CN107335490A - 一种基于液‑液电润湿效应的可编程控制的微流控芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于液‑液电润湿效应的可编程控制的微流控芯片，自下而上包括：下基板、驱动电极阵列、下基板疏水绝缘层、至少一个液滴、上基板疏水层、导电层、上基板，上基板和下基板四周添加围堰，形成封闭的腔体。本发明所使用的疏水绝缘层是由多孔性的聚合物薄膜及能提高电润湿性能的液体所组成，具有电润湿可逆性好、可重复使用、耐电压击穿、耐高温、耐化学试剂以及长时间保存而不影响其效果的优点，提高了器件的使用寿命、效率和应用范围，并且可通过对驱动电极阵列的加压方式进行编程，根据预先设定的参数在不同位置对不同液滴进行快速移动、合并、反应等操作。
Description
技术领域
本发明涉及数字微流控技术领域，更具体地，涉及一种基于液-液电润湿效应的可编程控制的微流控芯片。
背景技术
数字微流控芯片是指利用微流控技术来操纵离散的微小液滴的片上实验室(Labon chip)，近几十年在实验室研究、工业应用、生活应用中发展迅速，由于其把样品制备、反应、分离、检测等操作集中在一块几平方厘米的芯片上，具有能耗低、所需试剂少、反应迅速、响应快、精准等特点，被广泛应用于生化分析检测、微反应等领域。
基于介质上的电润湿效应的数字微流控芯片主要包括上下基板、介质层、驱动电极、疏水层等，所述介质层即绝缘层，其中介质层与疏水层可以是同一物质，即材料同时具有绝缘与疏水的性能，目前使用比较广泛的绝缘疏水层材料主要有Teflon AF、Cytop、Hyflon、聚硅氧烷酰亚胺，这些材料大多容易被击穿，所以一般都会选择另外一种材料作为介电层，然后再涂覆疏水层，例如专利CN 103592759使用二氧化硅作为绝缘层，TeflonAF2400、派瑞林、聚酰亚胺、PMMA等材料作为疏水性材料，即制作疏水绝缘层需要两道工艺，一般成膜工艺需要加热，对器件材料有耐高温要求，这无疑增加了器件制作的成本，其使用的疏水层材料容易在多次实验后被污染或者破坏，缩短了器件的寿命，甚至导致整个器件报废。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于液-液电润湿效应的可编程控制的微流控芯片，我们利用液体与多孔性的聚合物薄膜形成固-液复合膜疏水绝缘层，具有电润湿可逆性好、可重复使用、耐电压击穿、耐高温、耐化学试剂以及长时间保存而不影响其效果的优点，提高了器件的使用寿命、效率和应用范围，同时缩短芯片制作工艺，并且可对驱动电极阵列的加压方式进行编程，根据预先设定的参数在不同位置对不同液滴进行快速移动、合并、反应等操作。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于液-液电润湿效应的可编程控制的微流控芯片，所述微流控芯片自下而上包括：下基板、驱动电极阵列、下基板疏水绝缘层、至少一个液滴、上基板疏水层、导电层、上基板，上基板和下基板四周添加围堰，形成封闭的腔体，所述的导电层连接电源正极，驱动电极阵列连接电源负极，所述的下基板疏水绝缘层为固-液复合膜结构，是由多孔性的聚合物薄膜及能提高电润湿性能的液体所组成。（如图1~3所示）
下基板的电极阵列连接电源负极，上基板的导电层连接电源正极，根据实验需要利用计算机对施加电压的方式进行编程实现芯片内液滴自动操作。
本发明的疏水绝缘层可以在不损伤微流控芯片器件的任何部位情况下替换，且重新替换新的疏水绝缘层后微流控芯片的性能不受影响。
优选地，多孔性的聚合物薄膜为具有绝缘疏水性的多孔性聚四氟乙烯膜、多孔性聚碳酸酯膜、多孔性聚偏氟乙烯膜、多孔性聚醚砜膜、多孔性聚丙烯腈膜或多孔性混合性纤维素酯膜中的一种，聚合物薄膜的孔径大小为20 nm ~ 2000 nm，聚合物薄膜内部填充与液滴不相溶、不反应的液体，液体充满聚合物的孔，液体的种类包括具有润滑作用的氟碳链系列化合物、不同粘度的硅油、矿物油、液态直链烷烃或液态环状烷烃中的一种；液体与多孔性的聚合物薄膜形成固-液复合多孔膜疏水绝缘层，即下基板疏水绝缘层，固-液复合多孔膜疏水绝缘层的膜厚为10 nm ~ 100μm。
优选地，所述上基板的材料为透光性好的塑料或玻璃，下基板为可支撑电极层材料成膜和结构化的材料，包括硅、玻璃、金属板或塑料板。
优选地，所述驱动电极阵列由若干电极通过不同方式有序排列，形成面式或者网状或者线状的二维驱动电极阵列；其中：电极单元图形包括半月形电极、正方形电极、六边形电极、长方形电极、叉指电极中的一种；相邻电极间距为10μm ~ 1000μm；电极成分包括ITO、IZO、ZnO、金、银、铂、铜、铝、纳米银、银浆、液态金属、氧化铝、氧化铁或合金材料中的一种。
