CN105536894A - 一种基于交流电热的高通量微混合芯片及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

一种基于交流电热的高通量微混合芯片及其制备方法与应用，它涉及微混合芯片及其制备方法与应用。本发明要解决现有微混合器当溶液电导率过大时会产生一定的偏差，且不能很好的对整个通道高度上的流体进行均匀混合的问题。芯片：玻璃基底表面设有四组三维电极及ITO电极引线；PDMS盖片的下表面设有粒子反应流道，粒子反应流道的两端设有三组流道；第一流道及第二流道分别设有入口槽，第三流道的设有出口通孔；玻璃基底和PDMS盖片下表面相对密封，且四组三维电极的一端与粒子反应流道的两侧相贴合，另一端与ITO电极引线相贴合；方法：先PDMS通道加工，再三维电极的加工，最后芯片的制备。应用：先颗粒准备，再实验操作。

Description

一种基于交流电热的高通量微混合芯片及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及微混合芯片及其制备方法与应用。

背景技术

微流控芯片(microfludicchip)指的是把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成或基本集成到一块几平方厘米(甚至更小)的芯片上，由微通道形成网络，自动完成分析全过程，已经发展成为多学科交叉(机械、化学、生物、医学、流体力学等)的一个十分具有应用前景的研究领域，它在疾病的快速检测方面具有优势。或者在对病毒或者病菌进行快速准确检测的过程中，如何快速高效的让流体进行混合，对在微流控芯片上进行生物和化学分析具有十分重要的意义。

目前对微流体进行混合的方法有多种，包括主动式和被动式微混合器。其中应用比较多的是电动力式微混合器，利用外加电场改变电势，进而改变流体的运动方向和速度，加速流体混合流动。在交流动电现象中，交流电热不但可以克服交流电渗只适合操纵低电导率溶液的局限，而且还可以克服介电泳不适合对亚微米级粒子操纵的缺点。然而，基于交流电热机理进行微混合器的研究过程中，研究学者们主要是基于交流电热的线性模型进行微混合器的设计和优化，当溶液电导率过大时会产生一定的偏差。此外，微混合器也主要采用了平面电极，不能很好的对整个通道高度上的流体进行均匀混合。

发明内容

本发明要解决现有微混合器当溶液电导率过大时会产生一定的偏差，且主要采用了平面电极，不能很好的对整个通道高度上的流体进行均匀混合的问题，而提供一种基于交流电热的高通量微混合芯片及其制备方法与应用。

本发明的一种基于交流电热的高通量微混合芯片，基于交流电热的高通量微混合芯片由玻璃基底和PDMS盖片组成；

所述的玻璃基底表面设有第一组三维电极、第二组三维电极、第三组三维电极、第四组三维电极及ITO电极引线；

所述的ITO电极引线由玻璃基底表面的ITO导电膜腐蚀后留存得到；所述的第一组三维电极、第二组三维电极、第三组三维电极、第四组三维电极的厚度均为76μm；所述的ITO电极引线的厚度为200nm；

所述的PDMS盖片的下表面设有粒子反应流道、第一流道、第二流道、第三流道、第一入口槽及第二入口槽，粒子反应流道的入口端分别与第一流道的出口端及第二流道的出口端相连接，粒子反应流道的出口端与第三流道的入口端相连接；且第一流道的入口端设有第一入口槽，第二流道的入口端设有第二入口槽，第三流道的出口端设有贯穿PDMS盖片的出口通孔；

所述的第一入口槽的中心位置设有贯穿PDMS盖片的第一圆形入口通孔；所述的第二入口槽的中心位置设有贯穿PDMS盖片的第二圆形入口通孔；

且PDMS盖片下表面设有与玻璃基底表面的第一组三维电极、第二组三维电极、第三组三维电极及第四组三维电极相对应的槽；

所述的PDMS盖片的厚度为5mm～7mm；所述的粒子反应流道深H为76μm，长L为3500μm，宽W为400μm；第一流道深为76μm，长为1.5cm，入口端宽为3mm，出口端宽为200μm；第二流道深为76μm，长为1.5cm，入口端宽为3mm，出口端宽为200μm；第三流道深为76μm，长为1.2cm，入口端宽为400μm，出口端宽为3mm；第一入口槽深为76μm；第二入口槽深为76μm；

玻璃基底设有电极的一侧和PDMS盖片下表面相对密封，且第一组三维电极的一端和第三组三维电极的一端均与粒子反应流道的一侧相贴合，第二组三维电极的一端和第四组三维电极的一端均与粒子反应流道的另一侧相贴合；第一组三维电极与第二组三维电极的水平距离dj1为125μm；第二组三维电极与第三组三维电极的水平距离pj为200μm；第三组三维电极与第四组三维电极的水平距离dj2为125μm；所述的第一组三维电极、第二组三维电极、第三组三维电极和第四组三维电极的另一端均与ITO电极引线相贴合；

所述的第一组三维电极由第一三维电极和第二三维电极组成；第一三维电极和第二三维电极之间的水平距离d3为200μm；所述的第一三维电极与粒子反应流道贴合的一端宽d1为225μm；所得第二三维电极与粒子反应流道贴合的一端宽d2为200μm；

所述的第二组三维电极、第三组三维电极和第四组三维电极的结构与第一组三维电极相同。

本发明的一种基于交流电热的高通量微混合芯片的制备方法，是按以下步骤制备：

一、PDMS通道加工：

(1)、清洗玻璃：首先将玻璃依次置于丙酮和异丙醇中分别超声清洗5min～15min，再用等离子水冲洗，氮气吹干，然后将氮气吹干后的玻璃置于温度为80℃～120℃下加热15min～30min，得到预处理后的玻璃；

(2)、光刻胶的平铺：首先将干膜光刻胶一侧的保护层揭掉并粘贴于预处理后的玻璃上，然后置于塑封机中将干膜光刻胶和玻璃压紧，得到粘有一层干膜光刻胶的玻璃，取另一张干膜光刻胶，将干膜光刻胶一侧的保护层及粘于玻璃上的干膜光刻胶的另一侧保护层揭掉，相对贴合，然后置于塑封机中将干膜光刻胶和玻璃压紧，得到粘有两层干膜光刻胶的玻璃；

所述的干膜光刻胶为杜邦公司生产型号为SD238的干膜光刻胶，厚度为38μm；

(3)、曝光：将经AutoCAD软件辅助设计并打印好的PDMS掩膜贴于粘有两层干膜光刻胶的玻璃上，得到预曝光的玻璃，将透光板和遮光板依次置于预曝光的玻璃表面上，并置于金卤导轨射灯下，预热1min，预热后去掉遮光板，曝光6s，然后去掉透光板、掩膜及玻璃上的保护层，得到曝光后的玻璃；

(4)、显影：将曝光后的玻璃置于质量百分数为5％的碳酸钠溶液中，显影5min～6min，然后用等离子水冲洗，氮气吹干，并置于温度为80℃的烤箱中烘烤10min～20min，得到PDMS通道模子；

(5)、浇筑PDMS：将PDMS与固化剂混合，搅拌均匀，然后置于真空泵中抽真空20min～30min，得到硅烷化处理剂，用锡箔纸将PDMS通道模子包覆成一个方形开口槽，且PDMS通道模子的通道一侧朝上放置，然后把锡箔纸包好的PDMS通道模子放置在真空泵中，将50μL～100μL的硅烷化处理剂注入锡箔纸包好的PDMS通道模子，抽真空2min～3min，静置10min～15min，再在硅烷处理后的PDMS通道模子上浇筑PDMS，抽真空20min～30min，最后置于温度为80℃～100℃的烘烤箱中加热1.5h～2h，固化；

所述的PDMS与固化剂的质量比为10:1；

(6)、PDMS通道处理：将固化后的PDMS从PDMS通道模子上揭下，并用刀片将其切割成规则的形状，然后用打孔器打好第一圆形入口通孔、第二圆形入口通孔及出口通孔，得到PDMS盖片；

二、三维电极的加工：

(1)、清洗ITO玻璃：首先将ITO玻璃依次置于丙酮和异丙醇中超声清洗5min～15min，再用等离子水冲洗，氮气吹干，然后将氮气吹干后的ITO玻璃置于温度为80℃～120℃下加热15min～30min，得到预处理后的ITO玻璃；

所述的ITO玻璃表面的ITO导电膜厚度为200nm；

(2)、光刻胶的平铺：将干膜光刻胶一侧的保护层揭掉并粘贴于预处理后的ITO玻璃上，得到光刻胶平铺后的ITO玻璃；

所述的干膜光刻胶为杜邦公司生产型号为SD238的干膜光刻胶，厚度为38μm；

(3)、曝光：将经AutoCAD软件辅助设计并打印好的ITO掩膜贴在光刻胶平铺后的ITO玻璃上，在金卤导轨射灯下，将光刻胶平铺后的ITO玻璃曝光3s，得到曝光后的ITO玻璃；

