CN105457691B - 基于声表面波的粒子分选芯片 - Google Patents

基于声表面波的粒子分选芯片 Download PDF

Info

Publication number
CN105457691B
CN105457691B CN201610004944.5A CN201610004944A CN105457691B CN 105457691 B CN105457691 B CN 105457691B CN 201610004944 A CN201610004944 A CN 201610004944A CN 105457691 B CN105457691 B CN 105457691B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sprue
particle
sorting
small particles
channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610004944.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105457691A (zh
Inventor
刘国君
张炎炎
赵心
李新波
刘建芳
杨志刚
吴越
洪雯
裴晓寒
姜峰
唐春秀
王腾飞
梁实海
杨旭豪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changzhou Weitu Fluid Technology Co. Ltd.
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN201610004944.5A priority Critical patent/CN105457691B/zh
Publication of CN105457691A publication Critical patent/CN105457691A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105457691B publication Critical patent/CN105457691B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Of Solids By Using Liquids Or Pneumatic Power (AREA)

Abstract

本发明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，本发明还具有结构简单，易于制作，成本低廉等优点。

Description

基于声表面波的粒子分选芯片
技术领域
本发明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
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。
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。
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。
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
本发明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。
本发明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。
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。
叉指换能器产生的声辐射力与主流道垂直。
主流道的拐角角度随着阶梯的级数增加而减小。
本发明的工作原理：
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。
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。
本发明的有益效果：
本发明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，本发明还具有结构简单，易于制作，成本低廉等优点。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明工作原理示意图。
1、压电基底 2、叉指换能器 3、微流道系统 4、流入通道
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
9、流入接口 10、大粒子流出接口 11、中等粒子流出接口
12、小粒子流出接口。
具体实施方式
请参阅图1和图2所示：
本发明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1上，微流道系统3内设有五级主流道，主流道为阶梯型。
压电基底1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10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。
叉指换能器2产生的声辐射力与主流道垂直。
主流道的拐角角度随着阶梯的级数增加而减小。
本发明的工作原理：
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。
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。

Claims (3)

1.一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，其特征在于：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。
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：所述的叉指换能器产生的声辐射力与主流道垂直。
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：所述的主流道的拐角角度随着阶梯的级数增加而减小。
CN201610004944.5A 2016-01-06 2016-01-06 基于声表面波的粒子分选芯片 Active CN105457691B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610004944.5A CN105457691B (zh) 2016-01-06 2016-01-06 基于声表面波的粒子分选芯片

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610004944.5A CN105457691B (zh) 2016-01-06 2016-01-06 基于声表面波的粒子分选芯片

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105457691A CN105457691A (zh) 2016-04-06
CN105457691B true CN105457691B (zh) 2017-05-31

Family

ID=55596105

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610004944.5A Active CN105457691B (zh) 2016-01-06 2016-01-06 基于声表面波的粒子分选芯片

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105457691B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109012769B (zh) * 2018-07-11 2020-01-21 西安交通大学 一种基于表面声波的微流控液滴生成装置及方法
CN109550531B (zh) * 2019-01-28 2021-09-07 武汉纺织大学 一种磁性尺寸依赖的微流控芯片
CN109813591A (zh) * 2019-03-25 2019-05-28 雷磊 一种微生物浓缩与提纯装置及基于其的微生物浓缩与提纯方法
CN109865543B (zh) * 2019-04-02 2020-06-23 武汉大学 一种高通量微流控体波分选芯片及其制备方法
CN110628614A (zh) * 2019-11-01 2019-12-31 西安交通大学 一种基于声表面波的微流控全血细胞多级分选芯片及方法
CN114100706B (zh) * 2021-10-18 2022-08-19 吉林大学 一种基于粒子漂移的粒子分选方法及系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7942568B1 (en) * 2005-06-17 2011-05-17 Sandia Corporation Active micromixer using surface acoustic wave streaming
CN104726331A (zh) * 2015-03-27 2015-06-24 西安交通大学 基于声表面波的微流控血浆分离芯片及方法
CN104968417A (zh) * 2012-08-01 2015-10-07 宾夕法尼亚州立大学研究基金会 颗粒和细胞的高效率分离和操作
CN205269692U (zh) * 2016-01-06 2016-06-01 吉林大学 基于声表面波的粒子分选芯片

