基于电润湿数字微流体芯片的液滴混合单元制造技术

本发明专利技术属于数字微流控技术领域，具体为一种基于电润湿数字微流体芯片的液滴混合单元。该混合单元主要包括入口区、混合区和出口区三大部分，通过独特的单向驱动电极和闭环性电极排布以及精简电极连接方式可以实现液滴的快速、高效、自动、可靠混合。本发明专利技术具有设计新颖、控制简单、可靠性好、实用性强及自动化程度高等许多优点，可广泛应用于各种数字微流体芯片中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数字微流
，具体涉及基于介质上电润湿的数字微流技术芯片，尤其涉及一种基于电润湿数字微流体芯片的液滴混合单元。
技术介绍
芯片实验室(Lab-on-a_chip,L0C)作为一项新兴的技术，由于具有高集成性、高精度、低耗性等许多优点，正受到越来越多的关注，具有很好的研究及应用前景。而所谓芯片实验室是指能够完成生物化学处理各个过程，将能自动完成传统实验室任务的复杂功能微小化、集成化的MEMS系统。其目标是在单个器件上集成完全的分析过程，能够完成样品提取、样品预处理、分解分离、生物化学反应、分析检测、数据处理等操做。作为芯片实验室的动力部分，微流控技术起着至关重要的作用。而基于电润湿的数字微流技术是指通过施加电压来控制单个液滴的一项微流技术，由于具有相对简单、较好的可控性及驱动能力，被认为是LOC应用中最可行，最具发展前景的技术。 目前基于电润湿的数字微流技术在实用芯片上的功能主要集中在对液体样品的分配、输运、混合、提取、分离等多种处理，而样品的混合这一功能至关重要，是数字微流芯片应用的基础部分，是芯片实验室微型化、自动化、商用化的关键。在目前的电润湿数字微流芯片中，样品的混合主要两大类方法第一类是芯片上简单直接混合，即通过驱动两种样品液滴合并，其后使合并液滴输运一段路径，在输运过程中，两种样品实现慢慢混合。这种方法其实就是利用数字微流芯片的液滴合并和输运功能，可以直接利用芯片的驱动电极，方法直接简单，不需额外功能单元。但这种方法也存在明显缺点，首先是混合速率很慢，因为它是依靠传统芯片的液滴输运过程来完成的，而传统的液滴输运只能走直线路径，这样液滴的混合效率很低，需要较长的液滴输运路径或较长的混合时间。其次，由于液滴的混合没有专用的功能单元，而液滴较长时间的混合输运会造成芯片的污染。最后，由于受芯片普通驱动电极的约束，所混合液滴的大小尺寸受限制。而第二类混合方法是采用额外的辅助方法，例如在数字微流芯片上集成声波振荡、磁力搅拌等方法进行混合，这类混合方法可以得到较好的混合效率及效果，但是需要额外的功能单元，增加了芯片的复杂度及商用成本，而且集成度低限制了微流芯片的微型化。因此，需要一种简单易行，混合效果好、混合效率高、集成度高、成本低的液滴混合功能装置以集成在数字微流芯片中，以满足芯片实验室的应用要求。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种基于电润湿数字微流芯片的液滴混合单元，以集成在数字微流芯片中，能够实现液滴的简单、高效混合。本专利技术的混合原理是基于液滴的输运，即通过将液滴以一定方式快速输运一定路径以达到自动混合的目的。本专利技术提供的基于电润湿数字微流芯片的液滴混合单元，包括三个部分第一部分是混合单元的入口区；该部分主要是牵引液滴进入混合单元，入口部分的驱动电极可以是独立电极，也可以是混合单元内部驱动电极电极的一部分，电极的形状大小并不限定，只要满足能将混合单元外液滴输运到混合单元内的混合驱动电极即可。入口的位置和数目也并不限定。第二部分是混合单元的混合区；该部分是混合单元的主要功能部分，实施对液滴的高效混合。这一部分由单向驱动电极组成。每个驱动电极首尾相靠、相互嵌套形成封闭的环状结构，使液滴的混合路径为圆环曲线。利用该设计，使液滴无论在单个电极的运动上还是整条混合路径上运动均为曲线，这样可以大大地提高液滴的混合效率；而且该部分使用精简电极相连，把相间电极电气相连，这样使整个混合单元的最小控制信号可以为两个，极大地精简了控制系统。在该部分中，混合单元的驱动电极至少为4个，但并无上限，只要能保证电极排布成环状封闭结构即可。该部分的单向驱动电极可采用如下结构方式。