基于声学镊子的微量生物分子采集及可视化筛选回收装置及方法

本发明属于声流控，涉及微纳加工工艺、声表面波设计与测试，具体为一种基于声学镊子的微量生物分子采集及可视化筛选回收装置及方法。

背景技术：

1、随着生化医疗在微尺度条件下的快速发展，具有优良性能的微尺寸反应器成为热门课题。微液滴能够实现快速混合反应物，保证反应物不在液滴间扩散。传统的微液滴制造通过机械混合搅拌溶液或利用有孔洞模具对溶液振动挤压等方法，制备量虽大却易造成微液滴尺寸不均匀、被污染等问题。

2、微液滴制备方法基于是否施加外场可分为：被动法和主动法。 被动法利用特定微流道结构如t型微流道，在分散相液体流入连续相液体时，受到剪切力与界面张力作用会形成微液滴。主动法通过施加电场、磁场、声场等外力场，控制微液滴的生成。电场调控由于需要施加高电压，会对生物样品造成伤害，导致可靠性低，磁场调控仅适用于磁性流体操控。声场调控所用设备多为基于声表面波的声流控设备，具有无接触、高能量、结构简单等特点，从而被广泛应用。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种基于声学镊子的微量生物分子采集及可视化筛选回收装置，生物样品溶液流入油相被硅油挤压形成液滴，液滴流经微液滴生成流道中所设计的第一个槽腔时，受到表面声波谐振器激发的高能声波作用被“夹断”，第二个槽腔作为缓冲区域使得微液滴状态达到稳定且形态均匀，继续运动；微液滴运动至筛选区域，此时两个表面声波谐振器激发的声场共同作用，将微液滴固定停留以进行生物检测；检测完成后，可选择同时关闭两个表面声波谐振器，或者关闭一个表面声波谐振器用声场驱动液滴进入指定的回收区域。此过程实现了生物样品溶液形成微液滴、进行生物检测、筛选回收的功能。

2、本发明是采用如下技术方案实现的：

3、一种基于声学镊子的微量生物分子采集及可视化筛选回收装置，包括微流道结构层和基底。

4、所述微流道结构层上设置有连续相溶液输入流道、分散相溶液输入流道、微液滴生成流道、微液滴输送流道、临近筛选端流道，所述连续相溶液输入流道和分散相溶液输入流道垂直布置，所述连续相溶液输入流道一端与连续相溶液入口衔接、其另一端与微液滴生成流道一端衔接，所述分散相溶液输入流道一端与分散相溶液入口衔接、其另一端与微液滴生成流道一端衔接，所述微液滴生成流道另一端与微液滴输送流道一端衔接，所述微液滴输送流道另一端与临近筛选端流道一端衔接，所述临近筛选端流道另一端同时与第一微液滴分选收集流道、第二微液滴分选收集流道、第三微液滴分选收集流道的一端衔接，所述第一微液滴分选收集流道、第二微液滴分选收集流道、第三微液滴分选收集流道的另一端与各自的连续相流道出口衔接；所述连续相溶液输入流道、微液滴生成流道、微液滴输送流道、临近筛选端流道、第二微液滴分选收集流道位于同一轴线上；所述微液滴生成流道上依次设有第一槽腔和第二槽腔。

5、所述微流道结构层位于基底上；所述基底上设有第一表面声波谐振器、第二表面声波谐振器和第三表面声波谐振器，所述第一表面声波谐振器位于第一槽腔一侧、且第一表面声波谐振器施加的声场方向与微液滴生成流道垂直；所述第二表面声波谐振器和第三表面声波谐振器布置于临近筛选端流道两侧，所述第二表面声波谐振器施加的声场方向与第三微液滴分选收集流道的偏移方向一致，所述第三表面声波谐振器施加的声场方向与第一微液滴分选收集流道的偏移方向一致。

