一种基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片及其制备方法与应用与流程

本发明涉及一种基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片及其制备方法与应用。

背景技术：

微尺度颗粒的分离是解决水质监测，癌症的早期诊断，环境的检测等重要问题中的一个关键步骤。为此，诸如电渗、电泳、介电泳、惯性力和离心等分离方法被提出。在这些分离方法中，介电泳是一种比较操作简单，可控性比较强分离方法，因为基于介电泳的颗粒分离的操作过程没有移动的机械零件，使用电场操控，操作没有生物标记。基于介电泳连续性颗粒分离的微流控芯片已经成功地为检测病原体及时诊断治疗和检测细菌进行水质分析方面提供了重要的支撑。将混合颗粒聚集为一条理想宽度的粒子流能够保证所有颗粒进入介电泳力作用范围之前沿着相同轨迹移动和从相同的位置进入介电泳力作用范围，因此它是基于介电泳连续性颗粒分离的一项重要的步骤。但是，这个步骤的实现通常仅仅依赖于流体挤压效应。这个效应共有四个步骤：(1)将含有颗粒的溶液注入装置的一个装置的入口；(2)将缓冲溶液注入到剩余的一个或多个入口；(3)通过调节外接微泵或者液面差去调节流体的流速；(4)在流体达到稳定的状态时，颗粒在流体挤压效应下被聚集为一条粒子流。运用上述聚集方法的介电泳连续性颗粒分离方法，虽然已经被用到多种颗粒的分离，并且具有较高的分离效率，但是其操作过程中复杂的流体控制和冗余的外接设备(多个流体微泵)使得该方法不能够与其他微流控芯片进行集成，实现一些综合的功能。因此需要寻找一种更好的颗粒聚集方法代替当前的这种流体挤压效应去改善当前的基于介电泳连续性颗粒分离方法。

技术实现要素：

本发明是要解决现有的基于介电泳连续性颗粒分离方法中颗粒聚集过程需要复杂地流体操控和不紧凑的外接设备，无法直接与其它微流控芯片进行集成等问题，而利用诱导电荷电渗效应代替流体挤压效应去完成颗粒聚集过程，提出一种基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片及其制备方法与应用。

一种基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片由PDMS盖片和ITO玻璃基底组成；所述PDMS盖片键合在ITO玻璃基底上，在PDMS盖片上印刷有通道；所述通道的左端设置有入口，所述通道的右端设置有第三出口，所述通道中间位置的垂直方向上对称设置有第一出口和第二出口，在所述第三出口的侧下方设置有第四出口，所述第三出口的出口方向与所述第四出口的出口方向呈6°角设置；在所述通道的中间位置分隔为三个区域，左侧为聚集区，右侧为分离区，中间为过渡区；所述分离区的左端为窄入口，所述第一出口、第二出口和窄入口设置在过渡区内；设置在分离区内的通道的一侧为电极侧，电极侧相对的一侧为第四出口侧；

所述的ITO玻璃基底上固定有第一激发电极、第二激发电极、第三激发电极、第四激发电极、第五激发电极、第六激发电极、第七激发电极、第八激发电极和悬浮电极；

所述悬浮电极设置在聚集区内；所述第一激发电极的内侧和第二激发电极的内侧分别设置在悬浮电极的两侧，且关于悬浮电极中心线对称；所述第三激发电极的内端部、第四激发电极的内端部、第五激发电极的内端部、第六激发电极的内端部、第七激发电极的内端部和第八激发电极的内端部从左至右依次设置在电极侧；

所述的第一激发电极、第二激发电极、第三激发电极、第四激发电极、第五激发电极、第六激发电极、第七激发电极、第八激发电极和悬浮电极是在ITO玻璃基底的表面导电侧通过软光刻技术处理得到的。

本发明的所述第一出口的出口宽度为350微米，第二出口的出口宽度为350微米，所述分离区内的通道的宽度为200微米；所述第三激发电极、第四激发电极、第五激发电极、第六激发电极、第七激发电极和第八激发电极中相邻两个电极的内端部的距离相等。

所述通道对缓冲液和颗粒有导向作用。

本发明一种基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片的制备方法具体是按以下步骤进行的：

一、电极的加工：

①、清洗ITO玻璃：首先将ITO玻璃依次置于丙酮、酒精和去离子水中超声清洗10min～15min，氮气吹干，然后将氮气吹干后的ITO玻璃置于温度为100℃～120℃下加热10min～15min，自然冷却至室温，得到预处理后的ITO玻璃；

