[发明专利]平面任意位置微粒单独捕获与操控的表面波声镊与方法

说明书

本发明涉及声表面波微粒操控领域，更具体的说是平面任意位置微粒单独捕获与操控的表面波声镊与方法，包括斜叉指换能器阵列、微流腔体和压电基底，所述斜叉指换能器阵列上连接有声表面波发生器，斜叉指换能器阵列连接在压电基底的上表面，微流腔体连接在压电基底的上表面，微流腔体位于斜叉指换能器阵列中部，斜叉指换能器阵列产生叠加的声表面驻波场，可以对工作区内多位置自由分布的大量微粒，实现任意位置微粒的单独捕获与操控。

技术领域

本发明涉及声表面波微粒操控领域，更具体的说是平面任意位置微粒单独捕获与操控的表面波声镊与方法。

背景技术

基于声表面波的声镊技术在微流控领域广泛应用，向压电基底上的叉指换能器施加激励电信号，引起基底表面的振动，并在传播过程中耦合进入基底上的流体中，形成声压力梯度。两束或多束不同叉指换能器激励的声表面波相互叠加，可以形成声表面驻波场，同时或分别调节激励电信号的频率、相位，可以调节驻波节点的几何位置。微粒在压力梯度引起的声流作用下向节点或腹点聚集，微粒被聚集到驻波声场的节点或腹点，取决于它们的弹性特征。由于相对于流体介质的密度和压缩性差异，大多数微粒和细胞被推向声场中的节点。改变驻波节点位置，可以实现微粒的几何位置的改变，从而操控微粒。声表面波声镊能够实现非接触式、无创性的操控。

传统表面波声镊大多使用两对相互垂直或者多对交叉排列的叉指换能器产生驻波场，通过叠加形成矩形或多边形驻波节点的声场，从而实现微粒的排列。但是，这样的声镊只能同时调节工作区所有驻波节点，无法做到操控单个驻波节点。这样的声镊对单微粒操控时，要求工作区内只有单个微粒，这样即使同时控制所有驻波节点，也能实现单个微粒操控。但是对于工作区内多位置自由分布的大量微粒，无法实现平面任意位置微粒的单独捕获与操控。

发明内容

本发明的目的是提供平面任意位置微粒单独捕获与操控的表面波声镊与方法，可以对工作区内多位置自由分布的大量微粒，实现任意位置微粒的单独捕获与操控。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

平面任意位置微粒单独捕获与操控的表面波声镊，包括斜叉指换能器阵列、微流腔体和压电基底，所述斜叉指换能器阵列上连接有声表面波发生器，斜叉指换能器阵列连接在压电基底的上表面，微流腔体连接在压电基底的上表面，微流腔体位于斜叉指换能器阵列中部，斜叉指换能器阵列产生叠加的声表面驻波场。

作为本技术方案的进一步优化，本发明平面任意位置微粒单独捕获与操控的表面波声镊，所述斜叉指换能器阵列包括斜叉指换能器Ⅰ、斜叉指换能器Ⅱ、斜叉指换能器Ⅲ和斜叉指换能器Ⅳ，斜叉指换能器Ⅰ、斜叉指换能器Ⅱ、斜叉指换能器Ⅲ和斜叉指换能器Ⅳ分别设置在微流腔体的四周，斜叉指换能器Ⅰ、斜叉指换能器Ⅱ、斜叉指换能器Ⅲ和斜叉指换能器Ⅳ的两级均与声表面波发生器相连，斜叉指换能器Ⅰ和斜叉指换能器Ⅲ沿Y方向对置设置，斜叉指换能器Ⅱ和斜叉指换能器Ⅳ沿X方向对置设置。

作为本技术方案的进一步优化，本发明平面任意位置微粒单独捕获与操控的表面波声镊，所述斜叉指换能器Ⅰ、斜叉指换能器Ⅱ、斜叉指换能器Ⅲ和斜叉指换能器Ⅳ的声孔径p＝5mm，叉指对数至少为7对。

作为本技术方案的进一步优化，本发明平面任意位置微粒单独捕获与操控的表面波声镊，所述斜叉指换能器Ⅰ和斜叉指换能器Ⅲ的激励信号频率相同，为频率f₁，二者之间可以调节相位差，斜叉指换能器Ⅱ和斜叉指换能器Ⅳ的激励信号频率相同，为频率f₂，二者之间可以调节相位差