Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Microparticle Manipulation av ständiga ytan akustiska vågor med dubbla frekvenser Magnetiseringar

Published: August 21, 2018 doi: 10.3791/58085
Automatic Translation
1, 1
1School of Mechanical and Aerospace Engineering, Nanyang Technological University

Summary

Ett protokoll för att manipulera mikropartiklar i en mikroflödessystem kanal med en dubbla frekvenser excitation presenteras.

Abstract

Vi visar en metod för att öka en stående yta akustisk våg (SSAW) tuning förmåga för mikropartiklar manipulation i ett labb-på-ett-chip (LOC) system. Samtidiga excitation av grundläggande frekvensen och dess tredje övertonen, som betecknas som dubbla frekvenser magnetisering, till ett givarpar interdigital (IDTs) kunde generera en ny typ av ständiga Akustiskt vinkar i en mikroflödessystem kanal. Varierande kraften och fasen i dubbla frekvenser magnetiseringen signaler resulterar i ett omkonfigurerbara fält av akustiska strålning kraft som appliceras till mikropartiklar över microchannel (t.ex., antal och placering av noderna trycket och den microparticle koncentrationer på motsvarande tryck noderna). Denna artikel visar att motion tiden för microparticle till endast ett tryck nod kan minskas ~ 2-faldig vid makt förhållandet mellan grundläggande frekvensen högre än ~ 90%. Däremot finns det tre tryck noder i microchannel om mindre än detta tröskelvärde. Dessutom justerar den inledande fasen mellan grundläggande frekvensen och de tredje harmoniska resultat i olika rörelse priser tre SSAW trycket noder samt procentandelen av mikropartiklar på varje tryck nod i microchannel. I området i närheten finns det ett bra avtal mellan experimentell observationen och den numeriska prognoser. Denna roman excitation metod kan enkelt och icke-invasivt integreras i LOC systemet, med ett brett sjuk och bara några få ändringar till experimental set-up.

Introduction

LOC teknik integrerar en eller flera funktioner på ett mikrochip för biologi, kemi, biofysik och biomedicinsk processer. LOC tillåter ett laboratorium set-up på en skala mindre än sub millimeter, snabb reaktion priser, en kort svarstid, en hög processkontroll, en låg volym förbrukning (mindre spill, lägre reagenser kostnad och mindre krävs provvolymen), en hög genomströmning på grund parallelization, en lågpris i framtiden massproduktion och kostnadseffektiva engångsartiklar, en hög säkerhet för kemiska, radioaktiva eller biologiska studier och fördelarna med en kompakt och bärbar enhet1,2. Exakt cell manipulation (dvs, ackumulering och separation) är kritiska i en LOC-baserad analys och diagnos3,4. Noggrannheten och reproducerbarheten av microparticle manipulation har dock en mängd utmaningar. Många tekniker, såsom electro-osmos5, dielectrophoresis (DEP)6, magnetophoresis7, thermophoresis8,9, en optisk metod10, en optoelektronisk närma11 , en hydrodynamisk strategi12och akustofores13,14,15, har utvecklats. I jämförelse är akustiska metoder lämpliga för en LOC ansökan eftersom, teoretiskt, många typer av mikropartiklar och celler kan manipuleras effektivt och noninvasivt med en tillräckligt hög kontrast (densitet och sammanpressbarhet) jämfört med den omgivande vätskan. Jämfört med sina motsvarigheter, är akustiska metoder därför potentiellt stödberättigande för de flesta mikropartiklar och biologiska objekt, oavsett deras optiska, elektriska och magnetiska egenskaper16.

Ytan akustiska vågor (sågar) från IDTs propagera mestadels på ytan av en piezoelektrisk substrat på tjockleken på olika våglängder och sedan läcka i Rayleigh vinkel in vätskan i microchannel, enligt den Snells lag17, 18,19,20,21,22. De har en hög energieffektivitet längs ytan på grund av sin lokalisering av energi, en stor design flexibilitet på hög frekvens, en bra systemintegration med mikroflödessystem kanal och miniatyrisering använder tekniska fördelar mikro-elektroniska-mekaniska system (MEMS) teknik och hög potential av massproduktion23. I detta protokoll, sågar genereras från ett par av identiska IDTs och förökade i motsatt riktning för att generera en stående våg eller SSAW, i den microchannel, där de svävande mikropartiklar skjuts till trycket noder, mestadels av den tillämpa akustiskt strålning kraft24. Amplituden av sådan resulterande kraft bestäms av magnetiseringen frekvensen, microparticle storlek och dess akustiska kontrast faktor22,25.

