener el desarrollo de un enjuague de la muestra en agua desionizada y séquelo con una pistola de nitrógeno.
- Deposita una capa de adhesión de titanio de 10 nm de espesor seguido de capa de oro de 100 nm de espesor por evaporación térmica.
- Lleve a cabo el despegue sonicando la samplia en acetona, luego enjuague en 2-propanol y secar con una pistola de nitrógeno.
- Silanizar la superficie del dispositivo para que sea hidrófobo en la zona microcanal 12.
- Cubra el área con microcámara AR-N-4340 fotoprotector tono negativo por la litografía óptica de acuerdo con la hoja de datos del fabricante.
- Active la superficie de la muestra con un mínimo de oxígeno plasma (Gambetti Kenologia Srl, Colibri) de 0,14 mbar y una potencia de 100 W da una tensión de polarización de aproximadamente 2 450 V.
- Mezclar 35 ml de hexadecano, 15 ml de tetracloruro de carbono (CCl 4), y 20 l octadeciltriclorosilano (OTS) en un vaso de precipitados en el interior de una campana de humos. Coloque el dispositivo en la solución, y dejar cubierto durante dos horas.
- Enjuague el aparato con 2-propanol y séquelo con una pistola de nitrógeno.
- Compruebe que el ángulo de contacto del agua en la superficie está por encima de 90 °. Si el ángulo de contacto es insuficiente, limpie la muestra y vuelva a realizar los pasos de 1.11.
- Eliminarel residuo resistir en la muestra mediante lavado en acetona, 2-propanol y secado con una pistola de nitrógeno.
- Coloque la muestra sobre una placa de circuito impreso con guías de ondas de radiofrecuencia y conectores coaxiales estándar (RF-PCB), y luego poner absorbente acústico (First Contact polímero) en los bordes de la muestra y conecte el IDT por unión de cables o mediante conectores pogo.
- Un molde maestro de la capa de canal se modela con SU-8 en una pequeña pieza de silicio de la oblea (Si) usando fotolitografía óptica estándar. SU-8 tipo y la receta de fotolitografía será dependiente de la altura de PDMS canal interno final requerido.
- Moldeada en el molde de PDMS
- Mezclar PDMS con un agente de curado en una relación de 10:01.
- Centrifugar el PDMS durante 2 min a 1.320 xg durante desgasificación.
- Verter el PDMS suavemente sobre el SU-8 molde en una placa de Petri a una altura total de PDMS en el orden de 1 mm. El plato de Petri abierta puede ser colocado en un desecador de vacío durante aproximadamente 30 min en order para desgasificar la PDMS más.
- Una vez desgasificada, curar PDMS por calentamiento a 80 ° C durante una hora en un horno. Tenga en cuenta que el tiempo de cocción y la temperatura pueden afectar a las propiedades mecánicas de PDMS.
- Preparar la capa de PDMS sólida
- Corte alrededor del canal utilizando una cuchilla quirúrgica, teniendo cuidado de no dañar el SU8 amo, y despegarlo.
- Bordes de réplica son entonces refinados y enderezadas usando una cuchilla de afeitar dejando al menos 2 mm de separación en el lado lateral de la canal y hay holgura (cortar a través de) a la salida del canal.
- Haz un agujero en la microcámara usando un golpeador Unicore Harris para formar la entrada de fluido de carga.
- Bonos del canal de PDMS con el sustrato LN por simple unión conforme. De esta manera el vínculo celebrará durante la etapa de análisis del líquido sin dejar de ser reversible.
- Ambas superficies se limpian antes de unirse al soplar el exceso de suciedad con aire comprimido, nitrógeno. Es critical cuando se unen las piezas para alinear el canal con el eje mayor de la LN de acuerdo con las marcas de alineación estampados.
- El esquemática dispositivo completo se muestra en la Figura 1. Tienda completó dispositivos en un entorno limpio hasta su uso.
Nota: Es importante que se llevan a cabo todos los pasos de fabricación en un entorno de sala limpia para evitar la contaminación del dispositivo antes de su uso.
