Name: fabrication and operation of acoustofluidic devices supporting bulk acoustic standing waves for sheathless focusing of particles
Uploaded: 2016-03-06T14:00:00
Duration: 10 min 14 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabrication and Operation of Acoustofluidic Devices Supporting Bulk Acoustic Standing Waves for Sheathless Focusing of Particles at JoVE.com

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.

<ol>
	<li>Laurell, T., Petersson, F., Nilsson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chip+integrated+strategies+for+acoustic+separation+and+manipulation+of+cells+and+particles.">Chip integrated strategies for acoustic separation and manipulation of cells and particles.</a> Chem Soc Rev. 36 (3), 492-506 (2007).</li><li>Ding, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+acoustic+wave+microfluidics.">Surface acoustic wave microfluidics.</a> Lab Chip. 13 (18), 3626-3649 (2013).</li><li>Schmid, L., Weitz, D. A., Franke, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sorting+drops+and+cells+with+acoustics:+acoustic+microfluidic+fluorescence-activated+cell+sorter.">Sorting drops and cells with acoustics: acoustic microfluidic fluorescence-activated cell sorter.</a> Lab Chip. 14 (19), 3710-3718 (2014).</li><li>Guo, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+cell-cell+interactions+using+surface+acoustic+waves.">Controlling cell-cell interactions using surface acoustic waves.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 112 (1), 43-48 (2015).</li><li>Li, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acoustic+separation+of+circulating+tumor+cells.">Acoustic separation of circulating tumor cells.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 112 (16), 4970-4975 (2015).</li><li>Gao, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-dimensional+spatial+manipulation+of+microparticles+in+continuous+flows+in+acoustofluidic+systems.">Two-dimensional spatial manipulation of microparticles in continuous flows in acoustofluidic systems.</a> Biomicrofluidics. 9 (1), 014105 (2015).</li><li>Bruus, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acoustofluidics+7:+The+acoustic+radiation+force+on+small+particles.">Acoustofluidics 7: The acoustic radiation force on small particles.</a> Lab Chip. 12 (6), 1014-1021 (2012).</li><li>Shields, C. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nucleation+and+growth+synthesis+of+siloxane+gels+to+form+functional,+monodisperse,+and+acoustically+programmable+particles.">Nucleation and growth synthesis of siloxane gels to form functional, monodisperse, and acoustically programmable particles.</a> Angew Chem Int Ed Engl. 53 (31), 8070-8073 (2014).</li><li>Petersson, F., Nilsson, A., Holm, C., Jonsson, H., Laurell, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Separation+of+lipids+from+blood+utilizing+ultrasonic+standing+waves+in+microfluidic+channels.">Separation of lipids from blood utilizing ultrasonic standing waves in microfluidic channels.</a> Analyst. 129 (10), 938-943 (2004).</li><li>Cushing, K. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elastomeric+negative+acoustic+contrast+particles+for+affinity+capture+assays.">Elastomeric negative acoustic contrast particles for affinity capture assays.</a> Anal Chem. 85 (4), 2208-2215 (2013).</li><li>Johnson, L. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elastomeric+microparticles+for+acoustic+mediated+bioseparations.">Elastomeric microparticles for acoustic mediated bioseparations.</a> J Nanobiotechnology. 11, 22 (2013).</li><li>Shields, C. W., Johnson, L. M., Gao, L., Lopez, G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elastomeric+negative+acoustic+contrast+particles+for+capture,+acoustophoretic+transport,+and+confinement+of+cells+in+microfluidic+systems.">Elastomeric negative acoustic contrast particles for capture, acoustophoretic transport, and confinement of cells in microfluidic systems.</a> Langmuir. 30 (14), 3923-3927 (2014).</li><li>Shields, C. W., Reyes, C. D., Lopez, G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+cell+sorting:+a+review+of+the+advances+in+the+separation+of+cells+from+debulking+to+rare+cell+isolation.">Microfluidic cell sorting: a review of the advances in the separation of cells from debulking to rare cell isolation.</a> Lab Chip. 15, 1230-1249 (2015).</li><li>Goddard, G., Martin, J. C., Graves, S. W., Kaduchak, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+particle-concentration+for+sheathless+focusing+of+particles+for+analysis+in+a+flow+cytometer.">Ultrasonic particle-concentration for sheathless focusing of particles for analysis in a flow cytometer.</a> Cytometry A. 69 (2), 66-74 (2006).</li><li>Goddard, G. R., Sanders, C. K., Martin, J. C., Kaduchak, G., Graves, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analytical+Performance+of+an+Ultrasonic+Particle+Focusing+Flow+Cytometer.">Analytical Performance of an Ultrasonic Particle Focusing Flow Cytometer.</a> Anal Chem. 79 (22), 8740-8746 (2007).</li><li>Goddard, G., Kaduchak, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+particle+concentration+in+a+line-driven+cylindrical+tube.">Ultrasonic particle concentration in a line-driven cylindrical tube.</a> J Acoust Soc Am. 117 (6), 3440 (2005).