CN109765179A - 微流控装置及用于该微流控装置的检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种微流控装置及用于该微流控装置的检测方法。该微流控装置包括：驱动基板和能够检测液滴在驱动基板上的位置的检测单元，其中该驱动基板包括：第一衬底基板以及位于第一衬底基板上并用于驱动液滴的多个驱动电极。

Description

微流控装置及用于该微流控装置的检测方法
技术领域
本公开的实施例涉及一种微流控装置及用于该微流控装置的检测方法。
背景技术
微流控技术是现在检测领域中的研究热点。采用微流控技术的微流控芯片可以实现控制微小液滴的移动、分离、聚合、化学反应、生物侦测等行为。数字微流控芯片在液滴操作过程中，需要实时对液滴的位置进行监控，用以进行下一步液滴操控或处理，例如利用得到的液滴位置反馈信号指导电极加电顺序，使液滴继续按预想的方向移动；或者利用此信号控制加热器件，对液滴进行精确定位升温等。
发明内容
本公开的至少一个实施例提供了一种微流控装置，其包括：
驱动基板，包括：
第一衬底基板；以及
多个驱动电极，位于所述第一衬底基板上并用于驱动液滴；以及
检测单元，能够检测所述液滴在所述驱动基板上的位置。
在根据本公开一些实施例的微流控装置中，所述检测单元包括：
辅助基板，设置在所述驱动基板之上，并且所述辅助基板的表面在操作中允许与所述液滴相接触；以及
光学组件，所述光学组件包括：
光源，用于出射从所述辅助基板的至少一个第一侧边进入所述辅助基板的光线且使得所述光线以全反射方式在所述辅助基板之中传播；以及
光接收器，用于接收从所述辅助基板的与所述至少一个第一侧边相对的第二侧边离开所述辅助基板的光线。
在根据本公开一些实施例的微流控装置中，所述光学组件包括第一光学组件和第二光学组件，所述第一光学组件与所述第二光学组件分别设置在所述辅助基板的不同组相对侧边处。
在根据本公开一些实施例的微流控装置中，所述驱动基板与所述辅助基板之间限定允许所述液滴移动的通道，并且位于所述第一衬底基板上的所述多个驱动电极用于驱动施加在所述驱动基板朝向所述辅助基板的表面上的所述液滴，在操作中所述液滴位于所述辅助基板的朝向所述驱动基板的一侧。
在根据本公开一些实施例的微流控装置中，所述驱动基板还包括第一疏水层，所述第一疏水层位于所述驱动电极朝向所述辅助基板的表面之上。
在根据本公开一些实施例的微流控装置中，所述辅助基板包括：
第二衬底基板；以及
第二疏水层，所述第二疏水层位于所述第二衬底基板朝向所述驱动基板的表面上。
在根据本公开一些实施例的微流控装置中，所述辅助基板配置为允许所述液滴在所述辅助基板的背向所述驱动基板的表面上移动，位于所述衬底基板上的所述多个驱动电极用于驱动施加在所述辅助基板背向所述驱动基板的表面上的所述液滴。
在根据本公开一些实施例的微流控装置中，所述辅助基板包括：
第二衬底基板；以及
第二疏水层，所述第二疏水层位于所述第二衬底基板背向所述驱动基板的表面上。
在根据本公开一些实施例的微流控装置中，所述光接收器包括沿所述辅助基板的排列成排的多个光学传感器。
在根据本公开一些实施例的微流控装置中，所述检测单元包括多个检测子单元，每个所述检测子单元包括：
辅助电极，设置在至少一个所述驱动电极朝向所述第一衬底基板一侧；
压电材料，设置在至少一个所述驱动电极与所述辅助电极之间；以及
反射层，设置在所述辅助电极背向所述压电材料的一侧，以反射所述压电材料产生的机械波。
在根据本公开一些实施例的微流控装置中，所述反射层为空气层或布拉格复合膜层。
在根据本公开一些实施例的微流控装置中，所述压电材料包括无机压电材料、有机压电材料或复合压电材料。
根据本公开一些实施例的微流控装置还包括：
多条第一信号线和多条第二信号线；
多条第三信号线和多条第四信号线；以及
读取电路，与所述第二信号线和所述第四信号线连接，
其中，每个检测单元还包括第一开关元件，所述第一开关元件的控制极与所述多条第一信号线之一电连接，所述第一开关元件的第一极与所述多条第二信号线之一电连接，所述第一开关元件的第二极与所述驱动电极电连接，以使得所述第一开关元件在所述第一信号线的控制下使所述驱动电极通过所述第二信号线与所述读取电路导通，以及
每个检测单元还包括第二开关元件，所述第二开关元件的控制极与所述多条第三信号线之一电连接，所述第二开关元件的第一极与所述多条第四信号线之一电连接，所述第二开关元件的第二极与所述辅助电极电连接，以使得所述第二开关元件在所述第三信号线的控制下使所述辅助电极通过所述第四信号线与所述读取电路导通。
本公开的至少一个实施例还提供了一种用于上述的微流控装置的检测方法，其包括：
使光线从所述辅助基板的至少一个第一侧边进入所述辅助基板；
接收从与所述至少一个第一侧边相对的第二侧边离开所述辅助基板的光线；
确定出接收的所述光线在所述第二侧边延伸方向上的光强减小值；以及
将所述光强减小值在所述第二侧边延伸方向上的位置确定为所述液滴在所述第二侧边延伸方向上的位置。
本公开的至少一个实施例还提供了一种用于上述的微流控装置的检测方法，其包括：
