[发明专利]基于结构声场操控和筛选颗粒的系统及方法

说明书

技术领域

本申请涉及声波操控技术，尤其涉及一种基于结构声场操控和筛选颗粒的系统及方法。

背景技术

对单个原子或者宏观物质的微操控技术的研究与开发对生物学、量子光学、软物质物理学、生物物理学和临床医学均产生了重大的影响。微操控技术不仅为研究金属、细胞、DNA等微小颗粒基本的力学、物理和生化特性提供了重要的研究手段，而且为用于细胞、血小板等生物颗粒筛选的新型生化分析仪器的研制提供了必要的技术支持。研制精确可靠、成本低廉的对微小颗粒的控制器件，现已成为备受瞩目的前沿方向之一。

目前对微小粒子的操控技术可分为：基于微镊和微吸管的操控技术；基于表面张力、粘附力、静电力等面力的操控技术；基于光、声、磁等外加力场的操控技术。其中，基于外加力场的操控技术由于其具有非接触性等方面的优势而成为主流的发展方向。目前，利用光场、磁场、电泳、水流动力学等方法虽然实现了对微粒的操控，但是这些方法存在一些固有的局限性，例如不易微型化，对颗粒尤其是生物颗粒易产生损伤、需要对微粒进行表面修饰等。

声波操控技术因其具有非接触、无创、普遍适用性等优点而受到了广泛的关注。现有的声操控主要利用聚焦声场和驻波声场对微纳米粒子进行操控。现有技术利用流体或者驻波场先将待分选微纳米颗粒一个接一个地排列成线，再将这些排列好的颗粒输运至声场区域，一个个颗粒依次在流经声场的过程中逐渐被按照不同尺寸或者声学特性分成不同的组，从而达到筛选的目的。现有技术或者对单个颗粒或者是对流经声场的颗粒分别进行处理，这样的分选方式决定了这种筛选技术无法对微纳米颗粒进行批量处理而不能并行处理批量的颗粒。

发明内容

本申请要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于结构声场操控和筛选颗粒的系统和方法。

根据本申请的第一方面，本申请提供一种基于结构声场操控和筛选颗粒的系统，包括样本台、超声波发射装置和人工结构，所述样本台用于盛放待筛选颗粒，所述超声波发射装置用于发射超声波，所述人工结构为周期结构，用于调制声场产生更强的声辐射力，并对所述待筛选颗粒进行筛选。

上述基于结构声场操控和筛选颗粒的系统，所述周期结构包括基板和平行设置在所述基板上且间隔相等的多个凸条。

上述基于结构声场操控和筛选颗粒的系统，所述凸条为长方体、多棱柱或半圆柱。

上述基于结构声场操控和筛选颗粒的系统，所述凸条为长方体，所述长方体的中心线之间的间距为d，所述基板的厚度为h2，则0.15≤h2/d≤0.25。

上述基于结构声场操控和筛选颗粒的系统，所述长方体的宽、所述长方体的高及所述基板的厚度相等。

上述基于结构声场操控和筛选颗粒的系统，所述人工结构采用横波速大于基体水的纵波带的刚性材料制成。

上述基于结构声场操控和筛选颗粒的系统，所述超声波发射装置包括信号发生器、功率放大器和超声换能器，所述信号发生器用于产生发射信号，所述发射信号经功率放大器激励所述超声换能器产生超声波。

上述基于结构声场操控和筛选颗粒的系统，还包括摄像模块和图像分析模块，所述摄像模块用于拍摄释放捕获后被释放的颗粒的图像，所述图像分析模块用于对所述被释放的颗粒进行测量。

根据本申请的第二方面，本申请提供一种基于结构声场操控和筛选颗粒的方法，使用上述的人工结构，包括以下步骤：

将待筛选颗粒置于样本台上，将人工结构设置于所述样本台上方；

超声波发射装置发射超声波；

所述人工结构对声场进行调控；

所述人工结构基于所述调制产生的声辐射力筛选所述待筛选颗粒。

上述基于结构声场操控和筛选颗粒的方法，所述人工结构对声场进行调控，具体包括：

将信号发生器的发射频率设定为人工结构的共振频率，通过改变电压的方式实现对超声波的调控；

或者将信号发生器的激励电压设为定值，通过改变频率的方式实现对超声波的调控。

上述基于结构声场操控和筛选颗粒的方法，还包括以下步骤：

释放被捕获的颗粒，并拍摄被释放的颗粒；

测量所述被释放的颗粒。

由于采用了以上技术方案，使本申请具备的有益效果在于：