發(fā)布時間：2021-08-04 23:09

　　針對傳統(tǒng)數(shù)字微流控芯片電極數(shù)量少和制造成本高的問題,對基于面板工藝的數(shù)字微流控芯片進(jìn)行了設(shè)計、制備和驗(yàn)證。引入現(xiàn)有成熟的液晶面板設(shè)計與制造技術(shù),在玻璃基板上完成金屬、絕緣層、有機(jī)膜、ITO等膜層的圖形化加工。結(jié)合常規(guī)半導(dǎo)體旋涂工藝,完成疏水層的制備。實(shí)驗(yàn)成功地制備出一種集成有480個電極的單基板數(shù)字微流控芯片樣品。通過合理的驅(qū)動電極排布與驅(qū)動信號時序設(shè)計,實(shí)現(xiàn)了低成本化的微流控芯片的設(shè)計與制造。對于所設(shè)計的微流控芯片進(jìn)行了功能驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)了液滴的連續(xù)移動,最低驅(qū)動電壓可達(dá)到25 V,可驅(qū)動液滴的體積范圍為8～50μL。還通過系統(tǒng)化的實(shí)驗(yàn)對芯片的有效工作條件進(jìn)行了驗(yàn)證。 

【文章來源】：儀器儀表學(xué)報. 2020,41(03)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

基于面板工藝的數(shù)字微流控芯片

圖1 基于面板工藝的數(shù)字微流控芯片芯片的膜層關(guān)系如圖2所示,最下層為芯片的玻璃基板,基板的表面依次制作有第一金屬層、第一絕緣層、第二金屬層、第二絕緣層、有機(jī)膜層、ITO電極層、第三絕緣層(介質(zhì)層)和疏水層,液滴在疏水層的上表面駐留或者移動。芯片的主體部分采用常規(guī)面板工藝進(jìn)行制造。疏水層采用常規(guī)的半導(dǎo)體旋涂工藝制作。

驅(qū)動電極及信號走線在芯片上的分布如圖3所示,芯片表面共設(shè)計了480個驅(qū)動電極(20×24的電極陣列)。設(shè)計中將電極分成16個大重復(fù)單元(4×4的重復(fù)單元陣列),每個單元中包含有30個電極(5×6的電極陣列),分別對應(yīng)信號1～30。通過分區(qū)陣列的方式降低對于信號線數(shù)量的需求。以信號20為例,與其對應(yīng)的金屬走線分成4列饋入電極陣列,并縱向穿過相應(yīng)列序下的所有電極。其中的金屬電極通過絕緣層打孔的方式實(shí)現(xiàn)與表面ITO驅(qū)動電極的連接。如圖3所示,信號20的金屬走線只在與其相對應(yīng)的16個電極位置導(dǎo)通,從而實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動信號的復(fù)用。與此同時不影響其他電極的信號傳輸。通過所述的驅(qū)動信號線排布方式,可以實(shí)現(xiàn)30個信號源驅(qū)動480個電極的效果,滿足了低成本設(shè)計的要求。驅(qū)動電極的圖案設(shè)計如圖4所示,電極形狀為矩形,驅(qū)動單元橫縱方向的尺寸為1 530 μm。根據(jù)圖3所示的復(fù)合驅(qū)動設(shè)計,同一列電極下方共有6支不同的驅(qū)動信號線穿過,金屬數(shù)據(jù)線與ITO驅(qū)動電極間的信號連接采用的是16個9 μm×9 μm過孔設(shè)計。以實(shí)現(xiàn)金屬數(shù)據(jù)線層與ITO驅(qū)動電極之間的電連接。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]快速檢測病原菌含量的簡易微流控系統(tǒng)[J]. 楊寧,左志強(qiáng),Jun Steed Huang,張榮標(biāo),毛罕平.  儀器儀表學(xué)報. 2017(06)
[2]嵌入式數(shù)字微流控?zé)晒庖旱畏诌x平臺[J]. 曹康,蘇巖,萬瑩,王偉強(qiáng).  儀器儀表學(xué)報. 2016(S1)

碩士論文
[1]基于EWOD的數(shù)字微流控器件研究[D]. 高貞.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015



本文編號：3322571