CN107583694B - 微流控系统及方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种微流控系统及方法。该微流控系统，包括：第一衬底基板，第二衬底基板，与第一衬底基板相对设置，第一电极，设置在第一衬底基板靠近第二衬底基板的一侧，第二电极，设置在第二衬底基板靠近第一衬底基板的一侧，其中，第一衬底基板和第二衬底基板形成盒，盒被配置为容纳待检测的液体；第一电极和第二电极被配置为在第一时间段驱动待检测的液体并被配置为在第二时间段将第一电极和第二电极之间的电容信号输出。该微流控系统及方法可进行液体操控和检测。

Description

微流控系统及方法
技术领域
本公开至少一示例涉及一种微流控系统及方法。
背景技术
微流控技术是现在的研究热点，可以应用在医药、化学、生物等多个领域。
发明内容
本公开的至少一示例涉及一种微流控系统及方法，可进行液体操控和检测。
本公开的至少一示例提供一种微流控系统，包括：
第一衬底基板，
第二衬底基板，与所述第一衬底基板相对设置，
第一电极，设置在所述第一衬底基板靠近所述第二衬底基板的一侧，
第二电极，设置在所述第二衬底基板靠近所述第一衬底基板的一侧，其中，
所述第一衬底基板和所述第二衬底基板形成盒，所述盒被配置为容纳待检测的液体；
所述第一电极和所述第二电极被配置为在第一时间段驱动所述待检测的液体并被配置为在第二时间段将所述第一电极和所述第二电极之间的电容信号输出。
根据本公开一示例提供的微流控系统，所述第一电极包括彼此绝缘的多个子部分，每个子部分包括彼此绝缘的多个第一子电极，所述第二电极包括彼此绝缘的多个第二子电极。
根据本公开一示例提供的微流控系统，所述第二子电极和所述子部分在垂直于所述第一衬底基板的方向上有重叠部分。
根据本公开一示例提供的微流控系统，还包括薄膜晶体管，其中，每个第一子电极与薄膜晶体管的漏极电连接。
根据本公开一示例提供的微流控系统，每个子部分包括的多个第一子电极连接至同一条栅线。
根据本公开一示例提供的微流控系统，所述多个子部分沿列方向排列，连接至同一列第一子电极的薄膜晶体管的源极与同一条数据线电连接。
根据本公开一示例提供的微流控系统，所述第一电极和所述第二电极还被配置为根据电容检测结果实时调整驱动信号。
本公开的至少一示例提供的微流控方法，采用分时进行驱动和电容检测，该方法包括：
在第一时间段，利用所述第一电极和所述第二电极驱动所述液体；以及
在第二时间段，将所述第一电极和所述第二电极之间的电容信号输出。
根据本公开的一示例提供的微流控方法，在第一时间段，向所述第二电极输入公共信号，向所述第一电极输入第一驱动信号。
根据本公开的一示例提供的微流控方法，所述第一驱动信号为交流信号。
根据本公开的一示例提供的微流控方法，在所述第二时间段，向所述第二电极输入第二驱动信号，将所述第一电极浮置，所述第一电极将产生的感应电容输出。
根据本公开的一示例提供的微流控方法，所述第二驱动信号为交流信号。
根据本公开的一示例提供的微流控方法，还包括根据电容检测结果实时调整所述第一驱动信号的步骤。
附图说明
为了更清楚地说明本公开示例的技术方案，下面将对示例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些示例，而非对本公开的限制。
图1为本公开一示例提供的微流控系统；
图2为本公开一示例提供的微流控系统中的第一电极的俯视图；
图3为本公开一示例提供的微流控系统中的第二电极的俯视图；
图4为本公开一示例提供的微流控系统中的第一电极和第二电极的俯视图；
图5为本公开一示例提供的微流控系统中的第一电极和第二电极的剖视图；
图6为本公开一示例提供的微流控系统的电路示意图；
图7为本公开一示例提供的微流控系统的驱动时序示意图。
具体实施方式