</li><li>Lenshof, A., Magnusson, C., Laurell, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acoustofluidics+8:+applications+of+acoustophoresis+in+continuous+flow+microsystems.">Acoustofluidics 8: applications of acoustophoresis in continuous flow microsystems.</a> Lab Chip. 12 (7), 1210-1223 (2012).</li><li>Carugo, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+thin-reflector+microfluidic+resonator+for+continuous-flow+concentration+of+microorganisms:+a+new+approach+to+water+quality+analysis+using+acoustofluidics.">A thin-reflector microfluidic resonator for continuous-flow concentration of microorganisms: a new approach to water quality analysis using acoustofluidics.</a> Lab Chip. 14 (19), 3830-3842 (2014).</li><li>Austin Suthanthiraraj, P. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=One-dimensional+acoustic+standing+waves+in+rectangular+channels+for+flow+cytometry.">One-dimensional acoustic standing waves in rectangular channels for flow cytometry.</a> Methods. 57 (3), 259-271 (2012).</li><li>Wiklund, M., Nilsson, S., Hertz, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+trapping+in+capillaries+for+trace-amount+biomedical+analysis.">Ultrasonic trapping in capillaries for trace-amount biomedical analysis.</a> J App Phys. 90 (1), 421 (2001).</li><li>Shields, C. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Field-directed+assembly+of+patchy+anisotropic+microparticles+with+defined+shape.">Field-directed assembly of patchy anisotropic microparticles with defined shape.</a> Soft Matter. 9 (38), 9219 (2013).</li><li>Yeom, J., Wu, Y., Selby, J. C., Shannon, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maximum+achievable+aspect+ratio+in+deep+reactive+ion+etching+of+silicon+due+to+aspect+ratio+dependent+transport+and+the+microloading+effect.">Maximum achievable aspect ratio in deep reactive ion etching of silicon due to aspect ratio dependent transport and the microloading effect.</a> J Vac Sci Technol B Microelectron Nanometer Struct Process Meas Phenom. 23 (6), 2319 (2005).</li><li>McDonald, J. C., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Poly(dimethylsiloxane)+as+a+material+for+fabricating+microfluidic+devices.">Poly(dimethylsiloxane) as a material for fabricating microfluidic devices.</a> Acc Chem Res. 35 (7), 491-499 (2002).</li><li>Golden, J. P., Justin, G. A., Nasir, M., Ligler, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrodynamic+focusing--a+versatile+tool.">Hydrodynamic focusing--a versatile tool.</a> Anal Bioanal Chem. 402 (1), 325-335 (2012).</li><li>Hejazian, M., Li, W., Nguyen, N. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lab+on+a+chip+for+continuous-flow+magnetic+cell+separation.">Lab on a chip for continuous-flow magnetic cell separation.</a> Lab Chip. 15 (4), 959-970 (2015).</li><li>Shields, C. W., Livingston, C. E., Yellen, B. B., L&#242;pez, G. P., Murdoch, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetographic+array+for+the+capture+and+enumeration+of+single+cells+and+cell+pairs.">Magnetographic array for the capture and enumeration of single cells and cell pairs.</a> Biomicrofluidics. 8 (4), 041101 (2014).</li><li>Voldman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+forces+for+microscale+cell+manipulation.">Electrical forces for microscale cell manipulation.</a> Annu Rev Biomed Eng. 8, 425-454 (2006).</li><li>Di Carlo, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inertial+microfluidics.">Inertial microfluidics.</a> Lab Chip. 9 (21), 3038-3046 (2009).</li><li>Earnshaw, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+nature+of+the+molecular+forces+which+regulate+the+constitution+of+the+luminferous+ether.">On the nature of the molecular forces which regulate the constitution of the luminferous ether.</a> Trans Camb Phil Soc. 7, 97-112 (1842).</li><li>Piyasena, M. E., Graves, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+intersection+of+flow+cytometry+with+microfluidics+and+microfabrication.">The intersection of flow cytometry with microfluidics and microfabrication.</a> Lab Chip. 14, 1044-1059 (2014).</li><li>Grenvall, C., Antfolk, C., Bisgaard, C. Z., Laurell, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-dimensional+acoustic+particle+focusing+enables+sheathless+chip+Coulter+counter+with+planar+electrode+configuration.">Two-dimensional acoustic particle focusing enables sheathless chip Coulter counter with planar electrode configuration.</a> Lab Chip. 14 (24), 4629-4637 (2014).</li><li>Au, A. 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. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multinode+acoustic+focusing+for+parallel+flow+cytometry.">Multinode acoustic focusing for parallel flow cytometry.</a> Anal Chem. 84 (4), 1831-1839 (2012).</li><li>Lenshof, A., Evander, M., Laurell, T., Nilsson, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acoustofluidics+5:+Building+microfluidic+acoustic+resonators.">Acoustofluidics 5: Building microfluidic acoustic resonators.</a> Lab Chip. 12 (4), 684-695 (2012).</li><li>Evander, M., Tenje, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+PMMA+interfaces+for+rectangular+glass+capillaries.">Microfluidic PMMA interfaces for rectangular glass capillaries.</a> J Micromech Microeng. 24 (2), 027003 (2014).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

