Summary
Acoustofluidicデバイスは、操作に集中懸濁マイクロ・ナノスケールのエンティティを分離するためにマイクロ流体チャネル内に超音波を使用します。このプロトコルは、シース流体の助けを借りずに中央流線中の粒子を集中するバルク音響定在波をサポートするようなデバイスの製造および動作について説明します。
Abstract
Acoustophoresisは、音響エネルギーの方向の力に応答して、懸濁したオブジェクトの変位を意味します。典型的に横切るマイクロメートルの数十〜数百である懸濁オブジェクトは音の入射波長および流体チャネルの幅よりも小さくなければならないことを考えると、acoustofluidicデバイスは、典型的には、メガヘルツの範囲内で高い周波数で脈動する圧電変換器から発生する超音波を（使用します）。デバイスの幾何学的形状に依存する特性周波数では、バルク流内の所望の流体の流線に沿って粒子を集中することができる定在波の形成を誘導することが可能です。ここでは、一般的な材料とクリーンルーム機器からacoustophoreticデバイスの製造方法が記載されています。私たちは、定在波の圧力ノードや腹に向かって移動する正または負の音響コントラスト因子を有する粒子の集束のための代表的な結果を示し、respectivエリー。これらのデバイスは、正確サイトメトリーから組み立てまでのアプリケーションのための静止または流動する液体中の微視的なエンティティ（ 例えば 、細胞）を大量に位置決めするための巨大な実用性を提供します。
Introduction
Acoustofluidicデバイスは、静止流体または層状flowstreams内のそれらの濃度、アライメント、アセンブリ、閉じ込めまたは分離するための顕微鏡実体（ 例えば 、粒子または細胞）に指向性の力を発揮するために使用されている。1デバイスのこの広範なクラスの中で、力がバルクから生成することができます音響定在波、音響定在波（ららぽーとスキードームSSAWS）2または音響進行波を表面。3我々はバルク音響定在波をサポートするデバイスの製造および操作に焦点を当てながら、ららぽーとスキードームSSAWSをサポートするデバイスが原因で正確に細胞を操作する能力に最近多くの注目を集めています表面に沿って4と急速には、連続流路内のセルを並べ替える。5デバイスのバルク音響定在波が、しかし、マイクロ流体中で定在波を励振する圧電変換器によって生成されたデバイスの壁の機械的振動に基づいて粒子を再配置支援します幾何学的に定義された共振周波数において空洞。これはSSAW装置と比較してより高い圧力振幅を生成するための可能性を可能にし、微小エンティティのため、高速acoustophoretic輸送6
これらの定在波は、圧力が時間的に振動するような位置に固定されている圧力ノードと腹の空間的に周期的なセットで構成されています。粒子は流体に比べて粒子の機械的特性に応じて、圧力ノードや腹に移行することにより、定在波に対応し、これは、音響コントラスト因子によって説明されています。
変数ρおよびβは、密度と圧縮率と添字pを表し、ƒそれぞれ、中断したオブジェクト（ 例えば 、粒子または細胞）および流体を表します。正の音響コントラスト因子を保有する7事業体（ すなわち 、ɸ> 0）の圧力ノード（複数可）に移行します。 7。負の音響コントラスト因子を保有する事業体（ すなわち 、ɸ<0）の圧力腹に移行し、一方、合成材料（ 例えば 、ポリスチレンビーズ）および細胞の大部分が正の音響コントラスト、シリコーン系から製造されたエラストマー粒子を示すが材料は、8脂肪分子9または他の高弾性成分は、水中で負の音響コントラストを示します。 acoustofluidic装置におけるエラストマー粒子は、小分子10と差別選別のために合成粒子11またはセル12を制限する手段としてを単離することができる。13
Acoustofluidicデバイスは、通常のsuに十分な剛性を持っている標準的な材料（ 例えば 、シリコンやガラス）から製造されています音響定在波をPPORT。 （本明細書で示されたデバイスを含む）多くのacoustofluidicデバイスにおいて、機械的な波は、マイクロチャネルの幅にわたる半波長の定在波から構成され、最も低い高調波モードで共振するように設計されています。この構成は、チャネルの周囲に沿ってチャネルと圧力腹の中央に圧力ノードを持っています。これらのシステムは、チップベースのサイトメトリーのアプリケーション14-16、細胞の捕獲からの細胞の濃度の範囲の用途に使用することができることが以前に示されている。17,18
