一种含有超疏水结构的微流控芯片及其制备方法

技术领域

本发明属于微流控芯片技术领域，涉及一种含有超疏水结构的微流控芯片及其制备方法。

背景技术

微流控是一种精确控制和操控微尺度流体，以在微纳米尺度空间中对流体进行操控为主要特征的科学技术，具有将生物、化学等实验室的基本功能诸如样品制备、反应、分离和检测等缩微到一个几平方厘米芯片上的能力，其基本特征和最大优势是多种单元技术在整体可控的微小平台上灵活组合、规模集成，是一个涉及了工程学、物理学、化学、微加工和生物工程等领域的交叉学科。为了实现微流体在芯片表面能够持续顺畅移动，芯片表面的超疏水功能是必不可少的，如何实现芯片表面的超疏水功能也成为该领域的关键技术之一。

现有技术中，通常在芯片表面涂覆一层含氟疏水材料，例如采用Cytop(一种非结晶高透明的含氟聚合物，Cytop是商品名，对应的材料名称叫perfluoro(1-butenyl vinylether)polymer)，但是该含氟疏水材料依赖进口，目前还未实现国产化，受原产国出口管制，采购成本高昂，并且制备超疏水薄膜工艺复杂，人力和时间成本均高。

因此，急需研究一种开创性的方法，将超疏水结构的制备过程集成到微流控芯片的流片工艺中，使生产成本降低、效率提高的同时，还能完全实现国产化，不再受国际贸易因素影响。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种含有超疏水结构的微流控芯片及其制备方法，采用双光子三维光刻设备在绝缘层的上方制备具有特定形状的表面微米阵列或纳米阵列，使其实现绝缘功能的同时，还能实现超疏水功能。

为实现上述目的，本发明提供一种含有超疏水结构的微流控芯片，将芯片范围划分为液滴驱动有效区和非有效区，疏水区的范围包含所述液滴驱动有效区的全部范围和非有效区的部分范围，非有效区的另一部分范围为芯片的外围区域；

在所述液滴驱动有效区内设有液滴驱动电极阵列用于驱动液滴流动，在所述疏水区内设置超疏水结构实现超疏水功能，所述超疏水结构是在绝缘层的上方制备特殊形状的表面微米阵列或纳米阵列，实现兼具绝缘和超疏水的功能。

进一步地，所述超疏水结构为“T”形状的表面微米阵列或纳米阵列。

进一步地，所述超疏水结构为“T”形状的表面微米阵列，单元“T”形状的总体高度为H为1um，“盖帽”直径D

进一步地，特殊形状的表面微米阵列或纳米阵列的材质为光刻胶。

进一步地，特殊形状的表面微米阵列或纳米阵列的范围为所述疏水区的范围。

本发明还提供一种如上所述的含有超疏水结构的微流控芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在芯片基底上依次制作驱动电路、所述液滴驱动电极阵列和绝缘层；

采用双光子三维光刻设备在绝缘层的上方制备特殊形状的表面微米阵列或纳米阵列。

进一步地，采用双光子三维光刻设备在绝缘层的上方制备特殊形状的表面微米阵列或纳米阵列：

在绝缘层上涂覆一层光刻胶；

将预设的特殊形状三维结构阵列设计图导入双光子三维光刻设备，采用双光子三维光刻设备对光刻胶进行光刻固化；

清洗去除未被光刻固化的光刻胶。

进一步地，采用去胶液湿法去除未被光刻固化的光刻胶。

进一步地，特殊形状的表面微米阵列或纳米阵列为T”形状的表面微米阵列或纳米阵列，特殊形状三维结构阵列设计图为“T”形状三维结构阵列设计图。

进一步地，其特征在于，“T”形状的表面微米阵列或纳米阵列，单元“T”形状的总体高度为H为1um，“盖帽”直径D

本发明采用上述技术方案的优点是：

本发明的含有超疏水结构的微流控芯片及其制备方法，采用双光子三维光刻设备在绝缘层的上方制备具有特定形状的表面微米阵列或纳米阵列，实现超疏水功能；将超疏水结构的制备过程集成到微流控芯片的流片工艺中，既降低了成本，又提高了效率；避免了现有技术中采用进口含氟疏水材料的方式，能完全实现国产化，不再受国际贸易因素影响，同时也节省了采购和工艺成本，具有重要意义，适用性更广泛。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的含有超疏水结构的微流控芯片的范围划分示意图；

