Fabrication, l'exploitation et la visualisation des écoulements en surface à ondes acoustiques axées microfluidique-Acoustiques contre-courant
Summary
Dans cette vidéo, nous décrivons d'abord les procédures de fabrication et d'exploitation d'une onde acoustique de surface (SAW) de l'appareil à contre-courant de l'acoustique. Nous démontrons ensuite un dispositif expérimental qui permet à la fois la visualisation des écoulements analyse qualitative et quantitative des flux complexes dans le dispositif de pompage SAW.
Abstract
des ondes acoustiques de surface (SAW) peuvent être utilisés pour conduire des liquides dans les puces microfluidiques portables via le phénomène de contre-acoustique. Dans cette vidéo, nous vous présentons le protocole de fabrication d'un dispositif de contre-acoustique de SAW multicouche. Le dispositif est fabriqué à partir d'un niobate (LN) substrat lithium sur lequel deux transducteurs interdigités (IDT) et des marqueurs appropriés sont modelés. A (PDMS) canal polydiméthylsiloxane jeté sur un moule maître SU8 est finalement fixée sur le substrat à motifs. En suivant le procédé de fabrication, on montre les techniques qui permettent la caractérisation et le fonctionnement du dispositif de contre-acoustique afin de pomper des fluides à travers la grille de canal PDMS. Nous présentons enfin la procédure de visualiser l'écoulement du liquide dans les canaux. Le protocole est utilisé pour montrer fluide sur puce pompage sous différents régimes d'écoulement tels que l'écoulement laminaire et la dynamique plus complexe caractérisé par des tourbillons et des domaines d'accumulation de particules.
Introduction
L'un des défis continus auxquels la communauté microfluidique est la nécessité d'avoir un mécanisme de pompage efficace qui peut être miniaturisé pour l'intégration dans les systèmes micro-totale d'analyse véritablement portables (μTAS départ). Systèmes de pompage macroscopiques standard ne parviennent pas simplement de fournir la portabilité nécessaire pour μTAS de, en raison de la mise à l'échelle défavorable des débits volumétriques que la taille du canal diminue jusqu'à l'ordre du micron ou moins. Au contraire, les scies ont suscité un intérêt croissant en tant que mécanismes d'actionnement des fluides et apparaître comme une voie prometteuse pour la solution de certains de ces problèmes 1,2.
SAW ont été illustrées afin de fournir un mécanisme très efficace de transport de l'énergie dans les liquides 3. Quand une scie se propage sur un substrat piézo-électrique, par exemple en niobate de lithium (LN), l'onde se rayonnée dans le fluide retenu dans sa trajectoire d'un angle appelé angle de Rayleigh θ R = sin722, 1 (c F / C s), du fait de la non-concordance des vitesses du son dans le substrat, c s, et le fluide F c. Cette fuite de rayonnement dans le fluide donne lieu à une onde de pression qui entraîne en continu acoustiques dans le fluide. En fonction de la géométrie du dispositif et de la puissance appliquée à l'appareil, ce mécanisme a été représenté pour actionner une grande variété de processus sur la puce, telles que le mélange de fluides, le tri des particules, l'atomisation, et de 1,4 pompage. Malgré la simplicité et l'efficacité de l'actionnement microfluidique avec une scie, il ya seulement un petit nombre de Saw conduit mécanismes de pompage microfluidiques qui ont été démontrés à ce jour. La première démonstration a été la simple traduction des gouttelettes libres placés dans le chemin de propagation de SAW sur un substrat piézoélectrique 3. Cette nouvelle méthode a suscité beaucoup d'intérêt à l'aide de scies comme une méthode d'actionnement microfluidique, mais il y avait toujours un besoin pour des fluides àêtre entraînée par la voie d'un clos-tâche plus difficile. Tan et al. Démontré pompage dans un micro-canal qui a été soumis à une ablation laser directement dans le substrat piézoélectrique. Par modification géométrique par rapport à la dimension IDT canal, et ils ont pu démontrer les flux à la fois uniformes et de mélange 5. Glass et al. Récemment démontré une méthode de déplacement des fluides à travers des microcanaux et des composants microfluidiques en combinant SAW rotations actionnés avec la microfluidique centrifuges, comme une démonstration de la véritable miniaturisation du concept populaire Lab-on-a-CD 6,7. Cependant, le seul entièrement clos SAW entraînée mécanisme qui a été démontré pompage reste à Cecchini et al. Du contre-acoustique SAW-driven 8 l'objet de cette vidéo. Il exploite l'atomisation et la coalescence d'un fluide à pomper à travers un canal fermé dans la direction opposée à la direction de propagation de l'unvague Coustic. Ce système peut donner lieu à des flux étonnamment complexes dans un micro-canal. Par ailleurs, selon la géométrie du dispositif, il peut fournir une gamme de systèmes de flux, des flux laminaires à des régimes plus complexes caractérisés par des tourbillons et des domaines particules accumulation. La capacité d'influencer facilement les caractéristiques des flux au sein de l'appareil montre des possibilités de manipulation de particules sur puce avancés.
Dans ce protocole, nous tenons à préciser les principaux aspects pratiques de la microfluidique à base de SAW: fabrication de l'appareil, opération expérimentale, et la visualisation de flux. Alors que nous décrivons explicitement ces procédures pour la fabrication et le fonctionnement des dispositifs pilotés par SAW à contre-acoustiques, ces sections peuvent facilement être modifiés pour leur application à un éventail de régimes microfluidiques SAW-motrices.
Protocol
Representative Results
Discussion
Un des plus grands défis à relever par la communauté microfluidique est la réalisation d'une plate-forme de commande pour les dispositifs de point de soins vraiment portables. Parmi les micro-pompes intégré proposé 23, ceux basés sur des ondes acoustiques de surface (SAW) sont particulièrement attrayant en raison de leurs capacités associées à la concentration et la séparation de mélange 4, l'atomisation et la particule de fluide. Dans cet article, nous avons montré comment f…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs n'ont personne à reconnaître.
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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