CN109174426B - 一种粒子分选装置及对液体中粒子进行分选的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于声表面波的粒子分选装置，包括：压电基底、设置于压电基底上的第一叉指换能器、储液区、导流管、注液区、微流道、在微流道两侧相对设置的两个第二叉指换能器和出液区；储液区包括多个储液槽，注液区包括多个注液槽，出液区包括至少两个出液槽，储液槽和注液槽通过导流管连接，注液槽和出液槽通过微流道连接；第一叉指换能器在压电基底的上表面产生行波声表面波，推动储液槽中的液体向注液槽、微流道、出液区方向流动；两个第二叉指换能器在压电基底的上表面产生两列方向相对的相同频率和速度的行波声表面波，叠加形成驻波声表面波，使微流道内液体中粒子偏移到驻波声表面波的相应压力节点。解决了粒子分离不便、误差大的问题。

Description

一种粒子分选装置及对液体中粒子进行分选的方法

技术领域

本发明涉及一种粒子分选装置及对液体中粒子进行分选的方法。

背景技术

现有技术中，进行微米级粒子分选，采用的方法通常为空气流的粒子分选装置，对分选精度的要求较低，或者采用离心法、微孔筛法，常常由于粒子直径与分选设备的分选直径不匹配，而造成测量误差。同时，随着人们越发重视自身的健康检查，血常规检测是医院最普遍的血液检测，但是对于血液中一些细胞的重要参数检测需要大型的设备作为技术支撑，并且这些设备价格比较昂贵，体积较大、不方便使用，比如，流式细胞仪。流式细胞仪在使用前和使用过程中都要精心进行调试，在保障其光电倍增管稳定的工作条件的同时还需要注意设备的磁屏蔽，以保证工作的可靠性和稳定性，导致设备操作复杂，维护的成本巨大，不便于细胞的分选。

发明内容

鉴于现有技术中存在的以上技术缺陷和技术弊端，本发明实施例提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种粒子分选装置及对液体中粒子进行分选的方法。

作为本发明实施例的一个方面，涉及一种基于声表面波的粒子分选装置，包括：压电基底、设置于所述压电基底上的第一叉指换能器、储液区、导流管、注液区、微流道、在所述微流道两侧相对设置的两个第二叉指换能器和出液区；

所述储液区包括多个储液槽，所述注液区包括多个注液槽，所述出液区包括至少两个出液槽，所述储液槽和注液槽通过导流管连接，所述注液槽和出液槽通过所述微流道连接；

所述第一叉指换能器在射频信号驱动下在压电基底的上表面产生行波声表面波，推动储液槽中的液体向注液槽、微流道、出液区方向流动；

所述两个第二叉指换能器在相同的射频信号驱动下在压电基底的上表面产生两列方向相对的相同频率和速度的行波声表面波，叠加形成驻波声表面波，使微流道内液体中粒子偏移到驻波声表面波的相应压力节点。

在一个实施例中，所述微流道的一端具有与注液槽数目相同的开口，对应连接到所述多个注液槽的底部，所述微流道的另一端具有与出液槽数目相同的开口，对应连接到所述至少两个出液槽。

在一个实施例中，所述储液区包括第一储液槽、第二储液槽和第三储液槽，所述注液区包括第一注液槽、第二注液槽和第三注液槽，所述第一储液槽、第二储液槽和第三储液槽的上端口与所述第一注液槽、第二注液槽和第三注液槽的上端口分别通过所述导流管对应连接；

所述出液区包括第一出液槽、第二出液槽和第三出液槽；所述微流道的两端分别具有三个开口，分别对应连接到所述第一注液槽、第二注液槽和第三注液槽以及所述第一出液槽、第二出液槽和第三出液槽的底部。

在一个实施例中，所述的基于声表面波的粒子分选装置，还包括出液管，所述第一出液槽、第二出液槽和第三出液槽的上端口分别通过出液管连接到外部的收集容器。

在一个实施例中，所述的基于声表面波的粒子分选装置，还包括至少一个射频信号发生装置，用于向所述第一叉指换能器加载一个射频信号，以及向两个第二叉指换能器加载另一个射频信号；

