Fabrikasyon ve Acoustofluidic Cihazlarının Çalışma Parçacıkların yoğunlaşırken Sheathless için Toplu Akustik Daimi Dalgalar desteklenmesi

Bu üretim yaklaşımının genel amacı, kütlesel akustik durgun dalgalar kullanarak mikron boyutundaki kolloidal partikülleri temassız bir şekilde manipüle edebilen çok yönlü ve dayanıklı bir akustofluidik cihaz oluşturmaktır. Amacımız, bu faydalı teknolojiyi daha erişilebilir kılmak amacıyla, standart ekipman ve prosedürler kullanarak kütlesel akustik durgun dalgaları destekleyen akustofluidik araçların nasıl üretileceğini göstererek basit bir yaklaşım sunmaktır. Akustofluidiğin temel bir avantajı, mikro ölçekteki yapıların hızla odaklanması veya ayrıştırılması için basit bir yöntem sunmasıdır; bu durum, çip üstü sitometri ve hücre ayıklama alanlarında geniş kapsamlı uygulamalara sahiptir.

Bu teknoloji, parçacıkların çeşitli akış hızlarında, nazik ve ayırt edici bir şekilde, kullanımı kolay minyatür bir platformda düzenleme imkanı sunar. Temiz oda tesisinde, temiz altı inçlik tek tarafı parlatılmış bir silikon plakayı, parlatılmış tarafı yukarı bakacak şekilde bir spin kaplayıcıya yerleştirin. Pozitif fotoresisti, plakanın büyük bir kısmını kaplayana kadar dikkatlice dökerek doğrudan plakanın merkezine uygulayın.

Ardından, fotoresistin homojen bir tabaka oluşturması için örneği döndürün. İşlem tamamlandığında, mandrendeki vakumu kesin ve wafer cımbızı kullanarak waferı geri alın. Sonrasında, waferı bir ısıtıcı plaka üzerine yerleştirin ve fotoresist tedarikçisi tarafından belirtilen süre boyunca yumuşak pişirme (soft bake) işlemi uygulayın.

Fotoresist fırınlanırken, burada gösterileninkine benzer bir fotomaskeyi maska hizalayıcının tutucusuna yerleştirin. Ardından, gofretini yükleyin ve fotoresist tedarikçisi tarafından belirtilen enerji dozunda UV ışığıyla pozlayın. Sonrasında, fotodesenlenmiş gofreti tutucudan çıkarın ve ilgili geliştirici çözeltisinin içine yerleştirin.

İşlem bittiğinde, gofretle geliştirici çözeltiden çıkarın, sürekli bir deiyonize su akımıyla yıkayın ve nitrojen ile kurutun. Fotodesenli gofreti bir derin reaktif iyon aşındırma cihazının haznesine yerleştirin ve standart aşındırma prosedürlerini takip ederek akışkan kanallarını istenen derinliğe kadar gofrete aşındırın. Aşındırma işlemi tamamlandığında, örneği hazneden çıkarın ve fotoresist sökücü çözelti içeren büyük bir behere yerleştirin.

Gofrenin çözeltiye tamamen daldığından emin olun ve 65 °C'de bir saat boyunca bekletin. Gofri beheri çıkarın ve sırayla aseton ve izopropil alkol akımlarıyla durulayın. Ardından, gofriyı nitrojen ile kurutun.

Asit kullanımı için onaylanmış, iyi havalandırılan bir çeker ocakta, %30 hidrojen peroksiti sülfürik aside bir ila üç oranında ekleyerek büyük ve temiz bir beher içerisinde Piranha çözeltisi hazırlayın. İyonla aşındırılmış wafer'ı, aşındırılmış kısımlar yukarı bakacak şekilde Piranha çözeltisine daldırın ve beş dakika bekletin. Ardından wafer'ı çıkarın ve deiyonize su ile iyice durulayın.

Gofretlemi Piranha çözeltisine iki dakika daha daldırın ve ardından bol miktarda deiyonize su ile tekrar durulayın. Solvent kullanımı için ayrılmış, ayrı ve iyi havalandırılmış bir çeker ocakta, gofreti önce sürekli bir aseton akışıyla, ardından sürekli bir metanol akışıyla yıkayın ve daha sonra gofreti azot gazı ile kurutun. Bir çizici alet kullanarak, mikroakışkan çipin çevresine, önceden delikli delikleri olan dikdörtgen cam segmentin boyutlarından daha küçük olacak şekilde düz çizgiler çizin.

Gofretlemi, aşındırılmış çizgiler boyunca dikkatlice kırın. Silikon segmentini önce sabit bir aseton akımıyla, ardından sabit bir metanol akımıyla durulayın. Daha sonra, kuruması için gofreti 95 °C'ye ayarlanmış bir ısıtıcı tabla üzerinde iki dakika bekletin.

Ardından, kazınmış özellikler yukarı bakacak şekilde temiz camı silikon segmentin üzerine dikkatlice yerleştirin. Deliklerin doğru şekilde hizalandığından emin olun. Daha sonra, deliklerin hizalı kaldığından emin olarak segmentleri dikkatlice ters çevirin.

İki segmenti, bandın yarısının silikon segmentin dikey kenarlarını, diğer yarısının ise sarkan camı sabitlediği çift taraflı iletken bantla sabitleyin. Ardından, cam segment üstte kalacak şekilde segmentleri tekrar ters çevirin. Segmentleri, 450 °C sıcaklıktaki bir ısıtıcı tabla üzerindeki bir çelik levhanın üstüne yerleştirin.

