ध्वनिक नैनोफ्लूइडिक्स के लिए लिथियम निओबेकेट के माध्यम से सतह ध्वनिक तरंग एक्टयूशन को शामिल करने वाले नैनोहाइट चैनलों का निर्माण

Engineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

हम लिफ्टऑफ फोटोलिथोग्राफी, नैनो-गहराई प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी, और कमरे-तापमान प्लाज्मा के माध्यम से ध्वनिक नैनोफ्लूइडिक्स के लिए लिथियम निओबेटिक्स पर सतह ध्वनिक तरंग एक्ट्युएशन उपकरणों के एकीकरण के साथ नैनोहाइट चैनलों के निर्माण का प्रदर्शन करते हैं एकल-क्रिस्टल लिथियम निबोबाट की सतह-सक्रिय मल्टीलेयर बॉन्डिंग, एक प्रक्रिया इसी तरह ऑक्साइड के लिए लिथियम निओबेट के संबंध के लिए उपयोगी है।

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Zhang, N., Friend, J. Fabrication of Nanoheight Channels Incorporating Surface Acoustic Wave Actuation via Lithium Niobate for Acoustic Nanofluidics. J. Vis. Exp. (156), e60648, doi:10.3791/60648 (2020).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

सतह और चिपचिपा बलों के प्रभुत्व के कारण तरल पदार्थों के नियंत्रित नैनोस्केल हेरफेर को असाधारण रूप से मुश्किल माना जाता है। मेगाहर्ट्ज-ऑर्डर सरफेस ध्वनिक तरंग (SAW) उपकरण ों को उनकी सतह पर जबरदस्त त्वरण उत्पन्न, १० मीटर/एस2तक, बदले में मनाया प्रभाव है कि acoustofluidics को परिभाषित करने के लिए आए है के कई के लिए जिंमेदार: ध्वनिक स्ट्रीमिंग और ध्वनिक विकिरण बलों । इन प्रभावों का उपयोग माइक्रोस्केल पर कण, कोशिका और तरल पदार्थ हेरफेर के लिए किया गया है, हालांकि हाल ही में देखा तंत्र के एक पूरी तरह से अलग सेट के माध्यम से नैनोस्केल पर इसी तरह की घटना का उत्पादन करने के लिए इस्तेमाल किया गया है । नियंत्रणीय नैनोस्केल द्रव हेरफेर अल्ट्राफास्ट द्रव पंपिंग और भौतिक और जैविक अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी बायोमैक्रोमॉलिक्यूलेमिक गतिशीलता में अवसरों की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करता है। यहां, हम एक आरा डिवाइस के साथ एकीकृत कमरे-तापमान लिथियम निओबेत (एलएन) संबंध के माध्यम से नैनोस्केल-हाइट चैनल निर्माण का प्रदर्शन करते हैं। हम सूखी नक़्क़ाशी के माध्यम से नैनो ऊंचाई चैनल निर्माण सहित पूरी प्रयोगात्मक प्रक्रिया का वर्णन, लिथियम निओबेत पर प्लाज्मा सक्रिय संबंध, बाद में इमेजिंग के लिए उपयुक्त ऑप्टिकल सेटअप, और देखा एक्ट्युशन । हम आरआई द्वारा प्रेरित नैनोस्केल चैनल में द्रव केशिका भरने और तरल पदार्थ निकालने के लिए प्रतिनिधि परिणाम दिखाते हैं। यह प्रक्रिया नैनोस्केल चैनल निर्माण और भविष्य नैनोफ्लूडिक्स अनुप्रयोगों के लिए निर्माण करने के लिए उपयोगी SAW उपकरणों के साथ एकीकरण के लिए एक व्यावहारिक प्रोटोकॉल प्रदान करता है।

Introduction

नैनोचैनलों में नियंत्रणीय नैनोस्केल द्रव परिवहन-नैनोफ्लूइडिक्स1- सबसे जैविक मैक्रोअणुओं के समान लंबाई के तराजू पर होता है, और जैविक विश्लेषण और संवेदन, चिकित्सा निदान और सामग्री प्रसंस्करण के लिए वादा कर रहा है। पिछले पंद्रह वर्षों में तापमान ढाल2,कूलोम्ब ड्लिंग3,सतह तरंगों4,स्थिर विद्युत क्षेत्र5,6,7और थर्मोफोरेसिस8 के आधार पर तरल पदार्थ और कण निलंबन में हेरफेर करने के लिए नैनोफ्लूइडिक्स में विभिन्न डिजाइन और सिमुलेशन विकसित किए गए हैं। हाल ही में, देखा9 नैनोस्केल द्रव पंपिंग का उत्पादन करने के लिए दिखाया गया है और सतह और चिपचिपा बलों के प्रभुत्व को दूर करने के लिए पर्याप्त ध्वनिक दबाव के साथ draining है कि अंयथा नैनोचैनलों में प्रभावी तरल पदार्थ परिवहन को रोकने के । ध्वनिक स्ट्रीमिंग का प्रमुख लाभ तरल पदार्थ या कण निलंबन के रसायन शास्त्र के विवरण पर चिंता के बिना नैनोसंरचनाओं में उपयोगी प्रवाह को चलाने की क्षमता है, जो इस तकनीक का उपयोग जैविक विश्लेषण, संवेदन और अन्य भौतिक रासायनिक अनुप्रयोगों में तुरंत उपयोगी बनाने वाले उपकरणों को बनाता है।

