微型粒子分离装置及粒子分离方法

本申请涉及微流控，特别涉及一种可用于微米级颗粒分离的微型粒子分离装置及粒子分离方法。

背景技术：

1、在微尺度下对细胞等各类粒子实现精准操控，目前正是多种领域的热门研究方向。例如，公开号为cn113776994a的中国专利申请公开了一种压电激励的圆环面内微操控装置及其工作方法，其可以通过四个均匀分布在圆环容器外壁的换能器操控圆环容器内液体介质中的微颗粒旋转运动。该技术的实现需要换能器的行波模态覆盖整个圆形区域，并且圆环容器无样本出入口设计，应用领域仅限于辅助微颗粒旋转。

2、在粒子操控中，其中一项重要的应用是操纵粒子，如操控液体中的颗粒或细胞等，使粒子与液体分离，这种技术可以应用于医疗诊断、生物化学分析、评估等方面。例如，公开号为cn114509323a的中国专利申请公开了一种离心式微流控全血分离血浆结构，该技术方案存在的问题是：该设计为被动式离心结构，需要外部旋转机械结构辅助，从而增加系统体积，无法实现小型化。并且，其采用的离心-静置-离心的步骤需静置等待其自然分离，无法实现全血快速分离。

3、因此，在此背景下，如何能实现采用微型化的结构，实现粒子与液体的分离，且保持分离速度快、通量大，是有待解决的技术问题。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的以上问题，本申请提供一种微型粒子分离装置及粒子分离方法，可以实现使得体中的粒子与液体分离的微型化结构，并且分离速度快、通量大。

2、为达到上述目的，本申请第一方面提供了一种微型粒子分离装置，包括：储液腔，为由顶部、底部与侧壁构成封闭的桶状腔体；取液口，设置于所述储液腔顶部且远离所述储液腔侧壁的位置；进样通道，设置于所述储液腔侧壁且靠近所述储液腔底部的位置；高频谐振器件，用于产生声波，所述声波与所述储液腔内的流体耦合，驱动位于所述储液腔里的流体在所述储液腔内旋转，以使所述流体内的粒子向远离所述储液腔中心的方向移动。

3、由上，利用高频谐振器件产生的声波与流体耦合，配合腔体结构设计，驱动流体带动粒子进行旋转运动，同时驱使粒子移动向远离圆心方向，从而实现粒子与液体的分离。引入高频谐振器件，从内部对流场驱动，实现主动式分离，降低了对外部机械结构的要求，大幅度减小了系统整体体积。本申请具有小型化特定，由于通过旋转离心来分离，可以实现快速化和大通量的特点，并且本申请方案重复利用率高、易于加工、操作简单、易于与下游微型检测模块结合等优点，对于仪器系统小型化、便携化发展具有促进意义。

4、作为第一方面的一种可能的实现方式，还包括取液腔，为由底部与侧壁构成的筒状腔体；所述取液腔的底部从所述储液腔顶部伸入到所述储液腔内部，所述取液腔底部的直径小于所述储液腔顶部的直径；所述取液腔的侧壁的位于所述储液腔内部的部分，具有连通所述储液腔与所述取液腔的滤液口；所述取液口位于所述取液腔的顶部。

5、由上，设置取液腔方便对分离后的液体的获取，也通过两个腔体更好的分割旋转中的流体位于储液腔、稍微静止的分离后的流体位于取液腔，并且所述取液口位于所述取液腔的顶部开口位置，以方便取走取液腔内的分离粒子后的流体。

