CN112275332A - 一种自供电数字微流控芯片及液滴操控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自供电数字微流控芯片，可用于数字微流控芯片液滴驱动及其应用。所述的自供电数字微流控芯片由电源发生器、介电层、局部亲水化的疏水层组成。其中电源发生器和介电层用于液滴操纵，局部亲水化的疏水层用于液滴的操纵及应用体系的构建。该自供电数字微流控系统相比于传统的数字微流控系统的优势在于：无需外接高压电源即可实现液滴全范围可寻址运动，操作简单便携，成本低廉，具有广阔的应用前景。

Description

一种自供电数字微流控芯片及液滴操控方法
技术领域
本发明属于微流控领域，具体为基于摩擦纳米发电的自供电数字微流控芯片及液滴操控方法。
背景技术
微流控系统通常被称为芯片上的实验室(lab-on-a-chip)，它是把生物、化学、医学分析过程中的样品制备、反应、分离、检测、分析等一系列基本操作单元集成到一块只有几平方厘米甚至更小的芯片上，自动完成分析全过程的微型化操作技术平台。与其他分析平台对比，微流控平台具有微型化、集成化、试剂消耗量少、分析效率高等优点。
在微流控芯片研究领域中，流体的调控是微流控芯片操作过程的核心。常规的微流控芯片是通过设计不同类型的通道和微泵阀结构，实现对流体的操纵，虽然这种方式操作简单但是随之带来的缺点如功能单一、结构复杂、加工繁琐等也大大局限了该方式的应用。而数字微流控是一种以介电润湿为原理的新型液滴操纵技术，这种方式能够对流体进行精确操控，是一个重要的研究领域。但是往往需要较为庞大且笨重的外置电源及控制设备，并且操纵的液体种类有所局限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于摩擦纳米发电的全范围式自供电数字微流控芯片，可以无需外接电源并且全范围操纵液滴。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种自供电数字微流控芯片，其包括电源发生器、介电层和局部亲水化的疏水层；所述的电源发生器包括第一发电部件和第二发电部件，二者能够互相摩擦以产生电；第一发电部件位于介电层的一表面，局部亲水化的疏水层在介电层的另一表面，所述的疏水层上设有亲水区，所述第二发电部件相对于第一发电部件摩擦位移，用于操控局部亲水化的疏水层上的液滴移动。
在本发明的较佳实施例中，第一发电部件为摩擦后能够产生正电的材料。
在本发明的较佳实施例中，所述的第一发电部件包括石英玻璃。
在本发明的较佳实施例中，第二发电部件为摩擦后能够产生负电的材料。
在本发明的较佳实施例中，所述的第二发电部件包括聚酰亚胺。
在本发明的较佳实施例中，所述介电层的厚度为30nm-1mm。
在本发明的较佳实施例中，所用局部亲水化的疏水层材料为特氟龙和聚四氟乙烯PTFE水分散液二者叠加，通过局部剥离技术形成局部超亲水的超疏水层。
在本发明的较佳实施例中，局部亲水化的疏水层，疏水区的最大接触角约为150°，亲水区上液滴的最小接触角小于5°。
本发明还提供一种液滴操控方法，包括如下步骤：
1)制备前述的自供电数字微流控芯片；
2)将液体装载在芯片上；第二发电部件与第一发电部件相互摩擦，
3)使第二发电部件相对于第一发电部件位移，从而使上方的液体运动，当液体运动至亲水区，继续移动第二发电部件，使亲水区留下小液滴；
4)小液滴生成之后，继续移动第二发电部件，将液体移动至下一目标区域。
本发明中，所述的液体包括但不限于超纯水、盐溶液、核酸溶液、EDTA中的一种。
优选的，所述局部的亲水化图案包括圆形、方型、螺旋形等，可根据需要设计图案。
优选的，液滴体积在1-500微升范围内。
本发明与现有技术的优势在于：
(1)本发明为一种新的微流体操纵平台，为微流控领域提供了一种新的液滴驱动方式。可以实现对不同种类、不同体积的液滴的驱动。
(2)本发明装置简单，无需外接设备，应用场景不受时空限制。
(3)本发明制备快速，操作简单，成本低廉。
附图说明
图1为本发明数字微流控芯片整体结构示意图。
1a.第一发电部件 1b.第二发电部件 2.介电层 3.疏水层 4.亲水区
图2为本发明数字微流控芯片液滴操纵及生成过程示意图。
具体实施方案
下面结合附图以自供电数字微流控芯片上驱动并生成一个液滴为例，对本发明进行进一步细致描述。
参见图1，所述的一种基于摩擦纳米发电的全范围式自供电数字微流控芯片由电源发生器、介电层2、局部亲水化的疏水层3组成。所述的电源发生器包括第一发电部件1a和第二发电部件1b，第一发电部件1a为摩擦产生正电的石英玻璃基底(在其它实施例中，也可以是其它摩擦材料基底)，第二发电部件1b为摩擦产生负电的聚酰亚胺薄膜(在其它实施例中，也可以是其它摩擦基底)；介电层2均匀涂覆于石英玻璃上表面；局部亲水化的疏水层3在介电层2上表面，通过局部剥离等技术在疏水层获得特定的亲水图案4，其余区域为疏水图案。
