声表面波（SAW）是一种只能在固体表面传播的弹性声波，其能量大部分集中在表面以下深度约为几个波长范围内。

　　相比微流控研究领域中基于其他驱动原理的方法如表面梯度法、热毛细法、电润湿法和磁力法等，基于声表面波原理的方法有着明显的优点。

　　如基于声表面波技术的微流体装置结构简单、易于制造、适于批量生产、生物相容性良好、能够快速驱动流体且驱动力较大以及易于芯片中集成等。

　　目前国外对基于声表面波在微流控领域的研究已有不少成果报道，如新加坡学者T.D.Luong等人利用13 MHz声表面波在微流体内的声流效应研制出高通量微混合器，并对其进行了特性研究；

　　德国学者ge等人使用了一种新方法将声表面波生物传感器装置与试样室集成在一个微流体聚合芯片上；

　　英国学者J.Rebound等人构造出一特殊声表面波声场进行微流体操作，对医学诊断的发展作出了贡献。

　　近年来我国在该方面的研究已呈现出蓬勃发展的趋势，如上海交通大学韩韬等人在基于声表面波的微液滴驱动及无线声波辨识标签的分析和设计方面取得了较大突破；

　　武汉大学Q.Zeng等人使用聚焦声表面波对微流道内的流体进行混合，同时将各部件集成于同一芯片上，并通过实验和数值仿真发现该方法相对于传统方法能够使流体混合更加有效。

　　声表面波器件的基本构造如图所示。图中λ0为声表面波的传播波长，ｄ为指间宽度，ｄ’为指条宽度。

　　在压电基片上制作出由相互交叉的电极所组成的叉指型电极（叉指型换能器IDT），就得到了可以直接激励和接收声表面波的换能器。

　　声表面波器件基本工作原理图如图所示。当对压电基片换能器的输入端施以交变电信号激励时，压电介质内产生时变电场，通过逆压电效应在基体内激发相应的弹性声场，将电信号转变为声信号，形成沿基体表面传播的声表面波；

　　声表面波沿压电基片表面传播到基片另一端的输出换能器，基于正压电效应，在压电材料的某些方向上产生电荷并积累在电极上，最终在输出叉指型换能器的汇流条上能够检测到相应的电信号输出。在制作叉指型换能器IDT时，通常使ｄ=d’，

　　式中ｖ为声表面波传播速度，取决于材料本身。换能器的叉指对数Ｎ与声表面波器件的带宽Δf之间的关系为

　　用于制作声表面波器件的压电基片材料可分为压电单晶、压电薄膜和压电陶瓷，目前应用最多的为单晶127.68°yx切向LiNbO3压电基片。

　　声表面波技术之所以用于微流控研究领域，是基于声表面波进入流体后所产生的复杂的流－固耦合效应。

　　当声表面波接触到流体的边缘时，由于声表面波在基片的传播速度cs 和在液滴的传播速度cl不一致，使声表面波能量衍射进入液滴中，如图（b）所示。

　　声表面波衍射进入液滴的波为漏波，漏波进入液滴后产生一个纵压力波驱动液滴内体液循环，即为声流。

　　此外，如图（c）所示，漏波的水平分量以瑞利角的角度进入液滴后产生一体积力，该体积力作用于整个液滴上，其方向即为声表面波的传播方向，使液滴变为锥形，锥形的倾斜角大小等于瑞利角θR。

　　随着声表面波输入功率由小到大，液滴会出现不同的响应，依次为振动、平移、喷射和雾化，如图所示。

　　如果实验液滴包含有悬浮的胶体纳米粒子，那么由小功率声表面波激发该液滴的振动将会产生粒子聚集现象，如图所示。

　　图中Ｄ为液滴直径，Ｐ为施加功率。图为在液滴的自由表面上引起的粒子聚集不同时期的图形。最初胶体粒子聚集成中心环状，与小振幅20 MHz驻波在自由表面上振动的节点线一致，如图中ａ所示指纹状图形。

　　随着声表面波输入功率增大，检测到线性环状聚集的胶体粒子聚集成群簇状态，形成了如图中ｂ所示的胶体岛状结构。

　　图中ｂ的形成和界面振动的强度增加有关。通过激光多普勒测速仪（LDV）频率扫描发现，在该液滴界面除了有小振幅20 Hz驻波振动之外，还有大振幅１kHz的振动。

　　聚集的胶体岛状结构的数量和位置与液滴的大小有关，如果输入功率连续保持不变，那么液滴就会逐渐蒸发，相应胶体岛状结构的数目就会下降。

　　当液滴蒸发时，其尺寸就会相应变小，液滴的毛细黏性共振频率就会增大，引起相应波长的下降，环状节圆最终将会收缩。

　　而声表面波振动再一次加大时，就会引起液滴内部非常明显的流动，引起粒子的分散，从而聚集的胶体岛状结构就会消失，如图中ｃ所示。

　　该流动只能持续很短的时间，此时胶体岛状结构会重现直到流动再次出现。这种循环现象的出现是不定期的，流动的方向（顺时针或逆时针）也相应是随机的，因此图中ｃ的状态为亚稳定状态。