Sådana akustofores har begränsningar av förutbestämda manipulera mönster som inte blandar lätt inställbar. Magnetiseringen frekvensen av IDTs bestäms av deras regelbundna avstånd, så bandbredd är ganska begränsad. Flera strategier har utvecklats för att förbättra tunability och manipulation förmåga. Den första och andra leveranssätt akustiska stående vågor tillämpas i olika delar av microchannel kunde avskilja mikropartiklar mer effektivt enligt olika rörelse hastigheter mot de nodal linjer26. Dessa två lägen kan också tillämpas på hela delen av microchannel och bytte alternativt27,28,29. För detta krävs ett stort antal utrustning (dvs., tre funktion generatorer, två impedans matchning enheter och en elektromagnetisk relay) dock, med ökade kostnader och kontroll komplexitet experimental set-up på grund av de olika elektriska impedanser vid grundläggande frekvens och tredje övertonen av piezokeramiska tallrik30. Dessutom skulle snedställda-finger interdigital givare (SFITs) kunna tillämpas för att justera cellerna och de mikropartiklar mönstring av spännande en period av sneda fingrar för en viss resonans20,31. Men sedan, är bandbredden omvänt proportionell mot antalet sneda fingrar. Flera tryck nodal rader har en högre avskiljningsgrad och känslighet i jämförelse med den enda nodal linjen i konventionella SSAW-baserade microparticle separatorn. Alternativt kunde platsen för noderna trycket också ändras enkelt genom att justera fas skillnaden tillämpas på de två IDTs i de design32,33.

Den grundläggande frekvensen och den tredje harmoniskt av IDTs har liknande frekvens svaren så att de kan vara upphetsad samtidigt, vilket ger mer tunability för de mikropartiklar manipulation34. I jämförelse med konventionella IDT excitation vid en enda frekvens, justera akustiska trycket från den dubbla frekvenser magnetiseringen och fasen mellan dem ger tekniska unikhet, såsom upp till ~ 2-faldigt minskad motion tid att pressa nodal linje eller centrera av microchannel, varierade antalet och placeringen av de trycket nodal linjerna och microparticle koncentrationerna.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. beredning av kanalen mikrofabricerade

  1. Blanda poly-dimethylsiloxane (PDMS) med en elastomer som bas i förhållandet 10:1.
  2. Lufta blandningen i vakuumugn och häll över en silicon wafer med negativ ton fotoresist mönster på toppen.
  3. Degas mönstrade kisel rånet igen och värm vid 70 ° C för 3 h i en inkubator för stel.

2. tillverkning av Interdigital omvandlarna

  1. Deposition 20 nm Cr och 400 nm Al på en LiNbO3 wafer; mönster 20 remsor med en bredd på 150 µm och en maskvidd av 2 cm på en plast mask för photolithography genom att deponera den positiv fotoresist på substratet.
  2. Ta bort HP-Al lagret på det icke-exponerade området med aceton.
  3. Behandla ytan av dem med syre plasma (med kväve och syre förhållandet 2:1) på kraften i 30 W för 60 s.
  4. Justera den PDMS microchannel och binda det till LiNbO3 substratet genom att trycka med en tumme i några sekunder.
  5. Placera den integrerade enheten i värme kammaren vid 60 ° C för 3 h.

3. dubbla frekvenser magnetisering

  1. Samtidigt tillämpa två frekvens komponenter (f1 och f3, grundläggande frekvensen och dess tredje övertonen av den fabricerade IDT, respektive) med den φ mellan dem att para av IDTs, så att producerade sågen kan uttryckas enligt följande.
    Equation 1
    Här
    Equation 2och Equation 3 = akustiska trycket.
  2. Syntetisera dubbla frekvenser vågformen med hjälp av Equation Editor av ArbExpress applikationsprogramvaran på samplingsfrekvensen på 100 MS/s och sedan lagra den till funktionsgenerator som godtyckliga indata för SAW magnetiseringen i experimentet via en USB-kabel.
  3. Variera kraften i grundläggande frekvensen till den totalt utsläppta power Equation 4 från 100% (magnetisering i rent grundläggande frekvens) till 0% (magnetisering på den rent tredje harmoniskt); för en bra jämförelse, ändra men hålla den sammanlagda maskinstyrkan samma.
  4. Variera fas skillnaden av dubbla frekvenser magnetiseringen från 0° till 360°.

