声操控型微流控芯片的加工与测试技术

介绍了一种声操控型微流控芯片的加工方法与测试技术。首先,基于声操控型微流控芯片的工作原理和功能需求设计了硬质微流控芯片的基本结构,采用激光切割方法实现了聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,简称PMMA)材质开放边界微流道的加工,采用数控加工(computerized numerical control,简称CNC)精雕方法实现了封闭边界微流道的加工,通过光固化型(ultra violet,简称UV)胶实现了硬质微流道与基板的室温封接,利用表面改性技术与毛细作用实现了芯片的无泵进样;其次,研究了不同加工工艺、工艺参数对微流道形貌的影响;最后,依据声操控微颗粒需求,综合仿真分析、阻抗测试及多普勒激光测振,选定了声操控型微流控芯片的工作频率,实现了微纳物体运动控制。该微流控芯片具有成本低、加工效率高及易于调整微流道结构的优点,在微纳操控、微纳制造和生化检测方面拥有广阔的应用前景。

微颗粒声操控的理论及试验

介绍了一种用于操控微纳粒子运动的声流场计算理论及试验验证方法。引入摄动理论,将固体边界的超声振动作为扰动量,用于计算液体质点的一阶声压和振动速度变化;进一步转化为引起流体流动的负载作用力,用于计算二阶流场中的流速变化,最终得到经过时间平均后的流场分布情况。有限元计算结果表明,微结构边界的超声振动引起了特定模式的流场流动,并且在微结构附近的液体流动速度明显高于其他位置,可以用于微纳颗粒在局部位置的精准操控。利用直径10μm的聚苯乙烯颗粒进行了试验验证,基本证实了声流场计算理论的准确性。基于摄动理论构建的声流场计算模型,有效解决了复杂边界的超声振动与流场流动的耦合计算问题,对下一步设计具有精准操控功能的声操控型微纳作动器具有较好的指导意义。

声操控微粒研究进展

声操控微粒是利用声波与微粒之间动量和能量交换产生的声辐射力操纵微粒的运动,具有非接触、生物兼容性好、无需对微粒进行化学生物标记、装置简单易集成等优点,在精密制造、精准医疗等领域具有广阔的应用前景,是当前操控领域的研究热点。该文主要综述最近十年声辐射力理论研究、声场调控方法以及微粒操控形式等方面的研究工作,并对声操控的未来发展方向进行了展望。

基于压电悬臂梁低频振动的微颗粒聚集

微颗粒操控技术以其控制精确,成本低及简洁高效的特点,在生物医学工程和微纳米器件制造领域有广阔的应用前景。传统操控方法对无磁性、无导电性及大密度固体微颗粒的操控存在不足。因此,该文提出一种基于压电悬臂梁低频振动的微颗粒操控系统,利用流场底部流动实现微颗粒的聚集。聚集显微实验表明,压电振子的低频振动激发流场底部流动,使培养皿底部的球型氧化铝颗粒向目标区域移动和聚集,并在122 s时达到稳定状态。对试验结果进行图像处理,结果表明,微颗粒稳定聚集后的聚集面积为79 405μm^(2)。该操控方法可实现大密度微颗粒的聚集,且聚集范围大,可为微纳器件制造提供参考。

从单光镊到阵列光镊

本文介绍了近年来阵列光镊的发展状况,着重对利用声光偏转器、衍射光学元件、空间光调制器,以及干涉、垂直腔面发射激光器、光纤、微透镜阵列等形成阵列光镊的技术进行了简要介绍,并分析了每种方式的原理、特点以及系统的基本结构。阵列光镊在颗粒操控方面具有明显优势,与微流控芯片制作技术和MEMs技术相结合可进一步小型化,成为便携式的颗粒分选仪器,是进行空间生物学研究的一个很好的选择。

惯性微流体的应用与发展

近年来惯性微流体已经成为操纵颗粒和细胞的重要工具,在医学诊断,材料合成以及生化反应领域有着重要应用。微流体的惯性效应能够实现颗粒高通量下的精确操控。惯性升力会驱动颗粒在微通道内发生侧向迁移,通过改变微通道尺寸,入口流速等条件来调控颗粒的运动,实现不同尺寸颗粒的聚焦。非直微通道中迪恩曳力和离心力在颗粒的迁移过程中也起到了重要作用,这两种力的加入有助于提高聚焦效率。综述了多种类型的直通道和弯曲通道中颗粒惯性迁移的最新研究进展,详细阐述了各类型通道中颗粒迁移的原理及应用实例,总结发展现状并对惯性微流体在未来发展中需要解决的问题进行讨论。