[發明專利]基于鋁和三氧化二鋁復合電極的電潤濕微流體系統

在審

• 申請號: 201910015637.0
• 申請日: 2019-01-08
• 公開（公告）號: CN109603940A
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 蘇陽;馬漢彬;張研
• 申請（專利權）人: 蘇州奧素液芯電子科技有限公司
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明公開了一種基于鋁和三氧化二鋁復合電極的電潤濕微流體系統，屬于電潤濕數字微流體技術領域。提供一種工藝簡單且成本低廉的鋁和三氧化二鋁復合電極及其組成的電潤濕數字微流體系統，以及制造工藝方法。采用具有良好的導電性的鋁(Al)材料作為電極體，包括基底，嵌入基底內的電極、電極連接線和電極工作面的介電層，以及封閉基底上部的導電蓋子，其特征是所述的電極為鋁質材料，所述的介電層為與電極一體的三氧化二鋁納米層。本發明的有益效果是極大降低電極制備工藝復雜度和制造成本；介電層兼具絕緣和疏水性質，復合電極表面化學性質穩定；三氧化二鋁氧化層結構可以根據需要進行人工控制。

技術領域

本發明公開了一種基于鋁和三氧化二鋁復合電極的電潤濕微流體系統，屬于電潤濕數字微流體技術領域。

背景技術

微流體和微全分析系統領域在過去十年中取得了巨大的發展。傳統的微流控器件，該技術誕生于上世紀九十年代，主要行業先驅包括美國哈弗大學GeorgeM.Whitesides，瑞士Andreas Manz等。其主要是通過在單晶硅、玻璃、有機物等基底上通過半導體加工技術，形成液體流動溝道，并通過機械泵等外部推力形成對液體的驅動，利用溝道圖形設計組合，以及大量機械泵等。此類微流控芯片有能力實現復雜液體樣本處理、反應以及檢測等功能。

以此為基礎，逐漸衍生出微全分析系統(micro total analysis system,μTAS)、片上實驗室(lab-on-chips,LoC)。基于此類技術的產品類型豐富，并逐步得到開發人員及用戶的重視。目前，市場上常見的基于微流控技術的檢測系統，均采用此類技術。

電潤濕數字微流體，是一種利用電勢調控液體與固體表面張力而改變接觸角，并產生切向推力的方法控制微液滴運動的數字微流技術。其主要特點為：一、液滴不在受限制與預定義的微溝道中，而可以實現在二維空間(平面)內的移動；二、液體驅動力來自于位于芯片內的導電電極，不再依賴于機械泵等外設，降低了系統的復雜度。此項技術由于其適用范圍廣，應用前景巨大，一經面世便得到了業界的重視。具體的技術方案是在像素化的電極上需要制備一層介電層以及一層超疏水層以實現液滴的操控，介電層與超疏水層的材料和制備工藝對于電潤濕系統的液滴操控能力至關重要。目前介電層的制備通常采用CVD(化學氣相沉積)、ALD(原子層沉積)、旋涂液體介電材料等方法，沉積法制備的介電層均一性較好但工藝較為復雜且制備成本高，旋涂法成本低廉但材料損耗嚴重且均一性較差。超疏水層的材料主要為特氟龍或CYTOP，主要采用旋涂法，易造成材料損耗且均一性較差。飛秒激光加工的方法可通過激光將材料表面塑造成納米結構，以達到疏水的效果，但該方法制備工藝較為復雜且成本高昂。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明的目的是提供一種工藝簡單且陳本低廉的鋁和三氧化二鋁復合電極及其組成的電潤濕數字微流體系統，以及制造工藝方法。

本發明的技術方案表現為以下幾個方面：

采用具有良好的導電性的鋁(Al)材料作為電極體，在其工作面上附著一層絕緣的致密性介電層，該介電層由納米三氧化二鋁(Al2O3)俗稱氧化鋁組成，能夠有效的覆蓋電極表面，是理想的介電層材料，因此鋁/三氧化二鋁電極能夠滿足電潤濕系統的要求；

鋁具有較低的密度和高可塑性，可通過多種加工手段制備電極陣列，電極表面需略高于基底以保證電極表面有足夠的材料和空間生長(三氧化二鋁)氧化層。

所述的納米三氧化二鋁層采用電化學腐蝕法制成，即將像素化的鋁電極置于陽極氧化系統中，將所有鋁電極連接至陽極，通過氧化使鋁電極表面形成三氧化二鋁層；

通過調節電解液種類(如硫酸、磷酸溶液)濃度、電流大小、氧化時間等參數，可以制備出表面具有多孔納米結構或棒狀結構的三氧化二鋁介電層，其表面的納米結構將使三氧化二鋁介電層在起到絕緣作用的同時兼具疏水的性質。