Name: fabrication of nanoheight channels incorporating surface acoustic wave actuation via lithium niobate for acoustic nanofluidics
Uploaded: 2020-02-05T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Nanoheight Channels Incorporating Surface Acoustic Wave Actuation via Lithium Niobate for Acoustic Nanofluidics at JoVE.com

Los autores están agradecidos a la Universidad de California y a las instalaciones de NANO3 en UC San Diego por la provisión de fondos e instalaciones en apoyo de este trabajo. Este trabajo se realizó en parte en la Infraestructura de Nanotecnología de San Diego (SDNI) de UCSD, miembro de la Infraestructura Coordinada Nacional de Nanotecnología, que cuenta con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias (Grant ECCS–1542148). El trabajo presentado aquí fue generosamente apoyado por una beca de investigación de la Fundación W.M. Keck. Los autores también están agradecidos por el apoyo de esta obra por parte de la Oficina de Investigación Naval (a través de la Subvención 12368098).

1. Preparación de la máscara de canal de nano altura
<ol><li>Fotolitografía: Con un patrón que describa la forma deseada de los canales de nanoaltura(Figura 1B),utilice procedimientos normales de fotolitografía y despegue para producir depresiones de nanoaltura en una oblea LN. Estas depresiones se convertirán en canales de nanoaltura al unirse a obleas en un paso posterior. NOTA: Las dimensiones laterales de las depresiones a nanoescala son microescala en este pr...

