У статті представлено результати чисельного моделювання та експериментального прототипування акустофлюїдної мікроканальної системи для розділення зважених у рідині мікрочастинок. На основі побудованої двовимірної моделі досліджено вплив геометричних і фізичних параметрів пристрою на формування акустичного поля в мікроканалі та ефективність процесу розділення частинок різних типів. Особливу увагу приділено конфігурації зустрічно-штирьових перетворювачів (ЗШП), ширині каналу, товщині п’єзоелектричної підкладки та відстані ЗШП від каналу. На основі результатів моделювання виготовлено прототип структури типу Lab-on-Chip із використанням кремнієвої підкладки, пластини з ніобату літію та срібної пасти для формування електродів ЗШП методом трафаретного друку. Запропоновано технологію склеювання елементів за допомогою двостороннього скотчу з метою забезпечення герметичності мікроканалів. Результати демонструють перспективність запропонованого підходу для створення компактних акустофлюїдних систем, придатних до застосування в біомедичних, екологічних та аналітичних дослідженнях.
[1] Fan Y., Wang X., Ren J., Lin F., Wu J. Recent advances in acoustofluidic separation technology in biology (2022) // Microsystems & Nanoengineering, September 2022, https://doi.org/10.1038/s41378-022-00435-6
[2] A. Ebrahimi, K. Icoz, R. Didarian, C.-H. Shih, E. A. Tarim, B. Nasseri, A. Akpek, B. Cecen, A. Bal-Ozturk, K. Güleç, Y.-C. E. Li, S. Shih, B. Sirma Tarim, H. C. Tekin, E. Alarçin, M. Tayybi-Azar, H. Ghorbanpoor, C. Özel, A. Eker Sarıboyacı, F. Dogan Guzel, N. Bassous, S. R. Shin, H. Avci, Molecular Separation by Using Active and Passive Microfluidic chip Designs: A Comprehensive Review. Adv. Mater. Interfaces 2024, 11, 2300492. https://doi.org/10.1002/admi.202300492
[3] Wu, M., Ozcelik, A., Rufo, J. et al. Acoustofluidic separation of cells and particles. Microsyst Nanoeng 5, 32 (2019). https://doi.org/10.1038/s41378-019-0064-3
[4] Hao N, Liu P, Bachman H, Pei Z, Zhang P, Rufo J, Wang Z, Zhao S, Huang TJ (2020) Acoustofluidics-assisted engineering of multifunctional three-dimensional zinc oxide nanoarrays. ACS Nano 14:6150–6163
[5] Li P, Huang TJ (2018) Applications of acoustofluidics in bioanalytical chemistry. Anal Chem 91:757–767
[6] Nasiri R, Shamloo A, Ahadian S, Amirifar L, Akbari J, Goudie MJ, Lee K, Ashammakhi N, Dokmeci MR, Di Carlo D (2020) Microfluidic-based approaches in targeted cell/particle separation based on physical properties: fundamentals and applications. Small 16:2000171
[7] Akiyama Y, Egawa T, Koyano K, Moriwaki H (2020) Acoustic focusing of microplastics in microchannels: a promising continuous collection approach. Sensors Actuators B Chem 304:127328
[8] Xie Y, Rufo J, Zhong R, Rich J, Li P, Leong KW, Huang TJ (2020) Microfluidic isolation and enrichment of nanoparticles. ACS Nano 14:16220–16240
[9] Chen X, Miller A, Cao S, Gan Y, Zhang J, He Q, Wang R-Q, Yong X, Qin P, Lapizco-Encinas BH (2020) Rapid escherichia coli trapping and retrieval from bodily fluids via a three-dimensional bead-stacked nanodevice. ACS Appl Mater Interfaces 12:7888–7896
[10] Wang H., Yuan F., Xie Z., Sun C., Wu F., Mikhaylov R., Shen M., Yang J., Zhou Y., Liang D., Sun X., Wu Z., Yang Z., Yang X., Modelling hybrid acoustofluidic devices for enhancing Nano- and Micro-Particle manipulation in microfluidics, Applied Acoustics, Volume 205, 109258, ISSN 0003-682X, https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2023.109258.
[11] Nesmith A.P., Agarwal A., McCaina M.L. and Parker K.K. Human airway musculature on a chip: an in vitro model of allergic asthmatic bronchoconstriction and bronchodilation, Lab Chip, 2014, 14, 3925-3936, https://doi.org/10.1039/C4LC00688G
[12] T. Klymkovych, N. Bokla, O. Matviykiv, V. Stakhiv and M. Melnyk, "Numerical Simulation and Analysis of the Acoustic Standing Wave Field Stability in Acoustofluidic Microchannel," 2022 IEEE XVIII International Conference on the Perspective Technologies and Methods in MEMS Design (MEMSTECH), Polyana (Zakarpattya), Ukraine, 2022, pp. 57-60, https://doi.org/10.1109/MEMSTECH55132.2022.10002931