使所述多个驱动电极之一与所述读取电路导通，以及使与所述多个驱动电极之一对应的所述多个辅助电极之一与所述读取电路导通；
通过读取电路获得所述压电材料产生的机械波的频率；
确定出获得的所述频率与预设频率；以及
将所述多个驱动电极之一对应的位置确定为所述液滴的位置。
在根据本公开的一些实施例的方法中，使所述多个驱动电极之一与所述读取电路导通，以及使与所述多个驱动电极之一对应的所述多个辅助电极之一与所述读取电路导通包括：
在与所述多个驱动电极之一对应的所述第一信号线上提供能够使所述第一开关元件导通的信号，以及同时在与所述多个辅助电极之一对应的所述第三信号线上提供能使所述第二开关元件导通的信号。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施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实施例，而非对本公开的限制。
图1示出了根据本公开一些实施例的微流控装置的驱动电极阵列的平面示意图。
图2示出了根据本公开一些实施例的微流控装置的剖视示意图。
图3A示出了根据本公开一些实施例的微流控装置的剖视示意图。
图3B示出了根据本公开一些实施例的微流控装置的剖视示意图。
图4示出了根据本公开一些实施例的微流控装置的剖视示意图。
图5A示出了根据本公开一些实施例的微流控装置的辅助基板的俯视示意图。
图5B示出了根据本公开一些实施例的微流控装置的辅助基板的俯视示意图。
图6A-图6B示出了根据本公开一些实施例的光强与位置的关系图。
图7示出了根据本公开一些实施例的用于微流控装置的检测方法的示意性流程图。
图8示出了根据本公开一些实施例的微流控装置的剖视示意图。
图9示出了根据本公开一些实施例的微流控装置的剖视示意图。
图10A示出了根据本公开一些实施例的驱动电极阵列的平面示意图。
图10B示出了根据本公开一些实施例的辅助电极阵列的平面示意图。
图11示出了根据本公开一些实施例的用于微流控装置的检测方法的示意性流程图。
具体实施方式
为了使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，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实施例，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。“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。
为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。
如上所述，数字微流控芯片在液滴操作过程中，需要实时对液滴的位置进行监控，用以进行下一步液滴操控或处理。如缺乏液滴的位置信息，则可能无法实现对液滴的精确控制。
本公开的至少一个实施例提供了一种微流控装置，其包括：驱动基板和能够检测液滴在驱动基板上的位置的检测单元。驱动基板包括：第一衬底基板以及位于第一衬底基板上并用于驱动液滴的多个驱动电极。
本公开实施例提供的微流控装置例如可基于介质上电湿润技术，其中介质上电湿润技术是指：通过施加电压信号改变介质表面上的液滴的接触角，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技术。然而，应理解本公开实施例中的微流控装置的类型并不限于此。
本公开实施例中的微流控装置中，第一衬底基板可通过刚性材料或柔性材料制成。例如第一衬底基板可通过玻璃、陶瓷、硅、金属、聚酰亚胺等制成，根据需要在第一衬底基板上还以覆盖缓冲层等，然后再在缓冲层上形成电极等功能结构。第一衬底基板可支承形成在其上的元件。驱动电极可通过金属、金属合金、氧化铟锡(ITO)等任何合适的导电材料形成。驱动电极例如可通过溅射方法、蒸镀、喷涂等方法形成在第一衬底基板上，根据需要采用构图工艺得到适当的形状。用于传输驱动信号的驱动信号线也相应地形成在第一衬底基板上，与驱动电极通过驱动电路耦接。驱动信号线例如通过邦定(bonding)方式与驱动IC电连接。驱动电极接收来自设置在第一衬底基板上的驱动信号线的驱动信号，以根据驱动信号来驱动施加在微流控装置中的液滴。
图1是根据本公开一些实施例的微流控装置的驱动电极阵列的平面示意图，该微流控装置例如用于形成微流控芯片。如图1所示，根据本公开一些实施例的微流控装置1000包括驱动基板100，驱动基板100包括第一衬底基板101和位于第一衬底基板101上的多个驱动电极102，该多个驱动电极102布置成多行多列的电极阵列，并且该多个驱动电极102相互绝缘。
具体地，该多个驱动电极102相互电绝缘，且可以接收来自驱动信号线的驱动信号而被单独控制操作。该电极阵列在施加驱动信号的情况下可以驱动包括样品的液滴沿着该阵列的例如行方向、列方向或其他方向移动，并且根据需要在其他部件(未示出)的配合下例如还可以进行其他操作，例如使液滴分离、聚合、化学反应、生物侦测等行为。