②、甩胶：在通风洁净的环境下，向预处理后的ITO玻璃上滴加AZ光刻胶，当滴加一滴体积约为20微升的光刻胶后要翻转预处理后的ITO玻璃，在5min中内将AZ光刻胶覆盖至处理后的ITO玻璃表面三分之二的面积，得到涂胶后的ITO玻璃，然后将涂胶后的ITO玻璃送入匀胶机中，在转速为3300r/min的条件下进行匀胶，得到匀胶后的ITO玻璃；

③、曝光：在温度为100℃的热板上，将甩胶后的ITO玻璃加热6min，自然冷却至室温，然后利用曝光箱进行曝光，曝光时间为195s，得到曝光后的ITO玻璃；

④、显影：利用正光刻胶显影液对曝光后的ITO玻璃进行显影，显影时间为5min～7min，得到显影后的ITO玻璃，采用清水对显影后的ITO玻璃进行冲洗后，采用氮气吹干，置于显微镜下观察，如显影不彻底可再次进行显影，最终得到显影完全的ITO玻璃；

⑤、坚膜：在温度为120℃的热板上，将显影彻底的ITO玻璃进行坚膜，坚膜时间为6min～8min，自然冷却至室温，得到坚膜后的ITO玻璃；

⑥、刻蚀：将坚膜后的ITO玻璃放入浓盐酸中进行刻蚀，刻蚀时间为25min～35min，在刻蚀过程中每隔5min进行一次摇晃，采用清水对刻蚀后的ITO玻璃进行清洗，采用氮气吹干，置于显微镜下观察，如刻蚀不彻底可再次进行刻蚀，最终得到刻蚀彻底的ITO玻璃；

⑦、去除光刻胶：将刻蚀完全的ITO玻璃置于去胶溶液中浸泡，去除光刻胶，然后依次采用洗洁精、酒精和去离子水进行冲洗，氮气吹干，置于烤箱中烘干，得到ITO玻璃基底；

二、通道模具的加工：

①、采用长为6厘米宽为4厘米的玻璃作为通道模具的基底，先采用洗洁精清洗后再采用去离子水冲洗，采用氮气吹干，得到洁净的玻璃；

②、在温度为120℃的条件下洁净的玻璃进行烘烤，自然冷却至室温，得到干燥的玻璃；

③、在没有白光的条件下，将干膜按照干燥的玻璃的尺寸进行裁剪，然后将干膜粘贴在干燥的玻璃上，得到粘贴有干膜的玻璃；

④、对贴好干膜的玻璃依次进行曝光和显影后，在温度为50℃的条件下，将显影完全的粘贴有干膜的玻璃置于烤板上进行坚膜，坚膜时间为3min～6min，自然冷却至室温，得到通道模具；

三、PDMS盖片加工：

①、PDMS盖片材料的配制：将PDMS与固化剂混合，搅拌均匀，得到PDMS盖片材料；所述的PDMS与固化剂的质量比为10:1；

②、浇筑通道：用锡箔纸将通道模具包覆成方形开口槽，且通道模具的通道一侧朝上放置，然后把锡箔纸包好的通道模具放置在真空釜中，将70μL～100μL的三甲基氯硅烷注入真空釜中，抽真空3min～4min，静置10min～15min，再在硅烷处理后的通道模具上浇筑步骤三①中配制的PDMS盖片材料，抽真空35min～40min，保证无气泡后，置于温度为80℃～100℃下加热2.5h～3.5h，进行固化；

③、PDMS通道处理：采用刀片将位于通道模具边缘外侧的固化后的PDMS盖片材料切除，将PDMS盖片材料和通道模具通过镊子进行分离，得到PDMS盖片；

四、芯片的制备：

将ITO玻璃基底设有电极的一侧和PDMS盖片设有流道的一侧朝上，并列置于等离子机的腔室内，在腔室压力为700毫托及等离子发生器功率为20W的条件下曝光32s，然后在显微镜下，将ITO玻璃基底设有电极的一侧和PDMS盖片设有流道的一侧相对放置，将ITO玻璃基底上的电极和PDMS盖片上的通道按照对应的位置进行对齐后静置15min；保证ITO玻璃基底和PDMS盖片不发生错位的情况下，将它们移动到热板上，在温度为50℃的环境中进行加固处理，加固处理时间为1h，得到基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片。

