一種微流控芯片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微流控芯片，特別是涉及一種微流控芯片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微流控芯片是利用各種微加工技術(shù)在芯片材料上加工出具有各種能夠?qū)崿F(xiàn)微流體反應(yīng)、分離、檢測等功能的微結(jié)構(gòu)，并將這些微結(jié)構(gòu)集成到便攜的芯片上，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有分析設(shè)備的微型化、集成化、便攜化和自動化。微液滴操控是微流控各應(yīng)用功能的前提和基礎(chǔ)，目前最主流的微液滴操控方法之一是介電潤濕法操控。Fair等人首次利用介電潤濕實(shí)現(xiàn)了去離子水液滴的輸運(yùn)。在此基礎(chǔ)上，Kim等人提出基于介電潤濕的、可編程的數(shù)字微流控芯片設(shè)想，即利用數(shù)字電路方式結(jié)合介電潤濕技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對微液滴生成、輸運(yùn)、分離、合并等基本操縱。數(shù)字微流控芯片制作簡單，利用電學(xué)信號對微液滴進(jìn)行操控，可以精確、快速和自動完成微液滴中所攜帶的生化物質(zhì)反應(yīng)、制備和分離等功能。數(shù)字微流控技術(shù)具有非常高的集成性和自動化操作能力，是未來芯片實(shí)驗(yàn)室的重要技術(shù)之一。
[0003]目前主流的數(shù)字微流控裝置由包含有疏水層、介質(zhì)層、光滑平整電極層的微流控芯片和外部電路操控系統(tǒng)組成，微流控芯片是實(shí)現(xiàn)裝置高性能化的關(guān)鍵。近年來有不少實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流控芯片操縱液滴的研宄，但存在著介質(zhì)層漏電、工作電路驅(qū)動電壓較大以及材料成本較高等諸多問題。例如吳建剛等采用了氮化硅作為介質(zhì)層制備電潤濕液滴驅(qū)動器，由于氮化硅成膜性差而且容易漏電，容易造成介電層崩潰而導(dǎo)致微液滴電解(吳建剛，岳瑞峰，曾雪鋒，劉理天，介質(zhì)上電潤濕液滴驅(qū)動的研宄[J].中國機(jī)械工程，2005，16(4):1266-1268)。之后他們改用氧化硅作為介質(zhì)層，實(shí)現(xiàn)了在微流控芯片上對微液滴的操縱與控制，但是氧化硅介電常數(shù)太低，需要70V的驅(qū)動電壓才能控制微液滴運(yùn)動(岳瑞峰，吳建剛，曾雪鋒，康明，劉理天，基于介質(zhì)上電潤濕的液滴產(chǎn)生器的研宄[J].電子器件，2007，30(4):41-45)。趙平安等采用具有高介電常數(shù)的有機(jī)鐵電聚合物材料作為介質(zhì)層，只需要20V的工作電壓就實(shí)現(xiàn)了微液滴的往返運(yùn)輸，但是疏水層使用的是美國杜邦公司的AF2400，價格非常昂貴(趙平安，周嘉，劉冉，一種單平面電極陣列結(jié)構(gòu)的介質(zhì)上電潤濕數(shù)字微流控器件[J].復(fù)旦學(xué)報(自然科學(xué)版)2010，49 (2): 185-189)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于為了克服現(xiàn)有數(shù)字微液滴控制中所較多存在的介質(zhì)層漏電、驅(qū)動電壓過高、疏水層昂貴等不足，提供可利用外加脈沖電壓實(shí)現(xiàn)微液滴的操控的一種微流控芯片及其制備方法。
[0005]所述微流控芯片從上至上依次設(shè)有基底、驅(qū)動電極層、介質(zhì)層、疏水層。
