Bildgebung von Schwingungen in akustofluidischen Bauelementen

Dieser Anwendungshinweis zeigt, wie das PICOSCALE Vibrometer von SmarAct die selektive Bildgebung von Schwingungen an internen Oberflächen akustofluidischer Bauelemente ermöglicht. Sein infrarot-konfokales Messprinzip erlaubt eine präzise Fokussierung durch transparente Materialien wie Glas, selbst bei vorhandener Flüssigkeit. Das System zeigt, wie unterschiedliche Kanaloberflächen unterschiedlich auf akustische Anregung reagieren – ein entscheidender Einblick für die Optimierung der Partikelmanipulation in mikrofluidischen Anwendungen.

Problem

Akustofluidische Bauelemente nutzen Ultraschallwellen, um Partikel in mikrofluidischen Kanälen zu manipulieren. Standard-Vibrometrieverfahren haben jedoch Schwierigkeiten, Schwingungen an einzelnen internen Oberflächen zu unterscheiden – insbesondere in Glas- oder flüssigkeitsgefüllten Systemen. Ohne oberflächenselektive Messung ist keine genaue Bewertung möglich.

Lösung

Das PICOSCALE Vibrometer, ausgestattet mit konfokaler Infrarotoptik, ermöglicht Schwingungsmessungen an spezifischen Oberflächen in transparenten mikrofluidischen Bauelementen – sowohl mit als auch ohne Flüssigkeit. Dies ermöglicht eine vollständige Modalanalyse kritischer Bereiche, die an der Partikelmanipulation beteiligt sind.

Umsetzung

• Ein mikrofluidischer Chip wurde gescannt, um Reflexionen von mehreren internen Oberflächen zu detektieren, wobei die Schichtpositionen über eine konfokale Fokussierkurve aufgelöst wurden.

• Die Oberflächen b und c wurden einzeln mit einem linearen Chirp (500 kHz–1 MHz) angeregt, und ihre Schwingungsspektren wurden aufgezeichnet.

• Die Modenbildgebung bei 820 kHz zeigte unterschiedliche Biegemoden für jede Oberfläche.

• Die Tests wurden nach dem Befüllen des Kanals mit Wasser wiederholt, wodurch Massenbelastungseffekte auf die Resonanzfrequenzen bestätigt wurden.

Ergebnisse

• Oberflächenselektive Messungen zeigten ausgeprägte Resonanzspitzen für jede Glasgrenzfläche.

• Tests mit gefüllter Flüssigkeit zeigten eine Verschiebung der Schwingungsspitzen nach unten um ~6 kHz und bestätigten damit den Effekt der zusätzlichen Masse.

• Das Verhalten des Bauelements variierte erheblich, je nachdem, welche Oberfläche und welches Medium analysiert wurde.

Fazit

Das PICOSCALE Vibrometer bietet einzigartige Oberflächenselektivität und Bandbreite im MHz-Bereich und ermöglicht damit eine fortschrittliche Schwingungsanalyse in akustofluidischen Bauelementen. Dadurch wird es zu einem leistungsstarken Werkzeug für die Optimierung der Partikelkontrolle in Lab-on-a-Chip-Systemen.