一種微流控芯片及其制備方法
【技術領域】
[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】
[0002]微流控芯片是利用各種微加工技術在芯片材料上加工出具有各種能夠實現(xiàn)微流體反應、分離、檢測等功能的微結構，并將這些微結構集成到便攜的芯片上，從而實現(xiàn)現(xiàn)有分析設備的微型化、集成化、便攜化和自動化。微液滴操控是微流控各應用功能的前提和基礎，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現(xiàn)了去離子水液滴的輸運。在此基礎上，Kim等人提出基于介電潤濕的、可編程的數(shù)字微流控芯片設想，即利用數(shù)字電路方式結合介電潤濕技術實現(xiàn)了對微液滴生成、輸運、分離、合并等基本操縱。數(shù)字微流控芯片制作簡單，利用電學信號對微液滴進行操控，可以精確、快速和自動完成微液滴中所攜帶的生化物質反應、制備和分離等功能。數(shù)字微流控技術具有非常高的集成性和自動化操作能力，是未來芯片實驗室的重要技術之一。
[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，微流控芯片是實現(xiàn)裝置高性能化的關鍵。近年來有不少實現(xiàn)數(shù)字微流控芯片操縱液滴的研宄，但存在著介質層漏電、工作電路驅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層制備電潤濕液滴驅動器，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致微液滴電解(吳建剛，岳瑞峰，曾雪鋒，劉理天，介質上電潤濕液滴驅動的研宄[J].中國機械工程，2005，16(4):1266-1268)。之后他們改用氧化硅作為介質層，實現(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的驅動電壓才能控制微液滴運動(岳瑞峰，吳建剛，曾雪鋒，康明，劉理天，基于介質上電潤濕的液滴產生器的研宄[J].電子器件，2007，30(4):41-45)。趙平安等采用具有高介電常數(shù)的有機鐵電聚合物材料作為介質層，只需要20V的工作電壓就實現(xiàn)了微液滴的往返運輸，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構的介質上電潤濕數(shù)字微流控器件[J].復旦學報(自然科學版)2010，49 (2): 185-189)。

【發(fā)明內容】

[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層漏電、驅動電壓過高、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有基底、驅動電極層、介質層、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、剝離形成驅動電極層；
[0008]2)在帶有驅動電極層的基底上制備介質層；
[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，所述在帶有驅動電極層的基底上制備介質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、化學氣相淀積等方法；
[0011]所述介質層可為派瑞林薄膜，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現(xiàn)對微液滴的操控。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點在于:為了實現(xiàn)在微液滴操控中克服介質層漏電、驅動電壓過高、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)明實施例所述微流控芯片的截面示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明實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)明實施例所設計基于介質上電潤濕的微流控芯片示意圖。
[0021]圖4是本發(fā)明設計的正方形驅動電極示意圖。
[0022]圖5是使用聚對二甲苯為介質層，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。
【具體實施方式】
[0024]以下實施例將結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0025]參見圖1和2，所述微流控芯片實施例從上至上依次設有基底1、驅動電極層2、介質層3、疏水層4。
[0026]圖1和2給出了基于介質上的電潤濕原理示意圖，在絕緣襯底I上為電極層2，電極材料為導電物即可，其尺寸和排布并不限定。介質層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