CN114177958B - 一种高通量均匀液滴阵列制备方法及微结构阵列芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型制备均匀液滴阵列的方法及微结构阵列芯片，该方法中以电极与微结构相互组合的方式可实现快速制备大面积、高通量均匀液滴阵列，对乳液体系要求少，适用范围广，同时无需外部助推泵、流道结构和流体剪切口等，操作简单，该方法只需通过调整电极与微结构的尺寸即可改变液滴的尺寸，简易、可控、有效。

Description

一种高通量均匀液滴阵列制备方法及微结构阵列芯片

技术领域

本发明属于高通量大规模液滴阵列制备技术领域，具体而言涉及一种高通量均匀液滴阵列的制备方法，以及实现该制备方法的微结构阵列芯片。

背景技术

液滴阵列是液滴按照一定的规律排布在固定位置的一种形式，具体非常重要的研究意义和应用价值。例如(1)动态连续监测的需要，如晶体生长、细胞生长，组织发育等；(2)代理筛选，对于这些筛选发育的条件跟踪需要一个空间定位的阵列化存储系统。(3)选择性提取的需要，对于大规模液滴筛选和反应优化实验，往往要求能够对优选条件进行提取分析，阵列化的液滴相对于无序存储的液滴有利于实现定位提取。(4)大批量检测的需要，在将液滴筛选分析与质谱、色谱电泳等仪器联用的过程中，阵列化的液滴有利于实现自动化的大批量液滴检测分析。

目前基于微流控芯片的大规模液滴制备技术主要采用十字交叉型、共轴流法以及流动聚焦等方法，通过控制流体的物化性质和流速，制备大小均匀的乳液液滴。超声法、高速离心法与震荡随机乳化法虽然都能在短时间内形成大量的液滴，但是液滴的尺寸不可控，并且尺寸差别较大，难用于对比实验。

液滴阵列芯片综合以上几种方法的优点，可以大规模制备尺寸均匀的液滴阵列，同时物理隔离能避免液滴之间的接触与交叉污染，能为液滴及液滴内包裹物得高通量筛选和分析实验提供稳定可靠的平台。近年来发展迅速，已被广泛应用于生物、医学、化学等领域。

现有方法之一，例如通过传统液滴生成方式和填充技术相结合而成的微流控技术。首先，利用微流控液滴生成方式，采用比如十字交叉法、共轴流法、流动聚焦法等微通道结构产生尺寸均匀的液滴；然后，将产生的液滴转移到预先加工得微结构阵列上；最后，通过重力沉降、流体流动填充、刮涂、自组装等方式将液滴填充到微结构阵列中。这种方法首先要制备能产生均匀液滴的器件，并且保证在产生液滴时器件不会堵塞，产生的液滴尺寸均匀。其次在填充过程中，利用重力沉降的方式极有可能导致填充不完全，出现空白或者多液滴填充等问题；流动填充法对结构设计和流体运动需要精密控制，同时也会出现漏填或者多填的微结构单元；刮涂的方式容易产生破乳或者融合的现象，导致液滴的尺寸不均匀；自组装方法，对液滴材料和微结构材料要求高，也同时限制了其使用范围。这种方法要求液滴尺寸与微结构要预先匹配好，因此过程复杂，耗时较长，操作难度大，对技术要求高，需要经验丰富和熟练人员操作，同时需要满足微流控产生稳定液滴得所有条件。

现有方法之二为喷墨打印的方式将液滴填到微结构阵列中。该技术通过喷嘴与微结构对应，采用步进式的方式将液滴逐步填充到微结构阵列中，解决了液滴填充的难题。但是，这种技术的使用范围较窄，只适用于填充粘度和表面张力在一定限制范围内得液体，对于粘度高或者表面张力小得液体不适用。大面积喷墨打印填充用的宽幅喷头价格昂贵，喷头容易堵塞，不适用于复杂流体体系。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，根据本发明的一个方面，本发明的一个目的在于提供一种高通量大规模液滴阵列的制备方法，该方法可以采用任意乳化方式制备的均匀尺寸或非均匀尺寸的乳液，填充到微结构阵列中，通过电极精确控制限域在微结构芯片中的液滴融合，制备出大面积均匀液滴阵列。