4. numerisk simulering

  1. Beskriv rörelsen inkompressibel laminärt flöde med låga Reynolds (dvs Re = 0,55) och Mach nummer enligt följande35.
    Equation 5
    Equation 6
    Här
    Equation 7= flytande hastigheten,
    Equation 8= dynamisk viskositet,
    Equation 9= flytande densiteten,
    Equation 10= trycket på vätskan,
    Equation 11= matrisen identitet och
    Equation 12= en extern kraft.
  2. Beskriva den producerade Stoke drar kraften på objektet som följer36.
    Equation 13
    Här
    Equation 14= radien av microparticle,
    Equation 15= hastigheten hos vätskan, och
    Equation 16= hastigheten av microparticle.
  3. Härleda akustiska strålning kraft som appliceras till microparticle i microchannel längs x-axeln (över microchannel bredd) på en enda frekvens som följer16 .
    Equation 17
    Här
    Equation 18= volymen av microparticle,
    Equation 19= densiteten av microparticle,
    Equation 20= densiteten av mediet,
    Equation 21= sammanpressbarhet av microparticle, och
    Equation 22= sammanpressbarhet av medium.
  4. Härleda den resulterande akustiska strålning kraften av dubbla frekvenser magnetiseringen som följer.
    Equation 23
  5. Uttrycka den tvärgående rörelsen över kanalbredd (längs y-axeln) dra kraft styrs av Newtons andra lag som följer under både den akustiska strålning kraften och Stokes.
    Equation 24
  6. Lösa de Ordinära differentialekvationerna (Oden) ovan med hjälp av fjärde ordningen Runge-Kutta metoden på en persondator. Ställ in steget tid och total varaktighet som 1 µs och 20 s, respektive.

5. experimentella Observation

  1. Snurra lösningen i koncentrationen av 5,9 x 107 med 4 µm grön fluorescerande polystyren pärlor per 1 mL av virvel för ca 2-3 min och sedan doppa det i ett ultraljud någon sonikator för 10 min att störa någon anhopning före varje provning.
  2. Fyll blandningen i en 3 mL spruta och sedan köra det med en sprutpump med en flödeshastighet av 3-5 µL/min.
  3. Kör IDT med dubbla frekvenser signalen från en funktionsgenerator följt av en förstärkare.
  4. Observera den stabiliserade mikropartiklar i den efterföljande microchannel under ett ljusmikroskop vid 40 X förstoring och registrera bilden med en digitalkamera.
  5. Mäta platsen för den ackumulerade mikropartiklar i fångade digitala bilder med hjälp av ImageJ och etablerade skalan och sedan kvantitativt bestämma koncentrationen av den ackumulerade microparticle med normaliserade fluorescens ljusstyrka på varje tryck nod.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Fördelningen av akustiska trycket och akustiska strålning kraft en SSAW på dubbla frekvenser excitation (6,2 och 18,6 MHz) visas i figur 1. Här, den dubbla frekvenser magnetiseringen uppstår på polystyren mikropartiklar (4 µm i diameter) i en microchannel med en bredd på 300 µm vid en akustisk effekttäthet 146 mW. Resulterande akustiska trycket är alltid i fas när P1 > 90% så att endast en pressa nod är närvarande på y = 150 µm. Däremot tre tryck noder är närvarande på y = 75, 150 och 225 µm vid P1 = 90% och på y = 50, 150 och 250 µm vid P1 = 0%. Tröskeln till P1= 90% finns nästan konstant under alla provningsvillkoren, som är en microparticle diameter på 4-10 µm, en total akustisk effekttäthet 73-648 MW och en drivande frekvensen av 6,2-18,6 MHz.

