Summary
Acoustofluidic 장치는 조작 집중 정지 마이크로 및 나노 요소를 분리하는 미세 유체 채널 내에서 초음파를 사용합니다. 이 프로토콜은 피복 유체의 도움없이 중앙 유선형 입자를 집중 벌크 음향 정상파와 같은지지 장치의 제조 및 동작을 설명한다.
Abstract
Acoustophoresis 소리 에너지의 방향의 힘에 대한 응답으로 정지 물체의 변위를 의미한다. 걸쳐 수백 마이크로 미터 전형적 수만이 정지 물체 사운드 입사 파장 유체 채널의 폭보다 작아야한다는 것이다 감안 acoustofluidic 장치는 일반적 메가 헤르츠 범위에서 (높은 주파수로 맥동하는, 압전 진동자에서 발생 된 초음파를 사용 ). 장치의 구조에 의존하는 주파수 특성에서, 벌크 흐름 내에 원하는 유체 유선 따라 입자를 집중할 수 정상파의 형성을 유도 할 수있다. 여기서 우리는 공통의 재료와 클린 룸 장비에서 acoustophoretic 장치의 제조 방법을 설명합니다. 우리는 정재파의 압력 노드 또는 파복으로 이동할 포지티브 또는 네거티브 대조 탄성 계수와 입자 집속 대표적인 결과를 보여준다 respectiv엘리. 이러한 장치를 정확하게 고정 미세한 엔티티 (예를 들어, 셀)의 다수의 위치 또는 어셈블리 계측법에서 애플리케이션에 이르는 유체를 유동시키기위한 엄청난 실용성을 제공한다.
Introduction
Acoustofluidic 장치가 미세한 개체 자신의 농도, 정렬, 조립, 제한 또는 정지 유체 또는 층류 flowstreams에서 분리. 1 장치의이 넓은 클래스 내 용 (예를 들면, 입자 또는 세포)에 방향 힘을 발휘하는 데 사용되는, 힘은 벌크에서 생성 될 수있다 음향 서 파도, 음향 정상파 (SSAWs) 2 음향 여행 파도 표면. 3 우리가 최근에 많은 관심을받은 제조 및, SSAWs을 지원하는 장치를 대량 음향 정상파을 지원하는 장치의 작동에 초점을하는 동안 때문에 정확하게 세포를 조작 할 수있는 능력에 표면을 따라 4 빠르게 연속 유동 채널의 셀을 정렬. 5 장치 벌크 음향 정상파가 있지만, 미세에서 정재파를 여기 압전 변환기에 의해 생성 된 장치의 벽의 기계적 진동에 기초하여 입자를 정렬지지기하학적으로 정의 공진 주파수에서 공동. 이것은 SSAW 장치에 비해 높은 압력 진폭을 발생 가능성을 가능하게하고, 미세한 엔티티 따라서, 빠른 전송 acoustophoretic. 6
이 서 파도의 압력이 시간에 진동으로 위치에 고정되어 압력 노드와 파복의 공간적으로주기적인 세트로 구성되어 있습니다. 입자는 유체에 대해 입자의 기계적 특성에 따라 압력 노드 또는 파복으로 이주하여 정재파에 대응하고, 이는 반대로 탄성 계수에 의해 설명된다 :
변수 ρ와 β는 밀도와 압축성 및 첨자 페이지를 나타내고 ƒ 각각 일시 중단 된 객체 (예를 들어, 입자 또는 셀) 및 유체를 나타내며.양성 대조 탄성 계수를 갖고 7 엔티티 (즉, ɸ> 0) 압력 노드 (들)로 마이그레이션; 음의 음향 콘트라스트 인자를 보유 엔티티 반면 (즉, ɸ <0) 압력 파복으로 이동한다. (7) 동안 합성 재료 (예를 들면, 폴리스틸렌 비드) 및 세포 양 탄성 콘트라스트를 나타내는 대다수, 실리콘계 만든 엘라스토머 입자 재료는 8 지방산 분자 9 또는 다른 고탄성 성분이 물에 부정적인 탄성 콘트라스트 나타낸다. acoustofluidic 장치에서 엘라스토머 입자 (10)의 작은 분자를 분리하기 위해 사용될 수 있으며, 합성 된 입자로 차별 정렬을 위해 셀 (12) 또는 (11)를 한정하는 것을 의미한다. (13)
