Summary
Bu videoda ilk bir yüzey akustik dalga (SAW) akustik ters akışlı cihazın imalat ve operasyon prosedürleri açıklar. Daha sonra SAW pompa cihaz içinde nitel akış görselleştirme ve karmaşık akış kantitatif analiz her ikisi için izin veren bir deney düzeneği göstermektedir.
Abstract
Yüzey akustik dalgaları (SAW) akustik ters akışlı fenomen ile taşınabilir mikroakışkan fiş sıvı sürmek için kullanılabilir. Bu videoda bir çok katmanlı SAW akustik ters akışlı cihaz için üretim protokol mevcut. Cihaz iki interdijital dönüştürücüler (IDTs) ve uygun işaretleri desenli edildiği üzerine bir lityum niobat (LN) substrat başlayarak imal edilir. Bir SU8 ana kalıp üzerinde döküm bir polidimetilsiloksan (PDMS) kanal nihayet desenli yüzeye yapıştırılır. Imalat prosedürü takip ederek, PDMS kanal şebekesi yoluyla sıvı pompalamak için akustik karşı yönden cihazın karakterizasyonu ve çalışma sağlar teknikleri göstermektedir. Sonunda kanallarda sıvı akışını görselleştirmek için prosedürü mevcut. Protokol, girdapları ve partikül birikimi etki ile karakterize laminer akış ve daha karmaşık dinamikleri gibi farklı akış rejimleri altında pompalama on-chip sıvı göstermek için kullanılır.
Introduction
Mikroakışkan toplumun karşılaştığı devam zorluklardan biri gerçekten taşınabilir mikro-toplam-analiz sistemleri (μTAS en) entegrasyon için minyatür edilebilir etkin bir pompalama mekanizması olması ihtiyacıdır. Standart makroskopik pompalama sistemleri sadece kanal boyutu mikron aralığı aşağı düşer ya da aşağıdaki gibi nedeniyle hacimsel akış oranlarının olumsuz ölçekleme için, μTAS en için gerekli olan taşınabilirlik sağlamak için başarısız. Aksine, sıvı SAW tahrik mekanizmaları olarak artan bir ilgi kazanmıştır ve bu sorunların 1,2 bazı çözümü için umut verici bir yol olarak ortaya çıkmaktadır.
SAW sıvılar 3, enerji ulaşım çok etkili mekanizması sağlamak için gösterildi. Bir piezoelektrik yüzey, örneğin lityum niobat (LN) üzerine bir SAW yayar, dalga Rayleigh açısı θ R = sin olarak bilinen bir açıyla yolunda herhangi bir sıvı içine yayılan ne zaman722, 1 (C-F / C s), sayesinde substrat, C S, ve sıvı C-F ses hızları uyumsuzluğu. Sıvısına radyasyon Bu sızıntı sıvısı akışı sağlayan bir akustik basınç dalgası sebebiyet verir. Cihaza uygulanan cihaz geometri ve gücüne bağlı olarak, bu mekanizma, bu karıştırma akışkan, partikül sıralama, atomizasyon ve pompalama 1,4 olarak çip süreçler, geniş bir yelpazede harekete geçirmek için gösterilmiştir. SAW ile microfluids Aktüatör basitlik ve etkinlik rağmen, bugüne kadar gösterilmiştir mikroakışkan pompalama mekanizmaları tahrik SAW sadece az sayıda vardır. İlk gösteri, bir piezoelektrik yüzey 3 SAW yayılım yolu yerden serbest damlacıklarının basit çeviri oldu. Bu yeni yöntem, bir mikroakışkan harekete geçirme yöntemi olarak SAW kullanılarak çok ilgi uyandırmıştır Ancak, sıvıları için bir ihtiyaç hala oldukapalı kanalları daha zor bir görev kurulabilir. Tan ve arkadaşları. Lazer piezoelektrik yüzeye doğrudan ablasyon olduğunu bir Mikrokanallı içinde pompalama gösterdi. Kanal ve IDT boyutları ile ilgili geometrik değişiklik, onlar düzgün ve karıştırma hem akışları 5 göstermek başardık. Cam ve ark. Son zamanlarda popüler Lab-on-a-CD kavram 6,7 gerçek minyatür bir göstergesi olarak, santrifüj Mikroakiskan ile SAW harekete rotasyonlar birleştirerek mikro ve mikroakışkan bileşenleri ile sıvı hareket eden bir yöntem gösterdi. Ancak, sadece tam kapalı gösterilmiştir mekanizması pompalama Cecchini ark olmaya devam etmektedir. 