Name: fabrication and operation of acoustofluidic devices supporting bulk acoustic standing waves for sheathless focusing of particles
Uploaded: 2016-03-06T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 14 s
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This work was supported by the National Science Foundation (through grants DMR-1121107, CMMI-1363483 and Graduate Research Fellowships (GRF-1106401) to C.W.S., D.F.C. and K.A.O.) and the National Institutes of Health (R21GM111584). The authors have no conflicts of interest.

1. 포토 리소그래피 <ol><li> 적절한 소프트웨어 패키지를 사용하여 포토 마스크를 디자인 및 정규화 된 포토 마스크 프린터 설계를 제출한다. 21 </li><li> 메탄올의 꾸준한 스트림 (99.8 % 표 1 참조) 한 다음, 클린 룸 시설에서 아세톤의 꾸준한 스트림 (표 1 참조 ≥99.5 %)와 Si 웨이퍼 연마 6 &quot;단면을 씻어. 웨이퍼를 건조 N 2 가스를 분사하고 2 분 동안 95 ℃에서 핫 플레이트 상에 웨이퍼를 배치함으로써. 참고 : 웨이퍼의 도핑 프로파일과 결정 방향은 다음 절차에 영향을주지 않습니다. </li><li> 알루미늄 호일 시트로 피복함으로써 (표준 스핀 코팅 후드) 스핀 코터의 외부 통을 보호하고 상기 웨이퍼를 고정 스핀 코터의 진공 척의 중심에 깨끗한 Si 웨이퍼를 배치했다. </li><li> 포토 레지스트 대부분 커버까지 조심스럽게 주입하여 웨이퍼의 중심 상에 포지티브 포토 레지스트 증착웨이퍼의. 포토 레지스트에 기포가 없는지 확인하기 위해주의하십시오. 주 : 1.5-1.10 표 1에 도시 된 포토 레지스트에 대응하는 단계 정확한 절차; 다른 절차는 다른 포토 레지스트 필요할 수 있습니다. </li><li> 다음 절차를 수행하여 스핀 사이클을 시작 <ol><li> 300 rpm의 속도 100 RPM / 초 램프 및 스핀 사이클을 시작하는 5 초의 회전 시간을 프로그램. </li><li> 1800 RPM 1,000 RPM / 초 램프 및 포토 레지스트를 균일하게 확산하는 60 초의 회전 시간의 속도로 프로그램. </li><li> 0 RPM, 1,000 RPM / 초 램프, 0 초의 회전 시간의 속도로 프로그램을 스핀 사이클을 종결한다. </li></ol></li><li> 척에 진공을 해제하고 척에서 웨이퍼를 검색하기 위해 웨이퍼 핀셋을 사용합니다. 그 후 165 초 동안 110 ° C에서 구워 핫 플레이트에 웨이퍼를 배치합니다. 주의 :이 단계는 &quot;소프트 베이킹&quot;이라고 칭한다. </li><li> 마스크 홀더에 마스크를 적재정렬 / 포토 리소그래피 시스템. </li><li> 1400 엠제이 / cm 2 (예를 들면, 13.5 mW의 / cm 2의 출력 강도를 들면 ~103.7 초의 노출 시간을 사용한다)의 에너지 용량을 제공하는 포토 리소그래피 시스템의 파라미터를 편집. </li><li> 상기 홀더로부터 웨이퍼를 제거 photopatterned 및 해당 현상 용액에 배치 5 분 동안 (표 1 참조). </li><li> 탈 H 2 O의 꾸준한 스트림과 웨이퍼를 씻어 N 2 가스로 건조, 개발자로부터 웨이퍼를 제거합니다. 참고 : 오버의 개발에서-현상 광 패턴 기능을 따라 포토 레지스트의 완전 제거가 발생할 수 있지만 패턴, 팽창의 원인이 될 수 있습니다. </li><li> 포토 레지스트에 전사하고, 포토 마스크 상에 인쇄 패턴을 확인하기 위해 현미경으로 웨이퍼를 검사한다. </li></ol> 2. 깊은 반응성 이온 에칭 <ol><li> 깊은의 챔버로 광 패턴 실리콘 웨이퍼를로드반응성 이온 에칭 장비 및 표준 에칭 절차에 따라 소정 깊이까지 Si 웨이퍼에 유체 채널을 에칭. 22 </li><li> 에칭 공정이 완료된 후 조심 챔버로부터 시료를 언로드. </li><li> 웨이퍼에서 초과 포토 레지스트를 제거하려면, 사용 용매 65 ° C에서 핫 플레이트에 배치 전용 환기가 잘되는 후드에서 포토 레지스트 제거 (표 1 참조)의 용액으로 큰 비커를 준비합니다. </li><li> 포토 레지스트 제거 용액 웨이퍼 잠수함하고 1 시간 동안 담가 보자. 주 : (; 표 1 참조) 하룻밤 침지하여 포토 레지스트를 제거 할 수있다 예를 들어, 아세톤 용액 (≥99.5 %)의 다른 솔루션은 포토 레지스트를 제거하는데 사용될 수있다. </li><li> 비커로부터 웨이퍼를 제거하고 아세톤으로 교대로 스트림 린스 (≥99.5 %, 표 1 참조) 및 이소 프로필 알콜 (≥99.7 %로 표 1 참조). w 웨이퍼를 건조i 번째 N 2 가스. </li></ol> 3. 피라냐 청소 <ol><li> (산류의 사용에 전용) 환기가 잘되는 후드, H 2 O 2에 추가하여 피라냐 용액을 제조 하였다 (. 물 30.0 중량 %, 표 1 참조) H 2 SO 4 (95.0-98.0 %의 표를 참조 1) 1에 : 큰, 깨끗한 비커에 3 비율. 주의 : 피라 냐가 솔루션은 매우 부식성이 강한 산화제이며, 매우 위험하다. 피라 솔루션을 취급에 세심한주의를 기울 적절한 안전 장비를 착용하십시오. </li><li> 이 위를 향하도록 에칭-기능과 이온 에칭 웨이퍼 잠수함과 5 분 동안 둡니다. 조심스럽게 웨이퍼를 제거하고 완전히 탈 H 2 O 씻어 </li><li> 2 분 동안 피라냐 용액에 웨이퍼를 다시하면-잠수함. 조심스럽게 웨이퍼를 제거하고 완전히 풍부한 탈 H 2 O 씻어 </li><li> 사용하는 용매에 전념 별도의 환기가 잘되는 후드에서의 꾸준한 스트림과 웨이퍼를 세척메탄올 (99.8 % 표 1 참조)를 일정하게 한 다음, 아세톤 (표 1 참조 ≥99.5 %)과 N 2 가스로 웨이퍼를 건조. 적절한 안전 절차에 따라 피라 솔루션을 폐기하십시오. </li></ol> 4. 붕규산 유리 뚜껑 준비 <ol><li> 스크라이브 도구를 사용하여 직사각형 세그먼트를 생성하는 붕규산 유리에 직선을 에칭 (예를 들어, 8 × 4cm 2). 조심스럽게 직사각형 세그먼트를 복구하는 데 유리 웁니다. </li><li> 이러한 유리 세그먼트 중 하나를 타고 검은 색 마커와 유리의 입구와 출구의 위치를​​ 표시하기 위해 (실제 치수) 원하는 디자인의 인쇄 된 사본의 상단에 배치합니다. </li><li> 붕규산 유리에 입구 및 출구 구멍을 뚫는다. 참고 : 적절한 안전 장비를 항상 착용해야합니다. <ol><li> . 