优选地，通过对驱动电极阵列施加电压可实现液滴往其中一个方向运动；驱动电极阵列的加压方式可进行编程，根据预先设定的参数在不同位置对不同液滴进行快速移动、合并、反应操作。
优选地，所述液滴为具有导电性的液体，包括成分单一的或者多成分组成的生物样品或者化学物质，液滴至少一个，为多个同类液滴或者多个不同类的液滴，每个液滴至少覆盖其中一个电极以及相邻电极的部分。
优选地，上基板疏水层为可旋涂的无定型氟聚物或氟硅烷，氟硅烷为全氟十二烷基三氯硅烷或十八烷基三氯硅烷。
优选地，所述导电层的成分包括ITO、IZO、ZnO、金、银、铂、铜、铝、纳米银、银浆、液态金属、氧化铝、氧化铁或合金材料中的一种。
优选地，所述围堰的材料包括压敏胶、热固胶、光敏胶、玻璃、聚二甲基硅氧烷与固化剂的混合物、环氧树脂材料中一种，围堰的高度和长度满足液滴能接触到上基板和下基板。
优选地，下基板的电极阵列连接电源负极，上基板的导电层连接电源正极，根据实验需要利用计算机对施加电压的方式进行编程实现芯片内液滴自动操作。
本发明中，所述下基板的电极阵列连接电源负极，上基板的导电层连接电源负极，这样被施加了电压的区域的接触角减小，润湿性提高，液滴移动。
本发明还提供所述的微流控芯片的组装方法，首先制备带有驱动电极图形的下基板，包括下基板的清洗、旋涂光刻胶、曝光、显影、坚膜、刻蚀、去胶，得到带有驱动电极图形的基板，然后将下基板疏水绝缘层贴在驱动电极阵列上，盖上带有上基板疏水层、导电层的上基板，并在上基板和下基板四周添加围堰。
与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：
本发明的一种基于液-液电润湿效应的可编程控制的微流控芯片利用多孔性聚合物薄膜与液体形成的固-液复合膜作为绝缘疏水层，该层固-液复合膜制作简单，缩短了芯片制作工艺，且方便揭下而不损害器件，解决了疏水层被污染或破坏后导致整个器件废弃的问题。
本发明的绝缘疏水层固-液复合膜具有电润湿可逆性好、可重复使用、耐电压击穿、耐高温、耐化学试剂以及长时间保存而不影响其效果的优点，提高了器件的使用寿命、效率和应用范围，可进行液滴的快速移动、合并、反应等操作。
本发明的一种基于液-液电润湿效应的可编程控制的微流控芯片可对驱动电极的施加电压方式进行编程，根据预先设定的参数在不同位置对不同液滴进行快速移动、合并、反应等操作。
附图说明
图1为本发明的一种基于液-液电润湿效应的可编程控制的微流控芯片基本构造图。
图2为本发明的一种基于液-液电润湿效应的可编程控制的微流控芯片的横截面图。
图3为本发明的一种基于液-液电润湿效应的可编程控制的微流控芯片的基本构造图。
图4为本发明的一种基于液-液电润湿效应的可编程控制的微流控芯片的带有驱动电极图形的下基板制作工艺流程图。
图5为本发明实施例1的驱动电极阵列图形。
图6为本发明的实施2的驱动电极阵列图形。
图7为本发明的实施3的驱动电极阵列图形。
图8为本发明的实施4的驱动电极阵列图形。
具体实施方式
为了更好的对本发明加以说明和了解，以下通过实例作进一步的阐述。
实施例1：
如图1~3所示，一种基于液-液电润湿效应的可编程控制的微流控芯片，所述微流控芯片自下而上包括：下基板1、驱动电极阵列2、下基板疏水绝缘层3、至少一个液滴4、上基板疏水层5、导电层6、上基板7，上基板和下基板四周添加围堰8，形成封闭的腔体，所述的导电层6连接电源10正极，驱动电极阵列2连接电源10负极，所述的下基板疏水绝缘层3为固-液复合膜结构，是由多孔性的聚合物薄膜及能提高电润湿性能的液体所组成。
下基板的电极阵列连接电源10负极，上基板的导电层连接电源10正极，根据实验需要利用计算机11对施加电压的方式进行编程实现芯片9内液滴自动操作。
本案例优选地使用玻璃作为上基板与下基板，铟锡氧化物(ITO)作为下基板驱动电极、及上基板导电层，AF1600作为上基板疏水层，粘度为50 cSt的硅油填充到多孔性的聚四氟乙烯膜作为疏水绝缘层，图5为实施例1的驱动电极图形，六边形作为驱动电极的图形，可以根据不同实验需要适当添加电极个数或者调整电极排列。
图4为制作带有驱动电极图形的的下基板的工艺流程，包括下基板的清洗、旋涂光刻胶、曝光、显影、坚膜、刻蚀、去胶。
其详细工艺参数如下：
首先对制作电极图形的ITO玻璃基板进行清洗，3%~5%的碱性玻璃清洗剂清洗5~8 min，再用超纯水冲洗2~3 min，用氮气吹去玻璃表面的水滴，然后用反应离子刻蚀机刻蚀增加粘附性。
涂胶，用台式的匀胶机在ITO玻璃表面旋涂一层SUN 120P紫外正性光刻胶，首先匀胶机的初始转速为500 r/min，持续5 s；然后加速至3000 r/min持续60 s，得到胶膜厚度约为1.6 ~ 1.7μm。