(4)、显影：将曝光后的ITO玻璃表面的保护层去掉，然后置于质量百分数为5％碳酸钠溶液中，显影2min～3min，得到显影后的ITO玻璃；

(5)、腐蚀：将显影后的ITO玻璃置于质量百分数为60％～80％的盐酸溶液与氯化铁催化剂的混合液中，浸泡40min，得到腐蚀后的ITO玻璃；

所述的质量百分数为60％～80％的盐酸溶液的体积与氯化铁催化剂的质量比为1mL:(10～50)mg；

(6)、去除光刻胶：将腐蚀后的ITO玻璃置于质量百分数为5％的NaOH溶液中浸泡，去除光刻胶，得到表面含有ITO电极引线的玻璃；

(7)、清洗ITO电极引线：首先将表面含有ITO电极引线的玻璃依次置于丙酮和异丙醇中超声清洗5min～15min，再用等离子水冲洗，氮气吹干，然后置于温度为80℃～120℃下加热15min～30min，得到预处理后的表面含有ITO电极引线的玻璃；

(8)、光刻胶的平铺：首先将干膜光刻胶一侧的保护层揭掉并粘贴于预处理后的表面含有ITO电极引线的玻璃上，然后置于塑封机中将干膜光刻胶和ITO玻璃压紧，得到粘有一层干膜光刻胶的表面含有ITO电极引线的玻璃，取另一张干膜光刻胶，将干膜光刻胶一侧的保护层及粘于表面含有ITO电极引线的玻璃上的干膜光刻胶的另一侧保护层揭掉，相对贴合，然后置于塑封机中将干膜光刻胶和玻璃压紧，得到粘有两层干膜光刻胶的表面含有ITO电极引线的玻璃；

所述的干膜光刻胶为杜邦公司生产型号为SD238的干膜光刻胶，厚度为38μm；

(9)、曝光：在显微镜下，将经AutoCAD软件辅助设计并打印好的三维电极掩膜贴在粘有两层干膜光刻胶的表面含有ITO电极引线的玻璃上，并置于金卤导轨射灯下，曝光6s～7s，去掉掩膜，得到曝光后的表面含有ITO电极引线的玻璃；

(10)、显影：将曝光后的表面含有ITO电极引线的玻璃置于质量百分数为5％碳酸钠溶液中，显影5min～6min，然后用等离子水冲洗，氮气吹干，并置于温度为80℃的烤箱中烘烤10min～20min，得到三维电极的通道模子；

(11)、涂抹Ag-PDMS混合物：将Ag、PDMS与固化剂混合，搅拌均匀，然后置于真空泵中抽真空20min～30min，得到三维电极原料，将三维电极的通道模子置于等离子机的腔室内，在腔室压力为700毫托及等离子发生器功率为20W的条件下，曝光32s，得到等离子后的三维电极的通道模子，将三维电极原料均匀涂覆至等离子后的三维电极的通道模子里，压实，并在温度为150℃的烘烤箱中，加热固化20min；

所述的PDMS与固化剂的质量比为10:1；所述的PDMS与Ag的质量比为1:(4～6)；

(12)、去除光刻胶：固化后，去除表面多余的三维电极原料，然后置于质量百分数为5％的NaOH溶液中浸泡15min，浸泡后用去离子水清洗，然后在温度为100℃下加热10min，得到玻璃基底；

三、芯片的制备：

将玻璃基底设有电极的一侧和PDMS盖片设有流道的一侧朝上，并列置于等离子机的腔室内，在腔室压力为700毫托及等离子发生器功率为20W的条件下，曝光32s，然后再在显微镜下，将玻璃基底设有电极的一侧和PDMS盖片设有流道的一侧相对放置，使得第一组三维电极的一端和第三组三维电极的一端均与粒子反应流道的一侧相贴合，第二组三维电极的一端和第四组三维电极的一端均与粒子反应流道的另一侧相贴合，按压3min～10min，将按压后的芯片置于温度为80℃～100℃下加热30min～50min，得到基于交流电热的高通量微混合芯片。

一种基于交流电热的高通量微混合芯片的应用，具体是按以下步骤进行的：

一、颗粒准备：

①、缓冲液的配制：向去离子水中加入氯化钾，得到电导率为0.2mS/m的缓冲液I，向电导率为0.2mS/m的缓冲液I中加入质量百分数为25％的氨水，至pH值为9.2，得到电导率为0.2S/m缓冲液II；

②、将缓冲液II与荧光素粉混合，得到浓度为1.32×10^-5mol/L的荧光素溶液；

③、将无水乙醇与吐温溶液混合，得到A溶液，再将A溶液与缓冲液II混合，得到BII溶液，将A溶液与荧光素溶液混合，得到D溶液；

所述的无水乙醇与吐温的体积比为(7～9):1；所述的A溶液与缓冲液II的体积比为1:(95～99)；所述的A溶液与荧光素溶液的体积比为1:99；

二、实验操作：

①、打开与显微镜相连接的计算机、信号发生器、信号放大器、示波器、显微镜、CCD以及荧光灯开关，观察设备运转是否正常，然后打开Q-CapturePro图像采集软件，实时观察显微镜载物台；

②、将基于交流电热的高通量微混合芯片置于等离子机的腔室内，在腔室压力为700毫托及等离子发生器功率为20W的条件下，曝光时间32s，得到等离子化的芯片，将等离子化的芯片固定在载物台上，调好芯片位置和焦距，在出口通孔处滴入BII溶液，至基于交流电热的高通量微混合芯片的流道润湿，然后将两个25微升的微量进样器固定在注射泵上，其中一个微量进样器吸入5微升～10微升BII溶液，另一个微量进样器吸入5微升～10微升的D溶液，再将连接注射器的两个金属连接器分别插入第一圆形入口通孔和第二圆形入口通孔，密封；

③、连接好基于交流电热的高通量微混合芯片的ITO电极引线和信号放大器之间的导线，所述的第一组三维电极与第二组三维电极施加的是相位差为180°的驻波，所述的第三组三维电极和第四组三维电极施加的是相位差为180°的驻波，且第一组三维电极重复第三组三维电极，施加的电信号频率范围为0.5MHz～3MHz，施加的电压范围为10Vpp～55Vpp。

④、启动注射泵，控制注射泵的参数为0.182微升/h～0.364微升/h，让BII溶液和D溶液以200微米/s～400微米/s的流速流入，当流道内流体流动速度稳定时，按下信号发生器上的施加信号按钮；

⑤、再次调整好焦距和基于交流电热的高通量微混合芯片的位置，直至荧光素粒子清晰，稳定高度进行视频的检测和录制；

⑥、重步骤二③～⑤步，不断调整电压和频率，观察现象并记录；

⑦、数据的处理和分析。

本发明基于三维电极设计了三维混合通道结构，实现了高通量的微流体均匀混合。其次基于交流电热强耦合模型(公式1)，考虑了介电常数、电导率以及粘度等随温度变化的情况，通过COMSOL4.4多物理场耦合软件对微混合芯片结构的多项关键参数进行了优化，得到了较佳的结构参数。

$\left\{\begin{array}{c}\begin{array}{cc}{\▿}^2\widetilde{\mathrm{\φ}}=\mathrm{\γ}\·\▿\widetilde{\mathrm{\φ}}=(-\frac{\mathrm{\β}\mathrm{\σ}\left(T_0\right)+jw\mathrm{\α}\mathrm{\ϵ}\left(T_0\right)}{\mathrm{\σ}\left(T\right)+jw\mathrm{\ϵ}\left(T\right)}\▿T)\·\▿\widetilde{\mathrm{\φ}},& \tilde{E}=-\▿\widetilde{\mathrm{\φ}}\end{array}\\ \▿\·\left(k\right(T)\▿T)+\frac{1}{2}\mathrm{\σ}\left(T\right)\tilde{E}\·{\tilde{E}}^{*}={\mathrm{\ρ}}_m{c}_p\stackrel{\‾}{v}\·\▿T+{\mathrm{\ρ}}_m{c}_p\frac{\∂T}{\∂t}\\ 0=\▿\·\[\mathrm{\η}\left(T\right)(\▿v+{(\▿v)}^T)\]-\▿p+f\end{array}\right.---\left(1\right)$

通过理论分析，在微流体通道中，通过施加交流电场可以使高电导率溶液产生交流电热漩涡流动。而且其在低频下库仑力起主导作用时，流速可以达到很高，可以很好的对流体进行搅拌扰动。因而，在一个微流体直通道的侧面上，施加三维电极，进而可以很好的使通道整个高度上的流体受到非均匀的电场。

