듀얼 주파수 업무가 표면 음향 파도 서 서 Microparticle 조작

Summary

듀얼 주파수 여기 미세 채널에 미를 조작 하기 위한 프로토콜 제공 됩니다.

Abstract

실험실에 칩 (LOC) 시스템에서 미 조작에 대 한 서 표면 탄성 파 (우화 풍)의 조정 능력을 증가 하는 방법을 설명 합니다. 기본 주파수와 듀얼 주파수 여기, 인터 변환기 (IDTs)의 한 쌍을로 불리는 제 3 고조파의 동시 여기 서 미세 채널에 청각 파의 새로운 유형을 생성할 수 있습니다. 파워와 듀얼 주파수 여기에서 단계는 아닌은 미에 적용 청각 방사선 힘의 재구성 가능한 필드에 결과 신호 (예를 들어, 수 및 압력 노드의 위치와 해당에서 microparticle 농도 압력 노드). 이 문서에서는 하나의 압력 노드에 microparticle의 동작 시간을 줄일 수 있습니다 ~ 2-fold 기본 주파수 보다 큰 ~ 90%의 전력 비에. 대조적으로에 있는 압력 노드 세 개는 아닌 경우이 임계값. 또한, 기본 주파수와 각 압력 노드에 아닌 미의 비율에서 뿐만 아니라 3 개의 우화 풍 압력 노드의 다른 모션 속도에 제 3 고조파 결과 사이 초기 단계를 조정합니다. 실험 관찰 및 숫자 예측 사이 좋은 계약이입니다. 이 소설은 여기 방법을 통합할 수 있습니다 쉽고 비 접촉 LOC 시스템 넓은 tenability와 실험 설정에 약간의 변화만.

Introduction

LOC 기술 생물학, 화학, 물리학, 및 생물 의학 공정에 대 한 마이크로 칩에서 하나 또는 여러 기능을 통합합니다. LOC 있습니다 실험실 설정을 규모에 서브 밀리미터, 빠른 반응 속도, 짧은 응답 시간, 높은 공정 제어, 낮은 볼륨 소비 (더 적은 낭비, 더 낮은 시 약 비용, 그리고 덜 필요한 샘플 볼륨), 때문에 높은 처리량 보다 작은 병렬화, 낮은 비용 나중에 대량 생산 및 비용 효율적인 disposables, 방사능, 화학 또는 생물학 연구, 높은 안전 및 소형 및 휴대용 장치^1,2의 장점. 정확한 셀 조작 (즉, 축적 및 분리)는 위치 기반 분석 및 진단^3,4에서 중요 하다. 그러나, 정확도 및 재현성 microparticle 조작의 과제의 다양 한이 있다. 전기-삼 투⁵, dielectrophoresis (DEP)⁶, magnetophoresis⁷, thermophoresis^8,9, 광학 접근¹⁰, 많은 기술, 광전자는 접근¹¹ 유체역학 접근¹²및 acoustophoresis^13,14,15, 개발 되었습니다. 비교에서는, 음향 접근은 LOC 응용 프로그램에 대 한 적절 한 때문에, 많은 종류의 미/세포를 효과적으로 조작 하 고 (밀도 압축 성) 충분히 고대비 noninvasively 비교할 수 이론적으로, 주변의 액체로. 따라서, 그들의 대응에 비해 음향 접근 대부분 미와 그들의 광학, 전기, 및 자기 재산¹⁶든 생물 개체에 대 한 본질적으로 받을 수 있습니다.

지상 청각 파 (톱)는 IDTs에서 Snell의 법률^{17에 따르면 여러 파장의 두께에 압 전 기판 그리고 아닌에 액체에 레일리 각도에 누출의 표면에 주로 전파 18,,1920,,2122}. 그들은 에너지, 높은 주파수에서 훌륭한 설계 유연성, 미세 채널 및 소형화를 사용 하 여 좋은 시스템 통합의 그들의 지역화로 인해 표면에 따라 높은 에너지 효율의 기술적 장점을 마이크로 전자 기계 시스템 (MEMS) 기술, 그리고 대량 생산²³의 높은 잠재력. 이 프로토콜에서 톱 동일한 IDTs의 쌍에서 생성 되며 서 파, 또는 우화 풍, 아닌, 어디 정지 미 올려집니다 압력 노드에 적용된 음향에 의해 주로 생성 하는 반대 방향으로 전파 방사선 힘²⁴. 이러한 결과 힘의 진폭 여기 주파수, microparticle 크기 및 그것의 청각 대조 요인^22,25에 의해 결정 됩니다.

