CN102641756A - 微流体装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微流体装置及其制造方法。该微流体装置包括：具有微流体通道的基板，导电性构件，包括布置在底漆层上并参考微流体通道定位的导电层，其中底漆层包括：(i)有机聚合物，选自由以下组成的组：(a)包含乙烯酰胺重复单元的均聚物或共聚物；(b)纤维素醚；(c)聚乙烯醇；以及(d)未改性或已改性的明胶；和(ii)多孔颗粒材料，该有机聚合物分散在该多孔颗粒材料中。还提供了制造该微流体装置的方法以及它们的多个应用。

Description

微流体装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及具有导电性构件(feature)的微流体装置及其制造方法。

背景技术

微流体装置是分析各种流体，包括化学和生物流体的有用工具。这些装置主要由流体输送通道——例如输入和输出通道，加上样品诊断的结构区域组成。为了利用该装置有效处理流体，要使流体可控地通过这些通道。

已知有各种类型的微流体装置。微流体装置的通道截面尺寸可以相差很大，可以从毫米级到纳米级的任意值。本文中的提到的微流体装置，并不局限于微米级装置，而包括本领域常见的较大(毫米)和较小(纳米)级的装置。

微流体装置的一种基本形式是基于通过通道的相关流体的连续流动。

该基本形式的发展使得活性流体在液滴中传送通过通道，该液滴悬浮在功能惰性载液中。一般来说，本文所描述的大部分装置是数字的，即基于液滴的微流体装置。在这样的装置中，液滴形成第一液体——液滴液，不混溶地悬浮在第二液体——载液中。液滴液和载液，应选择为在实现装置的良好运转所需的相关时间范围内不混溶的，相关时间取决于例如输送时间、储存时间和装置内的反应时间等因素。液滴一般呈球形，但在使用过程中液滴可能会被外力扭曲或受微流体装置的通道或其他部位的边界约束，所以也可能存在其他形状。因此，在数字微流体装置的上下文中，液滴是保持在载液中的接触体积(contiguous volume)的流体，其中该流体和载液互不相溶。

微流体装置可由各种基板材料制成，包括热塑性塑料、玻璃和晶体。在热塑性微流体装置中，可以采用各种方法形成通道，包括注塑。

已知微流体装置的许多功能是由设置在流通通道内或附近的电极进行电子控制的。这些电极可以根据需要由交流电(AC)或直流电(DC)驱动。

电极可通过已知的方法形成，如上面提到的正压注射或喷墨打印。该技术包括使用导电油墨印刷图案，导电油墨包括分散在溶剂中的导电颗粒，然后由烧结或固化过程蒸发溶剂使油墨干燥并融合导电颗粒，形成不中断的金属导电通路。

WO2007/081385A2公开了多种基于液滴的微流体装置，其中，在流体上实施电气功能的电极位于与流通通道相邻的通道内。为了形成电极，通道内填满了熔化的金属合金。这可以用注射器向通道内正压注射入熔化的金属合金来实现。金属合金随后冷却并凝固。它还公开了，微观焊球或紫外线(UV)可固化的导电油墨用来形成流通通道与电极通道之间的屏障，以限定金属合金组分的几何形状。现有技术还设想使用铟锡氧化物(ITO)或金属(例如铂)通过平版印刷图案来形成电极。微流体装置可以包括集成的金属合金组分和导电图案层的组合。例如，已经公开了电极对由第一电极和第二电极制成，第一电极由图案化导电构件制成，第二电极由填满了金属合金的电极通道制成。

在热塑性材料上喷墨打印导电油墨是已知的，例如US 2009/0078915，WO 2004/068389，US 2006/0065897和WO 2008/069565所描述的。

已知的油墨组合物中含有非挥发性溶剂，特别是高沸点的多元醇，如甘油。这些多元醇的沸点通常是80-300℃，在一些实施例中为100-200℃。这些组分作为保湿剂，防止油墨在喷射喷嘴中过早干燥，以确保喷射过程的可靠性。烧结通常是一个加热步骤，其蒸发掉导电油墨中的溶剂并融合金属纳米颗粒以形成导电轨道。高沸点液体的存在影响了烧结温度，然而任何残留的有机组分将阻碍导电通路，从而使生产的产品具有较低和更多变的电导率。较高的烧结温度需要更大的能量输入，并可能会损害热塑性基板。

致动和感应电极的精准位置是装置性能的关键。例如，对于从流通通道终止控制的距离的电极类型，无论在准确度还是精确度方面，确定电极与流动通道的间隔距离的重现性是非常重要的。间隔距离可以在例如10-100微米的范围内。优选的是，这种间隔能够极好地控制以符合指定的距离。此外，还优选的是，电极与流动通道的间隔可以做得非常小，从而使电极可以非常接近流通通道放置。对于主动电极，即由外加电压驱动的电极，电极越接近流通通道的边缘，一般会使得使用更小的电压就能在流通通道中获得同样的磁场梯度，即更低电压实现相同的功能效果。此外，电极边缘的放置位置的变化将导致电极边缘距离流通通道的距离的变化，这反过来又会导致电场强度发生变化，电场强度由给定的外加电压在流通通道内产生。此外，如果这种电极制造不当使得其蔓延到流通通道内会导致装置失效，因为会有电线与通道间短路，而不是所期望的由热塑性塑料，玻璃或其他基板材料提供的绝缘体分离。对于形成无源器件(如感应液滴传感器)而设置的电极的准确性和灵敏度也适用类似要求，。

需要准确又精确地界定电极相对流通通道的位置，这就是为什么WO2007/081385A2建议将电极放置在各自的通道里的原因。然而，即使这么做，也缺少电极材料的防护壳以及难以实施不会使热塑性基板(特别是在使用紫外光可固化的导电油墨的实施例中)损坏或变色的后续处理步骤。

发明内容

一方面，本发明提供了一种微流体装置，包括：

具有微流体通道的基板；

导电性构件，包括布置在底漆层(primer layer)上并参考微流体通道定位的导电层，其中该底漆层包括：

(i)有机聚合物，选自由以下组成的组：

(a)包含乙烯酰胺重复单元的均聚物或共聚物；

(b)纤维素醚；

(c)聚乙烯醇；以及

(d)未改性或已改性的明胶；

(ii)多孔颗粒材料，所述有机聚合物分散在该多孔颗粒材料中。

在一些实施例中，本发明提供了一种微流体装置包括：

具有微流体通道的基板；

导电性构件，包括布置在底漆层上并参考微流体通道定位的导电层，其中底漆层包括：

(i)有机聚合物，选自由以下组成的组：

(a)包含乙烯酰胺重复单元的均聚物或共聚物；

(b)纤维素醚；以及

(c)聚乙烯醇；以及

(ii)多孔颗粒材料，该有机聚合物分散在该多孔颗粒材料中。

在另一个方面，本发明提供了制造微流体装置的方法，该方法包括：

(A)提供具有微流体通道的基板；

(B)在基板上涂覆底漆层，底漆层包括：

(i)有机聚合物，选自由以下组成的组：

(a)包含乙烯酰胺重复单元的均聚物或共聚物；

(b)纤维素醚；以及

(c)聚乙烯醇；以及

(ii)多孔颗粒材料，有机聚合物分散在多孔颗粒材料中；

(C)参考微流体通道的位置，将导电油墨层涂覆到底漆层上，该导电油墨包括分散在保湿有机溶剂中的导电颗粒。

另一方面，本发明提供了一种根据上述方法获得的或可获得的微流体装置。

在涂覆导电层之前将底漆层涂覆到基板，改善了对导电层的物理和电子性能的控制。特别是可以看到以下的改善结果。导电层的电阻更加均衡。从装置到装置的电阻层的可重复性更好了。可以制得具有低电阻率，即较高的导电性的导电层。在导电油墨沉积后，能更好控制该导电层的干燥性能。特别是，可以更好地限定导电层的空间范围，包括被更好界定的边缘以及较少或没有内部空隙。

此外，导电油墨的导电材料分散在保湿有机溶剂，底漆层吸收了保湿有机溶剂中的非挥发性组分，使这些组分不再存在在于油墨中，而吸收到了底漆层中。如本文所表明的，底漆层的组合物作为导电油墨中不受欢迎的成分的筛子，将这些成分吸收到底漆层中。这允许最终烧结步骤在比现有技术更低的温度下进行：尤其当基板由热塑性聚合物(特别是诸如环烯烃聚合物的聚烯烃)形成时，这是特别理想的。