所述射频信号发生装置为射频电源，或，

所述射频信号发生装置包括射频信号发生器，以及与所述射频信号发生器连接的功率放大器。

在一个实施例中，所述的基于声表面波的粒子分选装置，还包括：设置于所述压电基底上的两组馈电端口，所述射频信号发生装置包括第一射频信号发生装置和第二射频信号发生装置；

其中，一组馈电端口连接所述第一射频信号发生装置和第一叉指换能器，另一组馈线端口连接所述第二射频信号发生装置和两个第二叉指换能器。

在一个实施例中，所述的基于声表面波的粒子分选装置，还包括：设置于所述储液区和注液区之间的吸声材料。

在一个实施例中，所述第一叉指换能器、储液区、注液区、微流道和出液区的中心线在同一直线上。

在一个实施例中，所述第二叉指换能器的指条宽度从远离微流道向靠近微流道一侧呈线性减小，所述第二叉指换能器的指条宽度范围为50um到25um。

在一个实施例中，所述微流道的宽度根据储液槽中待分选的不同直径的粒子的种类设计。

作为本发明实施例的另一方面，涉及一种使用上述任一项所述的基于声表面波的粒子分选装置对液体中粒子进行分选的方法，包括：

第一叉指换能器在射频信号驱动下在压电基底的上表面产生行波声表面波，利用声流耦合效应将中间储液槽中的待分选的液体和两侧储液槽内的辅助试剂分别泵送至对应的注液槽，使储液槽中的液体向注液槽流动，流入微流道中；

两个第二叉指换能器在相同的射频信号驱动下在压电基底的上表面产生两列方向相对的相同频率和速度的行波声表面波，叠加形成驻波声表面波，在微流道内的辅助试剂和待分选的液体中产生声辐射力，将微流道内液体中的不同直径的粒子推向驻波声表面波的相应的压力节点；

在声流力的作用下，载有不同直径的粒子的液体继续流入出液区的出液槽中。

在一个实施例中，所述的对液体中粒子进行分选的方法，还包括：

通过调整第一叉指换能器加载的射频信号的功率，调节储液槽内液体向注液槽的供流速度。

在一个实施例中，所述的对液体中粒子进行分选的方法中，所述中间储液槽中的待分选的液体为血液，所述两侧储液槽中的辅助试剂为止凝剂和生理盐水的混合液；

所述驻波声表面波在微流道内的混合液和待分选的血液中产生声辐射力，将微流道中血液中的红细胞、白细胞和血小板推向驻波声表面波的三个不同的压力节点；

在声流力的作用下，使分选出的红细胞、白细胞和血小板分别流入不同的出液槽中。

本发明实施例至少实现了如下技术效果：

1、本发明实施例提供的基于声表面波的粒子分选装置，基于微流控芯片技术，装置的整体体积小巧，便于携带。

2、本发明实施例提供的基于声表面波的粒子分选装置，通过第一叉指换能器产生行波声表面波，利用行波声表面波与液体的声流耦合效应泵送液体，这样非接触方式避免了含有待分离粒子的液体在运输过程中的二次污染。

3、本发明实施例提供的基于声表面波的粒子分选装置，通过两个第二叉指换能器产生相同频率相同速度的行波声表面波叠加形成驻波声表面波，通过驻波声表面波在液体中产生的声辐射力使不同直径的粒子发生偏移，将不同直径的粒子推向驻波声表面波在微流道内部形成的不同的压力节点，使得不同直径的粒子按照预定方式排列，粒子分选速度快、分选的精度高。

4、本发明实施例提供的基于声表面波的粒子分选装置，结构稳定，使用前和使用过程中不需要进行校正，在使用时，由于声表面波能量集中性强，连续稳定性好，能连续稳定的进行粒子分选。

5、本发明实施例提供的基于声表面波的粒子分选装置为一次性耗材，避免了维护成本，并且自身的成本也非常的低廉。

6、本发明实施例提供的对液体中粒子进行分选的方法，可以应用于血液中细胞的分选，利用行波声表面波与液体的声流耦合效应泵送待分选血液和止凝剂，第一叉指换能器所采用的激励频率通常为10MHz-100MHz，比超声波高一个数量级，生物兼容性更强，对细胞没有任何损伤，可以安全完整的保留细胞自身结构。

