CN109894167B - 微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微流控芯片，涉及微流控技术领域，微流控芯片包括原液池、M个进液通道、芯片基板；芯片基板包括：衬底基板、电极阵列层、绝缘疏水层、微流控通道层，电极阵列层包括多个传输电极和M个反应结构；每个传输电极连接有驱动电路，每个反应结构包括X个反应电极，在平行于衬底基板的方向上，X个反应电极分别位于第N个传输电极周围，每个反应电极连接驱动电路，驱动电路用于向第N个传输电极和其周围的反应电极分别提供电压，以使液滴分解为X个小液滴并分别移动至反应电极。本发明既能降低液滴注入的难度，又能减少进液通道的数量，有效利用布设空间，节约成本，还不会影响液滴的传输速度，可以节省时间，提高效率。

Description

微流控芯片

技术领域

本发明涉及微流控芯片技术领域，更具体地，涉及一种微流控芯片。

背景技术

微流控(Micro Fluidics)技术属于一种新兴技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科，能够精确操控液滴移动，实现液滴的融合、分离等操作，完成各种生物化学反应，是一种以在微米尺度空间对流体进行操控为主要特征的技术。该技术已经与化学、生物学、工程学和物理学等诸学科形成交叉，展示出了广泛的应用前景。微流控芯片是微流控技术实现的主要平台，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可以集成到一块微米尺度的微流控芯片上，在该微流控芯片上即可自动完成分析全过程。在微流控芯片中电极数量成百上千，要对某一个电极进行单独控制就变得有难度。近年来，微流控芯片凭借其体积小、功耗低、成本低，所需样品及试剂量少，可实现液滴单独、精准操控，检测时间短，灵敏度高，易于和其他器件集成等优势，而被广泛应用于生物、化学、医学等领域。

微流控芯片的主流驱动方式为基于介电润湿技术的电极驱动，又称之为电压式微流控芯片，其原理是：将液滴设置在具有疏液层的表面上，借助电润湿效应，通过对液滴施加电压，改变液滴与疏液层之间的润湿性，使液滴内部产生压强差和不对称形变，进而实现液滴定向移动。

因此，提供一种可以实现电润湿液滴的分解，既能降低液滴注入的难度，又能节省注入通道数，并增加电润湿应用的灵活性，保证液滴初始位置准确，可以达到均分效果的微流控芯片，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种微流控芯片，以解决现有技术中需要使用较多通道，成本又高又费时的问题。

本发明提供的一种微流控芯片，包括原液池、M个进液通道、芯片基板；原液池用于储存液滴；原液池通过M个进液通道与芯片基板相连通；芯片基板包括：衬底基板、电极阵列层、绝缘疏水层、微流控通道层，原液池中的液滴通过M个进液通道进入微流控通道层；电极阵列层位于衬底基板一侧，绝缘疏水层位于电极阵列层远离衬底基板的一侧，微流控通道层位于绝缘疏水层远离电极阵列层的一侧；电极阵列层包括多个呈阵列排布的传输电极和M个反应结构；N个传输电极沿第一方向依次排列形成传输电极列，每个传输电极连接有驱动电路，在液滴传输阶段，驱动电路对传输电极施加电压以使液滴在微流控通道层中沿第一方向运动；每个反应结构包括X个反应电极，在平行于衬底基板的方向上，X个反应电极分别位于第N个传输电极周围，每个反应电极连接驱动电路；其中，第一个传输电极位于传输电极列靠近进液通道的一端，第N个传输电极位于传输电极列远离进液通道的一端；在液滴分解阶段，驱动电路用于向第N个传输电极和其周围的X个反应电极分别提供电压，以使液滴分解为X个小液滴并分别移动至X个反应电极；其中，M为大于或等于1的正整数，N、X均为大于或等于2的正整数。

与现有技术相比，本发明提供的微流控芯片，至少实现了如下的有益效果：

本发明的微流控芯片通过M个进液通道将原液池中的液滴传输至芯片基板的绝缘疏水层上的微流控通道层，并通过驱动电路对传输电极施加电压，使相邻传输电极上的电压不同，进而在相邻传输电极之间形成电场，使液滴内部产生压强差和不对称形变，进而实现液滴在微流控通道层沿传输电极列的延伸方向定向移动，到达反应结构处进行反应。当液滴在传输电极列上传输至第N个传输电极时，通过驱动电路向第N个传输电极提供和周围的X个反应电极分别提供不同的电压信号，使第N个传输电极分别和每一个反应电极之间产生电场，那么此时在第N个传输电极上方的微流控通道层中的液滴，受到与衬底基板表面平行的方向上的X个大小相同、方向相反的力的作用，当这X个力大于液滴内部分子间作用力时，液滴将被拉伸分解为X个小液滴并分别移动至X个反应电极上进行反应。本发明可以实现液滴通过更少的进液通道注入，到达第N个传输电极后分解为多个小液滴在多个反应电极上进行反应，从而对于进液通道的注入精度要求较低，无需注入与电极尺寸相匹配的液滴，同样可以使反应结构的各个反应电极上具有相同大小的小液滴反应，有利于提升反应结果的准确度。另外，分解为大小相同的小液滴有利于液滴在后续移动过程中电场的统一性。本发明既能降低液滴注入的难度，又能减少进液通道的数量，有效利用布设空间，节约成本，还不会影响液滴的传输速度，可以节省时间，提高效率。

