基于声表面波技术微粒和生物微粒的快速富集

论文摘要

为了提高微流体中微粒或生物微粒的检测灵敏度、降低其检测限,必须对微流体中的微粒和生物微粒进行富集。目前,报道的富集系统操作步骤繁琐、效率低,严重地影响了其实际应用。以富集为核心的样品预处理成为了最为活跃的研究领域之一。声表面波(SAW)器件具有体积小、可靠性好、信号易于取样和处理等优点,在多个领域得到了广泛的应用。本论文基于声表面波技术和理论,提出了在128°旋转Y切割X传播方向的LiNbO3基片上微液滴中微粒或生物微粒的快速富集器件。它由压电基片上对角叉指换能器和反射栅组成,当功率放大器放大的射频电信号同时加到对角叉指换能器上,叉指换能器激发的声表面波经微液滴时,向微液滴辐射能量,使得微液滴中的微粒或生物微粒快速向心运动,实现快速富集。同时,本文理论分析了声表面波在压电基片上的传播特性,理论推导并仿真了声表面波对微液滴产生的单位体积力及其衰减规律。淀粉溶液和兔血细胞富集实验表明,对角叉指换能器激发的声表面波能对微液滴中的微粒和生物微粒实现快速富集。视频图像分析表明,富集后微液滴中心约1/6微液滴半径区域的灰度值比富集前低4倍,微液滴中的微粒基本集中于微液滴中心约1/6内。与离心力、电泳和电旋转等富集技术相比,采用声表面波技术实现微液滴中微粒或生物微粒的富集更高效,且易集成,同时,采用声表面波技术富集微液滴中微粒或生物微粒不受微粒性质的限制。本论文的工作为改善微流控芯片及免疫微流系统等微量物质检测的灵敏度和检测限提供了技术支持,具有潜在的应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 论文主要工作和创新点
• 1.3 论文组织结构
• 2 声表面波技术基本原理
• 2.1 引言
• 2.2 声表面波技术概述
• 2.2.1 声表面波技术的发展和应用
• 2.2.2 声表面波技术的特点
• 2.3 叉指换能器
• 2.3.1 叉指换能器结构和工作原理
• 2.3.2 叉指换能器的分析模型
• 2.3.3 叉指换能器的加权
• 2.3.4 叉指换能器在本文中的应用
• 2.4 声表面波技术在生化分析中应用
• 2.5 小结
• 3 微粒或生物微粒的富集
• 3.1 引言
• 3.2 离心力富集
• 3.3 基于电泳的分离富集
• 3.4 基于固相萃取的分离富集
• 3.5 电旋转技术富集
• 3.6 声表面波的技术富集
• 3.7 小结
• 4 对角叉指换能器激发SAW实现微粒和生物微粒富集器件结构、设计与制作
• 4.1 器件结构及设计
• 4.2 声表面波作用微流体原理及MATLAB仿真
• 4.2.1 压电基片上声表面波的传播
• 4.2.2 声场驱动微流体工作原理
• 4.2.3 声波在流体中的衰减
• 4.3 器件版图及工艺流程
• 4.3.1 声表面波器件版图设计
• 4.3.2 声表面波富集器件制作的工艺流程
• 4.4 小结
• 5 微粒和生物微粒在相向声表面波作用下快速富集
• 5.1 实验原理
• 5.2 实验
• 5.3 结果和讨论
• 5.4 小结
• 6 结论和展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