تقدم Acoustophoresis نهج بسيط وسريع لترتيب بالضبط كيانات مجهرية داخل microchannels الموائعية من دون الحاجة إلى السوائل غمد المستخدمة في نهج التركيز الهيدروديناميكية. 24 هذه الأجهزة توفر العديد من المزايا أكثر من غيرها من أساليب الجسيمات أو الخلية التلاعب (على سبيل المثال، magnetophoresis، 25،26 dielectrophoresis 27 أو بالقصور الذاتي مما اضطر 28) نظرا لقدرتها على معالجة الكيانات دون حساسيات مغناطيسية عالية، polarizabilities الكهربائية أو حجم التبعثر الضيق. وعلاوة على ذلك، فإن العقد تركيز على موجة دائمة الصوتية يمكن وضعه بعيدا عن مصدر الإثارة، وهو أمر غير ممكن عن طريق المجالات المغناطيسية أو الكهرباء الساكنة حسب سرعة الانسياب في 29 ميزة إضافية هي أن الأجهزة الصوتية يمكن أن تركز جزيئات عبر مجموعة واسعة من معدلات تدفق التطبيقية ومستقلة للاتجاه تدفق، وهذا غير ممكن في الأجهزة ثار الاعتماد على قوات بالقصور الذاتي للتركيز، 28 توفير وسائل لنقل بكفاءة جزيئات أو خلايا لتعزيز فحص الجسيمات لتطبيقات مثل التدفق الخلوي والجسيمات التحجيم. 30،31 سهولة تصنيع الجهاز وعملية يمكن أن تسمح مباشرة لتنفيذ ما شابه الأجهزة للتركيز، التركيز، وتجزئة والفرز الأجسام المعلقة في السوائل. 32 لقد أظهرنا أن قوات الإشعاع الأولية، التي هي أقوى القوى التي تنتجها موجات دائمة الصوتية (1)، يمكن أن تركز المجهرية الدقيقة التي تتدفق من خلال قناة ميكروفلويديك في معدلات تدفق تتجاوز 10 مل / ساعة لتصميم فتحة واحدة. لمعدل تدفق ثابت من 100 ميكرولتر / دقيقة، وتبين لنا أن لدينا جهاز يمكن أن تركز جزيئات إلى تبسيط الضيق (أي 50 ميكرون عبر) دون أي سوائل غمد في الفولتية المنخفضة مثل 20 V الذروة إلى الذروة، مما يتيح أدنى مستوى طريقة باور للbatchwise تركيز 10000000 حزبجسيمات / دقيقة عند حلول المعالجة المركزة المكتظة (على سبيل المثال، 6 × 10 8 الجسيمات / مل)، على سبيل المثال. وعلاوة على ذلك، وهذا الإنتاجية ويمكن زيادة بشكل كبير من خلال افتعال متعددة الفوهة رقائق acoustofluidic أو القنوات التي دفعتها مع التوافقيات أعلى لإنتاج مجموعات من العقد موازية. 33 في حين أن الجهاز يظهر هنا فقط يتطلب المواد والأساليب المستخدمة في التصنيع الدقيق التقليدية، فإننا نؤكد أن هناك حفنة من غيرها من التقنيات التي يمكن استخدامها لبناء أجهزة مماثلة. 19،34،35 وتشمل مزايا هذا النهج بساطته وكذلك متانة الجهاز النهائي. وتشمل الخطوات الحاسمة لتصنيع هذه الأجهزة ضوئيه لتحديد هندسة متناهية، على رد الفعل الحفر أيون لتشكيل القناة في السيليكون وانوديك الترابط لصهر السيليكون إلى &quot;غطاء&quot; شفافة للمراقبة من قبل fluorescenم المجهر. كل هذه الخطوات تتطلب مرافق غرفة نظيفة لتجنب جمع الغبار أو الحطام داخل الجهاز. مرة واحدة هذه الخطوات كاملة، ومع ذلك، تربط محول PZT والموانئ الموائعية هي واضحة نسبيا ويمكن القيام بها خارج غرفة نظيفة. ومع ذلك، العلاج المناسب من الجهاز أمر ضروري لطول العمر. وهذا يشمل (1) احتضان الجهاز مع تخميل الكواشف (على سبيل المثال، بولي (جلايكول الإثيلين) سيلاني) قبل كل تجربة لحماية القناة من تراكم بقايا و(2) التنظيف الجهاز مع المنظفات بعد كل تجربة. تراكم الحطام قد تعرض الاخلاص من موجة دائمة الصوتية وقد يقلل من القدرة على التركيز بكفاءة الجزيئات أو الخلايا داخل الجهاز. ونلاحظ أيضا أن هذه الأجهزة ليست مناسبة تماما للعينات polydisperse عالية أو العينات التي تحتوي على الكيانات يقترب من نصف حجم موجة دائمة. Acoustofluiوتوفر الأجهزة مدينة دبي للإنترنت فائدة هائلة لمجموعة متنوعة من التطبيقات التي تمتد من التجمع الغروية إلى الخلية فصل والتدفق الخلوي. القدرة على معالجة العينات البيولوجية مع الدقة في معدلات تدفق عالية يمكن أن تسمح القدرة على زيادة الانتاجية من خلال هذه الأجهزة ميكروفلويديك، في حين خفض التكاليف من الكواشف لزوم لها، وأحجام عينة كبيرة أو معدات ضخمة لتوزيع السوائل غمد. طرق تصنيع المطلوبة لجعل أجهزة acoustofluidic هي واضحة والإجراءات المطلوبة لتشغيلها وسهلة الاستعمال. ونحن نأمل أن تكون هذه الإجراءات تشجيع التنمية على نطاق واسع من الأجهزة المماثلة لتحفيز مجالات جديدة للبحث عن التطبيقات عبر مواد العلوم، والتكنولوجيا الحيوية والطب.