Nota: Cualquiera de los pasos de litografía óptica puede ser reemplazado por los métodos preferidos por los usuarios.
Nota: El procedimiento de silanización puede ser sustituido por un método de recubrimiento hidrófobo preferido 13.
2. Verificación de Dispositivos de RF
- Calibrar la red o analizador de espectro con una guía de onda abierta / a en tu RF-PCB.
- Conecte la línea de retardo SAW a los puertos de un analizador de espectro y medir la matriz de dispersión deldispositivo. La transmisión de un par de transductores de un solo electrodo se parecerá al valor absoluto de una función sinc centrada en la frecuencia de funcionamiento de la IDT. En el espectro de reflexión se observa un baño (mínimo) a la misma frecuencia 9-11. En nuestros dispositivos a 100 MHz frecuencia de funcionamiento a lo largo de los principales valores típicos son eje -15 dB para S11 y S22 y -10 dB para S 12 (sin canales de PDMS).
3. Microfluídica y flujo de partículas Dinámica Visualización experimento y análisis
- Colocar la muestra bajo un microscopio. La configuración óptica específica depende de la sierra de microfluidos fenómenos que deben ser observadas. Por ejemplo, un microscopio simple reflexión equipado con un objetivo 4x y una cámara de 30 fps de vídeo será adecuado para estudiar la dinámica de llenado de fluido. Para investigar la dinámica de micropartículas más complejos, puede ser necesario el uso de un microscopio equipado con un objetivo 20X y 100 fps o una cámara de vídeo superior. Es IMPORTANTESt que tanto el objetivo y la velocidad de fotogramas son lo suficientemente alto como para captar las características de flujo importantes espacial y temporalmente.
- Conectar el IDT en frente de la salida del canal a un generador de señal de RF y funcionar a la frecuencia de resonancia se observa en las mediciones de matriz de dispersión. La potencia de funcionamiento típica en experimentos acústico contracorriente es de 20 dBm. Si es necesario, utilice un amplificador de UHF de alta potencia. Acoustic-streaming y los fenómenos de atomización se observan sin contracorriente acústica mientras se ejecuta el dispositivo en una energía más baja: normalmente recirculación acústica-streaming comienza en 0 dBm y la atomización se produce por encima de 14 dBm.
- Cargar 60 l de fluido en la microcámara con una micropipeta. Fluido se difundirá pasivamente en la microcámara. Si es necesario, empuje suavemente la superficie microcámara para favorecer el llenado microcámara.
- Con el fin de visualizar el flujo es necesario para añadir microperlas al fluido. Tenga en cuenta que con el fin de evitar CLUST partículaERING, someter a ultrasonidos la suspensión de partículas antes de los experimentos. Para evitar la adhesión de las partículas sobre el sustrato se aplica una señal de 0 dBm para el dispositivo mientras se carga.
- Comienza la grabación del vídeo a través del microscopio y aumentar la potencia de funcionamiento con el fin de observar contracorriente acústica. Diferentes esquemas de flujo serán determinados por la potencia de entrada, el diseño de chips y diámetro de partícula.
- Con el fin de capturar cualitativamente la dinámica, el flujo de fluido tiene que ser registrada en la proximidad del menisco y de entrada en diferentes etapas del canal de llenado utilizando marcadores como una referencia espacial.
- Para realizar la medición cuantitativa de la dinámica de las partículas por micro partículas velocimetría de imagen (μPIV) 14,15 o espectroscopia de correlación de imágenes espacio-temporal (Tablas) 16,17, el flujo de fluido tiene que ser grabada en el lugar de interés con un campo de vista fijo por lo menos 100 fotogramas a una velocidad impuesta por la dinámica de partículas.
- Analizar el vídeo con el software de procesamiento de imágenes. La elección del software a utilizar depende de los fenómenos de interés. Por ejemplo, para cuantificar la distribución del tamaño de las gotitas atomizadas, periodicidad espacial de la acumulación de partículas o de seguimiento manual de las partículas diluidas, el software de análisis de imagen simple del freeware como Fiji es adecuado 18, mientras que el fin de obtener corrientes de aire y las mediciones de campo de velocidad, personalizar MPIV se requiere 19 o código TICAS 20. En nuestro análisis de código personalizado TICAS está escrito en MATLAB, sin embargo, una alternativa preferida codificación del lenguaje puede ser igualmente aceptable.
