[發明專利]一種開放式微流控芯片及其制作方法和操控方法

有效

• 申請號: 201410525697.4
• 申請日: 2014-09-30
• 公開（公告）號: CN104307582B
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發明（設計）人: 吳天準;凌世全
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司44281
• 代理人: 任葵,彭家恩

技術領域

本發明涉及微流控技術領域，尤其涉及一種開放式微流控芯片及其制作方法和操控方法。

背景技術

目前主流的、應用較為成熟的微流控芯片，均為通道式微流控芯片。由于流體與管壁間的粘滯阻力較大，特別是在微米或納米級的微通道內，根據圓管內粘滯阻力與半徑的關系式，圓管徑減小1個數量級，粘滯阻力至少提高4個數量級以上。因此，常用的微流控芯片，需要較為龐大和復雜的外部驅動設備提供驅動力。較大的驅動力還導致微通道內的壓力較大，因此，微流控芯片鍵合處以及各種外接通道、閥門接合處的密封性要求較高，這增加了制備工藝難度。此外，通道式微流控芯片為封閉式的管道結構，這也限制了驅動方式的多樣性以及操控的靈活性。

平面微流控的粘滯阻力更小、驅動方式靈活多樣并且制備更為簡單，因此在近期得到廣泛研究。開放平面結構的微流控技術雖然減少了固液接觸面積，但并未改善固液接觸特性，因此仍然存在較大的接觸角滯后(Contact angle hysteresis，CAH)，即液滴在固體運動存在較大的阻力，這也是一直制約微流控液滴操控的瓶頸。

電潤濕數字微流控，是目前研究最為廣泛的開放式平面微流控技術，國內的復旦大學等研究較多，并申請了較多相關專利(如申請號為20111029464.6、20121007344.6、20131007447.7、20131007447.9、20131012575.9、20131028076.0的中國專利申請)。但目前電潤濕數字微流控的研究以及專利，主要集中在如何控制電極引導液滴運動，很少研究與液體接觸的介電層材料本身。因此液滴受到的粘滯阻力仍然較大，往往需要較大的電壓驅動，所以會經常出現介電層被擊穿從而損壞的情況。比如申請號為20111029464.6的專利申請，通過依次對介電層下的電極順序通電，驅動介電層表面的液滴進行運動。由數字微流控芯片結構可以看出，這種三文治夾層結構制備難度大，且介電層厚度需要控制的足夠小，才能用較低的電壓驅動液滴，但受加工工藝限制，目前常用的驅動電壓仍然在幾十伏左右，所以介電層經常會出現被擊穿的現象。此外，通過電場對液滴進行操控，也限制了其應用范圍，例如一些對電場較為敏感的生化反應，或者對含有生物活性物質的液滴，不適宜使用。

目前，也有少量做表面親疏水處理的研究(L.Hong,Microfluid Nanofluid,2011.,NM.Oliveira,Appl.Phys.Express,2010.)，對材料表面做局部親疏水處理，用于引導液體流動。但這些文章僅講述了這種方式可以用于微流控領域，沒有對流體操控包括液滴的運動和操控做詳細的介紹和分析。并且，這類通過在表面加工微結構，或化學修飾獲得親疏水特性的方法，一方面工藝都比較復雜，成本較高，且效果不穩定；另一方面容易磨損失效，不適合大范圍的長時間使用。

可自愈合多孔注液表面(self-healing,slippery liquid-infused porous surface,SLIPS)，是由美國哈佛大學首次提出，并于2011年發表在Nature上。其策略是在多孔材料或粗糙表面填注潤滑劑，從而獲得對外源物質(與潤滑劑不相溶)具有低粘附的超滑特性。例如，對水滴、礦物油、烷烴類液體具有小于2.5°的接觸角滯后(CAH)。填注的潤滑劑具有一定流動性，因此，這種超滑表面也具備一定的受損自愈能力。但是公開的專利和文章中，只是提到將其作為一種光滑、不沾污、自修復表面，并未提及用于微流控操控流體或者液滴進行運動，也未提及詳細的SLIPS制備工藝。

現有的SLIPS制備工藝較為復雜，操作具有一定難度，難以進行大面積、圖形化的超滑表面制備，較難實現對流體或液滴的復雜操控。此外，制作成本也相應較高。

發明內容

本發明提供一種開放式微流控芯片及其制作方法和操控方法，所述開放式微流控芯片采用超滑表面，大大降低外源物質在其表面運動的粘滯阻力，從而拓展了外源物質的驅動方式，增加了操控的靈活性，并可以對敏感的體系進行操控。

在第一方面，本發明提供一種開放式微流控芯片，包括芯片基底，所述芯片基底上形成有超滑表面，其中所述超滑表面是潤滑油填注具有凹陷微結構的表面形成的液體覆蓋層。

作為本發明的優選技術方案，所述超滑表面為圖形化超滑表面。

作為本發明的優選技術方案，所述表面為平面、曲面和/或結構表面，優選為平面。

在第二方面，本發明提供一種第一方面所述的開放式微流控芯片的制作方法，所述方法包括：

在基板上形成圖形化的黏附層；