發(fā)布時(shí)間：2021-07-30 05:12

　　商業(yè)化的醫(yī)學(xué)聲學(xué)傳感器在過(guò)去的幾十年中取得了很大的進(jìn)步,而超聲波方法特別適用于細(xì)胞測(cè)試和醫(yī)學(xué)診斷,因?yàn)槁晫W(xué)技術(shù)可以以非接觸模式對(duì)生物樣本溫和得操控并表征它們的剛度。受益于這一特性,科學(xué)家將聲學(xué)模量集成到微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）設(shè)備中,以提高成本效益,縮短響應(yīng)時(shí)間和增加批量生產(chǎn)能力。近年來(lái),具有快速反應(yīng),實(shí)時(shí),高靈敏度,低成本檢測(cè)和分析等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的微流體平臺(tái)在臨床診斷和新藥篩選方面取得了蓬勃發(fā)展。聲學(xué)微流控芯片技術(shù)是針對(duì)片上樣品檢測(cè)和處理而開(kāi)發(fā)的。它結(jié)合了超聲波技術(shù)和小型化平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)。這個(gè)高度集成的平臺(tái)展現(xiàn)了精確操作生物學(xué)中微小樣品（微米級(jí)的蛋白質(zhì),細(xì)胞和微生物）和原位檢測(cè)分析的卓越能力。目前,聲學(xué)微流體應(yīng)用主要由兩部分組成:用于信號(hào)處理的聲學(xué)傳感器和用于樣品制備的聲學(xué)致動(dòng)器。盡管如此,將這些聲學(xué)功能集成到基于硅的片上實(shí)驗(yàn)室需要特定的技術(shù)發(fā)展,并且目前沒(méi)有高頻體聲芯片能夠?qū)⒙晫W(xué)傳感器和致動(dòng)器集成到同一設(shè)備中。我們工作的主要目標(biāo)是將聲波微器件的工作頻率優(yōu)化在500 MHz和1000 MHz之間的頻率范圍內(nèi),并優(yōu)化微流體通道的聲能傳播。這里主要的技術(shù)重點(diǎn)包括引導(dǎo)聲波傳播的反射鏡的匹配層薄膜沉積... 

【文章來(lái)源】：武漢大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１．２?（ａ）?ＭＥＭＳ組分示意圖，（ｂ）?—個(gè)ＭＥＭｓ系統(tǒng)的二重組裝平臺(tái)??

．＇?．ｘ?．?－?．??圖１．１．２?（ａ）?ＭＥＭＳ組分示意圖，（ｂ）?—個(gè)ＭＥＭｓ系統(tǒng)的二重組裝平臺(tái)??的電鏡圖。??基于ＭＥＭｓ技術(shù)、微電子和微機(jī)械結(jié)構(gòu)也同樣可在集成微流控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)??交叉學(xué)科的應(yīng)用，以及芯片式的將單個(gè)或多步實(shí)驗(yàn)流程的整合。對(duì)大多數(shù)芯片實(shí)??驗(yàn)室（ＬＯＣ）的加工，最基本的制備手段是源于微電子制造的光刻技術(shù)。對(duì)特??殊的要求如光學(xué)特性、生物或化學(xué)兼容性，低成本和快塑型，新工藝在繼續(xù)開(kāi)發(fā)中??如玻璃、陶瓷和金屬的腐蝕、沉積和鍵合，ＰＤＭＳ加工和軟光刻，電鍍技術(shù)，注??塑和壓花等。??目前的微流控芯片常用的材料是硅、石英、玻璃、有機(jī)高分子化合物等。制??備材料的選擇通常考慮以下幾點(diǎn)：１．良好的生物相容性且不與樣品反應(yīng)；２．良好的??電介質(zhì)特性和散熱性；３．良好的光學(xué)性能和低千擾噪聲；４．其表面可以改性使得高??分子得以固定在上面；５．低成本和制備靈活。然而，每種材料都有其優(yōu)缺點(diǎn)，我們??選擇材料時(shí)要考慮到需要實(shí)現(xiàn)的功能。??硅材料具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性。此外，現(xiàn)有硅微加工技術(shù)已趨于成??熟。雖然它在半導(dǎo)體工業(yè)界已大量使用，但仍然有不足之處，例如它是不透明的，??易碎的

圖１．２．２—個(gè)典型的基于聲表面波技術(shù)的生化學(xué)傳感器的梗概圖。負(fù)載質(zhì)量的變??化引起聲表面波傳播的改變，因而諧振頻率漂移［２９］．??沿不同方向切割壓電材料決定了聲表面波種類，包括“水平－剪切波”?ＳＨ－ＳＡＷ??（愛(ài)波）或“水平－垂直波”?ＳＶ－ＳＡＷ?（瑞利波）。瑞利波是因?yàn)榛妆砻姘l(fā)線方??向形變產(chǎn)生的。Ｗｏｈｌｔｊｅｎ和Ｄｅｓｓｙ首先證明這種“瑞利型”聲波傳感器在涂覆層??敏感聚合物后可用于有機(jī)氣體檢測(cè)［３＇聲表面波傳感器大量應(yīng)用于細(xì)菌和酵母??菌的全細(xì)胞實(shí)驗(yàn)［３１］．通過(guò)選擇低濃度的蛋白質(zhì)或抗體，聲表面波傳感器可以用??來(lái)特異性檢測(cè)真核細(xì)胞，也能高精度地測(cè)量哺乳動(dòng)物細(xì)胞在傳感器表面的粘附??［３２］．??相比傳統(tǒng)的熒光檢測(cè)，聲波探測(cè)器不需要額外標(biāo)記緩沖溶液并避免了光漂白。??對(duì)這一類的器件，傳感器的諧振頻率對(duì)表而耦合的聲學(xué)特性極其敏感，如負(fù)載質(zhì)量??和液體粘度。通過(guò)諧振頻率變化，表而的小分子吸附、負(fù)載質(zhì)景和細(xì)胞－基底表而??的粘附可以被無(wú)損實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)。然而，測(cè)試樣本必須被置于振蕩晶體的表面，且檢??測(cè)距離被限制在傳感器表面附近，而且基底必須依據(jù)免疫檢測(cè)分析物地特性來(lái)修??


本文編號(hào)：3310766