本发明一种基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片的应用是将基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片用于微尺度颗粒分离，具体是按以下步骤进行的：

一、待分离颗粒溶液的制备：向去离子水中加入氯化钾，得到电导率为1mS/m的缓冲液；将混合颗粒溶液装入离心管在离心机中进行离心分离，采用移液器将离心管中的上层溶液吸走，将电导率为1mS/m的缓冲液注入离心管中，得到待分离颗粒溶液；

二、A溶液的制备：将无水乙醇与吐温溶液混合，得到A溶液；所述的无水乙醇与吐温的体积比为(7～9):1；

三、混合颗粒的分离：

①、采用A溶液对基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片内的通道进行浸泡，浸泡时间为30min，得到预处理后的微流控芯片；

②、打开与显微镜相连接的计算机、信号发生器、信号放大器、示波器、显微镜、CCD照相机，观察设备运转是否正常，然后打开CellSens Entry图像采集软件，将实时观察显微镜载物台；调好芯片位置和焦距，将预处理后的微流控芯片固定在载物台上；

③、将信号发生器的第一输出通道的正极与第一激发电极相连，信号发生器的第一输出通道的负极与第二激发电极相连，所述信号发生器的第二输出通道的输出导线与信号放大器的输入端相连，所述信号放大器的输出端的正极分别与第三激发电极、第五激发电极和第七激发电极相连，所述信号放大器的输出端的负极分别与第四激发电极、第六激发电极和第八激发电极相连，将信号发生器的第一输出通道的信号设为幅值为6伏特、频率为200赫兹的交流信号，将信号发生器的第二输出通道设为幅值8伏特、频率为1兆赫兹的交流信号，并在示波器中观察第二输出通道的输出信号经放大器处理后是否为幅值8伏特，频率为1兆赫兹；

④、将待分离溶液从预处理后的微流控芯片的混合颗粒入口注入，当流体达到平衡状态，给信号发生器的第一输出通道通电，通过诱导电荷电渗对颗粒进行聚集；然后给信号发生器的第二输出通道通电，在分离区域中激发交流电场进行颗粒分离，即完成微尺度颗粒的分离。

本发明的有益效果：

本发明运用诱导电荷电渗代替流体挤压效应通过电控实现颗粒聚集，提出了一种新的颗粒分离方法，抛弃了复杂的流体控制和冗余的外接设备，使芯片的结构简化，小型化，易于集成。聚集区域的入口设计成喇叭形状，能够将进入聚集区域的颗粒都经过悬浮电极，通过诱导电荷电渗的作用聚集为粒子流，提高了颗粒的聚集效率。本发明通过改变第一出口和第二出口的宽度可以改变粒子流的轨迹和行进速度；如果颗粒靠近电极侧运动，可以实现相同介电特性的颗粒的分离，如果颗粒沿着中间运动，可以实现不同介电特性的颗粒的分离。所述第三出口的出口方向与所述第四出口的出口方向呈6°角设置，为颗粒的横向位移提供了足够的空间，确保了颗粒的成功分离。

附图说明

图1为基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片的俯视图；

图2为A的局部放大图；

图3为当第二出口的宽度为350微米、窄入口的宽度为200微米时粒子流的偏移量与第一出口的宽度的变化关系曲线；

图4为当第二出口的宽度为350微米、窄入口的宽度为200微米时窄入口处流体的流速与第一出口的宽度的变化关系曲线；

图5为当第二出口的宽度为350微米、窄入口的宽度为200微米时第一出口处流体的流速与第一出口的宽度的变化关系曲线；

图6为当第二出口的宽度为350微米、窄入口的宽度为200微米时第二出口处流体的流速与第一出口的宽度的变化关系曲线。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式一种基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片由PDMS盖片9和ITO玻璃基底13组成；所述PDMS盖片9键合在ITO玻璃基底13上，在PDMS盖片9上印刷有通道；所述通道的左端设置有入口15，所述通道的右端设置有第三出口10，所述通道中间位置的垂直方向上对称设置有第一出口2和第二出口12，在所述第三出口10的侧下方设置有第四出口11，所述第三出口10的出口方向与所述第四出口11的出口方向呈6°角设置；在所述通道的中间位置分隔为三个区域，左侧为聚集区17，右侧为分离区18，中间为过渡区19；所述分离区18的左端为窄入口20，所述第一出口2、第二出口12和窄入口20设置在过渡区19内；设置在分离区18内的通道的一侧为电极侧，电极侧相对的一侧为第四出口侧；

