[发明专利]基于介质电润湿数字微流芯片的精准液滴产生方法

说明书

技术领域

本发明属于数字微流技术领域，具体涉及基于介质电润湿数字微流芯片的精准液滴产生方法。

背景技术

基于介质电润湿效应的数字微流技术是指通过在介质结构上施加电压改变液滴在介质表面的润湿性能从而改变液滴与界面接触角以进一步对离散液滴进行操控的微流技术，它具有驱动方式简单、驱动力强、操控方便、自动化程度高等许多优点，是数字微流领域的主流技术，在LOC领域中具有非常好的发展前景。基于介质电润湿的数字微流芯片通常包括四个部分，施加驱动信号的电极层、充当电容作用的介质层、降低表面能量的疏水层以及操控对象液滴。其中，驱动电极是芯片功能中非常灵活的一部分，通过不同的电极排布、形状、尺寸等设计可以满足不同的液滴驱动功能。

在数字微流体技术中，由于操控对象是微尺度液滴，所以对液滴的量的控制有较高要求，特别是在生物化学应用中，液滴大小的精准性直接关系到反应检测的结果，精准的液滴产生、控制技术是微流体芯片商业化应用非常重要的一个环节。而在基于介质电润湿的数字微流体芯片中，普通方法的液滴产生并不能非常精准，液滴的大小往往有10%以内的误差，这主要和其液滴产生原理及其结构有关。在介质电润湿数字微流体芯片中，液滴的产生包括两个过程，一是驱动电极施加信号从蓄液池中拉出液滴，二是液滴拉出后，某个驱动电极去电使液滴部分发生断裂从而产生液滴。在传统芯片中，液滴的产生电极与驱动电极都是一样的，这样在液滴产生过程中，液滴的不规则形变，断裂位置的不确定以及快速断裂造成的震动等因素都会影响最终产生液滴的大小。因此，传统介质电润湿数字微流领域中，产生液滴的不精准是其商业化应用的重要瓶颈，虽然有文章报道可以加上连续微流精准控制泵给数字微流芯片提供精确液滴，但这显然不符合芯片实验室的集成性和便携性。因此，如何提高介质电润湿数字微流芯片液滴产生的精准性是一个亟需解决的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种精准高的基于介质电润湿数字微流芯片的液滴产生方法。

本发明目的在于提供一种基于介质电润湿数字微流芯片的液滴产生方法，主要通过数字微流芯片驱动电极的设计和驱动信号操作来实现，在液滴分裂产生处，以特殊的微细电极组成电极组代替传统的单个电极，电极组整体使用时与常规电极一致，可实现液滴拉出，而电极组内微细电极单独操作时可实现液滴平稳、精准分裂。更准确的，当液滴分裂时，不是整个电极组去电，而是电极组内的微细电极依次缓慢去电，这样避免了液滴不规则形变，而且增加了液滴分裂位置的确定性，这样每次产生的液滴大小就能保持一致，可以大大增加其精准性。具体的，本发明方法包括以下4种技术方案：

第1种，电极组由若干竖条状微细电极组成，呈矩形形状。微细电极数目和横向尺寸并不限定，如图1（a）所示，一般微细电极数目为3-8根，图1（a）中，画出5根。在需要液滴分裂产生时，将电极组内微细电极依次由内向外“去电”，即先去掉电极组中心微细电极的驱动信号，然后依次向外对称地去掉其余微细电极信号，这样在电极组上，由于中心微细电极没有驱动信号，液滴就会先从中心部分开始收缩，然后向两边扩展，哑铃状液滴中心不断变细，最后液滴中心部分达到最细，从而在电极组中心处分裂，实现液滴的产生；

第2种，电极组由若干横条状微细电极组成，呈矩形形状。微细电极数目和竖向尺寸并不限定，如图1（b）所示，一般微细电极数目为3-8根，图1（b）中，画出5根。在需要液滴分裂产生时，将电极组内微细电极依次由外向内“去电”，即对称地先去掉电极组外围微细电极的驱动信号，然后依次向内去掉其余微细电极信号，这样位于电极组上的液滴由于边缘首先不受驱动信号控制，故其体积会不断收缩，形成哑铃状，最终在电极组中心处达到最细，当电极组驱动信号完全去除时，液滴最细处分裂，实现液滴产生；

第3种，电极组由4个三角形电极组成，4个三角形顶端相对分上、下、左、右排布，使电极组为与常规电极一致的矩形形状，实际上就是把一个矩形产生电极沿对角线部分分成4个微细电极。在需要液滴分裂产生时，先对上、下2个三角形电极同时“去电”，再对左、右三角形电极同时“去电”。当同时去掉“上、下”2个三角形电极的驱动信号时，电极组上液滴由于上下边缘部分不受驱动信号控制，而收缩集中在电极组中心处；其次，当同时去掉“左、右”2个三角形电极的驱动信号即电极组驱动信号完全去除时，哑铃状液滴在中心发生分裂，从而实现液滴的产生；