基于声人工结构的微粒分选方法技术

本申请公开了一种基于声人工结构的微粒分选方法、装置、设备及其存储介质，该方法包括：通过超声激励使得声人工结构发生共振；将待分离样品注入到流动室，利用共振强局域声场产生的声辐射力将辐射力大于阈值的待分离样品粒子捕获至声人工结构；收集从流动室中的流出的粒子，该粒子的辐射力小于阈值。本申请提供的上述方案，无需使用鞘流或其它方式聚焦样品，因此通道可以更宽，处理通量更高；相对于表面波器件，本方案使用的器件制作成本低。人工结构可以自由更换，灵活方便。灵活方便。灵活方便。

【技术实现步骤摘要】
基于声人工结构的微粒分选方法


[0001]本专利技术涉及声操控、微流体
，具体涉及一种基于声人工结构的微粒分选方法、装置、设备及其存储介质。

技术介绍

[0002]从混合样品中分离特定颗粒或细胞对于许多研究是重要的，包括生物医学研究，化学分析和水处理等。微流控分选技术经过一定时间的发展，已经成为一种主流的解决方案。其显著优点是能够将声、电、磁、光和力等技术与微流体集成，具备高精度、小型化和易操控等特点。这些方法都依赖于物理场对粒子的力的作用，在流动情况下，不同粒子受到的力不同，产生了不同的运动轨迹，从而达到分离的目的。相比于其他物理场，声分选具备无接触，无标记和高度生物相容性的优点。声场中的微粒对会对声波产生散射效应，导致声传播介质与微粒产生动量交换，产生一种时间平均不为零的稳态力，称为声辐射力。声辐射力受到粒子尺寸、密度和压缩性等参数的影响，因此不同粒子受到的声辐射力通常是不同的，这为声分选提供了基础。现有的声分选主要包括体波分选和表面波分选。
[0003]体波通常依靠在矩形通道一侧贴上压电换能器，通过对侧壁面反射形成在腔内传播的驻波场。现有的体波分选装置，在矩形腔的底部贴上压电陶瓷片，因此竖直方向上形成驻波场，会给予粒子竖直方向的力。缓冲液从顶部进入，使腔内充满液体，待分离样品从矩形腔的底部流入，在声辐射力的作用下粒子的轨迹在竖直方向上产生差异，分别在不同的高度的出样口流出，达到分选的目的。由于是在垂直方向上分选，腔的宽度可以做的较大，因此具有高通量的特点。但由于体波涉及到整个腔体内部介质的振动，因此为了产生足够强的辐射力，往往需要较高的能量，这是体波的缺陷所在。
[0004]表面波器件主要由压电晶体和覆盖在晶体表面的金属叉指电极构成。当给电极施加交流电信号时，压电晶体会产生振动，形成在表面传播的声波。现有的方案中依赖表面波进行分选的芯片，使用了两对叉指电极，在叉指电极之间形成了驻波表面波，细长主通道扣置晶体表面，放置在在电极之间，摆放方向与表面波传输方向垂直。待分离样品从主通道入口流入，两侧汇入鞘流使样品汇集在中心线，流过表面波区域时，不同粒子轨迹发生偏移，流入不同通道完成分选。这种方法精度较高也便于观察，但由于是水平方向分选且需要鞘流聚焦，通道不能太高也不能太宽，因此在通量上存在限制。