附图说明

现在结合下面的附图以举例的方式描述本发明。

图1A至1F是通过基板的截面图显示根据本发明实施例在通道中制造电极的系列步骤。

图2A是包括图1F所示制造的电极对的微流体装置的部分平面图。

图2B是图2A中沿AA线的截面。

图2C是图2A沿BB线的截面，与图1F一致。

图3是包括与图2A相比具有另一种形状的电极对的微流体装置的部分平面图。

图4是包括与图2A中所示的相比具有另一种形状的电极对的微流体装置的部分平面图。

图5是用于按需求产生液滴的微流体装置元件的平面示意图。

图6是用于汇合从第一和第二通道收集的液滴对的微流体装置元件的平面示意图。

图7是用于在通道交汇口调度或分选液滴的微流体装置元件的平面示意图。

图8是另一个实施例的平面示意图，其中电极在基板下侧形成。

图9A是一张照片，显示了在没有用实施例的底漆预处理基板时，在通道中印刷电极的结果。

图9B是一张照片，显示了在没有用实施例的底漆预处理基板时，在非结构化表面印刷电极的结果。

图9C是与图9A相对照的照片，显示了在用实施例的底漆预处理基板后，在通道中印刷电极的结果。

图9D与图9C相对照的照片，显示了在用实施例的底漆预处理基板后，在非结构化表面印刷电极的结果。

图10是显示了三批样品的导电层的平均电阻的条形图。

图11是在环烯烃聚合物模塑芯片中的电极测试通道的示意图。

具体实施方式

定义

在本说明书中，“烷基”是指直接或支链的饱和的脂肪烃基。优选地，所述“烷基”由1-12，通常为1-8，合适地1-6个碳原子组成。C_1-6烷基包括甲基，乙基，丙基，异丙基，丁基，叔丁基，2-丁基，戊基，己基等。该烷基可以在本文提到的位置被取代。

“环烷基”表示环形的饱和的脂肪烃基。环烷基组的例子有具有3-10，优选3-8个碳原子的基团，包括环丙基，环丁基，环戊基，环己基和环辛基。该环烷基可以在本文提到的位置被取代。

“烷氧基”是指“烷基-O-”基团，其中“烷基”定义同上，可以是其广义方面，也可以是其优选的方面。

“苯基”是指-C₆H₅基团。该苯基可以在本文中提到的位置被取代。

“羟基”是指-OH基团。

“卤代基”是指选自氟，氯，溴或碘的基团。

“硝基”是指-NO₂。

在本发明的装置中，导电图案在具有流体通道的惰性基板上形成。

本发明并不特别限定基板，只要其对底漆层和导电油墨是防渗的并且是惰性的。合适的基板的例子包括玻璃和热塑性有机聚合物。

在一个实施例中，基板是一种热塑性有机聚合物。可以用作基板的合适的热塑性有机聚合物包括但不限于，烯属不饱和单体形成的聚合物，尤其是聚烯烃(聚烯烃纤维)，聚酰胺(尼龙)，聚酯，聚碳酸酯，聚酰亚胺及其混合物。

烯属不饱和单体形成合适的聚合物举例包括聚烯烃，其包括但不限于：聚乙烯，聚丙烯，聚(1-丁烯)；聚(甲基戊烯)。烯属不饱和单体形成的聚合物的其他例子包括聚(氯乙烯)；聚(丙烯腈)；聚(四氟乙烯)

聚(醋酸乙烯)，聚苯乙烯，聚(甲基丙烯酸甲酯)，乙烯-醋酸乙烯共聚物，乙烯甲基丙烯酸酯共聚物，苯乙烯-丙烯腈共聚物，环烯烃聚合物和共聚物，及其混合物和衍生物。合适的聚乙烯例如包括但不限于，低密度聚乙烯，线性低密度聚乙烯，高密度聚乙烯，超高分子量聚乙烯，及其衍生物。

合适的聚酰胺例如包括尼龙6-6，尼龙6-12和尼龙6。合适的聚酯例如包括聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸丁二醇酯，聚对苯二甲酸丙二醇酯，聚己二酸亚乙基酯，聚己酸内酯以及聚乳酸。

在一些实施例中，热塑性有机聚合物是一种聚烯烃，特别是，环烯烃均聚物或共聚物。在本说明书中术语“环烯烃均聚物”是指完全由环烯烃(环烯)单体形成的聚合物。通常，形成环烯烃均聚物的环烯烃单体具有3-14个碳原子，适当的4-12个，在一些实施例中5-8个环碳原子。通常，形成环烯烃均聚物的环烯烃单体具有1-5个碳-碳双键，如1-3个，适当的1或2个，在一些实施例中1个碳-碳双键。通常，形成环烯烃均聚物的环烯烃单体具有1-5个碳环，如1-3个，适当的1个或2个，在一些实施例中1个碳环。该碳环可被一个或多个取代基取代，通常为1-3个，适当的1个或2个，在一些实施例中1个取代基，该(一个或多个)取代基各自单独选自由C_1-6烷基(通常为C_1-4烷基，特别是甲基或乙基)，C_3-8环烷基(通常为C_5-7环烷基，尤其是环戊或环己基)，苯基(可选择地被1-5个选自C_1-6烷基，C_1-6烷氧基，卤代基和硝基的取代基取代)或卤代基。

术语“环烯烃共聚物”是指由环烯烃和非环烯烃单体共同形成的聚合物。该单体可以是烃或具有其它的官能团的单体，只要它们含有烯属不饱和(C＝C)键。

通常，形成环烯烃共聚物的环烯烃单体具有3-14个，适当的4-12个，在一些实施例中5-8个环碳原子。通常，形成环烯烃共聚物的环烯烃单体具有1-5个，如1-3个，适当的1或2个，在一些实施例中1个碳-碳双键。通常，形成环烯烃共聚物的环烯烃单体具有1-3，适当的1或2，在一些实施例中1个碳环。该碳环可被一个或多个取代基取代，通常为1-3个，适当的1个或2个，在一些实施例中1个取代基，该(一个或多个)取代基各自单独选自由C_1-6烷基(通常为C_1-4烷基，特别是甲基或乙基)，C_3-8环烷基(通常为C_5-7环烷基，尤其是环戊或环己基)，苯基(可选择被1-5个选自C_1-6烷基，C_1-6烷氧基，卤代基和硝基的取代基取代)或卤代基。与环烯烃发生共聚的非环烯烃例如包括乙烯；丙烯；1-丁烯；2-甲基戊烯；氯乙烯；丙烯腈；四氟乙烯；醋酸乙烯；苯乙烯；甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸甲酯，在一些实施例中为乙烯或丙烯，特别是乙烯。

可用于本发明的市售环烯烃均聚物和共聚物例如那些基于单体8，8，10-三降冰片-2-烯(降冰片烯；双环[2.2.1]庚-2-烯)或1，2，3，4，4a，5，8，8a-八氢-1，4：5，8-二甲醇萘(四环十二烯)的那些。如Shin等在Pure Appl.Chem.，2005，77(5)，801-814中所述，这些单体的均聚物可以通过开环移位聚合形成，共聚物通过上述单体与乙烯的链式共聚形成。

因此，在一个实施例中，环烯烃聚合物是具有通式(A)的环烯烃均聚物：

其中：

m使得该聚合物的平均分子量(M_w)范围为25,000到250,000；

R^a和R^b各自分别选自下列组成的组：

氢；

C_1-6烷基(该烷基可选地被1-3个取代基取代，取代基独立地选自C_3-8环烷基，C_1-6烷氧基，羟基，卤代基，-NH₂，-NH(C_1-6烷基)，-N(C_1-6烷基)₂，-C(＝O)OH或-C(＝O)C_1-6烷基)；

C_3-8环烷基(该环烷基可选地被1-3个取代基取代，取代基独立地选自C_1-6烷基，C_1-6烷氧基，羟基，卤代基，-NH₂，-NH(C_1-6烷基)，-N(C_1-6烷基)₂，-C(＝O)OH或-C(＝O)C_1-6烷基)；

苯基(可选地被1-5个取代基取代，取代基选自C_3-8环烷基，C_1-6烷氧基，羟基，卤代基，-NH₂，-NH(C_1-6烷基)，-N(C_1-6烷基)₂，-C(＝O)OH，-C(＝O)C_1-6烷基和硝基)；

C_1-6烷氧基；

羟基；

卤代基，

-NH₂，

-NH(C_1-6烷基)，

-N(C_1-6烷基)₂，

-C(＝O)OH，或

-C(＝O)C_1-6烷基；

或R^a和R^b连同它们所连接的碳原子形成一个碳环，碳环具有4-10个、适当的5-8个碳原子，和1-3个、适当的1个或2个环，每个环碳原子各自可选地被一个或多个取代基所取代，取代基选自下列组成的组中：

C_1-6烷基(该烷基可选地被1-3个取代基取代，取代基独立地选自C_3-8环烷基，C_1-6烷氧基，羟基，卤代基，-NH₂，-NH(C_1-6烷基)，-N(C_1-6烷基)₂，-C(＝O)OH或-C(＝O)C_1-6烷基)，

C_3-8环烷基(该环烷基可选地被1-3个取代基取代，取代基独立地选自C_1-6烷基，C_1-6烷氧基，羟基，卤代基，-NH₂，-NH(C_1-6烷基)，-N(C_1-6烷基)₂，-C(＝O)OH或-C(＝O)C_1-6烷基)，