'S SAW-odaklı akustik ters akışlı 8-Bu videonun odak tahrik SAW. Bu, bir sıvının, atomizasyon ile birleşme, bir yayılma yönü karşı yönde kapalı bir kanal vasıtasıyla pompalamak için patlatırkostik dalga. Bu sistem bir Mikrokanallı içinde şaşırtıcı derecede karmaşık akımları ortaya çıkmasına neden olabilir. Ayrıca, cihaz geometri bağlı olarak, laminar akışlarından girdapları ve partikül-birikimi etki ile karakterize daha karmaşık rejimlere, akış şemaları bir dizi sağlayabilir. Kolay bir cihaz içinde akış özelliklerini etkilemek için yeteneği gelişmiş çip üzerinde parçacık manipülasyon için fırsatlar gösterir.
Cihaz imalat, deneysel çalışma, ve akış görselleştirme: Bu protokolde pratik SAW tabanlı Mikroakiskan temel yönlerini açıklığa kavuşturmak istiyoruz. Biz açıkça SAW-odaklı akustik ters akışlı cihazların imalat ve operasyon için bu işlemler açıklayan olsa da, bu bölümler kolayca SAW odaklı mikroakışkan rejimlerin bir dizi uygulama için değiştirilebilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Cihaz Fabrikasyon
- Tasarımı iki PHOTOMASKS, modelleme için ilk yüzey akustik dalga (SAW) tabakası ve polidimetilsiloksan (PDMS) mikrokanal kalıp için ikinci.
- İlk photomask interdijital dönüştürücüler karşı bir çift (IDTs)-de SAW gecikme hattı-ve mikroskopi sırasında kanal uyum ve mekansal referans işaretleri olarak bilinen vardır. Standart cihaz bir parmak genişliğinde tek elektrot IDTs var p = 10 mm, 750 mikron ve 25 düz parmak çift diyafram. Elde edilen IDT bir dalga boyu ile SAW üretir λ = 4 p bir çalışma frekansına karşılık gelen = 40 mikron f o = c SAW / λ 128 ≈ 100 MHz ° YX lityum niobat (LN). Her IDT genişliği katmanları yapıştırma sırasında herhangi bir kayma etkilerini azaltmak için Mikrokanallı iki kez genişliği üzerinde olmalıdır. IDT tasarım parametreleri compr tartışılmıştırehensively birkaç kitap içinde 9-11. Biz sadece bir IDT (kanal çıkışında yer) akustik-ters akışlı kanalda içine sıvı sürmek için gerekli olduğunu açıklama, ama desen tam bir gecikme hattı cihazı test yardımcı olur.
- İkinci kanal giriş oluşturmak için bir microchamber ile, SAW gecikme hattı boyunca hizalanması için basit bir mikrokanal bir yapıya sahiptir. Bizim tipik cihazlarda, bu kanallar bir genişliğe w = 300 mm ve 5 mm arasında bir uzunluğa sahiptir. Genel bir kural olarak, kanal genişliği mikrokanaldaki SAW yayılması sırasında kırınım etkilerini önlemek için en az 10 λ olmalıdır, ancak bizim test biz ~ 7 λ bir genişliği önemli ölçüde kanal içinde SAW yayılma etkilemeyeceğini bulundu.
- Bir LN gofret ve tutunmaya 2 cm örnek bir 2 cm ile başlar. Iletim mikroskobu gerçekleştirmek için bir çift yan cilalı gofret kullanmak gereklidir. LN onun biyouyumluluk için bir standarttır ve SAW unutmayınana ekseni boyunca polarizasyon ve yüksek piezoelektrik akupleman katsayısı, ancak diğer piezoelektrik malzeme uygun tasarım hususlar ile kullanılabilir.
