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CN115245845A - 一种微流控芯片 - Google Patents

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CN115245845A
CN115245845A CN202110462186.2A CN202110462186A CN115245845A CN 115245845 A CN115245845 A CN 115245845A CN 202110462186 A CN202110462186 A CN 202110462186A CN 115245845 A CN115245845 A CN 115245845A
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electrode
electrodes
driving
branch
sensing
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Application number
CN202110462186.2A
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林柏全
席克瑞
粟平
王林志
周一安
秦锋
欧阳珺婷
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Original Assignee
Shanghai Tianma Microelectronics Co Ltd
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Abstract

本发明实施例公开了一种微流控芯片。该微流控芯片包括相对设置的第一基板和第二基板,第一基板和第二基板之间形成微流控通道,微流控通道用于容纳至少一个液滴;位于第一基板一侧的多个驱动电极和多个感应电极,驱动电极呈阵列排布;感应电极包括至少一个第一支电极和至少一个第二支电极,第一支电极沿第一方向延伸,第二支电极沿第二方向延伸;相邻的驱动电极加载不同的驱动电压信号,以驱动液滴移动;感应电极加载探测信号,根据液滴流过时感应电极和某一电极形成的电容变化确定液滴的位置。本发明实施例提供的微流控芯片在驱动液滴运动的同时可以获取液滴的位置,解决现有技术中由于不能检测液滴位置导致设备的可靠性低的问题。

Description

一种微流控芯片
技术领域
本发明实施例涉及微控制技术领域,尤其涉及一种微流控芯片。
背景技术
微流控(Microfluidics)技术指的是使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体(体积为纳升到阿升)的一种技术。微流控芯片是微流控技术实现的主要平台。微流控芯片具有并行采集和处理样品、集成化高、高通量、分析速度快、功耗低、物耗少,污染小等特点。微流控芯片技术可以应用于生物基因工程、疾病诊断和药物研究、细胞分析、环境监测与保护、卫生检疫、司法鉴定等领域。
在原材料、工艺或环境问题导致驱动单元表面不平整或有杂质时,会影响液滴运动状态。由于驱动时序已事先确定,如无液滴位置反馈机制,将影响后续进程。且实验人员将难以得知,降低实验效率甚至造成实验失败。尤其在液滴移动路径比较复杂的实验中,液滴位置的实时反馈将更加重要。
现有的微流控技术中,通常难以实时反馈液滴的位置。某些文献中提到可以利用光学检测的方法获取液滴位置,但这种方法通常要搭配外部激光设备,结构繁琐、不易现场即时诊断,且成本较高。
发明内容
本发明实施例提供一种微流控芯片,该微流控芯片在驱动液体运动的同时可以获取液滴的位置,解决现有技术中由于不能检测液滴位置导致设备的可靠性低的问题。
本发明实施例提供了一种微流控芯片,包括相对设置的第一基板和第二基板,所述第一基板和所述第二基板之间形成微流控通道,所述微流控通道用于容纳至少一个液滴;
位于所述第一基板一侧的多个驱动电极和多个感应电极,所述驱动电极呈阵列排布,所述感应电极在所述第一基板所在平面的投影与相邻的所述驱动电极的缝隙在所述第一基板所在平面的投影至少部分交叠;
