[實用新型]一種基于液-液電潤濕效應的可編程控制的微流控芯片

有效

• 申請號: 201721020383.4
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN207271276U
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 水玲玲;曹潔萍;金名亮
• 申請（專利權）人: 肇慶市華師大光電產業研究院
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00;B01J19/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 任重

技術領域

本實用新型涉及數字微流控技術領域，更具體地，涉及一種基于液-液電潤濕效應的可編程控制的微流控芯片。

背景技術

數字微流控芯片是指利用微流控技術來操縱離散的微小液滴的片上實驗室(Lab on chip)，近幾十年在實驗室研究、工業應用、生活應用中發展迅速，由于其把樣品制備、反應、分離、檢測等操作集中在一塊幾平方厘米的芯片上，具有能耗低、所需試劑少、反應迅速、響應快、精準等特點，被廣泛應用于生化分析檢測、微反應等領域。

基于介質上的電潤濕效應的數字微流控芯片主要包括上下基板、介質層、驅動電極、疏水層等，所述介質層即絕緣層，其中介質層與疏水層可以是同一物質，即材料同時具有絕緣與疏水的性能，目前使用比較廣泛的絕緣疏水層材料主要有Teflon AF、Cytop、Hyflon、聚硅氧烷酰亞胺，這些材料大多容易被擊穿，所以一般都會選擇另外一種材料作為介電層，然后再涂覆疏水層，例如專利CN 103592759使用二氧化硅作為絕緣層，Teflon AF2400、派瑞林、聚酰亞胺、PMMA等材料作為疏水性材料，即制作疏水絕緣層需要兩道工藝，一般成膜工藝需要加熱，對器件材料有耐高溫要求，這無疑增加了器件制作的成本，其使用的疏水層材料容易在多次實驗后被污染或者破壞，縮短了器件的壽命，甚至導致整個器件報廢。

發明內容

本實用新型的目的在于針對上述現有技術的不足，提供一種基于液-液電潤濕效應的可編程控制的微流控芯片，我們利用液體與多孔性的聚合物薄膜形成固-液復合膜疏水絕緣層，具有電潤濕可逆性好、可重復使用、耐電壓擊穿、耐高溫、耐化學試劑以及長時間保存而不影響其效果的優點，提高了器件的使用壽命、效率和應用范圍，同時縮短芯片制作工藝，并且可對驅動電極陣列的加壓方式進行編程，根據預先設定的參數在不同位置對不同液滴進行快速移動、合并、反應等操作。

本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于液-液電潤濕效應的可編程控制的微流控芯片，所述微流控芯片自下而上包括：下基板、驅動電極陣列、下基板疏水絕緣層、至少一個液滴、上基板疏水層、導電層、上基板，上基板和下基板四周添加圍堰，形成封閉的腔體，所述的導電層連接電源正極，驅動電極陣列連接電源負極，所述的下基板疏水絕緣層為固-液復合膜結構，是由多孔性的聚合物薄膜層及能提高電潤濕性能的液體層組成。

下基板的電極陣列連接電源負極，上基板的導電層連接電源正極，根據實驗需要利用計算機對施加電壓的方式進行編程實現芯片內液滴自動操作。

本實用新型的疏水絕緣層可以在不損傷微流控芯片器件的任何部位情況下替換，且重新替換新的疏水絕緣層后微流控芯片的性能不受影響。

優選地，多孔性的聚合物薄膜為具有絕緣疏水性的多孔性聚四氟乙烯膜、多孔性聚碳酸酯膜、多孔性聚偏氟乙烯膜、多孔性聚醚砜膜、多孔性聚丙烯腈膜或多孔性混合性纖維素酯膜中的一種，聚合物薄膜的孔徑大小為20 nm ~ 2000 nm，聚合物薄膜內部填充與液滴不相溶、不反應的液體，液體充滿聚合物的孔，液體的種類包括具有潤滑作用的氟碳鏈系列化合物、不同粘度的硅油、礦物油、液態直鏈烷烴或液態環狀烷烴中的一種；液體與多孔性的聚合物薄膜形成固-液復合多孔膜疏水絕緣層，即下基板疏水絕緣層，固-液復合多孔膜疏水絕緣層的膜厚為10 nm ~ 100μm。

優選地，所述上基板的材料為透光性好的塑料或玻璃，下基板為可支撐電極層材料成膜和結構化的材料，包括硅、玻璃、金屬板或塑料板。

優選地，所述驅動電極陣列由若干電極通過不同方式有序排列，形成面式或者網狀或者線狀的二維驅動電極陣列；其中：電極單元圖形包括半月形電極、正方形電極、六邊形電極、長方形電極、叉指電極中的一種；相鄰電極間距為10μm ~ 1000μm；電極成分包括ITO、IZO、ZnO、金、銀、鉑、銅、鋁、納米銀、銀漿、液態金屬、氧化鋁、氧化鐵或合金材料中的一種。

優選地，通過對驅動電極陣列施加電壓可實現液滴往其中一個方向運動；驅動電極陣列的加壓方式可進行編程，根據預先設定的參數在不同位置對不同液滴進行快速移動、合并、反應操作。

優選地，所述液滴為具有導電性的液體，包括成分單一的或者多成分組成的生物樣品或者化學物質，液滴至少一個，為多個同類液滴或者多個不同類的液滴，每個液滴至少覆蓋其中一個電極以及相鄰電極的部分。

優選地，上基板疏水層為可旋涂的無定型氟聚物或氟硅烷，氟硅烷為全氟十二烷基三氯硅烷或十八烷基三氯硅烷。