Fabricación, operación y visualización del flujo en la superficie-acústico de ondas impulsadas Microfluídica Acústica contraflujo
Summary
En este video lo primero que describen los procedimientos de fabricación y operación de una onda acústica de superficie (SAW) dispositivo de contraflujo acústico. Se demuestra a continuación, un montaje experimental que permite tanto la visualización del flujo cualitativo y el análisis cuantitativo de los flujos de complejos dentro del dispositivo de bombeo SAW.
Abstract
Las ondas acústicas de superficie (SAW) se pueden utilizar para conducir líquidos en los chips de microfluidos portátiles a través del fenómeno de contracorriente acústica. En este video se presenta el protocolo de fabricación de un dispositivo de contraflujo acústica SAW capas. El dispositivo se fabrica a partir de un substrato de niobato de litio (LN) sobre el que se modelan dos transductores interdigitales (IDT) y los marcadores apropiados. Un canal de polidimetilsiloxano (PDMS) lanzado sobre un molde maestro SU8 finalmente se une al sustrato modelado. Siguiendo el procedimiento de fabricación, se muestran las técnicas que permiten la caracterización y el funcionamiento del dispositivo de contracorriente acústica con el fin de bombear fluidos a través de la trama del canal de PDMS. Finalmente se presenta el procedimiento para visualizar el flujo de líquido en los canales. El protocolo se utiliza para mostrar el fluido en el chip de bombeo bajo diferentes regímenes de flujo, tales como flujo laminar y la dinámica más complicados caracterizado por vórtices y dominios de acumulación de partículas.
Introduction
Uno de los retos continuos que enfrenta la comunidad de microfluidos es la necesidad de tener un mecanismo de bombeo eficiente que puede ser miniaturizado para la integración en sistemas de micro-análisis total de verdaderamente portátiles (de μTAS). Sistemas de bombeo macroscópicas estándar simplemente no pueden proporcionar la portabilidad necesaria para μTAS de, debido a la escala desfavorable de los caudales volumétricos como el tamaño del canal disminuye hacia abajo a la orden de micras o por debajo. Por el contrario, las sierras han ganado un creciente interés como mecanismos de accionamiento de fluido y aparecen como una vía prometedora para la solución de algunos de estos problemas 1,2.
SAW se muestran para proporcionar un mecanismo muy eficiente de transporte de energía en los líquidos 3. Cuando una sierra propaga sobre un sustrato piezoeléctrico, por ejemplo, niobato de litio (LN), la onda se irradiaron en ningún fluido a su paso en un ángulo conocido como el ángulo θ Rayleigh R = sen722; 1 (c f / c s), debido a la falta de coincidencia de velocidades del sonido en el sustrato, c s, y el c f fluido. Esta fuga de radiación en el líquido da lugar a una onda de presión que impulsa corriente acústica en el líquido. Dependiendo de la geometría del dispositivo y la potencia aplicada al dispositivo, este mecanismo se muestra para accionar una amplia variedad de procesos en el chip, como líquido de mezcla, la clasificación de partículas, la atomización, y 1,4 de bombeo. A pesar de la sencillez y la eficacia de la actuación de microfluidos con SAW, sólo hay un pequeño número de SAW impulsado mecanismos de bombeo de microfluidos que se ha demostrado hasta la fecha. La primera demostración fue la simple traducción de las gotitas libres colocados en la trayectoria de propagación SAW en un sustrato piezoeléctrico 3. Este nuevo método generó mucho interés en el uso de SAW como un método de accionamiento de microfluidos, sin embargo, había todavía una necesidad de fluidos aser conducido a través de canales-una cerrados tarea más difícil. Tan et al. Demostró bombeo dentro de un microcanal que se realizó ablación con láser directamente en el sustrato piezoeléctrico. Por modificación geométrica con respecto al canal y las dimensiones IDT, que fueron capaces de demostrar los flujos tanto uniformes y de mezcla 5. Glass et al. Demostró recientemente un método para mover los fluidos a través de microcanales y componentes de microfluidos mediante la combinación de SAW rotaciones accionados con microfluidos centrífugas, como una demostración de la verdadera miniaturización del popular concepto de Lab-on-a-CD 6,7. Sin embargo, el único completamente cerrado SAW impulsado mecanismo que se ha demostrado de bombeo sigue siendo Cecchini et al. 'S contracorriente acústica SAW-8-impulsado por el foco de este vídeo. Se aprovecha para ello la atomización y la coalescencia de un fluido para bombear a través de un canal cerrado en la dirección opuesta a la dirección de propagación de la unaola Coustic. Este sistema puede dar lugar a los flujos sorprendentemente complejos dentro de un microcanal. Por otra parte, dependiendo de la geometría del dispositivo, se puede proporcionar una gama de esquemas de flujo, a partir de flujos laminares a regímenes más complejas caracterizadas por vórtices y dominios de acumulación de partículas. La capacidad de influir fácilmente las características de flujo dentro del dispositivo muestra oportunidades para manipulación avanzada de partículas en el chip.
