CN109908981A - 一种微流控纸芯片上的电润湿阀门及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微流控纸芯片上的电润湿阀门及其控制方法，通过在基板中设置亲水电极和疏水电极，利用毛细现象与电润湿原理实现微流体的通断控制。当微流体流动到疏水电极时，会在疏水电极边缘停止流动。此时若加载很低的电压，疏水电极上的液体由电润湿的作用会转变为亲水状态，液体便可以顺利通过，从而实现了对微流体的通断控制。微流控纸芯片是亲水的，所以在其中流动的液体可以由毛细力的作用自动流动而不需要借助外力。本发明的优点在于结构简单，制作简便，不需要额外的辅助装置，简化了阀门的结构。具有电润湿阀门的微流控芯片在化学分析、生物医学等领域有着广泛的应用前景。

Description

一种微流控纸芯片上的电润湿阀门及其控制方法

技术领域

本发明属于微流控技术领域，具体涉及一种微流控纸芯片上的电润湿阀门及其控制方法。

背景技术

微全分析系统的目标是借助微机电加工（MEMS）技术与生物技术实现生化分析系统从式样处理到检测的整体微型化、集成化与便携化，是目前分析仪器发展的重要方向与前沿。微流控芯片以微管道网络为结构特征，是当前微全分析系统发展的重点，并以其高效、快速、试剂用量少、低耗及集成度高等优点引起了国内外分析和生命科学界有关专家的广泛关注，在环境监测、临床诊断、药物分析等领域显示了良好的应用前景。

阀门是微流控芯片装置的重要组成部分，主要用来实现流体管道的通断控制以及流体方向的切换。常见的微流控阀门主要包括石蜡阀门、石蜡热熔阀、磁铁移动阀门、气动阀门、机械阀门。石蜡阀门一般用于液体由离心力驱动的芯片内，通过离心力的冲力顶开石蜡阀门。石蜡热熔阀是用激光等热源定向加热阀门部位，使其溶解，打开阀门。磁铁移动阀门是通过磁铁在磁力环境下的运动来开关阀门。气动阀门是通过气体充气，使某一含有弹性组分的部位鼓起填充，起到阀门的效果。机械阀门是通过设备和芯片配合，通过设备的伸出缩回某一部位，挤压芯片，起到阀门效果。

这些阀门普遍加工技术复杂、操作繁琐。因此如何提供一种具有装配简单、制造方便的微流控阀门，从而有效控制微流体在管道内的通断，以实现芯片的功能，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微流控纸芯片上的电润湿阀门及其控制方法，可以实现微流体的自发流动和方便控制。

本发明的技术解决方案为：一种微流控纸芯片上的电润湿阀门，通过在基板中设置亲水电极和疏水电极，利用毛细现象与电润湿原理实现微流体的通断控制。所述微流控纸芯片上的电润湿阀门包括基板、疏水电极、亲水电极、开关和电源；疏水电极和亲水电极间隔设置在基板上，疏水电极覆盖基板的全宽度，疏水电极和亲水电极通过导线连接在电源两端，并通过开关实现控制。

一种基于微流控纸芯片上的电润湿阀门控制方法，方法步骤如下：

步骤1、将液体置入靠近亲水电极一侧的基板上，由于毛细力的作用，液体自动沿着基板向亲水电极流动，通过亲水电极后在疏水电极边缘停止流动；

步骤2、当疏水电极和亲水电极之间的开关闭合时，由于电润湿的作用，疏水电极上的液体由疏水状态变为亲水状态，从而顺利通过疏水电极。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

（1）不需要额外的输液泵，简化了微流控装置结构，并且减小了微流控装置的整体体积。

（2）本装置结构简单，只有一个基板，制作工艺简便，成本低廉。

（3）利用很小的电压就能实现对液体的控制，不仅供电简便，而且节约能源。

附图说明

图1是一种微流控纸芯片上的电润湿阀门的俯视图，其中图（a）是微流体在纸芯片上流动的阶段，图（b）阻断微流体通过的阶段，图（c）微流体顺利通过阶段。

图2是一种用于毛细作用微流控芯片的电润湿阀门的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详细描述。