私たちは、製造、使用のための方法およびバルク音響定在波をサポートacoustofluidicデバイスの代表的なパフォーマンス能力のプロセスを説明します。このデバイスは、1つのフォトリソグラフィ工程、1エッチング工程と恒久的にエッチングされたシリコン基板にガラス "ふた"を結合する1溶融工程を必要とします。我々は、他のacoustofluidiに注意してくださいバルク音響定在波をサポートするCデバイスは、他の場所に記載されている圧電変換器に結合されたガラス又は石英キャピラリーから作製することができる。19,20シリコンベースのデバイスは一緒にを可能にする流路幾何学上のロバスト性と制御の利点を提供します粒子と細胞の懸濁液を含む試料の処理の多くのタイプ。デバイスは、再利用可能な（バッファや洗剤でデバイスをフラッシュすることによって、 すなわち ）彼らは正しく使用の間に洗浄されて提供されています。
Protocol
1.フォトリソグラフィ
- 適切なソフトウェアパッケージを使用してフォトマスクを設計し、資格のあるフォトマスクのプリンタにデザインを提出する。21
- メタノールの安定した流れ（99.8％; 表1参照）に続いて、クリーンルーム施設では、アセトンの安定した流れ（ 表1参照≥99.5％）とSiウエハ研磨6「片面をすすぐ。ウェハを乾燥させN 2ガ スを噴霧し、2分間95℃のホットプレート上にウエハを配置することによって。
注：ウェーハのドーピングプロファイルおよび結晶方位は、以下の手順に影響を与えません。 - Al箔のシートで覆うことによって（標準スピンコートフード内）スピンコーターの外側トラフを保護し、ウエハを固定するためにスピンコーターで真空チャックの中心に清浄なSiウェハを配置します。
- フォトレジストはほとんど覆うまで慎重に注ぐことによって、直接ウェハの中心上にポジ型フォトレジストを堆積させますウェハの。フォトレジストには気泡が存在しないように注意してください。
注：1.5から1.10は、 表1に示したフォトレジストに対応するステップの正確な手順。異なる手順が異なるフォトレジストのために必要とすることができます。 - 次の手順を実行することによって、スピンサイクルを開始します。
- スピンサイクルを開始するプログラムを300rpmの速度、100回転/秒のランプ、および5秒のスピン時間。
- 1800 rpmで、1,000回転/秒のランプ、および均等にフォトレジストを広めるために60秒のスピン時間の速度にプログラム。
- 0回転、1000回転/秒のランプ、および0秒のスピン時間の速度にプログラムがスピンサイクルを締結します。
- チャック上に真空を解除し、チャックからウェハを取得するために、ウェハピンセットを使用しています。その後、165秒間110℃で焼成することがホットプレートの上にウェハを配置します。
注：このステップは、「ソフトベーク」と呼ばれます。 - マスクのホルダーにフォトマスクをロードアライナ/露光装置。
- （~103.7秒の露光時間を使用し、13.5ミリワット/ cm 2の出力強度のために、例えば ）1400ミリジュール/ cm 2のエネルギー投与量を提供するために、露光装置のパラメータを編集します。
- ホルダーから光パターンウェハを除去し、その対応する現像剤の溶液中に置き、5分間（ 表1参照）。
- 開発者からウエハを取り外し、脱イオンH 2 Oの安定した流れでウエハを洗浄し、N 2ガ スで乾燥させました。
注：アンダー開発フォトパターン化の機能に沿ったフォトレジストの不完全な除去を引き起こす可能性がありながら、過剰開発は、パターンが膨潤する可能性があります。 - フォトレジストに転写したフォトマスク上に印刷されたパターンを確認するために、顕微鏡下でウェハを検査します。
2.ディープ反応性イオンエッチング
- 深いのチャンバ内にフォトパターン化Siウエハをロード反応性イオンエッチング装置と、標準的なエッチング方法に従って所望の深さまでのSiウエハに流体チャネルをエッチングする。22
- エッチング処理が完了した後、慎重にチャンバーからサンプルをアンロードします。
- ウェハから過剰なフォトレジストを除去するには、使用を溶媒と65℃のホットプレート上に配置する専用の風通しのよいフード内のフォトレジスト除去（ 表1参照）の溶液で大きなビーカーを準備します。
- フォトレジスト除去溶液中にウエハを浸し、それを1時間浸漬させ。
