铌酸锂基光伏微流体操控技术

张 雄,高作轩,高开放,师丽红,李菲菲,樊博麟,陈立品,昝知韬,陈洪建,阎文博

(1.河北工业大学材料科学与工程学院，天津 300130；2.天津城建大学理学院，天津 300384)

0 引 言

生物光子芯片集生物培养、输运及检测功能于一体，可快速、高效地实现对单细胞的操控、分类和检测分析。铌酸锂材料特有的生物细胞调控作用[1]以及铌酸锂基表面声波和光波导技术[2]在光电集成以及微流控领域的发展前景，使基于铌酸锂的生物光子芯片设计和制备成为未来光子学发展的一个新方向[2-3]。

近年来，基于铌酸锂的光伏操控技术逐渐引起人们的关注[4-5]，并有望成为铌酸锂基生物光子芯片[6]微流体操控功能的关键支撑技术。该光伏微流体操控技术通常使用具有显著光生伏特效应的过渡金属(铁、铜等)掺杂[6]的铌酸锂晶体作为衬底，利用铌酸锂表面空间调控的非均匀光伏空间电荷场对流体目标的静电作用来实现非接触操控。相比于传统微流控芯片中全电数字化的生物流体操控技术[7]，铌酸锂基光伏操控既不需要外部电源供电也不需要复杂电极的制备，因此可以最大程度地避免外界通过供电通路和电极带来的对内部生物环境的污染和干扰。

与传统的光镊操控相比，铌酸锂基光伏微流体操控具有以下技术优势：(1)本质上是一种空间静电作用，其作用力可达μN量级(远高于传统光镊pN级别的作用力)，能够轻松克服微流体运动所涉及的表面张力、界面黏附力和流体粘滞力等阻力从而实现对微流体的高效操控；(2)光伏电荷场具有一定的作用范围，可对该范围内微流体进行整体操控，并实现操控范围的光参量调控；(3)该光生电荷场属于弱光非线性光学效应，毫瓦级的低功率激光便可引起可观的电场用于微流体目标操控；(4)该光生电荷场可以被调控为一种非局域光响应，因此可用于光敏流体目标的非局域操控。本文将结合国内外以及本组的一些工作，就铌酸锂基光伏微流体操控的理论基础和研究进展进行阐述。

1 铌酸锂基光伏微流体操控的理论基础

1.1 铌酸锂晶体的光伏效应

铌酸锂的光伏效应是一种反常光生伏特效应，不同于PN结在光照下的光伏效应，其是一种基于体材料的效应。通常名义纯铌酸锂晶体的光伏效应较弱，但在掺入铁、铜等过渡金属离子后，可以在可见光范围内呈现强烈的光伏效应。在光照下，铌酸锂Fe2+/3+中的电子被激发至导带，由于Fe2+/3+陷阱势垒的非对称性，电子微观上沿着晶体+c轴方向移动的概率较大，形成沿晶体-c轴的宏观电流，即光伏电流。光伏机制是常温下掺铁铌酸锂晶体中载流子迁移的主要方式。

掺铁铌酸锂晶片的c轴方向和光照方向的相对关系决定了光激载流子的积累方式，进而决定了铌酸锂光伏电场的构型。不同切割取向的晶体在激光辐照下电荷积聚及光伏电场的构成模式如图1所示[8]。在光照下，c切铌酸锂的电荷积聚在晶片的上下表面，因此光伏电场主要垂直于晶片表面；y切铌酸锂的电荷积聚在光照的两侧，光伏电场主要平行于晶片表面。晶体表面的非均匀光伏静电场可用于微流体的操控。

图1 (a)激光束照明，(b)和(c)分别为c切和y切掺铁铌酸锂晶体光伏电场构型[8]

1.2 微流体的静电作用机制

1.2.1 介电泳作用

1958年Pohl等[9]发现中性物质在非匀强电场中由于极化作用会受到力的作用而产生运动，并将该作用力称为介电泳力。通过介电泳力可以实现介电液体或颗粒的输送、选择性沉降以及混合等操作。当介电颗粒悬浮在空间电场中时，颗粒表面会产生极化电荷，形成电偶极子。偶极子与电场之间的相互作用可以产生影响粒子运动的力。电场为匀强电场时，微颗粒受到的合力为零。电场为非匀强电场时，微颗粒受到的合力不再为零，颗粒会发生沿合力方向的运动[10]。理想的球形微颗粒在非匀强电场中受到的介电泳力为：