所述的ITO玻璃基底13上固定有第一激发电极1、第二激发电极14、第三激发电极3、第四激发电极4、第五激发电极5、第六激发电极6、第七激发电极7、第八激发电极8和悬浮电极16；

所述悬浮电极16设置在聚集区17内；所述第一激发电极1的内侧和第二激发电极14的内侧分别设置在悬浮电极16的两侧，且关于悬浮电极16中心线对称；所述第三激发电极3的内端部、第四激发电极4的内端部、第五激发电极5的内端部、第六激发电极6的内端部、第七激发电极7的内端部和第八激发电极8的内端部从左至右依次设置在电极侧；

所述的第一激发电极1、第二激发电极14、第三激发电极3、第四激发电极4、第五激发电极5、第六激发电极6、第七激发电极7、第八激发电极8和悬浮电极16是在ITO玻璃基底13的表面导电侧通过软光刻技术处理得到的。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述第一出口2的出口宽度为350微米，第二出口12的出口宽度为350微米，所述窄入口20的宽度为200微米。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述第三激发电极3、第四激发电极4、第五激发电极5、第六激发电极6、第七激发电极7和第八激发电极8中相邻两个电极的内端部的距离相等。其他与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式一种基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片的制备方法具体是按以下步骤进行的：

一、电极的加工：

①、清洗ITO玻璃：首先将ITO玻璃依次置于丙酮、酒精和去离子水中超声清洗10min～15min，氮气吹干，然后将氮气吹干后的ITO玻璃置于温度为100℃～120℃下加热10min～15min，自然冷却至室温，得到预处理后的ITO玻璃；

②、甩胶：在通风洁净的环境下，向预处理后的ITO玻璃上滴加AZ光刻胶，当滴加一滴体积约为20微升的光刻胶后要翻转预处理后的ITO玻璃，在5min中内将AZ光刻胶覆盖至处理后的ITO玻璃表面三分之二的面积，得到涂胶后的ITO玻璃，然后将涂胶后的ITO玻璃送入匀胶机中，在转速为3300r/min的条件下进行匀胶，得到匀胶后的ITO玻璃；

③、曝光：在温度为100℃的热板上，将甩胶后的ITO玻璃加热6min，自然冷却至室温，然后利用曝光箱进行曝光，曝光时间为195s，得到曝光后的ITO玻璃；

④、显影：利用正光刻胶显影液对曝光后的ITO玻璃进行显影，显影时间为5min～7min，得到显影后的ITO玻璃，采用清水对显影后的ITO玻璃进行冲洗后，采用氮气吹干，置于显微镜下观察，如显影不彻底可再次进行显影，最终得到显影完全的ITO玻璃；

⑤、坚膜：在温度为120℃的热板上，将显影彻底的ITO玻璃进行坚膜，坚膜时间为6min～8min，自然冷却至室温，得到坚膜后的ITO玻璃；

⑥、刻蚀：将坚膜后的ITO玻璃放入浓盐酸中进行刻蚀，刻蚀时间为25min～35min，在刻蚀过程中每隔5min进行一次摇晃，采用清水对刻蚀后的ITO玻璃进行清洗，采用氮气吹干，置于显微镜下观察，如刻蚀不彻底可再次进行刻蚀，最终得到刻蚀彻底的ITO玻璃；

⑦、去除光刻胶：将刻蚀完全的ITO玻璃置于去胶溶液中浸泡，去除光刻胶，然后依次采用洗洁精、酒精和去离子水进行冲洗，氮气吹干，置于烤箱中烘干，得到ITO玻璃基底13；

二、通道模具的加工：

①、采用长为6厘米宽为4厘米的玻璃作为通道模具的基底，先采用洗洁精清洗后再采用去离子水冲洗，采用氮气吹干，得到洁净的玻璃；

②、在温度为120℃的条件下洁净的玻璃进行烘烤，自然冷却至室温，得到干燥的玻璃；

③、在没有白光的条件下，将干膜按照干燥的玻璃的尺寸进行裁剪，然后将干膜粘贴在干燥的玻璃上，得到粘贴有干膜的玻璃；

④、对贴好干膜的玻璃依次进行曝光和显影后，在温度为50℃的条件下，将显影完全的粘贴有干膜的玻璃置于烤板上进行坚膜，坚膜时间为3min～6min，自然冷却至室温，得到通道模具；

