實驗名稱：基于聲表面駐波技術的懸浮微粒集中實驗研究

研究方向：生物醫療

測試設備：PDMS微流體通道芯片、壓電基片；觀察設備為基恩士VHX-2000型三維超景深顯微鏡；激發設備有射頻信號發生器、ATA-8202射頻功率放大器；使用材料有精細濾紙，廢機油，試管，酒精，接頭、輸液毛細管，注射器或蠕動泵等。

實驗過程：

圖：聲表面駐波對懸浮微粒進行集中實驗裝置圖

首先根據所采購的模板，通過絲網印刷法在壓電基底上印刷好兩組相同的IDT電極，為區分實驗效果，本實驗印刷的叉指電極對數分別為12對和24對。將印刷好的電極進行烘于并極化保證其導電性能良好。通過切割機切割或激光切割在兩組叉指電極的中間加工成微流通道，為了在微流通道中形成只有一個節點的SAW駐波場，微流通道的寬度應為波長的一半，即500um。繼而通過壓力傳動裝置或蠕動泵把含有雜質顆粒的潤滑油由A處注入通道,當未對IDT施加信號前，即沒有激發出SAW時，粒子在通道內均勻分布。當對兩個IDT施加一樣的射頻信號后，兩列振幅、頻率相同，但傳播方向相反的SAW就會隨之產生，在微流通道區域內當兩列SAW疊加后會形成一個SAW駐波場。微粒在駐波場中會受到聲輻射力的影響，從而向節點處會聚，最后在通道中央形成一帶狀的直線。將已切割好通道的SAW驅動器固定于事先準備好的塑料泡沫中以便于放置在三維超景深顯微鏡下，最終制成的SAW驅動器及切成型微流通道如圖4.7所示。

圖：SAW驅動器及切割成型微流通道

驅動/傳感器件通過在壓電基底上采用絲網印刷電極的方法制備，當對該傳感器上的一對IDT施加相同的射頻信號時，將產生兩列振幅相同、頻率相同、傳播方向相反的SAW，疊加后形成只有一個聲壓節點的超聲駐波場。由于微粒在駐波場中將受到聲輻射力的作用，且聲輻射力隨著粒子與聲壓節點的間距的縮短而減小，所以微粒將有向節點聚集的趨勢，并最終停在節點附近，從而可滿足微粒分離要求。要達到分離微粒的目的，必須在兩個IDT之間產生駐波場。

圖：SAW中心頻率測試圖

實驗過程中首先要通過改變IDT的頻率來產生穩定的駐波場。為了驗證實驗中形成了駐波場，本文采用分析靜態應變儀記錄的應變片應變數據的方法判斷駐波場的存在。駐波檢驗實驗裝置中采用信號發生器在換能器兩端SAW換能器上同時激勵連續正弦波，在未切割微流通道前粘貼應變片，采用靜態應變儀接收應變片的應變值，示波器用來記錄兩通道發射的激勵信號。本實驗中采用5MHz頻率作為駐波激勵信號頻率，以達到最佳的激勵效果。在切制微流通道前在兩SAW換能器中間粘貼應變片，兩端同時激勵SAW，從而引起駐波振動當IDT的外加激勵電信號的頻率與換能器的中心頻率相同時，IDT中每一對又指電極所激發的波同位相相加，這時激發的IDT最強因此需要檢測DT的中心頻率。圖4.9為SAW中心頻率測試圖，采用一端信號發生器激勵，另一端示波器采集信號，當激勵頻率變化時，相應的接收電壓幅值發生變化，當頻率為5MHz時，幅值達最大412mV,此時即為可應用的激勵頻率值。

實驗結果：

表4.2為增加駐波和未加駐波時的應變測試結果，從表中可以看出，兩端同時增加相同的激勵信號時，應變程差值最大的交替變化，可見已產生駐波，由駐波引起的波峰和波谷的變化而導致相應的應變變化。

圖：聲表面駐波引起的應變測試結果

安泰ATA-8202射頻功率放大器：

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審核編輯：湯梓紅