雙微滴自對準鏡像介電濕潤現象之研究與應用

Abstract

介電濕潤（electrowetting-on-dielectric, EWOD）是一種以施加電壓改變電極上介電 層表面濕潤特性之現象。介電濕潤由於其所耗功率極低，可反覆變化表面疏水性及親 水性，製作簡單且成本低，因此具有其應用與商品化之潛力。並且在微奈米尺度以表 面張力驅動物體，是一種具優勢之方式，因此在未來商品微小化之趨勢下，表面/體積 比增加，如何控制其表面/介面現象極為重要。 雖然介電濕潤已廣泛地應用在生物晶片及顯示元件上，介電濕潤現象研究僅使用固 體電極，並無文獻討論介電濕潤在液體電極上之情形。本實驗室首先開始液體電極之實 驗，由初步實驗及驗證，我們發現三個極為重要的現象：（i）液體電極：當微液滴下方 之固體電極取代為液體電極時，微液滴之介電濕潤現象依然發生。（ii）鏡像介電濕潤： 當液體電極與介電薄膜上之微液滴體積相當時，介電濕潤現象同時再上下兩微液滴上發 生。（iii）雙微滴自對準介電濕潤：此鏡像介電濕潤會將上下兩微液滴自我對準。因此， 我們稱此現象為：「雙微滴自對準鏡像介電濕潤」。本研究之目的為將此特殊之現象作進 一步之研究，並以其特性提出並示範可能之應用。 本研究之目的包括：（a）大體積之液體電極所扮演角色確實與固體電極相同（圖 五）。（b）在固體電極實驗中，介電層中電壓降V 造成之接觸角變化（θ(V)-θ0），在雙 微液滴鏡像介電濕潤中，同樣之電壓降V 確實會造成之兩倍之接觸角變化（上下均同 時發生）。除對此現象之基本瞭解之外，我們也將測試（c）不同之介電薄膜，（d）改 變微液滴之成分，如導電度、DNA、蛋白質、細胞水溶液等，研究其與鏡像介電濕潤 之關係，（e）並改變其填充流體環境，如雙微液滴在油中、雙微氣泡在水（油）中， 以其對此現象更瞭解。在本現象之應用方面，此研究計畫也將設計並製作相關元件及 系統。目前規劃將此現象應用於：（f）雙面凸透鏡、與（g）直接手寫驅動之微液滴生 物晶片平台。