Acoustofluidic 장치는 일반적으로 쓰에 충분한 강성을 가지고 표준 물질 (예를 들어, 실리콘, 유리)에서 제조음향 서 파를 DMA 장치. (본원에 도시 된 장치를 포함)는 많은 acoustofluidic 장치에서 기계적 파동은 마이크로 채널의 너비에 걸쳐 반 파장 정재파 구성 낮은 고조파 모드에서 공진하도록 설계된다. 이 구성은 채널의 둘레를 따라 상기 채널 및 압력 파복의 중심에 압력 노드를 갖는다. 이들 시스템은 세포의 농도로 세포를 포획에서부터 칩 기반 계측법 14-16 어플리케이션 및 어플리케이션에 사용될 수 있음을 미리 밝혀졌다. 17,18
우리는 제조, 사용 및 벌크 음향 정상파를 지원하는 acoustofluidic 장치의 대표 성능 기능을하는 방법의 과정을 설명합니다. 이 장치는 완전히 에칭 된 실리콘 기판 유리 "리드"를 결합하는 하나의 포토 리소그래피 공정, 에칭 공정 하나 하나의 융합 공정을 필요로한다. 우리는 다른 acoustofluidi주의벌크 음향 정상파를 지원 C 기기는 다른 설명 압전 변환기에 결합 된 유리 또는 석영 모세관으로부터 제조 될 수있다. (19, 20) 실리콘 기반 디바이스는 서로 허용 유로 형상 위에 견고 제어의 장점을 제공 입자와 세포 현탁액을 포함하는 샘플에 대한 처리의 많은 종류. 이 디바이스는 재사용 (버퍼와 세제와 장치를 세척하여, 예) 제대로 사용하는 사이에 청소 제공됩니다.
Protocol
1. 포토 리소그래피
- 적절한 소프트웨어 패키지를 사용하여 포토 마스크를 디자인 및 정규화 된 포토 마스크 프린터 설계를 제출한다. 21
- 메탄올의 꾸준한 스트림 (99.8 % 표 1 참조) 한 다음, 클린 룸 시설에서 아세톤의 꾸준한 스트림 (표 1 참조 ≥99.5 %)와 Si 웨이퍼 연마 6 "단면을 씻어. 웨이퍼를 건조 N 2 가스를 분사하고 2 분 동안 95 ℃에서 핫 플레이트 상에 웨이퍼를 배치함으로써.
참고 : 웨이퍼의 도핑 프로파일과 결정 방향은 다음 절차에 영향을주지 않습니다. - 알루미늄 호일 시트로 피복함으로써 (표준 스핀 코팅 후드) 스핀 코터의 외부 통을 보호하고 상기 웨이퍼를 고정 스핀 코터의 진공 척의 중심에 깨끗한 Si 웨이퍼를 배치했다.
- 포토 레지스트 대부분 커버까지 조심스럽게 주입하여 웨이퍼의 중심 상에 포지티브 포토 레지스트 증착웨이퍼의. 포토 레지스트에 기포가 없는지 확인하기 위해주의하십시오.
주 : 1.5-1.10 표 1에 도시 된 포토 레지스트에 대응하는 단계 정확한 절차; 다른 절차는 다른 포토 레지스트 필요할 수 있습니다. - 다음 절차를 수행하여 스핀 사이클을 시작
- 300 rpm의 속도 100 RPM / 초 램프 및 스핀 사이클을 시작하는 5 초의 회전 시간을 프로그램.
- 1800 RPM 1,000 RPM / 초 램프 및 포토 레지스트를 균일하게 확산하는 60 초의 회전 시간의 속도로 프로그램.
- 0 RPM, 1,000 RPM / 초 램프, 0 초의 회전 시간의 속도로 프로그램을 스핀 사이클을 종결한다.
