[发明专利]一种基于SLIPS绝缘疏水膜的半封闭数字微流控系统

说明书

本发明属于微流控芯片技术领域，具体为基于SLIPS绝缘疏水膜的半封闭数字微流控系统。本发明系统包括PCB基底、电极阵列、上电极板，以及液滴操控的控制器；电极阵列布置在作为下电极板的PCB基底表面；电极形状包括圆形和锯齿状边缘的方形两部分；圆形电极用作储液池，方形电极为驱动电极；电极阵列上方覆盖SLIPS绝缘疏水膜；上电极板采用ITO导电玻璃，其下表面覆盖SLIPS绝缘疏水膜；上电极板覆盖于电极阵列上方；上电极板可以左右移动，形成双层和单层结构结合的模式。本发明利用经修饰的光滑注液薄膜上非对称电润湿作用力完成液滴在独立电极之间的操控，可有效降低数字微流控操控成本，并能有效防止生物沉积、减少操控平面的污染。

技术领域

本发明属于微流控芯片技术领域，具体涉及一种半封闭数字微流控系统。

背景技术

随着微机电系统工艺的发展，基于介电润湿效应的数字微流控技术，因其精准、高效、快速的微液滴控制方式，在化学反应、药物合成、样本分析、生物检测等领域呈现出广阔应用前景。基于电润湿的数字微流控具有操控方式灵活、功耗低，体积小等优点。但基于电润湿的数字微流控技术仍然存在连续驱动电压高、介质层高压易击穿、电极结构及控制电路复杂、并行量低等问题。特别是基于PCB电路板构建的数字微流控方法存在镀膜工艺复杂、介质层易击穿、驱动电压高等问题。

微流控技术可分为基于通道的连续型微流体控制技术和基于单个离散液滴的数字微流体控制技术。前者加工工艺复杂，成本较高，需要刻蚀永久性物理结构来限制液体并引导流体传输，这使得芯片设计专门化，针对不同的应用场景其生产成本陡增。在此种结构中，液体被限制在封闭的管道中，优点是通量较高，不易与外界环境接触造成试剂污染；但不同液体间的混合、反应同样会造成液体试剂间的污染，且不易清洁和更换液滴。数字微流控技术则可解决上述问题，液滴生成技术的多样性，如微阀、磁场、电润湿等；电极设计的多样性，如材料和布局等，以及开放、封闭结构的灵活使用使其能够实现多场景下的使用。

早期的数字微流控技术采用微泵和微阀结构来实现液滴的驱动和离散液滴的生成，其优点是液滴生成快速并且可靠，随之而来的缺点是仍然依靠通道型结构来进行流体操控，成本较高，结构复杂以及容易造成生物或者化学污染等，不利于大规模、多场景的使用。相比之下，基于电润湿技术的液滴生成设备结构简单、易于操作、成本较低，可实现驱动电极和疏水膜的即用即换，减少液滴试剂间的污染。

利用光刻技术制备的导电电极（如ITO玻璃、贵金属）是实现介电润湿（EWOD）数字微流控的常用方法，其表面光滑、导电性能较好，流体操控时阻力较小，容易实现微流体的控制，但因其材料昂贵，刻蚀困难且成本较高、生产周期较长，因此未得到广泛的应用。近些年来由于电子制造业的发展，PCB的生产有了统一、标准化的制造设施和工艺，并且成本低，集成度高，多层结构也解决了光刻技术导致的布线困难等问题，因此越来越广泛的被用于制作EWOD器件。基于EWOD技术实现PCB上液滴的操控具有很强的灵活性，电极的大小以及双层板间的距离可以决定生成液滴的尺寸，且具有较好的均一性。封闭结构中（双层结构）能实现液滴的四种基本操作，即生成、运输、合并、分裂。开放结构则能更好的进行一些实验（如荧光监测），并且可以很方便的加入或者更换液滴，本发明结合了两种结构的优点，将其集成到同一块PCB上以实现更多场景下的使用。