[发明专利]溶液样品处理装置、设备和系统以及其用途

说明书

本发明提供了一种处理溶液样品的装置，其具有容纳溶液的腔体和在所述腔体内的相对设置的超高频体声波谐振器。本发明还提供了具有所述装置的用于提纯溶液样品中的靶物质的设备和用于检测溶液样品中的靶物质的系统。本发明还提供了利用所述装置、设备和系统来处理、提纯或检测生物样品中的目标生物物质例如细胞或病毒的核酸或蛋白的方法。

本申请要求2019年8月23日提交的、申请号为201910794754.1、发明名称为“溶液样品处理装置、设备和系统以及其用途”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及细胞和分子生物学与医疗器械领域。具体的，本发明涉及一种利用相对设置的超高频体声波谐振器对溶液样品进行处理的装置、设备和系统，以及使用所述装置、设备和系统来分离和/或检测生物样品中的目标生物物质例如细胞或病毒的核酸或蛋白的方法。

背景技术

生物分子，例如代谢物等小分子，还有蛋白和核酸的提纯与检测是许多基础的生物机理研究、医学和疾病诊断以及医疗仪器开发等领域广泛关注的核心问题。分钟这些微米级的生物在小体积溶液中的富集和混合一直是生物化学领域的热门研究方向，特别是在如核酸提取，固相合成等应用中。在毫升量级乃至百微升和以下量级的样品的高效固液混合是进行有效的生化反应的先决条件。

现有技术中利用各种物理场来处理带有生物分子的溶液的富集和混合。目前已有的相关技术包括施加机械能或电能的驱动方式。然而这些技术受限于高能量、低通量等缺点，需要在局部产生非常大的场强分布，对分子操作存在较大的局限性。与此同时，直接使用物理场操作分子的特异性较差。

另外，检测设备的便携化是现代科学仪器发展的一大趋势。便携式的生物传感装置具有更为广泛的应用，例如家庭健康检测、人体健康指标实时检测、以及医疗资源匮乏的偏远地区的诊断等。一般而言，便携式传感器具有体积小、操作简单、快捷可靠、价格相对较低等特点。相应地，只有符合上述特点的生物传感技术或者方式才有望率先被研发成为便携式生物传感器。

因此，目前亟需一种更有效、更方便的对溶液样品的富集和混合的方法和系统。

发明内容

为了提高固液混合效率，进一步提高生化反应效率，本发明提供了一种利用相对设置的超高频体声波谐振器来对溶液中的样品进行三维空间微粒操作的装置和含有该装置的设备和系统，以及使用该装置、设备或系统对含有生物分子等的溶液样品进行混合和富集的方法，通过调节输入功率可以高效地实现样品的混合功能，以及方便地在样品颗粒富集和混合之间的转换。

具体的，本发明提供了一种处理溶液样品的装置，其具有容纳溶液的腔体和在所述腔体内的相对设置的超高频体声波谐振器，所述超高频体声波谐振器可产生频率为约0.5-50GHz的体声波，在溶液产生旋流。

在本发明的方法中，所述超高频体声波谐振器可产生高频(约0.5-50GHz，例如为不小于1.0GHz)的振动，在溶液中引发相应频率的体声波。在本发明的其中一个方面，所述超高频体声波谐振器为薄膜体声波谐振器(FBAR)或固态装配型谐振器(SMR)，优选为固态装配型谐振器。在本发明的其中又一个方面，所述超高频体声波谐振器为厚度伸缩振动模式的声波谐振器，压电材料薄膜层在垂直方向上生长而制成，通过d33压电系数耦合垂直电场激发振动。本发明采用的超高频体声波谐振器可以在装置和液体的界面产生局部化的声流，不需要耦合介质或结构的帮助。本发明的体声波谐振器包括由下往上依次设置的声波反射层、底电极层、压电层及顶电极层。所述底电极层、压电层、顶电极层及声波反射层相重叠区域构成体声波产生区域。所述超高频体声波谐振器的顶部表面可配置在腔体的壁或腔体内的其它器件上，向对侧产生传播方向与所述谐振器的顶部垂直的体声波。本发明的超高频体声波谐振器的压电层的厚度范围为约1nm～2um。