一种基于声泳和振荡流效应的微纳生物颗粒富集与分离装置的制作方法

技术特征：
1.一种基于声泳和振荡流效应的微纳生物颗粒富集与分离装置，其特征在于，所述的微纳生物颗粒富集与分离装置包括微流控通道(2)、声波控制系统、无阀泵膜控制系统(3)、储液池、导管；所述的微流控通道(2)位于微流控芯片中，包括依次连接的微流控通道入口(2
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1)、扩张锥管(2
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2)、收缩锥管(2
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3)、直通道、富集样品出口(2
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4)和分离样品出口(2
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5)；扩张锥管(2
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2)的高度高于其他通道的高度；所述的声波控制系统包括叉指式换能器(1)、函数发生器和示波器；叉指式换能器(1)为两个，均嵌入微流控芯片中，位于微流控通道(2)的直通道上下两侧，每个叉指式换能器(1)均与函数发生器相连，用以实现声
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电换能；函数发生器提供并向叉指式换能器(1)施加射频信号，叉指式换能器(1)产生表面声波并由示波器监控；所述的无阀泵膜控制系统(3)包括电磁铁、泵膜(3
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3)和函数发生器；电磁铁包括线圈(3
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1)和铁芯(3
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2)；泵膜(3
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3)固定于扩张锥管(2
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2)中，与扩张锥管(2
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2)的上表面或下表面形成泵腔(3
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4)；铁芯(3
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2)固定在微流控芯片上表面，铁芯(3
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2)下端的中心点与泵腔(3
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4)圆心共线，线圈(3
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1)缠绕在铁芯(3
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2)上；函数发生器与线圈(3
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1)相连，通过发出方波信号使电磁铁产生周期性变化的磁场，泵膜(3
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3)在磁场的作用下于扩张锥管(2
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2)中振动，驱动流体实现短通道“无限长”的流动；所述的储液池和导管构成流路，储液池包括样品池(4)、富集池(5)和分离池(6)，样品池(4)通过导管与微流控通道入口(2
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1)相连，富集池(5)通过导管与富集样品出口(2
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4)相连，分离池(6)通过导管与分离样品出口(2
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5)相连。2.根据权利要求1所述的一种基于声泳和振荡流效应的微纳生物颗粒富集与分离装置，其特征在于，所述的扩张锥管(2
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2)的截面宽度比收缩锥管(2
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3)的最大截面宽度大2
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3倍，椎管为对称的弧形封闭状；且由微流控通道入口(2
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1)到富集样品出口(2
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4)的方向，截面宽度均是由与直通道相同宽度逐渐增大的；收缩锥管(2
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3)最大截面宽度为直通道宽度的1.1
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2倍；扩张锥管(2
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2)最大截面宽度为直通道宽度的2
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5倍；每个锥管角度为5
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15度，锥管的长度为各自锥面宽度的2
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5倍。3.根据权利要求1或2所述的一种基于声泳和振荡流效应的微纳生物颗粒富集与分离装置，其特征在于，所述的直通道长度为厘米级，截面的宽度为百微米量级。4.根据权利要求1或2所述的一种基于声泳和振荡流效应的微纳生物颗粒富集与分离装置，其特征在于，所述的直通道的出口端分成三个支流，其中，中间支流为直通道的延长段，且末端为富集样品出口(2
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4)；另外两个支流与中间支流呈一定角度对称分流，最终汇合后与直通道共线，且末端为分离样品出口(2
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5)。5.根据权利要求3所述的一种基于声泳和振荡流效应的微纳生物颗粒富集与分离装置，其特征在于，所述的直通道的出口端分成三个支流，其中，中间支流为直通道的延长段，且末端为富集样品出口(2
‑
4)；另外两个支流与中间支流呈一定角度对称分流，最终汇合后与直通道共线，且末端为分离样品出口(2
‑
5)。6.根据权利要求1、2或5所述的一种基于声泳和振荡流效应的微纳生物颗粒富集与分离装置，其特征在于，所述的声波控制系统还包括信号放大器，当所需频率超过4hz时需要使用信号放大器。7.根据权利要求3所述的一种基于声泳和振荡流效应的微纳生物颗粒富集与分离装
置，其特征在于，所述的声波控制系统还包括信号放大器，当所需频率超过4hz时需要使用信号放大器。8.根据权利要求4所述的一种基于声泳和振荡流效应的微纳生物颗粒富集与分离装置，其特征在于，所述的声波控制系统还包括信号放大器，当所需频率超过4hz时需要使用信号放大器。9.根据权利要求1所述的一种基于声泳和振荡流效应的微纳生物颗粒富集与分离装置，其特征在于，叉指式换能器(1)为linbo3衬底表面上形似手指交叉状的金属图案。10.根据权利要求1所述的一种基于声泳和振荡流效应的微纳生物颗粒富集与分离装置，其特征在于，泵膜(3
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3)为各向同性磁流变弹性材料，材料以pdms为基底，混入体积分数为1％
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5％的铁磁fe3o4颗粒，经过混合、匀胶、烘干制备而成。

技术总结
本发明提供的一种基于声泳和振荡流效应的微纳生物颗粒富集与分离装置，设计巧妙、操作简单、高效且生物友好。利用无阀微泵生成振荡流，振荡流设计实现短通道的“无限长”，利用声辐射力和惯性升力驱动颗粒到足够窄的微带以实现富集和分离。相较于单一的声泳操控，本设计的通量较高且只需使用较短直通道,声场强度低，操作温和；相较于单一的惯性操控，本设计可保持较低水平的剪切应力，可较大程度的降低生物颗粒状态改变和活性损失的风险，同时免除微流控芯片的高强度制作要求。本发明装置结构简单，集成度高，可用于循环肿瘤细胞、外泌体等稀有微纳生物颗粒的高效富集与分离，为基础医学研究和临床快速检测应用提供平台。学研究和临床快速检测应用提供平台。学研究和临床快速检测应用提供平台。


技术研发人员：薛春东 曲恒超 赵家铭 覃开蓉
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2021.09.27
技术公布日：2021/12/16