所述感应电极包括至少一个第一支电极和至少一个第二支电极,所述第一支电极沿第一方向延伸,所述第二支电极沿第二方向延伸,所述第一方向与所述驱动电极所成阵列的行方向平行,所述第二方向与所述驱动电极所成阵列的列方向平行;
相邻的所述驱动电极加载不同的驱动电压信号,以驱动所述液滴移动;
所述感应电极加载探测信号,根据所述液滴流过时所述感应电极和某一电极形成的电容变化确定所述液滴的位置。
本发明实施例提供的微流控芯片,包括相对设置的第一基板和第二基板,通过在第一基板和第二基板之间形成微流控通道,微流控通道用于容纳至少一个液滴;通过在第一基板一侧的多个阵列排布的驱动电极,相邻的驱动电极加载不同的驱动电压信号,以驱动液滴移动;通过在第一基板一侧多个感应电极,感应电极加载探测信号,根据液滴流过时感应电极和某一电极形成的电容变化确定液滴的位置;其中感应电极在第一基板所在平面的投影与相邻的驱动电极的缝隙在第一基板所在平面的投影至少部分交叠;感应电极包括至少一个第一支电极和至少一个第二支电极,第一支电极沿第一方向延伸,第二支电极沿第二方向延伸,第一方向与驱动电极所成阵列的行方向平行,第二方向与驱动电极所成阵列的列方向平行;从而实现在驱动液滴运动的同时可以获取液滴的位置,解决现有技术中由于不能检测液滴位置导致设备的可靠性低的问题。
附图说明
图1为相关技术中一种微流控芯片的结构示意图;
图2为相关技术中另一种微流控芯片的结构示意图;
图3为本发明实施例提供的一种微流控芯片的结构示意图;
图4为沿图3中剖线AA'的一种剖面结构示意图;
图5为沿图3中剖线AA'的另一种剖面结构示意图;
图6为本发明实施例提供的另一种微流控芯片的结构示意图;
图7为本发明实施例提供的又一种微流控芯片的结构示意图;
图8为本发明实施例提供的又一种微流控芯片的结构示意图;
图9为本发明实施例提供的又一种微流控芯片的结构示意图;
图10为本发明实施例提供的又一种微流控芯片的结构示意图;
图11为本发明实施例提供的又一种微流控芯片的结构示意图;
图12为本发明实施例提供的又一种微流控芯片的结构示意图;
图13为本发明实施例提供的又一种微流控芯片的结构示意图;
图14为本发明实施例提供的一种微流控芯片的电路结构示意图;
图15为本发明实施例提供的一种微流控芯片的剖面结构示意图;
图16为本发明实施例提供的另一种微流控芯片的剖面结构示意图;
图17为本发明实施例提供的又一种微流控芯片的结构示意图;
图18为沿图17中剖线BB'的一种剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本发明。需要注意的是,本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的,不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中,还需要理解的是,当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时,其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”,也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
微流控芯片的研究始于20世纪90年代初,是实现片上实验室(Lab-on-a-chip)的一种潜在技术,能够把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上,由微通道形成网络,以可控流体贯穿整个系统,用以取代常规生物或化学实验室的各种功能,自动完成分析的全过程。由于在集成化、自动化、便携化和高效化等方面展现出了巨大潜力,微流控芯片技术已成为当前研究热点和世界前沿科技之一。在过去的二十年,在实验室研究和工业应用中数字微流控芯片呈现出蓬勃发展的趋势,尤其是基于微液滴操控的数字微流控芯片更是取得了很大的进展,目前被操控的液滴的体积可以达到微升甚至纳升级别,这样,在微尺度下,就可以对微升和纳升级别的液滴进行更精确的混合,液滴内部的化学反应也更加充分。另外,可以对液滴内部不同的生化反应过程进行监控,微液滴可以包含细胞和生物分子,比如蛋白质、DNA,这样就实现了更高通量的监控。在许多驱动微液滴的方法中,传统的方法是在微管道中实现微液滴的生成和控制,但微管道的制造工艺非常复杂,并且微管道很容易被堵塞,重复利用性不高,需要复杂的外围设备进行驱动。