注：（; 表1を参照）に一晩浸漬してフォトレジストを除去することができ、例えば 、アセトンの溶液（≥99.5％）が異なる溶液は、フォトレジストを除去することができます。 - ビーカーからウエハを取り外し、アセトンの交互の流れでそれを洗い流し（≥99.5％; 表1参照）、イソプロピルアルコール（≥99.7％を、 表1を参照）。ウエハWを乾燥させますi番目のN 2ガ ス。
3.ピラニアクリーニング
- （酸の使用に専用）風通しの良いフードでは、H 2 O 2添加することにより、ピラニア溶液を調製（水に30.0重量％を、 表1を参照）H 2 SO 4（95.0から98.0パーセントに、 表を参照してください1）1内に：大規模な、きれいなビーカー中3の比率。
注意：ピラニア・ソリューションは、非常に腐食性のある強力な酸化剤であり、非常に危険です。ピラニアソリューションの取り扱いには細心の注意を取り、適切な安全装備を着用してください。 - 上を向いてエッチな特徴を持つイオンエッチングウェハ水没し、5分間放置します。慎重にウェハを除去し、完全に脱イオンH 2 Oですすぎ
- 2分間ピラニア溶液中でウェーハを再水没。慎重にウェハを除去し、完全に大量の脱イオンH 2 Oですすぎ
- 使用を溶媒に専用の独立した換気の良いフードでの安定した流れでウエハを洗浄メタノール（99.8％; 表1参照）の安定した流れに続いて、アセトン（ 表1参照≥99.5％）とN 2ガ スとウェハを乾燥させます。適切な安全手順を実行することで、ピラニア溶液を処分。
4.ホウケイ酸ガラス蓋を準備
- スクライブツールを使用して、長方形のセグメントを作成するために、ホウケイ酸ガラスに直線をエッチング（ 例えば 、8×4 cm 2で）。慎重に長方形のセグメントを回復するためにガラスをはめ込みます。
- これらのガラスセグメントの1つを取り、黒のマーカーでガラス上の入口と出口の位置をマークする（実際の寸法との）所望のデザインの印刷されたコピーの上に置きます。
- ホウケイ酸ガラスへの入口と出口の穴を開けます。
注：適切な安全装置を常に着用します。- 。ドリルプレスの口の中に1/8 "ドリルビットを修正の上に矩形状のガラスセグメントを配置しますドリル穴とAl板ガラス上のマークは、Al板の穴の上になるように。テープでAl板上にガラスを固定します。
- 慎重にガラスの中に小さな穴を掘削開始し、穴がガラスを通して行われるまでハンドルを下げるために継続して送りハンドルを下げます。穴が終了したら、テープを取り出し、ゆっくりとガラス粉末を除去するために、ガラスを持ち上げます。水を入れたビーカーにガラス粉末を置き、適切な安全手順を使用して捨てます。
- 慎重に非リント生産吸収性の布でガラスを乾燥させ、他の入口と出口の穴をドリルダウンするのと同じ手順（ステップ4.3.1-4.3.2）に従います。
- ピラニア溶液と矩形のガラスセグメントをきれいにする（上記、第3節）と同じ手順に従ってください。
注意：ピラニア・ソリューションは、非常に腐食性のある強力な酸化剤であり、非常に危険です。ピラニアソリューションの取り扱いには細心の注意を取り、適切な安全装備を着用してください。
5.陽極接合
- スクライブツールを使用し、それは長方形のガラス部分（ 例えば 、7×3 cm 2）と比べてわずかに小さくなるようにマイクロ流体チップの周囲のSiウエハに直線をエッチングします。慎重にエッチングされた線に沿ってウエハをスナップ。
- メタノールの安定した流れが続く（99.8％; 表1を参照のこと）;アセトンの安定した流れ（ 表1を参照の ≥99.5％）とSiのセグメントをすすぎます。 2分が乾燥するのを95℃のホットプレート上にウエハを配置します。
- Siのセグメント上のエッチな特徴を上に向けて、慎重にSiのセグメントの上にきれいなガラスを追加し、穴が適切に合わせてください。
- 穴を確保しながら、セグメントを慎重にフリップが整列保持されます。ガラス部分は、Siのセグメントよりも大きいので、テープの半分は、Siのセグメントと他の半分の垂直縁部を固定する両面テープを有する2つのセグメントを固定しますテープの張り出しガラスを固定しています。そして、ガラスセグメントが上にあることを、再びこのようなセグメントを反転し、ホットプレート上に金属スラブの上にセグメントを配置します。
- 慎重に直接組み立てガラスとSiセグメントの先頭に十分に重い重量（ すなわち 、少なくとも5キロ）の第二の金属スラブ（ 例えば 、鋼）を追加します。
