一种自供电数字微流控芯片及液滴操控方法技术

本发明专利技术公开了一种自供电数字微流控芯片，可用于数字微流控芯片液滴驱动及其应用。所述的自供电数字微流控芯片由电源发生器、介电层、局部亲水化的疏水层组成。其中电源发生器和介电层用于液滴操纵，局部亲水化的疏水层用于液滴的操纵及应用体系的构建。该自供电数字微流控系统相比于传统的数字微流控系统的优势在于：无需外接高压电源即可实现液滴全范围可寻址运动，操作简单便携，成本低廉，具有广阔的应用前景。的应用前景。的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种自供电数字微流控芯片及液滴操控方法


[0001]本专利技术属于微流控领域，具体为基于摩擦纳米发电的自供电数字微流控芯片及液滴操控方法。

技术介绍

[0002]微流控系统通常被称为芯片上的实验室(lab-on-a-chip)，它是把生物、化学、医学分析过程中的样品制备、反应、分离、检测、分析等一系列基本操作单元集成到一块只有几平方厘米甚至更小的芯片上，自动完成分析全过程的微型化操作技术平台。与其他分析平台对比，微流控平台具有微型化、集成化、试剂消耗量少、分析效率高等优点。
[0003]在微流控芯片研究领域中，流体的调控是微流控芯片操作过程的核心。常规的微流控芯片是通过设计不同类型的通道和微泵阀结构，实现对流体的操纵，虽然这种方式操作简单但是随之带来的缺点如功能单一、结构复杂、加工繁琐等也大大局限了该方式的应用。而数字微流控是一种以介电润湿为原理的新型液滴操纵技术，这种方式能够对流体进行精确操控，是一个重要的研究领域。但是往往需要较为庞大且笨重的外置电源及控制设备，并且操纵的液体种类有所局限。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于摩擦纳米发电的全范围式自供电数字微流控芯片，可以无需外接电源并且全范围操纵液滴。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种自供电数字微流控芯片，其包括电源发生器、介电层和局部亲水化的疏水层；所述的电源发生器包括第一发电部件和第二发电部件，二者能够互相摩擦以产生电；第一发电部件位于介电层的一表面，局部亲水化的疏水层在介电层的另一表面，所述的疏水层上设有亲水区，所述第二发电部件相对于第一发电部件摩擦位移，用于操控局部亲水化的疏水层上的液滴移动。
[0007]在本专利技术的较佳实施例中，第一发电部件为摩擦后能够产生正电的材料。
[0008]在本专利技术的较佳实施例中，所述的第一发电部件包括石英玻璃。
[0009]在本专利技术的较佳实施例中，第二发电部件为摩擦后能够产生负电的材料。
[0010]在本专利技术的较佳实施例中，所述的第二发电部件包括聚酰亚胺。
[0011]在本专利技术的较佳实施例中，所述介电层的厚度为30nm-1mm。
[0012]在本专利技术的较佳实施例中，所用局部亲水化的疏水层材料为特氟龙和聚四氟乙烯PTFE水分散液二者叠加，通过局部剥离技术形成局部超亲水的超疏水层。
[0013]在本专利技术的较佳实施例中，局部亲水化的疏水层，疏水区的最大接触角约为150
°
，亲水区上液滴的最小接触角小于5
°
。
[0014]本专利技术还提供一种液滴操控方法，包括如下步骤：
[0015]1)制备前述的自供电数字微流控芯片；
[0016]2)将液体装载在芯片上；第二发电部件与第一发电部件相互摩擦，
[0017]3)使第二发电部件相对于第一发电部件位移，从而使上方的液体运动，当液体运动至亲水区，继续移动第二发电部件，使亲水区留下小液滴；
[0018]4)小液滴生成之后，继续移动第二发电部件，将液体移动至下一目标区域。
[0019]本专利技术中，所述的液体包括但不限于超纯水、盐溶液、核酸溶液、EDTA中的一种。
[0020]优选的，所述局部的亲水化图案包括圆形、方型、螺旋形等，可根据需要设计图案。
[0021]优选的，液滴体积在1-500微升范围内。
[0022]本专利技术与现有技术的优势在于：
[0023](1)本专利技术为一种新的微流体操纵平台，为微流控领域提供了一种新的液滴驱动方式。可以实现对不同种类、不同体积的液滴的驱动。