当然，实施本发明的任一产品不必特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明实施例提供的一种微流控芯片的平面结构示意图；

图2是图1的沿A-A’剖面结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种微流控芯片的平面结构示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种微流控芯片的平面结构示意图；

图5是本发明实施例提供的液滴分解的原理示意图；

图6是本发明实施例液滴分解为小液滴后传输电极与反应电极的局部放大图；

图7是图1的沿B-B’剖面结构示意图；

图8是图7的一种俯视结构示意图；

图9是图7的另一种俯视结构示意图；

图10是图1的另一种沿B-B’剖面结构示意图，

图11是本发明实施例提供的另一种微流控芯片的平面结构示意图；

图12是本发明实施例提供的另一种微流控芯片的平面结构示意图；

图13是本发明实施例提供的另一种微流控芯片的平面结构示意图；

图14是本发明实施例提供的另一种微流控芯片的平面结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

请参考图1和图2，图1是本发明实施例提供的一种微流控芯片的平面结构示意图，图2是图1的沿A-A’剖面结构示意图，本发明实施例提供的一种微流控芯片000，包括原液池10、M个进液通道20、芯片基板30；原液池10用于储存液滴；原液池10通过M个进液通道20与芯片基板30相连通；

芯片基板30包括：衬底基板301、电极阵列层302、绝缘疏水层303、微流控通道层304，原液池10中的液滴305通过M个进液通道20进入微流控通道层304；

电极阵列层302位于衬底基板301一侧，绝缘疏水层303位于电极阵列层302远离衬底基板301的一侧，微流控通道层304位于绝缘疏水层303远离电极阵列层302的一侧；

电极阵列层302包括多个呈阵列排布的传输电极4和M个反应结构5；

N个传输电极4沿第一方向Y依次排列形成传输电极列40，每个传输电极4连接有驱动电路，在液滴传输阶段，驱动电路对传输电极4施加电压以使液滴305在微流控通道层304中沿第一方向Y运动；

每个反应结构5包括X个反应电极51，在平行于衬底基板301的方向上，X个反应电极51分别位于第N个传输电极4周围，每个反应电极51连接驱动电路；其中，第一个传输电极41位于传输电极列40靠近进液通道20的一端，第N个传输电极4N位于传输电极列40远离进液通道20的一端；

在液滴分解阶段，驱动电路用于向第N个传输电极4N和其周围的X个反应电极51分别提供电压，以使液滴分解为X个小液滴并分别移动至X个反应电极51；其中，M为大于或等于1的正整数，N、X均为大于或等于2的正整数。

具体而言，本实施例的微流控芯片000通过M个进液通道20将原液池10中的液滴传输至芯片基板30的绝缘疏水层303上的微流控通道层304，并通过驱动电路对传输电极4施加电压，使相邻传输电极4上的电压不同，进而在相邻传输电极4之间形成电场，使液滴内部产生压强差和不对称形变，进而实现液滴在微流控通道层304沿传输电极列40的延伸方向定向移动，到达反应结构5处进行反应。其中，原液池10用于储存液滴，以便于在需要液滴进行反应时适当将液滴流出至进液通道20内传输。衬底基板301作为芯片基板30的承载物，用于其他膜层在衬底基板301上依次堆叠设置。绝缘疏水层303起到绝缘作用，微流控通道层304用于引导液滴从绝缘疏水层303上移动。电极阵列层302包括多个呈阵列排布的传输电极4和M个反应结构5，N个传输电极4沿第一方向Y依次排列形成传输电极列40，由于进液通道20的数量与传输电极列40的列数相匹配，则反应结构5的数量与进液通道20的数量相匹配，从而可以使每个反应结构5都有相应的进液通道20提供液滴的传输进行反应，其中，M可以为大于或等于1的正整数，即进液通道20可以只为一个，那么相应的反应结构5也可以仅为一个。

然而，现有技术中的微流控芯片在进行反应分析的过程中，大多是将合适尺寸的液滴注入到匹配尺寸的电极上，但是没有将大液滴分解为小液滴的功能。目前此种技术存在的问题是：(1)对于进液通道的注入精度要求较高，必须注入与电极尺寸相匹配的液滴，否则，液滴尺寸大小不一，到达指定终点后(如基因检测反应区)，原料用量不同，影响测试结果的准确度。另外，不同大小的液滴在电场中受力关系有区别，这会影响液滴在电场中移动的统一性，比如：到达终点的时间不同，使反应无法同步进行，不便于测量和统一驱动。(2)对于需要多个相同小液滴反应的情况，效率较低，只能采用多个进液通道注入多个液滴，需要很多进液通道，成本较高；或者采用由单个通道注入，液滴先横向铺满一排，再纵向一起下移，比较费时。