三、PDMS盖片加工：

①、PDMS盖片材料的配制：将PDMS与固化剂混合，搅拌均匀，得到PDMS盖片材料；所述的PDMS与固化剂的质量比为10:1；

②、浇筑通道：用锡箔纸将通道模具包覆成方形开口槽，且通道模具的通道一侧朝上放置，然后把锡箔纸包好的通道模具放置在真空釜中，将70μL～100μL的三甲基氯硅烷注入真空釜中，抽真空3min～4min，静置10min～15min，再在硅烷处理后的通道模具上浇筑步骤三①中配制的PDMS盖片材料，抽真空35min～40min，保证无气泡后，置于温度为80℃～100℃下加热2.5h～3.5h，进行固化；

③、PDMS通道处理：采用刀片将位于通道模具边缘外侧的固化后的PDMS盖片材料切除，将PDMS盖片材料和通道模具通过镊子进行分离，得到PDMS盖片；

四、芯片的制备：

将ITO玻璃基底13设有电极的一侧和PDMS盖片9设有流道的一侧朝上，并列置于等离子机的腔室内，在腔室压力为700毫托及等离子发生器功率为20W的条件下曝光32s，然后在显微镜下，将ITO玻璃基底13设有电极的一侧和PDMS盖片9设有流道的一侧相对放置，将ITO玻璃基底13上的电极和PDMS盖片9上的通道按照对应的位置进行对齐后静置15min；保证ITO玻璃基底13和PDMS盖片9不发生错位的情况下，将它们移动到热板上，在温度为50℃的环境中进行加固处理，加固处理时间为1h，得到基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤三③中PDMS盖片9上印刷有通道；所述通道的左端设置有入口15，所述通道的右端设置有第三出口10，所述通道中间位置的垂直方向上对称设置有第一出口2和第二出口12，在所述第三出口10的侧下方设置有第四出口11，所述第三出口10的出口方向与所述第四出口11的出口方向呈6°角设置；在所述通道的中间位置分隔为三个区域，左侧为聚集区17，右侧为分离区18，中间为过渡区19；所述分离区18的左端为窄入口20，所述第一出口2、第二出口12和窄入口20设置在过渡区19内；设置在分离区18内的通道的一侧为电极侧，电极侧相对的一侧为第四出口侧。

本实施方式可以通过改变过渡区三个分支的尺寸实现粒子流速度和偏转改变。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五不同的是：步骤一⑦中所述ITO玻璃基底13上固定有第一激发电极1、第二激发电极14、第三激发电极3、第四激发电极4、第五激发电极5、第六激发电极6、第七激发电极7、第八激发电极8和悬浮电极16；

所述悬浮电极16设置在聚集区17内；所述第一激发电极1的内侧和第二激发电极14的内侧分别设置在悬浮电极16的两侧；所述第三激发电极3的内端部、第四激发电极4的内端部、第五激发电极5的内端部、第六激发电极6的内端部、第七激发电极7的内端部和第八激发电极8的内端部从左至右依次设置在电极侧。其他与具体实施方式四或五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四至六之一不同的是：所述第一出口2的出口宽度为350微米，第二出口12的出口宽度为350微米，所述窄入口20的宽度为200微米。其他与具体实施方式四至六之一相同。

本实施方式第一出口2和第二出口12的宽度可以改变粒子流的轨迹和行进速度。如果颗粒靠近电极侧运动，可以实现相同介电特性的颗粒的分离，如果颗粒沿着中间运动，可以实现不同介电特性的颗粒的分离。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四至七之一不同的是：所述第三激发电极3、第四激发电极4、第五激发电极5、第六激发电极6、第七激发电极7和第八激发电极8中相邻两个电极的内端部的距离相等。其他与具体实施方式四至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式四至八之一不同的是：所述入口15为喇叭形状。其他与具体实施方式四至八之一相同。

本实施方式能够将进入聚集区的颗粒都经过悬浮电极，通过诱导电荷电渗的作用聚集为粒子流，提高了颗粒的聚集效率。

具体实施方式十：本实施方式一种基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片的应用是将基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片用于微尺度颗粒分离，具体是按以下步骤进行的：

一、待分离颗粒溶液的制备：向去离子水中加入氯化钾，得到电导率为1mS/m的缓冲液；将混合颗粒溶液装入离心管在离心机中进行离心分离，采用移液器将离心管中的上层溶液吸走，将电导率为1mS/m的缓冲液注入离心管中，得到待分离颗粒溶液；