由于介电湿润效应自身具备诸多优势,越来越多地用来操控数字微流控芯片中的微液滴。因为基于介电湿润的微流控芯片不需要微管道、微泵和微阀等复杂设备,其制作工艺简单、发热量小,响应迅速,功耗低、封装简单等,基于介电湿润效应的微流控芯可以实现对微液滴的分配、分离、运输和合并操作。而基于介质上电润湿的数字微流控芯片是以电极为控制单元对液滴进行操控,因此需要大量的电极单元。示例性的,图1为相关技术中一种微流控芯片的结构示意图,参考图1,该微流控芯片包括控制电路01和多个驱动单元02,每个驱动单元02均与控制电路01电连接,用于驱动液滴03按照预设运动路径流动,这种微流控芯片具有结构简单、成本低等优点,但无法实时反馈液滴的位置,其应用场景受限。图2为相关技术中另一种微流控芯片的结构示意图,参考图2,该微流控芯片包括控制电路01、多个驱动单元02以及激光头04,驱动单元02和激光头04均与控制电路01电连接,驱动单元02用于驱动液滴移动,激光头04出射用于探测液滴位置的激光束,利用光学检测的方法实现液滴定位,结构繁琐、不易现场即时诊断,且成本较高。
有鉴于此,本发明实施例提供一种微流控芯片,包括相对设置的第一基板和第二基板,第一基板和第二基板之间形成微流控通道,微流控通道用于容纳至少一个液滴;位于第一基板一侧的多个驱动电极和多个感应电极,驱动电极呈阵列排布,感应电极在第一基板所在平面的投影与相邻的驱动电极的缝隙在第一基板所在平面的投影至少部分交叠;感应电极包括至少一个第一支电极和至少一个第二支电极,第一支电极沿第一方向延伸,第二支电极沿第二方向延伸,第一方向与驱动电极所成阵列的行方向平行,第二方向与驱动电极所成阵列的列方向平行;相邻的驱动电极加载不同的驱动电压信号,以驱动液滴移动;感应电极加载探测信号,根据液滴流过时感应电极和某一电极形成的电容变化确定液滴的位置。
其中,第一基板和第二基板可以均采用玻璃基板,第一基板和第二基板之间设置封胶,以形成一条或多条容纳液滴运动的微流通道,驱动电极可以为设置在第一基板上阵列排布的块状电极,可以利用金属氧化物(例如可以为氧化铟锡ITO)形成,一个驱动电极的面积小于液滴在第一基板上的投影的面积,在驱动液滴移动时,相邻的驱动电极加载不同的驱动电压,通过相邻驱动电极之间的差生电压驱动液滴,控制液滴按照预设路径移动。由于驱动电极是呈阵列且分立设置的,因此可以在驱动电极之间设置电极形成电容,当液滴流过时,电容的容值会发生变化,从而获取液滴的位置。本发明实施例的技术方案中,在第一基板上多个感应电极,感应电极包括至少一个沿第一方向(驱动电极阵列的行方向)延伸的第一支电极和至少一个沿第二方向(驱动电极阵列的列方向)延伸的第二支电极,其中第一支电极至少部分区域位于相邻两行驱动电极的缝隙中,第二支电极的至少部分区域位于相邻两列驱动电极的缝隙中,而不能完全位于驱动电极的下方,从而避免驱动电极屏蔽感应电极的信号。在探测液滴的位置时,向感应电极加载相应的电压,至少一个感应电极和微流控芯片中的某一电极形成电容,其中某一电极可以为设置在第二基板上的公共电极、在第一基板中某一走线或其他电容的某一极,仅需与对应的感应电极形成电容即可。当液滴流经某一位置时,由于液滴的影响,该位置处一个或多个感应电极形成的电容的大小会发生变化,通过探测电容的变化情况就可以获取液滴的位置。
本发明实施例的技术方案,通过在第一基板和第二基板之间形成微流控通道,微流控通道用于容纳至少一个液滴;通过在第一基板一侧的多个阵列排布的驱动电极,相邻的驱动电极加载不同的驱动电压信号,以驱动液滴移动;通过在第一基板一侧多个感应电极,感应电极加载探测信号,根据液滴流过时感应电极和某一电极形成的电容变化确定液滴的位置;从而实现在驱动液滴运动的同时可以获取液滴的位置,解决现有技术中由于不能检测液滴位置导致设备的可靠性低的问题。
以上为本发明实施例的核心思想,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
