项目名称: 封闭型与开放型集成的数字微流控芯片中液滴驱动机制与操控研究

项目编号: No.61504060

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 无线电电子学、电信技术

项目作者: 王伟强

作者单位: 南京理工大学

项目金额: 21万元

中文摘要: 基于电场驱动的数字微流控(Digital Microfluidics,简称DMF)芯片有封闭型和开放型两种基本构型,多功能自动化芯片微全分析系统的发展要求新型DMF芯片兼具这两种芯片构型的优点。以往对这种封闭区开放区集成芯片的研究局限于水滴在低频电场下的驱动,不具有普适性。本项目针对集成芯片上的液滴驱动与控制开展通用性的深入研究。通过建立普适性的力学分析模型和吉布斯表面能模型,探讨各种液滴在封闭区开放区界面上的驱动机制。实验研究液滴的片上运动特性,验证理论模型的结果。优化芯片设计,利用倒角界面减小液滴的粘附效应,研究开放区可分离的接触式集成芯片。制备疏油表面,开发可用于水油液滴共片驱动的集成芯片。本项目对多种液滴在集成芯片上驱动控制的理论和实验研究,将有助于增进液滴驱动机制的理解,提高集成芯片中液滴驱动可靠性,促进集成芯片在自动控制的多功能微全分析系统中的应用。

中文关键词: 数字微流控;电润湿;液滴运动;疏油

英文摘要: In electric-field-mediated digital microfluidics (DMF), there are two distinct architectures - closed systems using parallel-plate electrodes and open systems using coplanar electrodes fabricated on an open substrate. Many envisioned chemical and biological processes in Micro-Total-Analysis-Systems (μTAS) require the combination of both closed and open systems and the ability to move the droplets back and forth between the two. Previous study on closed-and-open integrated DMF systems is quite limited to water droplets under low frequency electric-field actuation. In this project, we provide general theoretical and experimental studies on droplet actuation in such integrated DMF systems. Gibbs surface energy modeling and the method of force balance analysis will be used to investigate droplet actuation mechanism during its transport through the interface between closed and open sections. On-chip droplet actuation will be demonstrated to test the theoretical predictions. To optimize the chip design, we use a beveled edge at the closed and open interface to facilitate droplet detachment, and develop an integrated chip with separable open sections. High-performance oleophobic surfaces will be fabricated and used in integrated DMF chips for simultaneous actuation of both water and oil droplets. The theoretical modeling and experimental results in this project will be helpful to improve our understanding of the integrated DMF chip in its actuation mechanism and actuation performances. This study is of important significances to further applications of integrated DMF chips in multifunctional complex μTAS systems.

英文关键词: Digital microfluidics;Electrowetting;Droplet transport;Oleophobic

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