为使本公开示例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开示例的附图，对本公开示例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的示例是本公开的一部分示例，而不是全部的示例。基于所描述的本公开的示例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他示例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如图1所示，本公开一示例提供一种微流控系统，包括：
第一衬底基板101；
第二衬底基板121，与第一衬底基板101相对设置；
第一电极111，设置在第一衬底基板101靠近第二衬底基板121的一侧；
第二电极122，设置在第二衬底基板121靠近第一衬底基板101的一侧，第二电极122与第一电极111彼此绝缘。
第一衬底基板101和第二衬底基板121形成盒1211，盒1211被配置为容纳待检测的液体131；第一电极111和第二电极122被配置为在第一时间段驱动待检测的液体并被配置为在第二时间段将第一电极111和第二电极122之间的电容信号输出。电容信号可依据第一电极111和第二电极122之间的电容的大小变化而变化，从而可以检测第一电极111和第二电极122之间的电容大小。电容信号例如可包括电压和/或电流信号。
第一电极111和第二电极122可构成电容式传感器。例如，第二电极122与第一电极111之间可形成电场，形成的电场可对待检测的液体131进行操作。待检测的液体131可以是液滴、流体等，以下以液滴为例进行说明。例如，微流控系统可控制液滴移动、分合、反应等操作。例如，待检测的液体可以为通入到微流控系统的液体，也可以为通入到微流控系统的液体在微流控系统中反应后得到的液体，本公开的示例对此不作限定。
本公开一示例提供一种微流控系统，分时进行液体驱动和电容检测，可实时获得电容检测结果。第一电极111和第二电极122既作为驱动待检测的液体131的电极，也作为电容检测的电极，易于制作，驱动和检测方式简单。
例如，在第一时间段，可通过向第二电极122输入公共信号，向第一电极111输入第一驱动信号进行待检测的液体的驱动。例如，在第二时间段，可通过向第二电极122输入第二驱动信号，将第一电极111浮置，将感应电容读出，实现电容检测。例如，浮置是指不加信号，空接。
如图1所示，本公开一示例提供一种微流控系统，在第二电极122上可形成第二疏水层123，在第一电极111上可形成绝缘层112和第一疏水层113。
本公开的示例提供的微流控系统为介质上电润湿微流控系统，基于介质上电润湿的数字微流控技术，是指在含有绝缘介质的芯片上，通过施加电压信号可以改变介质上液滴的接触角，使液滴发生不对称形变，从而产生内部力来达到液滴操控的一项技术。该技术由于具有实现简单、操控方便、可控性好、驱动能力高的许多优点，正受到越来越多的关注，被认为是微流控领域最有发展前景的技术。
例如，第一衬底基板101和第二衬底基板121的材料包括玻璃。第一衬底基板101和第二衬底基板121不限于玻璃，也可以是其他基板。采用玻璃基板，可避免昂贵的实验器材，可降低成本。
如图2所示，本公开一示例提供一种微流控系统，第一电极111包括彼此绝缘的多个子部分1110，每个子部分1110包括彼此绝缘的多个第一子电极1111。每个子部分1110包括的多个第一子电极1111可沿第一方向X排列，多个子部分1110可沿第二方向Y排列。例如，第一方向X为行方向，第二方向Y为列方向。可向第一子电极1111输入第一驱动信号以控制对待检测的液体/液滴进行操作。第一电极111包括的第一子电极1111可阵列排布。