根据本公开的一些实施例，上述的能够检测液滴位置的检测单元可包括辅助基板和光学组件，辅助基板设置在驱动基板之上，二者平行布置(即二者的板面彼此平行)，并且允许辅助基板的表面在操作中与液滴相接触，从而可以对液滴进行定位；光学组件包括光源和光接收器。该光源用于出射从辅助基板的至少一个第一侧边进入辅助基板的光线且使得光线以全反射方式在辅助基板之中传播。该光接收器用于接收从辅助基板的与至少一个第一侧边相对的第二侧边离开辅助基板的光线。
辅助基板为至少部分透明的，并且辅助基板允许光线在其内部进行传播。例如，辅助基板可通过玻璃或塑料制成，或辅助基板可包括由玻璃或塑料构成的层和其他至少部分透明材料形成的层的叠层结构。例如，基于玻璃的装置可避免昂贵的实验器材，并且可提高便携性以及降低实验成本。
在一些实施例中，彼此平行的驱动基板与辅助基板之间限定允许液滴移动的通道，并且驱动基板用于驱动施加在驱动基板朝向辅助基板的表面上的液滴，辅助基板朝向驱动基板的表面在操作中与液滴相接触，从而可以对液滴定位。
在另一些实施例中，辅助基板背向驱动基板的表面与液滴相接触，驱动基板用于透过该辅助基板驱动施加在辅助基板背向驱动基板的表面上的液滴。
在本公开的实施例中，用于光学组件的光源可以是点光源、线光源、面光源或多个点光源的组合。光源可以是发光二极管、冷阴极荧光灯、电致发光光源、扁平荧光灯、激光光源等，所发出的光可以可见光、红外光等，本公开的实施例对此不作限制。光源出射的光线从辅助基板的至少一侧进入辅助基板，并且使得光线在辅助基板内以全反射的方式沿远离光源的方向传播，即在辅助基板两个的板面上反复全反射，从而可以沿远离光源的方向传播。全反射是指当光线从光密介质入射到光疏介质中时，当光线在二者界面上的入射角为临界角时，折射角为90°，而当入射角增大到大于临界角时，光线不再被折射而是被反射，即不再进入光疏介质，返回到光密介质之中。这里，辅助基板相对于两侧的介质(例如空气层)为光密介质，因此能够允许在其两侧的表面上的全反射。因此，从光源出射的光线沿预定方向(相对于辅助基板的第一侧面成预定角度)射入辅助基板之中以满足全反射条件，例如可以借助光学器件(例如凹面镜、平面镜等)将光源出射的光转换为平行光，然后再沿预定方向射入辅助基板之中以满足全反射条件。
在本公开的实施例中，用于光学组件的光接收器例如包括光学传感器以及用于光学传感器的驱动电路。例如，光学传感器是通过感测不同光强照射，从而产生不同强度的光电流或不同数量的光电荷来实现检测。例如该光学传感器可以为光敏二极管、光敏晶体管等，例如光敏二极管可以为PIN型二极管、PN型二极管等，可以是硅基二极管，可以是非硅基二极管等，本公开的实施例对于光接收器的具体类型以及结构不作限定。
图2是根据一些实施例的微流控装置1000沿图1中的线L-L’的示意性剖视图。在图2中，为了便于描述起见，还示出了液滴10。如图2所示，微流控装置1000包括能够检测液滴位置的检测单元。该检测单元包括辅助基板200和光学组件，该光学组件包括光源301和光接收器301’。辅助基板200设置在驱动基板100之上与驱动基板100相平行，例如二者通过封框胶、隔垫物等相对固定，辅助基板200与驱动基板100之间的空间用于施加液滴，并且辅助基板200的表面在操作中允许与液滴10相接触。例如，辅助基板200与驱动基板100之间的间距相对固定，因此可以通过控制施加的液滴的大小，从而使得辅助基板200的表面在操作中与液滴10相接触；又例如，辅助基板200与驱动基板100之间的间距非相对固定，可以根据需要调节，则可以通过调节该间距使得辅助基板200的表面在操作中与液滴10相接触。辅助基板200包括第二衬底基板201。第二衬底基板201为至少部分透明的，并且第二衬底基板201允许光线在其内部进行传播。例如，第二衬底基板201可通过玻璃或塑料制成。
光源301设置在辅助基板200的第一侧边(例如图2中的左侧)，光接收器301’设置在辅助基板200的与第一侧边相对的第二侧边(例如图2中的右侧)。然而，应理解，光源301也可设置在辅助基板200的第二侧边(例如图2中的右侧)，而光接收器301’设置在辅助基板200的第一侧边(例如图2中的左侧)，本公开对此不作限制。
在图2中，驱动基板100与辅助基板200之间限定允许液滴10移动的通道，并且驱动基板100用于驱动施加在驱动基板100朝向辅助基板200的表面上的液滴10，辅助基板200的朝向驱动基板100的表面在操作中与液滴10相接触。在没有液滴存在时，辅助基板200的朝向驱动基板100的表面与空气层接触，因此来自光源301以满足全反射角度入射的光能够在辅助基板200产生全反射，并沿远离光源301的方向(图中从左向右的方向)传播，直到从辅助基板200出射，并照射到光接收器301’之上，光接收器301’检测光线的强度。但是，当存在液滴10且液滴10的折射率等于或大于辅助基板200的折射率时，液滴10与辅助基板200朝向驱动基板100的表面接触，在该位置辅助基板200的朝向驱动基板100的表面不再与空气层接触，从而在该位置辅助基板200的全反射条件不再成立，因此辅助基板200内以全反射方式进行传播的光线会至少部分地从辅助基板200的与液滴10接触的位置处射出，导致光线的能量衰减，相应地通过光接收器301’检测光线的强度变化，从而可确定出液滴在第二侧边的延伸方向(例如图1中的Y方向)上的位置。例如，可将光线在第二侧边延伸方向(例如图1中的Y方向)上的光强减小值所对应的位置确定为液滴在第二侧边的延伸方向(例如图1中的Y方向)上的位置。在一些实施例中，光接收器301’可包括沿辅助基板200排列成排的多个光学传感器。