7、本发明实施例提供的对液体中粒子进行分选的方法，可以应用于血液中细胞的分选，利用驻波声表面波在液体中产生声辐射力，使不同直径的细胞发生偏移，将不同直径的细胞推向驻波声表面波在微流道内部形成的不同的压力节点，由于红细胞平均直径为7um，白细胞直径范围为7um-20um，血小板直径范围1um-7um，利用改变驻波声表面波的射频频率而改变压力节点位置，从而可以实现改变细胞的位置，可以对不同直径的细胞进行分选，覆盖直径范围1um-25um内的细胞，分选范围大，包容性强。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所记载的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供基于声表面波的粒子分选装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供另一种基于声表面波的粒子分选装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

下面分别对本发明实施例提供的一种粒子分选装置及对液体中粒子进行分选的方法的各种具体实施方式进行详细的说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例一：

参照图1，本发明实施例一提供一种基于声表面波的粒子分选装置，包括：压电基底1、设置于所述压电基底1上的第一叉指换能器2、储液区3、导流管4、注液区5、微流道6、在所述微流道6两侧相对设置的两个第二叉指换能器7和出液区8；

所述储液区3包括多个储液槽，所述注液区5包括多个注液槽，所述出液区8包括至少两个出液槽，所述储液槽和注液槽通过导流管4连接，所述注液槽和出液槽通过所述微流道6连接；

所述第一叉指换能器2在射频信号驱动下在压电基底1的上表面产生行波声表面波，推动储液槽中的液体向注液槽、微流道6、出液区8方向流动；

所述两个第二叉指换能器7在相同的射频信号驱动下在压电基底1的上表面产生两列方向相对的相同频率和速度的行波声表面波，叠加形成驻波声表面波，使微流道6内液体中粒子偏移到驻波声表面波的相应压力节点。

本发明实施例提供的基于声表面波的粒子分选装置，基于微流控芯片技术，装置的整体体积小巧，便于携带。

本发明实施例提供的基于声表面波的粒子分选装置，通过第一叉指换能器2产生行波声表面波，利用行波声表面波与液体的声流耦合效应泵送液体，这样非接触方式避免了含有待分离粒子的液体在运输过程中的二次污染。

本发明实施例提供的基于声表面波的粒子分选装置，通过两个第二叉指换能器7产生相同频率和速度的行波声表面波叠加形成驻波声表面波，通过驻波声表面波在液体中产生的声辐射力使不同直径的粒子发生偏移，将不同直径的粒子推向驻波声表面波在微流道6内部形成的不同的压力节点，使得不同直径的粒子按照预定方式排列，粒子分选速度快、分选的精度高。

本发明实施例提供的基于声表面波的粒子分选装置，结构稳定，使用前和使用过程中不需要进行校正，在使用时，由于声表面波能量集中性强，连续稳定性好，能连续稳定的进行粒子分选。

本发明实施例提供的基于声表面波的粒子分选装置为一次性耗材，避免了维护成本，并且自身的成本也非常的低廉。

参照图1，在一个实施例中，所述微流道6的一端具有与注液槽数目相同的开口，分别对应连接到所述多个注液槽的底部，所述微流道6的另一端具有与出液槽数目相同的开口，分别对应连接到所述至少两个出液槽。

参照图1，在一个实施例中，所述的基于声表面波的粒子分选装置，所述储液区3包括第一储液槽301、第二储液槽302和第三储液槽303，所述注液区5包括第一注液槽501、第二注液槽502和第三注液槽503，所述第一储液槽301、第二储液槽302和第三储液槽303的上端口与所述第一注液槽501、第二注液槽502和第三注液槽503的上端口分别通过所述导流管4对应连接；相应的，

所述出液区8包括第一出液槽801、第二出液槽802和第三出液槽803；所述微流道6的两端分别具有三个开口，分别对应连接到所述第一注液槽501、第二注液槽502和第三注液槽503以及所述第一出液槽801、第二出液槽802和第三出液槽803的底部。

