基于声表面波（SAW）的声流体学将微流体技术与有源微声场相结合。这使得能够实现多种“芯片实验室”操作，涵盖从流体操控（包括混合、液滴和气溶胶生成）到细胞及（生物）颗粒的操控。
基于SAW的声流体学与生物医学
从复杂的体液（如血液）中分离特定细胞和颗粒，是精准医学和制备性诊断中的关键步骤。目前的方法涵盖从密度梯度离心到尺寸排阻色谱等多种技术，通常需要通过结合不同技术分步进行。 然而，未来面向手持式或床旁（PoC）设备的集成解决方案，需要一种无需样本预处理或后处理、也不需要高成本介质的细胞和颗粒分选技术，同时能确保高细胞纯度和回收率。
基于表面声波（SAW）的声流体技术是一项有望满足这一需求的前沿技术，而采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）微通道的设备已经证明了其操纵颗粒和细胞的能力。尽管如此，在晶圆基板上制造微通道的复杂性仍是当前制约生物医学用途芯片大规模生产的瓶颈。
萨克森州SAWLab实验室推出的创新声流体解决方案
在萨克森州SAWLab（莱布尼茨德累斯顿IFW下属的声电基础、技术与器件能力与应用中心）中（www.SAWLab-Saxony.de）下属的萨克森州声电实验室（SAWLab Saxony）——该中心致力于声电子学基础、技术及器件的研究与应用——我们开发了一种基于声表面波（SAW）的声流体平台。该平台以光刻工艺定义的片上集成微流体通道为基础，旨在实现精确且可靠的大规模生产[1, 2]。为了从复杂流体中分离出与生物医学相关的细胞和颗粒，我们设计了一种两级芯片布局，每级均配备一对交指式换能器（IDT）。
这些IDT对产生的声场在微通道流体中驱动了压力梯度，从而能够根据细胞的固有特性对其施加影响。首先，细胞和颗粒在第一阶段被聚焦，随后在第二阶段因尺寸、密度、形状或可压缩性的差异而被相互分离。 通过测量开放微通道中的声表面波（SAW）振幅分布，对该布局设计进行了验证。为此，使用了激光多普勒振动计（UHF 120，Polytec GmbH）（见图2）。
血细胞分选
利用这种芯片，我们演示了血液成分的分离，即红细胞和血小板的分选（图1）[3]。将浓度与全血中红细胞和血小板浓度相当的模型溶液通过中间通道入口注入。此外，还施加了鞘流。 首先，所有细胞被聚焦在微通道中心，随后在声场作用下，体积较大的红细胞被引导至微通道两侧。因此，红细胞可在侧面出口处被收集并分析，而血小板则在中间出口处被收集。 总体而言，该技术可将血小板浓缩7.7倍，纯度达86%，通量为45,000个细胞/秒，使其成为目前最先进的基于声表面波（SAW）的两阶段血小板分选技术。
参考文献
1. Winkler, A. 等，紧凑型表面声波（SAW）气溶胶发生器。《生物医学微装置》，2017，19(1)：第10页。
2. Winkler, A. 等，基于可批量生产的芯片装置的声表面波（SAW）流体雾化技术。《芯片实验室》，2015年，15(18)：第3793-3799页。
3. Richard, C. 等，在可批量生产的表面声波（SAW）驱动微流控芯片中富集血小板。《芯片实验室》，2019年，19(24)：第4043-4051页。