图2为本发明一种基于交流电热的高通量微混合芯片的局部放大图，图中，所述的粒子反应流道深H，长L，宽W；所述的第一三维电极与粒子反应流道贴合的一端宽d1；所得第二三维电极与粒子反应流道贴合的一端宽d2；第一三维电极和第二三维电极之间的水平距离d3；第一组三维电极与第二组三维电极的水平距离dj1；第二组三维电极与第三组三维电极的水平距离pj；第三组三维电极与第四组三维电极的水平距离dj2。利用强耦合模型分别针对上述结构参数进行了优化，边界条件如图4所示。

本发明的有益效果是：利用交流电热强耦合模型对微混合芯片的多个关键结构参数进行优化仿真。基于三维电极的微混合芯片可以实现高电导率溶液的高通量混合。

附图说明

图1为本发明一种基于交流电热的高通量微混合芯片的俯视图；

图2为图1A部放大图；

图3为实施例一施加1MHz和48Vpp时，荧光素溶液的混合流场图；

图4为仿真优化的边界条件图。

具体实施方案

具体实施方案一：结合图1及2具体说明本实施方式，本实施方式是一种基于交流电热的高通量微混合芯片，基于交流电热的高通量微混合芯片由玻璃基底1和PDMS盖片2组成；

所述的玻璃基底1表面设有第一组三维电极4-1、第二组三维电极4-2、第三组三维电极4-3、第四组三维电极4-4及ITO电极引线3；

所述的ITO电极引线3由玻璃基底1表面的ITO导电膜腐蚀后留存得到；所述的第一组三维电极4-1、第二组三维电极4-2、第三组三维电极4-3、第四组三维电极4-4的厚度均为76μm；所述的ITO电极引线3的厚度为200nm；

所述的PDMS盖片2的下表面设有粒子反应流道5、第一流道10、第二流道11、第三流道9、第一入口槽12及第二入口槽13，粒子反应流道5的入口端分别与第一流道10的出口端及第二流道11的出口端相连接，粒子反应流道5的出口端与第三流道9的入口端相连接；且第一流道10的入口端设有第一入口槽12，第二流道11的入口端设有第二入口槽13，第三流道9的出口端设有贯穿PDMS盖片2的出口通孔8；

所述的第一入口槽12的中心位置设有贯穿PDMS盖片2的第一圆形入口通孔6；所述的第二入口槽13的中心位置设有贯穿PDMS盖片2的第二圆形入口通孔7；

且PDMS盖片2下表面设有与玻璃基底1表面的第一组三维电极4-1、第二组三维电极4-2、第三组三维电极4-3及第四组三维电极4-4相对应的槽；

所述的PDMS盖片2的厚度为5mm～7mm；所述的粒子反应流道5深H为76μm，长L为3500μm，宽W为400μm；第一流道10深为76μm，长为1.5cm，入口端宽为3mm，出口端宽为200μm；第二流道11深为76μm，长为1.5cm，入口端宽为3mm，出口端宽为200μm；第三流道9深为76μm，长为1.2cm，入口端宽为400μm，出口端宽为3mm；第一入口槽12深为76μm；第二入口槽13深为76μm；

玻璃基底1设有电极的一侧和PDMS盖片2下表面相对密封，且第一组三维电极4-1的一端和第三组三维电极4-3的一端均与粒子反应流道5的一侧相贴合，第二组三维电极4-2的一端和第四组三维电极4-4的一端均与粒子反应流道5的另一侧相贴合；第一组三维电极4-1与第二组三维电极4-2的水平距离dj1为125μm；第二组三维电极4-2与第三组三维电极4-3的水平距离pj为200μm；第三组三维电极4-3与第四组三维电极4-4的水平距离dj2为125μm；所述的第一组三维电极4-1、第二组三维电极4-2、第三组三维电极4-3和第四组三维电极4-4的另一端均与ITO电极引线3相贴合；

所述的第一组三维电极4-1由第一三维电极4-1-1和第二三维电极4-1-2组成；第一三维电极4-1-1和第二三维电极4-1-2之间的水平距离d3为200μm；所述的第一三维电极4-1-1与粒子反应流道5贴合的一端宽d1为225μm；所得第二三维电极4-1-2与粒子反应流道5贴合的一端宽d2为200μm；

所述的第二组三维电极4-2、第三组三维电极4-3和第四组三维电极4-4的结构与第一组三维电极4-1相同。

本实施方式的有益效果是：利用交流电热强耦合模型对微混合芯片的多个关键结构参数进行优化仿真。基于三维电极的微混合芯片可以实现高电导率溶液的高通量混合。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：第一流道10与第二流道11之间的夹角为60°。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一的不同点是：第一圆形入口通孔6的直径为1mm；第二圆形入口通孔7的直径为1mm。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式所述的一种基于交流电热的高通量微混合芯片的制备方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、PDMS通道加工：

(1)、清洗玻璃：首先将玻璃依次置于丙酮和异丙醇中分别超声清洗5min～15min，再用等离子水冲洗，氮气吹干，然后将氮气吹干后的玻璃置于温度为80℃～120℃下加热15min～30min，得到预处理后的玻璃；

(2)、光刻胶的平铺：首先将干膜光刻胶一侧的保护层揭掉并粘贴于预处理后的玻璃上，然后置于塑封机中将干膜光刻胶和玻璃压紧，得到粘有一层干膜光刻胶的玻璃，取另一张干膜光刻胶，将干膜光刻胶一侧的保护层及粘于玻璃上的干膜光刻胶的另一侧保护层揭掉，相对贴合，然后置于塑封机中将干膜光刻胶和玻璃压紧，得到粘有两层干膜光刻胶的玻璃；

所述的干膜光刻胶为杜邦公司生产型号为SD238的干膜光刻胶，厚度为38μm；

(3)、曝光：将经AutoCAD软件辅助设计并打印好的PDMS掩膜贴于粘有两层干膜光刻胶的玻璃上，得到预曝光的玻璃，将透光板和遮光板依次置于预曝光的玻璃表面上，并置于金卤导轨射灯下，预热1min，预热后去掉遮光板，曝光6s，然后去掉透光板、掩膜及玻璃上的保护层，得到曝光后的玻璃；

(4)、显影：将曝光后的玻璃置于质量百分数为5％的碳酸钠溶液中，显影5min～6min，然后用等离子水冲洗，氮气吹干，并置于温度为80℃的烤箱中烘烤10min～20min，得到PDMS通道模子；

(5)、浇筑PDMS：将PDMS与固化剂混合，搅拌均匀，然后置于真空泵中抽真空20min～30min，得到硅烷化处理剂，用锡箔纸将PDMS通道模子包覆成一个方形开口槽，且PDMS通道模子的通道一侧朝上放置，然后把锡箔纸包好的PDMS通道模子放置在真空泵中，将50μL～100μL的硅烷化处理剂注入锡箔纸包好的PDMS通道模子，抽真空2min～3min，静置10min～15min，再在硅烷处理后的PDMS通道模子上浇筑PDMS，抽真空20min～30min，最后置于温度为80℃～100℃的烘烤箱中加热1.5h～2h，固化；

所述的PDMS与固化剂的质量比为10:1；

(6)、PDMS通道处理：将固化后的PDMS从PDMS通道模子上揭下，并用刀片将其切割成规则的形状，然后用打孔器打好第一圆形入口通孔6、第二圆形入口通孔7及出口通孔8，得到PDMS盖片2；

二、三维电极的加工：

(1)、清洗ITO玻璃：首先将ITO玻璃依次置于丙酮和异丙醇中超声清洗5min～15min，再用等离子水冲洗，氮气吹干，然后将氮气吹干后的ITO玻璃置于温度为80℃～120℃下加热15min～30min，得到预处理后的ITO玻璃；

所述的ITO玻璃表面的ITO导电膜厚度为200nm；

(2)、光刻胶的平铺：将干膜光刻胶一侧的保护层揭掉并粘贴于预处理后的ITO玻璃上，得到光刻胶平铺后的ITO玻璃；

所述的干膜光刻胶为杜邦公司生产型号为SD238的干膜光刻胶，厚度为38μm；

(3)、曝光：将经AutoCAD软件辅助设计并打印好的ITO掩膜贴在光刻胶平铺后的ITO玻璃上，在金卤导轨射灯下，将光刻胶平铺后的ITO玻璃曝光3s，得到曝光后的ITO玻璃；

(4)、显影：将曝光后的ITO玻璃表面的保护层去掉，然后置于质量百分数为5％碳酸钠溶液中，显影2min～3min，得到显影后的ITO玻璃；

(5)、腐蚀：将显影后的ITO玻璃置于质量百分数为60％～80％的盐酸溶液与氯化铁催化剂的混合液中，浸泡40min，得到腐蚀后的ITO玻璃；

所述的质量百分数为60％～80％的盐酸溶液的体积与氯化铁催化剂的质量比为1mL:(10～50)mg；

(6)、去除光刻胶：将腐蚀后的ITO玻璃置于质量百分数为5％的NaOH溶液中浸泡，去除光刻胶，得到表面含有ITO电极引线的玻璃；

(7)、清洗ITO电极引线：首先将表面含有ITO电极引线的玻璃依次置于丙酮和异丙醇中超声清洗5min～15min，再用等离子水冲洗，氮气吹干，然后置于温度为80℃～120℃下加热15min～30min，得到预处理后的表面含有ITO电极引线的玻璃；

