基于声表面波的粒子分选芯片的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种粒子分选芯片，特别涉及一种基于声表面波的粒子分选芯片。
【背景技术】
[0002]当前，利用声表面波的微流控粒子分选芯片具有制作简单、结构紧凑、集成化、对生物粒子(如细胞)无损伤等优点，在药物合成筛选、细胞分选、无机粒子分选和粒子操控等领域有着广泛的应用。
[0003]近几十年来，微流控技术得到飞速的发展，尤其在粒子分选技术上。目前已有很多的研究团队致力于微流控粒子分选技术的研究。这些技术包括利用微结构、流体动力学等的被动分选技术和利用声、光、电、磁等外力场的主动分选技术。被动分选技术一般需要依赖流道的微型结构，需要对流道的尺寸和流速进行比较严格的控制。主动分选技术中，光学设备比较昂贵，而依据电场和磁场进行分选时，需要粒子带有特殊的电、磁特性，不具有一般性。
[0004]基于声波的粒子操控技术中，体声波(BAW)是最早受到研究人员的关注的，然而由于基于体声波驻波场的粒子分选系统对于材料的声学特性有比较高的要求，并且微流控系统中常用的聚二甲基硅氧烷(PDMS)具有和水相近的声阻抗而无法在PDMS-水界面上形成有效的声波反射，故难以应用在基于体声波的粒子分选系统中。
[0005]基于声表面波(SAW)的微流控粒子操控技术是在近几年受到关注而发展起来的。声表面波不同于体声波，它是沿着弹性材料表面传播的。在压电基底表面的叉指状电极上施加正弦电压，就能在压电基底表面传播声表面波。目前声表面驻波(SSAW)被广泛应用于粒子分选，声表面波驻波场通常是由两相向传播的同频率声表面行波(TSAW)干涉形成，不同密度的粒子聚集在微通道内的不同位置(波节或波腹)，对于同密度不同尺寸的粒子则难以分选，并且在器件的设计上需要在微流道两侧对称布置两组叉指换能器，微流道与叉指换能器的对准精度要求还非常高。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的是为了解决现有的微流控分选技术难以依据粒子尺寸大小来分选粒子的问题，而提供的一种基于声表面波的粒子分选芯片。
[0007]本实用新型提供的基于声表面波的粒子分选芯片包括有压电基底、叉指换能器和微流道系统，其中叉指换能器和微流道系统设在压电基底上，微流道系统内设有数级主流道，主流道为阶梯型。
[0008]主流道包括有流入通道、一级分选通道、中间通道、二级分选通道和小粒子流出通道，流入通道、一级分选通道、中间通道、二级分选通道和小粒子流出通道依次相连，其中流入通道与流入接口相连通，一级分选通道与大粒子流出接口相连通，二级分选通道与中等粒子流出接口相连通，小粒子流出通道与小粒子流出接口相连通。
[0009]叉指换能器产生的声辐射力与主流道垂直。
[0010]主流道的拐角角度随着阶梯的级数增加而减小。
[0011]本实用新型的工作原理:
[0012]将信号发生器的输出信号的+/-两极分别与叉指换能器的两极相连，然后输出连续的正弦信号。将混有不同尺寸粒子的液体以一定的流量通过流入接口通入微流道系统中。参阅图2所示，不同尺寸的粒子在流入通道受到声辐射力的作用而聚集在远离叉指换能器的一侧，进入一级分选通道后，在流体和声辐射力的作用下，粒子的运动轨迹呈抛物线状，由于尺寸大的粒子受到的声辐射力大，粒子的轨迹偏转的角度也大，从而使得尺寸大的粒子能够分选出来从大粒子流出接口流出，而其余粒子则进入中间通道，进行下一次分选。
[0013]在二级分选通道进行分选的原理与在一级分选通道相同，较大的粒子被分选，从中等粒子流出接口流出，而其余粒子则进入小粒子流出通道从小粒子流出接口流出，从而将三种尺寸粒子进行分选。如若微流道系统构成多级阶梯型结构，则还能对粒子进行更多级的分选。
[0014]本实用新型的有益效果:
[0015]本实用新型提供的基于声表面波的粒子分选芯片能够利用声表面行波对尺寸不同的粒子作用的声辐射力的不同，不仅能够分选不同物质不同尺寸的粒子，还能分选同种物质不同尺寸的粒子，解决了目前难以分选不同尺寸的同种物质微粒的难题，除此之外，本实用新型还具有结构简单，易于制作，成本低廉等优点。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型整体结构示意图。