二、A溶液的制备：将无水乙醇与吐温溶液混合，得到A溶液；所述的无水乙醇与吐温的体积比为(7～9):1；

三、混合颗粒的分离：

①、采用A溶液对基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片内的通道进行浸泡，浸泡时间为30min，得到预处理后的微流控芯片；

②、打开与显微镜相连接的计算机、信号发生器、信号放大器、示波器、显微镜、CCD照相机，观察设备运转是否正常，然后打开CellSens Entry图像采集软件，将实时观察显微镜载物台；调好芯片位置和焦距，将预处理后的微流控芯片固定在载物台上；

③、将信号发生器的第一输出通道的正极与第一激发电极1相连，信号发生器的第一输出通道的负极与第二激发电极14相连，所述信号发生器的第二输出通道的输出导线与信号放大器的输入端相连，所述信号放大器的输出端的正极分别与第三激发电极3、第五激发电极5和第七激发电极7相连，所述信号放大器的输出端的负极分别与第四激发电极4、第六激发电极6和第八激发电极8相连，将信号发生器的第一输出通道的信号设为幅值为6伏特、频率为200赫兹的交流信号，将信号发生器的第二输出通道设为幅值8伏特、频率为1兆赫兹的交流信号，并在示波器中观察第二输出通道的输出信号经放大器处理后是否为幅值8伏特，频率为1兆赫兹；

④、将待分离溶液从预处理后的微流控芯片的混合颗粒入口注入，当流体达到平衡状态，给信号发生器的第一输出通道通电，通过诱导电荷电渗对颗粒进行聚集；然后给信号发生器的第二输出通道通电，在分离区域中激发交流电场进行颗粒分离，即完成微尺度颗粒的分离。

本实施方式中所述CellSens Entry图像采集软件的的生产厂家是Olympus(奥林巴斯)。

通过以下实施例验证本发明的有益效果：

一种基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片由PDMS盖片和ITO玻璃基底组成；所述PDMS盖片键合在ITO玻璃基底上，在PDMS盖片上印刷有通道；所述通道的左端设置有入口，所述通道的右端设置有第三出口，所述通道中间位置的垂直方向上对称设置有第一出口和第二出口，在所述第三出口的侧下方设置有第四出口，所述第三出口的出口方向与所述第四出口的出口方向呈6°角设置；在所述通道的中间位置分隔为三个区域，左侧为聚集区，右侧为分离区，中间为过渡区；所述分离区的左端为窄入口，所述第一出口、第二出口和窄入口设置在过渡区内；设置在分离区内的通道的一侧为电极侧，电极侧相对的一侧为第四出口侧；

所述的ITO玻璃基底上固定有第一激发电极、第二激发电极、第三激发电极、第四激发电极、第五激发电极、第六激发电极、第七激发电极、第八激发电极和悬浮电极；

所述悬浮电极设置在聚集区内；所述第一激发电极的内侧和第二激发电极的内侧分别设置在悬浮电极的两侧；所述第三激发电极的内端部、第四激发电极的内端部、第五激发电极的内端部、第六激发电极的内端部、第七激发电极的内端部和第八激发电极的内端部从左至右依次设置在电极侧；

所述的第一激发电极、第二激发电极、第三激发电极、第四激发电极、第五激发电极、第六激发电极、第七激发电极、第八激发电极和悬浮电极是在ITO玻璃基底的表面导电侧通过刻蚀后得到的。

本发明的所述第一出口的出口宽度为350微米，第二出口的出口宽度为350微米，所述分离区内的通道的宽度为200微米；所述第三激发电极、第四激发电极、第五激发电极、第六激发电极、第七激发电极和第八激发电极中相邻两个电极的内端部的距离相等。

所述通道对缓冲液和颗粒有导向作用。

本发明一种基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片的制备方法具体是按以下步骤进行的：

一、电极的加工：

①、清洗ITO玻璃：首先将ITO玻璃依次置于丙酮、酒精和去离子水中超声清洗10min～15min，氮气吹干，然后将氮气吹干后的ITO玻璃置于温度为100℃～120℃下加热10min～15min，自然冷却至室温，得到预处理后的ITO玻璃；

