Waiting
Login processing...

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

Engineering

Microparticle Manipulation af stående overflade akustiske bølger med Dual-frekvens excitationer

Published: August 21, 2018 doi: 10.3791/58085
Automatic Translation
1, 1
1School of Mechanical and Aerospace Engineering, Nanyang Technological University

Summary

En protokol for at manipulere med mikropartikler i en mikrofluid kanal med en dobbelt-frekvens excitation præsenteres.

Abstract

Vi demonstrere en metode til at øge en stående overflade akustiske bølge (SSAW) tuning mulighed for mikropartikler manipulation i et lab-on-a-chip (LOC) system. Den samtidige excitation af den grundlæggende frekvens og dens tredje harmoniske, der er betegnet som dual-frekvens excitation, et par af håndfladens transducere (IDTs) kunne generere en ny type stående akustiske bølger i en mikrofluid kanal. Varierende magt og fasen i den dobbelt-frekvens excitation signaler resultater i en omkonfigurerbare felt af den akustiske stråling kraft af mikropartikler i hele microchannel (f.eks., antal og placering af trykket noder og den microparticle koncentrationer på de tilsvarende pres noder). Denne artikel viser, at motion tidspunktet for microparticle til kun én pres node kan reduceres ~ 2-fold på magtforholdene i den grundlæggende frekvens større end ~ 90%. I modsætning, der er tre pres noder i microchannel hvis mindre end denne tærskel. Desuden justere den indledende fase mellem den grundlæggende frekvens og de tredje harmoniske resultater i forskellige motion satser for de tre SSAW pres noder og i procentdelen af mikropartikler på hver pres node i microchannel. Der er en god aftale mellem den eksperimentelle observation og numeriske prognoser. Denne roman excitation metode kan let og ikke-invasivt integrere i LOC system, med en bred tenability og kun et par ændringer til den eksperimentelle set-up.

Introduction

LOC teknologi integrerer en eller flere funktioner på en mikrochip for biologi, kemi, Biofysik og biomedicinsk processer. LOC tillader en laboratorium set-up i skala mindre end sub millimeter, hurtig reaktion priser, en kort responstid, en høj proceskontrol, en lav lydstyrke forbrug (mindre affald, lavere reagenser omkostninger og mindre kræves sample volumen), en høj overførselshastighed skyldes parallelisering, en simpel omkostninger fremover masseproduktion og omkostningseffektiv engangsartikler, en høj sikkerhed for kemiske, radioaktive eller biologiske undersøgelser og fordelene ved en kompakt og bærbar enhed1,2. Præcise celle manipulation (dvs., akkumulering og adskillelse) er kritisk i en LOC-baseret analyse og diagnose3,4. Men, nøjagtighed og reproducerbarhed af microparticle manipulation har en række udfordringer. Mange teknikker, såsom electro-osmose5, dielektroforesis (DEP)6, magnetophoresis7, thermophoresis8,9, en optisk tilgang10, en optoelektroniske tilgang11 , en hydrodynamiske tilgang12, og acoustophoresis13,14,15, er blevet udviklet. I sammenligning er akustisk tilgange passende for en LOC program fordi teorien, mange typer af mikropartikler/celler kan manipuleres effektivt og noninvasively med en tilstrækkelig høj kontrast (tæthed og kompressionsevne) sammenlignet med den omkringliggende væske. Derfor, i forhold til deres kolleger, akustisk tilgange er i sagens natur berettiget til de fleste mikropartikler og biologiske genstande, uanset deres optiske, elektriske og magnetiske egenskaber16.

Overflade akustiske bølger (Save) fra IDTs udbrede det meste på overfladen af en piezoelektriske substrat på tykkelsen af flere bølgelængder og derefter lækage i Rayleigh vinkel ind i væsken i microchannel, ifølge den Snells lov17, 18,19,20,21,22. De har de tekniske fordele ved en høj energieffektivitet langs overfladen på grund af deres lokalisering af energien, en stor design fleksibilitet ved høj frekvens, et godt systemintegration med mikrofluid kanal og miniaturisering ved hjælp af Micro-elektroniske-mekanisk system (MEMS) teknologi, og et stort potentiale af masseproduktion23. I denne protokol, er Save genereret fra et par af identiske IDTs og opformeret i den modsatte retning til at generere en stående bølge eller SSAW, i microchannel, hvor de suspenderede mikropartikler er skubbet til pres noder, det meste af den anvendte akustisk stråling kraft24. Amplituden af sådanne resulterende kraft bestemmes af excitation frekvens, microparticle størrelse og dens akustiske kontrast faktor22,25.

