本發(fā)明涉及一種基于誘導(dǎo)電荷電滲和介電泳的微尺度顆粒分離芯片及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

微尺度顆粒的分離是解決水質(zhì)監(jiān)測，癌癥的早期診斷，環(huán)境的檢測等重要問題中的一個關(guān)鍵步驟。為此，諸如電滲、電泳、介電泳、慣性力和離心等分離方法被提出。在這些分離方法中，介電泳是一種比較操作簡單，可控性比較強分離方法，因為基于介電泳的顆粒分離的操作過程沒有移動的機械零件，使用電場操控，操作沒有生物標(biāo)記?；诮殡娪具B續(xù)性顆粒分離的微流控芯片已經(jīng)成功地為檢測病原體及時診斷治療和檢測細(xì)菌進(jìn)行水質(zhì)分析方面提供了重要的支撐。將混合顆粒聚集為一條理想寬度的粒子流能夠保證所有顆粒進(jìn)入介電泳力作用范圍之前沿著相同軌跡移動和從相同的位置進(jìn)入介電泳力作用范圍，因此它是基于介電泳連續(xù)性顆粒分離的一項重要的步驟。但是，這個步驟的實現(xiàn)通常僅僅依賴于流體擠壓效應(yīng)。這個效應(yīng)共有四個步驟：(1)將含有顆粒的溶液注入裝置的一個裝置的入口；(2)將緩沖溶液注入到剩余的一個或多個入口；(3)通過調(diào)節(jié)外接微泵或者液面差去調(diào)節(jié)流體的流速；(4)在流體達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)時，顆粒在流體擠壓效應(yīng)下被聚集為一條粒子流。運用上述聚集方法的介電泳連續(xù)性顆粒分離方法，雖然已經(jīng)被用到多種顆粒的分離，并且具有較高的分離效率，但是其操作過程中復(fù)雜的流體控制和冗余的外接設(shè)備(多個流體微泵)使得該方法不能夠與其他微流控芯片進(jìn)行集成，實現(xiàn)一些綜合的功能。因此需要尋找一種更好的顆粒聚集方法代替當(dāng)前的這種流體擠壓效應(yīng)去改善當(dāng)前的基于介電泳連續(xù)性顆粒分離方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的基于介電泳連續(xù)性顆粒分離方法中顆粒聚集過程需要復(fù)雜地流體操控和不緊湊的外接設(shè)備，無法直接與其它微流控芯片進(jìn)行集成等問題，而利用誘導(dǎo)電荷電滲效應(yīng)代替流體擠壓效應(yīng)去完成顆粒聚集過程，提出一種基于誘導(dǎo)電荷電滲和介電泳的微尺度顆粒分離芯片及其制備方法與應(yīng)用。

一種基于誘導(dǎo)電荷電滲和介電泳的微尺度顆粒分離芯片由PDMS蓋片和ITO玻璃基底組成；所述PDMS蓋片鍵合在ITO玻璃基底上，在PDMS蓋片上印刷有通道；所述通道的左端設(shè)置有入口，所述通道的右端設(shè)置有第三出口，所述通道中間位置的垂直方向上對稱設(shè)置有第一出口和第二出口，在所述第三出口的側(cè)下方設(shè)置有第四出口，所述第三出口的出口方向與所述第四出口的出口方向呈6°角設(shè)置；在所述通道的中間位置分隔為三個區(qū)域，左側(cè)為聚集區(qū)，右側(cè)為分離區(qū)，中間為過渡區(qū)；所述分離區(qū)的左端為窄入口，所述第一出口、第二出口和窄入口設(shè)置在過渡區(qū)內(nèi)；設(shè)置在分離區(qū)內(nèi)的通道的一側(cè)為電極側(cè)，電極側(cè)相對的一側(cè)為第四出口側(cè)；

所述的ITO玻璃基底上固定有第一激發(fā)電極、第二激發(fā)電極、第三激發(fā)電極、第四激發(fā)電極、第五激發(fā)電極、第六激發(fā)電極、第七激發(fā)電極、第八激發(fā)電極和懸浮電極；

所述懸浮電極設(shè)置在聚集區(qū)內(nèi)；所述第一激發(fā)電極的內(nèi)側(cè)和第二激發(fā)電極的內(nèi)側(cè)分別設(shè)置在懸浮電極的兩側(cè)，且關(guān)于懸浮電極中心線對稱；所述第三激發(fā)電極的內(nèi)端部、第四激發(fā)電極的內(nèi)端部、第五激發(fā)電極的內(nèi)端部、第六激發(fā)電極的內(nèi)端部、第七激發(fā)電極的內(nèi)端部和第八激發(fā)電極的內(nèi)端部從左至右依次設(shè)置在電極側(cè)；

所述的第一激發(fā)電極、第二激發(fā)電極、第三激發(fā)電極、第四激發(fā)電極、第五激發(fā)電極、第六激發(fā)電極、第七激發(fā)電極、第八激發(fā)電極和懸浮電極是在ITO玻璃基底的表面導(dǎo)電側(cè)通過軟光刻技術(shù)處理得到的。

本發(fā)明的所述第一出口的出口寬度為350微米，第二出口的出口寬度為350微米，所述分離區(qū)內(nèi)的通道的寬度為200微米；所述第三激發(fā)電極、第四激發(fā)電極、第五激發(fā)電極、第六激發(fā)電極、第七激發(fā)電極和第八激發(fā)電極中相鄰兩個電極的內(nèi)端部的距離相等。

