實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：基于聲表面駐波技術(shù)的懸浮微粒集中實(shí)驗(yàn)研究

研究方向：生物醫(yī)療

測(cè)試設(shè)備：PDMS微流體通道芯片、壓電基片；觀察設(shè)備為基恩士VHX-2000型三維超景深顯微鏡；激發(fā)設(shè)備有射頻信號(hào)發(fā)生器、ATA-8202射頻功率放大器；使用材料有精細(xì)濾紙，廢機(jī)油，試管，酒精，接頭、輸液毛細(xì)管，注射器或蠕動(dòng)泵等。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

圖：聲表面駐波對(duì)懸浮微粒進(jìn)行集中實(shí)驗(yàn)裝置圖

首先根據(jù)所采購(gòu)的模板，通過(guò)絲網(wǎng)印刷法在壓電基底上印刷好兩組相同的IDT電極，為區(qū)分實(shí)驗(yàn)效果，本實(shí)驗(yàn)印刷的叉指電極對(duì)數(shù)分別為12對(duì)和24對(duì)。將印刷好的電極進(jìn)行烘于并極化保證其導(dǎo)電性能良好。通過(guò)切割機(jī)切割或激光切割在兩組叉指電極的中間加工成微流通道，為了在微流通道中形成只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的SAW駐波場(chǎng)，微流通道的寬度應(yīng)為波長(zhǎng)的一半，即500um。繼而通過(guò)壓力傳動(dòng)裝置或蠕動(dòng)泵把含有雜質(zhì)顆粒的潤(rùn)滑油由A處注入通道,當(dāng)未對(duì)IDT施加信號(hào)前，即沒(méi)有激發(fā)出SAW時(shí)，粒子在通道內(nèi)均勻分布。當(dāng)對(duì)兩個(gè)IDT施加一樣的射頻信號(hào)后，兩列振幅、頻率相同，但傳播方向相反的SAW就會(huì)隨之產(chǎn)生，在微流通道區(qū)域內(nèi)當(dāng)兩列SAW疊加后會(huì)形成一個(gè)SAW駐波場(chǎng)。微粒在駐波場(chǎng)中會(huì)受到聲輻射力的影響，從而向節(jié)點(diǎn)處會(huì)聚，最后在通道中央形成一帶狀的直線。將已切割好通道的SAW驅(qū)動(dòng)器固定于事先準(zhǔn)備好的塑料泡沫中以便于放置在三維超景深顯微鏡下，最終制成的SAW驅(qū)動(dòng)器及切成型微流通道如圖4.7所示。

圖：SAW驅(qū)動(dòng)器及切割成型微流通道

驅(qū)動(dòng)/傳感器件通過(guò)在壓電基底上采用絲網(wǎng)印刷電極的方法制備，當(dāng)對(duì)該傳感器上的一對(duì)IDT施加相同的射頻信號(hào)時(shí)，將產(chǎn)生兩列振幅相同、頻率相同、傳播方向相反的SAW，疊加后形成只有一個(gè)聲壓節(jié)點(diǎn)的超聲駐波場(chǎng)。由于微粒在駐波場(chǎng)中將受到聲輻射力的作用，且聲輻射力隨著粒子與聲壓節(jié)點(diǎn)的間距的縮短而減小，所以微粒將有向節(jié)點(diǎn)聚集的趨勢(shì)，并最終停在節(jié)點(diǎn)附近，從而可滿足微粒分離要求。要達(dá)到分離微粒的目的，必須在兩個(gè)IDT之間產(chǎn)生駐波場(chǎng)。

圖：SAW中心頻率測(cè)試圖

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中首先要通過(guò)改變IDT的頻率來(lái)產(chǎn)生穩(wěn)定的駐波場(chǎng)。為了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中形成了駐波場(chǎng)，本文采用分析靜態(tài)應(yīng)變儀記錄的應(yīng)變片應(yīng)變數(shù)據(jù)的方法判斷駐波場(chǎng)的存在。駐波檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置中采用信號(hào)發(fā)生器在換能器兩端SAW換能器上同時(shí)激勵(lì)連續(xù)正弦波，在未切割微流通道前粘貼應(yīng)變片，采用靜態(tài)應(yīng)變儀接收應(yīng)變片的應(yīng)變值，示波器用來(lái)記錄兩通道發(fā)射的激勵(lì)信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)中采用5MHz頻率作為駐波激勵(lì)信號(hào)頻率，以達(dá)到最佳的激勵(lì)效果。在切制微流通道前在兩SAW換能器中間粘貼應(yīng)變片，兩端同時(shí)激勵(lì)SAW，從而引起駐波振動(dòng)當(dāng)IDT的外加激勵(lì)電信號(hào)的頻率與換能器的中心頻率相同時(shí)，IDT中每一對(duì)又指電極所激發(fā)的波同位相相加，這時(shí)激發(fā)的IDT最強(qiáng)因此需要檢測(cè)DT的中心頻率。圖4.9為SAW中心頻率測(cè)試圖，采用一端信號(hào)發(fā)生器激勵(lì)，另一端示波器采集信號(hào)，當(dāng)激勵(lì)頻率變化時(shí)，相應(yīng)的接收電壓幅值發(fā)生變化，當(dāng)頻率為5MHz時(shí)，幅值達(dá)最大412mV,此時(shí)即為可應(yīng)用的激勵(lì)頻率值。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

表4.2為增加駐波和未加駐波時(shí)的應(yīng)變測(cè)試結(jié)果，從表中可以看出，兩端同時(shí)增加相同的激勵(lì)信號(hào)時(shí)，應(yīng)變程差值最大的交替變化，可見(jiàn)已產(chǎn)生駐波，由駐波引起的波峰和波谷的變化而導(dǎo)致相應(yīng)的應(yīng)變變化。

圖：聲表面駐波引起的應(yīng)變測(cè)試結(jié)果

安泰ATA-8202射頻功率放大器：

本文實(shí)驗(yàn)素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機(jī)都支持免費(fèi)試用。

審核編輯：湯梓紅