Yüzey-akustik dalga odaklı Akustik-ters akışlı Mikroakiskan Fabrikasyon, İşletme ve Akış Görselleştirme

Aşağıdaki deneyin genel amacı, bir yüzey akustiği, dalga tahrikli mikroakışkan karşı akış cihazının cihaz üretim işlemini ve müteakip akış görselleştirmesini göstermektir. Bu, ilk olarak altın desenli bir lityum oval yüzey akustik dalga tabakası ve bir polimetil ksin mikrokanal tabakasından oluşan iki katmanlı cihazın imal edilmesiyle elde edilir. İkinci adım olarak, cihaz, interdigital dönüştürücünün düzgün çalışmasını sağlamak ve ayrıca ters akış cihazının çalıştırılacağı rezonans frekansını bulmak için bir ağ analizörü ile test edilir.

Daha sonra, cihazın girişine mikroküre tohumlu sıvı yüklenir ve çıkıştaki interdigital dönüştürücüye bir RF sinyali uygulanır. Elde edilen kanal akışı, esas olarak cihaz geometrilerine ve uygulanan güce bağlı olan çeşitli akış şemalarını göstermek için analiz sonuçları elde edilmesi için yüksek hızlı bir mikroskop ile kaydedilir. Bu yöntem, akustik kontrol akış cihazlarının imalatı ve çalıştırılması için hedeflenirken, bu videodaki prosedür, mikroakışkan, karıştırıcı pompalar ve optimize edici gibi diğer yüzey akustik dalga tahrikli mikroakışkan cihazların imalatı ve çalıştırılması için de uygulanabilir.

Genel olarak, bu yönteme yeni olan kişiler, yüzey akustik dalga mikroakışkanları ile çalışırken ustalaşılması gereken imalat işlemi ve analizinin birçok farklı yönü olduğu için mücadele edebilir. Başlamak için, biri pembe ile gösterilen yüzey akustik dalga tabakası için ve diğeri sarı ile gösterilen mikrokanal kalıbı için olmak üzere iki ayrı fotoğraf maskesi kullanarak ekteki yazılı protokolde açıklandığı gibi bir mikroakışkan cihaz oluşturun. Temel cihaz üretildikten sonra, ARN 43 40 gibi negatif bir fotoğraf direnci ekleyin ve optik litografik teknikler kullanarak mikrokanal alanını ortaya çıkarın.

Ardından, yaklaşık 450 voltluk bir önyargı voltajı vermek için 0,14 milibar ve 100 watt'ta iki dakikalık oksijen plazması kullanarak açıkta kalan numune yüzeyini etkinleştirin. Daha sonraki karışım, 35 mililitre he aec, 15 mililitre karbon tetraklorür ve 20 mikrolitre Okta desal trikloretileni bir davlumbaz içindeki bir behere dönüştürün. Yüzeyi boyutlandırmak ve hidrofobik hale getirmek için cihazı çözeltiye yerleştirin.

Cihazı iki saat kapalı solüsyonda bırakın ve ardından izopropanol ile durulayın ve nitrojen altında kurutun. Kuruduktan sonra suyun yüzeyle temas açısının 90 derecenin üzerinde olduğunu kontrol edin. Temas açısı yetersizse, numuneyi temizleyin ve yüzeyi yeniden boyutlandırın.

Aksi takdirde, kalan fotorezisti asetonla çıkarın, ardından izopropanol içinde durulayın ve bir nitrojen tabancasıyla kurulayın. Daha sonra, numuneyi radyo frekansı dalga kılavuzları ve standart koaksiyel konektörlere sahip bir baskılı devre kartına monte ettikten sonra, numune kenarlarına bir akustik emici polimer koyun ve interdigital dönüştürücüleri kablo bağı veya burada gösterildiği gibi POGO konektörleri kullanarak bağlayın. Ardından, ekteki metin protokolünde açıklandığı gibi istenen boyutlara sahip bir kanal içeren desenli PDMS katmanını hazırlayın.

Sertleştikten sonra, ana kalıba zarar vermemeye ve soymamaya dikkat ederek cerrahi bir bıçak kullanarak kanalın etrafını kesin. Ardından, bir tıraş bıçağı kullanarak replika kenarlarını inceltin ve düzeltin. Kanalın yan tarafında en az iki milimetre boşluk bıraktığınızdan ve numuneyi doğru keserek kanal çıkışında boşluk olmadığından emin olun.

Ardından, sıvı yükleme girişini oluşturmak için bir Harris tek boynuzlu at zımbası kullanarak mikro haznede bir delik açın ve silindiri çıkarın. Ardından, hizalama için bir mikroskop kullanarak basit konformal yapıştırma ile PDMS kanalını lityum oval alt tabaka ile bağlayın. Bu şekilde, bağ, geri dönüşümlü kalırken sıvı testi aşaması boyunca devam edecektir.

Önce yüzey akustik dalga gecikme hattını bir spektrum analizörünün portlarına bağlayarak RF cihazını test edin ve cihazın saçılma matrisini ölçün. Bir çift tek elektrot dönüştürücüsünün iletimi, interdigital dönüştürücünün çalışma frekansında merkezlenmiş bir senkronizasyon fonksiyonunun mutlak değerine benzeyecektir. Ardından, yansıma spektrumunu gözlemleyin.

Yansıma spektrumunda bir düşüş, ana eksen boyunca 100 megahertz'de çalışan cihazlarda iletimdeki tepe noktası ile aynı frekansta meydana gelir. Tipik değerler S 11 ve S 22 için eksi sekiz desibel ve PDMS kanalları olmadan S 12 için eksi 20 desibeldir. Akış dinamiklerini en iyi şekilde görselleştirmek için numuneyi mikroskop altına yerleştirin.

