(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211033472.8 (22)申请日 2022.08.26 (71)申请人 河南工业大 学 地址 450001 河南省郑州市高新 技术产业 开发区莲 花街100号 (72)发明人 关炎芳　郭铭硕　王小良　吕峰　 原茂森　崔堂勇　骆庆　黄庆虎　 王宗才　雷辉　陈大立　 (74)专利代理 机构 洛阳九创知识产权代理事务 所(普通合伙) 41156 专利代理师 闫宗莉 (51)Int.Cl. B03C 5/00(2006.01) B03C 5/02(2006.01) C12M 1/42(2006.01)C12M 1/00(2006.01) (54)发明名称 一种微流控介电泳芯片及其制作方法和在 液态金属微粒分选中的应用 (57)摘要 本发明涉及一种微流控介电泳芯片及其制 作方法和在液态金属微粒分选中的应用， 该微流 控介电泳芯片 包括微电极和微通道， 所述微电极 包括玻璃基底和位于玻璃基底上的两个金属铬 电极， 每个金属铬电极均包括波浪段和连接在波 浪段端部的引脚段， 两个金属铬电极的波浪段之 间相互平行， 且两个金属铬电极的引脚段相互背 离； 所述微通道为下表面 设有内凹通道的PMDS盖 片， 微通道通过PMDS与微电极键合封装， 两个金 属铬电极的波浪段均位于微通道的内凹通道内。 本发明通过介电泳微流控技术对液态金属颗粒 实现其颗粒分选、 捕获功能， 其分选效率达到 95％以上， 可以拓宽介电泳微流控技术在生物标 志物检测和细胞分选中的应用。 权利要求书1页 说明书10页 附图9页 CN 115400879 A 2022.11.29 CN 115400879 A 1.一种微流控介电泳芯片， 其特征在于， 包括微电极和微通道， 所述微电极包括玻璃基 底和位于玻璃基底上的两个金属铬电极， 每个金属铬电极均包括波浪段和连接在波浪段端 部的引脚段， 两个金属铬电极的波浪段之间相互平行， 且两个金属铬电极的引脚段相互背 离； 所述微通道 为下表面设有内凹通道的P MDS盖片， 微通道 通过PMDS与微电极键合封装， 两 个金属铬电极的波浪段均位于微 通道的内凹通道内。 2.根据权利要求1所述的一种微流控介电泳芯片， 其特征在于， 所述波浪段的宽度为 100 μm， 两个金属铬电极的波浪段之间的间距 为100 μm， 两条波浪段形成的分选区宽度为850 μm。 3.根据权利要求1所述的一种微流控介电泳芯片， 其特征在于， 所述微通道包括通道本 体、 位于通道本体一端的两个入口和位于通道本体另一端的一个出 口， 通道本体包括依 次 连通的入口段、 分选段和出口段， 分选段的一端分别通过两个入口段和两个入口连通， 分选 段的另一端通过一个出口段和出口连通。 4.根据权利要求3所述的一种微流控介电泳芯片， 其特征在于， 所述内凹通道的深度为 0.5mm， 分选段的宽度为2m m， 入口段和出口段的宽度均为1m m。 5.如权利要求3所述的一种微 流控介电泳芯片的制作方法， 其特 征在于， 包括以下步骤 S1： 制作微电极： 通过光刻、 湿法腐蚀在玻璃基底上制作出 金属铬电极以形成微电极； S2： 制作微通道： 另取玻璃基底， 在玻璃基底上围出容置腔， 将微通道阳模固定在容置 腔内， 向容置腔内浇注PDMS并进行固化处理以形成PMDS盖片； 将PMDS盖片从容置腔中取出 后， 再取出阳模， 即形成微 通道， 其中阳模所在位置为内凹通道； S3： 微电极与微通道键合、 封装： 将PMDS盖片的下表面涂抹PMDS， 并覆盖在金属铬电极 所在的玻璃基底上， 使 得金属铬电极的波浪段位于内凹通道内， 经固化处理， 即制得微流控 介电泳芯片。 6.根据权利要求5所述的一种微流控介电泳芯片的制作方法， 其特征在于， 在步骤S2 中， 所述容置腔由玻璃基底及四块载玻片围成， 四块载玻片首尾相 接且均粘结在玻璃基底 上。 7.根据权利要求5所述的一种微流控介电泳芯片的制作方法， 其特征在于， 在步骤S2 中， 所述阳模 包括板坯和固定在板坯两端的、 分别用于成型微 通道入口和出口 的凸起物。 8.根据权利要求7所述的一种微流控介电泳芯片的制作方法， 其特征在于， 在步骤S2 中， 容置腔内浇注P DMS的高度不高于凸起物的高度。 9.根据权利要求3所述的一种微 流控介电泳芯片在液态金属微粒分选中的应用。 