一種基于介質層上電潤濕原理的電解器件及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)字微流控技術領域，涉及基于介質層上電潤濕原理的微流控技術及液體的電解過程，具體涉及一種基于介質層上電潤濕原理的電解器件。
【背景技術】
[0002]芯片實驗室可簡單定義為能夠完成生物化學處理的各個過程、能自動完成傳統(tǒng)實驗室功能的微小化、集成化微電子機械系統(tǒng)，其目標是在單個器件上集成完全的分析過程，具有高集成度、高精度、低消耗、智能化等優(yōu)點，在生物、化學等許多領域具有非常好的前景。
[0003]作為芯片實驗室的動力部分，微流控技術起著重要作用。介質上電潤濕技術通過電壓改變液滴在介質表面的潤濕性能以對液滴進行操控，具有驅動方式簡單、驅動力強、自動化程度高等許多優(yōu)點，但存在功能單一、集成度低等不足。
[0004]電解在生物、化學等諸多領域中均為常用技術，而現(xiàn)有的電解手段大多存在產(chǎn)生氣泡、電解產(chǎn)物分布不均勻、電解反應程度控制不精確、工藝條件嚴格、試劑用量大等問題，極大地限制了其在便攜設備及芯片實驗室等領域的應用。因此在數(shù)字微流控芯片中實現(xiàn)電解功能的集成有著極其重要的意義。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠精準產(chǎn)生定量電解產(chǎn)物并將氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物分割于不同液滴，同時又能夠與現(xiàn)有微流控技術相兼容的集成化數(shù)字微流控芯片，進而在改進現(xiàn)有電解功能器件的基礎上擴大數(shù)字微流控技術的應用范圍。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于介質層上電潤濕原理的電解器件，該電解器件包含:
下極板，該下極板由第一襯底、電極層、介質層、第一疏水層從下到上依次設置構成 '及上極板，該上極板由第二襯底、接地電極和第二疏水層從上到下依次設置構成；
待電解液滴D置于第一疏水層與第二疏水層之間；其中，所述的電極層包含若干電解電極和若干驅動電極，電極兩兩之間電氣隔離；所述電解電極嵌入設置在驅動電極中，將電解功能集成入數(shù)字微流控器件，并能實現(xiàn)電解產(chǎn)物的隔離。所述電解電極的“嵌入”指的是電解電極被數(shù)字微流芯片驅動電極包圍但電氣隔離，且電極是處于同一個平面上。
[0007]所述驅動電極、電解電極的形狀、大小以及其“嵌入”位置并不嚴格限定，以實現(xiàn)其功能為設計準則，但電解電極尺寸在能夠實現(xiàn)電解功能的條件下應盡量小，能夠被驅動電極包圍，以實現(xiàn)液滴能夠被運輸并被電解電極接觸電解，而將液滴運輸離開時電極上沒有液體殘留。
[0008]所述待電解“液滴”是指能用于介質層上電潤濕驅動的液滴，其成分并不限定，可以是單一的生物樣品，也可以是多成分組成；同時其大小也不限定，考慮到液滴驅動結構的限制最好為皮升到若干毫升之間。
[0009]上述的電解器件，其中，所述的電解電極由電解陽極匕和電解陰極E n組成，并被若干驅動電極隔開。
[0010]上述的電解器件，其中，所述電解陽極4和電解陰極E ?裸露設置，能與待電解液滴D直接接觸。電解電極上不覆蓋介質層和疏水層，通過數(shù)字微流自動化操控方法將液滴運輸?shù)诫娊怆姌O實現(xiàn)自動化電解與液滴分裂以增強電解電極的工作效率。
[0011]上述的電解器件，其中，所述的電解電極和驅動電極均為平面電極。
[0012]上述的電解器件，其中，所述的電解電極和驅動電極的上下表面均處于同一平面。
[0013]上述的電解器件，其中，所述的第一襯底、第二襯底采用絕緣材料。