(8)、光刻胶的平铺：首先将干膜光刻胶一侧的保护层揭掉并粘贴于预处理后的表面含有ITO电极引线的玻璃上，然后置于塑封机中将干膜光刻胶和ITO玻璃压紧，得到粘有一层干膜光刻胶的表面含有ITO电极引线的玻璃，取另一张干膜光刻胶，将干膜光刻胶一侧的保护层及粘于表面含有ITO电极引线的玻璃上的干膜光刻胶的另一侧保护层揭掉，相对贴合，然后置于塑封机中将干膜光刻胶和玻璃压紧，得到粘有两层干膜光刻胶的表面含有ITO电极引线的玻璃；

所述的干膜光刻胶为杜邦公司生产型号为SD238的干膜光刻胶，厚度为38μm；

(9)、曝光：在显微镜下，将经AutoCAD软件辅助设计并打印好的三维电极掩膜贴在粘有两层干膜光刻胶的表面含有ITO电极引线的玻璃上，并置于金卤导轨射灯下，曝光6s～7s，去掉掩膜，得到曝光后的表面含有ITO电极引线的玻璃；

(10)、显影：将曝光后的表面含有ITO电极引线的玻璃置于质量百分数为5％碳酸钠溶液中，显影5min～6min，然后用等离子水冲洗，氮气吹干，并置于温度为80℃的烤箱中烘烤10min～20min，得到三维电极的通道模子；

(11)、涂抹Ag-PDMS混合物：将Ag、PDMS与固化剂混合，搅拌均匀，然后置于真空泵中抽真空20min～30min，得到三维电极原料，将三维电极的通道模子置于等离子机的腔室内，在腔室压力为700毫托及等离子发生器功率为20W的条件下，曝光32s，得到等离子后的三维电极的通道模子，将三维电极原料均匀涂覆至等离子后的三维电极的通道模子里，压实，并在温度为150℃的烘烤箱中，加热固化20min；

所述的PDMS与固化剂的质量比为10:1；所述的PDMS与Ag的质量比为1:(4～6)；

(12)、去除光刻胶：固化后，去除表面多余的三维电极原料，然后置于质量百分数为5％的NaOH溶液中浸泡15min，浸泡后用去离子水清洗，然后在温度为100℃下加热10min，得到玻璃基底1；

三、芯片的制备：

将玻璃基底1设有电极的一侧和PDMS盖片2设有流道的一侧朝上，并列置于等离子机的腔室内，在腔室压力为700毫托及等离子发生器功率为20W的条件下，曝光32s，然后再在显微镜下，将玻璃基底1设有电极的一侧和PDMS盖片2设有流道的一侧相对放置，使得第一组三维电极4-1的一端和第三组三维电极4-3的一端均与粒子反应流道5的一侧相贴合，第二组三维电极4-2的一端和第四组三维电极4-4的一端均与粒子反应流道5的另一侧相贴合，按压3min～10min，将按压后的芯片置于温度为80℃～100℃下加热30min～50min，得到基于交流电热的高通量微混合芯片。

本实施方式步骤一(2)中为了体现出三维电极的优势，对于较深通道也能很好混合。该实验中采用的是通道深度为76μm，正好是两层杜邦干膜光刻胶的厚度(单层厚度为38μm)。将杜邦干膜的一侧保护层接掉，在水流的缓慢冲洗下，贴在玻璃基底上，保证粘贴过程中没有气泡，然后在塑封机(型号：EL-9DF，青岛皇冠电子有限公司)。

本实施方式步骤一(3)中通道MASK(PDMS掩膜)放置在光刻胶上面，注意，让MASK带有墨的那一侧紧贴光刻胶。拿掉掩膜后，在黄光灯下肉眼观察曝光效果，效果目测良好的话，则进行下一步。

本实施方式步骤一(4)中接掉干膜光刻胶上的一层保护膜，置于用等离子水新配置的5％碳酸钠溶液中，显影5-6min，显影过程不断用刷子进行刷洗。

本实施方式步骤一(5)中保证搅拌均匀的混合物中气泡完全消失，然后将通道干膜硅烷化处理，使通道模子表面沉积一层硅烷，有助于PDMS与通道模子不粘连，容易将PDMS通道从模子上脱离。最后，在浇筑硅烷处理后的通道模子上浇筑PDMS。再抽真空20min，保证无气泡后。

本实施方式步骤二(1)中由于此处的光刻胶只用来保护ITO层不被腐蚀，因而采用的是通道深度为单层杜邦干膜光刻胶即可。

本实施方式步骤二(5)中此过程中固化的干膜起保护作用，没有干膜覆盖的ITO层将被腐蚀掉。

本实施方式步骤二(8)中为保证和PDMS通道完美结合，需要铺两层光刻胶。

本实施方式步骤二(9)中此时需要将MASK和ITO上的对准标记在显微镜下进行对准，保证三维电极可以和ITO电极很好的接触。

本实施方式步骤三中加工好的三维电极和PDMS通道之后，再对其进行键合，键合是十分关键的一步，键合的好坏直接影响到最后的芯片中通道的密封效果，进而影响到实验结果的可靠性和准确性。键合前，注意保证先将PDMS通道打好孔(一旦键合后，将无法再进行打孔)。在对准的过程中需要微调整时，不要用力按压，尽量轻拿轻放，以免键合住无法移动)。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同点是：步骤二(12)中所述的玻璃基底1表面设有第一组三维电极4-1、第二组三维电极4-2、第三组三维电极4-3、第四组三维电极4-4及ITO电极引线3；

所述的ITO电极引线3由玻璃基底1表面的ITO导电膜腐蚀后留存得到；所述的第一组三维电极4-1、第二组三维电极4-2、第三组三维电极4-3、第四组三维电极4-4的厚度均为76μm；所述的ITO电极引线3的厚度为200nm；

第一组三维电极4-1与第二组三维电极4-2的水平距离dj1为125μm；第二组三维电极4-2与第三组三维电极4-3的水平距离pj为200μm；第三组三维电极4-3与第四组三维电极4-4的水平距离dj2为125μm；

所述的第一组三维电极4-1由第一三维电极4-1-1和第二三维电极4-1-2组成；第一三维电极4-1-1和第二三维电极4-1-2之间的水平距离d3为200μm；所述的第一三维电极4-1-1与粒子反应流道5贴合的一端宽d1为225μm；所得第二三维电极4-1-2与粒子反应流道5贴合的一端宽d2为200μm；

所述的第二组三维电极4-2、第三组三维电极4-3和第四组三维电极4-4的结构与第一组三维电极4-1相同。其它与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五之一不同点是：步骤一(6)中所述的PDMS盖片2的下表面设有粒子反应流道5，粒子反应流道5的入口端分别与第一流道10的出口端及第二流道11的出口端相连接，粒子反应流道5的出口端与第三流道9的入口端相连接；且第一流道10的入口端设有第一入口槽12，第二流道11的入口端设有第二入口槽13，第三流道9的出口端设有贯穿PDMS盖片2的出口通孔8；

所述的第一入口槽12的中心位置设有贯穿PDMS盖片2的第一圆形入口通孔6；所述的第二入口槽13的中心位置设有贯穿PDMS盖片2的第二圆形入口通孔7；

且PDMS盖片2下表面设有与玻璃基底1表面的第一组三维电极4-1、第二组三维电极4-2、第三组三维电极4-3及第四组三维电极4-4相对应的槽；

所述的PDMS盖片2的厚度为5mm～7mm；所述的粒子反应流道5深H为76μm，长L为3500μm，宽W为400μm；第一流道10深为76μm，长为1.5cm，入口端宽为3mm，出口端宽为200μm；第二流道11深为76μm，长为1.5cm，入口端宽为3mm，出口端宽为200μm；第三流道9深为76μm，长为1.2cm，入口端宽为400μm，出口端宽为3mm；第一入口槽12深为76μm；第二入口槽13深为76μm。其它与具体实施方式四或五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四至六之一不同点是：步骤三中第一组三维电极4-1、第二组三维电极4-2、第三组三维电极4-3和第四组三维电极4-4的另一端均与ITO电极引线3相贴合。其它与具体实施方式四至六相同。

