立って二周波励起表面波による微小物体操作
Summary
二周波励起マイクロ流路における微粒子を操作するためのプロトコルが表示されます。
Abstract
ラボ-オン-チップ (LOC) システムの微粒子操作のため立っている表面音響波 (SSAW) のチューニング能力を高めるための方法を示します。基本周波数とすだれ状トランスデューサー (Idt) のペアの二周波励起と呼ばれるその第 3 調波の同時励起マイクロ流路における弾性波の立っての新しい型を生成でした。力および二周波励起位相の異なる信号をマイクロ微粒子に適用されます音響放射力の再構成可能なフィールドの結果 (例えば数、圧力ノードの位置と、対応する微粒子濃度圧力ノード)。1 つだけ圧力ノードに微粒子の運動時間を削減できると説明 〜 2 倍 ~ 90% 以上基本周波数の電力比で。対照的に、ノードがある 3 つの圧力のマイクロより小さい場合このしきい値。さらに、基本周波数と第 3 高調波結果 SSAW 圧力ノードが 3 つの異なる運動率だけでなく、マイクロ チャネル内の各圧力ノードで微粒子の割合、間最初の段階を調整します。実験観察と数値予測との良い一致があります。この小説の励振法簡単かつ非侵襲的に統合できます LOC システム全体の耐久性と実験のセットアップにいくつかの変更のみ。
Introduction
LOC 技術は、生物学、化学、生物物理学、生体プロセスのマイクロ チップの 1 つまたは複数の機能を統合します。LOC 規模で研究室のセットアップを可能、サブ ミリメートル、高速反応速度、短い応答時間、高いプロセス制御、少量消費 (以下の廃棄物は、低い試薬コストと必要なサンプル ボリューム少ない)、高いスループットのためにより小さい並列化、低コスト、将来的に大量生産とコスト効果の高い消耗品、化学、放射性、または生物学的研究、安全性の高い、コンパクトでポータブル デバイス1,2の利点。正確なセルの操作 (すなわち、蓄積および分離) は、LOC に基づく分析と診断3,の4が重要です。ただし、精度と再現性微小物体操作のさまざまな課題があります。電気浸透5、誘電泳動 (DEP)6magnetophoresis7働く8,910光学的アプローチなど、多くの技術、オプトエレクトロニクス アプローチ11、流体力学的アプローチ12と acoustophoresis13,14,15、開発されています。比較では、音響のアプローチは、LOC のアプリケーションに適して、微粒子/セルの多くの種類の効果的に操作方法と非侵襲的コントラストが十分に高い (密度と圧縮率) と比較して、理論的に周囲の流体。したがって、相手と比較して、音響のアプローチは本質的にほとんどの微粒子と関係なく、光、電気、磁気的特性16の生物学的オブジェクトの対象となります。
表面弾性波 (鋸)、Idt からはスネルの法則17によるといくつかの波長の厚さで圧電体基板のマイクロ流体にレイリーの角度でリークの表面主に伝達します。 18,19,20,21,22。エネルギー、高周波での素晴らしい設計の柔軟性、良いシステム統合マイクロ流路と小型化を使用しての彼らのローカリゼーションに伴う表面に沿って高エネルギー効率の技術的な利点があります。マイクロ電子機械システム (MEMS) 技術と量産23の可能性が高い。このプロトコルではのこぎりを同一 Idt のペアから生成され、中断された微粒子が応用音響によって大抵圧力ノードにプッシュされます、マイクロで定在波または SSAW、生成する反対の方向で反映放射力24。このような結果として生じる力の振幅は、その音響コントラスト率22,25微粒子サイズ、励起周波数によって決定されます。
このような acoustophoresis が簡単に調節可能な所定の操作パターンの制限があります。Idt の励起周波数は、帯域幅がかなり限られているので、彼らの定期的な距離によって決まります。いくつかの戦略は、可変特性と操作の機能を高めるために開発されています。マイクロのさまざまな部分に適用される音響定在波の最初と 2 番目のモード節線26に向かって異なるモーション速度によるとより効果的に微粒子の分離可能性があります。これらの 2 つのモードはマイクロの全体の部分にも適用できるし、切り替えてまた27,28,29。ただし、このため、装置 (すなわち、3 つの関数発生器、2 つのインピー ダンス マッチング ユニット、電磁リレー) の数が多い必要がのおかげで、別の実験の設定のコストと制御の複雑さ基本周波数と、圧電セラミックの第 3 高調波で電気インピー ダンスはプレート30です。さらに、傾斜指用すだれ状トランスデューサー (SFITs) は、セルと特定共鳴20,31の斜指の励磁によるパターニング微粒子調整に適用でした。しかし、その後、帯域幅は斜指の数に反比例します。複数の圧力節線従来 SSAW ベース微粒子区切り記号で分離効率が高く、単一の節線と比較して感度があります。また、圧力のノードの場所は設計32,332 Idt に適用の位相差を調整することによって単にまた変更でした。
彼らを励起できること同時に、微粒子操作34より多くの可変性を提供するので、基本周波数と Idt の第 3 高調波と同様の周波数応答があります。単一周波数で従来の IDT 励振と比較して二周波励起とそれらの間の位相の音響の圧力を調整するまでなどの技術的な一意性を提供 〜 倍節圧力に運動時間を短縮ラインまたはマイクロ、様々 な数と圧力の節線と微粒子濃度の場所の中心。
Protocol
Representative Results
Discussion
二周波励起で SSAW によるマイクロ流路内微粒子の運動をこの研究で調べた広範囲および二周波励起信号を変化させることにより効果的に可変パターン形成技術が開発され、テストします。このような波形の生産はほとんどの関数発生器によって簡単に実現、調整のアプローチは非常に便利です。S12– と S11-捏造 Idt の周波数応答を示すいくつかの共鳴モード34?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この仕事は、学術研究基金 (AcRF) Tier 1 (RG171/15)、文部科学省のシンガポールが主催しました。
Materials
| poly-dimethylsiloxane | Dow Corning | Sylgard 184 | |
| poly-dimethylsiloxane elastomer base | Dow Corning | Sylgard 184 | |
| silicon wafer | Bonda Technology | SI8PSPD | |
| negative tone photoresist | Microchem | SU-8 | |
| double-side polished LiNbO3 wafer | University Wafer | Y-128° | |
| positive photoresist | Nicolaus-Otto-Straße | AZ 9260 | |
| oxygen plasma | Harrick Plasma | ||
| plastic mask | Infinite Graphics |
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