復合導電材料三維微流控芯片電極的研究.pdf

1、電場廣泛應用于微流控系統中用以實現如流體混合，控制細胞或微粒等各種功能。這些電操作大多數是由薄膜金屬電極實現的，在傳統的IC工藝中，薄膜電極通常是由蒸發(fā)或濺射加工而成，電極的厚度被限制在幾百個納米左右。而尺度和微流控芯片相當的三維微電極結構不僅可以在沿溝道高度方向產生均勻電場，還具有魯棒性好，可承受的電流密度大，加電產生的焦耳熱少等優(yōu)點，特別適用于如細胞介電泳，電融合，細胞裂解，捕獲等微流控芯片研究。但加工三維電極技術難度大，成本高，與

2、玻璃等基片鍵合時存在困難，常有芯片漏液現象發(fā)生。
　　本論文選用了一種基于導電顆粒和PDMS混合制成的新型復合導電材料用來加工三維微電極，這種材料保留了PDMS本身的加工特性，主要具有以下兩個方面的優(yōu)勢：1.可以加工各種厚度和形狀，2.可利用軟光刻技術模塑成型，代替?zhèn)鹘y的電極加工方法，節(jié)約成本，縮短時間。
　　首先，利用ComsolMultiphysics有限元仿真軟件，對平板電極對產生的電場分布進行了分析，并得到了芯片內部

3、介電泳力強度和方向的分布情況。相較于左右對稱的電極結構來說，平板電極對形成的電場強度更大，細胞更容易聚集到中間均勻電場區(qū)域，形成“珍珠串”結構。另外，對填料在基體聚合物中是如何形成導電通路及形成后載流子傳輸方式進行了初步討論和分析。
　　其次，在PDMS常規(guī)加工手段的基礎上，總結出了一套完整的制作流程，分別選用銀粉和石墨粉兩種不同類型的填料，制成了Ag-PDMS和C-PDMS。材料電阻率與填料含量的關系滿足滲流理論，改變溶劑、固化

4、劑、填料粒徑等制備因素也會對電阻率產生影響。借助阻抗分析儀測試了材料的交流特性，發(fā)現阻抗受頻率影響較大，且填料比例越小受頻率的影響越大，激勵幅值大小對各種比例的樣本幾乎都不產生影響。借助掃描電鏡對內部結構觀察可知，填料主要以團聚體和鏈狀結構穩(wěn)定存在。采用邵氏A型硬度計檢測了材料硬度，測試表明填料比例增大在提升導電性能的同時，材料的物理性能也會發(fā)生急劇變化，可加工性變差，應結合具體應用，在導電性和可加工性之間選取一個平衡點。
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