58、声学操控芯片与自适应卡尔曼滤波算法研究

声学操控芯片与自适应卡尔曼滤波算法研究

新型带 V 形反射器的声学操控芯片

研究背景与目的

在微纳操控领域，基于不同能源的多种方法已被开发出来以实现按需的微纳操控。常见的微纳物体操控能源包括光、电、声、磁或化学能，其中声场在生物相容性方面具有绝对优势。传统的声学操控方法通过调整声辐射力或产生局部增强的微流来控制微物体的运动，但反射器与微通道结合以实现快速粒子聚集仍有待探索。

本文旨在利用声学操控技术和由此产生的局部增强微流，实现微纳物体的有效聚集。为此，提出了一种带有 V 形反射器的新型声学操控芯片，以在低驱动频率下实现微纳物体的聚集，并探讨不同尺寸参数的 V 形反射器对局部声学流场的影响。

实验部分

结构设计

基于声学操控芯片的基本结构和功能要求，设计了一种具有两个入口和一个微物体操控区域的声学操控芯片。该芯片通过微通道限制液体在基板上的流动区域，实现功能分区。采用激光切割方法加工微通道，不仅摆脱了模具加工对高精度模板的依赖，还能加工深封闭边界微通道甚至开放式边界微通道。激光切割过程中 PMMA 表面的复杂物理化学反应可能会影响其表面性质，例如超短脉冲飞秒切割可使 PMMA 表面从疏水变为亲水，增强微通道中液体样品的毛细效应，有助于声学操控芯片的自动采样检测。

声学操控芯片的结构包括玻璃基板、粘结在基板顶部的 PMMA 微流控通道、粘贴在基板底部的压电换能器以及固定在微通道上方的 V 形反射器。V 形反射器用于在操控平面上的微结构周围形成大规模连续声学流场。基板尺寸为长 25mm、宽 15mm，微通道主工作区域直径为 4mm，V 形反射器直径为 260µm。含有微纳物体的溶液从两侧引入微通道，V 形反射器浸