混合式数字微流控芯片及液滴驱动方法技术

本发明专利技术公开了一种混合式数字微流控芯片，包括：下极板，下极板包括从下往上依次设置的下基底、电极层、介电层和下疏水层；上极板，位于下极板的上方且与下极板之间具有间距，上极板在下极板上的投影覆盖部分下极板，以将下极板分隔为封闭区和开放区，上极板包括上导电基底、设置在所述上导电基底下表面的上疏水层。本发明专利技术还公开了一种液滴驱动方法。本发明专利技术将数字微流控芯片的封闭式和开放式结构集成在同一个芯片上，弥补了两种结构的不足，使其在液滴物理操作中既具有封闭式结构的通用性又具有开放式结构对检测系统的易集成性；降低液滴驱动电压，减小对液滴内生化物质的损坏；简化并自动化基于数字微流控的生化分析实验，保证实验的可重复性。实验的可重复性。实验的可重复性。

【技术实现步骤摘要】
混合式数字微流控芯片及液滴驱动方法


[0001]本专利技术涉及数字微流控
，尤其涉及一种混合式数字微流控芯片及液滴驱动方法。

技术介绍

[0002]数字微流控是一种用以处理和操纵体积在皮升至微升的流体控制技术。在厘米级的平面芯片上，通过一定的驱动方式操控含有细胞、蛋白质、DNA或其它样本、试剂的液滴以完成分配、输运、混合和分裂等四种基本操作，用于常规生物医学实验室的各种分析和检测。数字微流控芯片的结构主要有两种，分别是封闭式和开放式结构，两者各有独特的优势。前者不仅可以实现四种液滴基本操作，还能够提供可靠且可重复的液滴体积控制；后者虽然不易实现液滴分配和分裂，但却便于与其他液体处理和操控工具以及表面分析设备进行集成，而且液滴的混合和蒸发(用于样品的浓缩)也更容易实施。虽然可以通过将封闭式结构与在线分析方法加以集成来实现许多应用，但是实施起来往往比较麻烦，而且对于某些复杂的应用来说，需要将液滴从片上移走以便进行离线处理，如净化、生物培养或质谱评估。对于开放式结构，则需要一个非常关键的离线操作——样品加载，即需要使用微注射器将液滴加载到芯片上，该操作不仅繁琐还会影响可重复性。
[0003]因此，需要一种技术将两者优点加以整合，使其在液滴物理操作中既具有封闭式结构的通用性又具有开放式结构对检测系统的易集成性。