注：この金属スラブは、Siセグメントまたは導電性テープに接触してはなりません。 - 高電圧電源を使用して、下部金属スラブに組み付け、ガラスとSiのセグメントと他のリード（地面）の上に金属スラブ1つのリード線（電源）に接続。
- 1,000根底にあるホットプレート上の電圧を回しV.マルチメータを使用して印加される電圧を確認してください。底板と天板に対する他のプローブに対してプローブを1つ押します。
注意：高電圧は非常に危険です。金属スラブまたは接続ワイヤに触れないように注意してください。 - ホットを残しますSi基板に陽極接合にガラス "ふた"を可能にするために2時間450℃でプレート。 、ホットプレートをオフにDC電源をオフにして、金属スラブからデバイスを削除するには、2時間後に戻ります。
警告：金属スラブは接合プロセス中および後に非常に高温になるので、材料は、ホットプレートをオフにした後、少なくとも1時間冷却することができます。
6. Acoustofluidicデバイスをファイナライズ
- 陽極接合によって生成される汚れを除去し、アセトンを用いてガラスの表面を洗浄するためにカミソリでガラスの表面をこすり。
- 約5ミリメートルの厚さのポリジメチルシロキサン（PDMS）のシートを準備し、いくつかの小さな正方形のスラブをカット約10×10ミリメートル2（ 表1を参照）。23
- それを介してシリコンチューブを挿入するように、各PDMSスラブの中央に一つの穴をカットする3ミリメートル生検パンチを使用してください。一番上の穴に直接スラブを配置ガラス基板上にSとエポキシでスラブを接着。
注：それはデバイスの穴を塞ぐますよう、あまりにも多くの接着剤を使用しないように注意してください。 - 慎重中心-の下のデバイスの裏面上のSiセグメントにチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）変換器、マイクロチャネルを接着。
- PZTトランスデューサ上の2つの導電領域に2本のワイヤを半田付けします。ワイヤがしっかりPZT変換器に接続されていることに注意してください。 PDMSのスラブの穴にシリコンチューブを挿入し、その添付ファイルを確保するためにスラブとチューブの周りに追加の接着剤を追加します。
7. Acoustofluidic装置を操作します
- 安全目的の下に直接マイクロチャネルで顕微鏡ステージ上にデバイスをマウントします。
注：デバイスの下に小さなインサートを配置することによって、ステージに接触しないPZTトランスデューサを確認してください。 - 標準化されたコネクタを使用して、OUTLからシリコンチューブを接続シリンジポンプに固定シリンジへのデバイスのETS。
注：この設定は、「撤退モード」のために意図されています。シリンジポンプは代替的装置に試料を注入するために使用されてもよいです。 - 流体試料（ 例えば 、ポリスチレンビーズまたは細胞の懸濁液）を含むバイアル内のデバイスの入口につながるシリコンチューブを置きます。
- 継続的にサンプルを混合し、粒子または細胞の一定の濃度は実験の過程を通して維持されることを保証するために、撹拌プレート上の流体サンプルを含むバイアルを置きます。
- 関数発生器と直列にパワーアンプの出力にPZT変換器からの配線を接続します。関数発生器の設定（ 例えば 、ピーク・ツー・ピーク電圧および周波数）をプログラムし、オシロスコープを用いて、増幅器からの出力信号を監視します。 PZT変換器を作動開始する関数発生器とパワーアンプの電源をオンにします。6
- デバイスの共振周波数を推定するために、cは媒質（ すなわち 、水）の音の速度である式C =λの*の ƒに従う、λは、音響波長、ƒは、PZT振動子の周波数です。 （私たちは代表的な結果セクションに表示）高調波の半波長の場合には、マイクロチャネルの幅は、定在波の半分の長さでなければなりません。
- 0〜50 Vの範囲内でピーク・ツー・ピーク電圧設定を使用
注：より高い圧力振幅で印加電圧の結果の増加、ひいては、より迅速acoustophoresis。
- 顕微鏡をオンにして、マイクロ流体チャネルにフォーカスが明確にあることを確認してください。
- 流れを適用し、装置に試料を導入するためのシリンジポンプの電源をオンにします。蛍光モードに顕微鏡を用いてデバイスを流れるエンティティを監視します。
- デバイスを効率的に気難しい焦点を当てて確認してください圧力振幅を変更するためのPZT変換器に供給されるピーク・ツー・ピーク電圧を調整することにより、予想される共振周波数付近の周波数掃引を行うことにより、レは経験的共振周波数を特定します。
