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微流控芯片豪放应用于物理、化学、生物学和医学等多个鸿沟。在微流控芯片内，经常需要微电极产生电场以操控流体、颗粒或进行传感和电化学反应。然则，由于常见导电金属材料的熔点较高，要在微米级分辨率下进行图案化惩处并非易事。经常，贵金属或氧化铟锡 (ITO) 被溅射或挥发千里积在玻璃基板上形成导电薄膜，然后诳骗光刻和蚀刻工艺形成所需的图案。尽管这些工夫照旧相比老到，但本钱较高，而且纳米级厚度的导电薄膜经常电阻较大。因此，斥地和诳骗新式电极材料和制备措施对微流控鸿沟至关广大。
基于以上配景，重庆大学生物工程学院胡宁讲解和郑小林教讲课题组斥地了一种高分辨率、低阻抗的液态金属微电极(μLMEs)的快速制备措施，诳骗液态金属 (LM) 镓 (Ga) 和聚 N-异丙基丙烯酰胺 (PNIPAM) 的独到相变特点，将镓金属填充进图案化的聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 微通谈，形成精密的名义镶嵌微电极。经计较和测试，液态金属微电极的电阻比同平面尺寸下的薄膜金电极和ITO电极小1-3个数目级。
联系恶果以“High-Resolution Patterning and Efficient Fabricating of Liquid Metal Microelectrodes Using PNIPAM Sacrificial Layer”为题发表在学术期刊《Advanced Materials Technologies》上，重庆大学生物医学工程系博士研究生刘星为本文的第一作家，胡宁讲解和郑小林讲解为本文的共同通信作家，重庆大学为该论文的第一通信单元。
液态金属镓因其低熔点、高导电性、生物兼容性等优点成为微电极材料的理思候选。固然液态金属具有快速微通谈填充或打印成型的上风，但其巨大的名义张力和与基材粘附等问题舍弃了其图案化精度。研究团队采选PNIPAM看成铁心层材料，其特有的热反映特点使其在低温下水合溶解、高温下脱水成膜，从而便于液态金属与基材的分离。在制备过程中，PNIPAM被涂覆于硅烷化惩处后的玻璃名义，通过加热形成固体薄膜。随后，使用SU-8光刻工夫或3D打印工夫制作微通谈模具，并填充PDMS材料成型。液态镓在高温环境下统共溶化并保抓液态，通过真空填充参加PDMS微通谈，再经低温惩处固化成型。最终，在水浴中诳骗PNIPAM的溶解特点，达成电极与基材的分离。在本责任中，继承摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）3D打印工夫快速制作不同体式和深度的微通谈模具，展现了巨大的上风。
图1. μLME制备经由：.A) 硅烷化玻璃上隐蔽 PNIPAM 膜，威斯尼斯人AG百家乐并与具有电极体式微通谈的 PDMS 块粘合。B) 通过施加和开释真空将液态镓注入 PDMS 微通谈，然后将统共这个词安装冷冻并摒弃在室温水中。C) 名义镶嵌液态金属电极暗示图。
在进行镓对基底的黏附测试时，研究东谈主员发现，镓在空气中飞速形成的氧化层薄膜会艰涩液态镓的流动，影响走动角测量的可靠性。因此，传统的静态走动角测试并不适用于液态金属镓。研究团队在不同的基底上进行镓液滴撞击执行，同期不雅察其走动角和润湿直径。通过对比测试扫尾和本色制备效果，阐发裸玻璃和仅进行名义硅烷化惩处的基材齐会黏附大批的镓，而经过名义硅烷化惩处后旋涂PNIPAM薄膜的基底简略更好地保证液态金属图案的齐全性。
图2. 液态镓在不同名义上的冲击润湿和电极制造效果。A) 液态镓从一定高度冲击 (i) PDMS、(ii) 玻璃、(iii) 硅烷化玻璃和 (iv) 隐蔽有 PNIPAM 薄膜的硅烷化玻璃的名义。B、C) 诀别在其他基底上和照旧通过本文措施惩处的基底上制造的微电极。(i) 微电极的显微镜视图。(ii)、(iii) 和 (iv) 是不同图案像片。
研究东谈主员测试了微电极的名义特点和电气特点。由于本责任中PDMS通谈内镶嵌的液态金属层厚度为微米级而非纳米级，因此不同图案的电极实测电阻均保抓在数欧以下。而况经过等离子名义清洗后，电极模块不错与另一PDMS微通谈结构良好粘合。对比金电极和ITO电极，液态金属微电极在更低的电压下即可运行液体和颗粒流动。
图3. μLME电气特点。A) (i) 浮浅条形电极电阻值为1.4Ω， (ii) 全体直径约为 91.4 毫米的螺旋电极（图案来自梵高“星月夜“）的电阻值仅为 2.8 Ω。B) μLME 与 PDMS 通谈键合暗示图。C） (i) 电渗流数值模拟和 (ii) (iii) 微粒运行执行。
在考研过程中，研究东谈主员发现，低频和高幅值的电信号会对电极酿成不同进程的损坏，这舍弃了电极的应用场景和使用寿命。因此，研究团队尝试贪图不同的电极镶嵌厚度以改善电极性能。然则，软光刻措施在不同深度通谈的芯片制造上具有局限性。团队继承摩方精密microArch®S230（精度：2 μm）3D打印系统制备了归拢芯片上具有不同高度的叉指电极模具，并脱模为不同深度的PDMS微通谈。高精度的打印不仅得到了与光刻工艺绝顶的三维分辨率，也保证了脱模后PDMS的平面光滑度，从而保证了芯片与基底的粘合与键合。执行标明，更厚的电极层有更平静的弘扬和更长的使用寿命。
图4. 用低频电压测试不同镶嵌厚度的芯片。A) 3D 打印模子 (i) 和制造和粘合的 (ii) 芯片。B) 施加 10 kHz、10 Vpp 电压 30 秒后 (i) 50μm (ii) 100μm (iii) 150μm，以及（iv）200μm 厚度电极的损坏进程。
回来：本研究继承熔点略高于室温的镓来获取独到的名义透露的片上微电极，该措施波及三个主要智商：液态镓的真空填充、镓的过冷凝固以及使用PNIPAM看成铁心层来匡助分离和玄虚镓粘附。研究团队照旧通过实考证明，液态金属电极主管流体和颗粒的才气比纳米薄膜平面电极要高效得多。跟着研究东谈主员的进一步探究，展望这种液态金属电极的应用场景简略连续拓宽。
本研究得到了国度当然科学基金的资金撑抓和瑞典隆德大学的建筑撑抓。
原文连气儿:https://doi.org/10.1002/admt.202401137
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