②、甩胶：在通风洁净的环境下，向预处理后的ITO玻璃上滴加光刻胶，当滴加一滴体积约为20微升的光刻胶后要翻转预处理后的ITO玻璃，在5min中内将光刻胶覆盖至处理后的ITO玻璃表面三分之二的面积，得到涂胶后的ITO玻璃，然后将涂胶后的ITO玻璃送入匀胶机中，在转速为3300r/min的条件下进行匀胶，得到匀胶后的ITO玻璃；

③、曝光：在温度为100℃的热板上，将甩胶后的ITO玻璃加热6min，自然冷却至室温，然后利用曝光箱进行曝光，曝光时间为195s，得到曝光后的ITO玻璃；

④、显影：利用正光刻胶显影液对曝光后的ITO玻璃进行显影，显影时间为5min～7min，得到显影后的ITO玻璃，采用清水对显影后的ITO玻璃进行冲洗后，采用氮气吹干，置于显微镜下观察，如显影不彻底可再次进行显影，最终得到显影完全的ITO玻璃；

⑤、坚膜：在温度为120℃的热板上，将显影彻底的ITO玻璃进行坚膜，坚膜时间为6min～8min，自然冷却至室温，得到坚膜后的ITO玻璃；

⑥、刻蚀：将坚膜后的ITO玻璃放入浓盐酸中进行刻蚀，刻蚀时间为25min～35min，在刻蚀过程中每隔5min进行一次摇晃，采用清水对刻蚀后的ITO玻璃进行清洗，采用氮气吹干，置于显微镜下观察，如刻蚀不彻底可再次进行刻蚀，最终得到刻蚀彻底的ITO玻璃；

⑦、去除光刻胶：将刻蚀完全的ITO玻璃置于去胶溶液中浸泡，去除光刻胶，然后依次采用洗洁精、酒精和去离子水进行冲洗，氮气吹干，置于烤箱中烘干，得到ITO玻璃基底；

二、通道模具的加工：

①、采用长为6厘米宽为4厘米的玻璃作为通道模具的基底，先采用洗洁精清洗后再采用去离子水冲洗，采用氮气吹干，得到洁净的玻璃；

②、在温度为120℃的条件下洁净的玻璃进行烘烤，自然冷却至室温，得到干燥的玻璃；

③、在没有白光的条件下，将干膜按照干燥的玻璃的尺寸进行裁剪，然后将干膜粘贴在干燥的玻璃上，得到粘贴有干膜的玻璃；

④、对贴好干膜的玻璃依次进行曝光和显影后，在温度为50℃的条件下，将显影完全的粘贴有干膜的玻璃置于烤板上进行坚膜，坚膜时间为3min～6min，自然冷却至室温，得到通道模具；

三、PDMS盖片加工：

①、PDMS盖片材料的配制：将PDMS与固化剂混合，搅拌均匀，得到PDMS盖片材料；所述的PDMS与固化剂的质量比为10:1；

②、浇筑通道：用锡箔纸将通道模具包覆成方形开口槽，且通道模具的通道一侧朝上放置，然后把锡箔纸包好的通道模具放置在真空釜中，将70μL～100μL的三甲基氯硅烷注入真空釜中，抽真空3min～4min，静置10min～15min，再在硅烷处理后的通道模具上浇筑步骤三①中配制的PDMS盖片材料，抽真空35min～40min，保证无气泡后，置于温度为80℃～100℃下加热2.5h～3.5h，进行固化；

③、PDMS通道处理：采用刀片将位于通道模具边缘外侧的固化后的PDMS盖片材料切除，将PDMS盖片材料和通道模具通过镊子进行分离，得到PDMS盖片；

四、芯片的制备：

将ITO玻璃基底设有电极的一侧和PDMS盖片设有流道的一侧朝上，并列置于等离子机的腔室内，在腔室压力为700毫托及等离子发生器功率为20W的条件下曝光32s，然后在显微镜下，将ITO玻璃基底设有电极的一侧和PDMS盖片设有流道的一侧相对放置，将ITO玻璃基底上的电极和PDMS盖片上的通道按照对应的位置进行对齐后静置15min；保证ITO玻璃基底和PDMS盖片不发生错位的情况下，将它们移动到热板上，在温度为50℃的环境中进行加固处理，加固处理时间为1h，得到基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片。

本发明一种基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片的应用是将基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片用于微尺度颗粒分离，具体是按以下步骤进行的：