Representative Results
我々はtrifurcating入口、300ミクロンの幅とtrifurcatingアウトレット（ - B 図1A）とメインチャンネルを含むようにacoustofluidicデバイスを設計しました。我々は唯一の取り外し可能なプラグが付いている他の入口を遮断することによって（音響放射力によって粒子の集束sheathlessを達成するために、 すなわち ）本研究では、すべての実験のために一つの入口を使用することに注意してください。上記の手順に続いて、我々は微細加工プロセス（ - D 図1C）中の欠陥に起因する約4％の誤差で、313ミクロンのチャネル幅を有するチップを構築しました。我々は、半波長の高調波の定在波を誘導するために2.366メガヘルツの駆動周波数で装置を動作しました。
我々は、PZT TRを作動させるために、高周波数正弦波形を生成するために、電力増幅器に接続された信号発生器を使用しましたansducer。我々は、信号の形状および振幅の忠実度を確認するために、電力増幅器から発生するピークツーピーク出力電圧（V PP）を測定するために、オシロスコープを使用しました。シリンジポンプを使用して、我々は最初に、陰性対照（ 図2A）のようなPZTトランスデューサを作動することなく、100マイクロリットル/分の速度で、緑色蛍光ポリスチレンビーズの懸濁液を注入しました。次に、我々は、マイクロチャネル（; 図2B V ppの= 40 V）の幅を横切る半波長の定在波を形成するために、2.366 MHzでデバイスを作動させます。私たちは、期待通りに正の音響コントラスト因子を持っているこれらの粒子は、圧力ノードに沿って集中していることがわかった。6我々はまた、負の音響コントラスト因子（前述のプロセスから合成すなわち 、ɸ≈-0.88）と赤色蛍光粒子を注射し8は、私たちのデバイスは、（圧力腹に沿ってそれらの濃度を誘導できることを確認します 最後に、流速（ すなわち 、0〜1000マイクロリットル/分でシリンジポンプにより調節される）および電圧（ すなわち 、0のVpp 50）の範囲で正の音響コントラスト因子を有する粒子の集束の程度を調査しました。 15フレームで構成されるビデオは各条件のために回収しました。 ImageJソフトウェアは、マイクロチャネルの幅を横切って蛍光強度プロファイルの5をサンプリングするために使用されました。数値計算プログラムは、各条件に対する強度分布を平均化すると、インラインフィルタープログラムを使用して平均化したデータを平滑化するために使用されました。予想されるように、（ すなわち 、蛍光ピークの幅によって定義されるように、粒子の流れの幅に相当する）粒子集束の程度が増加する流量（ 図3A）と減少しました。我々はまた、粒子の大きさは、（印加電圧の増加とともにFiを提供して増加したフォーカシングことがわかりましたグレ3B）。 
ホウケイ酸ガラス」リッド」に融合されたエッチングされたシリコン基板から構成される装置のバルク音響定在波を支持Acoustofluidic装置上面の模式図（A）とボトム（B）、シリコーンに接続されたポリジメチルシロキサン（PDMS）ブロック：図1。チューブとデバイスの底面に接着ワイヤに半田付け圧電トランスデューサ。デバイスのトップ（C）と下部（D）の写真も示されている。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 
図2：アコースティックの集束正および負の音響コントラスト因子を有する粒子（A）は、従来、チタン酸ジルコン酸鉛（PZT）変換器の作動には、100μlのに流れる正の音響コントラスト因子（10μM、黄緑色のポリスチレンビーズ）を有する粒子/分の占有マイクロチャネルの幅。 PZTトランスデューサは、（Vの PP = 40 Vとƒ= 2.366 MHz）で作動された後、（B）、（A）中の粒子は、定在波の圧力のノードに沿って集中することが示されています。 （C）が適用されたフロー（V ppの = 40 Vとƒ= 2.366 MHz）の非存在下での定在波の圧力腹に沿って集中負の音響コントラスト因子を有する粒子。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
Discussion
