CN107102058A

CN107102058A - 一种基于声表面波驱动的无透镜微流成像及其检测系统

Info

Publication number: CN107102058A
Application number: CN201710313174.7A
Authority: CN
Inventors: 黄汐威
Original assignee: Hangzhou Electronic Science and Technology University
Current assignee: Hangzhou Dianzi University; Hangzhou Electronic Science and Technology University
Priority date: 2017-05-05
Filing date: 2017-05-05
Publication date: 2017-08-29

Abstract

本发明公开了一种基于声表面波驱动的无透镜微流成像及其检测系统，包括声表面波微流驱动模块、第一微流软管、无透镜图像采集模块、第二微流软管、废液池、光源模块和图像分析模块；所述第一微流控通道设置在储液池的接出口，所述第一微流软管连接储液池接出口的第一微流控通道和接入无透镜图像采集模块的第二微流控通道；所述无透镜图像采集模块包括图像传感器的裸片、第二微流控通道和印刷电路板，所述第二微流软管连接第二微流控通道和废液池，所述光源模块设置在无透镜图像采集模块的上方，所述图像分析模块与印刷电路板电性连接；本发明提供了一种实现整个成像检测系统的进样、成像、出样硬件一体化、小型化的无透镜微流成像及其检测系统。

Description

一种基于声表面波驱动的无透镜微流成像及其检测系统

技术领域

本发明涉及微流控分析技术领域，更具体的说，它涉及一种基于声表面波驱动的无透镜微流成像及其检测系统。

背景技术

面向未来个人化生物医疗诊断和现场快速检测（Point-of-Care）的应用需求正变的越来越广泛，这就要求传统的复杂、昂贵的大型检测设备实现小型化、集成化、低成本化。如传统的细胞检测计数中常采用流式细胞仪作为金标准，虽然其具有很高的检测通量，然而设备和试剂昂贵、需要专人操作和维护、体积庞大等缺点还是限制了广泛使用。目前片上实验室（Lab-on-a-Chip）提供了一个将微流控芯片与CMOS/CCD图像传感器结合，从而实现无透镜微流成像系统，用于细胞检测与计数（详见X. Huang, J. Guo, X. Wang, M. Yan,Y. Kang, and H. Yu, A contact-imaging based microfluidic cytometer withmachine-learning for single-frame super-resolution processing, PLoS ONE,2014, 9(8): e104539）。但是现有的微流成像检测系统中，检测的部分虽然已经由图像传感器替代了传统的大型光学透镜，然而，系统进样部分仍然需要外接的微流泵和注射器将检测样本推入，增加了系统的复杂度。因此，如何实现整个成像检测系统的进样、成像、出样硬件一体化、小型化，成为发展的趋势。

发明内容

本发明克服了现有细胞检测技术中存在的系统庞大、成本昂贵、操作复杂等技术的不足，提供了一种通过在集成了图像传感器芯片的印刷电路板上集成基于声表面波微流驱动的器件，实现整个成像检测系统的进样、成像、出样硬件一体化、小型化的无透镜微流成像及其检测系统。

本发明的技术方案如下：

一种基于声表面波驱动的无透镜微流成像及其检测系统，包括声表面波微流驱动模块、第一微流软管、无透镜图像采集模块、第二微流软管、废液池、光源模块和图像分析模块；所述声表面波微流驱动模块包括压电衬底、叉指换能器、储液池和第一微流控通道，所述叉指换能器设置在压电衬底上，所述储液池设置在压电衬底上并位于叉指换能器的一侧；所述第一微流控通道设置在储液池的接出口，所述第一微流软管连接储液池接出口的第一微流控通道和接入无透镜图像采集模块的第二微流控通道；所述无透镜图像采集模块包括图像传感器的裸片、第二微流控通道和印刷电路板，所述第二微流控通道与裸片表面键合，所述印刷电路板控制无透镜图像采集模块的运作；所述第二微流软管连接第二微流控通道和废液池，所述光源模块设置在无透镜图像采集模块的上方，所述图像分析模块与印刷电路板电性连接。

