宽带功率放大器：声流控细胞分选的“精准声场引擎”

在精准医疗与生物技术的前沿领域，声流控细胞分选技术以其非标记、高活性保持的独特优势，正成为单细胞分析、循环肿瘤细胞捕获等关键应用的明星技术。而宽带功率放大器，正是驱动这一精密技术的“核心动力源”，通过将微弱的电信号转化为强劲而精准的声场驱动力，实现了对微观世界中细胞的高通量、高纯度操控。

声流控技术原理与系统构成

声流控技术的核心在于利用声表面波或体声波在微流控芯片内产生精确的声场。当细胞悬浮液流经声场作用区域时，由于细胞与周围介质在密度与压缩性上的差异，会受到声辐射力的作用，从而被精准地操控。

一套典型的声流控细胞分选系统包含以下核心单元，其工作流程如下：

图：声流控细胞分选系统

在此系统中，宽带功率放大器作为“驱动心脏”，将信号发生器产生的信号进行电压与功率的双重放大，以驱动压电换能器产生足够强度的声场，是整个系统能否有效工作的关键。

在声流控细胞分选中，宽带功率放大器通过以下方式展现其不可替代的价值：

提供高峰值功率驱动：压电换能器需要数十伏特至上百伏特的射频电压驱动，功率放大器能够提供数十瓦级的峰值功率，确保产生足够强的声辐射力以有效偏转细胞。

实现宽频带精准匹配：不同尺寸的细胞或颗粒，其最佳声学操控频率不同。宽带功率放大器能够覆盖宽广的频率范围，使研究人员可以灵活优化分选条件。

保证信号纯净与稳定性：细胞的精准分选要求声场高度稳定。放大器的低谐波失真与优异的幅值/相位稳定性，确保了声场的一致性与可靠性，避免了分选过程中的随机误差。

图：声流控细胞分选测试原理框图

典型应用场景

1.高通量稀有细胞分选

在循环肿瘤细胞（CTCs）分选研究中，研究人员利用宽带功率放大器驱动叉指换能器，产生强烈的声表面波。通过优化驱动频率（~20MHz）与功率（~24dBm），成功实现了从全血样本中以>95%的活率、>1000个/秒的通量分选稀有CTCs，为癌症早期诊断提供了强大工具。

2.无标记细胞活性分选

基于细胞的大小与力学特性差异，声流控技术可实现活细胞/死细胞的无标记分选。研究表明，当驱动频率为10MHz，适当调节功率放大器输出时，活细胞与死细胞可产生超过30微米的分离偏差，活性细胞回收率高达90%以上。

图：ATA-1372A宽带放大器指标参数

3.多功能颗粒精准分选

通过对放大器波形（如频率、占空比）的精确控制，研究人员开发了多波长声孔技术，可同时分选不同尺寸的颗粒/细胞。

为声流控细胞分选系统选择合适的宽带功率放大器，需重点考量：

带宽与频率响应：放大器的-3dB带宽应完全覆盖实验所需的频率范围，并在此范围内具有良好的增益平坦度。

输出功率与线性度：足够的饱和输出功率与高线性度是产生稳定、可控声辐射力的基础，需根据具体的流道尺寸、流速及细胞类型进行选择。

阻抗匹配：放大器与换能器之间的阻抗匹配至关重要，直接影响功率传输效率，不匹配会导致反射功率增大，甚至损坏放大器。

图：ATA-1000系列宽带放大器指标参数

宽带功率放大器在声流控细胞分选技术中扮演着动力核心的角色，其性能直接决定了声场的强度、稳定性与可控性，进而影响整个系统的分选纯度、通量与细胞活性。从稀有细胞捕获到细胞活性分选，再到多功能颗粒操控，宽带功率放大器持续为生命科学研究和临床诊断提供着强大的工具支撑。

审核编辑 黄宇