- , Aseton içinde çalkalanarak 2-propanol ve bir azot tabanca ile kurutma substrat temizleyin.
- 1 dakika 4.000 rpm'de Shipley S1818 ile kat örnek Spin.
- 90 Yumuşak fırında ° C sıcak bir plaka üzerinde 1 dakika için.
- Bir maske hizalama kullanarak SAW katman maskesi ile örnek hizalayın ve 55 mJ / cm 2 ile UV ışığına maruz. Bakım LN alt-tabakanın ana ekseni boyunca IDT yönde hizalamak için önlem alınmalıdır.
- Maruz kalmayan fotorezist kaldırmak için 30 saniye Microposit MF319 geliştirici örnek durulayın.
- Iyonu giderilmiş su içinde örnek durulayarak gelişimini durdurmak ve bir azot tabancası ile kurutun.
- Termal buharlaşma ile 100-nm-kalınlığında altın tabaka ardından 10-nm-kalınlığında titanyum yapışma tabakası Depozito.
- S sonicating tarafından havalanma gerçekleştirinaseton içinde geniş, daha sonra bir azot tabancası ile 2-propanol ve kuru durulayın.
- Mikrokanallı alan 12 içinde hidrofobik olmak için aygıtı yüzey Silanize.
- Üreticinin Bilgi göre optik litografi tarafından AR-N-4340 negatif sesi ışığa ile microchamber alanı maske.
- 0.14 mbar basınç ve yaklaşık 450 bir önyargı gerilim vererek 100 W güç bir 2 dakika oksijen plazma (Gambetti Kenologia Srl, Colibri) ile örnek yüzeyi etkinleştirin V.
- 35 ml hekzadekan, 15 ml karbon tetraklorür (CCl 4), ve davlumbaz içinde bir behere 20 ul octadecyltrichlorosilane (OTS) karıştırın. Çözelti içinde yerleştiriniz ve iki saat için kapalı bırakın.
- 2-propanol ile cihaz durulayın ve bir azot silahla kurulayın.
- Yüzeyi üzerindeki su temas açısı 90 ° üstünde olup olmadığını kontrol edin. Temas açısı yetersiz ise, örnek temiz ve 1.11 'de adımları yeniden gerçekleştirmek.
- Kaldırmakkalıntı, aseton, 2-propanol, durulama ve bir azot tabanca ile kurutma, numune üzerine karşı.
- Radyo frekansı dalga kılavuzları ve standart koaksiyel konektörler (RF-PCB) ile bir baskılı devre kartı üzerinde örnek monte, ve sonra örnek kenarları akustik emici (First Contact polimer) koymak ve tel bağlama veya zıp bağlantı kullanarak IDT bağlayın.
- Kanal tabakasının bir ana kalıp standart optik fotolitografi kullanarak Silikon (Si) gofret küçük bir parça üzerine SU-8 ile desenli. SU-8 tipi ve fotolitografi tarifi gerekli olan son PDMS iç kanal yüksekliği bağlı olacaktır.
- Kalıp üzerinde PDMS Cast
- 10:1 'lik bir oranda bir sertleştirici madde ile birlikte PDMS karıştırın.
- Gaz giderme için 1.320 xg'de 2 dakika PDMS santrifüj.
- 1 mm sipariş üzerine toplam PDMS yüksekliğe bir Petri kabındaki SU-8 kalıp üzerine yavaşça PDMS dökün. Açık petri Ord içinde yaklaşık 30 dakika boyunca bir vakumlu desikatör içinde yerleştirilebilirdaha gazını PDMS için er.
- Bir kere gazı giderildi, ° C'deki bir fırında bir saat boyunca 80 ısıtılarak PDMS kür. Pişirme süresi ve sıcaklık PDMS mekanik özelliklerini etkileyebilir unutmayın.
- Katı PDMS katmanı hazırlayın
- , Bir cerrahi bıçak kullanarak kanal etrafında kesin SU8 ana zarar vermemeye dikkat ederek ve kapalı kabuğu.