所述通道對緩沖液和顆粒有導(dǎo)向作用。

本發(fā)明一種基于誘導(dǎo)電荷電滲和介電泳的微尺度顆粒分離芯片的制備方法具體是按以下步驟進(jìn)行的：

一、電極的加工：

①、清洗ITO玻璃：首先將ITO玻璃依次置于丙酮、酒精和去離子水中超聲清洗10min～15min，氮氣吹干，然后將氮氣吹干后的ITO玻璃置于溫度為100℃～120℃下加熱10min～15min，自然冷卻至室溫，得到預(yù)處理后的ITO玻璃；

②、甩膠：在通風(fēng)潔凈的環(huán)境下，向預(yù)處理后的ITO玻璃上滴加AZ光刻膠，當(dāng)?shù)渭右坏误w積約為20微升的光刻膠后要翻轉(zhuǎn)預(yù)處理后的ITO玻璃，在5min中內(nèi)將AZ光刻膠覆蓋至處理后的ITO玻璃表面三分之二的面積，得到涂膠后的ITO玻璃，然后將涂膠后的ITO玻璃送入勻膠機中，在轉(zhuǎn)速為3300r/min的條件下進(jìn)行勻膠，得到勻膠后的ITO玻璃；

③、曝光：在溫度為100℃的熱板上，將甩膠后的ITO玻璃加熱6min，自然冷卻至室溫，然后利用曝光箱進(jìn)行曝光，曝光時間為195s，得到曝光后的ITO玻璃；

④、顯影：利用正光刻膠顯影液對曝光后的ITO玻璃進(jìn)行顯影，顯影時間為5min～7min，得到顯影后的ITO玻璃，采用清水對顯影后的ITO玻璃進(jìn)行沖洗后，采用氮氣吹干，置于顯微鏡下觀察，如顯影不徹底可再次進(jìn)行顯影，最終得到顯影完全的ITO玻璃；

⑤、堅膜：在溫度為120℃的熱板上，將顯影徹底的ITO玻璃進(jìn)行堅膜，堅膜時間為6min～8min，自然冷卻至室溫，得到堅膜后的ITO玻璃；

⑥、刻蝕：將堅膜后的ITO玻璃放入濃鹽酸中進(jìn)行刻蝕，刻蝕時間為25min～35min，在刻蝕過程中每隔5min進(jìn)行一次搖晃，采用清水對刻蝕后的ITO玻璃進(jìn)行清洗，采用氮氣吹干，置于顯微鏡下觀察，如刻蝕不徹底可再次進(jìn)行刻蝕，最終得到刻蝕徹底的ITO玻璃；

⑦、去除光刻膠：將刻蝕完全的ITO玻璃置于去膠溶液中浸泡，去除光刻膠，然后依次采用洗潔精、酒精和去離子水進(jìn)行沖洗，氮氣吹干，置于烤箱中烘干，得到ITO玻璃基底；

二、通道模具的加工：

①、采用長為6厘米寬為4厘米的玻璃作為通道模具的基底，先采用洗潔精清洗后再采用去離子水沖洗，采用氮氣吹干，得到潔凈的玻璃；

②、在溫度為120℃的條件下潔凈的玻璃進(jìn)行烘烤，自然冷卻至室溫，得到干燥的玻璃；

③、在沒有白光的條件下，將干膜按照干燥的玻璃的尺寸進(jìn)行裁剪，然后將干膜粘貼在干燥的玻璃上，得到粘貼有干膜的玻璃；

④、對貼好干膜的玻璃依次進(jìn)行曝光和顯影后，在溫度為50℃的條件下，將顯影完全的粘貼有干膜的玻璃置于烤板上進(jìn)行堅膜，堅膜時間為3min～6min，自然冷卻至室溫，得到通道模具；

三、PDMS蓋片加工：

①、PDMS蓋片材料的配制：將PDMS與固化劑混合，攪拌均勻，得到PDMS蓋片材料；所述的PDMS與固化劑的質(zhì)量比為10:1；

②、澆筑通道：用錫箔紙將通道模具包覆成方形開口槽，且通道模具的通道一側(cè)朝上放置，然后把錫箔紙包好的通道模具放置在真空釜中，將70μL～100μL的三甲基氯硅烷注入真空釜中，抽真空3min～4min，靜置10min～15min，再在硅烷處理后的通道模具上澆筑步驟三①中配制的PDMS蓋片材料，抽真空35min～40min，保證無氣泡后，置于溫度為80℃～100℃下加熱2.5h～3.5h，進(jìn)行固化；

③、PDMS通道處理：采用刀片將位于通道模具邊緣外側(cè)的固化后的PDMS蓋片材料切除，將PDMS蓋片材料和通道模具通過鑷子進(jìn)行分離，得到PDMS蓋片；

四、芯片的制備：

將ITO玻璃基底設(shè)有電極的一側(cè)和PDMS蓋片設(shè)有流道的一側(cè)朝上，并列置于等離子機的腔室內(nèi)，在腔室壓力為700毫托及等離子發(fā)生器功率為20W的條件下曝光32s，然后在顯微鏡下，將ITO玻璃基底設(shè)有電極的一側(cè)和PDMS蓋片設(shè)有流道的一側(cè)相對放置，將ITO玻璃基底上的電極和PDMS蓋片上的通道按照對應(yīng)的位置進(jìn)行對齊后靜置15min；保證ITO玻璃基底和PDMS蓋片不發(fā)生錯位的情況下，將它們移動到熱板上，在溫度為50℃的環(huán)境中進(jìn)行加固處理，加固處理時間為1h，得到基于誘導(dǎo)電荷電滲和介電泳的微尺度顆粒分離芯片。

本發(fā)明一種基于誘導(dǎo)電荷電滲和介電泳的微尺度顆粒分離芯片的應(yīng)用是將基于誘導(dǎo)電荷電滲和介電泳的微尺度顆粒分離芯片用于微尺度顆粒分離，具體是按以下步驟進(jìn)行的：

