[发明专利]一种基于仿生基底的宽频带式声表面波分选芯片

说明书

本发明公开了一种基于仿生基底的宽频带式声表面波分选芯片。该芯片由压电基底，宽频带式叉指换能器和分选流道系统组成，其中叉指换能器和分选流道系统呈一定角度布置在压电基底上，且分选流道底部制作成类似于簸箕筛动面凹凸有致的结构。分选流道包括入口流道、分选流道和出口流道，其中入口流道、分选流道和流出流道依次相连形成分选流道系统。通过利用宽频带式叉指换能器产生的声表面波和具有仿簸箕筛动面凹凸有致的结构的分选流道共同作用，使不同尺寸的粒子在分选流道中的运动轨迹不同，进而实现粒子的多级分选。本发明还具有结构简单、分选范围广、分选效率高等优点。

技术领域：

本发明涉及一种粒子分选芯片，特别涉及一种新型的具有仿生基底的宽频带式声表面波分选芯片。

背景技术：

基于声表面波的粒子分选芯片具有结构简单、紧凑，易于制作，适于批量生产，集成化、对生物粒子(如细胞)无损伤，分选精度高等优点，在药物合成与成分筛选，细胞、无机粒子分选和治疗诊断学等领域有着广泛的应用。

近几十年来，微流控技在化学、生物和制药等领域发展迅速。而近几年内，在微流控研究领域，人们又对使用声表面波驱动微流体展开了卓有成效的研究，在粒子分选技术上也取得了很大进步。目前已有很多的研究团队致力于微流控粒子分选技术的研究，其应用的技术包括利用微结构、流体动力学等的被动分选技术和利用声、光、电、磁等外力场的主动分选技术。被动分选技术一般需要依赖流道的微型结构，这不仅需要对流道的尺寸和流速进行比较严格的控制，而且流道易堵塞且分选精度低。在主动分选技术中，光分选芯片结构复杂、设备也相对昂贵，而依据电场和磁场进行分选时，需要粒子带有特殊的电、磁特性，不具有一般性。

基于声表面波(SAW)的微流控粒子分选技术是近些年新兴的一种分选技术。声表面波是一种在固体表面传播的的弹性声波。在压电基底表面的叉指换能器上施加正弦电压，由于压电逆效应基底表面产生变形进而在其表面产生声表面波，且声表面波的振幅随着基底深度的增加迅速衰减,机械能集中在压电基底的表面一个波长的深度范围内。因此,声表面波系统具有很高的能量密度。

根据作用原理的不同,声表面波在粒子分选中的应用主要分为两类。一类是行波声表面波分选，其分选原理是声表面波单方向作用微流道中的流体时，不同属性(密度，直径，可压缩率)的粒子受到的声辐射力大小不同，因此侧向迁移距离也不同，进而实现分选。另一类是驻波声表面波分选，其分选原理是驻波作用微流道中的流体时，由于声流效应会在流道内形成周期分布的压力节点和反压力节点，粒子在声辐射力的作用下会迁移至压力节点或反压力节点，进而实现分选。相对行波声表面波分选，驻波声表面波分选在器件的设计上需要在微流道两侧对称布置两组叉指换能器，并且微流道与叉指换能器的对准精度要求很高。

目前，在声表面波粒子分选领域所应用的叉指换能器多是只能在一个频率下产生最大能量，其在应用行波声表面波分选粒子时，难以实现较宽范围内的粒子分选。

发明内容：

本发明的目的是为了解决上述问题，而提供一种新型的基于仿生基底的宽频带式声表面波分选芯片，利用宽频带式叉指换能器产生的声表面波与具有仿簸箕筛动面结构基底在分选流道内共同作用实现粒子较大范围的多级分选。

本发明采用的技术方案是：

利用光刻技术在洁净的压电基底(1)表面绘制一层带有双梯形叉指换能器图案的光刻胶，且叉指换能器与分选流道呈一定角度放置，采用溅射+剥离工艺在压电基底表面制作双梯形叉指换能器(2)。

利用光刻技术在洁净的压电基底(1)表面形成流道处绘制一层带有类似于簸箕筛动面凹凸有致结构的光刻胶，采用溅射+剥离工艺在压电基底分选流道底部制作仿簸箕筛选面的仿生基底(10)。

利用精雕机雕刻微流道系统的模具，利用模具选取材质(如PDMS)制作微流道系统(5)，并进行出入口接口处理。

将经过清洗的微流道系统(5)键合在压电基底(1)的表面。