<ol>
	<li>Eijkel, J. C., Van Den Berg, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanofluidics:+what+is+it+and+what+can+we+expect+from+it?.">Nanofluidics: what is it and what can we expect from it?.</a> Microfluidics and Nanofluidics. 1 (3), 249-267 (2005).</li><li>Longhurst, M. J., Quirke, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temperature-driven+pumping+of+fluid+through+single-walled+carbon+nanotubes.">Temperature-driven pumping of fluid through single-walled carbon nanotubes.</a> Nano Letters. 7 (11), 3324-3328 (2007).</li><li>Wang, B., Kr&#225;l, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coulombic+dragging+of+molecules+on+surfaces+induced+by+separately+flowing+liquids.">Coulombic dragging of molecules on surfaces induced by separately flowing liquids.</a> Journal of the American Chemical Society. 128 (50), 15984-15985 (2006).</li><li>Insepov, Z., Wolf, D., Hassanein, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanopumping+using+carbon+nanotubes.">Nanopumping using carbon nanotubes.</a> Nano Letters. 6 (9), 1893-1895 (2006).</li><li>Gong, 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=A+charge-driven+molecular+water+pump.">A charge-driven molecular water pump.</a> Nature Nanotechnology. 2 (11), 709 (2007).</li><li>Joseph, S., Aluru, N. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pumping+of+confined+water+in+carbon+nanotubes+by+rotation-translation+coupling.">Pumping of confined water in carbon nanotubes by rotation-translation coupling.</a> Physical Review Letters. 101 (6), 064502 (2008).</li><li>Rinne, K. F., Gekle, S., Bonthuis, D. J., Netz, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoscale+pumping+of+water+by+AC+electric+fields.">Nanoscale pumping of water by AC electric fields.</a> Nano Letters. 12 (4), 1780-1783 (2012).</li><li>Eslamian, M., Saghir, M. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+thermophoretic+particle+separators:+numerical+analysis+and+simulation.">Novel thermophoretic particle separators: numerical analysis and simulation.</a> Applied Thermal Engineering. 59 (1-2), 527-534 (2013).</li><li>Miansari, M., Friend, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acoustic+Nanofluidics+via+Room-Temperature+Lithium+Niobate+Bonding:+A+Platform+for+Actuation+and+Manipulation+of+Nanoconfined+Fluids+and+Particles.">Acoustic Nanofluidics via Room-Temperature Lithium Niobate Bonding: A Platform for Actuation and Manipulation of Nanoconfined Fluids and Particles.</a> Advanced Functional Materials. 26 (43), 7861-7872 (2016).</li><li>Minzioni, 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=Roadmap+for+optofluidics.">Roadmap for optofluidics.</a> Journal of Optics. 19 (9), 093003 (2017).</li><li>Connacher, 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=Micro/nano+acoustofluidics:+materials,+phenomena,+design,+devices,+and+applications.">Micro/nano acoustofluidics: materials, phenomena, design, devices, and applications.</a> Lab on a Chip. 18 (14), 1952-1996 (2018).</li><li>Ren, Z., 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=Etching+characteristics+of+LiNbO3+in+reactive+ion+etching+and+inductively+coupled+plasma.">Etching characteristics of LiNbO3 in reactive ion etching and inductively coupled plasma.</a> Journal of Applied Physics. 103 (3), 034109 (2008).</li><li>Winnall, S., Winderbaum, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lithium+niobate+reactive+ion+etching.">Lithium niobate reactive ion etching.</a> Defence Science and Technology Organization. , (2000).</li><li>Hu, H., Ricken, R., Sohler, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Etching+of+lithium+niobate:+micro-and+nanometer+structures+for+integrated+optics.">Etching of lithium niobate: micro-and nanometer structures for integrated optics.</a> Topical Meeting Photorefractive Materials, Effects, and Devices-Control of Light and Matter, Bad Honnef. , (2009).</li><li>Jackel, J. L., Howard, R. E., Hu, E. L., Lyman, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reactive+ion+etching+of+LiNbO3.">Reactive ion etching of LiNbO3.</a> Applied Physics Letters. 38 (11), 907-909 (1981).</li><li>Smith, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Investigation of nanoscale etching and poling of lithium niobate. , (2014).</li><li>Tomita, Y., Sugimoto, M., Eda, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+bonding+of+LiNbO3+single+crystals+for+optical+waveguides.">Direct bonding of LiNbO3 single crystals for optical waveguides.</a> Applied Physics Letters. 66 (12), 1484-1485 (1995).</li><li>Howlader, M. M. R., Suga, T., Kim, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Room+temperature+bonding+of+silicon+and+lithium+niobate.">Room temperature bonding of silicon and lithium niobate.</a> Applied Physics Letters. 89 (3), 031914 (2006).</li><li>Chang, C. 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=A+parametric+study+of+ICP-RIE+etching+on+a+lithium+niobate+substrate.">A parametric study of ICP-RIE etching on a lithium niobate substrate.</a> 10th IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems. , 485-486 (2015).</li><li>Queste, S., 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=Deep+reactive+ion+etching+of+quartz,+lithium+niobate+and+lead+titanate.">Deep reactive ion etching of quartz, lithium niobate and lead titanate.</a> JNTE (Journ&#233;es Nationales sur les Technologies) Proceedings. , (2008).</li><li>Xu, J., Wang, C., Tian, Y., Wu, B., Wang, S., Zhang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glass-on-LiNbO3+heterostructure+formed+via+a+two-step+plasma+activated+low-temperature+direct+bonding+method.">Glass-on-LiNbO3 heterostructure formed via a two-step plasma activated low-temperature direct bonding method.</a> Applied Surface Science. 459, 621-629 (2018).</li><li>Tulli, D., Janner, D., Pruneri, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Room+temperature+direct+bonding+of+LiNbO3+crystal+layers+and+its+application+to+high-voltage+optical+sensing.">Room temperature direct bonding of LiNbO3 crystal layers and its application to high-voltage optical sensing.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 21 (8), 085025 (2011).</li><li>Sridhar, M., Maurya, D. K., Friend, J. R., Yeo, L. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Focused+ion+beam+milling+of+microchannels+in+lithium+niobate.">Focused ion beam milling of microchannels in lithium niobate.</a> Biomicrofluidics. 6 (012819), (2012).</li></ol>

La unión a temperatura ambiente es clave para fabricar dispositivos nanosiluminados integrados en SAW. Es necesario tener en cuenta cinco aspectos para garantizar un éxito de unión y una resistencia suficiente a la unión.
Tiempo y potencia para la activación de la superficie de plasma Aumentar la potencia del plasma ayudará a aumentar la energía de la superficie y, en consecuencia, aumentar la fuerza de unión. Pero la desventaja de aumentar la potencia durante la ac...

