朱叶子,刘慧琴,舒 溪,国世上

(武汉大学物理科学与技术学院,人工微纳结构教育部重点实验室,武汉 430072)

上世纪五十年代早期,可以在纳升或皮升范围操控流体的微流技术得以发展。到上世纪九十年代年初,例如微阀、微泵等多种可完成复杂流体控制的微流结构层出不求,微流控芯片(又称微全分析系统或芯片实验室)成为一个成熟的研究领域。[1]近年来,声微流芯片以其生物兼容性强、易于制备等特点,在生物工程、化学等多方面的微流芯片有许多应用。[2]按照声波传播路径的不同,主要分为表面波芯片和体声波芯片。

声表面波芯片主要以给压电基底上刻蚀的叉指换能器通入交变电流,从而使得压电基底在压电效用下产生表面波并按一定方向传播的原理实现不同的应用。其中,声表面行波由单个的叉指换能器产生,声波的波节波腹以一定周期交替,主要利用其对沟道内的层流的推动和对微粒的声辐射力作用来进行操控。体声波芯片主要原理是压电陶瓷片通电震动后产生的声波沿固体内部传播,在利用高声反射材料制造的沟道中反射,于沟道中以两个相向而行的频率相同的行波沿传输线形成的一种驻波场,波节波腹位置不变,主要利用粒子和液体的密度及压缩系数的差异控制不同粒子分别向波节或波腹聚集,完成粒子的分选或富集。[3-4]

本文以有限元数值仿真软件COMSOL对声表面行波芯片及体声波芯片的声波传播、声场分布及粒子轨迹做出理论分析,并通过实验验证了该芯片的可行性。……