CN210605302U - 一种用于光诱导介电泳装置的遮光膜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于光诱导介电泳装置的遮光膜，主要包括顶层氧化铟锡玻璃层1、光导层2、衬底氧化铟锡玻璃层3、遮光膜4、遮光膜通透区5、光斑6，其特点在于，顶层氧化铟锡玻璃层1和衬底氧化铟锡玻璃层3相对设置，并在其两端边缘处接入信号发生器，在衬底氧化铟锡玻璃层3的上表面镀有光导层2，下表面涂覆有遮光膜4，遮光膜4经图案化形成一遮光膜通透区5，光源自底向上垂直照射遮光膜4时，光线经过遮光膜通透区5在光导层2上形成光斑6，进而在微通道内产生非均匀电场，迫使通道内电中性悬浮粒子受电场极化而发生定向移动，通过调节信号发生器的电压、频率，达到操纵微纳粒子的目的。

Description

一种用于光诱导介电泳装置的遮光膜

技术领域

本实用新型涉及微电子、微纳米粒子控制领域，特别涉及光诱导介电泳领域，是一种用于光诱导介电泳装置的遮光膜。

背景技术

早期，介电泳技术产生的介电泳力主要依靠其物理金属电极。伴随光伏太阳能电池和光敏材料的发展，在此基础上，提出了光诱导介电泳技术，光诱导介电泳技术是一种将光学虚拟电极与介电泳方法相结合的技术，其核心是由微纳尺度光照射到光敏薄膜，会在光敏薄膜表面形成光学虚拟电极，从而引发光电芯片内部产生非均匀电场。当芯片内具有非均匀电场后，将迫使电中性悬浮粒子受电场极化而发生定向移动，该电极化力即为介电泳力。所以，光学虚拟电极与传统金属电极一样可以产生介电泳力以满足微粒的收集、输运和分离，此外，用光学虚拟电极代替传统的金属电极，从确定操纵功能，到设计电极并投入使用，所需周期极短，避免了复杂的电极制造过程，提高了微粒操纵灵活性，降低了电极加工成本，因此可以实现对微粒更加复杂的操纵。

但是在目前的技术中，光诱导介电泳装置需要采用复杂的数字微型反射镜元件（DMD）产生光学图案，其缺点为：成本高，光学系统结构复杂，对光源的利用效率低等。如何克服上述缺点，已成为相关领域技术人员所致力的目标之一。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有的光诱导介电泳装置需要复杂DMD产生光学图案的局限，而提供一种新型遮光膜，其至少具有结构简单和低成本等优点。

本实用新型是在提供一种遮光膜，将其图案化而形成一通透区，当微纳尺度光垂直照射到遮光膜时，光线经过通透区在光导层上形成光斑，此光斑即为光学虚拟电极。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型提供的一种用于光诱导介电泳装置的遮光膜，包括顶层氧化铟锡玻璃层1、光导层2、衬底氧化铟锡玻璃层3、遮光膜4、遮光膜通透区5、光斑6；顶层氧化铟锡玻璃层1和衬底氧化铟锡玻璃层3相对设置，并在其两端边缘处接入信号发生器，在衬底氧化铟锡玻璃层3的上表面镀有光导层2，下表面涂覆有遮光膜4。

其中，顶层氧化铟锡玻璃层1和衬底氧化铟锡玻璃层3长度为4cm、宽度为3cm、厚度为2mm，材质为氧化铟锡玻璃，氧化铟锡玻璃具有良好的透光性和导电性。顶层氧化铟锡玻璃层1和衬底氧化铟锡玻璃层3相对设置，其距离为100μm。光导层2镀在衬底氧化铟锡玻璃层3上表面，厚度为1μm，材质为氢化非晶硅。氢化非晶硅具有良好的光敏特性，在非光照条件下，氢化非晶硅作为绝缘体占有较多电势差，使之芯片溶液中的电场相当微弱，但在光照条件下，光生载流子使氢化非晶硅受光照区域上的局部电导率增加，从而变成良好的载体。遮光膜4涂覆在衬底氧化铟锡玻璃层3下表面，厚度为10μm，材质为不透明聚合物，不透明聚合物应具有显著的不透明度，且遮光膜4可经图案化形成一遮光膜通透区5。

