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May 16, 2023

Sacrifício simples

Microsistemas e Nanoengenharia volume 8, Artigo número: 75 (2022) Citar este artigo 1527 Acessos 2 Citações Métricas detalhes O ultrassom focalizado (FUS) é uma ferramenta poderosa amplamente utilizada em biomedicina

Microssistemas e Nanoengenharia volume 8, Número do artigo: 75 (2022) Citar este artigo

1527 Acessos

2 citações

Detalhes das métricas

O ultrassom focalizado (FUS) é uma ferramenta poderosa amplamente utilizada em terapia biomédica e imagens, bem como em sensores e atuadores. Técnicas de foco convencionais baseadas em superfícies curvas, estruturas de metamateriais e matrizes em fases multielementares apresentam dificuldades na fabricação massivamente paralela com alta precisão ou requerem sistemas eletrônicos de acionamento complexos para operar. Essas dificuldades foram abordadas por transdutores acústicos autofocados microfabricados (SFATs) com lentes acústicas Fresnel de cavidade de ar de parileno (ACFALs), que exigem uma etapa demorada na remoção da camada sacrificial. Este artigo apresenta três tipos novos e aprimorados de ACFALs baseados em polidimetilsiloxano (PDMS), uma bicamada SU-8/PDMS e SU-8, que são fabricados através de processos simples de microfabricação sem camada de sacrifício que são duas a quatro vezes mais rápidos do que isso para os Parileno ACFALs. Além disso, ao estudar o efeito da espessura da lente na transmitância acústica através da lente, o desempenho dos transdutores foi otimizado com técnicas aprimoradas de controle de espessura desenvolvidas para PDMS e SU-8. Como resultado, a eficiência de transferência de potência medida (PTE) e a pressão acústica de pico de saída são até 2,0 e 1,8 vezes maiores do que as dos Parylene ACFALs, respectivamente. As técnicas simples de microfabricação descritas neste artigo são úteis para a fabricação não apenas de ACFALs de alto desempenho, mas também de outros dispositivos miniaturizados com estruturas ocas ou suspensas para aplicações microfluídicas e ópticas.

O ultrassom focalizado (FUS) tem sido usado em uma ampla gama de aplicações, incluindo ablação de tumores1, neuromodulação transcraniana2, administração de medicamentos3, captura sem contato4, ejeção acústica de gotículas5, transferência de energia sem fio6 e testes não destrutivos7. Com energia acústica focada em um volume pequeno, o FUS apresenta melhor desempenho do que seu equivalente não focado em aplicações onde alta intensidade ou resolução espacial fina são desejáveis8,9,10.

Para focar efetivamente o ultrassom, as ondas acústicas geradas a partir de uma fonte sonora vibrante precisam ser projetadas para chegar a um ponto focal em fase. Uma maneira simples de conseguir isso é criar uma superfície curva do transdutor11,12 ou anexar uma lente acústica curva a um transdutor plano5,13. No entanto, tais superfícies são geralmente fabricadas através de técnicas de macrousinagem, incluindo fresagem e prensagem térmica, cuja precisão limitada pode levar a defeitos de fabricação, incluindo rugosidade superficial e erros de curvatura. Alternativamente, as ondas acústicas poderiam ser focadas programando o atraso do sinal de acionamento aplicado em cada elemento transdutor em um phased array . Através desta abordagem, a posição focal e a direção do feixe acústico podem ser controladas de forma precisa e dinâmica. No entanto, os sistemas phased array são normalmente volumosos e caros, com componentes eletrônicos de acionamento complicados e muitas conexões elétricas aos elementos transdutores. Uma terceira maneira de realizar o foco acústico é construir lentes acústicas baseadas em metamateriais que podem exibir propriedades extraordinárias, como ampla largura de banda16 ou alta transmissão17. No entanto, devido às suas estruturas complexas, a fabricação destas lentes é muito desafiadora.

Um método simples e eficaz para focar o ultrassom é utilizar uma placa de zona acústica de Fresnel fina e plana18 que ocupa pouco espaço e pode ser microfabricada com alta precisão de maneira massivamente paralela. Uma implementação simples deste projeto é padronizar os eletrodos superior e inferior, imprensando um substrato piezoelétrico em padrões de anéis de Fresnel através de gravação úmida, de modo que apenas ondas acústicas que contribuam para a interferência construtiva sejam geradas nas regiões do anel de eletrodo. No entanto, este tipo de transdutor sofre de campos elétricos de franja, que produzem modos de vibração sem espessura, geração de calor devido à grande resistência em série dos eletrodos e tolerância apertada de alinhamento frontal-traseiro durante a fabricação. Uma abordagem diferente é criar lentes acústicas Fresnel de dupla camada22 ou multicamadas23 microfabricadas por meio de ataque úmido ou ataque com íons reativos (RIE) e ligá-las a substratos piezoelétricos. No entanto, estas lentes requerem um controlo crítico da espessura da camada para garantir uma boa focagem e são demoradas para fabricar, uma vez que estão envolvidas múltiplas camadas.