在根据本公开一些实施例的微流控装置中，驱动基板还包括第一疏水层，该第一疏水层位于驱动电极朝向辅助基板的表面之上。该第一疏水层有助于液滴在驱动基板上被驱动电极驱动，从而实现对于液滴更好地控制。
在根据本公开一些实施例的微流控装置中，辅助基板还包括第二疏水层，该第二疏水层位于所述第二衬底基板朝向所述驱动基板的表面上。该第二疏水层同样有助于液滴在驱动基板和辅助基板之间被驱动电极驱动，从而实现对于液滴更好地控制。
图2中示出了驱动基板100还包括设置在驱动电极102朝向辅助基板200的表面之上的第一疏水层104。
在图3A中示出了驱动基板100还包括位于在驱动电极102朝向辅助基板200的表面之上的第一疏水层104以及辅助基板200还包括位于第二衬底基板201朝向驱动基板100的表面上的第二疏水层202。
在图3B中示出了辅助基板200包括位于第二衬底基板201朝向驱动基板100的表面上的第二疏水层202。
在上述实施例中，位于第二衬底基板201朝向驱动基板100的表面上的第二疏水层202的折射率大于第二衬底基板201的折射率，并且大于空气层的折射率。在设置有第二疏水层202的情况下，在没有液滴存在时，光源301出射的光线能够在第二衬底基板201与第二疏水层202之间不发生全反射，在第二疏水层202与空气层的界面处发生全反射，以及在第二衬底基板201与空气层的界面处发生全反射。但是，当存在液滴10且液滴10的折射率大于或等于第二疏水层202的折射率时，液滴10与第二疏水层202朝向驱动基板100的表面接触，在该位置第二疏水层202朝向驱动基板100的表面不再与空气层接触，从而在该位置辅助基板200的全反射条件不再成立，因此辅助基板200内以全反射方式进行传播的光线会部分地从辅助基板200的与液滴10接触的位置处射出，导致光线的能量衰减，相应地通过光接收器301’检测光线的强度变化，从而可确定出液滴在第二侧边的延伸方向(例如图1中的Y方向)上的位置。
第一疏水层104和第二疏水层202可增大表面张力梯度，从而有助于液滴10的移动。第一疏水层104和第二疏水层202例如可通过特氟龙(teflon)形成。
在根据本公开一些实施例的微流控装置中，驱动基板100还可包括绝缘层103，以使得驱动电极102与液滴10电绝缘。绝缘层103还可以起到平坦层的作用，以使得驱动基板100具有平坦的表面。例如，绝缘层103可通过无机绝缘材料或有机绝缘材料形成，例如通过树脂形成，然而本公开对此并没有限制。在图3B所示的实施例情况下，绝缘层103还可以具有疏水特性，从而起到了疏水层的作用。
图4是根据另一些实施例的微流控装置1000沿图1中的线L-L’的示意性剖视图。辅助基板200与驱动基板100彼此层叠且全面接触，由此辅助基板200配置为允许液滴10在辅助基板200背向驱动基板100的表面上移动，位于第一衬底基板101上的驱动电极102用于驱动施加在辅助基板200背向驱动基板100的表面上的液滴10。例如，微流控装置1000还可以另外包括盖板(未示出)，以与辅助基板200形成用于液滴移动的空间，并且防止液滴受到外界的不利影响。例如，在该微流控装置1000中，辅助基板200还包括第三疏水层203，第三疏水层203设置在第二衬底基板201的背向第一衬底基板101的表面上。第三疏水层203的折射率大于第二衬底基板201的折射率，并且大于空气层的折射率。同样，第三疏水层203可增大表面张力梯度，从而有助于液滴10的移动。第三疏水层203例如可通过特氟龙(teflon)形成。
图4中以与上述的元件相同的附图标记表示的元件与上述的元件相同，本文将不再对其进行详细描述。
此外，还应理解根据本公开实施例的微流控装置可包括多个光学组件，该多个光学组件分别设置在辅助基板的不同组相对侧边处。例如，如图5A和图5B所示的实施例中，光学组件可包括第一光学组件和第二光学组件，其中第一光学组件包括光源301和光接收器301’，第二光学组件包括光源302和光接收器302’，以及第一光学组件设置在辅助基板200的左右侧，第二光学组件设置在辅助基板200的上下侧。通过第一光学组件可确定出液滴10在辅助基板200的第一组相对侧边(左右侧)的延伸方向(例如图5A和图5B中的Y方向)上的位置，以及通过第二光学组件可确定出液滴10在辅助基板200的第二组相对侧边(上下侧)的延伸方向(例如图5A和图5B中的X方向)上的位置。通过光接收器301’确定出检测光线在第一组相对侧边的延伸方向(例如图5A和图5B中的Y方向)的强度变化，从而可将光线在第一组相对侧边的延伸方向(例如图5A和图5B中的Y方向)上的光强减小值所对应的位置确定为液滴10在第一组相对侧边的延伸方向(例如图5A和图5B中的Y方向)上的位置，如图6A所示。通过光接收器302’确定出检测光线在第二组相对侧边的延伸方向(例如图5A和图5B中的X方向)的强度变化，从而可将光线在第二组相对侧边的延伸方向(例如图5A和图5B中的X方向)上的光强减小值所对应的位置确定为液滴10在第二组相对侧边的延伸方向(例如图5A和图5B中的X方向)上的位置，如图6B所示。
