基于介电润湿应用到体外诊断的三维电极微流控芯片

技术领域

本发明涉及基于介电润湿技术应用到体外诊断仪器的微流控芯片，尤其是涉及基于介电润湿应用到体外诊断的三维电极微流控芯片。

背景技术

基于介电润湿技术(ElectroWetting on Dielectrics， 简称EWOD)的微流控芯片，液滴驱动结构有两种：一种是由下基板组成的开放式介电润湿驱动结构；另一种是由上、下基板组成的介电润湿驱动结构。上基板由自上而下依次叠置的上绝缘基板、公共电极、上疏水层构成；下基板由自下而上依次叠置的下绝缘基板、驱动电极阵列、介质层、下疏水层构成；驱动电极阵列位于介质层内，由沿设定的微通道排列布置的多个电极构成。

基于EWOD的微流控芯片，根据使用项目的不同，会对微流控芯片下基板进行结构上的设计构造，如为了增强液滴的润湿性，可以通过在下基板表面按一定规律分布可增强表面润湿性的微结构，该结构通过ICP（电感耦合等离子体）或者湿法刻蚀等技术在硅片上制作一定形状、尺寸和分布的微结构，然后在该硅片上沉积一层金属铂，在经过介电层和疏水层的涂覆后，最后对液滴进行驱动。又如为了分隔液体，通过对上、下基板间隙高度的设置，进而进行大液滴分配出小液滴；这两个示例都需要通过精细设计才能实现相应功能。

然而，在体外诊断仪器应用中，为了实现某些功能，如分液、液滴固定、液滴快速升/降温等，需要在微流控芯片下基板指定区域内构造出设有凹槽的功能性电极以及栅栏、围挡、切片等三维结构，进而实现应用于体外诊断仪器的微流控芯片功能化设计，但目前还未见诸有关报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于介电润湿应用到体外诊断的三维电极微流控芯片，以满足介电润湿微流控芯片在体外诊断领域的应用。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述基于介电润湿应用到体外诊断的三维电极微流控芯片，所述三维电极微流控芯片的制造，包括下述步骤：

步骤1，在设置有驱动电极阵列的下绝缘基板上，按照体外诊断仪器应用场景设计要求，在指定的一个或多个覆铜板电极位置，通过埋嵌铜块工艺（金属减材措施）将开设有凹槽的嵌铜块电极嵌入到所述下绝缘基板上；

步骤2，在下绝缘基板上涂覆介电层，将所述驱动电极阵列包覆；

步骤3，在所述介电层上涂覆疏水层。

当液滴（IVD试剂或测试液滴或其混合液滴）经过介电润湿作用驱动至所述嵌铜块电极的凹槽位置时，以此来实现液滴的定位及位置固定。

同时，嵌铜块电极有助于液滴降温，增加了液滴与电极接触的表面积，加快了传热，还有助于液滴断液等不同功能。

可选择地，所述步骤2中，还包括步骤2.1，按照体外诊断仪器应用场景设计要求，在指定的覆铜板电极上，通过金属增材工艺直接构造出具有三维结构的栅栏、切片、凹槽或/和围挡，然后在下绝缘基板上涂覆介电层，将所述驱动电极阵列和所述栅栏、切片、凹槽或/和围挡包覆。

当液滴经过介电润湿作用驱动至所述栅栏位置时，起到防止测试液滴或其他混合液滴与IVD试剂之间接触，避免交叉污染。

当液滴经过介电润湿作用驱动至所述切片位置时，实现液滴的分割、重组。

当液滴经过介电润湿作用驱动至所述凹槽位置时，实现液滴的固定。

当液滴经过介电润湿作用驱动至所述围挡位置时，防止了液滴流出指定电极位置，同时可以减缓液滴挥发。

可选择地，所述金属增材工艺包括：

金属印刷油墨技术、3D打印技术、金属沉积技术、激光烧结技术、熔融沉积造型技术或/和层压制造技术。

可选择地，所述嵌铜块电极的凹槽通过刻蚀工艺或机械加工工艺制备，嵌铜块电极的高度大于所述驱动电极阵列的其它电极高度。

可选择地，所述的介电润湿微流控芯片，包括上、下间隔设置的上基板和下基板；所述上基板由自上至下依次叠置的上绝缘基板、公共电极、上疏水层构成；所述下基板由自下至上依次叠置的下绝缘基板、驱动电极阵列、介质层、下疏水层构成；所述驱动电极阵列由按照体外诊断仪器应用场景设计要求布置的多个覆铜板电极构成。