前烘，将涂好光刻胶的ITO玻璃放在热板上100 ℃下加热1.5 min。
曝光，取出ITO玻璃室温下自然冷却，将带有驱动电极图形的掩膜板压在涂好胶的ITO玻璃上，在光强为27 mW/cm2的紫外光下曝光30 s。
显影，将曝光后的ITO玻璃放入0.5% KOH溶液中，室温晃动显影100 s，然后用去离子水漂洗40 s，除去粘附在表面上的显影液。
坚膜，将显影后的片子放在热板上120 ℃加热30 min，然后自然冷却至室温。
刻蚀，用浓硝酸、浓盐酸、去离子水的混合溶液把部分ITO去掉，留下电极阵列图形。
最后用无水乙醇洗去光刻胶，并用氮气吹干。
得到带有ITO驱动电极图形的基板后，把多孔性聚四氟乙烯膜紧贴在驱动电极上，利用毛细作用力使硅油填充多孔性聚四氟乙烯膜的孔，加入硅油的量刚好使油的高度与多孔性聚四氟乙烯膜一致。接着用环氧树脂胶在基板的四周建立围堰，围堰的高度根据不同的实验需要可调整，最后盖上带有AF1600的ITO玻璃基板，有AF1600的一面向内，芯片制作基本完成。
在后续实验中可对驱动电极的施加电压方式进行编程，根据预先设定的参数在不同位置对不同液滴进行快速移动、合并、反应等操作。
实施例2
本案例优选地使用玻璃作为上基板与下基板，IZO作为下基板驱动电极、及上基板导电层，全氟十二烷基三氯硅烷作为上基板疏水层，碳氟链化合物FC-43填充到多孔性的聚碳酸酯膜作为疏水绝缘层，图6为实施例2的驱动电极图形，半月形作为驱动电极的图形，可以根据不同实验需要适当添加电极个数或者调整电极排列。
芯片制作的具体流程已在实施例1中详细描述。
实施例3
本案例优选地使用玻璃作为上基板与下基板，ZnO作为下基板驱动电极、及上基板导电层，十八烷基三氯硅烷作为上基板疏水层，十六烷填充到多孔性聚偏氟乙烯膜作为疏水绝缘层，图7为实施例3的驱动电极图形，六边形作为驱动电极的图形，可以根据不同实验需要适当添加电极个数或者调整电极排列。
芯片制作的具体流程已在实施例1中详细描述。
实施例4
本案例优选地使用玻璃作为上基板与下基板，铝作为下基板驱动电极、及上基板导电层，AF2400作为上基板疏水层，矿物油填充到多孔性聚丙烯腈膜作为疏水绝缘层，图8为实施例4的驱动电极图形，正方形作为驱动电极的图形，可以根据不同实验需要适当添加电极个数或者调整电极排列。
芯片制作的具体流程已在实施例1中详细描述。
Claims (10)
1.一种基于液-液电润湿效应的可编程控制的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片自下而上包括：下基板（1）、驱动电极阵列（2）、下基板疏水绝缘层（3）、至少一个液滴（4）、上基板疏水层（5）、导电层（6）、上基板（7），上基板和下基板四周添加围堰（8），用于形成封闭的腔体构成微流控芯片（9），所述的导电层（6）连接电源（10）正极，驱动电极阵列（2）连接电源（10）负极，所述的下基板疏水绝缘层（3）为固-液复合膜结构，是由多孔性的聚合物薄膜及能提高电润湿性能的液体组成。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，多孔性的聚合物薄膜为具有绝缘疏水性的多孔性聚四氟乙烯膜、多孔性聚碳酸酯膜、多孔性聚偏氟乙烯膜、多孔性聚醚砜膜、多孔性聚丙烯腈膜或多孔性混合性纤维素酯膜中的一种，多孔性的聚合物薄膜的孔径大小为20 nm ~ 2000 nm，聚合物薄膜内部填充与液滴（4）不相溶、不反应的液体，液体充满聚合物的孔，液体的种类包括具有润滑作用的氟碳链系列化合物、不同粘度的硅油、矿物油、液态直链烷烃或液态环状烷烃中的一种；液体与多孔性的聚合物薄膜形成固-液复合多孔膜疏水绝缘层，固-液复合多孔膜疏水绝缘层的膜厚为10 nm ~ 100μm。
3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述上基板（7）的材料为透光性好的塑料或玻璃，下基板（1）为可支撑电极层材料成膜和结构化的材料，包括硅、玻璃、金属板或塑料板。
4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述驱动电极阵列（2）由若干电极通过不同方式有序排列，形成面式或者网状或者线状的二维驱动电极阵列；其中：电极单元图形包括半月形电极、正方形电极、六边形电极、长方形电极、叉指电极中的一种；相邻电极间距为10μm ~ 1000μm；电极成分包括ITO、IZO、ZnO、金、银、铂、铜、铝、纳米银、银浆、液态金属、氧化铝、氧化铁或合金材料中的一种。