图2为本发明一实施例的“T”形状的表面微米阵列或纳米阵列的结构示意图；

图3为本发明中采用双光子三维光刻设备在绝缘层的上方制备具有特定形状的表面微米阵列或纳米阵列的工艺流程示意图；

附图标记说明：1-芯片；2-液滴驱动有效区2；3-非有效区；4-疏水区；11-芯片基底上；12-驱动电路；21-所述液滴驱动电极阵列；22-绝缘层；23-光刻胶；24-图形光刻胶层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种含有超疏水结构的微流控芯片，如图1所示，将芯片1范围划分为液滴驱动有效区2和非有效区3，疏水区4的范围包含所述液滴驱动有效区2的全部范围和非有效区3的部分范围，非有效区3的另一部分范围为芯片1的外围区域；

在所述液滴驱动有效区2内设有液滴驱动电极阵列21用于驱动液滴流动，在所述疏水区4内设置超疏水结构实现超疏水功能，所述超疏水结构是在液滴驱动电极阵列21上方的绝缘层的上方制备而成，是具有特定形状的表面微米阵列或纳米阵列，实现兼具绝缘和超疏水的功能。

其中，所述超疏水结构为特殊形状的表面微米阵列或纳米阵列，例如“T”形状的表面微米阵列或纳米阵列如图2所示，研究来源于自然界的荷叶、蝴蝶翅膀、水黾的脚等具有表面疏水的结构，是仿生技术。当所述超疏水结构为“T”形状的表面微米阵列，可以设计单元“T”形状的总体高度为H为1um，“盖帽”直径D

本发明还提供一种如上所述的含有超疏水结构的微流控芯片的制备方法，包括以下步骤：

在芯片基底11上依次制作驱动电路12、所述液滴驱动电极阵列21和绝缘层22；

采用双光子三维光刻设备在绝缘层22的上方制备特殊形状的表面微米阵列或纳米阵列。

进一步地，采用双光子三维光刻设备在绝缘层22的上方制备特殊形状的表面微米阵列或纳米阵列的工艺过程示意图如3所示：

在绝缘层22上涂覆一层光刻胶23；

将预设的特殊形状三维结构阵列设计图导入双光子三维光刻设备，采用双光子三维光刻设备对光刻胶23进行光刻固化；

清洗去除未被光刻固化的光刻胶，得到特殊形状的表面微米阵列或纳米阵列24。其中，可以根据实际情况采用去胶液湿法去除未被光刻固化的光刻胶。

在一些实施例中，特殊形状的表面微米阵列或纳米阵列24为T”形状的表面微米阵列或纳米阵列，特殊形状三维结构阵列设计图为“T”形状三维结构阵列设计图，当然也可以设计成其他形状的例如蜂窝状阵列、网格阵列、微柱阵列等，此时对应设计相应的三维结构阵列设计图。对于“T”形状的表面微米阵列或纳米阵列，例如可以设计单元“T”形状的总体高度为H为1um，“盖帽”直径D

本发明采用上述技术方案的优点是：

本发明的含有超疏水结构的微流控芯片及其制备方法，采用双光子三维光刻设备在绝缘层的上方制备具有特定形状的表面微米阵列或纳米阵列，实现超疏水功能；将超疏水结构的制备过程集成到微流控芯片的流片工艺中，既降低了成本，又提高了效率；避免了现有技术中采用进口含氟疏水材料的方式，能完全实现国产化，不再受国际贸易因素影响，同时也节省了采购和工艺成本，具有重要意义，适用性更广泛。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。