在一个实施例中，可以是，所述的基于声表面波的粒子分选装置，还包括出液管9，所述第一出液槽801、第二出液槽802和第三出液槽803的上端口分别通过出液管9连接到外部的收集容器。

在一个实施例中，可以是，所述的基于声表面波的粒子分选装置，还包括至少一个射频信号发生装置10，用于向所述第一叉指换能器2加载一个射频信号，以及向两个第二叉指换能器7加载另一个射频信号；

所述射频信号发生装置10为射频电源，或，

所述射频信号发生装置10包括射频信号发生器，以及与所述射频信号发生器连接的功率放大器。

在一个实施例中，可以是，所述的基于声表面波的粒子分选装置，还包括设置于所述压电基底1上的两组馈电端口11，所述射频信号发生装置10包括第一射频信号发生装置10和第二射频信号发生装置10；

其中，一组馈电端口11连接所述第一射频信号发生装置10和第一叉指换能器2，另一组馈线端口连接所述第二射频信号发生装置10和两个第二叉指换能器7。

在一个具体实施例中，可以是，所述吸声材料为涂抹在储液区3和注液区5之间的一条吸声胶12。本发明实施例中，通过在储液区3和注液区5之间的压电基底1上设置吸声材料，将第一叉指换能器2在压电基底1的上表面产生的行波声表面波吸收，使行波声表面波停止向前传输，防止第一叉指换能器2产生的行波声表面波传输到两个第二叉指换能器7在压电基底1的上表面产生的驻波声表面波的传输位置时，对驻波声表面波产生干扰。

在一个实施例中，所述压电基底1是由具有压电特性的材料构成，比如石英、压电陶瓷、铌酸锂或钽酸锂。

在一个具体实施例中，可以是，所述压电基底1是由双面抛光Y切X128.68°方向的铌酸锂材料构成，且压电基底1的厚度、机电耦合系数、温度系数和声表面波传播速度分别为0.5mm、5.5％、-72x10-6/℃和3895m/s。

在一个具体实施例中，所述射频信号发生装置10包括射频信号发生器，以及与所述射频信号发生器连接的功率放大器。所述第一叉指换能器2和第二叉指换能器7的金属薄膜条材料为铝、铬或金。所述第一叉指换能器2、第二叉指换能器7光刻于压基底的上表面，并通过馈电端口11与射频信号发生装置10的功率放大器连接。

在一个具体实施例中，所述射频信号发生装置10可以是射频电源。由于射频电源的结构集成度高，体积较小，便于携带，可以适用于多种不同的应用场景。

在一个具体实施例中，所述第一叉指换能器2、储液区3、注液区5、微流道6和出液区8的中心线在同一直线上。所述储液区3和微流道6、注液区5和出液区8的材料为高硼硅玻璃或聚二甲基硅氧烷，并通过胶黏方式固定在压电基底1的上表面。

在一个具体实施例中，本发明实施例中，导流管4和出液管9的材料为聚乙烯、聚丙烯、树脂或橡胶。

在一个实施例中，所述第二叉指换能器7的指条宽度从远离微流道6向靠近微流道6的方向呈线性减小，所述第二叉指换能器7的指条宽度范围为50um到25um。

在一个实施例中，所述微流道6的宽度根据储液槽中待分选的不同直径的粒子的种类设计。

本发明实施例中，微流道6的宽度可以根据待分选的不同直径的粒子的种类可以设计为大于驻波声表面波的半波长的整数倍。例如，当需要分选的粒子直径分为两类时，微流道6的宽度需大于驻波声表面波的一个波长；当分选的粒子直径分为三类时，微流道6的宽度需大于驻波声表面波的半波长的3倍，以此类推，本发明实施例中，不再一一进行解释。

实施例二：

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种使用以上任一项所述的基于声表面波的粒子分选装置对液体中粒子进行分选的方法，包括：

第一叉指换能器2在射频信号驱动下在压电基底1的上表面产生行波声表面波，利用声流耦合效应将中间储液槽中的待分选的液体和两侧储液槽内的辅助试剂分别泵送至对应的注液槽，使储液槽中的液体向注液槽流动，流入微流道6中；

