SAW流体控制的医学应用
发布日期:2019-07-11 17:55:02

无论是发达国家还是发展中国家,高级诊断系统都是医院实验室检测患者的集中设施。尤其是在发展中国家,如疟疾,睡眠病(非洲锥虫病)以及结核病,仍会带来很高的死亡率。格拉斯哥大学的Jon Cooper教授的团队开发出了一项技术,基于超声和微芯片表面纳米振动控制流体样本,将诊断测试与一次性便携系统整合到一起。激光测振法使金沙城娱乐中心网址对芯片表面的振动进行了参数化,并大规模验证金沙城娱乐中心网址的设计。

 

只有少数测试,比如糖尿病葡萄糖个人管理,从集中设施过渡到在患者身边进行。为了更广泛的开展,金沙城娱乐中心网址在低成本一次性设备上使用超声来执行所有的需要运行完整诊断分析的不同功能。超声传感器已经开发的非常完善了,大多数用于消费电子产品,包括那些使用表面声波的设备比如感知和微流控操作,如图1a所示。金沙城娱乐中心网址开发了一个新的平台,超声波与声子晶格(微型机械元素阵)耦合(图 1b-c)。全息图中的元素的折射率不同可给光塑形,与之类似,超声场可被晶阵中的元素与元素周围的矩阵之间的弹性对比调制。


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图 1: (a) SAW在压电晶体基层传播机械能量给流体样本;(b) 一个可选的形式:声子带隙结构被安放在一次性盖板上,盖板置于压电基板上;(c) 声子晶格图例(孔径 80 μm)


在平台的一次操作中,金沙城娱乐中心网址应用了此技术进行了一次疟疾诊断的综合核酸测试。该测试目的是分析位于感染患者红血球中的寄生虫的遗传物质。图2显示了仿真和振动测试图,表明了使用声子设备产生波来实现这些特殊的功能可行性。

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图 2: 声子滤波器(a) 仿真 (Comsol Multiphysics) (b) 激光测振仪测试结果(UHF, Polytec)激励频率 9.35 MHz。结果(振动幅值) 显示波传播到结构之外时,在结构内的衰减 (测试中通过空的孔振动来表现(b))。


测试方法

本测试使用Polytec公司 UHF-120 系统进行,激励频率为9.35 MHz。这些扫描的独创性在于测试中包含不同的范围,在长期的扫描中可以覆盖足够的区域来获取纵向幅值小于1nm的有效结果,分辨率低于波长(100 μm)。在一些例子中,可以覆盖厘米级宽度的区域,见图3。

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图 3: 测振仪扫描显示出声子锥中的振动幅值,可将能量集中在特定位置。扫描点大约有190 000个点,激励频率9.35 MHz. 


结论

声子表面波设备显示出了巨大的潜力,将床旁诊断与低成本芯片结合在一起,通过声波控制患者流体样本。金沙城娱乐中心网址已经展示了通过采集指血,利用声学滤波器检测疟疾。激光测振法是开发过程的重要工具,使金沙城娱乐中心网址看到了整个芯片表面的振动,验证了金沙城娱乐中心网址的设计。未来,会有更多复杂的测试加入到这个平台上用来检测疾病如结核病。


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