实现本发明的上述目的技术方案为一种高通量大规模液滴阵列的制备方法，其包括以下步骤：

S1)微结构阵列芯片的制备

S11)在基板上形成电极图案层；

S12)在形成有电极图案层的基板上形成介电层；

S13)在步骤S12)形成的所述介电层上形成微结构阵列；

S14)对步骤S13)形成的所述微结构阵列表面进行亲水或疏水改性，得到微结构阵列芯片；

S2)乳液的制备与填充：按照一定比例混合内相和外相并乳化形成均匀乳液，然后将乳液施加到步骤S1)中得到的微结构阵列芯片上，使乳液液滴尽可能多且均匀地填充到微结构阵列中；

S3)液滴融合形成均匀液滴阵列：完成以上两步后，将电极与外部电源相连接，施加电压控制乳液液滴中的内相发生融合，得到由内相形成的尺寸相同或者相近的液滴阵列。

优选地，所述制备方法进一步包括步骤S4)在完成步骤S2)之后，进行S3)之前，在微结构阵列上再覆盖与S12)中制备的相同的含有的电极图案层和介电层的基板，作为上基板，该上基板的所述介电层与所述微结构阵列以及所述S12)中形成的介电层共同形成封闭区域。

优选地，步骤S11)中，所述基板包括但不限于玻璃、塑料、金属等的硬质或者柔性基材，只要其能和电极图案层材料和形成微结构的材料结合即可。

优选地，步骤S11)中，通过在所述基板上涂布导电涂层，然后再用选自光刻、软光刻、激光雕刻、3D打印、丝网印刷等方法形成所述电极图案层。

优选地，步骤S11)中，所述电极图案层的材料包括但不限于金属、石墨、氧化铟锡、合金材料，导电聚合物材料等。

优选地，步骤S11)中，所述电极图案层的电极的可以是共面电极，也可以是平行板电极。

优选地，步骤S12)中，所述介电层材料没有特别限制，只要能在电极层上形成一层介电薄膜层，同时不会与乳液液滴的外相或内相发生反应的材料均可，例如可以选自SU-8,钛酸锶钡，氮化硅，氧化铝，二氧化硅，特氟龙AF1600，Hyflon AD 40等，优选为Solvay公司的Hyflon AD 40。

优选地，步骤S12)中，所述介电层的形成方法包括但不限于旋涂、喷涂、刮涂等方法。

优选地，步骤S13)中，所述微结构阵列为具有一定高度的图形阵列，所述图形阵列由多个紧密排列的封闭结构单元构成，所封闭结构单元可以为四边形、三角形、五边形、六边形、蜂窝形等，但不限于此；所述微结构阵列的高度取决于要形成液滴的尺寸，该高度只要确保各个由内相形成的液滴彼此隔离，不发生接触即可。

优选地，步骤S14)中，所述亲水或疏水改性可以采用常规处理方式，例如等离子改性、化学气相沉积，物理气相沉积，溅镀，化学分子接枝等。

优选地，步骤S2)中，所述乳液的形成方法没有特别限制，例如可以采用随机机械乳化法、微流控法、超声波法、涡旋震荡、离心法等。

优选地，步骤S2)中，所述乳液可以为油包水(W/O)、水包油(O/W)或者油包油(O/O)的形式。

优选地，步骤S2)中，向所述微结构阵列芯片上施加所述乳液的方法包括但不限于，滴加、刮涂、流体流动填充、多次迭代重力沉降、喷墨打印等。

优选地，步骤S3)中，所述施加的电信号取决于内相物质的性质，当内相为电导率较高的水相或含有受电刺激容易变性的物质或含有极性高的物质时，施加的电信号的频率需要较大,其范围为50kHz-10MHz；当内相为电导率较低的水相，含有受电刺激不容易变性的物质，油相或含有极性低的物质时，施加的电信号频率需要较低，其范围为1kHz-100kHz。

根据本发明的另一个方面，本发明的另一个目的在于提供一种高通量大规模液滴阵列的微结构阵列芯片，所述微结构阵列芯片包括基板，在所述基板上形成的电极图案层，在所述电极图案层上形成的介电层，在所述介电层上形成的经过亲水或疏水改性得到微结构阵列。