[0024](2)本专利技术装置简单，无需外接设备，应用场景不受时空限制。
[0025](3)本专利技术制备快速，操作简单，成本低廉。
附图说明
[0026]图1为本专利技术数字微流控芯片整体结构示意图。
[0027]1a.第一发电部件 1b.第二发电部件 2.介电层 3.疏水层 4.亲水区
[0028]图2为本专利技术数字微流控芯片液滴操纵及生成过程示意图。
具体实施方案
[0029]下面结合附图以自供电数字微流控芯片上驱动并生成一个液滴为例，对本专利技术进行进一步细致描述。
[0030]参见图1，所述的一种基于摩擦纳米发电的全范围式自供电数字微流控芯片由电源发生器、介电层2、局部亲水化的疏水层3组成。所述的电源发生器包括第一发电部件1a和第二发电部件1b，第一发电部件1a为摩擦产生正电的石英玻璃基底(在其它实施例中，也可以是其它摩擦材料基底)，第二发电部件1b为摩擦产生负电的聚酰亚胺薄膜(在其它实施例中，也可以是其它摩擦基底)；介电层2均匀涂覆于石英玻璃上表面；局部亲水化的疏水层3在介电层2上表面，通过局部剥离等技术在疏水层获得特定的亲水图案4，其余区域为疏水图案。
[0031]本专利技术的数字微流控制作工艺如下：
[0032](a)电源发生器为两种摩擦能够产生不同电荷的材料形成，并且相互独立。
[0033](b)介电层材料优选为具有高介电常数、厚度均匀、抗击穿能力强的绝缘材料，本实施例中使用SU-8光刻胶通过旋涂的方式形成；
[0034](c)局部亲水化的疏水层的材料为特氟龙和聚四氟乙烯PTFE水分散液叠加，先以旋涂的方式形成一层特氟龙薄膜，再在特氟龙薄膜上旋涂聚四氟乙烯PTFE水分散液，通过局部剥离的方式获得局部亲水化的超疏水层。
[0035]作为本专利技术的优选实施方式，所选用的液滴为蓝色染料，亲水区为直径2mm的圆形图案。
[0036]作为本专利技术的优选实施方式，所选用的电源发生器为石英玻璃和kapton薄膜(美国杜邦)。
[0037]作为本专利技术的优选实施方式，如图2所示，本专利技术的具体工作过程为：
[0038]步骤A：将染料装载在芯片的储液区，通过摩擦电源发生器使芯片带上电，转入步骤B；
[0039]步骤B：芯片带电后通过摩擦kapton薄膜，使其与石英玻璃发生相对位移，上方的液滴会随其运动，当液滴运动至亲水区，继续移动kapton薄膜就会在亲水区留下一个小液滴，转入步骤C
[0040]步骤C：当液滴生成之后继续移动kapton薄膜，将液滴移动至废液区。
[0041]申请人声明，本专利技术通过上述实施例来说明本专利技术的详细特征以及详细方法，但本专利技术并不局限于上述详细特征以及详细方法，即不意味着本专利技术必须依赖上述详细特征以及详细方法才能实施。所属
的技术人员应该明白，对本专利技术的任何改进，对本专利技术选用组分的等效替换、具体方式的选择等，均属于本专利技术的保护范围和公开范围之内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自供电数字微流控芯片，其特征在于：该自供电数字微流控芯片包括电源发生器、介电层和局部亲水化的疏水层；所述的电源发生器包括第一发电部件和第二发电部件，二者能够互相摩擦以产生电；第一发电部件位于介电层的一表面，局部亲水化的疏水层在介电层的另一表面，所述的疏水层上设有亲水区，所述第二发电部件相对于第一发电部件摩擦位移，用于操控局部亲水化的疏水层上的液滴移动。2.根据权利要求1所述的自供电数字微流控芯片，其特征在于，第一发电部件为摩擦后能够产生正电的材料。3.根据权利要求2所述的自供电数字微流控芯片，其特征在于，所述的第一发电部件包括石英玻璃。4.根据权利要求1所述的自供电数字微流控芯片，其特征在于，第二发电部件为摩擦后能够产生负电的材料。5.根据权利要求4所述的自供电数字微流控芯片，其特征在于，所述的第二发电部件包括聚酰亚胺。6.根据权利要求1所述的自供电数字微流控芯片，其特征在于，所述介电层的厚度为30nm-1mm。7.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨朝勇，阮庆宇，张倩倩，邹芬香，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：