光诱导介电泳装置的系统结构可分为2个部分：

1、投影区：由遮光膜4、遮光膜通透区5组成，主要用于产生光学图案，即光学虚拟电极。

2、测试区：由顶层氧化铟锡玻璃层1、光导层2、衬底氧化铟锡玻璃层3和信号发生器组成，信号发生器连接上下两层氧化铟锡玻璃层以提供交变信号。

所述顶层氧化铟锡玻璃层1和衬底氧化铟锡玻璃层3大小相等，长度为4cm、宽度为3cm、厚度为2mm。

进一步的，所述顶层氧化铟锡玻璃层1和衬底氧化铟锡玻璃层3材质为氧化铟锡玻璃。

进一步的，所述顶层氧化铟锡玻璃层1和衬底氧化铟锡玻璃层3相对设置，其距离为100μm。

进一步的，所述光导层2长度为4cm、宽度为3cm、厚度为1μm。

进一步的，所述光导层2材质为氢化非晶硅。

进一步的，所述遮光膜4长度为4cm、宽度为3cm、厚度为10μm。

进一步的，所述遮光膜4材质为不透明聚合物。

上述方案中，遮光膜4的制备包括以下步骤：

A、清理：清理衬底氧化铟锡玻璃基质的表面，以保证接触面的洁净；

B、涂覆：在衬底氧化铟锡玻璃基质的下表面涂覆一层不透明聚合物，其厚度为10μm；

C、涂光刻胶：在不透明聚合物涂层的表面涂光刻胶；

D、板印：按照所设计的平面投影图案制作遮盖物，将遮盖物放在光刻胶的表面，用紫外线照射遮盖物，没有被遮盖的光刻胶在紫外线作用下溶解，最终得到与遮盖物形状相同的光刻胶层；

E、湿法刻蚀：用刻蚀液腐蚀底片，以去除没有被光刻胶覆盖的不透明聚合物涂层；

F、去光刻胶：将光刻胶从不透明聚合物涂层表面去除，至此实现遮光膜的图案化。

本实用新型通过在顶层氧化铟锡玻璃层1和衬底氧化铟锡玻璃层3上输入可变交流信号，当微纳尺度光垂直照射到遮光膜4时，光线经过遮光膜通透区5在光导层2上形成光斑6，从而在光导层2的表面形成光学虚拟电极，进而在微流体通道内产生非均匀电场。当微流体通道内具有非均匀电场后，将迫使通道内电中性悬浮粒子受电场极化而发生定向移动，通过调节信号发生器的电压、频率，达到操纵微纳粒子的目的。

现有的光诱导介电泳装置一般采用数字微型反射镜元件（DMD）产生光学图案，因为其光学系统本身较为复杂，所以存在以下缺点：

1、投影出的图像亮暗光强差值较小，产生的光诱导介电泳力小。

2、投影出的图像本身就存在一定的偏差，对应的光学系统也不易设计和调节。

3、经过光学系统后产生相差较大，不易于操纵和观察微观粒子的运动。

本实用新型的一种用于光诱导介电泳装置的遮光膜和现有技术相比，具有以下有益效果：

1、光学系统结构简单，易于设计和调节，且能够保证足够大的亮暗光强差值。

2、可根据需求设计出具有不同遮光膜通透区形状的遮光膜，其互换性强、结构简单、加工工艺简单以及制造成本较低。

3、产生的光斑形状具有灵活性，不需要观察和调节光斑的大小和形状，成本低，使用方便。

本实用新型具有设计合理、结构简单、易于加工、使用方便等特点，因而，具有很好的推广使用价值。

附图说明

下面结合附图对本实用新型进一步说明。需注意的是，根据业界的标准实务，附图1的各特征并未依比例绘示，事实上，为了使讨论更为清楚，各特征的尺寸都可任意的增加或减少。

附图1为一种用于光诱导介电泳装置的遮光膜的结构示意图；

附图2A和附图2B为附图1中的遮光膜4的平面投影图案示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。然而，可以理解的是，实施例提供许多可应用的概念，其可实施于各式各样的特定内容中。所讨论、揭示的实施例仅供说明，并非用以限定本实用新型的范围。

再者，在空间上相对的用语，例如上表面、下表面等，是为了容易地解释在图示中的一个元件或特征与另一个元件或特征之间的关系。这些空间上相对的用语除了涵盖在图示所绘的方向，也涵盖了装置在使用和操作上不同的方向。这些装置也可被旋转（例如旋转90度或旋转至其他方向），而在此所使用的空间上相对的描述同样也可以有相对应的解释。

实施例1：

如附图1所示，本实用新型的一种用于光诱导介电泳装置的遮光膜，其结构包括顶层氧化铟锡玻璃层1、光导层2、衬底氧化铟锡玻璃层3、遮光膜4、遮光膜通透区5、光斑6。

其中，顶层氧化铟锡玻璃层1和衬底氧化铟锡玻璃层3的尺寸为4cm×3cm×2mm，光导层2的尺寸为4cm×3cm×1μm，遮光膜4的尺寸为4cm×3cm×10μm。应注意的是，以上所有尺寸均可根据实际需求而对应调整，不以此为限。

其中，顶层氧化铟锡玻璃层1和衬底氧化铟锡玻璃层3的材料为氧化铟锡玻璃；光导层2的材料为氢化非晶硅；遮光膜4的材料为不透明聚合物。

为了使衬底氧化铟锡玻璃层3具备光敏特性，采用等离子体增强化学气相沉淀法在衬底氧化铟锡玻璃层3的上表面镀有一层氢化非晶硅，其厚度为1μm，此即为光导层2。

如附图2A和图2B所示，遮光膜4的平面投影图案示意图分别为环状图案和带状图案。应当注意的是，附图2A和图2B所绘示的平面投影图案仅为示例，而在实际的操作上，可依据各操作因素来控制光线投射形成对应的图案至光导层2，且投射至光导层2的平面投影图案不以附图2A和图2B所绘示的图案为限。

其中，遮光膜4的图案化制备包括以下步骤：A、清理：清理衬底氧化铟锡玻璃基质的表面，以保证接触面的洁净；B、涂覆：在衬底氧化铟锡玻璃基质的下表面涂覆一层不透明聚合物，其厚度为10μm；C、涂光刻胶：在不透明聚合物涂层表面涂光刻胶；D、板印：按照附图2A和图2B所设计的平面投影图案制作遮盖物，将遮盖物放在光刻胶的表面，用紫外线照射遮盖物，没有被遮盖的光刻胶在紫外线作用下溶解，最终得到与遮盖物形状相同的光刻胶层；E、湿法刻蚀：用刻蚀液腐蚀底片，以去除没有被光刻胶覆盖的不透明聚合物涂层；F、去光刻胶：将光刻胶从不透明聚合物涂层表面去除，至此实现遮光膜的图案化。

请再回到附图1，对顶层氧化铟锡玻璃层1和衬底氧化铟锡玻璃层3的边缘处进行反应离子刻蚀以连接铜线，使之表面可以加载电信号。

在顶层氧化铟锡玻璃层1和衬底氧化铟锡玻璃层3之间封装有一个微流体通道（图中未绘示），其高度为100μm。此外，为了避免微流体通道内溶液挥发，在此基础上，需在衬底氧化铟锡玻璃层3上涂覆厚为100μm、宽为0.5mm的玻璃胶或者非导电双面胶（图中未绘示）作为支架，用以封装顶层氧化铟锡玻璃层1。

具体安装过程：首先，在衬底氧化铟锡玻璃层3的上表面采用等离子体增强化学气相沉淀法镀上氢化非晶硅，其厚度为1μm，此即为光导层2，由此使衬底氧化铟锡玻璃层3具备光敏特性。再将不透明聚合物涂覆于衬底氧化铟锡玻璃层3的下表面，其厚度为10μm，此即为遮光膜4，并根据设计的平面投影图案采用光刻、湿法刻蚀技术对遮光膜4进行图案化以形成遮光膜通透区5。为了使顶层氧化铟锡玻璃层1和衬底氧化铟锡玻璃层3表面加载电信号，对两层氧化铟锡玻璃层的边缘处进行反应离子刻蚀以连接铜线，使之能够接入信号发生器。同时也为了避免微流体通道内液体挥发，在此基础上，又需在衬底氧化铟锡玻璃层3上涂覆厚为100μm、宽为0.5mm的玻璃胶或者非导电双面胶作为支架，即可封装顶层氧化铟锡玻璃层1，至此完成芯片的制作。然后，将信号发生器的输入、输出电极分别接入顶层氧化铟锡玻璃层1和衬底氧化铟锡玻璃层3的上述边缘处。最后，用光自底向上垂直照射遮光膜4，光线经过遮光膜通透区5在光导层2上形成光斑6，光斑6位置处发生光生载流子，迫使该区域氢化非晶硅电导率急剧增大，以至于该位置处电场导通，进而产生光诱导介电泳力，通过调节信号发生器的电压、频率，最终实现微粒的操纵。

在本实用新型的一些实施例中，微粒可以是生物细胞、空气微粒、水中杂质或介电粉末等微米级粒子，但不限于此。光源是由可发射出包含可见光波长的发光元件产生，发光元件可以是发光二极管或卤素灯等，但不限于此。信号发生器则提供交流电压，其中交流电压的峰对峰值为20伏特，频率为10万赫兹，但不以此为限。

通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本实用新型。但应当理解的是，本实用新型并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (2)

1.一种用于光诱导介电泳装置的遮光膜，其特征在于：包括顶层氧化铟锡玻璃层（1）、光导层（2）、衬底氧化铟锡玻璃层（3）、遮光膜（4）、遮光膜通透区（5）、光斑（6）；顶层氧化铟锡玻璃层（1）和衬底氧化铟锡玻璃层（3）相对设置，并在其两端边缘处接入信号发生器，在衬底氧化铟锡玻璃层（3）的上表面镀有光导层（2），下表面涂覆有遮光膜（4）。

2.根据权利要求1所述的一种用于光诱导介电泳装置的遮光膜，其特征在于：所述遮光膜（4）长度为4cm、宽度为3cm、厚度为10μm，材质为不透明聚合物。

Images