드릴 프레스의 입으로 1/8 &quot;드릴 비트를 수정의 상단에 직사각형 유리 세그먼트를 배치드릴 구멍 알루미늄 판 있도록 유리에 표시는 알루미늄 판의 구멍 위에 있습니다. 테이프로 알루미늄 판에 유리를 고정합니다. </li><li> 조심스럽게 유리에 작은 구멍을 드릴링 시작하고 구멍이 유리를 통해 때까지 핸들을 낮추기 위해 계속 공급 핸들을 내립니다. 구멍이 완료되면, 테이프를 제거하고 천천히 유리 분말을 제거하기 위해 유리 리프트. 물을 비커에 유리 분말을 놓고 적절한 안전 절차를 사용하여 폐기합니다. </li><li> 조심스럽게 비 보풀이 생산 흡수 천으로 유리를 건조하고, 다른 입구와 출구 구멍을 드릴 같은 절차 (단계 4.3.1-4.3.2)에 따릅니다. </li></ol></li><li> 피라냐 용액으로 직사각형의 유리 부분을 청소 (위, 3 절) 같은 절차를 따르십시오. 주의 : 피라 냐가 솔루션은 매우 부식성이 강한 산화제이며, 매우 위험하다. 피라 솔루션을 취급에 세심한주의를 기울 적절한 안전 장비를 착용하십시오. </li></ol> 5. 양극 접합 <ol><li> 스크라이브 도구를 사용하여, 유리가 직사각형 세그먼트보다 다소 작아 지도록 마이크로 유체 칩의 둘레 Si 웨이퍼에 직선을 에칭 (예를 들면, 7 × 3cm 2). 조심스럽게 에칭 라인을 따라 웨이퍼 웁니다. </li><li> (≥99.5 %; 표 1 참조) 아세톤의 꾸준한 스트림시 세그먼트를 씻어 메탄올의 꾸준한 스트림 (; 표 1 참조 99.8 %) 하였다. 2 분 건조 95 ° C에서 뜨거운 접시에 웨이퍼를 놓습니다. </li><li> 시 세그먼트의 에칭-기능이 위를 향으로 조심스럽게시 세그먼트의 상단에 깨끗한 유리를 추가하고 구멍이 제대로 정렬해야합니다. </li><li> 구멍이 정렬 된 상태로 유지됩니다 확보하면서 조심스럽게 세그먼트를 뒤집습니다. 유리 세그먼트는 SI 부분보다 크기 때문에, 테이프의 절반은 실리콘 세그먼트의 수직 에지 및 나머지 절반을 고정하는 양면 테이프와 두 개의 세그먼트를 보호테이프의 돌출 유리를 보호합니다. 이어서 유리 세그먼트 위에 있는지 다시 이러한 세그먼트 반전하고, 핫 플레이트 상에 금속 슬랩 위에 세그먼트를 배치했다. </li><li> 조심 직접 조립 유리 및 Si 세그먼트의 상단에 충분히 무거운 중량 (즉, 최소한 5 kg)으로 제 2 금속 슬래브 (예, 스틸)을 추가한다. 참고 :이 금속 슬래브는시 세그먼트 또는 전도성 테이프와 접촉해서는 안된다. </li><li> 고전압 전원 장치를 사용하여 조립 된 유리 및 Si 세그먼트 및 하부 금속 슬랩에 다른 리드 (그라운드)의 상부에 금속 슬랩 한 납 (전력)을 연결한다. </li><li> 1000 기본 핫 플레이트에 전압을 돌려 V. 멀티 미터를 사용하여인가 전압을 확인; 바닥 판과 상판에 대한 다른 프로브에 대해 하나의 프로브를 누르십시오. 주의 : 높은 전압이 매우 위험합니다; 금속 석판 또는 연결 전선에 닿지 않도록주의하십시오. </li><li> 뜨거운 남기기2 시간 동안 450 ℃에서 판은 Si 기판에 양극 결합으로 유리 &quot;리드&quot;를 허용한다. 핫 플레이트를 해제 DC 전원을 끄고 금속 슬래브로부터 장치를 제거하기 위해 2 시간 후 리턴한다. 경고 : 금속 석판시 및 접합 공정 후 매우 뜨거울 수 있으므로 재료 핫 플레이트를 끈 후 적어도 1 시간 동안 냉각 할 수 있습니다. </li></ol> 6. Acoustofluidic 장치 마무리 <ol><li> 양극 접합에 의해 생성 된 얼룩을 제거하고 아세톤 유리의 표면을 세정하는 면도기 유리의 표면을 긁어. </li><li> 대략 5 mm 두께의 폴리 디메틸 실록산 (PDMS)의 시트를 제작하고 여러 개의 작은 사각 기둥 잘라 약 10 × 10 ㎜ × 2 (표 1 참조). 23 </li><li> 그것을 통해 실리콘 튜브를 삽입 할 수 있도록 각 PDMS의 슬래브의 중앙에 하나의 구멍을 잘라 3mm 생검 펀치를 사용합니다. 상단 구멍에 직접 슬래브를 배치유리 기판 (S)과 에폭시로 슬래브 접착제. 참고 :이 장치의 구멍을 폐색하므로 너무 많은 접착제를 사용하지 않도록주의하십시오. </li><li> 조심 중심 - 아래 장치의 배면 측의 Si 부분에 티탄산 지르콘 산납 (PZT) 변환기, 마이크로 접착제. </li><li> PZT 변환기에있는 두 개의 도전 지역에 두 개의 와이어를 납땜. 와이어가 안전하게 PZT 센서에 연결되어 있는지주의하십시오. PDMS의 슬래브에있는 구멍을 통해 실리콘 튜브를 삽입하고 자신의 첨부 파일을 확보하기 위해 슬래브 및 튜브 주위에 추가 접착제를 추가 할 수 있습니다. </li></ol> 7. Acoustofluidic 장치를 작동 <ol><li> 안전하게 목표 아래 직접 마이크로와 현미경 무대에 장치를 탑재합니다. 참고 : 장치 아래에 작은 인서트를 배치하여 무대와 접촉을하지 않는 PZT 센서를 확인합니다. </li><li> 표준화 된 커넥터를 사용하여, 부분 Out1로부터 실리콘 튜브를 연결주사기 펌프에 고정 주사기로 장치의 ETS. 참고 :이 구성이 &quot;철수 모드&quot;를위한 것입니다; 주사기 펌프는 대안 장치로 시료를 주입하는데 사용될 수있다. </li><li> 유체 샘플 (폴리스티렌 비드 또는 세포의 예 현탁액)을 함유하는 바이알에 장치의 입구에 이르는 실리콘 튜브를 놓는다. </li><li> 지속적으로 샘플을 혼합 입자 또는 세포의 일정한 농도는 실험의 과정을 통해 유지되는 것을 보장하기 위해 볶음 접시에 유체 샘플을 포함하는 병을 놓습니다. </li><li> 함수 발생기와 직렬로, 전력 증폭기의 출력에 PZT 변환기로부터 와이어를 연결한다. 함수 발생기의 설정 (예를 들면, 피크 대 피크 전압 및 주파수)를 프로그래밍하고 오실로스코프를 이용하여 증폭기의 출력 신호를 모니터링한다. 함수 발생기 및 PZT 센서를 작동 시작하는 파워 앰프의 전원을 켭니다. (6) <ol><li> 장치의 공진 주파수를 추정하기 위해, C는 중간 (즉, 물)의 음향의 속도 식 C = λ의 *의 ƒ을 수행 λ는 탄성 파장이고 ƒ는 PZT 변환기의 주파수이다. (우리는 대표적인 결과 섹션에 표시) 고조파 반 파장의 경우에, 마이크로 채널의 폭은 정재파의 절반 길이이어야한다. </li><li> V. 0-50의 범위의 피크 - 투 - 피크 전압 설정을 사용하여 주 : 고압 진폭에인가 된 전압의 증가의 결과, 따라서,보다 신속 acoustophoresis. </li></ol></li><li> 현미경 켜고 미세 유체 채널에 초점이 명확하게 확인합니다. </li><li> 흐름을 적용하고 장치에 샘플을 소개하는 주사기 펌프를 켭니다. 형광 모드에 대한 현미경 장치를 통과 요소를 모니터링한다. </li><li> 장치가 효율적으로 확인 partic 집중압력 진폭을 수정하는 PZT 변환기에 공급되는 피크 대 피크 전압을 조정함으로써 상기 예상 공진 주파수 근처의 주파수 스위프를 수행하여 레 경험적 공진 주파수를 식별한다. </li></ol>