在一些实施例中，光接收器也可包括沿辅助基板排列成排的多个光学传感器。如图5B所示，光接收器301’包括沿辅助基板200排列成排的多个光学传感器3011’，光接收器302’包括沿辅助基板200排列成排的多个光学传感器3012’。
还应理解，虽然在图5A和图5B中辅助基板200示出为具有矩形形状，然而辅助基板200还可能通过其他多边形形状(例如六边形、八边形、2N边形(N为大于等于5的正整数))，通过沿辅助基板200的多组相对侧边设置多个光学组件，可确定液滴在该多组相对侧边的延伸方向上的位置。
通过本公开的至少一个实施例提供的微流控装置，可准确地定位出液滴的位置，从而便于对液滴进行操作。
本公开的至少一个实施例还提供了一种适用于前述实施例的微流控装置的检测方法1100，如图7所示，其包括：
S1102、使光线从辅助基板的至少一个第一侧边进入辅助基板；
S1104、接收从与至少一个第一侧边相对的第二侧边离开辅助基板的光线；
S1106、确定出接收的光线在第二侧边延伸方向上的光强减小值；以及
S1108、将光强减小值在所述第二侧边延伸方向上的位置确定为液滴在第二侧边延伸方向上的位置。
检测方法1100可在上述图2至图5B所示的根据本公开实施例的微流控装置中实施。例如，仅在光强减小值超过阈值时，才输出检测结果。又例如，通过检测光强检测值的极小值来执行上述方法。
例如，步骤S1102可包括：通过光源301出射从辅助基板200的左侧边进入辅助基板200的光线；或者，通过光源302出射从辅助基板200的上侧边进入辅助基板200的光线；或者，通过光源301和光源302出射分别从辅助基板200的左侧边和上侧边进入辅助基板200的光线。
例如，步骤S1104可包括：通过光接收器301’接收从辅助基板200的右侧边离开辅助基板200的光线；或者，通过光接收器302’接收从辅助基板200的下侧边离开辅助基板200的光线；或者，通过光接收器301’和光接收器302’接收分别从辅助基板200的右侧边和下侧边离开辅助基板200的光线。
例如，步骤S1106可包括：基于光接收器301’的输出信号确定出接收的光线在右侧边延伸方向上的光强减小值；或者，基于光接收器302’的输出信号确定出接收的光线在下侧边延伸方向上的光强减小值；或者，基于光接收器301’和光接收器302’的输出信号分别确定出接收的光线在右侧边延伸方向和下侧边延伸方向上的光强减小值。
例如，步骤S1108可包括：将光强减小值在右侧边延伸方向上的位置确定为液滴在右侧边延伸方向上的位置；或者，将光强减小值在下侧边延伸方向上的位置确定为液滴在下侧边延伸方向上的位置；或者，将光强减小值在右侧边延伸方向上和在下侧边延伸方向上的位置分别确定为液滴在右侧边延伸方向上和在下侧边延伸方向上的位置。
在一些实施例中，步骤S1108可包括：将光强减小值中的极大值在所述第二侧边延伸方向上的位置确定为液滴在第二侧边延伸方向上的位置。在另一些实施例中，步骤S1108还可包括：将光强减小值中的最大值在所述第二侧边延伸方向上的位置确定为液滴在第二侧边延伸方向上的位置。
通过本公开的至少一个实施例提供的用于微流控装置的检测方法，可准确地定位出液滴的位置，从而便于对液滴进行操作。
根据本公开的一些实施例，上述的能够检测液滴位置的检测单元可包括多个检测子单元，每个检测子单元包括：设置在至少一个驱动电极朝向第一衬底基板一侧的辅助电极；设置在至少一个驱动电极与辅助电极之间的压电材料；设置在辅助电极背向压电材料一侧的反射层，以反射压电材料产生的机械波。
辅助电极设置为朝向至少一个驱动电极，并且辅助电极在第一衬底基板上的投影与至少一个驱动电极在第一衬底基板上的投影至少部分重叠。辅助电极可通过金属、金属合金、氧化铟锡(ITO)等任何合适的材料形成。辅助电极例如可通过溅射方法、蒸镀、喷涂等方法形成在第一衬底基板上，根据需要采用构图工艺得到适当的形状。
辅助电极与驱动电极可通过相同或不同的材料制成，本公开的实施例对此不作限制。例如，辅助电极和驱动电极可通过铝、铂、金、钼等形成。用于传输驱动信号的驱动信号线也相应地形成在第一衬底基板上，与驱动电极通过驱动电路耦接。驱动信号线例如通过邦定(bonding)方式与驱动IC电连接。辅助电极可与驱动电极连接至形成在第一衬底基板上的不同的驱动信号线，以通过不同的信号驱动。
压电材料可包括无机压电材料、有机压电材料或复合压电材料。例如，压电材料可包括锆钛酸铅(PZT)、氧化锌、氮化铝、聚氯乙烯或其组合。
位于辅助电极背向压电材料一侧的用于反射由压电材料振动产生的机械波的反射层可以是空气层或布拉格复合膜层。布拉格复合膜层由厚度为1/4波长的不同声阻抗薄膜的堆叠结构形成，从而反射压电材料层在驱动电极和辅助电极施加有驱动信号的情况下产生的机械波。例如，布拉格复合膜层可包括交替堆叠的多个高阻抗膜层和低阻抗膜层。高阻抗膜层例如可以是钨薄膜层，以及低阻抗膜层例如可以是二氧化硅薄膜层。布拉格复合膜层可通过沉积等方式形成在第一衬底基板上。
