宽带放大器非接触式操控液滴：超疏水表面应用详解

实验名称：

宽带放大器在超疏水表面非接触式操控液滴及表面增强拉曼散射高通量测量中的应用

实验方向：

超声悬浮

实验设备：

ATA-1220E宽带放大器、信号发生器、超声换能器、载物台等

实验内容：

在本研究中，我们介绍了一种创新的非接触式声学镊子（CAT），用于在超疏水表面操控液滴。该技术通过在超声换能器与超疏水基材之间形成超声驻波，实现了无需物理接触即可操控液滴。我们展示了即使是体积小于20微升的微小液滴，也能在半空中进行三维操作，而体积高达500微升的较大液滴则可以被捕获并进行平面内操作。实验结果证实，CAT能够有效地在多种超疏水衬底上操控不同成分和体积的液滴，为高通量表面增强拉曼散射等应用提供了一种高效、通用且避免交叉污染的液体处理解决方案。

实验过程：

实验使用配备手动xyz载物台的定制平台进行所有液滴操作实验，使用一组3D打印模具将直径为10mm、谐振频率为38kHz的超声换能器固定在载物台的z轴上。为了为超声换能器供电，使用由函数发生器产生并由功率放大器放大的38kHz正弦信号。超疏水表面放置在xy载物台的顶部，使我们能够手动调整 超声换能器 和超疏水表面之间的距离，以产生驻波，以实现可靠的液滴操作。

下图展示了高通量表面增强拉曼散射实验的流程，携带高度稀释的水性分析物的液滴与碳和银纳米颗粒相互作用，在声波镊子的受控运动操纵下，颗粒从衬底上分离，由于银纳米颗粒的等离子体特性，拉曼测量的灵敏度更高。测量后，将第一个液滴移开，然后使用声波镊子将第二个液滴操纵到所需的检测点，从而能够分析不同的液滴。

实验结果：

下图展示了超疏水纸上的多个液滴的处理，体现了CAT精确和选择性液滴操纵的能力。

（A）使用非接触式超声在超疏水表面上形成三个液滴图案

（B）由六个绿色液滴环绕的红色液滴的选择性运输。

（C）用超声合并两个液滴可增强混合。

（D）多个液滴的连续运输和合并。

（E）使用 CAT 将三个液滴与醋、石蕊和碳酸钠连续聚结。

下图显示了分别含有10μM 和1mM 罗丹明6G（R6G） 的两个液滴的拉曼信号。第二个液滴的浓度为1mM R6G，在SERS谱图中表现出明显的R6G峰。然而，第一个液滴的浓度为10μMR6G，产生的光谱噪声相对较小，因此难以检测典型的R6G峰。此外，去除这两个液滴后获得的空白衬底信号（如图下图中的黑线所示）表明，一旦液滴被声镊子处理掉，超疏水表面上就没有残留材料。整个检测过程在1分钟内完成。这一结果证明了声镊在超疏水衬底上成功应用于基于液滴的SERSs，从而实现了高通量测量。

实验中用到的ATA-1220E宽带放大器的参数指标：

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