Sådanne acoustophoresis har begrænsning af forudbestemt manipulere mønstre, der ikke er let justerbare. Excitation hyppigheden af IDTs er bestemt af deres periodiske afstand, så båndbredden er ret begrænset. Flere strategier er udviklet til at forbedre tunability og manipulation evnen. De første og anden tilstande af akustiske stående bølger anvendes i forskellige dele af microchannel kunne adskille mikropartikler mere effektivt efter forskellige bevægelse hastighed mod nodal linjer26. Disse to tilstande kan også anvendes på hele del af microchannel og skiftede alternativt27,28,29. Dog, er et stort antal udstyr (dvs., tre funktion generatorer, to impedans matchende enheder og en elektromagnetisk relæ) påkrævet, med den øgede omkostninger og kontrol kompleksitet af de eksperimentelle set-up på grund af de forskellige elektriske impedances på grundlæggende frekvens og tredje harmoniske af piezoceramic plade30. Derudover kunne skrå finger håndfladens transducere (SFITs) anvendes til at justere cellerne og mikropartikler mønster af spændende en periode af de skrå fingre for en vis resonans20,31. Men så, båndbredden, der er omvendt proportional med antallet af skrå fingre. Flere pres nodal linjer har en højere adskillelse effektivitet og følsomhed i forhold til de enkelt nodal linje i den konventionelle SSAW-baserede microparticle separator. Placeringen af pres noder kunne alternativt også ændres blot ved at justere fase forskellen anvendes til de to IDTs i design32,33.

Den grundlæggende frekvens og den tredje harmoniske af IDTs har lignende hyppighed svar, så de kan blive ophidset samtidigt, hvilket giver mere tunability for mikropartikler manipulation34. I forhold til konventionelle IDT excitation på en enkelt frekvens, justere det akustiske pres af den dobbelt-frekvens excitation og fase mellem dem giver teknisk entydighed, som op til ~ 2-fold reduceret bevægelse tid presset nodal linje eller center microchannel, varieret antal og placering af trykket nodal linjer og microparticle koncentrationer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. forberedelse af den mikrofluid kanal

  1. Bland poly-dimethylsiloxane (PDMS) med en elastomer base i forholdet 10:1.
  2. Degas blandingen i et vakuum ovn og hæld det på en silicium wafer med en negativ tone photoresist mønster på toppen.
  3. Degas mønstrede silicium wafer igen og varme den på 70 ° C til 3 h i en inkubator for størkning.

2. fabrikation af håndfladens transducere

  1. Indbetaling 20 nm af Cr og 400 nm af Al på en LiNbO3 wafer; mønster 20 strimler med en bredde på 150 µm og en blænde på 2 cm på en plastik maske for fotolitografi ved at deponere den positive photoresist på underlaget.
  2. Fjerne Cr-Al lag på den ikke-udsat område med acetone.
  3. Behandle overfladen af dem med ilt plasma (med kvælstof og ilt forholdet 2:1) på strøm på 30 W for 60 s.
  4. Juster PDMS microchannel og obligation det til LiNbO3 underlaget ved at trykke det med en tommelfinger i et par sekunder.
  5. Sted den integrerede enhed i den varme afdeling ved 60 ° C til 3 h.

3. dobbelt-frekvens magnetisering

  1. Samtidig gælder to frekvens komponenter (f1 og f3, den grundlæggende frekvens og dens tredje harmoniske af de fabrikerede IDT, henholdsvis) med fase forskel φ mellem dem til par af IDTs, så den producerede så kan udtrykkes som følger.
    Equation 1
    Her
    Equation 2og Equation 3 = det akustiske pres.
  2. Syntetisere den dobbelt-frekvens bølgeform ved hjælp af Equation Editor af den ArbExpress overførelse programmel på sampling-frekvens på 100 MS/s og derefter gemme det til funktionsgenerator som vilkårlige input til SAW excitation i eksperimentet via et USB-kabel.
  3. Variere styrken af den grundlæggende frekvens til den samlede udsendte magt Equation 4 fra 100% (excitation med rent grundlæggende frekvens) til 0% (excitation på den udelukkende tredje harmoniske); for en god sammenligning, ændre, men holde den samlede effekt er de samme.
  4. Variere fase forskellen af den dobbelt-frekvens excitation fra 0° til 360°.