5.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，通过对驱动电极阵列（2）施加电压可实现液滴（4）往其中一个方向运动；驱动电极阵列（2）的加压方式可进行编程，根据预先设定的参数在不同位置对不同液滴进行移动、合并、反应操作。
6.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述液滴（4）为具有导电性的液体，包括成分单一的或者多成分组成的生物样品或者化学物质，液滴至少一个，每个液滴至少覆盖其中一个电极以及相邻电极的部分。
7.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，上基板疏水层（5）为可旋涂的无定型氟聚物或氟硅烷，氟硅烷为全氟十二烷基三氯硅烷或十八烷基三氯硅烷。
8.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述导电层（6）的成分包括ITO、IZO、ZnO、金、银、铂、铜、铝、纳米银、银浆、液态金属、氧化铝、氧化铁或合金材料中的一种。
9.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述围堰（8）的材料包括压敏胶、热固胶、光敏胶、玻璃、聚二甲基硅氧烷与固化剂的混合物、环氧树脂材料中一种，围堰（8）的高度和长度满足液滴（4）能接触到上基板（7）和下基板（1）。
10.一种权利要求1至9任一所述的微流控芯片的组装方法，其特征在于，首先制备带有驱动电极图形的下基板（1），包括下基板（1）的清洗、旋涂光刻胶、曝光、显影、坚膜、刻蚀、去胶，得到带有驱动电极图形的基板，然后将下基板疏水绝缘层（3）贴在驱动电极阵列（2）上，盖上带有上基板疏水层（5）、导电层（6）的上基板（7），并在上基板（7）和下基板（1）四周添加围堰（8）。
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|---|---|
| CN (1) | CN107335490A (zh) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108167281A (zh) * | 2017-12-05 | 2018-06-15 | 西北工业大学 | 一种基于多孔吸湿纤维的液滴无障碍导引方法 |
| CN108333651A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-07-27 | 上海理工大学 | 一种微透镜阵列的制造方法 |
| CN108654711A (zh) * | 2018-06-07 | 2018-10-16 | 西南科技大学 | 一种降低电场下固液界面粘-滑行为的方法 |
| CN109647549A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-04-19 | 南方科技大学 | 一种易替换的疏水介电薄膜和一种微流控芯片 |
| CN109865539A (zh) * | 2017-12-04 | 2019-06-11 | 上海新微技术研发中心有限公司 | 集成电化学传感器的微流控芯片及其制作方法与应用 |
| CN109894168A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-06-18 | 京东方科技集团股份有限公司 | 微流控基板及微全分析系统 |
| CN110227378A (zh) * | 2019-05-27 | 2019-09-13 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种尺寸均一且大小可控的双水相微液滴的制备方法 |
| CN110665556A (zh) * | 2019-09-30 | 2020-01-10 | 浙江大学 | 基于疏水薄膜可复用单层数字微流控芯片及快速制备方法 |
| CN110665554A (zh) * | 2019-09-30 | 2020-01-10 | 浙江大学 | 基于聚合物复合薄膜快速制备双层dmf芯片及制备方法 |
| CN110841736A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-02-28 | 凡知医疗科技(江苏)有限公司 | 一种微流控进样过滤装置 |
| CN110882729A (zh) * | 2019-09-30 | 2020-03-17 | 浙江大学 | 基于聚合物复合膜快速制备单层dmf芯片及制备方法 |