示例性的,图3为本发明实施例提供的一种微流控芯片的结构示意图,图4为沿图3中剖线AA'的一种剖面结构示意图,图3示出了微流控芯片的俯视结构示意图,该微流控芯片包括多个驱动电极11和多个感应电极12,其中驱动电极11呈阵列排布,相邻的驱动电极11加载不同的驱动电压,通过相邻驱动电极11之间的差生电压驱动液滴,控制液滴按照预设路径移动。示例性的,图3中以感应电极包括一个第一支电极121和一个第二支电极122为例,第一支电极121和第二支电极122设计为倒“L”形,其中第一支电极121沿第一方向x延伸,第二支电极122沿第二方向y延伸,第一方向x与驱动电极11所成阵列的行方向平行,第二方向y与驱动电极11所成阵列的列方向平行。图3示出的驱动电极11的形状为矩形只是示意性的,具体实施时可以根据实际情况设置。参考图4,该微流控芯片包括相对设置的第一基板10和第二基板20,第一基板10和第二基板20之间形成微流控通道30,微流控通道30用于容纳至少一个液滴31;示例性的,本实施例中,驱动电极11和感应电极12均位于第一基板10靠近第二基板20的一侧,不同的电极层之间设置有绝缘层14,沿第一基板10指向第二基板20的方向z,第一支电极121覆盖相邻两行驱动电极11的缝隙,第二支电极122覆盖相邻两列驱动电极11的缝隙,即图4中的实施例中,第一支电极121的宽度d1大于相邻两行驱动电极11之间缝隙的宽度d2,第二支电极122的宽度d3大于相邻两列驱动电极11之间缝隙的宽度d4,通过设置第一支电极12和第二支电极13的宽度较宽,有利于降低感应电极12的电阻,减少加载探测信号时的电压压降;在其他实施例中,也可以设置第一支电极12的宽度小于或等于相邻两行驱动电极11之间的缝隙,第二支电极122的宽度小于或等于相邻两列驱动电极11之间的缝隙,具体实施时可以根据实际情况设计,本发明实施例对感应电极和驱动电极之间缝隙的宽度不作限定。图4中示例性示出第二基板20一侧还设置有公共电极21,公共电极21可以利用ITO形成,在向感应电极12加载探测信号时,至少一个感应电极12中的第一支电极122和第二支电极122与公共电极21形成电容,当液滴流过时,引起感应电极和公共电极之间的介电常数变化,感应电极12和公共电极21之间的电容发生变化,从而确定液滴的位置。在其他实施例中,与感应电极形成电容的另一电极还可以为微流控芯片中某一走线或其他电容的某一极等,具体实施时可以根据实际情况设计。
在上述实施例的基础上,图5为沿图3中剖线AA'的另一种剖面结构示意图,可选的,感应电极12与驱动电极11同层设置,感应电极12和驱动电极11采用相同的材料形成,在制备时可以使感应电极12与驱动电极利用同一工艺一次形成,从而降低微流控芯片的制备成本。当感应电极12与驱动电极11同层设置时,为了避免感应电极12和驱动电极11电连接发生短路,与图4所示的实施例中感应电极12的宽度大于相邻两个驱动电极11之间的缝隙不同的是,该实施例中感应电极12的宽度小于相邻两个驱动电极11之间的缝隙的宽度,具体的,第一支电极121的宽度小于相邻两行驱动电极11之间的缝隙的宽度,第二支电极122的宽度小于相邻两列驱动电极11之间的缝隙的宽度,即感应电极12完全位于驱动电极11的缝隙中。
图6为本发明实施例提供的另一种微流控芯片的结构示意图。可选的,参考图6,感应电极12包括一个第一支电极121和一个第二支电极122,第一支电极121和第二支电极122连接呈折线形状,第一支电极121和第二支电极122与分别与对应的驱动电极11相邻的两个边缘平行。
图6所示的实施例中,每个感应电极12包括一个第一支电极121和一个第二支电极122,第一支电极121和第二支电极122连接成倒“L”的折线形状,且感应电极12位于驱动电极11的缝隙中,可选的,感应电极12与驱动电极11一一对应。示意性的,当液滴31位于第一行第二列的驱动电极11a上方时,与第一行第二列的驱动电极11a两个边缘平行的感应电极12a、与第一行第三列的驱动电极11b两个边缘平行的感应电极12b、与第二行第二列的驱动电极11c两个边缘平行的感应电极12c与某一电极形成的电容会发生变化,而且感应电极12a所成电容的变化量大于感应电极12b和感应电极12c所成电容的变化量,从而确定液滴31的位置。
