一种有源电浸润微流控芯片及其制作装置的制作方法

本发明涉及微流控，尤其涉及一种有源电浸润微流控芯片及其制作装置。

背景技术：

1、数字微流控(digital microfluidics，dmf)是一种用于精确操纵和控制微小尺度流体的技术，其主要包括连续流体微流控(ontinuous-flow microfluidics，cfm)和液滴微流控(droplet microfluidics，dmf)技术。液滴微流控是一种理想的液滴控制技术，它可以使用微小的样本量(微升、纳升、皮升、飞升数量级...)，具有高通量、快速反应速度和可编程控制与检测等特点。该技术可以在微流控芯片的微单元中精确地操纵微液滴，包括分配、移动、存储、混合、反应或分析等操作。

2、基于液滴微流控技术的液滴数字聚合酶链反应(digital polymerase chainreaction，dpcr)技术具有高特异性、高灵敏度、良好的重复性等优点，可以在短时间内扩增基因片段至十万甚至百万倍，广泛应用在dna基因检测、克隆、基因表达、扩增、基因功能检测、蛋白质标记物分析、细菌检测、病毒检测等方面，具有重要的应用价值。

3、目前，液滴微流控的主流技术是基于电润湿现象(electrowetting ondielectric，ewod)的数字微流控。电润湿是指当液滴位于一层疏水性介电层的导电平面电极阵列上时，通过对电极通电改变液体表面张力，使液滴与通电电极接触位置的接触角变小，从而驱动微小液滴进行移动、融合、分裂等动作，并可以实现液滴的存储、反应和分析。

4、ewod液滴微流控芯片(简称ewod芯片)通常由三层结构构成，底层包括微电极阵列、绝缘层和疏水层，顶层包括公共电极或阵列电极、绝缘层和疏水层，两层之间有液滴流动层。各层的材料主要包括底层基板(如玻璃或pcb)、顶层导电膜(如锡铟氧化物ito、导电氧化物透明薄膜tco和纳米银)、导电层(金属、氧化物半导体等)、绝缘层(二氧化硅、氮化硅和有机绝缘层等)、疏水层(特氟龙等有机或无机材料)以及液滴流动层(如硅油等有机油类物质)。

5、在ewod芯片中，目前主要采用无源pcb基板、无源通明玻璃(如ito)基板、有源玻璃基板薄膜晶体管(thin film transistor，tft)阵列基板、有源硅基互补氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，cmos)阵列基板。其中，基于非晶硅(amorphous silicon，a-si)/氧化物(oxide)/低温多晶硅(low-temperaturepolysilicon，ltps)等多种tft技术的有源数字微流控芯片，以及单层/多层电极无源数字微流控芯片，可应用于pcr扩增、基因建库、免疫检测、单细胞分析等领域。

6、但是，这些基板芯片都存在一些问题：

7、(1)无源pcb基板和无源通明玻璃(如镀涂布ito导电膜)基板芯片，受驱动线数限制，因此实现高通量比较困难。

8、(2)有源cmos ewod芯片，它采用全半导体工艺制备，但这种制备方式成本较高，特别是制备面积较大的硅基cmos ewod芯片。而且在进一步提高通量时，需要增加芯片面积和缩小单元像素，但这会受到成品率的影响，从而进一步增加成本。

9、(3)有源玻璃基板tft ewod芯片盒是目前发展较快的技术之一，但是与可处理数十个样本的无源pcb基板和单层/多层电极无源通明玻璃基板芯片相比，tft基板芯片处理通量只能达到上千，与可上百万的样本通量的连续流体微流控等技术相比，通量数存在一定的差距。而且，tft ewod芯片在大规模生产线的设计产品像素分辨率通常为百微米左右，提高分辨率时会降低成品率并增加产品价格。因此，按照现有生产线生产通用型产品是一个较好的选择，但需要调整增大芯片面积，相应的成本也会增加。

10、(4)tft和cmos阵列芯片主要承接成熟的液晶显示制作技术，其上层和下层边框封接采用高可靠性的粘结材料，如环氧树脂等。这种设计对于tft显示等应用非常牢固可靠，然而，对于微流控芯片盒来说，并不需要如此高的长寿命设计制作。