苯基(可选地被1-5个取代基取代，取代基选自C_3-8环烷基，C_1-6烷氧基，羟基，卤代基，-NH₂，-NH(C_1-6烷基)，-N(C_1-6烷基)₂，-C(＝O)OH，-C(＝O)C_1-6烷基和硝基)，

C_1-6烷氧基，

羟基；

卤代基，

-NH₂，

-NH(C_1-6烷基)，

-N(C_1-6烷基)₂，

-C(＝O)OH，或

-C(＝O)C_1-6烷基。

在一个实施例中，R^a和R^b各自独立地选自由氢，C_1-6烷基，C_3-8环烷基或苯基组成的组。在一个实施例中，R^a和R^b各自独立地选自由氢或C_1-6烷基组成的组。在一个实施例中，R^a和R^b都为氢。

在另一个实施例中，R^a和R^b同它们所连接的碳原子形成了一个选自环戊烷，环己烷，环庚烷，环辛烷，双环[2.2.1]庚烷或双环[2.2.2]辛烷的环，每个环碳原子可选地被一个或多个取代基取代，取代基选自以下组：C_1-6烷基(该烷基可选地被1-3个取代基取代，取代基独立地选自C_3-8环烷基，C_{1- 6}烷氧基，羟基，卤代基，-NH₂，-NH(C_1-6烷基)，-N(C_1-6烷基)₂，-C(＝O)OH或-C(＝O)C_1-6烷基)，C_3-8环烷基(该环烷基可选地被1-3个取代基取代，取代基独立地选自C_1-6烷基，C_1-6烷氧基，羟基，卤代基，-NH₂，-NH(C_1-6烷基)，-N(C_1-6烷基)₂，-C(＝O)OH或-C(＝O)C_1-6烷基)，苯基(可选地被1-5个取代基取代，取代基选自C_3-8环烷基，C_1-6烷氧基，羟基，卤代基，-NH₂，-NH(C_1-6烷基)，-N(C_1-6烷基)₂，-C(＝)OH，-C(＝O)C_1-6烷基和硝基)，C_1-6烷氧基，羟基，卤代基，-NH₂，-NH(C_1-6烷基)，-N(C_1-6烷基)₂，-C(＝O)OH或-C(＝O)C_1-6烷基。在该实施例中，适当地，R^a和R^b同它们所连接的碳原子形成了一个环，选自环戊烷，环己烷，环庚烷，环辛烷，双环[2.2.1]庚烷或双环[2.2.2]辛烷，每个环碳原子可选地被一个或多个取代基取代，取代基选自C_1-6烷基，C_3-8环烷基或苯基组成的组。

在一些实施例中，m使得聚合物的平均分子量(M_w)范围为50,000至150,000。

在另一个实施例中，环烯烃聚合物是具有通式(B)的环烯烃聚合物：

其中：

n和l使得该聚合物的平均分子量(M_w)的范围为25,000-250,000；

n使得环烯烃重复单元的摩尔分数范围为0.2-0.7；

l使得乙烯重复单元的摩尔分数范围0.8-0.3；以及

R^a和R^b的定义同上述通式(A)，可以是其广义的方面，也可以是优选方面。

可用于本发明的某些特定的环烯烃均聚物的重复单元的化学结构如下所示

降冰片烯类衍生物开环移位聚合方案，以及它们与乙烯共聚方案的一个实施例如下所示：

在上述反应式中，l，m，n，R^a和R^b的定义同上，可以是其广义的方面，也可以是优选的方面。

在一些实施例中，n和l使得聚合物的平均分子量(M_w)范围为50,000到150,000。

在一些实施例中，n使得环烯烃重复单元的摩尔分数范围为0.3至0.6；且l使得乙烯重复单元的摩尔分数范围为0.7到0.4。

另一种已知的适用于微流体装置基板的材料类别是有机硅聚合物聚二甲基硅氧烷(PDMS)类。这些聚合物具有通式：

CH₃-[Si(CH₃)₂-O]_n-Si(CH₃)₃

其中n是重复单元[SiO(CH₃)₂]的数量。

上述通式中，n使得聚合物的平均分子量(M_w)的范围为100到100,000，在一些实施例中为100至50,000。

可以用作基板的合适的玻璃例如包括石英玻璃，特别是磷硅酸玻璃化合物和硼硅玻璃化合物。

也可使用晶体基板，特别是半导体基板，如硅基板。另一种合适的基板晶体是铌酸锂。

装置具有应用于基板的底漆层。底漆层能够吸收溶解导电油墨的金属颗粒的保湿有机溶剂(特别是其中有较高沸点的组分，但不仅限于此)，这使得随后的烧结温度比现有技术要低得多。这对于热塑性基板尤其有利，因为它避免了基板过热以及对可能造成的损坏。

底漆层包括分散在有机聚合物中的多孔颗粒材料。该有机聚合物作为多孔颗粒材料的粘合剂，具有较高的粘结强度。有机聚合物中含有亲水性官能团(如羟基，氨基，羰基，羧基，羧酸酯，砜，磺酸)能够结合到有机溶剂的亲水性官能团上(尤其是羟基)。因此，这些基团使得该聚合物能够结合保湿有机溶剂的分子。在一些实施例中，该聚合物在导电油墨的保湿有机溶剂中具有至少部分溶解度，这有助于进一步吸收油墨中的较低挥发性的组分，因此印刷后在底漆层的表面上留下更纯净的导电层。

在一些实施例中，底漆层含有高达30％，在一些实施例中高达25％，在一些实施例中高达20％，在一些实施例中高达15％，并在一些实施例中高达10％的有机聚合物(在溶入溶剂之前，在浓缩底漆中的重量百分比)。

在一个实施例中，该有机聚合物是包含乙烯酰胺重复单元的聚合物(也被称为“乙烯酰胺聚合物”)，即聚合物包括以下通式(I)的重复单元：

其中n为0-6。

在一些实施例中，n为1，2或3，在一些实施例中为1或3，在一些实施例中为1。当n为1时，重复单元是乙烯吡咯烷酮重复单元。当n为3时，重复单元是乙烯基己内酰胺重复单元。

乙烯酰胺聚合物可以是均聚物(即乙烯酰胺是唯一的重复单元)或除了乙烯酰胺重复单元外还包括另一种乙烯基重复单元的共聚物。当乙烯酰胺聚合物是共聚物时，另一种重复单元可以是任何已知的乙烯基重复单元，例如包括乙烯，丙烯，1-丁烯，2-甲基戊烯；丙烯腈；醋酸乙烯；苯乙烯；甲基丙烯酸甲酯；丙烯酸甲酯；烷氨基甲基丙烯酸酯；烷氨基甲基丙烯酰胺；及其混合物。乙烯重复单元的单体形式中都具有碳-碳双键，这些键被破坏并结合成聚合物的重复单元，其中的碳原子为单键连接。

当有机聚合物是含有乙烯酰胺重复单元的共聚物时，该共聚物通常包含至少30％，在一些实施例中至少40％的乙烯酰胺重复单元(重复单元总数在共聚物中的百分比)。

共聚物类型例如包括：交替共聚物(其中A和B重复单元交替出现A-B-A-B-A-B)；嵌段共聚物，其包括两个或两个以上的均聚物亚单元通过共价键连接(AAAAAAAA-BBBBBBBB-AAAAAAA-BBBBBBB)和无规则共聚物，其中重复单元A和B随机分布。在一些实施例中，在本发明中使用的共聚物是无规则共聚物。

在一些实施例中，有机聚合物是乙烯吡咯烷酮的均聚物或共聚物。在一个实施例中，该有机聚合物为聚乙烯吡咯烷酮(即其中乙烯吡咯烷酮是唯一的重复单元的均聚物)。在另一实施例中，该有机聚合物是包括另一种乙烯基重复单元的共聚物；实施例包括乙烯，丙烯，1-丁烯，2-甲基戊烯，丙烯腈，醋酸乙烯，苯乙烯，甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸甲酯，烷氨基甲基丙烯酸酯，烷氨基甲基丙烯酰胺，及其混合物。

当有机聚合物为含乙烯吡咯烷酮重复单元的共聚物时，该共聚物通常包含至少30％，在一些实施例中至少有40％，乙烯吡咯烷酮重复单元(共聚物中的重复单元总数中的百分比)。

在一个实施例中，该有机聚合物是除了乙烯酰胺(在一些实施例中为乙烯吡咯烷酮)重复单元外还包括丙烯酸或甲基丙烯酸重复单元的共聚物。在本说明书中术语“丙烯酸重复单元”或“甲基丙烯酸重复单元”是指通式(II)的重复单元：

其中R是H或甲基，以及

Y是：OR¹或NR¹R¹，其中每个R¹为H或C_1-6烷基(可选地被一个或多个取代基取代，取代基选自卤代基，OR′或NR′R′，其中每个R′独立地为氢或C_1-6烷基)。

