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深圳先进院科研人员发明了新型声子晶体微量液体传感器
发布时间:2016-11-02

近日,中国科学院深圳先进技术研究院医工所超声研究团队在声波液体传感器领域取得重要研究进展,发明了一种新型声子晶体高精度微量液体传感器。相关核心技术申报了发明专利、学术论文“基于狭缝声子晶体板的高灵敏精巧液体传感器”(A highly sensitive compact liquid sensor based on slotted phononic crystal plates)在权威专业刊物Lab on a Chip在线发表(DOI: 10.1039/C6LC01151A)。

快速、精确分析微量流体中的成分和参数在生化检测、临床医学诊断、环境监测、食品安全监控等领域具有重要的应用价值,是当前及未来传感器领域的重要发展方向。声学传感器可利用声场中的物体参量(密度、声速、粘度等)变化引起声波的输出信号频率、振幅、相位变化,实现对物体实时探测。其中声场能量越局域,越能增强声波与待测物体的相互作用,越有可能提高传感灵敏度,这也是设计高灵敏传感器的核心物理机制之一。在前期的理论研究中,团队发现狭缝声子晶体结构共振时能够将能量局域在远小于波长的狭缝空间(J. Acoust. Soc. Am. 137, 1251-1256, 2015)。在本研究中,通过进一步理论设计和声子晶体传感器实验证实,该狭缝声子晶体系统可用于对微量液体的声速和密度进行同时传感,且当液体声速和密度变化趋势相反时,该传感器灵敏度最高。此外,与传统兰姆波液体传感器可测量样品量具有下限相比,该狭缝声子晶体液体传感器的特点是待测样品量越少,灵敏度越高。因此,该研究成果有望为新型微量液体传感器的设计提供新的思路和独特手段。该工作是劳特伯医学影像中心博士生王辰等在蔡飞燕、郑海荣研究员指导下完成的。该研究获得了国家纳米专项和国家自然科学基金等项目的资助。


(a)表示狭缝声子晶体传感器在共振频率点处的局域速度场 (b)狭缝声子晶体传感器与兰姆波传感器灵敏度比较


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