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7942568B1 (en) * 2005-06-17 2011-05-17 Sandia Corporation Active micromixer using surface acoustic wave streaming
CN104968417A (zh) * 2012-08-01 2015-10-07 宾夕法尼亚州立大学研究基金会 颗粒和细胞的高效率分离和操作
CN104726331A (zh) * 2015-03-27 2015-06-24 西安交通大学 基于声表面波的微流控血浆分离芯片及方法
CN205269692U (zh) * 2016-01-06 2016-06-01 吉林大学 基于声表面波的粒子分选芯片

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Continuous particle separation in a microfluidic channel via standing surface acoustic waves(SSAW);Jinjie Shi et al;《Lab Chip》;20091012(第9期);3354-3359 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105457691A (zh) 2016-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105457691B (zh) 基于声表面波的粒子分选芯片
Schmid et al. Sorting drops and cells with acoustics: acoustic microfluidic fluorescence-activated cell sorter
Jo et al. Active density-based separation using standing surface acoustic waves
Skowronek et al. Particle deflection in a poly (dimethylsiloxane) microchannel using a propagating surface acoustic wave: size and frequency dependence
CN108432132B (zh) 微流体颗粒操纵
Nam et al. Size-dependent microparticles separation through standing surface acoustic waves
Shamloo et al. Design and simulation of a microfluidic device for acoustic cell separation
Franke et al. Surface acoustic wave actuated cell sorting (SAWACS)
Destgeer et al. Recent advances in microfluidic actuation and micro-object manipulation via surface acoustic waves
Cha et al. Multiphysics microfluidics for cell manipulation and separation: a review
US10082455B2 (en) Apparatus and method for microparticle separation based on microfluidic chromatography using surface acoustic wave
CN107674820B (zh) 一种分选细胞的微流控器件及其使用方法
Sugaya et al. Observation of nonspherical particle behaviors for continuous shape-based separation using hydrodynamic filtration
US20170080423A1 (en) Device for the Separation of Particles Using a Bulk Acoustic Wave Field
CN108285869B (zh) 经特殊浸润性优化的声表面波分选芯片
Fakhfouri et al. Virtual membrane for filtration of particles using surface acoustic waves (SAW)
Ahmed et al. Vertical hydrodynamic focusing and continuous acoustofluidic separation of particles via upward migration
Shamloo et al. Simulation of blood particle separation in a trapezoidal microfluidic device by acoustic force
CN107983429B (zh) 一种基于仿生基底的宽频带式声表面波分选芯片
CN205269692U (zh) 基于声表面波的粒子分选芯片
Liu et al. Multi-level separation of particles using acoustic radiation force and hydraulic force in a microfluidic chip
CN105457692A (zh) 一种微流控分离装置及方法
Devendran et al. The role of channel height and actuation method on particle manipulation in surface acoustic wave (SAW)-driven microfluidic devices
CN208167024U (zh) 经特殊浸润性优化的声表面波分选芯片
Holm et al. Microfluidic Particle Sorting in Concentrated Erythrocyte Suspensions

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20180911

Address after: 213164 Science and Technology Branch of Changzhou Science and Education City, Jiangsu Province

Patentee after: Changzhou angde Industrial Equipment Technology Co. Ltd.

Address before: 130012 No. 2699 Qianjin Street, Jilin, Changchun

Patentee before: Jilin University

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20181218

Address after: 213164 Room 2521, North Building, Huiyan Building, 18 Changwuzhong Road, Wujin District, Changzhou City, Jiangsu Province

Patentee after: Changzhou Weitu Fluid Technology Co. Ltd.

Address before: 213164 Science and Technology Branch of Changzhou Science and Education City, Jiangsu Province

Patentee before: Changzhou angde Industrial Equipment Technology Co. Ltd.

CP02 Change in the address of a patent holder
CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: 213164 room 2521, North Tower, Hui Yan building, Changzhou science and Education Town, 18 Wujin Road, Wujin, Changzhou.

Patentee after: Changzhou Weitu Fluid Technology Co. Ltd.

Address before: 213164 room 2521, North Tower, Hui Yan building, Changzhou science and Education Town, 18 Wujin Road, Wujin, Changzhou.

Patentee before: Changzhou Weitu Fluid Technology Co. Ltd.