两个第二叉指换能器7在相同的射频信号驱动下在压电基底1的上表面产生两列方向相对的相同频率和速度的行波声表面波，叠加形成驻波声表面波，在微流道6内的辅助试剂和待分选的液体中产生声辐射力，将微流道6内液体中的不同直径的粒子推向驻波声表面波的相应的压力节点；

在声流力的作用下，载有不同直径的粒子的液体继续流入出液区8的出液槽中。

在一个具体实施例中，所述的对血液中粒子进行分选的方法，还包括：

通过调整第一叉指换能器2加载的射频信号的功率，调节储液槽内液体向注液槽的供流速度。

下面通过两个具体的粒子分选的实施方式对本发明实施例提供的基于声表面波的粒子分选装置对液体中的粒子进行分选的方法进行具体说明：

第一个实施方式：

参照图1，在第一储液槽301和第三储液槽303中分别注入预定体积的去离子水，在第二储液槽302中注入预定体积的固液比为0.025％的荧光聚苯乙烯微球和去离子水的悬浮液，在本实施例中，发明人在进行试验时，所加入的荧光聚苯乙烯微球为直径平均分别为3um和7um的混合微粒子，为减少试验材料的耗费，每次注入到的第二储液槽302中的悬浮液体积选择在0.5ml至2ml之间。

启动射频信号发生装置10，第一叉指换能器2施以射频信号而被激励，第一叉指换能器2把输入的射频信号通过逆压电效应转变为声信号，形成与外加的射频信号同频率并沿着压电基底1的上表面传播的行波声表面波。当第一叉指换能器2产生的行波声表面波传播至第一储液槽301、第二储液槽302和第三储液槽303时，声能进入去离子水和悬浮液中，发生声流耦合效应，产生动能驱动悬浮液通过导流管4进入第二注液槽502内，驱动去离子水通过导流管4进入第一注液槽501和第三注液槽503中。通过调节驱动功率可以改变第一储液槽301至第三储液槽303中的压力，实现导液速率的量化控制，以确保悬浮液和去离子水的持续稳定泵送。为了防止第一叉指换能器2产生的行波声表面波干扰两个第二叉指换能器7形成的驻波声表面波，在储液区3和注液区5之间涂抹一条吸声胶12。悬浮液和去离子水在声流力作用下进入微流道6内，对混合微粒子进行分选实验。

在本发明实施例中，对于聚苯乙烯微球材料，根据以下关系式：

κ＝πd/λ_f，λ_f＝c_f/f(1)

其中：d表示微粒子的直径，λ_f表示声表面波的波长，f表示声表面波的射频频率，c_f表示声表面波的速度，κ为介质常数；当κ＜1时，两个第二叉指换能器7形成的驻波声表面波不能使微流道6内的粒子发生偏移，当κ≥1时，两个第二叉指换能器7形成的驻波声表面波可以推动微流道6内的粒子发生偏移至驻波声表面波的压力节点。

当选择的压电基底1材料双面抛光Y切X128.68°方向的铌酸锂材料，且其厚度、机电耦合系数、温度系数分别为0.5mm、5.5％、-72x10-6/℃时，压电基底1的上表面的声表面波传播速度c_f为3895m/s。本实施例中，若我们选择从悬浮液中将直径为7um的荧光聚苯乙烯微球分选出来，而不对直径3um的荧光聚苯乙烯微球进行分选，则根据上述关系式(1)求得所需加载的声表面波的射频频率范围为181MHz至422.8MHz。

启动射频信号发生装置10向两个第二叉指换能器7加载使得其发生共振的工作频率，且能够满足使两个第二叉指换能器7之间的距离为其形成驻波声表面波的半波长的整数倍的条件，两个第二叉指换能器7形成的驻波声表面波与微流道6中液体相接触时，其携带的能量会在微流道6的液体中产生声辐射力，使得不同直径大小的荧光聚苯乙烯微球受力不同，在微流道6中使得混合液中直径为7um的荧光聚苯乙烯微球聚集在驻波声表面波的压力节点处，从混合液中分选出来，在声流力的作用下，直径为7um的荧光聚苯乙烯微球的混合液流入出液区8的第一储液槽301中，直径为3um的荧光聚苯乙烯微球的混合液流入出液区8的第二储液槽302中。

