CN210729567U

CN210729567U - 一种包含液态金属电极的微流控芯片

Info

Publication number: CN210729567U
Application number: CN201921365451.XU
Authority: CN
Inventors: 杨浩; 朱博韬; 程亮; 彭明发; 李相鹏; 孙研珺
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2020-06-12
Anticipated expiration: 2029-08-21

Abstract

本实用新型的首要改进之处为本实用新型提供了一种包含液态金属电极的微流控芯片，包括：基底；在所述基底上刻蚀有电极；在所述基底上设置有微流道层；所述微流道层包含有第一微流道及第二微流道；所述第一微流道与第二微流道通过第三微流道连通；所述第一微流道与所述第二微流道的宽度远大于所述第三微流道；所述第一微流道和所述第二微流道分别用于液态金属和溶液的流动；在所述微流道层另一侧还设置有通孔，分别用于所述第一微流道和所述第二微流道中的液体的注入和流出。本实用新型提供的微流控芯片灵敏度高，液态金属可回收重复利用，制备方法简单，使用方便，成本低。

Description

一种包含液态金属电极的微流控芯片

技术领域

本实用新型涉及生物检测领域，尤其涉及一种包含液态金属电极的微流控芯片。

背景技术

目前，微流控芯片中所使用的电极多是铜电极，金电极，铂电极等，需要应用到光刻，溅射等复杂的工艺。同时，电极不可以重复利用，不同的实验需要采用复杂的方法制作不同的芯片，成本非常高。本实用新型首次应用液态金属电极代替金属电极，制造工艺简单，同时，液态金属可回收利用，大大降低了成本。(背景专利出处200610043686.8)现有技术缺点：采用贵金属，成本高，工艺复杂，不可回收利用

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种包含液态金属电极的微流控芯片，工艺简单，可回收利用，成本低。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种包含液态金属电极的微流控芯片，其特征在于，包括：

基底；

在所述基底上刻蚀有电极；

在所述基底上设置有微流道层；

所述微流道层包含有第一微流道及第二微流道；所述第一微流道与第二微流道通过第三微流道连通；所述第一微流道与所述第二微流道的宽度远大于所述第三微流道；所述第一微流道和所述第二微流道分别用于液态金属和溶液的流动；

在所述微流道层另一侧还设置有通孔，分别用于所述第一微流道和所述第二微流道中的液体的注入和流出。

优选地，所述微流道层由聚二甲基硅氧烷(PDMS)形成。

优选地，所述基底为ITO导电玻璃。

优选地，所述电极处于的相对位置在所述第二微流道中。

本实用新型的首要改进之处为本实用新型提供了一种包含液态金属电极的微流控芯片，包括：基底；在所述基底上刻蚀有电极；在所述基底上设置有微流道层；所述微流道层包含有第一微流道及第二微流道；所述第一微流道与第二微流道通过第三微流道连通；所述第一微流道与所述第二微流道的宽度远大于所述第三微流道；所述第一微流道和所述第二微流道分别用于液态金属和溶液的流动；在所述微流道层另一侧还设置有通孔，分别用于所述第一微流道和所述第二微流道中的液体的注入和流出。本实用新型提供的微流控芯片中，首先通过对流道的设计，将第一微流道和第二微流道通过第三微流道连通，且第一和第二微流道的宽度远大于第三微流道，这样设计的目的是，当第一和第二微流道中分别通入液态金属和溶液时，由于第三微流道宽度很小，液态金属由于其表面张力够大，当在微流道中流动的时候不会通过第三微流道漏出来进入第二微流道中。同时由于第三微流道的存在，电场不会被屏蔽，能够穿透。其次，由于微流道层选用的材料是PDMS，电场不能够穿透PDMS，PDMS的介电常数只有2.76，增加了绝缘性。最后由于还设置有通孔，能够方便向微流道中通入液态金属或溶液的同时，还能够通过通孔回收所述液态金属，达到重复利用的目的。

附图说明

图1、为本实用新型实施例提供的基底示意图；

图2、为本实用新型实施例提供的刻蚀有电极的基底示意图；

图3、为本实用新型实施例提供的微流道层示意图；

图4、为本实用新型实施例提供的具有通孔的微流道层另一面示意图；

图5、为本实用新型实施例提供的对准、密封后的微流控芯片结构示意图；

图6、为本实用新型实施例提供的对准后第三微流道和电极相对位置关系及厚度示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

名词解释：

液态金属：液态金属是指一种不定型金属，液态金属可看作由正离子流体和自由电子气组成的混合物。液态金属也是一种不定型、可流动液体的金属。

微流控芯片：微流控芯片技术是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。

DEP：介电泳(DEP)，也称双向电泳，是介电常数较低的物体在非匀强电场中受力的现象。介电力大小与物体是否带电无关，与物体的大小、电学性质、周围介质的电学性质以及外加电场的场强、场强变化率、频率有关。

DEP buffer：DEP缓冲液，主要成分如下，100ml去离子水，8.5g蔗糖，0.3g葡萄糖，0.4mg氯化钙。这个溶液有如下作用，首先细胞可以存活时间长(等渗，4个小时以上)，氯化钙的作用是调节电导率，0.4mg恰好使溶液电导率为100us/cm，此成分的量可以调节。如无特殊说明，本实用新型中的溶液均指DEP buffer。

本实用新型提供了一种包含液态金属电极的微流控芯片，包括：基底；在所述基底上刻蚀有电极；在所述基底上设置有微流道层；所述微流道层包含有第一微流道及第二微流道；所述第一微流道与第二微流道通过第三微流道连通；所述第一微流道与所述第二微流道的宽度远大于所述第三微流道；所述第一微流道和所述第二微流道分别用于液态金属和溶液的流动；在所述微流道层另一侧还设置有通孔，分别用于所述第一微流道和所述第二微流道中液体的流入和流出。

如图1所示，本实用新型提供的基底1优选使用ITO玻璃。ITO导电玻璃是在钠钙基或硅硼基基片玻璃的基础上，利用溅射、蒸发等多种方法镀上一层氧化铟锡(俗称ITO)膜加工制作成的。即玻璃的上面镀有一层氧化铟锡。

利用光刻等工艺以及湿法刻蚀技术，将基底1制作成本实用新型的电极2形状。即通过软光刻工艺以及刻蚀技术，将玻璃上的一层氧化铟锡制作成本实用新型的需要的形状。

优选的，本实用新型所述，电极光刻以及刻蚀工艺具体为：洁净间环境下以3500r/m的转速在一片氧化铟锡(俗称ITO)玻璃上匀上RJ-304光刻胶，随后，将匀涂上光刻胶的ITO玻璃放在烘烤台上100度烘烤3分钟，随后，将其置于光刻机下，通过设计好的掩膜版以12.4mJ/cm²的功率曝光1.5s，然后显影2min，用氮气吹干，随后在将其置于36％的浓盐酸中3min，取出后置于脱胶液中2min，氮气吹干得到电极。

如图3所示，通过软光刻工艺制作含有第一微流道5、第二微流道6和第三微流道4的微流道层。所述微流道层优选使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)制作，PDMS是有机硅的一种，因其成本低，使用简单，同硅片之间具有良好的粘附性，而且具有良好的化学惰性等特点，成为一种广泛应用于微流控等领域的聚合物材料。

包含液态金属的第一微流道5和包含溶液的第二微流道6之间通过第三微流道4连接，所述第三微流道4的宽度优选为50-100μm，第一微流道5和第二微流道6的宽度为1000μm以上，这样液态金属由于其表面张力够大，当在第一微流道中流动的时候不会通过第三微流道4漏出来进入第二微流道6中。同时由于第三微流道4的存在，电场不会被屏蔽，能够穿透，电场不能够穿透PDMS，PDMS的介电常数只有2.76。

按照本实用新型，所述微流道层的制备工艺优选具体为：微流道光刻以及制作工艺：洁净间环境下以2500r/m的转速在硅片上匀涂上su-82050光刻胶，随后将匀涂好的硅片放在烘烤台上65度烘烤2min，95度烘烤7min，随后，将其置于光刻机下，通过设计好的掩膜版以12.4mJ/cm²的功率曝光8s，然后显影2min，用氮气吹干，随后，将硅片的四周用板或双面胶带贴好围起来(把硅片边缘围起来，相当于一个玻璃片四周围起来，中间倒水不会漏)。在硅片上倒上30g的PDMS(按质量1∶10配置的)，在加热板上85度加热40min，然后取下硅片，将固化好的PDMS撕下，得到微流道，随后将微流道的出口入口打孔便于导管或针头的连接。

如图4所示，将微流道层3上设置通孔7，液态金属和溶液可以流进流出，同时便于回收液态金属，重复使用以降低成本。如图5所示，基底1放在下面，微流道层3放在上面，通过对准平台进行对准，紧密键合防止液体渗漏。

按照本实用新型，所述电极和微流道的键合优选具体为：将电极和微流道放在等离子清洗机下清洗2min，取出后，在显微镜或者光刻机下对准，确保电极的位置和微流道对准了，然后按压，放在烘烤台上95度加热10分钟。取下，在出后入口插上导管或针头，得到最终的微流控芯片。

图6为第三微流道处的放大图。需要说明的是：电极2的宽度不唯一，可以是50-300μm，4的宽度100μm以下最好，厚度需要20μm以下。

以下为本实用新型实施例：

实施例1

首先，以5μL/min的流速将液态金属通入第一微流道5中并填满，第三微流道4的宽度为80μm以下时，15μL/min以下的液态金属流速均不会从第三微流道4中漏出，液态金属只会一直往前流动。

其次，在溶液微流道中以30μL/min的速度通入DEP buffer(加入了红细胞)，这时，整个第一微流道5里为液态金属，第二微流道6里为溶液，第三微流道4中也为溶液。

然后，可以关闭微流泵停止通入溶液，同时在液态金属和电极2两边通入正弦波，正弦波频率2MHz，电压是2Vpp，可以在电极2上捕获细胞，捕获区域为电极2的正对着第三微流道4的边缘，提高电压可以拉伸红细胞。

实验完毕，液态金属可以通过通入空气从出口回收利用，降低成本。

实施例2

首先，以15μL/min的流速的在液态金属第一微流道5中通入液态金属填满微流道，第三微流道4的宽度为80μm以下时，15μL/min以下的液态金属流速均不会从第三微流道4中漏出，液态金属只会一直往前流动。

本实用新型可以用来对细胞进行捕获，拉伸，本实用新型可以对聚苯乙烯小球进行排斥。不仅限于此，更多的基于DEP原理的实验，本实用新型都具有应用潜力。

具体实验数据：红细胞的捕获。频率2MHz，电压2Vpp的正弦波。

实施例3

酵母细胞的捕获。频率1MHz，电压3Vpp的正弦波。

首先，以5μL/min的流速在第一微流道5中通入液态金属填满通道，第三微流道4的宽度为80μm以下时，15μL/min以下的液态金属流速均不会从4中漏出，液态金属只会一直往前流动。

其次，在第二微流道中以30μL/min的速度通入DEP buffer(加入了酵母细胞)，这时，整个第一微流道5里为液态金属，第二微流道6里为溶液，第三微流道4中也为溶液，水的张力很小，有空间会流进去，液态金属表面张力很大，不会流，本实验基于此原理。

然后，可以关闭微流泵停止通入溶液，同时在液态金属和电极2两边通入正弦波，频率1MHz，电压是3Vpp，可以在电极上捕获细胞，捕获区域为电极2的正对着第三微流道4的边缘部分，通过显微镜观察记录。

实施例4

聚苯乙烯小球的排斥。频率2MHz，电压5Vpp的正弦波。

首先，以5μL/min的流速在液态第一微流道5中通入液态金属填满通道，第三微流道4的宽度为80μm以下时，15μL/min以下的液态金属流速均不会从第三微流道4中漏出，液态金属只会一直往前流动。

其次，在第二微流道中以30μL/min的速度(不唯一，50μL/min以下都可以，30是本实用新型采用的速度)通入DEP buffer，加入了直径10μm的聚苯乙烯小球，这时，整个第一微流道5里为液态金属，第二微流道6里为溶液，第三微流道4中也为溶液，水的张力很小，有空间会流进去，液态金属表面张力很大，不会流，本实验基于此原理。

然后，可以关闭微流泵停止通入溶液，同时在液态金属和电极两边通入正弦波，频率2MHz，电压是5Vpp，可以发现聚苯乙烯小球被排斥远离电极2的边缘。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种包含液态金属电极的微流控芯片，其特征在于，包括：

基底；

在所述基底上刻蚀有电极；

在所述基底上设置有微流道层；

2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述微流道层由聚二甲基硅氧烷(PDMS)形成。

3.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述基底为ITO导电玻璃。

4.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述电极处于的相对位置在所述第二微流道中。