一种基于介电电泳/电浸润效应的微流芯片制造技术

一种基于介电电泳/电浸润效应的微流芯片，包括从上至下依次层迭的基底层、纵向驱动电极层、介电层、疏水涂层、液滴层、疏水涂层、介电层、横向驱动电极层、基底层；两层疏水涂层由支撑层隔开；所述纵向驱动电极层包含M个纵向驱动电极条，所述横向驱动电极层包含N个横向驱动电极条，所述横向驱动电极条与所述纵向驱动电极条纵横交错，每一个交错点形成一个控制单元，所述微流芯片由M×N个驱动电极阵列来进行控制。本发明专利技术微流芯片可以大幅减少使用外接线，以使电极阵列中央部方的电极可以被独立控制的方法，且该方法易于设计和制作。

A Microfluidic Chip Based on Dielectrophoresis/Electric Infiltration Effect

【技术实现步骤摘要】
一种基于介电电泳/电浸润效应的微流芯片
本专利技术涉及一种微流芯片，具体涉及一种基于介电电泳/电浸润效应、以M+N微电极形成M×N微电极阵列来进行控制的微流芯片。
技术介绍
微流控芯片是由瑞士的Manz和Widmer在20世纪90年代首次提出。它拥有试剂耗费少﹑样本取样量小﹑分析反应快﹑能量损耗低﹑易于集成和实现高通量分析等多个优点，所以在往后的20年里，科研界投入大量精力对微流控技术进行研究；同时，工业界也进一步对微流控芯片进行改进及生产。同时各式各样的微流控芯片设计，也陆续被申请专利。数字微流控是源于微流控技术的一项新技术。微流控技术中流体只要求其中一维达至微米级，便可称为微流。在微流控技术之下，现在有分为连续微流和数字微流。因为数字微流的可控参数比连续微流多，因此，相比连续微流，数字微流控较迟获得发展。在很多不同应用场景，都需要同时间在同一块芯片上，对多个样本进行一系列相似但不一样操作。例如在医学检测方面，医生为病人进行癌症药物筛选测试时，便需要同时间对癌细胞进行多种药物的反应测试，从而筛选哪一种药物对该病人最为有效；在不明化学物质检测方面，亦需要相似模式的测试。医学界近来发现到越来越多的基因变种，化学界也专利技术出越来越多不同物质，使得集成及高通量分析技术变得越来越重要，促进了微流控集成及高通量处理技术的研究开发和应用。数字微流因为可以把液滴逐一移动/反应，特别适合于集成及高通量处理，近年来成为研发的重点领域。现时微流技术中微液滴或者微颗粒的驱动方法主要有：改变正前方亲水性而吸引向前移动、在正后方施加压力而推动向前移动、以及在正前方施加电场而吸引向前移动。受益于电路技术的发展成熟，大部分已进入应用和生产的微流专利技术中的驱动部分，均使用在正前方施加电场而吸引向前移动方法，即利用介电泳/电浸润效应。介电泳是介电常数较低的物体在非匀强电场中由于极化作用而受介电力产生的定向运动，可以有效实现微米离子的精确定位、分离、收集、捕捉和运输等。介电力大小与物体是否带电无关，与物体的大小、电学性质、周围介质的电学性质以及外加电场的场强、场强变化率、频率有关。电浸润是指通过改变液滴与绝缘基板之间电压，来改变液滴在基板上的润湿性，即改变接触角，使液滴发生形变、位移的现象。所谓润湿是指固体表面的一种流体被另一种流体所取代的过程。液体在固体表面能铺展，固液接触面有扩大的趋势，即液体对固体表面的附着力大于其内聚力，就是润湿。液体在固体表面不能铺展，接触面有收缩成球形的趋势，就是不润湿，不润湿就是液体对固体表面的附着力小于其内聚力。电浸润可以有效实现微米离子的精确定位、分离、收集、捕捉和运输等。电浸润的能力大小与物体的大小、电学性质、周围介质的电学性质以及外加电场的场强、场强变化率、频率有关。在基于介电电泳/电浸润效应的微流芯片的控制方面，现有技术大致可分为两个类别。一是在基底玻璃加上控制电极，然后再单独加上高电压，因为没有接地电极，因此，电极上方便会形成浮动电压，只要浮动电压足够高，便可出现介电容效应。二是在基底玻璃加上控制电极，而盖面玻璃则使用导电玻璃，再加以接地，因而整片盖面玻璃便可以成为接地电极。例如，CN108889353A及CN108795708A公开的技术方案。但上述专利的关键技术不是在控制方面，只是在控制方面用了以上方法。现有技术中，它们都有一个共同点，就是每个控制电极也需要单独一根引线连接到外接电极。部分专利技术使用了共享电极的方式以减少外接电极的数目，但因共享电极只是把两个控制电极直接连在一起，所以未能解决独立控制问题。在进行高通量控制的微流控芯片中，其在控制部分往往会需要大量电极，而且常需把各控制电极排行成阵列。但因为每一控制电极需单独一根引线以连接到外接电源，位于中央部分的控制电极便会因为没有空间放置引线而难以设计。这也是现时集成或高通量芯片的瓶颈技术之一。现有技术中，CN102430436公开的方案是，利用横向平行排列和纵向平行排列的电极阵列，通过施加电场来在二维方向上移动单个液滴，但是其横向和纵向的电极阵列处于同一个基地（即下层基地）上，用于施加驱动电压，其上层基地为公共接地，没有图案；因为采用了公共接地，因其只适应于单个液滴（或者横向、纵向都不重合的多个液滴）的操控，否则，相近位置不同液滴的操控会互相干扰，比如横向位置相同的两个液滴，如果一个要向上移动，另外一个要向下移动，就难以实现。