[发明专利]一种基于微流控和表面声波技术的声学阀装置

说明书

一种基于微流控和表面声波技术的声学阀装置，包括压电基底，压电基底上表面附着有换能器组，压电基底上表面键合有微流道，换能器组和微流道配合，液滴在微流道内流动，换能器组生成声场，作为虚拟阀门控制微流道内的离散相，实现微流道的启闭；通过控制换能器组控制声场，进而控制微流道内液滴的前进路线；换能器组为聚焦式表面声波叉指换能器，换能器组由一号换能器和二号换能器组成，一号换能器和二号换能器分别开启或关闭，构造出不同的声场；微流道包括主流道，主流道出口端和三条分支流道连接；本发明使用聚焦型表面声波对液滴进行操纵，对离散相具有选择性的特点，与芯片兼容性好，具有反应时间短、可重复使用、阀启闭可控等优点。

技术领域

本发明属于微流控芯片与表面声波技术领域，具体涉及一种基于微流控和表面声波技术的声学阀装置。

背景技术

随着微流控芯片技术的不断发展，微流控芯片在满足提供微纳且洁净的实验环境的同时，也在丰富不同材料、不同性质样品的微纳操纵方式。液滴微流控旨在通过不相容的多相流体构造离散微液滴，作为微流控中的重要组成部分，液滴微流控已经成为了生物、化学、医疗、材料制备应用中的重要实验平台，尤其在细胞培养、化学合成、药物筛选等方面发展尤为迅速。随着微流控应用需求的提升，对于粒子、液滴等的微纳操纵方法也逐渐丰富且成熟，微流道内阀的形式也多种多样。

微阀作为微流控芯片的关键执行部件，对流道内流体及漂浮物起到控制限流作用，实现流道的启闭机流向的切换，它在微流控系统中的作用，像二极管在集成电路中的作用一样，是最重要的部件之一。目前的微阀主要有电磁微阀、机械式微阀、气动微阀、压电微阀、热驱动微阀、形状记忆合金微阀、相变微阀、液体注入式微阀等。

微阀与驱动泵共同组成了微流控系统的控制部分，但是与驱动泵不同，微阀更需要与微流控芯片有很好匹配与集成。由此，不同形式、不同应用的微流控芯片，需要不同种类的微阀来发挥作用。不同的微阀拥有各自的特点，电磁微阀利用磁铁实现启闭流道，机械式微阀则是利用挤压、扭转等动作实现启闭，二者是应用较广的微阀。压电微阀利用压电材料驱动阀的启闭，气动微阀利用气压驱动阀芯启闭，都具有较为优良的灵敏度特性和响应时间；而热驱动微阀与形状记忆合金微阀则因为需要改变温度来缓慢启闭流道，所以控制性能较差。相变微阀与液体注入式微阀适用于特定的生物医学实验中，其中液体注入式微阀原理简单易行。

比较传统的微阀解决方法大多依赖于比较成熟的伺服电机、电磁铁等设备，而大多为柔性结构的微流控芯片流道采用的多为挤压、扭转等机械式阀控方式；而相变阀通常使用比如加热或降温来溶解或固化流道内阻碍物来实现流道启闭，或使用高聚物的固化来阻隔流道。但是这些相变阀通常无法摆脱响应速度慢等劣势。

表面声波作为微流控系统中十分重要的微纳操纵实现方法之一，不需要特定流道结构就能实现流道内流体或粒子的操纵，且过程快速、可控、无伤害。表面声波微流控技术利用流道内不同物质间的声学特性的不同，通过在流道内构造高频的声学势能梯度场或势能阱来对样品进行驱动、排列、富集等操作，由此也被视为声镊的一种形式。

上述的现有技术，大多采用阻隔流道的方法来实现微流道内阀的功能，完全阻隔整个流道而不具有选择性；传统且常用的机械式、电磁、气动微阀虽然依靠不同的动力源，但是基本都是依靠机械式运动、挤压、扭转等实现流道启闭，其他种类微阀则有反应时间长、普适性差等弊端。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于微流控和表面声波技术的声学阀装置，对连续相分散相具有选择性的特点，与芯片兼容性好，具有反应时间短、可重复使用、阀启闭可控等优点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：