[發(fā)明專(zhuān)利]提高單極板數(shù)字微流控芯片液滴驅(qū)動(dòng)效率的方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010434383.9
• 申請(qǐng)日: 2020-05-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111581896B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張永來(lái);呂品;孫洪波
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/28
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/28;B01L3/00;G06F113/08
• 代理公司: 長(zhǎng)春吉大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 劉世純

1.提高單極板數(shù)字微流控芯片液滴驅(qū)動(dòng)效率的方法，其特征在于，具體步驟如下：

(1)、器件設(shè)置初始化，包括選定電極形狀與尺寸，確定介電層厚度及液滴接觸角變化范圍Δθ：

具體地，所述液滴接觸角變化范圍Δθ＝θ_A-θ_B，其中，采用插指型電極陣列作為驅(qū)動(dòng)電極陣列，θ_B、θ_A滿足楊-李普曼方程cosθ_B＝cosθ_A+ε₀ε_rV²/2dγ_lg，θ_A和θ_B分別為外界電壓V施加前后液滴的接觸角，ε₀和ε_r分別是真空和介電層材料的介電常數(shù)，d是介電層的厚度；未施加外界電壓前，液滴被置于單極板數(shù)字微流控芯片的疏水襯底上時(shí)，其接觸角θ_A滿足楊氏方程cosθ_A＝(γ_sg–γ_sl)/γ_lg，其中，γ_sg、γ_sl、γ_lg分別為氣固界面張力、固液界面張力及氣液界面張力；

(2)液滴動(dòng)力模型建立與實(shí)驗(yàn)參數(shù)獲取：

具體步驟為：當(dāng)在一組電極單元上施加電壓時(shí)，液滴由于電潤(rùn)濕，接觸角減小，此時(shí)液滴左右兩邊接觸角不相等，即液滴內(nèi)部產(chǎn)生拉普拉斯壓力差，因此，建立計(jì)算液滴驅(qū)動(dòng)力F_act的公式，即：

F_act＝ΔP_A·S_A·cosβ_A–ΔP_B·S_B·cosβ_B

其中，ΔP_A和ΔP_B分別是液滴左右兩側(cè)由于變形不一致而產(chǎn)生的界面拉普拉斯力，S_A和S_B分別是液滴左右兩側(cè)球面的截面面積，β_A和β_B分別是ΔP_A和ΔP_B與水平方向所成的夾角；

液滴在器件上所受的粘滯阻力F_h可根據(jù)如下公式計(jì)算，即:

F_h＝3γ_lg·R_b·(cosθ_B–cosθ_A)

其中，γ_lg·是氣液界面張力；R_b表示固液界面形成的基圓半徑；θ_B和θ_A是液滴左右兩側(cè)的接觸角；

進(jìn)而，根據(jù)動(dòng)力學(xué)規(guī)律ΣF＝F_act–F_h＝m·a，

其中，m為液滴質(zhì)量，a是液滴在接觸角變化時(shí)產(chǎn)生的加速度；

結(jié)合電極的尺寸參數(shù)L＝2at²，可計(jì)算出液滴在兩個(gè)相鄰插指型電極上運(yùn)動(dòng)所需要時(shí)間t；根據(jù)計(jì)算得出的液滴運(yùn)動(dòng)所需要的時(shí)間，通過(guò)編程，可控制電極上施加電壓的時(shí)間間隔；

(3)、利用單極板數(shù)字微流控芯片操控液滴的方法；

具體步驟為：利用步驟(1)中的分析方法，完成器件設(shè)置的初始化，利用步驟(2)的計(jì)算方法求出的時(shí)間參數(shù)，編程輸入控制器。

2.如權(quán)利要求1所述的提高單極板數(shù)字微流控芯片液滴驅(qū)動(dòng)效率的方法，其特征在于，步驟(1)所述的器件設(shè)置初始化，包括所選定的方形的插指型電極單元的邊長(zhǎng)尺寸為1-4mm，設(shè)定單極板數(shù)字微流控芯片的金屬層材料為氧化銦錫，其厚度為150-300nm，介電層材料為三氧化二鋁，其厚度為80-150nm，疏水層材料為特氟龍，厚度為100nm。

3.如權(quán)利要求1所述的提高單極板數(shù)字微流控芯片液滴驅(qū)動(dòng)效率的方法，其特征在于，所述液滴接觸角的變化范圍Δθ為0°-40°。