På P1 = 90%, mikropartiklar i regionen i 75 µm < y < 255 µm och 0 µm ≤ y ≤ 75 µm flyttar in mot centralen och noden för lägre tryck, respektive. I jämförelse, på P1 = 0%, regioner för centralen- och lägre trycket noder ändras till 100 µm < y < 200 µm och 0 µm ≤ y ≤ 100 µm, respektive. Därefter microparticle koncentrationerna på noden lägre varierar från 25% till 33,3%, och vid centrala noder från 50% till 33,3%, när minskar P1 från 90% till 0%, respektive (se figur 2a). Motion tiden för microparticle mot noden trycket minskas från ca 1,95 s vid P1 = 100% till 0,97 s vid P1 = 95% (se figur 2b). Beroendet av noden trycket och microparticle koncentrationen på P1, mätas experimentellt, har en god korrelation med numerisk prognos (R2 = 0,85 i figur 2 c och R 2 = 0,83 i figur 2d). Ett stort antal power nyckeltal var testad (n > 31), och variationerna i positionen att ackumulerade mikropartiklar (6,8-10,6%) är mycket mindre än de i partikel koncentration på trycket noderna (6,7-31,4%), vilket kan bero på den förekomst av gytter under microparticle ansamling.

Den inledande fasen av den tredje harmoniskt i dubbla frekvenser magnetiseringen påverkar syntetiserade drivande vågformen, den resulterande akustiska strålning kraften till microparticle och placeringen av noden trycket (se figur 3). Med en ökning av φ från 0 ° till 180 °, tryck tre noder (y = 63,5, 150 och 236.5 µm) övergår gradvis nedåt över microchannel. Som P1 var fast på 85%, noden lägre tryck ligger vid y = 49,5 µm, 33,5 µm, 17 µm och 0 µm och på φ = 45 °, 90 °, 135 ° och 180 °, respektive. Den akustiska strålningen styrkor från f1 och f3 är ur fas på φ = 0 °, i fasen på φ = 180 °. Exempel på y = 75 µm och φ = 0 °, maximal akustisk strålning krafter f1 och f3 är 37.68 pN och-47.49 pN, respektive. Tag på φ = 180 °, den maximala akustiska strålning kraften från f1 och f3 på samma position är 37.68 pN och 47.49pN, respektive. Alla tryck noder Skift nedåt över microchannel linjärt med ökningen av φ. Det bör noteras att noden lägre trycket skiftar i mycket snabbare takt än mitten och de övre trycket-noderna (dvs.från 63,5 till 0 µm, från 150 till 110,6 µm och från 236.5 µm till 190.1 µm med ändringen av φ från 0 ° till 180 °). På φ = 180 °, det finns 4 Tryck noder. Efter det, noden tryck på den nedre gränsen (y = 0 µm) försvinner, och som vid den övre gränsen (y = 300 µm) skiftar nedåt i samma takt som noden lägre tryck med ändringen av φ från 0 ° till 180 °. På φ = 360 °, noden trycket ersätter en intilliggande (dvs, noden övre trycket på φ = 360 ° har samma plats som noden centrala trycket på φ = 0 °). Experimentella resultat har ett bra avtal med numerisk prognos, särskilt de av platsen för noden trycket på olika faser.