| CN112466800A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-03-09 | 武汉大学 | 一种电润湿转印头、转印头阵列及微led巨量转移的方法 |
| CN114130437A (zh) * | 2021-11-03 | 2022-03-04 | 北京大学深圳研究生院 | 一种电致发光微流控液滴移动装置 |
| WO2024021035A1 (zh) * | 2022-07-29 | 2024-02-01 | 北京大学深圳研究生院 | 一种微流控芯片 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101559914A (zh) * | 2009-05-15 | 2009-10-21 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 具有深亚微米孔结构的数字微液滴驱动器及制作方法 |
| CN102016596A (zh) * | 2008-03-27 | 2011-04-13 | 哈佛学院院长等 | 纸基微流体系统 |
| JP2011220808A (ja) * | 2010-04-08 | 2011-11-04 | Sharp Corp | 送液装置 |
| CN103625142A (zh) * | 2013-11-22 | 2014-03-12 | 中国科学院化学研究所 | 应用于液体转印的染料敏化的多孔聚合物疏水薄膜 |
| CN104588137A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-05-06 | 厦门大学 | 一种微流控芯片及其制备方法 |
| CN105233887A (zh) * | 2015-08-31 | 2016-01-13 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种基于介电润湿的微液滴驱动器件及其制备方法 |
| CN207271276U (zh) * | 2017-08-15 | 2018-04-27 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种基于液-液电润湿效应的可编程控制的微流控芯片 |
-
2017
- 2017-08-15 CN CN201710698148.0A patent/CN107335490A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102016596A (zh) * | 2008-03-27 | 2011-04-13 | 哈佛学院院长等 | 纸基微流体系统 |
| CN101559914A (zh) * | 2009-05-15 | 2009-10-21 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 具有深亚微米孔结构的数字微液滴驱动器及制作方法 |
| JP2011220808A (ja) * | 2010-04-08 | 2011-11-04 | Sharp Corp | 送液装置 |
| CN103625142A (zh) * | 2013-11-22 | 2014-03-12 | 中国科学院化学研究所 | 应用于液体转印的染料敏化的多孔聚合物疏水薄膜 |
| CN104588137A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-05-06 | 厦门大学 | 一种微流控芯片及其制备方法 |
| CN105233887A (zh) * | 2015-08-31 | 2016-01-13 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种基于介电润湿的微液滴驱动器件及其制备方法 |
| CN207271276U (zh) * | 2017-08-15 | 2018-04-27 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种基于液-液电润湿效应的可编程控制的微流控芯片 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| HE, XIAODONG等: "Modification of lubricant infused porous surface for low-voltage reversible electrowetting", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A》, vol. 5, no. 36, pages 19159 - 19167 * |