- 척에 진공을 해제하고 척에서 웨이퍼를 검색하기 위해 웨이퍼 핀셋을 사용합니다. 그 후 165 초 동안 110 ° C에서 구워 핫 플레이트에 웨이퍼를 배치합니다.
주의 :이 단계는 "소프트 베이킹"이라고 칭한다. - 마스크 홀더에 마스크를 적재정렬 / 포토 리소그래피 시스템.
- 1400 엠제이 / cm 2 (예를 들면, 13.5 mW의 / cm 2의 출력 강도를 들면 ~103.7 초의 노출 시간을 사용한다)의 에너지 용량을 제공하는 포토 리소그래피 시스템의 파라미터를 편집.
- 상기 홀더로부터 웨이퍼를 제거 photopatterned 및 해당 현상 용액에 배치 5 분 동안 (표 1 참조).
- 탈 H 2 O의 꾸준한 스트림과 웨이퍼를 씻어 N 2 가스로 건조, 개발자로부터 웨이퍼를 제거합니다.
참고 : 오버의 개발에서-현상 광 패턴 기능을 따라 포토 레지스트의 완전 제거가 발생할 수 있지만 패턴, 팽창의 원인이 될 수 있습니다. - 포토 레지스트에 전사하고, 포토 마스크 상에 인쇄 패턴을 확인하기 위해 현미경으로 웨이퍼를 검사한다.
2. 깊은 반응성 이온 에칭
- 깊은의 챔버로 광 패턴 실리콘 웨이퍼를로드반응성 이온 에칭 장비 및 표준 에칭 절차에 따라 소정 깊이까지 Si 웨이퍼에 유체 채널을 에칭. 22
- 에칭 공정이 완료된 후 조심 챔버로부터 시료를 언로드.
- 웨이퍼에서 초과 포토 레지스트를 제거하려면, 사용 용매 65 ° C에서 핫 플레이트에 배치 전용 환기가 잘되는 후드에서 포토 레지스트 제거 (표 1 참조)의 용액으로 큰 비커를 준비합니다.
- 포토 레지스트 제거 용액 웨이퍼 잠수함하고 1 시간 동안 담가 보자.
주 : (; 표 1 참조) 하룻밤 침지하여 포토 레지스트를 제거 할 수있다 예를 들어, 아세톤 용액 (≥99.5 %)의 다른 솔루션은 포토 레지스트를 제거하는데 사용될 수있다. - 비커로부터 웨이퍼를 제거하고 아세톤으로 교대로 스트림 린스 (≥99.5 %, 표 1 참조) 및 이소 프로필 알콜 (≥99.7 %로 표 1 참조). w 웨이퍼를 건조i 번째 N 2 가스.
3. 피라냐 청소
- (산류의 사용에 전용) 환기가 잘되는 후드, H 2 O 2에 추가하여 피라냐 용액을 제조 하였다 (. 물 30.0 중량 %, 표 1 참조) H 2 SO 4 (95.0-98.0 %의 표를 참조 1) 1에 : 큰, 깨끗한 비커에 3 비율.
주의 : 피라 냐가 솔루션은 매우 부식성이 강한 산화제이며, 매우 위험하다. 피라 솔루션을 취급에 세심한주의를 기울 적절한 안전 장비를 착용하십시오. - 이 위를 향하도록 에칭-기능과 이온 에칭 웨이퍼 잠수함과 5 분 동안 둡니다. 조심스럽게 웨이퍼를 제거하고 완전히 탈 H 2 O 씻어
- 2 분 동안 피라냐 용액에 웨이퍼를 다시하면-잠수함. 조심스럽게 웨이퍼를 제거하고 완전히 풍부한 탈 H 2 O 씻어
- 사용하는 용매에 전념 별도의 환기가 잘되는 후드에서의 꾸준한 스트림과 웨이퍼를 세척메탄올 (99.8 % 표 1 참조)를 일정하게 한 다음, 아세톤 (표 1 참조 ≥99.5 %)과 N 2 가스로 웨이퍼를 건조. 적절한 안전 절차에 따라 피라 솔루션을 폐기하십시오.
