陕西省微纳传感与测试技术创新团队负责人韦学勇教授应《Sensors & Diagnostics》主编邀请，在该期刊上发表题为“Surface acoustic wave based microfluidic devices for biological applications”的综述文章。博士生刘湘连为第一作者，韦学勇教授为通讯作者，该工作得到了国家重点研发计划，陕西省科技创新团队等项目资助。

原文链接：https://doi.org/10.1039/D2SD00203E

研究背景

声表面波（Surface acoustic waves, SAW）是沿物体表面传播的弹性波，由英国物理学家Rayleigh于1885年在研究地震波的过程中首次发现。基于声表面波的传感器的电极结构通常由一对方向相反的叉指换能器（Interdigital transducers, IDTs）组成，其中一个作为输入IDT，另一个作为输出IDT。由于声表面波的传播速度高度依赖于表面温度、粘度和质量载荷的变化，因此基于声表面波的传感器是液体环境中生物传感的绝佳选择。与微流体相结合时，声表面波不仅可以控制液体(如混合、喷射、平移和雾化等)，还可以操纵从纳米到毫米尺度的颗粒，同时具有无接触的优点，可有效避免样品污染的风险。基于上述优点，声表面波器件已广泛应用于生物检测领域，包括作为样品预处理过程的驱动器，以及用于各种生物靶标的定性或定量检测的生物传感器，如图1所示。

图1：基于表面声波的微流控器件在生物学中的应用

研究内容

本文根据声表面波振动模式和边界条件的不同，对声表面波微流控器件进行了分类总结，主要讨论了基于表面声波的微流控器件在生物学中的应用。文章首先介绍了表面声波的基础知识，包括其理论基础和物理原理。随后文章详细总结和讨论了不同类别声表面波器件的主要设置、关键特征、优势和应用挑战，包括瑞利波（Rayleigh SAW）、剪切波（Shear-horizontal SAW, SH-SAW）、Love波（Love mode wave SAW, LW-SAW）和兰姆波（Lamb waves）。基于瑞利波的声表面波分离技术具有良好的生物相容性、无创性和较高的分选效率等优点，已成为一种非常有前途的样品预处理方法。在IDTs区域之间具有导波层的SH-SAW器件或LW-SAW器件可以将声波能量限制在压电表面，对表面修饰具有较高的敏感性，是最常用的液体生物传感应用平台，与传统生物检测方法相比，具有反应速度快、体积小、灵敏度高等优点。而基于薄膜结构的柔性兰姆波器件也被开发用于液体微流控和生物传感，由于其低成本、可回收及无线监测等优点在可穿戴设备方面有巨大应用潜力。综上，声学生物传感器和微流控驱动平台具有实时、无创、反应快速、高灵敏、免标记等优势，有望发展为可用于快速疾病诊断以及医学研究领域的集成设备。