[發明專利]基于聲表面波的粒子分選芯片

有效

• 申請號: 201610004944.5
• 申請日: 2016-01-06
• 公開（公告）號: CN105457691B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 劉國君;張炎炎;趙心;李新波;劉建芳;楊志剛;吳越;洪雯;裴曉寒;姜峰;唐春秀;王騰飛;梁實海;楊旭豪
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙)22103
• 代理人: 鞠傳龍

技術領域

本發明涉及一種粒子分選芯片，特別涉及一種基于聲表面波的粒子分選芯片。

背景技術

當前，利用聲表面波的微流控粒子分選芯片具有制作簡單、結構緊湊、集成化、對生物粒子(如細胞)無損傷等優點，在藥物合成篩選、細胞分選、無機粒子分選和粒子操控等領域有著廣泛的應用。

近幾十年來，微流控技術得到飛速的發展，尤其在粒子分選技術上。目前已有很多的研究團隊致力于微流控粒子分選技術的研究。這些技術包括利用微結構、流體動力學等的被動分選技術和利用聲、光、電、磁等外力場的主動分選技術。被動分選技術一般需要依賴流道的微型結構，需要對流道的尺寸和流速進行比較嚴格的控制。主動分選技術中，光學設備比較昂貴，而依據電場和磁場進行分選時，需要粒子帶有特殊的電、磁特性，不具有一般性。

基于聲波的粒子操控技術中，體聲波(BAW)是最早受到研究人員的關注的，然而由于基于體聲波駐波場的粒子分選系統對于材料的聲學特性有比較高的要求，并且微流控系統中常用的聚二甲基硅氧烷(PDMS)具有和水相近的聲阻抗而無法在PDMS-水界面上形成有效的聲波反射，故難以應用在基于體聲波的粒子分選系統中。

基于聲表面波(SAW)的微流控粒子操控技術是在近幾年受到關注而發展起來的。聲表面波不同于體聲波，它是沿著彈性材料表面傳播的。在壓電基底表面的叉指狀電極上施加正弦電壓，就能在壓電基底表面傳播聲表面波。目前聲表面駐波(SSAW)被廣泛應用于粒子分選，聲表面波駐波場通常是由兩相向傳播的同頻率聲表面行波(TSAW)干涉形成，不同密度的粒子聚集在微通道內的不同位置(波節或波腹)，對于同密度不同尺寸的粒子則難以分選，并且在器件的設計上需要在微流道兩側對稱布置兩組叉指換能器，微流道與叉指換能器的對準精度要求還非常高。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的微流控分選技術難以依據粒子尺寸大小來分選粒子的問題，而提供的一種基于聲表面波的粒子分選芯片。

本發明提供的基于聲表面波的粒子分選芯片包括有壓電基底、叉指換能器和微流道系統，其中叉指換能器和微流道系統設在壓電基底上，微流道系統內設有數級主流道，主流道為階梯型。

主流道包括有流入通道、一級分選通道、中間通道、二級分選通道和小粒子流出通道，流入通道、一級分選通道、中間通道、二級分選通道和小粒子流出通道依次相連，其中流入通道與流入接口相連通，一級分選通道與大粒子流出接口相連通，二級分選通道與中等粒子流出接口相連通，小粒子流出通道與小粒子流出接口相連通。

叉指換能器產生的聲輻射力與主流道垂直。

主流道的拐角角度隨著階梯的級數增加而減小。

本發明的工作原理：

將信號發生器的輸出信號的+/-兩極分別與叉指換能器的兩極相連，然后輸出連續的正弦信號。將混有不同尺寸粒子的液體以一定的流量通過流入接口通入微流道系統中。參閱圖2所示，不同尺寸的粒子在流入通道受到聲輻射力的作用而聚集在遠離叉指換能器的一側，進入一級分選通道后，在流體和聲輻射力的作用下，粒子的運動軌跡呈拋物線狀，由于尺寸大的粒子受到的聲輻射力大，粒子的軌跡偏轉的角度也大，從而使得尺寸大的粒子能夠分選出來從大粒子流出接口流出，而其余粒子則進入中間通道，進行下一次分選。

在二級分選通道進行分選的原理與在一級分選通道相同，較大的粒子被分選，從中等粒子流出接口流出，而其余粒子則進入小粒子流出通道從小粒子流出接口流出，從而將三種尺寸粒子進行分選。如若微流道系統構成多級階梯型結構，則還能對粒子進行更多級的分選。

本發明的有益效果：

本發明提供的基于聲表面波的粒子分選芯片能夠利用聲表面行波對尺寸不同的粒子作用的聲輻射力的不同，不僅能夠分選不同物質不同尺寸的粒子，還能分選同種物質不同尺寸的粒子，解決了目前難以分選不同尺寸的同種物質微粒的難題，除此之外，本發明還具有結構簡單，易于制作，成本低廉等優點。

附圖說明

圖1為本發明整體結構示意圖。

圖2為本發明工作原理示意圖。

1、壓電基底 2、叉指換能器 3、微流道系統 4、流入通道

5、一級分選通道 6、中間通道 7、二級分選通道 8、小粒子流出通道

9、流入接口 10、大粒子流出接口 11、中等粒子流出接口

12、小粒子流出接口。

具體實施方式

請參閱圖1和圖2所示：