罗智杰 罗健坤 路亚旭 赵稳稳 谢淑婷 周国富

摘 要： 基于介電润湿效应的数字微流控技术是近年来出现的一种能够在平面上操控体积为微升、纳升级别液滴的新技术。针对目前对微流控精准驱动与控制的迫切需求，从介电润湿驱动机理分析入手，开展微量液滴驱动理论研究，设计实现了一款低电压驱动微流控芯片。同时通过建立液滴模型与分析液滴连续运动的特性，提出一个改进的芯片?液滴等效电容系统模型。根据这个模型，设计一套高智能化和精确度的液滴运动定位反馈系统。液滴移动实验表明设计的液滴定位反馈系统能精确地定位液滴当前的运动位置与状态。实时地把定位信息准确地反馈到驱动系统，提高了液滴移动的连续性和液滴移动速度。

关键词： 介电润湿； 微流控； 等效电容系统； 液滴驱动理论； 液滴模型； 液滴运动定位

中图分类号： TN958.98?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）08?0017?05

Abstract： Digital microfluidic control technology based on the dielectric wetting effect is a new technology appearing in recent years， which can control the liquid droplet in the microliter and nanoliter level on a plane. In allusion to the current urgent need of microfluidic accurate drive and control， the microscale droplet drive theory research is conducted proceeding from the analysis of dielectric wetting drive mechanism， and a low voltage chip for driving microfluidic was designed and realized. An improved chip?droplet equivalent capacitance system model is proposed by establishing the droplet model and analyzing the continuous motion characteristic of the droplet. Based on the model， a set of high intelligent and accurate droplet movement positioning and feedback system was designed. The droplet movement experiment shows that the designed droplet positioning and feedback system can precisely locate the current motion position and state of the droplet. By accurately feeding back the positioning information to the drive system in real time， the continuity and speed of droplet movement are improved.

Keywords： dielectric wetting； microfluidic control； equivalent capacitance system； droplet drive theory； droplet model； droplet movement positioning

液滴微流控又称数字微流控，该技术具有样品消耗量少、反应快、传质传热效果好、无交叉污染等优点，是微流控技术的研究热点。经典的微流控芯片主要对连续流体进行操作，是通过微细加工技术将微流道、微泵、微阀、微储液器、微电极、检测元件、窗口和连接器等功能元器件像集成电路一样，集成在芯片材料上的微全分析系统[1]。最近10年，基于介电润湿的数字微流控芯片成为很多微流控研究机构的研究重点，并且取得了极大的进展。目前能被操控液滴的体积已达到微升甚至是纳升，从而可以在微尺度下对不同类型的液滴进行驱动控制[2?5]。……