技术实现思路

[0005]鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种基于声人工结构的微粒分选方法、装置、设备及其存储介质。
[0006]第一方面，本申请实施例提供了一种基于声人工结构的微粒分选方法，该方法包括：通过超声激励使得声人工结构发生共振；将待分离样品注入到流动室，利用共振强局域声场产生的声辐射力将辐射力大于阈值的待分离样品粒子捕获至声人工结构；收集从流动室中的流出的粒子，该粒子的辐射力小于阈值。
[0007]在其中一个实施例中，所述通过超声激励声人工结构发生共振，包括：通过信号发生器、功率放大器以及超声换能器产生声波；利用产生的声波激发声人工结构发生共振声场。
[0008]在其中一个实施例中，所述利用共振强局域声场产生的声辐射力将辐射力大于阈值的待分离样品粒子捕获至声人工结构，包括：利用入射流对颗粒的拖拽力、人工结构声场对颗粒的声辐射力以及人工结构声场的声流对颗粒的拖拽力对待分离样品粒子进行分离；将辐射力大于阈值的待分离样品粒子捕获至声人工结构。
[0009]在其中一个实施例中，所述流动室的顶盖为透明吸声材料。
[0010]第二方面，本申请实施例还提供了一种基于声人工结构的微粒分选装置，该装置包括：共振单元，用于通过超声激励使得声人工结构发生共振；分离单元，用于将待分离样品注入到流动室，利用共振强局域声场产生的声辐射力将辐射力大于阈值的待分离样品粒子捕获至声人工结构；收集单元，用于收集从流动室中的流出的粒子，该粒子的辐射力小于阈值。
[0011]在其中一个实施例中，所述通过超声激励声人工结构发生共振，包括：通过信号发生器、功率放大器以及超声换能器产生声波；利用产生的声波激发声人工结构发生共振声场。
[0012]在其中一个实施例中，所述利用共振强局域声场产生的声辐射力将辐射力大于阈值的待分离样品粒子捕获至声人工结构，包括：利用入射流对颗粒的拖拽力、人工结构声场对颗粒的声辐射力以及人工结构声场的声流对颗粒的拖拽力对待分离样品粒子进行分离；将辐射力大于阈值的待分离样品粒子捕获至声人工结构。
[0013]在其中一个实施例中，所述流动室的顶盖为透明吸声材料。
[0014]第三方面，本申请实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本申请实施例描述中任一所述的方法。
[0015]第四方面，本申请实施例还提供了一种计算机设备一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序用于：所述计算机程序被处理器执行时实现如本申请实施例描述中任一所述的方法。
[0016]本专利技术的有益效果：
[0017]本专利技术提供的基于声人工结构的微粒分选方法，无需使用鞘流或其它方式聚焦样品，因此通道可以更宽，处理通量更高；相对于表面波器件，本方案使用的器件制作成本低。人工结构可以自由更换，灵活方便。
附图说明
[0018]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0019]图1示出了本申请实施例提供的基于声人工结构的微粒分选方法的流程示意图；
[0020]图2示出了根据本申请一个实施例的基于声人工结构的微粒分选装置200的示例性结构框图；
[0021]图3示出了适于用来实现本申请实施例的终端设备的计算机系统的结构示意图；
[0022]图4示出了本申请实施例提供的分选系统示意图；
[0023]图5示出了本申请实施例提供的分选流程示意图；
[0024]图6示出了本申请实施例提供的人工结构的透射谱示意图；
[0025]图7为大肠杆菌受到的声辐射力分布示意图；
[0026]图8为大小不同的粒子的运动轨迹示意图；
[0027]图9为不同流速下粒子A和粒子B的捕获效率与入射声压的关系示意图；
[0028]图10为级联式分选示意图。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0030]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于声人工结构的微粒分选方法，其特征在于，该方法包括：通过超声激励使得声人工结构发生共振；将待分离样品注入到流动室，利用共振强局域声场产生的声辐射力将辐射力大于阈值的待分离样品粒子捕获至声人工结构；收集从流动室中的流出的粒子，该粒子的辐射力小于阈值。2.根据权利要求1所述的基于声人工结构的微粒分选方法，其特征在于，所述通过超声激励声人工结构发生共振，包括：通过信号发生器、功率放大器以及超声换能器产生声波；利用产生的声波激发声人工结构发生共振声场。3.根据权利要求2所述的基于声人工结构的微粒分选方法，其特征在于，所述利用共振强局域声场产生的声辐射力将辐射力大于阈值的待分离样品粒子捕获至声人工结构，包括：利用入射流对颗粒的拖拽力、人工结构声场对颗粒的声辐射力以及人工结构声场的声流对颗粒的拖拽力对待分离样品粒子进行分离；将辐射力大于阈值的待分离样品粒子捕获至声人工结构。4.根据权利要求3所述的基于声人工结构的微粒分选方法，其特征在于，所述流动室的顶盖为透明吸声材料。5.一种基于声人工结构的微粒分选装置，其特征在于，该装置包括：共振单元，用于通过超声激励使得声人工结构发生共振；分离单元，用于将待分离样品注入到流动室，利用共振强局域声场产生的声...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑海荣，黄来鑫，李飞，蔡飞燕，孟龙，牛丽丽，周伟，林争荣，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：