[发明专利]基于声表面波的微流控血浆分离芯片及方法

权利要求书

1.一种基于声表面波的微流控血浆分离芯片，其特征在于，包括压电衬底(1)、压电衬底(1)上的一组叉指换能器(2)和键合在压电衬底上且位于叉指换能器一侧的带有径缩结构的流动微通道系统(3)；流动微通道系统(3)包括用于供给的流入通道(5)、单侧倾斜渐缩段(6)、径向收缩段(7)、径向收缩段下游的扩张段(8)、通道分叉(9)及分叉的两个分支后端的血细胞出口通道(10)和血浆出口通道(12)。

2.根据权利要求1所述的一种基于声表面波的微流控血浆分离芯片，其特征在于，叉指换能器(2)包括若干对叉指，用于在压电衬底(1)表面产生声表面波；流入通道(5)、径向收缩段(7)及其下游的扩张段(8)处在叉指换能器2的声表面波的传播范围内。

3.根据权利要求1所述的一种基于声表面波的微流控血浆分离芯片，其特征在于，叉指换能器(2)包括50对叉指，指条宽度为20微米，交叉长度为7毫米，在正弦电压驱动下能够在压电衬底(1)表面产生频率为49.5 MHz的声表面波。

4.根据权利要求1所述的一种基于声表面波的微流控血浆分离芯片，其特征在于，流动微通道系统(3)中通道的高度为25微米，微通道中各部分的宽度如下：流入通道(5)为360微米、径向收缩段(7)为100微米、扩张段(8)为360微米、通道分叉(9)后的血细胞出口通道(10)和血浆出口通道(12)均为200微米；血浆出口通道(12)与扩张段(8)的方向一致；单侧倾斜渐缩段(6)和径向收缩段(7)缩减了靠近叉指换能器(2)一侧的宽度，远离叉指换能器(2)一侧的侧壁与其上游的流入通道(5)保持一致；扩张段(8)靠近叉指换能器(2)一侧的侧壁与远离叉指换能器(2)一侧的侧壁与流入通道(5)保持一致；血浆出口通道(12)靠近叉指换能器(2)一侧的侧壁与扩张段(8)靠近叉指换能器(2)一侧的侧壁一致。

5.根据权利要求1所述的一种基于声表面波的微流控血浆分离芯片，其特征在于，单侧倾斜渐缩段(6)的倾斜角度为30°，径向收缩段(7)与其下游的扩张段(8)之间的转折角度为90°，血细胞出口通道(10)与血浆出口通道(12)的夹角为30°。

6.根据权利要求1所述的一种基于声表面波的微流控血浆分离芯片，其特征在于，压电衬底(1)的材料为128°Y切铌酸锂。

7.根据权利要求1所述的一种基于声表面波的微流控血浆分离芯片，其特征在于，叉指换能器(2)的材质为50纳米底层铬和300纳米上层金的双层结构。

8.基于声表面波的微流控血浆分离方法，其特征在于，基于权利要求1至7中任一项所述的基于声表面波的微流控血浆分离芯片，包括以下步骤：

将微流控血浆分离芯片的流入通道(5)的接头、血细胞出口通道(10)的接头和血浆出口通道(12)的接头分别与装夹在注射泵上装有待分离血液样品的微量注射器、血细胞收集容器、血浆收集容器连接；

将信号发生器的输出信号的正负两极分别与微流控血浆分离芯片的叉指换能器(2)的两极连接，调节信号发生器的输出信号为正弦连续输出，频率为49.5 MHz，幅值为10V_pp；

控制信号发生器开始工作，随后开启注射泵进行血浆分离。

9.根据权利要求8所述的基于声表面波的微流控血浆分离方法，其特征在于，血液中的血细胞在流入通道(5)中向右流动时进入声表面波的传播范围，在声辐射力的作用下排列成与微通道边界平行的条带；进入单侧倾斜渐缩段(6)后，血细胞排列成与倾斜边界平行的条带；当血细胞进入径向收缩段(7)时，血细胞在通道中的汇聚线更偏向远离叉指换能器的侧壁；当血细胞从径向收缩段(7)流入下游的扩张段(8)时，大部分血细胞在声辐射力的作用下迁移到最近的驻波波节位置继续向下游流动，由于血细胞同时还受到黏性拖曳力的作用，部分细胞会迁移到稍远的波节位置；经过通道分叉(9)后，血细胞从血细胞出口通道(10)中流出，不含血细胞的血浆则从血浆出口通道(12)流出，实现血液中血细胞与血浆的分离。

10.权利要求1至7中任一项所述的基于声表面波的微流控血浆分离芯片的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)利用光刻技术在洁净的铌酸锂衬底表面制作一层带有叉指换能器图案的光刻胶；

2)采用溅射+剥离的工艺在铌酸锂衬底表面制作叉指换能器；

3)采用光刻技术在硅衬底上制作SU8模具；

4)利用SU8模具制作PDMS材质的流动微通道系统，并进行出入口接头处理；

5)将经等离子体清洗的PDMS流动微通道系统与铌酸锂衬底对齐后在150℃保温3小时后完成键合。