【技术实现步骤摘要】
本专利技术提供属于生化分析领域，具体涉及一种具有亲疏水阵列的数字微流控芯片及其制备方法。
技术介绍
1、液滴微阵列是一种通过在表面构建亲疏水图案或者构建规律分布的微孔、微柱等物理间隔来实现批量化微小液滴分裂捕获的技术。液滴微阵列在疏水面上排列亲水位点，但不涉及电极，通过拖动液体，微液滴会分布在亲水点上，因而被称为液滴微阵列。其中，借助表面浸润性差异产生的非连续去浸润行为的技术可以更为自由地控制液滴微阵列的形貌和尺寸而不必担心不同微液滴之间的交叉污染或者融合，保证了高通量实验的可靠性和重现性。
2、但是基于液滴微阵列技术的液滴生成往往通过手工平行拖拽方法或手动滴加的方式，操作简单但是自动化程度较低且引入人工误差。而在高通量实验中所需的多变量控制，依然需要利用打印仪器进行化合物文库的添加或者梯度的构建，如何建立差异化和集成化的微液滴阵列技术是进一步提高该平台应用潜力的关键。
3、对于液滴的自动化可控操作，数字微流控(dmf)技术应用最为普遍。通过构建电极阵列，并在芯片内施加适当的电场，借助电润湿效应即可实现液滴的移动、分裂、混合和合并等操作。其自动化、可编程的特点使其广泛应用于诸多研究。但是数字微流控常见的操纵液滴的体积在纳升级别，液滴尺寸的差异以及电极的数目限制了其在高通量液滴生成方面的应用。
4、有源阵列(active matrix)是指数字微流控的一种控制电路，其使用薄膜晶体管(tft，thin film transistor)元件来创建各个单元从而控制电极阵列。尽管通过有源阵列的方式将液滴
5、鉴于此，有必要提供一种新的具有亲疏水阵列的数字微流控芯片及其制备方法，以将液滴微阵列与数字微流控结合，从而同时解决液滴微阵列集成化自动化的问题和解决数字微流控高通量小液滴生成困难的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种具有亲疏水阵列的数字微流控芯片及其制备方法，以将液滴微阵列与数字微流控结合，从而同时解决液滴微阵列集成化自动化的问题和解决数字微流控高通量小液滴生成困难的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供一种具有亲疏水阵列的数字微流控芯片，包括间隔开的上极板和下极板；所述上极板包括透明导电基材和亲疏水阵列，所述亲疏水阵列包括透明导电基材上的亲水层和亲水层上的疏水层，疏水层的图案使得一部分亲水层暴露以形成阵列形式的空缺位点；在数字微流控芯片通过电润湿效应驱动上极板和下极板之间的液滴时，由于亲疏水阵列的润湿性差异，子液滴在空缺位点粘附并与驱动的液滴分离，以形成液滴微阵列。
3、所述亲疏水阵列的单个空缺位点的形状是圆形、方形、椭圆形和多边形中的至少一种，单个空缺位点的尺寸在10微米-500微米。
4、所述上极板和下极板的间隙是单个空缺位点的尺寸的0.5倍以上。
5、所述亲水层和所述疏水层至少满足以下各项中的至少一项：
6、a1)所述亲水层采用亲水材料制作得到，亲水材料是可溶性亲水溶液；
7、a2)所述疏水层采用疏水材料制作得到，疏水材料为teflon、cytop、或hyflon；
8、a3)所述亲水层的制作方式为浸涂、旋涂、喷涂和刷涂中的一种；和
9、a4)所述亲水层和疏水层的润湿对比度超过90°。
10、所述上极板采用如下方式制作得到：在透明导电基材上制作亲水层；在亲水层旋涂光刻胶，通过曝光显影去掉部分光刻胶，形成图案化的牺牲层；在图案化的牺牲层上制作疏水层；通过去胶去除牺牲层和位于牺牲层上方的疏水层，以使得一部分亲水层暴露以形成阵列形式的空缺位点，得到亲疏水阵列；采用浓度低于1.0％(如浓度为0.8％)的teflon溶液作为制作疏水层的疏水材料，且去胶去除牺牲层之前对疏水层加热预固化时的加热温度为120℃，加热时间为5分钟，该条件下去胶使得空缺位点的最小尺寸能够达到10μm。
11、所述透明导电基材的面向亲疏水阵列的一侧具有连续的地电极；所述下极板包括下极板基材、设于下极板基材上的驱动电极阵列以及位于整个下极板基材的具有驱动电极阵列的一侧表面的介电层以及疏水层。
12、所述上极板和下极板之间通过固定厚度的垫片结合。
13、另一方面，本专利技术提供一种具有亲疏水阵列的数字微流控芯片的制备方法，包括：
14、s1：以导电玻璃作为透明导电基材，在透明导电基材上制作亲水层；
15、s2：旋涂光刻胶，通过曝光显影去掉部分光刻胶，形成图案化的牺牲层；
16、s3：在图案化的牺牲层上制作疏水层；
17、s4：通过去胶去除牺牲层和位于牺牲层上方的疏水层，以使得一部分亲水层暴露以形成阵列形式的空缺位点，得到带有亲疏水阵列的数字微流控芯片的上极板；
18、s5：将数字微流控芯片的下极板与上极板组装，得到具有亲疏水阵列的数字微流控芯片；所述数字微流控芯片在通过电润湿效应驱动液滴时，由于亲疏水阵列的润湿性差异，子液滴在空缺位点粘附并与驱动的液滴分离，以形成液滴微阵列。
