一种用于改善液滴偏移的液滴驱动结构及微流控芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种用于改善液滴偏移的液滴驱动结构及微流控芯片，该液滴驱动结构包括衬底层、层叠结构和疏水层；层叠结构包括至少一层导电层和至少一层绝缘层堆叠形成，层叠结构形成在衬底层上，层叠结构中的导电层通过图形化处理形成驱动电极，层叠结构中的绝缘层形成在导电层上；疏水层形成在层叠结构的绝缘层上；其中，所述层叠结构中至少最上层的绝缘层通过退火工艺进行平坦化处理形成凹坑结构，最上层绝缘层上位于下方绝缘层的凹坑结构的垂直投影位置形成用于稳定液滴位置的稳定结构。本发明专利技术通过绝缘层上形成凹坑结构并适应性的在疏水层上形成液滴稳定结构，利用液滴稳定结构限位作用将液滴驱动结构中稳定液滴位置，能够避免随着时间推移，液滴发生位置偏移的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于改善液滴偏移的液滴驱动结构及微流控芯片


[0001]本专利技术涉及微流控
，特别涉及一种改善液滴偏移的液滴驱动结构及微流控芯片。

技术介绍

[0002]片上实验室(Lab on a Chip,LOC)研究的终极目标，是将功能各异的多个单元或模块，在微尺度上连接并存，并协同完成样品制备、生物与化学反应、分离检测等一系列复杂的生化分析工作。最终可以把生物和化学等领域中所涉及的所有功能模块集成在一块几平方厘米的芯片上，直接应用于生物化学检测、环境快速检测等。但是，现有已经逐步开展应用的片上实验室，其核心的关键功能实现——微流体驱动，主要以压力驱动、热驱动等方式进行，需要从外界提供动力，驱动的流体量相对较大，流道驱动组件多、功耗高，且驱动方式不具有不同器件间的通用性，无法发挥作为微流体基本操作单元“液滴”的有效功能。因此，形成一种有效、易于操作的微流体平台级液滴操控方法，对后续片上实验室的发展，具有至关重要的作用。
[0003]基于介质上的电润湿效应(Electrowetting
‑
On
‑
Dielectric，EWOD)是在金属电极与液体之间加入一层绝缘层薄膜，当在液体和电极之间施加一定的电压后，液固表面张力会发生可逆性的变化，这表现为液滴在固体表面接触角的变化。当液滴接触角发生对称均匀变化时，液滴在宏观上表现出从球形液滴铺展为液膜的过程。而如果接触角发生非对称变化时，就出出现两侧液滴两侧接触线处的表面张力出现梯度，进而使得液滴的发生迁移和运动，这也是在片上实验室中进行液滴操控的理论基础。
[0004]数字微流控是利用电信号调控驱动器件表面液滴的表面张力，从而实现液滴迁移的驱动力。然而，当液滴处于器件表面时，当长时间驱动或者长时间去掉驱动信号时，液滴并不能稳定处于所驱动器件的上方，而随着时间的推移，液滴出现位置的飘移。现有微流控芯片上液滴漂移控制通常是通过对电极做特殊设计，或者是通过施加脉冲信号对液滴的位置进行驱动，从而实现液滴位置的限制，但上述方案均不适于在不加电的状态下稳定液滴位置，并且长期加电驱动存在因高压导致击穿，能耗高等问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种能够稳定液滴位置，便于液滴驱动的液滴驱动结构及微流控芯片。
[0006]为实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种用于改善液滴偏移的液滴驱动结构，包括衬底层、绝缘层和导电层交错堆叠形成的层叠结构和疏水层；所述层叠结构包括至少一层导电层和至少一层绝缘层堆叠形成，所述层叠结构形成在所述衬底层上，所述层叠结构中的导电层通过图形化处理形成驱动电极，所述层叠结构中的绝缘层形成在所述导电层上；所述疏水层形成在所述层叠结构的绝缘层上；其中，所述层叠结构中至少最上层的绝缘层通过退火工艺进行平坦化处理形成凹坑结构，最上层绝缘层上位于下方绝缘层的凹坑结
构的垂直投影位置形成用于稳定液滴位置的稳定结构。
[0007]进一步，所述层叠结构中包括多个绝缘层和多个导电层，所述多个导电层和所述多个绝缘层层叠交错设置，并且所述多个导电层通过图形化形成驱动电极阵列，所述多个绝缘层中最上层绝缘层形成有所述凹坑结构。
[0008]进一步，所述多个绝缘层包括第一绝缘层和第二绝缘层，所述多个导电层包括第一导电层和第二导电层；
[0009]所述第一导电层形成在所述衬底层上并图形化形成第一驱动电极；
[0010]所述第一绝缘层形成在所述第一导电层上并通过固化和图形化处理在所述第一导电层局部形成连接窗口；
[0011]所述第二导电层形成在所述第一绝缘层上并通过图形化处理形成第二驱动电极，所述第二驱动电极透过所述连接窗口与所述第一驱动电极连接并覆盖连接窗口的凹坑结构；
[0012]所述第二绝缘层形成在所述第二导电层上通过退火工艺进行平坦化处理以在所述第一绝缘层的凹坑结构上方的所述第二绝缘层上保形形成凹坑结构；
[0013]所述疏水层设置在所述第二绝缘层上并在所述凹坑结构的垂直投影位置形成有所述稳定结构。