可选的,感应电极的数量小于驱动电极的数量。在其他实施例中,为了降低微流控芯片的驱动成本,可以仅在液滴路径的关键位置设置感应电极,例如液滴流经的路径、液滴拐弯位置等节点。示例性的,图7为本发明实施例提供的又一种微流控芯片的结构示意图,参考图7,液滴的运动路径沿图7中的箭头方向,仅在液滴运动路径附近的驱动电极11周围设置感应电极12,其中图7中示出的液滴的运动路径以及感应电极12的设置位置仅是示意性的,在具体实施时可以根据实际情况设计,本发明实施例对此不作限定。
可选的,每个感应电极围绕一个对应的驱动电极,且感应电极相对于驱动电极所成阵列隔行和/或隔列排列。
以上实施例中,一个感应电极包括一个第一支电极和一个第二支电极,在其他实施例中,一个感应电极中支电极的个数可以大于二(例如可以为一个第一支电极和两个第二支电极),由于感应电极的至少部分区域设置于驱动电极的缝隙中,因此可以设计感应电极围绕对应的驱动电极设置,通过感应电极相对于驱动电极所成阵列隔行和/或隔列排列,可以减少感应电极和信号线的数量,简化微流控芯片的结构,降低微流控芯片的驱动成本。
可选的,感应电极包括一个第一支电极和两个第二支电极;每个感应电极围绕驱动电极所成阵列中奇数列或偶数列的某一驱动电极。
示例性的,图8为本发明实施例提供的又一种微流控芯片的结构示意图,参考图8,感应电极12包括第一支电极121、第二支电极122a和第二支电极122b,即感应电极12设计为类似于“门框”的形状;每个感应电极12围绕驱动电极11所成阵列中奇数列对应的驱动电极11,这样即可以全面追踪所有液滴的位置。例如图8中的液滴31a位于第一行第二列驱动电极11a上方,虽然未设置围绕驱动电极11a的感应电极,但与第一行第一列驱动电极11b相邻的感应电极12a以及与第一行第三列驱动电极11c相邻的感应电极12b的电容(液滴31a的左右两侧)均会发生变化,且变化量与液滴位于驱动电极11b或驱动电极11c上方不同,通过电容的变化以及相关定位算法,可以确定液滴31a的位置;液滴31b位于第二行第五列驱动电极11d上方时,围绕驱动电极11d的感应电极12c的电容(液滴31b的左、上、右三侧)会发生变化,从而确定液滴31b的位置。
在其他实施例中,每个感应电极可以围绕驱动电极所成阵列中偶数列的某一驱动电极设置,其结构与图8类似,此处不再详述。
可选的,感应电极包括一个第二支电极和两个第一支电极;每个感应电极围绕驱动电极所成阵列中奇数行或偶数行的某一驱动电极。
示例性的,图9为本发明实施例提供的又一种微流控芯片的结构示意图,参考图9,感应电极12包括第二支电极122、第一支电极121a和第一支电极121b,即感应电极12设计为类似于“C”字的形状;每个感应电极12围绕驱动电极11所成阵列中奇数列对应的驱动电极11,这样即可以全面追踪所有液滴的位置。在其他实施例中,还可以设置感应电极12的开口朝上或朝左,其实现方式类似于图8或图9,具体实施时可以根据实际情况设计。
可以理解的是,当液滴在微流控芯片内移动时,其定位原理与图7所示的实施例类似,在其他实施例中,每个感应电极可以围绕驱动电极所成阵列中偶数列的某一驱动电极设置,其结构与图9类似,此处不再详述。
可选的,感应电极包括一个第一支电极和两个第二支电极或者感应电极包括一个第二支电极和两个第一支电极;沿第一方向,感应电极围绕相邻两个驱动电极中的一个驱动电极设置;沿第二方向,感应电极围绕相邻两个驱动电极中的一个驱动电极设置。
示例性的,图10为本发明实施例提供的又一种微流控芯片的结构示意图,参考图10,感应电极12包括一个第一支电极121、第二支电极122a和第二支电极122b,沿第一方向x,感应电极12围绕相邻两个驱动电极11中的一个驱动电极11设置;沿第二方向y,感应电极12围绕相邻两个驱动电极11中的一个驱动电极11设置,具体实施时,对于处于边缘位置处的驱动电极11,为了防止液滴处于边缘时定位不准确,可以在边缘位置处设计条状的支电极,具体实施时可以根据时间情况设计。图11为本发明实施例提供的又一种微流控芯片的结构示意图,参考图11,感应电极12包括第二支电极122、第一支电极121a和第一支电极121b;沿第一方向x,感应电极12围绕相邻两个驱动电极11中的一个驱动电极11设置;沿第二方向y,感应电极12围绕相邻两个驱动电极11中的一个驱动电极11设置,相对于感应电极与驱动电极一一对应,这样设置可以减少感应电极和信号线的数量,降低驱动成本。
