一种基于电润湿现象的液滴生成方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种基于电润湿现象的液滴生成方法及应用，涉及数字微流控技术领域。基于电润湿现象的液滴生成方法，包括：将母液滴置于数字微流控芯片的底板上的电极区域内，在一定的电驱动下，母液滴向外喷射生成大量微小子液滴。在喷射过程中，底板上电极的通电面积为母液滴截面积的2倍以上，优选为100倍以上，更优选为140倍以上。通过采用通电面积较大的大电极，将母液滴置于底板上的电极区域内，由于液滴完全置于电极内，可以产生全方位喷射，是一种快速、低耗电、高通量的液滴生成方法。高通量的液滴生成方法。高通量的液滴生成方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电润湿现象的液滴生成方法及应用


[0001]本专利技术涉及数字微流控
，具体而言，涉及一种基于电润湿现象的液滴生成方法及应用。

技术介绍

[0002]大规模液滴生成方法可用于许多领域，例如微胶囊、微粒和微纤维的合成，或作为微反应器进行化学或生化反应。在管道微流体中形成液滴通常是将一种流体引入另一种不混溶的流体，广泛用于大量生产液滴的通道几何结构包括：交叉流、共流、流量聚焦、阶梯乳化、微通道乳化、膜乳化等。目前，通道微流体依赖于泵、管道、微阀的复杂网络和精确控制。此外，由于管道微流体系统的固有特性，初始样品体积损耗巨大，样品使用率很难达到100％。但是数字微流体(DMF)可以很好地解决这些问题。
[0003]广义上的DMF，是一种微尺度的单个液滴处理技术。目前科研人员已经开发了基于热毛细管力、表面声波、介电泳、光电润湿、机械驱动和介电润湿(EWOD)力等不同DMF方法。DMF系统无需复杂的外部附件，在众多方法中，基于EWOD的DMF是最广泛被研究和开发的方法，因为它具有高度的灵活性和可重构性。基于EWOD的DMF设备允许全电子控制，从而可以实现小尺寸和即时检测。
[0004]数字微流体的液滴生成方法包括：
[0005](1)从大电极上的大液滴中分出小液滴。相邻电极连续通电以在液滴上形成颈部；然后通过关闭前方通电电极和储存电极之间的电极来夹断颈部。随着母液滴缩回，在前方电极处形成子液滴。通过该原理可以产生低至1.2nL的液滴。
[0006](2)在多样的DMF结构上通过针头、毛细管或芯片外压力分出小液滴。这些方法的缺点是需要外部设备来实现液滴生成控制，包括阀门、注射器、泵；优点是外部设备可以确保精确地控制液滴体积。
[0007](3)片上液滴分裂。母液滴被加载到芯片中并连续分裂产生微小的子液滴。3D叶片结构和磁珠用于辅助芯片上液滴分裂过程。这种方法可以生成低至5pL的液滴。
[0008](4)通过特殊形状的电极产生液滴，例如L型电极、Y型电极。这种方法可以实现快速简单的液滴分裂。
[0009](5)通过液滴卫星喷射技术产生液滴。该技术使用DMF芯片上的EWOD力分出极微小剂量的液滴。然而，这种极微小的液滴尺寸高度不均匀，所以通常会被看作一个整体而不是单个离散液滴。
[0010]因为全电子的液滴产生过程受到许多不确定因素的影响，例如：芯片表面粗糙度、疏水涂层、介电特性、环境湿度，所以一些液滴生产系统带有电容测量和PID反馈控制功能，以生成大小均匀的液滴。DMF上的液滴生成允许单独操纵液滴。然而，由于几何结构限制，这种DMF芯片上液滴生成是低通量的。
[0011]微粒和细胞浓度对于生化反应、基于微珠的免疫测定和细胞生物学的片上样品制备至关重要。数字微流体中有很多方法可以富集微粒或者细胞，包括：(1)介电泳力，微粒或
细胞被DEP力吸引或排斥到液滴的一侧，然后液滴分裂以产生包含粒子的液滴；(2)光电镊子，可以使用光电镊子根据光学或介电特性的差异从种群中挑选特定细胞，并使用EWOD将其分离成单独的液滴；(3)磁力辅助，用磁体固定磁珠，用EWOD力将未结合的物质与上清液中的子滴移走。这些方法需要外部能源(激光、磁铁)和控制系统或高频交流电(DEP)辅助。目前，可以实现微粒和细胞富集的全电子和仅基于EWOD的方法还有没被开发出来。
[0012]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的在于提供一种基于电润湿现象的液滴生成方法及应用，旨在实现母液滴的全方位喷射，提供一种快速、高通量的液滴喷射方法。
