[發明專利]一種用于微流控的聲學鑷子

有效

• 申請號: 202110368983.4
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113117766B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 余厲陽;陳立
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發明公開了一種用于微流控的聲學鑷子，包括支架，所述支架上安裝有微流控通道層以及設置于微流控通道層下方的壓電基底；所述微流控通道層具有中空的通道，所述中空的通道包括主通道、設置于主通道一側的至少兩個流體入口通道、設置于主通道另一側的至少兩個流出口通道；所述主通道的兩側設置一對相互平行且相對放置的可編碼的聲表面波換能器組，所述聲表面波換能器組的叉指指條為等腰梯形形狀，所述流體入口通道一側放置有加速換能器，所述壓電基底的背面設置有疊層體聲波壓電換能器。本發明將聲表面波的應用于微流控芯片上，輔以疊層體聲波壓電換能器，從x、y和z軸三個維度控制顆粒的流動和排列，能夠更加有效快速實現懸浮顆粒的篩選分離。

技術領域

本發明涉及微流控芯片技術領域，尤其涉及一種用于微流控的聲學鑷子。

背景技術

微流控是一種在微米或納米尺寸級別下處理或操縱液體的技術，憑借著“成本低、設備小”等優勢被大量應用到醫學領域。通過微流控裝置上的叉指換能器可以產生聲表面波，進而使得流體內的顆粒受到聲輻射而產生相應的運動。因此，微流控技術適合用于微納米粒子分離，且具備無污染，非接觸特性。

目前使用微流控技術實現顆粒分選的原理主要是利用顆粒的不同物化屬性，例如根據顆粒的不同介電屬性，可采用電泳力；根據顆粒是否被熒光標記，可采用熒光激活；根據質量不同，可采用慣性力；根據大小不同，可采用側向聲波輻射力。與其他分離方式相比，采用聲驅動的液體中顆粒分離系統具有以下優點：結構簡單，分離效果易控制，生物兼容性好。

利用微流控實現液體中顆粒分離的方式主要有兩種：一是利用一對叉指換能器將各種混合的粒子排列成直線(直線與波節或者波腹重合)，再通過另一對叉指換能器形成不同的駐波(波節與波腹的位置不同)，進而促進粒子從第一個波節向第二個波節根據體積大運動速度快的原則進行顆粒分離。二是利用三進一出的流道是混合中間流道直線排列，接著通過一對叉指換能器完成顆粒分離。由于以上所述方式使用多個叉指換能器、流道復雜、效率慢，且以上顆粒分離裝置并未從第三個維度z軸方向上對顆粒施加作用力，最重要的是傳統的顆粒分離裝置設置的出口通道偏轉角度固定，只能用于特定尺寸或質量的液體顆粒分離，若想實現其它種類的液體顆粒分離，需要重新修改裝置的出口通道的高度，即無法采用一套分離裝置來實現不同應用下的顆粒分離，使用場所非常局限，并且還可能出現漏檢的情況。

如公開號為CN112198221A的專利公開了一種聲表面波傳感器，包括：壓電襯底；第一壓電換能器，設置于所述壓電襯底的表面；第二壓電換能器，設置于所述壓電襯底的表面，且與所述第一壓電換能器同層隔離設置；分子印跡膜，設置所述第一壓電換能器與所述第二壓電換能器之間。上述專利雖然可以實現色氨酸分子的快速、高效且低成本檢測，但是其依然存在無法從第三個維度z軸方向上對顆粒施加作用力，使用場所有局限性的問題。

且傳統的微流控裝置在擺放聲表面波換能器與微流控通道層的傾斜角α時，角度為0°～90°，但通常角度設置固定，無法調控角度。在微流控裝置中設置此角度的原理是當聲表面波換能器平行于微流控通道層放置時，即傾斜角α為0°，那么聲表面波換能器產生的聲輻射力只有一個方向(y軸方向)，即顆粒前進的方向，該力只能推動顆粒往流體出口加速前進，而無法作用到顆粒的x軸方向，即無法將流體中的不同質量、直徑、尺寸的顆粒從x軸方向分離開。因此需要將聲表面波換能器傾斜一定角度后，那么從物理角度，力的分解上來看，可以分解出一個y軸方向的聲輻射力，該力推動顆粒加速流動；分解出一個x軸方向的聲輻射力，該力作用在不同性質的顆粒上，致使顆粒分離，實現篩選的目的。然而由于傳統的微流控通道的α角度設定固定，且聲表面波換能器無法實現可編碼，那么聲輻射力可變范圍小，本發明將傳統的聲表面波換能器上的長方形叉指指條設計成等腰梯形，每個梯形叉指指條相互穿插擺放，通過編碼改變開關管的通斷，最終能夠實現傾斜角α在一定的角度范圍內可控，即實現了聲輻射力的大小和方向雙項可控效果，擴大聲輻射力的范圍，更好適應多種場合下不同性質的顆粒分離篩選。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的缺陷，提供了一種用于微流控的聲學鑷子。