可选的,每个感应电极包括两个第一支电极和两个第二支电极,两个第一支电极和两个第二支电极连接成围绕驱动电极的环状形状。可选的,感应电极相对于驱动电极所成阵列隔行且隔列排列。
示例性的,图12为本发明实施例提供的又一种微流控芯片的结构示意图,参考图12,每个感应电极12包括第一支电极121a、第一支电极121b、第二支电极122a和第二支电极122b,第一支电极121a、第一支电极121b、第二支电极122a和第二支电极122b连接成围绕驱动电极11的环状形状,隔行隔列设计感应电极12即可全面追踪所有位置的液滴。例如液滴31a、液滴31b和液滴31c,液滴31a和液滴31b的识别方法与图8中的方法类似,即液滴31a左右两个感应电极的电容发生变化,根据这两个感应电极12的电容变化可以确定液滴31a位于这两个感应电极12之间,液滴31b仅引起下方一个感应电极12的电容变化,液滴31c的左上、左下、右上、右下四个感应电极12均会有电容变化,但变化量液滴31c<液滴31a<液滴31b,通过四个感应电极12发生电容变化的信号可以确定液滴31c位于这四个感应电极12之间,此外,这种隔行隔列设置感应电极的方案可以进一步降低信号线数量和驱动成本。
可选的,每个感应电极包括两个第一支电极和两个第二支电极,两个第一支电极和两个第二支电极连接成围绕驱动电极的环状形状;其中,某一第一支电极或某一第二支电极的长度大于其余三个支电极的长度。
示例性的,图13为本发明实施例提供的又一种微流控芯片的结构示意图,参考图13,每个感应电极12包括第一支电极121a、第一支电极121b、第二支电极122a和第二支电极122b,其中第二支电极122a的长度大于第一支电极121b、第二支电极122a和第二支电极122b的长度,即感应电极12形成于类似于“P”字的形状,与图12所示的微流控芯片相比,液滴31c右上侧感应电极中的第二支电极122a伸出的部分与液滴31c具有较大的交叠,从而保证了信号强度,这样可以避免液滴31c仅与四个感应电极12的一角交叠,电容变化量较小而可能无法探测到电容变化的问题,从而提升液滴位置检测的精度。液滴31c与左上侧感应电极无明显交叠,从而与液滴31a区分开,而且本实施例中,假设液滴31c引起的电容变化量为A,则液滴31a引起的电容变化量大约是2A,液滴31b引起的电容变化量大约是4A。在其他实施例中,也可以设置第一支电极121a、第一支电极121b或第二支电极122b的中某一支电极的延伸长度大于另外三个支电极的长度,可选的,某一第一支电极或某一第二支电极的长度为其余三个支电极的长度的1.8~2.2倍,具体实施时可以根据实际情况设计,本发明实施例对此不作限定。
图14为本发明实施例提供的一种微流控芯片的电路结构示意图,参考图14,可选的,本实施例提供的微流控芯片还包括多条沿第一方向x延伸的扫描信号线13、多条沿第二方向y延伸的数据信号线14和与驱动电极11一一对应的晶体管15,每个晶体管15的栅极与一条扫描信号线13连接,第一极与一条数据信号线14连接,第二极与对应的驱动电极11连接。
可以理解的是,对于驱动电极数量较多、结构比较复杂的微流控芯片,可以通过设置包括扫描信号线13、数据信号线14和晶体管15的有源驱动方式,与显示面板类似,每个驱动电极11类似于显示面板中的一个子像素,利用扫描信号线13和数据信号线14实现扫描,利用晶体管15的通断实现驱动电极11的有源驱动,其中,晶体管15的第一极可以为源极,第二极可以为漏极,晶体管15可以采用薄膜晶体管,具体可以采用非晶硅材料、多晶硅材料或金属氧化物材料等作为有源层形成的薄膜晶体管。可选的,扫描信号线、数据信号线和晶体管均位于驱动电极远离第二基板一侧;扫描信号线、数据信号线和晶体管的至少一者与驱动电极交叠。
示例性的,图15为本发明实施例提供的一种微流控芯片的剖面结构示意图,参考图15,晶体管15包括栅极151、有源层152、源极153(第一极)和漏极154(第二极),扫描信号线13、数据信号线14和晶体管15均位于驱动电极11远离第二基板20一侧;本实施例中,由于感应电极12需要至少部分位于驱动电极11的缝隙中,为了定位信号的强度以及减少信号干扰,扫描信号线13和/或数据信号线14尽量不在驱动电极11的缝隙间走线,均位于驱动电极11的下方,相应的,晶体管15也设置在驱动电极11下方,不设置在缝隙里,这样驱动电极11可以屏蔽扫描信号线13、数据信号线14或晶体管15引起的寄生电容,提升液滴定位精度,还可以避免扫描信号线13/数据信号线14和驱动电极11之间产生电场对液滴移动形成反作用力。
