[发明专利]用于分离粒子的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于分离粒子(颗粒)的方法和装置，更具体地说， 利用超声驻波来分离粒子(颗粒)，该超声驻波在两个不同频率之 间切换。由于声辐射压，具有不同性质的粒子(颗粒)将经受不同 的加速度，并被分成两个流束(steam)。

背景技术

在超声驻波中，对于力作用在介质中所悬浮的粒子上的有关理 论已经知晓一段时间了。如果将驻波引入其中悬浮有小粒子的介质 中，则该粒子将受到声辐射力的作用。作用于粒子上的力是通道中 的相对于压力节点(pressurenode)的位置的函数。通过将该事实 和微通道中的层流结合，则粒子可被收集在该压力节点处并与之分 离。如下文参照图1A、1B和2A、2B所讨论的，在基本驻波 (fundamentals tanding wave)(一阶共振频率)中，力作用于中部， 在这里具有最小压力。这样的驻波可形成在具有平行侧壁的通道 中。这种现象在以前已被用于微流系统中的粒子分离。可参考例如 WO02/072235。在以前的方法中，利用了这样的事实：对于不同粒 子，力F具有不同的正负号，即方向。这里，部分粒子被收集在压 力节点处而其它粒子与该压力节点分离。正负号的不同主要取决于 粒子是否比周围介质具有更高或更低的密度。然而，利用这种方法， 不可能分离经受相同方向作用力的粒子，即使该力具有不同的大 小。

发明内容

在本发明中，将二阶调谐驻波(second order harmonic standing wave)和基本驻波(fundamental standing wave)一起使用。如果粒 子受二阶调谐驻波的作用，则力作用于侧壁处的两个压力节点。通 过在二阶调谐驻波和基本驻波之间切换频率，可以在不同组的压力 节点处分离和收集粒子。

在第一方面，本发明提供了一种用于分离悬浮在介质中的粒子 混合物的粒子的方法，包括以下步骤：

使容纳所述介质的腔室(chamber)经受超声波，其中该超声 波产生具有第一压力节点的在第一频率的第一超声驻波；

将粒子混合物置于腔室中，使一定浓度的粒子混合物被置于在 所述第一频率的超声驻波的第一压力节点处或附近，或者在第一压 力节点和该腔室壁之间的任何地方；

将该超声驻波的频率切换为第二频率，产生具有至少一个第二 压力节点的第二超声驻波，使得粒子混合物的第一组粒子经历朝向 所述第二压力节点的较小加速度，并且粒子混合物的第二组粒子经 受朝向所述第二压力节点的较大加速度；

在持续时间t2期间保持该第二频率并维持振幅a2，使粒子混 合物的第一组粒子可以行进较小距离，并且使粒子混合物的第二组 粒子可以行进较大距离；

切换回第一频率；

其中，所述第一距离如此小以致粒子混合物的第一组粒子经历 朝向第一压力节点的较大加速度，而第二距离如此大以致粒子混合 物的第二组粒子经历朝向第一压力节点的较小加速度；

在持续时间t1期间保持第一频率并维持振幅a1，使粒子混合 物的第一组粒子可以朝向第一压力节点往回行进，而使粒子混合物 的第二组粒子不会行进显著的距离；

在第一和第二频率之间以一个工作周期重复切换超声驻波，其 中该工作周期涉及它们各自的持续时间t1和t2以及振幅a1和a2， 使得粒子混合物的第一组粒子的大部分被收集在第一压力节点处， 而粒子混合物的第二组粒子的大部分被收集在第二压力节点处。

在第二方面，本发明提供了一种用于分离悬浮在介质中的粒子 混合物的粒子的装置，包括：

腔室，用于容纳所述介质；

超声波发射器，用于在所述腔室中产生超声驻波；

其中，超声波发射器被设置为在具有第一压力节点的第一频率 和具有至少一个第二压力节点的第二频率之间重复切换该超声驻 波的频率；在第一频率的超声驻波具有持续时间t1和振幅a1，而 在第二频率的超声驻波具有持续时间t2和振幅a2。

在权利要求1和11中对本发明进行了限定，而在从属权利要 求中提出了优选的具体实施方式。

附图说明

以下将参照附图详细描述本发明，附图中：

图1A和1B分别为腔室中的压力节点的示图，其中该腔室具 有基本频率(基频)和二阶谐振频率(谐频)上的声学驻波；