[實用新型]電旋轉腔大小及位置能夠靈活改變的微納粒子電旋轉芯片

無效

• 申請號: 200820116079.4
• 申請日: 2008-05-13
• 公開（公告）號: CN201191293Y
• 公開（公告）日: 2009-02-04
• 發明（設計）人: 朱曉璐;易紅;倪中華
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N33/48
• 分類號: G01N33/48;G01N33/483
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術領域

本實用新型是一種運用光模式虛擬電極實現對微納粒子的電旋轉運動進行監測的芯片及方法，涉及微流體芯片領域，特別是微納米粒子的電旋轉技術。

背景技術

電旋轉是一項發展迅速的技術，它利用若干個不同相位的交變電壓信號在電旋轉芯片上形成旋轉電場，微小粒子便能在旋轉電場的作用下發生旋轉。生物粒子因其介電性質的不同，所產生的旋轉響應也不同。因此，利用這一特點便能靈敏地鑒定和監測生物粒子。目前的電旋轉芯片以其體積小，結構簡單，易于制造等優點，正逐漸應用于生物粒子的鑒定、介電特性分析等場合。

此類芯片是基于MEMS工藝，在基底上沉積金屬微電極，在外部激勵信號激勵下產生旋轉電場實現微小粒子的電旋轉。在此類芯片中，周向均勻排布的微電極圍成的空腔的大小是固定的，這就將待測粒子的直徑限制在一個較小的范圍內，不能同時適用于多種直徑相差較大的粒子(比如直徑屬于不同數量級的粒子)，原因如下：在同樣的激勵信號下，若待測粒子很小，而電旋轉腔相對很大(此時電場強度小)，因粒子所受轉矩與粒子半徑的三次方和電場強度的平方值成正比，故粒子很可能因所受轉矩過小而相對較多的受到其他因素的干擾(如布朗運動和電熱流等)；若粒子很大，而電旋轉腔相對較小，以致粒子占據了電旋轉腔的較大面積，即粒子邊緣比較靠近電極邊緣，這就導致粒子所受的高階介電泳力不能忽略，這不僅大大增加了粒子的介電譜分析的難度，還很有可能使粒子因受常規介電泳力而“粘”在電極邊緣以致不能旋轉。因此，在科研中常根據具體應用需要制作不同大小和邊界形狀的微電極以滿足不同的測試需求，但是這就需要制作多個芯片或是多個電旋轉單元，不但成本增高，而且操作繁瑣，效率低。另外，由于電旋轉芯片中的固體電極所形成的電極腔的位置也是固定的，所以即使在單個芯片上制作了多個不同大小的電旋轉單元，也很難實現將粒子群中各個不同大小的粒子恰好與相應的電旋轉單元“對號入座”，這樣不僅增添了諸多不便，而且導致操作成本大增。

因此，如果能夠設計一種電極形狀和電旋轉腔大小可以隨意改變，同時能夠實現電旋轉腔和粒子相對位置的任意調整的低成本平面電旋轉芯片，就能夠解決以上問題。

鑒于此，本實用新型提出基于光模式虛擬電極的微納粒子電旋轉芯片及操作方法，以光模式虛擬電極作為電旋轉電極，以實現靈活改變電極形狀、電旋轉腔的大小以及調整電旋轉腔和粒子相對位置的目的。

發明內容

技術問題：本實用新型的目的是提供一種電旋轉腔大小及位置能夠靈活改變的微納粒子電旋轉芯片，該芯片的電極形狀、電旋轉腔大小及位置能夠靈活改變，以解決目前電旋轉芯片缺乏柔性，難以實現粒子直徑范圍跨度大的多種粒子電旋轉測量，以及固體電極不能實現移動，難以實現測試位置的調整的缺陷。

技術方案：為達到上述技術目的，本實用新型電旋轉腔大小及位置能夠靈活改變的微納粒子電旋轉芯片以透明的絕緣材料為基底，在基底的上表面覆蓋一層光電導層，若干個相互獨立的用透明的良導體制成的信號基端位于基底與光電導層之間的邊上。所述的光電導層為氫化非晶硅。所述的透明良導體的材料為氧化銦錫。

本實用新型基于光模式虛擬電極的微納粒子電旋轉芯片的操作方法通過向光電導層投射各種形狀、大小的光圖案，將光電導層的相應區域照亮，進而使被照亮的區域由近乎絕緣的狀態變為良導體，形成若干個虛擬電極，使得每個虛擬電極與對應的信號基端接觸以實現電氣連接，并在目標粒子所處的位置形成電旋轉腔，使得粒子位于電旋轉腔的中心區域，然后借助顯微鏡對分散在各個位置的各種不同大小的微納米粒子或粒子群的電旋轉運動響應進行監測。所述的投射的各種光圖案既包括靜態的光圖案，也包括動態變化的光圖案。

有益效果：本實用新型提出的電旋轉腔大小及位置能夠靈活改變的微納粒子電旋轉芯片，將可重構的光模式虛擬電極融入電旋轉芯片，為電旋轉測量提供了新的高度柔性化的實現模式，能夠實現粒子直徑范圍跨度大的多種粒子電旋轉測量，而且能夠隨意將虛擬電極移動到粒子群中的某個粒子所處位置，實現靈活變換測試目標，以滿足不同的使用需求。不僅實現了柔性化和多功能的集成，而且大大降低了成本，尤其適合測試需求多變的應用場合。

附圖說明

圖1為電旋轉腔大小及位置能夠靈活改變的微納粒子電旋轉芯片的俯視圖；

圖2為電旋轉腔大小及位置能夠靈活改變的微納粒子電旋轉芯片的結構示意圖；

圖3為電旋轉腔大小及位置能夠靈活改變的微納粒子電旋轉芯片的操作過程中改變虛擬電極形狀之后的示意圖；