وتستخدم أجهزة Acoustofluidic لممارسة قوات الاتجاه على الكيانات المجهرية (على سبيل المثال، جزيئات أو خلايا) لمن التركيز، والمحاذاة، والتجمع، والحبس أو الانفصال داخل السوائل هادئة أو flowstreams الصفحي. 1 ضمن هذه الفئة واسعة من الأجهزة، القوات يمكن أن تتولد من الأكبر موجات دائمة الصوتية، وتظهر على السطح موجات دائمة الصوتية (SSAWs) 2 أو السفر الصوتية موجات 3 بينما نحن نركز على تصنيع وتشغيل الأجهزة التي تدعم موجات دائمة الصوتية السائبة، والأجهزة التي تدعم SSAWs تلقينا الكثير من الاهتمام في الآونة الأخيرة نظرا لقدرتها على التعامل بدقة خلايا على أسطح 4 و بسرعة فرز الخلايا في قنوات التدفق المستمر. 5 أجهزة دعم موجات دائمة الصوتية بكميات كبيرة، ولكن، إعادة ترتيب الجزيئات على أساس الاهتزازات الميكانيكية للجدران الجهاز التي تم إنشاؤها بواسطة محول كهربائي ضغطي، الذي يثير موجات دائمة في ميكروفلويديكتجاويف في الترددات الرنانة محددة هندسيا. وهذا يتيح إمكانية توليد سعة الضغط العالي مقارنة بالأجهزة SSAW، والنقل وبالتالي، أسرع acoustophoretic الكيانات المجهرية. 6 وتتكون هذه موجات دائمة من مجموعة الدوري مكانيا من العقد و antinodes الضغط، التي يتم إصلاحها في منصب يتذبذب ضغط في الوقت المناسب. جزيئات تستجيب لموجات دائمة عن طريق الهجرة إلى العقد ضغط أو antinodes، اعتمادا على الخواص الميكانيكية للجزيئات النسبية إلى السائل، والتي تم وصفها من قبل عامل النقيض الصوتي: <img alt="Equation1" src="/files/ftp_upload/53861/53861equation1.jpg" /> حيث ρ المتغيرات وβ تمثل الكثافة والانضغاطية والسفلية p و ƒ تمثل كائن مع وقف التنفيذ (على سبيل المثال، الجسيمات أو الخلية)، والسوائل، على التوالي.7 الكيانات التي تمتلك عاملا إيجابيا النقيض الصوتية (أي ɸ&gt; 0) الهجرة إلى عقدة الضغط (ق)؛ في حين، والكيانات التي تمتلك عامل النقيض الصوتي السلبي (أي ɸ &lt;0) الهجرة إلى antinodes الضغط. 7 في حين أن غالبية المواد الاصطناعية (مثل الخرز البوليسترين) والخلايا يحمل النقيض الصوتية إيجابي، والجسيمات المرنة المصنوعة من أساس السيليكون المواد، 8 الجزيئات الدهنية 9 أو غيرها من مكونات مرنة للغاية يحمل النقيض الصوتية سلبي في الماء. الجسيمات المرنة في الأجهزة acoustofluidic يمكن استخدامها لعزل جزيئات صغيرة (10) وكوسيلة لحصر الجزيئات الاصطناعية 11 أو خلايا (12) لأغراض الفرز التمييز. 13 عادة يتم تصنيع أجهزة Acoustofluidic من المواد القياسية (على سبيل المثال، والسيليكون والزجاج) التي لديها صلابة كافية لسوpport موجة دائمة الصوتية. في العديد من الأجهزة acoustofluidic (بما في ذلك الجهاز هو موضح هنا)، فقد تم تصميم الموجات الميكانيكية ليتردد صداها في أدنى وضع التوافقي، الذي يتكون من موجة دائمة نصف الطول الموجي الذي يمتد عرض متناهية. هذا التكوين لديه عقدة الضغط في وسط antinodes القناة وضغط على الاطراف للقناة. ولقد ثبت سابقا أن هذه النظم يمكن أن تستخدم للتطبيقات الخلوي على أساس رقاقة 14-16 والتطبيقات بدءا من محاصرة الخلايا إلى تركيز خلايا. 17،18 وصفنا عملية التصنيع، وأساليب للاستخدام وقدرات الأداء التمثيلي عبوة acoustofluidic التي تدعم موجات دائمة الصوتية السائبة. يتطلب هذا الجهاز خطوة ضوئيه واحدة، خطوة واحدة الحفر والتفجير خطوة واحدة إلى السندات بشكل دائم كوب &quot;غطاء&quot; لالركيزة السيليكون محفورا. ونلاحظ أن البعض acoustofluidiج الأجهزة التي تدعم موجات دائمة الصوتية السائبة يمكن أن تكون ملفقة من الزجاج أو الكوارتز الشعيرات الدموية بد أن محولات كهرضغطية، الذي يوصف في أماكن أخرى. 19،20 الأجهزة القائمة على السيليكون توفر مزايا القوة والسيطرة على هندسة قناة تدفق، والتي تسمح معا ل أنواع عديدة من تجهيز العينات التي تحتوي على تعليق من الجزيئات والخلايا. يتم توفير الأجهزة قابلة لإعادة الاستخدام يتم تنظيفها بشكل صحيح بين الاستخدامات (أي عن طريق تنظيف الجهاز مع مخازن والمنظفات الصناعية).

