一种用于操纵包含水的液滴(2)的装置(1)，所述装置(1)包括：被配置成支撑液滴(2)的表面(10)，所述表面(10)包括疏水区(12)；超声换能器阵列(20)，所述超声换能器阵列(20)被布置在所述表面(10)上方，并与所述表面(10)分隔开；其中所述超声换能器阵列(20)被配置成发射超声，以通过使所述液滴(2)经受由所发射的超声引起的声学辐射力来致动所述液滴(2)沿所述表面(10)的运动。面(10)的运动。面(10)的运动。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】装置、表面以及生物传感器
[0001]本专利技术一般涉及含水的液滴的操纵，且更具体地涉及包含水和生物组分的液滴的操纵。
技术介绍
[0002]液态水样品的操纵是各种传感器(例如生物传感器)中的常见任务。通过操纵液态水样品，它可以被移动、混合、分离或被迫与其他液态水样品或试剂发生反应。可能需要操纵小体积的液态水样品，例如以提高反应速度和/或降低试剂成本和功耗。
[0003]操纵小液态水样品的一种方式是通过使用微流体装置，其中液态水样品流过微型通道。
[0004]处理小液体水样品的另一方式是通过电润湿装置的使用。电润湿装置可以将液滴夹在电极的底部阵列和公共顶部触点之间。通过经由顶部触点和电极阵列的一电极在液滴上施加电势差，液滴可以从一个电极移动到另一电极。为了处理非常小的液滴，电润湿装置的电极的底部阵列与顶部触点之间的间隔可能需要非常小。
[0005]微流体装置的微型通道和电润湿装置的电极阵列与顶部触点之间的间隔可能是难以制造的受限空间，特别是在大面积上。这种受限空间可进一步产生毛细作用和层流，这可阻止液滴的混合。因此，各装置仍有替代和/或改进的空间。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是使得能够操纵微小含水样品。本专利技术的另一目的是能够精确地操纵含水样品。本专利技术的又一目的是能够在大面积上操纵含水样品。本专利技术的又一目的是被操纵的含水样品的污染很低。本专利技术的又一目的是操纵含水样品的成本很低。本专利技术的这些目的和其他目的至少部分地由独立权利要求中限定的本专利技术来满足。优选实施例在从属权利要求中陈述。
[0007]根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于操纵含水的液滴的装置，该装置包括：
[0008]被配置成支撑液滴的表面，该表面包括疏水区；
[0009]超声换能器阵列，该超声换能器阵列被布置在表面上方并与表面分隔开；其中超声换能器阵列被配置成发射超声，以通过使液滴经受由所发射的超声引起的声学辐射力来致动液滴沿表面的运动。
[0010]该装置可以被配置成致动液滴沿表面跨疏水区运动。然后，疏水性可确保液滴与疏水区的疏水表面之间的接触角很大。因此，归因于大的接触角，液滴可以更容易地沿表面移动，例如沿表面滚动。或者，疏水区可以充当液滴的屏障，从而阻止液滴的不希望的移动。
[0011]表面的疏水区可以是其中纯水滴与表面形成大于90度的接触角的区域。
[0012]被操纵的液滴可能不是纯水液滴。液滴还可包括溶解、悬浮或浸入水中的物质。液滴中包含的其他物质可以是生物组分(例如细胞)或与生物组分发生反应的试剂(例如抗体)。因此，除了水之外，液滴还可以是其他物质的运输体。
[0013]超声换能器阵列可以是微机械加工的超声换能器阵列。微机械加工的超声换能器可以是压电微机械加工的超声换能器或电容式微机械加工的超声波换能器。超声换能器阵列与表面之间的间隔可以大于液滴的高度，该间隔可以例如是10mm或50mm。超声换能器阵列可以是超声换能器相控阵列，其中超声换能器的至少一个子集的相位是可调节的。通过设置不同超声换能器的相位，控制由不同超声换能器发射的超声信号的干涉方式是可能的。由此，从超声换能器阵列发射的超声可以被聚焦和/或操控(steer)。例如，超声束(例如聚焦束)可以在装置的表面上被操控，同时致动液滴沿表面的运动，例如沿表面推动液滴。应当理解，超声换能器阵列不一定必须是超声换能器相控阵。超声换能器可以例如具有固定相位，使得波束相对于超声换能器阵列的焦点和方向是固定的。在这一情形中，整个超声换能器阵列可以相对于表面移动，从而沿表面移动超声束。
[0014]声学辐射力可以是由超声散射离开液滴而产生的力。
[0015]该装置可以被配置成通过将来自超声换能器阵列的超声场聚焦在液滴上来向液滴施加声学辐射力从而致动液滴的运动。超声场可被聚焦在液滴的一侧，由此液滴可以被推离聚焦超声场。该装置可以被配置成连续地发射超声。超声束在此可被聚焦在液滴的一侧并被操控以与液滴一起移动，由此液滴在移动焦点的前方被推动。另选地，该装置可以被配置成发射脉冲超声，由此响应于每一脉冲将液滴向前推一段距离。
[0016]作为通过聚焦超声场致动运动的替换方案，该装置可以被配置成通过将微滴捕获在由超声换能器阵列产生的声学捕获电势中并移动声学捕获电势来向液滴施加声学辐射力来致动液滴的运动。声学捕获电势可以表示使液滴移动通过超声场所需的能量。声学捕获电势可以具有液滴优先地停留的局部最小值，即液滴被捕获的位置。当声学捕获电势移动时，液滴可以随之移动，从而保持在移动的局部最小值处。
[0017]超声换能器阵列可以发射频率范围为40kHz至2MHz或40kHz至20MHz内的超声。因此，空气中的超声波长可以小到20μm，从而使得操纵非常小的液滴成为可能。在一些实施例中，液滴可以小于超声波长，在其他实施例中，液滴可以大于超声波长。在此，液滴的大小可对应于1飞升至1毫升的体积，例如1
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1000fL、1
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1000pL、1
