[发明专利]一种基于EWOD的二维蜂窝状电极阵列数字微流控芯片

说明书

技术领域

本发明属于数字微流控技术领域，涉及一种数字微流控芯片，具体涉及一种基于介质上电润湿（Electrowetting on Dielectric,简称EWOD）驱动的二维蜂窝状电极阵列数字微流控芯片。

背景技术

数字微流控芯片是指以离散液滴为操作对象的微型化芯片，是片上实验室（LOC）自动化操控的重要部分。而基于介质上电润湿效应的数字微流控芯片主要包括驱动和接地电极、介质层、疏水层等部分，是以电压信号对液滴进行操控，因此具有驱动方式简单、驱动力强、操控方便、自动化程度高等许多优点，在LOC领域中具有非常好的发展前景。

对于数字微流控芯片，其批量处理及高通量是其重要功能指标，也是能否应用于芯片实验室的一个瓶颈。而基于介质上电润湿的数字微流控芯片是以电极为控制单元对液滴进行操控，因此需要大量的电极单元。传统的介质上电润湿数字微流控芯片主要有两种电极结构配置：一是分立型电极结构，二是条状电极结构。分立型电极结构是利用一定形状尺寸的分立电极对液滴进行单独操控，每一个分立电极为一个控制单元，需要一个控制信号，这样对于有M×N个控制单元的二维芯片需要M×N个控制信号，这对于多功能批量处理芯片是非常巨大的，而且电极的引线是一个瓶颈。而条状电极结构是利用两套条状的电极相互交叉组成控制单元对液滴进行操控，其优点是可以地大大减少了控制信号，如对于具有M×N个液滴控制单元的芯片只需要M+N个控制信号。但目前基于条状电极结构的数字微流芯片有两种芯片结构，一是两套条状电极均置于芯片的下极板，这样芯片制作困难，控制复杂，且存在易击穿等问题；二是两套条状电极分别置于上下极板，这虽然可以进行有效操控，但这种上极板有驱动电极的双平面芯片不易于光学检测及其它功能的集成、限制了芯片的应用范围。

因此，设计出能够实现单平面二维批量操控，但又具有较少驱动信号，且引线、制作方便的数字微流控芯片具有非常重要的意义，能够解决芯片实验室应用瓶颈以及大大拓宽其应用范围。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于液滴输运的二维数字微流控芯片，利用该芯片，可以用非常简便的引线方式和非常精简的驱动信号实现单平面二维驱动，具有制作简单、操控方便、批量处理程度高、扩展能力强等许多优点，弥补了目前数字微流控芯片的不足。

为达到上述目的，本发明提供了一种基于EWOD的二维蜂窝状电极阵列数字微流控芯片，该数字微流控芯片包含若干层电极层，该电极层之间通过若干通孔纵向连通，该电极层由若干横向互连的驱动电极形成，该驱动电极呈正多边形，每个驱动电极大小形状相同，每个驱动电极与其相邻的电极电性相反、紧密排列，每个驱动电极与其相邻的驱动电极两两电气绝缘，而不相邻（即，间隔）的同一方向的驱动电极电气相连，同一方向的驱动电极连接一个控制电极，等效的驱动电极是指连接一个控制电极，通过该控制电极能驱动液滴向同一方向运输的驱动电极。

所述的通孔是指在纵向上贯穿于多层之间，具备导电性的孔状结构。且，若干电极层之间纵向上的通孔的大小、位置完全相同。

所述的紧密排列是指相邻的正多边形驱动电极最靠近的两条边线平行，且两条边线的中心连线垂直于这两条边线。该间隔为一个统一的较小的尺寸（如30μm,数值并不做具体限定）。本发明中，所述“尺寸”一般指的是特征尺寸，如电极尺寸是指沿液滴驱动方向上有效驱动电极的对角线长度，而液滴尺寸指的是液滴的直径。

所述的驱动电极呈正六边形，每个驱动电极周围有6个驱动电极与其相邻，每个驱动电极与跟其相邻的6个驱动电极两两电气绝缘，而间隔的同一方向的驱动电极电气相连。

所述的电极层的驱动电极呈蜂窝状排列。

本发明的六边形电极的设计应当满足对于一定大小的圆形液滴，当其处于电极稳定位置时，液滴中心与所在驱动电极所在中心重合，液滴边界能够等量地覆盖周围6个驱动电极，以保证液滴能够被邻近6个电极驱动，而且在6个方向上的驱动效果是等效的。

所述的重合指的是在俯视的视角下，所述的液滴与驱动电极的形状轮廓、位置以及大小是完全一致的。

所述的覆盖指的是在芯片某一方向上，液滴的形状投影包含电极形状部分投影，而不是指液滴直接与电极接触；更为具体地，是指电极可以通过施加驱动信号对“覆盖”液滴部分进行操控。

所述的数字微流控芯片还包含：

基板，所述的电极层上设置在该基板上；

在每层电极层上还设置有介质层；及

设置在最外部与液滴直接接触的疏水层。