[发明专利]一种多功能介电泳操控微电极片上系统及其制作方法

说明书

技术领域

一种多功能介电泳操控微电极片上系统及其制作方法，属于片上实验平台的设计和微加工制造技术领域。

背景技术

介电泳技术是通过在预先设计的电极间施加一定幅度和频率的交流信号，在电极间产生非均匀电场，使在其间的被操控对象获得一定的正(负)介电泳力，从而向强(弱)电场区域移动，从而实现对微纳米材料的操控。它是一种很有潜力的微纳米级材料的操控技术，这种操控不受材料本身导电特性，材料形状等的限制，适用于所有的微纳米结构(如纳米材料，生物粒子等).因此，介电泳技术越来越受到的关注，不仅具有很重要的科学研究价值，还具有巨大的商业生产潜力，特别是在纳米材料和生物高分子操控领域。但目前还存在很多问题要解决。如：

(1)这种操控受很多种微观作用因素的影响，如，所选用的溶剂种类、悬浮液的浓度、微电极的形貌和间距、外加操控信号的幅度和频率等。对于一种具体微纳米粒子，这些因素都要通过理论计算和实验方式来进行的探索。在实验中需要很多实验条件的转换，尤其是不同形貌和间距的微电极转换。

(2)在生产和研究中，有时需要通过介电泳技术对某些材料进行进行各种操作，如搬运、排列、定位、分离和筛选等。这就要求有搭建一个操控系统，其中电极的设计和制作是很关键和复杂的步骤。

(3)随着生命科学和纳米科技的高速发展，新型的生物粒子和纳米材料不断涌现，要了解和应用它们，就需要能对其进行各种操作、观察和测试。不同介电常数，形貌和尺寸的材料在通过介电泳操控对微电极的要求都会不同，所以要根据材料来设计和制作相应的电极结构，这将会是很复杂的重复性工作。

如果能有个能预先制作好的能满足各种形貌和间距需求的微电极片上系统，将会给以上生产和研究方面问题的解决带来极大的方便。

发明内容

本发明的发明目的为了提供一种多功能介电泳操控微电极片上系统，以解决现有技术的上述问题。

本发明的另一目的是为了提供上述介电泳操控微电极片上系统的制作方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。

一种多功能介电泳操控微电极片上系统，它通过微加工技术在一个片上系统里面制作出一系列的不同形貌和间距的电极及阵列，为各种不同的待操控材料提供所需要的不同形貌和间距的微电极及阵列设计。

所述的片上系统所包含电极及阵列的种类如下：

1)点线型系列，包括不同尖角角度三角对平板型和小圆点对平板型；

这种结构是产生大电场梯度，获得较大介电泳力的最简单的一种电极设计，一直以来，人们都习惯用它来研究介电泳现象。三角型尖角电极周围的电场梯度可以由尖角的大小准确控制。因为周围电场是由电极向四周发散的，如果增大尖角的角度，可以使更多的材料在最小间距处聚集和电极间的跨接。如果减小尖角角度，介电泳区域会缩小，但在尖端四周会产生很大的电场梯度。

2)点点型系列，包括不同尖角角度三角对三角型和小圆点对小圆点；

这种电极将介电泳效应限制在电极四周很小的区域，在电极尖端处最强。这种电极可以用于少量或单根材料的定位操作。在单根材料的特性研究和器件中的应用领域，这种电极设计有着广泛的应用前景。

3)线线型系列，包括平行平板型和圆弧对圆弧；

这也是一种常用的电极结构。当电极间距很小时，可以获得大的场强，可以获得很大的介电泳力。两电极之间电场呈现高度的一致性，用它可以实现多个材料的整齐排列和跨接。

4)叉指系列，包括同指间距和不同指间距；

这种电极可以实现大量材料的整齐排列和跨接，在传感器等集体效应电学系统中有着广泛的应用。不同指间距还可以用来进行同样条件下的不同间距操控效果的对比。

5)城墙垛系列，包括交叉型和正对型；

这种电极可以使大量材料在邻近处的排列和跨接，它是材料的分离，提纯，排列，集体效应测试等操作最常用的电极阵列类型。

6)四电极陷阱结构系列，包括四个圆型、四个不同尖角角度三角型和四个方型；

这种电极可以用来对材料进行平面四方定位，同时输入两种信号，进行操控和同步测量。

7)封闭式交叉逼近型系列，包括回子型和圆形；

这种电极也是大量材料排列，定位，测试中理想的电极类型。

本发明采用的引线电路设计为以下两种方式：

1)采用引脚电极引出；引脚采用圆形或方型设计，依次排布在片上系统单元的四个边上，一般采用单层或交叉双层结构。片子内部部分电极的引出电路采用总线结构，这样可以简化引出电路。