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

声表面波（Surface acoustic waves，SAWs）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。与微流控技术相结合时，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 基于声表面波的微流控器件在生物学中的应用

近日，西安交通大学韦学勇教授团队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，并对基于表面声波的微流控器件在生物学中的应用进行了详细综述，该综述以“Surface acoustic wave based microfluidic devices for biological applications”为题，发表在英国皇家化学会期刊Sensors & Diagnostics上。

文章首先介绍了声表面波的基础知识，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）等。

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。  

图2 基于瑞利波的声表面波分离技术应用于样品预处理中的生物颗粒分离   

图3 基于Love波的液体生物传感平台应用于生物分子检测  

综上所述，基于声表面波的微流控器件具有实时、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。

团队介绍

西安交通大学先进传感团队（Advanced Sensing Group），依托机械制造系统工程国家重点实验室和教育部微纳制造与测试技术国际合作联合实验室开展研究工作，致力于微机电系统与纳米技术、微流控技术与生物传感等先进前沿领域研究。在国家重点研发计划、国家自然科学基金、陕西省重点研发专项等项目的资助下，搭建了硅微谐振器高真空测试系统、原位力学测试系统、精密光学测试系统、微流控与生物传感测试系统等实验平台，在微纳动力学基础研究、高精度MEMS传感器、微流控与生物传感等方面开展了深入的研究。研究团队在ACS Nano、ACS Applied Materials & Interfaces、Applied Physics Letters、Microsystems & Nanoengineering.、Lab on a Chip、Mechanical Systems and Signal Processing等高水平期刊上发表论文300余篇，获授权发明专利 100 余项，研究成果在国内外相关领域产生了广泛的影响。

论文信息

https://doi.org/10.1039/D2SD00203E

审核编辑 ：李倩