[发明专利]用于操纵物体的方法和设备

说明书

本发明涉及一种用于操纵包含液体的腔(2)中的物体的方法，所述方法包括：在腔(2)的至少一个区域中提供能够吸收给定波长范围中的光的物体，通过使物体接受声场(8)来形成物体的聚集体，并且通过使聚集体接受以给定波长范围发射的光束(7)来干扰聚集体。本发明还涉及一种用于操作物体(1)的设备。

技术领域

本发明涉及操纵包含液体的腔中的物体的领域。尤其是本发明涉及用于使用声场和电磁场来操纵、分离、回收和成像这种物体的方法和设备。

背景技术

液体中物体可以以常规方式通过膜、过滤器、离心、磁场、电场或声场各种技术来进行处理和筛选。

近些年来已经对物体的声学操纵进行深入研究。例如，US 2006/0096353 A1公开了使用声学操纵引导液体中的物体的装置，US 2015/0037863公开了使用声学力用于形成层的多层聚集体、特别是用于形成2D和3D细胞聚集体的方法，或US 2015/0285719公开了使用调制脉冲声场形成聚集体的方法。

声学操纵基于声学辐射力，声学辐射力产生悬浮中的物体的聚集体。当施加的声学驻波验证λ＝2×h(h是发射壁和反射壁之间的高度)的条件时，这发生在包括发射壁和反射壁的、称为声学谐振器的腔中。使物体随后接受声学辐射力F_ac，声学辐射力定义为：

其中，-表示时间平均，d_p是颗粒直径，E_ac是腔内一个声波周期内的平均声学能量密度，是声平面的波数，F_y是声学对比系数，且z是发射壁和反射壁之间的颗粒的轴向位置。

所述声学辐射力根据物体的声学对比系数和直径，以不同的速度将悬浮中的物体推向声波的波节或波腹。声学辐射力还包括横向分量，该横向分量负责对一旦进入悬浮平面的物体的聚集。声学对比系数能够写成如下：

其中，ρ_p是密度为ρ_f的介质中的物体的密度，c_p是物体中的声速，且c_f是液体中的声速。

鉴于以上，显示出相同的声学对比系数以及相同的尺寸的物体将在液体内表现相同的方式，且不能够被有效地筛选。因此需要能够操纵或筛选物体、尤其是具有相同或相似声学对比系数的物体的非接触技术。

此外，使用声场来筛选物体决定了相关设备的设计。如US 2008/0067128中公开的声学谐振器包括容纳在包括至少两部分的盘内的至少三个片。这种复杂设计被要求操纵具有在不同高度处的至少两个出口的设备。现有技术的声学筛选实际上基于沿与波传播方向平行的轴线对物体进行不同级别的分离。

因此，基于本发明的另一个目的是提供易于制造且易于处理的设备，以实现高吞吐量声学筛选。

发明内容

本发明的需要通过所要保护的方法和设备来实现。特别地，本发明的方法使用光束从声场形成的聚集体驱逐物体(也称为颗粒)。物体在悬浮平面内被驱逐，因此能够用沿与声波传播方向平行的轴线以相同高度定位的出口对物体进行简单的筛选。本发明内所述的方法可以称为光声泳(photoacoustophoresis)方法。

在第一方面中，本发明涉及一种用于操纵包含液体的腔中的物体的方法，所述方法包括：

a)在腔的至少一个区域中提供能够吸收给定波长范围中的光的物体；

b)通过使物体接受声场来形成物体的聚集体；以及

c)通过使所述聚集体接受以给定波长范围发射的光束来干扰聚集体。