無(wú)論是發(fā)達(dá)國(guó)家還是發(fā)展中國(guó)家，高級(jí)診斷系統(tǒng)都是醫(yī)院實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)患者的集中設(shè)施。尤其是在發(fā)展中國(guó)家，如瘧疾，睡眠病（非洲錐蟲(chóng)?。┮约敖Y(jié)核病，仍會(huì)帶來(lái)很高的死亡率。格拉斯哥大學(xué)的Jon Cooper教授的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了一項(xiàng)技術(shù)，基于超聲和微芯片表面納米振動(dòng)控制流體樣本，將診斷測(cè)試與一次性便攜系統(tǒng)整合到一起。激光測(cè)振法使我們對(duì)芯片表面的振動(dòng)進(jìn)行了參數(shù)化，并大規(guī)模驗(yàn)證我們的設(shè)計(jì)。
只有少數(shù)測(cè)試，比如糖尿病葡萄糖個(gè)人管理，從集中設(shè)施過(guò)渡到在患者身邊進(jìn)行。為了更廣泛的開(kāi)展，我們?cè)诘统杀疽淮涡栽O(shè)備上使用超聲來(lái)執(zhí)行所有的需要運(yùn)行完整診斷分析的不同功能。超聲傳感器已經(jīng)開(kāi)發(fā)的非常完善了，大多數(shù)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品，包括那些使用表面聲波的設(shè)備比如感知和微流控操作，如圖1a所示。我們開(kāi)發(fā)了一個(gè)新的平臺(tái)，超聲波與聲子晶格（微型機(jī)械元素陣）耦合(圖 1b-c)。全息圖中的元素的折射率不同可給光塑形，與之類(lèi)似，超聲場(chǎng)可被晶陣中的元素與元素周?chē)木仃囍g的彈性對(duì)比調(diào)制。
圖 1: (a) SAW在壓電晶體基層傳播機(jī)械能量給流體樣本；(b) 一個(gè)可選的形式：聲子帶隙結(jié)構(gòu)被安放在一次性蓋板上，蓋板置于壓電基板上；(c) 聲子晶格圖例(孔徑 80 μm)
在平臺(tái)的一次操作中，我們應(yīng)用了此技術(shù)進(jìn)行了一次瘧疾診斷的綜合核酸測(cè)試。該測(cè)試目的是分析位于感染患者紅血球中的寄生蟲(chóng)的遺傳物質(zhì)。圖2顯示了仿真和振動(dòng)測(cè)試圖，表明了使用聲子設(shè)備產(chǎn)生波來(lái)實(shí)現(xiàn)這些特殊的功能可行性。
圖 2: 聲子濾波器(a) 仿真 (Comsol Multiphysics) (b) 激光測(cè)振儀測(cè)試結(jié)果(UHF, Polytec)激勵(lì)頻率 9.35 MHz。結(jié)果(振動(dòng)幅值) 顯示波傳播到結(jié)構(gòu)之外時(shí)，在結(jié)構(gòu)內(nèi)的衰減 (測(cè)試中通過(guò)空的孔振動(dòng)來(lái)表現(xiàn)(b))。
測(cè)試方法
本測(cè)試使用Polytec公司 UHF-120 系統(tǒng)進(jìn)行，激勵(lì)頻率為9.35 MHz。這些掃描的獨(dú)創(chuàng)性在于測(cè)試中包含不同的范圍，在長(zhǎng)期的掃描中可以覆蓋足夠的區(qū)域來(lái)獲取縱向幅值小于1nm的有效結(jié)果，分辨率低于波長(zhǎng)(100 μm)。在一些例子中，可以覆蓋厘米級(jí)寬度的區(qū)域，見(jiàn)圖3。
圖 3: 測(cè)振儀掃描顯示出聲子錐中的振動(dòng)幅值，可將能量集中在特定位置。掃描點(diǎn)大約有190 000個(gè)點(diǎn)，激勵(lì)頻率9.35 MHz.
結(jié)論
聲子表面波設(shè)備顯示出了巨大的潛力，將床旁診斷與低成本芯片結(jié)合在一起，通過(guò)聲波控制患者流體樣本。我們已經(jīng)展示了通過(guò)采集指血，利用聲學(xué)濾波器檢測(cè)瘧疾。激光測(cè)振法是開(kāi)發(fā)過(guò)程的重要工具，使我們看到了整個(gè)芯片表面的振動(dòng)，驗(yàn)證了我們的設(shè)計(jì)。未來(lái)，會(huì)有更多復(fù)雜的測(cè)試加入到這個(gè)平臺(tái)上用來(lái)檢測(cè)疾病如結(jié)核病。