सॉ-इंटीग्रेटेड नैनोफ्लूइडिक उपकरणों के निर्माण के लिए इलेक्ट्रोड के निर्माण की आवश्यकता होती है- इंटरडिजिटल ट्रांसड्यूसर (आईडीटी)- पीजोइलेक्ट्रिक सब्सट्रेट पर, लिथियमनिओबे110,सॉ उत्पन्न करने की सुविधा के लिए। प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (आरआईई) का उपयोग एक अलग एलएन टुकड़े में नैनोस्केल अवसाद बनाने के लिए किया जाता है, और दो टुकड़ों की एलएन-एलएन बॉन्डिंग एक उपयोगी नैनोचैनल पैदा करती है। आरा उपकरणों के लिए निर्माण प्रक्रिया कई प्रकाशनों में प्रस्तुत किया गया है, चाहे धातु स्पंदन या वाष्पीकरण बयान11के साथ सामान्य या लिफ्ट-ऑफ पराबैंगनी फोटोलिथोग्राफी का उपयोग करना। एलएन आरआईई प्रक्रिया के लिए एक विशिष्ट आकार में एक चैनल को नक़्क़ाशी करने के लिए, नक़्क़ाशी दर पर प्रभाव और चैनल की अंतिम सतह खुरदरापन को विभिन्न एलएन झुकाव, मुखौटा सामग्री, गैस प्रवाह और प्लाज्मा पावर चुनने से12,13,14,15,16की जांच की गई है। प्लाज्मा सतह सक्रियता का उपयोग सतही ऊर्जा को काफी बढ़ाने के लिए किया गया है और इसलिए एलएन17, 18 ,19,20जैसे ऑक्साइड में संबंध की ताकत में सुधार हुआ है । इसी तरह दो कदम प्लाज्मा सक्रिय संबंध विधि21के माध्यम से एसआईओ2 (ग्लास) जैसे अन्य ऑक्साइड के साथ एलएन को विषम रूप से बंधन ित करना संभव है। कमरे के तापमान LN-LN संबंध, विशेष रूप से, विभिन्न सफाई और सतह सक्रियण उपचार22का उपयोग कर जांच की गई है ।

यहां, हम 40 मेगाहर्ट्ज सॉ-इंटीग्रेटेड 100-एनएम ऊंचाई नैनोचैनल बनाने की प्रक्रिया का विस्तार से वर्णन करते हैं, जिसे अक्सर नैनोस्लिट चैनल(चित्रा 1ए)कहा जाता है। प्रभावी द्रव केशिका भरने और SAW एक्टयूशन द्वारा द्रव निकासी इस तरह के नैनोस्केल चैनल में नैनोस्लिट फैब्रिकेशन और आरी प्रदर्शन दोनों की वैधता को दर्शाता है। हमारा दृष्टिकोण एक नैनो-एकोस्टोफ्लूइडिक प्रणाली प्रदान करता है जो विभिन्न प्रकार की शारीरिक समस्याओं और जैविक अनुप्रयोगों की जांच को सक्षम करता है।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. नैनो हाइट चैनल मास्क तैयार ी

  1. फोटोलिथोग्राफी: नैनोहाइट चैनलों(चित्रा 1बी)के वांछित आकार का वर्णन करने वाले पैटर्न के साथ, एलएन वेफर में नैनोहाइट अवसाद पैदा करने के लिए सामान्य फोटोलिथोग्राफी और लिफ्ट-ऑफ प्रक्रियाओं का उपयोग करें। ये अवसाद बाद के चरण में वेफर बॉन्डिंग पर नैनोहाइट चैनल बन जाएंगे।
    नोट: नैनोस्केल अवसादों के पार्श्व आयाम इस प्रोटोकॉल में माइक्रोस्केल हैं। इलेक्ट्रॉन बीम या वह/Ne आयन बीम लिथोग्राफी नैनोस्केल पार्श्व आयामों के साथ चैनल बनाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है; Ga+आधारित आयन बीम लिथोग्राफी सूजन और असमान सब्सट्रेट प्रोफाइल23का कारण बनता है । दो एलएन वेफर्स के अभिविन्यास से मेल खाता होना चाहिए, अन्यथा, थर्मल तनाव के कारण वेफर्स या उनके बीच बंधन विफल हो सकता है।
  2. सूखे नक़्क़ाशी से क्षेत्रों की रक्षा के लिए स्पंदन जमाव: स्पंदन बयान प्रणाली में वेफर रखें । 5 x10-6 mTorr करने के लिए कक्ष वैक्यूम नीचे ड्रा, एआर २.५ mTorr पर प्रवाह करने के लिए अनुमति देते हैं, और २०० डब्ल्यू पर स्पंदन सीआर एक ४००-एनएम मोटी बलि मुखौटा का उत्पादन करने के लिए जहां प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी रोका जाएगा जब नीचे कदम 3 में इस्तेमाल किया जाएगा ।
  3. लिफ्ट-ऑफ: वेफर को पूरी तरह से विसर्जित करने के लिए पर्याप्त एसीटोन के साथ एक बीकर में वेफर स्थानांतरित करें। 10 मिन के लिए मध्यम तीव्रता पर सोनीकेट करें। DI पानी के साथ कुल्ला करें और सूखे एन2 प्रवाह के साथ वेफर को सुखालें।
  4. Dicing: एक dicing का उपयोग करें (आम तौर पर) चिप प्रति एक नैनोलिट पैटर्न के साथ व्यक्तिगत चिप्स में पूरे वेफर पासा देखा ।
    नोट: प्रोटोकॉल यहां रोका जा सकता है ।