进一步的，所述声表面波微流驱动模块的压电衬底贴合在印刷电路板上，所述叉指换能器、储液池和第一微流控通道设置在压电衬底上。

进一步的，所述储液池和第一微流控通道采用同种材料一体制作，所述材料为聚二甲基硅氧烷。

进一步的，所述储液池的形状为圆形，所述储液池受声表面波微流驱动模块驱动。

进一步的，所述储液池中的溶液依次流入第一微流控通道、第一微流软管、无透镜图像采集模块的第二微流控通道、第二微流软管和废液池。

进一步的，所述光源模块由印刷电路板提供电源，并与印刷电路板固定结构连接，所述光源模块采用白光或特定频率光谱的小灯。

本发明相比现有技术优点在于：本发明通过射频信号加到SAW叉指换能器（Inter-Digitated Transducer, IDT）上时，压电材料的表面将产生垂直于电极方向，并向前传播的表面声波。当声波遇到表面上的液体时，声波的动能就会被耦合到液体里并引起声致微流（Acoustic Streaming）。当微管道的尺寸小于声致涡流半径时，声致微流可在微管里向前流动，从而对微通道中的流体施加一个整体的推动，效果相当于把入口处储液池中的样本推入检测界面，其流速与RF信号的强度（电压振幅）成正比，最高可以达到每秒几十厘米，从而实现高通量的连续流体检测，从而实现小型化、精确化。

本发明通过在集成了图像传感器芯片的印刷电路板上集成基于声表面波微流驱动的器件，从而实现整个成像检测系统的进样、成像、出样硬件一体化、小型化。

附图说明

图1为本发明的基于声表面波驱动的无透镜微流成像及其检测系统示意图；

图2为本发明的声表面波微流驱动模块俯视图。

图中标识：声表面波微流驱动模块1、压电衬底11、叉指换能器12、储液池13、第一微流控通道14、第一微流软管2、无透镜图像采集模块3、裸片31、第二微流控通道32、印刷电路板33、第二微流软管4和废液池5。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1所示，一种基于声表面波驱动的无透镜微流成像及其检测系统，包括声表面波微流驱动模块1、第一微流软管2、无透镜图像采集模块3、第二微流软管4、废液池5、光源模块和图像分析模块。

所述声表面波微流驱动模块1包括压电衬底11、叉指换能器12、储液池13和第一微流控通道14，所述叉指换能器12设置在压电衬底11上，所述储液池13键合的设置在压电衬底11上并位于叉指换能器12的一侧，所述压电衬底11贴合在印刷电路板33上，所述叉指换能器12、储液池13和第一微流控通道14设置在压电衬底11上，便于空间压缩，且保证功能正常。所述储液池13和第一微流控通道14采用同种材料一体制作，所述材料一般为聚二甲基硅氧烷（PDMS），所述储液池13的形状为圆形，所述储液池13受声表面波微流驱动模块1驱动。所述第一微流控通道14设置在储液池13的接出口，所述第一微流软管2连接储液池13接出口的第一微流控通道14和接入无透镜图像采集模块3的第二微流控通道32。