(1)

式中：Г为微颗粒的几何因子，球形结构的微颗粒Г=4πr3(r为颗粒半径)；εm为周围介质的相对介电常数；ε0为真空介电常数；E为电场强度；α(ω)为Clausius-Mossotti系数。当电场为静电场时，α(ω)可简化为[11]：

(2)

式中：σp为微颗粒的电导率；σm为周围介质的电导率。结合公式(1)和公式(2)可知，当σp大于σm时，微颗粒受到的作用力表现为吸引力；当σp小于σm时，微颗粒受到的作用力表现为排斥力。

由于流体不能作为刚性颗粒处理，因此在分析微液滴受力时公式(1)不再适用。可将液滴看成体积无限小的偶极子的聚合体[12]，微液滴所受到的介电泳力Fdroplet为该液滴中所有偶极子的卡尔文极化力密度的积分[13]，即：

(3)

式中：ε0为真空介电常数；εl为液滴的相对介电常数；εm为周围介质的相对介电常数；E为电场强度；V为电势。液滴的受力方向同样由εl和εm的相对大小决定。

1.2.2 电润湿作用

电润湿效应是操控表面微量液体最广泛使用的机制之一,是液体在电场的作用下润湿性发生改变的现象[14]。Berge在20世纪90年代初发展了电润湿效应，提出用一层薄绝缘层将导电液体与金属电极分隔开的想法，以消除电解问题，这个概念被称为介电润湿(electrowetting on dielectric， EWOD)。

物体表面的润湿特性通常由接触角θ来定义，接触角在固体-气体、固体-液体和液体-气体界面的表面自由能(γSG，γSL和γLG)最低时达到稳定，接触角θ同表面自由能间的关系可以通过Young方程来描述：

(4)

式中:γSG、γSL和γLG分别为固体-气体、固体-液体和液体-气体界面的表面自由能。

液滴在固体表面接触角的平衡行为可以通过公式(4)来描述，但这种关系仅适用于理想(原子级光滑和化学异质)的固体表面。大多数表面在化学上通常是粗糙且不均匀的，因此液滴的接触角θ会存在于两个极端角度(前进角和后退角)之间，这种现象称为接触角的滞后[15]，会影响液滴在固体表面上移动的能力。研究发现可以通过改变固体表面的化学性质[16]或表面形态[17]来改变其润湿特性，但是通过这些方法对表面进行的改性通常是永久的。与永久表面改性的方法相比，EWOD方式利用电场来精准控制表面润湿特性，因此更具优势。通过与图案化电极相结合，EWOD可以在固体表面上控制液滴，并且不会改变任何液体或固体的化学成分。同时，在电极与被操控液体之间配置绝缘疏水层，可以增大接触角的变化量，减小接触角滞后效应，增强接触角变化的可逆性，从而提高电润湿装置的性能。

利用电润湿效应操控液滴的原理如图2所示。闭合电路后，外部电路会对EWOD装置“充电”，电荷会在固-液界面处积累，界面处的自由能增加，微液滴的表面张力发生改变，导致液体的接触角变化。

图2 介电润湿效应原理图

在EWOD装置中，外加电压与接触角的变化可通过Young-Lippmann方程来描述：

(5)

式中：θ0为加电压前液体的接触角；θ为加电压后液体的接触角；ε0为真空介电常数；εr为绝缘层的相对介电常数；V为外加电压；d为绝缘层厚度；γLG液体-气体界面的表面自由能。

1.2.3 电渗作用

电渗是指在外加电场作用下，液体相对于静止不动的带电表面发生运动的现象。电渗的原理如图3所示，当液体与固体表面接触时，固体表面会产生电荷。这些表面电荷会影响液体中电荷的分布，从而在固-液界面附近形成双电层(液体内部的电荷分布划分为紧密层和扩散层)。沿着固-液界面的方向施加电场时，液体内部扩散层中的电荷在电场作用下开始定向移动，由于液体具有一定粘性，电荷会拖动周围液体运动，从而形成电渗流(electroosmotic flow， EOF)[18]。

图3 电渗流的原理图[18]