驱动电极、压电材料和辅助电极形成薄膜体声波谐振器结构，该薄膜体声波谐振器结构通过压电材料的逆压电效应将电能转换成声波从而形成谐振。例如，当交变电压信号施加至驱动电极和辅助电极时，处于驱动电极和辅助电极之间的压电材料由于逆压电效应，产生机械形变，使压电材料随着电场的变化而产生膨胀、收缩，从而形成振动。这种振动产生于压电材料的体内，激励出沿压电材料厚度方向传播的体声波。该体声波传播至反射层将会反射回来，进而在压电材料内来回反射，形成振动。当体声波在压电材料中的传播正好是半波长或半波长的奇数倍时形成驻波，此时体声波的频率为该薄膜体声波谐振器结构的谐振频率。
上述的逆压电效应是指对压电材料施加电场引起压电材料机械变形的现象，即电能转化为机械能。
图8示出了根据一些实施例的微流控装置1000沿图1的线L-L’的示意性剖视图。在图8中，为了便于描述起见，还示出了液滴10。如图8所示，微流控装置1000包括能够检测液滴位置的检测单元。该检测单元包括多个检测子单元，每个检测子单元包括辅助电极701、压电材料702和反射层703。辅助电极701设置在驱动电极102朝向第一衬底基板101一侧。压电材料702设置在驱动电极102与辅助电极701之间。反射层703设置在辅助电极701背向压电材料702一侧，以反射压电材料702产生的机械波。例如，微流控装置1000还可以包括盖板，该盖板与第一衬底基板101平行设置，从而与第一衬底基板101一起限定用于液滴的流动空间，并且防止液滴受到外界的不利影响。
当液滴10位于驱动电极102上方时，由于液滴10的重力作用对由驱动电极102、压电材料702和辅助电极701形成薄膜体声波谐振器结构产生负载，进而引起该薄膜体声波谐振器结构的谐振频率改变，从而通过检测微流控装置1000中各薄膜体声波谐振器结构的谐振频率可确定出液滴的位置。
在图8中，反射层703为空气层(该空气包括大气或惰性气体等)，并且在这种情况下，微流控装置1000还可包括位于辅助电极701背向压电材料702一侧的衬底704。例如，如图8所示，反射层703形成在衬底704中。反射层703可通过在衬底704中刻蚀出空腔，然后在该空腔中沉积牺牲材料，该牺牲材料在其上方形成了辅助电极701、压电材料702和驱动电极102之后被刻蚀掉形成空气腔而得到。衬底704例如可以由硅和/或二氧化硅形成，牺牲材料例如可以是磷石英玻璃。
图9示出了根据一些实施例的微流控装置1000沿图1的线L-L’的示意性剖视图。除了图9中的微流控装置1000不包括衬底704，而包括作为反射层的布拉格复合膜层801之外，图9与图8基本相同。如图9所示，布拉格复合膜层801在第一衬底基板101上的投影与驱动电极102在第一衬底基板101上的投影至少部分重叠。布拉格复合膜层801可使得微流控装置1000具有高机械强度和良好的集成性。
布拉格复合膜层801设置在辅助电极701背向压电材料702一侧，以反射压电材料702产生的机械波。当液滴10位于驱动电极102上方时，由于液滴10的重力作用对由驱动电极102、压电材料702和辅助电极701形成薄膜体声波谐振器结构产生负载，进而引起该薄膜体声波谐振器结构的谐振频率改变，从而通过检测微流控装置1000中各薄膜体声波谐振器结构的谐振频率可确定出液滴的位置。
如图10A-图10B所示，根据本公开一些实施例的微流控装置1000还可包括：多条第一信号线Gs1-Gsm和多条第二信号线Ts1-Tsn；多条第三信号线Gx1-Gxm和多条第四信号线Tx1-Txn；以及读取电路903。读取电路903与第二信号线Ts和第四信号线Tx连接。
每个检测单元还包括第一开关元件904。第一开关元件904用于使得驱动电极102与读取电路903导通。例如，多个第一开关元件904与多个驱动电极102一一对应。第一开关元件904的控制极与多条第一信号线Gs之一电连接，第一开关元件904的第一极与所述多条第二信号线Ts之一电连接，第一开关元件904的第二极与驱动电极102电连接，以使得第一开关元件904在第一信号线Gs上的驱动信号的控制下使驱动电极102通过第二信号线Ts与读取电路903导通。第一信号线Gs可与第一栅极驱动电路901连接，以将第一栅极驱动电路901提供的驱动信号传输至第一开关元件904的控制极，使得第一开关元件904导通或截止。作为示例，在图10A中，第一开关元件904以薄膜晶体管的形式示出，然而本领域技术人员可理解第一开关元件904还可实施为其他形式，本公开对此没有限制。
每个检测单元还包括第二开关元件905。第二开关元件905用于使得辅助电极701与读取电路903导通。第二开关元件905的控制极与多条第三信号线Gx之一电连接，第二开关元件905的第一极与多条第四信号线Tx之一电连接，第二开关元件905的第二极与辅助电极701电连接，以使得第二开关元件905在第三信号线Gx上的驱动信号的控制下使辅助电极701通过第四信号线Tx与读取电路903导通。第三信号线Gx可与第二栅极驱动电路902连接，以将第二栅极驱动电路902提供的驱动信号传输至第二开关元件905的控制极，使得第二开关元件905导通或截止。作为示例，在图10B中，第二开关元件905以薄膜晶体管的形式示出，然而本领域技术人员可理解第二开关元件905还可实施为其他形式，本公开对此没有限制。