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Representative Results
La Figura 2 muestra los resultados representativos de las pruebas de RF dispositivo que se tomaron antes de unir la capa de LN a la capa de microcanal: típica S 11 y S 12 espectros se informó en el panel a) y b), respectivamente. La profundidad del valle a la frecuencia central en S espectro 11 está relacionado con la eficiencia de conversión de potencia de RF en SAW potencia mecánica. Por lo tanto, para un número fijo de pares de dedos IDT, una reducción en el mínimo valle se traducirá en una reducción de la potencia necesaria para operar el dispositivo. A la frecuencia de este mínimo, el dispositivo va a generar más eficiente la onda acústica para accionar el fluido de bombeo, y por lo tanto es el punto en el que elegimos para operar el dispositivo. En nuestros dispositivos a 100 MHz frecuencia de funcionamiento a lo largo de los principales valores típicos de eje están por debajo de -10 dB para S 11. Valores por encima de -10 dBm pueden significar un transductor dañado o en corto, que si el trabajoción, será necesario aumentar la potencia de entrada. Este valor se puede reducir haciendo coincidir la impedancia de IDT, utilizando una red de adaptación externa, o por IDT diseño 9-11. El máximo del espectro 12 S es a la vez relacionados con la eficiencia de conversión de potencia de RF y vimos energía mecánica por los temas de debate y de la atenuación de la sierra a lo largo de la línea de retardo. La reducción de este valor (por lo general alrededor de -10 dBm en nuestros dispositivos) puede deberse a defectos en IDT (observados también por una reducción de la magnitud chapuzón en la gama S11), falta de alineación de la línea de retardo SAW, o grietas.
La Figura 3 muestra cuatro patrones de flujo diferentes característicos observados usando perlas de 500-nm de látex. Cada panel muestra partículas agiliza resultante de Tablas. El análisis se realizó en una grabación de 2 segundos a 100 fps obtenidos por microscopía de transmisión óptica. La dinámica detallados resultados del equilibrio entre las dos fuerzas dominantes que actúan sobre las partículas: la fuerza de arrastre y acústicas rfuerza adiation 21,22. La fuerza de arrastre tiene dos componentes en contracorriente acústica: uno Resultados de transporte de masa debido al canal de llenado, los otros resultados de la disipación de la energía acústica en el fluido que surja en una recirculación conocido como corrientes acústicas. Ambas corrientes acústicas y radiación acústica decaimiento fuerza que la onda de presión en el agua atenúa. Los paneles a) yb) muestran dos resultados diferentes a la entrada del canal. En el panel A) dos vórtices simétricos se observan debido a los fenómenos acústico-de streaming en el comienzo del canal acústico-contracorriente de llenado. Después de algún tiempo, cuando el canal está parcialmente lleno, el panel b) muestra de flujo laminar debido a la supresión de los efectos acoustofluidic en la entrada por el frente de fluido avance. El panel C) y el panel d) muestran dos situaciones diferentes en la proximidad del menisco cuando el canal está parcialmente lleno. En el panel c)se observan partículas se acumulan en las líneas y se mueve a la misma velocidad que el menisco. Este es el caso representativo en el que la dinámica de partículas está dominado por la fuerza de radiación acústica. La dinámica representativos de la dominancia de fuerza de arrastre y los efectos acústicos de transmisión se muestran en el panel d) en el cual las partículas siguen dos vórtices y se acumulan sólo en las bandas dentro de 300 mm desde el menisco, cerca de la superficie del sustrato.