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="516">
	<tbody>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:145px;">Silicon wafers</td>
			<td style="width:115px;">Addison Engineering, Inc.</td>
			<td style="width:93px;">3P1</td>
			<td style="width:163px;">6&#8221; mechanical grade silicon wafer &#60;111&#62;</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:145px;">AZ&#174; 9260 photoresist</td>
			<td style="width:115px;">MicroChemicals GmbH</td>
			<td style="width:93px;">AZ9260-Q</td>
			<td style="width:163px;">Positive photoresist</td>
		</tr>
		<tr height="47">
			<td height="47" style="height:47px;width:145px;">AZ&#174; 400K developer</td>
			<td style="width:115px;">MicroChemicals GmbH</td>
			<td style="width:93px;">AZ400K CONC-CS</td>
			<td style="width:163px;">Dilute 1 part AZ 400k in 4 parts deionized H2O</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:145px;">H2O2</td>
			<td style="width:115px;">Sigma Aldrich, Co.</td>
			<td style="width:93px;">216763</td>
			<td style="width:163px;">30 wt.% in H2O</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:145px;">H2SO4</td>
			<td style="width:115px;">Sigma Aldrich, Co.</td>
			<td style="width:93px;">320501</td>
			<td style="width:163px;">ACS reagent, 95.0-98.0%</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:145px;">1165 Photoresist Remover</td>
			<td style="width:115px;">Dow Chemical, Co.</td>
			<td style="width:93px;">DEM-10018073</td>
			<td style="width:163px;">1-methyl-2-pyrrolidinone based</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:145px;">Acetone</td>
			<td style="width:115px;">Sigma Aldrich, Co.</td>
			<td style="width:93px;">320110</td>
			<td style="width:163px;">ACS reagent, &#8805;99.5%</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:145px;">Isopropyl alcohol</td>
			<td style="width:115px;">Sigma Aldrich, Co.</td>
			<td style="width:93px;">W292907</td>
			<td style="width:163px;">&#8805;99.7%, FCC, FG</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:145px;">Methanol</td>
			<td style="width:115px;">Sigma Aldrich, Co.</td>
			<td style="width:93px;">322415</td>
			<td style="width:163px;">Anhydrous, 99.8%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="85" rowspan="4" style="height:85px;width:145px;">Borosilicate glass&#160; (Nexterion glass B)</td>
			<td rowspan="4" style="width:115px;">Schott AG&#160;</td>
			<td rowspan="4" style="width:93px;">2098576</td>
			<td style="width:163px;">Size: 120x60 &#177;0.1 mm, Thickness: 1 &#177;0.005 mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td align="left" height="21" style="height:21px;width:163px;">&#160;
			<table cellpadding="0" cellspacing="0">
				<tbody>
					<tr>
						<td height="21" style="height:21px;width:163px;">0.1 mm</td>
					</tr>
				</tbody>
			</table>
			</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:163px;">Thickness: 1</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td align="left" height="22" style="height:22px;width:163px;">&#160;
			<table cellpadding="0" cellspacing="0">
				<tbody>
					<tr>
						<td height="22" style="height:22px;width:163px;">0.005 mm</td>
					</tr>
				</tbody>
			</table>
			</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="64" rowspan="3" style="height:64px;width:145px;">Drill bit for glass and ceramic&#160;</td>
			<td rowspan="3" style="width:115px;">McMaster-Carr, Inc.</td>
			<td rowspan="3" style="width:93px;">2954A1</td>
			<td style="width:163px;">Drill bit size: 1/8&#8221; Overall length: 2 3/16&#8221; Shank diameter: 7/64&#8221;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:163px;">Overall length: 2 3/16&#8221;</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:163px;">Shank diameter: 7/64&#8221;</td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:145px;">Polydimethylsiloxane (PDMS) kit</td>
			<td style="width:115px;">Sigma Aldrich, Co.</td>
			<td style="width:93px;">761036</td>
			<td style="width:163px;">Dow Corning, Co.; Sylgard 184&#174;; 10 g clip-pack</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="64" rowspan="3" style="height:64px;width:145px;">Biopsy punch&#160;&#160;</td>
			<td rowspan="3" style="width:115px;">Ted Pella, Inc.&#160;</td>
			<td rowspan="3" style="width:93px;">15078</td>
			<td style="width:163px;">Harris uni-core Tip ID: 3.0 mm&#160;Tip OD: 3.40 mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:163px;">Tip ID: 3.0 mm&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:163px;">Tip OD: 3.40 mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="106" rowspan="4" style="height:106px;width:145px;">Lead zirconate titanate (PZT) transducer</td>
			<td rowspan="4" style="width:115px;">APC International, Ltd.</td>
			<td style="width:93px;">Custom order, (841 WFB)</td>
			<td style="width:163px;">Length: 30.0 mm, Width: 5.0mm, Freq.: 2.46 MHz, 2.0 mm end wrap for leads</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:93px;">(841 WFB)</td>
			<td style="width:163px;">Width: 5.0mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:93px;"></td>
			<td style="width:163px;">Freq.: 2.46 MHz</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:93px;"></td>
			<td style="width:163px;">2.0 mm end wrap for leads</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:145px;">Silicone tubing&#160;</td>
			<td style="width:115px;">Cole Parmer Instrument, Co.</td>
			<td style="width:93px;">07625-22</td>
			<td style="width:163px;">0.6 mm I.D.</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:145px;">Polystyrene beads</td>
			<td style="width:115px;">Thermo Fischer Scientific, Inc.</td>
			<td style="width:93px;">F-8836</td>
			<td style="width:163px;">10 &#181;m yellow-green fluorescence</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