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种微流芯片可以大幅减少使用外接线，以使电极阵列中央部方的电极可以被独立控制的方法，且该方法易于设计和制作。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种基于介电电泳/电浸润效应的微流芯片，其特征在于：包括从上至下依次层迭的基底层、纵向驱动电极层、介电层、第一疏水涂层、液滴层、第二疏水涂层、介电层、横向驱动电极层、基底层；第一疏水涂层和第二疏水涂层由支撑层隔开；所述纵向驱动电极层包含M个纵向驱动电极条，所述横向驱动电极层包含N个横向驱动电极条，所述横向驱动电极条与所述纵向驱动电极条纵横交错，每一个交错点形成一个控制单元，所述微流芯片由M×N个驱动电极阵列来进行控制。优选地，所述的电极层是基底层上镀金属再刻蚀出纹路或基底层上直接镀上有纹路的金属或印刷电路板。优选地，所述的介电层是由二氧化硅、SU-8光刻胶、或其他介电物质构成。设立此层的目的在于隔绝液滴和电极层，以防它们可以直接导电。优选地，所述的疏水涂层是由聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯或其他疏水物质构成。设立此层的目的在于增加液滴和介电层之间的接触角，以减少移动该种液体所需要的电位差。优选地，所述介电层厚度小于1毫米。优选地，所属芯片的上基底层设置有进液孔，所述液滴从进液孔被加入芯片，所述进液孔至少有两个。优选地，所述控制单元尺寸与液滴尺寸相近。在没有工作的时候，所有电极默认接地。因为两种电极在不同的维度上，所以会出现纵横交错的情况。同时，每一个控制单元被一个相对应的纵向驱动电极条和一个相对应的横向驱动电极条所控制。如果要某一控制单元产生足够的电位差从而吸引附件的颗粒移到该控制单元，只要相对应的纵向驱动电极条（该电极条简称为工作纵向驱动电极条）接上正相电源，而相对应的横向驱动电极条（该电极条简称为工作横向驱动电极条）接上反相电源，交叉的控制单元便会感受到双倍的电位差。而那些在工作横向驱动电极条但不在工作纵向驱动电极条的控制单元，或在工作纵向驱动电极条但不在工作横向驱动电极条的控制单元，则会感受到一倍的电位差。本专利技术的有益效果如下：本专利技术提供的基于介电电泳/电浸润效应，以M+N微电极形成M×N微电极阵列进行控制的微流芯片，采用平板式构型，在基底层上制作微电极片，在微电极片上施加电压信号作为控制单元的控制电压，从而使介电电泳过程在每个控制单元上实现独立控制、大范围控制、集成/高通量控制，可以设计相对较大的电极条，对电极层的加工要求较低，且控制单元也不易消耗，对样品的要求也相对较低。本专利技术技术方案可扩展性好，容易做巨型阵列（例如1000x1000或更大）。由于可以用较少的外接电极获得大量的控制单元，易于设计及制作成包含电极阵列的微流芯片，来进行集成和高通量分析，可广泛用于不同的领域，包含但不限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于介电电泳/电浸润效应的微流芯片，其特征在于：包括从上至下依次层迭的基底层、纵向驱动电极层、介电层、第一疏水涂层、液滴层、第二疏水涂层、介电层、横向驱动电极层、基底层；第一疏水涂层和第二疏水涂层由支撑层隔开；所述纵向驱动电极层包含M个纵向驱动电极条，所述横向驱动电极层包含N个横向驱动电极条，所述横向驱动电极条与所述纵向驱动电极条纵横交错，每一个交错点形成一个控制单元，所述微流芯片由M×N个驱动电极阵列进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于介电电泳/电浸润效应的微流芯片，其特征在于：包括从上至下依次层迭的基底层、纵向驱动电极层、介电层、第一疏水涂层、液滴层、第二疏水涂层、介电层、横向驱动电极层、基底层；第一疏水涂层和第二疏水涂层由支撑层隔开；所述纵向驱动电极层包含M个纵向驱动电极条，所述横向驱动电极层包含N个横向驱动电极条，所述横向驱动电极条与所述纵向驱动电极条纵横交错，每一个交错点形成一个控制单元，所述微流芯片由M×N个驱动电极阵列进行控制。2.如权利要求1所述的一种基于介电电泳/电浸润效应的微流芯片，其特征在于：所述的电极层是基底层上镀金属再刻蚀出纹路或基底层上直接镀上有纹路的金属或印刷电路板。3.如权利要求1或2所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：张需明，蔡智聪，
申请(专利权)人：香港理工大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44