一種ewod芯片液滴驅(qū)動(dòng)方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種EWOD芯片液滴驅(qū)動(dòng)方法及系統(tǒng)，本發(fā)明中所使用的第一電容和第二電容，與液滴和驅(qū)動(dòng)電極的相對(duì)位置有關(guān)，與驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)頻率和液滴的組成成分無(wú)關(guān)，所以需要大大減小運(yùn)算過(guò)程的計(jì)算量，并且本法能夠快速檢測(cè)到液滴是否運(yùn)動(dòng)失敗，當(dāng)運(yùn)動(dòng)失敗后，能夠得知當(dāng)前液滴的停留位置，即當(dāng)液滴停留在第一驅(qū)動(dòng)電極上時(shí)，給第二驅(qū)動(dòng)電極加電，以使液滴越過(guò)障礙達(dá)到目標(biāo)位置，方便技術(shù)人員進(jìn)行后續(xù)操作。
【專利說(shuō)明】—種EWOD芯片液滴驅(qū)動(dòng)方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生化分析領(lǐng)域，尤其涉及一種EWOD芯片液滴驅(qū)動(dòng)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近二十年微流控技術(shù)隨著微制作工藝的快速發(fā)展也取得了很大的突破，利用介電濕潤(rùn)機(jī)理(Elector Wetting on Dielectric,簡(jiǎn)稱EW0D)的數(shù)字微流控技術(shù)成為微流控技術(shù)的新熱點(diǎn)。利用數(shù)字微流控技術(shù)操控液滴，是通過(guò)控制對(duì)EWOD芯片的驅(qū)動(dòng)電極加電，液滴便會(huì)往加電驅(qū)動(dòng)電極的方向運(yùn)動(dòng)，按時(shí)序分別控制陣列驅(qū)動(dòng)電極加電，液滴就會(huì)被驅(qū)動(dòng)。
[0003]由于EWOD芯片表面有缺陷、灰塵等障礙，障礙會(huì)阻礙液滴的運(yùn)動(dòng)，如果液滴在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中被中斷，則不能完成規(guī)劃好的路徑。如圖1所示，陣列電極中液滴從I號(hào)驅(qū)動(dòng)電極運(yùn)動(dòng)到4號(hào)驅(qū)動(dòng)電極上，即I號(hào)驅(qū)動(dòng)電極為初始位置、4號(hào)驅(qū)動(dòng)電極為目標(biāo)位置，在3號(hào)電極上將“星星☆”作 為障礙。由于驅(qū)動(dòng)電極上的驅(qū)動(dòng)電壓，是外圍控制電路在液滴開(kāi)始運(yùn)動(dòng)之前便設(shè)定好的，從2號(hào)至5號(hào)依次對(duì)陣列電極施加驅(qū)動(dòng)電壓，液滴就會(huì)相應(yīng)地完成從I號(hào)驅(qū)動(dòng)電極運(yùn)動(dòng)至4號(hào)驅(qū)動(dòng)電極，但是當(dāng)液滴運(yùn)動(dòng)到3號(hào)驅(qū)動(dòng)電極上，由于受到灰塵影響而停留在3號(hào)驅(qū)動(dòng)電極上，此時(shí)會(huì)控制后續(xù)的運(yùn)動(dòng)帶來(lái)一系列的困難。
[0004]因此現(xiàn)在需要一種方法能夠在能夠促使液滴完成設(shè)定的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度，從而達(dá)到目標(biāo)位置，方便技術(shù)人員進(jìn)行后續(xù)操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種EWOD芯片液滴驅(qū)動(dòng)方法、裝置及系統(tǒng)，能夠完成設(shè)定的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度，從而達(dá)到目標(biāo)位置，方便技術(shù)人員進(jìn)行后續(xù)操作。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)手段:
[0007]一種EWOD芯片液滴驅(qū)動(dòng)方法，包括:
[0008]檢測(cè)第一驅(qū)動(dòng)電極和第二驅(qū)動(dòng)電極的電容，獲得第一電容和第二電容，其中液滴位于EWOD芯片中所述第一驅(qū)動(dòng)電極的上方，所述第二驅(qū)動(dòng)電極為帶電電極；
[0009]判斷所述第二電容與所述第一電容的差值是否小于零；
[0010]當(dāng)所述差值小于零，則控制所述第二驅(qū)動(dòng)電極加電。
[0011]優(yōu)選的，檢測(cè)第一驅(qū)動(dòng)電極和第二驅(qū)動(dòng)電極的電容包括:
[0012]利用電容檢測(cè)儀按預(yù)設(shè)頻率檢測(cè)第一驅(qū)動(dòng)電極和第二驅(qū)動(dòng)電極的電容，所述電容電測(cè)儀分別與所述第一驅(qū)動(dòng)電極和所述第二驅(qū)動(dòng)電極相連。