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K., Lee, W., Folch, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mail-order+microfluidics:+evaluation+of+stereolithography+for+the+production+of+microfluidic+devices.">Mail-order microfluidics: evaluation of stereolithography for the production of microfluidic devices.</a> Lab Chip. 14 (7), 1294-1301 (2014).</li><li>Piyasena, M. 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The authors declare that they have no competing financial interests.

Acoustophoresis은 유체 집속 방법에 사용되는 외피 유체없이 정확하게 유체 마이크로 채널 내 미세 기관을 배치하는 간단하고 신속한 방법을 제공한다. (24)이 소자가 입자 또는 세포 조작의 다른 방법에 비해 여러 가지 장점을 제공한다 (예를 들면, 자기 영동, 25,26 유전 27 인해 높은 자화율, 전기 polarizabilities 또는 좁은 크기의 분산없이 개체를 처리 할 수있는 능력에) (28)를 강제 관성. 또한, 음향 정상파의 집중 노드 언쇼 정리에 따라 정자 또는 전기장에 의해 불가능 뭔가 여기의 소스로부터 멀리 배치 될 수있다. (29)의 추가 장점은 음향 기기가 전체 입자를 집중할 수있다 장치 그쪽으로 불가능 유동 방향 독립적인가 유량 및 다양한t 28 효율적 같은 유동 세포 계측법 및 입자 크기와 같은 애플리케이션을위한 개선 된 입자 검사 용 입자 또는 세포를 운반하는 수단을 제공 포커싱 관성력에 의존한다. (30, 31) 장치의 제조 및 조작의 용이성을 직접 유사한 구현을 허용 할 , 초점을 집중 분획 및 액체에 현탁 개체를 정렬 장치. (32) 우리는 음향 서 파도에 의해 생성 된 강한 힘있는 차 방사선 힘은, (1) 10 ㎖ / 하나의 오리피스 설계를위한 시간을 초과 유량에서 미세 유체 채널을 통해 흐르는 미세 입자를 집중할 수 있습니다 것으로 나타났습니다. 100 μL / 분의 일정한 유속, 우리는 디바이스가 좁은 유선형으로 입자를 초점을 맞출 수있는 표시 (예를 들어, 50 μm의)간에 20 V의 피크 - 투 - 피크 저전압에서 임의의 피복 유체없이 로우 활성화 1000 만 이상적 상대의 집중 배치 방식에 대한 - 전원 방법사이클 사용 / min의 예로서, 밀집 솔루션 (예를 들어, 6 × 108 입자 / ㎖)를 처리 할 때. 또한, 스루풋이 대폭 병렬 노드의 세트를 생성하기 위해 고조파로 구동되는 멀티 오리피스 acoustofluidic 칩 또는 채널을 제조하여 증가 될 수있다. (33) 본원에만 표시 장치가 종래의 미세 가공에 사용되는 물질 및 방법을 필요로하면서, 우리는 유사한 장치를 구성하기 위해 사용될 수있는 다른 기술의 소수가 있다는 것을 강조한다. 19,34,35이 방법의 장점은 단순성을 포함 할뿐만 아니라 최종 장치의 내구성. 이러한 디바이스의 제조에 중요한 단계 fluorescen 의해 관찰 투명 &quot;덮개&quot;에 규소 융합 실리콘 양극 접합에 채널을 형성하는 마이크로 채널, 반응성 이온 에칭의 형상을 정의하는 포토 리소그래피를 포함가전​​ 현미경. 이 단계의 모든 장치 내에 먼지 나 이물질의 수집을 방지하기 위해 클린 룸 시설을 필요로한다. 이 단계 후에, 그러나, 완료 PZT 변환기를 접착 및 유체 포트는 상대적으로 간단하고, 클린 룸의 외부에서 수행 될 수있다. 그러나, 상기 장치의 적절한 처리 장수 필수적이다. 이것은 (1) 각 실험 후에 잔류 세제로 축적하고 (2) 세척 장치로부터 채널을 보호하기 위하여 각 실험 전에 패시 시약 (예, 폴리 (에틸렌 글리콜) 실란)을 포함하는 배양 장치. 찌꺼기가 쌓이면 음향 정상파의 충실도를 손상시킬 수 있고, 효율적으로 장치 내에 입자 또는 세포를 집중하는 능력을 감소시킬 수있다. 또한 이러한 장치는 정재파의 크기의 절반에 접근 엔티티를 포함하는 고도로 분산 성인 샘플 또는 샘플에 적합되지 않습니다. AcoustofluiDIC 장치는 분리 셀 및 유동 세포 계측법에 콜로이드 어셈블리에서 이르기까지 다양한 애플리케이션에 대한 엄청난 유틸리티를 제공합니다. 시스 유체를 분배하기위한 불필요한 시약 큰 샘플 볼륨 또는 대형 설비에서 비용을 절감하면서 높은 유속 정밀도 생물학적 시료를 처리하는 능력이 미세 유동 장치에 의해 증가 된 처리량 능력을 허용 할 수있다. acoustofluidic 장치를 만드는 데 필요한 제조 방법이 간단하며, 그 동작에 필요한 절차는 사용자 친화적이다. 우리는 이러한 절차는 재료 과학, 생명 공학 및 의학에서 응용 프로그램에 대한 연구의 새로운 영역을 촉진하기 위해 유사한 장치의 광범위한 개발을 장려 바랍니다.