一、向去离子水中加入氯化钾，得到电导率为1mS/m的缓冲液；

二、A溶液的制备：将无水乙醇与吐温溶液混合，得到A溶液；所述的无水乙醇与吐温的体积比为(7～9):1；

三、酵母菌颗粒的制备：

①、将100毫克的干酵母放入2毫升的去离子水中，在50摄氏度的环境中培养两个小时；

②、抽取2微升的含有酵母的培养液放入离心管中，进行离心处理30秒；

③、用移液管将上层溶液转移走，向离心管中注入电导率为1mS/m的缓冲液；

④、对离心管中的酵母菌颗粒进行超声处理30秒，让粘在一起的细胞被打散；

⑤、按顺序重复步骤②、③和④4次；

⑥、重复步骤②，用移液器抽取配置好的含有20微升A溶液，注入到上述的离心管中，重复步骤③和④；

四、二氧化硅颗粒的制备：

①、用移液器抽取浓度为5％的二氧化硅(直径为4微米)颗粒溶液4微升至离心管；

②、用移液器抽取配置好的含有20微升A溶液，注入到上述的离心管中；

③、采用电导率为1mS/m的缓冲液稀释至2毫升；

④、将离心管放入超声机里进行超声5分钟；

五、混合颗粒的制备：

①、用移液器抽取配置好的含有酵母菌溶液100微升，注入一个洁净的离心管中；

②、用移液器抽取配置好的含有二氧化硅溶液100微升，注入到上述的离心管中；

③、用移液器抽取配置好的含有20微升A溶液，注入到上述的离心管中；

④、用移液器抽取电导率为1mS/m的缓冲液，将离心管中的含有混合颗粒的溶液稀释到2毫升；

⑤、将离心管放入超声机中进行超声处理30秒，将颗粒充分混合，得到待分离溶液；

六、混合颗粒的分离：

①、采用A溶液对基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片内的通道进行浸泡，浸泡时间为30min，得到预处理后的微流控芯片；

②、打开与显微镜相连接的计算机、信号发生器、信号放大器、示波器、显微镜、CCD照相机，观察设备运转是否正常，然后打开CellSens Entry图像采集软件，将实时观察显微镜载物台；调好芯片位置和焦距，将预处理后的微流控芯片固定在载物台上；

③、将信号发生器的第一输出通道的正极与第一激发电极相连，信号发生器的第一输出通道的负极与第二激发电极相连，所述信号发生器的第二输出通道的输出导线与信号放大器的输入端相连，所述信号放大器的输出端的正极分别与第三激发电极、第五激发电极和第七激发电极相连，所述信号放大器的输出端的负极分别与第四激发电极、第六激发电极和第八激发电极相连，将信号发生器的第一输出通道的信号设为幅值为6伏特、频率为200赫兹的交流信号，将信号发生器的第二输出通道设为幅值8伏特、频率为1兆赫兹的交流信号，并在示波器中观察第二输出通道的输出信号经放大器处理后是否为幅值8伏特，频率为1兆赫兹；

④、将待分离溶液从预处理后的微流控芯片的混合颗粒入口注入，当流体达到平衡状态，给信号发生器的第一输出通道通电，通过诱导电荷电渗对颗粒进行聚集；然后给信号发生器的第二输出通道通电，在分离区域中激发交流电场进行颗粒分离，即完成微尺度颗粒的分离。

图3为当第二出口的宽度为350微米、窄入口的宽度为200微米时粒子流的偏移量与第一出口的宽度的变化关系曲线；图4为当第二出口的宽度为350微米、窄入口的宽度为200微米时窄入口处流体的流速与第一出口的宽度的变化关系曲线；图5为当第二出口的宽度为350微米、窄入口的宽度为200微米时第二出口处流体的流速与第一出口的宽度的变化关系曲线；图6为当第二出口的宽度为350微米、窄入口的宽度为200微米时第一出口处流体的流速与第一出口的宽度的变化关系曲线；图3定量地表征了粒子流的偏移量随第一出口宽度的变化规律，当第一出口的宽度为330～360微米时，偏移量与第一出口宽度呈线性关系，当低于或高于这个范围时，出现了非线性现象；图4表征了窄入口处的流体流速随着第一出口宽度的增加而呈线性减小的规律；图5表征了第一出口处的流体流速随着第一出口宽度的增加而呈线性增加的规律；图6表征了第二出口处的流体流速随着第一出口宽度的增加而呈线性减小的规律；对比图4，图5，图6可以得出第一出口和第二出口处的流体流速整体上大于窄入口处的流体流速，说明实现了粒子流在过渡区域实现速度减小的目的。