专利摘要

本发明公开了一种在微流控芯片中制备低熔点合金电极的方法，用于解决现有电极制备方法复杂的技术问题。技术方案是首先制备包含电极通道和流体通道的微流控芯片；其后在恒温恒压下将熔化后的液态低熔点合金注入到电极通道中，由于电极通道末端呈锥形，在表面张力的作用下，拉普拉斯压力急剧增大，阻碍液态合金继续前进，使其自停止于电极通道末端；最后在恒压下局部快速冷却使电极通道内的液态合金率先凝固；制备的低熔点合金电极在使用时与流体通道内的液体接触，是一种接触式电极，低熔点合金导电性能优良，有利于在微通道中产生强电场。本发明中的电极通道和流体通道一次成型，保证了电极和通道的对齐，简化了电极制备工艺。

权利要求

1.一种在微流控芯片中制备低熔点合金电极的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、制备包含电极通道(1)和流体通道(2)的微流控芯片；电极通道(1)与流体通道(2)一体成型，保证合金电极的自对准；电极通道(1)末端成锥形且与流体通道(2)连通；电极通道(1)末端锥面与流体通道(2)壁面夹角不大于60°，以保证液态合金在锥形末端的拉普拉斯压力急剧增大实现液态金属的自停止；

步骤二、将熔化的液态低熔点合金在恒温恒压下注入到电极通道(1)中直至受到的拉普拉斯压力大于驱动压力而产生自停止；低熔点合金与微流控芯片材料的接触角应大于90°，以产生疏水效应；所述的驱动压力保持恒定，且该驱动压力大于液态金属在电极通道(1)中的拉普拉斯压力而小于在电极通道(1)锥形末端的拉普拉斯压力，即要保证液态金属在电极通道(1)中流动直至到达电极通道末端；

步骤三、保持恒压状态，通过局部快速冷却使电极通道(1)内的液态合金率先凝固，外接管道中的液态金属随后凝固，保证合金电极充满整个电极通道(1)，所制备电极在使用过程中与流体通道(2)内的溶液接触。

2.根据权利要求1所述的在微流控芯片中制备低熔点合金电极的方法，其特征在于：所述低熔点合金是是熔点不高于微流控芯片材料稳定温度的合金。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极制备方法，特别涉及一种在微流控芯片中制备低熔点合金电极的方法。

背景技术

文献“基于Ag-PDMS复合导电材料的微流控芯片3D电极的制备，仪表技术与传感器，2017，6，p18-25”公开了一种利用银粉(Ag)与聚甲基硅氧烷(PDMS)制成的复合材料加工微流控芯片3D电极的方法。该方法用超声法与机械混合法相结合的方式混合银粉与PDMS，制作Ag-PDMS复合导电材料，利用软光刻法制作3D电极。文献所述方法制备的电极由绝缘材料PDMS与银粉混合而成，涉及复杂的制作工艺，键合时要求精确对准，尤为重要的是，Ag-PDMS复合材料的电阻率(～0.1Ω·m)远高于常用金属电极的电阻率，无法在微流控芯片中生成强电场。

发明内容

为了克服现有电极制备方法复杂的不足，本发明提供一种在微流控芯片中制备低熔点合金电极的方法。该方法首先制备包含电极通道和流体通道的微流控芯片；其后在恒温恒压下将熔化后的液态低熔点合金注入到电极通道中，由于电极通道末端呈锥形，在表面张力的作用下，拉普拉斯压力急剧增大，阻碍液态合金继续前进，使其自停止于电极通道末端；最后在恒压下局部快速冷却使电极通道内的液态合金率先凝固；制备的低熔点合金电极在使用时与流体通道内的液体接触，是一种接触式电极，低熔点合金导电性能优良，有利于在微通道中产生强电场。本发明中的电极通道和流体通道一次成型，保证了电极和通道的对齐，简化了电极制备工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种在微流控芯片中制备低熔点合金电极的方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、制备包含电极通道1和流体通道2的微流控芯片。电极通道1与流体通道2一体成型，保证合金电极的自对准；电极通道1末端成锥形且与流体通道2连通；电极通道1末端锥面与流体通道2壁面夹角不大于60°，以保证液态合金在锥形末端的拉普拉斯压力急剧增大实现液态金属的自停止。

步骤二、将熔化的液态低熔点合金在恒温恒压下注入到电极通道1中直至受到的拉普拉斯压力大于驱动压力而产生自停止。低熔点合金与微流控芯片材料的接触角应大于90°，以产生疏水效应。所述的驱动压力保持恒定，且该驱动压力大于液态金属在电极通道1中的拉普拉斯压力而小于在电极通道1锥形末端的拉普拉斯压力，即要保证液态金属在电极通道1中流动直至到达电极通道末端。