本发明的数字微流控制作工艺如下：
(a)电源发生器为两种摩擦能够产生不同电荷的材料形成，并且相互独立。
(b)介电层材料优选为具有高介电常数、厚度均匀、抗击穿能力强的绝缘材料，本实施例中使用SU-8光刻胶通过旋涂的方式形成；
(c)局部亲水化的疏水层的材料为特氟龙和聚四氟乙烯PTFE水分散液叠加，先以旋涂的方式形成一层特氟龙薄膜，再在特氟龙薄膜上旋涂聚四氟乙烯PTFE水分散液，通过局部剥离的方式获得局部亲水化的超疏水层。
作为本发明的优选实施方式，所选用的液滴为蓝色染料，亲水区为直径2mm的圆形图案。
作为本发明的优选实施方式，所选用的电源发生器为石英玻璃和kapton薄膜(美国杜邦)。
作为本发明的优选实施方式，如图2所示，本发明的具体工作过程为：
步骤A：将染料装载在芯片的储液区，通过摩擦电源发生器使芯片带上电，转入步骤B；
步骤B：芯片带电后通过摩擦kapton薄膜，使其与石英玻璃发生相对位移，上方的液滴会随其运动，当液滴运动至亲水区，继续移动kapton薄膜就会在亲水区留下一个小液滴，转入步骤C
步骤C：当液滴生成之后继续移动kapton薄膜，将液滴移动至废液区。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细特征以及详细方法，但本发明并不局限于上述详细特征以及详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细特征以及详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明白，对本发明的任何改进，对本发明选用组分的等效替换、具体方式的选择等，均属于本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种自供电数字微流控芯片，其特征在于：该自供电数字微流控芯片包括电源发生器、介电层和局部亲水化的疏水层；所述的电源发生器包括第一发电部件和第二发电部件，二者能够互相摩擦以产生电；第一发电部件位于介电层的一表面，局部亲水化的疏水层在介电层的另一表面，所述的疏水层上设有亲水区，所述第二发电部件相对于第一发电部件摩擦位移，用于操控局部亲水化的疏水层上的液滴移动。
2.根据权利要求1所述的自供电数字微流控芯片，其特征在于，第一发电部件为摩擦后能够产生正电的材料。
3.根据权利要求2所述的自供电数字微流控芯片，其特征在于，所述的第一发电部件包括石英玻璃。
4.根据权利要求1所述的自供电数字微流控芯片，其特征在于，第二发电部件为摩擦后能够产生负电的材料。
5.根据权利要求4所述的自供电数字微流控芯片，其特征在于，所述的第二发电部件包括聚酰亚胺。
6.根据权利要求1所述的自供电数字微流控芯片，其特征在于，所述介电层的厚度为30nm-1mm。
7.根据权利要求1所述的自供电数字微流控芯片，其特征在于，所用局部亲水化的疏水层材料为特氟龙和聚四氟乙烯PTFE水分散液二者叠加，通过局部剥离技术形成局部超亲水的超疏水层。
8.根据权利要求1-7任一项所述的自供电数字微流控芯片，其特征在于，局部亲水化的疏水层，疏水区的最大接触角为150°，亲水区的最小接触角小于5°。
9.一种液滴操控方法，包括如下步骤：
1)制备权利要求1至7任一项所述的自供电数字微流控芯片；
2)将液体装载在芯片上；第二发电部件与第一发电部件相互摩擦，
3)使第二发电部件相对于第一发电部件位移，从而使上方的液体运动，当液体运动至亲水区，继续移动第二发电部件，使亲水区留下小液滴；
4)小液滴生成之后，继续移动第二发电部件，将液体移动至下一目标区域。
10.根据权利要求9所述的一种液滴操控方法，其特征在于，所述的液体包括超纯水、盐溶液、核酸溶液、EDTA中的至少一种。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113713868A (zh) * 2021-09-13 2021-11-30 北京京东方技术开发有限公司 一种微流控制芯片及其制作方法
CN116139960A (zh) * 2023-04-19 2023-05-23 中国海洋大学 纳米发电机可控化学反应芯片及其制备、使用方法和应用

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080003572A1 (en) * 2006-06-30 2008-01-03 Emmanuel Delamarche Capillary system for controlling the flow rate of fluids
CN101294971A (zh) * 2008-06-05 2008-10-29 复旦大学 基于介质上电润湿效应的数字微流控器件及其控制方法