4. Numerisk simulering

  1. Beskrive bevægelsen af inkompressible laminar flow med lav Reynolds (dvs., Re = 0,55) og Mach numre som følger35.
    Equation 5
    Equation 6
    Her
    Equation 7= den væske velocity,
    Equation 8= dynamisk viskositet,
    Equation 9= den væske tæthed,
    Equation 10= Tryk på væsken,
    Equation 11= identitet matrix, og
    Equation 12= en ekstern kraft.
  2. Beskrive den producerede Stoke træk kraft på objektet som følger36.
    Equation 13
    Her
    Equation 14= radius af microparticle,
    Equation 15= hastigheden af væske, og
    Equation 16= hastigheden af microparticle.
  3. Udlede den akustiske stråling kraft, microparticle i microchannel langs x-aksen (på tværs af microchannel bredde) på en enkelt frekvens som følger16 .
    Equation 17
    Her
    Equation 18= rumfanget af microparticle,
    Equation 19= massefylde af microparticle,
    Equation 20= massefylde af medium,
    Equation 21= kompressionsevne af microparticle, og
    Equation 22= kompressionsevne af mediet.
  4. Udlede den resulterende akustiske stråling kraft af den dobbelt-frekvens excitation som følger.
    Equation 23
  5. Udtrykke den tværgående bevægelse på tværs af kanalen bredde (langs y-aksen) under både den akustiske stråling kraft og Stokes træk kraft underlagt Newtons anden lov som følger.
    Equation 24
  6. Løse de ordinære differentialligninger (Oder) ovenfor med den fjerde rækkefølge Runge Kutta metode på en personlig computer. Indstille tiden trin og samlede varighed som 1 µs og 20 s, henholdsvis.

5. eksperimentelle Observation

  1. Spin løsningen i koncentrationen af 5,9 x 107 med 4 µm grøn fluorescerende polystyren perler per 1 mL af vortex for ca 2-3 min og derefter nedsænke det i en ultralyd sonikator for 10 min at forstyrre nogen bymæssigt område før hver test.
  2. Fyld blandingen i en 3 mL sprøjte og derefter køre det med en sprøjten pumpe på en gennemstrømningshastighed på 3-5 µL/min.
  3. Drive IDT med dual-frekvent signal fra en funktionsgenerator efterfulgt af en effektforstærker.
  4. Observere den stabiliserede mikropartikler i den downstream microchannel under et lysmikroskop ved 40 X Forstørrelse og registrere billedet med et digitalt kamera.
  5. Måle placeringen af den akkumulerede mikropartikler i digitale billederne ved hjælp af ImageJ og den etablerede skala, og derefter kvantitativt bestemmes koncentrationen af de akkumulerede microparticle med normaliseret fluorescens lysstyrke på hver pres node.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Fordelinger af det akustiske pres og den akustiske stråling kraft af en SSAW på den dobbelt-frekvens excitation (6,2 og 18.6 MHz) er vist i figur 1. Her, den dobbelt-frekvens excitation opstår på polystyren mikropartikler (4 µm i diameter) i en microchannel med en bredde på 300 µm ved en akustisk effekt af 146 mW. Den resulterende akustiske pres er altid i fase når P1 > 90% så at kun én pres node er til stede på y = 150 µm. Derimod tre pres noder er til stede på y = 75, 150 og 225 µm på P1 = 90%, og på y = 50, 150 og 250 µm på P1 = 0%. Tærsklen på P1= 90% er fundet næsten konstant i hele alle forsøgsbetingelser, som er en microparticle diameter på 4-10 µm, en samlet akustisk effekt på 73-648 mW og en drivende frekvens af 6.2-18,6 MHz.

