數(shù)字液滴微流控芯片技術(shù)進(jìn)展

1.利用電濕潤(rùn)效應(yīng)移動(dòng)液滴

液滴在電極陣列上的運(yùn)動(dòng)是通過(guò)對(duì)電極施加電壓來(lái)進(jìn)行控制的。圖 1表示的是 0.1 M KCl的運(yùn)動(dòng)控制。當(dāng)電極所施加的電壓達(dá)到一定值時(shí)，液滴就會(huì)在表面張力作用下向帶電電極板移動(dòng)。因此可根據(jù)特定的電壓操縱順序達(dá)到對(duì)液滴進(jìn)行控制的目的。

圖1 液滴的移動(dòng)

2.利用電濕潤(rùn)效應(yīng)分裂液滴

在EWOD器件上，液滴分裂與合并也是基本的操控方式。Cho等人對(duì)液滴的分裂進(jìn)行了研究。如圖2所示，在一個(gè)采用三塊電極的裝置上，當(dāng)兩邊電極帶電時(shí)，帶電極板的親水性增加，導(dǎo)致液滴與下極板的接觸角減小，液滴曲率半徑增大，并且向帶電極板移動(dòng)。由于中間電極不帶電，且在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中液滴的體積是常數(shù)，因此中間部分液滴開始變細(xì)，直到被拉斷，從而向兩邊帶電極板方向分裂成2個(gè)液滴。

圖2液滴的分裂

圖3表示是一個(gè)EWOD裝置上的小液滴從大液滴(儲(chǔ)液槽)中分離的過(guò)程。當(dāng)流體運(yùn)動(dòng)到所要形成液滴的位置時(shí)，中間電極斷電，液滴就會(huì)被分離出來(lái)。采用這種方法的關(guān)鍵在于提供一定的電壓，使得兩端液體存在一個(gè)合適的內(nèi)壓力差，這個(gè)內(nèi)壓力差足夠使得中間液體往兩邊收縮斷裂。

圖3 液滴的形成

3利用電濕潤(rùn)效應(yīng)合并和混合液滴

目前微流體之間的混合一般采用兩種方式：一是在微流體內(nèi)部產(chǎn)生紊流，二是采用多層流體之間的擴(kuò)散來(lái)達(dá)到混合的目的。由于前者需要流體的高速運(yùn)動(dòng)或需要外界提供能量輸入，因此目前流行的是第二種方式。然而在 2003年，Paik等人提出了一種新的微流體液滴的混合方案。他們先將不同液滴在電極板上合并，然后讓合并后的液滴沿著一定的路徑運(yùn)動(dòng)來(lái)達(dá)到混合的效果。圖4中，一滴熒光液滴與一滴清水混合，并在相鄰的兩塊電極板上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。圖中分別顯示了不同運(yùn)動(dòng)次數(shù)下的混合情況。從圖中可以看出，用這種方式對(duì)微流體液滴進(jìn)行混合具有良好的效果。同時(shí)，他們還在不同條件下進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)證明了液滴完全混合所需的時(shí)間隨液滴運(yùn)動(dòng)所經(jīng)過(guò)的電極板數(shù)量增加而減少，并且混合時(shí)間與液滴運(yùn)動(dòng)速度成反比。

圖4 電極陣列上液滴的合并

審核編輯：湯梓紅