[0014]进一步，所述多个绝缘层包括第一绝缘层、第二绝缘层和第三绝缘层，所述多个导电层包括第一导电层、第二导电层和第三导电层；
[0015]所述第一导电层形成在所述衬底层上并图形化形成第一驱动电极；
[0016]所述第一绝缘层形成在所述第一导电层上并通过固化和图形化处理(局部曝光、固化和平坦化处理)在所述第一导电层局部形成第一连接窗口；
[0017]所述第二导电层形成在所述第一绝缘层上并通过图形化处理形成第二驱动电极，所述第二驱动电极透过所述第一连接窗口与所述第一驱动电极连接并覆盖第一连接窗口的凹坑结构；
[0018]所述第二绝缘层形成在所述第二导电层上并通过固化和图形化处理在所述第二导电层局部形成第二连接窗口；
[0019]所述第三导电层形成在所述第二绝缘层上并通过图形化处理形成第三驱动电极，所述第三驱动电极透过所述第二连接窗口与所述第二驱动电极连接并覆盖第二连接窗口的凹坑结构；
[0020]所述第三绝缘层形成在所述第三导电层上利用低温工艺热固化或高温快速退火的热固化进行平坦化处理，以在所述第二绝缘层的凹坑结构上方的所述第三绝缘层上保形形成凹坑结构；
[0021]所述疏水层设置在所述第三绝缘层上并在所述第三绝缘层上的凹坑结构的垂直投影位置形成有所述稳定结构。
[0022]进一步，所述连接窗口和所述凹坑结构的边缘形成为弧形坡度。
[0023]进一步，所述弧形坡度小于45
°
。
[0024]进一步，所述层叠结构中的至少部分绝缘层包括聚合物单体、交联剂、光引发剂、热引发剂、表面活性剂和溶剂，所述聚合物单体包括环氧树脂、丙烯酸树脂中的至少一种以及苯乙烯材料。
[0025]进一步，所述绝缘层形成的凹陷结构的深度为300微米至1微米。
[0026]本专利技术第二方面提供一种微流控芯片，包括盖板和如上述的液滴驱动结构，所述盖板盖封在所述液滴驱动结构上，所述盖板与所述液滴驱动结构之间填充有非极性液体。
[0027]进一步，所述盖板包括顶部衬底层、顶部导电层和顶部疏水层；
[0028]所述顶部导电层形成在所述顶部衬底层上；
[0029]所述顶部疏水层形成在所述顶部导电层上
[0030]本专利技术通过在液滴驱动结构的绝缘层上形成凹坑结构，同时在疏水层与凹坑结构垂直投影位置形成液滴稳定结构，利用液滴稳定结构限位作用将液滴驱动结构中稳定液滴位置，能够避免随着时间推移，液滴发生位置偏移的问题。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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。
[0032]图1A
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1B为本专利技术一实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于改善液滴偏移的液滴驱动结构，其特征在于，包括衬底层、绝缘层和导电层交错堆叠形成的层叠结构和疏水层；所述层叠结构包括至少一层导电层和至少一层绝缘层堆叠形成，所述层叠结构形成在所述衬底层上，所述层叠结构中的导电层通过图形化处理形成驱动电极，所述层叠结构中的绝缘层形成在所述导电层上；所述疏水层形成在所述层叠结构的绝缘层上；其中，所述层叠结构中至少最上层的绝缘层通过退火工艺进行平坦化处理形成凹坑结构，最上层绝缘层上位于下方绝缘层的凹坑结构的垂直投影位置形成用于稳定液滴位置的稳定结构。2.如权利要求1所述的液滴驱动结构，其特征在于，所述层叠结构中包括多个绝缘层和多个导电层，所述多个导电层和所述多个绝缘层层叠交错设置，并且所述多个导电层通过图形化形成驱动电极阵列，所述多个绝缘层中最上层绝缘层形成有所述凹坑结构。3.如权利要求2所述的液滴驱动结构，其特征在于，所述多个绝缘层包括第一绝缘层和第二绝缘层，所述多个导电层包括第一导电层和第二导电层；所述第一导电层形成在所述衬底层上并图形化形成第一驱动电极；所述第一绝缘层形成在所述第一导电层上并通过固化和图形化处理在所述第一导电层局部形成连接窗口；所述第二导电层形成在所述第一绝缘层上并通过图形化处理形成第二驱动电极，所述第二驱动电极透过所述连接窗口与所述第一驱动电极连接并覆盖连接窗口的凹坑结构；所述第二绝缘层形成在所述第二导电层上通过退火工艺进行平坦化处理以在所述第一绝缘层的凹坑结构上方的所述第二绝缘层上保形形成凹坑结构；所述疏水层设置在所述第二绝缘层上并在所述凹坑结构的垂直投影位置形成有所述稳定结构。4.如权利要求2所述的液滴驱动结构，其特征在于，所述多个绝缘层包括第一绝缘层、第二绝缘层和第三绝缘层，所述多个导电层包括第一导电层、第二导电层和第三导电层；所述第一导电层形成在所述衬底层上并图形化形成第一驱动电极；所述第一绝缘层形成在所述第一导电层上并通过固化和图形化处理在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立滨，臧金良，许诺，张淮，汪震海，安灵椿，王俊明，申研，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：