电极形状是不对称的分立电极，每个电极分为3个部分一是呈短棒状且顶端为圆弧的电极头部(E41)，该部分用来在开始时牵引邻近电极液滴到该电极上，顶端为圆弧形，以增加液滴驱动力；二是带有圆型缺口的 电极中部(E42)，该部分是液滴开始接触驱动电极到液滴稳定在驱动电极的过度部分，圆形缺口的作用是增加液滴驱动能力及单向性；三是方块圆弧状且尾部有缺口的电极尾部(E43)，该部分是液滴在驱动电极上的稳定部分，尾部缺口是便于和相邻电极的头部嵌套；整体的电极结构满足如下条件对于一定大小的液滴，无论其处于电极上任何位置，只要能有效覆盖电极某一部分，对电极施加驱动信号，它都能最终到达电极尾部的稳定部分； 第三部分是混合单元的出口区；该部分主要是将混合单元的液滴输出，出口部分的驱动电极可以是独立电极，也可以是混合单元内部驱动电极电极的一部分，电极的形状大小并不限定，但要满足处于该部分的液滴能有效接触到混合驱动电极从而使液滴能输入混合单元进行混合。出口的位置和数目也并不限定。 应当指出，传统的数字微流芯片的混合单元并未明确界定入口、出口，本专利技术的定义有利于液滴快速进出混合单元，并能与微流芯片的其它功能单元有效结合。这是本专利技术的创新点之一。而且，在本专利技术中，利用不对称驱动电极以及封闭的环形路径使液滴混合时的输运路径不为直线，这样能大大提高混合效率，这又是本专利技术的创新点。另外，在本专利技术中，由于使用单向驱动电极及精简电极连接方式，不需要事先知道液滴位置，只需对两个驱动电极轮流施加驱动信号即可以实现液滴的高速自动输运混合。本专利技术中，所述“单元”是指具有一定功能的多个部件的有机组合。本专利技术中，所述“液滴”是指能用于电润湿驱动的溶液滴，其成分可以是单一的生物样品、化学溶液等，也可以是多成分组成，如外面包裹着一层油膜的液滴等，其大小并不限定，可以为次微微升到若干毫升之间。本专利技术中，所述“驱动电极”是指芯片实施时对应电极的电压被置成不为O以使电润湿驱动能够发生，所述“接地电极”是指芯片实施时对应电极的电压被置成O或与O足够接近。本专利技术中，所述“相互嵌套”是指驱动电极之间有一部分几何包含区，但在电气上并不相连，以保证单液滴接触到某一驱动电极的某一部分时，其也能接触相应邻近电极的一部分。本专利技术提供的液滴混合单元具有如下显著优势 1.直接利用液滴输运功能，简单方便、易于集成； 2.具有进出口部分，能实现液滴快速进出，并能与其它部分有效结合； 3.与传统混合方法相比，具有更快的混合速率及更好的混合效果； 4.混合部分只需两个驱动信号，大大降低了控制复杂度； 5.利用独特的单向电极，可实现全自动混合，具有较高的可靠性； 6.利用独特的电极配置，可使混合驱动电极数目任意增加却不影响芯片的控制。 附图说明图I为本专利技术的液滴混合单元的一种电润湿数字微流体芯片结构示意图。图2为本专利技术的基于电润湿数字微流体芯片的液滴混合单元示意图。图3是本专利技术的一种单向驱动电极结构图示。具体实施例方式本专利技术提供的基于电润湿数字微流体芯片的液滴混合单元可以有多种具体的芯片实现方式，本实施方式只列举一种常见的数字芯片结构以说明其实施原理。应当指出，本实施方式是为了说明目的而提供，而不在意以任何方式限制本专利技术的范围。基于本专利技术的一种电润湿数字微流体芯片结构如图I所示。在衬底11上为本专利技术的混合单元驱动电极1-4。用作基板的材料并不固定，只要绝缘即可，如可以为石英、玻璃、绝缘的硅片等；而电极(包括下面所述的接地电极)可以由任何导电材料组成。应当说明，示意图的混合驱动电极只以4个为例，但其实际数目并不限本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电润湿数字微流体芯片的液滴混合单元，其特征在于由入口区、混合区和出口区三大部分组成，采用液滴快速输运方式实现混合；其中：入口区用于牵引液滴进入混合单元，入口区部分的驱动电极是独立电极，或者是混合单元内部驱动电极电极的一部分；？混合区是主要功能部分，实施对液滴的高效混合；混合区由单向驱动电极组成，每个驱动电极首尾相靠、相互嵌套形成封闭的环状结构，使液滴的混合路径为圆环曲线；出口区用于将混合单元的液滴输出，出口区部分的驱动电极是独立电极，或是合单元内部驱动电极的一部分。

【技术特征摘要】
1.一种基于电润湿数字微流体芯片的液滴混合单元，其特征在于由入口区、混合区和出口区三大部分组成，采用液滴快速输运方式实现混合；其中 入口区用于牵引液滴进入混合单元，入口区部分的驱动电极是独立电极，或者是混合单元内部驱动电极电极的一部分； 混合区是主要功能部分，实施对液滴的高效混合；混合区由单向驱动电极组成，每个驱动电极首尾相靠、相互嵌套形成封闭的环状结构，使液滴的混合路径为圆环曲线； 出口区用于将混合单元的液滴输出，出口区部分的驱动电极是独立电极，或是合单元内部驱动电极的一部分。2.根据权利要求I所述混合单元，其特征在于所述混合区的单向驱动电极采用如下结构方式电极形状是不对称的分立电极，每个电极分为3个部分一是...

【专利技术属性】
技术研发人员：李嘉，陈建锋，周嘉，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：