Ardından, en az beş kilogram ağırlığındaki ikinci bir çelik plakayı, monte edilmiş cam ve silikon segmentlerin doğrudan üzerine dikkatlice yerleştirin. Bu plaka, silikon segmentle veya iletken bantla temas etmemelidir. Yüksek gerilim güç kaynağını kullanarak, canlı ucu monte edilmiş cam ve silikon segmentlerin üzerindeki çelik plakaya, topraklama ucunu ise alttaki çelik plakaya bağlayın.

Alttaki ısıtıcı plakanın voltajını 1.000 volt'a getirin. Bir probu alt plakaya, diğer probu ise üst plakaya bastırarak bir multimetre yardımıyla uygulanan voltajı kontrol edin. Isıtıcı plakayı ve DC güç kaynağını kapatmak ve cihazı metal plakalardan çıkarmak için iki saat sonra geri dönün.

Anodik bağlama nedeniyle oluşan kirleri temizlemek için cam yüzeyini bir jiletle kazıyın ve ardından cam yüzeyini aseton ile temizleyin. Daha sonra, yaklaşık 10 mm x 10 mm boyutlarında birkaç küçük kare plak şeklinde keserek, yaklaşık beş milimetre kalınlığında bir polidimetilsiloksan tabakası hazırlayın. Her bir plakanın merkezine bir delik açmak için 3 mm'lik bir biyopsi punch'ı kullanın.

Ardından, plakaları epoksi kullanarak cam alt tabakadaki deliklerin üzerine doğrudan yapıştırın. Transduser üzerindeki iki iletken alana iki tel lehimleyin. Kurşun zirkonat titanat transduseri, cihazın arka tarafındaki silikon segmente, mikrokanalın altına gelecek şekilde merkezleyerek dikkatlice yapıştırın.

Son olarak, silikon tüpleri polidimetilsiloks plakaların deliklerinden geçirin ve plakaları ve tüpleri sabitlemek için çevrelerine ek yapıştırıcı ekleyin. Cihazı, mikrokanal doğrudan objektifin altında kalacak şekilde bir mikroskop tablasına güvenli bir şekilde monte edin. Transdüsörün tablaya temas etmemesine dikkat edin.

Ardından, cihazın çıkışlarındaki silikon tüpleri şırınga pompalarına sabitlenmiş şırıngalara bağlayın. Cihazın girişine giden silikon tüpü, polistiren boncuklar veya ilgilenilen hücrelerin süspansiyonunu içeren bir viyale yerleştirin. Daha sonra, deney süresince sabit bir konsantrasyonun korunmasını sağlamak amacıyla, numuneyi içeren viyali sürekli karıştırmak için bir manyetik karıştırıcı üzerine yerleştirin.

Transduseri, bir fonksiyon üreteci ile seri olarak bağlanan bir güç amplifikatörünün çıkışına bağlayın. Fonksiyon üreteci üzerindeki ayarları programlayın ve çıkışı bir osiloskop üzerinden izleyin. Ardından, transduseri harekete geçirmeye başlamak için fonksiyon üretecini ve güç amplifikatörünü açın.

Ardından, mikroskobu açın ve mikroakışkan kanalın net bir şekilde odaklandığından emin olun. Ayrıca, numuneyi cihazın içine aktarmak için şırınga pompasını çalıştırın. Deney boyunca, cihazdan akan birimleri bir floresan mikroskop ile izleyin.

Burada, mikroakışkan kanala yeşil floresan polistiren boncuk süspansiyonunu dakikada 100 µL hızda infüze etmek için bir şırınga pompası kullanılmıştır. Kurşun zirkonat titanat transdüser aktive edilip 2,366 MHz frekansına ayarlandığında, 313 µm genişliğindeki bu mikrokanal boyunca yarım dalga boyunda bir duran dalga oluşur. Bu durum, boncuk akışının basınç düğümü boyunca odaklanmasını sağlar.

Negatif akustik kontrast faktörüne sahip kırmızı floresan silikon partiküller cihaza enjekte edildiğinde, basınç antinodları boyunca konsantre oldular. Bu sistemin partikülleri odaklama yeteneği, hem akış hızına hem de uygulanan voltajlara bağlıdır. Akış arttıkça, partiküllerin mikrokanal boyunca dağılımı genişlemektedir.

Ayrıca, uygulanan voltajların artırılması parçacık odaklama düzeyini artırır. Çalışır hale geldiğinde bu cihaz, hassas mekansal veya zamansal kontrol gerektiren çeşitli mikroakışkan tabanlı biyolojik analizler ve deneyler için parçacıkları ve hücreleri manipüle etmek amacıyla kullanılabilir. Herhangi bir adımdaki aceleciliğin nihai cihazda kusurlara yol açabileceğini unutmamak, acele etmeden hareket etmek ve her adımda dikkatli olmak önemlidir.

Cihaz tamamlandığında, kullanımlar arasında uygun deterjanlar ve yıkama tamponlarıyla temizliğine gereken özen gösterildiği sürece birçok kez kullanılabilir. Bu videoyu izledikten sonra, kütlesel akustik duran dalgaları destekleyen silikon ve camdan oluşan bir akustofluidik cihazın nasıl imal edileceği konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız. Lütfen Piranha karışımı gibi, yanlış kullanıldığında son derece tehlikeli olabilecek güçlü kimyasallarla çalıştığınızı unutmayın.

Tüm fabrikasyon çalışmalarınızda güvenli kimyasal uygulama sağlamak için bu sıvıları kullanırken lütfen gerekli önlemleri alın.