如图3所示，第二电极122包括彼此绝缘的多个第二子电极1221。该示例提供的微流控系统，通过将第二电极图形(pattern)化设计，分时驱动液滴操控信号和液滴检测信号的方式，实现了液滴的实时检测反馈，方便及时调整第一驱动信号，可实现更精准的液滴操控。例如，多个第二子电极1221可沿第一方向X延伸，沿第二方向Y排列。例如，每个第一子电极1111可与和其正对的第二子电极1221产生电容Cst，可通过检测Cst的大小来获知对液滴的操控情况。
如图4所示，一个示例中，为了利于电场和/或电容的形成，第二子电极1221和子部分1110在垂直于第一衬底基板101的方向上有重叠部分。第二子电极1221和子部分1110位置相对，如图4所示。第二子电极1221为条状电极，正对子部分1110。
图4示出了微流控器件中的第一电极111和第二电极122的俯视图，即，在垂直于第一衬底基板101的方向上的第一电极111和第二电极122。
图5示出了图4中MN处的第一电极111和第二电极122剖视图。
如图6所示，一个示例中，还包括(thin film transistor，TFT)151(TFT151也可参见图1所示)，每个第一子电极1111与TFT151相连。例如，TFT151可包括漏极1511、源极1512和栅极1513(也可参见图1)。漏极1511可与第一子电极1111电连接。源极1512可与数据线(data line，DT)电连接。栅极1513可与栅线(gate line，GT)电连接。例如，栅线GT可被配置为向TFT输入栅极信号，数据线DT可被配置为向TFT输入数据信号。数据线DT可被配置为读出检测信号/电容信号。例如，同一行TFT的栅极可电连接，同一列TFT的源极可电连接。例如，逐行扫描各栅线，逐列输入数据信号，从而实现每个第一子电极的单独控制。例如，栅线与数据线彼此绝缘，并交叉形成多个检测单元311。以包括m行，n列的检测单元311为例，可变m×n条电极引线为m+n条电极引线，大大减少了引数数量。使得电路设置位置不受此限制。
例如，如图6所示，多个TFT151可呈阵列排布，例如，为了减少引出线数，每个子部分包括的多个第一子电极1111连接至同一条栅线。例如，每个子部分包括的各第一子电极连接的薄膜晶体管的栅极连接至同一条栅线。例如，连接至同一列第一子电极1111的TFT的源极1511与同一条数据线DT电连接。
例如，同一行TFT151连接至同一条栅线(gate line，GT)，同一列TFT151连接至同一条数据线(data line，DT)。图6中共示出了GT1-GT4四条栅线GT，DT1-DT4共四条数据线DT，但本公开的示例不限于此，数据线DT和栅线GT的条数可根据需要而定。同一行TFT151的栅极1513连接至同一条栅线GT，同一列TFT151的源极1511连接至同一条数据线DT。
如图6所示，各数据线DT可与检测电路181电连接。检测电路181例如可为检测IC。例如，各数据线DT可连接至检测电路181的不同引脚。
如图6所示，可通过TFT选通将感应电容逐个读出，感应电容信号可通过数据线DT读出到检测电路181中。
例如，如图6所示，Cst一端为第二电极122(第二子电极1221)，另一端为第一电极111(第一子电极1111)，可通过TFT151连接至数据线DT。
本公开一示例提供的微流控系统，为了实时操控待检测液体/液滴，第一电极111和第二电极122还被配置为根据电容检测结果实时调整第一驱动信号。
本公开上述任一示例提供的微流控系统的微流控方法，采用分时进行驱动和电容检测，该方法包括：
在第一时间段，利用第一电极111和第二电极122驱动所述液体；以及
在第二时间段，将第一电极111和第二电极122之间的电容信号输出。
本公开一示例提供一种微流控方法，在第一时间段，向第二电极122输入公共信号，向第一电极111输入第一驱动信号。例如，第一驱动信号可为直流信号或交流信号(例如方波信号)。
