Microfluidic structures for acoustofluidics separation of particles
Struktury mikroprzepływowe do akustofluidycznej separacji cząstek
Project type: Research and development
Keywords: fala akustyczna akustofluidyka obróbka laserowa mikroprzepływy
Keywords (english): surface acoustic wave acoustofluidics laser micromachining microfluidics
Consortium members: Project was not implemented as part of a consortium
Project implementation period: 10/12/2024 - 10/01/2026
Funding institution: Narodowe Centrum Nauki
Program name: MINIATURA
Project manager: Nataliia Bokla
Funding value: 30 800,00 PLN
Total project value: 30 800,00 PLN
Celem proponowanego działania naukowego finansowanego w ramach projektu Miniatura jest praktyczna weryfikacja idei akustofluidycznej separacji cząstek zawieszonych w cieczy poprzez wykonanie i charakteryzację dedykowanej struktury mikrokanałowej. W ramach dotychczas realizowanych prac badawczych struktura taka została zamodelowana, a opracowany model wykazał duży potencjał aplikacyjny w procesach separacji cząstek zawieszonych w cieczach. Rozważana struktura mikrokanałowa realizowana będzie na podłożach krzemowych, w których kanały wykonane techniką obróbki laserowej lub trawienia zostaną zamknięte pokrywą wykonaną z materiału piezoelektrycznego - niobianu litu (LiNbO3) wyposażoną w dwie elektrody pełniące funkcję przetworników międzypalczastych (IDT - Interdigital Transducer). Zakup podłoży krzemowych oraz podłoży niobanu litu finansowany będzie ze środków projektu Miniatura. Realizacja procesu wytwarzania struktury akustofluidycznej odbywać się będzie w oparciu o zaplecze laboratoryjne Katedry Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych Politechniki Łódzkiej. Spośród szerokiego spektrum dostępnej aparatury technologicznej i pomiarowej, w szczególności wykorzystywane będą urządzenia znajdujące się w pomieszczeniach typu cleanroom: stanowisko do obróbki laserowej RAYLASE SS-II-15[Y], sitodrukarka AUREL C920, stanowisko do trawienia suchego Diener Micro, dygestorium do prowadzenia procesów trawienia mokrego, zestaw do badań mikrofluidycznych Micronit obejmujący dwie pompy strzykawkowe NE-300, uchwyt struktur Fluidic Connect Pro oraz zestaw akcesoriów do transportu cieczy, a także programowalny generator częstotliwości akustycznych firmy Keithely. Ponieważ ważną cechą struktur akustofluidycznych warunkującą ich powszechne zastosowanie powinna pozostawać prostota technologii ich wytwarzania, planowane jest wykonywanie IDT na płytkach LiNbO3 metodą sitodruku przy użyciu pasty srebrowej. Wymaga to zakupu sit wykonanych zgodnie z projektem struktury opracowanym w ramach zrealizowanych symulacji numerycznych, pasty srebrowej i niezbędnych odczynników chemicznych. Przewidziano wykonanie kilku wariantów kształtu i rozmiaru IDT, co pozwoli na wykonanie kilku prototypów struktury i zbadanie wpływu różnych IDT na separację cząstek zawieszonych w cieczy. Ważnym problemem pozostaje opracowanie technologii połączenia podłoża krzemowego z płytką LiNbO3. Należy zadbać o to, aby substancja łącząca nie dostała się do kanału, co doprowadziłoby do jego lokalnego zwężenia lub całkowitego zamknięcia przepływu cieczy. Jednocześnie konieczne jest, aby połączenie było wodoodporne, ponieważ woda będzie wprowadzana do kanału pod ciśnieniem, a zastosowana substancja łącząca nie powinna tłumić fal akustycznych w podłożu piezoelektrycznym. Dla tego w celu doskonalenia umiejętności badawczych w danej dziedzinie i rozwiązania problemów podczas realizacji projektu planowany wyjazd konsultacyjny z udziałem w konferencji naukowej lub odwiedzinami w laboratoriach badawczych. Wyjazd również pozwoli na zyskanie informacji o możliwościach finansowania badań naukowych w Polsce i za granicą, budowanie sieci współpracy naukowej, która może być pomocna w przyszłych projektach badawczych oraz przygotowania publikacji naukowych. Planowane jest zbadanie skuteczności łączenia elementów z zastosowaniem alternatywnych technologii łączenia. Dodatkowo, realizacja charakteryzacji procesów separacji przy użyciu wykonanych struktur prototypowych wymagać będzie zakupu mikrocząstek, które różnić się będą rozmiarem ziarna i gęstością. Realizacja projektu pozwoli na opracowanie technologii wytwarzania prototypowych struktur mikrofluidycznych, wykonanie struktur testowych różniących się kształtem elektrod IDT oraz przeprowadzenie weryfikacji funkcjonalnej wykonanych struktur w procesach akustofluidycznej separacji mikrocząstek zawieszonych w cieczach.
The proposed research aims to experimentally validate the concept of acoustofluidic separation of suspended particles in liquids by designing and characterizing a dedicated microchannel structure. Previous research has involved numerical modeling of the structure, demonstrating its potential for particle separation applications. The proposed microchannel structure will be fabricated on silicon substrates, with the channels formed using laser processing or etching techniques. The channels will be sealed by a cover made of the piezoelectric material lithium niobate (LiNbO3) equipped with two electrodes serving as interdigital transducers (IDTs). The silicon and lithium niobate substrates will be purchased using Miniatura project funds.
Go back