4. 붕규산 유리 뚜껑 준비
- 스크라이브 도구를 사용하여 직사각형 세그먼트를 생성하는 붕규산 유리에 직선을 에칭 (예를 들어, 8 × 4cm 2). 조심스럽게 직사각형 세그먼트를 복구하는 데 유리 웁니다.
- 이러한 유리 세그먼트 중 하나를 타고 검은 색 마커와 유리의 입구와 출구의 위치를 표시하기 위해 (실제 치수) 원하는 디자인의 인쇄 된 사본의 상단에 배치합니다.
- 붕규산 유리에 입구 및 출구 구멍을 뚫는다.
참고 : 적절한 안전 장비를 항상 착용해야합니다.- . 드릴 프레스의 입으로 1/8 "드릴 비트를 수정의 상단에 직사각형 유리 세그먼트를 배치드릴 구멍 알루미늄 판 있도록 유리에 표시는 알루미늄 판의 구멍 위에 있습니다. 테이프로 알루미늄 판에 유리를 고정합니다.
- 조심스럽게 유리에 작은 구멍을 드릴링 시작하고 구멍이 유리를 통해 때까지 핸들을 낮추기 위해 계속 공급 핸들을 내립니다. 구멍이 완료되면, 테이프를 제거하고 천천히 유리 분말을 제거하기 위해 유리 리프트. 물을 비커에 유리 분말을 놓고 적절한 안전 절차를 사용하여 폐기합니다.
- 조심스럽게 비 보풀이 생산 흡수 천으로 유리를 건조하고, 다른 입구와 출구 구멍을 드릴 같은 절차 (단계 4.3.1-4.3.2)에 따릅니다.
- 피라냐 용액으로 직사각형의 유리 부분을 청소 (위, 3 절) 같은 절차를 따르십시오.
주의 : 피라 냐가 솔루션은 매우 부식성이 강한 산화제이며, 매우 위험하다. 피라 솔루션을 취급에 세심한주의를 기울 적절한 안전 장비를 착용하십시오.
5. 양극 접합
- 스크라이브 도구를 사용하여, 유리가 직사각형 세그먼트보다 다소 작아 지도록 마이크로 유체 칩의 둘레 Si 웨이퍼에 직선을 에칭 (예를 들면, 7 × 3cm 2). 조심스럽게 에칭 라인을 따라 웨이퍼 웁니다.
- (≥99.5 %; 표 1 참조) 아세톤의 꾸준한 스트림시 세그먼트를 씻어 메탄올의 꾸준한 스트림 (; 표 1 참조 99.8 %) 하였다. 2 분 건조 95 ° C에서 뜨거운 접시에 웨이퍼를 놓습니다.
- 시 세그먼트의 에칭-기능이 위를 향으로 조심스럽게시 세그먼트의 상단에 깨끗한 유리를 추가하고 구멍이 제대로 정렬해야합니다.
- 구멍이 정렬 된 상태로 유지됩니다 확보하면서 조심스럽게 세그먼트를 뒤집습니다. 유리 세그먼트는 SI 부분보다 크기 때문에, 테이프의 절반은 실리콘 세그먼트의 수직 에지 및 나머지 절반을 고정하는 양면 테이프와 두 개의 세그먼트를 보호테이프의 돌출 유리를 보호합니다. 이어서 유리 세그먼트 위에 있는지 다시 이러한 세그먼트 반전하고, 핫 플레이트 상에 금속 슬랩 위에 세그먼트를 배치했다.
- 조심 직접 조립 유리 및 Si 세그먼트의 상단에 충분히 무거운 중량 (즉, 최소한 5 kg)으로 제 2 금속 슬래브 (예, 스틸)을 추가한다.
참고 :이 금속 슬래브는시 세그먼트 또는 전도성 테이프와 접촉해서는 안된다. - 고전압 전원 장치를 사용하여 조립 된 유리 및 Si 세그먼트 및 하부 금속 슬랩에 다른 리드 (그라운드)의 상부에 금속 슬랩 한 납 (전력)을 연결한다.
- 1000 기본 핫 플레이트에 전압을 돌려 V. 멀티 미터를 사용하여인가 전압을 확인; 바닥 판과 상판에 대한 다른 프로브에 대해 하나의 프로브를 누르십시오.
