[发明专利]一种基于介电电泳/电浸润效应的微流芯片

说明书

一种基于介电电泳/电浸润效应的微流芯片，包括从上至下依次层迭的基底层、纵向驱动电极层、介电层、疏水涂层、液滴层、疏水涂层、介电层、横向驱动电极层、基底层；两层疏水涂层由支撑层隔开；所述纵向驱动电极层包含M个纵向驱动电极条，所述横向驱动电极层包含N个横向驱动电极条，所述横向驱动电极条与所述纵向驱动电极条纵横交错，每一个交错点形成一个控制单元，所述微流芯片由M×N个驱动电极阵列来进行控制。本发明微流芯片可以大幅减少使用外接线，以使电极阵列中央部方的电极可以被独立控制的方法，且该方法易于设计和制作。

技术领域

本发明涉及一种微流芯片，具体涉及一种基于介电电泳/电浸润效应、以M + N微电极形成M×N微电极阵列来进行控制的微流芯片。

背景技术

微流控芯片是由瑞士的Manz和Widmer在20世纪90年代首次提出。它拥有试剂耗费少﹑样本取样量小﹑分析反应快﹑能量损耗低﹑易于集成和实现高通量分析等多个优点，所以在往后的20年里，科研界投入大量精力对微流控技术进行研究；同时，工业界也进一步对微流控芯片进行改进及生产。同时各式各样的微流控芯片设计，也陆续被申请专利。

数字微流控是源于微流控技术的一项新技术。微流控技术中流体只要求其中一维达至微米级，便可称为微流。在微流控技术之下，现在有分为连续微流和数字微流。因为数字微流的可控参数比连续微流多，因此，相比连续微流，数字微流控较迟获得发展。

在很多不同应用场景，都需要同时间在同一块芯片上，对多个样本进行一系列相似但不一样操作。例如在医学检测方面，医生为病人进行癌症药物筛选测试时，便需要同时间对癌细胞进行多种药物的反应测试，从而筛选哪一种药物对该病人最为有效；在不明化学物质检测方面，亦需要相似模式的测试。医学界近来发现到越来越多的基因变种，化学界也发明出越来越多不同物质，使得集成及高通量分析技术变得越来越重要，促进了微流控集成及高通量处理技术的研究开发和应用。数字微流因为可以把液滴逐一移动/反应，特别适合于集成及高通量处理，近年来成为研发的重点领域。

现时微流技术中微液滴或者微颗粒的驱动方法主要有：改变正前方亲水性而吸引向前移动、在正后方施加压力而推动向前移动、以及在正前方施加电场而吸引向前移动。受益于电路技术的发展成熟，大部分已进入应用和生产的微流专利技术中的驱动部分，均使用在正前方施加电场而吸引向前移动方法，即利用介电泳/电浸润效应。

介电泳是介电常数较低的物体在非匀强电场中由于极化作用而受介电力产生的定向运动，可以有效实现微米离子的精确定位、分离、收集、捕捉和运输等。介电力大小与物体是否带电无关，与物体的大小、电学性质、周围介质的电学性质以及外加电场的场强、场强变化率、频率有关。

电浸润是指通过改变液滴与绝缘基板之间电压，来改变液滴在基板上的润湿性，即改变接触角，使液滴发生形变、位移的现象。所谓润湿是指固体表面的一种流体被另一种流体所取代的过程。液体在固体表面能铺展，固液接触面有扩大的趋势，即液体对固体表面的附着力大于其内聚力，就是润湿。液体在固体表面不能铺展，接触面有收缩成球形的趋势，就是不润湿，不润湿就是液体对固体表面的附着力小于其内聚力。电浸润可以有效实现微米离子的精确定位、分离、收集、捕捉和运输等。电浸润的能力大小与物体的大小、电学性质、周围介质的电学性质以及外加电场的场强、场强变化率、频率有关。

在基于介电电泳/电浸润效应的微流芯片的控制方面，现有技术大致可分为两个类别。一是在基底玻璃加上控制电极，然后再单独加上高电压，因为没有接地电极，因此，电极上方便会形成浮动电压，只要浮动电压足够高，便可出现介电容效应。二是在基底玻璃加上控制电极，而盖面玻璃则使用导电玻璃，再加以接地，因而整片盖面玻璃便可以成为接地电极。例如， CN 108889353 A及CN 108795708 A公开的技术方案。但上述专利的关键技术不是在控制方面，只是在控制方面用了以上方法。