專利名稱：一種單面控制多電極簇數字微流體芯片的制作方法
技術領域：
本發明屬于微電子生物芯片技術領域，具體涉及一種數字微流體芯片。
背景技術：
傳統的二維數字微流體技術需要將液滴置于上下兩個控制極板之間，通過加電壓，使液滴在兩極板之間運動。這種控制芯片，上下極板都是條狀電極，均需加上周期性的電壓，使得周圍的控制電路和系統復雜度大大提升。而現有的單極板控制的二維數字微流體技術主要有兩種類型第一種是由方塊狀的電極單元構成二維單極板，雖然可以簡化雙層的外圍控制電路，但由于其電極數量較大，隨著控制精度提高，其復雜度呈2次方關系上升，不利于制備大面積微流體芯片。第二種是由條狀電極簡單垂直疊放，以單個電極作為控制單元驅動液滴運動，這種結構由于電極疊放相互干擾，且電極間距較大，所以液滴運動困難，缺乏實用價值。因此，如何簡化微流控芯片的控制方式，同時又能有效提高液滴的運動性能，對于生物微流體芯片的應用具有重要的意義。
發明內容
本發明的目的在于提供一種控制電路簡單，液滴運動性能優越，可克服傳統微流體芯片固有局限的新型數字微流體芯片。本發明提供的數字微流體芯片，一種單面控制多電極簇數字微流體芯片，具體結構包括下層核心部件和一個上層接地部件；所述下層核心部件包括呈橫縱二層網格交錯分布且位于同一塊基板上的二維條狀電極陣列(參見圖1所示)，位于橫向電極陣列和縱向電極陣列之間、用于兩層電極陣列絕緣的電極絕緣層，該橫縱交錯分布的條狀電極尺寸及電極間距遠小于液滴的尺寸；還包括在所述基板與所述二維條狀電極陣列之間的第一基底絕緣層，覆蓋在所述二維條狀電極陣列上的表面絕緣層，及覆蓋在所述表面絕緣層上的第一疏水層。所述上層接地部件，其結構從上至下依次為透明基板，覆蓋在所述透明基板下方的接地電極平板(用以接地，提供接地電位)，覆蓋在所述接地電極平板下方的第二疏水層。在本發明的結構中，被控制液滴就在上層接地部件與下層的核心部件中間的夾層中運動，具體而言是在第一疏水層與第二疏水層之間運動。本發明的與傳統微流體芯片的本質的區別在于對于液滴的控制，傳統芯片采用單個較大電極對液滴運動進行控制，這樣一方面使其不得不采用雙層控制電極進行液滴的二維運動控制，另外也對液滴的運動光滑度產生一定的不良影響。本發明采用電極簇控制的方式，即采用一簇電極同時施加電壓對液滴進行控制，電極切換時也僅僅將一簇電極中的最后一個電極電壓切換至最前方的一個臨近電極，這種方法可以大大提高液滴的運動光滑度。同時，采用這種結構，可以使雙層電極制備在同一塊基板上，且不會相互干擾。這樣可以大大簡化微流體芯片的控制電路。單平面的控制方式也為微流體芯片的應用拓寬了范圍。
圖1為本發明的二維條狀控制電極陣列的平面示意圖。圖2為本發明的剖面結構示意圖。
具體實施例方式如圖1所示是本發明的控制電極示意圖，本發明所述的數字微流體芯片的控制電極由橫豎交錯的條形電極構成。本發明以橫置電極19條，縱置電極20條為例，但本發明所述的電極數量不受本實施例所述電極數量限制。其中，電極1-電極19置于下層，且相互平行放置，電極20-電極40置于上層。以一簇電極作為基本的控制單元，施加電壓，控制液滴運動。例如將液滴由圖1的左下方向上運動，初始時刻液滴位于電極2-電極5上，且同時位于電極21—電極24上。此時的控制電壓施加在電極2—電極5上，下一時刻則將電極2上的電壓斷開，換成加在電極6上，此時的控制電壓為施加在電極3—電極6上。在電壓位置改變的作用下，液滴的縱向位置就會由初始位置向上運動到電極3—電極6上。橫向位置仍在電極21-電極24上。在下一時刻將電極3-電極6上的電壓全部斷開，改為施加在電極22-電極25上，此時液滴就會向右側運動到電極22-電極25上。如上所述， 同理就可以使液滴在電極1-電極19，電極20-電極40的二維平面范圍內運動。如圖2所示為本實施例的剖面圖，剖面方向沿電極30的方向。圖中，本實施例可分為上下兩部分。下層為本實施例的核心部分，其平面圖形如圖1所述，其剖面結構從下至上依次為基板42，覆蓋在所述基板表面的第一基底絕緣層43，覆蓋在所述絕緣層43表面、且相互平行放置的所述電極1-電極19，以及與所述電極1-電極19交叉放置的電極 20—電極40，所述電極1—電極19與所述電極20—電極40之間有電極絕緣層44將它們隔離開，以實現電學的隔離。在所述電極20-40上還覆蓋有表面絕緣層45，用以實現被控制液滴與控制電極的電學絕緣。在表面絕緣層45的表面還覆蓋有第一疏水層46，用以減小液滴運動時的阻力及電極控制電壓。如圖2所示的本實施例的上層結構從上至下依次為透明基板49，覆蓋在所述透明基板下方的用于為下層的所述控制電極1-電極40提供接地電位的接地電極平板48，覆蓋在所述接地電極平板下方的用以減小液滴運動時的阻力及電極控制電壓的第二疏水層 47。
權利要求
1. 一種單面控制多電極簇數字微流體芯片，其特征在于具體結構包括一個下層核心部件和一個上層接地部件；所述下層核心部件包括呈橫縱網格交錯且位于同一塊基板上的二維條狀電極陣列，位于橫向電極陣列和縱向電極陣列之間、用于兩層電極陣列絕緣的電極絕緣層，在所述基板與所述二維條狀電極陣列之間的第一基底絕緣層，覆蓋在所述二維條狀電極陣列上的表面絕緣層，及覆蓋在所述表面絕緣層上的第一疏水層；所述橫縱交錯分布的條狀電極尺寸及電極間距遠小于液滴的尺寸；所述上層接地部件的結構從上至下依次為透明基板，覆蓋在所述透明基板下方的接地電極平板，覆蓋在所述接地電極平板下方的第二疏水層；被控制液滴在上層接地部件與下層的核心部件中間的夾層中運動。
全文摘要
本發明屬于微電子生物芯片技術領域，具體為一種單面控制多電極簇數字微流體芯片。在該芯片具體結構包括下層核心部件和一個上層接地部件；下層核心部件包括呈橫縱網格交錯且位于同一塊基板上的二維條狀電極簇陣列，位于橫向電極簇陣列和縱向電極簇陣列之間設有電極絕緣層。控制基板上橫縱分布的條狀電極尺寸遠小于液滴尺寸，通過多個電極形成電極簇同時給液滴加電從而控制液滴沿早與電極簇垂直的方向運動。本發明可使得液滴在芯片上的運動更光滑和順暢。
文檔編號B01L3/00GK102430436SQ20111025223
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月30日 優先權日2011年8月30日
發明者周嘉, 曾祥宇 申請人:復旦大學