[发明专利]一种微流控器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微流控技术应用领域，更具体地，涉及一种微流控器件及其制备方法。

背景技术

微流控器和传感器是芯片实验室(Lab-on-a-chip)的核心器件，用以实现其样本处理和检测分析两项基本功能。芯片实验室是指在一块几平方厘米的微型基板上制作溶液流动的微小通道网络，完成生化操作和检测，用以取代常规生化实验室的各种功能，可广泛用于医药、生化、环境等领域。

微流控器件实现对样品的运输、混合、分离等处理，分为连续微流控技术和数字微流控技术。数字微流控技术进行离散操作，可实现大规模的不同液滴的并行处理，大幅度提高操作效率。工作在微纳米尺度的数字微流控技术一般通过电泳，热毛细作用，电润湿，磁性等，对表面张力进行控制以实现对微流体的操控。

近年来，随着其他驱动机制的缺陷逐渐显现，如驱动力小，难以集成液体反应器、分离器和其他功能元件等，对于声表面波(SAW)微流控器件的研究才逐渐成为热点。SAW在微流控技术领域获得了广泛关注，SAW微流控技术是利用声速在固态衬底和表面流体中的不匹配，将能量从高频声表波中传送到液滴中，称之为声流动作用。

现有技术1公开了一种以声表面波为能量源的微反应器及其反应方法，包括压电基片、用于容纳甘油微流体的PDMS微槽和用于容纳待反应物的PDMS微容器。PDMS微槽内的甘油与声表面波作用，具有给反应环境进行加热的功能。压电基片工作表面位于叉指换能器激发的声表面波的声传输路径上设有性质均一的疏水层。

现有技术2公开了一种在两个微流控芯片之间实现数字微流体输运的装置及方法。其通过压电基片上的叉指换能器提供能量，使液滴在不同微流控芯片上的疏水层之间流动。该发明不同声传输路径上涂覆的是均一的同种类疏水材料(Teflon AF1600)。声表面波的明显优势是驱动力大，运算速度快，电极网络简单，而且也可以用于连续微流控技术，但是其缺点在于难以简单的对流体进行精确控制。

介质上电润湿(EWOD)技术通过在介质层下面的电极阵列和液滴上施加电势来改变液滴与厌水层表面润湿特性，从而局部地改变液滴和固体表面的接触角，使得液滴两端产生不对称的形变，实现液滴的驱动。固液界面接触角可由Lippman-Young方程描述。

现有技术3公开了一种利用EWOD技术改进微流体技术测试的方法，通过在被测物浓缩步骤中使用EWOD技术使固着的液滴蒸发以及控制洗液液滴重复通过来作为降低非特异性结合的手段。

现有技术4公开了一种基于介质上电润湿效应的数字微流控器件及其控制方法。通过在传播路径上的相邻两个电极之间加上交替变换的电压，使液滴在不同电压的电极上浸润程度不同，通过表面张力的作用实现液滴在多个电极间的运动。EWOD器件的最大优势在于其工作电流很小，因此功耗很小，但是工作电压过高一直是EWOD微流控器件面临的主要问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种微流控器件，旨在解决现有的微流控器件难以精确控制流体，工作电压过高的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种微流控器件，包括：衬底、涂覆于所述衬底上的缓冲层、附着于所述缓冲层上的压电层、光刻于所述压电层上的电极层、涂覆于所述电极层上的介质层以及涂覆于所述介质层上的疏水层。

更进一步地，在所述压电层与所述电极层之间还包括：附着于所述压电层表面的保护层。

更进一步地，所述电极层中的电极包括：网状电极以及多个均匀排列分布于所述网状电极的四周的叉指换能器；所述网状电极由互相连接的电极块组成。

更进一步地，所述网状电极通过排布引线引出焊盘，所述焊盘用于连接外部的脉冲高频电压。

更进一步地，所述叉指换能器的电极结构可以是单叉指、双叉指、SPUDT结构或声聚焦型。

更进一步地，所述叉指换能器的电极材料为钽、铝、银或金。

本发明提供的微流控器件集成了声波驱动和EWOD两种驱动方式，可降低液滴驱动电压和声波驱动功率，更有效简化芯片制作工艺，降低制造成本。

本发明还提供了一种制备上述的微流控器件的方法，包括下述步骤：

S1：通过热氧化或溅射的方法在单晶硅衬底上形成SiO2缓冲层；

S2：通过溅射或激光脉冲沉积方法在所述SiO2缓冲层上形成压电层；

S3：通过蒸镀或溅射方法在所述压电层上形成金属电极层，并采用干法刻蚀成电极图形；

S4：通过常温氧化法在所述金属电极层上形成Ta2O5隔离层；