在实验过程中，发明人发现粒子间有粘连，通过加入活性剂可以使得粒子间作用更小，分离更彻底。通过驻波声表面波的作用，使得混合液中直径为7um的粒子聚集在微流道6中的压力节点处，直径7um的粒子被剥离出来。本发明实施例中，在驻波声表面波作用下，荧光聚苯乙烯微球在内主要受到声辐射力的影响，微粒间的弱相互作用可以忽略不计，为防止粒子间有粘连，可以在悬浮液中加入活性剂，使得粒子间作用更小，已达到更好的分选效果。

第二个实施方式：

本发明实施例的基于声表面波的粒子分选装置的对液体中粒子进行分选的方法还可以用来分选血液中的细胞。

参照图2，在第一储液槽301和第三储液槽303内注入预定体积的止凝剂和生理盐水的混合液，在第二储液槽302中注入预定体积的待分选的血液；

启动射频信号发生装置10，向第一叉指换能器2加载射频信号，使第一叉指换能器2在射频信号驱动下在压电基底1的上表面产生的行波声表面波；

利用声流耦合效应将第一储液槽301和第三储液槽303内的止凝剂和生理盐水的混合液分别泵送至第一注液槽501和第三注液槽503，将第二储液槽302中的待分选的血液泵送至第二注液槽502，并分别由第一注液槽501、第二注液槽502和第三注液槽503流入微流道6内，使储液槽中的液体向注液槽流动，流入微流道6中；

启动射频信号发生装置10，向两个第二叉指换能器7加载射频信号，使两个第二叉指换能器7在相同的射频信号驱动下在压电基底1的上表面产生的两列相同频率相同速度的行波声表面波叠加形成驻波声表面波，在微流道6内形成压力节点；

驻波声表面波在微流道6内的止凝剂和生理盐水的混合液和待分选的血液中产生声辐射力，使利用声辐射力使血液中的细胞产生位置上的偏移，根据不同直径的细胞受力不同，在微流道6中将红细胞、白细胞和血小板推向三个不同的压力节点；

在声流力的作用下，使分选出的红细胞、白细胞和血小板分别流入第一出液槽801至第三出液槽803中。

在一个具体实施例中，可以是，通过调整射频信号发生装置10向第一叉指换能器2加载的射频信号的功率，调节第一至第三储液槽303内液体向第一至第三注液槽503的供流速度，使止凝剂和生理盐水的混合液、血液维持稳定泵送，使待分选的血液在微流道6内持续进行红细胞、白细胞和血小板分离，在声流力作用下分别流入出液区8的各出液槽内。

本发明实施例中，由于人体血液中红细胞的直径范围为7um-9um，白细胞的直径范围为9um-20um，血小板的直径范围为1um-7um，根据细胞的直径大小不同，驻波声表面波作用在不同直径细胞上的声辐射力就会有差异，在不同大小力的作用下，细胞在微流道6内由于声辐射力作用，就会发生偏移现象，将将红细胞、白细胞和血小板分别推向驻波声表面波的三个不同的压力节点，在微流道6内形成三列排布，在声流力的作用下，持续向前运动，使分选出的红细胞、白细胞和血小板分别流入第一出液槽801至第三出液槽803中，最后收集到各自的收集容器中。

本发明实施例中，使用注射器在第一储液槽301和第三储液槽303中注入预定体积的止凝剂和生理盐水的混合液，在第二储液槽302中注入预定体积的待分选的血液。在标准大气压或接近标准大气压条件下，由于血液和混合液的表面张力和黏滞系数恒定，无外力作用下，血液和混合液不会自流。通过第一叉指换能器2产生的行波声表面波将止凝剂和生理盐水的混合液泵送至第一注液槽501和第三注液槽503，将待分选的血液泵送至第二注液槽502。在进行试验前，对第一至第三注液槽503的上部开口进行封堵，使第一至第三注液槽503内的液体在压力作用下进入微流道6中。

本发明实施例中，第一叉指换能器2在压电基底1的上表面产生行波声表面波，行波声表面波经过储液区3内的止凝剂和生理盐水的混合液、待分选的血液，通过波声流耦合效应将声能转换为动能和少量的热能，对待分选血液、止凝剂和生理盐水的混合液进行驱动，使待分选的血液、止凝剂和生理盐水的混合液由储液区3经注液区5进入微流道6内，在微流道6内的液体在声流力作用下持续向前运动。如果射频频率过高，叉指换能器产生的行波声表面波在液体中的声流耦合效应会减弱，会使得进入微流道6的止凝剂和生理盐水的混合液、待分选的血液流速过缓；而射频频率过低，叉指换能器产生的行波声表面波的在液体中的声流耦合效应增强，会使得刚进入微流道6的止凝剂和生理盐水的混合液、待分选的血液由于声流的扰动和波动进行混合，增大细胞分选的难度。本发明实施例中，发明人通过多次试验发现，第一叉指换能器2可以使用的工作频率范围为10MHz-100MHz，第一储液槽301和第三储液槽303中的止凝剂和生理盐水的混合液以及第二储液槽302中的血液进入微流道6内时，运动速度缓慢，进入微流道6内发生层流现象，此时止凝剂和生理盐水的混合液、待分选的血液不易发生混合，当止凝剂和生理盐水的混合液、待分选的血液在声流力作用下进入到两个第二叉指换能器7在压电基底1的上表面形成的驻波声表面波的传输位置时，由于两侧的止凝剂和生理盐水的混合液、中间的待分选的血液的层流现象，便于将分选的细胞移到相应的区域的液体中，减少细胞分选的工作量，提高细胞分选效率。

本发明实施例中，待分选的血液注入到第二注液槽502内，在第二注液槽502两侧分别设置第一注液槽501和第三注液槽503，使止凝剂和生理盐水的混合液注入到第一注液槽501和第三注液槽503，当待分选的血液和混合液泵入微流道6内时分成三列，防止在入口处发生湍流或扰动，造成待分选的血液和混合液发生混合。发明人在试验中发现，在仅设置一个注入混合液的注液槽时，流入微流道6内的待分选的血液和混合液在微流道6的入口处，两股液体会发生对流现象，使待分选的血液和混合液发生混合，增大细胞分选的难度。而通过在第二注液槽502两侧分别设置第一注液槽501和第三注液槽503，当待分选的血液和混合液泵入微流道6内时发生层流，分成三列，不易发生液体混合，这样即可解决待分选的血液和混合液在微流道6的入口处即发生混合的问题。

本发明实施例提供的对液体中粒子进行分选的方法，可以应用于血液中细胞的分选，利用行波声表面波与液体的声流耦合效应泵送待分选血液、止凝剂和生理盐水的混合液，第一叉指换能器2所采用的激励频率通常为10MHz-100MHz，比超声波高一个数量级，生物兼容性更强，对细胞没有任何损伤，可以安全完整的保留细胞自身结构。

本发明实施例提供的基于声表面波的粒子分选装置的对血液中的细胞进行分选，利用驻波声表面波在液体中产生声辐射力，使不同直径的细胞发生偏移，将不同直径的细胞推向驻波声表面波在微流道6内部形成的不同的压力节点，由于红细胞平均直径为7um，白细胞直径范围为7um-20um，血小板直径范围1um-7um，利用改变驻波声表面波的射频频率而改变压力节点位置，从而可以实现改变细胞的位置，可以对不同直径的细胞进行分选，覆盖直径范围1um-25um内的细胞，分选范围大，包容性强。

本发明实施例提供的基于声表面波的粒子分选装置的对血液中的细胞进行分选，由于个体的血液差异，红细胞、白细胞和血小板的形状不唯一，会有一些变化。个体差异导致的细胞平均直径也会有差异，对于力的感应偏差较大，可以通过引入一个分离效率比指标，用于评定在分选样品中三种细胞分离出来的比例，如果分离效率比指标在预定的范围内，则视为血液中红细胞、白细胞和血小板的分选是成功的。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种基于声表面波的粒子分选装置，其特征在于，包括：压电基底、设置于所述压电基底上的第一叉指换能器、储液区、导流管、注液区、微流道、在所述微流道两侧相对设置的两个第二叉指换能器和出液区；

所述储液区包括多个储液槽，所述注液区包括多个注液槽，所述出液区包括至少两个出液槽，所述储液槽和注液槽通过导流管连接，所述注液槽和出液槽通过所述微流道连接；

所述第一叉指换能器在射频信号驱动下在压电基底的上表面产生行波声表面波，推动储液槽中的液体向注液槽、微流道、出液区方向流动；

所述两个第二叉指换能器在相同的射频信号驱动下在压电基底的上表面产生两列方向相对的相同频率和速度的行波声表面波，叠加形成驻波声表面波，使微流道内液体中粒子偏移到驻波声表面波的相应压力节点；所述第二叉指换能器的指条宽度从远离微流道向靠近微流道一侧呈线性减小；

所述微流道的宽度为大于驻波声表面波的半波长的整数倍。

2.如权利要求1所述的基于声表面波的粒子分选装置，其特征在于，所述微流道的一端具有与注液槽数目相同的开口，对应连接到所述多个注液槽的底部，所述微流道的另一端具有与出液槽数目相同的开口，对应连接到所述至少两个出液槽。

3.如权利要求2所述的基于声表面波的粒子分选装置，其特征在于，所述储液区包括第一储液槽、第二储液槽和第三储液槽，所述注液区包括第一注液槽、第二注液槽和第三注液槽，所述第一储液槽、第二储液槽和第三储液槽的上端口与所述第一注液槽、第二注液槽和第三注液槽的上端口分别通过所述导流管对应连接；

所述出液区包括第一出液槽、第二出液槽和第三出液槽；所述微流道的两端分别具有三个开口，分别对应连接到所述第一注液槽、第二注液槽和第三注液槽以及所述第一出液槽、第二出液槽和第三出液槽的底部。

4.如权利要求3所述的基于声表面波的粒子分选装置，其特征在于，还包括出液管，所述第一出液槽、第二出液槽和第三出液槽的上端口分别通过出液管连接到外部的收集容器。

5.如权利要求1-4任一项所述的基于声表面波的粒子分选装置，其特征在于，还包括至少一个射频信号发生装置，用于向所述第一叉指换能器加载一个射频信号，以及向两个第二叉指换能器加载另一个射频信号；

所述射频信号发生装置为射频电源，或，

所述射频信号发生装置包括射频信号发生器，以及与所述射频信号发生器连接的功率放大器。

6.如权利要求5所述的基于声表面波的粒子分选装置，其特征在于，还包括：设置于所述储液区和注液区之间的吸声材料。

7.如权利要求5所述的基于声表面波的粒子分选装置，其特征在于，所述第二叉指换能器的指条宽度范围为50um到25um。

8.一种使用权利要求1-7任一项所述的基于声表面波的粒子分选装置对液体中粒子进行分选的方法，其特征在于，包括：

第一叉指换能器在射频信号驱动下在压电基底的上表面产生行波声表面波，利用声流耦合效应将中间储液槽中的待分选的液体和两侧储液槽内的辅助试剂分别泵送至对应的注液槽，使储液槽中的液体向注液槽流动，流入微流道中；

两个第二叉指换能器在相同的射频信号驱动下在压电基底的上表面产生两列方向相对的相同频率和速度的行波声表面波，叠加形成驻波声表面波，在微流道内的辅助试剂和待分选的液体中产生声辐射力，将微流道内液体中的不同直径的粒子推向驻波声表面波的相应的压力节点；

在声流力的作用下，载有不同直径的粒子的液体继续流入出液区的出液槽中。

9.如权利要求8所述的对液体中粒子进行分选的方法，其特征在于，还包括：

通过调整第一叉指换能器加载的射频信号的功率，调节储液槽内液体向注液槽的供流速度。

10.如权利要求8或9所述的对液体中粒子进行分选的方法，其特征在于，所述中间储液槽中的待分选的液体为血液，所述两侧储液槽中的辅助试剂为止凝剂和生理盐水的混合液；

所述驻波声表面波在微流道内的混合液和待分选的血液中产生声辐射力，将微流道中血液中的红细胞、白细胞和血小板推向驻波声表面波的三个不同的压力节点；

在声流力的作用下，使分选出的红细胞、白细胞和血小板分别流入不同的出液槽中。

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