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1000nL或1
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1000μL。该装置可以被配置成具有可调节频率或固定频率。
[0018]根据以上内容，使用超声来致动液滴的运动可以使得能够操纵非常小的液滴。此外，可以非常精确地操纵液滴。移动的分辨率可以至少与超声波长一样小。
[0019]此外，根据本专利技术构思的装置可以在大面积上操纵液滴。超声换能器阵列可能非常大，例如至少5
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5cm。在其上操纵液滴的面积不一定受超声换能器阵列尺寸的限制。例如，可以机械地移动超声换能器阵列以覆盖更大的面积。当液滴被移动到接近超声换能器阵列边缘的位置时，液滴可以被停放，然后超声换能器阵列可以被移动到新位置，之后它可以继续操纵液滴。
[0020]此外，由于根据本专利技术构思的装置不需要限制液滴，因此该装置可能不会产生可能会阻止液滴的混合的毛细管作用和层流。
[0021]此外，根据本专利技术构思的装置可以操纵液滴而不污染它。这可以被促进，因为致动器(超声换能器阵列)可不需要与液滴接触。这与例如液滴与电极接触的电润湿装置形成对比。
[0022]此外，操纵液滴的成本可以很低。超声换能器阵列当然可以在样品之间重复使用，
因为它可永远不会与样品接触。该表面可以以低成本制造，因为它可以具有低复杂性。制造表面的成本可低于制造电润湿装置的电极阵列的成本或制造微流体通道的成本。因此，在使用一次后，可以丢弃该表面并用新表面替换。如果在两次使用之间清洁表面，这可以以低成本完成，因为不需要任何难以进入的密闭空间。该装置的表面还可包括至少一个引导区，其中该至少一个引导区具有比疏水区更低的疏水性，使得液滴对该至少一个引导区的亲和力大于对疏水区的亲和力，由此疏水区和该至少一个引导区形成表面的引导图案，其中表面被配置成通过引导图案引导液滴沿表面的运动。
[0023]疏水区因此可以充当液滴的屏障，从而阻止液滴的不希望的移动。引导区可以具有比疏水区更低的疏水性，但本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于操纵包含水的液滴(2)的装置(1)，所述装置(1)包括：被配置成支撑所述液滴(2)的表面(10)，所述表面(10)包括疏水区(12)；超声换能器阵列(20)，所述超声换能器阵列(20)被布置在所述表面(10)上方并与所述表面(10)分隔开；其中所述超声换能器阵列(20)被配置成发射超声，以通过使所述液滴(2)经受由所发射的超声引起的声学辐射力来致动所述液滴(2)沿所述表面(10)的运动。2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述装置(1)的所述表面(10)还包括至少一个引导区(14)，其中所述至少一个引导区(14)具有比所述疏水区(12)更低的疏水性，使得所述液滴(2)对所述至少一个引导区(14)的亲和力大于对所述疏水区(12)的亲和力，由此所述疏水区(12)和所述至少一个引导区(14)形成所述表面(10)的引导图案(30)，其中所述表面(10)被配置成通过所述引导图案(10)引导所述液滴(2)沿所述表面的运动。3.根据权利要求2所述的装置(1)，其特征在于，所述引导图案(30)包括轨(40)，所述轨(40)具有宽度和长度，所述长度基本上大于所述宽度，所述轨(40)是所述表面(10)的所述至少一个引导区(14)之一，其中所述表面(10)的所述疏水区(12)沿所述轨(40)的长度在所述轨(40)的两侧上界定所述轨(40)，由此所述引导图案(30)被配置成通过有利于所述液滴(2)沿所述轨(40)的移动来引导所述液滴(2)的运动。4.根据权利要求3所述的装置(1)，其特征在于，所述轨(40)是通过所述轨(40)的第一部分(41)和所述轨的第二部分(42)沿所述轨(40)的长度的周期性重复形成的，其中，在沿所述轨(40)的长度的方向(45)上，所述轨(40)的宽度在所述轨(40)的第一部分(41)中从最大宽度(43)变窄到最小宽度(44)，此后，所述轨(40)的宽度在所述轨(40)第二部分(42)中从所述最小宽度(44)变宽到所述最大宽度(43)，其中在所述周期性重复中，所述轨(40)的第二部分(42)短于所述轨(40)的第一部分(41)。5.根据权利要求2所述的装置(1)，其特征在于，所述引导图案(30)包括第一单独贴片(51
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)和第二单独贴片(51”)，所述第一单独贴片(51
’
)和所述第二单独贴片(51”)是所述表面(10)的所述至少一个引导区(14)中的引导区(14)，所述第一单独贴片(51
’
)和所述第二单独贴片(51”)由所述疏水区(12)彼此分隔开，其中所述超声换能器阵列(20)被配置成致动所述液滴(2)从所述第一单独贴片(51
’
)经由所述疏水区(12)到所述第二单独贴片(51”)的运动，由此所述引导图案(30)被配置成通过有利于所述液滴(2)朝向所述第二单独贴片(51”)上的中心位置移动来引导所述液滴(1)运动。6.根据权利要求5所述的装置(1)，其特征在于，所述引导图案(30)包括贴片(51)的矩阵(50)，所述贴片(51)的矩阵(50)是所述表面(10)的所述至少一个引导区(14)中的引导区(14)，所述贴片(51)的矩阵(50)中的每一贴片(51)通过所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：鲁汶天主教大学，
类型：发明
国别省市：
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