磁控开放式液滴驱动芯片

A lab-on-a-chip (LOC) is a device that integrates one or several laboratory functions on a single chip of only millimeters to a few square centimeters to achieve automation and high-throughput screening. LOCs deal with the handling of extremely small fluid volumes down to less than pico liters. It has very widely applicable in analysis purposes. But it is still a challenge to actuate a droplet and free move in a LOC system. The conventional way to actuate a droplet movement including guide the droplet motion in a sunken channel. The other way is inject stimulate nano particles in the droplet and actuating the droplet by tuning the external field. Also people use electrostatic force to drive the droplet to move. However, there still has the problem to actuate a non-polar and low surface tension droplet in the LOC system. In this proposal, we have proposed a new strategy to actuate droplet in a LOC system. The droplet will slip and move due to geometrical change of the adaptive substrate. This system does not need any magnetic particle, stimulate nano particle, so it will not pollute the droplet, and the low surface tension droplet can’t pollute the adaptive substrate either. This system do not need an electric-field participation, so it can avoid the potential influence between the cell in the droplet and the voltage. This new droplet actuating system can freely move and locate the droplet in a desired position in the LOC system. This strategy would be a great complementary method in droplet actuating system.

微芯片实验室是把分析实验室的功能集中到一个微小的分析设备上，用以实现样品制备、化学反应等操作。如何驱动液滴在开放式微芯片上进行移动和定位一直是个挑战。目前传统的方法有通过制备凹槽使液滴在受限通道中运动；或者在液滴中加入纳米响应粒子，通过改变外场驱动液滴运动；也有通过静电作用驱动液滴运动。但是对于低表面能的非极性液滴，还没有一个很好的液滴驱动体系。本项目提出一种全新的驱动方式。驱动原理来自于液滴在有弧度的润滑基板上的滑动，所以整个驱动过程无需在待驱动液滴中加入任何的磁性粒子、纳米响应粒子等，对待驱动液滴没有任何的污染。并且待驱动液滴在该芯片表面也没有任何的残留和污染，可以达到重复利用的目标。也排除了使用电场对含有生物细胞的液滴可能带来的干扰。由于磁性探头可以自由的移动，使得待驱动液滴具有很高的移动自由度。该方法是对液滴驱动分析芯片的一个很好的补充，有望成为一种新的无污染生物液滴分析平台。

数字微流控技术（digital microfluidics , DMF）是一种在开放平台上操控离散液滴的技术。该技术无需复杂的微泵、微阀以及管网络,可对流体进行复杂且精确地控制，是一种避开传统的在封闭通道中传输流体的范式的选择。在过去的数年里，大量的工作用于开发不同外部刺激响应的开放平台上的液滴驱动装置，包括介质电润湿、磁力、表面声波，光致驱动。然而，这些方法无法操控一些低表面张力，高粘度和腐蚀性的特殊液体。一方面是装置的驱动力的形式及大小受限难以满足特殊液滴驱动的要求，比如，电场对人类样品有强干扰，光技术难以驱动高粘度的液滴。另一方面平台的疏液及耐腐蚀性能不佳难以承载低表面能及高腐蚀性液滴。本项目通过组合磁场作用下可引发局部凹陷的复合材料层以及具有优异疏液性能的超润滑表面，开发了一种能够操纵几乎所有液滴的磁性数字微流体平台。该液滴驱动芯片主要有以下几个优点：1、强驱动力源于磁致基底形变，无需对分析液滴进行处理，避免对液滴造成损害及污染；2、超润滑表面优异的疏液性能可承载多种液滴，并减小液滴与平台的粘附力；3、磁探针可以自由的移动，液滴自由度高。该研究有助推动自主开放通道的流体控制设备的发展。