可以理解的是,图15示出的剖面结构中,剖线的形状类似于图3中的折线AA',其中虚线左侧部分的剖线沿第一方向x(驱动电极阵列行方向)延伸,虚线右侧部分的剖线沿第二方向y(驱动电极阵列列方向)延伸,其中扫描信号线13和晶体管15的栅极151连接,由于图15中未示出扫描信号线13与栅极151连接位置处的结构,因此图15中未示出扫描信号线的结构,数据信号线14和晶体管15的源极153连接,图15中示出的是数据信号线14和源极153连接为一体的结构。
继续参考图14和图15,可选的,该微流控芯片还包括多条探测信号线16,每条探测信号线16通过过孔18与一个感应电极12连接,探测信号线16与数据信号线14同层且平行设置,具体实施时,可以设置探测信号线16和数据信号线14采用同种工艺和材料一次形成,以简化工艺步骤,降低成本。
本实施例中,探测信号线16也是位于驱动电极下方设置的,这样设计可以避免探测信号线16对相邻两个驱动电极11形成的驱动电场造成影响。
图16为本发明实施例提供的另一种微流控芯片的剖面结构示意图,参考图16,可以理解的是,驱动液滴移动和探测液滴位置一般分时进行,本实施例中,在向感应电极加载探测信号时,感应电极12可以和扫描信号线14(在其他实施例中,也可以为其他信号走线或电极,本发明实施例不作限定)形成电容,当液滴流过时,液滴内的感应电荷分布受感应电极的影响而发生变化,进而使感应电极12和扫描信号线14之间的电容发生变化,从而根据电容的变化确定液滴的位置。
在另一实施例中,例如微流控芯片的驱动电极数量较少,结构比较简单时,可以采用无源驱动方式,即不设置晶体管。可选的,本实施例提供的微流控芯片还包括多条沿第一方向或第二方向延伸的数据信号线,每条数据信号线与对应的驱动电极连接,数据信号线位于驱动电极远离第二基板一侧;数据信号线与驱动电极绝缘交叠。
示例性的,以数据信号线沿第一方向延伸为例,图17为本发明实施例提供的又一种微流控芯片的结构示意图,参考图17,微流控芯片还包括多条沿第一方向x延伸的数据信号线14,每条数据信号线14与对应的驱动电极11连接,具体实施时,可以通过在数据信号线14和驱动电极11之间膜层设置过孔实现电连接。在其他实施例中,数据信号线还可以沿第二方向延伸,其结构与图17类似,区别为数据信号线沿第二方向延伸时数据信号线沿驱动电极阵列的列方向延伸。
继续参考图17,可选的,该微流控芯片还包括多条探测信号线16,图18为沿图17中剖线BB'的一种剖面结构示意图,参考图18,每条探测信号线16通过过孔18与一个感应电极12连接,探测信号线16与数据信号线14同层且平行设置,具体实施时,可以设置探测信号线16和数据信号线14采用同种工艺和材料一次形成,以简化工艺步骤,降低成本。
在微流控芯片中,驱动电极的尺寸一般在毫米量级,驱动电极之间的间距可以为几十微米,可选的,沿第一方向,相邻两个驱动电极之间的距离为10μm~40μm;沿第二方向,相邻两个驱动电极之间的距离为10μm~40μm,这样可以保证第一感应电极和第二感应电极的面积较大,可以保证探测液滴位置时信号的强度。在其他实施例中,可选的,第一基板和第二基板临近微流控通道的一侧均设置有绝缘疏水层,以起到绝缘和减小液滴运动阻力的作用。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (20)

1.一种微流控芯片,其特征在于,包括相对设置的第一基板和第二基板,所述第一基板和所述第二基板之间形成微流控通道,所述微流控通道用于容纳至少一个液滴;
位于所述第一基板一侧的多个驱动电极和多个感应电极,所述驱动电极呈阵列排布,所述感应电极在所述第一基板所在平面的投影与相邻的所述驱动电极的缝隙在所述第一基板所在平面的投影至少部分交叠;
所述感应电极包括至少一个第一支电极和至少一个第二支电极,所述第一支电极沿第一方向延伸,所述第二支电极沿第二方向延伸,所述第一方向与所述驱动电极所成阵列的行方向平行,所述第二方向与所述驱动电极所成阵列的列方向平行;
相邻的所述驱动电极加载不同的驱动电压信号,以驱动所述液滴移动;