주의 : 높은 전압이 매우 위험합니다; 금속 석판 또는 연결 전선에 닿지 않도록주의하십시오. - 뜨거운 남기기2 시간 동안 450 ℃에서 판은 Si 기판에 양극 결합으로 유리 "리드"를 허용한다. 핫 플레이트를 해제 DC 전원을 끄고 금속 슬래브로부터 장치를 제거하기 위해 2 시간 후 리턴한다.
경고 : 금속 석판시 및 접합 공정 후 매우 뜨거울 수 있으므로 재료 핫 플레이트를 끈 후 적어도 1 시간 동안 냉각 할 수 있습니다.
6. Acoustofluidic 장치 마무리
- 양극 접합에 의해 생성 된 얼룩을 제거하고 아세톤 유리의 표면을 세정하는 면도기 유리의 표면을 긁어.
- 대략 5 mm 두께의 폴리 디메틸 실록산 (PDMS)의 시트를 제작하고 여러 개의 작은 사각 기둥 잘라 약 10 × 10 ㎜ × 2 (표 1 참조). 23
- 그것을 통해 실리콘 튜브를 삽입 할 수 있도록 각 PDMS의 슬래브의 중앙에 하나의 구멍을 잘라 3mm 생검 펀치를 사용합니다. 상단 구멍에 직접 슬래브를 배치유리 기판 (S)과 에폭시로 슬래브 접착제.
참고 :이 장치의 구멍을 폐색하므로 너무 많은 접착제를 사용하지 않도록주의하십시오. - 조심 중심 - 아래 장치의 배면 측의 Si 부분에 티탄산 지르콘 산납 (PZT) 변환기, 마이크로 접착제.
- PZT 변환기에있는 두 개의 도전 지역에 두 개의 와이어를 납땜. 와이어가 안전하게 PZT 센서에 연결되어 있는지주의하십시오. PDMS의 슬래브에있는 구멍을 통해 실리콘 튜브를 삽입하고 자신의 첨부 파일을 확보하기 위해 슬래브 및 튜브 주위에 추가 접착제를 추가 할 수 있습니다.
7. Acoustofluidic 장치를 작동
- 안전하게 목표 아래 직접 마이크로와 현미경 무대에 장치를 탑재합니다.
참고 : 장치 아래에 작은 인서트를 배치하여 무대와 접촉을하지 않는 PZT 센서를 확인합니다. - 표준화 된 커넥터를 사용하여, 부분 Out1로부터 실리콘 튜브를 연결주사기 펌프에 고정 주사기로 장치의 ETS.
참고 :이 구성이 "철수 모드"를위한 것입니다; 주사기 펌프는 대안 장치로 시료를 주입하는데 사용될 수있다. - 유체 샘플 (폴리스티렌 비드 또는 세포의 예 현탁액)을 함유하는 바이알에 장치의 입구에 이르는 실리콘 튜브를 놓는다.
- 지속적으로 샘플을 혼합 입자 또는 세포의 일정한 농도는 실험의 과정을 통해 유지되는 것을 보장하기 위해 볶음 접시에 유체 샘플을 포함하는 병을 놓습니다.
- 함수 발생기와 직렬로, 전력 증폭기의 출력에 PZT 변환기로부터 와이어를 연결한다. 함수 발생기의 설정 (예를 들면, 피크 대 피크 전압 및 주파수)를 프로그래밍하고 오실로스코프를 이용하여 증폭기의 출력 신호를 모니터링한다. 함수 발생기 및 PZT 센서를 작동 시작하는 파워 앰프의 전원을 켭니다. (6)
- 장치의 공진 주파수를 추정하기 위해, C는 중간 (즉, 물)의 음향의 속도 식 C = λ의 *의 ƒ을 수행 λ는 탄성 파장이고 ƒ는 PZT 변환기의 주파수이다. (우리는 대표적인 결과 섹션에 표시) 고조파 반 파장의 경우에, 마이크로 채널의 폭은 정재파의 절반 길이이어야한다.