6、一种基于声学镊子的微量生物分子采集及可视化筛选回收装置的制备方法，包括如下步骤：

7、步骤一、基底上制备表面声波谐振器

8、s1：选用y-x128°切型铌酸锂作为基底，厚度为525μm，进行表面等离子活化处理。

9、s2：对表面活化处理后的铌酸锂基底进行磁控溅射金属层，cr20nm和au100nm。

10、s3：在金属层上进行光刻得到表面声波谐振器，具体如下：

11、（1）清洗与涂胶

12、将溅射后铌酸锂晶片依次用丙酮、酒精、去离子水在超声清洗机中清洗后吹干，随后在hmds真空烘箱中进行预处理，随后在匀胶机上以3000rpm的转速旋涂一层az-6130光刻胶；

13、（2）前烘与曝光

14、在95℃热板上烘烤去除胶层内部溶剂；将掩膜版与铌酸锂晶片置于光刻机曝光系统中，以100mj/cm2的曝光强度对区域进行曝光；

15、（3）显影与镜检

16、将曝光后的铌酸锂晶片置于碱性显影液中显影15s，显影液由400k显影溶液与去离子水按照1:6配制而成；

17、（4）打胶与后烘

18、得到结构完整的光刻胶图形后，对晶片进行打胶处理，之后进行后烘坚膜，在120℃热板上烘烤15min；

19、（5）在光刻胶图案化的铌酸锂晶片上进行离子束刻蚀，使金属层图案化，得到设计的表面声波谐振器结构；

20、（6）利用丙酮洗去表面的图案化光刻胶，得到完整的表面声波谐振器。

21、步骤二、微流道结构层的制备

22、s1：微流道模具制作，具体如下：

23、（1）选择模具基板为厚度500μm的高纯度硅片；

24、（2）在模具基板上使用光刻胶az5214经过光刻工艺得到图案化结构；其中在3000rpm的转速下az5214胶厚为5μm；

25、（3）在图案化结构的硅片上进行反应离子式深硅刻蚀，刻蚀深度为50μm；

26、（4）将反应离子式深硅刻蚀后的硅片用丙酮清洗，去除表面光刻胶，得到洁净的图案化硅基微流道模具。

27、s2：固化与倒模得到微流道结构层模具

28、将pdms与固化剂以10:1比例充分混合，进行抽真空处理至混合液中无气泡，倒入经脱模剂处理的图案化硅基微流道模具；随后进行80℃热烘15分钟的固化处理，得到图案化pdms微流道结构层模具。

29、s3：打孔

30、将固化后的图案化pdms微流道结构层模具取出，并使用0.5mm微流控打孔机将微流道入口与出口区域打孔，得到pdms微流道结构层。

31、步骤三、键合

32、将制备的包含表面声波谐振器的基底和pdms微流道结构层放入打胶机，采用o2等离子体在300w的功率下进行表面化学键活化；结束后在2min之内将pdms微流道结构层键合于基底上，经过120℃烘烤10min后，完成键合。

33、本发明所述的基于声流控的微量生物分子采集筛选回收装置及其制备方法，通过在微流道结构层设置连续相（油相）输入流道和分散相（生物分子溶液）输入流道，其中分散相输入流道与连续相输入流道液体汇聚处呈t型结构，微液滴生成流道设有第一槽腔、第二槽腔，用于形成生物微量分子微液滴，并在基底上于第一槽腔处设有第一表面声波谐振器，用于对已形成微液滴施加声场分割为两个均匀微液滴，第二槽腔作为缓冲区，使得微液滴状态趋于稳定。基底上于连续相液体分流处设有第二表面声波谐振器、第三表面声波谐振器，用于筛选回收微液滴。该微量生物分子的采集筛选回收装置可实现一次性微液滴生成采集与筛选回收，为解决生物分子在微尺度下独立封装，提供安全高效反应条件，实现生物样品采集、筛选、回收功能一体化。

34、本发明提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

35、1）基于声学镊子原理的液滴生成技术可以生成均匀液滴，其达到可视化筛选与回收效果，器件尺寸更小，且对生物样品无损害。

36、2）本发明可以实现生物样品独立封装与隔离，为生物样品提供稳定的隔离坏境，避免样品之间交叉污染。

37、本发明设计合理，实现微量生物液滴的生成、筛选、回收，具有很好的实际应用价值。