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

يشير Acoustophoresis إلى تشريد الأجسام المعلقة في استجابة لقوى الاتجاه من الطاقة الصوت. وبالنظر إلى أن الأجسام المعلقة يجب أن يكون أصغر من طول موجة الحادث الصوت وعرض القنوات الموائعية عادة ما تكون عشرات إلى مئات من ميكرومتر عبر والأجهزة acoustofluidic عادة ما تستخدم الموجات فوق الصوتية المتولدة من محول كهربائي ضغطي النابض في الترددات العالية (في نطاق ميغاهرتز ). على ترددات المميزة التي تعتمد على هندسة الجهاز، فمن الممكن للحث على تشكيل موجات دائمة يمكن أن تركز الجسيمات على طول يبسط الموائعية المطلوبة داخل لتدفق بكميات كبيرة. هنا، نحن تصف طريقة لتصنيع أجهزة acoustophoretic من المواد المشتركة والمعدات غرفة نظيفة. وتبين لنا نتائج ممثل للتركيز الجسيمات مع عوامل التباين الصوتية إيجابية أو سلبية، والتي تتحرك نحو العقد ضغط أو antinodes من موجات دائمة، respectivاعل. توفر هذه الأجهزة فائدة عملية كبيرة لتحديد المواقع بدقة أعداد كبيرة من الكيانات المجهرية (على سبيل المثال، الخلايا) في ثابتة او تدفق السوائل لتطبيقات تتراوح بين الخلوي في التجمع.