2 基于铌酸锂的光伏微流体操控研究进展

2.1 铌酸锂基流体媒介中的微纳颗粒光伏操控

铌酸锂基光伏操控技术最早源于对固态微颗粒的并行操控需要。南开大学的张心正等最先在国内开展微颗粒的光伏操控研究，其小组在铌酸锂表面利用结构光场(干涉条纹)实现了金属颗粒的微米级周期分布[19]。国际上，德国的研究人员最早开展类似研究，他们运用低光强的结构光辐照在铌酸锂表面成功实现了微颗粒图案化排布[20-22]。西班牙的马德里团队则兼顾该方向的实验探索与理论模型建立，尝试以光折变带输运理论为基础发展铌酸锂表面的介电作用模型，以预测微颗粒在不同结构光辐照下的分布规律[1,4,23-27]。

2009年，南开大学的张心正等[19]利用光伏空间电荷场操控流体媒介中的中性银纳米颗粒时，观察到颗粒分布图案随时间的转变过程，如图4所示。他们指出，初始银纳米颗粒为中性，因而分布图案取决于介电泳作用(正比于电场模平方的梯度，参见公式(1))的空间分布；然而随着时间的流逝，晶体表面被捕获的银纳米颗粒呈现出正电性，因而其分布逐渐由电场主导并出现相应的转变。需要强调的是，该工作首次报道了中性银纳米颗粒在铌酸锂表面的带电过程，并观察到了金属颗粒在光伏电场下的排斥行为。

图4 被捕获的银颗粒带随时间的变化，光照周期为600 μm，插图之间的时间间隔为30 s[19]

Esseling等[21]于2010年开展了铌酸锂基流体媒介中的微纳颗粒二维捕获研究。他们发现y切铌酸锂对流体媒介中悬浮石墨颗粒的捕获分布图案出现了显著的非局域效应。由于y切铌酸锂晶体的c轴平行于晶体表面，光激载流子沿着晶体c轴运动，并在光照边缘积累，因而电荷分布与光强分布不一致，即非局域效应。随后，他们又在c切铌酸锂晶体上对带电颗粒进行了捕获实验[22]，操控结果如图5所示。由于c切铌酸锂晶体的c轴垂直于晶体表面，光激载流子会在晶体光照区域的上下表面聚集，其电荷分布同光强分布基本相同，因此得到了质量较好的微颗粒捕获图案。

图5 在c切铌酸锂晶体表面获得的二维带电颗粒捕获图案[22]

Carrascosa等从理论与实验两方面出发在铌酸锂基微操控芯片上展开了对微纳颗粒的一维与二维捕获的研究[4,23-24,28-29]。2014年，他们提出了一种可以对任意光场下的颗粒捕获效果进行分析的理论方法。首先假设颗粒在芯片的势能最低处会被捕获，然后通过模拟计算出晶体内部的空间电荷场，最后算得其介电泳电势，从而完成对颗粒捕获的理论分析，并且他们通过实验证实了此方法的正确性[23]。2015年，他们在c切铌酸锂晶体上首次实现对微米级CaCO3颗粒与纳米级Al颗粒的二维捕获，并且对y切铌酸锂晶体与c切铌酸锂晶体的捕获效果做了对比[28]。之后，他们使用衍射光斑照射铌酸锂晶体，通过上述颗粒操控技术在铌酸锂晶体上成功制备了金属光栅[29]，在c切铌酸锂晶体上完成了对花粉的一维与二维捕获，并发现其捕获效果与无机颗粒的捕获效果相近[4]，如图6所示。

图6 一维和二维花粉碎片捕获图案[4]

2017年Sperling等[30]利用铌酸锂基微颗粒的光伏操控技术演示了物理上可重构的电路。他们利用介电泳作用实时捕获、移动和连接单个微焊锡珠，并将表面组件之间连接到一起。图7中展示了一种可重构的三向开关，三个发光器件分别与铌酸锂上的电极相连，通过移动焊锡珠依次接通从左到右的电路，实现了三个发光器件的依次点亮。

图7 可重构三向开关的演示[30]