优选地，所述基板包括但不限于玻璃、塑料、金属等的硬质或者柔性基材，只要其能和电极图案层材料和形成微结构的材料结合即可。

优选地，所述电极图案层的材料包括但不限于金属、石墨、氧化铟锡、合金材料，导电聚合物等，其通过在基板上涂布一层导电涂层，然后进行蚀刻来形成。

优选地，所述介电层材料没有特别限制，只要能在电极层上形成一层介电薄膜层，同时不会与乳液液滴的外相或内相发生反应的材料均可，例如可以选自SU-8,钛酸锶钡，氮化硅，氧化铝，二氧化硅，特氟龙AF1600，Hyflon AD 40等，优选为Solvay公司的Hyflon AD40。

优选地，所述微结构阵列为具有一定高度的图形阵列，所述图形阵列由多个紧密排列的封闭结构单元构成，所封闭结构单元可以为四边形、三角形、五边形、六边形、蜂窝形等，但不限于此；所述微结构阵列的高度取决于要形成液滴的尺寸，该高度只要确保各个由内相形成的液滴彼此隔离，不发生接触即可。

根据本发明的另一个方面，本发明的另一个目的在于提供通过根据本发明的所述高通量大规模液滴阵列的制备方法制备得到的液滴阵列在细胞组学，基因组学，蛋白质组学，显示领域，信息学，化学分析等中的用途。

有益效果

本发明提供一种新型制备均匀液滴阵列的方法及微结构阵列芯片。以电极与微结构相互组合的方式为融合形成均匀液滴阵列提供了可行性。液滴阵列在这种设计方法下可实现快速制备，对乳液体系要求少，适用范围广，操作简单。

本发明与现有技术比较，具有如下优点与积极效果：

(1)本发明提供微电极与微结构相互结合的电流体原理制备大面积、高通量均匀液滴阵列。电极与微结构结构为液滴的融合提供了电润湿力与物理限域的相互作用，实现了快速制备大面积均匀液滴阵列。

(2)该方法采用任意方式乳化的方式，简单方便，不受填充过程中破乳或者融合现象的影响，简化了工艺步骤。

(3)该方法无需外部助推泵、流道结构和流体剪切口等，只需给芯片加电即可实现大量均匀液滴的制备，一步到位，提高了生成均匀液滴阵列化的效率，芯片的结构简单，操作方便。

(4)该方法打破了对液滴包裹物要与液体密度相似的限制，扩大了液滴和液滴阵列的应用范围。

(5)该方法只需通过调整电极与微结构的尺寸即可改变液滴的尺寸，简易、可控、有效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为表示根据实施例1的微结构阵列芯片的结构示意图；其中(a)为所述微结构阵列芯片的三维立体示意图，(b)封闭式(即含有上基板)平行板电极微结构阵列芯片侧视图，(c)封闭式(即含有上基板)共面电极微结构阵列芯片侧视图，(d)开放式(即不含上基板)共面电极微结构阵列芯片侧视图。

图2为表示根据图1中微结构阵列芯片的一个封闭结构单元的结构示意图。

图3为表示乳液液滴填充至微结构阵列过程的示意图。

图4为表示乳液液滴加电融合过程示意图。

图5为实施例1中电极图案层中电极阵列的设计示意图。

图6为实施例1中液滴融合前后的对比图，其中(a)为液滴融合前照片实物图，(b)为液滴融合后的照片实物图。

图7为实施例2中液滴融合前后的对比图，其中(a)为液滴融合前照片实物图，(b)为液滴融合后的照片实物图。

图8为实施例3中液滴融合前后的对比图，其中(a)为液滴融合前照片实物图，(b)为液滴融合后的照片实物图。

图9为实施例4中液滴融合前后的对比图，其中(a)为三角形封闭结构单元中液滴融合前照片实物图；(b)为三角形封闭结构单元中液滴融合后的照片实物图；(c)为六边形封闭结构单元中液滴融合前照片实物图；(d)为六边形封闭结构单元中液滴融合后的照片实物图。

