[发明专利]用于聚集流中的物体的方法和装置

说明书

一种用于聚集流中的颗粒或细胞的聚集装置(100)。该聚集装置包括用于引导流的至少一个通道(110)和至少一个声学限制结构(120)，该通道(110)包括包含颗粒流边界(112)至少一个颗粒限制结构，该至少一个声学限制结构(120)包括被适配用于限制声场的声场边界(122)，其中，声场边界(122)不同于颗粒流边界(112)，并且其中，该至少一个声学限制结构(120)相对于通道(110)来布置以将声场至少部分地限制在通道(110)中。

技术领域

本发明涉及用于聚集流中的小物体(诸如颗粒或细胞)的聚集结构的领域。更具体而言，本发明涉及基于声辐射力的聚集装置。

背景技术

对于许多微流体应用，颗粒或细胞的流聚集(flow focusing)是样本浓缩或分离的必要步骤。这通常通过使用鞘液进行流体动力学聚集来将颗粒引导到通道的中心来实现。然而，为了对颗粒产生足够的聚集效果，鞘液流量有时必须比样本流体的流量大几个数量级。

在现有技术的驻波声电泳系统中，使用声辐射力来从液体中分离颗粒或细胞。在这种系统中，可以基于颗粒或细胞的大小和密度来分离颗粒或细胞。驻波声电泳中颗粒的迁移速度与颗粒半径的平方、声场的频率和压力幅度的平方成比例。

然而，实际上，频率和驱动力不能无限增加以增加聚集速度。

发明内容

本发明的各实施例的目的是提供一种用于聚集流中的颗粒或细胞的装置。

通过根据权利要求的方法和装置来实现以上目标。

在第一方面，本发明的各实施例涉及一种用于聚集流中的颗粒或细胞的聚集装置。该装置包括至少一个通道，以及至少一个声学限制结构，该至少一个声学限制结构包括被适配用于将声场至少部分地限制在通道中的声场边界。

通道包括至少一个颗粒限制结构，该至少一个颗粒限制结构包括颗粒流边界。颗粒的移动空间受到这些颗粒流边界的限制。颗粒流边界可以例如是通道的壁，或者它们可以例如包括通道内的一个或多个柱阵列，这些柱阵列允许限制颗粒的自由流动。

在本发明的各实施例中，声场边界不同于颗粒流边界。

本发明的各实施例的优点在于，可以改善聚集颗粒的效率。这是通过声场边界不同于颗粒流边界的聚集装置来实现的。

声学限制结构的设计可以例如使得满足谐振条件、和/或使得可以获得声学限制结构中的特定压力场。颗粒可以例如朝向流的中心被聚集。由此，可以获得颗粒在通道中的流中更好和/或更高效的聚集。对于这些设计，声场边界不同于颗粒流边界是有利的。

本发明的各实施例的优点在于，实现了在平行通道中聚集颗粒或细胞。此外优点在于，根据本发明的聚集装置关于通道数目是可缩放的。

在颗粒或细胞在平行通道中流动的情形中，通过声学限制结构的恰适设计来改善颗粒在流中的聚集。由此，取决于芯片上的位置来调谐声学限制结构的谐振条件。本发明的各实施例的优点在于，声学限制结构被设计成使得可以在不同通道中同步地对准颗粒。例如，可以在不同通道中具有相似或者甚至相同的声场分布。在本发明的各实施例中，还可以避免第一通道的声学限制结构的声场干扰第二通道中的颗粒的聚集。根据本发明的多通道聚集装置的优点在于，与仅使用一个通道的情况相比，可以实现更高的吞吐量。

在颗粒在一个通道中流过由连续声学限制结构产生的连续声场的情形中，通过根据颗粒在序列中的位置来设计声学限制结构来改善颗粒在流中的聚集。第一声学限制结构可以例如被设计成使得在操作中该结构中的声场迫使颗粒离开通道的侧壁。第二声学限制结构可以例如被设计成使得在操作中该结构中的声场迫使颗粒去往通道的中心。

在本发明的各实施例中，聚集装置包括两个通道，其中每个通道包括被适配用于将声场至少部分限制在该通道中的声学限制结构。