【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微流控，具体涉及一种电-微流控驱动面板，及基于所述电-微流控驱动面板的调控颗粒在液滴内部组装结构的方法。
技术介绍
1、介电泳现象产生条件为非匀强电场，当物体与物体周围介质都可被电场极化时，介电泳力将产生并作用于颗粒与周围介质界面上，使得物体沿着电场梯度方向，向高或低电场强度区域运动。
2、传统的基于介电泳的组装颗粒技术通常应用于大体积液体环境中，由于大体积液体环境中颗粒的分布密度存在随机性，不同区域之间的颗粒密度可能存在较大差异，导致目标组装结构的精度受到显著影响。此外，颗粒组装结构在电场作用下一旦形成，颗粒从组装到均匀分布状态的切换过程不仅速度缓慢，而且依赖颗粒的布朗运动，因此对液体粘滞力、温度和颗粒粒径等皆提出了要求。引入含有相对均匀颗粒密度的液滴，并将尺寸均匀的液滴在大面积范围内阵列化，能够有效解决上述问题。但通过电场对液滴内颗粒进行操控与组装时，液滴形状、液滴大小对其内部电场分布有显著影响。因而对于可阵列化、可精准控制的液滴内的颗粒操控与组装提出了更高的要求：即液滴尺寸需相对均匀，液滴阵列的形状需要相对一致；且液滴弯曲界面附近场强分布较润湿界面区域发生显著改变，要求电极设计做出相应匹配设计。
3、现阶段，基于介电泳的微米级别颗粒的操控或组装，由于颗粒不受液体的限域作用，无论受到正、负介电泳力的颗粒，通常组装在电极的边缘、中央或间隙处，仅构成2d组装图案或短程3d图案结构。对于较大尺寸液滴内部颗粒，目前所采用的电极设计通常为开放式或封闭式数字化矩形电极阵列(参考数字微流控芯片)。现有
技术实现思路
1、基于上述问题，本专利技术提出一种用于控制液滴阵列内部颗粒组装的电-微流控驱动面板，利用双线电极策略，针对目标图形能更直接地进行电极图案设计，产生与电极图案直观近似的颗粒组装结构，并保持了共面电极可以显著改变组装结构的优势以及颗粒空间位置分布的控制能力；此外，通过采用延长电极图案策略或者电极间距调节的策略，减少液滴边缘处由于电场强度低导致的图形缺损，以及通过简单调控面板中电极与微井格的限域作用，即可产生均匀液滴，并控制阵列液滴形状相对一致，进一步提高组装结构的精度。
2、鉴于此，本专利技术的第一个方面，是提出一种电-微流控驱动面板，所述电-微流控驱动面板包括电极层和乳液层；
3、所述电极层为具有图案化电极阵列的平面电极，其中，图案化电极单元由至少一对分立双线电极构成电极图案；所述的一对分立双线电极分别接信号端与地端，分立双线电极可形成非匀强电场；
4、所述乳液层接触于电极层之上，乳液层包括外相液体、被外相液体包围的内相液滴以及分散在液滴内部的固含量在0.5wt％以上的颗粒，所述内相液滴受正介电泳力作用，所述颗粒为受正或负介电泳力作用的颗粒，优选为受负介电泳力作用的颗粒；
5、一个或多个所述的电极单元由高于电极平面的单元墙隔开，围成包含一个或多个所述的电极单元的单元井格，以用于间隔所述的内相液滴，以及用于所述平面电极加电后确定所述内相液滴的大小和形态。
6、根据本专利技术的电-微流控驱动面板，所述双线电极是利用两根平行或近平行的细导线作为分立电极对，可以尽量减小电极表面区域，将分立电极等效成两条细线，依靠两条细线之间电极间隙产生窄区域范围高场强，从而能够精密控制内相液滴内电场梯度分布。但由于液滴形变同样会影响电场分布，因此需要同时考虑平面电极设计与液滴形变的影响。例如，内相液滴润湿基底边缘处，内相液滴和外相液体界面通常呈现曲面，导致液滴内部中心区域与界面区域的电场分布不同(通常是界面区域的场强降低)。针对该问题，需设计具备自适应性的电极图形以解决液滴尺寸差异或润湿性差异导致的组装图形相似度匹配差的问题。将内相液滴的俯视图分为润湿区域与非润湿区域，润湿区域的电极线宽为w1，双线平行间隙为g，内相液滴曲面(液滴内外相界面为曲面)上颗粒组装仍然能够发生，需针对性设计电极，即非润湿区域覆盖的电极调整为：双线电极间隙<g或双线电极线宽>w1，或双线电极间隙<g且双线电极线宽>w1；或延长电极图形，即井格内的电极长度＞目标组装图案的长度。
7、根据本专利技术的电-微流控驱动面板，所述电极单元中，分立的双线电极和两者之间的间隙宽度之和w2的范围在0.1-3000μm，优选为1-500μm。电极长度根据组装结构设计有所差异，无统一参数。所述w1需满足：0.05μm＜w1＜w2/3，g需满足：0.05μm＜g＜w2/3，当间隙过大时，高强度电场向更高空间扩散，颗粒组装的结构难以对应上双线电极图形。在具体的实施方式中，w2的范围为1-150μm，优选地约为40-60μm；w1为8-20μm，例如15μm；g为1-50μm，更优选为10-30μm。双线电极能够根据需要定制任意图案，包括数字、文字、字母、几何图形等，并且不受电极表面大区域图形限制(如大区域图形电极边缘处电场强度高于电极中心区域)，有利于在电极表面区域产生匹配电极图形的局部电场分布，从而控制乳液层内颗粒的图案化分布，避免液滴内场强与电极表面图案差异过大的问题。