CN103752357A (zh) * 2013-12-30 2014-04-30 北京大学 一种基于摩擦发电机的自驱动数字微流道
CN104525285A (zh) * 2014-11-24 2015-04-22 哈尔滨工业大学 一种超疏水单极板数字微液滴输运装置及其制作方法
CN105689026A (zh) * 2014-11-24 2016-06-22 中国科学院化学研究所 一种微液滴及微阵列的分离制备方法
US20180059056A1 (en) * 2016-08-30 2018-03-01 Sharp Life Science (Eu) Limited Electrowetting on dielectric device including surfactant containing siloxane group
CN107904163A (zh) * 2017-12-12 2018-04-13 厦门大学 一种基于数字微流控技术的全自动单颗粒/单细胞捕获芯片及其应用
CN108465493A (zh) * 2018-05-04 2018-08-31 上海仁敬生物科技有限公司 微流控芯片的制造方法
CN208494260U (zh) * 2018-03-30 2019-02-15 南京理工大学 基于介电泳的表面微液滴配发结构
US20190366333A1 (en) * 2017-02-24 2019-12-05 South China Normal University Electro-wetting-based microfluidic droplet positioning system and method
CN111604097A (zh) * 2020-06-02 2020-09-01 苏州大学 基于摩擦纳米发电机的生化液滴反应装置及反应方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080003572A1 (en) * 2006-06-30 2008-01-03 Emmanuel Delamarche Capillary system for controlling the flow rate of fluids
CN101294971A (zh) * 2008-06-05 2008-10-29 复旦大学 基于介质上电润湿效应的数字微流控器件及其控制方法
CN103752357A (zh) * 2013-12-30 2014-04-30 北京大学 一种基于摩擦发电机的自驱动数字微流道
CN104525285A (zh) * 2014-11-24 2015-04-22 哈尔滨工业大学 一种超疏水单极板数字微液滴输运装置及其制作方法
CN105689026A (zh) * 2014-11-24 2016-06-22 中国科学院化学研究所 一种微液滴及微阵列的分离制备方法
US20180059056A1 (en) * 2016-08-30 2018-03-01 Sharp Life Science (Eu) Limited Electrowetting on dielectric device including surfactant containing siloxane group
US20190366333A1 (en) * 2017-02-24 2019-12-05 South China Normal University Electro-wetting-based microfluidic droplet positioning system and method
CN107904163A (zh) * 2017-12-12 2018-04-13 厦门大学 一种基于数字微流控技术的全自动单颗粒/单细胞捕获芯片及其应用
CN208494260U (zh) * 2018-03-30 2019-02-15 南京理工大学 基于介电泳的表面微液滴配发结构
CN108465493A (zh) * 2018-05-04 2018-08-31 上海仁敬生物科技有限公司 微流控芯片的制造方法
CN111604097A (zh) * 2020-06-02 2020-09-01 苏州大学 基于摩擦纳米发电机的生化液滴反应装置及反应方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113713868A (zh) * 2021-09-13 2021-11-30 北京京东方技术开发有限公司 一种微流控制芯片及其制作方法
CN116139960A (zh) * 2023-04-19 2023-05-23 中国海洋大学 纳米发电机可控化学反应芯片及其制备、使用方法和应用

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