一、待分離顆粒溶液的制備：向去離子水中加入氯化鉀，得到電導(dǎo)率為1mS/m的緩沖液；將混合顆粒溶液裝入離心管在離心機中進(jìn)行離心分離，采用移液器將離心管中的上層溶液吸走，將電導(dǎo)率為1mS/m的緩沖液注入離心管中，得到待分離顆粒溶液；

二、A溶液的制備：將無水乙醇與吐溫溶液混合，得到A溶液；所述的無水乙醇與吐溫的體積比為(7～9):1；

三、混合顆粒的分離：

①、采用A溶液對基于誘導(dǎo)電荷電滲和介電泳的微尺度顆粒分離芯片內(nèi)的通道進(jìn)行浸泡，浸泡時間為30min，得到預(yù)處理后的微流控芯片；

②、打開與顯微鏡相連接的計算機、信號發(fā)生器、信號放大器、示波器、顯微鏡、CCD照相機，觀察設(shè)備運轉(zhuǎn)是否正常，然后打開CellSens Entry圖像采集軟件，將實時觀察顯微鏡載物臺；調(diào)好芯片位置和焦距，將預(yù)處理后的微流控芯片固定在載物臺上；

③、將信號發(fā)生器的第一輸出通道的正極與第一激發(fā)電極相連，信號發(fā)生器的第一輸出通道的負(fù)極與第二激發(fā)電極相連，所述信號發(fā)生器的第二輸出通道的輸出導(dǎo)線與信號放大器的輸入端相連，所述信號放大器的輸出端的正極分別與第三激發(fā)電極、第五激發(fā)電極和第七激發(fā)電極相連，所述信號放大器的輸出端的負(fù)極分別與第四激發(fā)電極、第六激發(fā)電極和第八激發(fā)電極相連，將信號發(fā)生器的第一輸出通道的信號設(shè)為幅值為6伏特、頻率為200赫茲的交流信號，將信號發(fā)生器的第二輸出通道設(shè)為幅值8伏特、頻率為1兆赫茲的交流信號，并在示波器中觀察第二輸出通道的輸出信號經(jīng)放大器處理后是否為幅值8伏特，頻率為1兆赫茲；

④、將待分離溶液從預(yù)處理后的微流控芯片的混合顆粒入口注入，當(dāng)流體達(dá)到平衡狀態(tài)，給信號發(fā)生器的第一輸出通道通電，通過誘導(dǎo)電荷電滲對顆粒進(jìn)行聚集；然后給信號發(fā)生器的第二輸出通道通電，在分離區(qū)域中激發(fā)交流電場進(jìn)行顆粒分離，即完成微尺度顆粒的分離。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明運用誘導(dǎo)電荷電滲代替流體擠壓效應(yīng)通過電控實現(xiàn)顆粒聚集，提出了一種新的顆粒分離方法，拋棄了復(fù)雜的流體控制和冗余的外接設(shè)備，使芯片的結(jié)構(gòu)簡化，小型化，易于集成。聚集區(qū)域的入口設(shè)計成喇叭形狀，能夠?qū)⑦M(jìn)入聚集區(qū)域的顆粒都經(jīng)過懸浮電極，通過誘導(dǎo)電荷電滲的作用聚集為粒子流，提高了顆粒的聚集效率。本發(fā)明通過改變第一出口和第二出口的寬度可以改變粒子流的軌跡和行進(jìn)速度；如果顆?？拷姌O側(cè)運動，可以實現(xiàn)相同介電特性的顆粒的分離，如果顆粒沿著中間運動，可以實現(xiàn)不同介電特性的顆粒的分離。所述第三出口的出口方向與所述第四出口的出口方向呈6°角設(shè)置，為顆粒的橫向位移提供了足夠的空間，確保了顆粒的成功分離。

附圖說明

圖1為基于誘導(dǎo)電荷電滲和介電泳的微尺度顆粒分離芯片的俯視圖；

圖2為A的局部放大圖；

圖3為當(dāng)?shù)诙隹诘膶挾葹?50微米、窄入口的寬度為200微米時粒子流的偏移量與第一出口的寬度的變化關(guān)系曲線；

圖4為當(dāng)?shù)诙隹诘膶挾葹?50微米、窄入口的寬度為200微米時窄入口處流體的流速與第一出口的寬度的變化關(guān)系曲線；

圖5為當(dāng)?shù)诙隹诘膶挾葹?50微米、窄入口的寬度為200微米時第一出口處流體的流速與第一出口的寬度的變化關(guān)系曲線；

圖6為當(dāng)?shù)诙隹诘膶挾葹?50微米、窄入口的寬度為200微米時第二出口處流體的流速與第一出口的寬度的變化關(guān)系曲線。

具體實施方式

具體實施方式一：結(jié)合圖1和圖2具體說明本實施方式，本實施方式一種基于誘導(dǎo)電荷電滲和介電泳的微尺度顆粒分離芯片由PDMS蓋片9和ITO玻璃基底13組成；所述PDMS蓋片9鍵合在ITO玻璃基底13上，在PDMS蓋片9上印刷有通道；所述通道的左端設(shè)置有入口15，所述通道的右端設(shè)置有第三出口10，所述通道中間位置的垂直方向上對稱設(shè)置有第一出口2和第二出口12，在所述第三出口10的側(cè)下方設(shè)置有第四出口11，所述第三出口10的出口方向與所述第四出口11的出口方向呈6°角設(shè)置；在所述通道的中間位置分隔為三個區(qū)域，左側(cè)為聚集區(qū)17，右側(cè)為分離區(qū)18，中間為過渡區(qū)19；所述分離區(qū)18的左端為窄入口20，所述第一出口2、第二出口12和窄入口20設(shè)置在過渡區(qū)19內(nèi)；設(shè)置在分離區(qū)18內(nèi)的通道的一側(cè)為電極側(cè)，電極側(cè)相對的一側(cè)為第四出口側(cè)；

