[發明專利]一種基于摩擦發電機的自驅動數字微流道

有效

• 申請號: 201310745589.3
• 申請日: 2013-12-30
• 公開（公告）號: CN103752357A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 張海霞;韓夢迪;張曉升;孟博
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 毛燕生

技術領域

本發明涉及微能源與微流道領域，具體涉及一種基于摩擦發電機的自驅動數字微流道。

背景技術

隨著微流道技術的產生與發展，該技術已被應用在越來越多生物、化學實驗中。采用微流道技術進行生物、化學實驗具有靈敏度高、體積小、節約原料等優點。基于電潤濕原理，可以使液體在微流道中進行運動、分離、合并等操作，從而制備出用電信號控制的數字微流道，實現大規模、自動化地生物、化學實驗。在傳統的數字微流道系統中，必須提供有效的電信號來控制液體在微流道中的運動，使得便攜性成為數字微流道系統急需解決的問題。

2013年，Kim,C.J.制備出用壓電材料直接驅動的數字微流道系統。基于該系統，可以通過人為地對壓電材料施加外力使液滴運動、分離、合并。然而，該數字微流道系統需依賴于壓電材料來產生電壓，成本高、不適于大規模生產。

發明內容

本發明的目的是針對上述問題，提供一種基于摩擦發電機的自驅動數字微流道，無需特殊的壓電材料，易于制備、成本低、可批量生產。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案為：

一種基于摩擦發電機的自驅動數字微流道，由數字微流道和摩擦發電機組成，其中數字微流道部分由下支撐材料1、下驅動電極2、電介質層3、下疏水層4、液滴5、上疏水層6、上驅動電極7、上支撐材料8組成；摩擦發電機部分由下摩擦電極9、下摩擦材料10、上摩擦材料11、上摩擦電極12組成。其中，液滴5位于上疏水層6和下疏水層4之間，下疏水層4下方依次為電介質層3、下驅動電極2和下支撐材料1，上疏水層6上方依次為上驅動電極7和上支撐材料8，上摩擦電極12、下摩擦電極9分別與上驅動電極7、下驅動電極2相連，下摩擦電極9和上摩擦電極12之間為下摩擦材料10和上摩擦材料11。

其中，所述下支撐材料1為剛性材料，選自硅、玻璃。

其中，所述下驅動電極2為電阻率小于等于1mΩ·cm的金屬、合金。

其中，所述電介質層3為電阻率大于于等于1GΩ·cm絕緣材料，選自氧化硅、聚對二甲苯。

其中，所述下疏水層4、上疏水層6為疏水角大于等于90°的疏水材料，選自特氟龍、硅烷。

其中，所述上驅動電極7為導電性好的透明材料，選自銦錫金屬氧化物(Indium?Tin?Oxides，ITO)。

其中，所述上支撐材料8為透明剛性材料，選自玻璃。

其中，所述上摩擦電極12、下摩擦電極9為導電性好的金屬、合金。

本發明的工作原理為：摩擦發電機在外力的作用下產生電壓，并作用在液滴表面，使液滴的疏水角發生變化，從而控制液滴的運動、分離、合并等。摩擦發電機可通過上下摩擦材料間距的變化、接觸面積變化等實現電壓輸出。

有益效果：

1、本發明的基于摩擦發電機的自驅動數字微流道在無需外加電源的情況下，即可完成傳統數字微流道的功能，實現了自驅動。

2、本發明的基于摩擦發電機的自驅動數字微流道無需特殊的壓電材料，易于制備、成本低、可批量生產。

附圖說明

圖1為本發明的基于摩擦發電機的自驅動數字微流道的側視圖；

圖2為本發明的下驅動電極與液滴位置分布的俯視圖；

圖3為本發明的數字微流道的工作原理圖；

圖4a、b、c、d為本發明的摩擦發電機的工作原理圖。

圖中，1為下支撐材料；2為下驅動電極；3為電介質層；4為下疏水層；5為液滴；6為上疏水層；7為上驅動電極；8為上支撐材料；9為下摩擦電極；10為下摩擦材料；11為上摩擦材料；12為上摩擦電極。

具體實施方式

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

實施例：

如圖1至圖2所示，本發明的基于摩擦發電機的自驅動數字微流道，由數字微流道和摩擦發電機組成，其中數字微流道部分由下支撐材料1、下驅動電極2、電介質層3、下疏水層4、液滴5、上疏水層6、上驅動電極7、上支撐材料8組成；摩擦發電機部分由下摩擦電極9、下摩擦材料10、上摩擦材料11、上摩擦電極12組成。其中，液滴5位于上疏水層6和下疏水層4之間，下疏水層4下方依次為電介質層3、下驅動電極2和下支撐材料1，上疏水層6上方依次為上驅動電極7和上支撐材料8，上摩擦電極12、下摩擦電極9分別與上驅動電極7、下驅動電極2相連，下摩擦電極9和上摩擦電極12之間為下摩擦材料10和上摩擦材料11。

其中，下支撐材料1為硅。