- V. 0-50의 범위의 피크 - 투 - 피크 전압 설정을 사용하여
주 : 고압 진폭에인가 된 전압의 증가의 결과, 따라서,보다 신속 acoustophoresis.
- 현미경 켜고 미세 유체 채널에 초점이 명확하게 확인합니다.
- 흐름을 적용하고 장치에 샘플을 소개하는 주사기 펌프를 켭니다. 형광 모드에 대한 현미경 장치를 통과 요소를 모니터링한다.
- 장치가 효율적으로 확인 partic 집중압력 진폭을 수정하는 PZT 변환기에 공급되는 피크 대 피크 전압을 조정함으로써 상기 예상 공진 주파수 근처의 주파수 스위프를 수행하여 레 경험적 공진 주파수를 식별한다.
Representative Results
우리는 trifurcating 입구, 300 ㎛의 폭과 trifurcating 출구 (- B 그림 1A)와 메인 채널을 포함 acoustofluidic 장치를 설계했다. 우리는 우리가 단지 이동식 플러그와 다른 입구를 차단하여 (음향 방사 힘을 통해 입자의 초점 쉬스을 달성하기 위해, 예) 본 연구의 모든 실험을 위해 하나의 입구를 사용 있습니다. 전술 한 절차에 따라, 우리는 의한 미세 가공 (- D도 1C) 동안 불완전 ~4 %의 오차가 313 ㎛의 채널 폭을 갖는 칩을 구성. 우리는 반 파장 고조파 정재파를 유도 2.366 MHz의 주파수에서 구동 동작 장치.
우리는 PZT의 TR을 작동시키는 고주파를 정현파를 생성하는 전력 증폭기에 연결되는 신호 발생기를 사용ansducer. 우리는 신호 형상 및 진폭의 정확도를 검증하기 위하여, 전력 증폭기에서 발생하는 피크 - 피크 출력 전압 (V의 PP)을 측정하기 위해 오실로스코프를 사용했다. 주사기 펌프를 이용하여, 먼저, 음성 대조군 (도 2A)와 같은 PZT 변환기의 작동없이 100 μL / 분의 속도로 녹색 형광 폴리스티렌 비즈의 현탁액을 주입. 다음은 (도 40 (b) V = V의 PP) 마이크로 채널의 폭을 따라 반 파장 정재파를 형성하기 위해 2.366 MHz에서 작동되는 장치. 우리는 압력 노드를 따라 초점을 맞춘 긍정적 인 음향 대비 요인이 이러한 입자가, 예상대로 것을 발견했다. (6) 우리는 또한 음의 음향 대비 요인과 적색 형광 입자를 주입 (즉, 앞서 설명한 과정에서 합성 ɸ ≈ -0.88) 8은 우리의 장치 (압력 파복 함께 자신의 농도를 유도 할 수 있음을 확인합니다 마지막으로, 우리는 플로우 (시린지 펌프에 의해 조절로, 즉 0 내지 1000 μL / 분) 속도와 전압 (즉, 0 ~ 50 Vpp로)의 범위에서 양 음향 콘트라스트 인자 입자 포커싱 정도를 살펴. 15 프레임으로 구성된 동영상 각각의 조건에 대해 수집되었다. ImageJ에 소프트웨어는 마이크로 채널의 폭을 가로 질러, 형광 강도 프로파일 다섯을 샘플링 하였다. 수치 계산 프로그램은 각 조건에 대한 강도 프로파일을 평균화하고 인라인 필터 프로그램을 사용하여 평균 데이터를 평활화하기 위해 사용되었다. 예상 한 바와 같이 (입자 스트림의 폭에 대응하는 형광 피크의 폭에 의해 정의 된 IE) 증가 유량 (도 3A)이 감소 된 파티클의 범위는 집속. 우리는 또한 입자의 범위가 (인가 된 전압이 증가함에 따라 인터넷을 증가 포커싱 발견gure 3B). 
그림 1. 벌크 음향 정상파지지 Acoustofluidic 장치 "덮개"붕규산 유리 융합 에칭 실리콘 기판으로 구성된 장치의 상단 (A)과 하단 (B)의 개략도, 폴리 디메틸 실록산 (PDMS) 블록 실리콘 연결된 배관 및 장치의 하부에 붙어 전선에 납땜 압전 변환기. 장치의 상단 (C)과 하단 (D)의 사진도 표시됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. 
