一种基于声流控的富集分离装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种基于声流控的富集分离装置及方法，通过设置信号发生器、叉指电极和压电基片，压电基片上设有储液区；叉指电极以预定角度在压电基片上形成叉指换能器；储液区部分被声表面波振动区域覆盖；通过调整叉指电极与压电基片参考方向的夹角，以及设置叉指换能器输入信号的频率和功率，在储液区实现外泌体、纳米颗粒或病毒的高效、便捷富集分离，推动了声流控技术在生物医学领域的应用。了声流控技术在生物医学领域的应用。了声流控技术在生物医学领域的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于声流控的富集分离装置及方法


[0001]本专利技术属于声表面波应用
，具体涉及一种基于声流控的富集分离装置及方法。

技术介绍

[0002]细胞在生长、分裂和分化过程中会产生许多代谢产物，监测这些代谢产物能够反应机体的健康状况。例如，检测血浆中葡萄糖和谷丙转氨酶含量，能够预测胰腺和肝脏的功能。二十世纪六十年代末，科学家发现软骨组织能够分泌直径约为100nm的小囊泡，并称之为细胞外囊泡。研究发现，血小板释放的细胞外囊泡具有凝血活性，而血栓诱导的外泌体能够促进伤口愈合。细胞外囊泡包括外泌体、微囊泡、凋亡小体和癌小体。微囊泡是由细胞的外排作用，向细胞外分泌的直径约为100
‑
1000nm大小的囊泡。外泌体是由囊泡与内体融合随后通过细胞膜释放的小泡，大小约为30
‑
200nm。由于微囊泡与外泌体在大小上有重叠，并且内含物相似，均含有DNA、RNA和蛋白质等物质，因而很难区分，通常将它们统称为细胞外囊泡。研究表明，外泌体具有重要的生物学功能，通过分析外泌体的组成，可能反应细胞的生命状态。此外，外泌体可以作为载体向中枢神经系统递送药物。有研究发现，汗液中存在大量外泌体，包含多种蛋白质，通过分析汗液中外泌体蛋白组成有望诊断某些疾病。外泌体广泛存在于血液、体液、脑脊液和细胞培养上清液等液体中。目前最常用分离外泌体的方法是超高速离心法。然而，由于仪器设备成本较高，超高速离心法通常需要较长的操作时间和复杂的实验流程，且实验操作难度和实验成本较大，不利于生物医学领域的推广应用，发掘快速简便的外泌体分离方法，有助于推动外泌体及相关研究的发展。
[0003]声表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)是频率范围为Hz～GHz，沿介质表面传播的声波。近年来，研究证实SAW在生物医学领域具有广泛的应用。由于能量集中的特性，SAW在极低功耗时便能实现液滴或颗粒的操控，包括旋转、聚集、分选和液滴的控制等。这些研究大部分集中在对细胞或者各种材料颗粒的操控。部分生物对象，如外泌体由于直径极小，目前如何快速高效地利用SAW富集分离外泌体仍具有较大的挑战。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出一种基于声流控的富集分离装置，用于克服现有技术富集效率低、过程复杂的缺陷。
[0005]有鉴于此，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种基于声流控的富集分离装置，包括：
[0007]压电基片，用于产生并传播机械振动，设有储液区；
[0008]叉指换能器，作用于压电基片并将电信号转换为机械振动；
[0009]样本池，用于控制储液区的范围；
[0010]信号发生器，用于输出射频信号驱动叉指换能器；
[0011]设置叉指电极置于压电基片一侧并与压电基片参考方向以预定角度；储液区部分
位于叉指换能器产生的声表面波振动所覆盖的区域。
[0012]进一步地，所述叉指电极与压电基片参考方向夹角范围为10
°‑
360
°
。
[0013]进一步地，所述叉指换能器与压电基片参考方向夹角为60
°
、120
°
、240
°
、300
°
。
[0014]本专利技术的另一个目的在于提供一种富集分离方法，包括如下步骤：
[0015]设置以上所述的富集分离装置；
[0016]将待富集分离的含样本液体置于储液区；
[0017]调整射频信号的输入频率和功率进行富集，并分离出富集后的样本颗粒；所述样本液体中含有外泌体、纳米颗粒或病毒。
[0018]进一步地，所述射频信号的输入频率为1
‑
1000MHz，功率为0
