[發明專利]一種基于電潤濕的微流控液滴定位系統及方法

在審

• 申請號: 201710105878.5
• 申請日: 2017-02-24
• 公開（公告）號: CN106933142A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 羅智杰;路亞旭;羅健坤;謝淑婷;林偉杰;周國富
• 申請（專利權）人: 華南師范大學;深圳市國華光電科技有限公司;深圳市國華光電研究院
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;G01N27/22
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司44205
• 代理人: 唐致明

技術領域

本發明涉及數字微流控技術領域，具體為一種基于電潤濕的微流控液滴定位系統及方法。

背景技術

介電潤濕微流控是一種利用電場控制液體表面張力的方法，通過控制外加電壓改變液滴與固體表面的濕潤性，引起液滴內部壓力差，進而驅動微液滴運動。

液滴微流控又稱數字微流控，該技術具有樣品消耗量少、反應快、傳質傳熱效果好、無交叉污染等優點，是微流控技術的研究熱點。經典的微流控芯片主要對連續流體進行操作，是通過微細加工技術將微流道、微泵、微閥、微儲液器、微電極、檢測元件、窗口和連接器等功能元器件像集成電路一樣，集成在芯片材料上的微全分析系統。最近10年，基于介電濕潤的數字微流控芯片成為了很多微流控研究機構的研究重點，并且取得了極大的進展。目前能被操控液滴的體積已達到微升甚至是納升，從而可以在微尺度下對不同類型的液滴進行驅動控制。

對于基于介電濕潤的數字微流控芯片的實驗，確定液滴的當前位置和芯片實時狀態是至關重要的。現有技術的介電濕潤微流控的研究大都把重點放在液滴的驅動機理以及電極設計上，很少有相關液滴的定位反饋研究。最開始在2004年H.Ren等人使用一種環形振蕩電路去實現高精度的液滴分配和定位。接下來，Gong等人提出基于改進的環形振蕩電路的集成化的液滴定位反饋系統，把液滴的分配狀態實時反饋到液滴發生器上。Shin等人發明了基于視覺反饋的控制系統，控制器通過檢測液滴截面圓與驅動電極的相對位置達到鎖定液滴位置的目的。但是該系統需要有高精度的視頻處理系統，開銷較大，成本較高。在2011年Shih等人發明了基于傳感器的反饋控制系統，傳感器用于檢測EWOD芯片的交流電信號，然后與所施加的驅動電壓信號進行比較以達到反饋控制的目的。但該技術對液滴的特性依賴性較大，通用性較差。

綜上，因此該技術有必要進行改進。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種針對液滴當前的運動狀態與位置的“芯片-液滴”等效電容模型，并根據此模型從電容值這個參數直觀地了解到液滴當前運動狀態與位置，進而驅動液滴運動的基于電潤濕的微流控液滴定位系統及方法。

本發明所采用的技術方案是：

本發明提供一種基于電潤濕的微流控液滴定位系統，包括電潤濕、微處理器、主控模塊、液滴驅動模塊、液滴定位模塊和電源，所述微處理器與主控模塊連接，所述主控模塊的輸出端與液滴驅動模塊的輸入端連接，所述液滴驅動模塊的輸出端與電潤濕的輸入端連接，所述電潤濕的輸出端與所述液滴定位模塊的輸入端連接，所述液滴定位模塊的輸出端與主控模塊的輸入端連接，所述電源的輸出端與主控模塊的輸入端連接。

作為該技術方案的改進，所述主控模塊為型號為STM32的芯片。

作為該技術方案的改進，所述液滴驅動模塊為型號為SSD1627的芯片。

作為該技術方案的改進，所述液滴定位模塊包括數據采集芯片和數據處理芯片。

進一步地，所述數據采集芯片為Pcap01芯片。

進一步地，所述數據處理芯片為CycloneIV芯片。

另一方面，本發明還提供一種基于電潤濕的微流控液滴定位方法，包括以下步驟：

系統將電潤濕內待測液滴與位于所述液滴下方的疏水絕緣層視為串聯在一起的電容；

主控芯片發出命令至液滴驅動模塊，所述液滴驅動模塊驅動所述待測液滴移動；

液滴定位模塊采集所述液滴當前電容值，并確定所述液滴的相對位置；

系統驗證所述液滴是否位于目標位置，若不是，則主控模塊發出命令至液滴驅動模塊，并驅動液滴移動，直到到達所述目標位置；若是，則主控模塊發出命令至液滴驅動模塊，并驅動液滴移動至下一目標位置。

本發明的有益效果是：本發明提出了一套基于系統“芯片-液滴”等效電容模型的液滴定位與反饋系統方案，建立了一個“芯片-液滴”等效電容模型，把液滴驅動系統與定位系統相結合，再通過當前芯片內部液滴與疏水層的實時狀態反饋給驅動系統，這樣，在數據支持下可以更準確地了解到液滴在EWOD芯片電極上的具體位置和大體分布的情況，而不單單通過肉眼觀察。采用該高智能化和精確度的液滴運動定位反饋系統及方法，可以更加直觀、直接的進行液滴的定位與控制，十分方便，且效率較高，有利于提高液滴移動的連續性和移動速度，具有實用性和一定的創新性。

附圖說明

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步說明：

圖1是本發明一實施例的系統控制示意圖；

圖2是本發明一實施例的控制流程圖；