[发明专利]一种基于表面声波的微流控液滴生成装置及方法

说明书

一种基于表面声波的微流控液滴生成装置及方法，装置包括压电基底，压电基底上设有一组弧形叉指换能器，压电基底上部贴合有封闭式PDMS微流道系统，封闭式PDMS微流道系统由顶部PDMS与PDMS封合薄膜构成；方法是先将微流控液滴生成装置固定在显微镜的载物台上，然后将微流控液滴生成装置接入，设置分散相进口接头、连续相进口接头的压力；再将信号发生器与弧形叉指换能器连接，调节信号发生器的输出信号，开启注射泵，调节好分散相、连续相两相界面位置并稳定后，进行微流控液滴生成；本发明实现液滴生成速率以及大小的电控制，装置体积小，便于与其他装置集成，增强了可重复性，减少了流道之间因输入流体压力过大开裂的发生。

技术领域

本发明涉及微流控技术领域，特别涉及一种基于表面声波的微流控液滴生成装置及方法。

背景技术

液滴微流控平台已经成为生物、化学、医学等领域的重要工具，作为液滴微流控平台中的重要技术，微液滴生成方法至关重要，不同的方法在液滴大小控制、均匀性等方面，相差很大。目前，微液滴的生成方法主要有共流法、流式汇聚法、T型流道法以及基于以上方法的衍生方法，主要依靠两种不相容的流体，一种为连续相另一种为分散相，在分散相某处施加的力大于其界面张力时，该处的微量液体会突破界面张力进入连续相中形成液滴，其本质是依靠微流道的结构对两相流体的调控产生的流体力对分散相进行剪切的被动方法。如要获得稳定、均匀大小的为液滴，以上方法对分散相与连续相的流速稳定性、流道结构设计具有很高的要求，而现有的微流体控制泵却很难满足此要求。进而出现了以磁控、电控、声控等外力与以上被动方法相结合的微液滴产生方法，但以上方法的外力仅是以辅助的作用来调控微液滴的大小，仍然不是完全意义上的主动微液滴方法。

自20世纪60年代以来，由于电子信息产业的发展，表面声波在不同的应用领域开始得到关注和研究。表面声波是一种沿基底表面传播的超声波，其最大的特点是能量汇聚于基底表面，频率越高，波长越短，能量集中的层越薄，且无污染，可以实现对基底表面流体的操控。高效的流固耦合特点促进了表面声波在微流控中的广泛应用，如细胞检测和诊断、细胞筛选、细胞捕获，液滴操纵，粒子浓缩，活跃的混合，粒子排列、化学合成和药物雾化等。目前出现的与表面声波相关的液滴生成的研究有，Jason C.Brenker和David J.Collins将高频SAW作为一种压力源，通过定时脉冲电压，产生声表面波，作用与微流道中的两相流界面，实现了液滴的生成(详见Jason C.Brenker,David J.Collins,Hoang Van Phan,TuncayAlan and Adrian Neild.Lab Chip,2016,16,1675-1683.David J.Collins,Tuncay Alan,Kristian Helmerson and Adrian Neild,Lab Chip,2013,13,3225-3231.)。LotharSchmid将声表面波作为动力源，在T型流道中生成了可控大小的微液滴(详见LotharSchmid and Thomas Franke.Applied Physics Letters 104,133501(2014).)，利用对流式汇聚生成液滴的装置施加SAW的作用，实现了对生成液滴大小的控制(详见LotharSchmid and Thomas Franke.Lab Chip,2013,13,1691-1694.)。然而在以上利用声表面波产生微液滴的过程中，声表面波均是以一种辅助力的作用存在，微液滴的生成仍是靠流体力截断分散相形成。

然而，对于上述微液滴产生装置而言，微流道的制作方法，通常是将PDMS材质的微流道与玻璃基底或压电基底直接键合起来，形成封闭的微流道系统，上述技术制作的芯片PDMS流道与基底键合后不可拆卸，一旦发生流道堵塞、开裂、基底损坏，整个器件就无法正常使用，重复使用较差。尤其对于表面声波器件叉指换能器，其制作流程复杂、费用昂贵，采用PDMS流道与叉指换能器直接键合的方法，更容易因为流道堵塞、开裂、电极断裂等原因造成整个器件报废，极大的限制了实验的可重复性和产品的使用生命周期。

发明内容