Acoustophoresisは、流体力学的フォーカシングのアプローチで使用されるシース流体を必要とせずに正確に流体マイクロチャネル内の微視的な実体を配置する簡単かつ迅速なアプローチを提供しています。24これらのデバイスは、粒子または細胞操作の他の方法に比べていくつかの利点を提供する（ 例えば 、磁気泳動、25,26誘電泳動27又は高い磁化率、電気分極又は狭いサイズ分散せずに、エンティティを処理する能力）28を強制的に慣性。また、音響定在波の焦点ノードがアーンショーの定理に従って静磁界や電界によっては不可能である何かである励起源から遠くに配置することができます。29追加の利点は、音響機器は全体の粒子を集中することができるということです適用される流量および装置の股関節では不可能であり、流れ方向の独立した広範囲のtが28を効率的に 、このようなフローサイトメトリーや粒子サイズなどのアプリケーションのために強化された異物検査用の粒子または細胞を輸送する手段を提供し、集束するため慣性力に依存している。30,31デバイス製造及び操作の容易さを直接類似の実装を可能にすることができますフォーカシング、分別を集中し、流体中に懸濁したオブジェクトをソートするための装置。32
我々は、音響定在波によって生成される最も強い力である一次放射力、1を 10ml /単一オリフィスの設計のための時間を超える流量でマイクロ流体チャネルを流れる微粒子を集中することができることを示しています。 100μL/ minの固定流速のために、我々は我々のデバイスが狭い流線に粒子を集中することができることを示している（ すなわち 、50μmの全体の）20 Vピーク・ツー・ピークの低 電圧での任意のシース流体なしで、低を可能にします千万パルティのフォーカシングバッチ式のため-power方法クル/分の例として、高密度に濃縮された溶液（ 例えば 、6×10 8粒子/ ml）を、処理するとき。さらに、このスループットは劇的に平行なノードのセットを生成するように高調波を用いて作動されるマルチオリフィスacoustofluidicチップまたはチャネルを作製することによって増加させることができる。33
デバイスは、従来の微細加工に使用される材料および方法を必要とし、我々は、同様の装置を構築するために使用することができる他の技術の一握りであることを強調し、本明細書に示されているが、このアプローチの利点は、19,34,35およびその単純さを含みます最終的なデバイスの耐久性。
これらのデバイスの製造に重要なステップはfluorescenによる観察のために透明な「蓋」にシリコンを溶融するためにシリコンと陽極接合にチャネルを形成するために、反応性イオンエッチングをマイクロチャネルの形状を定義するためのフォトリソグラフィを含みますCE顕微鏡。これらの工程の全ては、装置内に埃やゴミの収集を回避するために、クリーンルーム設備を必要とします。これらの手順が完了したら、しかし、PZT変換器と流体ポートとを接合することは比較的簡単であり、クリーンルームの外で実行することができます。
しかし、装置の適切な治療は、その長寿のために不可欠です。これは、（1）各実験後に界面活性剤を用いて残留物の蓄積及び（2）フラッシング装置からチャネルを保護するために、各実験の前に不活性化試薬（ 例えば 、ポリ（エチレングリコール）シラン）でデバイスをインキュベート含みます。デブリの蓄積は、音響定在波の忠実度を損なうことができ、効率的に装置内の粒子又は細胞の焦点を合わせる能力を減少させることができます。また、これらのデバイスは、定在波の大きさの半分に近づいてエンティティを含む高多分散サンプルまたはサンプルに適していないことに注意してください。
AcoustofluiDICのデバイスは、分離、細胞およびフローサイトメトリーにコロイドアセンブリから及ぶ様々な用途に多大なユーティリティを提供します。シース流体を分配するための余分な試薬は、大きなサンプルボリュームまたは嵩高機器のコストを削減しながら、高流量で精度の生物学的サンプルを処理する能力は、これらのマイクロ流体デバイス増加スループットの能力を可能にすることができます。 acoustofluidicデバイスを作るために必要な製造方法は簡単であり、その動作に必要な手順は、ユーザーフレンドリーです。私たちは、これらの手順は、材料科学、バイオテクノロジー、医療全体のアプリケーションのための研究の新たな分野を触媒するために同様のデバイスの広範な開発を奨励願っています。
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