لقد قمنا بتصميم جهاز acoustofluidic تحتوي على مدخل trifurcating، وهي القناة الرئيسية ويبلغ عرضه 300 ميكرون ومنفذ trifurcating (الشكل 1A - B). ونلاحظ أن كنا فقط مدخل واحد لجميع التجارب في هذه الدراسة (أي تحقيق sheathless تركيز الجسيمات عن طريق قوات الأشعة الصوتية) عن طريق منع مداخل أخرى مع شمعات القابلة للإزالة. وفقا للإجراءات المذكورة أعلاه، قمنا بإنشاء رقاقة امتلاك عرض القناة 313 ميكرون، مع وجود خطأ من ~4٪ بسبب عيوب أثناء عملية التصنيع الدقيق (الشكل 1C - D). قمنا بتشغيل الجهاز على تردد القيادة من 2،366 ميغا هرتز للحث على موجة دائمة التوافقي نصف طول الموجة. كنا مولد إشارة متصلة السلطة مكبر للصوت لتوليد عالية التردد الموجي الجيبية لتحفيز آر PZTansducer. استخدمنا الذبذبات لقياس الجهد الناتج من الذروة إلى الذروة (V ص) التي تم إنشاؤها من السلطة مكبر للصوت للتحقق من الإخلاص للشكل إشارة والسعة. باستخدام مضخة المحاقن، ونحن حقن أول تعليق الخضراء الخرز البوليسترين الفلورسنت بمعدل 100 ميكرولتر / دقيقة دون يشتغل من محول PZT كعنصر تحكم السلبية (الشكل 2A). المقبل، ونحن دفعتها الجهاز على 2.366 ميغاهيرتز لتشكيل موجة نصف الطول الموجي الأمد عبر عرض متناهية (V ص = 40 V، الشكل 2B). وجدنا أن هذه الجسيمات، التي لديها عامل إيجابي النقيض الصوتية، وركزت على طول العقدة الضغط كما هو متوقع. 6 ونحن أيضا حقن جزيئات فلوري الحمراء مع عامل النقيض الصوتي السلبي (أي ɸ ≈ -0.88، توليفها من عملية وصفها سابقا) 8 التحقق من أن الجهاز لدينا يمكن أن يفضي تركيز على طول antinodes الضغط ( <stroنانوغرام&gt; الشكل 2C). وأخيرا، اكتشفنا مدى تركيز الجسيمات مع عامل إيجابي النقيض الصوتية في مجموعة من معدلات تدفق (أي، 0 إلى 1،000 ميكرولتر / دقيقة على النحو الذي ينظمه على ضخ حقنة) والفولتية (أي 0-50 بي بي). تم جمع أشرطة الفيديو التي تتألف من 15 لقطة لكل حالة. تم استخدام برنامج ImageJ لعينة خمسة من ملف كثافة مضان عبر عرض متناهية. تم استخدام برنامج الحوسبة العددي في المتوسط ​​لمحات كثافة لكل حالة ولضمان سلاسة البيانات المتوسط ​​باستخدام برنامج تصفية المضمنة. كما هو متوقع، ومدى الجسيمات التركيز (أي، على النحو المحدد في عرض ذروة مضان الموافق عرض للتيار من الجسيمات) انخفضت مع زيادة معدلات التدفق (الشكل 3A). كما وجدنا أن حجم الجسيمات التركيز، زيادة مع زيادة الفولتية المطبقة (فايجوري 3B). <img alt="الشكل 1" src="/files/ftp_upload/53861/53861fig1.jpg" /> الشكل 1: جهاز Acoustofluidic دعم موجات دائمة الصوتية السائبة وجهات النظر تخطيطي للأعلى (A) وأسفل (ب) من جهاز يتألف من الركيزة السيليكون محفورا تنصهر إلى الزجاج البورسليكات &quot;غطاء&quot;، ثنائي ميثيل بولي سيلوكسان (PDMS) كتل متصلة سيليكون أنابيب ومحول كهربائي ضغطي ملحوم على الأسلاك لصقها على الجزء السفلي من الجهاز. وتظهر الصور من أعلى (C) وأسفل (D) للجهاز أيضا. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53861/53861fig1large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الشكل 2" src="/files/ftp_upload/53861/53861fig2.jpg" /> الشكل 2: الصوتية تركيزالجسيمات مع العوامل الإيجابية والسلبية على النقيض الصوتية. (A) قبل يشتغل من محول الرائدة zirconate تيتانات (PZT)، والجسيمات مع عامل إيجابي الصوتية على النقيض من (10 ميكرون، والخرز البوليسترين الأصفر والأخضر) التي تتدفق في 100 ميكرولتر / دقيقة احتلت عرض متناهية. (ب) بعد محول PZT دفعتها (V ص = 40 V وƒ = 2.366 ميغا هرتز)، وتظهر الجسيمات في الفقرة (أ) للتركيز على عقدة ضغط موجة دائمة. (C) الجسيمات مع عامل النقيض الصوتي السلبي ركزت على طول antinodes ضغط موجة دائمة في غياب تدفق التطبيقية (V ص = 40 V وƒ = 2.366 ميغا هرتز). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53861/53861fig2large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <imز بديل = &quot;الشكل 3&quot; SRC = &quot;/ ملفات / ftp_upload / 53861 / 53861fig3.jpg&quot; /&gt; وتظهر ل(A) مختلف معدلات تدفق (تتراوح من 0 إلى 1،000 ميكرولتر / دقيقة) مع ثابت ذروة ل- - التركيز أداء جهاز acoustofluidic المؤامرات مضان كثافة من الخرز البوليسترين (B هو مبين في الشكل 2A): الشكل (3). ذروة الجهد من 40 V و (ب) مختلف الفولتية التطبيقية (تتراوح 0-50 بي بي) مع معدل تدفق ثابت من 100 ميكرولتر / دقيقة. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53861/53861fig3large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication and Operation of Acoustofluidic Devices Supporting Bulk Acoustic Standing Waves for Sheathless Focusing of Particles at JoVE.com