图10为实施例5中采用三相体系形成的乳液的液滴融合前后的对比图，其中(a)为液滴融合前照片实物图；(b)为液滴融合后的照片实物图。

附图标记：

1为介电层，2为电极图案层，3为基板，4为微结构阵列，5为外相，6为内相。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细地描述本公开的优选的实施方式。在描述之前，应当了解在说明书和所附权利要求中使用的术语，并不应解释为局限于一般及辞典意义，而是应当基于允许发明人为最好的解释而适当定义术语的原则，基于对应于本发明技术层面的意义及概念进行解释。因此，在此的描述仅为说明目的的优选实例，而并非是意指限制本发明的范围，因而应当了解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以做出其他等同实施和修改。

根据本发明的所述这种微结构芯片通过微加工方法制备，均匀液滴是通过电场作用将微结构阵列中的不均匀的液滴融合形成尺寸均匀的液滴；每个融合液滴限制在一个微结构阵列的封闭结构单元中，形成大面积的、均匀化、无交叉污染的均匀液滴阵列。该方法简化了制备均匀液滴阵列的步骤，降低了液滴预制备的要求，提高了制备均匀液滴阵列的效率。在此方法上，本发明提供了详细的芯片设计、加工和集成，并通过实验验证了本发明的可行性。

根据本发明的所述微结构阵列芯片可通过控制微结构尺寸来控制产生任意尺寸的均匀液滴，可以避免传统生成功能化液滴过程中液滴内的功能型材料(如细胞、颗粒、功能化分子等)导致器件堵塞的情况，提高均匀液滴的制备效率和稳定性，这种方法制备的均匀化与阵列化适用于多种材料体系，具有普适性与可靠性等优势。

参考图1至图4进一步说明本发明的高通量大规模液滴阵列的制备方法，所述方法包括以下步骤：

S1)制备如图1所示的微结构阵列芯片

S11)在基板3上形成电极图案层2，其中首先，利用光刻及刻蚀技术在有导电涂层(电极涂层材料可以是金属、石墨、氧化铟锡等凡是能导电的材料均可)的基板3上制备电极图案层2(也称为电极阵列)，基板3的材料可以是玻璃、塑料、金属等凡是能和电极图案层2和微结构阵列4的壁材料结合的硬质或者柔性基材。

S12)在形成有所述电极图案层2的所述基板3上形成介电层1。所述介电层可以防止电场直接作用于乳液，进而对乳液的成分产生影响，而且可以避免部分乳液，例如水相体系的液滴，在融合过程中发生电解而损坏电极。

S13)在步骤S12)形成的所述介电层1上形成微结构阵列4。所述微结构阵列4可以通过进行二次光刻来制备，所述微结构阵列4中的所述的封闭结构单元的尺寸与电极图案层2中的电极相互对应。

优选地，所述微结构阵列4为具有一定高度d的图形阵列，所述图形阵列由多个紧密排列的封闭结构单元构成，所封闭结构单元可以为四边形、三角形、五边形、六边形、蜂窝形等。图2中展示了一个形状为正方形的封闭结构单元的结构，其中所述封闭结构单元的壁高d、壁厚度w2和内部宽度w1可以任意调节，优选地，所述封闭结构单元的壁高d为50至200μm，壁厚度w2为10至20μm，内部宽度w1为150至400μm。

S14)对步骤S13)形成的所述微结构阵列4的表面进行亲水或疏水改性，得到微结构阵列芯片。所述亲水或疏水改性取决于使用的乳液的类型，例如为水包油型或油包水型，内相中包含的内容物，包括但不限于如检测物质、生物质、蛋白质等，通过亲水或疏水改性确保内相可以形成液滴且不会发生分解、解离等情况。

参考图3进行S2)乳液的制备与填充：按照一定比例混合内相6和外相5并乳化形成均匀乳液，然后将乳液施加到步骤S1)中得到的微结构阵列芯片上，使乳液液滴尽可能多且均匀地填充到微结构阵列中；所述乳液可以为油包水(W/O)的形式，也可以为水包油(O/W)的形式。当将乳液加载在微结构阵列芯片上后，用例如刮涂法使每个所述封闭结构单元都包含所述乳液，且各个所述封闭结构单元之间的乳液彼此隔绝，不相互接触。

参考图4进行S3)液滴融合形成均匀液滴阵列：在完成步骤S2)和S3)之后，将电极图案层2中的电极与外部电源相连接，施加电压控制乳液液滴中的内相发生融合，得到由内相形成的尺寸相同或者相近的液滴阵列。该融合过程可在1秒内完成，大大缩短了形成均匀液滴阵列的时间。