El transporte de fluidos a nanoescala controlable ennanocanales —nanofluídicos1—se produce en las mismas escalas de longitud que la mayoría de las macromoléculas biológicas, y es prometedor para el análisis biológico y la identificación, el diagnóstico médico y el procesamiento de materiales. Se han desarrollado diversos diseños y simulaciones en nanofluidos para manipular fluidos y suspensiones de partículas basadas en gradientes de temperatura2, Coulomb arrastrando3, ondas superficiales4, campos eléctricos estáticos5,6,7y termoforesis8 en los últimos quince años. Recientemente, SAW ha demostrado9 para producir bombeo de fluidos a nanoescala y drenaje con suficiente presión acústica para superar el dominio de la superficie y las fuerzas viscosas que de otra manera impiden el transporte eficaz de fluidos en nanocanales. El principal beneficio de la transmisión acústica es su capacidad para impulsar el flujo útil en nanoestructuras sin preocuparse por los detalles de la química de la suspensión de fluidos o partículas, haciendo que los dispositivos que utilizan esta técnica sean inmediatamente útiles en el análisis biológico, la detección y otras aplicaciones fisicoquímicas.
La fabricación de dispositivos nanofluídicos integrados en SAW requiere la fabricación de los electrodos, el transductor interdigital (IDT), sobre un sustrato piezoeléctrico, niobato de litio10,para facilitar la generación del SAW. El grabado de iones reactivos (RIE) se utiliza para formar una depresión a nanoescala en una pieza LN separada, y la unión LN-LN de las dos piezas produce un nanocanal útil. El proceso de fabricación de dispositivos SAW se ha presentado en muchas publicaciones, ya sea utilizando fotolitografía ultravioleta normal o de despegue junto con el sputter metálico o la deposición de evaporación11. Para que el proceso lN RIE se grabara un canal de forma específica, se han investigado los efectos sobre la velocidad de etch y la rugosidad de la superficie final del canal de elegir diferentes orientaciones LN, materiales de máscara, flujo de gas y potencia de plasma12,13,14,15,16. La activación de la superficie de plasma se ha utilizado para aumentar significativamente la energía superficial y, por lo tanto, mejorar la resistencia de la unión en óxidos como LN17,18,19,20. También es posible unir heterogéneamente LN con otros óxidos, como SiO2 (vidrio) a través de un método de unión activado por plasma de dos pasos21. La unión LN-LN a temperatura ambiente, en particular, se ha investigado utilizando diferentes tratamientos de limpieza y activación superficial22.
Aquí, describimos en detalle el proceso para fabricar nanocanales de altura de 100 nm integrados en SAW de 40 MHz, a menudo llamados canales nanosluz (Figura 1A). El llenado capilar de fluido eficaz y el drenaje de fluidos mediante accionamiento SAW demuestran la validez tanto de la fabricación nanoslit como del rendimiento de SAW en un canal de tan nanoescala. Nuestro enfoque ofrece un sistema nano-acoustofluic que permite la investigación de una variedad de problemas físicos y aplicaciones biológicas.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Absorber</td>
			<td>Dragon Skin, Smooth-On, Inc., Macungie, PA, USA</td>
			<td>Dragon Skin 10 MEDIUM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amplifier</td>
			<td>Mini-Circuits, Brooklyn, NY, USA</td>
			<td>ZHL&#8211;1&#8211;2W&#8211;S+</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Camera</td>
			<td>Nikon, Minato, Tokyo, Japan</td>
			<td>D5300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Developer</td>
			<td>Futurrex, NJ, USA</td>
			<td>RD6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diamond tip engraving pen</td>
			<td>Malco, Memphis, TN, USA</td>
			<td>Malco A50 USA Made Carbide Tipped Scribe</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dicing saw</td>
			<td>Disco, Tokyo, Japan</td>
			<td>Disco Automatic Dicing Saw 3220</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating oven</td>
			<td>Carbolite, Hope Valley, UK</td>
			<td>HTCR 6/28</td>
			<td>High Temperature Clean Room Oven - HTCR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hole driller</td>
			<td>Dremel, Mount Prospect, Illinois</td>
			<td>Model #4000</td>
			<td>4000 High Performance Variable Speed Rotary</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inverted microscope</td>
			<td>Amscope, Irvine, CA, USA</td>
			<td>IN480TC-FL-MF603</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lithium niobate substrate</td>
			<td>PMOptics, Burlington, MA, USA</td>
			<td>PWLN-431232</td>
			<td>4&#34; double-side polished 0.5 mm thick 128&#176; Y-rotated cut lithium niobate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mask aligner</td>
			<td>Heidelberg Instruments, Heidelberg, Germany</td>
			<td>MLA150</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nano3 cleanroom facility</td>
			<td>UCSD, La Jolla, CA, USA</td>
			<td></td>
			<td>Fabrication process is performed in it.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Negative photoresist</td>
			<td>Futurrex, NJ, USA</td>
			<td>NR9-1500PY</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oscilloscope</td>
			<td>Keysight Technologies, Santa Rosa, CA, USA</td>
			<td>InfiniiVision 2000 X-Series</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plasma surface activation</td>
			<td>PVA TePla, Corona, CA, USA</td>
			<td>PS100</td>
			<td>Tepla Asher</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polarizer sheet</td>
			<td>Edmund Optics, Barrington, NJ, USA</td>
			<td>#86-182</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RIE etcher</td>
			<td>Oxford Instruments, Abingdon, UK</td>
			<td>Plasmalab 100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Signal generator</td>
			<td>NF Corporation, Yokohama, Japan</td>
			<td>WF1967 multifunction generator</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sputter deposition</td>
			<td>Denton Vacuum, NJ, USA</td>
			<td>Denton 18</td>
			<td>Denton Discovery 18 Sputter System</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Teflon wafer dipper</td>
			<td>ShapeMaster, Ogden, IL, USA</td>
			<td>SM4WD1</td>
			<td>Wafer Dipper 4&#34;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of nanoheight channels incorporating surface acoustic wave actuation via lithium niobate for acoustic nanofluidics

