[发明专利]一种光诱导电渗流混合方法

说明书

本发明提出一种光诱导电渗流混合方法，其特点在于，电渗混合流道的顶壁和底壁均为透明铟锡氧化玻璃，采用等离子体增强化学气相沉淀法在玻璃基底内侧连续沉积出光导层，并将信号发生器连接在玻璃基底边缘处以加载电信号，光线通过透镜和平面镜反射、聚焦后照射到光导层表面，光生载流子使光导层受光照区域的电导率急剧增大，从而在光照区和暗区产生不同的分压，进而在电渗混合流道内产生非均匀电场，光导层表面光斑即为光学虚拟电极，该电极能在电渗作用下于电渗混合流道中诱导产生垂直于样本试剂主流方向的流体扰动并生成涡流，涡流能使两股分层样本试剂流体迅速混合。本发明首次实现了在不预置入固定电极的直通道中微流体的高效混合。

技术领域

本发明涉及微流控领域，特别涉及微流体混合领域，主要是一种光诱导电渗流混合方法。

背景技术

微流控芯片（Micro fluidic chip）又称芯片实验室（Lab-on-a-chip），指的是把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、反应、分离和检测等基本操作单元集成到几平方厘米的芯片上，由微通道形成网络，自动完成分析过程。早期，生化应用行业的微实验室通常需要快速混合不同的流体。传统的宏观流体可以通过对流来实现混合，而微通道中的流体由于雷诺数较低，只依靠扩散来实现其混合效果较差。因此，在微系统中，为了实现微通道中流体的有效混合，经常采用依赖几何结构的被动式混合装置和使用运动部件或外力作用的主动式混合装置。

现有的被动式混合装置主要依靠内部复杂的几何结构或者对通道表面的处理来实现微通道中流体的混合，其特点是无需外部动力驱使，但流体的控制性差，极度依赖其几何结构，且其混合效果较差。而大多数主动式混合装置多为使用运动部件搅拌不同试剂而实现混合，其流体可控性强，混合效果好、效率高，但其主要运动部件结构复杂且非常脆弱，加工制造困难，成本较高，而且需要大量外部能量的输入，故很难运用到较为苛刻的实验环境中。一种替代方法是使用声场、磁场或电场等外部能量来实现垂直于不同试剂主流方向上的混合，其中应用较多的是依靠电场的方法，比如电渗流技术，其具有结构简单、无需运动构件和易于集成等特点。然而，电渗流技术基于感应电荷电渗原理，主要依靠其固定的物理金属电极，固定电极制造复杂、加工成本较高、操作困难，如何克服上述缺点，已成为相关领域技术人员所致力的目标之一。

伴随着光敏材料和数字微镜器件（Digital Micromirror Device，DMD）的发展，光诱导技术应用而生。在此基础上，我们提出了光诱导电渗流促进流体混合的技术，是一种将光学虚拟电极与电渗流方法相结合的技术，其核心是由微纳尺度光照射到光敏薄膜，会在光敏薄膜表面形成光学虚拟电极，从而引发微通道内部产生非均匀电场，在电场的作用下，由电渗流引起流场的速度梯度分布，从而形成漩涡效应，进而达到混合的目的。所以，光学虚拟电极与传统的物理金属电极一样可以产生电渗流效应，从而促进流体的高效混合。此外，用光学虚拟电极代替传统的固定金属电极，从确定芯片功能，到设计芯片并投入使用，所需周期极短，避免了复杂的芯片制造过程，降低了芯片加工成本，更重要的是，在完成试剂的混合功能之后，可以灵活地切换光学虚拟电极的图案，进一步完成其他后续步骤如试剂的反应和信号的检测等等，使得在同一芯片上同时集中完成多种功能成为可能。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何克服现有的不同流体混合装置需要预置入复杂物理金属电极的局限，而提供一种光诱导电渗流混合方法，其至少具有结构简单、低成本和操作灵活等优点。

（二）技术方案

针对上述技术问题，本发明提供一种光诱导电渗流混合方法，该混合方法包括电渗混合流道（1）、第一样本试剂流道（2）、第二样本试剂流道（3）、光导层（4）和信号发生器（5）。