利用驻定声表面波对微微光阱和释放的热考虑。

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 15:49
文章英文标题
Thermal considerations for microswimmer trap-and-release using standing surface acoustic waves.
正文
由于声约束的无标签和无接触性质,利用基片声波( SAWs,俗称表面声波)对细胞和微生物进行控制捕获已被证明在许多生物和生物医学应用中有用。然而,由于振动阻尼等系统损耗引起的过度加热,可能会损害SAW技术的生物相容性。在此,我们研究了聚二甲基硅氧烷( PDMS )基SAW和玻璃基SAW [在流体域中支持体声波( BAW ) ]器件在不同频率和外加电压下的热生物相容性。首先,我们利用红外热成像技术在PDMS和玻璃基器件的SAW换能器孔径内制作感兴趣区域( ROI )的热图。然后用移动性的莱茵衣藻藻细胞来测试这些装置的捕获性能和生物相容性。在较低的输入功率下,PDMS基SAW系统不能产生足够大的声诱集力来维持游动的莱茵衣藻细胞。在高输入功率下,这种器件的温度迅速上升,对细胞造成损伤(并可能造成杀伤)。另一方面,玻璃基SAW / BAW杂化体系不仅在低输入功率下能捕获游动的莱茵衣藻,而且在高输入功率下比PDMS基SAW具有更好的热生物相容性。因此,玻璃基SAW / BAW器件在生物相容的环境中产生了强大的声捕获力,为运动细胞和微生物的研究提供了一种安全捕获活性微扰的新方法。
文章内容(英文)
Controlled trapping of cells and microorganisms using substrate acoustic waves (SAWs; conventionally termed surface acoustic waves) has proven useful in numerous biological and biomedical applications owing to the label- and contact-free nature of acoustic confinement. However, excessive heating due to vibration damping and other system losses potentially compromises the biocompatibility of the SAW technique. Herein, we investigate the thermal biocompatibility of polydimethylsiloxane (PDMS)-based SAW and glass-based SAW [that supports a bulk acoustic wave (BAW) in the fluid domain] devices operating at different frequencies and applied voltages. First, we use infrared thermography to produce heat maps of regions of interest (ROI) within the aperture of the SAW transducers for PDMS- and glass-based devices. Motile Chlamydomonas reinhardtii algae cells are then used to test the trapping performance and biocompatibility of these devices. At low input power, the PDMS-based SAW system cannot generate a large enough acoustic trapping force to hold swimming C. reinhardtii cells. At high input power, the temperature of this device rises rapidly, damaging (and possibly killing) the cells. The glass-based SAW/BAW hybrid system, on the other hand, can not only trap swimming C. reinhardtii at low input power, but also exhibits better thermal biocompatibility than the PDMS-based SAW system at high input power. Thus, a glass-based SAW/BAW device creates strong acoustic trapping forces in a biocompatible environment, providing a new solution to safely trap active microswimmers for research involving motile cells and microorganisms.
来源出处
Journal|[J]Lab on a Chip2021.
DOI
https://doi.org/10.1039/D1LC00257K

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