　　当声表面波进一步增强时，流动现象就变得更强，并趋于稳定，最终引起粒子永久的离散，如图中ｄ所示。

　　基于上述声表面波驱动液滴振动的原理和技术已开始应用于流体混合、流体加热、粒子成图及液滴浓缩等领域。

　　当液滴位于开放空间、声表面波输入功率增大并超过某一临界值时，就会使位于液滴内的压力梯度（即体积力）大于液滴接触线上的表面张力，从而驱使液滴沿着声波传播的方向移动。

　　其液滴的平移速度可达1～10 cm/s，比基于其他微流体驱动原理如电湿法的液滴移动速度大1～2个数量级。

　　不仅如此，叉指型换能器的电启动还能实现程序化，液滴移动也能实现自动化。通过多个液滴的自动控制，使融合、混合、和生化反应等过程可以在“可编程生物处理器”上执行。

　　图即为一个简单的“可编程生物处理器”示例：三个带有不同流体成分的液滴沿着预定方向移动最终混合在一起。

　　此外，还可以在封闭的微流道系统内使用声表面波来泵送流体。泵送速度达到１cm/s，比用电动式的微泵泵送速度大出1～2个数量级。

　　由于声表面波经波状通壁管道横穿进入流体内，因此可以通过转换均匀通流的方法来进行流体输送，当Ｗ＜λf，λf≈73 μｍ（Ｗ为微流道宽度，λf为声表面波激励频率）时，流体状态为均匀通流，如图（a）所示；同时也可用混沌振荡流来进行微混合，当Ｗ＞λf，λf≈73μｍ，流体状态为混沌振荡流，如图（b）～（d）所示。

　　可以通过改变Ｗ同时保持λf不变，或者改变λf同时保持Ｗ不变，来实现用声表面波泵送流体进而产生混沌振荡流。

　　在许多应用领域如环境监测，粒子（如真菌和细菌等）需要被载体收集在一个预期的浓度上，因此粒子的收集成为新的研究热点。

　　澳大利亚学者M.K.Tan等人利用液滴移动和液滴内部流动进行粒子收集，使固定的液滴穿过被花粉粒子污染的表面，发现这些液滴可以用来进行粒子收集，并且证明了使用声表面波驱动液滴平移进行粒子收集更加快速和有效，发现憎水性粒子（如聚苯乙烯粒子）的收集效率高于亲水性粒子（如三聚氰胺粒子）的收集效率。

　　图（a）为10μm的三聚氰胺粒子（亲水粒子）的收集，图８（b）为10μm的聚苯乙烯（憎水粒子）的收集，插图为留在流道上聚苯乙烯粒子的放大图，粒子聚集成环状。

　　除利用液滴为载体进行微粒子的收集外，基于声表面波驱动液滴平移原理还可以应用到生物化学等领域。

　　如传输带有ＤＮＡ的离散液滴来进行聚合酶链反应；将细胞输送到组织架中进行细胞的种植从而达到辅助组织工程和整形外科研究的目的，并且这些实验用细胞并没有因此变性，其变异和增殖能力依然完整。

　　当声表面波的输入功率进一步增大，同时振动强度也变得足够大时，维持液滴形态的毛细力将被克服，引发非常明显的界面变形。

　　喷射角可以根据斯涅耳定律求出，其中声表面波在LiNbO3压电基片传播速度cs为3900 m/s，在水中的传播速度cl为1500 m/s，因此得出喷射角θj≈22.6°，如图（a）所示。

　　基于上述原理，澳大利亚学者M.K.Tan等人用两个在基片末端的叉指型换能器产生传播方向相反的声表面波，这一对方向相反的声表面波汇集在液滴处的一点。

　　声表面波从液滴的两边进入产生狭长的液柱，与水平方向夹角呈90°，如图（b）及图产生狭长液柱所示（图中ｔ为声表面波驱动液滴的时间）。

　　声表面波引发喷射现象原理如图所示，从图中可以看到，随着时间（单位：ms）的变化，喷射长度和产生单液滴甚至多液滴的能力与韦伯数Ｗｅj有关，即

　　当Ｗｅj＝0.5时，液滴处于单液滴夹止状态；当Ｗｅj＝1.0时，液滴处于射流断裂形成多液滴状态。

　　基于声表面波技术实现微流体喷射已经应用于很多研究领域，它区别于传统喷射方法必须使用喷嘴进行喷射，其喷射效率更高。

　　不仅应用于喷墨技术，还应用于纤维合成和药物传输，在分析化学研究中包括从蛋白质结晶到喇曼光谱学也有大量应用。

　　若声表面波的输入功率足够大时，整个液滴将完全失去平衡并雾化产生平均直径为５μｍ的单分散分布喷雾液滴。

　　当液滴尺寸为２～５μｍ时，肺部药物治疗效率达到最。