本公开一示例提供一种微流控方法，在第二时间段，向第二电极122输入第二驱动信号，将第一电极111浮置，第一电极111将产生的感应电容输出。例如，第二驱动信号可为直流信号或交流信号(例如方波信号)。
本公开一示例提供一种微流控方法，为了进行待检测液体/液滴的实时控制，还包括根据电容检测结果实时调整驱动信号的步骤。
如图7所示，本公开一示例给出了微流控系统的驱动时序(微流控方法)，采用分时驱动的方式，时段TE包括第一时间段T1和第二时间段T2，第一时间段T1为驱动阶段，第二时间段T2为检测时间段。例如，液滴检测的结果可及时反馈给检测电路(系统处理器)用来检测当前驱动效果，判断液滴是否达到了预期的驱动效果、第一驱动信号(驱动电压)是否合适以及据此实时调整驱动电压，取得更好的液滴操控效果。图7中，Tx是指驱动电极，Rx是指感应电极，Vf是指浮置(floating，Vf)。
液滴驱动阶段，第二电极122(全部的第二子电极1221)给公共接地信号V1(参考电压端)，第一子电极1111根据需要由TFT选通选择性给第一驱动信号V2。V2电压的作用是控制液滴移动、分合等操作。可以是直流信号也可以是交流方波信号。例如，V2若采用直流信号，驱动阶段需要一直给直流信号，功耗要高一些。例如，若采用交流方波，高电平阶段电压会存储在CL(CL为上下子电极之间的介电层、液滴等等效的总电容)上，低电平阶段关闭TFT，但是由于TFT漏电流的存在，存储的电压会一点点漏掉，导致驱动能力下降，所以采用交流方波的驱动形式，既节省了功耗又保证了驱动效果。而且交流信号驱动有助于减小接触角迟滞、减少表面离子吸附等，取得更好的介电上电润湿效果。例如，第一驱动信号(驱动交流信号V2)频率大于液滴的共振频率小于器件的充电频率，可取的很好的电润湿效果。
液滴检测阶段，可向第二电极122/第二子电极1221输入第二驱动信号(例如，方波信号)，第一子电极1111浮置，产生感应电容，有液滴和没液滴的地方感应电容大小不同，通过TFT选通将第一子电极1111的感应电容逐个读出。例如，可通过读出的感应电容得到液滴的位置形状图，通过相应算法计算还能得到液滴的体积、大小等信息。
例如，微流控系统中，第一电极111和第二电极122可采用透明材料制作，例如氧化铟锡(ITO)。
例如，微流控系统制作工艺可如下。
(1)在第二衬底基板121上形成第二电极122。可以是等离子体增强化学的气相沉积法(asma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)沉积，再刻蚀(例如包括干刻或湿刻)，也可以直接打印条状电极。第二电极是透明电极，如ITO电极。例如，第二电极122为图形化的电极。第二电极122的图形可参照之前描述。
(2)在第二电极122上制作第二疏水层123。
(3)在第一衬底基板101上形成TFT151和第一电极111(驱动电极阵列)；
(4)在第一电极111上沉积整面的电介质绝缘层112。电介质绝缘层例如可以是SiNx，SiOx等；
(5)在绝缘层112上，制作第一疏水层113，第一疏水层113可为整面的疏水材料。
例如，第一疏水层113和第二疏水层123可以是旋涂工艺涂覆，也可以是先沉积一层物质，例如SiF，再采用等离子体轰击产生低表面能疏水材料。本公开的示例对疏水层的材料和制作工艺不做限定。
例如，第一衬底基板101和第二衬底基板121对盒形成一个盒(cell)，液滴在盒中运动。例如，可采用封框胶141粘结第一衬底基板101和第二衬底基板121，但不限于此。例如，还可以制作隔墙，限制液体/液滴的位置。
需要说明的是，为了清晰起见，在用于描述本公开的示例的附图中，层或区域的厚度被放大。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。
