[发明专利]一种基于局域谐振腔的动态可调声镊装置及其使用方法

权利要求书

1.一种基于局域谐振腔的动态可调声镊装置，其特征在于：包括微流控芯片、衬底和压电陶瓷片，所述微流控芯片包括微流腔，所述微流腔固定在衬底的一面，压电陶瓷片固定在衬底的另一面；所述微流腔内部分为上下两层，上层为包含微粒的主通道，下层为封闭的气腔通道，且下层与所述衬底相接；压电陶瓷片通过衬底与微流腔相接。

2.根据权利要求1所述的基于局域谐振腔的动态可调声镊装置，其特征在于：所述微流腔是通过键合或粘接方式固定在衬底上的。

3.根据权利要求1所述的基于局域谐振腔的动态可调声镊装置，其特征在于：所述主通道为用于流通流体的微流体主通道，气腔通道为用于气体流通的赫姆霍兹腔气体通道。

4.根据权利要求3所述的基于局域谐振腔的动态可调声镊装置，其特征在于：所述赫姆霍兹腔气体通道包括若干与微流体主通道分别相连的共振腔。

5.根据权利要求1所述的基于局域谐振腔的动态可调声镊装置，其特征在于：主通道一侧连通设有至少两个的流体入口通道，主通道的另一侧连通设有至少两个的流体出口通道。

6.根据权利要求5所述的基于局域谐振腔的动态可调声镊装置，其特征在于：流体入口通道设有两个，包括第一入口通道和第二入口通道，所述第一入口通道的入口处设有第一流体入口，第二入口通道的入口处设有第二流体入口，所述第一流体入口包含微粒样品，第二流体入口包含不含微粒的缓冲液。

7.一种如权利要求1～6任一项所述的基于局域谐振腔的动态可调声镊装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

将声镊装置水平放置在光学显微镜载物台并固定，调节载物台旋钮使得声镊装置的微流控芯片通道进入显微镜视野；调节显微镜粗准焦螺旋和细准焦螺旋，聚焦于声镊装置的微流控芯片通道；

使用注射泵将不含微粒的缓冲液从第二流体入口注入微流控芯片中，待缓冲液充满微流体主通道；然后将含有微粒样品的缓冲液从第一流体入口注入微流控芯片中；

将信号发生器信号输出端与压电陶瓷片的导线相连接，压电陶瓷片在电信号刺激下产生振动，引起微流控芯片主通道内微流体和气腔通道界面处的液面振动，连接高速相机在显微镜下观测振动液面的幅值；

通过计算声辐射力和声流的相对大小，预判断微粒运动的状态；微粒运动状态受到声辐射力和声流的共同作用，当声辐射力占主导地位时，微粒被俘获至液面处；而当声流起主导作用时，微粒会随着声流做旋转运动；

通过使用不同频率驱动微流体谐振，操控微粒在不同位置处运动。

8.根据权利要求7所述的基于局域谐振腔的动态可调声镊装置的使用方法，其特征在于：微粒在微流体中受到的声辐射力为F_R，计算公式为：

式中，ρ_f为微流体密度，R_a为振动液面的半径，R_p为微粒的半径，d为微粒距离液面的距离，ω为声波的角频率，ε为振动液面的幅值；

φ(ρ)为相对密度系数，计算公式如下：

φ(ρ)＝3(ρ_p-ρ_f)/(2ρ_p+ρ_f)

式中，ρ_p和ρ_f分别为微粒和微流体的密度；

振荡的液面在微流体中形成声流，声流的速度大小表达式为：

9.根据权利要求8所述的基于局域谐振腔的动态可调声镊装置的使用方法，其特征在于：微粒在微流体中受到声流引起的粘滞力F_As，其计算公式如下：

F_As＝6πμR_pu

式中，μ为流体的动力粘度系数；

声辐射力和声流引起的粘滞力比值计算公式如下：

F_R/F_As≈ρ_fμ^-1φ(ρ)R_p²ω

式中，ρ_f、μ和φ(ρ)均为微流体或微粒物理参数，对于确定的微粒样品为恒定值。