[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于仿生基底的寬頻帶式聲表面波分選芯片

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810048471.8
• 申請(qǐng)日: 2018-01-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107983429B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉國(guó)君;何芳;馬祥;王記波;李新波;劉建芳;孫曉東;楊志剛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01L3/00
• 分類(lèi)號(hào): B01L3/00;C12M1/00
• 代理公司: 長(zhǎng)春市恒譽(yù)專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于仿生基底的寬頻帶式聲表面波分選芯片。該芯片由壓電基底，寬頻帶式叉指換能器和分選流道系統(tǒng)組成，其中叉指換能器和分選流道系統(tǒng)呈一定角度布置在壓電基底上，且分選流道底部制作成類(lèi)似于簸箕篩動(dòng)面凹凸有致的結(jié)構(gòu)。分選流道包括入口流道、分選流道和出口流道，其中入口流道、分選流道和流出流道依次相連形成分選流道系統(tǒng)。通過(guò)利用寬頻帶式叉指換能器產(chǎn)生的聲表面波和具有仿簸箕篩動(dòng)面凹凸有致的結(jié)構(gòu)的分選流道共同作用，使不同尺寸的粒子在分選流道中的運(yùn)動(dòng)軌跡不同，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)粒子的多級(jí)分選。本發(fā)明還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分選范圍廣、分選效率高等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種粒子分選芯片，特別涉及一種新型的具有仿生基底的寬頻帶式聲表面波分選芯片。

背景技術(shù)：

基于聲表面波的粒子分選芯片具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，易于制作，適于批量生產(chǎn)，集成化、對(duì)生物粒子(如細(xì)胞)無(wú)損傷，分選精度高等優(yōu)點(diǎn)，在藥物合成與成分篩選，細(xì)胞、無(wú)機(jī)粒子分選和治療診斷學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

近幾十年來(lái)，微流控技在化學(xué)、生物和制藥等領(lǐng)域發(fā)展迅速。而近幾年內(nèi)，在微流控研究領(lǐng)域，人們又對(duì)使用聲表面波驅(qū)動(dòng)微流體展開(kāi)了卓有成效的研究，在粒子分選技術(shù)上也取得了很大進(jìn)步。目前已有很多的研究團(tuán)隊(duì)致力于微流控粒子分選技術(shù)的研究，其應(yīng)用的技術(shù)包括利用微結(jié)構(gòu)、流體動(dòng)力學(xué)等的被動(dòng)分選技術(shù)和利用聲、光、電、磁等外力場(chǎng)的主動(dòng)分選技術(shù)。被動(dòng)分選技術(shù)一般需要依賴(lài)流道的微型結(jié)構(gòu)，這不僅需要對(duì)流道的尺寸和流速進(jìn)行比較嚴(yán)格的控制，而且流道易堵塞且分選精度低。在主動(dòng)分選技術(shù)中，光分選芯片結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備也相對(duì)昂貴，而依據(jù)電場(chǎng)和磁場(chǎng)進(jìn)行分選時(shí)，需要粒子帶有特殊的電、磁特性，不具有一般性。

基于聲表面波(SAW)的微流控粒子分選技術(shù)是近些年新興的一種分選技術(shù)。聲表面波是一種在固體表面?zhèn)鞑サ牡膹椥月暡?。在壓電基底表面的叉指換能器上施加正弦電壓，由于壓電逆效應(yīng)基底表面產(chǎn)生變形進(jìn)而在其表面產(chǎn)生聲表面波，且聲表面波的振幅隨著基底深度的增加迅速衰減,機(jī)械能集中在壓電基底的表面一個(gè)波長(zhǎng)的深度范圍內(nèi)。因此,聲表面波系統(tǒng)具有很高的能量密度。

根據(jù)作用原理的不同,聲表面波在粒子分選中的應(yīng)用主要分為兩類(lèi)。一類(lèi)是行波聲表面波分選，其分選原理是聲表面波單方向作用微流道中的流體時(shí)，不同屬性(密度，直徑，可壓縮率)的粒子受到的聲輻射力大小不同，因此側(cè)向遷移距離也不同，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分選。另一類(lèi)是駐波聲表面波分選，其分選原理是駐波作用微流道中的流體時(shí)，由于聲流效應(yīng)會(huì)在流道內(nèi)形成周期分布的壓力節(jié)點(diǎn)和反壓力節(jié)點(diǎn)，粒子在聲輻射力的作用下會(huì)遷移至壓力節(jié)點(diǎn)或反壓力節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分選。相對(duì)行波聲表面波分選，駐波聲表面波分選在器件的設(shè)計(jì)上需要在微流道兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置兩組叉指換能器，并且微流道與叉指換能器的對(duì)準(zhǔn)精度要求很高。

目前，在聲表面波粒子分選領(lǐng)域所應(yīng)用的叉指換能器多是只能在一個(gè)頻率下產(chǎn)生最大能量，其在應(yīng)用行波聲表面波分選粒子時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)較寬范圍內(nèi)的粒子分選。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是為了解決上述問(wèn)題，而提供一種新型的基于仿生基底的寬頻帶式聲表面波分選芯片，利用寬頻帶式叉指換能器產(chǎn)生的聲表面波與具有仿簸箕篩動(dòng)面結(jié)構(gòu)基底在分選流道內(nèi)共同作用實(shí)現(xiàn)粒子較大范圍的多級(jí)分選。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

利用光刻技術(shù)在潔凈的壓電基底(1)表面繪制一層帶有雙梯形叉指換能器圖案的光刻膠，且叉指換能器與分選流道呈一定角度放置，采用濺射+剝離工藝在壓電基底表面制作雙梯形叉指換能器(2)。

利用光刻技術(shù)在潔凈的壓電基底(1)表面形成流道處繪制一層帶有類(lèi)似于簸箕篩動(dòng)面凹凸有致結(jié)構(gòu)的光刻膠，采用濺射+剝離工藝在壓電基底分選流道底部制作仿簸箕篩選面的仿生基底(10)。

利用精雕機(jī)雕刻微流道系統(tǒng)的模具，利用模具選取材質(zhì)(如PDMS)制作微流道系統(tǒng)(5)，并進(jìn)行出入口接口處理。

將經(jīng)過(guò)清洗的微流道系統(tǒng)(5)鍵合在壓電基底(1)的表面。