并且，在不冲突的情况下，本公开的同一示例及不同示例中的特征可以相互组合。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种微流控系统，包括：微流控器件，其中，所述微流控器件包括：
第一衬底基板，
第二衬底基板，与所述第一衬底基板相对设置，
第一电极，设置在所述第一衬底基板靠近所述第二衬底基板的一侧，
第二电极，设置在所述第二衬底基板靠近所述第一衬底基板的一侧，其中，
所述第一衬底基板和所述第二衬底基板形成盒，所述盒被配置为容纳待检测的液体；
所述第一电极和所述第二电极被配置为在第一时间段驱动所述待检测的液体并被配置为在第二时间段将所述第一电极和所述第二电极之间的电容信号输出；
所述第二电极包括彼此绝缘的多个第二子电极，所述多个第二子电极沿列方向排布，每个第二子电极沿行方向延伸；并且
所述第一电极包括彼此绝缘的多个子部分，所述多个子部分沿列方向排布，每个子部分与一个第二子电极相对设置，每个子部分包括彼此绝缘的多个第一子电极，多个第一子电极沿行方向排布；
所述待检测的液体包括液滴；
在第一时间段，向所述第二电极输入公共信号，向所述第一电极输入第一驱动信号；所述第一驱动信号为交流信号，所述第一驱动信号的频率大于所述液滴的共振频率且小于所述微流控器件的充电频率。
2.根据权利要求1所述的微流控系统，其中，所述第二子电极和所述子部分在垂直于所述第一衬底基板的方向上有重叠部分。
3.根据权利要求1所述的微流控系统，还包括薄膜晶体管，其中，每个第一子电极与薄膜晶体管的漏极电连接。
4.根据权利要求1所述的微流控系统，其中，每个子部分包括的多个第一子电极连接至同一条栅线。
5.根据权利要求1所述的微流控系统，其中，所述多个子部分沿列方向排列，连接至同一列第一子电极的薄膜晶体管的源极与同一条数据线电连接。
6.根据权利要求1-5任一项所述的微流控系统，其中，所述第一电极和所述第二电极还被配置为根据电容检测结果实时调整驱动信号。
7.一种微流控系统的微流控方法，采用分时进行驱动和电容检测，
所述微流控系统包括：微流控器件，其中，所述微流控器件包括：
第一衬底基板，
第二衬底基板，与所述第一衬底基板相对设置，
第一电极，设置在所述第一衬底基板靠近所述第二衬底基板的一侧，
第二电极，设置在所述第二衬底基板靠近所述第一衬底基板的一侧，其中，
所述第一衬底基板和所述第二衬底基板形成盒，所述盒被配置为容纳待检测的液体，所述待检测的液体包括液滴；
所述第一电极和所述第二电极被配置为在第一时间段驱动所述待检测的液体并被配置为在第二时间段将所述第一电极和所述第二电极之间的电容信号输出；
所述第二电极包括彼此绝缘的多个第二子电极，所述多个第二子电极沿列方向排布，每个第二子电极沿行方向延伸；并且
所述第一电极包括彼此绝缘的多个子部分，所述多个子部分沿列方向排布，每个子部分与一个第二子电极相对设置，每个子部分包括彼此绝缘的多个第一子电极，多个第一子电极沿行方向排布；
该方法包括：
在第一时间段，利用所述第一电极和所述第二电极驱动所述液滴；以及
在第二时间段，将所述第一电极和所述第二电极之间的电容信号输出；
在第一时间段，向所述第二电极输入公共信号，向所述第一电极输入第一驱动信号；
所述第一驱动信号为交流信号，所述第一驱动信号的频率大于所述液滴的共振频率且小于所述微流控器件的充电频率。
8.根据权利要求7所述的微流控方法，其中，在所述第二时间段，向所述第二电极输入第二驱动信号，将所述第一电极浮置，所述第一电极将产生的感应电容输出。
9.根据权利要求8所述的微流控方法，其中，所述第二驱动信号为交流信号。
10.根据权利要求7-9任一项所述的微流控方法，还包括根据电容检测结果实时调整所述第一驱动信号的步骤。
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