[发明专利]一种基于y切铌酸锂晶片的微液滴输运方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微液滴操控技术，具体是一种芯片结构简单、输运动作调 控灵活、具有非局域光响应特点的微液滴输运方法。

背景技术

微液滴操控技术通常用于生物、化学、医学分析过程中的微量药剂及流体 样品的分离及输运，可应用于集成培养、反应、分离、检测等基本操作单元于 一体的微流控芯片设计和开发，对生物医疗、药物诊断、食品卫生、环境监测 以及分子生物学等领域的发展都具有非常重要的意义。

2003年，W.H.Grover等人(Monolithicmembrancevalvesanddiaphragm pumpsforpracticallarge-scaleintegrationintoglassmicrofluidic devices，Sens.ActuatorsB，89，315-323(2003))，利用两层玻璃和一层PDMS 组成的微气泵装置，通过充放气的方法实现了对微流体的输运，该方法需要鼓 入空气，容易造成液体污染，其次该方法中液体需要经过固定的腔室，输运方 向和输运速度大小均不可调控，并且该方法只适于对连续微流体的输运，不能 实现对微液滴的输运。

2010年S.Y.Park等人(Single-sidedcontinuousoptoelectrowetting (SCOEW)fordropletmanipulationwithlightpatterns，LabonaChip， 10，1633-1740(2010))利用光电润湿法实现了对微液滴的输运。他们在玻璃 片上覆盖一层光电导氢化非晶硅膜，再在其上旋涂一层输水膜，并在装置两端 制备两个电极，将微液滴置于输水膜上，通过光照来改变材料的电导率进而改 变液滴前后部位压降，再进一步改变其前后部位的润湿性，以此来驱动液滴。 该方法可以对体积大于250pL的液滴进行输运，但其需要制备光电导层和输水 层且需要在芯片基底上制备电极，芯片结构复杂。该方法可以通过控制光学投 影的速度对液滴的输运动作进行一定操控，但由于该方法需要经过多个响应过 程来间接驱动液滴，因此无法精确灵活地控制液滴的输运动作。此外，该方法 利用了材料的局域光响应特点，因此微液滴与光斑位置重合，光照会造成液滴 温升，不仅会加快液滴蒸发，还有可能引起液滴变质。

2013年，王崇智利用介电润湿(EWOD)的方法实现了微液滴的输运(专利 申请号为：201380001336.3)，液滴在具有多个电极的平板上依次受到电极的润 湿作用而移动，其方法需要在芯片基底上制备多个电极，其结构特殊且不可调 整，芯片结构复杂；该方法通过顺序致动电极来改变芯片不同部位的润湿性，来 间接驱动液滴，无法精确灵活地控制液滴的输运动作。此外，该方法要求被输运 的液滴与芯片的接触面积必须大于单个电极的截面面积，无法完成较小液滴的 输运，所以该方法只能对较大的微液滴进行输运，无法适应未来微流控芯片高 度集成化的要求。

最近，M.Esseling等人(Optofluidicdropletrouter.Laserand Photonicsreviews，9，98-104(2015))，以z切铌酸锂晶片做基底，利用该 材料光折变空间电荷累积所产生的介电泳力，实现了对具有一定初速度的微液 滴的定向输运。该方法不需要制备多种薄膜也不需要固定的电极结构，利用铌 酸锂的空间电荷分布获得虚拟电极，使芯片结构得到了极大的简化，该方法能 对体积大于1.2nL的液滴进行输运。其缺点主要体现在：该方法实现的是对流 体的路由操作，要求微液滴具有一定初速度，无法输运静止的液滴，更不能对 液滴的输运方向以及输运速度进行灵活的控制。该方法中虚拟电极的形成需要 激光和空间光调制器组成的掩膜光照系统对铌酸锂基底进行预处理，成本较高。

发明内容

目前已报道的微液滴输运方法存在芯片结构复杂、输运动作调控性差、局 域光响应等缺点。针对上述问题，本发明提供一种芯片结构简单、输运动作调 控灵活、具有非局域光响应特点的微液滴输运方法。

一种微液滴输运方法，其特征在于：以y切铌酸锂晶片为芯片基底，利用 激光聚焦照射铌酸锂晶片所产生的介电泳力作为微液滴的驱动力，通过激光聚 焦光斑在铌酸锂晶片上的扫描动作带动微液滴按任意二维路径进行输运。