數字液滴微流控芯片技術進展

1.利用電濕潤效應移動液滴

液滴在電極陣列上的運動是通過對電極施加電壓來進行控制的。圖 1表示的是 0.1 M KCl的運動控制。當電極所施加的電壓達到一定值時，液滴就會在表面張力作用下向帶電電極板移動。因此可根據特定的電壓操縱順序達到對液滴進行控制的目的。

圖1 液滴的移動

2.利用電濕潤效應分裂液滴

在EWOD器件上，液滴分裂與合并也是基本的操控方式。Cho等人對液滴的分裂進行了研究。如圖2所示，在一個采用三塊電極的裝置上，當兩邊電極帶電時，帶電極板的親水性增加，導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。由于中間電極不帶電，且在整個運動過程中液滴的體積是常數，因此中間部分液滴開始變細，直到被拉斷，從而向兩邊帶電極板方向分裂成2個液滴。

圖2液滴的分裂

圖3表示是一個EWOD裝置上的小液滴從大液滴(儲液槽)中分離的過程。當流體運動到所要形成液滴的位置時，中間電極斷電，液滴就會被分離出來。采用這種方法的關鍵在于提供一定的電壓，使得兩端液體存在一個合適的內壓力差，這個內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利用電濕潤效應合并和混合液滴

目前微流體之間的混合一般采用兩種方式：一是在微流體內部產生紊流，二是采用多層流體之間的擴散來達到混合的目的。由于前者需要流體的高速運動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動來達到混合的效果。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運動。圖中分別顯示了不同運動次數下的混合情況。從圖中可以看出，用這種方式對微流體液滴進行混合具有良好的效果。同時，他們還在不同條件下進行研究。實驗證明了液滴完全混合所需的時間隨液滴運動所經過的電極板數量增加而減少，并且混合時間與液滴運動速度成反比。

圖4 電極陣列上液滴的合并

審核編輯：湯梓紅