[0017]图2为本实用新型工作原理示意图。
[0018]1、压电基底2、叉指换能器3、微流道系统4、流入通道
[0019]5、一级分选通道6、中间通道7、二级分选通道8、小粒子流出通道
[0020]9、流入接口 10、大粒子流出接口 11、中等粒子流出接口
[0021]12、小粒子流出接口。
【具体实施方式】
[0022]请参阅图1和图2所示:
[0023]本实用新型提供的基于声表面波的粒子分选芯片包括有压电基底1、叉指换能器2和微流道系统3，其中叉指换能器2和微流道系统3设在压电基底I上，微流道系统3内设有五级主流道，主流道为阶梯型。
[0024]压电基底I为铌酸锂基片，微流道系统3为PDMS，主流道包括有流入通道4、一级分选通道5、中间通道6、二级分选通道7和小粒子流出通道8，流入通道4、一级分选通道5、中间通道6、二级分选通道7和小粒子流出通道8依次相连，其中流入通道4与流入接口 9相连通，一级分选通道5与大粒子流出接口 1相连通，二级分选通道7与中等粒子流出接口 11相连通，小粒子流出通道8与小粒子流出接口 12相连通。
[0025]叉指换能器2产生的声辐射力与主流道垂直。
[0026]主流道的拐角角度随着阶梯的级数增加而减小。
[0027]本实用新型的工作原理:
[0028]将信号发生器的输出信号的+/-两极分别与叉指换能器2的两极相连，然后输出连续的正弦信号。将混有不同尺寸粒子的液体以一定的流量通过流入接口 9通入微流道系统中。参阅图2所示，不同尺寸的粒子在流入通道受到声辐射力的作用而聚集在远离叉指换能器2的一侧，进入一级分选通道5后，在流体和声辐射力的作用下，粒子的运动轨迹呈抛物线状，由于尺寸大的粒子受到的声辐射力大，粒子的轨迹偏转的角度也大，从而使得尺寸大的粒子能够分选出来从大粒子流出接口 10流出，而其余粒子则进入中间通道6，进行下一次分选。
[0029]在二级分选通道7中进行分选的原理与在一级分选通道5相同，较大的粒子被分选，从中等粒子流出接口 11流出，而其余粒子则进入小粒子流出通道8从小粒子流出接口 12流出，从而将三种尺寸粒子进行分选。如若微流道系统构成多级阶梯型结构，则还能对粒子进行更多级的分选。
【主权项】
1.一种基于声表面波的粒子分选芯片，其特征在于:包括有压电基底、叉指换能器和微流道系统，其中叉指换能器和微流道系统设在压电基底上，微流道系统内设有数级主流道，主流道为阶梯型。2.根据权利要求1所述的基于声表面波的粒子分选芯片，其特征在于:所述的主流道包括有流入通道、一级分选通道、中间通道、二级分选通道和小粒子流出通道，流入通道、一级分选通道、中间通道、二级分选通道和小粒子流出通道依次相连，其中流入通道与流入接口相连通，一级分选通道与大粒子流出接口相连通，二级分选通道与中等粒子流出接口相连通，小粒子流出通道与小粒子流出接口相连通。3.根据权利要求1所述的基于声表面波的粒子分选芯片，其特征在于:所述的叉指换能器产生的声辐射力与主流道垂直。4.根据权利要求1所述的基于声表面波的粒子分选芯片，其特征在于:所述的主流道的拐角角度随着阶梯的级数增加而减小。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于声表面波的粒子分选芯片，包括有压电基底、叉指换能器和微流道系统，其中叉指换能器和微流道系统设在压电基底上，微流道系统内设有数级主流道，主流道为阶梯型。主流道包括有流入通道、一级分选通道、中间通道、二级分选通道和小粒子流出通道，流入通道、一级分选通道、中间通道、二级分选通道和小粒子流出通道依次相连，其中流入通道与流入接口相连通，一级分选通道与大粒子流出接口相连通，二级分选通道与中等粒子流出接口相连通，小粒子流出通道与小粒子流出接口相连通。有益效果：解决了目前难以分选不同尺寸的同种物质微粒的难题，除此之外，本实用新型还具有结构简单，易于制作，成本低廉等优点。
【IPC分类】B01L3/00
【公开号】CN205269692
【申请号】CN201620007857
【发明人】刘国君, 张炎炎, 赵心, 洪雯, 裴晓寒, 李新波, 刘建芳, 杨志刚, 吴越, 姜峰, 唐春秀, 王腾飞, 梁实海, 杨旭豪
【申请人】吉林大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年1月6日