技术实现思路

[0004]针对现有技术不足，本专利技术的目的在于提供一种混合式数字微流控芯片及液滴驱动方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术一实施例提供的技术方案如下：
[0006]一种混合式数字微流控芯片，包括：
[0007]下极板，所述下极板包括从下往上依次设置的下基底、电极层、介电层和下疏水层；
[0008]上极板，位于所述下极板的上方且与所述下极板之间具有间距，所述上极板在所述下极板上的投影覆盖部分所述下极板，以将所述下极板分隔为封闭区和开放区，所述上极板包括上导电基底、设置在所述上导电基底下表面的上疏水层。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述上导电基底的侧面设置有侧疏水层。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述上疏水层与下疏水层之间设置有隔离件。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述电极层包括多个封闭区驱动电极、多个开放区驱动电极和开放区共面接地电极。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述上极板的右横向边缘的投影位于最右边的所述封闭区驱动电极与最左边的所述开放区驱动电极之间或者所述上极板的右横向边缘的投影位于最左边的所述开放区驱动电极上或者所述上极板的右横向边缘的投影位于最右边的
所述封闭区驱动电极上。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述上导电基底的厚度为0.5
‑
2.0mm。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述介电层与所述电极层之间设置有硅油。
[0015]一种液滴驱动方法，使用上述混合式数字微流控芯片，建立液滴运动至封闭区与开放区边界处的机电模型，分析液滴在运动至封闭区与开放区边界处时作用在液滴上的总界面力，来确定液滴在封闭区与开放区之间运动的条件，控制液滴在封闭区与开放区之间运动。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，分析液滴在运动至封闭区与开放区边界处时作用在液滴上的总界面力包括分析液滴从封闭区向开放区运动至两区边界处时作用在液滴上的总界面力、分析液滴从封闭区进入开放区但粘附在上极板侧面时作用在液滴上的总界面力和分析液滴从开放区向封闭区运动到两区边界处时作用在液滴上的总界面力。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，对于指定体积的液滴，所述条件包括上极板与下极板之间的纵向间距和/或上极板在下极板上方的不同横向位置和/或上极板的厚度。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019](1)本专利技术将数字微流控芯片的封闭式和开放式结构集成在同一个芯片上，弥补了两种结构的不足，使其在液滴物理操作中既具有封闭式结构的通用性又具有开放式结构对检测系统的易集成性。
[0020](2)通过建立机电模型，根据力平衡分析法分析得到有利于液滴在封闭区与开放区自由往返运动的条件，确定上下极板的纵向间距、上极板的横向位置以及厚度，控制液滴在芯片的封闭区和开放区之间自由往返运动，降低液滴驱动电压，减小对液滴内生化物质的损坏。
[0021](3)简化并自动化基于数字微流控的生化分析实验，保证实验的可重复性。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，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的附图。
[0023]图1为本专利技术的优选实施例的混合式数字微流控芯片的主视结构示意图；
[0024]图2为本专利技术的优选实施例的混合式数字微流控芯片的下极板封闭区和开放区电极结构示意图；
[0025]图3为本专利技术的优选实施例的液滴在封闭区和开放区边界处的界面力分析图；
[0026]图4为本专利技术的优选实施例的三种不同的上极板横向位置示意图；
[0027]图5为本专利技术的优选实施例的液滴在上极板的横向位置模式I和模式Ⅱ下在封闭区和开放区之间作自由往返运动图；
[0028]图6为本专利技术的优选实施例的上极板厚度分别为0.5mm和1.5mm的液滴在封闭区与开放区之间的运动图；
[0029]图7为本专利技术的优选实施例的上极板厚度分别为0.5mm和1.5mm的液滴运动到封闭区与开放区边界处的状态图；
[0030]图中：1、下极板，11、下基底，12、电极层，121、封闭区驱动电极，122、开放区驱动电极，123、开放区共面接地电极，124、储液池电极，125、电极连接线，126、接触垫电极，13、介电层，14、下疏水层，15、硅油，2、上极板，21、上导电基底，22、上疏水层，23、侧疏水层，3、隔离件，4、液滴。
具体实施方式
[0031]为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0032]如图1、图2所示，本申请实施例提供了一种混合式数字微流控芯片，包括下极板1和上极板2。其中，下极板1包括从下往上依次设置的下基底11、电极层12、介电层13和下疏水层14。上极板2位于下极板1的上方且与下极板1之间具有间距，上极板2在下极板1上的投影覆盖部分下极板1，以将下极板1分隔为封闭区和开放区，上极板2包括上导电基底21、设置在上导电基底21下表面的上疏水层22。
[0033]具体地，上导电基底21为硬性基底。更具体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合式数字微流控芯片，其特征在于，包括：下极板，所述下极板包括从下往上依次设置的下基底、电极层、介电层和下疏水层；上极板，位于所述下极板的上方且与所述下极板之间具有间距，所述上极板在所述下极板上的投影覆盖部分所述下极板，以将所述下极板分隔为封闭区和开放区，所述上极板包括上导电基底、设置在所述上导电基底下表面的上疏水层。2.根据权利要求1所述的混合式数字微流控芯片，其特征在于，所述上导电基底的侧面设置有侧疏水层。3.根据权利要求1所述的混合式数字微流控芯片，其特征在于，所述上疏水层与下疏水层之间设置有隔离件。4.根据权利要求1所述的混合式数字微流控芯片，其特征在于，所述电极层包括多个封闭区驱动电极、多个开放区驱动电极和开放区共面接地电极。5.根据权利要求4所述的混合式数字微流控芯片，其特征在于，所述上极板的右横向边缘的投影位于最右边的所述封闭区驱动电极与最左边的所述开放区驱动电极之间或者所述上极板的右横向边缘的投影位于最左边的所述开放区驱动电极上或者所述上极板的右横向边缘的投影位于最右边的所述封闭区驱动电极上。6.根据权利要求1所述的混合式数字微流控芯片，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈立国，王鹤，申浩，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：