Figure 1
Figur 1. (a) Schematisk bild av experiment och (b) foto av IDTs och PDMS microchannel (skala 300 µm). (c) de tryckvågform och (d) motsvarande akustisk strålning kraft tillämpas på 4 µm mikrosfärerna i en 300 µm mikroflödessystem kanal av den dubbla frekvenser magnetiseringen på varierad power nyckeltalen av P1 = 95%, 90%, 91%, 100% (rent grundläggande frekvens), 85 % och 0% (rent tredje övertonen) vid den totala akustisk effekttäthet 146 mW. Rörelse av microparticle inledningsvis till y = 0 µm (e) med diametern 4 µm under varierad effekt nyckeltal (88-91%) och totala akustiska befogenheter (73-648 mW) och (f) med varierad lesionernas diameter 4, 6, 8 och 10 µm på 73 totala akustiska makt mW. Denna siffra har ändrats från Sriphutkiat, Y., et al. 34. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2. (a) Microparticle position och koncentration, (b) rörelse av mikropartiklar inledningsvis till y0 = 0 μm och microparticle ansamling tiden med dubbla frekvenser magnetiseringen på 146 totala akustiska makt mW med varierad effekt nyckeltal. Jämförelse av simulering och experimentella resultat (medelvärde standardavvikelse) av (c) positionen av trycket nod (R2 = 0,85, n = 37) och (d) microparticle koncentrationen vid varje tryck nod i microchannel (R2 = 0,83, n = 31) på varierad power nyckeltalen för P1. Denna siffra har ändrats från Sriphutkiat, Y., et al. 34. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3. (a) syntetiseras vågformen på dubbla frekvenser magnetiseringen, (b) fördelningen av resulterande akustiska strålning kraft över de 300 µm microchannel varierad inledningsfasen från 0° till 180° på makt förhållandet 85%. Effekterna av den första etappen på den dubbla frekvenser magnetiseringen, Ø, på platsen för trycket nod i (c) simulering och (e) experimentet (medelvärde ± standardavvikelse) och procentandelen av mikropartiklar ackumulerad vid varje tryck nod i (d) simulering och (f) experiment. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Microparticle rörelse i microchannel av en SSAW på dubbla frekvenser excitation utreddes utförligt i denna studie, och en effektivt avstämbara mallning teknik genom att variera de dubbla frekvenser excitation signalerna har utvecklats och testats. Produktionen av sådan en vågform är enkelt realiserat by de flesta funktion generatorer, och justera tillvägagångssättet är mycket bekvämt. S12- såväl S11-frekvens svaren från de fabricerade IDTs illustrera flera resonant lägen34. Grundläggande frekvensen 6,1 MHz och den tredje harmoniskt 17,8 MHz ligger nära dessa utformade värden (6,2 och 18,6 MHz) med liknande överföring koefficienter,-8.34 dB vs. -9.75 dB, respektive. Således förväntas en liknande akustisk energi produktionen på dessa två komponenter på dubbla frekvenser magnetiseringen använder den enda IDT. En sådan komponent kombination är inte bara begränsat till f1 och f3. Andra, är såsom f5, och f3 , f1 och f5, också tillämpliga. Trots piezoceramics kan också generera olika övertoner av huvuddelen akustisk, är simultana excitation av dem omöjligt. Byta akustiska fältet kunde förbättra den microparticle sortering29 men på bekostnad av mer utrustning och en hög kontroll komplexitet.

Antalet och placeringen av trycket noder i microchannel och motsvarande microparticle kunde stämmas bekvämt och effektivt genom den dubbla frekvenser magnetiseringen utan att ändra andra delar. Enda tryck nod på P1 > 90% är samma som produceras av den grundläggande frekvensen. Det finns dock tre tryck noder med varierande positioner och en microparticle koncentration under denna tröskel. Denna tröskel är hittade konstant för alla tester parametrar här, såsom drivande frekvensen, akustiska makt och diametern av mikropartiklar. Experimentella resultat korrelerar ganska bra med teoretisk förutsägelse. Genom att använda denna föreslagna strategi, motion tiden av mikropartiklar kan minskas upp till ~ 2-faldigt, vilket tyder på en högre genomströmning.

Fas modulering med dubbla frekvenser ger en flexibel kontroll av trycket noder platsen. Flytta andra tryck-noder bort eller justera riktningen av akustiska strålning kraft inåt kan vara ett enkelt sätt att öka antalet av mikropartiklar på noden särskilda påtryckningar. Φ ≥ 180 °, noden trycket på botten av microchannel försvinner, men en at toppen kommer att dyka upp. På φ = 360 °, byte av trycket noder uppstår. Således flytta pressar nodal linjer kontinuerligt med fasen varierade mellan två frekvens komponenter.

I denna studie finns det fortfarande vissa begränsningar. Mer akustisk dämpning och trögflytande uppvärmning av Väggmaterialet kan införas när en såg sprids genom en tjock PDMS microchannel37. Parasitiska våg magnetiseringen i väggen, exempelvis en bulk acoustic wave, kan också manövrera vätskan i microchannel. Experiment med de biologiska cellerna finns i ett stort behov för klinisk användning.