所述的ITO玻璃基底13上固定有第一激發(fā)電極1、第二激發(fā)電極14、第三激發(fā)電極3、第四激發(fā)電極4、第五激發(fā)電極5、第六激發(fā)電極6、第七激發(fā)電極7、第八激發(fā)電極8和懸浮電極16；

所述懸浮電極16設(shè)置在聚集區(qū)17內(nèi)；所述第一激發(fā)電極1的內(nèi)側(cè)和第二激發(fā)電極14的內(nèi)側(cè)分別設(shè)置在懸浮電極16的兩側(cè)，且關(guān)于懸浮電極16中心線對稱；所述第三激發(fā)電極3的內(nèi)端部、第四激發(fā)電極4的內(nèi)端部、第五激發(fā)電極5的內(nèi)端部、第六激發(fā)電極6的內(nèi)端部、第七激發(fā)電極7的內(nèi)端部和第八激發(fā)電極8的內(nèi)端部從左至右依次設(shè)置在電極側(cè)；

所述的第一激發(fā)電極1、第二激發(fā)電極14、第三激發(fā)電極3、第四激發(fā)電極4、第五激發(fā)電極5、第六激發(fā)電極6、第七激發(fā)電極7、第八激發(fā)電極8和懸浮電極16是在ITO玻璃基底13的表面導(dǎo)電側(cè)通過軟光刻技術(shù)處理得到的。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：所述第一出口2的出口寬度為350微米，第二出口12的出口寬度為350微米，所述窄入口20的寬度為200微米。其他與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同的是：所述第三激發(fā)電極3、第四激發(fā)電極4、第五激發(fā)電極5、第六激發(fā)電極6、第七激發(fā)電極7和第八激發(fā)電極8中相鄰兩個電極的內(nèi)端部的距離相等。其他與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：本實施方式一種基于誘導(dǎo)電荷電滲和介電泳的微尺度顆粒分離芯片的制備方法具體是按以下步驟進(jìn)行的：

一、電極的加工：

①、清洗ITO玻璃：首先將ITO玻璃依次置于丙酮、酒精和去離子水中超聲清洗10min～15min，氮氣吹干，然后將氮氣吹干后的ITO玻璃置于溫度為100℃～120℃下加熱10min～15min，自然冷卻至室溫，得到預(yù)處理后的ITO玻璃；

②、甩膠：在通風(fēng)潔凈的環(huán)境下，向預(yù)處理后的ITO玻璃上滴加AZ光刻膠，當(dāng)?shù)渭右坏误w積約為20微升的光刻膠后要翻轉(zhuǎn)預(yù)處理后的ITO玻璃，在5min中內(nèi)將AZ光刻膠覆蓋至處理后的ITO玻璃表面三分之二的面積，得到涂膠后的ITO玻璃，然后將涂膠后的ITO玻璃送入勻膠機中，在轉(zhuǎn)速為3300r/min的條件下進(jìn)行勻膠，得到勻膠后的ITO玻璃；

③、曝光：在溫度為100℃的熱板上，將甩膠后的ITO玻璃加熱6min，自然冷卻至室溫，然后利用曝光箱進(jìn)行曝光，曝光時間為195s，得到曝光后的ITO玻璃；

④、顯影：利用正光刻膠顯影液對曝光后的ITO玻璃進(jìn)行顯影，顯影時間為5min～7min，得到顯影后的ITO玻璃，采用清水對顯影后的ITO玻璃進(jìn)行沖洗后，采用氮氣吹干，置于顯微鏡下觀察，如顯影不徹底可再次進(jìn)行顯影，最終得到顯影完全的ITO玻璃；

⑤、堅膜：在溫度為120℃的熱板上，將顯影徹底的ITO玻璃進(jìn)行堅膜，堅膜時間為6min～8min，自然冷卻至室溫，得到堅膜后的ITO玻璃；

⑥、刻蝕：將堅膜后的ITO玻璃放入濃鹽酸中進(jìn)行刻蝕，刻蝕時間為25min～35min，在刻蝕過程中每隔5min進(jìn)行一次搖晃，采用清水對刻蝕后的ITO玻璃進(jìn)行清洗，采用氮氣吹干，置于顯微鏡下觀察，如刻蝕不徹底可再次進(jìn)行刻蝕，最終得到刻蝕徹底的ITO玻璃；

⑦、去除光刻膠：將刻蝕完全的ITO玻璃置于去膠溶液中浸泡，去除光刻膠，然后依次采用洗潔精、酒精和去離子水進(jìn)行沖洗，氮氣吹干，置于烤箱中烘干，得到ITO玻璃基底13；

二、通道模具的加工：

①、采用長為6厘米寬為4厘米的玻璃作為通道模具的基底，先采用洗潔精清洗后再采用去離子水沖洗，采用氮氣吹干，得到潔凈的玻璃；

②、在溫度為120℃的條件下潔凈的玻璃進(jìn)行烘烤，自然冷卻至室溫，得到干燥的玻璃；

③、在沒有白光的條件下，將干膜按照干燥的玻璃的尺寸進(jìn)行裁剪，然后將干膜粘貼在干燥的玻璃上，得到粘貼有干膜的玻璃；

④、對貼好干膜的玻璃依次進(jìn)行曝光和顯影后，在溫度為50℃的條件下，將顯影完全的粘貼有干膜的玻璃置于烤板上進(jìn)行堅膜，堅膜時間為3min～6min，自然冷卻至室溫，得到通道模具；