2. नैनो हाइट चैनल निर्माण

  1. प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (आरआईआई): एलएन सब्सट्रेट के खुले क्षेत्रों में नैनोस्केल अवसादों को नक़्क़ाशी करने के लिए आरआई ईआरआई का उपयोग करें। बलि सीआर द्वारा कवर किए गए क्षेत्रों को नक़्क़ाशी से बचाया जाएगा । 200W के लिए आरआईई पावर सेट करें, चैंबर को 50 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करें, कक्ष वैक्यूम को 20 मीटर तक खींचें, एसएफ6 प्रवाह दर को 10 एससीसीएम पर सेट करें, और एलएन में 120-एनएम डीप नैनोस्लिट का उत्पादन करने के लिए 20 मिन के लिए ईट करें।
  2. चैनल इनलेट्स और आउटलेट्स के लिए होल ड्रिलिंग: डबल-तरफा टेप के साथ, एक छोटी स्टील प्लेट और प्लेट को पेट्री डिश के नीचे एक नक़्क़ाशीड एलएन चिप संलग्न करें। पेट्री डिश एलएन चिप और स्टील प्लेट के पूर्ण विसर्जन की अनुमति देने के लिए काफी बड़ी होनी चाहिए। चिप को पूरी तरह विसर्जित करने के लिए पेट्री डिश को पानी से भर ें। एक ड्रिल प्रेस के लिए एक ०.५ मिमी व्यास हीरा ड्रिल बिट संलग्न है, और वांछित inlets और दुकानों मशीन के लिए कम से १०,००० आरपीएम की एक उच्च गति पर ड्रिल । 0.5 मिमी मोटी सब्सट्रेट के माध्यम से ड्रिलिंग में लगभग 10 से 15 एस24 (चित्रा 1बी)लेना चाहिए।
    नोट: विसर्जन जबकि ड्रिलिंग ड्रिल साइट पर अत्यधिक स्थानीय हीटिंग और कण ठेला रोकता है । ड्रिल बिट्स के अन्य प्रकार के काम करने की संभावना नहीं है, और हाथ ड्रिलिंग हमारे ज्ञान के लिए किसी भी गति से संभव नहीं है। एलएन को चकनाचूर करने से बचने के लिए 10,000 आरपीएम या उससे अधिक की ड्रिल बिट रोटेशन गति की सिफारिश की जाती है।
  3. सीआर वेट नक़्क़ाशी: ड्रिल किए गए एलएन के फ्लैट, अनईच चेहरे को स्पष्ट रूप से चिह्नित करने के लिए हीरे की टिप उत्कीर्णन पेन का उपयोग करें ताकि शेष चरणों में नैनोहाइट चैनल किस तरफ स्थित है। सोनीकेट चिप्स सीआर एटचैंट में।
    नोट: प्रोटोकॉल यहां रोका जा सकता है । सीआर को हटाने के बाद एलएन चिप के किस तरफ नक़्क़ाशीनैनोस्केल डिप्रेशन है, यह तय करना बेहद मुश्किल है । सोनिकेशन समय नक़्क़ाशी दर और सीआर मास्क मोटाई पर निर्भर करता है।