[0014]本专利技术是这样实现的：
[0015]第一方面，本专利技术提供一种基于电润湿现象的液滴生成方法，包括：将母液滴置于数字微流控芯片的底板上的电极区域内，施以高压电信号，当电信号撤去时，母液滴喷射形成大量微小子液滴；在喷射过程中，所述底板上电极的通电面积为所述母液滴截面积的2倍以上。
[0016]在可选的实施方式中，在喷射过程中，底板上电极的通电面积为母液滴截面积的100倍以上。
[0017]在可选的实施方式中，在喷射过程中，底板上电极的通电面积为母液滴截面积的140
‑
160倍。
[0018]在可选的实施方式中，母液滴包括主体溶液和表面活性剂；母液滴的体积为1nL
‑
10μL。
[0019]在可选的实施方式中，DMF芯片还包括与底板相对的顶板，在顶板和底板之间设置有垫片，以形成空腔，母液滴是在空腔内进行喷射。
[0020]在可选的实施方式中，底板上的电极的喷射电压有效值为100伏以上，喷射频率为1
‑
3000Hz；
[0021]优选地，底板上的电极的喷射电压有效值为175
‑
1000伏，喷射频率为50
‑
1000Hz。
[0022]在可选的实施方式中，顶板和底板之间的间距为10
‑
500μm；优选为50
‑
200μm。
[0023]在可选的实施方式中，在对底板上的电极进行通电之前，在空腔内填充油类物质。
[0024]在可选的实施方式中，底板包括第一基板和位于第一基板上的图案化电极，图案化电极是由导电材料对电极进行图案化形成，在底板靠近顶板的表面上涂覆有电介质层和位于电介质层上的疏水层；顶板包括第二基板，第二基板靠近底板的表面上涂覆有疏水层；
[0025]所述电介质层的厚度为500nm
‑
100μm，所述第一基板和所述第二基板上的所述疏水层的厚度为10nm
‑
100μm；
[0026]优选地，电介质层的厚度为8
‑
15μm，第一基板和第二基板上的疏水层的厚度为100nm
‑
1μm；
[0027]优选地，在喷射时，向底板上的电极施加交流信号，以使接触顶板和底板的液滴进行喷射。
[0028]第二方面，本专利技术还提供上述任一实施方式中的液滴喷射方法在数字PCR、生化反应样品制备、微粒富集或微粒分散中的应用。
[0029]本专利技术具有以下有益效果：通过采用通电面积较大的大电极，将母液滴置于底板上的电极区域内，当电极对液滴施加电信号时，液滴在电润湿作用下产生形变增加与电极表面接触面积(呈现趴下的状态)，当电信号撤去时，液滴恢复原始形状；当电信号为交变信号，则母液滴不断重复趴下、恢复，每次恢复都会有子液滴产生，可以产生全方位喷射，是一种快速、低耗电、高通量的液滴喷射方法。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0031]图1为全方位喷射微液滴的DMF芯片示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电润湿现象的液滴生成方法，其特征在于，包括：将母液滴置于数字微流控芯片的底板上的电极区域内，施以高压电信号，当电信号撤去时，母液滴喷射形成大量微小子液滴；在喷射过程中，所述底板上电极的通电面积为所述母液滴截面积的2倍以上。2.根据权利要求1所述的液滴生成方法，其特征在于，在喷射过程中，所述底板上电极的通电面积为所述母液滴截面积的100倍以上。3.根据权利要求2所述的液滴生成方法，其特征在于，在喷射过程中，所述底板上电极的通电面积为所述母液滴截面积的140
‑
160倍。4.根据权利要求2或3所述的液滴生成方法，其特征在于，所述母液滴包括主体溶液和表面活性剂；所述母液滴的体积为1nL
‑
10μL。5.根据权利要求2所述的液滴生成方法，其特征在于，DMF芯片还包括与所述底板相对的顶板，在所述顶板和所述底板之间设置有垫片，以形成空腔，所述母液滴是在所述空腔内进行喷射。6.根据权利要求5所述的液滴生成方法，其特征在于，所述底板上的电极的喷射电压有效值为100伏以上，喷射频率为1
‑
3000Hz；优选地，所述底板上的电极的喷射电压为175
‑
1000伏，喷射频率为50
‑
1000Hz。7.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾艳伟，万谅，李浩然，刘莹莹，麦沛然，马许愿，
申请(专利权)人：澳门大学，
类型：发明
国别省市：