[发明专利]一种光控全无机EWOD器件

说明书

本发明提供一种光控全无机EWOD器件，包括：衬底以及由下往上依次设置于衬底上的无机光导电层、无机介质层和超疏水表面层，其中，无机光导电层的两端刻蚀有偏置电极。本发明利用具有光电导效应的无机材料作为虚拟电极代替像素化电极，利用高介电常数无机材料作为介质层，利用无机材料制作微纳结构作为超疏水表面，可以实现对EWOD器件的优化。

技术领域

本发明具体涉及一种光控全无机EWOD器件。

背景技术

介质上电润湿(electrowetting on dielectric，EWOD)技术是近二十年来迅速发展起来的数字微流控器件的一个重要分支。通过向芯片电极阵列馈送序列电压信号，EWOD芯片可以实现对每个离散液滴的复杂操作，是实现全集成芯片实验室最具优势的技术。EWOD芯片不需要预制的微通道，仅通过可编程的电信号诱导的液滴表面张力变化即可控制液滴在二维平面上进行产生、分离、移动和合并等。图1为EWOD数字器件工作原理图。液滴的驱动压力差为：

式中，γ_LG为液体在空气中表面张力，θ_b0和θ_b为加电压前后液滴与驱动电极表面的接触角(外加电压改变了液体的湿润性，即接触角，是数字微流技术的核心)，ε_r是疏水材料(图中的Teflon)的介电常数，t为该层膜的厚度。

可以看到，决定EWOD芯片功能和性能的主要有三部分：电极、介质层、疏水层。电极的设计决定操纵液滴的大小、数量、精度等；介质层决定液滴驱动所需的电压、以及芯片的耐击穿性能；疏水层决定液滴在固体衬底表面的状态从而影响液滴的驱动效果和芯片的稳定性。然而，液滴只能在电极位置的表面进行控制，在需要同时控制多种液体样品的复杂生物医学过程中，对电极数量或电极阵列的要求很高，因此对于需要进行高通量液滴操作的系统，EWOD会遇到布线瓶颈。同时，在传统EWOD电极阵列上驱动液滴，往往需要较大的驱动电压(几十～几百伏)，这不仅给实现EWOD集成微小型系统带来困难，在驱动具有生物大分子的溶液时，较大的驱动电压还容易将介质层材料击穿，导致器件表面受损，无法持续操纵液滴。另外，目前在EWOD芯片上应用较多的等有机疏水涂层材料的稳定性和耐久性不足，难以保证芯片表面疏水性能的长时间稳定性，且存在不可重复使用的问题。

综上，基于像素化电极的EWOD器件还存在以下问题：

1.在驱动液滴时，液滴体积，数量和位置受到电极大小、数量和位置的限制液滴运动路径自由度较低，由于受到电极位置限制，无法保证到达器件上任意位置；

2.当电极数量较多时，器件会遇到布线瓶颈；

3.基于SU8等有机材料的介质层击穿场强较低，在器件工作时容易发生不可逆的损坏；

4.基于Teflon等有机材料的超疏水表面层稳定性不足，同时表面易与含有生化物质的液滴发生反应或黏附，大大增加了对操纵液滴性质产生影响的风险。

因此，需要设计一种能够解决上述问题的EWOD器件。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种光控全无机EWOD器件。

本发明提供了一种光控全无机EWOD器件，具有这样的特征，包括：衬底以及由下往上依次设置于衬底上的无机光导电层、无机介质层和超疏水表面层，其中，无机光导电层的两端刻蚀有偏置电极。

在本发明提供的光控全无机EWOD器件中，还可以具有这样的特征：其中，超疏水表面层采用超疏水微纳阵列，该超疏水微纳阵列由多个微柱排列组成，且各个微柱的直径为1μm～2μm，相邻两个微柱之间的间距为1μm～2μm。

在本发明提供的光控全无机EWOD器件中，还可以具有这样的特征：其中，超疏水微纳阵列采用的材料包括但不限于硅、氧化锌以及氧化钒。