På P1 = 90%, mikropartikler i regionen i 75 µm < y < 255 µm og 0 µm ≤ y ≤ 75 µm flytte mod centralt og den lavere tryk node, henholdsvis. I sammenligning, på P1 = 0%, regioner for centralt og den lavere tryk på noder er ændret til 100 µm < y < 200 µm og 0 µm ≤ y ≤ 100 µm, henholdsvis. Efterfølgende microparticle koncentrationer på noden lavere varierer fra 25% til 33,3% og på centrale noder fra 50% til 33,3%, når faldende P1 fra 90% til 0%, henholdsvis (Se figur 2a). Bevægelse tid af microparticle mod noden pres er reduceret fra ca 1,95 s på P1 = 100% til 0,97 s på P1 = 95% (Se figur 2b). Afhængighed af placeringen af noden pres og microparticle koncentration på P1, måles eksperimentelt, har en god korrelation med de numeriske forudsigelse (R2 = 0,85 i figur 2 c og Rasmussen 2 = 0,83 i figur 2d). Et stort antal magt var testet (n > 31), og ændringer i placeringen af akkumulerede mikropartikler (6,8-10,6%) er meget mindre end dem i partikel koncentration på pres-noder (6,7-31.4%), der kan være grund til at forekomsten af bymæssigt område under microparticle akkumulering.

Den indledende fase af den tredje harmoniske i dobbelt-frekvens excitation påvirker den syntetiserede drivende bølgeform, den deraf følgende akustiske stråling kraft til microparticle, og placeringen af noden pres (Se figur 3). Med en stigning på φ fra 0 ° til 180 °, tre pres noder (y = 63,5, 150 og 236.5 µm) vil gradvist flytte nedad på tværs af microchannel. Som P1 blev fastsat til 85%, noden lavere pres er placeret på y = 49.5 µm, 33,5 µm, 17 µm og 0 µm og på φ = 45 °, 90 °, 135 ° eller 180 °, henholdsvis. Den akustiske stråling tvinger fra f1 og f3 er ude af fase på φ = 0 °, mens i fase på φ = 180 °. For eksempel, hos y = 75 µm og φ = 0 °, de maksimale akustiske stråling styrker af f1 og f3 er 37.68 pN og-47.49 pN, henholdsvis. Mens på φ = 180 °, den maksimale akustiske stråling kraft fra f1 og f3 på den samme position er 37.68 pN og 47.49pN, henholdsvis. Alle pres noder flytte nedad på tværs af microchannel lineært med stigning af φ. Det bemærkes, at noden lavere tryk skifter meget hurtigere end dem i midten og øvre pres noder (dvs.fra 63,5 til 0 µm, fra 150 til 110.6 µm, og fra 236.5 µm til 190.1 µm med ændringen af φ fra 0 ° til 180 °). På φ = 180 °, der er 4 pres noder. Efter, at noden pres på den nedre grænse (y = 0 µm) forsvinder, og der på den øvre grænse (y = 300 µm) skifter nedad med samme sats som den lavere tryk node med ændringen af φ fra 0 ° til 180 °. På φ = 360 °, noden pres erstatter en tilstødende (dvs., de øverste pres node på φ = 360 ° har samme placering som den centrale pres node på φ = 0 °). De eksperimentelle resultater har en god aftale med den numeriske forudsigelse, især dem af placeringen af noden pres på forskellige faser.