- Kopya kenarları daha sonra rafine ve en az 2 mm kanalın yan tarafında boşluk ve kanal Prizde boşluk (sağ kesti) bırakarak bir jilet kullanarak doğruldu vardır.
- Sıvı yükleme girişi oluşturmak üzere bir Harris Unicore zımba kullanarak microchamber bir delik.
- Basit konformal yapıştırma tarafından LN substrat ile PDMS kanal Bond. Geri kalan süre bu şekilde bağ sıvı test dönemi boyunca yapacak.
- İki yüzeyi basınçlı nitrojen hava ile herhangi bir aşırı enkaz üfleyerek katılmadan önce temizlenir. Bu cdesenli hizalama işaretleri göre LN en önemli ekseni ile kanal hizalamak için parçaları katılırken ritical.
- Tam bir cihaz Şekil 1'de şematik olarak gösterilmiştir. Mağaza kullanıma kadar temiz bir ortamda cihazlar tamamladı.
Not: Tüm üretim adımları kullanmadan önce cihazın kirlenmesini önlemek için bir temiz oda ortamında yürütülmektedir önemlidir.
Not: Optik litografi adımların herhangi bir kullanım tercih edilen yöntemler ile ikame edilebilir.
Not: silanizasyon işlemi tercih edilen bir hidrofobik kaplama yöntemi 13 için ikame edilebilir.
2. RF Cihaz Test
- Sizin RF-PCB üzerinde kısa / açık dalga kılavuzu ile ağ veya spektrum analizi kalibre edin.
- Bir spektrum analizi limanlarına SAW gecikme hattı bağlayın ve en saçılma matrisi ölçmekcihaz. Tek elektrot dönüştürücüler bir çift için iletim IDT en çalışma frekansı merkezli bir basınç fonksiyonun mutlak değeri benzer olacaktır. Yansıma spektrumunda bir dalış (en az) aynı frekansta 9-11 görülür. Ana eksen Tipik birlikte 100 MHz çalışma frekansı bizim cihazlarda -15 S11 ve S22 için dB ve S 12 için -10 dB (PDMS kanalları olmadan) bulunmaktadır.
3. Mikroakiskan ve Parçacık Akış Dinamiği Görselleştirme Deney ve Analiz
- Mikroskop altında örnek yerleştirin. Özel optik kurulum uyulması gereken SAW Mikroakiskan olaylar bağlıdır. Örneğin, bir 4X objektif ve 30 fps video kamera ile donatılmış basit bir yansıması mikroskop sıvı dolum dinamiklerini incelemek için uygun olacaktır. Daha karmaşık mikropartikül dinamiğini incelemek için, bir 20X objektif ve 100 fps veya daha yüksek video kamera ile donatılmış bir mikroskop kullanmak gerekli olabilir. Bu importan olanobjektif ve kare hızı hem de herhangi bir mekansal ve zamansal önemli akış özellikleri yakalamak için yeterince yüksek olduğunu t.
- Bir RF sinyal üreteci için kanal çıkışı önündeki IDT iletişime ve saçılma matris ölçüm gözlenen rezonans frekansında bunu çalıştırmak. Akustik-ters akışlı deneylerde tipik çalışma gücü 20 dBm olduğunu. Gerekirse, bir yüksek güçlü UHF amplifikatör kullanın. Düşük güçte cihaz çalışırken Akustik-akışı ve atomizasyon olayların akustik ters akışlı olmadan gözlenir: genellikle akustik akış sirkülasyon 0 dBm başlar ve atomizasyon üzerinde 14 dBm oluşur.
- Bir mikropipet ile microchamber içine sıvı 60 ul yükleyin. Sıvı pasif microchamber içine karışacaktır. Gerekirse, yavaşça microchamber dolum lehine için microchamber yüzeye itin.
- Akış görselleştirmek için bu sıvıya mikro-eklemek için gereklidir. Parçacık clust önlemek için dikkatalçaltılması, önceki deneylere parçacık süspansiyonu sonikasyon. Yüklenirken yüzey cihaza 0 dBm sinyal uygulanır üzerinde parçacık yapışması engellenir.