Acoustofluidic 장치가 미세한 개체 자신의 농도, 정렬, 조립, 제한 또는 정지 유체 또는 층류 flowstreams에서 분리. 1 장치의이 넓은 클래스 내 용 (예를 들면, 입자 또는 세포)에 방향 힘을 발휘하는 데 사용되는, 힘은 벌크에서 생성 될 수있다 음향 서 파도, 음향 정상파 (SSAWs) 2 음향 여행 파도 표면. 3 우리가 최근에 많은 관심을받은 제조 및, SSAWs을 지원하는 장치를 대량 음향 정상파을 지원하는 장치의 작동에 초점을하는 동안 때문에 정확하게 세포를 조작 할 수있는 능력에 표면을 따라 4 빠르게 연속 유동 채널의 셀을 정렬. 5 장치 벌크 음향 정상파가 있지만, 미세에서 정재파를 여기 압전 변환기에 의해 생성 된 장치의 벽의 기계적 진동에 기초하여 입자를 정렬지지기하학적으로 정의 공진 주파수에서 공동. 이것은 SSAW 장치에 비해 높은 압력 진폭을 발생 가능성을 가능하게하고, 미세한 엔티티 따라서, 빠른 전송 acoustophoretic. 6 이 서 파도의 압력이 시간에 진동으로 위치에 고정되어 압력 노드와 파복의 공간적으로주기적인 세트로 구성되어 있습니다. 입자는 유체에 대해 입자의 기계적 특성에 따라 압력 노드 또는 파복으로 이주하여 정재파에 대응하고, 이는 반대로 탄성 계수에 의해 설명된다 : <img alt="Equation1" src="/files/ftp_upload/53861/53861equation1.jpg" /> 변수 ρ와 β는 밀도와 압축성 및 첨자 페이지를 나타내고 ƒ 각각 일시 중단 된 객체 (예를 들어, 입자 또는 셀) 및 유체를 나타내며.양성 대조 탄성 계수를 갖고 7 엔티티 (즉, ɸ&gt; 0) 압력 노드 (들)로 마이그레이션; 음의 음향 콘트라스트 인자를 보유 엔티티 반면 (즉, ɸ &lt;0) 압력 파복으로 이동한다. (7) 동안 합성 재료 (예를 들면, 폴리스틸렌 비드) 및 세포 양 탄성 콘트라스트를 나타내는 대다수, 실리콘계 만든 엘라스토머 입자 재료는 8 지방산 분자 9 또는 다른 고탄성 성분이 물에 부정적인 탄성 콘트라스트 나타낸다. acoustofluidic 장치에서 엘라스토머 입자 (10)의 작은 분자를 분리하기 위해 사용될 수 있으며, 합성 된 입자로 차별 정렬을 위해 셀 (12) 또는 (11)를 한정하는 것을 의미한다. (13) Acoustofluidic 장치는 일반적으로 쓰에 충분한 강성을 가지고 표준 물질 (예를 들어, 실리콘, 유리)에서 제조음향 서 파를 DMA 장치. (본원에 도시 된 장치를 포함)는 많은 acoustofluidic 장치에서 기계적 파동은 마이크로 채널의 너비에 걸쳐 반 파장 정재파 구성 낮은 고조파 모드에서 공진하도록 설계된다. 이 구성은 채널의 둘레를 따라 상기 채널 및 압력 파복의 중심에 압력 노드를 갖는다. 이들 시스템은 세포의 농도로 세포를 포획에서부터 칩 기반 계측법 14-16 어플리케이션 및 어플리케이션에 사용될 수 있음을 미리 밝혀졌다. 17,18 우리는 제조, 사용 및 벌크 음향 정상파를 지원하는 acoustofluidic 장치의 대표 성능 기능을하는 방법의 과정을 설명합니다. 이 장치는 완전히 에칭 된 실리콘 기판 유리 &quot;리드&quot;를 결합하는 하나의 포토 리소그래피 공정, 에칭 공정 하나 하나의 융합 공정을 필요로한다. 우리는 다른 acoustofluidi주의벌크 음향 정상파를 지원 C 기기는 다른 설명 압전 변환기에 결합 된 유리 또는 석영 모세관으로부터 제조 될 수있다. (19, 20) 실리콘 기반 디바이스는 서로 허용 유로 형상 위에 견고 제어의 장점을 제공 입자와 세포 현탁액을 포함하는 샘플에 대한 처리의 많은 종류. 이 디바이스는 재사용 (버퍼와 세제와 장치를 세척하여, 예) 제대로 사용하는 사이에 청소 제공됩니다.