Se sabe que la manipulación controlada a nanoescala de fluidos es excepcionalmente difícil debido al dominio de las fuerzas superficiales y viscosas. Los dispositivos de onda acústica superficial (SAW) de orden Megahertz generan una tremenda aceleración en su superficie, hasta 108 m/s2, a su vez responsables de muchos de los efectos observados que han llegado a definir acoustofluics: transmisión acústica y fuerzas de radiación acústica. Estos efectos se han utilizado para la manipulación de partículas, células y fluidos a microescala, aunque más recientemente SAW se ha utilizado para producir fenómenos similares a escala nanométrica a través de un conjunto completamente diferente de mecanismos. La manipulación de fluidos a nanoescala controlable ofrece una amplia gama de oportunidades en el bombeo de fluidos ultrarrápidos y la dinámica de biomacromoléculas útiles para aplicaciones físicas y biológicas. Aquí, demostramos la fabricación de canales de nanoescala de altura a través de la unión de niobato de litio (LN) a temperatura ambiente integrada con un dispositivo SAW. Describimos todo el proceso experimental, incluida la fabricación de canales de nanoaltura a través de grabado en seco, unión activada por plasma en niobato de litio, la configuración óptica adecuada para imágenes posteriores y el accionamiento SAW. Mostramos resultados representativos para el llenado capilar de fluidos y el drenaje de fluidos en un canal a nanoescala inducido por SAW. Este procedimiento ofrece un protocolo práctico para la fabricación e integración de canales a nanoescala con dispositivos SAW útiles para aprovechar para futuras aplicaciones de nanofluídicos.

Realizamos el archivo capilar de fluidos y el drenaje de fluidos inducido por SAW en hendiduras LN de nanoaltura después de la fabricación y unión exitosas de dispositivos nanofluídicos integrados SAW. Las ondas acústicas superficiales son generadas por IDT accionados por una señal sinusoidal amplificada a la frecuencia de resonancia de los IDT de 40 MHz, y la SAW se propaga a la nanoslit a través de un sustrato de LN piezoeléctrico. El comportamiento del fluido en la nanoslit que interactúa con SAW se puede obs...

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Nanoheight Channels Incorporating Surface Acoustic Wave Actuation via Lithium Niobate for Acoustic Nanofluidics at JoVE.com

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

Demostramos la fabricación de canales de nanoaltura con la integración de dispositivos de accionamiento de ondas acústicas superficiales sobre niobato de litio para nanofluídicos acústicos a través de fotolitografía de despegue, grabado de iones reactivos de nanoprofundidad y plasma a temperatura ambiente la unión multicapa activada por superficie de niobato de litio de un solo cristal, un proceso igualmente útil para unir el niobato de litio a los óxidos.

