本發(fā)明涉及數(shù)字微流控，具體而言，提供了一種可快速更換疏水介電薄膜的數(shù)字微流控芯片及其加工方法。

背景技術(shù)：

1、數(shù)字微流控技術(shù)作為微流控領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)，通過(guò)介電潤(rùn)濕效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)離散化微液滴程序化精確操控，已廣泛應(yīng)用于生物分析、藥物篩選、化學(xué)合成等領(lǐng)域。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，不可避免的生物樣品殘留和較高的芯片加工成本仍然是制約這一技術(shù)發(fā)展的主要瓶頸。

2、一方面，由于生物樣品的多樣性和復(fù)雜性，在數(shù)字微流控芯片的使用過(guò)程中，生物樣品往往會(huì)殘留在芯片表面，不僅影響了芯片的重復(fù)使用性，還可能對(duì)后續(xù)的檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生干擾。另一方面，為解決該問(wèn)題，通常需要對(duì)整個(gè)芯片進(jìn)行清洗或更換，導(dǎo)致數(shù)字微流控芯片的加工成本依然較高，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、根據(jù)上述提出的技術(shù)問(wèn)題，而提供一種可快速更換疏水介電薄膜的數(shù)字微流控芯片及其加工方法，以克服現(xiàn)階段數(shù)字微流控芯片在使用過(guò)程中不可避免的樣品黏附對(duì)芯片重復(fù)性的影響，同時(shí)有效降低芯片成本。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

3、一種可快速更換疏水介電薄膜的數(shù)字微流控芯片，包括下極板和上極板，上、下極板之間通過(guò)導(dǎo)電膠帶進(jìn)行連接；所述下極板由多層結(jié)構(gòu)組成，從下至上依次包括fpc基底、電極層、第一pdms黏附層、pi介電薄膜和第一疏水層，其中所述pi介電薄膜和第一疏水層構(gòu)成可更換疏水介電薄膜，所述上極板從下至上依次包括第二疏水層、ito-pet薄膜、第二pdms黏附層和玻璃基板。

4、進(jìn)一步地，在所述fpc基底上采用微電子加工工藝根據(jù)功能需求加工所述電極層。

5、進(jìn)一步地，第二pdms黏附層、第一pdms黏附層均通過(guò)旋涂的方法，分別加工在下極板的fpc基底表面和上極板的所述玻璃基板上；

6、所述pi介電薄膜和ito-pet薄膜表面構(gòu)建疏水層后分別貼合在所述第一pdms黏附層和第二pdms黏附層上。

7、進(jìn)一步地，pdms黏附層通過(guò)旋涂固化的方法進(jìn)行加工，pdms黏附層的厚度均為3～4μm。

8、進(jìn)一步地，所述疏水層為固含量1％的pyflon?t8疏水涂層，通過(guò)旋涂或超聲噴涂的方式加工在所述pi介電薄膜和ito-pet薄膜上，所述pi介電薄膜的厚度為3～5μm，所述疏水層厚度為200～400nm。

9、進(jìn)一步地，所述導(dǎo)電膠帶的厚度為150～300μm。

10、本發(fā)明還公開(kāi)了上述可快速更換疏水介電薄膜的數(shù)字微流控芯片的制備方法，包括如下步驟：

11、在加工有電極層的fpc基底上非液滴操縱區(qū)域用絕緣膠帶覆蓋作為隔絕，將pdms旋涂于fpc基底表面；之后加熱，將pdms固化，隨后將絕緣膠帶揭下，完成pdms黏附層的加工；

12、將pi介電薄膜和ito-pet薄膜分別貼附在單獨(dú)的玻璃片表面；并將固含量1％的pyflon?t8溶液分別在pi介電薄膜和ito-pet薄膜表面旋涂；之后加熱，完成疏水層的加工。

13、進(jìn)一步地，完成pdms黏附層的加工具體包括如下步驟：

14、s11.將fpc基底置于無(wú)水乙醇中浸泡清潔；

15、s12.將pdms和固化劑以10:1的比例稱量配置pdms體系，充分?jǐn)噭蚧旌虾螅湃胝婵胀爸谐闅庵翢o(wú)氣泡；

16、s13.將fpc基底非液滴操縱區(qū)域用絕緣膠帶覆蓋，隨后置于等離子清洗機(jī)中處理使其表面活化；

17、s14.將除氣后的pdms倒在fpc基底的活化區(qū)域表面/上極板玻璃基底表面，分兩步進(jìn)行旋涂；第一步以100r/s的加速度加速至500rpm后以該轉(zhuǎn)速旋涂10s；第二步以300r/s的加速度加速至6000rpm后以該轉(zhuǎn)速旋涂60s；

18、s15.將旋涂后的pdms下極板fpc基底和上極板玻璃基底置于80～85℃的熱板上加熱，直至pdms薄層固化，并和活化區(qū)域表面形成永久粘接。

19、進(jìn)一步地，完成疏水層的加工具體包括如下步驟：

20、s21.將pi介電薄膜和ito-pet薄膜根據(jù)使用需求裁剪成指定尺寸；

21、s22.取合適尺寸的潔凈玻璃片，用噴壺在玻璃片表面噴拭一定的乙醇，隨后用氮?dú)獯蹈桑瑢i介電薄膜和ito-pet薄膜貼附在玻璃片表面，隨后用酒精棉擦拭pi介電薄膜和ito-pet薄膜，除去雜污并用無(wú)塵紙擦干薄膜表面；

22、s23.用移液器吸取1～6％的pyflon?t8溶液于所述pi介電薄膜表面，分兩步進(jìn)行旋涂；第一步以100r/s的加速度加速至500rpm后以該轉(zhuǎn)速旋涂20s,第二步以300r/s的加速度加速至1500rpm后以該轉(zhuǎn)速旋涂60s；

