微流控芯片是將樣品預處理、分離、檢測和分析過程集成在幾平方厘米的小尺度芯片，具有小體積、低消耗、多功能集成、高質量傳輸、高分析通量等優異性能，在生物醫學、生命科學、致病菌檢測、食品安全檢測等領域得到廣泛應用。但微流控芯片體積較小，且流道尺寸處于微米量級，使得難以直接獲取流道特征。 據麥姆斯咨詢報道，近期，來自大連理工大學無損檢測研究所的研究人員于《應用聲學》期刊發表論文，應用超聲C掃描技術分析微流控芯片流道特征，比較了不同中心頻率探頭與掃描步進下的流道辨識結果，并進行定量評價。 圖1給出了超聲C掃描示意圖。其中，聚焦探頭通過逆壓電效應激勵產生超聲信號，利用水層作為耦合劑傳遞至微流控芯片，并在芯片內部傳播。探頭在芯片上方沿著X軸、Y軸和Z軸運動，通過控制Z軸使焦點位于流道表面。設置掃查范圍，使探頭沿著X軸和Y軸按規定路徑運動，覆蓋芯片范圍。當超聲信號在傳播過程中遇到流道與芯片的異質界面時，根據材料聲學特性差異，部分能量將會發生反射，其接收信號幅值不同于其他區域。 圖1 微流控芯片超聲C掃描示意圖 ? 如圖2所示，實驗對象為兩個具有不同流道寬度和布局的微流控芯片試樣。微流控芯片上層材料為聚二甲基硅氧烷（PDMS），下層材料為有機玻璃，二者以等離子鍵合。 ? 圖2 微流控芯片試樣及流道示意圖（單位：μm） ? 超聲C掃描結果與探頭類型、掃描步進等檢測參數直接相關。基于此，研究人員對比了不同檢測參數下的微流控芯片C 掃描圖像，并分析流道表征結果。針對試樣1，選用中心頻率5MHz與10MHz的聚焦探頭，掃描步進0.1mm，圖3給出了對應的超聲C掃描圖像。結果顯示，中心頻率5MHz探頭所得圖像較為模糊；相比之下，隨著檢測頻率提升，取向多變的流道輪廓表征效果得到改善。圖4給出了C掃描圖像中流道橫截面區域的顏色幅值變化曲線。對比可見，5MHz探頭檢測時的流道間峰谷值波動較小，而10MHz檢測頻率下的曲線起伏明顯，且相對更加平滑，有助于確定流道數量及變化。因此，應盡量選擇高頻（如10MHz以上）、小焦斑探頭檢測微細尺寸流道，以提升流道特征辨識能力。 ? 圖3 不同檢測頻率下的試樣1超聲C掃描圖像 ? 圖4 不同檢測頻率C掃描圖像流道橫截面幅值變化曲線 ? 掃描步進主要影響成像效率和檢測效果。研究中利用中心頻率10MHz探頭，分別采用0.5mm、0.2mm和0.1mm掃描步進，對流道寬度200μm的試樣1進行超聲C掃描檢測，結果如圖5所示。在不同掃描步進下，均可辨識流道特征變化，但表征效果存在差異。結果顯示，雖然檢測頻率和增益等參數相同，但流道寬度僅為200μm，掃描步進越大，越難以捕捉到流道區域的峰值信息，導致C掃描圖像分辨力降低。因此，實際檢測中應選擇小的掃描步進檢測微細尺寸流道，以提高流道表征分辨力和定量精度。 ? 圖5 不同掃描步進下的試樣1超聲C掃描圖像 ? 綜上所述，微流控芯片流道寬度處于微米尺度，存在特征辨識困難的問題。該研究選取兩種具有不同流道寬度和布局的典型微流控芯片，采用超聲C掃描技術進行流道特征成像。利用標稱中心頻率15MHz、10MHz和5MHz的聚焦探頭實施水浸C掃描檢測，并分析中心頻率、焦斑直徑、掃描步進等關鍵參數對流道表征的影響。實驗結果表明，對于流道寬度200μm的微流控芯片，當探頭中心頻率不低于10MHz、掃描步進不超過0.1mm時，成像分辨力和流道表征效果最佳，且流道中心間距測量誤差不超過5%。 ? 論文鏈接： https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2121.O4.20221031.1742.002.html ? 審核編輯 ：李倩 ?