Fabricación de canales de nanoaltura que incorporan la actuación de onda acústica superficial a través de niobato de litio para nanofluídicos acústicos

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

Nuestro protocolo proporciona un método de fabricación detallado de canales de nano-altura que incorporan accionamiento de onda acústica superficial a través de niobato de litio para nanofluídicos acústicos. Esta técnica se puede utilizar para realizar la unión multicapa activada por superficie plasmática a temperatura ambiente de niobato de litio de cristal único, un proceso igualmente útil para la unión de niobato de litio o dióxido de silicio y otros óxidos. Los residuos y partículas deben eliminarse durante los procesos de limpieza y plasma activado para evitar fallos de unión en la formación de canales de nanoaltura.La demostración visual de este método puede capturar todo el proceso de fabricación en detalle, lo que resulta en una presentación clara del protocolo para otros investigadores. Para preparar una máscara de canal de nano-altura, coloque una oblea inscrita con un patrón diseñado para ser una fotolitografía normal en los procedimientos de despegue en un sistema de deposición de pulverización y dibuje el vacío de la cámara a cinco veces 10 hasta el seis mililitor negativo. Permita que el argón fluya a 2,5 mililitror y sputter cromo a 200 vatios para producir una máscara de sacrificio de 400 nanómetros de espesor en 18 minutos.Al final de la deposición, sumerja completamente la oblea en un vaso de acetona y sonice la oblea a intensidad media durante 10 minutos. Al final de la sonicación, enjuague la oblea con agua desionizada y seque la oblea con flujo de nitrógeno seco. A continuación, utilice una sierra de dicing para dividir la oblea en chips individuales con un patrón de nano-slit por chip.Para fabricar el canal de nano-altura, coloque la oblea en una cámara de grabado de iones reactivos. Establezca los parámetros de la cámara como se indica para producir una nano-hendidura de 120 nanómetros de profundidad en el niobato de litio. Para taladrar las entradas y salidas del canal, utilice cinta adhesiva de doble cara para fijar una pequeña placa de acero a la parte inferior de una placa Petri y el chip grabado a la placa.Llene el plato con agua para sumergir completamente el chip y coloque una broca de diamante de 0,5 milímetros de diámetro en una prensa de perforación. A continuación, taladre a una velocidad de al menos 10.000 rotaciones por minuto para mecanizar las entradas y salidas deseadas. Para el grabado en húmedo de cromo, utilice una pluma de grabado de punta de diamante para marcar claramente la superficie plana sin enganche del niobato de litio perforado para realizar un seguimiento de qué lado se encuentra el canal de nano-altura y sonicar las virutas en cromo etchant.Para la limpieza con disolvente de las virutas, coloque pares de virutas que consistan en un dispositivo de onda acústica superficial y un chip de depresión a nanoescala grabado y sumerja los pares en un vaso de acetona colocado con un baño de sonicación. Después de dos minutos de sonicación en acetona, sonicar las virutas en metanol durante un minuto. Al final de la sonicación de metanol, enjuague las virutas en agua desionizada.A continuación, agregue peróxido de hidrógeno al ácido sulfúrico en una proporción de uno a tres en una capucha bien ventilada y coloque todas las virutas en un soporte de teflón. Coloque cuidadosamente el soporte en el vaso de ácido piraña durante 10 minutos antes de enjuagar las virutas y el soporte en dos baños de agua desionizados secuenciales. Después del segundo enjuague, seque las virutas con flujo de nitrógeno seco e coloque inmediatamente las muestras en el equipo de activación de plasma de oxígeno manteniéndolas cubiertas durante la manipulación para evitar la contaminación.Usando 120 vatios de potencia mientras expone las virutas al flujo de oxígeno a 120 centímetros cúbicos estándar durante 150 segundos, active las superficies de la viruta con el plasma. Al final de la activación, sumerja inmediatamente las muestras en un baño de agua desionizada fresca durante al menos dos minutos. Después de secar las virutas con flujo de nitrógeno seco, coloque cuidadosamente el chip de nano-slit en el chip del dispositivo de onda acústica de superficie en la posición deseada con las virutas alineadas en la orientación adecuada.Luego use pinzas o similares para presionar hacia abajo sobre la muestra desde su centro para iniciar la unión, aplicando una presión suave a las áreas que no se unieron después de la depresión inicial. A continuación, coloque las muestras unidas en una abrazadera para ejercer cargas de forma segura a pesar de la expansión térmica y coloque las muestras sujetas en un horno de temperatura ambiente. A continuación, ajuste la temperatura del horno a 300 grados centígrados con una velocidad de rampa de dos grados Centígrados por minuto como máximo con un tiempo de permanencia de dos horas antes del apagado automático.Para observar el movimiento del fluido en la nano-rendija completa, coloque el chip de nano-slit bajo un microscopio invertido y gire el chip a través de un filtro polarizador lineal en la trayectoria óptica para bloquear adecuadamente la duplicación de imagen basada en birefringencia en el niobato de litio. A continuación, agregue agua desionizada ultrapura a la entrada e imagine la progresión del fluido. Para el accionamiento de ondas acústicas superficiales, conecte los absorbedores a los extremos del dispositivo de onda acústica superficial para evitar ondas acústicas reflejadas y establezca la frecuencia de resonancia en un generador de señal en alrededor de 40 megahercios.Utilice un amplificador para amplificar la señal y utilice un osciloscopio para medir el voltaje real, la corriente y la potencia aplicadas al dispositivo. A continuación, aplique un campo eléctrico sinusoidal al transductor interdigital y registre el movimiento del fluido durante la actuación dentro de la nano-slit. En estas imágenes, se muestra el llenado capilar de agua desionizada ultrapura en un canal de 100 nanómetros de 400 micrómetros de ancho y un canal de 100 nanómetros de 40 micrómetros de ancho.Las fuerzas capilares extraen el llenado de fluidos de toda la nano-slit con una gota de agua ultrapura entregada a través de la entrada y el llenado se produjo más rápidamente dentro del canal más estrecho debido a su mayor fuerza capilar. En este experimento, se drenó agua en una ranura de altura de 100 nanómetros para mostrar una interfaz agua-aire con la longitud máxima en el medio que indica una energía acústica máxima en el centro del dispositivo de onda acústica de la superficie. Se requiere una potencia aplicada de umbral de alrededor de un vatio para forzar que la presión acústica sea mayor que la presión capilar para impulsar un fenómeno de drenaje visible.La mayoría de los procesos de fabricación deben llevarse a cabo en una sala limpia para evitar la contaminación por partículas a microescala y el líquido utilizado para el llenado debe ser ultrapuro para evitar la obstrucción de la nano-slit. Nuestro enfoque ofrece un sistema de fluidos nanoacústicos para la investigación de una variedad de problemas físicos y aplicaciones biológicas a nanoescala.