根据本发明的所述微结构芯片通过设计微结构阵列作为限域空间，采用电极与微结构阵列相结合的结构设计，实现了电控融合生成大量均匀液滴。并且通过电控融合制备均匀液滴阵列，无需外接流速精准控制装置，可减少外接注射泵等仪器的使用。

本发明中的乳液的制备方法包括单不限于超声乳化装置、机械搅拌装置、涡旋震荡装置、甚至手动震荡等乳化方式制备；操作简单、设备成本低，同时还能保障较大的工艺窗口。相比于传统的微流控法对液滴包裹物质的密度要求与液滴自身密度相似的限制，任意方式乳化的方法可极大拓展内相包裹物可适用材料的密度范围，并显著降低包裹物质自身润湿性和荷电性等性能的要求，有助于提升单分散性的属性限制。

同时加电融合方式具有操作简单、快捷且可实时灵活控制的优点。通过将电场作用于填充在微结构内的多个微小液滴，一步实现微液滴的均匀化与阵列化。相比于传统液滴阵列化方法，此方式对液体亲疏水性要求降低、无需将已产生的均匀液滴靠精准微通道芯片结构设计与流速控制结合方式均匀化填充，也不受液滴填充时所受机械力导致破乳或者融合的因素限制。因此，该方法可以实现均匀化与阵列化液滴阵列，具有高普适性与可靠性的优势。

在本文中，用语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其他任何类似用语均属于开放性连接词(open-ended transitional phrase)，其意欲涵盖非排他性的包括物。举例而言，含有复数要素的一组合物或制品并不仅限于本文所列出的这些要素而已，而是还可包括未明确列出但却是该组合物或制品通常固有的其他要素。除此之外，除非有相反的明确说明，否则用语“或”是指涵盖性的“或”，而不是指排他性的“或”。例如，以下任何一种情况均满足条件“A或B”：A为真(或存在)且B为伪(或不存在)、A为伪(或不存在)且B为真(或存在)、A和B均为真(或存在)。此外，在本文中，用语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”的解读应视为已具体公开并同时涵盖“由…所组成”及“实质上由…所组成”等封闭式或半封闭式连接词。

在本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征或条件仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值，特别是整数数值。举例而言，“1至8”的范围描述应视为已经具体公开如1至7、2至8、2至6、3至6、4至8、3至8等等所有次级范围，特别是由所有整数数值所界定的次级范围，且应视为已经具体公开范围内如1、2、3、4、5、6、7、8等个别数值。除非另有指明，否则前述解释方法适用于本发明全文的所有内容，不论范围广泛与否。

若数量或其他数值或参数是以范围、较佳范围或一系列上限与下限表示，则其应理解成是本文已特定公开了由任一对该范围的上限或较佳值与该范围的下限或较佳值构成的所有范围，不论这些范围是否有分别公开。此外，本文中若提到数值的范围时，除非另有说明，否则该范围应包括其端点以及范围内的所有整数与分数。

在本文中，在可实现发明目的的前提下，数值应理解成具有该数值有效位数的精确度。举例来说，数字40.0则应理解成涵盖从39.50至40.49的范围。

为了阐明本发明，在附图中省略了与描述无关的部分，并且在整个说明书中，相同或相似的部件由相同的附图标记表示。

另外，为了便于说明，任意地示出了附图中所示的每个部件的尺寸和厚度，因此本发明不必限于附图中所示的那些。

在整个说明书中，当提到某个元件“连接”到另一个元件时，它不仅包括“直接连接”，还包括其他构件之间的“间接连接”。另外，当提到某个元件“包括”某个部件时，这意味着该元件可以进一步包括其他部件而不是排除其他部件，除非相反地明确描述。

本文所使用的术语“第一”、“第二”等是用来解释各种构成元件，并且它们仅用于将一种构成元件与另一种构成元件区分的目的。

并且，本文中所使用的术语仅用于解释示例性实施例，且并不旨在限制本发明。单数表达也包括其复数表达，除非在上下文中另有明确表示。在本文中所使用的“包含”、“配备有”或“具有”之类的术语用于指定实践特性、数目、步骤、构成元件或其组合的存在，并且应当理解为不排除一个或多个其他特性、数目、步骤、构成元件或其组合的添加或存在的可能。