三、PDMS蓋片加工：

①、PDMS蓋片材料的配制：將PDMS與固化劑混合，攪拌均勻，得到PDMS蓋片材料；所述的PDMS與固化劑的質(zhì)量比為10:1；

②、澆筑通道：用錫箔紙將通道模具包覆成方形開口槽，且通道模具的通道一側(cè)朝上放置，然后把錫箔紙包好的通道模具放置在真空釜中，將70μL～100μL的三甲基氯硅烷注入真空釜中，抽真空3min～4min，靜置10min～15min，再在硅烷處理后的通道模具上澆筑步驟三①中配制的PDMS蓋片材料，抽真空35min～40min，保證無氣泡后，置于溫度為80℃～100℃下加熱2.5h～3.5h，進(jìn)行固化；

③、PDMS通道處理：采用刀片將位于通道模具邊緣外側(cè)的固化后的PDMS蓋片材料切除，將PDMS蓋片材料和通道模具通過鑷子進(jìn)行分離，得到PDMS蓋片；

四、芯片的制備：

將ITO玻璃基底13設(shè)有電極的一側(cè)和PDMS蓋片9設(shè)有流道的一側(cè)朝上，并列置于等離子機的腔室內(nèi)，在腔室壓力為700毫托及等離子發(fā)生器功率為20W的條件下曝光32s，然后在顯微鏡下，將ITO玻璃基底13設(shè)有電極的一側(cè)和PDMS蓋片9設(shè)有流道的一側(cè)相對放置，將ITO玻璃基底13上的電極和PDMS蓋片9上的通道按照對應(yīng)的位置進(jìn)行對齊后靜置15min；保證ITO玻璃基底13和PDMS蓋片9不發(fā)生錯位的情況下，將它們移動到熱板上，在溫度為50℃的環(huán)境中進(jìn)行加固處理，加固處理時間為1h，得到基于誘導(dǎo)電荷電滲和介電泳的微尺度顆粒分離芯片。

具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式四不同的是：步驟三③中PDMS蓋片9上印刷有通道；所述通道的左端設(shè)置有入口15，所述通道的右端設(shè)置有第三出口10，所述通道中間位置的垂直方向上對稱設(shè)置有第一出口2和第二出口12，在所述第三出口10的側(cè)下方設(shè)置有第四出口11，所述第三出口10的出口方向與所述第四出口11的出口方向呈6°角設(shè)置；在所述通道的中間位置分隔為三個區(qū)域，左側(cè)為聚集區(qū)17，右側(cè)為分離區(qū)18，中間為過渡區(qū)19；所述分離區(qū)18的左端為窄入口20，所述第一出口2、第二出口12和窄入口20設(shè)置在過渡區(qū)19內(nèi)；設(shè)置在分離區(qū)18內(nèi)的通道的一側(cè)為電極側(cè)，電極側(cè)相對的一側(cè)為第四出口側(cè)。

本實施方式可以通過改變過渡區(qū)三個分支的尺寸實現(xiàn)粒子流速度和偏轉(zhuǎn)改變。

具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式四或五不同的是：步驟一⑦中所述ITO玻璃基底13上固定有第一激發(fā)電極1、第二激發(fā)電極14、第三激發(fā)電極3、第四激發(fā)電極4、第五激發(fā)電極5、第六激發(fā)電極6、第七激發(fā)電極7、第八激發(fā)電極8和懸浮電極16；

所述懸浮電極16設(shè)置在聚集區(qū)17內(nèi)；所述第一激發(fā)電極1的內(nèi)側(cè)和第二激發(fā)電極14的內(nèi)側(cè)分別設(shè)置在懸浮電極16的兩側(cè)；所述第三激發(fā)電極3的內(nèi)端部、第四激發(fā)電極4的內(nèi)端部、第五激發(fā)電極5的內(nèi)端部、第六激發(fā)電極6的內(nèi)端部、第七激發(fā)電極7的內(nèi)端部和第八激發(fā)電極8的內(nèi)端部從左至右依次設(shè)置在電極側(cè)。其他與具體實施方式四或五相同。

具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式四至六之一不同的是：所述第一出口2的出口寬度為350微米，第二出口12的出口寬度為350微米，所述窄入口20的寬度為200微米。其他與具體實施方式四至六之一相同。

本實施方式第一出口2和第二出口12的寬度可以改變粒子流的軌跡和行進(jìn)速度。如果顆?？拷姌O側(cè)運動，可以實現(xiàn)相同介電特性的顆粒的分離，如果顆粒沿著中間運動，可以實現(xiàn)不同介電特性的顆粒的分離。

具體實施方式八：本實施方式與具體實施方式四至七之一不同的是：所述第三激發(fā)電極3、第四激發(fā)電極4、第五激發(fā)電極5、第六激發(fā)電極6、第七激發(fā)電極7和第八激發(fā)電極8中相鄰兩個電極的內(nèi)端部的距離相等。其他與具體實施方式四至七之一相同。

具體實施方式九：本實施方式與具體實施方式四至八之一不同的是：所述入口15為喇叭形狀。其他與具體實施方式四至八之一相同。

本實施方式能夠?qū)⑦M(jìn)入聚集區(qū)的顆粒都經(jīng)過懸浮電極，通過誘導(dǎo)電荷電滲的作用聚集為粒子流，提高了顆粒的聚集效率。

具體實施方式十：本實施方式一種基于誘導(dǎo)電荷電滲和介電泳的微尺度顆粒分離芯片的應(yīng)用是將基于誘導(dǎo)電荷電滲和介電泳的微尺度顆粒分離芯片用于微尺度顆粒分離，具體是按以下步驟進(jìn)行的：