3. कमरे के तापमान प्लाज्मा सक्रिय संबंध

  1. सॉल्वेंट क्लीनिंग एलएन चिप्स: एक सॉ डिवाइस (सामान्य फोटोलिथोग्राफी, स्पटर जमाव और लिफ्ट-ऑफ प्रक्रियाओं द्वारा निर्मित) और एक नक़्क़ाशीनैनोस्केल डिप्रेशन चिप- एक साथ उन्हें बॉन्डिंग के लिए तैयार करने के लिए। चिप जोड़े को सोनिकेशन बाथ में रखे एसीटोन के बीकर में विसर्जित करें और 2 मिन के लिए सोनीकेट करें। 1 मिन के लिए चिप्स को मेथनॉल और सोनीकेट में ट्रांसफर करें। चिप्स को डीआई वॉटर में ट्रांसफर करें।
  2. पिरान्हा सफाई: एक अच्छी तरह से हवादार हुड में एक गिलास बीकर में पिरान्हा एसिड तैयार करें, जो एसिड के उपयोग के लिए समर्पित है, एच22 (पानी में 30%) एच2एसओ4 (96%) 1:3 के अनुपात में। सभी चिप्स को टेफ्लॉन होल्डर में रखें। धारक को बीकर में रखें और सभी चिप्स को 10 वर्ष के लिए पिरान्हा समाधान में विसर्जित करें, फिर चिप्स और धारक को दो अलग-अलग डीआई पानी स्नान में क्रमिक रूप से कुल्ला करें। चिप्स को ड्राई एन2 के साथ सुखालें और तुरंत उन्हें ऑक्सीजन (ओ2)प्लाज्मा सक्रियण उपकरण में स्थानांतरित करें, उन्हें संदूषण से बचने के लिए हैंडलिंग के दौरान कवर करते हुए।
    सावधानी: पिरान्हा समाधान अत्यधिक संक्षारक हैं, दृढ़ता से ऑक्सीकरण कर रहे हैं, और खतरनाक हैं। अपनी संस्था में उन्हें संभालने वाले विशिष्ट नियमों का पालन करें, लेकिन कम से कम अत्यधिक देखभाल करें और उचित सुरक्षा उपकरण पहनें। काम पूरा होने पर, पिरान्हा समाधान को समर्पित अपशिष्ट कंटेनर में डालने से पहले कम से कम एक घंटे के लिए ठंडा किया जाना चाहिए।
    नोट: दो डीआई पानी के स्नान में दो बार एलएन चिप्स को कुल्ला करना आवश्यक है। उन्हें Rinsing एक बार है कि संभावना संबंध बर्बाद कर देगा पीछे अवशेषों छोड़ देता है । पिरान्हा समाधान के लिए उनके अच्छे प्रतिरोध के कारण आईडीटी के लिए सोने के इलेक्ट्रोड का उपयोग किया जाता है।
  3. प्लाज्मा सतह सक्रियण: 120 डब्ल्यू बिजली के साथ प्लाज्मा का उपयोग करके चिप सतहों को सक्रिय करें, जबकि 150 एस के लिए 120 एससीसीएम पर ओ2 प्रवाह के संपर्क में हैं। नमूने को कम से कम 2 मिन के लिए एक ताजा डीआई वॉटर बाथ में तुरंत स्थानांतरित करें।
    नोट: प्लाज्मा सतह उपचार जल्दी से DI पानी विसर्जन के बाद एलएन सतह पर हाइड्रोक्साइल समूहों के रूप में होगा, बाद में संबंध को बढ़ावा देने के लिए अपनी मुक्त सतह ऊर्जा में वृद्धि ।
  4. कमरे-तापमान संबंध: सूखी एन2 प्रवाह के साथ नमूनों सूखी और ध्यान से वांछित स्थिति में देखा डिवाइस चिप पर नैनोभट्ठा चिप रखना । वांछित अभिविन्यास का उत्पादन करने के लिए फिर से संगठित करें। फिर चिमटी का उपयोग करें या इसी तरह के लिए अपने केंद्र से नमूना पर नीचे धक्का बांड शुरू करने के लिए । धीरे से उन क्षेत्रों में नीचे धकेलें जो प्रारंभिक धक्का के बाद बांड में विफल रहे ।
    नोट: पारदर्शी एलएन के माध्यम से बॉन्डिंग को आसानी से देखा जा सकता है। बंधुआ क्षेत्र पूरी तरह से पारदर्शी हैं । एलएन जो डबल साइड पॉलिश नहीं है, उसका आकलन करना अधिक कठिन होगा।
  5. संबंध के बाद हीटिंग: थर्मल विस्तार के बावजूद उस पर सुरक्षित रूप से भार डालने के लिए एक उछला क्लैंप में बंधुआ नमूनों जगह है, और कमरे के तापमान (25 डिग्री सेल्सियस) पर एक ओवन में क्लैंप नमूनों जगह । ओवन हीटिंग तापमान को 300 डिग्री सेल्सियस तक सेट करें, रैंप दर 2 डिग्री सेल्सियस/न्यूनतम अधिकतम तक करें, 2 घंटे तक समय पर ध्यान केंद्रित करें, और फिर इसे अनुमति देने के लिए स्वचालित रूप से बंद करें और कमरे के तापमान को स्वाभाविक रूप से ठंडा करने के लिए भीतर क्लैंप किए गए नमूने।
    नोट: प्रोटोकॉल यहां रोका जा सकता है । हाइड्रोक्सिल समूहों के बीच संबंध बांड पर पानी पैदा करता है, और हीटिंग बांड की ताकत को काफी बढ़ाने के लिए पानी को हटा देता है। मामूली क्लैंपिंग बल पर्याप्त हैं । विभिन्न झुकाव या सामग्री के दो चिप्स बांड का प्रयास बेमेल थर्मल विस्तार और परिणामी तनाव के कारण दरारें पैदा हो सकता है ।