在检测由驱动电极102、压电材料702和辅助电极701形成的薄膜体声波谐振器结构的谐振频率时，通过第一栅极驱动电路901向与该驱动电极102连接的第一开关元件904提供驱动信号，以使得第一开关元件904导通，从而驱动电极102与读取电路903导通；同时通过第二栅极驱动电路902向与该辅助电极701连接的第二开关元件905提供驱动信号，以使得第二开关元件905导通，从而辅助电极701与读取电路903导通。这样，可通过读取电路903获得该由该驱动电极102、压电材料702和该辅助电极701形成的该薄膜体声波谐振器结构的谐振频率。
例如，读取电路903例如可以是基于计数法测量频率的电路。基于计数法测量频率的电路指的是这样的电路，其能够产生一个频率远小于被测信号频率的窗口信号(即周期远大于被测信号周期的窗口信号)，通过对窗口信号周期内被测信号触发次数的计数，可获得被测信号的频率；或者其能够产生一个频率远小于被测信号频率的脉冲周期信号(即周期远大于被测信号周期的脉冲周期信号)，通过被测信号门限电平有效周期内对脉冲周期信号触发次数的计数，可获得被测信号的频率；或者能够将被测信号进行相位编码，将相位的变化转换为两个相同频率、不同起始时间点的数字脉冲信号，通过数字脉冲信号起始上升沿触发计数器翻转产生一个相位差值的数字脉冲信号，通过测量该数字脉冲信号的周期而获得被测信号的频率；或这些电路的组合。
此外，例如，读取电路903还可以是信号选择输出电路，将与其连接的第二信号线Ts和第四信号线Tx的信号选择输出。读取电路903可与外部的频率测量设备(例如矢量网络分析仪)相连接，以通过外部的频率测量设备测量对应的薄膜体声波谐振器结构的谐振频率。
由驱动电极102、压电材料702和辅助电极701形成的薄膜体声波谐振器结构具有固有的谐振频率，当液滴位于驱动电极102上方时会导致该薄膜体声波谐振器结构的谐振频率发生变化。因此，当测量到由驱动电极102、压电材料702和辅助电极701形成的薄膜体声波谐振器结构的谐振频率与预设频率(即该薄膜体声波谐振器结构的固有谐振频率)不同时，则可确定液滴位于该驱动电极102上方。
第一栅极驱动电路901和第二栅极驱动电路902例如可以直接制备在第一衬底基板101上，或者可以制备为独立的栅极驱动芯片然后通过绑定(bonding)的方式结合到第一衬底基板101上。类似地，读取电路903例如可以直接制备在第一衬底基板101上，或者可以制备为独立的读取芯片然后通过绑定(bonding)的方式结合到第一衬底基板101上。
通过本公开的至少一个实施例提供的微流控装置，可准确地定位出液滴的位置，从而便于对液滴进行操作。
本公开的至少一个实施例还提供了一种适用于前述实施例的微流控装置的检测方法1200，如图11所示，其包括：
S1202、使多个驱动电极之一与读取电路导通，以及使与多个驱动电极之一对应的多个辅助电极之一与读取电路导通；
S1204、通过读取电路获得压电材料产生的机械波的频率；
S1206、确定出获得的频率与预设频率不同；以及
S1208、将多个驱动电极之一对应的位置确定为液滴的位置。
检测方法1200可在上述图8至图10B所示的根据本公开实施例的微流控装置中实施。
在本公开的一些实施例中，步骤S1202还可包括：在与多个驱动电极之一对应的第一信号线上提供能够使第一开关元件导通的信号，以及同时在与多个辅助电极之一对应的第三信号线上提供能使第二开关元件导通的信号。
例如，步骤S1202可包括：通过第一栅极驱动电路901输出驱动信号，并通过第一信号线Gs传输至第一开关元件904，以使得第一开关元件904导通，从而将与该第一开关元件904连接的驱动电极102与读取电路903导通；以及通过第二栅极驱动电路902输出驱动信号，并通过第三信号线Gx传输至第二开关元件905，以使得第二开关元件905导通，从而将与该第二开关元件905连接的辅助电极701与读取电路903导通。
在步骤S1204中，可通过读取电路903本身或者与读取电路903相连接的外部频率测量设备获得压电材料702产生的机械波的频率。
在步骤S1206中，可通过处理单元(例如中央处理器、专用集成电路、现场门阵列电路、单片机等)对在步骤S1204中测量的频率与预设频率进行比较，并且在确定出该测量的频率与预设频率不同时，进行步骤S1208。
如上所述，当测量到由驱动电极、压电材料和辅助电极形成的薄膜体声波谐振器结构的谐振频率与预设频率(即该薄膜体声波谐振器结构的固有谐振频率)不同时，则可确定液滴位于该驱动电极上方。因此，在步骤S1208中，将该驱动电极对应的位置确定为液滴的位置。
通过本公开的至少一个实施例提供的用于微流控装置的检测方法，可准确地定位出液滴的位置，从而便于对液滴进行操作。