[0006]所述微流控芯片的制備方法，包括以下步驟:
[0007]I)以載玻片為基底，對載玻片進(jìn)行清洗、烘烤、活化等前處理，再依次通過旋涂、前烘、曝光、顯影、濺射、剝離形成驅(qū)動電極層；
[0008]2)在帶有驅(qū)動電極層的基底上制備介質(zhì)層；
[0009]3)配制疏水薄膜溶液，將制備好的芯片用高溫膠帶保護(hù)好，放置在配好的疏水薄膜溶液中浸泡，取出后沖洗，再用N2吹干，烘烤后，即得疏水層，完成微流控芯片的制備。
[0010]在步驟2)中，所述在帶有驅(qū)動電極層的基底上制備介質(zhì)層可采用真空氣相淀積方法，所述真空氣相淀積方法可采用溶液旋涂、物理濺射、化學(xué)氣相淀積等方法；
[0011]所述介質(zhì)層可為派瑞林薄膜，所述派瑞林薄膜可選用1.2?2 μ??的SU8 2002、I?3 μ m的派瑞林薄膜。
[0012]在步驟3)中，所述疏水薄膜溶液可采用硅烷化試劑與醇溶液混合溶液，所述硅烷化試劑可選自二氯二甲基硅烷、三甲基三甲氧基硅烷、三甲基氯硅烷、三甲基硅烷基二乙胺、六甲基二硅烷、特丁基二甲基氯硅烷等中的一種；所述醇溶液可選自乙醇、正己醇、正丁醇、正戊醇、正庚醇、脂肪醇、正十一烷醇、2-甲基-2-丁醇等中的至少一種；優(yōu)選乙醇和正己醇等比；對于疏水性硅烷，溶解時需要有機(jī)溶劑加以輔助溶解，乙醇和正己醇等比，更接近水，防止時間長了二氯二甲基硅烷會被乙醇水解；
[0013]基底浸泡其中后表面的羥基將被二甲基硅烷取代，由于硅烷化試劑分子的一端是疏水的，因此將在基底表面形成一層疏水薄膜；
[0014]所述浸泡的時間可為20min ;所述沖洗可采用乙醇或丙酮等沖洗；
[0015]所述烘烤的溫度可為90?120°C，烘烤的時間可為25?45min。
[0016]所制得的微流控芯片連接外電路，在一定的脈沖電壓下實(shí)現(xiàn)對微液滴的操控。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:為了實(shí)現(xiàn)在微液滴操控中克服介質(zhì)層漏電、驅(qū)動電壓過高、疏水層制作昂貴等方面不足，提供一種制備新型疏水薄膜的方法，制備方法簡單、操作簡便、成本極低。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述微流控芯片的截面示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明實(shí)施例所述微流控芯片的截面示意圖(加電壓V)。
[0020]圖3是本發(fā)明實(shí)施例所設(shè)計(jì)基于介質(zhì)上電潤濕的微流控芯片示意圖。
[0021]圖4是本發(fā)明設(shè)計(jì)的正方形驅(qū)動電極示意圖。
[0022]圖5是使用聚對二甲苯為介質(zhì)層，新型制備二氯二甲基硅烷疏水薄膜，電潤濕測試微液滴接觸角隨著直流電壓大小變化而改變的示意圖。
[0023]圖6是使用聚對二甲苯為介質(zhì)層，新型制備三甲基三甲氧基硅烷疏水薄膜，電潤濕測試微液滴接觸角隨著直流電壓大小變化而改變的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下實(shí)施例將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0025]參見圖1和2，所述微流控芯片實(shí)施例從上至上依次設(shè)有基底1、驅(qū)動電極層2、介質(zhì)層3、疏水層4。
[0026]圖1和2給出了基于介質(zhì)上的電潤濕原理示意圖，在絕緣襯底I上為電極層2，電極材料為導(dǎo)電物即可，其尺寸和排布并不限定。介質(zhì)層3用于絕緣液滴和電極，疏水層4用于有個較大的初始接觸角，減小遲滯，5是被用于驅(qū)動的液滴。圖1是未加電壓的液滴的接觸角，圖2是加電壓后接觸角變化，需要注意的是:電壓正極接電極材