[发明专利]基于声表面波的细胞粉碎器

说明书

技术领域

本发明涉及生物医疗传感器领域，尤其涉及一种基于声表面波的细胞粉碎器。

背景技术

伴随着老龄化社会的逐渐到来，人们对健康和疾病预防的要求越来越高，能够尽快尽早地精确地检查与预测疾病，把疾病控制在可防治的阶段，成为人们越来越强烈的需求。现阶段，诸如血压计和血糖试纸等已经被广泛使用，走入了普通家庭。

生物传感器是一种新型的微纳器件，使用微纳加工的方法将传统传感器缩小到微纳尺度，通过检测液体或气体中的微量分子，可用来做生化分析，以检测或鉴定疾病。早期检测和诊断使得尽早地采取医学手段来控制流行病和治疗疾病，使其影响和伤害控制在尽可能小的范围内成为可能。同时，生物传感器在环境领域也有广阔的应用前景，可用于检测诸如重金属离子或有毒有机分子等对环境有害的物质，评估环境质量等。

绝大部分生物传感器都是通过检测蛋白质或DNA、RNA来工作的，然而在测试的样品中，蛋白质、DNA、RNA等特征物质一般都在细胞内部，外部包覆细胞膜或核膜。只有将细胞结构破坏，将特征物质释放到溶液中，才能够进行检验。在生物学或医学领域，这种破坏细胞结构的过程被称为细胞裂解。现阶段细胞裂解等生物传感器的样品制备技术尚处于初级阶段，效率较低。

传统的细胞裂解一般采用化学裂解或物理裂解。化学裂解通常采用化学试剂破碎细胞膜结构，会导致特征物质失活变性，影响后续的特异性检测。对于物理裂解，传统方法采用高速离心带有微颗粒的细胞溶液进行裂解，消耗样品多，检测精度低，不适用于现代的医学，生命科学等微量和快速的分析。为了与生物传感器集成起来使用，使用微纳加工工艺制作的微型的细胞粉碎器成为一种需要。

发明内容

本发明提供了一种基于声表面波的微型细胞粉碎器方案，解决了现有细胞粉碎器效率较低的问题，同时采用微纳加工工艺，极大的缩小了器件的体积，使其能够与生物传感器集成到一起，极大地降低了整体检测成本。

一种基于声表面波的细胞粉碎器，包括声表面波发生模块，所述声表面发生模块包括压电衬底以及设置于压电衬底上的若干叉指换能器，在压电衬底上还设有与叉指换能器位于同一平面上且与叉指换能器布置方向配合的微流体破碎腔，所述微流体破碎腔包括围墙结构以及设置于围墙结构内用于与液滴进行碰撞的微纳柱体。

利用声表面波的声致微流效应，带动待检测的试剂高速旋转，具有高速高效粉碎细胞的效果。其中，所述的微纳柱体是指柱体由微纳加工得到，柱体尺寸为微米级。

所述叉指换能器为瑞利叉指换能器。

由瑞利叉指换能器产生的瑞利波为基波，与液体能量耦合更多更充分。

叉指换能器为一个，且所述微流体破碎腔位于所述叉指换能器的声表面波传出端，且与叉指换能器之间的距离范围在50-200微米。

微流体破碎腔位于叉指换能器的声表面波传出端，在声表面波传出时，产生声致微流效应。微流体破碎腔不宜离叉指换能器太近或太远，太远使得声表面波传送到微流体破碎腔时减弱，太近则不易于制作与配置，因此较距离范围在50至200微米，较佳为100微米。

叉指换能器为多个，且各个叉指换能器的声表面波传出端朝向所述微流体破碎腔，且所述围墙结构的形状与叉指换能器布置方式相配合。

微流体破碎腔也可以与多个叉指换能器组合，增加细胞旋转的速度。例如叉指换能器可以为4个，同时围墙结构也可以为圆形。相应地，中心的微纳柱体在长度上相应尽量减小，与叉指换能器配合，形状上也进行改进，例如设为星形或者菱形，以充分进行碰撞。

所述围墙结构的形状为正方形。

围墙结构也可为其他结构，例如圆形。正方形结构由于形状规则，易于与叉指换能器配置，因此正方形结构为优选。

所述围墙结构的高度范围为50微米至500微米。

围墙结构用于放置液滴，并且在利用声表面波进行细胞破碎的过程中防止液滴移动出限定区域，其高度根据需要放置的液滴量进行设置，较佳为100-150微米。

所述正方形的边长范围为1毫米至2毫米。

正方形边长与叉指换能器的宽度，即两侧的引脚间距离相近，便于与叉指换能器配合。

在所述微流体破碎腔中，设有三组微纳柱体，其中：

第一组设于围墙结构内中心位置，沿声表面波传播方向配置；

第二组和第三组沿声表面波传播方向配置于中心位置的两侧且各组与围墙结构之间的距离为围墙边长的六分之一。

微纳柱结构布置过多会造成液滴流速减慢，速度下降，碰撞减少。过少则液滴碰撞不充分。