[发明专利]一种基于介质层上电润湿原理的电解器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于数字微流控技术领域，涉及基于介质层上电润湿原理的微流控技术及液体的电解过程，具体涉及一种基于介质层上电润湿原理的电解器件。

背景技术

芯片实验室可简单定义为能够完成生物化学处理的各个过程、能自动完成传统实验室功能的微小化、集成化微电子机械系统，其目标是在单个器件上集成完全的分析过程，具有高集成度、高精度、低消耗、智能化等优点，在生物、化学等许多领域具有非常好的前景。

作为芯片实验室的动力部分，微流控技术起着重要作用。介质上电润湿技术通过电压改变液滴在介质表面的润湿性能以对液滴进行操控，具有驱动方式简单、驱动力强、自动化程度高等许多优点，但存在功能单一、集成度低等不足。

电解在生物、化学等诸多领域中均为常用技术，而现有的电解手段大多存在产生气泡、电解产物分布不均匀、电解反应程度控制不精确、工艺条件严格、试剂用量大等问题，极大地限制了其在便携设备及芯片实验室等领域的应用。因此在数字微流控芯片中实现电解功能的集成有着极其重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够精准产生定量电解产物并将氧化产物与还原产物分割于不同液滴，同时又能够与现有微流控技术相兼容的集成化数字微流控芯片，进而在改进现有电解功能器件的基础上扩大数字微流控技术的应用范围。

为达到上述目的，本发明提供了一种基于介质层上电润湿原理的电解器件，该电解器件包含：

下极板，该下极板由第一衬底、电极层、介质层、第一疏水层从下到上依次设置构成；及

上极板，该上极板由第二衬底、接地电极和第二疏水层从上到下依次设置构成；

待电解液滴D置于第一疏水层与第二疏水层之间；其中，所述的电极层包含若干电解电极和若干驱动电极，电极两两之间电气隔离；所述电解电极嵌入设置在驱动电极中，将电解功能集成入数字微流控器件，并能实现电解产物的隔离。所述电解电极的“嵌入”指的是电解电极被数字微流芯片驱动电极包围但电气隔离，且电极是处于同一个平面上。

所述驱动电极、电解电极的形状、大小以及其“嵌入”位置并不严格限定，以实现其功能为设计准则，但电解电极尺寸在能够实现电解功能的条件下应尽量小，能够被驱动电极包围，以实现液滴能够被运输并被电解电极接触电解，而将液滴运输离开时电极上没有液体残留。

所述待电解“液滴”是指能用于介质层上电润湿驱动的液滴，其成分并不限定，可以是单一的生物样品，也可以是多成分组成；同时其大小也不限定，考虑到液滴驱动结构的限制最好为皮升到若干毫升之间。

上述的电解器件，其中，所述的电解电极由电解阳极E_p和电解阴极E_n组成，并被若干驱动电极隔开。

上述的电解器件，其中，所述电解阳极E_p和电解阴极E_n裸露设置，能与待电解液滴D直接接触。电解电极上不覆盖介质层和疏水层，通过数字微流自动化操控方法将液滴运输到电解电极实现自动化电解与液滴分裂以增强电解电极的工作效率。

上述的电解器件，其中，所述的电解电极和驱动电极均为平面电极。

上述的电解器件，其中，所述的电解电极和驱动电极的上下表面均处于同一平面。

上述的电解器件，其中，所述的第一衬底、第二衬底采用绝缘材料。

上述的电解器件，其中，所述的介质层材料选择具有一定介电常数与抗击穿能力的不导电物质，优选介电常数高且抗击穿能力强的物质，包括但不限于脂环族环氧树脂CEP、SU-8、五氧化二钽等。

上述的电解器件，其中，所述的第一疏水层、第二疏水层的材料选择能够降低液滴表面张力的材料，包括但不限于特氟龙Teflon、氟树脂Cytop等。

本发明还提供了一种基于介质层上电润湿原理的电解器件的制备方法，该方法包含：

步骤1，制备下极板：在第一衬底制备包含若干驱动电极和电解电极的电极层，其中，电解电极嵌入在驱动电极中；在电极层上制备介质层；在介质层上制备第一疏水层，并使得电解电极裸露于介质层和第一疏水层；

步骤2，制备上极板：在第二衬底上制备接地电极，再制备第二疏水层；

步骤3，将上极板、下极板组装形成所述的基于介质层上电润湿原理的电解器件。

本发明以介质层上电润湿原理为基础，提出了一种将电解功能集成于数字微流控芯片结构的新型微流控器件，通过控制数字微流控芯片中的液滴输运、液滴分裂与电解等过程对液滴进行操作，从而产生含有不同电解产物的液滴。