数字微流控封闭-开放区间的液滴两区运动

为了便于在数字微流控芯片上实施完整且高自动化的生化分析,在一个柔性基底上将芯片的两种常规结构加以集成,建立混合式结构,并对液滴在封闭区和开放区之间的跨区往返运动进行研究。首先,根据力平衡分析法分析液滴在两区边界处的运动特性,推导出跨越边界的条件,得到实现两区运动的优化措施。接着,在三种柔性基底上实现液滴的两区往返运动。然后,分析了封闭区上极板空间横向位置和纵向位置对液滴两区运动的影响。最后,研究了上极板厚度对液滴两区运动的影响。实验结果表明:封闭区上极板横向位置模式Ⅱ以及薄的上极板有利于实现液滴的自由跨区往返运动,而且能够降低液滴的驱动电压;对于0.8~1.2μL的液滴来说,以聚对苯二甲酸乙二醇脂(Polyethylene terephthalate,PET)塑料片材为基底的柔性芯片上封闭区极板间距控制在150~350μm内可实现液滴的双向跨区运动。实验结果证明了液滴能够在封闭-开放区间自由往返运动,混合式结构便于实现在单一芯片上的液滴操作及高自动化程度的分析检验。

基于弧形边缘结构上极板的数字微流控芯片系统

为降低微尺度液滴在介电润湿(EWOD)基板上的转移难度,提出了一种基于弧形边缘结构上极板的数字微流控芯片系统,可顺利完成液滴在开放区和封闭区之间的输运。从数字微流控芯片的基本原理出发,介绍了该芯片的结构设计、制造工艺及平台构建,并对此系统中液滴在两区运动时两极板间距、液滴体积及上极板横向位置对驱动电压的影响进行了研究。实验结果表明:基于氧化铟锡(ITO)玻璃的上极板与基于铬板的下极板间距为200μm、液滴体积为1.75~2μL、上极板横向位置在电极中间时,有利于实现液滴在两个区域的自由往返输运。通过优化上极板设计,液滴在两区运动所需最低驱动电压降至67~77 V,相较于传统上极板的240~300 V驱动电压,降幅高达约75%,避免了高电压对样本的破坏,为后续生物化学分析中样品信息的保留提供了有效支持。