Fabricação, Operação e Visualização de Fluxo em superfície acústico de ondas orientadas Microfluidics acústico contrafluxo
Summary
Neste vídeo podemos primeira descrever procedimentos de fabricação e operação de uma onda acústica de superfície (SAW) dispositivo contra-acústico. Nós, então, demonstrar uma configuração experimental que permite tanto a visualização do fluxo análise qualitativa e quantitativa dos fluxos complexos dentro do dispositivo de bombeamento SAW.
Abstract
Ondas acústicas de superfície (SAW) pode ser usado para conduzir líquidos em chips microfluídicos portáteis via o fenômeno contra-acústico. Neste vídeo, apresentamos o protocolo de fabricação de um dispositivo contra-SAW acústico de várias camadas. O aparelho é fabricado a partir de um niobato (LN) de lítio substrato sobre o qual dois transdutores interdigitais (ADIs) e marcadores apropriados são padronizados. A (PDMS) canal polidimetilsiloxano lançado em um molde mestre SU8 é finalmente ligado na carcaça padronizada. Seguindo o processo de fabricação, que mostram as técnicas que permitem a caracterização e o funcionamento do dispositivo de contra-acústico para bombear fluidos através da rede de canais de PDMS. Finalmente, apresentamos o procedimento para visualizar o fluxo de líquido nos canais. O protocolo é usado para mostrar fluido no chip de bombeamento sob diferentes regimes de fluxo, tais como fluxo laminar e dinâmicas mais complicadas caracterizado por vórtices e domínios de acumulação de partículas.
Introduction
Um dos desafios enfrentados pela comunidade continuadas microfluídico é a necessidade de ter um mecanismo de bombagem eficiente, que pode ser miniaturizado para integração em sistemas de análise de micro-total verdadeiramente portátil (μTAS 's). Sistemas de bombagem macroscópicas padrão simplesmente deixam de proporcionar a portabilidade necessária para μTAS de, devido ao dimensionamento desfavorável dos caudais volumétricos, como o tamanho do canal diminui para a faixa de micron ou inferior. Pelo contrário, as serras ganharam cada vez mais interesse como mecanismos de actuação de fluido e aparecem como uma avenida promissora para a solução de alguns destes problemas 1,2.
SAWs foram mostrados para fornecer um mecanismo muito eficiente de transporte de energia em fluidos 3. Quando uma serra propaga num substrato piezoeléctrico, por exemplo, de niobato de litio (LN), a onda vai ser irradiada para o fluido no seu percurso em ângulo conhecido como o ângulo de Rayleigh θ R = sin722, 1 (c f / c s), devido à incompatibilidade das velocidades de som no substrato, c s e o fluido c f. Esta fuga de radiação para o líquido dá origem a uma onda de pressão que acciona transmissão acústica no líquido. Dependendo da geometria do dispositivo e potência aplicada ao dispositivo, este mecanismo foi mostrado para accionar uma ampla variedade de processos on-chip, tais como fluido de mistura, separação das partículas, a atomização, e de bombeamento 1,4. Apesar da simplicidade e eficácia de atuar microfluidos com SAW, há apenas um pequeno número de SAW impulsionado mecanismos de bombeamento microfluídicos que demonstraram até o momento. A primeira demonstração foi a tradução simples de gotículas livres colocados no caminho de propagação SAW em um 3 de substrato piezoelétrico. Este novo método gerado muito interesse em utilizar SAWs como um método de atuação de microfluídica, porém ainda havia a necessidade de fluidos paraser conduzido através de canais fechados a tarefa mais difícil. Tan et al. Demonstrado bombagem dentro de um microcanal que foi feita a ablação a laser directamente no substrato piezoeléctrico. Pela modificação geométrica em relação ao canal e dimensões IDT, eles foram capazes de demonstrar tanto fluxos uniformes e misturar 5. Glass et ai. Demonstrado recentemente um método de transferência de fluidos através de microcanais e componentes microfluídicas combinando SAW rotações accionados com microfluidos centrífugos, como uma demonstração da verdadeira miniaturização do popular conceito Lab-on-a-CD de 6,7. No entanto, a única totalmente fechado SAW impulsionado mecanismo que tem sido demonstrado de bombagem continua a ser Cecchini et ai. 'S contracorrente acústico SAW orientada 8-o foco deste vídeo. Ela explora a atomização e coalescência de um fluido a bombear através de um canal fechado na direcção oposta à direcção de propagação de uma aonda coustic. Este sistema pode dar origem a fluxos surpreendentemente complexos dentro de um microcanal. Além disso, dependendo da geometria do dispositivo, que podem proporcionar uma variedade de regimes de fluxo, a partir de fluxos laminares para regimes mais complexos, caracterizados por domínios de vórtices e de acumulação de partículas. A capacidade de influenciar facilmente as características de fluxo dentro do dispositivo mostra oportunidades para manipulação avançada de partículas on-chip.
Neste protocolo, gostaria de esclarecer os principais aspectos práticos baseados em microfluídica SERRA: fabricação de dispositivos, a operação experimental, e visualização de fluxo. Enquanto estamos descrevendo explicitamente esses procedimentos para a fabricação e operação de dispositivos acústicos de contra-driven SAW, estas seções podem ser facilmente modificados para a sua aplicação a uma série de regimes microfluídicos SAW-driven.
Protocol
Representative Results
Discussion
Um dos maiores desafios enfrentados pela comunidade de microfluídica é a realização de uma plataforma de atuação para dispositivos point-of-care realmente portáteis. Entre o proposto integrado microbombas 23, aqueles baseados em ondas acústicas de superfície (SAW) são particularmente atractivas devido à sua capacidade de concentração e de associados de separação 4 de mistura, e partículas de fluido de atomização. Neste artigo demonstramos como fabricar e operar um dispositivo de l…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Autores têm ninguém a reconhecer.
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 |
Referências
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