이러한 acoustophoresis 쉽게 조절 되지 않은 미리 정해진된 조작 패턴의 한계는 있습니다. 여기 주파수는 IDTs의 대역폭은 매우 제한 그들의 정기적인 거리에 의해 결정 됩니다. 여러 전략 tunability 및 조작 기능을 향상 시키기 위해 개발 되었습니다. 어쿠스틱 서 파도 아닌의 다른 부분에 적용의 첫 번째 및 두 번째 모드는 꾸벅꾸벅 졸 기 라인²⁶으로 다른 모션 속도 따라 더 효과적으로 미 분리 수 있습니다. 이러한 두 가지 모드는 아닌의 모든 부분에도 적용 될 수 있는 고^27,,2829또는 전환. 그러나,이 위해, 장비 (즉, 3 개의 함수 발생기, 2 명의 임피던스 매칭 단위, 및 전자기 릴레이)의 많은 수는 필요 때문에 다른 실험 설정의 증가 비용 및 제어 복잡도 기본 주파수는 piezoceramic의 제 3 고조파에 전기 임피던스³⁰접시. 또한, 기울어진 손가락 인터 변환기 (SFITs) 셀 및 흥미로운는 특정 공명^20,31경사 손가락의 기간으로 패턴화 미 조정에 적용할 수 있습니다. 그러나, 다음, 대역폭은 경사 손가락의 수에 반비례 한다. 여러 압력 꾸벅꾸벅 졸 기 라인에 있는 더 높은 분리 효율과 꾸벅꾸벅 졸 기 단선에 비해 감도 기존의 SSAW 기반 microparticle 구분. 또는, 압력 노드의 위치 또한 단순히 디자인^32,33두 IDTs에 적용 하는 위상차를 조정 하 여 변경 수 있습니다.

그들은 수 흥분 수 동시에, 미 조작³⁴에 대 한 더 많은 tunability를 제공 하는 기본 주파수와 IDTs의 제 3 고조파 비슷한 주파수 응답 있다. 단일 주파수에서 기존 IDT 여기에 비해 기술 독창성, 최대 등 제공 듀얼 주파수 여기 및 그들 사이 위상의 음향 압력 조정 ~ 2-fold 모션 시간 꾸벅꾸벅 졸 기 압력 감소 선 또는 센터는 아닌, 다양 한 수와 압력 꾸벅꾸벅 졸 기 선 및 microparticle 농도의 위치.

Protocol

1입니다. 미세 채널의 준비 폴 리-dimethylsiloxane (PDMS)는 탄성 중합체의 비율은 10: 1에 혼합. 진공 오븐에 섞어 드 그리고 위에 네거티브 톤 포토 레지스트 패턴을 실리콘 웨이퍼에 붓는 다. 꽃무늬 실리콘 웨이퍼를 다시 드와 응고에 대 한 인큐베이터에서 3 h 70 ° C에서 열. 2입니다. 인터 변환기의 제조 Cr 및 400의 보증금 20 nm LiNbO3 웨이퍼;…

Representative Results

음향 압력의 분포와 듀얼 주파수 여기 (6.2 및 18.6 m h z)에 있는 SSAW의 청각 방사선 힘은 그림 1에 표시 됩니다. 146의 음향 파워에서 300 µ m의 폭으로 아닌에 듀얼 주파수 여기 폴리스 티 렌 미 (직경에서 4 µ m)에서 발생 하는 여기, mW. 결과 음향 압력은 항상 단계 때 P1 > 90%는 단 하나 압력 노드 그래서가 y 에 = 150 µ m. 대조적으로, 3 ?…

Discussion

듀얼 주파수 여기에서 SSAW에 의해 아닌 microparticle 모션이이 연구에서 광범위 하 게 조사 하 고 이중 주파수 구동 신호 변화 하 여 효과적으로 조정할 수 있는 패터 닝 기술을 개발 하 고 테스트. 이러한 파형의 생산은 대부분 함수 발생기에 의해 쉽게 실현 그리고 조정 방식은 매우 편리. S₁₂-및 S₁₁-조작된 IDTs의 주파수 응답 설명 여러 공 진 모드³⁴. 6.1 MHz의 측정된 ?…

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