19、在所述步骤s3中，制作疏水层具体包括：旋涂teflon溶液，其中旋涂参数为500rpm持续10秒,3000rpm持续30秒；对旋涂得到的teflon层进行加热预固化；teflon溶液的浓度低于1.0％(如采用0.8％)，加热预固化时的加热温度120℃。
20、所述透明导电基材的面向亲疏水阵列的一侧具有连续的地电极；
21、所述下极板包括下极板基材、设于下极板基材上的驱动电极阵列以及位于整个下极板基材的具有驱动电极阵列的一侧表面的介电层及疏水层。
22、本专利技术的具有亲疏水阵列的数字微流控芯片将亲疏水阵列工艺集成到数字微流控芯片的上极板，数字微流控芯片用来进行液滴输运，通过亲疏水阵列时形成微液滴阵列，微液滴的体积远小于dmf驱动液滴的体积，从而高通量的生成液滴，驱动液滴自发分裂进而自动化的生成液滴微阵列。该方法既可以解决液滴微阵列手工操作，集成化低等问题，也可以解决数字微流控高通量的小液滴生成困难的问题。此外，本专利技术的具有亲疏水阵列的数字微流控芯片采用了经过改进的疏水层制作和去胶方式，通过teflon的预固化加热和后续加热方式保证了亲水空缺位点的尺寸精度，保证了亲疏水阵列的稳定制作。此外，本专利技术通过亲水空缺位点的尺寸精度和亲水层和疏水层的润湿对比度超过90°，使得微液滴更容易留下，微液滴的体积覆盖了皮升到纳升量级。可以在1平方厘米面积上生成超过1000个150μm图案的液滴。
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1.一种具有亲疏水阵列的数字微流控芯片，其特征在于，包括间隔开的上极板和下极板；
2.根据权利要求1所述的具有亲疏水阵列的数字微流控芯片，其特征在于，所述亲疏水阵列的单个空缺位点的形状是圆形、方形、椭圆形和多边形中的至少一种，单个空缺位点的尺寸在10微米-500微米，相邻空缺位点的间距大于1.5倍空缺位点的尺寸。
3.根据权利要求1所述的具有亲疏水阵列的数字微流控芯片，其特征在于，所述上极板和下极板的间隙是单个空缺位点的尺寸的0.5倍以上。
4.根据权利要求1所述的具有亲疏水阵列的数字微流控芯片，其特征在于，所述亲水层和所述疏水层至少满足以下各项中的至少一项：
5.根据权利要求1所述的具有亲疏水阵列的数字微流控芯片，其特征在于，所述上极板采用如下方式制作得到：在透明导电基材上制作亲水层；在亲水层旋涂光刻胶，通过曝光显影去掉部分光刻胶，形成图案化的牺牲层；在图案化的牺牲层上制作疏水层；通过去胶去除牺牲层和位于牺牲层上方的疏水层，以使得一部分亲水层暴露以形成阵列形式的空缺位点，得到亲疏水阵列；
6.根据权利要求1所述的具有亲
7.根据权利要求1所述的具有亲疏水阵列的数字微流控芯片，其特征在于，所述上极板和下极板之间通过固定厚度的垫片结合。
8.一种具有亲疏水阵列的数字微流控芯片的制备方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的具有亲疏水阵列的数字微流控芯片的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中，制作疏水层具体包括：旋涂Teflon溶液，其中旋涂参数为500rpm持续10秒,3000rpm持续30秒；对旋涂得到的Teflon层进行加热预固化；Teflon溶液的浓度低于1.0％，加热预固化时的加热温度低于120℃。
10.根据权利要求8所述的具有亲疏水阵列的数字微流控芯片的制备方法，其特征在于，所述透明导电基材的面向亲疏水阵列的一侧具有连续的地电极；
...【技术特征摘要】
1.一种具有亲疏水阵列的数字微流控芯片，其特征在于，包括间隔开的上极板和下极板；
2.根据权利要求1所述的具有亲疏水阵列的数字微流控芯片，其特征在于，所述亲疏水阵列的单个空缺位点的形状是圆形、方形、椭圆形和多边形中的至少一种，单个空缺位点的尺寸在10微米-500微米，相邻空缺位点的间距大于1.5倍空缺位点的尺寸。
3.根据权利要求1所述的具有亲疏水阵列的数字微流控芯片，其特征在于，所述上极板和下极板的间隙是单个空缺位点的尺寸的0.5倍以上。
4.根据权利要求1所述的具有亲疏水阵列的数字微流控芯片，其特征在于，所述亲水层和所述疏水层至少满足以下各项中的至少一项：
5.根据权利要求1所述的具有亲疏水阵列的数字微流控芯片，其特征在于，所述上极板采用如下方式制作得到：在透明导电基材上制作亲水层；在亲水层旋涂光刻胶，通过曝光显影去掉部分光刻胶，形成图案化的牺牲层；在图案化的牺牲层上制作疏水层；通过去胶去除牺牲层和位于牺牲层上方的疏水层，以使...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛红菊，申传杰，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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