[发明专利]一种可控微尺度气泡芯片及声流控颗粒分离方法及系统

权利要求书

1.一种声流控颗粒分离方法，其特征在于，该方法采用可控微尺度气泡芯片和下述步骤：

1)往可控微尺度气泡芯片的液体通道中注入两种尺寸颗粒的混合溶液，液体通道的豁口结构处产生气泡，往可控微尺度气泡芯片的气体通道通入气体，使气泡尺寸增大；

2)开启振源的信号发生器，调整其频率和电压的方波，气泡在信号发生器的频率输出端的带动下产生振动，当信号发生器的输出频率与气泡的固有频率相同时，液体通道内出现声场涡流，声场涡流对溶液中的颗粒进行富集，不同尺寸的颗粒在声场涡流的不同轨道运动；

3)观察液体通道内的声场涡流，调节气体通道通入气体的气体压强大小以使声场涡流内颗粒运动轨迹范围最大，并记录此时的气泡尺寸大小；

4)通过显微镜工业相机实时监控气泡尺寸大小，并以步骤3)中记录的气泡尺寸为基准尺寸，当实时监控到的气泡尺寸大于基准尺寸，则调小通入气体通道中的气体压强；当实时监控到的气泡尺寸小于基准尺寸，则调大通入气体通道中的气体压强；

5)在步骤4)的基础上，往液体通道的液体输入口匀速输入缓冲液，较小尺寸颗粒随缓冲液流出液体通道，实现两种尺寸颗粒的分离；

所述可控微尺度气泡芯片为主体结构、振源的输出端与载玻片复合而成，主体结构内部设置有一道水平的液体通道，液体通道的液体输入口与液体输出口位于主体结构的上表面上；在主体结构的与液体通道同等高度的位置上设置有一个与液体通道平行的气体通道，气体通道的气体输入口位于主体结构的上表面上；主体结构除液体通道的液体输入口、液体输出口和气体通道的气体输入口外，其它部分为封闭结构，且气体通道的气体输入口靠近液体通道的液体输入口的一侧；在液体通道朝向气体通道一侧的侧壁上向气体通道一侧延伸有“V”型豁口结构，液体通道与气体通道之间无贯通；液体通道与气体通道之间存在的主体结构部分为斥水透气层；

所述主体结构采用具有斥水性透气性材料制备而成。

2.一种声流控颗粒分离系统，其特征在于，该系统可实现如权利要求1所述的声流控颗粒分离方法，该系统包括可控微尺度气泡芯片，还包括注射器、注射泵、无油空气压缩机、压力泵控制器、比例阀、PC上位机、FPGA模块、PWM电压转换芯片、显微镜工业相机；

无油空气压缩机与一个比例阀连接，用于正压气体调节；压力泵控制器与另一个比例阀连接，用于负压气体调节；两个比例阀通过一个三通转接头与可控微尺度气泡芯片的气体通道的气体输入口连接；与无油空气压缩机连接的比例阀型号为SMC ITV2050-322L5；压力泵控制器型号为elveflow Pressure Generator，与其相连的比例阀型号为SMCITV2090-322L5真空用电-气比例阀；

注射器用于将待分离颗粒的液体注入液体通道内，注射泵用于将缓冲液匀速输入到液体通道中以实现颗粒分离；

显微镜工业相机的镜头设置在可控微尺度气泡芯片的正上方，其拍摄角度正对液体通道的“V”型豁口结构；显微镜工业相机与PC上位机连接，用于采集实时气泡图像数据；PC上位机与FPGA模块采用串口通讯进行连接，FPGA模块的输出引脚与PWM电压转换芯片连接，PWM电压转换芯片的电压输出端与对应的SMC ITV2090-322L5真空用电-气比例阀、SMCITV2050-322L5比例阀相连接；

显微镜工业相机将实时采集的气泡图像数据发送给PC上位机，PC上位机对气泡图像数据进行形态统计处理，并根据处理后的结果，控制FPGA模块输出引脚输出的PWM类型，进而控制电压输出，实现两个比例阀的气压调节，进而控制输送到气体通道的气体压强大小；

所述可控微尺度气泡芯片为主体结构、振源的输出端与载玻片复合而成，主体结构内部设置有一道水平的液体通道，液体通道的液体输入口与液体输出口位于主体结构的上表面上；在主体结构的与液体通道同等高度的位置上设置有一个与液体通道平行的气体通道，气体通道的气体输入口位于主体结构的上表面上；主体结构除液体通道的液体输入口、液体输出口和气体通道的气体输入口外，其它部分为封闭结构，且气体通道的气体输入口靠近液体通道的液体输入口的一侧；在液体通道朝向气体通道一侧的侧壁上向气体通道一侧延伸有“V”型豁口结构，液体通道与气体通道之间无贯通；液体通道与气体通道之间存在的主体结构部分为斥水透气层；

所述主体结构采用具有斥水性透气性材料制备而成。