[0013]優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)頻率包括:50HZ。
[0014]優(yōu)選的，所述控制第二驅(qū)動(dòng)電極加電包括:
[0015]通過(guò)光電耦合開(kāi)關(guān)控制所述第二驅(qū)動(dòng)電極抖動(dòng)加電。
[0016]優(yōu)選的，所述抖動(dòng)加電的過(guò)程包括:
[0017]所述光電耦合開(kāi)關(guān)閉合控制所述第二驅(qū)動(dòng)電極加電第一時(shí)間后、斷開(kāi)第二時(shí)間；
[0018]將上述過(guò)程重復(fù)預(yù)設(shè)次數(shù)后，再將光電耦合開(kāi)關(guān)閉合第三時(shí)間后斷開(kāi)。[0019]優(yōu)選的，所述第一時(shí)間包括100ms，所述第二時(shí)間包括50ms，所述第三時(shí)間包括800ms,所述預(yù)設(shè)次數(shù)包括4次。
[0020]優(yōu)選的，還包括:
[0021 ] 當(dāng)所述差值不小于零，則控制下一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極帶電。
[0022]優(yōu)選的，還包括:
[0023]預(yù)先將光電耦合開(kāi)關(guān)閉合，控制所述第二驅(qū)動(dòng)電極加電500ms。
[0024]一種EWOD芯片液滴驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括:
[0025]多個(gè)驅(qū)動(dòng)電極，與所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)電極相連的電容檢測(cè)儀，與所述電容檢測(cè)儀相連的控制器，與所述控制器相連的光電耦合器，所述光電耦合器與所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)電極相連，所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)電極包括第一驅(qū)動(dòng)電極、第二驅(qū)動(dòng)電極；
[0026]所述電容檢測(cè)儀，用于檢測(cè)第一驅(qū)動(dòng)電極和第二驅(qū)動(dòng)電極的電容，獲得第一電容和第二電容，其中液滴位于所述第一驅(qū)動(dòng)電極，所述第二驅(qū)動(dòng)電極為帶電電極，并將第一電容和第二電容發(fā)送至控制器；
[0027]所述控制器，用于判斷所述第二電容與所述第一電容的差值是否小于零；當(dāng)所述差值不小于零，則控制光電耦合器對(duì)下一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極帶電，當(dāng)所述差值小于零，則控制光電耦合器對(duì)所述第二驅(qū)動(dòng)電極加電。
[0028]10、如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電容檢測(cè)儀通過(guò)多路復(fù)用器與所述控制器相連。
[0029]經(jīng)過(guò)上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明所提供的EWOD芯片液滴驅(qū)動(dòng)方法中所使用的第一電容和第二電容，與液滴和驅(qū)動(dòng)電極的相對(duì)位置有關(guān)，與驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)頻率和液滴的組成成分無(wú)關(guān)，所以大大減小了運(yùn)算過(guò)程的計(jì)算量，并且本法能夠快速檢測(cè)到液滴是否運(yùn)動(dòng)失敗，當(dāng)運(yùn)動(dòng)失敗后，能夠得知當(dāng)前液滴的停留位置，即當(dāng)液滴停留在第一驅(qū)動(dòng)電極上時(shí)，給第二驅(qū)動(dòng)電極加電，以使液滴越過(guò)障礙達(dá)到目標(biāo)位置，方便技術(shù)人員進(jìn)行后續(xù)操作。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0031]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中液滴在EWOD芯片運(yùn)動(dòng)時(shí)的示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)的EWOD芯片與液滴的電容示意圖；
[0033]圖3為本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)的液滴在第一驅(qū)動(dòng)電極至第二驅(qū)動(dòng)電極運(yùn)動(dòng)過(guò)程的示意圖；
[0034]圖4為本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)的液滴在第一驅(qū)動(dòng)電極至第二驅(qū)動(dòng)電極運(yùn)動(dòng)過(guò)程中第一電容和第二電容的示意圖；