4. प्रायोगिक सेटअप और परीक्षण

  1. अवलोकन: एक उल्टे माइक्रोस्कोप के नीचे नैनोस्लिट का निरीक्षण करें। एलएन में बिएरिंगेंस आधारित छवि दोहरीकरण को उपयुक्त रूप से अवरुद्ध करने के लिए ऑप्टिकल पथ में एक रैखिक ध्रुवीकरण फिल्टर को शामिल करें और घुमाएं। पूरा नैनोस्लिट में तरल पदार्थ की गति का निरीक्षण करने के लिए इनलेट के माध्यम से अल्ट्राप्योर डीआई पानी का उपयोग करें।
    नोट: अल्ट्राप्योर तरल को विशेष रूप से वाष्पीकरण के बाद क्लोजिंग को रोकने के लिए दृढ़ता से सिफारिश की जाती है।
  2. देखा एक्ट्युएशन: परिलक्षित ध्वनिक तरंगों को रोकने के लिए SAW डिवाइस के सिरों पर अवशोषक संलग्न करें। लगभग 40 मेगाहर्ट्ज की अपनी अनुनाद आवृत्ति पर आईडीटी पर एक सिनसॉइडल इलेक्ट्रिक फ़ील्ड लागू करने के लिए एक सिग्नल जनरेटर का उपयोग करें। सिग्नल को बढ़ाने के लिए एम्पलीफायर का उपयोग करें। डिवाइस पर लागू वास्तविक वोल्टेज, वर्तमान और शक्ति को मापने के लिए एक ऑस्टसिस्कोप का उपयोग करें। माइक्रोस्कोप से जुड़े कैमरे का उपयोग करके नैनोस्लिट के भीतर सॉ एक्ट्युएशन के दौरान तरल पदार्थ की गति रिकॉर्ड करें।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

हम सफल निर्माण और आरआई एकीकृत नैनोफ्लूइडिक उपकरणों के संबंध के बाद नैनो-ऊंचाई एलएन स्लिट में द्रव केशिका फाइलिंग और आरआई-प्रेरित तरल पदार्थ का प्रदर्शन करते हैं। सतह ध्वनिक तरंगें आईडीटी द्वारा 40 मेगाहर्ट्ज की आईडीटी की अनुनाद आवृत्ति पर एक प्रवर्धित सिनसुइडल सिग्नल द्वारा उत्पन्न होती हैं, और आरआई एक पीजोइलेक्ट्रिक एलएन सब्सट्रेट के माध्यम से नैनोस्लिट में प्रचारित होती है। देखा के साथ बातचीत नैनोस्लिट में तरल पदार्थ के व्यवहार को उल्टे माइक्रोस्कोप का उपयोग करके देखा जा सकता है।

हम विभिन्न चौड़ाई के 100-एनएम लंबा चैनलों में तरल केशिका भरने का प्रदर्शन करते हैं। चित्रा 2 दो 100-एनएम लंबा चैनलों, एक 400 माइक्रोन चौड़ा और अन्य 40 माइक्रोन चौड़ा में अल्ट्राप्योर डीआई पानी के केशिका भरने से पता चलता है। अल्ट्राप्योर पानी की बूंद इनलेट के माध्यम से नैनोभट्ठा में वितरित की जाती है। केशिका बलों पूरे नैनोस्लिट के तरल पदार्थ भरने ड्राइव, और भरने अपने बड़े केशिका बल के कारण संकरा चैनल के साथ और अधिक तेजी से होता है । केशिका बल संचालित तरल पदार्थ विभिन्न चिपचिपाहट और सतह तनाव के अन्य तरल पदार्थ का उपयोग कर के रूप में विभिन्न परिणाम ों का उत्पादन करने के लिए अन्य ऊंचाइयों के नैनोलिट सकता है।

हम केशिका दबाव पर काबू पाकर नैनोचैनल में आरआई-प्रेरित तरल पदार्थ को भी प्रदर्शित करते हैं। एक १००-एनएम ऊंचाई भट्ठा में पानी के बीच में अधिकतम लंबाई के साथ एक पानी हवा इंटरफेस दिखाने के लिए सूखा गया है(चित्रा 3),SAW डिवाइस के बीच में अधिकतम ध्वनिक ऊर्जा का संकेत है । नैनोस्लिट में उत्पन्न मजबूत ध्वनिक दबाव के साथ, यह हमारे प्लाज्मा-सतह-सक्रिय कमरे-तापमान एलएन बॉन्डिंग विधि का उपयोग करके अच्छी संबंध शक्ति को भी इंगित करता है। लगभग 1 डब्ल्यू की एक सीमा लागू शक्ति ध्वनिक दबाव को केशिका दबाव से बड़ा होने और एक दृश्य मानने वाली घटना(चित्रा 4)को चलाने के लिए मजबूर करने की आवश्यकता होती है। तरल पदार्थ की सतह ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करने वाली वायु गुहा की अधिकतम लंबाई लागू ध्वनिक शक्ति के साथ एक रैखिक संबंध दिखाती है। यह नैनोस्केल पर द्रव संगति और संभावित मैक्रो-बायोमॉलिक्यूल हेरफेर के लिए एक प्रभावी उपकरण प्रदान करता है। विभिन्न चैनल ऊंचाइयों और चौड़ाई के साथ SAW का उपयोग कर विभिन्न तरल पदार्थों की निकासी के प्रभाव की आगे की जांच की जा सकती है।