Figura 1. Vista superior (a) y vista isométrica (b) del dispositivo de contracorriente completado (no a escala) El dispositivo se construye a partir de dos capas;. La parte inferior compuesta de oro con dibujos IDT en LN, y la parte superior de la PDMS microcanal. La señal de RF se aplica a la IDT izquierda, y el SAW correspondiente se propagará a la derecha. El líquido fluirá desde la entrada de fluido circular sobrela derecha en dirección a la IDT izquierda. Las dimensiones típicas de chip son 25 mm x 10 mm x 0,5 mm para la capa de SAW, y 10 mm x 5 mm x 4 mm para la capa de PDMS. Dimensiones de características se dan en el paso 1 del protocolo.
Figura 2. Parámetros S típica para un dispositivo SAW-contracorriente. La frecuencia de resonancia en el espectro (a) S 11 y (b) S 12 puede verse a 95 MHz. Haz clic aquí para ver más grande la figura .
Figura 3. Cuatro patrones de flujo diferentes características observadas utilizando perlas de 500 nm de látex dentro del canal de contraflujo acústico. Las líneas de corriente se muestra en cada panel resultado del análisis TICAS de 2-segundos de grabación a 100 fps con microscopía de transmisión óptica, y se sobrepuso en el cuadro final de cada video. El canal de entrada se puede ver en (a) el tiempo t = 0, cuando el canal comienza a llenar, y en una (b) el tiempo más tarde después de que el canal se llena parcialmente. El borde de ataque del menisco se puede ver en el caso de (c) de flujo laminar con las líneas de acumulación de partículas, y (d) el flujo de vórtice más complejo; el esquema está determinada por la geometría del dispositivo. Los patrones de flujo se obtuvieron en un dispositivo típico que funciona a 20 dBm. Las velocidades de flujo para estos experimentos estaban en el orden de 1 - 10 nl / s a través del canal, mientras que la velocidad media de flujo en los vórtices podría ser tan alta como 1 mm / seg.
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Discussion
Uno de los mayores desafíos que enfrenta la comunidad de microfluidos es la realización de una plataforma de actuación para dispositivos verdaderamente portátiles de punto de cuidado. Entre la propuesta microbombas integrado 23, que se basan en las ondas acústicas de superficie (SAW) son particularmente atractivas debido a sus capacidades asociadas en la concentración y separación de mezcla 4, la atomización y la partícula de fluido. En este trabajo hemos demostrado cómo fabricar y utilizar un dispositivo de lab-on-chip en el que se dirigió fluido en un cerrado PDMS microcanales por integrarse en un chip SAW actuadores como se ha descrito por primera vez por Cecchini et al. 8.
En cuanto a la fabricación del dispositivo como se ilustra en el procedimiento anterior, es muy importante para mantener la limpieza en todos los puntos del protocolo de fabricación, de lo contrario las imperfecciones en los temas de debate, forma microcanal, y humectabilidad de la superficie puede surgir. Imperfecciones en los temas de debate se pueden llevar a un aumento de the requiere potencia de funcionamiento o incluso ineficaces transducción de la sierra. Se debe prestar atención a la fabricación de microcanales. Se necesita una superficie plana y limpia para la microscopía. Los defectos en los bordes de microcanales pueden causar menisco colocación de clavos y reducir tanto la velocidad de relleno de canal y la fiabilidad del chip. Estos defectos pueden también nuclean burbujas que alteran las características de flujo y puede desactivar el fluido de bombeo completo. Se debe tener cuidado en la funcionalización de la superficie. Si las paredes del canal que consiste en la interfaz substrato inferior y las superficies laterales y la parte superior de PDMS son en general hidrófila, llenado capilar impulsado impide SIERRA bombeo activo. A la inversa, si la superficie del sustrato es demasiado hidrófobo, las gotas atomizadas a cabo del menisco no se fundirían con eficacia, la prevención de relleno de canal. Falta de homogeneidad en la funcionalización sustrato por lo tanto, conduce a la canal no fiable de llenado dinámica con puntos y regiones impulsados por capilaridad fijación.
