基于静电力的微液滴驱动芯片.pdf

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1、116传感器与微系统(TransducerandMierosystemTechnologies)2011年第3O卷第2期基于静电力的微液滴驱动芯片刘翔，高安然，李铁。，周萍，王跃林(1．中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术联合国家重点实验室。上海200050；2．中国科学院研究生院，北京100049)摘要：为了精确操控微流体，设计并制作了一种基于静电力的微液滴驱动芯片。介绍了驱动原理和工艺流程，搭建了驱动检测实验平台。芯片采用开放式的结构，只需单层共平面控制电极，以硅作衬底，氧化硅和多晶硅作绝缘层，重掺杂多晶硅为驱动电极阵列，高质量Si。N作介质层，碳氟聚合物为疏水

2、层。实验表明：微液滴可在芯片上按程序设定方式在二维平面内流畅运动，最小驱动电压为15V，最大运动速度达96mm／s。芯片制作工艺简单，操作方便，可应用于生化分析芯片实验室系统。关键词：微流控；液滴；静电驱动；共平面电极中图分类号：TN303文献标识码：A文章编号：1000-9787(2011)02-0116-03DropletactuatingchipbasedonelectrostaticforceLIUXiang，GAOAn．ran一，LITie，ZHOUPing，WANGYue．1in(1．StateKeyLaboratoriesofTransducerTechnol

3、ogy，ShanghmInstituteofMicrosystemandInformationTechnology，ChineseAcademyofSciences，Shanghai200050，China；2．GraduateSchoolofChineseAcademyofSciences，Beijing100049，China)Abstract：Adropletactuatingchipwasdesignedandfabricatedusingelectrostaticforcetomanipulatemicrofluid．Theactuationprinciplean

4、dfabricationprocessesareintroduced．Experimentalplatformforactuatingtestaredemonstrated．Withopenstructure，thechipconsistsofsiliconassubstrate，siliconoxideandpolysiliconasinsulatinglayer，heavilydopedpolysiliconasactuatingelectrodearrays，highqualitySi3N4filmasdielectriclayer，andfluorocarbonpo

5、lymerashydrophobiclayer．Experimentshowsthatthedropletistransportedsmoothlyinaprogrammablemannerinthetwo—dimensionsplaneataminimumvoltageof15V，andthemaximumspeedreachedto96mm／s．Thedropletactuatingchipcanbeusedinlab—OU—a—chipsystemduetoitssimplefabricationprocessandconvenientoperation．Keywor

6、ds：microfluidics；droplet；electrostaticactuation；coplanarelectrodeO引言品的制备、输运、混合和分离都依靠微流体的操控来实现。芯片实验室(1ab—on—chip，LOC)是在现代分析测试技术一般而言，有连续流操控和离散流(即微液滴)操控2种流和微机电系统(micro-electro。mechanicalsystem，MEMS)技术体操控方法。早期的研究主要集中在微通道内连续流的操基础上发展起来的，其目的是最大限度地把分析实验室的控，系统一般由复杂的驱动阀、泵构成，常用驱动方法有压功能转移到便携的分析设备上，甚至集

7、成到方寸大小的微电、气动、电渗等，但由于连续流系统中，样品消耗量较芯片上，用以实现样品制备、生化反应、分离检测等操大，微泵和微阀的结构与制造工艺复杂，易造成交叉污作⋯，它具有微型化、自动化、集成化与便携化的特点，近染，因此，对微液滴的操控13益成为国际上研究的重年来发展迅速，在生物检测、医疗诊断、食品卫生、环境监测点。等方面显现出良好的应用前景。法国Yole公司的市场以数字化方式进行离散流体操控的微流芯片称为数字调研与预测报告指出，芯片实验室市场将快速成长，预计微流控(digitalmicrofluidics，DM