当R为H时，该重复单元是丙烯酸重复单元。当R为甲基时，该重复单元是甲基丙烯酸重复单元。

在一些实施例中，丙烯酸或甲基丙烯酸重复单元是烷氨基甲基丙烯酸酯或烷氨基甲基丙烯酰胺重复单元。这样的重复单元具有通式(III)。

其中：

R为氢或甲基，

X为O或NR″，其中R″是氢或C_1-6烷基，

N为1-10；以及

每个R′独立地为H或C_1-6烷基。

当X为O时，该重复单元是烷氨基甲基丙烯酸酯重复单元。当X为NR″，该重复单元是烷氨基甲基丙烯酰胺重复单元。

在此实施例中，R是甲基。

在此实施例中，n可以是1-4，特别是2或3。

在此实施例中，一些实施例中的一个或两个R′基团是H或甲基，特别是甲基。

在一个特别优选的实施例中，该有机聚合物是一种乙烯吡咯烷酮和甲基丙烯酸二甲氨乙酯的共聚物。这种共聚物是美国新泽西州的ISP公司市售的Copolymer 958^TM。通常，Copolymer 958包括40-60％的乙烯吡咯烷酮重复单元和60％-40％甲基丙烯酸二甲氨乙酯重复单元。

在另一个实施例中，有机聚合物可以包括下列聚合物的共混物：

(1)含有乙烯酰胺重复单元的聚合物，定义和举例同上，可以是其广义的方面或优选方面，以及

(2)丙烯酸聚合物。在本文中，术语“丙烯酸聚合物”是指包括丙烯酸或甲基丙烯酸重复单元(定义和举例同上，可以是其广义的方面或优选方面)的聚合物。该丙烯酸聚合物可以是均聚物(即只有一种类型的丙烯酸或甲基丙烯酸重复单元组成的聚合物)或共聚物(即除了丙烯酸或甲基丙烯酸重复单元外还包括一个或多个其他重复单元的聚合物，其他重复单元可以是任何乙烯基重复单元，定义和举例同上)。恰当地，该丙烯酸聚合物为丙烯酸均聚物，特别是甲基丙烯酸甲酯。

在一个实施例中，有机聚合物是一种纤维素醚。在本说明书中“纤维素”是指由约100至约100,000(在一些实施例中500至50,000)个β(1→4)连接的D-葡萄糖单元的线性直链组成的多糖。纤维素醚是纤维素衍生物，其中一个或多个纤维素分子的羟基被烷基基团(定义和举例同上，在一些实施例中为C_1-6烷基，在一些实施中为C_1-4烷基)烷基化，该烷基基团可选地被基团取代，该基团选自C_1-6烷氧基，羟基和-CO₂H或-CO₂(C_1-6烷基)。该烷基基团可以相同或不同；一个纤维素醚，在同一分子中可以有一个或多个不同的烷基基团。典型的例子包括甲基纤维素，乙基纤维素，甲基乙基纤维素，羟乙基纤维素，羟丙基纤维素，羟乙基甲基纤维素，羟丙基甲基纤维素(HPMC)，乙基羟乙基纤维素和羧甲基纤维素。优选羟丙基纤维素和羟丙基甲基纤维素。

在一个实施例中，有机聚合物是聚乙烯醇。本领域所熟知的是，制备聚乙烯醇首先要制备聚乙烯酯，如聚醋酸乙烯酯，然后部分或完全水解聚乙烯酯的酯键，使得该聚合物被羟基基团取代。水解的程度从30摩尔％至100摩尔％(即完全水解，使聚合物中只有羟基基团)不等。聚乙烯醇水解的摩尔％的程度可使用下面的测试方法之一测得：国际标准ISO 15023-1：2001，ISO 15023-2：2003和日本工业标准(JIS)K6726。

在一些实施例中，本发明使用的聚乙烯醇的水解度为30-99摩尔％；在一些实施例中为35-95摩尔％。

在一个实施例中，本发明使用的聚乙烯醇的水解度为40-80摩尔％，在一些实施例中为50-70摩尔％。已发现具有这种水解度的聚乙烯醇，能够最有效地吸收导电油墨中的保湿有机溶剂，并在微喷底漆层时使用的优选的有机溶剂中溶解性最好。

在一个实施例中，本发明使用的聚乙烯醇的水解度为75-95摩尔％，在一些实施例中为80-90摩尔％。已发现具有这种水解度的聚乙烯醇，能赋予导电油墨最佳的适印性能，但在微喷底漆层时使用的优选的有机溶剂中的溶解度有限。因此，本发明优选的聚乙烯醇的水解度为70-90摩尔％。

如本领域所知的，聚乙烯醇聚合物的水解度决定了结晶度。结晶度可能还取决于许多因素，如立构规整度(立体异构性)，分支程度和结晶熔点/玻璃转化温度。不希望受当前理论的束缚，本文也提出了在保持恒定的水解度的同时，聚乙烯醇的结晶程度可以有所不同，从而改善聚合物在本发明的有机溶剂中的溶解度。优选的聚合物能在微喷使用的有机溶剂中的溶解性和导电油墨的最佳适印性之间，显示出很好的协调性，该聚合物是市售的来自Nippon Gohsei的名为Nichigo G-Polymer的商品，特别是NichigoG-Polymer OKS 8041。

在一个实施例中，底漆层中使用的有机聚合物是未经改性或经过改性的明胶。如本领域技术人员所熟知的，明胶包括多肽与蛋白质的混合物。正如在“明胶科学与技术”(“the Science and Technology of gelatin”)，(FoodScience & Technology Monographs)ed.A.G.Ward A.Courts，13Jun 1977，所记载的，蛋白质和多肽的摩尔分子量从30,000到300,000g/mol不等。

明胶通常是由胶原蛋白降解制得。胶原蛋白是一种蛋白质，可以从如动物的骨骼，皮肤，结缔组织，器官和一些肠道等来源中提取，这些动物例如家养的牛，鸡，猪等动物。可以使用许多可行的试剂降解胶原蛋白生产明胶，试剂是本领域技术人员熟知的，包括但不限于酸，碱和酶。

本领域技术人员熟知的是，明胶能够通过自由羟基和氨基与合适的试剂进行反应来改性。例如，羟基可以通过使用烷基取代氢来醚化，或通过酰基取代氢来酯化，或由两个羟基基团与一个羰基化合物缩合来羧醛化。合适的试剂例子包括烷化剂如卤代烷烃或磺酸盐，酰化剂如酰氯和酸酐，羰基化合物如醛和酮。明胶与醛的反应可能会产生交联以固化聚合物。

与酰化剂如酸酐的反应可能会导致明胶的特性的改变，包括其化学或热力学稳定性。

在一些实施例中，改性后的明胶是酰基改性明胶，尤其是琥珀酰改性明胶，并且特别是烷基琥珀酰改性明胶。DE 19721238A和US 5439791A公开了合适的改性明胶的例子。特别优选的例子是

出售的感光明胶。

在一些实施例中，底漆层使用的有机聚合物是交联的。在电极图案形成后，使底漆交联，这增加了微流体装置上最终的电极图案的尺寸稳定性和环境稳定性。合适的固化剂的例子是聚氨基酰胺-环氧氯丙烷树脂，还有三聚氰胺和苯代三聚氰胺衍生物——按照以下通式：

有机聚合物通常作为浓缩溶液来提供或制备，在一些实施例中处于亲水性溶剂中。合适的亲水性溶剂包括水和含氧溶剂，如醇类，醚类，酮类和酯类。优选的溶剂包括C_1-6醇类如甲醇，乙醇，丙醇，异丙醇，1-丁醇，2-丁醇，1-戊醇和1-己醇，其中特别优选乙醇。

根据本发明的底漆层，还包括一种多孔颗粒材料。该多孔颗粒材料作为填充物并进一步辅助吸收导电油墨中的保湿有机溶剂(尤其是其中的非挥发性组分)。底漆层分散到微流体通道中时，该多孔颗粒材料还有助于调节底漆层的流动。通过选择适当的多孔颗粒材料及其浓度，可以控制不良影响如底漆溢流到流体装置的邻近区域。

在一些实施例中，多孔颗粒材料包括分子筛。本说明书中术语“分子筛”是指含有尺寸精确和均匀的孔的材料，其能够作为气体和液体的吸附剂。足够小的能够穿过孔的分子被吸附，而较大的分子，特别是导电喷墨油墨中的金属颗粒，则不被吸附。通常，孔容积(孔容)范围为0.20-1.20ml/g，适当的为0.40-0.60ml/g。

合适的多孔颗粒材料例如包括金属和半金属氧化物，如二氧化硅(尤其是无定形二氧化硅)，氧化铝(包括勃姆石，氧化铝水合物和拜耳石，氧化铝三水合物)，二氧化钛，沸石(多孔硅铝酸盐材料)，硫酸钡，二氧化硅-氧化铝水合物和氧化物。

