[实用新型]一种双极板结构数字微流控芯片

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于微液滴操控的数字微流控芯片，尤其是能实现微液滴生成、输运、分离及合并等功能的数字微流控芯片。

背景技术

目前，公知的基于介电润湿的双极板结构数字微流控芯片是将镀有导电薄膜的上极板作为零电极，在介电层下面的驱动电极单元和上极板零电极之间施加一定幅值的外加电压即可实现对夹持在上下极板间的微液滴进行操控。但是该种结构数字微流控芯片结构较复杂，而且限制了数字微流控芯片功能的进一步扩展，例如难于实现介电润湿和介电电泳在同一块芯片中的结合。此外，目前国内外研制的数字微流控芯片普遍存在微液滴操控电压高与介电层容易击穿的双重矛盾难题。

发明内容

为了克服现有的双极板结构数字微流控芯片中微液滴操控电压高和介电层容易击穿的不足，同时为了简化芯片结构以扩展其功能，本实用新型提供了一种双极板结构数字微流控芯片，该数字微流控芯片不仅能有效降低微液滴操控电压和提高介电层的抗击穿能力，而且可以进一步在上极板上设计其他功能的电极阵列，以实现数字微流控芯片更复杂的功能。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：数字微流控芯片从下到上依次为玻璃基底、驱动电极单元阵列、复合介电层、零电极单元阵列、厌水层以及旋涂有厌水薄膜的上极板(透明玻璃片)；芯片的加工采用微机械加工工艺(MEMS工艺)。SiO₂材料介电常数低，但是其薄膜均匀性和致密性好，Si₃N₄介电常数高，但是采用Si₃N₄作为介电层的数字微流控芯片中介电层表面存在细微颗粒，导致电压稍高时介电层便被击穿使微液滴发生电解。因此，为了降低微液滴操控电压的同时提高介电层的抗击穿能力，本实用新型依次沉积Si₃N₄和SiO₂形成Si₃N₄-SiO₂层状复合结构的介电层；此外，为了提高微液滴的操控效果，本实用新型将驱动电极单元设计为带有矩形叉齿的正方形电极单元，其中驱动电极单元左右两侧的叉齿数目分别为两个和三个。为了简化芯片结构以扩展其功能，本实用新型的零电极设计为介电层表面的圆形或正方形电极单元阵列，各个零电极单元位于相应的驱动电极单元正上方。

本实用新型的有益效果是，可以在低电压下实现对微液滴的生成、输运、分离及合并等操控，且介电层的击穿电压高；结构简单，上极板可作为其他功能(如介电电泳)的扩展。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是驱动电极单元示意图；

图3是矩形零电极单元及其布局位置图；

图4是圆形零电极单元及其布局位置图；

图中，1.玻璃基底    2.驱动电极单元     3.Si₃N₄介电层     4.SiO₂介电层     5.厌水层     6.零电极单元     7.微液滴     8.支撑柱(双面胶带)     9.厌水层     10.透明玻璃片。

具体实施方式

在图1中，利用微机械加工工艺依次在玻璃基底(1)上生成一定厚度的驱动电极单元阵列(2)、Si₃N₄薄膜(3)、SiO₂薄膜(4)、零电极单元阵列(6)，接着通过旋涂的方式沉积一定厚度的厌水薄膜(5)；利用一定厚度的双面胶带(8)支撑涂有厌水薄膜(9)的透明玻璃片(10)形成双极板结构；微液滴(10)被夹持在上下极板之间形成鼓状。

在图2所示实施例中，驱动电极单元(2)为带有矩形叉齿的正方形电极单元，其中驱动电极单元的叉齿数目为左边两个右边三个，而且每个叉齿的大小和形状均相同；各个驱动电极单元相互齿合，形成具有一定间距的驱动电极单元阵列。

在图3 a)所示的另一个实施例中，零电极单元(6)为具有一定厚度的正方形状，每个零电极单元(6)位于相应的驱动电极单元(2)的正上方，而且零电极单元(6)的表面积小于驱动电极单元(2)的表面积。

在图3 b)所示的另一个实施例中，零电极单元(6)为具有一定厚度的圆形状，每个零电极单元(6)位于相应的驱动电极单元(2)的正上方，而且零电极单元(6)的表面积小于驱动电极单元(2)的表面积