<table><tbody><tr><td>Silicon wafers</td><td>Addison Engineering, Inc.</td><td>3P1</td><td>6&amp;rdquo; mechanical grade silicon wafer &amp;lt;111&gt;</td></tr><tr><td>AZ 9260 photoresist</td><td>MicroChemicals GmbH</td><td>AZ9260-Q</td><td>Positive photoresist</td></tr><tr><td>AZ 400K developer</td><td>MicroChemicals GmbH</td><td>AZ400K CONC-CS</td><td>Dilute 1 part AZ 400k in 4 parts deionized H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O</td></tr><tr><td>H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;</td><td>Sigma Aldrich, Co.</td><td>216763</td><td>30 wt.% in H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O</td></tr><tr><td>H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;SO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;</td><td>Sigma Aldrich, Co.</td><td>320501</td><td>ACS reagent, 95.0-98.0%</td></tr><tr><td>1165 Photoresist Remover</td><td>Dow Chemical, Co.</td><td>DEM-10018073</td><td>1-methyl-2-pyrrolidinone based</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>Sigma Aldrich, Co.</td><td>320110</td><td>ACS reagent, &amp;ge;99.5%</td></tr><tr><td>Isopropyl alcohol</td><td>Sigma Aldrich, Co.</td><td>W292907</td><td>&amp;ge;99.7%, FCC, FG</td></tr><tr><td>Methanol</td><td>Sigma Aldrich, Co.</td><td>322415</td><td>Anhydrous, 99.8%</td></tr><tr><td>Borosilicate glass&amp;nbsp; (Nexterion glass B)</td><td>Schott AG&amp;nbsp;</td><td>2098576</td><td>&lt;p&gt;Size: 120 x60 &amp;plusmn;0.1 mm Thickness: 1 &amp;plusmn;0.005 mm&lt;/p&gt;</td></tr><tr><td>Drill bit for glass and ceramic&amp;nbsp;</td><td>McMaster-Carr, Inc.</td><td>2954A1</td><td>Drill bit size: 1/8&amp;rdquo; Overall length: 2 3/16&amp;rdquo; Shank diameter: 7/64&amp;rdquo;</td></tr><tr><td>Polydimethylsiloxane (PDMS) kit</td><td>Sigma Aldrich, Co.</td><td>761036</td><td>Dow Corning, Co.; Sylgard 184&amp;reg;; 10 g clip-pack</td></tr><tr><td>Biopsy punch&amp;nbsp;&amp;nbsp;</td><td>Ted Pella, Inc.&amp;nbsp;</td><td>15078</td><td>Harris uni-core Tip ID: 3.0 mm&amp;nbsp;Tip OD: 3.40 mm</td></tr><tr><td>Lead zirconate titanate (PZT) transducer</td><td>APC International, Ltd.</td><td>Custom order, (841 WFB)</td><td>Length: 30.0 mm, Width: 5.0 mm, Freq.: 2.46 MHz, 2.0 mm end wrap for leads</td></tr><tr><td>Silicone tubing&amp;nbsp;</td><td>Cole Parmer Instrument, Co.</td><td>07625-22</td><td>0.6 mm I.D.</td></tr><tr><td>Polystyrene beads</td><td>Thermo Fischer Scientific, Inc.</td><td>F-8836</td><td>10 &amp;micro;m yellow-green fluorescence</td></tr></tbody></table>

fabrication and operation of acoustofluidic devices supporting bulk acoustic standing waves for sheathless focusing of particles

Acoustophoresis 소리 에너지의 방향의 힘에 대한 응답으로 정지 물체의 변위를 의미한다. 걸쳐 수백 마이크로 미터 전형적 수만이 정지 물체 사운드 입사 파장 유체 채널의 폭보다 작아야한다는 것이다 감안 acoustofluidic 장치는 일반적 메가 헤르츠 범위에서 (높은 주파수로 맥동하는, 압전 진동자에서 발생 된 초음파를 사용 ). 장치의 구조에 의존하는 주파수 특성에서, 벌크 흐름 내에 원하는 유체 유선 따라 입자를 집중할 수 정상파의 형성을 유도 할 수있다. 여기서 우리는 공통의 재료와 클린 룸 장비에서 acoustophoretic 장치의 제조 방법을 설명합니다. 우리는 정재파의 압력 노드 또는 파복으로 이동할 포지티브 또는 네거티브 대조 탄성 계수와 입자 집속 대표적인 결과를 보여준다 respectiv엘리. 이러한 장치를 정확하게 고정 미세한 엔티티 (예를 들어, 셀)의 다수의 위치 또는 어셈블리 계측법에서 애플리케이션에 이르는 유체를 유동시키기위한 엄청난 실용성을 제공한다.

우리는 trifurcating 입구, 300 ㎛의 폭과 trifurcating 출구 (- B 그림 1A)와 메인 채널을 포함 acoustofluidic 장치를 설계했다. 우리는 우리가 단지 이동식 플러그와 다른 입구를 차단하여 (음향 방사 힘을 통해 입자의 초점 쉬스을 달성하기 위해, 예) 본 연구의 모든 실험을 위해 하나의 입구를 사용 있습니다. 전술 한 절차에 따라, 우리는 의한 미세 가공 (- D도 1C) 동안 불완전 ~4 %의 오차가 313 ㎛의 채널 폭을 갖는 칩을 구성. 우리는 반 파장 고조파 정재파를 유도 2.366 MHz의 주파수에서 구동 동작 장치. 우리는 PZT의 TR을 작동시키는 고주파를 정현파를 생성하는 전력 증폭기에 연결되는 신호 발생기를 사용ansducer. 우리는 신호 형상 및 진폭의 정확도를 검증하기 위하여, 전력 증폭기에서 발생하는 피크 - 피크 출력 전압 (V의 PP)을 측정하기 위해 오실로스코프를 사용했다. 주사기 펌프를 이용하여, 먼저, 음성 대조군 (도 2A)와 같은 PZT 변환기의 작동없이 100 μL / 분의 속도로 녹색 형광 폴리스티렌 비즈의 현탁액을 주입. 다음은 (도 40 ​​(b) V = V의 PP) 마이크로 채널의 폭을 따라 반 파장 정재파를 형성하기 위해 2.366 MHz에서 작동되는 장치. 우리는 압력 노드를 따라 초점을 맞춘 긍정적 인 음향 대비 요인이 이러한 입자가, 예상대로 것을 발견했다. (6) 우리는 또한 음의 음향 대비 요인과 적색 형광 입자를 주입 (즉, 앞서 설명한 과정에서 합성 ɸ ≈ -0.88) 8은 우리의 장치 (압력 파복 함께 자신의 농도를 유도 할 수 있음을 확인합니다 <stroNG&gt; 그림 2C). 마지막으로, 우리는 플로우 (시린지 펌프에 의해 조절로, 즉 0 내지 1000 μL / 분) 속도와 전압 (즉, 0 ~ 50 Vpp로)의 범위에서 양 음향 콘트라스트 인자 입자 포커싱 정도를 살펴. 15 프레임으로 구성된 동영상 각각의 조건에 대해 수집되었다. ImageJ에 소프트웨어는 마이크로 채널의 폭을 가로 질러, 형광 강도 프로파일 다섯을 샘플링 하였다. 수치 계산 프로그램은 각 조건에 대한 강도 프로파일을 평균화하고 인라인 필터 프로그램을 사용하여 평균 데이터를 평활화하기 위해 사용되었다. 예상 한 바와 같이 (입자 스트림의 폭에 대응하는 형광 피크의 폭에 의해 정의 된 IE) 증가 유량 (도 3A)이 감소 된 파티클의 범위는 집속. 우리는 또한 입자의 범위가 (인가 된 전압이 증가함에 따라 인터넷을 증가 포커싱 발견gure 3B). <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/53861/53861fig1.jpg" /> 그림 1. 벌크 음향 정상파지지 Acoustofluidic 장치 &quot;덮개&quot;붕규산 유리 융합 에칭 실리콘 기판으로 구성된 장치의 상단 (A)과 하단 (B)의 개략도, 폴리 디메틸 실록산 (PDMS) 블록 실리콘 연결된 배관 및 장치의 하부에 붙어 전선에 납땜 압전 변환기. 장치의 상단 (C)과 하단 (D)의 사진도 표시됩니다. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53861/53861fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/53861/53861fig2.jpg" /> 그림 2 : 음향이의 초점양 및 음의 음향 콘트라스트 인자 입자. (A) 이전에 티탄산 지르콘 산납 (PZT) 변환기의 작동으로는 100 ㎕의 흐르는 양 탄성 콘트라스트 인자 (10 μm의 황록색 폴리스틸렌 비드)와 입자 / 분의 점유 마이크로 채널의 폭입니다. PZT 변환기 후 (B)는 (A)의 입자가 정상파의 노드를 따라 압력 집중 나타낸다 (= V에서 40 V 및 PP ƒ = 2.366 MHz의) 작동된다. 적용 흐름의 부재에서 정재파의 압력 파복 따라 초점을 맞춘 음의 음향 대비 인자 (C) 입자 (V의 쪽 = 40 V 및 ƒ = 2.366 MHz의). <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53861/53861fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img의 고도 = &quot;그림 3&quot;SRC = &quot;/ 파일 / ftp_upload / 53861 / 53861fig3.jpg&quot;/&gt; 도 3 :. acoustofluidic 장치의 초점 성능 폴리스티렌 비드의 형광 강도의 그래프 (도 2a에 도시 된 - B)가 일정한 피크 - 대 (0 내지 1,000 μL / 분의 범위) (A)의 다양한 흐름 속도에 대해 도시 최대 40 V의 전압과 100 μL / min의 일정한 유량 (B) (0에서 50 Vpp로에 이르기까지) 다양한 응용 전압. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53861/53861fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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Fabrication and Operation of Acoustofluidic Devices Supporting Bulk Acoustic Standing Waves for Sheathless Focusing of Particles