具体实施方式八：本实施方式所述的一种基于交流电热的高通量微混合芯片的应用，一种基于交流电热的高通量微混合芯片的应用，具体是按以下步骤进行的：

一、颗粒准备：

①、缓冲液的配制：向去离子水中加入氯化钾，得到电导率为0.2mS/m的缓冲液I，向电导率为0.2mS/m的缓冲液I中加入质量百分数为25％的氨水，至pH值为9.2，得到电导率为0.2S/m缓冲液II；

②、将缓冲液II与荧光素粉混合，得到浓度为1.32×10^-5mol/L的荧光素溶液；

③、将无水乙醇与吐温溶液混合，得到A溶液，再将A溶液与缓冲液II混合，得到BII溶液，将A溶液与荧光素溶液混合，得到D溶液；

所述的无水乙醇与吐温的体积比为(7～9):1；所述的A溶液与缓冲液II的体积比为1:(95～99)；所述的A溶液与荧光素溶液的体积比为1:99；

二、实验操作：

①、打开与显微镜相连接的计算机、信号发生器、信号放大器、示波器、显微镜、CCD以及荧光灯开关，观察设备运转是否正常，然后打开Q-CapturePro图像采集软件，实时观察显微镜载物台；

②、将基于交流电热的高通量微混合芯片置于等离子机的腔室内，在腔室压力为700毫托及等离子发生器功率为20W的条件下，曝光时间32s，得到等离子化的芯片，将等离子化的芯片固定在载物台上，调好芯片位置和焦距，在出口通孔8处滴入BII溶液，至基于交流电热的高通量微混合芯片的流道润湿，然后将两个25微升的微量进样器固定在注射泵上，其中一个微量进样器吸入5微升～10微升BII溶液，另一个微量进样器吸入5微升～10微升的D溶液，再将连接注射器的两个金属连接器分别插入第一圆形入口通孔6和第二圆形入口通孔7，密封；

③、连接好基于交流电热的高通量微混合芯片的ITO电极引线3和信号放大器之间的导线，所述的第一组三维电极4-1与第二组三维电极4-2施加的是相位差为180°的驻波，所述的第三组三维电极4-3和第四组三维电极4-4施加的是相位差为180°的驻波，且第一组三维电极4-1重复第三组三维电极4-3，施加的电信号频率范围为0.5MHz～3MHz，施加的电压范围为10Vpp～55Vpp。

④、启动注射泵，控制注射泵的参数为0.182微升/h～0.364微升/h，让BII溶液和D溶液以200微米/s～400微米/s的流速流入，当流道内流体流动速度稳定时，按下信号发生器上的施加信号按钮；

⑤、再次调整好焦距和基于交流电热的高通量微混合芯片的位置，直至荧光素粒子清晰，稳定高度进行视频的检测和录制；

⑥、重步骤二③～⑤步，不断调整电压和频率，观察现象并记录；

⑦、数据的处理和分析。

本实施方式电导率为0.2mS/m的缓冲液I为了消除PH值对荧光素溶液的影响，还需要利用氨水配置出PH值为9.2，电导率为0.2S/m缓冲液II。为了消除PH值对荧光素溶液的影响，在进行荧光素溶液的配置时，需要利用缓冲液II进行荧光素溶液的配置。A溶液其作用主要是可以减少粒子在通道或者基底表面粘结。

在出口处滴入少量的BII溶液，润湿整个微混合通道，可以保证粒子不沾在通道壁上。

采用下述试验验证本发明效果：

实施例一：

一种基于交流电热的高通量微混合芯片由玻璃基底1和PDMS盖片2组成；

所述的玻璃基底1表面设有第一组三维电极4-1、第二组三维电极4-2、第三组三维电极4-3、第四组三维电极4-4及ITO电极引线3；

所述的ITO电极引线3由玻璃基底1表面的ITO导电膜腐蚀后留存得到；所述的第一组三维电极4-1、第二组三维电极4-2、第三组三维电极4-3、第四组三维电极4-4的厚度均为76μm；所述的ITO电极引线3的厚度为200nm；

所述的PDMS盖片2的下表面设有粒子反应流道5、第一流道10、第二流道11、第三流道9、第一入口槽12及第二入口槽13，粒子反应流道5的入口端分别与第一流道10的出口端及第二流道11的出口端相连接，粒子反应流道5的出口端与第三流道9的入口端相连接；且第一流道10的入口端设有第一入口槽12，第二流道11的入口端设有第二入口槽13，第三流道9的出口端设有贯穿PDMS盖片2的出口通孔8；

所述的第一入口槽12的中心位置设有贯穿PDMS盖片2的第一圆形入口通孔6；所述的第二入口槽13的中心位置设有贯穿PDMS盖片2的第二圆形入口通孔7；

且PDMS盖片2下表面设有与玻璃基底1表面的第一组三维电极4-1、第二组三维电极4-2、第三组三维电极4-3及第四组三维电极4-4相对应的槽；

所述的PDMS盖片2的厚度为6mm；所述的粒子反应流道5深H为76μm，长L为3500μm，宽W为400μm；第一流道10深为76μm，长为1.5cm，入口端宽为3mm，出口端宽为200μm；第二流道11深为76μm，长为1.5cm，入口端宽为3mm，出口端宽为200μm；第三流道9深为76μm，长为1.2cm，入口端宽为400μm，出口端宽为3mm；第一入口槽12深为76μm；第二入口槽13深为76μm；

玻璃基底1设有电极的一侧和PDMS盖片2下表面相对密封，且第一组三维电极4-1的一端和第三组三维电极4-3的一端均与粒子反应流道5的一侧相贴合，第二组三维电极4-2的一端和第四组三维电极4-4的一端均与粒子反应流道5的另一侧相贴合；第一组三维电极4-1与第二组三维电极4-2的水平距离dj1为125μm；第二组三维电极4-2与第三组三维电极4-3的水平距离pj为200μm；第三组三维电极4-3与第四组三维电极4-4的水平距离dj2为125μm；所述的第一组三维电极4-1、第二组三维电极4-2、第三组三维电极4-3和第四组三维电极4-4的另一端均与ITO电极引线3相贴合；

所述的第一组三维电极4-1由第一三维电极4-1-1和第二三维电极4-1-2组成；第一三维电极4-1-1和第二三维电极4-1-2之间的水平距离d3为200μm；所述的第一三维电极4-1-1与粒子反应流道5贴合的一端宽d1为225μm；所得第二三维电极4-1-2与粒子反应流道5贴合的一端宽d2为200μm；

所述的第二组三维电极4-2、第三组三维电极4-3和第四组三维电极4-4的结构与第一组三维电极4-1相同；

第一流道10与第二流道11之间的夹角为60°；

第一圆形入口通孔6的直径为1mm；第二圆形入口通孔7的直径为1mm。

上述一种基于交流电热的高通量微混合芯片的制备方法，是按以下步骤进行的：

一、PDMS通道加工：

(1)、清洗玻璃：首先将玻璃依次置于丙酮和异丙醇中分别超声清洗10min，再用等离子水冲洗，氮气吹干，然后将氮气吹干后的玻璃置于温度为80℃下加热15min，得到预处理后的玻璃；

(2)、光刻胶的平铺：首先将干膜光刻胶一侧的保护层揭掉并粘贴于预处理后的玻璃上，然后置于塑封机中将干膜光刻胶和玻璃压紧，得到粘有一层干膜光刻胶的玻璃，取另一张干膜光刻胶，将干膜光刻胶一侧的保护层及粘于玻璃上的干膜光刻胶的另一侧保护层揭掉，相对贴合，然后置于塑封机中将干膜光刻胶和玻璃压紧，得到粘有两层干膜光刻胶的玻璃；

所述的干膜光刻胶为杜邦公司生产型号为SD238的干膜光刻胶，厚度为38μm；

(3)、曝光：将经AutoCAD软件辅助设计并打印好的PDMS掩膜贴于粘有两层干膜光刻胶的玻璃上，得到预曝光的玻璃，将透光板和遮光板依次置于预曝光的玻璃表面上，并置于金卤导轨射灯下，预热1min，预热后去掉遮光板，曝光6s，然后去掉透光板、掩膜及玻璃上的保护层，得到曝光后的玻璃；

(4)、显影：将曝光后的玻璃置于质量百分数为5％的碳酸钠溶液中，显影5min，然后用等离子水冲洗，氮气吹干，并置于温度为80℃的烤箱中烘烤15min，得到PDMS通道模子；

(5)、浇筑PDMS：将PDMS与固化剂混合，搅拌均匀，然后置于真空泵中抽真空30min，得到硅烷化处理剂，用锡箔纸将PDMS通道模子包覆成一个方形开口槽，且PDMS通道模子的通道一侧朝上放置，然后把锡箔纸包好的PDMS通道模子放置在真空泵中，将50μL的硅烷化处理剂注入锡箔纸包好的PDMS通道模子，抽真空2min，静置10min，再在硅烷处理后的PDMS通道模子上浇筑PDMS，抽真空20min，最后置于温度为80℃的烘烤箱中加热2h，固化；

