[发明专利]声学镊子

说明书

一种包括至少一个前驱波换能器的电声装置，所述电声装置包括：‑压电衬底，‑相反极性的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极布置在所述衬底上并配置成在所述衬底中生成未聚焦的前驱超声表面波，其中，当流体培养基，优选液体培养基，与所述电声装置声学耦合时，所述前驱超声表面波作为体声波传播到所述流体培养基的大部分中并在其中聚焦。

技术领域

本发明涉及电声装置，该电声装置尤其用于操作尺寸小于10^-2m的浸入流体培养基、优选液体培养基中且特别是与流体培养基相比具有更低的密度和/或更软的对象。

背景技术

纳米尺寸和微米尺寸的对象的选择性操作是各种技术领域(例如细胞生物学、微流体、纳米尺寸和微米尺寸的系统组件)中的复杂操作。可以使用工具(例如镊子或微量移液管)进行操作。然后通过工具的位移来操作对象。这种通常称为“直接接触”方法的操作方法是不理想的，特别是当对象柔软、发粘或甚至易碎时。此外，有可能改变所操作的对象。最后，对象所在的系统中引入该工具可能修改系统的属性。例如，在对象经受电磁场的情况下，引入工具会产生对所述场的干涉。它还会引入一些污染。在系统是包含细胞的生物培养基的情况下，引入工具会修改细胞行为。

已经开发了替代的非接触式方法，例如介电泳、磁泳或光泳(也称为“光学镊子”方法)。然而，所有这些技术都有很大的缺陷。例如，介电泳取决于对象的极化率，并且需要在待操作的对象附近安装电极。磁泳需要将标记物移植到对象上。光泳可以与移植一起使用或不与移植一起使用，但是由于该方法固有的显著加热和光毒性而限于非常小的力。

已经开发了另一种方法，称为“驻波声泳”，其包括实现在衬底中生成的表面声波(SAW)，用于操作横放或重叠衬底的对象。

US 7,878,063 B1描述了一种电声装置，其包括衬底和衬底上的三对交错式换能器。每对换能器限定用于传播由换能器生成的表面声波的声路。三条声路相交，从而产生用于检测生物物种的中心区域。

WO2013/116311A1公开了一种用于操作颗粒的设备，该设备包括一对可变频率交错式换能器和限定在衬底上的通道，该通道不对称地设置在换能器之间。

WO2015/134831描述了一种声学设备，其包括：用以生成第一声波的第一交错式换能器装置和用以在相对于第一声波的非平行方向上生成第二声波的第二交错式换能器装置、以及至少部分地由干涉图案限定的操作区域，该干涉图案至少部分地由第一声波和第二声波之间的相互作用形成。

文章“用于在微流体通道中对单独的颗粒进行二维操作的快速声学镊子(Fastacoustic tweezer for the two-dimensional manipulation of individual particlesin microfluidic channels)”(S.B.Q.Tran,P.Marmottant and P.Thibault,AppliedPhysics Letters(应用物理学快报),American Institute of Physics(美国物理联合会),2012,101,第114103页)描述了一种装置，其包括围绕中心区域以固定间隔设置在衬底上的四个交错式换能器。每个换能器生成驻表面声波。该装置的实施提供了在中心区域中对颗粒的位移。

US2013/0047728A1教导了一种设备，其包括用于在感兴趣区域内提供可变超声信号的超声源、以及连接到超声源使得其向超声源提供控制信号的控制器。可变超声信号在感兴趣区域内产生压力场，其形状和/或位置可通过改变输入到超声源的控制信号而改变，使得感兴趣区域内的颗粒将响应于压力场的变化而移动。然而，US2013/0047728A1的设备被配置成生成体声波。因此，其需要大尺寸的部件，这防止在芯片实验室上的任何使用。另外，它不适于生成任何表面声波。

所有已知的驻波声泳方法都包括生成用于操作对象的驻声波。然而，这些方法的选择性是有限的。特别地，所有对象都会向波的波节或波腹移动。因此，驻波声泳方法不允许独立于相邻对象而选择性地操作对象。