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电润湿、电脱湿和电子控制...
在 PC 行业中，网络制造生态系统（本文中也称为“网络系统”）旨在通过让对 EWOD 设计、制造和操作知之甚少的人们利用数字微流体作为便捷的液体处理平台来推动数字微流体领域的发展。...................... 52
在数字微流体平台上用于定向液滴运动的不对称电极
开发具有大量集成功能的大规模电解式 - 电气（EWOD）平台需要大量电极。传统上通过针计算最小化策略和路线路线方案来解决这一挑战，但我们提出了心形电极，当液滴运动是单向运动时，允许使用更少的引脚。此电极几何形状可确保液滴与前电极的重叠相比，而不是后部电极，从而产生了净毛细管将液滴向前拉的净毛细管。底部直径在0.8到1倍的底部液滴可以在长距离内可靠地驱动电极宽度，仅使用两个交替应用的驱动信号。最大信号开关频率使液滴的可靠运动与施加电压的平方和间隙高度成正比，但与电极直径成反比。互连电路的每个段仅跨越两个电极长度，这简化了电路路由并避免了大规模电极阵列中可能的迹线重叠。通过最小化销钉数，这种不对称设计为多功能大规模的EWOD平台中的电极布置提供了有希望的策略。
模拟到数字微流体转换器 - Comsol
BioMEMS 组，IEMN（UMR 8520 - 法国里尔北部大学）*BP 60069，Avenue Poincaré，59652 Villeneuve d'Ascq cedex，法国 – vincent.senez@isen.fr 摘要：本文介绍了一种使用无源阀门的模拟数字微流体转换器 (ADMC)，能够将连续液体流转换为液滴，以实现介电电润湿 (EWOD) 驱动。使用 COMSOL Multiphysics 的微流体应用模式优化了阀门校准、几何特性和损耗减少。关键词：EWOD、片上实验室、微流体。1. 简介微流体装置可以处理微量液体，无论是微通道中的连续流还是疏水表面上的液滴。到目前为止，大多数片上实验室 (LOC) 只采用这两种技术中的一种实现。然而，通过与微电子系统类比，人们很容易理解，根据操作的不同，这两种技术都有各自的优点和缺点。因此，必须研究能够将连续流转换为液滴，反过来，能够将液滴转换为连续流的系统。借助使用 COMSOL Multiphysics 的数值模拟，我们设计了一个模拟（连续流）到数字（液滴位移）微流体转换器 (ADMC)。本文的第二部分介绍了数值模型及其校准，第三部分专门介绍 ADMC 的设计和模拟分析。
离子表面活性剂介导的数字微流体电去湿
使用电信号 1 来操纵基板上的液滴的能力（称为数字微流体）用于光学 2,3 、生物医学 4,5 、热 6 和电子 7 应用，并已导致商业上可用的液体透镜 8 和诊断套件 9,10 。这种电驱动主要通过电润湿实现，液滴在施加电压的作用下被吸引到导电基板上并在导电基板上扩散。为确保强大而实用的驱动，基板上覆盖有介电层和疏水性面漆，用于介电上电润湿 (EWOD) 11-13 ；这会增加驱动电压（至约 100 伏），并可能因介电击穿 14 、带电 15 和生物污垢 16 而损害可靠性。在这里，我们展示了液滴操控，它使用电信号诱导液体脱湿而不是润湿亲水性导电基底，而无需添加层。在这种与电润湿现象相反的电润湿机制中，液体-基底相互作用不是由电场直接控制的，而是由场诱导的离子表面活性剂与基底的附着和分离控制的。我们表明，这种驱动机制可以在空气中使用掺杂硅晶片上的水执行数字微流体的所有基本流体操作，仅需±2.5伏的驱动电压、几微安的电流和离子表面活性剂临界胶束浓度的约0.015倍。该系统还可以处理常见的缓冲液和有机溶剂，有望成为一种简单可靠的微流体平台，适用于广泛的应用。由于疏水表面是液体吸引机制良好运作的必要条件，我们认识到亲水表面对于液体排斥机制来说是首选。由于大多数材料都是亲水性的，如果发现脱湿驱动有效，则可以像 EWOD 一样实现数字微流体，但不需要疏水涂层。虽然大多数电诱导脱湿现象对常见微流体无效，因为它们基于不可逆过程 17,18 或特殊条件 19 ，但涉及表面活性剂的研究表明可逆性是可能的。例如，已经使用氧化还原活性表面活性剂 20 证明了衍生化金电极上水膜的电引发脱湿。此外，有机液滴已在水性电解质 23 中的共轭聚合物电极上移动。最近，通过使用离子表面活性剂，润滑摩擦系数已在固体-液体-固体配置中切换 21 ，沸腾气泡成核已在液体-蒸汽-固体系统中得到调节 22 。然而，这些方法并没有导致微流体平台技术，这需要可逆、可重复、强大且易于应用于液体-流体-固体系统的电驱动 24 。事实上，我们无法在裸露的金属电极 21,22 或介电涂层电极上用含有离子表面活性剂的水滴获得有效驱动。相反，我们发现裸露的硅晶片可以有效地工作，因为它的天然氧化物具有足够的亲水性，可以轻松脱湿，但又足够薄
采用电润湿技术的微流体声学超材料
膜型超材料，[17] 最近的研究表明，将液体与固体结构结合起来可以极大地促进可重构性。最近展示了一种被动可重构亥姆霍兹共振器，其中填充了不同体积的水来调节其自由腔空间。 [18] 但是，为了主动调整液体嵌入超材料设计，我们需要主动微流体技术来在芯片上控制液体的流动性。文献中存在许多主动微流体控制机制 [19]，如光电润湿、电泳和表面声波。这些可用于以受控方式移动微尺度液滴，并已被用于各种应用，如芯片实验室、[20] 打印、[21] 光流体透镜 [22] 和声流体。 [23] 然而，声流体领域 [24] 迄今为止仅关注使用施加声场来操纵液滴 [25,26]，而不是反之亦然。此外，由于尺寸大、吞吐量低、体积大以及整合主动控制机制所需的材料成本高昂，制造超紧凑可调超材料设计面临着制造挑战。在这里，我们提出并开发了一种新型超紧凑元结构，我们称之为超材料，它具有利用微流体的主动驱动机制，这将具有重要实际意义并促进微流体声学超材料 (MAM) 的新方法。在本文中，我们设计、制造并展示了一种液滴集成超材料，其可调性源自一种基于数字微流体的主动液滴操纵技术，称为电介质电润湿 (EWOD)。 [27–29] 我们利用微机电 (MEMS) 技术实现了对深亚波长狭缝（尺寸为长度 = 0.5 λ (L)、宽度 = 0.06 λ 和高度 = 0.02 λ ）的动态控制，以操纵超声波（40 kHz）。例如，在文献中很少见到在频率 20.9 kHz（λ 表示声音的波长）时约为 λ /650 的超薄深亚波长超材料，其中通过在超表面上镂空图案化来剪纸任意图案。[30] 已报道的大部分作品（如范围在微米到毫米级的超声波超透镜 [31]）都是“被动的”，但这里我们提出了一种新型的主动可调谐深亚波长超薄超材料（厚度为 200 微米，高达 λ /44），据我们所知，与以前的研究相比创下了纪录。基于 MEMS 的 MAM 设计铺平了道路