Research

JoVE Journal

Engineering

Synthesis of Phase-shift Nanoemulsions with Narrow Size Distributions for Acoustic Droplet Vaporization and Bubble-enhanced Ultrasound-mediated Ablation

Síntesis de nanoemulsiones de cambio de fase con distribuciones de tamaño estrechas para la vaporización Droplet acústica y Bubble mejorada ablación por ultrasonidos mediada

High-intensity  focused ultrasound (HIFU) is used clinically to thermally ablate tumors. To  enhance localized heating and improve thermal ablation in ...

Investigación

Ingeniería

Solid-state Graft Copolymer Electrolytes for Lithium Battery Applications

Los electrolitos copolímero de injerto de estado sólido para aplicaciones de batería de litio

Battery safety has been a very important research area over the past decade. Commercially available lithium ion batteries employ low flash point (&lt;80 ...

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

Fabricación, operación y visualización del flujo en la superficie-acústico de ondas impulsadas Microfluídica Acústica contraflujo

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 Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Fabricación De Cavidades Uniformes A Nanoescala A Través De La Unión Directa De Obleas De Silicio

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

Patrones través ópticos saturable Transiciones - Fabricación y Caracterización

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

Characterization of Full Set Material Constants and Their Temperature Dependence for Piezoelectric Materials Using Resonant Ultrasound Spectroscopy

Caracterización del conjunto completo constantes del material y su dependencia de la temperatura de los materiales piezoeléctricos El uso de ultrasonido Espectroscopía de Resonancia

During the operation of high power electromechanical devices, a temperature rise is unavoidable due to mechanical and electrical losses, causing the ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Investigación capa de emisión espectroscópica de límites durante el ablativo de Ensayo de Materiales en Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Free-form Light Actuators &#8212; Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

Free-form Light Actuators ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã¢â‚¬Â Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

De forma libre actuadores de luz - Fabricación y Control de la Actuación en la escala microscópica

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are smart materials capable of reversible shape-change in response to external stimuli, and have attracted ...

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

Fabricación y funcionamiento de los dispositivos de apoyo a granel Acoustofluidic ondas acústicas pie para Sheathless Centrándose de partículas

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

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

Ion enfocado viga fabricación de Nanobatteries LiPON basado en estado sólido-ion de litio para la prueba In Situ

Solid-state electrolytes are a promising replacement for current organic liquid electrolytes, enabling higher energy densities and improved safety of ...