Detta akustiska LOC är till sin natur icke-invasiv, och denna nya excitation strategi skulle kunna förbättra den hållbarhet och manipulation, som har stor potential i många applikationer. Dubbla frekvenser magnetiseringen i biologiska diagnoser, till exempel isolera cirkulerande tumörceller (CTCs), kan ge information om förekomst av metastaser och därefter begära omedelbar behandling.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har något att avslöja.

Acknowledgments

Detta arbete sponsrades av akademiska forskningsfond (AcRF) nivå 1 (RG171/15), Undervisningsministeriet, Singapore.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Chin, C. D., Linder, V., Sia, S. K. Commercialization of microfluidic point-of-care diagnostic devices. Lab on a Chip. 12 (12), 2118-2134 (2012).
  2. Figeys, D., Pinto, D. Lab-on-a-chip: a revolution in biological and medical sciences. Analytical Chemistry. 72 (9), 330 A-335 A (2000).
  3. den Toonder, J. Circulating tumor cells: the Grand Challenge. Lab on a Chip. 11 (3), 375-377 (2011).
  4. Yu, L., et al. Advances of lab-on-a-chip in isolation, detection and post-processing of circulating tumour cells. Lab on a Chip. 13 (16), 3163-3182 (2013).
  5. Jorgenson, J. W., Lukacs, K. D. High-resolution separations based on electrophoresis and electroosmosis. Journal of Chromatography A. 218, 209-216 (1981).
  6. Gascoyne, P. R., Vykoukal, J. Particle separation by dielectrophoresis. Electrophoresis. 23 (13), 1973 (1973).
  7. Xia, N., et al. Combined microfluidic-micromagnetic separation of living cells in continuous flow. Biomedical Microdevices. 8 (4), 299-308 (2006).
  8. Garcés-Chávez, V., et al. Extended organization of colloidal microparticles by surface plasmon polariton excitation. Physical Review B. 73 (8), 085417 (2006).
  9. Zhu, T., Ye, W. Origin of Knudsen forces on heated microbeams. Physical Review E. 82 (3), 036308 (2010).
  10. Ashkin, A., Dziedzic, J., Yamane, T. Optical trapping and manipulation of single cells using infrared laser beams. Nature. 330 (6150), 769-771 (1987).
  11. Chiou, P. Y., Ohta, A. T., Wu, M. C. Massively parallel manipulation of single cells and microparticles using optical images. Nature. 436 (7049), 370-372 (2005).
  12. Yamada, M., Seki, M. Hydrodynamic filtration for on-chip particle concentration and classification utilizing microfluidics. Lab on a Chip. 5 (11), 1233-1239 (2005).
  13. Burguillos, M. A., et al. Microchannel acoustophoresis does not impact survival or function of microglia, leukocytes or tumor cells. PLoS One. 8 (5), e64233 (2013).
  14. Lin, S. -C. S., Mao, X., Huang, T. J. Surface acoustic wave (SAW) acoustophoresis: now and beyond. Lab on a Chip. 12 (16), 2766-2770 (2012).
  15. Petersson, F., Åberg, L., Swärd-Nilsson, A. -M., Laurell, T. Free flow acoustophoresis: microfluidic-based mode of particle and cell separation. Analytical Chemistry. 79 (14), 5117-5123 (2007).
  16. Ding, X., et al. On-chip manipulation of single microparticles, cells, and organisms using surface acoustic waves. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (28), 11105-11109 (2012).
  17. Friend, J., Yeo, L. Y. Microscale acoustofluidics: Microfluidics driven via acoustics and ultrasonics. Reviews of Modern Physics. 83 (2), 647 (2011).
  18. Destgeer, G., Lee, K. H., Jung, J. H., Alazzam, A., Sung, H. J. Continuous separation of particles in a PDMS microfluidic channel via travelling surface acoustic waves (TSAW). Lab on a Chip. 13 (21), 4210-4216 (2013).
  19. Guo, F., et al. Controlling cell-cell interactions using surface acoustic waves. Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (1), 43-48 (2015).
  20. Ding, X., et al. Cell separation using tilted-angle standing surface acoustic waves. Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (36), 12992-12997 (2014).
  21. Roshchupkin, D., et al. X-ray diffraction by standing surface acoustic waves. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 142 (3), 432-436 (1998).