一、待分離顆粒溶液的制備：向去離子水中加入氯化鉀，得到電導(dǎo)率為1mS/m的緩沖液；將混合顆粒溶液裝入離心管在離心機中進(jìn)行離心分離，采用移液器將離心管中的上層溶液吸走，將電導(dǎo)率為1mS/m的緩沖液注入離心管中，得到待分離顆粒溶液；

二、A溶液的制備：將無水乙醇與吐溫溶液混合，得到A溶液；所述的無水乙醇與吐溫的體積比為(7～9):1；

三、混合顆粒的分離：

①、采用A溶液對基于誘導(dǎo)電荷電滲和介電泳的微尺度顆粒分離芯片內(nèi)的通道進(jìn)行浸泡，浸泡時間為30min，得到預(yù)處理后的微流控芯片；

②、打開與顯微鏡相連接的計算機、信號發(fā)生器、信號放大器、示波器、顯微鏡、CCD照相機，觀察設(shè)備運轉(zhuǎn)是否正常，然后打開CellSens Entry圖像采集軟件，將實時觀察顯微鏡載物臺；調(diào)好芯片位置和焦距，將預(yù)處理后的微流控芯片固定在載物臺上；

③、將信號發(fā)生器的第一輸出通道的正極與第一激發(fā)電極1相連，信號發(fā)生器的第一輸出通道的負(fù)極與第二激發(fā)電極14相連，所述信號發(fā)生器的第二輸出通道的輸出導(dǎo)線與信號放大器的輸入端相連，所述信號放大器的輸出端的正極分別與第三激發(fā)電極3、第五激發(fā)電極5和第七激發(fā)電極7相連，所述信號放大器的輸出端的負(fù)極分別與第四激發(fā)電極4、第六激發(fā)電極6和第八激發(fā)電極8相連，將信號發(fā)生器的第一輸出通道的信號設(shè)為幅值為6伏特、頻率為200赫茲的交流信號，將信號發(fā)生器的第二輸出通道設(shè)為幅值8伏特、頻率為1兆赫茲的交流信號，并在示波器中觀察第二輸出通道的輸出信號經(jīng)放大器處理后是否為幅值8伏特，頻率為1兆赫茲；

④、將待分離溶液從預(yù)處理后的微流控芯片的混合顆粒入口注入，當(dāng)流體達(dá)到平衡狀態(tài)，給信號發(fā)生器的第一輸出通道通電，通過誘導(dǎo)電荷電滲對顆粒進(jìn)行聚集；然后給信號發(fā)生器的第二輸出通道通電，在分離區(qū)域中激發(fā)交流電場進(jìn)行顆粒分離，即完成微尺度顆粒的分離。

本實施方式中所述CellSens Entry圖像采集軟件的的生產(chǎn)廠家是Olympus(奧林巴斯)。

通過以下實施例驗證本發(fā)明的有益效果：

一種基于誘導(dǎo)電荷電滲和介電泳的微尺度顆粒分離芯片由PDMS蓋片和ITO玻璃基底組成；所述PDMS蓋片鍵合在ITO玻璃基底上，在PDMS蓋片上印刷有通道；所述通道的左端設(shè)置有入口，所述通道的右端設(shè)置有第三出口，所述通道中間位置的垂直方向上對稱設(shè)置有第一出口和第二出口，在所述第三出口的側(cè)下方設(shè)置有第四出口，所述第三出口的出口方向與所述第四出口的出口方向呈6°角設(shè)置；在所述通道的中間位置分隔為三個區(qū)域，左側(cè)為聚集區(qū)，右側(cè)為分離區(qū)，中間為過渡區(qū)；所述分離區(qū)的左端為窄入口，所述第一出口、第二出口和窄入口設(shè)置在過渡區(qū)內(nèi)；設(shè)置在分離區(qū)內(nèi)的通道的一側(cè)為電極側(cè)，電極側(cè)相對的一側(cè)為第四出口側(cè)；

所述的ITO玻璃基底上固定有第一激發(fā)電極、第二激發(fā)電極、第三激發(fā)電極、第四激發(fā)電極、第五激發(fā)電極、第六激發(fā)電極、第七激發(fā)電極、第八激發(fā)電極和懸浮電極；

所述懸浮電極設(shè)置在聚集區(qū)內(nèi)；所述第一激發(fā)電極的內(nèi)側(cè)和第二激發(fā)電極的內(nèi)側(cè)分別設(shè)置在懸浮電極的兩側(cè)；所述第三激發(fā)電極的內(nèi)端部、第四激發(fā)電極的內(nèi)端部、第五激發(fā)電極的內(nèi)端部、第六激發(fā)電極的內(nèi)端部、第七激發(fā)電極的內(nèi)端部和第八激發(fā)電極的內(nèi)端部從左至右依次設(shè)置在電極側(cè)；

所述的第一激發(fā)電極、第二激發(fā)電極、第三激發(fā)電極、第四激發(fā)電極、第五激發(fā)電極、第六激發(fā)電極、第七激發(fā)電極、第八激發(fā)電極和懸浮電極是在ITO玻璃基底的表面導(dǎo)電側(cè)通過刻蝕后得到的。

本發(fā)明的所述第一出口的出口寬度為350微米，第二出口的出口寬度為350微米，所述分離區(qū)內(nèi)的通道的寬度為200微米；所述第三激發(fā)電極、第四激發(fā)電極、第五激發(fā)電極、第六激發(fā)電極、第七激發(fā)電極和第八激發(fā)電極中相鄰兩個電極的內(nèi)端部的距離相等。

所述通道對緩沖液和顆粒有導(dǎo)向作用。

本發(fā)明一種基于誘導(dǎo)電荷電滲和介電泳的微尺度顆粒分離芯片的制備方法具體是按以下步驟進(jìn)行的：

一、電極的加工：

①、清洗ITO玻璃：首先將ITO玻璃依次置于丙酮、酒精和去離子水中超聲清洗10min～15min，氮氣吹干，然后將氮氣吹干后的ITO玻璃置于溫度為100℃～120℃下加熱10min～15min，自然冷卻至室溫，得到預(yù)處理后的ITO玻璃；