所述无透镜图像采集模块3包括图像传感器的裸片31、第二微流控通道32和印刷电路板33，所述第二微流控通道32与裸片31表面键合，键合后第二微流控通道32（或者也叫微流控芯片）与传感器封装之间还会有一些空隙，所以再通过填充液体状的PDMS材料把这个空隙填满，待其固化后就和PDMS第二微流控通道32形成一体。其中对于无透镜图像采集模块3来说，裸片和第二微流控通道32通过键合线（bonding wire）连在一起。所述印刷电路板33控制无透镜图像采集模块3的运作，所述印刷电路板33上设置有相应的元器件。所述第二微流软管4连接第二微流控通道32和废液池5，所述光源模块设置在无透镜图像采集模块3的上方，所述光源模块由印刷电路板33提供电源，并与印刷电路板33固定结构连接，所述光源模块采用白光或特定频率光谱的小灯。所述图像分析模块与印刷电路板33电性连接。所述光源模块从无透镜图像采集模块3上方投射，当待测样本被声表面波微流驱动模块1驱动，从而进入无透镜图像采集模块3的图像传感器表面的第二微流控通道32时，所述无透镜图像采集模块3进行采集样本的阴影图像，并通过印刷电路板33上的接口输出到图像分析模块进行检测分析，检测后的样本从第二微流控通道32流出到第二微流软管4并最终进入废液池5，完成检测。因此，所述储液池13中的溶液依次流入第一微流控通道14、第一微流软管2、无透镜图像采集模块3的第二微流控通道32、第二微流软管4和废液池5。

如图2所示，为本发明声表面波微流驱动模块1的俯视图，所述叉指换能器12加工在压电衬底11上，所述第一微流控通道14与储液池13通过聚二甲基硅氧烷（PDMS）材料来实现设置在压电衬底11上。所述压电衬底11材料为128°Y切铌酸锂。所述第一微流控通道14的输入口连接储液池13，样本溶液流入后通过一个弯折进到第一微流控通道14的输出口，输出口连接第一微流软管2。叉指换能器12采用多对叉指，一般采用30对叉指，且其产生声波的传播方向与弯折后的微流控通道中线方向重合，因此，当信号发生器输出信号的正负极分别与叉指换能器12的两级相连时，调节信号发生器输出正弦信号，便可将微通道中的溶液推出。具体的第一微流控通道14一般采用高度为50微米，宽度为200微米，弯折角度为45°。第一微流软管2、第二微流软管4采用特氟龙导管。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。

Claims

1.一种基于声表面波驱动的无透镜微流成像及其检测系统，其特征在于，包括声表面波微流驱动模块、第一微流软管、无透镜图像采集模块、第二微流软管、废液池、光源模块和图像分析模块；所述声表面波微流驱动模块包括压电衬底、叉指换能器、储液池和第一微流控通道，所述叉指换能器设置在压电衬底上，所述储液池设置在压电衬底上并位于叉指换能器的一侧；所述第一微流控通道设置在储液池的接出口，所述第一微流软管连接储液池接出口的第一微流控通道和接入无透镜图像采集模块的第二微流控通道；所述无透镜图像采集模块包括图像传感器的裸片、第二微流控通道和印刷电路板，所述第二微流控通道与裸片表面键合，所述印刷电路板控制无透镜图像采集模块的运作；所述第二微流软管连接第二微流控通道和废液池，所述光源模块设置在无透镜图像采集模块的上方，所述图像分析模块与印刷电路板电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于声表面波驱动的无透镜微流成像及其检测系统，其特征在于：所述声表面波微流驱动模块的压电衬底贴合在印刷电路板上，所述叉指换能器、储液池和第一微流控通道设置在压电衬底上。

3.根据权利要求1所述的一种基于声表面波驱动的无透镜微流成像及其检测系统，其特征在于：所述储液池和第一微流控通道采用同种材料一体制作，所述材料为聚二甲基硅氧烷。

4.根据权利要求1所述的一种基于声表面波驱动的无透镜微流成像及其检测系统，其特征在于：所述储液池的形状为圆形，所述储液池受声表面波微流驱动模块驱动。

5.根据权利要求1所述的一种基于声表面波驱动的无透镜微流成像及其检测系统，其特征在于：所述储液池中的溶液依次流入第一微流控通道、第一微流软管、无透镜图像采集模块的第二微流控通道、第二微流软管和废液池。

6.根据权利要求1所述的一种基于声表面波驱动的无透镜微流成像及其检测系统，其特征在于：所述光源模块由印刷电路板提供电源，并与印刷电路板固定结构连接，所述光源模块采用白光或特定频率光谱的小灯。