- Mikroskop aracılığıyla video kaydetmeye başlamak ve akustik ters akışlı gözlemlemek için çalışma gücünü artırmak. Farklı akış şemaları giriş gücü, çip tasarımı ve parçacık çapı belirlenecektir.
- Niteliksel dinamiklerini yakalamak için, sıvı akışı bir mekansal referans olarak işaretlerini kullanarak dolgu kanal farklı aşamalarında menisküs ve girişinin yakınında kaydedilecek vardır.
- Mikro parçacık görüntü velosimetri (μPIV) 14,15 veya mekansal zamansal görüntü korelasyonu spektroskopisi (İSTİKLERİ) 16,17 ile parçacık dinamiği kantitatif ölçümü gerçekleştirmek için, sıvı akışı görüş sabit bir alanı ile ilgi noktası kaydedilen gerekir parçacık dinamiği dayattığı bir kare hızında en az 100 kare için.
- Görüntü işleme yazılımı ile video analiz edin. Kullanılacak yazılım seçimi ilgi fenomeni bağlıdır. Örneğin, atomize edilmiş damlacıklar, parçacık birikimi mekansal sıklığı, ya da seyreltilmiş parçacıklar, Fiji olarak basit ve ücretsiz bir görüntü analiz yazılımı manuel izleme büyüklüğü dağılımını ölçmek için 18 uygun bir tedavi elde etmek için ise akıcılık ve hız alan ölçümleri, mPIV özelleştirilmiş 19 veya İSTİKLERİ 20 kodu gereklidir. Bizim analizde özel İSTİKLERİ kodu MATLAB ile yazılmış, ancak dil kodlama tercih edilen bir alternatif eşit kabul edilebilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Şekil 2, mikrokanal katmanına LN tabaka yapıştırma öncesinde alınan RF test cihazı için temsili sonuçlarını gösterir: Tipik bir S 11 ve S 12 tayfları paneli a) ve b) 'de rapor edilmiştir. S 11 spektrumda merkezi frekansta vadinin derinliği RF güç dönüşüm verimliliği ile ilgilidir mekanik güç SAW. Bu nedenle, IDT parmak çiftleri sabit sayıda için, vadi az bir azalma Cihazı çalıştırmak için gereken güç bir azalma neden olacaktır. Bu en az frekansta, cihazın en verimli pompalama sıvı harekete geçirmek için akustik dalga oluşturur ve bu nedenle biz Cihazı çalıştırmak için seçtiğiniz noktadır. Birlikte 100 MHz çalışma frekansında bizim cihazlar en önemli eksen tipik değerlerin altında S 11 için -10 dB. -10 DBm Yukarıdaki değerler hasarlı veya kısa dönüştürücü, iş eğer anlamına olabiliring, artan giriş gücü gerektirir. Bu değer, IDT empedans eşleştirme harici bir eşleme ağı kullanarak veya IDT tasarım 9-11 tarafından azaltılabilir. S 12 spektrumunun maksimum RF güç dönüşüm verimliliği ile ilgili hem de ve gecikme hattı boyunca IDTs ve SAW ve zayıflama ile mekanik güç SAW. Bu değer azalması (genellikle bizim cihazlarda -10 dBm civarında) IDTs kusurları (S11 spektrumunda daldırma büyüklükte bir azalma ile de gözlenen), SAW gecikme çizgisinin kayma, ya da çatlak kaynaklanıyor olabilir.