至此，微颗粒操控实验都采用了“顺序法”的两步过程。首先，通过光场诱导铌酸锂产生光伏电场；然后，移除光照并令微颗粒接近铌酸锂表面从而在光伏电场的作用下被捕获。2019年，Zan等开展了聚焦高斯光场下铌酸锂基流体媒介中PS(聚苯乙烯)微球的实时光伏操控研究[31]，提出了一种实时操控方案：将铌酸锂放在微颗粒悬浮液中，光照的同时进行微颗粒的捕获，此时光伏电场的激发与微颗粒的捕获是同时进行的。此外，由于该操控方案光场施加和观察采用同一光路，因此可用于研究微颗粒在光伏操控下的实时动态响应行为。图8展示了c切和y切铌酸锂表面PS微球被聚焦光伏光场捕获的动态过程，其清晰地显示了c切和y切铌酸锂的捕获特征(局域和非局域)以及不同的捕获效率。同年，Carrascosa等[27]利用该实时方案对铌酸锂基微颗粒的光伏操控方式进行了创新。他们发现聚焦操控光场对纳米银颗粒具有很强的排斥作用，并利用该排斥作用实现了颗粒分布图案的擦除和重构。此外，他们进一步验证张心正等在2009年提出的观点，即在持续光照下，铌酸锂表面的累积电荷会令金属颗粒带电，并使其在电泳力作用下逐渐远离光照区域。图9为通过控制光照开关来控制微颗粒吸引与排开的现象图。

图8 PS微球被聚焦高斯光场捕获的动态过程 (a)～(f)c切LN∶Fe；(g)～(l)y切LN∶Fe[31]

图9 通过控制光照开关在铌酸锂表面获得的颗粒图案[27]

2.2 基于铌酸锂的光伏微流体操控

铌酸锂表面产生的光伏静电场不但可以用于操控流体媒介中的微纳颗粒，也可以通过介电泳、电润湿及电渗效应对表面的两相或多相微流体进行操控。针对微流体的光伏操控研究最早始于德国明斯特大学。2015年，他们通过单层铌酸锂晶体衬底上的结构光预辐照写入空间电荷场实现了对介电微流体的排斥和吸引等作用。但其系统本质上是一个被动的路由装置，而微流体的驱动需借助外部泵浦单元辅助完成[32]。自2016年以来，本课题组开展基于聚焦光伏效应的微流体主动实时操控的研究，分别以介电液滴[8,33-34]、水合液滴[35-39]等微流体作为对象，研究了其在各类改性掺铁铌酸锂衬底上以及非对称铌酸锂夹层结构中的主动光伏操控行为和物理机制。西班牙马德里小组于2019年开始致力于微液滴的聚焦光伏实时操控研究，他们主要关注介电液体媒介中水合液滴的产生[40]，以及液/气界面上水合微液滴的操控[41]。

2.2.1 基于铌酸锂的介电液滴操控

2015年，Esseling等[32]报道了一种光诱导微液滴路由器，通过铌酸锂的表面光伏静电场产生的介电泳作用力对外部泵浦单元驱动的介电气泡或液滴进行路由操作。不同的微流体性质可产生不同效果的介电泳力，形成虚拟屏障(排斥力)，或者产生虚拟轨道(吸引力)。图10为光诱导微液滴路由器分别对气泡(受到排斥力)和液滴(受到吸引力)的路由操作图。

图10 光诱导液滴路由器中微气泡和微液滴的运动 (a)和(b)中微气泡受到排斥力向左侧出口运动；(c)和(d)中微液滴受到吸引力向右侧运动[32]

2016年，陈立品等[34]研究了介电液滴在c切铌酸锂基夹层结构中的聚焦光伏操控行为。在表面光伏静电场引起的介电泳力的作用下，介电液滴能够以液桥的形式产生于夹层结构中。他们发现微液滴可以通过离散点辐照方式进行步进移动、变形或图案化，或通过连续线辐照方式进行预扫描路线伸展或引导。图11为通过不连续的点辐照操控微液滴的过程图。

图11 介电微液滴操控的动态过程 (a)在微液滴周围依次进行三次离散点辐照，微液滴被三个辐照点依次吸引，逐步移动;(b)四次近距离点辐照下微液滴的操控;(c)通过点辐照方案绘制复杂的微液滴图案[34]

同年，陈立品等[33]还利用热释电和光折变效应的协同作用在铌酸锂基夹层结构中实现了介电液滴的光辅助分离。他们认为在该分离过程中，光折变效应和热释电效应的协同作用导致铌酸锂衬底产生了特定的电荷分布，从而实现了微液滴的主动分离。光辅助介电液滴分离包括两个独立的过程：通过介电泳力固定被辐照的部分液体，以及通过倾斜的介电泳力排斥周围的液体。图12(a)展示了没有升降温处理时(无预极化)，介电液滴的捕获；图12(b)展示了有升降温处理时(有预极化)，介电液滴的分离。