- Laurell, T., Petersson, F., Nilsson, A. Chip integrated strategies for acoustic separation and manipulation of cells and particles. Chem Soc Rev. 36 (3), 492-506 (2007).
- Ding, X., et al.
- Schmid, L., Weitz, D. A., Franke, T. Sorting drops and cells with acoustics: acoustic microfluidic fluorescence-activated cell sorter. Lab Chip. 14 (19), 3710-3718 (2014).
- Guo, F., et al. Controlling cell-cell interactions using surface acoustic waves. Proc Natl Acad Sci U S A. 112 (1), 43-48 (2015).
- Li, P., et al. Acoustic separation of circulating tumor cells. Proc Natl Acad Sci U S A. 112 (16), 4970-4975 (2015).
- Gao, L., et al. Two-dimensional spatial manipulation of microparticles in continuous flows in acoustofluidic systems. Biomicrofluidics. 9 (1), 014105 (2015).
- Bruus, H. Acoustofluidics 7: The acoustic radiation force on small particles. Lab Chip. 12 (6), 1014-1021 (2012).
- Shields, C. W. IV, et al. Nucleation and growth synthesis of siloxane gels to form functional, monodisperse, and acoustically programmable particles. Angew Chem Int Ed Engl. 53 (31), 8070-8073 (2014).
- Petersson, F., Nilsson, A., Holm, C., Jonsson, H., Laurell, T. Separation of lipids from blood utilizing ultrasonic standing waves in microfluidic channels. Analyst. 129 (10), 938-943 (2004).
- Cushing, K. W., et al. Elastomeric negative acoustic contrast particles for affinity capture assays. Anal Chem. 85 (4), 2208-2215 (2013).
- Johnson, L. M., et al. Elastomeric microparticles for acoustic mediated bioseparations. J Nanobiotechnology. 11, 22 (2013).
- Shields, C. W. IV, Johnson, L. M., Gao, L., Lopez, G. P. Elastomeric negative acoustic contrast particles for capture, acoustophoretic transport, and confinement of cells in microfluidic systems. Langmuir. 30 (14), 3923-3927 (2014).
- Shields, C. W. IV, Reyes, C. D., Lopez, G. P. Microfluidic cell sorting: a review of the advances in the separation of cells from debulking to rare cell isolation. Lab Chip. 15, 1230-1249 (2015).