在一个实施例中，多孔颗粒材料是氧化铝勃姆石。特别适合的氧化铝勃姆石包括Sasol出售的

和

系列水分散性氧化铝勃姆石。

在另一个实施例中，多孔颗粒材料是二氧化硅，特别是气相二氧化硅。

在另一个实施例中，多孔颗粒材料是一种沸石。沸石是能够充当分子筛的多孔硅铝酸盐材料。沸石具有多孔结构可容纳多种阳离子，如Na⁺，K⁺，Ca²⁺和Mg²⁺。在接触溶液中，这些正离子可以很容易地被的其它离子所交换。合适的沸石例如包括斜碱沸石，方沸石，板沸石，贝尔伯格石，硅锂铝石，伯格斯石，锶沸石，菱沸石，斜发沸石，刃沸石，环晶沸石，钡沸石，柱沸石，毛沸石，八面沸石，镁碱沸石，十字沸石，水钙沸石，钠菱沸石，戈硅钠铝石，纤沸石，古柱沸石，交沸石，碱菱沸石，片沸石，浊沸石，插晶菱沸石，莫里铅沸石，针沸石，麦钾沸石，中沸石，蒙特索马石，丝光沸石，钠沸石，钾沸石，副钠沸石，方碱沸石，五硅环沸石(也称为ZSM-5)，锶碱沸石，钙十字沸石，铯沸石，钙沸石，钠环晶沸石，淡红沸石，辉沸石，四方钠沸石，镁沸石，彻内奇(tschernichite)沸石，斜钙沸石，钙交沸石，三斜钾沸石以及汤河原沸石。

多孔颗粒物质通常作为分散物存在于溶剂中。通常，该溶剂是水或亲水性有机溶剂，如醇，醚(尤其是下文中描述和例举的乙二醇醚)，酮或酯。在一些实施例中，分散多孔颗粒材料的溶剂是水。

在一些实施例中，底漆层包含至少70％，在一些实施例中至少75％，在一些实施例中至少80％，在一些实施例中至少85％，在一些实施例中至少90％重量的多孔颗粒材料(在溶于溶剂中之前，在浓缩底漆中的重量百分比)。

应用于基板上的底漆层通常稀释于溶液中(在一些实施例中为亲水/疏水溶剂中)。在一些实施例中，用来稀释底漆层的溶剂应表现出较低的表面张力(相对于微流体基板的表面能)。溶剂的类似表面活性剂的性质，低表面张力和慢蒸发速度，使配制的底漆层只在基板上指定的应用区域流动。合适的溶剂包含含氧溶剂，如醇类，醚类(特别是下文中限定和例举的乙二醇醚)，酮类和酯类。

优选稀释底漆层的溶剂是乙二醇醚类。这些溶剂表现出良好的性能，如对亲水性和疏水性涂层聚合物的良好的溶解性，在疏水表面上良好的流动性能和可控的蒸发(干燥)。合适的乙二醇醚的例子包括：乙二醇单(C_1-6)烷基醚，如乙二醇丙醚，乙二醇异丙醚(异丙氧基乙醇)，乙二醇丁醚，乙二醇苯醚；二甘醇单(C_1-6)烷基醚，如二甘醇甲醚，二甘醇乙醚(CARBITOL^TM)，二甘醇单丁醚，二甘醇己醚；三甘醇单(C_1-6)烷基醚(烷氧基三乙二醇)，如三甘醇单甲醚(甲氧基三乙二醇)，三甘醇乙醚(乙氧基三乙二醇)和三甘醇丁醚(丁氧基三乙二醇)；丙二醇(C_1-6)烷基醚，如丙二醇甲醚，丙二醇正丙醚，丙二醇正丁醚，丙二醇苯醚，二丙二醇(C_1-6)烷基醚，如二丙二醇甲醚，二丙二醇正丙醚和二丙二醇正丁醚；以及三丙二醇(C_1-6)烷基醚，如三丙二醇甲醚和三丙二醇正丁醚。特别优选的例子是乙二醇异丙醚(异丙氧基乙醇)。

在一些实施例中，底漆层应用的溶液中含有50％-95％，在一些实施例中，60％-90％，在一些实施例中，65-80％重量的浓缩底漆层和5-50％，在一些实施例中10％-40％，在一些实施例中20％-35％重量的稀释溶剂。

本发明的装置进一步包括底漆层上的导电图案。导电材料是这样形成的，将导电油墨应用到底漆层上，导电油墨包括分散在保湿有机溶剂中的导电材料的颗粒，然后烧结基板以蒸发油墨中的所有溶剂，从而将导电颗粒融入导电图案中。可获得市售的来源广泛的导电油墨。合适的导电油墨的实施例是来自Sun Chemical公司，商品名为U5603和U5714。

在一些实施例中，形成颗粒的导电材料是一种金属。在另一个实施例中，导电材料是导电形式的碳。导电形式的碳的例子包括石墨和碳纳米管。

在另一个的实施例中，导电材料替代是导电的金属氧化物。这些材料是金属氧化物掺杂足量的另一种金属使得材料能够导电。导电金属氧化物的例子，包括铟锡氧化物(ITO)，锑锡氧化物，掺杂铟的氧化镉和掺杂铝的氧化锌。

当导电材料是金属时，金属是没有特别限制的，只要它不与溶剂发生反应。合适的金属的例子包括碱土金属如铍，镁，钙，锶，钡；过渡金属，如锌，钼，镉，钪，钛，钒，铬，锰，铁，钴，镍，铜，钇，锆，铌，锝，钌，铑，钯，银，铪，钽，钨，铼，锇，铱，铂和金；镧系金属如镧，铈，镨，钕，钷，钐，铕，钆，铽，镝，钬，铒，铥，镱和镥；以及P区金属，如铝，镓，铟，锡，铊，铅和铋。优选的金属包括镍，铜，钯，钨，镉，银，铂和金。特别是优选的例子是银。

应当理解的是，可用两个或多个上述金属和其他导电化合物的合金或混合物。

在一些实施例中，分散在导电油墨中金属或导电颗粒是纳米粒子。纳米粒子的粒径应该使它们不能被吸收到底漆层中。通常，纳米粒子的粒径范围为1-800nm，在一些实施例中5-200nm，在一些实施例中50-150nm。

导电油墨可选地还包括腐蚀抑制剂。当金属为非贵金属(即除了钌，铑，钯，银，锇，铱，铂或金以外的金属)时，需要这种腐蚀抑制剂以防止金属氧化。腐蚀抑制剂例如包括肼，胺如乌洛托品，苯二胺或二甲乙醇胺或空间位阻胺如下文描述和例举的那些，季胺，多胺如聚苯胺，醛如肉桂醛，亚胺，以及无机腐蚀抑制剂，如亚硝酸盐(如亚硝酸钠)，铬酸盐和磷酸盐，及其任何的混合物。在优选的实施例中，腐蚀抑制剂是一种空间位阻胺。合适的空间位阻胺包括乙醇胺，三乙醇胺，咪唑衍生物，以及它们与羧酸生成的盐。特别适合的腐蚀抑制剂是巴斯夫公司市售的，商品名为Corrosion Inhibitor Amine O，Irgacor L184，和Irgacor L 190Plus。这些特别合适是因为他们在亲水性配方中的溶解度。

本发明所使用的导电油墨中，金属颗粒分散在保湿有机溶剂中。保湿有机溶剂是能够通过与水分子形成氢键而吸水的液体溶剂。一个特定的有机溶剂是否保湿，通常可以通过将溶剂保持在潮湿或水环境中进行测定，衡量有机溶剂是否吸收了水导致重量增加。

在一些实施例中，保湿有机溶剂能够吸收1-100％，一般为2％-50％，在一些实施例中5-40％重量的水(基于初始有机溶剂的重量)。

保湿有机溶剂通常包含一个或多个(在一些实施例中为多个)亲水性基团，如羟基，氨基，羰基，羧酸及羧酸酯。优选的保湿有机溶剂种类包括含氧溶剂，例如醇(尤其是多元醇，即含有多个羟基的醇)，醚，酮和酯。保湿有机溶剂的特别的例子包括多元醇溶剂，特别是含有2-8个，在一些实施2-4个碳原子的二醇，例如，乙二醇，丙二醇，1，4-丁二醇，1，5-戊二醇，1，6-己二醇，1，7-庚二醇，1，8-辛二醇，二甘醇，三甘醇和四甘醇，以及具有3-8个碳原子的三醇，例如甘油。在一些实施例中，溶剂可能含有少量(通常不到5％的重量)乙二醇醚(如上文限定和例举的那些)，如异丙氧基乙醇。