Figure 1
चित्र 1: मनगढ़ंत उपकरणों की छवियां । (क)लेफ्ट: 40 मेगाहर्ट्ज आरी जेनरेशन और प्रोपेगेंडा के लिए एलएन सब्सट्रेट पर 0.7 एमएम अपर्चर के साथ गोल्ड इलेक्ट्रोड आईडीटी। मध्य, सही: बंधुआ एलएन नैनोस्लिट डिवाइस तरल पदार्थ एक्टयूशन के लिए SAW के साथ एकीकृत । एक पैसा सिक्का नीचे एक पैमाने पर संदर्भ के रूप में दिखाया गया है । (ख)विभिन्न प्रतिक्रियाशील आयन-नक़्क़ाशीड नैनो-हाइट चैनल एलएन चिप्स क्रोमियम बलि मुखौटा संरचनाओं के साथ और तरल पदार्थ इनलेट ्स और आउटलेट के लिए ५००-μm व्यास छेद ड्रिलिंग के बाद दिखाए जाते हैं । स्केल बार: 5 मिमी. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: 100 एनएम ऊंचाई चैनलों में तरल पदार्थ केशिका भरने। (A1-A4) अल्ट्राप्यूरी पानी को समय के साथ केशिका बल के माध्यम से 400-μm चौड़े नैनोलिट में खींचा जाता है, जो क्रमशः शुरू (0 एस) और 1, 2 और 4 एस में दिखाया गया है। सुपरस्ट्रेट के शीर्ष पर पानी की छोटी बूंदें देखी जा सकती हैं। (B1-B4) अल्ट्राप्यूरी पानी को समय के साथ केशिका बल के माध्यम से 40 माइक्रोन चौड़े नैनोलिट में खींचा जाता है, जो शुरुआत (0 एस) और 0.1, 0.3 और 1 एस बाद में क्रमशः दिखाया गया है, जो तरल पदार्थ की थोड़ी मात्रा पर अधिक केशिका बल के कारण अधिक तेजी से भरने का संकेत देता है। अंधविश्वास के शीर्ष पर छोटे अवसाद चिमटी के साथ सतह से टकराने के सबूत हैं । स्केल बार: 400 माइक्रोन। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3: 1 मिमी-चौड़ाई 100 एनएम-ऊंचाई नैनोस्लिट में सॉ-प्रेरित तरल पदार्थ की निकासी। (ए-सी) पानी से भरे नैनोस्लिट को क्रमशः 1.31 डब्ल्यू, 2.04 डब्ल्यू और 2.82 डब्ल्यू की लागू शक्ति पर 40 मेगाहर्ट्ज आरवाई द्वारा सूखा जाता है। आरी छवियों में ऊपर से नीचे तक प्रचार कर रहा है। बंधुआ और नैनोस्लिट क्षेत्रों के बीच इंटरफेशियल लाइन दिखाई देती है: रंग परिवर्तन पर ध्यान दें। स्केल बार: 200 माइक्रोन। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्रा 4: देखा लागू शक्ति के संबंध में देखा प्रेरित हवा गुहा लंबाई । डेवटिंग गुहा लंबाई लगभग लागू शक्ति पर निर्भर है। लागू बिजली को नैनोस्लिट में केशिका दबाव से अधिक ध्वनिक दबाव की पेशकश करनी चाहिए, जिससे तरल जल निकासी होती है। जिस सीमा पर जल निकासी दिखाई देती है, वह इस मामले में 1 डब्ल्यू के आसपास है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

कमरे-तापमान संबंध SAW-एकीकृत नैनोस्लिट उपकरणों के निर्माण के लिए महत्वपूर्ण है । सफल संबंध और पर्याप्त संबंध शक्ति सुनिश्चित करने के लिए पांच पहलुओं पर विचार करने की जरूरत है ।

प्लाज्मा सतह सक्रियण के लिए समय और शक्ति
प्लाज्मा पावर बढ़ाने से सतही ऊर्जा बढ़ाने में मदद मिलेगी और तदनुसार बॉन्डिंग स्ट्रेंथ बढ़ेगी। लेकिन प्लाज्मा सतह सक्रियण के दौरान बिजली बढ़ाने का नकारात्मक पक्ष सतह खुरदरापन में वृद्धि है, जो नैनोलिट निर्माण और तरल पदार्थ परिवहन प्रदर्शन को प्रतिकूल रूप से प्रभावित कर सकता है। यह दर्शाया गया है कि प्लाज्मा सतह सक्रियन समय21समय के बाद सतह ी ऊर्जा को बढ़ाने में मदद नहीं करेगा । इस प्रकार, प्लाज्मा सक्रियण समय और शक्ति को सतह ऊर्जा को अधिकतम करने के लिए परिभाषित करने की आवश्यकता है, लेकिन सतह के खुरदरापन की कीमत पर नहीं।