步骤三、保持恒压状态，通过局部快速冷却使电极通道1内的液态合金率先凝固，外接管道中的液态金属随后凝固，保证合金电极充满整个电极通道1，所制备电极在使用过程中与流体通道2内的溶液接触。

所述的低熔点合金是是熔点不高于微流控芯片材料稳定温度的合金。

本发明的有益效果是：该方法首先制备包含电极通道和流体通道的微流控芯片；其后在恒温恒压下将熔化后的液态低熔点合金注入到电极通道中，由于电极通道末端呈锥形，在表面张力的作用下，拉普拉斯压力急剧增大，阻碍液态合金继续前进，使其自停止于电极通道末端；最后在恒压下局部快速冷却使电极通道内的液态合金率先凝固；制备的低熔点合金电极在使用时与流体通道内的液体接触，是一种接触式电极，低熔点合金导电性能优良，有利于在微通道中产生强电场。本发明中的电极通道和流体通道一次成型，保证了电极和通道的对齐，简化了电极制备工艺。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明在微流控芯片中制备低熔点合金电极的方法制备的低熔点合金电极的结构简图及局部放大图。

图2是本发明方法制备低熔点合金电极的原理示意图。

图中，1-电极通道，1-1-第一电极通道，1-2-第二电极通道，2-流体通道，P0-驱动压力，ΔP1-熔化后的液态低熔点合金在电极通道中的拉普拉斯压力，ΔP2-熔化后的液态低熔点合金在电极通道锥形末端的拉普拉斯压力。

具体实施方式

以下实施例参照图1-2。

本实施例制备低熔点合金电极的微流控芯片包含电极通道1和流体通道2，所述微流控芯片使用聚甲基硅氧烷(PDMS)软光刻工艺制作，一种优选的具体制备方法包括如下步骤：

步骤一、光刻。使用光刻在单抛硅片上制作硅阳模。

步骤二、PDMS浇铸。将单体和固化剂配比为10：1的PDMS混匀，利用真空箱抽真空去除混合液中的气泡，之后将PDMS浇铸于硅阳模上，并置于60℃恒温箱中烘烤5小时，使其固化。

步骤三、脱模与打孔。将固化后的PDMS脱模，并使用外径为0.7mm打孔器在电极通道1与流体通道2的入口和出口处打孔作为管路接口。

步骤三、键合。使用电晕放电仪处理PDMS，并与玻璃载玻片键合，然后置于100℃恒温箱中烘烤1小时，得到完整的微流控芯片。

本实施例中的微流控芯片由传统的PDMS软光刻工艺制备，电极通道1和流体通道2一体成型。其中流体通道2宽度为30μm，电极通道1-1与1-2末端开口宽度为30μm，锥面和流体通道2壁面的夹角为40°。为了保证液态金属在电极通道1中流动顺畅，电极通道1宽度为200μm，所有通道深度均为30μm。所述微流控芯片的制备并不仅限于PDMS这一种材料，也可由PMMA经热压制备，或者由硅或玻璃经刻蚀制备。所述微流控芯片的材料和方法不限，但是应具备两个基本结构特征：其一，电极通道和流体通道相互连通，即保证电极和流体接触；其二，电极通道前端成锥形，以起到对液态合金的阻碍作用，保证液态合金自停止。

本实施例在微流控芯片中制备低熔点合金电极的方法是将熔化后的液态锡铋合金在恒温恒压下注入到电极通道中并使其固化成型，一种优选的具体制备方法是：

步骤一、液态合金注入。采用热风机将锡铋合金熔化至液态并保持此形态，然后将恒压源与锡铋合金输送管路、微流控芯片的电极通道1依次连接，接着给定恒压源压强为30kPa，保持5s，液态合金在电极通道1中快速流动，充满整个通道并在到达电极通道1末端时由于受到的拉普拉斯压力急剧增大而自行停止。

步骤二、液态合金固化成型。保持恒压状态，在锡铋合金注入完成后，关闭热风机。将冰块直接覆盖在微流控芯片上，静置3min，使微流控芯片中电极通道内的液态锡铋合金率先快速冷却凝固，输送管路中的锡铋合金随后冷却凝固。通过此局部优先冷却凝固的方式避免锡铋合金的凝固收缩现象在电极中产生空穴。

本实施例中所用的锡铋合金熔点为47℃，热膨胀系数为25ppm/℃。所述低熔点合金电极材料不限制于锡铋合金，但是应具备两个基本特征：其一，低熔点合金的熔点低于微流控芯片材料的稳定温度；其二，低熔点合金与微流控芯片材料的接触角大于90°，以产生疏水效应。

在微流控芯片中制备低熔点合金电极的方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。