在一些实施例中，底漆层和导电油墨在电极应用的基板通道内形成。这是用于限定电极或其他导电性构件的位置的便捷方法，特别是相对于与其功能相关的流动通道。在另一些实施例中，底漆层和导电油墨可应用于基板的非结构化表面部分，其位置、范围和其他构件通过采用的沉积技术，例如印刷、光刻等，按照需要进行限定。一般来说导电油墨最好只应用于底漆上。当将这些构件应用到非结构表面时，如果底漆层的构件横向延伸超出了导电油墨层预定的范围，其是优选的，这样在油墨沉积方面具有了误差幅度，以防止油墨沉积到非底漆的表面。在一个极端实施例中，整个表面在沉积导电油墨层之前都被底漆化，例如通过将基板浸泡在底漆溶液中，在基板上喷涂底漆溶液，通过印刷或其他方法。在将导电性构件应用到基板背面时，这样做是很有益的。背面是指基板具有一个承载有通道的正面，和一个无任何构件，或至少没有通道的背面。

一旦导电油墨应用于底漆层，烧结基板以蒸发溶剂，并允许存在于油墨中的导电颗粒融合在一起，形成导电轨道。通常，基板在60-100℃温度下烧结，一些实施例中在70-90℃。通常，基板烧结时间为1分钟到1小时，在一些实施例中为5-20分钟。

或者，作为如上所述稳态烧结过程(即烘烤)的替代，可以实施一个短暂的过程，其中通过在表面应用短时间的强烈的照明，使能量光学射入导电油墨内，例如可以使用氙灯或紫外线、可见光或红外光源、可选的激光或LED光源。选择光波长度使得它在导电油墨层的吸收长度约等于或小于导电油墨的厚度。这将使得光线能量得到充分的或至少大部分吸收到导电油墨中，从而避免导电油墨下面的基板被大幅加热。在这种方法中，可以避免基板的热变形或其他损坏。

制造方法

图1A至1F是通过基板的截面图显示根据本发明实施例在通道中制造电极的系列步骤。这个过程通常是洁净室条件下进行。可选地，基板用脱脂溶剂(通常为异丙醇/水的混合物)清洗。基板可以用压缩空气清洗以去除灰尘或污染物。

图1A显示基板10具有上部或顶部表面12和下部或底部表面14。基板10在上表面12形成一个半圆形截面通道20，例如通过铸造，冲压，加工或蚀刻形成。通道20的目的是限定电极的位置，即该通道是“电极”通道，而不是流动通道，如上文进一步讨论的。

图1B显示通道20部分填充了含有溶剂的底漆溶液22。该底漆溶液可以通过微喷进入通道，例如使用注射器，微量吸液管或喷墨打印头喷嘴。底漆溶液的组成允许它通过毛细管作用引入到通道，结果得到平滑且均匀覆盖的通道。在一些实施例中，底漆也可选地通过印刷或光刻进行分散。

图1C示意性地说明了在溶剂蒸发干燥阶段过程中的底漆溶液。可以选择底漆层的组成，从而允许干燥在一个合理的时间内在室温下进行，从而避免了加热的需要。作为替代，基板可以放置在高温中以使得能够或至少能加快干燥。

图1D示意性说明了底漆干燥阶段完成后的元件。固体底漆层16已经形成了，基本覆盖了通道的整个内表面。通道底部的底漆层比侧壁的厚，尤其是靠近侧壁的顶部处的底漆层明显较薄，如示意图所示。取决于底漆溶液是如何应用的，通道侧壁最顶部的区域可能并没有涂上底漆。

图1E示意性地说明了，在下一步将导电油墨18沉积在底漆层16上的步骤之后的通道截面。导电油墨的沉积可通过本领域技术人员熟知的喷墨打印技术进行。应用了导电油墨层18之后，底漆层16吸收保湿有机溶剂(油墨中的导电材料分散在其中)中的非挥发性组分，这样这些组分就不再存在于油墨中。如所示的，优点是不用刚好打印到通道的外侧边缘或边界，而是在印刷层的边缘和通道的边缘或边界之间留出间隙δ。提供这种间隙以减少在发生定位错误的情况下在未经处理的基板上印刷的风险。提供这种间隙也可以避免过多密度的油墨沉积在通道边缘附近，那里的通道侧壁是一个陡峭的斜坡。

图1F示意性地说明了烧结步骤，在该步骤中存在于油墨中的导电颗粒融合在一起。烧结也去除了油墨18中任何残留的溶剂，得到一个具有导电层20的底漆层16。要注意的是，底漆层吸收了保湿有机溶剂中的非挥发性组分，使得烧结步骤能够在与其它方法可能的温度相比更低的温度下进行。

如果底漆中存在固化剂，可以在烧结步骤起到强化底漆层的作用。所选择的固化剂反应很慢，或者是自交联的，以避免在印刷步骤中发生任何组成的变化：任何组合层(即底漆和导电层)的硬化都应该发生在印刷后。

当固化剂是聚氨基酰胺-环氧氯丙烷固化树脂，固化在中性到碱性pH值下发生：因此，具有氨基官能团的有机聚合物可以加快固化，例如乙烯吡咯烷酮-二甲氨基-甲基丙烯酸乙酯的共聚物(Copolymer 958)。

导电层20通常会用来作主动或被动装置中的电极层，但也可能形成任何其他构件，例如，可能会形成天线结构的一部分。通道截面的形状不必非得为所示的基本半圆形。也可以使用其他形状。例如，通道的底部和/或侧壁可以是平的或有平面部分。另一个实施例是通道可以形成一个V型槽。此外，本发明不仅仅涉及形成控制或感应微流体装置通道内的流动的导电性构件，也可以在微流控装置中其他部分形成导电性构件，如反应室或试剂槽中。

装置的应用

基于液滴的微流体的一些已知的功能是：

1.形成、创造或产生所需的一个或多个液滴

2.从一系列液滴中进行分选

3.在交汇口调度液滴

4.汇合或融合两液滴成为结合的液滴，例如：用以启动或终止反应

5.分配或分离液滴

6.诱导液滴内部混合

7.感应通过通道的路径的液滴或某种特定类型的液滴

8.分析每个通过传感器的液滴的一个或多个参数

9.使液滴荷电，例如用以协助其未来的处理

10.对液滴进行电中和(放电)

通过运用或检测电磁场能够控制许多(即使不是所有)这些功能，特别是电场，但也可以是磁场。

汇合功能很重要，因为它通常是执行装置主要功能的基础。通常是汇合来自不同流体的液滴，如样品和试剂，形成一个汇合的液滴，在其中发生化学或生物反应。这种结合的液滴在本领域有时也被称为纳米反应器，但不只是纳米尺寸，甚至也可以是微米尺寸。

致动电极或感应电极可以设置在流通通道内或延伸到其内部与流体相接触，或者可以设置在流通通道外部，与其相邻，从而在电极和含液滴的载液之间具有绝缘介质，例如基板材料和/或空气。

术语致动电极是指主动元件的电极，而术语感应电极是指在被动元件内的电极。

致动电极在流通通道中产生的电场通常是在10⁶-10⁸V/m的数量级。

由主动元件的电场诱导产生的一些已知的功能如下：

1.通过与电压源或电流源连接的相邻电极产生的电场对液滴充电

2.将一个液滴分成两个，这通过与电压源或电流源连接的相邻电极产生的偶极矩导致相反电荷的离子朝相反的方向移动，从而导致液滴分离来实现

3.将两个液滴汇合成一个，这通过与电压源或电流源连接的相邻电极产生的偶极矩使两个液滴相互吸引并瞬间形成一个桥梁，通过该桥梁产生融合来实现

4.驱动或移动液滴，这通过沿通道方向，或至少有沿通道方向的电场分量的外加电场诱导产生的电场力来实现。这可用于引导液滴流向分岔口的特定分支，例如分选两个或更多具有不同性质的液滴，或在一段时间内调度液滴流。

5.移除液滴所带的电荷(中和)，这通过使液体流过设置在与通道紧密相邻或在通道内的接地电极来实现

被动元件可通过导电图案制作，其中电场或磁场由液滴通路(感应线圈检测器)诱导产生。可使用已知的射频(RF)装置制造中的常用元件，包括电感，电阻和电容元件及其组合。

一个简单的被动元件，可以是位于通道两侧的电极对，连接形成包含通道的传感电路，其中当液滴通过电极对时，电阻会受到影响，通常会下降。

导电图案可用于制造电磁传感器以组装微流体装置，如霍尔传感器，例如如果液滴与磁珠连接时，这是有利的。另一种可用于检测液滴通路的传感器类型是一种天线结构，如蝶形天线。

电极可在与流通通道成直角的方向上延伸，并终止于与流通通道的边缘很小距离处或流通通道边缘处，或流通通道内，或者可能延伸穿过流通通道。例如，一对电极对双方沿彼此垂直的方向大幅延伸并相对地终止于流通通道两侧。

其他电极可以在流通通道方向上延伸，既可以位于流通通道内或附近。例如，一对电极，可布置成在通道两侧平行地延伸至通道的一个区间，这样就产生了横向于流动方向的电场，横跨该流通通道的这一区间。