所述的PDMS与固化剂的质量比为10:1；

(6)、PDMS通道处理：将固化后的PDMS从PDMS通道模子上揭下，并用刀片将其切割成规则的形状，然后用打孔器打好第一圆形入口通孔6、第二圆形入口通孔7及出口通孔8，得到PDMS盖片2；

二、三维电极的加工：

(1)、清洗ITO玻璃：首先将ITO玻璃依次置于丙酮和异丙醇中超声清洗10min，再用等离子水冲洗，氮气吹干，然后将氮气吹干后的ITO玻璃置于温度为80℃下加热15min，得到预处理后的ITO玻璃；

所述的ITO玻璃表面的ITO导电膜厚度为200nm；

(2)、光刻胶的平铺：将干膜光刻胶一侧的保护层揭掉并粘贴于预处理后的ITO玻璃上，得到光刻胶平铺后的ITO玻璃；

所述的干膜光刻胶为杜邦公司生产型号为SD238的干膜光刻胶，厚度为38μm；

(3)、曝光：将经AutoCAD软件辅助设计并打印好的ITO掩膜贴在光刻胶平铺后的ITO玻璃上，在金卤导轨射灯下，将光刻胶平铺后的ITO玻璃曝光3s，得到曝光后的ITO玻璃；

(4)、显影：将曝光后的ITO玻璃表面的保护层去掉，然后置于质量百分数为5％碳酸钠溶液中，显影2min，得到显影后的ITO玻璃；

(5)、腐蚀：将显影后的ITO玻璃置于质量百分数为60％的盐酸溶液与氯化铁催化剂的混合液中，浸泡40min，得到腐蚀后的ITO玻璃；

所述的质量百分数为60％的盐酸溶液的体积与氯化铁催化剂的质量比为1mL:30mg；

(6)、去除光刻胶：将腐蚀后的ITO玻璃置于质量百分数为5％的NaOH溶液中浸泡，去除光刻胶，得到表面含有ITO电极引线的玻璃；

(7)、清洗ITO电极引线：首先将表面含有ITO电极引线的玻璃依次置于丙酮和异丙醇中超声清洗10min，再用等离子水冲洗，氮气吹干，然后置于温度为80℃下加热15min，得到预处理后的表面含有ITO电极引线的玻璃；

(8)、光刻胶的平铺：首先将干膜光刻胶一侧的保护层揭掉并粘贴于预处理后的表面含有ITO电极引线的玻璃上，然后置于塑封机中将干膜光刻胶和ITO玻璃压紧，得到粘有一层干膜光刻胶的表面含有ITO电极引线的玻璃，取另一张干膜光刻胶，将干膜光刻胶一侧的保护层及粘于表面含有ITO电极引线的玻璃上的干膜光刻胶的另一侧保护层揭掉，相对贴合，然后置于塑封机中将干膜光刻胶和玻璃压紧，得到粘有两层干膜光刻胶的表面含有ITO电极引线的玻璃；

所述的干膜光刻胶为杜邦公司生产型号为SD238的干膜光刻胶，厚度为38μm；

(9)、曝光：在显微镜下，将经AutoCAD软件辅助设计并打印好的三维电极掩膜贴在粘有两层干膜光刻胶的表面含有ITO电极引线的玻璃上，并置于金卤导轨射灯下，曝光6s，去掉掩膜，得到曝光后的表面含有ITO电极引线的玻璃；

(10)、显影：将曝光后的表面含有ITO电极引线的玻璃置于质量百分数为5％碳酸钠溶液中，显影5min，然后用等离子水冲洗，氮气吹干，并置于温度为80℃的烤箱中烘烤15min，得到三维电极的通道模子；

(11)、涂抹Ag-PDMS混合物：将Ag、PDMS与固化剂混合，搅拌均匀，然后置于真空泵中抽真空20min，得到三维电极原料，将三维电极的通道模子置于等离子机的腔室内，在腔室压力为700毫托及等离子发生器功率为20W的条件下，曝光32s，得到等离子后的三维电极的通道模子，将三维电极原料均匀涂覆至等离子后的三维电极的通道模子里，压实，并在温度为150℃的烘烤箱中，加热固化20min；

所述的PDMS与固化剂的质量比为10:1；所述的PDMS与Ag的质量比为1:5；

(12)、去除光刻胶：固化后，去除表面多余的三维电极原料，然后置于质量百分数为5％的NaOH溶液中浸泡15min，浸泡后用去离子水清洗，然后在温度为100℃下加热10min，得到玻璃基底1；

三、芯片的制备：

将玻璃基底1设有电极的一侧和PDMS盖片2设有流道的一侧朝上，并列置于等离子机的腔室内，在腔室压力为700毫托及等离子发生器功率为20W的条件下，曝光32s，然后再在显微镜下，将玻璃基底1设有电极的一侧和PDMS盖片2设有流道的一侧相对放置，使得第一组三维电极4-1的一端和第三组三维电极4-3的一端均与粒子反应流道5的一侧相贴合，第二组三维电极4-2的一端和第四组三维电极4-4的一端均与粒子反应流道5的另一侧相贴合，按压3min，将按压后的芯片置于温度为80℃下加热30min，得到基于交流电热的高通量微混合芯片。

一种基于交流电热的高通量微混合芯片的应用，

一、颗粒准备：

①、缓冲液的配制：向去离子水中加入氯化钾，得到电导率为0.2mS/m的缓冲液I，向电导率为0.2mS/m的缓冲液I中加入质量百分数为25％的氨水，至pH值为9.2，得到电导率为0.2S/m缓冲液II；

②、将缓冲液II与荧光素粉混合，得到浓度为1.32×10^-5mol/L的荧光素溶液；

③、将无水乙醇与吐温溶液混合，得到A溶液，再将A溶液与缓冲液II混合，得到BII溶液，将A溶液与荧光素溶液混合，得到D溶液；

所述的无水乙醇与吐温的体积比为9:1；所述的A溶液与缓冲液II的体积比为1:99；所述的A溶液与荧光素溶液的体积比为1:99；

二、实验操作：

①、打开与显微镜相连接的计算机、信号发生器、信号放大器、示波器、显微镜、CCD以及荧光灯开关，观察设备运转是否正常，然后打开Q-CapturePro图像采集软件，实时观察显微镜载物台；

②、将基于交流电热的高通量微混合芯片置于等离子机的腔室内，在腔室压力为700毫托及等离子发生器功率为20W的条件下，曝光时间32s，得到等离子化的芯片，将等离子化的芯片固定在载物台上，调好芯片位置和焦距，在出口通孔8处滴入BII溶液，至基于交流电热的高通量微混合芯片的流道润湿，然后将两个25微升的微量进样器固定在注射泵上，其中一个微量进样器吸入5微升BII溶液，另一个微量进样器吸入5微升的D溶液，再将连接注射器的两个金属连接器分别插入第一圆形入口通孔6和第二圆形入口通孔7，密封；

③、连接好基于交流电热的高通量微混合芯片的ITO电极引线3和信号放大器之间的导线，所述的第一组三维电极4-1与第二组三维电极4-2施加的是相位差为180°的驻波，所述的第三组三维电极4-3和第四组三维电极4-4施加的是相位差为180°的驻波，且第一组三维电极4-1重复第三组三维电极4-3，施加的电信号频率范围为1MHz，施加的电压范围为10Vpp～55Vpp。

④、启动注射泵，控制注射泵的参数为0.182微升/h，让BII溶液和D溶液以200微米/s的流速流入，当流道内流体流动速度稳定时，按下信号发生器上的施加信号按钮；

⑤、再次调整好焦距和基于交流电热的高通量微混合芯片的位置，直至荧光素粒子清晰，稳定高度进行视频的检测和录制；

⑥、重步骤二③～⑤步，不断调整电压和频率，观察现象并记录；

⑦、数据的处理和分析。。

图3为实施例一施加1MHz和48Vpp时，荧光素溶液的混合流场图，由图可知，施加1MHz，48Vpp时，荧光素溶液的混合流场，可以发现在右侧出口位置，可以实现很好的混合。

Claims (8)

1.一种基于交流电热的高通量微混合芯片，其特征在于基于交流电热的高通量微混合芯片由玻璃基底(1)和PDMS盖片(2)组成；

所述的玻璃基底(1)表面设有第一组三维电极(4-1)、第二组三维电极(4-2)、第三组三维电极(4-3)、第四组三维电极(4-4)及ITO电极引线(3)；

所述的ITO电极引线(3)由玻璃基底(1)表面的ITO导电膜腐蚀后留存得到；所述的第一组三维电极(4-1)、第二组三维电极(4-2)、第三组三维电极(4-3)、第四组三维电极(4-4)的厚度均为76μm；所述的ITO电极引线(3)的厚度为200nm；