图12 (a)液滴无预极化的光辅助液滴捕获；(b)液滴有预极化的光辅助液滴分离[33]

2019年，李菲菲等[8]在y切掺铁铌酸锂衬底组成的夹层结构中实现了介电微液滴的全光分裂。该操作由于使用反对称的y切铌酸锂夹层结构芯片中的双极静电场，因此整个过程无需对晶片及液滴进行任何预处理，此外介电液滴分离所需时间可由光照强度调控，同时待分离的液滴尺寸也具有很宽的范围，该操控技术对于未来铌酸锂基的微流控芯片设计和制备非常重要。另外，该工作通过对微液滴分离的动力学过程和夹层间隙内部的静电参量进行模拟分析，提出两个反对称铌酸锂基底的组合能够提供更强的介电泳力并减少拖曳力的不平衡，从而实现稳定、高效微液滴的分离。图13(b)为反对称铌酸锂夹层结构中介电液滴分离的过程，在聚焦激光的辐照下，微液滴开始逐渐变形，由最初的圆形变为哑铃状，最后分为两个大小相近的子液滴。对比图13(a)中单个铌酸锂夹层结构中液滴的分离过程，可以看出使用反对称衬底构型的必要性。

图13 介电液滴光伏分离的动态过程 (a)单个铌酸锂夹层结构；(b)反对称铌酸锂夹层结构[8]

2.2.2 基于铌酸锂的水合液滴操控

由于大多数生物细胞必须生存在水合环境内，因而铌酸锂基水合微流体的聚焦光伏操控功能是非常重要的。传统的光伏操控一般基于非均匀电场下的介电泳机制。然而，由于水合液滴极性和导电性都较强，因而在空间电场的作用下通常会产生大量电荷，会大幅屏蔽空间电荷场的作用，令基于介电泳机制的光伏操控失效。因此，国内外一直没有关于铌酸锂基水合微流体的聚焦光伏操控报道，关键技术一直有待实质性突破。

2017年，樊博麟等[35]在涂有疏水膜的铌酸锂衬底上实现了对水合液滴的聚焦光伏操控。他们提出将铌酸锂表面修饰为疏水状态，引入介质层通过电润湿机制操控水合液滴的方式，强调涂覆在衬底表面薄膜的疏水性和介电性能是实现水合液滴驱动的关键。图14为实验中使用的芯片衬底结构以及对应的水合液滴光伏操控的过程。在疏水铌酸锂衬底(Type 1)上，水合液滴可以连续地输送到二维平面的任意位置。然而，在裸露的铌酸锂衬底(Type 2)上，水合液滴无法被操控。在Type 3的衬底上，由于导电层(ITO)的存在，光伏电荷无法累积,因而水合液滴也无法被操控。这说明水合液滴的操控源于铌酸锂表面光伏电荷累积。该工作突破了传统借助介电泳力实现铌酸锂基光伏操控的思路，扩展出了利用表面润湿进行铌酸锂基光伏操控的新途径。

图14 水合液滴的动态操控过程及对应的衬底结构 (a)由特氟龙及铌酸锂构成(Type 1)；(b)仅由铌酸锂构成(Type 2)；(c)由特氟龙、ITO及铌酸锂构成(Type 3)；(d)水合液滴在Type 1芯片上的动态输运图；(e,f)Type 2和Type 3芯片上的水合液滴驱动的对比实验，在这两类芯片上水合液滴无法被稳定驱动。绿色箭头表示传输方向，紫色点表示激光光斑位置，红色三角形表示不可移动的参考点[35]

2019年，Gao等[36]在铌酸锂衬底上实现了水合气流的可见光辅助冷凝。通过分析不同光照强度下可见光辅助水凝结的动力学过程，如图15所示，发现水的凝结程度，液流的弯曲角度和凝结的作用范围与辐照强度高度相关。根据不同光照强度下水合气流的模拟轨迹和实验结果的对比分析，他们认为这种可见光辅助的水凝结是由非均匀光伏电场中介电泳力驱动微小水滴聚集的过程。上述研究展示了铌酸锂表面的光伏静电场对近表面的水合气流的实时操控能力，并首次提出了铌酸锂表面光伏电荷的电屏蔽机制。

图15 不同光照强度下水合液滴的轨迹[36]

