基于声表面驻波与无透镜成像的微流控生物微粒分选检测系统研究

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基于声表面波驻波(SSAW)的分选技术已经成功实现粒子和循环肿瘤细胞(CTC)的无标记分选。无透镜成像系统在没有聚焦透镜的情况下能够实现粒子/细胞等微小粒子的成像检测。为实现面向现场即时诊断(POCT)应用的小型化集成化微流控细胞/粒子分选检测,本文设计并实现了声表面驻波分选和无透镜成像系统集成的微流控平台,混合生物样本通过微流管道进入到驻波域,在声波辐射力的作用下实现不同体积的细胞/粒子分选,并通过无透镜成像系统即时捕获微流管道的输出分界点附近的细胞/粒子影像,之后在PC上对捕获的影像进行计数分析。通过对声波面驻波分选原理以及无透镜成像原理的研究,设计了均匀型的叉指换能器用于激励声表面波;设计了3输入2输出的微流管道,优化了汇入点与输出分界点的比例,并且在COMSOL中仿真验证了无SSAW场时粒子的轨迹。搭建了提升原始无透镜图像对比度的成像检测平台。定性地分析了粒子偏移轨迹与声波辐射力和键合角度之间关系,选择5度的优化键合角度。通过分析PDMS管道的温度与驱动频率的关系,提出了获取最佳工作频率与器件S参数关系的方法。最后把系统的元件集成起来形成SSAW微流控分选-无透镜检测平台。使用5μm和15μm的聚苯乙烯粒子混合液测试SSAW分选-无透镜检测平台的性能,实验中获取了粒子的偏移角度与驱动功率的关系,不同流速下和不同驱动功率下15μm的分选检测效率。当样本流速为2μL/min,驱动功率为30d Bm时,获得了约为95%的分离效率。本平台具有对循环肿瘤细胞(CTCs)分选和计数的潜能,为小型化集成化的现场即时诊断应用提供了一种有效手段。
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