将所要控制的液体2放置在靠近亲水电极4一侧的基板1上，由于润湿作用液体2将自动沿着基板1流动，通过亲水电极4后在疏水电极3边缘停止。当疏水电极3和亲水电极4之间接入很小的电压时，由于电润湿的作用，疏水电极3表面的液体2由疏水状态变为亲水状态，使液体2顺利通过，从而实现了微流体的自发流动与控制。

基板1为纸类亲水材料，这是实现液体2自发流动的关键。

本发明实现了微流体的自发流动与控制，不需要额外的输液泵，对微流控器件的小型化、简便化和廉价化方面具有重要意义。

结合图1和图2，一种微流控纸芯片上的电润湿阀门，包括基板1、疏水电极3、亲水电极4、开关和电源；

疏水电极3和亲水电极4间隔设置在基板1上，疏水电极3覆盖基板1的全宽度，疏水电极3和亲水电极4通过导线连接在电源两端，并通过开关实现控制。

电源电压＜15V。

疏水电极3的材料为导电疏水材料，亲水电极4的材料为导电亲水材料，这是实现液体2的自发流动和阀门通断功能的关键。

亲水电极4靠近来流方向设置，液体2应先流过亲水电极4再通过疏水电极3，这是由于液体2同时接触亲水电极4和疏水电极3时，电润湿阀门才能顺利打开。

一种基于所述的微流控纸芯片上的电润湿阀门控制方法，方法步骤如下：

步骤1、将液体2置入靠近亲水电极4一侧的基板1上，由于毛细力的作用，液体2自动沿着基板1向亲水电极4流动，通过亲水电极4后在疏水电极3边缘停止流动；

步骤2、当疏水电极3和亲水电极4之间的开关闭合时，由于电润湿的作用，疏水电极3上的液体2由疏水状态变为亲水状态，从而顺利通过疏水电极3。

本发明所述的微流控纸芯片上的电润湿阀门的制备工艺如下：

第一步、利用喷涂打印法或柔性版印刷法在基板1上打印疏水电极3和亲水电极4。制备疏水电极3的导电银浆中预添加了疏水试剂，如全氟癸基硫醇(PFDT)。制备亲水电极4的导电银浆中预添加了亲水试剂，如脱氧无水乙醇。

第二步、通过烘干去除疏水电极3和亲水电极4中多余溶剂，在空气烘箱中约95℃烘大约45分钟，再放进真空烘箱中约95℃烘大约45分钟。

本发明的优点在于结构简单，制作简便，不需要额外的辅助装置，简化了阀门的结构。具有电润湿阀门的微流控芯片在化学分析、生物医学等领域有着广泛的应用前景。

Claims (5)

1.一种微流控纸芯片上的电润湿阀门，其特征在于：通过在基板（1）中设置亲水电极（4）和疏水电极（3），利用毛细现象与电润湿原理实现微流体的通断控制。

2.根据权利要求1所述的微流控纸芯片上的电润湿阀门，其特征在于：包括基板（1）、疏水电极（3）、亲水电极（4）、开关和电源；

疏水电极（3）和亲水电极（4）间隔设置在基板（1）上，疏水电极（3）覆盖基板（1）的全宽度，疏水电极（3）和亲水电极（4）通过导线连接在电源两端，并通过开关实现控制。

3.根据权利要求2所述的微流控纸芯片上的电润湿阀门，其特征在于：亲水电极（4）靠近来流方向设置。

4.根据权利要求2所述的微流控纸芯片上的电润湿阀门，其特征在于：电源电压＜15V。

5.一种基于权利要求1-4中任意一项所述的微流控纸芯片上的电润湿阀门控制方法，其特征在于：方法步骤如下：

步骤1、将液体（2）置入靠近亲水电极（4）一侧的基板（1）上，由于毛细力的作用，液体（2）自动沿着基板（1）向亲水电极（4）流动，通过亲水电极（4）后在疏水电极（3）边缘停止流动；

步骤2、当疏水电极（3）和亲水电极（4）之间的开关闭合时，由于电润湿的作用，疏水电极（3）上的液体（2）由疏水状态变为亲水状态，从而顺利通过疏水电极（3）。