在精準醫(yī)療與生物技術(shù)的前沿領(lǐng)域，聲流控細胞分選技術(shù)以其非標記、高活性保持的獨特優(yōu)勢，正成為單細胞分析、循環(huán)腫瘤細胞捕獲等關(guān)鍵應(yīng)用的明星技術(shù)。而寬帶功率放大器，正是驅(qū)動這一精密技術(shù)的“核心動力源”，通過將微弱的電信號轉(zhuǎn)化為強勁而精準的聲場驅(qū)動力，實現(xiàn)了對微觀世界中細胞的高通量、高純度操控。

聲流控技術(shù)原理與系統(tǒng)構(gòu)成

聲流控技術(shù)的核心在于利用聲表面波或體聲波在微流控芯片內(nèi)產(chǎn)生精確的聲場。當細胞懸浮液流經(jīng)聲場作用區(qū)域時，由于細胞與周圍介質(zhì)在密度與壓縮性上的差異，會受到聲輻射力的作用，從而被精準地操控。

一套典型的聲流控細胞分選系統(tǒng)包含以下核心單元，其工作流程如下：

圖：聲流控細胞分選系統(tǒng)

在此系統(tǒng)中，寬帶功率放大器作為“驅(qū)動心臟”，將信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號進行電壓與功率的雙重放大，以驅(qū)動壓電換能器產(chǎn)生足夠強度的聲場，是整個系統(tǒng)能否有效工作的關(guān)鍵。

在聲流控細胞分選中，寬帶功率放大器通過以下方式展現(xiàn)其不可替代的價值：

提供高峰值功率驅(qū)動：壓電換能器需要數(shù)十伏特至上百伏特的射頻電壓驅(qū)動，功率放大器能夠提供數(shù)十瓦級的峰值功率，確保產(chǎn)生足夠強的聲輻射力以有效偏轉(zhuǎn)細胞。

實現(xiàn)寬頻帶精準匹配：不同尺寸的細胞或顆粒，其最佳聲學操控頻率不同。寬帶功率放大器能夠覆蓋寬廣的頻率范圍，使研究人員可以靈活優(yōu)化分選條件。

保證信號純凈與穩(wěn)定性：細胞的精準分選要求聲場高度穩(wěn)定。放大器的低諧波失真與優(yōu)異的幅值/相位穩(wěn)定性，確保了聲場的一致性與可靠性，避免了分選過程中的隨機誤差。

圖：聲流控細胞分選測試原理框圖

典型應(yīng)用場景

1.高通量稀有細胞分選

在循環(huán)腫瘤細胞（CTCs）分選研究中，研究人員利用寬帶功率放大器驅(qū)動叉指換能器，產(chǎn)生強烈的聲表面波。通過優(yōu)化驅(qū)動頻率（~20MHz）與功率（~24dBm），成功實現(xiàn)了從全血樣本中以>95%的活率、>1000個/秒的通量分選稀有CTCs，為癌癥早期診斷提供了強大工具。

2.無標記細胞活性分選

基于細胞的大小與力學特性差異，聲流控技術(shù)可實現(xiàn)活細胞/死細胞的無標記分選。研究表明，當驅(qū)動頻率為10MHz，適當調(diào)節(jié)功率放大器輸出時，活細胞與死細胞可產(chǎn)生超過30微米的分離偏差，活性細胞回收率高達90%以上。

圖：ATA-1372A寬帶放大器指標參數(shù)

3.多功能顆粒精準分選

通過對放大器波形（如頻率、占空比）的精確控制，研究人員開發(fā)了多波長聲孔技術(shù)，可同時分選不同尺寸的顆粒/細胞。

為聲流控細胞分選系統(tǒng)選擇合適的寬帶功率放大器，需重點考量：

帶寬與頻率響應(yīng)：放大器的-3dB帶寬應(yīng)完全覆蓋實驗所需的頻率范圍，并在此范圍內(nèi)具有良好的增益平坦度。

輸出功率與線性度：足夠的飽和輸出功率與高線性度是產(chǎn)生穩(wěn)定、可控聲輻射力的基礎(chǔ)，需根據(jù)具體的流道尺寸、流速及細胞類型進行選擇。

阻抗匹配：放大器與換能器之間的阻抗匹配至關(guān)重要，直接影響功率傳輸效率，不匹配會導致反射功率增大，甚至損壞放大器。

圖：ATA-1000系列寬帶放大器指標參數(shù)

寬帶功率放大器在聲流控細胞分選技術(shù)中扮演著動力核心的角色，其性能直接決定了聲場的強度、穩(wěn)定性與可控性，進而影響整個系統(tǒng)的分選純度、通量與細胞活性。從稀有細胞捕獲到細胞活性分選，再到多功能顆粒操控，寬帶功率放大器持續(xù)為生命科學研究和臨床診斷提供著強大的工具支撐。

審核編輯 黃宇