[0035]圖5為本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)的EWOD芯片液滴驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖6為本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)的EWOD芯片液滴驅(qū)動(dòng)方法的流程圖；
[0037]圖7為本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)的采用EWOD芯片液滴驅(qū)動(dòng)方法后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。【具體實(shí)施方式】
[0038]本發(fā)明的發(fā)明人研究探索中發(fā)現(xiàn)，可以采用基于視覺(jué)反饋的控制系統(tǒng)檢測(cè)液滴的位置，控制器通過(guò)檢測(cè)液滴截面圓與驅(qū)動(dòng)電極的相對(duì)位置達(dá)到定位液滴位置的目的，然而基于視覺(jué)反饋的控制系統(tǒng)需要一套高精度的視頻設(shè)備和較強(qiáng)計(jì)算能力的計(jì)算機(jī)去實(shí)時(shí)處理視頻數(shù)據(jù)，使用成本較高。
[0039]還可以采用基于傳感器的反饋控制系統(tǒng)獲知液滴的位置，具體的方法包括:利用傳感器檢測(cè)EWOD芯片的交流電信號(hào)，然后與所施加的驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)進(jìn)行比較，以達(dá)到反饋控制的目的，但是該技術(shù)對(duì)液滴的特性依賴性較大，而EWOD芯片上的液滴在經(jīng)過(guò)生物、化學(xué)反應(yīng)后特性會(huì)發(fā)生改變，液滴特性改變之后其導(dǎo)電性也會(huì)發(fā)生改變，這就會(huì)影響傳感器檢測(cè)電信號(hào)的準(zhǔn)確性。
[0040]因此發(fā)明人發(fā)現(xiàn)需要一種既簡(jiǎn)單又方便，又不依賴液體的特性的檢測(cè)方法，從而得知液體的位置，并依據(jù)液體的位置判斷液體是否由于障礙而停留。
[0041]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0042]在介紹本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)方式之前，首先介紹一下本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)原理，如圖2所示，為EWOD芯片與液滴的等效電路示意圖，以驅(qū)動(dòng)電極為一個(gè)為例進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)際情況下液滴是運(yùn)動(dòng)在EWOD芯片的表面，EWOD芯片包括驅(qū)動(dòng)電極201，在驅(qū)動(dòng)電極之上有介電層202和厭水層203，本發(fā)明中為了敘述方便，將液滴在EWOD芯片表面驅(qū)動(dòng)電極對(duì)應(yīng)的位置上，簡(jiǎn)述為液滴在驅(qū)動(dòng)電極之上。
[0043]等效電路由兩個(gè)平行的電路系統(tǒng)構(gòu)成，上層的電路系統(tǒng)為零電極204和厭水層203，下層的電路系統(tǒng)為厭水層203、介電層202和驅(qū)動(dòng)電機(jī)201，其中介電層和厭水層構(gòu)成電容器，液滴周圍介質(zhì)構(gòu)成一個(gè)電容器；由于EWOD芯片中的液滴具有一定的電導(dǎo)率，包含有液滴的部分就構(gòu)成了相互平行的電容和電阻。液滴的彎液面會(huì)改變驅(qū)動(dòng)電極之間的電場(chǎng)，但相對(duì)于驅(qū)動(dòng)電極與極板間距之比，彎液面對(duì)電場(chǎng)的改變量較小，可以忽略。當(dāng)只有單個(gè)驅(qū)動(dòng)電極時(shí)，其電抗只包含電容，表示為式為:
[0044]Ceq = aA+(b_a)AL......(I)
[0045]式(I)中a是一個(gè)與極板間距成反比的常數(shù)其值較小，b是一個(gè)與介電層厚度成反比的常數(shù)其值較大；A表示驅(qū)動(dòng)電極的表面積，Al表示液滴位于導(dǎo)電驅(qū)動(dòng)電極之上的截面圓面積。在數(shù)字微流控芯片中液滴是通過(guò)一個(gè)電極運(yùn)動(dòng)到相鄰電極之上來(lái)完成輸運(yùn)液滴的目的，很明顯，驅(qū)動(dòng)電極電容的大小可以表示液滴位置的函數(shù)，因?yàn)閈的大小取決于液滴的位置，因此，以液滴截面圓圓心為液滴位置的反饋位置，該反饋位置可以通過(guò)檢測(cè)相鄰驅(qū)動(dòng)電極的電容間接進(jìn)行獲取。
[0046]如圖3所示，為液滴由第一驅(qū)動(dòng)電極的初始位置運(yùn)動(dòng)到第二驅(qū)動(dòng)電極的終點(diǎn)位置過(guò)程的示意圖，其中液滴截面圓圓心距離第一驅(qū)動(dòng)電極的距離為Xo，該液滴截面圓半徑為r，第一驅(qū)動(dòng)電極和第二驅(qū)動(dòng)電極都為寬度L的方形驅(qū)動(dòng)電極，第一和第二驅(qū)動(dòng)電極的間距為L(zhǎng)g,所以第一驅(qū)動(dòng)電極的電容表達(dá)式為:
【權(quán)利要求】
1.一種EWOD芯片液滴驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，包括: 檢測(cè)第一驅(qū)動(dòng)電極和第二驅(qū)動(dòng)電極的電容，獲得第一電容和第二電容，其中液滴位于EffOD芯片中所述第一驅(qū)動(dòng)電極的上方，所述第二驅(qū)動(dòng)電極為帶電電極； 判斷所述第二電容與所述第一電容的差值是否小于零； 當(dāng)所述差值小于零，則控制所述第二驅(qū)動(dòng)電極加電。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，檢測(cè)第一驅(qū)動(dòng)電極和第二驅(qū)動(dòng)電極的電容包括: 利用電容檢測(cè)儀按預(yù)設(shè)頻率檢測(cè)第一驅(qū)動(dòng)電極和第二驅(qū)動(dòng)電極的電容，所述電容電測(cè)儀分別與所述第一驅(qū)動(dòng)電極和所述第二驅(qū)動(dòng)電極相連。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括: 當(dāng)所述差值不小于零，則控制下一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極帶電。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制第二驅(qū)動(dòng)電極加電包括: 通過(guò)光電耦合開(kāi)關(guān)控制所述第二驅(qū)動(dòng)電極抖動(dòng)加電。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述抖動(dòng)加電的過(guò)程包括: 所述光電耦合開(kāi)關(guān)閉合控制所述第二驅(qū)動(dòng)電極加電第一時(shí)間后、斷開(kāi)第二時(shí)間； 將上述過(guò)程重復(fù)預(yù)設(shè)次數(shù)后，再將光電耦合開(kāi)關(guān)閉合第三時(shí)間后斷開(kāi)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一時(shí)間包括100ms，所述第二時(shí)間包括50ms,所述第三時(shí)間包括800ms,所述預(yù)設(shè)次數(shù)包括4次。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括: 當(dāng)所述差值不小于零，則控制下一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極帶電。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括: 預(yù)先將光電稱合開(kāi)關(guān)閉合，控制所述第二驅(qū)動(dòng)電極加電500ms。
9.一種EWOD芯片液滴驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于，包括: 多個(gè)驅(qū)動(dòng)電極，與所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)電極相連的電容檢測(cè)儀，與所述電容檢測(cè)儀相連的控制器，與所述控制器相連的光電耦合器，所述光電耦合器與所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)電極相連，所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)電極包括第一驅(qū)動(dòng)電極、第二驅(qū)動(dòng)電極； 所述電容檢測(cè)儀，用于檢測(cè)第一驅(qū)動(dòng)電極和第二驅(qū)動(dòng)電極的電容，獲得第一電容和第二電容，其中液滴位于所述第一驅(qū)動(dòng)電極，所述第二驅(qū)動(dòng)電極為帶電電極，并將第一電容和第二電容發(fā)送至控制器； 所述控制器，用于判斷所述第二電容與所述第一電容的差值是否小于零；當(dāng)所述差值不小于零，則控制光電耦合器對(duì)下一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極帶電，當(dāng)所述差值小于零，則控制光電耦合器對(duì)所述第二驅(qū)動(dòng)電極加電。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電容檢測(cè)儀通過(guò)多路復(fù)用器與所述控制器相連。
【文檔編號(hào)】G06F9/445GK104035796SQ201410262084
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】陳立國(guó), 許曉威, 王陽(yáng)俊, 潘明強(qiáng), 劉吉柱 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)