Figure 1
Figur 1. a et skematisk diagram over eksperimentel opsætning og (b) foto af IDTs og PDMS microchannel (skala af 300 µm). c presset bølgeform og (d) den tilsvarende akustiske stråling kraft påføres 4-µm mikrokugler i en 300 µm mikrofluid kanal af dobbelt-frekvens excitation på varieret magt nøgletal af P1 = 100% (rent grundlæggende frekvens), 95%, 91%, 90%, 85 %, og 0% (rent tredje harmoniske) ved den samlede akustisk effekt af 146 mW. Bevægelse af microparticle i første omgang på y = 0 µm (e) med en diameter på 4 µm under varieret magt nøgletal (88-91%) og total akustiske beføjelser (73-648 mW) og (f) de forskellige diametre af 4, 6, 8 og 10 µm på den samlede akustiske effekt af 73 mW. Dette tal er blevet ændret fra Sriphutkiat, Y., mfl. 34. venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2. a en Microparticle holdning og koncentration, (b) bevægelse af mikropartikler i første omgang på y0 = 0 μm og microparticle akkumulering tid ved hjælp af den dobbelt-frekvens excitation ved den samlede akustisk effekt af 146 mW med varieret magt nøgletal. Sammenligning af simulation og eksperimentelle resultater (gennemsnitlige standardafvigelse) (c) placeringen af pres node (R2 = 0,85, n = 37) og (d) microparticle koncentrationen ved hvert tryk node i microchannel (R2 = 0,83, n = 31) på varieret magt nøgletal i P1. Dette tal er blevet ændret fra Sriphutkiat, Y., mfl. 34. venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3. a den syntetiserede bølgeform på den dobbelt-frekvens excitation, b fordeling af resulterende akustiske stråling kraft over 300 µm microchannel på den varierede indledende fase fra 0° til 180° på magtforholdene på 85%. Virkningerne af den indledende fase på den dobbelt-frekvens excitation, Ø, på placeringen af pres node i den (c) simulering og (e) eksperiment (gennemsnit ± standardafvigelse) og procentdelen af mikropartikler akkumuleret i hver pres node i (d) simulering og f eksperiment. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Microparticle bevægelse i microchannel af en SSAW på den dobbelt-frekvens excitation blev grundigt undersøgt i denne undersøgelse, og et effektivt afstemmelige mønstre teknik ved at variere dobbelt-frekvens excitation signaler blev udviklet og afprøvet. Produktion af sådan en bølgeform er let indset ved de fleste funktion generatorer, og justere tilgang er meget bekvemt. Både S12- og S11-hyppighed svar i de fabrikerede IDTs illustrerer flere resonant tilstande34. Den målte grundlæggende frekvens på 6,1 MHz og den tredje harmoniske på 17,8 MHz er tæt på de designede værdier (6,2 og 18.6 MHz) med lignende transmission koefficienter,-8.34 dB vs -9.75 dB, henholdsvis. Således, en lignende akustisk energi output på disse to komponenter på den dobbelt-frekvens excitation ved hjælp af en enkelt IDT forventes. Sådan en komponent kombination er ikke kun begrænset til f1 og f3. Andre, er såsom f1 og f5, og f3 og f5, også gældende. Selv om piezoceramics kan også generere forskellige harmoniske af bulk akustisk, er samtidige excitation af dem umuligt. Skift feltet akustiske kunne forbedre microparticle sortering29 , men på bekostning af mere udstyr og en høj kontrol kompleksitet.

Antallet og placeringen af pres noder i microchannel og de tilsvarende microparticle koncentrationer kan indstilles bekvemt og effektivt af den dobbelt-frekvens excitation uden at ændre andre dele. Kun én pres node på P1 > 90% er den samme som produceres af den grundlæggende frekvens. Men der er tre pres noder med forskellige holdninger og en microparticle koncentration under denne tærskel. Denne tærskel er fundet konstant for alle test parametre her, såsom den drivende frekvens, akustisk magt og diameteren af mikropartikler. De eksperimentelle resultater korrelere ganske godt med den teoretiske forudsigelse. Ved hjælp af den foreslåede strategi, motion tid af mikropartikler kunne blive reduceret op til ~ 2-fold, hvilket tyder på en højere overførselshastighed.

Fase modulation med Dobbeltfrekvens giver en fleksibel styring af pres noder placering. Shifting andre pres noder væk eller justere retningen af den akustiske stråling kraft indad kan være en enkel måde at øge antallet af mikropartikler på noden specifikke pres. På φ ≥ 180 °, noden pres i bunden af microchannel vil forsvinde, men en ATT toppen vil dukke op. På φ = 360 °, udskiftning af pres noder opstår. Således flytte presset nodal linjer løbende med den varierede fase mellem to frekvens komponenter.

I denne undersøgelse er der stadig nogle begrænsninger. Mere akustisk dæmpning og tyktflydende opvarmning af wall materialet kan indføres, når en så forplanter sig gennem en tyk PDMS microchannel37. Parasitære bølge excitation i væggen, sådan fra en bulk akustiske bølge, kan også betjene væske i microchannel. Eksperimenter ved hjælp af de biologiske celler er et stort behov for klinisk brug.