8、根据本专利技术的电-微流控驱动面板，所述单元井格接触于电极层的底面可以为正方形，所述正方形的边长范围为200-3000μm，例如350μm；以底面正方形的边长为宽，单元井格高度为高，其高宽比为1∶1～5，优选为1∶1～3.5，例如1∶2.3。液滴的高宽比对内相液滴在电极板表面的润湿面积影响很大，进而显著影响电场分布，从而改变组装结构。本专利技术较小的宽高比可挤压内相液滴形状，导致内相液滴的润湿区覆盖较大区域的电极图案，从而避免电场进入外相液体时产生的畸变和削弱。优选地，单元墙可采用聚合物网格材料(pet丝网)、光刻胶(su-8系列负胶)或其他能够形成微米单元格材料构成。
9、优选地，所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电-微流控驱动面板，所述电-微流控驱动面板包括电极层和乳液层；
2.根据权利要求1所述的电-微流控驱动面板，其特征在于，所述双线电极是以两根平行或近平行的细导线作为分立电极对，井格内的电极长度>目标组装图案的长度；或者
3.根据权利要求1或2所述的电-微流控驱动面板，其特征在于，所述电极单元中，分立的双线电极和两者之间的间隙宽度之和w2的范围在0.1-3000μm，优选为1-500μm；
4.根据权利要求1或2所述的电-微流控驱动面板，其特征在于，所述乳液层中，单个液滴至少对应一个电极单元；和/或
5.根据权利要求1或2所述的电-微流控驱动面板，其特征在于，所述电极层由固体基底之上带有导电镀层构成，包括氧化铟锡玻璃、镀金玻璃、镀铜印刷线路板；通过对导电镀层进行光刻、软光刻、激光雕刻、3D打印、丝网印刷形成电极图案；
6.根据权利要求1或2所述的电-微流控驱动面板，其特征在于，所述乳液层选自油包水体系、水包油体系、双水相体系、双油相体系；和/或
7.根据权利要求1或2所述的电-微流控驱动面板，其特
8.根据权利要求1或2所述的电-微流控驱动面板，其特征在于，所述乳液层中，乳液外相为与内相液滴不相容或难相溶的介质，或所述介质和表面活性剂的混合物；优选地，所述介质为硅油、十六烷、橄榄油、矿物油中的一种或多种；所述表面活性剂为选自KF-6017、MC-215、ES-5300、ES-5612中的一种或多种；和/或
9.基于权利要求1-8所述的电-微流控驱动面板的调控颗粒在液滴内部组装结构的方法：
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤S2中，施加交流电时，当所述颗粒受正介电泳力作用时，所述颗粒向高场强分布区域运动并组装，在所述电极对应区域形成“遮光”颗粒组装图案；当所述颗粒受负介电泳力作用时，所述颗粒向低场强分布区域运动并组装，在所述电极对应区域形成“透光”颗粒组装图案；优选地，所述颗粒为受负介电泳力作用的颗粒；
...【技术特征摘要】
1.一种电-微流控驱动面板，所述电-微流控驱动面板包括电极层和乳液层；
2.根据权利要求1所述的电-微流控驱动面板，其特征在于，所述双线电极是以两根平行或近平行的细导线作为分立电极对，井格内的电极长度>目标组装图案的长度；或者
3.根据权利要求1或2所述的电-微流控驱动面板，其特征在于，所述电极单元中，分立的双线电极和两者之间的间隙宽度之和w2的范围在0.1-3000μm，优选为1-500μm；
4.根据权利要求1或2所述的电-微流控驱动面板，其特征在于，所述乳液层中，单个液滴至少对应一个电极单元；和/或
5.根据权利要求1或2所述的电-微流控驱动面板，其特征在于，所述电极层由固体基底之上带有导电镀层构成，包括氧化铟锡玻璃、镀金玻璃、镀铜印刷线路板；通过对导电镀层进行光刻、软光刻、激光雕刻、3d打印、丝网印刷形成电极图案；
6.根据权利要求1或2所述的电-微流控驱动面板，其特征在于，所述乳液层选自油包水体系、水包油体系、双水相体系、双油相体系；和...
【专利技术属性】
技术研发人员：水玲玲，申诗涛，冯昊强，金名亮，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：
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