技术实现思路

1、为了解决以上技术问题，本发明提供了一种有源电浸润微流控芯片及其制作装置。

2、本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案实现：

3、本发明的第一方面是提供一种有源电浸润微流控芯片，包括：

4、一第一部分，所述第一部分包括：一下基板疏水绝缘层，设置于一下基板的上表面，所述下基板疏水绝缘层中设有一有源芯片和至少一液滴；

5、一第二部分，所述第二部分包括：一导电层和一上基板疏水绝缘层，所述上基板疏水绝缘层通过所述导电层设置于一上基板的下表面；

6、一包含有第一支撑物的封接框，设置于所述上基板疏水绝缘层和所述下基板疏水绝缘层之间，以形成封闭的液滴流动腔体；

7、其中，在所述有源电浸润微流控芯片测试完成后，所述封接框被去除以分开所述第一部分和所述第二部分。

8、优选地，所述下基板疏水绝缘层包括：

9、至少一第一绝缘层，设置于所述下基板的上表面，且所述至少一第一绝缘层中的第一区域设有所述有源芯片，所述至少一第一绝缘层中的第二区域设有所述至少一液滴；

10、一第一疏水层，设置于所述至少一第一绝缘层的上表面，且所述封接框设置于所述第一疏水层和所述上基板疏水绝缘层之间。

11、优选地，所述上基板疏水绝缘层包括：

12、一第二绝缘层，所述至少一第二绝缘层通过所述导电层设置于所述上基板的下表面；

13、一第二疏水层，设置于所述第二绝缘层背向所述导电层的一侧表面，且所述封接框设置于所述下基板疏水绝缘层和所述第二疏水层之间。

14、优选地，所述封接框采用可清洗的紫外线固化树脂材料，所述紫外线固化树脂材料包含有所述第一支撑物；或

15、所述封接框采用可拆卸的硅胶材料，所述硅胶材料包含有所述第一支撑物。

16、优选地，还包括：

17、一含有第二支撑物的支撑点，设置于所述第一部分和所述第二部分之间的中间区域；

18、其中，在所述有源电浸润微流控芯片测试过程中，所述液滴的运动路径避开所述支撑点；

19、在所述有源电浸润微流控芯片测试完成后，所述支撑点与所述封接框同时被去除以分开所述第一部分和所述第二部分。

20、本发明的第二方面是提供一种有源电浸润微流控芯片的制作装置，用于制作如上述的有源电浸润微流控芯片，包括：

21、一第一壳体以及设置于所述第一壳体内部的一制作平台、一上基板支撑装置和一升降装置；

22、所述制作平台用于放置所述有源电浸润微流控芯片的第一部分；

23、所述第一部分上设置有一包含有第一支撑物的封接框；

24、所述上基板支撑装置设置于所述制作平台的一侧，用于放置所述有源电浸润微流控芯片的第二部分；

25、所述升降装置设置于所述制作平台的底部，用于驱动所述制作平台升降；

26、一控制装置，分别连接所述上基板支撑装置和所述升降装置，用于驱动所述上基板支撑装置将所述有源电浸润微流控芯片的第二部分覆盖所述封接框；以及用于在所述第二部分覆盖所述封接框时驱动所述制作平台上升，以使所述第一部分与所述第二部分通过所述封接框粘合形成封闭的腔体。

27、优选地，所述上基板支撑装置包括：

28、两个第一支撑架，对称的设置于所述制作平台的两侧；

29、一第二支撑架，所述第二支撑架包括一固定端和一自由端，所述固定端与其中一侧所述第一支撑架旋转连接；

30、所述第二支撑架包括一可嵌入放置所述第二部分的金属框，用于所述上基板支撑装置控制使第二部分与所述第一部分平行对齐，且所述自由端与另一侧所述第一支撑架锁紧。

31、优选地，还包括：

32、一支架，设置于所述制作平台的另一侧；

33、一摄像机，通过一第一机械臂与所述支架转动连接，且所述摄像机与所述控制装置电连接。

34、优选地，还包括：

35、一滴胶头，通过一第二机械臂与所述支架转动连接，所述滴胶头内容纳有可清洗的紫外线固化树脂材料；

36、一紫外光辐射头，通过一第三机械臂与所述支架转动连接；

37、所述控制装置与所述滴胶头和所述紫外光辐射头电连接，用于控制所述滴胶头转动至所述第一部分的上方，并在所述第一部分上涂覆所述可清洗的紫外线固化树脂材料，形成包含有所述第一支撑物的所述封接框；以及用于控制所述紫外光辐射头转动至所述第一部分的上方，并发射紫外光以固化所述封接框。

38、优选地，所述第一壳体内部还设有：

39、一第一连接点和一第二连接点，所述第一连接点和所述第二连接点分别用于与所述有源电浸润微流控芯片的所述第一部分和所述第二部分的金手指连接；

40、一注入装置，用于向制作得到的所述有源电浸润微流控芯片注入硅油和测试试剂；

41、一水平移动装置，设置于所述制作平台的底部且位于所述升降装置的上方；

42、所述控制装置与所述水平移动装置和一测试仪电连接，用于驱动所述制作平台水平移动至所述测试仪内，以进行测试；

43、一液槽，所述液槽内容纳有清洗液，用于将测试完成的所述有源电浸润微流控芯片除金手指外的其他部分浸泡在所述清洗液中，去除所述封接框，以分开所述有源电浸润微流控芯片的第一部分和第二部分。

44、本发明技术方案的优点或有益效果在于：

45、(1)通过封接框对有源电浸润微流控芯片的第一部分和第二部分通过进行封接，相比现有的永久性环氧树脂，封接框能够在微流控测试完成后被去除，从而使第一部分和第二部分分开，使得第一部分和第二部分无需作为耗材处理，可重复利用，进而降低微流控测试的成本；

46、(2)封接框中包含有第一支撑物，以支撑有源电浸润微流控芯片的第一部分和第二部分，避免上下基板贴合导致液滴流动困难或不能流动的问题。