②、甩膠：在通風(fēng)潔凈的環(huán)境下，向預(yù)處理后的ITO玻璃上滴加光刻膠，當(dāng)?shù)渭右坏误w積約為20微升的光刻膠后要翻轉(zhuǎn)預(yù)處理后的ITO玻璃，在5min中內(nèi)將光刻膠覆蓋至處理后的ITO玻璃表面三分之二的面積，得到涂膠后的ITO玻璃，然后將涂膠后的ITO玻璃送入勻膠機中，在轉(zhuǎn)速為3300r/min的條件下進(jìn)行勻膠，得到勻膠后的ITO玻璃；

③、曝光：在溫度為100℃的熱板上，將甩膠后的ITO玻璃加熱6min，自然冷卻至室溫，然后利用曝光箱進(jìn)行曝光，曝光時間為195s，得到曝光后的ITO玻璃；

④、顯影：利用正光刻膠顯影液對曝光后的ITO玻璃進(jìn)行顯影，顯影時間為5min～7min，得到顯影后的ITO玻璃，采用清水對顯影后的ITO玻璃進(jìn)行沖洗后，采用氮氣吹干，置于顯微鏡下觀察，如顯影不徹底可再次進(jìn)行顯影，最終得到顯影完全的ITO玻璃；

⑤、堅膜：在溫度為120℃的熱板上，將顯影徹底的ITO玻璃進(jìn)行堅膜，堅膜時間為6min～8min，自然冷卻至室溫，得到堅膜后的ITO玻璃；

⑥、刻蝕：將堅膜后的ITO玻璃放入濃鹽酸中進(jìn)行刻蝕，刻蝕時間為25min～35min，在刻蝕過程中每隔5min進(jìn)行一次搖晃，采用清水對刻蝕后的ITO玻璃進(jìn)行清洗，采用氮氣吹干，置于顯微鏡下觀察，如刻蝕不徹底可再次進(jìn)行刻蝕，最終得到刻蝕徹底的ITO玻璃；

⑦、去除光刻膠：將刻蝕完全的ITO玻璃置于去膠溶液中浸泡，去除光刻膠，然后依次采用洗潔精、酒精和去離子水進(jìn)行沖洗，氮氣吹干，置于烤箱中烘干，得到ITO玻璃基底；

二、通道模具的加工：

①、采用長為6厘米寬為4厘米的玻璃作為通道模具的基底，先采用洗潔精清洗后再采用去離子水沖洗，采用氮氣吹干，得到潔凈的玻璃；

②、在溫度為120℃的條件下潔凈的玻璃進(jìn)行烘烤，自然冷卻至室溫，得到干燥的玻璃；

③、在沒有白光的條件下，將干膜按照干燥的玻璃的尺寸進(jìn)行裁剪，然后將干膜粘貼在干燥的玻璃上，得到粘貼有干膜的玻璃；

④、對貼好干膜的玻璃依次進(jìn)行曝光和顯影后，在溫度為50℃的條件下，將顯影完全的粘貼有干膜的玻璃置于烤板上進(jìn)行堅膜，堅膜時間為3min～6min，自然冷卻至室溫，得到通道模具；

三、PDMS蓋片加工：

①、PDMS蓋片材料的配制：將PDMS與固化劑混合，攪拌均勻，得到PDMS蓋片材料；所述的PDMS與固化劑的質(zhì)量比為10:1；

②、澆筑通道：用錫箔紙將通道模具包覆成方形開口槽，且通道模具的通道一側(cè)朝上放置，然后把錫箔紙包好的通道模具放置在真空釜中，將70μL～100μL的三甲基氯硅烷注入真空釜中，抽真空3min～4min，靜置10min～15min，再在硅烷處理后的通道模具上澆筑步驟三①中配制的PDMS蓋片材料，抽真空35min～40min，保證無氣泡后，置于溫度為80℃～100℃下加熱2.5h～3.5h，進(jìn)行固化；

③、PDMS通道處理：采用刀片將位于通道模具邊緣外側(cè)的固化后的PDMS蓋片材料切除，將PDMS蓋片材料和通道模具通過鑷子進(jìn)行分離，得到PDMS蓋片；

四、芯片的制備：

將ITO玻璃基底設(shè)有電極的一側(cè)和PDMS蓋片設(shè)有流道的一側(cè)朝上，并列置于等離子機的腔室內(nèi)，在腔室壓力為700毫托及等離子發(fā)生器功率為20W的條件下曝光32s，然后在顯微鏡下，將ITO玻璃基底設(shè)有電極的一側(cè)和PDMS蓋片設(shè)有流道的一側(cè)相對放置，將ITO玻璃基底上的電極和PDMS蓋片上的通道按照對應(yīng)的位置進(jìn)行對齊后靜置15min；保證ITO玻璃基底和PDMS蓋片不發(fā)生錯位的情況下，將它們移動到熱板上，在溫度為50℃的環(huán)境中進(jìn)行加固處理，加固處理時間為1h，得到基于誘導(dǎo)電荷電滲和介電泳的微尺度顆粒分離芯片。

本發(fā)明一種基于誘導(dǎo)電荷電滲和介電泳的微尺度顆粒分離芯片的應(yīng)用是將基于誘導(dǎo)電荷電滲和介電泳的微尺度顆粒分離芯片用于微尺度顆粒分離，具體是按以下步驟進(jìn)行的：