제조 및 Acoustofluidic 장치의 작동은 입자의 초점 쉬스에 대한 대량 음향 서 파도 지원

Acoustofluidic 장치는 조작 집중 정지 마이크로 및 나노 요소를 분리하는 미세 유체 채널 내에서 초음파를 사용합니다. 이 프로토콜은 피복 유체의 도움없이 중앙 유선형 입자를 집중 벌크 음향 정상파와 같은지지 장치의 제조 및 동작을 설명한다.

Acoustophoresis refers to the displacement of suspended objects in response to directional forces from sound energy. Given that the suspended objects must ...

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Engineering

12.8K 조회수.  Duke University.  Acoustofluidic 장치는 조작 집중 정지 마이크로 및 나노 요소를 분리하는 미세 유체 채널 내에서 초음파를 사용합니다. 이 프로토콜은 피복 유체의 도움없이 중앙 유선형 입자를 집중 벌크 음향 정상파와 같은지지 장치의 제조 및 동작을 설명한다. 

비디오: Fabrication and Operation of Acoustofluidic Devices Supporting Bulk Acoustic Standing Waves for Sheathless Focusing of Particles

Fabrication, Operation and Flow Visualization in Surface-acoustic-wave-driven Acoustic-counterflow Microfluidics

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we present the fabrication protocol for a multilayered SAW acoustic counterflow device. The device is fabricated starting from a lithium niobate (LN) substrate onto which two interdigital transducers (IDTs) and appropriate markers are patterned. A polydimethylsiloxane (PDMS) channel cast on an SU8 master mold is finally bonded on the patterned substrate. Following the fabrication procedure, we show the techniques that allow the characterization and operation of the acoustic counterflow device in order to pump fluids through the PDMS channel grid. We finally present the procedure to visualize liquid flow in the channels. The protocol is used to show on-chip fluid pumping under different flow regimes such as laminar flow and more complicated dynamics characterized by vortices and particle accumulation domains.

In this video we first describe fabrication and operation procedures of a surface acoustic wave (SAW) acoustic counterflow device. We then demonstrate an experimental setup that allows for both qualitative flow visualization and quantitative analysis of complex flows within the SAW pumping device.

표면 음향 파 중심의 어쿠스틱 역류 미세 유체의 제조, 운영 및 유동 가시화

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we ...

연구

공학

Microparticle Manipulation by Standing Surface Acoustic Waves with Dual-frequency Excitations

We demonstrate a method for increasing the tuning ability of a standing surface acoustic wave (SSAW) for microparticles manipulation in a lab-on-a-chip (LOC) system. The simultaneous excitation of the fundamental frequency and its third harmonic, which is termed as dual-frequency excitation, to a pair of interdigital transducers (IDTs) could generate a new type of standing acoustic waves in a microfluidic channel. Varying the power and the phase in the dual-frequency excitation signals results in a reconfigurable field of the acoustic radiation force applied to the microparticles across the microchannel (e.g., the number and location of the pressure nodes and the microparticle concentrations at the corresponding pressure nodes). This article demonstrates that the motion time of the microparticle to only one pressure node can be reduced ~2-fold at the power ratio of the fundamental frequency greater than ~90%. In contrast, there are three pressure nodes in the microchannel if less than this threshold. Furthermore, adjusting the initial phase between the fundamental frequency and the third harmonic results in different motion rates of the three SSAW pressure nodes, as well as in the percentage of microparticles at each pressure node in the microchannel. There is a good agreement between the experimental observation and the numerical predictions. This novel excitation method can easily and non-invasively integrate into the LOC system, with a wide tenability and only a few changes to the experimental set-up.

A protocol for manipulating the microparticles in a microfluidic channel with a dual-frequency excitation is presented.

듀얼 주파수 업무가 표면 음향 파도 서 서 Microparticle 조작

We demonstrate a method for increasing the tuning ability of a standing surface acoustic wave (SSAW) for microparticles manipulation in a lab-on-a-chip ...