संबंध से पहले चिप्स की सफाई
चूंकि बॉन्डिंग के बाद केवल नैनोस्केल हाइट चैनल है, इसलिए कोई भी सूक्ष्म आकार का कण एक भारी बाधा होगा और बॉन्डिंग विफलता का कारण बनेगा । पिरान्हा सफाई का उपयोग चिप सतहों पर सभी कार्बनिक मलबे को हटाने के लिए किया जाता है। सफाई के बाद, चिप्स को कवर करने और संदूषण को रोकने के लिए एक साफ कंटेनर का उपयोग करने की दृढ़ता से सिफारिश की जाती है।

बॉन्डिंग से पहले एलएन चिप जोड़े का ओरिएंटेशन
एलएन के एनिसोट्रोपी के कारण, ऊपरी और निचले एलएन चिप को संबंधित करने के लिए वर्तमान में समान सामग्री अभिविन्यास की आवश्यकता होती है। ऐसा करने में नाकाम रहने से अवशिष्ट तनाव पैदा होगा और संभवतः निर्माण के दौरान खुर होगा। यह एनीसोट्रोपी के कारण नैनोस्लिट के ऊपर और नीचे की सतहों के बीच विभिन्न आरा विशेषताओं का कारण भी बनेगा। इसलिए, समान सामग्री अभिविन्यास के साथ दो एलएन चिप्स को बांधने की अत्यधिक सिफारिश की जाती है।

ऊपरी और निचले चिप्स का संरेखण
हम नेत्रहीन मैनुअल संरेखण और संबंध प्रदर्शन करते हैं। प्रत्ययी मार्कर और उचित माइक्रोस्कोप सहायता प्राप्त गठबंधन संबंध का परिचय निश्चित रूप से डिवाइस की गुणवत्ता और उपज में सुधार होगा ।

कमरे-तापमान संबंध शुरू करने के बाद ओवन हीटिंग तापमान
उच्च तापमान पर हीटिंग से बॉन्ड को मजबूत करने में मदद मिलेगी। हमारे एलएन संबंध प्रक्रिया के लिए 300 डिग्री सेल्सियस तक हीटिंग कम से कम 1 एमपीए बॉन्डिंग ताकत पैदा करता है क्योंकि यह आरआई के साथ नैनोस्लिट में तुलनीय केशिका और ध्वनिक दबावों के खिलाफ बरकरार है।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

लेखक इस काम के समर्थन में धन और सुविधाओं के प्रावधान के लिए कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय और यूसी सैन डिएगो में NANO3 सुविधा के लिए आभारी हैं । यह काम यूसीएसडी के सैन डिएगो नैनोटेक्नोलॉजी इंफ्रास्ट्रक्चर (एसडीएनआई) में भाग में किया गया था, जो राष्ट्रीय नैनो टेक्नोलॉजी समन्वित बुनियादी ढांचे के सदस्य हैं, जिसे राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन (ग्रांट ईसीसीएस-1542148) द्वारा समर्थित किया जाता है। यहां प्रस्तुत काम उदारता से W.M. Keck फाउंडेशन से एक अनुसंधान अनुदान द्वारा समर्थित था । लेखक नौसेना अनुसंधान कार्यालय (अनुदान के माध्यम से 12368098) द्वारा इस कार्य के समर्थन के लिए भी आभारी हैं।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Absorber Dragon Skin, Smooth-On, Inc., Macungie, PA, USA Dragon Skin 10 MEDIUM
Amplifier Mini-Circuits, Brooklyn, NY, USA ZHL–1–2W–S+
Camera Nikon, Minato, Tokyo, Japan D5300
Developer Futurrex, NJ, USA RD6
Diamond tip engraving pen Malco, Memphis, TN, USA Malco A50 USA Made Carbide Tipped Scribe
Dicing saw Disco, Tokyo, Japan Disco Automatic Dicing Saw 3220
Heating oven Carbolite, Hope Valley, UK HTCR 6/28 High Temperature Clean Room Oven - HTCR
Hole driller Dremel, Mount Prospect, Illinois Model #4000 4000 High Performance Variable Speed Rotary
Inverted microscope Amscope, Irvine, CA, USA IN480TC-FL-MF603
Lithium niobate substrate PMOptics, Burlington, MA, USA PWLN-431232 4" double-side polished 0.5 mm thick 128° Y-rotated cut lithium niobate
Mask aligner Heidelberg Instruments, Heidelberg, Germany MLA150
Nano3 cleanroom facility UCSD, La Jolla, CA, USA Fabrication process is performed in it.
Negative photoresist Futurrex, NJ, USA NR9-1500PY
Oscilloscope Keysight Technologies, Santa Rosa, CA, USA InfiniiVision 2000 X-Series
Plasma surface activation PVA TePla, Corona, CA, USA PS100 Tepla Asher
Polarizer sheet Edmund Optics, Barrington, NJ, USA #86-182
RIE etcher Oxford Instruments, Abingdon, UK Plasmalab 100
Signal generator NF Corporation, Yokohama, Japan WF1967 multifunction generator
Sputter deposition Denton Vacuum, NJ, USA Denton 18 Denton Discovery 18 Sputter System
Teflon wafer dipper ShapeMaster, Ogden, IL, USA SM4WD1 Wafer Dipper 4"