Şekil 3 dört farklı karakteristik akış modelleri 500-nm lateks boncuklar kullanarak gözlenen gösterir. Her panel parçacık İSTİKLERİ kaynaklanan akıcılık gösterir. Analiz optik iletim mikroskobu ile elde edilen 100 fps 2 saniye kayıt üzerinde yapıldı. Parçacıklar etki eden iki egemen güçler arasındaki denge ayrıntılı dinamikleri sonuçları: sürükle kuvvet ve akustik radiation gücü 21,22. Sürtünme kuvveti akustik ters akışlı iki bileşeni vardır:, akustik akışı olarak bilinen bir sirkülasyon ortaya çıkan sıvı akustik enerji dağılımı diğerine sonuçları dolum kanal nedeniyle toplu taşıma gelen bir sonuç. Akustik akışı ve su basınç dalgası olarak akustik radyasyon gücü çürüme hem azaltır. Paneller a) ve b) kanal girişinde iki farklı sonuçlar göstermektedir. Panelinde) simetrik iki girdapları dolum akustik-ters akışlı kanalının başında akustik akış fenomenine bağlı olarak görülmektedir. Kanal kısmen doldurulur Bir süre sonra, panel b) ilerleyen sıvı ön tarafından girişinde acoustofluidic etkileri baskılanması nedeniyle laminer akış gösterir. Panel c) ve panel d) kanal kısmen doldurulur menisküs yakınında iki farklı durum göstermektedir. Panel C olarak)parçacıklar hatlarında biriken ve menisküs ile aynı hızda hareket eden gözlenir. Bu parçacık dinamiği akustik radyasyon gücü hakim olduğu temsilcisi durumdur. Sürükle kuvvet ve akustik akış etkileri egemenliğinin temsilcisi dinamikleri parçacıklar iki girdapları takip ve menisküs 300 mm içinde sadece bantlarında elde ettiğiniz) paneli d gösterilir, yüzey yüzeye yakın.
Şekil 1. Top view (a) ve izometrik görünümü (b) tamamlanmış ters akışlı cihazı (ölçekli değildir) bir Cihaz iki kat inşa edilmiştir,. Alt LN altın desenli IDTs oluşan ve PDMS Mikrokanallı üst. RF sinyal, sol IDT uygulanır, ve karşılık gelen SAW sağa doğru yayılır. Akışkan üzerindeki dairesel sıvı giriş akacakSol IDT doğru doğru. Tipik yonga boyutları PDMS katmanı için x SAW katmanı için 10 mm x 0.5 mm ve 10 mm x 5 mm x 4 mm ile 25 mm. ' Özelliği boyutları protokol adım 1 'de verilmiştir.
Şekil 2. Bir SAW-ters akışlı cihaz için S-parametreleri Tipik. Spektrumları rezonans frekansı (a) S 11 ve (b) S 12 95 MHz görülebilir. büyük rakam görmek için buraya tıklayın .
Şekil 3,. Dört farklı karakteristik akış modelleri akustik ters akışlı kanal içinde 500-nm lateks boncuklar kullanarak gözlenen. Her pa gösterilen kolaylaştırır2-ikinci optik iletim mikroskobu ile 100 fps kayıt, ve İSTİKLERİ analiz nel sonuç her videonun son çerçeve üzerine üst üste. Kanal giriş (a) zaman kanal doldurmaya başlar ve kanal sonra (b) Daha sonra, t = 0, kısmen doldurulur görülebilir. Menisküsün kenarı parçacık birikimi hatları (C) laminer akış, ve (d) daha karmaşık bir girdap akışı durumunda için görülebilir; düzeni cihaz geometrisi tarafından belirlenmektedir. Akım paternleri 20 dBm çalıştırılan tipik bir cihaz elde edilmiştir. Bu deneyler için akış oranları 1 'vardı - 10 kanaldan nl / s, girdapların içinde ortalama akış hızı 1 mm / sn kadar yüksek olabilir iken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Mikroakışkan topluluk karşılaştığı en büyük zorluklardan biri gerçekten taşınabilir noktası bakım cihazları için harekete platformu hayata geçirilmesidir. Önerilen entegre mikropompalar 23 arasında, yüzey akustik dalgaları (SAW) üzerine dayalı bu nedeniyle sıvı karıştırma, atomizasyon ve partikül konsantrasyon ve ayırma 4 ilişkili yetenekleri özellikle çekicidir. Bu yazıda ilk Cecchini ve arkadaşları tarafından açıklandığı gibi aktüatör SAW. 8 sıvı-çip üzerinde entegre bir kapalı PDMS mikrokanaldaki kumanda edildiği bir laboratuar-on-chip cihazı imal ve nasıl çalıştırılacağı göstermiştir.