[0014]上述的電解器件，其中，所述的介質層材料選擇具有一定介電常數(shù)與抗擊穿能力的不導電物質，優(yōu)選介電常數(shù)高且抗擊穿能力強的物質，包括但不限于脂環(huán)族環(huán)氧樹脂CEP、SU-8、五氧化二鉭等。
[0015]上述的電解器件，其中，所述的第一疏水層、第二疏水層的材料選擇能夠降低液滴表面張力的材料，包括但不限于特氟龍Teflon、氟樹脂Cytop等。
[0016]本發(fā)明還提供了一種基于介質層上電潤濕原理的電解器件的制備方法，該方法包含:
步驟1，制備下極板:在第一襯底制備包含若干驅動電極和電解電極的電極層，其中，電解電極嵌入在驅動電極中；在電極層上制備介質層；在介質層上制備第一疏水層，并使得電解電極裸露于介質層和第一疏水層；
步驟2，制備上極板:在第二襯底上制備接地電極，再制備第二疏水層；
步驟3，將上極板、下極板組裝形成所述的基于介質層上電潤濕原理的電解器件。
[0017]本發(fā)明以介質層上電潤濕原理為基礎，提出了一種將電解功能集成于數(shù)字微流控芯片結構的新型微流控器件，通過控制數(shù)字微流控芯片中的液滴輸運、液滴分裂與電解等過程對液滴進行操作，從而產(chǎn)生含有不同電解產(chǎn)物的液滴。
[0018]本發(fā)明提供的基于介質層上電潤濕原理的電解集成數(shù)字微流控芯片具有如下優(yōu)勢:
a)電解電極集成到數(shù)字微流控芯片驅動電極中，精簡了芯片結構，簡化了制作工藝。
[0019]b)液滴輸運及電解過程可以完全自動化，速度快，通量高，有利于含電解產(chǎn)物液滴的大量快速生成，并實現(xiàn)對液滴內部電解產(chǎn)物濃度的精準控制。
[0020]c)電解電極只占到芯片的一小部分，有利于更多功能的集成及芯片的便攜式應用，拓展了數(shù)字微流控芯片的應用范圍。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的基于介質層上電潤濕原理的電解器件的結構示意圖(縱向剖面圖)。
[0022]圖2是本發(fā)明的基于介質層上電潤濕原理的電解器件的下極板電極配置原理性示意圖。
【具體實施方式】
[0023]以下結合附圖通過具體實施例對本發(fā)明作進一步的描述，這些實施例僅用于說明本發(fā)明，并不是對本發(fā)明保護范圍的限制。
[0024]本發(fā)明提供的基于介質層上電潤濕原理的電解器件是通過電極設計和驅動信號控制來實現(xiàn)的，因此可以有多種配置方式，可以配置于各種數(shù)字微流芯片中。
[0025]本發(fā)明的原理性結構示意圖(縱向剖面圖)如圖1所示。在絕緣的第一襯底100上為本發(fā)明的驅動電極E1-E6和電解電極Ep和En，其中電解電極Ep和En分別嵌入到驅動電極E3和E5當中，但兩兩之間電氣隔離。用作襯底的材料并不固定，只要絕緣即可；電解電極材料應為滿足電解要求的金屬，而數(shù)字微流驅動電極(包括上極板電極，即接地電極105)原則上可以由任何導電材料組成，但為了簡化芯片制作工藝，優(yōu)選為與電解電極一致的材料；所有電極的大小、間隔及個數(shù)并不限定，本說明書僅以一定數(shù)目及規(guī)格的電極為例；文末附圖只為原理性示意圖，并不精確反應電極的位置及排布。
[0026]在電極上設有介質層102，其上設有疏水層103。第一襯底100、電極層101、介質層102及第一疏水層103共同構成了器件下極板201。在下極板201上放置驅動的液滴D，液滴之上為第二疏水層104，第二疏水層104上有接地電極105，其上為絕緣的第二襯底106。接地電極105的材料并不限定，但為了擴展芯片功能集成，優(yōu)選為導電透明材料，如氧化銦錫(ΙΤ0)、摻鋁的氧化鋅(AZO)等。第二疏水層104、接地電極105、第二襯底106共同構成了器件的上極板202。
[0027]本發(fā)