Denne akustisk LOC er i sagens natur ikke-invasiv, og denne nye excitation strategi kunne forbedre tenability og manipulation, som har et stort potentiale i mange applikationer. Dual-frekvens excitation i biologiske diagnoser, som isolerer cirkulerende tumorceller (CTCs), kan give oplysninger om forekomsten af metastaser og efterfølgende anmode om øjeblikkelig behandling.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

Acknowledgments

Dette arbejde blev sponsoreret af akademiske forskningsfond (AcRF) Tier 1 (RG171/15), Undervisningsministeriet, Singapore.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
poly-dimethylsiloxane Dow Corning Sylgard 184
poly-dimethylsiloxane elastomer base Dow Corning Sylgard 184
silicon wafer Bonda Technology SI8PSPD
negative tone photoresist Microchem SU-8
double-side polished LiNbO3 wafer University Wafer Y-128°
positive photoresist Nicolaus-Otto-Straße AZ 9260
oxygen plasma Harrick Plasma
plastic mask Infinite Graphics

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Chin, C. D., Linder, V., Sia, S. K. Commercialization of microfluidic point-of-care diagnostic devices. Lab on a Chip. 12 (12), 2118-2134 (2012).
  2. Figeys, D., Pinto, D. Lab-on-a-chip: a revolution in biological and medical sciences. Analytical Chemistry. 72 (9), 330 A-335 A (2000).
  3. den Toonder, J. Circulating tumor cells: the Grand Challenge. Lab on a Chip. 11 (3), 375-377 (2011).
  4. Yu, L., et al. Advances of lab-on-a-chip in isolation, detection and post-processing of circulating tumour cells. Lab on a Chip. 13 (16), 3163-3182 (2013).
  5. Jorgenson, J. W., Lukacs, K. D. High-resolution separations based on electrophoresis and electroosmosis. Journal of Chromatography A. 218, 209-216 (1981).
  6. Gascoyne, P. R., Vykoukal, J. Particle separation by dielectrophoresis. Electrophoresis. 23 (13), 1973 (1973).
  7. Xia, N., et al. Combined microfluidic-micromagnetic separation of living cells in continuous flow. Biomedical Microdevices. 8 (4), 299-308 (2006).
  8. Garcés-Chávez, V., et al. Extended organization of colloidal microparticles by surface plasmon polariton excitation. Physical Review B. 73 (8), 085417 (2006).
  9. Zhu, T., Ye, W. Origin of Knudsen forces on heated microbeams. Physical Review E. 82 (3), 036308 (2010).
  10. Ashkin, A., Dziedzic, J., Yamane, T. Optical trapping and manipulation of single cells using infrared laser beams. Nature. 330 (6150), 769-771 (1987).
  11. Chiou, P. Y., Ohta, A. T., Wu, M. C. Massively parallel manipulation of single cells and microparticles using optical images. Nature. 436 (7049), 370-372 (2005).
  12. Yamada, M., Seki, M. Hydrodynamic filtration for on-chip particle concentration and classification utilizing microfluidics. Lab on a Chip. 5 (11), 1233-1239 (2005).
  13. Burguillos, M. A., et al. Microchannel acoustophoresis does not impact survival or function of microglia, leukocytes or tumor cells. PLoS One. 8 (5), e64233 (2013).
  14. Lin, S. -C. S., Mao, X., Huang, T. J. Surface acoustic wave (SAW) acoustophoresis: now and beyond. Lab on a Chip. 12 (16), 2766-2770 (2012).
  15. Petersson, F., Åberg, L., Swärd-Nilsson, A. -M., Laurell, T. Free flow acoustophoresis: microfluidic-based mode of particle and cell separation. Analytical Chemistry. 79 (14), 5117-5123 (2007).
  16. Ding, X., et al. On-chip manipulation of single microparticles, cells, and organisms using surface acoustic waves. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (28), 11105-11109 (2012).
  17. Friend, J., Yeo, L. Y. Microscale acoustofluidics: Microfluidics driven via acoustics and ultrasonics. Reviews of Modern Physics. 83 (2), 647 (2011).
  18. Destgeer, G., Lee, K. H., Jung, J. H., Alazzam, A., Sung, H. J. Continuous separation of particles in a PDMS microfluidic channel via travelling surface acoustic waves (TSAW). Lab on a Chip. 13 (21), 4210-4216 (2013).
  19. Guo, F., et al. Controlling cell-cell interactions using surface acoustic waves. Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (1), 43-48 (2015).