6、作为第一方面的一种可能的实现方式，所述滤液口在竖直方向的位置高于所述高频谐振器件的位置。

7、由上的空间结构设置，可以使得分离后的粒子的大部分聚集在储液腔内，分离后的流体向上流入取液腔。

8、作为第一方面的一种可能的实现方式，还包括：所述滤液口处设置有滤膜。

9、由上，以进一步对流入取液腔的流体进行粒子的阻挡过滤。

10、作为第一方面的一种可能的实现方式，所述取液腔与所述储液腔同轴设置。

11、由上，由于分离后的流体多靠近中间轴线处、粒子多朝向储液腔内侧壁聚集，通过同轴设置可以较好的获取分离后的流体。

12、作为第一方面的一种可能的实现方式，沿所述储液腔侧壁周向均匀分布有至少两个声学器件驱动柄，每个声学器件驱动柄包括位于所述储液腔内部的所述高频谐振器件。

13、作为第一方面的一种可能的实现方式，每个声学器件驱动柄还包括位于所述储液腔外部的射频接头。

14、由上，可以方便的接驳线缆到控制设备或驱动设备。

15、作为第一方面的一种可能的实现方式，所述高频谐振器件悬置于所述储液腔内部，且靠近所述储液腔底部。

16、由上，通过悬置的方式，可以减少对储液腔内旋转流体旋转时的阻挡。而位于储液腔底部可以实现远离储液腔顶部的取液腔，利于流体分离出的粒子尽量远离取液腔。

17、作为第一方面的一种可能的实现方式，所述高频谐振器件所产生的声波对应的力的方向的水平分力，与所述高频谐振器件所在的声学器件驱动柄与所述储液腔侧壁交汇处的周向切线方向平行。

18、由上，只要所产生的声波对应的力的方向的水平分力能与所述切线方向水平，或水平分力进一步能分解出与所述切线方向平行的力，均可以驱动流体在储液腔内旋转，因此高频谐振器件的朝向可以灵活设置。

19、本申请第二方面提供了一种粒子分离方法，包括：将包括粒子的流体注入到上述任一所述的微型粒子分离装置的进样通道，并流入储液腔内部；驱动微型粒子分离装置的高频谐振器件产生声波，所述声波与所述储液腔内的流体耦合，驱动位于所述储液腔里的流体在所述储液腔内旋转，以使所述流体内的粒子向远离所述储液腔中心的方向移动；从取液口输出分离了所述粒子的流体。

技术特征：

1.一种微型粒子分离装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括取液腔，为由底部与侧壁构成的筒状腔体；

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述滤液口在竖直方向的位置高于所述高频谐振器件的位置。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括：所述滤液口处设置有滤膜。

5.根据权利要求2至4任一所述的装置，其特征在于，所述取液腔与所述储液腔同轴设置。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，沿所述储液腔侧壁周向均匀分布有至少两个声学器件驱动柄，每个声学器件驱动柄包括位于所述储液腔内部的所述高频谐振器件。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，每个声学器件驱动柄还包括位于所述储液腔外部的射频接头。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述高频谐振器件悬置于所述储液腔内部，且靠近所述储液腔底部。

9.根据权利要求6至8任一所述的装置，其特征在于，所述高频谐振器件所产生的声波对应的力的方向的水平分力，与所述高频谐振器件所在的声学器件驱动柄与所述储液腔侧壁交汇处的周向切线方向平行。

10.一种粒子分离方法，其特征在于，包括：

技术总结
本申请涉及微型粒子分离装置，包括：储液腔，为由顶部、底部与侧壁构成封闭的桶状腔体；取液口，设置于储液腔顶部且远离储液腔侧壁的位置；进样通道，设置于储液腔侧壁且靠近储液腔底部的位置；高频谐振器件，用于产生声波，声波与储液腔内的流体耦合，驱动位于储液腔里的流体在储液腔内旋转，使流体内的粒子向远离储液腔中心的方向移动；取液腔，为由底部与侧壁构成的筒状腔体；取液腔的底部从储液腔顶部伸入到储液腔内部，取液腔底部的直径小于储液腔顶部的直径；取液腔的侧壁的位于储液腔内的部分，具有连通储液腔与取液腔的滤液口。通过驱动流体旋转，利用离心力使流体中的粒子与流体分离，且采用高频谐振器件作为驱动器，可实现小型化。

技术研发人员：段学欣,刘雨暄,李铁川,李全宁,陈雪娇
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11