En este protocolo se quiere aclarar los principales aspectos prácticos de microfluidos basados en SAW: fabricación del dispositivo, la operación experimental, y la visualización de flujo. Mientras que estamos describiendo explícitamente estos procedimientos para la fabricación y el funcionamiento de los dispositivos de contraflujo acústicas impulsadas por SAW, estas secciones se pueden modificar fácilmente para su aplicación a una amplia gama de regímenes de microfluidos SAW-impulsados.
Protocol
Representative Results
Discussion
Uno de los mayores desafíos que enfrenta la comunidad de microfluidos es la realización de una plataforma de actuación para dispositivos verdaderamente portátiles de punto de cuidado. Entre la propuesta microbombas integrado 23, que se basan en las ondas acústicas de superficie (SAW) son particularmente atractivas debido a sus capacidades asociadas en la concentración y separación de mezcla 4, la atomización y la partícula de fluido. En este trabajo hemos demostrado cómo fabricar y utiliz…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores no tienen a nadie a reconocer.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Double side polished 128° YX lithium niobate wafer | Crystal Technology, LLC | ||
| Silicon wafer | Siegert Wafers | We use <100> | |
| IDT Optical lithography mask with alignment marks (positive) | Any vendor | ||
| Channel Optical lithography mask (negative) | Any vendor | ||
| Positive photoresist | Shipley | S1818 | |
| Positive photoresist developer | Microposit | MF319 | |
| Negative tone photoresist | Allresist | AR-N-4340 | |
| Negative tone photoresist developer | Allresist | AR 300-475 | |
| SU8 thick negative tone photoresist | Microchem | SU-8 2000 Series | |
| SU8 thick negative tone photoresist developer | Microchem | SU-8 developer | |
| Hexadecane | Sigma-Aldrich | H6703 | |
| Carbon tetrachloride (CCl4) | Sigma-Aldrich | 107344 | |
| Octadecyltrichlorosilane (OTS) | Sigma-Aldrich | 104817 | |
| Acetone CMOS grade | Sigma-Aldrich | 40289 | |
| 2-propanol CMOS grade | Sigma-Aldrich | 40301 | |
| Titanium | Any vendor | 99.9% purity | |
| Gold | Any vendor | 99.9% purity | |
| PDMS | Dow Corning | Sylgard 184 silicone elastomer kit with curing agent | |
| Petri dish | Any vendor | ||
| 5 mm ID Harris Uni-Core multi-purpose coring tool | Sigma-Aldrich | Z708895 | Any diameter greater than 2 mm is suitable |
| Acoustic absorber | Photonic Cleaning Technologies | First Contact regular kit | |
| RF-PCB | Any vendor | ||
| Spinner | Laurell technologies corporation | WS-400-6NPP | Any spinner can be used |
| UV Mask aligner | Karl Suss | MJB 4 | Any aligner can be used |
| Thermal evaporator | Kurt J. Lesker | Nano 38 | Any thermal, e-beam evaporator or sputtering system can be used |
| Oxygen plasma asher | Gambetti Kenologia Srl | Colibrì | Any plasma asher or RIE machine can be used |
| Centrifuge | Eppendorf | 5810 R | Any centrifuge can be used |
| Wire bonder | Kulicke & Soffa | 4523AD | Any wire bonder can be used if the PCB is used without pogo connectors |
| Contact Angle Meter | KSV | CAM 101 | Any contact angle meter can be used |
| Spectrum analyzer | Anristu | 56100A | Any spectrum or network analyzer can be used |
| RF signal generator | Anristu | MG3694A | Any RF signal generator can be used |
| RF high power amplifier | Mini Circuits | ZHL-5W-1 | Any RF high power amplifier can be used |
| Microbeads suspension | Sigma-Aldrich | L3280 | Depending on the experimental purpose different suspension of different diameter and different material properties can be used |
| Optical microscope | Nikon | Ti-Eclipse | Any optical microscope with spatial resolution satisfying experimental purposes can be used |
| Video camera | Basler | A602-f | Any video camera that has enough frame rate and sensitivity satisfying experimental purposes can be used |
| Camera acquisition software | Advanced technologies | Motion Box | Any software enabling high and controlled frame rate acquisition can be used |
References
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