  20. Ding, X., et al. Cell separation using tilted-angle standing surface acoustic waves. Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (36), 12992-12997 (2014).
  21. Roshchupkin, D., et al. X-ray diffraction by standing surface acoustic waves. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 142 (3), 432-436 (1998).
  22. Shi, J., Mao, X., Ahmed, D., Colletti, A., Huang, T. J. Focusing microparticles in a microfluidic channel with standing surface acoustic waves (SSAW). Lab on a Chip. 8 (2), 221-223 (2008).
  23. Ding, X., et al. Surface acoustic wave microfluidics. Lab on a Chip. 13 (18), 3626-3649 (2013).
  24. King, L. V. On the acoustic radiation pressure on spheres. Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. , The Royal Society. 212-240 (1934).
  25. Yosioka, K., Kawasima, Y. Acoustic radiation pressure on a compressible sphere. Acta Acustica United with Acustica. 5 (3), 167-173 (1955).
  26. Ratier, C., Hoyos, M. Acoustic programming in step-split-flow lateral-transport thin fractionation. Analytical Chemistry. 82 (4), 1318-1325 (2010).
  27. Mandralis, Z., Feke, D., Bolek, W., Burger, W., Benes, E. Enhanced synchronized ultrasonic and flow-field fractionation of suspensions. Ultrasonics. 32 (2), 113-122 (1994).
  28. Laurell, T., Petersson, F., Nilsson, A. Chip integrated strategies for acoustic separation and manipulation of cells and particles. Chemical Society Reviews. 36 (3), 492-506 (2007).
  29. Liu, Y., Lim, K. -M. Particle separation in microfluidics using a switching ultrasonic field. Lab on a Chip. 11 (18), 3167-3173 (2011).
  30. Brissaud, M. Characterization of piezoceramics. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 38 (6), 603-617 (1991).
  31. Ding, X., et al. Tunable patterning of microparticles and cells using standing surface acoustic waves. Lab on a Chip. 12 (14), 2491-2497 (2012).
  32. Jo, M. C., Guldiken, R. Particle manipulation by phase-shifting of surface acoustic waves. Sensors and Actuators A: Physical. 207, 39-42 (2014).
  33. Meng, L., et al. Transportation of single cell and microbubbles by phase-shift introduced to standing leaky surface acoustic waves. Biomicrofluidics. 5 (4), 044104 (2011).
  34. Sriphutkiat, Y., Zhou, Y. Particle manipulation using standing surface acoustic waves (SSAW) at dual frequency excitation: effect of power ratio. Sensors and Actuators A: Physical. 263, 521-529 (2017).
  35. Batchelor, G. K. An Introduction to Fluid Dynamics. , Cambridge University Press. Cambridge, UK. (2000).
  36. Glynne-Jones, P., Hill, M. Acoustofluidics 23: acoustic manipulation combined with other force fields. Lab on a Chip. 13 (6), 1003-1010 (2013).
  37. Winkler, A., Brünig, R., Faust, C., Weser, R., Schmidt, H. Towards efficient surface acoustic wave (SAW)-based microfluidic actuators. Sensors and Actuators A: Physical. 247, 259-268 (2016).
  38. Chen, Y., et al. Standing surface acoustic wave (SSAW)-based microfluidic cytometer. Lab on a Chip. 14, 916-923 (2014).
  39. Devendran, C., et al. The importance of travelling wave components in standing surface acoustic wave (SSAW) systems. Lab on a Chip. 16, 3756-3766 (2016).
  40. Destgeer, G., et al. Submicron separation of microspheres via travelling surface acoustic waves. Lab on a Chip. 14, 4665-4672 (2014).
  41. Ding, X., et al. Standing surface acoustic wave (SSAW) based multichannel cell sorting. Lab on a Chip. 12, 4228-4231 (2012).
  42. Chen, Y., et al. Continuous enrichment of low-abundance cell samples using standing surface acoustic waves (SSAW). Lab on a Chip. 14, 924-930 (2014).

Tags

Teknik fase spørgsmålet 138 Microparticle manipulation stående overflade akustiske bølge dual-frekvens excitation magtforholdene forskel mikrofluid kanal
Microparticle Manipulation af stående overflade akustiske bølger med Dual-frekvens excitationer
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Zhou, Y., Sriphutkiat, Y.… More

Zhou, Y., Sriphutkiat, Y. Microparticle Manipulation by Standing Surface Acoustic Waves with Dual-frequency Excitations. J. Vis. Exp. (138), e58085, doi:10.3791/58085 (2018).

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