  22. Shi, J., Mao, X., Ahmed, D., Colletti, A., Huang, T. J. Focusing microparticles in a microfluidic channel with standing surface acoustic waves (SSAW). Lab on a Chip. 8 (2), 221-223 (2008).
  23. Ding, X., et al. Surface acoustic wave microfluidics. Lab on a Chip. 13 (18), 3626-3649 (2013).
  24. King, L. V. On the acoustic radiation pressure on spheres. Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. , The Royal Society. 212-240 (1934).
  25. Yosioka, K., Kawasima, Y. Acoustic radiation pressure on a compressible sphere. Acta Acustica United with Acustica. 5 (3), 167-173 (1955).
  26. Ratier, C., Hoyos, M. Acoustic programming in step-split-flow lateral-transport thin fractionation. Analytical Chemistry. 82 (4), 1318-1325 (2010).
  27. Mandralis, Z., Feke, D., Bolek, W., Burger, W., Benes, E. Enhanced synchronized ultrasonic and flow-field fractionation of suspensions. Ultrasonics. 32 (2), 113-122 (1994).
  28. Laurell, T., Petersson, F., Nilsson, A. Chip integrated strategies for acoustic separation and manipulation of cells and particles. Chemical Society Reviews. 36 (3), 492-506 (2007).
  29. Liu, Y., Lim, K. -M. Particle separation in microfluidics using a switching ultrasonic field. Lab on a Chip. 11 (18), 3167-3173 (2011).
  30. Brissaud, M. Characterization of piezoceramics. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 38 (6), 603-617 (1991).
  31. Ding, X., et al. Tunable patterning of microparticles and cells using standing surface acoustic waves. Lab on a Chip. 12 (14), 2491-2497 (2012).
  32. Jo, M. C., Guldiken, R. Particle manipulation by phase-shifting of surface acoustic waves. Sensors and Actuators A: Physical. 207, 39-42 (2014).
  33. Meng, L., et al. Transportation of single cell and microbubbles by phase-shift introduced to standing leaky surface acoustic waves. Biomicrofluidics. 5 (4), 044104 (2011).
  34. Sriphutkiat, Y., Zhou, Y. Particle manipulation using standing surface acoustic waves (SSAW) at dual frequency excitation: effect of power ratio. Sensors and Actuators A: Physical. 263, 521-529 (2017).
  35. Batchelor, G. K. An Introduction to Fluid Dynamics. , Cambridge University Press. Cambridge, UK. (2000).
  36. Glynne-Jones, P., Hill, M. Acoustofluidics 23: acoustic manipulation combined with other force fields. Lab on a Chip. 13 (6), 1003-1010 (2013).
  37. Winkler, A., Brünig, R., Faust, C., Weser, R., Schmidt, H. Towards efficient surface acoustic wave (SAW)-based microfluidic actuators. Sensors and Actuators A: Physical. 247, 259-268 (2016).
  38. Chen, Y., et al. Standing surface acoustic wave (SSAW)-based microfluidic cytometer. Lab on a Chip. 14, 916-923 (2014).
  39. Devendran, C., et al. The importance of travelling wave components in standing surface acoustic wave (SSAW) systems. Lab on a Chip. 16, 3756-3766 (2016).
  40. Destgeer, G., et al. Submicron separation of microspheres via travelling surface acoustic waves. Lab on a Chip. 14, 4665-4672 (2014).
  41. Ding, X., et al. Standing surface acoustic wave (SSAW) based multichannel cell sorting. Lab on a Chip. 12, 4228-4231 (2012).
  42. Chen, Y., et al. Continuous enrichment of low-abundance cell samples using standing surface acoustic waves (SSAW). Lab on a Chip. 14, 924-930 (2014).

Tags

Fråga 138 Microparticle manipulation stående yta akustisk våg dubbla frekvenser excitation effektförhållande ingenjörsvetenskap och fas skillnad ultrakalla kanal
Microparticle Manipulation av ständiga ytan akustiska vågor med dubbla frekvenser Magnetiseringar
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Zhou, Y., Sriphutkiat, Y.… More

Zhou, Y., Sriphutkiat, Y. Microparticle Manipulation by Standing Surface Acoustic Waves with Dual-frequency Excitations. J. Vis. Exp. (138), e58085, doi:10.3791/58085 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter