[发明专利]一种基于声表面波的用于粒子分离的无鞘流微流控芯片

说明书

本发明公开了一种基于声表面波的用于粒子分离的无鞘流微流控芯片，包括输入区域、加速区域、聚焦区域、分选区域、输出区域。其中输入区域实现样本注入，使得到达加速区域时的流体稳定；加速区域用于加速流体和预集中粒子；聚焦区域实现将液体中的粒子偏转到管道的中间；分选区域实现在两侧的叉指电极（IDT）上施加相同的射频（RF）驱动信号后，在衬底上形成驻波，使得管道内的不同大小的粒子在声波辐射力的作用下实现选择性偏移。输出区域包括废液通道和收集通道，分别对应分选后无效的废液和分选出的粒子。由于使用无鞘流的结构和SAW分选，所以该微流控芯片具有结构简单、功率低、样本处理效率高等优点。

技术领域

本发明涉及微流控分析技术领域，具体涉及一种基于声表面波的用于粒子分离的无鞘流微流控芯片。

背景技术

近些年，基于微流控芯片的片上实验室技术已经取得了许多的研究成果，实现了如细胞培养、分选、裂解，溶液样品制备、反应、分离、检测等。由于其具有对试剂需求量少、密闭操作、系统价格低廉等优势，在未来生物医药的研究和现场快速检测（POC）领域具有巨大的应用潜力。

目前，使用微流控芯片实现细胞/粒子分选的原理主要是基于粒子的不同理化属性，如根据粒子的不同介电属性，可在电泳力下实现分选；根据粒子是否被荧光标记，荧光激活可实现分选；根据质量不同，可在惯性力下实现分选；根据粒子的大小不同，可在侧向声波辐射力下实现分选。相比与其他的分离方法，基于声表面波的粒子分离系统具有如下优点：结构简单，主要包含压电衬底，IDTs，微流管道；分离效果容易控制，只要调节加在IDTs上的RF功率；生物兼容性好，分选不影响细胞的活性。

对于现有的微流控粒子分选系统，在粒子流经微流控通道中的分选区域时，为了避免粒子受湍流、涡流的影响，都要求对混合粒子实现聚焦，保证在通道中间形成单个排列的粒子流，以便实现：当分选区域的功能启用时，目标粒子能够从收集口流出，而当分选区域的功能没有启用时，粒子只从废液口流出。

对于粒子聚焦，常用的有效方法是通过采用多个输入口注入鞘流，使样本流在周围鞘流的作用下实现聚焦。然而，多个鞘流输入口意味着多个微流泵，增加了系统复杂度。同时，在现有的采用鞘流的工作中往往流速与分离效果互相限制，即在分选功能启用后，分选区域粒子的流速越慢，分离效果越高，目标粒子流向废液口的数量就会越少，分选通量就越低。所以加鞘流的方法虽然克服了聚焦的问题，但是鞘流的流量往往大于样本流的流量两倍以上，为了达到更高的分离效率，不得不把样本流的流速降低。

所以，对于微流控分选芯片，无鞘流的设计与带鞘流的设计相比，减少了微流泵的数量，避免了流速与分离效果互相限制，减少了样本检测的时间，更加有利于系统的集成化与小型化。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缓解微流控分选系统中样本聚焦与样本分离效率之间矛盾的问题，本发明提出了一种基于声波面驻波的无鞘流的微流控分离芯片设计方案。通过斯托克斯拖曳力和萨夫曼升力实现粒子聚焦，基于悬浮于微流管道中的粒子受到的声波辐射力正比于粒子体积的关系实现粒子分离。从而减小对微流泵驱动鞘流的设备的需求，同时在等量样本和精度要求下减小检测的时间。