A Microfluidic Platform for Precision Small-volume Sample Processing and Its Use to Size Separate Biological Particles with an Acoustic Microdevice

A major advantage of microfluidic devices is the ability to manipulate small sample volumes, thus reducing reagent waste and preserving precious sample. However, to achieve robust sample manipulation it is necessary to address device integration with the macroscale environment. To realize repeatable, sensitive particle separation with microfluidic devices, this protocol presents a complete automated and integrated microfluidic platform that enables precise processing of 0.15&#8211;1.5 ml samples using microfluidic devices. Important aspects of this system include modular device layout and robust fixtures resulting in reliable and flexible world to chip connections, and fully-automated fluid handling which accomplishes closed-loop sample collection, system cleaning and priming steps to ensure repeatable operation. Different microfluidic devices can be used interchangeably with this architecture. Here we incorporate an acoustofluidic device, detail its characterization, performance optimization, and demonstrate its use for size-separation of biological samples. By using real-time feedback during separation experiments, sample collection is optimized to conserve and concentrate sample. Although requiring the integration of multiple pieces of equipment, advantages of this architecture include the ability to process unknown samples with no additional system optimization, ease of device replacement, and precise, robust sample processing.

This protocol describes a system architecture for performing automated small volume (0.15&#8211;1.5 ml) particle separations using a microfluidic device, and discusses methods to optimize acoustofluidic device performance and operation.

미세 유체 정밀 작은 볼륨 샘플 처리를위한 플랫폼 및 음향 마이크로 디바이스로 구분 생물 입자 크기의 사용

A major advantage of microfluidic devices is the ability to manipulate small sample volumes, thus reducing reagent waste and preserving precious sample. ...

생체공학

Multiplexing Focused Ultrasound Stimulation with Fluorescence Microscopy

By focusing low-intensity ultrasound pulses that penetrate soft tissues, LIPUS represents a promising biomedical technology to remotely and safely manipulate neural firing, hormonal secretion and genetically-reprogrammed cells. However, the translation of this technology for medical applications is currently hampered by a lack of biophysical mechanisms by which targeted tissues sense and respond to LIPUS. A suitable approach to identify these mechanisms would be to use optical biosensors in combination with LIPUS to determine underlying signaling pathways. However, implementing LIPUS to a fluorescence microscope may introduce undesired mechanical artefacts due to the presence of physical interfaces that reflect, absorb and refract acoustic waves. This article presents a step-by-step procedure to incorporate LIPUS to commercially-available upright epi-fluorescence microscopes while minimizing the influence of physical interfaces along the acoustic path. A simple procedure is described to operate a single-element ultrasound transducer and to bring the focal zone of the transducer into the objective focal point. The use of LIPUS is illustrated with an example of LIPUS-induced calcium transients in cultured human glioblastoma cells measured using calcium imaging.

Low-Intensity Pulsed Ultrasound Stimulation (LIPUS) is a modality for non-invasive mechanical stimulation of endogenous or engineered cells with high spatial and temporal resolution. This article describes how to implement LIPUS to an epi-fluorescence microscope and how to minimize acoustic impedance mismatch along the ultrasound path to prevent unwanted mechanical artefacts.

형광 현미경과 초음파 자극에 초점을 맞춘 멀티플렉싱

By focusing low-intensity ultrasound pulses that penetrate soft tissues, LIPUS represents a promising biomedical technology to remotely and safely ...

Fabrication of Nanoheight Channels Incorporating Surface Acoustic Wave Actuation via Lithium Niobate for Acoustic Nanofluidics

Controlled nanoscale manipulation of fluids is known to be exceptionally difficult due to the dominance of surface and viscous forces. Megahertz-order surface acoustic wave (SAW) devices generate tremendous acceleration on their surface, up to 108 m/s2, in turn responsible for many of the observed effects that have come to define acoustofluidics: acoustic streaming and acoustic radiation forces. These effects have been used for particle, cell, and fluid manipulation at the microscale, although more recently SAW has been used to produce similar phenomena at the nanoscale through an entirely different set of mechanisms. Controllable nanoscale fluid manipulation offers a broad range of opportunities in ultrafast fluid pumping and biomacromolecule dynamics useful for physical and biological applications. Here, we demonstrate nanoscale-height channel fabrication via room-temperature lithium niobate (LN) bonding integrated with a SAW device. We describe the entire experimental process including nano-height channel fabrication via dry etching, plasma-activated bonding on lithium niobate, the appropriate optical setup for subsequent imaging, and SAW actuation. We show representative results for fluid capillary filling and fluid draining in a nanoscale channel induced by SAW. This procedure offers a practical protocol for nanoscale channel fabrication and integration with SAW devices useful to build upon for future nanofluidics applications.

We demonstrate fabrication of nanoheight channels with the integration of surface acoustic wave actuation devices upon lithium niobate for acoustic nanofluidics via liftoff photolithography, nano-depth reactive ion etching, and room-temperature plasma surface-activated multilayer bonding of single-crystal lithium niobate, a process similarly useful for bonding lithium niobate to oxides.

음향 나노 유체학용 리튬 니오바테를 통한 표면 음향파 작동을 통합한 나노높이 채널 제조

Controlled nanoscale manipulation of fluids is known to be exceptionally difficult due to the dominance of surface and viscous forces. Megahertz-order ...

Fabrication of Surface Acoustic Wave Devices on Lithium Niobate

Manipulation of fluids and particles by acoustic actuation at small scale is aiding the rapid growth of lab-on-a-chip applications. Megahertz-order surface acoustic wave (SAW) devices generate enormous accelerations on their surface, up to 108 m/s2, in turn responsible for many of the observed effects that have come to define acoustofluidics: acoustic streaming and acoustic radiation forces. These effects have been used for particle, cell, and fluid handling at the microscale&#8212;and even at the nanoscale. In this paper we explicitly demonstrate two major fabrication methods of SAW devices on lithium niobate: the details of lift-off and wet etching techniques are described step-by-step. Representative results for the electrode pattern deposited on the substrate as well as the performance of SAW generated on the surface are displayed in detail. Fabrication tricks and troubleshooting are covered as well. This procedure offers a practical protocol for high frequency SAW device fabrication and integration for future microfluidics applications.

Two fabrication techniques, lift-off and wet etching, are described in producing interdigital electrode transducers upon a piezoelectric substrate, lithium niobate, widely used to generate surface acoustic waves now finding broad utility in micro to nanoscale fluidics. The as-produced electrodes are shown to efficiently induce megahertz order Rayleigh surface acoustic waves.&#160;

리튬 니오바테에 표면 음향 파 장치의 제조

Manipulation of fluids and particles by acoustic actuation at small scale is aiding the rapid growth of lab-on-a-chip applications. Megahertz-order ...

