天津大学提出立体声流技术,将尺寸提升30nm,为纳米颗粒拓宽应用( 三 )
据悉 , 该课题组曾首次将GHz体声波谐振器与微流控技术结合 , 来实现流体和颗粒物操控[7] 。 在此之前 , 领域内更关注GHz器件在生化传感中带来的灵敏度增益 , 学界曾以一款成功商品化的声学传感技术——石英晶体微天平为目标进行研发 , 并应用在气体检测当中[8] 。
在探索期 , 该团队学习参考了国际知名声流控课题组的工作 , 借此来解决基础的封装、进样和系统搭建等基础问题 , 同时也发表了此次技术的第一篇论文 , 实现了多相流的混合[7] 。
2016年之后 , 声流控领域快速发展 , 从纯声波主导的驱动模式 , 拓展到声流-声波混合驱动模式[9] , 这让课题组意识到通过设计调整侧向流、声流和声波的空间分布 , 或许能打破声流和声波互相干扰的耦合状态 , 从而实现操控性能的提升 。
在组内多次讨论后 , 该项目于2017年正式立项 , 经过器件设计、仿真验证、设计流片和基础测试之后 , 该团队拿到了第一版器件 。
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很幸运的是 , 第一批器件就表现出了远超前人的操控能力 。 那时 , 杨洋和所在团队带着该成果 , 参加了微流体领域最权威的国际学术会议MicroTAS2017 。
期间 , 与会者对三维分布的声流很感兴趣 。 但是 , 很遗憾他们当时没能给出完整的实验结果和机理讨论 , 来展示这种立体操控的特点 。 回国后 , 课题组开始思考如何完成立体声流的三维表征 。
由于荧光显微镜只能观察x-y平面 , 无法表征三维分布的声流体涡旋和涡旋内粒子的x-z平面的轨迹 , 而这对解释和优化立体声流体又是至关重要的 。
在尝试多种方案之后 , 他们最终选择改装共聚焦显微镜来完成表征 。 “这里要特别感谢莱卡、蔡司、奥林巴斯的工程师们对共聚焦显微镜选型和改装提供的帮助 。 获得测试数据之后 , 经过迭代优化的第二版器件很快完成加工 , 并且达到了预期性能指标 。 最终在天津医科大学肿瘤医院任秀宝教授团队的支持下 , 我们完成了真实患者样品的分离实验 。 ”杨洋表示 。
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幸得学界和业界相助 , 相关成果均已申请专利
杨洋表示在技术 , 虚拟通道的自适应性发现是比较意外的收获 。 一开始他们只是想表征在不同浓度样品中的富集能力 。 具体实验中却发现 , 虚拟通道会根据样品浓度自发的扩张和收缩 。
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在高浓度样品中 , 虚拟通道的直径能扩张至几十微米来提高载量和回收效率;在低浓度样品中 , 会收缩至几微米来提高浓缩倍数 。 这种虚拟管壁的弹性让该技术具备很好的浓度兼容性 , 因此更加适合用于生物样品这类批次间有显著差异的样品预处理 。
扬洋还表示 , 合作者们的支持和帮助让人同样难忘 。 如今 , 科研的节奏越来越快 , 面对成果压力 , 合作者能在数年的项目周期里对他们保持支持 , 是项目得以顺利完成的重要保障 。
如同之前提到的 , 为了拍摄立体声流的空间分布 , 课题组当时联系和试用了市面上所有共聚焦显微镜 , 并且在工程师帮助下进行设备的改装 。
在这期间 , 厂商工程师团队、清华大学医学院显微平台、天津医科大学和南开大学显微平台老师们 , 都提供了宝贵的建议 。 此外 , 在生物样品的处理和产物鉴定上 , 天津医科大学尹海芳教授团队提供了重要支持 。
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