馮林(lin)課(ke)題(ti)組：聲流體(ti)芯(xin)片(pian)上非(fei)接觸(chu)、無損(sun)傷(shang)細胞(bao)搬運及(ji)三(san)維旋(xuan)轉(zhuan)操作(zuo)

北京(jing)航空(kong)航天大(da)學(xue)機(ji)械(xie)工程及(ji)自(zi)動(dong)化(hua)學(xue)院(yuan)馮林(lin)教(jiao)授課(ke)題(ti)組學(xue)生(sheng)宋斌(bin)，近(jin)日(ri)在(zai)國際期(qi)刊(kan)《Biomicrofluidics》發(fa)表(biao)了壹(yi)篇(pian)文章“On-chiprotational manipulation of microbeads and oocytes using acoustic microstreaming   generated   by  oscillating   asymmetrical microstructures"。研(yan)究人(ren)員(yuan)在實驗(yan)過程中使用了深(shen)圳摩(mo)方(fang)材料科技(ji)有(you)限公司(si)微尺(chi)度(du)3D打印設(she)備S140，該設(she)備具(ju)有(you)10um精度(du)的分(fen)辨(bian)率，94*52*45mm大(da)小(xiao)的(de)三(san)維加工(gong)尺(chi)寸。基於該設(she)備加工(gong)了尖(jian)銳側(ce)邊(bian)和尖銳底面(mian)微(wei)結(jie)構(gou)，通(tong)過(guo)PDMS二次倒模並與玻(bo)璃(li)基(ji)底鍵合(he)形成(cheng)聲流體(ti)芯(xin)片(pian)。該聲流體(ti)芯(xin)片(pian)通(tong)過(guo)正(zheng)弦信號(hao)激勵(li)壓(ya)電(dian)換能(neng)器振動(dong)，從而帶(dai)動(dong)芯片(pian)內微(wei)結構(gou)振動(dong)，並在其周(zhou)圍(wei)產(chan)生(sheng)局部微(wei)聲流，最(zui)終實現(xian)卵(luan)細胞(bao)的(de)三(san)維旋(xuan)轉(zhuan)。該研(yan)究在細胞(bao)三(san)維觀(guan)測、細胞(bao)分(fen)析(xi)及(ji)細(xi)胞(bao)微(wei)手(shou)術方(fang)面有(you)重大(da)研(yan)究意(yi)義。

（聲流體(ti)芯(xin)片(pian)制(zhi)備工(gong)藝(yi)示意(yi)圖）

  （a）圖中聲流道(dao)長(chang)度(du)15mm, 深(shen)度(du)250μm，最小(xiao)寬(kuan)度(du)200μm。槽(cao)道(dao)內分(fen)布(bu)著對稱(cheng)的(de)尖銳(rui)結(jie)構和斜(xie)坡陡(dou)坎(kan)結(jie)構：尖銳結構頂角(jiao)20°，高度(du)250μm；斜(xie)坡陡(dou)坎(kan)斜(xie)角(jiao)28°，高度(du)80μm。

聲流體(ti)芯(xin)片(pian)制(zhi)備工(gong)藝(yi)如上(shang)圖所示，先(xian)通(tong)過(guo)深(shen)圳摩(mo)方(fang)（BMF）10μm精度(du)的微(wei)立(li)體(ti)光(guang)固(gu)化(hua)3D打印機S140打印出微米級別(bie)的尖(jian)銳(rui)側(ce)邊(bian)和尖銳底面(mian)微(wei)結(jie)構(gou)(最小尖.端(duan)20°)，再(zai)倒模出純PDMS模具，然後經(jing)表(biao)面處(chu)理(li)之(zhi)後(hou)二(er)次倒模獲得的PDMS尖(jian)銳(rui)側(ce)邊(bian)和尖銳底面(mian)微(wei)結(jie)構(gou)。最後把PDMS二(er)次倒模的結構與(yu)玻(bo)璃(li)基(ji)底鍵合(he)形成(cheng)聲流體(ti)芯(xin)片(pian)。

本研(yan)究聲流體(ti)芯(xin)片(pian)的實驗(yan)操作(zuo)系(xi)統(tong)如上(shang)圖a所示，主要(yao)觀測系統(tong)和驅動(dong)系統(tong)兩(liang)部分(fen)組成(cheng)。上(shang)圖b展示了聲流體(ti)芯(xin)片(pian)的概(gai)念圖，由受正(zheng)弦信號(hao)激勵(li)的壓(ya)電(dian)換能(neng)器振動(dong)，帶(dai)動(dong)尖銳側(ce)邊(bian)和尖銳底面(mian)微(wei)結(jie)構(gou)振動(dong)，從而在(zai)相應的微結(jie)構(gou)周(zhou)圍產(chan)生(sheng)微(wei)漩(xuan)渦(wo)（如上(shang)圖c所示）。在由(you)微(wei)漩(xuan)渦產(chan)生(sheng)的(de)扭(niu)矩作(zuo)用下，最終實現(xian)了細(xi)胞(bao)的(de)三(san)維旋(xuan)轉(zhuan)。對應的微(wei)流道(dao)及(ji)微(wei)結構尺(chi)寸如上(shang)圖d-f所示。

細胞(bao)三(san)維旋(xuan)轉(zhuan)作(zuo)為壹(yi)項(xiang)基本(ben)的(de)細(xi)胞(bao)微(wei)手(shou)術技(ji)術，在單細胞(bao)分(fen)析(xi)等(deng)領(ling)域(yu)有(you)著重大(da)科學(xue)意(yi)義和工程意(yi)義。本文提出了壹(yi)種基於聲波(bo)驅動(dong)微結構(gou)振動(dong)誘導(dao)產(chan)生(sheng)微(wei)聲流以(yi)實現(xian)細(xi)胞(bao)搬運及(ji)三(san)維旋(xuan)轉(zhuan)的簡單有(you)效(xiao)的(de)方(fang)法(fa)。細胞(bao)旋(xuan)轉(zhuan)的方(fang)向(xiang)和轉速均可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)施加不同(tong)頻(pin)率(lv)和電(dian)壓(ya)來實現(xian)。本(ben)研(yan)究以(yi)單細胞(bao)為操(cao)作(zuo)對(dui)象(xiang)，以(yi)微(wei)流控芯(xin)片(pian)為手(shou)段，以(yi)高(gao)通(tong)量全(quan)自動(dong)化(hua)多功能微(wei)操作(zuo)為目(mu)標，為促進我(wo)國(guo)在微(wei)操作(zuo)技(ji)術領域(yu)的發(fa)展(zhan)以(yi)及(ji)生(sheng)物(wu)醫(yi)學(xue)工(gong)程交(jiao)叉學(xue)科的革新，進壹(yi)步(bu)為加強我(wo)國(guo)微納(na)制(zhi)造(zao)水平提供(gong)系統(tong)性(xing)方(fang)法(fa)。

（BMFnanoArch®S140 System）

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