本发明在所述下基板上通过金属增材或/和金属减材措施，构造出三维结构电极、栅栏、切片、凹槽或/和围挡，满足了体外诊断仪器各种应用场景的设计要求。

附图说明

图1是本发明开设有一个所述凹槽嵌铜块电极的开放式微流控芯片结构示意图。

图2是本发明开设有三个所述凹槽嵌铜块电极的开放式微流控芯片结构示意图。

图3是本发明设有所述栅栏的开放式微流控芯片结构示意图。

图4是本发明设有所述切片的开放式微流控芯片结构示意图。

图5是本发明设有所述嵌铜块电极、栅栏、围挡和切片的开放式微流控芯片平面示意图。

图6是发明开设有一个所述凹槽嵌铜块电极、由上下基板组成的微流控芯片结构示意图。

图7是发明开设有三个所述凹槽嵌铜块电极、由上下基板组成的微流控芯片结构示意图。

图8是本发明设有所述栅栏、由上下基板组成的微流控芯片结构示意图。

图9是本发明设有所述切片、由上下基板组成的微流控芯片结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

需要说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-4所示，现以由下基板组成的开放式微流控芯片为例，进行详细描述：

本发明所述基于介电润湿应用到体外诊断的三维电极微流控芯片，其制造包括下述步骤：

步骤1，在设置有驱动电极阵列的下绝缘基板1上，按照体外诊断仪器应用场景设计要求，在指定的一个或多个覆铜板电极位置，通过埋嵌铜块工艺（减材措施）将上表面开设有凹槽2的嵌铜块电极3嵌入到下绝缘基板1上；嵌铜块电极3的凹槽2通过刻蚀工艺或机械加工工艺制备；

驱动电极阵列由多个覆铜板电极3.1构成，按照体外诊断仪器应用场景设计要求布置在下绝缘基板1上；

步骤2，在下绝缘基板1上涂覆介电层4，将驱动电极阵列和嵌铜块电极3包覆；

步骤3，在介电层4上涂覆疏水层5。

有益地或示例性地，如图2所示，嵌铜块电极3的高度大于驱动电极阵列其他覆铜板电极3.1的高度；根据应用场景设计要求，嵌铜块电极3上表面的凹槽2可以开设两个、三个或多个，数量不限，凹槽2的深度根据应用场景设计要求确定。

当液滴6（IVD试剂或测试液滴或其混合液滴）经过介电润湿作用驱动至嵌铜块电极3的凹槽3.1位置时，即可实现液滴6的定位及位置固定；同时，由于凹槽3.1的存在，嵌铜块电极3还有助于液滴6的降温，增加了液滴6与嵌铜块电极3的接触表面积，加快了传热，还有助于液滴6的断液等不同功能。

有益地或示例性地，如图3、5所示，根据应用场景设计要求，采用金属印刷油墨技术、3D打印技术、金属沉积技术、激光烧结技术、熔融沉积造型技术或/和层压制造技术，在指定的覆铜板电极上，通过金属增材工艺直接构造出具有三维结构的栅栏7或围挡7.1，然后在下绝缘基板上涂覆介电层，将驱动电极阵列和栅栏7或围挡7.1包覆。

因此，当液滴6经过介电润湿作用驱动至栅栏7或围挡7.1位置时，起到防止测试液滴或其他液滴与IVD试剂之间接触，避免交叉污染；或防止液滴6流出指定电极位置，同时可以减缓液滴挥发。

有益地或示例性地，如图4、5所示，根据应用场景设计要求，步骤2中，采用金属印刷油墨技术、3D打印技术、金属沉积技术、激光烧结技术、熔融沉积造型技术或层压制造技术，在指定的覆铜板电极上直接构造出具有三维结构的切片8，然后在下绝缘基板上涂覆介电层4，将驱动电极阵列和切片8包覆。

因此，当液滴6经过介电润湿作用驱动至切片8位置时，实现液滴的分割、重组。

如图5所示，为按照本发明方法构造的设有嵌铜块电极3、栅栏7、围挡7.1和切片8的开放式微流控芯片平面示意图。

如图6-9所示，是由上、下基板组成的微流控芯片结构示意图；其区别于由下基板组成的开放式微流控芯片，仅在于增加了由自上而下依次叠置的上绝缘基板9、公共电极10、上疏水层11所构成的上基板；下基板的制备与开放式微流控芯片相同，不再重复描述。