En cuanto a flujo de visualization y estudios de dinámica de partículas, el diámetro de partícula es fundamental para la dinámica observada resultantes. Las partículas se sometieron tanto a fuerza de arrastre (debido al flujo de fluido) y la fuerza de radiación acústica (debido a la transferencia de momento directa de las ondas de presión en el fluido). Mientras que la fuerza de fricción es proporcional al radio de la partícula, la fuerza de radiación acústica es proporcional al volumen de la partícula. La fuerza de arrastre dominará la dinámica de partículas medida que se reduce el diámetro de partícula, y por lo tanto las partículas va a seguir el flujo de fluido más estrechamente. De esta forma podemos obtener una visualización precisa del flujo de fluido por la elección de un diámetro adecuadamente pequeño de partículas con respecto al diseño del dispositivo. Tenga en cuenta que las partículas del mismo diámetro o bien podría reproducir el corrientes de fluidos con precisión, o por el contrario ser dominado por la fuerza de radiación acústica, dependiendo de la geometría del dispositivo. Dependiendo del tamaño de los granos y de la técnica de la visualización, las ópticas requeridas pueden cambiar.Concentración de partículas depende también de la finalidad experimental: en el caso de una baja concentración de partículas MPIV se prefiere 14,24, pero la concentración de partícula grande permite una mejor estadística y cualitativamente visualizaron agiliza en imágenes individuales. La solución de partículas debe ser monodispersas y sin grupos para la comprensión tanto cualitativa y cuantitativa de los campos de velocidad de partículas.
Mucho esfuerzo también se dedica a la comprensión del comportamiento de las partículas de tamaño micro 25 con vistas a ordenar las aplicaciones en muestras biológicas. Con el fin de realizar la clasificación fundamental, los estudios con perlas, partículas y funcionalización canal son de suma importancia con el fin de evitar la adhesión de las partículas y la obstrucción del canal.
En este video mostramos cómo fabricar y operar los dispositivos de contraflujo acústica SAW-impulsado en el que los fluidos son conducidos en el chip en cerrados PDMS redes de microcanales. Particular atención fue devoted a la visualización de la dinámica de partículas que está en la base de las solicitudes de clasificación acoustophoretic.
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Disclosures
Los autores tienen nada que revelar.
Acknowledgments
Los autores no tienen a nadie a reconocer.
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
- 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).
- 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).
- Wixforth, A. Acoustically driven planar microfluidics. Superlattices and Microstructures. 33 (5), 389-396 (2003).
- Friend, J., Yeo, L. Y. Microscale acoustofluidics: Microfluidics driven via acoustics and ultrasonics. Reviews of Modern Physics. 83 (2), 647-64 (2011).
- 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).
- Glass, N., Shilton, R., Chan, P., Friend, J., Yeo, L. Miniaturised Lab-on-a-Disc (miniLOAD). SMALL, Small. 8 (12), 1880-1880 (2012).
- Madou, M. J., Kellogg, G. J. LabCD: a centrifuge-based microfluidic platform for diagnostics. Proceedings of SPIE. 3259, 80 (1998).
- Cecchini, M., Girardo, S., Pisignano, D., Cingolani, R., Beltram, F. Acoustic-counterflow microfluidics by surface acoustic waves. Applied Physics Letters. 92 (10), 104103 (2008).
- Campbell, C. Surface acoustic wave devices for mobile and wireless communications. 1, Academic Press. San Diego, Toronto. (1998).
- Hashimoto, K. Y. Surface acoustic wave devices in telecommunications: modelling and simulation. , Springer. (2000).
- Royer, D., Dieulesaint, E. Elastic Waves in Solids II. Generation, Acousto-Optic Interaction, Applications. 2, Springer. (2000).
- 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).
- Glass, N. R., Tjeung, R., Chan, P., Yeo, L. Y., Friend, J. R. Organosilane deposition for microfluidic applications. Biomicrofluidics. 5 (3), 036501 (2011).
- Wereley, S. T., Meinhart, C. D. Recent advances in micro-particle image velocimetry. Annual Review of Fluid Mechanics. 42, 557-576 (2010).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- mpiv - MATLAB PIV Toolbox. , Available from: http://www.oceanwave.jp/softwares/mpiv/ (2012).
- mpiv - MATLAB PIV Toolbox. , Available from: http://wiseman-group.mcgill.ca/software.php (2012).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