23、s24.將旋涂后的貼有pi介電薄膜的玻璃片置于加熱板上加熱，使得pyflon涂層中的溶劑充分蒸發(fā)，加熱分兩步進(jìn)行，第一步在60～80℃下加熱10min，第二步在150℃下加熱30min，貼有ito-pet薄膜的玻璃片同樣需要加熱，加熱參數(shù)為70～80℃下加熱1h。

24、進(jìn)一步地，完成疏水層的加工具體還可通過(guò)超聲噴涂完成，包括如下步驟：

25、s1.準(zhǔn)備兩塊150mm*150mm的玻璃板和三塊50mm*50mm的玻璃板備用，用無(wú)水乙醇擦拭玻璃片表面除去雜質(zhì)；將a4尺寸大小的厚度為3～5μm和pi薄膜分別裁剪成150mm*150mm規(guī)格的尺寸，將ito-pet薄膜裁剪成5mm*5mm規(guī)格的尺寸；

26、s2.在清潔干凈的玻璃片表面噴拭一定量的無(wú)水乙醇，將上述的兩種薄膜用鑷子小心轉(zhuǎn)移至對(duì)應(yīng)的玻璃片表面；

27、s3.將粘有兩種薄膜的玻璃片放在超聲噴涂機(jī)的噴涂底板上；啟動(dòng)超聲霧化噴涂設(shè)備，用固含量為1％的pyflon?t8溶液作為漿料，在0.02～0.04mpa的載氣壓力下，以0.3ml/min的排液量進(jìn)行噴涂，采用交叉噴涂的方式，噴涂4～5次；

28、s4.隨后啟動(dòng)噴涂機(jī)的加熱板，將玻璃片在150℃～160℃的條件下加熱1h，蒸發(fā)溶劑得到含有疏水層的pi介電薄膜和ito-pet介電薄膜。

29、較現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

30、1)本發(fā)明采用fpc基底進(jìn)行芯片電極加工，在保證電極平整度的條件下，明顯降低了芯片成本，采用pi介電薄膜做介電層，介電層具備極好的穩(wěn)定性。

31、2)本發(fā)明公開(kāi)的芯片加工方法中，次拋型概念的提出，能夠有限解決當(dāng)前數(shù)字微流控技術(shù)領(lǐng)域不可避免的生物樣品黏附對(duì)芯片重復(fù)性的影響。

32、3)本發(fā)明公開(kāi)的芯片加工方法中，可快速更換的定制型疏水介電層薄膜，能夠?qū)崿F(xiàn)芯片上操縱區(qū)域的定制化控制，同時(shí)極大程度地降低了使用后直接更換整個(gè)芯片的成本。

技術(shù)特征：

1.一種可快速更換疏水介電薄膜的數(shù)字微流控芯片，其特征在于，包括下極板和上極板，上、下極板之間通過(guò)導(dǎo)電膠帶進(jìn)行連接；所述下極板由多層結(jié)構(gòu)組成，從下至上依次包括fpc基底、電極層、第一pdms黏附層、pi介電薄膜和第一疏水層，其中所述pi介電薄膜和第一疏水層構(gòu)成可更換疏水介電薄膜，所述上極板從下至上依次包括第二疏水層、ito-pet薄膜、第二pdms黏附層和玻璃基板。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可快速更換疏水介電薄膜的數(shù)字微流控芯片，其特征在于，在所述fpc基底上采用微電子加工工藝根據(jù)功能需求加工所述電極層。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可快速更換疏水介電薄膜的數(shù)字微流控芯片，其特征在于，第二pdms黏附層、第一pdms黏附層均通過(guò)旋涂的方法，分別加工在下極板的fpc基底表面和上極板的所述玻璃基板上；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可快速更換疏水介電薄膜的數(shù)字微流控芯片，其特征在于，pdms黏附層通過(guò)旋涂固化的方法進(jìn)行加工，pdms黏附層的厚度均為3～4μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可快速更換疏水介電薄膜的數(shù)字微流控芯片，其特征在于，所述疏水層為固含量1％的pyflon?t8疏水涂層，通過(guò)旋涂或超聲噴涂的方式加工在所述pi介電薄膜和ito-pet薄膜上，所述pi介電薄膜的厚度為3～5μm，所述疏水層厚度為200～400nm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可快速更換疏水介電薄膜的數(shù)字微流控芯片，其特征在于，所述導(dǎo)電膠帶的厚度為150～300μm。

7.一種權(quán)利要求1～6任一項(xiàng)所述可快速更換疏水介電薄膜的數(shù)字微流控芯片的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，完成pdms黏附層的加工具體包括如下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，完成疏水層的加工具體包括如下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，完成疏水層的加工具體還可通過(guò)超聲噴涂完成。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種可快速更換疏水介電薄膜的數(shù)字微流控芯片及其加工方法，包括下極板和上極板，上、下極板之間通過(guò)導(dǎo)電膠帶進(jìn)行連接；所述下極板由多層結(jié)構(gòu)組成，從下至上依次包括FPC基底、電極層、第一PDMS黏附層、PI介電薄膜和第一疏水層，其中所述PI介電薄膜和第一疏水層構(gòu)成可更換疏水介電薄膜，所述上極板從下至上依次包括第二疏水層、ITO?PET薄膜、第二PDMS黏附層和玻璃基板。本發(fā)明公開(kāi)的芯片加工方法中，可快速更換的定制型疏水介電層薄膜，能夠?qū)崿F(xiàn)芯片上操縱區(qū)域的定制化控制，同時(shí)極大程度地降低了使用后直接更換整個(gè)芯片的成本。

技術(shù)研發(fā)人員：彭冉,王晨杰,毛恒文,賀傳龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連海事大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24