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109865539A (zh) * | 2017-12-04 | 2019-06-11 | 上海新微技术研发中心有限公司 | 集成电化学传感器的微流控芯片及其制作方法与应用 |
| CN108167281B (zh) * | 2017-12-05 | 2019-07-19 | 西北工业大学 | 一种基于多孔吸湿纤维的液滴无障碍导引方法 |
| CN108167281A (zh) * | 2017-12-05 | 2018-06-15 | 西北工业大学 | 一种基于多孔吸湿纤维的液滴无障碍导引方法 |
| CN108333651A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-07-27 | 上海理工大学 | 一种微透镜阵列的制造方法 |
| CN108333651B (zh) * | 2018-02-09 | 2019-07-19 | 上海理工大学 | 一种微透镜阵列的制造方法及装置 |
| CN108654711B (zh) * | 2018-06-07 | 2020-03-31 | 西南科技大学 | 一种降低电场下固液界面粘-滑行为的方法 |
| CN108654711A (zh) * | 2018-06-07 | 2018-10-16 | 西南科技大学 | 一种降低电场下固液界面粘-滑行为的方法 |
| CN109647549A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-04-19 | 南方科技大学 | 一种易替换的疏水介电薄膜和一种微流控芯片 |
| CN109894168A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-06-18 | 京东方科技集团股份有限公司 | 微流控基板及微全分析系统 |
| CN109894168B (zh) * | 2019-03-25 | 2021-10-22 | 京东方科技集团股份有限公司 | 微流控基板及微全分析系统 |
| CN110227378A (zh) * | 2019-05-27 | 2019-09-13 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种尺寸均一且大小可控的双水相微液滴的制备方法 |
| CN110882729A (zh) * | 2019-09-30 | 2020-03-17 | 浙江大学 | 基于聚合物复合膜快速制备单层dmf芯片及制备方法 |
| CN110665554A (zh) * | 2019-09-30 | 2020-01-10 | 浙江大学 | 基于聚合物复合薄膜快速制备双层dmf芯片及制备方法 |
| CN110665556A (zh) * | 2019-09-30 | 2020-01-10 | 浙江大学 | 基于疏水薄膜可复用单层数字微流控芯片及快速制备方法 |
| CN110841736A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-02-28 | 凡知医疗科技(江苏)有限公司 | 一种微流控进样过滤装置 |
| CN112466800A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-03-09 | 武汉大学 | 一种电润湿转印头、转印头阵列及微led巨量转移的方法 |
| CN112466800B (zh) * | 2021-01-25 | 2024-02-09 | 武汉大学 | 一种电润湿转印头、转印头阵列及微led巨量转移的方法 |
| CN114130437A (zh) * | 2021-11-03 | 2022-03-04 | 北京大学深圳研究生院 | 一种电致发光微流控液滴移动装置 |
| WO2024021035A1 (zh) * | 2022-07-29 | 2024-02-01 | 北京大学深圳研究生院 | 一种微流控芯片 |
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