声表面波诱导芯片上液滴大规模可控生成技术及其在多重数字PCR细菌检测中的应用

本文介绍了一种基于声表面波（SAW）的声流控芯片技术，实现了高通量、尺寸可控的单分散液滴生成，并成功应用于多重数字PCR（dPCR）检测。该技术通过SAW辐射力在微喷嘴阵列处打破界面张力，实现高速（8.7 kHz）、高均匀性（CV < 5%）的液滴生成，且无需复杂流体控制。研究展示了在1小时内同时检测大肠杆菌（E. coli）和单核细胞增生李斯特菌（L. monocytogenes）的能力，检测限低至5 CFU/mL，动态范围达5个数量级，为病原体快速诊断提供了可靠平台。

　　

Section snippets

Device design and fabrication

图1A展示了用于dPCR检测的SAW辅助液滴生成芯片示意图。该设备包含一个可抛弃的PDMS微流控通道和一个可重复使用的铌酸锂（LN）压电基底上的叉指换能器（IDT），用于产生行波表面声波。流体通道设计采用微喷嘴阵列（宽45 μm、长30 μm、间距200 μm）连接两个主通道。水相浅通道与喷嘴共面，深度为...

Acoustic pressure coupling in PDMS channels

与先前报道的设备相比，本液滴生成装置的一个重要优势在于流体芯片的可抛弃性与可替换性。大多数液滴生成装置需要微流控盖层与基底永久键合，导致通道尺寸固定且压电基底不可重复使用。而本设备中，成型的微流控通道首先通过键合到耦合层上封闭，然后附着在...

Conclusion

我们提出了一种利用表面声波（SAW）诱导快速阶梯乳化的大规模液滴生成装置，用于高通量液滴数字PCR（dPCR）。SAW在界面施加直接声辐射力，加速界面变形并缩短形成时间。集成平行喷嘴阵列可在油相中生成水相液滴，最高频率达8.7 kHz。通过调节SAW的频率和功率可轻松控制液滴尺寸与生成速率，无需改变分散相和连续相的流速。该设备在检测λDNA和食源性病原体（如大肠杆菌和单核细胞增生李斯特菌）方面表现出高灵敏度与特异性，检测限低至5 CFU/mL，动态范围跨越五个数量级。我们相信这一技术为组合筛选和大规模数字检测提供了可扩展且可靠的解决方案。