并且，如果一个层或一个元件被提及为形成于“层”或“元件”的“上面”或“上方”，这意味着每一个层或元件被直接形成在该层或元件上，或者在层、主体或基材之间可形成其他的层或元件。

以下实施例仅是作为本发明的实施方案的例子列举，并不对本发明构成任何限制，本领域技术人员可以理解在不偏离本发明的实质和构思的范围内的修改均落入本发明的保护范围。除非特别说明，以下实施例中使用的试剂和仪器均为市售可得产品。

此外，ITO玻璃(深圳莱宝科技有限公司)，SU8-2000光刻胶为(Micro Chem)，2.5wt％Hyflon AF1600(Solvay)，5cst硅油(Sigma-Aldrich China)，KF6017表面活性剂(信越中国有限公司)，PS颗粒(Aladdin China)，DI water(沃特仪器有限公司)，图片通过使用倒置荧光显微镜的OlympusIX73系列拍摄。

实施例1

采用光刻技术制备电极图案层2和微结构阵列4芯片，其中，电极图案层2材料为氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)，微结构阵列的壁材料采用SU8-2075光刻胶。首先，在玻璃基板3上通过化学蒸镀或离子溅射形成ITO层，然后在其上使用正胶光刻出电极图案，然后使用刻蚀工艺得到ITO电极图案层2。进一步地，在ITO电极图案层2上旋涂一层Hyflon材料形成介电层1，然后对其采用等离子体改性形成亲水表面，再将SU8-2075光刻胶旋涂于表面，通过对准、曝光、显影得到微结构阵列4。ITO电极外接交流信号发生仪器。

在本实施例中所述ITO电极图案层2的参数：电极阵列采用叉指型结构，电极设计为椭圆，如图5所示。椭圆的长轴a设计为117.5μm，短轴b设计为90μm。连接椭圆电极的导线c设计为15μm，椭圆电极间距设计L2设计为30μm。

本实施例中所述微结构阵列4参数：微结构阵列采用正方形设计，边长w1设计为250μm，壁宽设计w2为15μm，壁高d设计为130μm。

乳液使用粘度为5cst的硅油溶液中含作为外相，以去离子水为内相。首先，取体积比为10:3的油水体系，将其随机乳化后成无数个小液滴。进一步将随机乳化的油包水乳液滴加到微结构阵列上，部分乳化后的液滴大小不等，小液滴可以由重力作用掉进微结构内。进一步地通过刮板刮涂乳液，使液滴尽可能多的填充到微结构内。进一步地将沉积了一层介电层的玻璃作为上盖板覆盖在微结构阵列上。

进一步地采用正弦波交流信号施加电压，正弦波施加的频率为100kHz-200kHz，电压大小为100Vpp-120Vpp。

进一步地小液滴完全融合形成尺寸均匀的大液滴。液滴阵列的实际图片如图6所示。

实施例2(不同的电极设计方案)

本实施例中除了电极图案层2中的电极与微结构阵列4的尺寸设计外，其他参数均与实施例1一致。

电极图案层2的电极参数：电极阵列采用叉指型电极，电极为椭圆形，其长轴a为152.5μm，短轴b为125μm。连接椭圆电极的导线c为15μm，椭圆电极间距设计L2为60μm。

本实施例中微结构阵列4的参数：微结构阵列4采用正方形设计。边长w1设计为350μm，壁宽w2设计为15μm，壁高d设计为150μm。加电融合后液滴阵列如图7所示。

实施例3(不同的加电方式-平行板)

本实施例中，除了电极图案层2的电极，微结构阵列4以及电压信号与实施例1不一样，其它参数均于实施例保持一致。

所述微结构阵列芯片结构上采用带ITO的平行板作为电极。底面电极采用完整的ITO作为电极，上极板也采用完整的ITO作为电极阵列，制作成平行板电极。

实施例中微结构阵列4的参数：微结构阵列4采用正方形设计，边长w1设计为150μm，壁宽设计w2为15μm，壁高d设计为80μm。电压信号上采用正弦波交流信号施加电压，正弦波施加的频率为100kHz，电压大小为200Vpp。进一步地小液滴完全融合形成尺寸均匀的大液滴。液滴阵列如图8所示。