‑
60dBm。
[0019]优选地，所述叉指电极与压电基片参考方向间夹角为60
°
或120
°
，所述射频信号的输入频率为32.8MHz，功率为35dBm。
[0020]优选地，所述储液区内径为1
‑
100mm，液体加样体积为10μL
‑
10mL。
[0021]更优选地，所述储液区的直径为8mm，液体加样体积为50μL。
[0022]进一步地，所述样本池储液区形状包括圆形、椭圆形或多边形。
[0023]进一步地，所述样本池材料为声学硬质材料或软质材料，软质材料包括聚二甲基硅氧烷。
[0024]进一步地，所述压电基片材料包括LiNbO3、AlN、ZnO、GaN、LiTaO3、BaTiO3、KNbO3和SiO2。
[0025]进一步地，所述压电基片材料为128
°
YX
‑
LiNbO3。
[0026]进一步地，所述含有外泌体的样本液体为人和动物体液或积液、植物分泌液、细胞培养液、菌株培养液或组织培养液。
[0027]进一步地，所述含有外泌体的样本液体中外泌体的浓度为1
‑
10
13
个/mL。
[0028]相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0029]1.本专利技术提供的基于声流控的富集分离装置通过改变叉指换能器与压电基片的角度优化SAW器件富集分离条件，实现压电基片上SAW引起声流的改变，进而能够作用于储液区实现外泌体的富集。
[0030]2.本专利技术提供的富集方法可应用于多种生物样品的外泌体、纳米颗粒或病毒的富集，对于生物对象处理过程中简化操作、提高效率具有显著意义。
[0031]3.本专利技术提供的富集方法基于信号发生器输入信号的调节，以及各参数的设置能够实现外泌体的高效、便捷地富集分离，推动了声流控技术在生物医学领域的应用。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1为本专利技术所述富集分离装置俯视图。
[0034]图2为本专利技术所述富集分离装置叉指换能器与压电基片夹角设置示意图。
[0035]图3为本专利技术所述富集分离装置在储液区内诱导产生声流的示意图。
[0036]图4为本专利技术所述IDT与压电材料不同角度下声压的数值仿真结果图。
[0037]图5为本专利技术所述富集分离装置在不同输入频率下反射系数的测试结果图。
[0038]图6为本专利技术加入样本体积对于外泌体富集效果影响的实测结果图。
[0039]图7为本专利技术所述富集分离装置在不同输入功率下对不同粒径的颗粒富集耗时对比结果。
[0040]图8为本专利技术样本池PDMS环直径设置范围对于外泌体富集效果对比结果。
[0041]图9为本专利技术所述富集分离装置对于不同粒径纳米颗粒的富集效果。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于声流控的富集分离装置，其特征在于，包括：压电基片，用于产生并传播机械振动，设有储液区；叉指换能器，作用于压电基片并将电信号转换为机械振动；样本池，用于控制储液区的范围；信号发生器，用于输出射频信号驱动叉指换能器；设置叉指电极置于压电基片一侧并与压电基片参考方向以预定角度；储液区部分位于叉指换能器产生的声表面波振动所覆盖的区域。2.根据权利要求1所述的富集分离装置，其特征在于，所述叉指电极与压电基片参考方向夹角范围为10
°‑
360
°
。3.根据权利要求1所述的富集分离装置，其特征在于，所述叉指换能器与压电基片参考方向夹角为60
°
、120
°
、240
°
、300
°
。4.一种富集分离方法，其特征在于，包括如下步骤：设置权利要求1所述的富集分离装置；将待富集分离的含样本液体置于储液区；调整射频信号的输入频率和功率进行富集，并分离出富集后的样本颗粒；所述样本液体中含有外泌体、纳米颗粒或病毒。5.根据权利要求4所述的富集分离方法，其特征在于，所述射频信号的输入频率为1
‑
1000MHz，功率为0
‑
60dBm。6.根据权利要求5所述的富集分离方法，其特征在于，所述叉指电极与压电基片参考方向间夹角为60
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨欣，波维拉斯，
申请(专利权)人：武汉欧必诺生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：