그림 2 : 음향이의 초점양 및 음의 음향 콘트라스트 인자 입자. (A) 이전에 티탄산 지르콘 산납 (PZT) 변환기의 작동으로는 100 ㎕의 흐르는 양 탄성 콘트라스트 인자 (10 μm의 황록색 폴리스틸렌 비드)와 입자 / 분의 점유 마이크로 채널의 폭입니다. PZT 변환기 후 (B)는 (A)의 입자가 정상파의 노드를 따라 압력 집중 나타낸다 (= V에서 40 V 및 PP ƒ = 2.366 MHz의) 작동된다. 적용 흐름의 부재에서 정재파의 압력 파복 따라 초점을 맞춘 음의 음향 대비 인자 (C) 입자 (V의 쪽 = 40 V 및 ƒ = 2.366 MHz의). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
Discussion
Acoustophoresis은 유체 집속 방법에 사용되는 외피 유체없이 정확하게 유체 마이크로 채널 내 미세 기관을 배치하는 간단하고 신속한 방법을 제공한다. (24)이 소자가 입자 또는 세포 조작의 다른 방법에 비해 여러 가지 장점을 제공한다 (예를 들면, 자기 영동, 25,26 유전 27 인해 높은 자화율, 전기 polarizabilities 또는 좁은 크기의 분산없이 개체를 처리 할 수있는 능력에) (28)를 강제 관성. 또한, 음향 정상파의 집중 노드 언쇼 정리에 따라 정자 또는 전기장에 의해 불가능 뭔가 여기의 소스로부터 멀리 배치 될 수있다. (29)의 추가 장점은 음향 기기가 전체 입자를 집중할 수있다 장치 그쪽으로 불가능 유동 방향 독립적인가 유량 및 다양한t 28 효율적 같은 유동 세포 계측법 및 입자 크기와 같은 애플리케이션을위한 개선 된 입자 검사 용 입자 또는 세포를 운반하는 수단을 제공 포커싱 관성력에 의존한다. (30, 31) 장치의 제조 및 조작의 용이성을 직접 유사한 구현을 허용 할 , 초점을 집중 분획 및 액체에 현탁 개체를 정렬 장치. (32)
우리는 음향 서 파도에 의해 생성 된 강한 힘있는 차 방사선 힘은, (1) 10 ㎖ / 하나의 오리피스 설계를위한 시간을 초과 유량에서 미세 유체 채널을 통해 흐르는 미세 입자를 집중할 수 있습니다 것으로 나타났습니다. 100 μL / 분의 일정한 유속, 우리는 디바이스가 좁은 유선형으로 입자를 초점을 맞출 수있는 표시 (예를 들어, 50 μm의)간에 20 V의 피크 - 투 - 피크 저전압에서 임의의 피복 유체없이 로우 활성화 1000 만 이상적 상대의 집중 배치 방식에 대한 - 전원 방법사이클 사용 / min의 예로서, 밀집 솔루션 (예를 들어, 6 × 108 입자 / ㎖)를 처리 할 때. 또한, 스루풋이 대폭 병렬 노드의 세트를 생성하기 위해 고조파로 구동되는 멀티 오리피스 acoustofluidic 칩 또는 채널을 제조하여 증가 될 수있다. (33)
본원에만 표시 장치가 종래의 미세 가공에 사용되는 물질 및 방법을 필요로하면서, 우리는 유사한 장치를 구성하기 위해 사용될 수있는 다른 기술의 소수가 있다는 것을 강조한다. 19,34,35이 방법의 장점은 단순성을 포함 할뿐만 아니라 최종 장치의 내구성.
이러한 디바이스의 제조에 중요한 단계 fluorescen 의해 관찰 투명 "덮개"에 규소 융합 실리콘 양극 접합에 채널을 형성하는 마이크로 채널, 반응성 이온 에칭의 형상을 정의하는 포토 리소그래피를 포함가전 현미경. 이 단계의 모든 장치 내에 먼지 나 이물질의 수집을 방지하기 위해 클린 룸 시설을 필요로한다. 이 단계 후에, 그러나, 완료 PZT 변환기를 접착 및 유체 포트는 상대적으로 간단하고, 클린 룸의 외부에서 수행 될 수있다.
