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Sep 27, 2023

Simple sacrificiel

Microsystems & Nanoengineering volume 8, Numéro d'article : 75 (2022) Citer cet article 1563 Accès 2 Citations Détails des métriques Les ultrasons focalisés (FUS) sont un outil puissant largement utilisé dans le domaine biomédical.

Microsystèmes & Nanoingénierie volume 8, Numéro d'article : 75 (2022) Citer cet article

1563 Accès

2 citations

Détails des métriques

Les ultrasons focalisés (FUS) sont un outil puissant largement utilisé en thérapie et imagerie biomédicales ainsi que dans les capteurs et actionneurs. Les techniques de focalisation conventionnelles basées sur des surfaces courbes, des structures métamatérielles et des réseaux multiéléments présentent des difficultés dans la fabrication massivement parallèle avec une haute précision ou nécessitent une électronique de commande complexe pour fonctionner. Ces difficultés ont été résolues par des transducteurs acoustiques microfabriqués à focalisation automatique (SFAT) dotés de lentilles acoustiques de Fresnel à cavité d'air en Parylène (ACFAL), qui nécessitent une étape longue pour retirer la couche sacrificielle. Cet article présente trois types nouveaux et améliorés d'ACFAL à base de polydiméthylsiloxane (PDMS), une bicouche SU-8/PDMS, et SU-8, qui sont fabriqués au moyen de simples processus de microfabrication sans couche sacrificielle qui sont deux à quatre fois plus rapides que celui pour les ACFAL Parylène. De plus, en étudiant l'effet de l'épaisseur de la lentille sur la transmission acoustique à travers la lentille, les performances des transducteurs ont été optimisées grâce à des techniques améliorées de contrôle de l'épaisseur développées pour le PDMS et le SU-8. En conséquence, l’efficacité de transfert de puissance (PTE) mesurée et la pression acoustique de sortie maximale sont respectivement jusqu’à 2,0 et 1,8 fois supérieures à celles des ACFAL Parylène. Les techniques simples de microfabrication décrites dans cet article sont utiles pour fabriquer non seulement des ACFAL hautes performances, mais également d’autres dispositifs miniaturisés dotés de structures creuses ou suspendues pour des applications microfluidiques et optiques.

Les ultrasons focalisés (FUS) ont été utilisés dans un large éventail d'applications, notamment l'ablation de tumeurs1, la neuromodulation transcrânienne2, l'administration de médicaments3, le piégeage sans contact4, l'éjection de gouttelettes acoustiques5, le transfert de puissance sans fil6 et les tests non destructifs7. Avec une énergie acoustique concentrée sur un petit volume, le FUS présente de meilleures performances que son homologue non focalisé dans les applications où une intensité élevée ou une résolution spatiale fine est souhaitable8,9,10.

Pour focaliser efficacement les ultrasons, les ondes acoustiques générées par une source sonore vibrante doivent être conçues pour arriver à un point focal en phase. Un moyen simple d'y parvenir consiste à créer une surface de transducteur incurvée11,12 ou à fixer une lentille acoustique incurvée sur un transducteur plat5,13. Cependant, ces surfaces sont généralement fabriquées au moyen de techniques de macro-usinage, notamment le fraisage et le pressage à chaud, dont la précision limitée peut entraîner des défauts de fabrication, notamment une rugosité de surface et des erreurs de courbure. Alternativement, les ondes acoustiques pourraient être focalisées en programmant le retard du signal de commande appliqué sur chaque élément transducteur dans un réseau phasé14,15. Grâce à cette approche, la position focale et la direction du faisceau acoustique peuvent être contrôlées de manière précise et dynamique. Cependant, les systèmes multiéléments sont généralement encombrants et coûteux, avec une électronique de commande complexe et de nombreuses connexions électriques aux éléments transducteurs. Une troisième façon de réaliser une focalisation acoustique consiste à construire des lentilles acoustiques basées sur des métamatériaux pouvant présenter des propriétés extraordinaires telles qu'une large bande passante16 ou une transmission élevée17. Cependant, en raison de leur structure complexe, la fabrication de ces lentilles est très difficile.

Une méthode simple et efficace pour focaliser les ultrasons consiste à utiliser une plaque de zone acoustique de Fresnel mince et plane18 qui a un faible encombrement et peut être microfabriquée avec une haute précision de manière massivement parallèle. Une mise en œuvre simple de cette conception consiste à modeler les électrodes supérieure et inférieure en prenant en sandwich un substrat piézoélectrique 19, 20 dans des motifs d'anneaux de Fresnel par gravure humide, de sorte que seules les ondes acoustiques contribuant à une interférence constructive soient générées dans les régions de l'anneau d'électrode. Cependant, ce type de transducteur souffre de champs électriques marginaux, qui produisent des modes de vibration sans épaisseur, d'une génération de chaleur due à la grande résistance en série des électrodes et d'une tolérance d'alignement avant-arrière serrée lors de la fabrication. Une approche différente consiste à créer des lentilles acoustiques de Fresnel double couche22 ou multicouches23 microfabriquées par gravure humide ou gravure ionique réactive (RIE) et à les lier à des substrats piézoélectriques. Cependant, ces lentilles nécessitent un contrôle critique de l’épaisseur de la couche pour garantir une bonne mise au point et leur fabrication prend du temps car plusieurs couches sont impliquées.