一种利用薄膜表面声波快速可控的声热微热器

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:05
文章英文标题
A rapid and controllable acoustothermal microheater using thin film surface acoustic waves
正文
微反应器内的温度控制对于生化和生物医学应用至关重要。最近,利用体相LiNbO3基片制作的声表面波( SAW )器件进行声热加热的研究得到了证明。但是,这些一般比较脆弱,难以集成到单片实验室中。本文提出了一种采用AlN / Si薄膜SAWs的快速可控声热微热器。研究了器件的声热加热特性,并优于其他类型的薄膜SAW器件(如ZnO / Al和ZnO / Si ),表征了AlN / Si SAW器件对聚二甲基硅氧烷( PDMS )微腔内绝缘液滴和液体的动态加热过程。结果表明,对于绝缘体液滴加热,由于液滴变形和振动较大,在高射频功率下温度不稳定;而对于微腔内液体,可以通过输入功率精确控制温度,具有良好的稳定性和重复性。此外,与行波声表面波相比,驻波加热的温度均匀性得到了改善。我们的工作表明,AlN / Si薄膜SAWs在加速生化反应、DNA扩增等微流控加热方面具有很大的应用潜力。
文章内容(英文)
Temperature control within a microreactor is critical for biochemical and biomedical applications. Recently acoustothermal heating using surface acoustic wave (SAW) devices made of bulk LiNbO 3 substrates have been demonstrated. However, these are generally fragile and difficult to be integrated into a single lab-on-a-chip. In this paper, we propose a rapid and controllable acoustothermal microheater using AlN/Si thin film SAWs. The device’s acoustothermal heating characteristics have been investigated and are superior to other types of thin film SAW devices (e.g., ZnO/Al and ZnO/Si). The dynamic heating processes of the AlN/Si SAW device for both the sessile droplet and liquid within a polydimethylsiloxane (PDMS) microchamber were characterized. Results show that for the sessile droplet heating, the temperature at a high RF power is unstable due to significant droplet deformation and vibration, whereas for the liquid within the microchamber, the temperature can be precisely controlled by the input power with good stability and repeatability. In addition, an improved temperature uniformity using the standing SAW heating was demonstrated as compared to that of the travelling SAWs. Our work shows that the AlN/Si thin film SAWs have a great potential for applications in microfluidic heating such as accelerating biochemical reactions and DNA amplification.
来源出处
Journal|[J]Sensors and Actuators A: PhysicalVolume 318, 2021.
DOI
https://doi.org/10.1016/J.SNA.2020.112508

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