实施例4(不同微结构阵列形状-三角形和六边形)

本实施例中除了微结构阵列4形状与实施例3不一致外，其他参数均保持一致。

本实施例中分别采用正六边形以及正三角形的封闭结构单元作为微结构阵列。正三角形的内切圆半径为100μm，正六边形的内切圆半径为150μm。乳化填充后加电融合，进一步地小液滴完全融合形成尺寸均匀的大液滴。液滴阵列如图9所示。

实施例5(三相体系)

本实施例中除了乳液体系外，其他参数均与实施例2保持一致。

使用5cst的硅油溶液外相；以含有体积比为0.5％PEGDA的去离子水，其中分散了10wt％的7μm的聚苯乙烯(Polystyrene,PS)微球作为内相。乳化填充后加电融合，进一步地小液滴完全融合形成尺寸均匀的大液滴。液滴阵列如图10所示。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1. 一种高通量大规模液滴阵列的制备方法，其包括以下步骤：

S1）微结构阵列芯片的制备

S11）在基板上形成电极图案层；

S12）在形成有电极图案层的基板上形成介电层；

S13）在步骤S12）形成的所述介电层上形成微结构阵列；

S14）对步骤S13）形成的所述微结构阵列表面进行亲水或疏水改性，得到微结构阵列芯片；

S2）乳液的制备与填充：按照一定比例混合内相和外相并乳化形成均匀乳液，然后将乳液施加到步骤S1）中得到的微结构阵列芯片上，使乳液液滴尽可能多且均匀地填充到微结构阵列中；

S3）液滴融合形成均匀液滴阵列：完成以上两步后，将电极与外部电源相连接，施加电压控制乳液液滴中的内相发生融合，得到由内相形成的尺寸相同或者相近的液滴阵列。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法进一步包括步骤S4）：在完成步骤S2）之后，进行S3）之前，在微结构阵列上再覆盖与S12）中制备的相同的含有的电极图案层和介电层的基板，作为上基板，该上基板的所述介电层与所述微结构阵列以及所述S12）中形成的介电层共同形成封闭区域。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S11）中，所述基板包括玻璃、塑料、金属的硬质或者柔性基材，只要其能和电极图案层材料和形成微结构的材料结合即可。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S11）中，通过在所述基板上涂布导电涂层，然后再用选自光刻、软光刻、激光雕刻、3D打印、丝网印刷的方法形成所述电极图案层。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S11）中，所述电极图案层的材料选自金属、石墨、氧化铟锡、合金材料，导电聚合物材料。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S11）中，所述电极图案层的电极的是共面电极或者平行板电极。

7. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S12）中，所述介电层材料选自SU-8, 钛酸锶钡，氮化硅，氧化铝，二氧化硅，特氟龙AF1600和Hyflon AD 40。

8. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述介电层材料为Hyflon AD 40。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S12）中，所述介电层的形成方法包括旋涂，喷涂，刮涂。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S13）中，所述微结构阵列为具有一定高度的图形阵列，所述图形阵列由多个紧密排列的封闭结构单元构成，所封闭结构单元为四边形、三角形、五边形、六边形、蜂窝形；所述微结构阵列的高度取决于要形成液滴的尺寸，该高度只要确保各个由内相形成的液滴彼此隔离，不发生接触即可。

11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S14）中，所述亲水或疏水改性采用等离子改性、化学气相沉积，物理气相沉积，溅镀，化学分子接枝进行。

12.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2）中，所述乳液的形成方法选自随机机械乳化法、微流控法、超声波法、涡旋震荡、离心法。

13.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2）中，所述乳液为油包水（W/O）、水包油（O/W）或者油包油（O/O）的形式。

14.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2）中，向所述微结构阵列芯片上施加所述乳液的方法选自滴加、刮涂、流体流动填充、多次迭代重力沉降、喷墨打印。

15.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3）中，所述施加的电信号取决于内相物质的性质，当内相为电导率较高的水相或含有受电刺激容易变性的物质或含有极性高的物质时，施加的电信号的频率需要较大，其范围为50kHz-10MHz；当内相为电导率较低的水相，含有受电刺激不容易变性的物质，油相或含有极性低的物质时，施加的电信号频率需要较低，其范围为1kHz-100kHz。

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