基于介电润湿（Electrowetting on Dielectric,简称EWOD）的数字微流控芯片具有结构和控制简单,灵敏度和通量高,样品用量小,检测时间短以及自动化和集成化程度高等优点,在细胞操纵、临床检测、DNA分析以及食物和环境监测等生物、医学和化学领域表现出巨大优势并得到了广泛应用。可以预见,随着MEMS技术的发展,数字微流控技术将发展成为当今世界的前沿科技之一。针对目前所研制的数字微流控芯片功能单一以及微液滴操控灵活性差的不足,本文在研究介电润湿操控微液滴机理的基础上,设计了一种混合结构数字微流控芯片,结合数值仿真和MEMS工艺成功研制出芯片;并设计了外围控制电路,对微液滴进行了操控实验研究。首先,对微尺度下的微液滴进行受力分析,研究了各种改变表面张力的方法并选择EWOD进行微液滴操控。建立EWOD模型对其原理进行了研究,并利用能量最小化原理对控制微液滴接触角变化的Young-Lippmann方程进行了改进;在EWOD原理基础上,建立了微液滴生成、输运、分离及合并操控模型。其次,设计了混合结构数字微流控芯片,并推导出单双极板区驱动电极单元尺寸匹配数学关系。建立电动力模型,利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件对芯片中零电极和驱动电极单元的布局和参数进行了仿真优化,得到了一系列用于指导芯片设计的结论;并基于所建立的电动力仿真模型研究了介电润湿的内在机理问题。另外,对所设计的数字微流控芯片进行了电场、流场和温度场耦合仿真,得出微液滴的运动规律,并分析了介电层厚度对流速和温度的影响。基于理论计算和数值仿真,结合MEMS工艺制定出一套加工数字微流控芯片的工艺流程,将Si₃N₄和SiO₂相结合研制出复合介电层结构芯片。针对微液滴操控的特殊性,采用单片机驱动控制光耦开关设计出微液滴操控电路及操控程序。最后,建立实验平台,对微液滴进行操控实验研究。在不同电压下,通过测量四种介电层结构中去离子水微液滴的动态接触角及其滞后量,验证了本文改进的Young-Lippmann的正确性,并得出最佳介电层组合为Si₃N₄-SiO₂和SiO₂-Si₃N₄-SiO₂层状复合结构。在此基础上,比较了外加电压、开关切换频率以及微液滴体积等因素对微液滴操控的影响;在30-50V电压之间成功实现了对去离子水微液滴的输运、合并及并行操控,通过实验验证了基于EWOD操控微液滴的可行性。本课题涉及多学科交叉研究与应用,文中所使用的理论、方法和得出的结论对进一步深入研究和设计数字微流控芯片具有一定的启发和借鉴意义。