[发明专利]基于人工结构声场的微流体系统及操控微粒的方法

权利要求书

1.一种基于人工结构声场的微流体系统，包括微腔和超声波发射装置，所述微腔用于盛放含有微粒的溶液，所述超声波发射装置用于发射超声波，其特征在于，还包括置于所述微腔内的声子晶体板，所述声子晶体板为人工周期结构，用于调制声场对所述微粒进行操控。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述声子晶体板包括基板和设置在所述基板下表面的多个凸条，所述凸条平行设置且间隔相等。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述凸条为折线、曲线形或封闭的环形。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述凸条的横截面包括长方形、三角形、多边形或半圆形。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述凸条的横截面为长方形，所述长方形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。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述长方形的宽、所述长方形的高及所述基板的厚度相等。

7.如权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于，所述超声波发射装置包括信号发生器、功率放大器、超声换能器和超声电子控制装置，所述信号发生器用于产生发射信号，所述功率放大器用于将所述发射信号放大，所述超声换能器用于将放大后的发射信号转换为超声波，所述超声电子控制装置用于设置所述信号发生器和所述功率放大器的参数，以及用于设置所述超声换能器的开关。

8.如权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于，所述微腔包括上底、下底和侧壁，所述侧壁围出内腔且两端设有开口，所述上底和所述下底分别设置在所述开口处。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述上底和所述下底由石英玻璃制成，所述侧壁由PDMS或者玻璃制成。

10.一种基于人工结构声场的微流体操控微粒的方法，其特征在于，包括：

将声子晶体板置于微腔内，所述声子晶体板为人工周期结构；

加入含有微粒的溶液；

超声波发射装置发射超声波，通过所述声子晶体板对声场进行调制；

所述声子晶体板基于所述调制对所述微粒进行操控。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述声子晶体板基于所述调制对所述微粒进行操控，包括：

所述声子晶体板基于所述调制声场诱发的声辐射力对微纳颗粒进行输运；

所述声子晶体板基于所述调制声场产生的声辐射力捕获、排列细胞形成细胞阵列，以及产生微涡旋阵列对细胞阵列产生剪切力，诱发细胞裂解或者可调控声致穿孔效应。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述声子晶体板基于所述调制对所述微粒进行操控，还包括：

通过设置所述声子晶体板上的凸条排列的图案调整所述微纳颗粒的输运路径；

通过设置所述声子晶体板的基板的厚度、所述凸条的间隔调控所述微涡旋阵列的尺寸。

13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述超声波发射装置发射超声波，通过所述声子晶体板对声场进行调制，具体包括：

所述超声波发射装置用于发射脉冲波时，信号的中心频率为所述声子晶体板的共振频率，带宽15%～100%，通过改变电压的方式实现对输运速度的调控；

所述超声波发射装置用于发射连续波时，通过将驱动频率设为所述声子晶体板的共振频率，从而实现对微纳颗粒进行捕获。

14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述超声波发射装置发射超声波，通过所述声子晶体板对声场进行调制，还包括：

所述超声波发射装置通过调节参数对所述微涡旋阵列进行定量调控，从而对细胞所受剪切力大小进行定量调控，以控制细胞开孔程度，实现细胞裂解或者可调控声致穿孔效应，所述参数包括激励电压、驱动频率、脉冲重复频率和脉冲持续时间。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述超声波发射装置发射超声波，通过所述声子晶体板对声场进行调制，还包括：

所述超声波发射装置用于发射正弦脉冲信号时，信号的中心频率为所述声子晶体板的共振频率，通过调节所述参数，对所述声子晶体板诱发的微涡旋进行定量调控，从而对细胞所受剪切力大小进行定量调控，以控制细胞开孔程度；

所述超声波发射装置用于发射连续波时，驱动频率设为所述声子晶体板的共振频率，通过调节激励电压的方式，对人工结构声场诱发的微涡旋进行定量调控，从而对细胞所受剪切力大小进行定量调控，以控制细胞开孔程度。