그러나, 상기 장치의 적절한 처리 장수 필수적이다. 이것은 (1) 각 실험 후에 잔류 세제로 축적하고 (2) 세척 장치로부터 채널을 보호하기 위하여 각 실험 전에 패시 시약 (예, 폴리 (에틸렌 글리콜) 실란)을 포함하는 배양 장치. 찌꺼기가 쌓이면 음향 정상파의 충실도를 손상시킬 수 있고, 효율적으로 장치 내에 입자 또는 세포를 집중하는 능력을 감소시킬 수있다. 또한 이러한 장치는 정재파의 크기의 절반에 접근 엔티티를 포함하는 고도로 분산 성인 샘플 또는 샘플에 적합되지 않습니다.
AcoustofluiDIC 장치는 분리 셀 및 유동 세포 계측법에 콜로이드 어셈블리에서 이르기까지 다양한 애플리케이션에 대한 엄청난 유틸리티를 제공합니다. 시스 유체를 분배하기위한 불필요한 시약 큰 샘플 볼륨 또는 대형 설비에서 비용을 절감하면서 높은 유속 정밀도 생물학적 시료를 처리하는 능력이 미세 유동 장치에 의해 증가 된 처리량 능력을 허용 할 수있다. acoustofluidic 장치를 만드는 데 필요한 제조 방법이 간단하며, 그 동작에 필요한 절차는 사용자 친화적이다. 우리는 이러한 절차는 재료 과학, 생명 공학 및 의학에서 응용 프로그램에 대한 연구의 새로운 영역을 촉진하기 위해 유사한 장치의 광범위한 개발을 장려 바랍니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Silicon wafers | Addison Engineering, Inc. | 3P1 | 6” mechanical grade silicon wafer <111> |
| AZ 9260 photoresist | MicroChemicals GmbH | AZ9260-Q | Positive photoresist |
| AZ 400K developer | MicroChemicals GmbH | AZ400K CONC-CS | Dilute 1 part AZ 400k in 4 parts deionized H2O |
| H2O2 | Sigma Aldrich, Co. | 216763 | 30 wt.% in H2O |
| H2SO4 | Sigma Aldrich, Co. | 320501 | ACS reagent, 95.0-98.0% |
| 1165 Photoresist Remover | Dow Chemical, Co. | DEM-10018073 | 1-methyl-2-pyrrolidinone based |
| Acetone | Sigma Aldrich, Co. | 320110 | ACS reagent, ≥99.5% |
| Isopropyl alcohol | Sigma Aldrich, Co. | W292907 | ≥99.7%, FCC, FG |
| Methanol | Sigma Aldrich, Co. | 322415 | Anhydrous, 99.8% |
| Borosilicate glass (Nexterion glass B) | Schott AG | 2098576 | Size: 120 x60 ±0.1 mm Thickness: 1 ±0.005 mm |
| Drill bit for glass and ceramic | McMaster-Carr, Inc. | 2954A1 | Drill bit size: 1/8” Overall length: 2 3/16” Shank diameter: 7/64” |
| Polydimethylsiloxane (PDMS) kit | Sigma Aldrich, Co. | 761036 | Dow Corning, Co.; Sylgard 184®; 10 g clip-pack |
| Biopsy punch | Ted Pella, Inc. | 15078 | Harris uni-core Tip ID: 3.0 mm Tip OD: 3.40 mm |
| Lead zirconate titanate (PZT) transducer | APC International, Ltd. | Custom order, (841 WFB) | Length: 30.0 mm, Width: 5.0 mm, Freq.: 2.46 MHz, 2.0 mm end wrap for leads |
| Silicone tubing | Cole Parmer Instrument, Co. | 07625-22 | 0.6 mm I.D. |
| Polystyrene beads | Thermo Fischer Scientific, Inc. | F-8836 | 10 µm yellow-green fluorescence |
References
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