[发明专利]一种限制数字微流控芯片液滴单向输运的方法

说明书

技术领域

本发明属于数字微流控芯片技术领域，具体涉及一种限制液滴单向输运的数字微流控芯片电极配置方法。

背景技术

数字微流控芯片技术是一种对液滴样品进行制备，检测，反应，移动等步骤微缩在一块微米尺度芯片上的技术，它主要应用在化学，生物学和医学等领域。

现阶段数字微流控芯片主要有如下两种结构：1、不需要副电极，仅有驱动电极的数字微流控芯片（专利申请号200810038582.7 图2所示） ；2、有固定副电极，其位于上极板，驱动电极位于下极板的结构，即传统微流控芯片结构（专利申请号200810038582.7 图1所示）。副电极一般接地。以上两种芯片的电极与液滴之间均隔有介质层与疏水层，一些材料可兼作介质层与疏水层；对于第1种结构，若液滴上方存在盖板，则盖板与液滴之间隔有疏水层。

应用上分数字微流控芯片可分为通用数字微流控芯片与专用数字微流控芯片。两者间区别与集成电路中FPGA与ASIC间的区别类似：通用数字微流控芯片（EWOD Driving of Droplet on NxM Grid Using Single-Layer Electrode Patterns一文中提到）自由度较高，液滴在芯片的二维平面上的运动路径可以实时地被外加控制信号改变，可以实时进行各种基本操作，如分离，合并，拉伸等，故一般适用于实验室等研发场所。专用数字微流控芯片是为特定应用，例如病毒检测而设计的微流控芯片，芯片上电极的结构与配置已事先规划好，结合外部驱动信号就确定液滴的输运路径。

专用数字微流控芯片中，被处理的液滴会在芯片上被输运到各个不同地方经过各种处理（如加热，抗原抗体结合，添加其他物质等），沿着事先规划好的路径走完一个流程后最终产出或作为废液收集。由于液滴在经过的路径上会留下残余，为了保证液滴不被脏污，一般不允许被处理后的液滴重新回到运输未被处理液滴的路径上，此时液滴单一方向上的运动就变得很普遍。

数字微流控芯片中的两个影响性能与成本的关键点：

第一，各种环境包括外界振动以及微流控芯片本身的缺陷会导致液滴的错位，即外加驱动信号已施加，但液滴并没有移动，或者向反方向移动，甚至跑到其它不应该到达的位置。传统的纠错方法即为利用电容或摄像头实时检测液滴的位置，这无疑增加了设备成本，而且对于手持式设备而言增大了研发的复杂程度。如果有一种电极配置能够使芯片在结构上已限制死液滴的运动方向，芯片对外界信号的依赖就会降低，芯片稳定性会增加，设备中液滴位置检测的部件会变得不重要甚至可以被去掉。

第二，商业化的微流控芯片一般被设计成一次性消费品，成本是其产品能否打开市场的一个关键因素。常规的数字微流控芯片的电极配置需要对每个电极引出并进行控制（参见SOFT PRINTING OF DROPLETS DIGITIZED BY ELECTROWETTING一文中figure4），这样芯片引出电极数量会随着路径的加长，控制液滴的数量的增大而线性增长，为了布置复杂的引线有时会用到多块掩模版，从而增加芯片的复杂程度与成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种芯片稳定性好，成本低的能够限制数字微流控芯片液滴输运方向的方法。

本发明提供的限制数字微流控芯片液滴单向输运的方法，具体步骤为： 

（1）沿液滴输运路径间隔排列两组驱动电极，分别标记为A组驱动电极，B组驱动电极；

两组驱动电极间的电学相通性满足：相同标记的驱动电极间电学相通，不同标记的驱动电极间绝缘； 

两组驱动电极的结构满足：各驱动电极形状相同或相近，单个驱动电极图形无垂直于液滴输运方向的对称轴；

（2）沿液滴输运路径放置副电极C，C电极与A、B两组驱动电极间绝缘；

（3）副电极C接恒定电压，外加电压信号使A、B两组驱动电极间在时间序列内间隔产生正电势差与负电势差，使液滴沿着路径移动。

本发明所述控制液滴输运方向的方法适用于，但不局限于以下结构的微流控芯片：副电极C位于上极板，驱动电极A、B位于下极板的结构，即传统微流控芯片结构（专利申请号200810038582.7 图1所示）。

本发明中，所述在沿液滴输运路径间隔排列两组驱动电极，具体地，各驱动电极可以被置于芯片相同极板的同一层中，也可被置于芯片相同极板的不同层中，甚至可以被置于不同极板的不同层中（此种情况下上下极板均存在有驱动电极）。