[发明专利]使用多维驻波的声泳分离技术

说明书

描述了一种具有改进的捕获力的用于声泳的系统，其中通过操控超声换能器的频率来改进捕获力。该换能器包括陶瓷晶体。该晶体可以直接暴露于液流。该晶体可以是空气背衬的，从而导致更高的Q因数。

背景技术

本申请是2013年3月15日提交的序号为13/844,754的美国专利申请的延续部分，该申请要求享受下述申请的优先权：2012年3月15日提交的美国临时专利申请序号61/611,159，同样在2012年3月15日提交的美国临时专利申请序号61/611,240，以及，2013年1月21日提交的美国临时专利申请序号61/754,792。这三件申请的内容在此以全文引用方式并入本文。

声泳(Acoustophoresis)是利用高强度声波的颗粒分离。早已公知声音的高强度驻波能对颗粒施加力。驻波具有压力分布(profile)，其表现为随时间“保持”不动。驻波中的压力分布从高压区(波节)到低压区(波腹)存在变化。在声谐振器中产生驻波。声谐振器的常见示例包括许多管乐器，如管风琴、长笛、单簧管和圆号。

对于多组分的液流来说，需要高效的分离技术，其能消除浪费并且降低所需的能量，从而促进可持续发展的环境。

发明内容

本公开涉及优选地用于大规模声泳的系统和装置。该装置使用如本文所述的一个或多个独特的超声换能器，或使用这种换能器的阵列。以产生多维驻波的频率来驱动换能器。

在一些实施方式中，披露了一种装置，其包括带有至少一个入口和至少一个出口的流室，使基底流体与第二流体和颗粒中的至少一种的混合物穿过入口和出口流动。至少一个超声换能器嵌置在所述流室的壁中或位于所述流室的壁外，并且由超声频率的振荡、周期性、经过调制的或脉冲的电压信号驱动，该电压信号以更高阶振动模式驱动换能器，以在流道中产生多维驻波。换能器包括陶瓷晶体、或者具有特定振动特性的其它压电材料。将固态或柔性反射器置于流室中位于与换能器相对侧的壁上。本装置可以进一步包括馈入环形压力室(annular plenum)的装置入口、以及位于装置不同壁上的两个出口。

在另一些实施方式中，披露了一种基底流体与第二流体和/或颗粒中的至少一种的分离方法。本方法包括使基底流体流进具有谐振器和收集袋或收集端口的流室，并且用振荡、周期性、经过调制的或脉冲的电压信号来驱动换能器，以用谐振器产生多维性质驻波，并且将第二流体和/或颗粒中的至少一种收集在收集袋中。

在又一些实施方式中，一种装置包括带有至少一个入口和至少一个出口的流室，使基底流体与第二流体和颗粒中的至少一种的混合物穿过入口和出口流动。多个超声换能器嵌置在所述流室的壁中、或置于所述流室的壁外。换能器各自包括陶瓷晶体或其它压电材料，陶瓷晶体或其它压电材料由超声频率的振荡、周期性、经过调制的或脉冲的电压信号驱动，该电压信号以更高阶振动模式驱动换能器，以在流道中产生多维驻波。将固态或柔性反射器置于流室中与换能器相对侧的壁上。本装置可以进一步包括馈入环形压力室的装置入口、以及位于装置不同壁上的两个出口。

下文更具体地描述这些和其它的非限定性特征。

附图说明

下面是附图的简要说明，这些附图被示出以用于说明本文所披露的示例性实施例，而并非用于限制本发明。

图1A是图示带有密度低于基底流体的第二流体或颗粒的声泳分离器的功能的图。

图1B是图示带有密度高于基底流体的第二流体或颗粒的声泳分离器的功能的图。

图2A示出没有声场存在时由Jorin ViPA颗粒大小分析仪产生的细胞大小分布，横轴是以微米为单位的大小等级，而竖轴是颗粒按体积取样的百分比。

图2B示出有声场存在时由Jorin ViPA颗粒大小分析仪产生的细胞大小分布，横轴是以微米为单位的大小等级，而竖轴是颗粒按体积取样的百分比。

图3示出了具有多个换能器的声泳分离器。