[发明专利]一种非接触式微/纳颗粒操控方法

说明书

本发明涉及超声、微纳控制技术领域，公开了一种非接触式微/纳颗粒操控方法，包括超声换能器、振动传递板、基板与若干个超声针，该方法包括S1将溶液与微/纳颗粒进行混合；S2在基板上滴入S1中混合溶液，形成液滴；S3调整S2中液滴与所述超声针之间的距离，使两者不接触；S4启动超声换能器，调整超声换能器的工作频率与工作电压；S5调整超声针与液滴之间的方向角，实现微/纳颗粒操控。与现有技术相比，本发明由于是非接触式操控，因而不会对微/纳颗粒产生破坏和污染，装置具有易小型化、便捷化和可靠性好等优点。

技术领域

本发明涉及超声、微纳控制技术领域，特别涉及一种由超声励振在液滴中所产生的非线性声学涡流，来对液滴中微/纳颗粒进行非接触式旋转、聚集、清除等操控的方法。

背景技术

随着生物医学及微纳制造等科学领域的快速发展，如何在实验室与工业生产中实现微/纳颗粒的可控操控已经成为现在科学研究的重要方向，如何以低成本、无破坏、无污染的方式操控微/纳颗粒是我们面临的重大技术课题。已有的微/纳操控方式包含光镊、介电泳、磁泳等，但这些操控方式不仅对微/纳颗粒的光电磁等物性有要求，而且可能对被操控的有机物产生不可逆损伤。利用超声场的非线性效应所产生的涡流对微/纳颗粒进行操控具有结构简单成本低、易于携带小型化、对微/纳颗粒物性无要求、操控功能多样化和非接触无污染等优点。

目前，针对液滴中的微/纳颗粒进行操控的问题已经有一些装置。CN107694475A公开了一种微/纳物质的环状聚集物成形装置的制作方法，该发明采用振动圆环-悬浊液-基板系统，通过兰杰文振子对圆环进行励振，利用做单方向面内振动的圆环在流体中产生的声学流涡流，驱动分散在悬浊液中的微/纳物质运动并聚集在圆环下方，最终在基板上形成微/纳物质的环状聚集物。这种聚集微/纳物质的方式的不足之处在于：振动传递针和圆环与悬浊液直接接触，从而会对微/纳物质产生污染，且气液固三相接触面处易发生超声雾化，从而使液体体积不断缩小并使一部分微/纳物质随雾化微液滴脱离悬浊液。而生物医学上为了操控微/纳物质在细胞或者有机溶液中移动，常采用精密镊子，这很容易使细胞等有机体受到不可逆的损伤。

因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种非接触式微/纳颗粒操控方法，该方法依靠与超声换能器相连的超声针将多模态振动在针尖放大，并通过空气将行波超声场传播到液滴内部，从而在液滴内产生非线性声学涡流场，通过调整超声针与液体之间的方位角与高度实现非接触式驱动分散在液滴内的微/纳颗粒随涡流运动。

技术方案：本发明提供了一种非接触式微/纳颗粒操控方法，该操控方法在一装置下完成，该装置包括至少一个超声换能器、振动传递板、基板与若干个超声针，所述基板设于超声换能器正下方，所述振动传递板固定于超声换能器励振端面上，且所述振动传递板位于基板正上方，所述若干个超声针分散的固定于振动传递板上，所述方法包括如下步骤：

S1将溶液与微/纳颗粒进行混合；

S2在基板上滴入步骤S1中混合溶液，形成液滴；

S3调整S2中液滴与所述超声针之间的距离，使两者不接触；

S4启动超声换能器，调整超声换能器的工作频率与工作电压；

S5调整超声针与液滴之间的方向角，实现微/纳颗粒操控。

进一步地，所述装置包括多个超声换能器，多个超声换能器粘接在振动传递板的不同位置,且多个超声换能器的振动幅值、频率和相位不同。

进一步地，所述S3中超声针与液滴之间的方位角、距离均可调。

进一步地，所述超声针与所述振动传递板之间采用悬臂梁的形式粘接、焊接或螺纹连接。

进一步地，所述超声换能器为不同工作频率点的压电片或兰杰文振子。