一、向去離子水中加入氯化鉀，得到電導(dǎo)率為1mS/m的緩沖液；

二、A溶液的制備：將無水乙醇與吐溫溶液混合，得到A溶液；所述的無水乙醇與吐溫的體積比為(7～9):1；

三、酵母菌顆粒的制備：

①、將100毫克的干酵母放入2毫升的去離子水中，在50攝氏度的環(huán)境中培養(yǎng)兩個小時；

②、抽取2微升的含有酵母的培養(yǎng)液放入離心管中，進(jìn)行離心處理30秒；

③、用移液管將上層溶液轉(zhuǎn)移走，向離心管中注入電導(dǎo)率為1mS/m的緩沖液；

④、對離心管中的酵母菌顆粒進(jìn)行超聲處理30秒，讓粘在一起的細(xì)胞被打散；

⑤、按順序重復(fù)步驟②、③和④4次；

⑥、重復(fù)步驟②，用移液器抽取配置好的含有20微升A溶液，注入到上述的離心管中，重復(fù)步驟③和④；

四、二氧化硅顆粒的制備：

①、用移液器抽取濃度為5％的二氧化硅(直徑為4微米)顆粒溶液4微升至離心管；

②、用移液器抽取配置好的含有20微升A溶液，注入到上述的離心管中；

③、采用電導(dǎo)率為1mS/m的緩沖液稀釋至2毫升；

④、將離心管放入超聲機里進(jìn)行超聲5分鐘；

五、混合顆粒的制備：

①、用移液器抽取配置好的含有酵母菌溶液100微升，注入一個潔凈的離心管中；

②、用移液器抽取配置好的含有二氧化硅溶液100微升，注入到上述的離心管中；

③、用移液器抽取配置好的含有20微升A溶液，注入到上述的離心管中；

④、用移液器抽取電導(dǎo)率為1mS/m的緩沖液，將離心管中的含有混合顆粒的溶液稀釋到2毫升；

⑤、將離心管放入超聲機中進(jìn)行超聲處理30秒，將顆粒充分混合，得到待分離溶液；

六、混合顆粒的分離：

①、采用A溶液對基于誘導(dǎo)電荷電滲和介電泳的微尺度顆粒分離芯片內(nèi)的通道進(jìn)行浸泡，浸泡時間為30min，得到預(yù)處理后的微流控芯片；

②、打開與顯微鏡相連接的計算機、信號發(fā)生器、信號放大器、示波器、顯微鏡、CCD照相機，觀察設(shè)備運轉(zhuǎn)是否正常，然后打開CellSens Entry圖像采集軟件，將實時觀察顯微鏡載物臺；調(diào)好芯片位置和焦距，將預(yù)處理后的微流控芯片固定在載物臺上；

③、將信號發(fā)生器的第一輸出通道的正極與第一激發(fā)電極相連，信號發(fā)生器的第一輸出通道的負(fù)極與第二激發(fā)電極相連，所述信號發(fā)生器的第二輸出通道的輸出導(dǎo)線與信號放大器的輸入端相連，所述信號放大器的輸出端的正極分別與第三激發(fā)電極、第五激發(fā)電極和第七激發(fā)電極相連，所述信號放大器的輸出端的負(fù)極分別與第四激發(fā)電極、第六激發(fā)電極和第八激發(fā)電極相連，將信號發(fā)生器的第一輸出通道的信號設(shè)為幅值為6伏特、頻率為200赫茲的交流信號，將信號發(fā)生器的第二輸出通道設(shè)為幅值8伏特、頻率為1兆赫茲的交流信號，并在示波器中觀察第二輸出通道的輸出信號經(jīng)放大器處理后是否為幅值8伏特，頻率為1兆赫茲；

④、將待分離溶液從預(yù)處理后的微流控芯片的混合顆粒入口注入，當(dāng)流體達(dá)到平衡狀態(tài)，給信號發(fā)生器的第一輸出通道通電，通過誘導(dǎo)電荷電滲對顆粒進(jìn)行聚集；然后給信號發(fā)生器的第二輸出通道通電，在分離區(qū)域中激發(fā)交流電場進(jìn)行顆粒分離，即完成微尺度顆粒的分離。

圖3為當(dāng)?shù)诙隹诘膶挾葹?50微米、窄入口的寬度為200微米時粒子流的偏移量與第一出口的寬度的變化關(guān)系曲線；圖4為當(dāng)?shù)诙隹诘膶挾葹?50微米、窄入口的寬度為200微米時窄入口處流體的流速與第一出口的寬度的變化關(guān)系曲線；圖5為當(dāng)?shù)诙隹诘膶挾葹?50微米、窄入口的寬度為200微米時第二出口處流體的流速與第一出口的寬度的變化關(guān)系曲線；圖6為當(dāng)?shù)诙隹诘膶挾葹?50微米、窄入口的寬度為200微米時第一出口處流體的流速與第一出口的寬度的變化關(guān)系曲線；圖3定量地表征了粒子流的偏移量隨第一出口寬度的變化規(guī)律，當(dāng)?shù)谝怀隹诘膶挾葹?30～360微米時，偏移量與第一出口寬度呈線性關(guān)系，當(dāng)?shù)陀诨蚋哂谶@個范圍時，出現(xiàn)了非線性現(xiàn)象；圖4表征了窄入口處的流體流速隨著第一出口寬度的增加而呈線性減小的規(guī)律；圖5表征了第一出口處的流體流速隨著第一出口寬度的增加而呈線性增加的規(guī)律；圖6表征了第二出口處的流體流速隨著第一出口寬度的增加而呈線性減小的規(guī)律；對比圖4，圖5，圖6可以得出第一出口和第二出口處的流體流速整體上大于窄入口處的流體流速，說明實現(xiàn)了粒子流在過渡區(qū)域?qū)崿F(xiàn)速度減小的目的。