杜克大學黃俊團隊&弗吉尼亞理工田振華團隊：基于氣溶膠噴射打印技術的聲表面波芯片快速加工

研究團隊 | 作者

酥魚 | 編輯

基于聲表面波的微流控技術可以在微流體通道中進行精準的、多模式的生物微顆粒操縱，例如分離不同尺寸的細胞，定向移動細胞，快速聚集外泌體等。因其具有高精度、非接觸式操縱、以及快速響應等特點，該技術極大地推動了芯片實驗室研究方向的進步與發展，并且在生物學、醫學、工程和材料科學等多個領域得到廣泛的應用。

作為聲表面波微流控技術的核心部件，聲表面波芯片通過在壓電材料表面上加工的叉指換能器施加電勢，實現電能與機械能的轉化，從而激發沿著壓電材料基底傳播的聲表面波。然而，目前廣泛應用于制作聲表面波芯片的加工工藝需要漫長且復雜的流程，并且在加工過程中需要使用昂貴的潔凈室以及相關設備。

為了快速加工可定制尺寸和功能的聲表面波芯片，美國杜克大學黃俊教授，Franklin教授聯合弗吉尼亞理工大學田振華教授團隊，利用氣溶膠噴射打印技術，成功制造了由不同材料組成且形狀復雜的聲表面波芯片。相比于傳統的制造工藝，該團隊利用的氣溶膠噴射打印技術可用于快速研發聲表面波微流控器件。該研究工作近日發表在Microsystems & Nanoengineering 期刊上。

利用氣溶膠噴射打印技術在壓電材料表面進行叉指換能器直接打印，可以大幅度減少聲表面波芯片所需的加工時長，且所制得的芯片可以立即用于聲表面波激發，以及微顆粒和細胞的操縱。傳統的聲表面波芯片必須在潔凈室條件下進行多步驟制備（如上圖c所示），且整個加工過程通常需要至少40小時。相比而言，氣溶膠噴射打印技術將制備時長縮減到5分鐘左右，進而有效減少了聲表面波芯片和相關微流控器件的研發和制作周期。

氣溶膠噴射打印技術的另一優點即是可以兼容多種導電材料進行芯片加工。基于這一特點，團隊研究人員使用具有不同電導率的打印材料，例如銀納米線、石墨烯和PEDOT:PSS，制備了不同的聲表面波芯片。為了表征由氣溶膠噴射打印技術制成的聲表面波芯片，研究人員使用了激光多普勒測振儀測量了不同芯片所產生的聲表面波振幅。此外，研究人員還進行了相關的聲流驗證實驗，例如排列微顆粒、聚集微顆粒和產生聲流。

氣溶膠噴射打印因其具有低成本，高分辨率，快速加工等技術特點，提供了一種具有前景的表面波芯片制備方案。不僅如此，氣溶膠噴射打印技術還可以在化學敏感，柔性，或具有不規則形狀的結構表面進行打印。我們期望氣溶膠噴射打印技術可以被越來越多的應用到聲表面波芯片的件制造、研發及相關應用中。