液滴直径的广泛范围应视为包括纳米范围，特别是100-1000纳米以及1-1000微米，特别是1-100微米。

载液可以是油。液滴液可以是水溶液，如含有一种酶，或醇溶液，或油溶液。

图2A是包括图1F所示制造的电极对的微流体装置的部分平面图。

示出了微流体流通通道30的一部分，其中，流动方向可认为是从左至右。流通通道30充满载液26，其中不混溶地悬浮着一系列活性液体的液滴24，活性液体例如分析物。第一电极通道20A布置在流通通道的一侧，流通通道横向延伸并终止于与相邻的流通通道30边缘或边界距离Δ处。第二电极通道20B布置在流通通道另一侧，与第一电极通道20A共线，也终止于与其相邻的流通通道30边缘或边界距离Δ处。布置在流通通道两侧的第一和第二电极通道20A，20B内有导电油墨层(未单独所示)，其以上文中描述的方式形成，从而形成一对可外部驱动或感应的电极，用于控制或感应液滴在流通通道内的流动。

图2B是沿图2A的虚线AA所示的截面图，其中可以看到流通通道和电极通道的结构。

图2C是沿图2A的虚线BB所示的截面图，与图1F一致，即示出了具有底漆层16和导电油墨层18的电极通道结构。

图3是包括与图2A相比具有另一种形状的电极对的微流体装置的部分平面图。电极通道20α，20β具有不同于图2A的实施例中的形状。也就是说，每个电极形成一个V形的连续通道部分，V形的底部被设置为与流通通道30相邻。

图4是包括具有另一种形状的电极对的微流体装置的部分平面图。位于两侧流通通道20γ，208的电极分别从连续通道部分形成键状，即平底的，U形，这样与流通通道相邻的电极部分由平行于流通通道延伸的电极通道部分限定。

也可采用其他形状的连续通道部分。由连续通道部分形成的与流通通道相邻的电极部分，在制造过程中具有优势，即在制造过程依赖于底漆或导电油墨或两者的毛细管流动的情况下，能产生更加均匀的底漆液体和导电油墨的毛细管流动，。

图5是用于按需求产生液滴的微流体装置元件的平面示意图。液体槽32中存放有一定量的活性液体(阴影部分)，从中形成液滴24。一对电极20A，20B布置为与液体槽32的出口和流通通道30之间的收缩通道部分34相邻。如果没有电极20A，20B的驱动，活性液体通过形成在收缩通道部分34内的半月形35保持平衡。当向电极20A，20B施加脉冲电压时，收缩通道部分34内的活性液体产生电泳力，一定量的活性液体被从液体库总量中打散，并以液滴24的形式进入流通通道30。按这样的方式生产所需的液滴，例如，可通过反复向电极施加脉冲电压产生一系列液滴。

图6是用于汇合从第一和第二通道收集的液滴对的微流体装置元件的平面示意图。如图所示，第一和第二入流通道30A和30B在流动方向上于Y-形交汇口37处结合，形成单一的联合流通通道30C。一系列的第一活性液体(阴影)的液滴24来自第一入流通道30A。一系列的第二活性液体(点画)的液滴25来自第二入通通道30B。液滴24，25由载液26负载。控制两个系列的液滴使他们相邻成对进入流通通道30C，即到达时间仅有略微偏差，如图所示。电极对20A，20B布置在流通通道30C的某处。有选择地在液滴对24，25经过时施加脉冲电压驱动电极，从而使得每个液滴对汇合成一个结合液滴27(画有交叉影线的)。第一和第二液体的混合物可以根据应用条件激发或抑止化学反应或生物过程。

图7是用于在通道的T-形交汇口39调度或分选液滴的微流体装置元件的平面示意图。负载在载液26中的活性液体的一系列液滴24(阴影部分)沿流通通道30A到达T-形交汇口39，在这里流体分别进入左流通通道30B和右流动通道30C。左电极对20A，20B沿左流通通道30B的一部分布置，右电极对20C，20D沿右流通通道30C的一部分布置。左右电极对一前一后地操作，在向箭头31所示方向或者相反方向两者之一施加电场，以调度来自通道30A的液滴24进入左通道30B或右通道30C(如图所示)。另外，如果要将调度功能改为分选功能，可以在T-形交汇口的流动上游设置一个传感器38，如图所示，测定每个液滴的属性，基于该属性执行分选。单个液滴随后根据其测得的属性被引导到左或右流动通道30B，30C。传感器38可以是电磁传感器，根据本文所述的方法用导电油墨单元制造形成的，或者可以是无关类型的传感器，如可操作地进行基于图像的测量(即摄像头或图像处理的显微镜)，或光谱测量的传感器。

图8是另一个实施例的平面示意图，其中在基板下侧形成电极。该实施例中基于与前面所述的实施例相同类型的基板，即一个平面结构10，具有设置在其上表面12上的半圆形截面的流通通道30。在该实施例中，底漆层16和导电油墨电极18A和18B都没有设置在基板上表面12的通道内。作为代替的，导电油墨电极18A，18B布置在与平面图2A所示的相应的位置，但是是在底面，即基板10的下表面14。如图所示，底漆层16形成一层薄层覆盖了整个基板的下表面14，或者至少不是紧沿着导电油墨图案的区域。另外，底漆层16也可以限制为紧沿着导电油墨图案的区域，在一些实施例中具有空白边缘，以避免在底漆和油墨沉积步骤之间发生定位错误产生的问题，沉积步骤是随后进行半导体光刻常用的一般方法。

可以理解，其他实施例可以结合前面讨论的实施例，并包括基板两侧上的导电油墨图案。例如有些元件，例如天线或表面RF元件如RLC元件，更有利于在平坦的表面上制造，即通常在基板的下表面14，而延伸到流通通道中以在流通通道中形成包含液体的导电路径的电极，需要在流通通道所在的基板的上表面12上制造。

实施例

图9A是一张照片，显示了印刷前没有用实施例的底漆预处理基板时，在环烯烃聚合物(COP)基板的通道中印刷电极的结果。可以明显地看出油墨的覆盖不均匀，包括一个没有油墨的很大的肾形区。

图9B是一张照片，显示了没有用实施例的底漆预处理基板时，在非结构化玻璃表面印刷电极的结果。可以明显地看出不均匀覆盖的油墨包括许多空隙，这些空隙看起来由近似圆形空隙形成，其中部分已经融合形成较大的空白区。

图9C是与图9A相对照的照片，显示了在采用实施例的底漆预处理基板后，在COP基板的通道中印刷电极的结果。明显地看出油墨覆盖率相对均匀，没有空隙。

图9D是与图9C相对照的照片，显示了采用实施例的底漆预处理玻璃基板后，在非结构化玻璃表面印刷电极的结果。明显看出油墨覆盖相对均匀，没有空隙。

图10是显示了基于Ag的导电油墨层的平均电阻的条形图。底漆层通过注射器分散到通道中。在80℃的温度下烧结30分钟。示出了25％，30％和35％三批在具有不同底漆浓度的样品结果，该浓度是底漆浓缩物(有机聚合物和多孔颗粒材料)在乙二醇醚溶剂中的浓度。

没有底漆层，Ag油墨层的电阻范围为100-500kΩ。具有25％的底漆层时，Ag油墨层的平均电阻为200Ω的。具有30％的底漆层时，Ag油墨层的平均电阻约为45Ω。具有35％的底漆层时，Ag油墨层的平均电阻约为35Ω。底漆层中底漆浓缩物的浓度升高，从而增加了导电性Ag油墨层沉积。因此，底漆层中底漆浓缩物的浓度，可以用来控制导电油墨层的电阻，这是一个重要的控制参数，尤其是当导电图案作为电子电路的一部分时，即不是一个简单的接触电极。

图中没有示出，但也非常重要的是，三个批次中各自的电阻范围比未使用底漆的控制批次中的电阻范围要小得多。如上所述，无底漆层时，Ag油墨层的电阻范围为100-500KΩ，即名义平均值为300KΩ±200KΩ。对在浓度为25％的批次，电阻为200Ω±～50Ω。对浓度为30％的批次，电阻为45Ω±～10Ω。对浓度为35％的批次，电阻为35Ω±～5Ω。参考图9A-9D，这些结果是由于底漆的使用提供了更均匀的油墨分布和改进的导电金属层。

实施例1——聚合物的比较

方法

选择一系列的聚合物进行微流体流动测试。测试的聚合物如下(聚合物5和6是根据本发明的聚合物，聚合物1到4是比较例)：

1.Induquat^TM ECR 956L，阳离子聚丙烯，为透明油墨等可接受涂料设计，Indulor Chemie GmbH提供。

2.CAP 482-0，5，醋酸丙酸纤维素，在乙二醇醚中具有大量的溶解度，Eastman Chemical Co提供。

3.CAB 553-0，4，乙酸丁酸纤维素，在乙二醇醚中具有大量的溶解度，Eastman Chemical Co提供。

4.Neocryl^TM B890，改性的甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸丁酯共聚物，在乙二醇醚中具有大的溶解度，DSMNeoResins提供。

