数字液滴微流控芯片技术进展

数字液滴微流控芯片技术进展

1.利用电湿润效应移动液滴

液滴在电极阵列上的运动是通过对电极施加电压来进行控制的。图 1表示的是 0.1 M KCl的运动控制。当电极所施加的电压达到一定值时，液滴就会在表面张力作用下向带电电极板移动。因此可根据特定的电压操纵顺序达到对液滴进行控制的目的。

图1 液滴的移动

2.利用电湿润效应分裂液滴

在EWOD器件上，液滴分裂与合并也是基本的操控方式。Cho等人对液滴的分裂进行了研究。如图2所示，在一个采用三块电极的装置上，当两边电极带电时，带电极板的亲水性增加，导致液滴与下极板的接触角减小，液滴曲率半径增大，并且向带电极板移动。由于中间电极不带电，且在整个运动过程中液滴的体积是常数，因此中间部分液滴开始变细，直到被拉断，从而向两边带电极板方向分裂成2个液滴。  

图2液滴的分裂

图3表示是一个EWOD装置上的小液滴从大液滴(储液槽)中分离的过程。当流体运动到所要形成液滴的位置时，中间电极断电，液滴就会被分离出来。采用这种方法的关键在于提供一定的电压，使得两端液体存在一个合适的内压力差，这个内压力差足够使得中间液体往两边收缩断裂。

图3 液滴的形成

3利用电湿润效应合并和混合液滴

目前微流体之间的混合一般采用两种方式：一是在微流体内部产生紊流，二是采用多层流体之间的扩散来达到混合的目的。由于前者需要流体的高速运动或需要外界提供能量输入，因此目前流行的是第二种方式。然而在 2003年，Paik等人提出了一种新的微流体液滴的混合方案。他们先将不同液滴在电极板上合并，然后让合并后的液滴沿着一定的路径运动来达到混合的效果。图4中，一滴荧光液滴与一滴清水混合，并在相邻的两块电极板上做往复运动。图中分别显示了不同运动次数下的混合情况。从图中可以看出，用这种方式对微流体液滴进行混合具有良好的效果。同时，他们还在不同条件下进行研究。实验证明了液滴完全混合所需的时间随液滴运动所经过的电极板数量增加而减少，并且混合时间与液滴运动速度成反比。  

图4  电极阵列上液滴的合并

 

审核编辑：汤梓红