Fabrication and Characterization of Thickness Mode Piezoelectric Devices for Atomization and Acoustofluidics

We present a technique to fabricate simple thickness mode piezoelectric devices using lithium niobate (LN). Such devices have been shown to atomize liquid more efficiently, in terms of &#64258;ow rate per power input, than those that rely on Rayleigh waves and other modes of vibration in LN or lead zirconate titanate (PZT). The complete device is composed of a transducer, a transducer holder, and a &#64258;uid supply system. The fundamentals of acoustic liquid atomization are not well known, so techniques to characterize the devices and to study the phenomena are also described. Laser Doppler vibrometry (LDV) provides vibration information essential in comparing acoustic transducers and, in this case, indicates whether a device will perform well in thickness vibration. It can also be used to &#64257;nd the resonance frequency of the device, though this information is obtained more quickly via impedance analysis. Continuous &#64258;uid atomization, as an example application, requires careful &#64258;uid flow control, and we present such a method with high-speed imaging and droplet size distribution measurements via laser scattering.

Fabrication of piezoelectric thickness mode transducers via direct current sputtering of plate electrodes on lithium niobate is described. Additionally, reliable operation is achieved with a transducer holder and &#64258;uid supply system and characterization is demonstrated via impedance analysis, laser doppler vibrometry, high-speed imaging, and droplet size distribution using laser scattering.

원자화 및 부동 유체학을 위한 두께 모드 압전 장치의 제조 및 특성화

We present a technique to fabricate simple thickness mode piezoelectric devices using lithium niobate (LN). Such devices have been shown to atomize liquid ...

Induction of Microstreaming by Nonspherical Bubble Oscillations in an Acoustic Levitation System

When located near biological barriers, oscillating microbubbles may increase cell membrane permeability, allowing for drug and gene internalization. Experimental observations suggest that the temporary permeabilization of these barriers may be due to shear stress that is exerted on cell tissues by cavitation microstreaming. Cavitation microstreaming is the generation of vortex flows which arise around oscillating ultrasound microbubbles. To produce such liquid flows, bubble oscillations must deviate from purely spherical oscillations and include either a translational instability or shape modes. Experimental studies of bubble-induced flows and shear stress on nearby surfaces are often restricted in their scope due to the difficulty of capturing shape deformations of microbubbles in a stable and controllable manner. We describe the design of an acoustic levitation chamber for the study of symmetry-controlled nonspherical oscillations. Such control is performed by using a coalescence technique between two approaching bubbles in a sufficiently intense ultrasound field. The control of nonspherical oscillations opens the way to a controlled cavitation microstreaming of a free surface-oscillating microbubble. High-frame rate cameras allow investigating quasi-simultaneously the nonspherical bubble dynamics at the acoustic timescale and the liquid flow at a lower timescale. It is shown that a large variety of fluid patterns may be obtained and that they are correlated to the modal content of the bubble interface. We demonstrate that even the high-order shape modes can create large-distance fluid patterns if the interface dynamics contain several modes, highlighting the potential of nonspherical oscillations for targeted and localized drug delivery.

A fast and reliable technique is proposed to control the shape oscillations of a single, trapped acoustic bubble that is based on coalescence technique between two bubbles. The steady-state, symmetry-controlled bubble shape oscillations allow analysis of the fluid flow generated in the vicinity of the bubble interface.

음향 부상 시스템에서 Nonspherical Bubble Oscillations에 의한 마이크로스트리밍 유도

When located near biological barriers, oscillating microbubbles may increase cell membrane permeability, allowing for drug and gene internalization. ...

Assembly and Characterization of an External Driver for the Generation of Sub-Kilohertz Oscillatory Flow in Microchannels

Microfluidic technology has become a standard tool in chemical and biological laboratories for both analysis and synthesis. The injection of liquid samples, such as chemical reagents and cell cultures, is predominantly accomplished through steady flows that are typically driven by syringe pumps, gravity, or capillary forces. The use of complementary oscillatory flows is seldom considered in applications despite its numerous advantages as recently demonstrated in the literature. The significant technical barrier to the implementation of oscillatory flows in microchannels is likely responsible for the lack of its widespread adoption. Advanced commercial syringe pumps that can produce oscillatory flow, are often more expensive and only work for frequencies less than 1 Hz. Here, the assembly and operation of a low-cost, plug-and-play type speaker-based apparatus that generates oscillatory flow in microchannels is demonstrated. High-fidelity harmonic oscillatory flows with frequencies ranging from 10-1000 Hz can be achieved along with independent amplitude control. Amplitudes ranging from 10-600 &#181;m can be achieved throughout the entire range of operation, including amplitudes &#62; 1 mm at the resonant frequency, in a typical microchannel. Although the oscillation frequency is determined by the speaker, we illustrate that the oscillation amplitude is sensitive to fluid properties and channel geometry. Specifically, the oscillation amplitude decreases with increasing channel circuit length and liquid viscosity, and in contrast, the amplitude increases with increasing speaker tube thickness and length. Additionally, the apparatus requires no prior features to be designed on the microchannel and is easily detachable. It can be used simultaneously with a steady flow created by a syringe pump to generate pulsatile flows.

The protocol demonstrates a convenient method to produce harmonic oscillatory flow from 10-1000 Hz in microchannels. This is performed by interfacing a computer-controlled speaker diaphragm to the microchannel in a modular manner.

마이크로채널에서 서브킬로헤르츠 진동 흐름의 생성을 위한 외부 드라이버의 조립 및 특성화

Microfluidic technology has become a standard tool in chemical and biological laboratories for both analysis and synthesis. The injection of liquid ...

Assembly and Operation of an Acoustofluidic Device for Enhanced Delivery of Molecular Compounds to Cells

Efficient intracellular delivery of biomolecules is required for a broad range of biomedical research and cell-based therapeutic applications. Ultrasound-mediated sonoporation is an emerging technique for rapid intracellular delivery of biomolecules. Sonoporation occurs when cavitation of gas-filled microbubbles forms transient pores in nearby cell membranes, which enables rapid uptake of biomolecules from the surrounding fluid. Current techniques for in vitro sonoporation of cells in suspension are limited by slow throughput, variability in the ultrasound exposure conditions for each cell, and high cost. To address these limitations, a low-cost acoustofluidic device has been developed which integrates an ultrasound transducer in a PDMS-based fluidic device to induce consistent sonoporation of cells as they flow through the channels in combination with ultrasound contrast agents. The device is fabricated using standard photolithography techniques to produce the PDMS-based fluidic chip. An ultrasound piezo disk transducer is attached to the device and driven by a microcontroller. The assembly can be integrated inside a 3D-printed case for added protection. Cells and microbubbles are pushed through the device using a syringe pump or a peristaltic pump connected to PVC tubing. Enhanced delivery of biomolecules to human T cells and lung cancer cells is demonstrated with this acoustofluidic system. Compared to bulk treatment approaches, this acoustofluidic system increases throughput and reduces variability, which can improve cell processing methods for biomedical research applications and manufacturing of cell-based therapeutics.

This protocol describes the assembly and operation of a low-cost acoustofluidic device for rapid molecular delivery to cells via sonoporation induced by ultrasound contrast agents.