CN102430436A - 一种单面控制多电极簇数字微流体芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微电子生物芯片技术领域，具体为一种单面控制多电极簇数字微流体芯片。在该芯片具体结构包括下层核心部件和一个上层接地部件；下层核心部件包括呈横纵网格交错且位于同一块基板上的二维条状电极簇阵列，位于横向电极簇阵列和纵向电极簇阵列之间设有电极绝缘层。控制基板上横纵分布的条状电极尺寸远小于液滴尺寸，通过多个电极形成电极簇同时给液滴加电从而控制液滴沿早与电极簇垂直的方向运动。本发明可使得液滴在芯片上的运动更光滑和顺畅。

Description

一种单面控制多电极簇数字微流体芯片
技术领域
本发明属于微电子生物芯片技术领域，具体涉及一种数字微流体芯片。
背景技术
传统的二维数字微流体技术需要将液滴置于上下两个控制极板之间，通过加电压，使液滴在两极板之间运动。这种控制芯片，上下极板都是条状电极，均需加上周期性的电压，使得周围的控制电路和系统复杂度大大提升。而现有的单极板控制的二维数字微流体技术主要有两种类型：第一种是由方块状的电极单元构成二维单极板，虽然可以简化双层的外围控制电路，但由于其电极数量较大，随着控制精度提高，其复杂度呈2次方关系上升，不利于制备大面积微流体芯片。第二种是由条状电极简单垂直叠放，以单个电极作为控制单元驱动液滴运动，这种结构由于电极叠放相互干扰，且电极间距较大，所以液滴运动困难，缺乏实用价值。
因此，如何简化微流控芯片的控制方式，同时又能有效提高液滴的运动性能，对于生物微流体芯片的应用具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控制电路简单，液滴运动性能优越，可克服传统微流体芯片固有局限的新型数字微流体芯片。
本发明提供的数字微流体芯片，一种单面控制多电极簇数字微流体芯片，具体结构包括下层核心部件和一个上层接地部件；所述下层核心部件包括：呈横纵二层网格交错分布且位于同一块基板上的二维条状电极阵列（参见图1所示），位于横向电极阵列和纵向电极阵列之间、用于两层电极阵列绝缘的电极绝缘层，该横纵交错分布的条状电极尺寸及电极间距远小于液滴的尺寸；还包括：在所述基板与所述二维条状电极阵列之间的第一基底绝缘层，覆盖在所述二维条状电极阵列上的表面绝缘层，及覆盖在所述表面绝缘层上的第一疏水层。
所述上层接地部件，其结构从上至下依次为透明基板，覆盖在所述透明基板下方的接地电极平板（用以接地，提供接地电位），覆盖在所述接地电极平板下方的第二疏水层。
在本发明的结构中，被控制液滴就在上层接地部件与下层的核心部件中间的夹层中运动，具体而言是在第一疏水层与第二疏水层之间运动。
本发明的与传统微流体芯片的本质的区别在于对于液滴的控制，传统芯片采用单个较大电极对液滴运动进行控制，这样一方面使其不得不采用双层控制电极进行液滴的二维运动控制，另外也对液滴的运动光滑度产生一定的不良影响。本发明采用电极簇控制的方式，即采用一簇电极同时施加电压对液滴进行控制，电极切换时也仅仅将一簇电极中的最后一个电极电压切换至最前方的一个临近电极，这种方法可以大大提高液滴的运动光滑度。同时，采用这种结构，可以使双层电极制备在同一块基板上，且不会相互干扰。这样可以大大简化微流体芯片的控制电路。单平面的控制方式也为微流体芯片的应用拓宽了范围。
附图说明
图1为本发明的二维条状控制电极阵列的平面示意图。
图2为本发明的剖面结构示意图。
具体实施方式
如图1所示是本发明的控制电极示意图，本发明所述的数字微流体芯片的控制电极由横竖交错的条形电极构成。本发明以横置电极19条，纵置电极20条为例，但本发明所述的电极数量不受本实施例所述电极数量限制。其中，电极1--电极19置于下层，且相互平行放置，电极20--电极40置于上层。以一簇电极作为基本的控制单元，施加电压，控制液滴运动。例如将液滴由图1的左下方向上运动，初始时刻液滴位于电极2--电极5上，且同时位于电极21--电极24上。此时的控制电压施加在电极2--电极5上，下一时刻则将电极2上的电压断开，换成加在电极6上，此时的控制电压为施加在电极3--电极6上。在电压位置改变的作用下，液滴的纵向位置就会由初始位置向上运动到电极3--电极6上。横向位置仍在电极21--电极24上。在下一时刻将电极3--电极6上的电压全部断开，改为施加在电极22--电极25上，此时液滴就会向右侧运动到电极22--电极25上。如上所述，同理就可以使液滴在电极1--电极19，电极20--电极40的二维平面范围内运动。
如图2所示为本实施例的剖面图，剖面方向沿电极30的方向。图中，本实施例可分为上下两部分。下层为本实施例的核心部分，其平面图形如图1所述，其剖面结构从下至上依次为：基板42，覆盖在所述基板表面的第一基底绝缘层43，覆盖在所述绝缘层43表面、且相互平行放置的所述电极1--电极19，以及与所述电极1--电极19交叉放置的电极20--电极40，所述电极1--电极19与所述电极20--电极40之间有电极绝缘层44将它们隔离开，以实现电学的隔离。在所述电极20--40上还覆盖有表面绝缘层45，用以实现被控制液滴与控制电极的电学绝缘。在表面绝缘层45的表面还覆盖有第一疏水层46，用以减小液滴运动时的阻力及电极控制电压。
如图2所示的本实施例的上层结构从上至下依次为：透明基板49，覆盖在所述透明基板下方的用于为下层的所述控制电极1--电极40提供接地电位的接地电极平板48，覆盖在所述接地电极平板下方的用以减小液滴运动时的阻力及电极控制电压的第二疏水层47。

Claims (1)

1.一种单面控制多电极簇数字微流体芯片，其特征在于具体结构包括一个下层核心部件和一个上层接地部件；所述下层核心部件包括：呈横纵网格交错且位于同一块基板上的二维条状电极阵列，位于横向电极阵列和纵向电极阵列之间、用于两层电极阵列绝缘的电极绝缘层，在所述基板与所述二维条状电极阵列之间的第一基底绝缘层，覆盖在所述二维条状电极阵列上的表面绝缘层，及覆盖在所述表面绝缘层上的第一疏水层；所述横纵交错分布的条状电极尺寸及电极间距远小于液滴的尺寸；所述上层接地部件的结构从上至下依次为透明基板，覆盖在所述透明基板下方的接地电极平板，覆盖在所述接地电极平板下方的第二疏水层；被控制液滴在上层接地部件与下层的核心部件中间的夹层中运动。
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