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，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种微流控装置，包括：
驱动基板，包括：
第一衬底基板；以及
多个驱动电极，位于所述第一衬底基板上并用于驱动液滴；以及
检测单元，能够检测所述液滴在所述驱动基板上的位置。
2.根据权利要求1所述的微流控装置，其中，所述检测单元包括：
辅助基板，设置在所述驱动基板之上，并且所述辅助基板的表面在操作中允许与所述液滴相接触；以及
光学组件，所述光学组件包括：
光源，用于出射从所述辅助基板的至少一个第一侧边进入所述辅助基板的光线且使得所述光线以全反射方式在所述辅助基板之中传播；以及
光接收器，用于接收从所述辅助基板的与所述至少一个第一侧边相对的第二侧边离开所述辅助基板的光线。
3.根据权利要求2所述的微流控装置，其中，所述光学组件包括第一光学组件和第二光学组件，
所述第一光学组件与所述第二光学组件分别设置在所述辅助基板的不同组相对侧边处。
4.根据权利要求2所述的微流控装置，其中，所述驱动基板与所述辅助基板之间限定允许所述液滴移动的通道，并且位于所述第一衬底基板上的所述多个驱动电极用于驱动施加在所述驱动基板朝向所述辅助基板的表面上的所述液滴，在操作中所述液滴位于所述辅助基板的朝向所述驱动基板的一侧。
5.根据权利要求4所述的微流控装置，其中，所述驱动基板还包括第一疏水层，所述第一疏水层位于所述驱动电极朝向所述辅助基板的表面之上。
6.根据权利要求4或5所述的微流控装置，其中，所述辅助基板包括：
第二衬底基板；以及
第二疏水层，所述第二疏水层位于所述第二衬底基板朝向所述驱动基板的表面上。
7.根据权利要求2所述的微流控装置，其中，所述辅助基板配置为允许所述液滴在所述辅助基板的背向所述驱动基板的表面上移动，位于所述第一衬底基板上的所述多个驱动电极用于驱动施加在所述辅助基板背向所述驱动基板的表面上的所述液滴。
8.根据权利要求7所述的微流控装置，其中，所述辅助基板包括：
第二衬底基板；以及
第二疏水层，所述第二疏水层位于所述第二衬底基板背向所述驱动基板的表面上。
9.根据权利要求2所述的微流控装置，其中，所述光接收器包括沿所述辅助基板的排列成排的多个光学传感器。
10.根据权利要求1所述的微流控装置，其中，所述检测单元包括多个检测子单元，每个所述检测子单元包括：
辅助电极，设置在至少一个所述驱动电极朝向所述第一衬底基板一侧；
压电材料，设置在至少一个所述驱动电极与所述辅助电极之间；以及
反射层，设置在所述辅助电极背向所述压电材料的一侧，以反射所述压电材料产生的机械波。
11.根据权利要求10所述的微流控装置，其中，所述反射层为空气层或布拉格复合膜层。
12.根据权利要求10所述的微流控装置，其中，所述压电材料包括无机压电材料、有机压电材料或复合压电材料。
13.根据权利要求10所述的微流控装置，还包括：
多条第一信号线和多条第二信号线；
多条第三信号线和多条第四信号线；以及
读取电路，与所述第二信号线和所述第四信号线连接，
其中，每个检测单元还包括第一开关元件，所述第一开关元件的控制极与所述多条第一信号线之一电连接，所述第一开关元件的第一极与所述多条第二信号线之一电连接，所述第一开关元件的第二极与所述驱动电极电连接，以使得所述第一开关元件在所述第一信号线的控制下使所述驱动电极通过所述第二信号线与所述读取电路导通，以及
每个检测单元还包括第二开关元件，所述第二开关元件的控制极与所述多条第三信号线之一电连接，所述第二开关元件的第一极与所述多条第四信号线之一电连接，所述第二开关元件的第二极与所述辅助电极电连接，以使得所述第二开关元件在所述第三信号线的控制下使所述辅助电极通过所述第四信号线与所述读取电路导通。
14.一种用于如权利要求2-9中任一项所述微流控装置的检测方法，包括：
使光线从所述辅助基板的至少一个第一侧边进入所述辅助基板；
接收从与所述至少一个第一侧边相对的第二侧边离开所述辅助基板的光线；
确定出接收的所述光线在所述第二侧边延伸方向上的光强减小值；以及将所述光强减小值在所述第二侧边延伸方向上的位置确定为所述液滴在所述第二侧边延伸方向上的位置。
15.一种用于如权利要求13所述的微流控装置的检测方法，包括：
使所述多个驱动电极之一与所述读取电路导通，以及使与所述多个驱动电极之一对应的所述多个辅助电极之一与所述读取电路导通；
通过读取电路获得所述压电材料产生的机械波的频率；
确定出获得的所述频率与预设频率；以及
将所述多个驱动电极之一对应的位置确定为所述液滴的位置。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，使所述多个驱动电极之一与所述读取电路导通，以及使与所述多个驱动电极之一对应的所述多个辅助电极之一与所述读取电路导通包括：
在与所述多个驱动电极之一对应的所述第一信号线上提供能够使所述第一开关元件导通的信号，以及同时在与所述多个辅助电极之一对应的所述第三信号线上提供能使所述第二开关元件导通的信号。
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