- Goddard, G., Martin, J. C., Graves, S. W., Kaduchak, G. Ultrasonic particle-concentration for sheathless focusing of particles for analysis in a flow cytometer. Cytometry A. 69 (2), 66-74 (2006).
- Goddard, G. R., Sanders, C. K., Martin, J. C., Kaduchak, G., Graves, S. W. Analytical Performance of an Ultrasonic Particle Focusing Flow Cytometer. Anal Chem. 79 (22), 8740-8746 (2007).
- Goddard, G., Kaduchak, G. Ultrasonic particle concentration in a line-driven cylindrical tube. J Acoust Soc Am. 117 (6), 3440 (2005).
- Lenshof, A., Magnusson, C., Laurell, T. Acoustofluidics 8: applications of acoustophoresis in continuous flow microsystems. Lab Chip. 12 (7), 1210-1223 (2012).
- Carugo, D., et al. A thin-reflector microfluidic resonator for continuous-flow concentration of microorganisms: a new approach to water quality analysis using acoustofluidics. Lab Chip. 14 (19), 3830-3842 (2014).
- Austin Suthanthiraraj, P. P., et al. One-dimensional acoustic standing waves in rectangular channels for flow cytometry. Methods. 57 (3), 259-271 (2012).
- Wiklund, M., Nilsson, S., Hertz, H. M. Ultrasonic trapping in capillaries for trace-amount biomedical analysis. J App Phys. 90 (1), 421 (2001).
- Shields, C. W. IV, et al. Field-directed assembly of patchy anisotropic microparticles with defined shape. Soft Matter. 9 (38), 9219 (2013).
- Yeom, J., Wu, Y., Selby, J. C., Shannon, M. A. Maximum achievable aspect ratio in deep reactive ion etching of silicon due to aspect ratio dependent transport and the microloading effect. J Vac Sci Technol B Microelectron Nanometer Struct Process Meas Phenom. 23 (6), 2319 (2005).
- McDonald, J. C., Whitesides, G. M. Poly(dimethylsiloxane) as a material for fabricating microfluidic devices. Acc Chem Res. 35 (7), 491-499 (2002).
- Golden, J. P., Justin, G. A., Nasir, M., Ligler, F. S.
- Hejazian, M., Li, W., Nguyen, N. T. Lab on a chip for continuous-flow magnetic cell separation. Lab Chip. 15 (4), 959-970 (2015).
- Shields, C. W. IV, Livingston, C. E., Yellen, B. B., Lòpez, G. P., Murdoch, D. M. Magnetographic array for the capture and enumeration of single cells and cell pairs. Biomicrofluidics. 8 (4), 041101 (2014).
- Voldman, J. Electrical forces for microscale cell manipulation. Annu Rev Biomed Eng. 8, 425-454 (2006).
- Di Carlo, D.
- Earnshaw, S. On the nature of the molecular forces which regulate the constitution of the luminferous ether. Trans Camb Phil Soc. 7, 97-112 (1842).
- Piyasena, M. E., Graves, S. W. The intersection of flow cytometry with microfluidics and microfabrication. Lab Chip. 14, 1044-1059 (2014).
- Grenvall, C., Antfolk, C., Bisgaard, C. Z., Laurell, T. Two-dimensional acoustic particle focusing enables sheathless chip Coulter counter with planar electrode configuration. Lab Chip. 14 (24), 4629-4637 (2014).
- Au, A. K., Lee, W., Folch, A. Mail-order microfluidics: evaluation of stereolithography for the production of microfluidic devices. Lab Chip. 14 (7), 1294-1301 (2014).
- Piyasena, M. E., et al. Multinode acoustic focusing for parallel flow cytometry. Anal Chem. 84 (4), 1831-1839 (2012).
- Lenshof, A., Evander, M., Laurell, T., Nilsson, J. Acoustofluidics 5: Building microfluidic acoustic resonators. Lab Chip. 12 (4), 684-695 (2012).
- Evander, M., Tenje, M. Microfluidic PMMA interfaces for rectangular glass capillaries. J Micromech Microeng. 24 (2), 027003 (2014).