5.PVP K90^TM，聚乙烯吡咯烷酮均聚物，在乙二醇醚中具有大量的溶解度，ISP Inc提供。

6.Copolymer 958，乙烯吡咯烷酮/甲基丙烯酸二甲氨乙酯共聚物，在乙二醇醚中具有大量的溶解度，ISP Inc提供。

开始，在乙醇中制备质量浓度为10％的聚合物溶液。这些以乙醇为基础的溶液随后进一步与异丙氧基乙醇或二丙二醇单甲醚按照1∶4和2∶3的比例进行稀释。将2μl体积的稀释聚合物溶液分配到图11所示的模制于COP中的电极测试图案的衬垫区域中。用放大镜目视观察测定聚合物溶液的流动并记录评测结果。结果示于下面的表1中。

表1

关键词：OF＝溢流出通道(不期望的)

IF＝流动通道内的流动不够，非均匀覆盖

GF＝流动通道内的流动良好，无缺陷并且均匀覆盖

只在聚合物样品Neocryl B890，PVP K90和Copolymer 958中能看到微流动通道内的良好流动，Copolymer 958得到了最佳的整体结果。

实施例2——溶剂的比较

方法

根据本发明的底漆浓缩物使用下列方法制备：

将ISP提供的乙醇中质量浓度为50％的Copolymer 958通过搅拌添加乙醇稀释至浓度为10％。多孔颗粒氧化铝勃姆石(

14N4-80，SasolGmbH提供)以粉末形式提供。

将

14N4-80按照10％的质量浓度分散在水中的方法是，在高速搅拌下，用冰醋酸将pH值调至3-5，以确保较低pH值环境以及均匀分散。两种制剂均为10％的质量浓度，按照4重量份的

14N4-80分散液比1重量份的Copolymer 958溶液的比例混合在一起。得到的制剂编号为“底漆浓缩物1”。

底漆浓缩物1进一步用一系列溶剂进行稀释，还是按照1∶4(浓缩物∶溶剂)重量比，将2μl体积的稀释聚合物溶液分配到上述的模制于COP中的电极测试图案的衬垫区域中。测量底漆在测试通道中的流动速度以及在每个通道中的流动总距离。

结果示于下面的表2中。在每一种情况下，浓缩物(底漆浓缩物1)都是按照浓缩物(1份)∶溶剂(4份)的比例进行稀释。

表2

显然，在流体芯片的测试通道中，用乙二醇醚溶剂稀释的浓缩物表现最佳的底漆流动。此外，含有样品的乙二醇醚没有表现出从流体的测试通道中溢流的迹象。

实施例3——功能性底漆中多孔颗粒的比较

方法和结果

使用如图1描述的通道两端具有圆形衬垫的微流体的测试图案，以及实施例2中的用二丙二醇甲醚稀释的底漆，来比较多孔颗粒的类型在底漆层的性能中的影响。在将以银纳米颗粒为基础的油墨喷墨印刷到烘干的底漆层上后，通过测量得到完全填充电极图案的相关电阻来评价底漆的相关性能。在电测量前将印刷的银油墨在80℃下干燥30分钟。

实施例3a

底漆浓缩物1是根据实施例2制备的，并且与二丙二醇甲醚按照1比4的重量份稀释。微流体测试通道中的分散底漆在80℃下干燥2分钟，然后整体印刷SunTronic^TMU5603银油墨(Sun Chemical提供)。本实施例中使用的

14N4-80孔容为0.50ml/g。

油墨印刷/干燥后，测试通道的电阻范围为250-300Ω。需要注意的是，测试通道完全并均匀地被底漆和随后印刷的油墨所覆盖。

实施例3b

底漆浓缩物1是根据实施例2制备的，并且与二丙二醇甲醚按照1比4的重量份稀释，其中

14N4-80直接由氧化铝(

18N4-80，孔容0.50ml/g)按计量标准的重量代替。微流体测试通道中的分散底漆在80℃下干燥2分钟，然后整体印刷SunTronic^TMU5603银油墨(Sun Chemical提供)。

油墨印刷/干燥后，测试通道的电阻范围为250-300Ω。需要注意的是，测试通道完全并均匀地被底漆和随后印刷的油墨所覆盖。

实施例3c

底漆浓缩物1是根据实施例2制备的，并且与二丙二醇甲醚按照1比4的重量份稀释，其中

14N4-80直接由氧化硅(Syloid^TM C809，GraceDavision提供，孔容2.0ml/g)按计量标准的重量代替。微流体测试通道中的分散底漆在80℃下干燥2分钟，然后整体印刷SunTronic^TMU5603银油墨(Sun Chemical提供)。

油墨印刷/干燥后，测试通道的电阻范围为800-850Ω。需要注意的是，测试通道没有完全并均匀地被底漆和随后印刷的油墨所覆盖。

实施例3d

底漆浓缩物1是根据实施例2制备的，并且与二丙二醇甲醚按照1比4的重量份稀释，其中Dispal14N4-80直接由Syloid^TMW300(孔容1.20ml/g)按计量标准的干重代替。微流体测试通道中的分散底漆在80℃下干燥2分钟，然后整体印刷SunTronic^TMU5603银油墨(Sun Chemical提供)。

油墨印刷/干燥后的测试通道的电阻范围为650-700Ω。需要注意的是，测试通道没有完全并均匀地被底漆所覆盖，导致印刷油墨有空隙。

还执行了一个参考实施例，省略了多孔颗粒物，只包括聚合物，得到了1至1.5kΩ的电阻。

上述说明书中提到的所有出版物通过引用的方式结合到本文中，本发明所述的方法和系统的不脱离本发明的范围和精神的各种修改及变形对本领域技术人员来说都是显而易见的。虽然本发明采用特定的优选实施例进行描述，但应该理解本发明所要求保护的范围不应该被过度地限制在具体的实施例中。事实上，描述用于实施本发明的方案的对于化学，物理和材料或相关领域的本领域技术人员来说显而易见的各种修改，都视为落在在下面的权利要求的范围中。

Claims (15)

1.一种微流体装置，包括：

具有微流体通道的基板；

导电性构件，包括布置在底漆层上并参考微流体通道定位的导电层，其中该底漆层包括：

(i)有机聚合物，选自由以下组成的组：

(a)包含乙烯酰胺重复单元的均聚物或共聚物；

(b)纤维素醚；

(c)聚乙烯醇；以及

(d)未改性或已改性的明胶；

(ii)多孔颗粒材料，所述有机聚合物分散在该多孔颗粒材料中。

2.一种微流体装置的制造方法，该方法包括：

(A)提供具有微流体通道的基板；

(B)在基板上涂覆底漆层，底漆层包括：

(i)有机聚合物，选自由以下组成的组：

(a)包含乙烯酰胺重复单元的均聚物或共聚物；

(b)纤维素醚；

(c)聚乙烯醇；以及

(d)未改性或已改性的明胶；

(ii)多孔颗粒材料，所述有机聚合物分散在该多孔颗粒材料中；

(C)参考微流体通道的位置，将导电油墨层涂覆到底漆层上，该导电油墨包括分散在保湿有机溶剂中的导电颗粒。

3.根据权利要求2的方法，其中该基板进一步包括导电油墨通道，其中，在涂覆底漆层和/或涂覆导电油墨层的步骤中，底漆层和/或导电油墨层涂覆于导电油墨通道。

4.根据权利要求3的方法，其中，在涂覆底漆层和/或涂覆导电油墨层的步骤中，底漆层和/或导电油墨层在溶液中涂覆于导电油墨通道并通过毛细管作用贯穿分布到该导电油墨通道。

5.根据权利要求3或4的方法，其中导电油墨通道具有侧壁部分，该侧壁部分与基板的上表面在边缘处连接，其中该导电油墨层涂覆到该导电油墨通道中，使得导电油墨通道的边缘和导电油墨层的边缘之间存在横向分离。

6.根据权利要求3、4或5的方法，其中该微流体通道和该导电油墨通道形成在该基板的上表面上。

7.根据权利要求2至5任一项的方法，其中微流体通道形成在基板的上表面上，底漆层和导电油墨层形成在基板的下表面上。

8.根据权利要求2至7任一项的方法，其中所述有机聚合物是乙烯吡咯烷酮的均聚物或共聚物。

9.根据权利要求8的方法，其中所述有机聚合物是乙烯吡咯烷酮和甲基丙烯酸二甲氨乙酯的共聚物。

10.根据权利要求2至9任一项的方法，其中所述多孔颗粒材料选自由二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、沸石、硫酸钡组成的组。

11.根据权利要求2至10任一项的方法，其中涂覆在基板上的底漆层经亲水性溶剂稀释。

12.根据权利要求11的方法，其中亲水性溶剂是乙二醇醚或其混合物。

13.根据权利要求2至12任一项的方法，其中导电油墨中的导电颗粒包括一种选自由镍、铜、钯、银、铂、金或其任何混合物组成的组中的金属。

14.根据权利要求2至13任一项的方法，其中导电油墨中的保湿有机溶剂是多元醇。

15.根据权利要求2至14任一项的方法制造的微流体装置。

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