所述的PDMS盖片(2)的下表面设有粒子反应流道(5)、第一流道(10)、第二流道(11)、第三流道(9)、第一入口槽(12)及第二入口槽(13)，粒子反应流道(5)的入口端分别与第一流道(10)的出口端及第二流道(11)的出口端相连接，粒子反应流道(5)的出口端与第三流道(9)的入口端相连接；且第一流道(10)的入口端设有第一入口槽(12)，第二流道(11)的入口端设有第二入口槽(13)，第三流道(9)的出口端设有贯穿PDMS盖片(2)的出口通孔(8)；

所述的第一入口槽(12)的中心位置设有贯穿PDMS盖片(2)的第一圆形入口通孔(6)；所述的第二入口槽(13)的中心位置设有贯穿PDMS盖片(2)的第二圆形入口通孔(7)；

且PDMS盖片(2)下表面设有与玻璃基底(1)表面的第一组三维电极(4-1)、第二组三维电极(4-2)、第三组三维电极(4-3)及第四组三维电极(4-4)相对应的槽；

所述的PDMS盖片(2)的厚度为5mm～7mm；所述的粒子反应流道(5)深H为76μm，长L为3500μm，宽W为400μm；第一流道(10)深为76μm，长为1.5cm，入口端宽为3mm，出口端宽为200μm；第二流道(11)深为76μm，长为1.5cm，入口端宽为3mm，出口端宽为200μm；第三流道(9)深为76μm，长为1.2cm，入口端宽为400μm，出口端宽为3mm；第一入口槽(12)深为76μm；第二入口槽(13)深为76μm；

玻璃基底(1)设有电极的一侧和PDMS盖片(2)下表面相对密封，且第一组三维电极(4-1)的一端和第三组三维电极(4-3)的一端均与粒子反应流道(5)的一侧相贴合，第二组三维电极(4-2)的一端和第四组三维电极(4-4)的一端均与粒子反应流道(5)的另一侧相贴合；第一组三维电极(4-1)与第二组三维电极(4-2)的水平距离dj1为125μm；第二组三维电极(4-2)与第三组三维电极(4-3)的水平距离pj为200μm；第三组三维电极(4-3)与第四组三维电极(4-4)的水平距离dj2为125μm；所述的第一组三维电极(4-1)、第二组三维电极(4-2)、第三组三维电极(4-3)和第四组三维电极(4-4)的另一端均与ITO电极引线(3)相贴合；

所述的第一组三维电极(4-1)由第一三维电极(4-1-1)和第二三维电极(4-1-2)组成；第一三维电极(4-1-1)和第二三维电极(4-1-2)之间的水平距离d3为200μm；所述的第一三维电极(4-1-1)与粒子反应流道(5)贴合的一端宽d1为225μm；所得第二三维电极(4-1-2)与粒子反应流道(5)贴合的一端宽d2为200μm；

所述的第二组三维电极(4-2)、第三组三维电极(4-3)和第四组三维电极(4-4)的结构与第一组三维电极(4-1)相同。

2.根据权利要求1所述的一种基于交流电热的高通量微混合芯片，其特征在于第一流道(10)与第二流道(11)之间的夹角为60°。

3.根据权利要求1所述的一种基于交流电热的高通量微混合芯片，其特征在于第一圆形入口通孔(6)的直径为1mm；第二圆形入口通孔(7)的直径为1mm。

4.如权利要求1所述的一种基于交流电热的高通量微混合芯片的制备方法，其特征在于一种基于交流电热的高通量微混合芯片的制备方法，是按以下步骤进行的：

一、PDMS通道加工：

(1)、清洗玻璃：首先将玻璃依次置于丙酮和异丙醇中分别超声清洗5min～15min，再用等离子水冲洗，氮气吹干，然后将氮气吹干后的玻璃置于温度为80℃～120℃下加热15min～30min，得到预处理后的玻璃；

(2)、光刻胶的平铺：首先将干膜光刻胶一侧的保护层揭掉并粘贴于预处理后的玻璃上，然后置于塑封机中将干膜光刻胶和玻璃压紧，得到粘有一层干膜光刻胶的玻璃，取另一张干膜光刻胶，将干膜光刻胶一侧的保护层及粘于玻璃上的干膜光刻胶的另一侧保护层揭掉，相对贴合，然后置于塑封机中将干膜光刻胶和玻璃压紧，得到粘有两层干膜光刻胶的玻璃；

所述的干膜光刻胶为杜邦公司生产型号为SD238的干膜光刻胶，厚度为38μm；

(3)、曝光：将经AutoCAD软件辅助设计并打印好的PDMS掩膜贴于粘有两层干膜光刻胶的玻璃上，得到预曝光的玻璃，将透光板和遮光板依次置于预曝光的玻璃表面上，并置于金卤导轨射灯下，预热1min，预热后去掉遮光板，曝光6s，然后去掉透光板、掩膜及玻璃上的保护层，得到曝光后的玻璃；

(4)、显影：将曝光后的玻璃置于质量百分数为5％的碳酸钠溶液中，显影5min～6min，然后用等离子水冲洗，氮气吹干，并置于温度为80℃的烤箱中烘烤10min～20min，得到PDMS通道模子；

(5)、浇筑PDMS：将PDMS与固化剂混合，搅拌均匀，然后置于真空泵中抽真空20min～30min，得到硅烷化处理剂，用锡箔纸将PDMS通道模子包覆成一个方形开口槽，且PDMS通道模子的通道一侧朝上放置，然后把锡箔纸包好的PDMS通道模子放置在真空泵中，将50μL～100μL的硅烷化处理剂注入锡箔纸包好的PDMS通道模子，抽真空2min～3min，静置10min～15min，再在硅烷处理后的PDMS通道模子上浇筑PDMS，抽真空20min～30min，最后置于温度为80℃～100℃的烘烤箱中加热1.5h～2h，固化；

所述的PDMS与固化剂的质量比为10:1；

(6)、PDMS通道处理：将固化后的PDMS从PDMS通道模子上揭下，并用刀片将其切割成规则的形状，然后用打孔器打好第一圆形入口通孔(6)、第二圆形入口通孔(7)及出口通孔(8)，得到PDMS盖片(2)；

二、三维电极的加工：

(1)、清洗ITO玻璃：首先将ITO玻璃依次置于丙酮和异丙醇中超声清洗5min～15min，再用等离子水冲洗，氮气吹干，然后将氮气吹干后的ITO玻璃置于温度为80℃～120℃下加热15min～30min，得到预处理后的ITO玻璃；

所述的ITO玻璃表面的ITO导电膜厚度为200nm；

(2)、光刻胶的平铺：将干膜光刻胶一侧的保护层揭掉并粘贴于预处理后的ITO玻璃上，得到光刻胶平铺后的ITO玻璃；

所述的干膜光刻胶为杜邦公司生产型号为SD238的干膜光刻胶，厚度为38μm；

(3)、曝光：将经AutoCAD软件辅助设计并打印好的ITO掩膜贴在光刻胶平铺后的ITO玻璃上，在金卤导轨射灯下，将光刻胶平铺后的ITO玻璃曝光3s，得到曝光后的ITO玻璃；

(4)、显影：将曝光后的ITO玻璃表面的保护层去掉，然后置于质量百分数为5％碳酸钠溶液中，显影2min～3min，得到显影后的ITO玻璃；

(5)、腐蚀：将显影后的ITO玻璃置于质量百分数为60％～80％的盐酸溶液与氯化铁催化剂的混合液中，浸泡40min，得到腐蚀后的ITO玻璃；

所述的质量百分数为60％～80％的盐酸溶液的体积与氯化铁催化剂的质量比为1mL:(10～50)mg；

(6)、去除光刻胶：将腐蚀后的ITO玻璃置于质量百分数为5％的NaOH溶液中浸泡，去除光刻胶，得到表面含有ITO电极引线的玻璃；

(7)、清洗ITO电极引线：首先将表面含有ITO电极引线的玻璃依次置于丙酮和异丙醇中超声清洗5min～15min，再用等离子水冲洗，氮气吹干，然后置于温度为80℃～120℃下加热15min～30min，得到预处理后的表面含有ITO电极引线的玻璃；

(8)、光刻胶的平铺：首先将干膜光刻胶一侧的保护层揭掉并粘贴于预处理后的表面含有ITO电极引线的玻璃上，然后置于塑封机中将干膜光刻胶和ITO玻璃压紧，得到粘有一层干膜光刻胶的表面含有ITO电极引线的玻璃，取另一张干膜光刻胶，将干膜光刻胶一侧的保护层及粘于表面含有ITO电极引线的玻璃上的干膜光刻胶的另一侧保护层揭掉，相对贴合，然后置于塑封机中将干膜光刻胶和玻璃压紧，得到粘有两层干膜光刻胶的表面含有ITO电极引线的玻璃；