10.根据权利要求9所述的一种微流控介电泳芯片在液态金属微粒分选中的应用， 其特 征在于， 首先， 从微通道的一个入口向微通道内通入含有液态金属微粒的待分选溶液， 待分 选溶液充满内凹通道后， 开启与微流控介电泳 芯片连接的超声功率放大器以及与超声功 率 放大器连接的函数信号发生器， 调节函数信号发生器的参数并经超声功 率放大器放大后向 微流控介电泳 芯片提供非均匀电场， 液态金属微粒在非均匀电场的作用下由金属铬电极捕 获， 再关闭通入待分选溶液的入口， 从微通道的另一个入口通入介质溶液， 同时断开超声功 率放大器， 液体金属微粒失去金属铬电极的捕获后随介质溶 液流出内凹通道， 以实现分选 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115400879 A 2一种微流控介电泳芯片及其制作方 法和在液态金属微 粒分选 中的应用 技术领域 [0001]本发明涉及分选芯片领域， 具体的说是一种微流控介电泳芯片及其制作方法和在 液态金属微粒分选中的应用。 背景技术 [0002]近几十年来， 微流控技术因其小型化、 便携化、 集成化、 自动化、 低成本、 高通量和 操作简单等优点而受到广泛关注。 它是一个跨学科的领域， 融合了化学、 物理、 生命 科学、 微 电子学、 材料学、 计算机科学等视角， 已应用于体外诊断(IVD)、 液体活检、 环 境与生化分析、 单细胞分析、 核酸分析等。 更具体地说， 在小芯片、 微流控系统中实现了常规的混合、 分离、 富集、 操作、 分选检测、 合成和细胞培养等分析分析步骤。 微流体快速有效地分离细胞的能 力通常依赖于外部力场， 如光学、 电子、 磁场或声学。 基于声流和辐射力的BA W操作具有广泛 的应用前景， 其优点包括多功能性、 生物相容性、 精度、 灵活性、 紧凑性和成本效益， 以及易 于与其他微流控技术集成。 迄今为止， 在各种流体介质(如空气、 全血或痰)中， 广泛的粒径 范围从毫米到毫米的颗粒都已成功地利用这项技 术进行控制。 [0003]微流控技术发展现状； 微流控介电泳技术在近些年间发展非常迅速， Morgan等人 于1999年设计了一种多项式电极实现了烟草花叶病毒(TMV)和单纯疱疹病毒(HSV) Ⅰ型的捕 获和分类； Li等人于2012年提出了一种波浪状微流控介电泳芯片， 在施加不同的直流电压 情况下， 实现了聚苯乙烯 微粒和酵母细胞的分离； Pilloni等人于2016年提出了一种新的设 计， 利用单独可寻址的平面和三维碳 微电极， 通过介电泳力在三维空间中操纵粒子 。 [0004]L.Yu,C.Iliescu等人设计了的断续流分离芯片模型， 该模型 的微通道形状、 大小 可以发生改变， 导致通道中的电场分布发生变化， 形成非匀强电场。 该芯片的工作流程如 下： 把A、 B两种混合样品通入微通道中， 由于非匀强电场的作用， 不同样品的介电响应不同， 导致样品聚集在通道中的不同位置。 这时， 在通道的一端施压， 聚集在通道中间的A粒子就 会随着气 压流动， 先从通道中流出。 待通道中A粒子全部流出去后， 断开通道中的电信号， 凹 槽中的B粒子由于没有介电泳力的作用， 最 终随气流流出， 这样便在时间上实现两种混合样 品的分离。 为实现不同尺寸粒子的分离操作， 09年Yusukawa等人对交叉指型电极进行了改 进。 这一结构的设计理念比较新颖， 通过介电泳力与粒子直径三次方成正比的关系， 设计了 一种微电极， 不同尺寸粒子在经过通道 时， 由于受到不同大小力的作用逐渐分布在电极结 构的不同位置处。 右图为直径 为10 μm和3 μm两种粒子 混合溶液注入通道时， 两种粒子均受负 介电泳力因此混合在一起通过流道， 当经过一段时间后在出 口区域可以看出， 两窄电极之 间只有直径为3 μm 的粒子， 而直径为10 μm粒子则在一宽一窄两电极之间。 这是因为， 在通道 中直径较大 的粒子在宽电极处的强电场作用下， 逐渐转移至指定的区域。 利用介电泳进行 分离的研究从上世纪90年代以后进入了快速发展时期， 世界上很多课题组均实现了利用介 电泳进行粒子分离的操作， 如Mor gan等人进行了不同尺寸聚苯乙烯微球的分离、 Yang等人 进行了白血球的差别 分析； 国内的清华大学、 东南大学等单位也分别在这一领域展开了深说　明　书 1/10 页 3 CN 115400879 A 3