Yukarıdaki prosedür gösterildiği gibi cihaz imalat ile ilgili olarak, aksi IDTs kusurları, Mikrokanallı şekil ve yüzey ıslanabilirliği ortaya çıkabilecek, imalat protokol her noktada temizlik korumak için çok önemlidir. IDTs kusurları inci bir artışa yol açabilirE çalışma gücü veya SAW bile etkisiz iletimi gereklidir. Dikkat Mikrokanallı imalat verilmelidir. Düz temiz yüzey mikroskobu için gereklidir. Mikrokanallı kenarları hatalarına menisküs çivileme neden ve kanal doluş hızı ve yonga güvenilirliği hem de azaltabilir. Bu defektler de akış özelliklerini değiştirebilir ve çekirdekli kabarcıklar tamamen pompalama sıvı devre dışı olabilir. Dikkat yüzey işlevsellik alınmalıdır. Alt tabaka alt arabirim PDMS ve yan ve üst yüzeyleri arasında oluşan kanal duvarları genel olarak hidrofilik ise, kılcal tahrik dolum yüksekliği aktif SAW önler. Bunun tersine, alt-tabaka yüzeyi çok hidrofobik ise, damlacıklar menisküs üzerinden atomize kanalı doldurmak önlenmesi, etkili bir şekilde birleşerek olmaz. Yüzey işlevsellik içinde homojen dolayısıyla noktaları ve kılcallık odaklı bölgeler çivileme ile dinamikleri dolum güvenilmez kanal yol açar.
Vis akışı ile ilgiliualization ve parçacık dinamiği çalışmaları, parçacık çapı elde gözlenen dinamiklerini için çok önemlidir. Parçacıklar (sıvı basınç dalgaları doğrudan momentum transferi nedeniyle) güç sürüklemek için her iki tabi (sıvı akışı nedeniyle) ve akustik radyasyon gücü vardır. Sürtünme kuvveti parçacık uzunluğu ile orantılı olsa da, akustik yayının kuvveti parçacık hacmi ile orantılıdır. Partikül çapı azalır gibi sürtünme kuvveti parçacık dinamiği hakim olacak ve parçacıkların bu nedenle daha yakından sıvı akışı takip eder. Bu şekilde cihaz tasarımı ile ilgili olarak uygun bir şekilde küçük bir partikül çapına seçerek sıvı akışının doğru bir görüntü elde edebilir. Aynı çapa sahip parçacıklar ya da sıvı doğru hızlandırır ya da tam tersine akustik yayının kuvveti hakim olduğu, cihazın geometrisine bağlı üreyebildikleri unutmayın. Boncuklar ve görüntüleme tekniği ve boyutuna bağlı olarak, gerekli olan optik değişebilir.Parçacık konsantrasyonu deneysel amaçla de bağlıdır: mPIV düşük partikül konsantrasyonu durumunda 14,24 tercih edilir, ancak büyük partikül konsantrasyonu daha iyi istatistik için izin verir ve niteliksel olarak görsel tek görüntülerde akıcılık. Parçacık çözümü tek dağılımlı olması ve parçacık hızı alanların nitel ve nicel hem de anlamak için kümeler olmadan gerekir.
Çok çaba da biyolojik örneklerde uygulamaları sıralama görünümünde 25 mikro ölçekli parçacıkların davranışlarını anlamak için ayrıldı. Temel sıralama, boncuklar ile çalışmaları gerçekleştirmek için, partikül ve kanal işlevsel parçacık yapışma ve kanal tıkanma önlemek için büyük önem taşımaktadır.
Bu videoda sıvıları kapalı PDMS Mikrokanallı ızgaraları on-chip tahrik edildiği SAW odaklı akustik ters akışlı cihazlar imal ve nasıl çalıştırılacağı gösterdi. Özellikle dikkat devo olduacoustophoretic sıralama uygulamaları temelinde olan parçacık dinamiği en görselleştirme için ted.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.
Acknowledgments
Yazarlar kabul etmek kimse yok.
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).