所述的干膜光刻胶为杜邦公司生产型号为SD238的干膜光刻胶，厚度为38μm；

(9)、曝光：在显微镜下，将经AutoCAD软件辅助设计并打印好的三维电极掩膜贴在粘有两层干膜光刻胶的表面含有ITO电极引线的玻璃上，并置于金卤导轨射灯下，曝光6s～7s，去掉掩膜，得到曝光后的表面含有ITO电极引线的玻璃；

(10)、显影：将曝光后的表面含有ITO电极引线的玻璃置于质量百分数为5％碳酸钠溶液中，显影5min～6min，然后用等离子水冲洗，氮气吹干，并置于温度为80℃的烤箱中烘烤10min～20min，得到三维电极的通道模子；

(11)、涂抹Ag-PDMS混合物：将Ag、PDMS与固化剂混合，搅拌均匀，然后置于真空泵中抽真空20min～30min，得到三维电极原料，将三维电极的通道模子置于等离子机的腔室内，在腔室压力为700毫托及等离子发生器功率为20W的条件下，曝光32s，得到等离子后的三维电极的通道模子，将三维电极原料均匀涂覆至等离子后的三维电极的通道模子里，压实，并在温度为150℃的烘烤箱中，加热固化20min；

所述的PDMS与固化剂的质量比为10:1；所述的PDMS与Ag的质量比为1:(4～6)；

(12)、去除光刻胶：固化后，去除表面多余的三维电极原料，然后置于质量百分数为5％的NaOH溶液中浸泡15min，浸泡后用去离子水清洗，然后在温度为100℃下加热10min，得到玻璃基底(1)；

三、芯片的制备：

将玻璃基底(1)设有电极的一侧和PDMS盖片(2)设有流道的一侧朝上，并列置于等离子机的腔室内，在腔室压力为700毫托及等离子发生器功率为20W的条件下，曝光32s，然后再在显微镜下，将玻璃基底(1)设有电极的一侧和PDMS盖片(2)设有流道的一侧相对放置，使得第一组三维电极(4-1)的一端和第三组三维电极(4-3)的一端均与粒子反应流道(5)的一侧相贴合，第二组三维电极(4-2)的一端和第四组三维电极(4-4)的一端均与粒子反应流道(5)的另一侧相贴合，按压3min～10min，将按压后的芯片置于温度为80℃～100℃下加热30min～50min，得到基于交流电热的高通量微混合芯片。

5.根据权利要求4所述的一种基于交流电热的高通量微混合芯片的制备方法，其特征在于步骤二(12)中所述的玻璃基底(1)表面设有第一组三维电极(4-1)、第二组三维电极(4-2)、第三组三维电极(4-3)、第四组三维电极(4-4)及ITO电极引线(3)；

所述的ITO电极引线(3)由玻璃基底(1)表面的ITO导电膜腐蚀后留存得到；所述的第一组三维电极(4-1)、第二组三维电极(4-2)、第三组三维电极(4-3)、第四组三维电极(4-4)的厚度均为76μm；所述的ITO电极引线(3)的厚度为200nm；

第一组三维电极(4-1)与第二组三维电极(4-2)的水平距离dj1为125μm；第二组三维电极(4-2)与第三组三维电极(4-3)的水平距离pj为200μm；第三组三维电极(4-3)与第四组三维电极(4-4)的水平距离dj2为125μm；

所述的第一组三维电极(4-1)由第一三维电极(4-1-1)和第二三维电极(4-1-2)组成；第一三维电极(4-1-1)和第二三维电极(4-1-2)之间的水平距离d3为200μm；所述的第一三维电极(4-1-1)与粒子反应流道(5)贴合的一端宽d1为225μm；所得第二三维电极(4-1-2)与粒子反应流道(5)贴合的一端宽d2为200μm；

所述的第二组三维电极(4-2)、第三组三维电极(4-3)和第四组三维电极(4-4)的结构与第一组三维电极(4-1)相同。

6.根据权利要求4所述的一种基于交流电热的高通量微混合芯片的制备方法，其特征在于步骤一(6)中所述的PDMS盖片(2)的下表面设有粒子反应流道(5)，粒子反应流道(5)的入口端分别与第一流道(10)的出口端及第二流道(11)的出口端相连接，粒子反应流道(5)的出口端与第三流道(9)的入口端相连接；且第一流道(10)的入口端设有第一入口槽(12)，第二流道(11)的入口端设有第二入口槽(13)，第三流道(9)的出口端设有贯穿PDMS盖片(2)的出口通孔(8)；

所述的第一入口槽(12)的中心位置设有贯穿PDMS盖片(2)的第一圆形入口通孔(6)；所述的第二入口槽(13)的中心位置设有贯穿PDMS盖片(2)的第二圆形入口通孔(7)；

且PDMS盖片(2)下表面设有与玻璃基底(1)表面的第一组三维电极(4-1)、第二组三维电极(4-2)、第三组三维电极(4-3)及第四组三维电极(4-4)相对应的槽；

所述的PDMS盖片(2)的厚度为5mm～7mm；所述的粒子反应流道(5)深H为76μm，长L为3500μm，宽W为400μm；第一流道(10)深为76μm，长为1.5cm，入口端宽为3mm，出口端宽为200μm；第二流道(11)深为76μm，长为1.5cm，入口端宽为3mm，出口端宽为200μm；第三流道(9)深为76μm，长为1.2cm，入口端宽为400μm，出口端宽为3mm；第一入口槽(12)深为76μm；第二入口槽(13)深为76μm。

7.根据权利要求4所述的基于交流电热的高通量微混合芯片的制备方法，其特征在于步骤三中第一组三维电极(4-1)、第二组三维电极(4-2)、第三组三维电极(4-3)和第四组三维电极(4-4)的另一端均与ITO电极引线(3)相贴合。

8.如权利要求1所述的一种基于交流电热的高通量微混合芯片的应用，其特征在于一种基于交流电热的高通量微混合芯片的应用，具体是按以下步骤进行的：

一、颗粒准备：

①、缓冲液的配制：向去离子水中加入氯化钾，得到电导率为0.2mS/m的缓冲液I，向电导率为0.2mS/m的缓冲液I中加入质量百分数为25％的氨水，至pH值为9.2，得到电导率为0.2S/m缓冲液II；

②、将缓冲液II与荧光素粉混合，得到浓度为1.32×10^-5mol/L的荧光素溶液；

③、将无水乙醇与吐温溶液混合，得到A溶液，再将A溶液与缓冲液II混合，得到BII溶液，将A溶液与荧光素溶液混合，得到D溶液；

所述的无水乙醇与吐温的体积比为(7～9):1；所述的A溶液与缓冲液II的体积比为1:(95～99)；所述的A溶液与荧光素溶液的体积比为1:99；

二、实验操作：

①、打开与显微镜相连接的计算机、信号发生器、信号放大器、示波器、显微镜、CCD以及荧光灯开关，观察设备运转是否正常，然后打开Q-CapturePro图像采集软件，实时观察显微镜载物台；

②、将基于交流电热的高通量微混合芯片置于等离子机的腔室内，在腔室压力为700毫托及等离子发生器功率为20W的条件下，曝光时间32s，得到等离子化的芯片，将等离子化的芯片固定在载物台上，调好芯片位置和焦距，在出口通孔(8)处滴入BII溶液，至基于交流电热的高通量微混合芯片的流道润湿，然后将两个25微升的微量进样器固定在注射泵上，其中一个微量进样器吸入5微升～10微升BII溶液，另一个微量进样器吸入5微升～10微升的D溶液，再将连接注射器的两个金属连接器分别插入第一圆形入口通孔(6)和第二圆形入口通孔(7)，密封；

③、连接好基于交流电热的高通量微混合芯片的ITO电极引线(3)和信号放大器之间的导线，所述的第一组三维电极(4-1)与第二组三维电极(4-2)施加的是相位差为180°的驻波，所述的第三组三维电极(4-3)和第四组三维电极(4-4)施加的是相位差为180°的驻波，且第一组三维电极(4-1)重复第三组三维电极(4-3)，施加的电信号频率范围为0.5MHz～3MHz，施加的电压范围为10Vpp～55Vpp。

④、启动注射泵，控制注射泵的参数为0.182微升/h～0.364微升/h，让BII溶液和D溶液以200微米/s～400微米/s的流速流入，当流道内流体流动速度稳定时，按下信号发生器上的施加信号按钮；

⑤、再次调整好焦距和基于交流电热的高通量微混合芯片的位置，直至荧光素粒子清晰，稳定高度进行视频的检测和录制；

⑥、重步骤二③～⑤步，不断调整电压和频率，观察现象并记录；

⑦、数据的处理和分析。