2020年，Zhang等[37]通过在y切铌酸锂表面涂覆油浸多孔疏水薄膜，实现了水合液滴的光伏分离，如图16 所示。水合液滴分离过程中接触角与时间的依赖关系符合光伏电场建立的指数变化规律，证明了介电润湿效应对液滴分离的贡献。激光辐照分离子液滴边缘可触发子液滴对双极电势分布的响应，表明两个子液滴的异号电性，证明了电渗效应对液滴分离的贡献。水合液滴分离过程的两相流模拟结果进一步揭示介电润湿和电渗效应在液滴分离过程中的协同作用。

图16 (a)分离过程中水合微液滴接触角的时间演变；(b)接触角测量方案；(c)y切铌酸锂衬底中偶极光伏电荷分布；(d)～(k)水合微液滴分离过程的典型帧[37]

2020年，西班牙Puerto等[41]对非极性液体界面上的水合液滴的聚焦光伏操控进行了研究，如图17所示。他们通过铌酸锂表面的光伏静电场产生介电泳力来操控悬挂在空气-油界面上水合液滴，实现了水合液滴的引导、捕获、融合和分裂等操控动作，并验证了该技术对各种生物液滴(DNA、磷酸盐缓冲液)的有效性。该操控技术需要借助水合液滴与非极性介质间的界面张力，其要求操控过程保证水合液滴不与衬底接触。一旦水合液滴被捕获至衬底表面，其中的自由电荷将会迅速屏蔽铌酸锂表面光伏电荷，即形成水合液滴的永久捕获。

图17 铌酸锂衬底上进行水合液滴的操控 (a)～(d)引导;(e)～(h)捕获[41]

图18 铌酸锂衬底上产生的小液滴 (a)y切铌酸锂；(b)c切铌酸锂[40]

2021年，Gao等[38]利用掺铁铌酸锂晶体的表面光伏静电场产生的介电泳力，实现了对油浸疏水性衬底上的水合微液滴的远程操纵。实验结果表明，这种方式可令微液滴的远程操纵距离延展到亚厘米水平。通过缩短操纵距离或增加光照强度，可以增强光伏静电相互作用，增加被操纵液滴的速度。此外，在强烈的静电光伏相互作用下，他们观察到液滴的形状突变和快速排斥运动，认为其是静电相互作用从介电泳机制瞬间转变为电泳机制的结果。图19展示了液滴操控过程中力平衡的不同状态。

图19 静态模式捕获和操控过程中力平衡的不同状态[38]

2021年，张雄等[39]在c切铌酸锂上实现了水合液滴的高效光伏往复运动，如图20所示。水合液滴往复运动的启停与激光辐照的开关同步。通过追踪液滴的瞬时速度，发现水合液滴往复运动的过程分为形变、脱离、回弹和归位四个阶段。基于上述特点构建了液滴往复运动模型，提出水合液滴的光伏往复运动本质上是光伏电荷从高电势向低电势的自然转移过程。利用该模型很好地预测了水合液滴循环周期对液滴半径和激光辐照功率的依赖性，得到了循环周期T与组合参数R1.5P-1的线性相关关系。借助水合液滴的这种往复运动模式实现了水合液滴以自动可重复的方式从金属表面获取溶质的操作。

图20 (a)导电金属表面附近的水合微液滴往复运动示意图;(b)利用该光伏往复操控技术实现水合微液滴对荧光染料(包覆于金属表面)的可控微量重复获取[39]

3 结语与展望

从上述进展可以看出，铌酸锂基光伏微流体操控技术具有实时性强与灵活度高等优点。该技术未来的研究方向主要有三个：(1)进一步提高微流体操控的分辨率。目前可有效操控的微流体尺寸一般在50 μm以上，如何操控微米级尺寸流体是一个挑战。(2)与热释电微流体操控技术的协同。铌酸锂晶体在热刺激下可产生热释电荷，也可用于表面流体操控。因此，光热复合操控是一个值得进一步研究的方向。(3)光伏微流体操控的芯片集成技术。光伏微流体操控技术的成功应用离不开微流控芯片，因此如何在PDMS封装芯片中实现微流体的有效操控是该技术走出实验室的必由之路。总之，铌酸锂基光伏微流体操控技术目前尚未成熟，有待进一步完善，但该技术对未来生物光子芯片低消耗、高效率的各类生化检测的重要性不言而喻，对铌酸锂基生物光子芯片在制药、医疗和生物等领域的成熟应用具有重要意义。