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Eijkel, J. C., Van Den Berg, A. Nanofluidics: what is it and what can we expect from it? Microfluidics and Nanofluidics. 1, (3), 249-267 (2005).
  2. Longhurst, M. J., Quirke, N. Temperature-driven pumping of fluid through single-walled carbon nanotubes. Nano Letters. 7, (11), 3324-3328 (2007).
  3. Wang, B., Král, P. Coulombic dragging of molecules on surfaces induced by separately flowing liquids. Journal of the American Chemical Society. 128, (50), 15984-15985 (2006).
  4. Insepov, Z., Wolf, D., Hassanein, A. Nanopumping using carbon nanotubes. Nano Letters. 6, (9), 1893-1895 (2006).
  5. Gong, X., et al. A charge-driven molecular water pump. Nature Nanotechnology. 2, (11), 709 (2007).
  6. Joseph, S., Aluru, N. R. Pumping of confined water in carbon nanotubes by rotation-translation coupling. Physical Review Letters. 101, (6), 064502 (2008).
  7. Rinne, K. F., Gekle, S., Bonthuis, D. J., Netz, R. R. Nanoscale pumping of water by AC electric fields. Nano Letters. 12, (4), 1780-1783 (2012).
  8. Eslamian, M., Saghir, M. Z. Novel thermophoretic particle separators: numerical analysis and simulation. Applied Thermal Engineering. 59, (1-2), 527-534 (2013).
  9. Miansari, M., Friend, J. R. Acoustic Nanofluidics via Room-Temperature Lithium Niobate Bonding: A Platform for Actuation and Manipulation of Nanoconfined Fluids and Particles. Advanced Functional Materials. 26, (43), 7861-7872 (2016).
  10. Minzioni, P., et al. Roadmap for optofluidics. Journal of Optics. 19, (9), 093003 (2017).
  11. Connacher, W., et al. Micro/nano acoustofluidics: materials, phenomena, design, devices, and applications. Lab on a Chip. 18, (14), 1952-1996 (2018).
  12. Ren, Z., et al. Etching characteristics of LiNbO3 in reactive ion etching and inductively coupled plasma. Journal of Applied Physics. 103, (3), 034109 (2008).
  13. Winnall, S., Winderbaum, S. Lithium niobate reactive ion etching. Defence Science and Technology Organization. Salisbury (Australia). No. DSTO-TN-0291 (2000).
  14. Hu, H., Ricken, R., Sohler, W. Etching of lithium niobate: micro-and nanometer structures for integrated optics. Topical Meeting Photorefractive Materials, Effects, and Devices-Control of Light and Matter, Bad Honnef. (2009).
  15. Jackel, J. L., Howard, R. E., Hu, E. L., Lyman, S. P. Reactive ion etching of LiNbO3. Applied Physics Letters. 38, (11), 907-909 (1981).
  16. Smith, S. E. Investigation of nanoscale etching and poling of lithium niobate. Montana State University-Bozeman, College of Engineering. Doctoral dissertation (2014).
  17. Tomita, Y., Sugimoto, M., Eda, K. Direct bonding of LiNbO3 single crystals for optical waveguides. Applied Physics Letters. 66, (12), 1484-1485 (1995).
  18. Howlader, M. M. R., Suga, T., Kim, M. J. Room temperature bonding of silicon and lithium niobate. Applied Physics Letters. 89, (3), 031914 (2006).
  19. Chang, C. M., et al. A parametric study of ICP-RIE etching on a lithium niobate substrate. 10th IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems. 485-486 (2015).
  20. Queste, S., et al. Deep reactive ion etching of quartz, lithium niobate and lead titanate. JNTE (Journées Nationales sur les Technologies) Proceedings. (2008).
  21. Xu, J., Wang, C., Tian, Y., Wu, B., Wang, S., Zhang, H. Glass-on-LiNbO3 heterostructure formed via a two-step plasma activated low-temperature direct bonding method. Applied Surface Science. 459, 621-629 (2018).
  22. Tulli, D., Janner, D., Pruneri, V. Room temperature direct bonding of LiNbO3 crystal layers and its application to high-voltage optical sensing. Journal of Micromechanics and Microengineering. 21, (8), 085025 (2011).
  23. Sridhar, M., Maurya, D. K., Friend, J. R., Yeo, L. Y. Focused ion beam milling of microchannels in lithium niobate. Biomicrofluidics. 6, (012819), (2012).
  24. Shilton, R. J., Yeo, L. Y., Friend, J. R. Drilling inlet and outlet ports in brittle substrates. Chips and Tips. Available from: http://blogs.rsc.org/chipsandtips/2011/10/10/drilling-inlet-and-outlet-ports-in-brittle-ubstrates/?doing_wp_cron=1563672390.4860339164733886718750 (2011).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics