CN211099105U - 一种易替换的疏水介电薄膜和一种微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种易替换的疏水介电薄膜和一种微流控芯片，所述易替换的疏水介电薄膜，包括疏水介电薄膜和贴在所述疏水介电薄膜上的框架。本实用新型提供的疏水介电薄膜表面平整，将其铺设在涂覆有绝缘液体的驱动电极上制备得到的微流控芯片能够解决现有技术中直接采用在驱动电极上镀疏水介电薄膜的方式存在的缺陷，容易更换并且降低了成本，在需要时只要更换液滴下面的疏水介电薄膜即可，不需要将下面驱动电极一起丢弃，在微流控芯片领域具有较好的应用前景。

Description

一种易替换的疏水介电薄膜和一种微流控芯片

技术领域

本实用新型涉及微流控芯片领域，尤其是涉及一种易替换的疏水介电薄膜和一种微流控芯片。

背景技术

基因组学和蛋白质组学是当今生物医学领域两大极为重要的研究领域。DNA/RNA测序是基因组学的重要组成部分，测序前文库构建工程浩大、费用昂贵，且非常耗时，一个训练有素的操作员需要执行近60个步骤才能准备好样品，一个样品需要工作超过12.5小时，也就是1.5个工作日(8小时/工作日)，准备4个样品则需要6天时间。如果4个样品平行进行，准备32个样品，需要12天时间，同时还需要规避污染或犯错的风险，文库构建的质量直接决定着测序实验的成败；而在以大规模检测蛋白质的结构和功能为主要目标的蛋白质组学研究中，要探明蛋白质的结构，首要任务就是开展大规模质谱检测和获取高质量的蛋白质结晶，因此涉及到大量样品预处理和最优结晶条件筛选。上述工作本质上都是一个样本处理问题,其中的目标样本稀缺，昂贵，体量极小，处理过程繁杂，有的还包含一定的化学反应。一段时间以来，学术界和产业界一直在寻求理想的基因组学和蛋白质组学通用的大规模，高效的样本处理技术。

微流控芯片技术被认为解决上述大量样本前处理的一个重要的潜在平台。微流控芯片的基本特征和最大优势是多种单元技术在微小可控平台上灵活组合和规模集成。液滴微流控技术是微流控芯片领域的一个重要分支，具有精准操控，形状可调，并行操作等优势。随着研究不断深入，数字液滴微流控技术逐渐显现出有别于现有其他技术的巨大潜力。

数字液滴微流控技术特点是灵活、易用和通用性强，对于从事生物医学研究的终端用户来说，将是一个革命性的工具。其潜在的应用包括但不限于：基因和蛋白质组学样品前处理、单细胞研究、临床诊断的即时检测、毒素和病菌的侦测和识别、环境监控、新药品筛选和精细化工合成等等。

现有技术通常是采用在电极上直接镀疏水介电薄膜方式，存在如下问题：1.疏水介电薄膜与驱动电极板直接相连，容易被击穿；2.由于驱动电极板表面凹凸不平容易造成上方的疏水介电薄膜表面平整度不够；3.当疏水介电薄膜破损或者需要更换疏水介电薄膜时，只能将连接的驱动电极一起丢弃，造成驱动电极板不必要的浪费。本申请欲开发一种疏水介电薄膜，用于数字微流控芯片，目的是改善现有芯片表面问题。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种易替换的疏水介电薄膜和一种微流控芯片。

本实用新型所采取的技术方案是：

本实用新型提供一种易替换的疏水介电薄膜，包括疏水介电薄膜和贴在所述疏水介电薄膜上的框架。

优选地，所述框架的材料选自铝、亚克力中的任一种。为了起到支撑疏水介电薄膜和节约成本的目的，框架材料一般选用不易变形且易加工的材料。

优选地，所述疏水介电薄膜包括介电层和疏水层。本实用新型的疏水介电薄膜可以是传统的介电层和疏水层组成的两层结构如在介电层聚对二甲苯(Parylene-C)上面涂覆疏水性材料特氟龙(teflon)，也可以是能够替代传统两层结构的同时具有疏水性和介电性的一层结构如CYTOP(perfluoro(1-butenyl vinyl ether)polymer)。本实用新型适用于所有的疏水材料包括CYTOP、PDMS以及各种商业超疏水涂料，如neverwet(R)，Fluoropel(Cytonix)，Ultra-Ever Dry等。

本实用新型还提供一种微流控芯片，包括驱动电极、涂覆在所述驱动电极上的绝缘液体层和设置在所述绝缘液体层上的上述的疏水介电薄膜。

优选地，所述微流控芯片为单面驱动结构或双面驱动结构。

优选地，所述绝缘液体层的材料的介电常数>1.1。

优选地，所述绝缘液体层的材料为天然绝缘油或人工合成绝缘油。

进一步优选地，所述天然绝缘油选自植物油和矿物油。

进一步优选地，所述人工合成绝缘油选自芳香烃类绝缘油、醚类绝缘油、酯类绝缘油和聚硅氧烷。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供一种疏水介电薄膜，并平铺到驱动电极表面形成微流控芯片，具有以下技术优势：1、降低成本，只需要更换液滴下面的疏水介电薄膜即可，不需要将下面驱动电极一起丢弃，电极芯片可重复使用，成本低廉、对环境友好；2、制造时间缩短，不需要重新制作驱动电极板；3、耐击穿，在相同电压下，本实用新型不容易发生击穿，克服了传统芯片最大障碍易击穿的缺陷；4、采用铺膜方式，薄膜表面非常平整，不会受到粗糙电极表面的影响，平整度增加，降低了液滴移动阻力。本实用新型提供的疏水介电薄膜表面平整，将其铺设在涂覆有绝缘液体的驱动电极上制备得到的微流控芯片能够解决现有技术中直接采用在驱动电极上镀疏水介电薄膜的方式存在的缺陷，容易更换并且降低了成本，在需要时只要更换液滴下面的疏水介电薄膜即可，不需要将下面驱动电极一起丢弃，在微流控芯片领域具有较好的应用前景。

附图说明

图1为实施例1中的疏水介电薄膜的结构示意图；

图2为实施例2中微流控芯片的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本实用新型的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。

实施例1

参见图1，本实施例提供一种易替换的疏水介电薄膜3，包括疏水介电薄膜1和贴在所述疏水介电薄膜上的框架2，所述疏水介电薄膜1包括介电层11和疏水层12。

上述易替换的疏水介电薄膜1的制备过程如下：用RCA标准制程清洗硅片，去离子水冲洗三次，氮气吹干，涂覆约1u牺牲层光刻胶烘干后，再涂10um PDMS介电层，随后蒸镀30nm的cytop疏水层，最后贴亚克力架，揭膜后收入收纳盒中备用。

本实施例制备得到一种带有框架的疏水介电薄膜，在疏水介电薄膜上贴有铝框，薄膜无形变，厚度仅10um。该薄膜是数字微流控芯片中的唯一耗材，可以极大降低数字微流控芯片成本。将水滴在上述疏水介电薄膜上，水滴在薄膜表面形成的接触角为120°。

实施例2

参见图2，本实施例提供一种微流控芯片，包括驱动电极4、涂覆在所述驱动电极上的绝缘液体层5和设置在所述绝缘液体层上的实施例1中的疏水介电薄膜3。本实施例的微流控芯片以完全不用上极板的单面驱动结构为例，实际本实用新型适用的微流控芯片包含但不限于上述结构，还可以适用于需要上极板作为接地板的单面驱动结构以及双面驱动结构，并且使用的驱动电极适用于所有的电极结构。

上述微流控芯片的组装方法，具体如下：在驱动电极表面涂一层食用油，将实施例1中的疏水介电薄膜放置在驱动电极正上方，然后贴在驱动电极表面，该疏水介电薄膜能够极大降低驱动电极表面的粗糙度，明显降低液滴移动的阻力，液滴在电驱动下快速移动至目标电极，不产生任何拖尾的现象。

耐击穿实验：

取按传统工艺自制的以硅片或玻璃片为基板的数字微流控芯片，通过蒸镀和匀胶等工艺直接在基板上涂覆介电层和疏水层，持续施加 200v驱动电压，实验结果显示去离子水液滴在移动若干次循环后(不超过100次)，微流控芯片表面出现鼓泡、烧黑等明显的击穿现象。

取本实施例组装的微流控芯片，同等条件下施加200v驱动电压，实验结果显示去离子水液滴往复移动数千次(＞1000次)，微流控芯片表面未发生任何击穿痕迹，后经持续施加电压，测试本实用新型的微流控芯片寿命在5h以上。

Claims (8)

1.一种易替换的疏水介电薄膜，其特征在于，包括疏水介电薄膜和贴在所述疏水介电薄膜上的框架，所述疏水介电薄膜包括介电层和疏水层。

2.根据权利要求1所述的易替换的疏水介电薄膜，其特征在于，所述框架的材料选自铝、亚克力中的任一种。

3.一种微流控芯片，其特征在于，包括驱动电极、涂覆在所述驱动电极上的绝缘液体层和设置在所述绝缘液体层上的权利要求1-2任一项所述的疏水介电薄膜。

4.根据权利要求3所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片为单面驱动结构或双面驱动结构。

5.根据权利要求3或4所述的微流控芯片，其特征在于，所述绝缘液体层的材料的介电常数>1.1。

6.根据权利要求3或4所述的微流控芯片，其特征在于，所述绝缘液体层的材料为天然绝缘油或人工合成绝缘油。

7.根据权利要求6所述的微流控芯片，其特征在于，所述天然绝缘油选自植物油或矿物油。

8.根据权利要求6所述的微流控芯片，其特征在于，所述人工合成绝缘油选自芳香烃类绝缘油、醚类绝缘油、酯类绝缘油或聚硅氧烷。

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