Spesifik optik kurulum, gözlemlenecek yüzey akustik dalga mikroakışkan olaylarına bağlıdır. Sıvı doldurma dinamiklerini incelemek için, bir Forex objektifi ve saniyede 30 kare video kamera ile donatılmış basit bir ters mikroskop kullanın. Bununla birlikte, daha karmaşık mikroparçacık dinamiklerini araştırmak için 20 x objektif ve 100 FPS veya daha yüksek bir video kamera kullanın.

Hem objektifin hem de kare hızının, uzamsal ve zamansal olarak önemli akış özelliklerini yakalayacak kadar yüksek olması önemlidir. Ardından, kanal çıkışının önündeki interdigital dönüştürücüleri bir RF sinyal üretecine ve amplifikatöre bağlayın ve saçılma matrisi ölçümlerinde gözlemlenen rezonans frekansında çalıştırın. Gerekirse, yüksek güçlü bir UHF amplifikatörü kullanın.

Burada maksimum 37 DBM çıkışa ve 40 desibel kazanca sahip bir mini devreler zw beş amplifikatör kullanıyoruz. Akustik ters akışı araştırmak için toplam çıkış gücünün en az 25 DBM'ye ulaşabilmesi önemlidir. Cihazı çalıştırırken akustik ters akış olmadan akustik akış ve atomizasyon olaylarını gözlemleyin.

Daha düşük güçte, tipik olarak akustik akış devridaim sıfır DBM'de başlar ve atomizasyon 14 DBM'nin üzerinde gerçekleşir. Daha sonra, mililitrede 10. parçacıklara 10'da 500 nanometre mikro boncuk ekleyerek ve çözeltiyi deneylerden önce 15 saniye boyunca vorteksleyerek mikro boncuk yükleme sıvısını görselleştirme için hazırlayın. Ardından 60 mikrolitre mikroboncuk süspansiyonunu hazneye yükleyin.

Yavaşça bir mikro pipet sıvısı kullanarak, alt tabaka üzerinde olası parçacık yapışmasını önlemek için mikro odaya pasif olarak yayılır, yükleme sırasında cihaza sıfır DBM sinyali uygular. Videoyu mikroskopta kaydetmeye başlayın ve akustik karşı akışı gözlemlemek için çalışma gücünü artırın. Farklı akış şemaları, giriş gücü, çip tasarımı ve parçacık çapı ile belirlenecektir.

Dinamikleri kalitatif olarak yakalamak için, işaretleyicileri uzamsal referans olarak kullanarak, kanal doldurmanın farklı aşamalarında menisküs ve girişin yakınındaki sıvı akışını kaydedin. Daha sonra kantitatif olarak, doğru sonuçlar için ekteki metin protokolünde atıfta bulunulduğu gibi mikroparçacık görüntüsü, VE asimetrisi veya uzamsal zamansal görüntü korelasyon spektroskopisi ile parçacık dinamiklerini ölçün. Parçacık dinamiği tarafından belirlenen bir kare hızında en az 100 kare boyunca sabit bir görüş alanı ile ilgilenilen noktadaki sıvı akışını kaydedin.

Akış çizgileri ve hız alanı ölçümleri elde etmek için daha karmaşık analizler için, gösterilen özelleştirilmiş mikroparçacık görüntü mal simetrisi veya uzamsal zamansal görüntü korelasyon spektroskopisi kodunu kullanın. İşte lityum ate tabakasının bağlanmasından önce alınan tipik S 11 ve S 12 spektrumlarıdır. İki spektrumdaki rezonans frekansı 95 megahertz'de görülebilir.

S 11 spektrumundaki merkezi frekanstaki vadinin derinliği, RF gücünün yüzey akustik dalga mekanik gücündeki dönüşüm verimliliği ile ilgilidir. Bu nedenle, vadi minimumundaki bir azalma, cihazı çalıştırmak için gereken gücün azalmasına neden olacaktır. S 12 spektrumunun maksimumu, RF gücünün ve yüzey akustik dalga mekanik gücünün dönüştürülmesinin verimliliği ve gecikme hattı boyunca dalganın zayıflaması ile ilgilidir.

Bu değerin düşmesi, dalga gecikme hattının yanlış hizalanması veya çatlaklar gibi kusurlardan kaynaklanabilir. Gösterilen. İşte 500 nanometre lateks hızları kullanılarak gözlemlenen dört farklı karakteristik akış modeli. Üstteki iki resim, kanal girişinde farklı sonuçlar göstermektedir.

Solda, kanal dolgusunun başlangıcındaki akustik akış olayı nedeniyle iki simetrik girdap gözlenir, bir süre sonra kanal kısmen dolduğunda, laminer akış elde edilir. Burada gösterilen görüntüler menisküsün yakınlığından alınmıştır. Solda kanal kısmen dolduğunda partiküllerin çizgiler halinde biriktiği ve menisküs ile aynı hızda hareket ettiği gözlenir.

Bu, parçacık dinamiğine sağdaki akustik radyasyon kuvveti hakim olduğunda meydana gelir. Sürükleme kuvveti ve akustik akışın baskınlığı burada gözlenir. Parçacıklar iki girdabı yutar ve sadece menisküsten 300 mikron içindeki bantlar halinde birikir ve substrat yüzeyine yakın yerleştirilir.

Bu prosedürlere katılırken, imalattan işletmeye kadar deneyin tüm aşamalarında cihazı çok temiz tutmayı unutmamak çok önemlidir. Bu videoyu izledikten sonra, yüzey akustik dalga cihazlarının nasıl üretileceği ve test edileceği konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız. PDMS mikroakışkanları ile çalışın ve makroakışkan akışlarını görselleştirin ve analiz edin.