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

تصنيع وتشغيل Acoustofluidic أجهزة دعم السائبة موجات الصوتية الدائمة للSheathless التركيز من الجسيمات

أجهزة Acoustofluidic استخدام الموجات فوق الصوتية داخل قنوات الموائع الدقيقة للتلاعب، والتركيز وعزل الصغيرة مع وقف التنفيذ والكيانات نانوية. يصف هذا البروتوكول تصنيع وتشغيل مثل هذا الجهاز يدعم موجات دائمة الصوتية السائبة للتركيز الجسيمات في تبسيط المركزي بدون مساعدة من السوائل غمد.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

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

تصنيع وتشغيل والتصور التدفق في سطح الموجة الصوتية يحركها الموائع الدقيقة الصوتية معاكس

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

Fabrication of Gate-tunable Graphene Devices for Scanning Tunneling Microscopy Studies with Coulomb Impurities

تلفيق بوابة الانضباطي الجرافين أجهزة لمسح حفر نفق المجهر الدراسات مع كولوم الشوائب

Owing to its relativistic low-energy charge carriers, the interaction between graphene and various impurities leads to a wealth of new physics and degrees ...

Fabrication and Operation of a Nano-Optical Conveyor Belt

تصنيع وتشغيل الحزام الناقل النانو البصرية

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological ...

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

الطباعة تصنيع السائبة متغاير الخلايا الشمسية و<em&gt; في الموقع</em&gt; الصرف توصيف

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

Fabrication of Fully Solution Processed Inorganic Nanocrystal Photovoltaic Devices

تصنيع الحل بالكامل معالجتها غير العضوية النانوية الأجهزة الضوئية

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal ...

Solvent Bonding for Fabrication of PMMA and COP Microfluidic Devices

الرابطة المذيبات لتصنيع PMMA وCOP أجهزة ميكروفلويديك

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each ...

Flow-assisted Dielectrophoresis: A Low Cost Method for the Fabrication of High Performance Solution-processable Nanowire Devices

ديليكتروفوريسيس ساعد تدفق: طريقة منخفضة تكلفة لتصنيع الأجهزة عالية الأداء الحل مفهرسة أسلاك متناهية الصغر

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of ...

Atmospheric Pressure Fabrication of Large-Sized Single-Layer Rectangular SnSe Flakes

الضغط الجوي تصنيع رقائق سنسي مستطيلة طبقة واحدة كبيرة الحجم

Tin selenide (SnSe) belongs to the family of layered metal chalcogenide materials with a buckled structure like phosphorene, and has shown potential for ...

Generation of Size-controlled Poly (ethylene Glycol) Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Generation of Size-controlled Poly ethylene Glycol Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

جيل من التحكم في حجم بولي (جليكول) "قطرات دياكريلاتي" عبر شبه-3-الأبعاد "تدفق تركز موائع جزيئية الأجهزة"

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. ...

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

يمثل التلاعب بالموجات الصوتية السطحية مع الجسيمات التردد المزدوج الدائمة

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 ...