介质上的电润湿(EWOD)技术可以通过施加电信号在基底上操纵液滴，而液滴在基底上的运动是可以由表面张力控制的。通常，衬底上覆盖有电润湿介质(EWOD)的介电层和疏水面漆，然而，所需的疏水介质(电绝缘)表面会逐渐降解，这成为限制其应用的主要难点。近日，美国加州大学洛杉矶分校的Chang-Jin'CJ'Kim等提出“电脱湿”理论，即通过电场诱导的离子表面活性剂对底物的附着和剥离控从而制液体-底物相互作用。该系统还可以处理常见的缓冲液和有机溶剂，有望为广泛的应用提供简单可靠的微流控平台。该研究成果以题为《Ionic-surfactant-mediated electro-dewetting for digital microfluidics》的论文发表在顶级期刊《Nature》上。疏水表面是液体吸引所需的，而对于液体排斥过程，亲水表面是首选的。由于条件限制等，大多数电致脱湿现象对于普通微流体是无效的，不可逆的。而表面活性剂可逆性是可能的。该研究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，可以很容易地脱湿，同时又足够薄(约2 nm)，不会使导电衬底绝缘。该系统既不需要增加的介电层，也不需要疏水的面层，可以避免EWOD的可靠性问题，同时受益于器件简化和成本降低。
为了研究所提出的电脱湿机制的基本原理和基本特征，该研究采用了通常用于电润湿研究的测试配置。如图1所示，液滴包含离子表面活性剂，其由带电荷的亲水“头”基团和中性疏水“尾”区组成，并放置在表面高度亲水性的导电基板上。施加电压(或电流)，电流流过导电(或电阻)液体，并在液滴内部建立电场。液滴内部的电场，由外部电压Vext和电流I形成，电泳驱动离子表面活性剂分子(图示为阳离子表面活性剂)朝向亲水性基底，并将其沉积在其表面(主要在接触线附近)，使表面疏水，并使液滴脱水(即，珠子向上)到基底上。同时，在液滴内部形成的反向电场将沉积的离子表面活性剂分子从表面上移除，并以电泳方式将它们驱离基底，使表面返回其亲水状态，并使液滴重新湿润(即铺展在基底上)。图1c和1d，分别对应于面板a和b的电脱湿实验，使用±3V的电压和±3μA的电流，在裸硅(具有天然氧化物)上含有DTAB的水滴(约3μl)。在使用荧光阳离子表面活性剂的单独测试中获得的衬底表面的两个不同区域(I，II)上的表面活性剂浓度，证实所提出的机制。图1 离子-表面活性剂介导的电脱湿机理使用阳离子(DTAB，TTAB，CTAB)和阴离子(SDS)表面活性剂的实验表明，在共同的浓度范围内(黄带)对CMC有效的响应。接触角的增加是从未驱动(润湿)到致动(脱湿)状态的增加，其中在导线和衬底之间施加2.5V-3.0V(相当于约3μA)。脱湿时间是在驱动时润湿状态达到脱湿状态所需的时间。四种表面活性剂的测试表明，接触角的增加随着施加电压的增加而增加，直到达到约3V。在通常的驱动范围(<3.0V)下，所有情况下的电流都保持在几微安以下。图2 表面活性剂浓度和驱动电压对电脱湿的影响图3 电脱湿可实现液滴的产生、运输和分裂在没有经常添加助剂油，也没有使用盖板的情况下，液滴的运输速度(图3d)与EWOD中的速度相当。这些结果表明，所提出的电脱湿方法在性能上可与EWOD相媲美，同时在可靠性方面具有内在的优势。图4 提出的电脱湿适用于裸硅上的各种液体最后，该研究对生物和化学中常见的缓冲溶液(磷酸盐缓冲盐水(PBS)和4-(2-羟乙基)-1-哌嗪乙磺酸(HEPES)；有机溶剂，乙腈和二甲基亚砜(DMSO)；冷却剂(乙二醇)，几种试剂的电脱湿的有效性进行了探讨。这五种附加液体的成功结果表明，所提出的电脱湿机制具有实用价值和通用性，为广泛应用打开了大门
全文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1491-x---完---

来源：高分子科学前沿
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