[发明专利]一种基于条状的梯度阵列与楔形流道构成的自驱动纸基微流控芯片

说明书

本发明公开了一种基于条状的梯度阵列与楔形流道构成的自驱动纸基微流控芯片的结构设计和制备方法。自驱动微流控芯片流道由两部分组成：一个是楔形状的流道，提供拉普拉压力梯度；另外一个楔形流道内部的条带状梯度阵列，通过改变亲疏水面积分数，以提供润湿梯度力。本发明涉及的条状梯度阵列与楔形流道所构成的润湿梯度表面相较其他梯度润湿表面能够提供更大的润湿驱动力，更容易实现液滴的自驱动。该设计方法在平面微流控系统中可省去外力驱动系统等辅助设备，更易实现微流控系统的微型化和便携化。而且所需设备简单，操作简便、对制作环境在空气中即可实施。

技术领域

一种基于条状的梯度阵列与楔形流道构成的自驱动纸基微流控芯片。

背景技术

人们对梯度润湿表面的研究最早起源于1855年，Thmson对“葡萄酒的眼泪”这一现象进行了解释。他认为，由于酒精挥发，在酒杯内壁形成由下而上酒精浓度逐渐减小的梯度浓度薄膜，因而在侧壁表面形成表面张力梯度，诱导液滴向上运动。液滴在阵列梯度表面的定向润湿性在诸多领域都有良好的应用，纸基微流控便是其中一个重要的组成部分。纸基微流控芯片所展现出的巨大潜能使得它注定要成为被深度产业化的科学技术。这种判断首先当然是源于至全球性产业转型需求的不可逆转，需求加剧，进程加快。我国作为作为世界上最大的发展中国家，在对转型技术方面的需求更为强烈。纸基微流控芯片正直接面向社会各行各业的实际需求，在包括疾病诊断、药物筛选、材料合成、环境检测、食品安全、司法鉴定、航空航天等在内的各个领域开拓运用，前景可观。且非常合适于一些资源匮乏的地区或国家。

本发明涉及一种基于条状的梯度阵列与楔形流道所构成的润湿梯度以实现液滴自驱动的功能层及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种新颖的梯度表面，构造带有精准设计的条状梯度阵列的楔形流道，可使得流道内外的亲疏水性差距增大，防止液滴扩散到流道外并能解决精度不足的问题的纸基微流控芯片的图案结构设计和制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于条状梯度阵列与楔形流道的自驱动纸基微流控芯片，包括楔形流道，楔形流道的楔形角为4°；流道的方向为：从较窄的初始端到较宽的末端；所述楔形流道内部具有功能图案，所述功能图案沿流道方向分为多个分段区域；每个分段区域中的功能图案由若干个带状区域的亲水图案和若干个条状的疏水图案交替拼接而成；所述条状的疏水图案关于楔形流道的中间轴左右对称，每个分段区域的条状的疏水图案与楔形流道的中心轴线方向平行；从楔形流道的始端至末端，条状的疏水图案的宽度不变，相邻两个疏水图案之间的间距逐渐增大，条状疏水图案逐渐减少，从而亲水面积增大。所述楔形流道提供拉普拉压力梯度；通过改变楔形流道内部的亲疏水面积分数，提供润湿梯度力。

进一步地，所述功能层图案结构分为10个分段。

进一步地，所述流道最外侧为疏水性条状图案结构，构成楔形通道，防止液滴扩散到流道外。

自驱动纸基微流控芯片的制备方法，该方法为：对一疏水的楔形基底进行光刻，构建亲水的图案。

本发明的有益效果：

(1)本发明所需设备简单，操作简便、对制作环境要求简单(在空气中即可实施)，制备好的超疏水涂层能够喷涂或旋涂到纸基上(其他任何基底也适用)；掩膜板采用打印技术，制作成本低廉；

(2)本发明克服以往润湿梯度难以调控的局限，只需在掩膜板上设计阵列梯变化的条状掩模图案和楔形流道的图案，便可得到基于条状的梯度阵列与楔形流道所构成的润湿梯度表面；本发明涉及的条状梯度阵列与楔形流道所构成的润湿梯度表面相较其他梯度润湿表面能够提供更大的润湿驱动力，更容易实现液滴的字驱动。

(3)水能在纸基表面(其他表面也适用)上实现方向性的自驱动，不需要外力驱动，该设计方法在平面微流控系统中可省去外力驱动系统等辅助设备，更易实现微流控系统的微型化和便携化。

附图说明