所述感应电极加载探测信号,根据所述液滴流过时所述感应电极和某一电极形成的电容变化确定所述液滴的位置。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片,其特征在于,所述感应电极包括一个第一支电极和一个第二支电极,所述第一支电极和所述第二支电极连接呈折线形状,所述第一支电极和所述第二支电极与分别与对应的所述驱动电极相邻的两个边缘平行。
3.根据权利要求2所述的微流控芯片,其特征在于,所述感应电极与所述驱动电极一一对应。
4.根据权利要求2所述的微流控芯片,其特征在于,所述感应电极的数量小于所述驱动电极的数量。
5.根据权利要求1所述的微流控芯片,其特征在于,每个所述感应电极围绕一个对应的所述驱动电极,且所述感应电极相对于所述驱动电极所成阵列隔行和/或隔列排列。
6.根据权利要求5所述的微流控芯片,其特征在于,所述感应电极包括一个第一支电极和两个第二支电极;
每个所述感应电极围绕所述驱动电极所成阵列中奇数列或偶数列的某一驱动电极。
7.根据权利要求5所述的微流控芯片,其特征在于,所述感应电极包括一个第二支电极和两个第一支电极;
每个所述感应电极围绕所述驱动电极所成阵列中奇数行或偶数行的某一驱动电极。
8.根据权利要求5所述的微流控芯片,其特征在于,所述感应电极包括一个第一支电极和两个第二支电极或者所述感应电极包括一个第二支电极和两个第一支电极;
沿所述第一方向,所述感应电极围绕相邻两个所述驱动电极中的一个驱动电极设置;
沿所述第二方向,所述感应电极围绕相邻两个所述驱动电极中的一个驱动电极设置。
9.根据权利要求1所述的微流控芯片,其特征在于,每个所述感应电极包括两个第一支电极和两个第二支电极,两个所述第一支电极和两个所述第二支电极连接成围绕所述驱动电极的环状形状。
10.根据权利要求9所述的微流控芯片,其特征在于,所述感应电极相对于所述驱动电极所成阵列隔行且隔列排列。
11.根据权利要求1所述的微流控芯片,其特征在于,每个所述感应电极包括两个第一支电极和两个第二支电极,两个所述第一支电极和两个所述第二支电极连接成围绕所述驱动电极的环状形状;
其中,某一所述第一支电极或某一所述第二支电极的长度大于其余三个支电极的长度。
12.根据权利要求11所述的微流控芯片,其特征在于,某一所述第一支电极或某一所述第二支电极的长度为其余三个支电极的长度的1.8~2.2倍。
13.根据权利要求1所述的微流控芯片,其特征在于,还包括多条沿所述第一方向延伸的扫描信号线、多条沿所述第二方向延伸的数据信号线和与所述驱动电极一一对应的晶体管,每个所述晶体管的栅极与一条所述扫描信号线连接,第一极与一条所述数据信号线连接,第二极与对应的所述驱动电极连接。
14.根据权利要求13所述的微流控芯片,其特征在于,所述扫描信号线、所述数据信号线和所述晶体管均位于所述驱动电极远离所述第二基板一侧;
所述扫描信号线、所述数据信号线和所述晶体管的至少一者与所述驱动电极交叠。
15.根据权利要求1所述的微流控芯片,其特征在于,所述感应电极与所述驱动电极同层设置,所述感应电极和所述驱动电极采用相同的材料形成。
16.根据权利要求1所述的微流控芯片,其特征在于,还包括多条沿所述第一方向或所述第二方向延伸的数据信号线,每条所述数据信号线与对应的所述驱动电极连接,所述数据信号线位于所述驱动电极远离所述第二基板一侧;
所述数据信号线与所述驱动电极绝缘交叠。
17.根据权利要求13或16所述的微流控芯片,其特征在于,还包括多条探测信号线,每条所述探测信号线通过过孔与一个所述感应电极连接,所述探测信号线与所述数据信号线同层且平行设置。
18.根据权利要求1所述的微流控芯片,其特征在于,还包括位于所述第二基板一侧的公共电极,根据所述液滴流过时所述感应电极和所述公共电极形成的电容变化确定所述液滴的位置。
19.根据权利要求1所述的微流控芯片,其特征在于,沿所述第一方向,相邻两个所述驱动电极之间的距离为10μm~40μm;
沿所述第二方向,相邻两个所述驱动电极之间的距离为10μm~40μm。
20.根据权利要求1所述的微流控芯片,其特征在于,所述第一基板和所述第二基板临近所述微流控通道的一侧均设置有绝缘疏水层。
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