本发明实施例解决上述问题的方案是将每个反应结构5设计为包括X个反应电极51，在平行于衬底基板301的方向上，X个反应电极51分别位于第N个传输电极4N周围，其中，第一个传输电极41位于传输电极列40靠近进液通道20的一端，第N个传输电极4N位于传输电极列40远离进液通道20的一端，即反应结构5位于传输电极列40远离进液通道20的一端端部，进而可以使液滴在传输电极列40的传输电极4上充分移动。每个反应电极51连接驱动电路，该驱动电路可以与传输电极4连接的驱动电路复用，也可以单独设计一套用于驱动反应电极51的驱动电路，具体实施时，可根据实际需求进行选择。

当液滴(这里以液滴带负电为例进行说明)在传输电极列40上传输至第N个传输电极4N时，通过驱动电路向第N个传输电极4N提供低电压信号，向第N个传输电极4N周围的X个反应电极51分别提供相同的高电压信号，使第N个传输电极4N的电位低于周围X个反应电极51的电位，进而使第N个传输电极4N分别和每一个反应电极51之间产生沿第二方向L(反应电极51指向第N个传输电极4N的方向)的电场，那么此时在第N个传输电极4N上方的微流控通道层304中的液滴，受到与衬底基板301表面平行的方向上的X个大小相同、方向与第二方向L相反的力的作用，当这X个力大于液滴内部分子间作用力时，液滴将被拉伸分解为X个小液滴并分别移动至X个反应电极51上进行反应。

本实施例可以实现液滴通过更少的进液通道20注入，到达第N个传输电极4N后分解为多个小液滴在多个反应电极51上进行反应，从而对于进液通道20的注入精度要求较低，无需注入与电极尺寸相匹配的液滴，同样可以使反应结构5的各个反应电极51上具有相同大小的小液滴反应，有利于提升反应结果的准确度。另外，分解为大小相同的小液滴有利于液滴在后续移动过程中电场的统一性。本实施例既能降低液滴注入的难度，又能减少进液通道20的数量，有效利用布设空间，节约成本，还不会影响液滴的传输速度，可以节省时间，提高效率。

需要说明的是，如图1所示，本实施例的N、X均为大于或等于2的正整数，即传输电极列40的传输电极4的数量至少为两个，第N个传输电极4N周围的反应电极51的数量也至少为两个，从而可以实现将液滴分解为至少两个小液滴。本实施例的传输电极4也可复用为反应电极51，请参考图3，图3是本发明实施例提供的另一种微流控芯片000的平面结构示意图，图中，第N个传输电极4N周围的三个传输电极4可作为反应电极51使用，液滴沿第一方向Y移动至第N个传输电极4N时，通过驱动电路给第N个传输电极4N和其周围的传输电极4不同的电压信号，从而可以使在第N个传输电极4N位置处的液滴分解为三个小液滴移动至周围的三个传输电极4(反应电极51)上进行反应从而可以实现不增加额外反应电极的情况下，复用传输电极制造更多反应结构的效果，有利于节约成本。图3仅是示意性画出传输电极4和反应电极51的形状，具体实施时，可根据实际需求选择不同的形状。

需要进一步说明的是，图1和图3的微流控芯片中的电极均通过电连接至驱动电路进行驱动，即每一个电极电连接对应的驱动电路，每一个电极的驱动信号通过与其对应的驱动电路提供相应的电位信号，驱动电路可以为集成有驱动功能电路的驱动芯片，还可以为设置在电极外围的电路元件构成的驱动电路。

在一些可选实施例中，微流控芯片中的电极还可以通过相互交叉绝缘的不同信号线提供驱动信号，请参考图4，图4是本发明实施例提供的另一种微流控芯片000的平面结构示意图，芯片基板30上包括多条沿第一方向Y延伸的第一信号线S、多条沿第三方向X延伸的第二信号线G，第一信号线S和第二信号线G交叉绝缘限定出每个传输电极4所在的区域，第三方向X上的传输电极行的每一个传输电极4与同一条第二信号线G电连接，第一方向Y上的传输电极列40的每一个传输电极4与同一条第一信号线S电连接，第一信号线S和第二信号线G分别连接有不同的驱动芯片IC提供电信号，每一个传输电极4通过一个开关晶体管(图中未示意)与第一信号线S和第二信号线G分别电连接，可选的，第二信号线G与每一个传输电极4对应的开关晶体管的栅极电连接，第一信号线S与每一个传输电极4对应的开关晶体管的源极电连接，开关晶体管的漏极与其对应的传输电极4电连接。沿第一方向Y上，与第二信号线G电连接的驱动芯片IC用于提供驱动信号使每一个传输电极4对应的开关晶体管依次打开，使与第一信号线S电连接的驱动芯片IC依次通过第一信号线S将数据电位信号写入每一个传输电极4对应的开关晶体管的源极，从而使与开关晶体管的漏极电连接的传输电极4得到相应的电位信号，通过改变第一信号线S的数据电位信号，从而可以给不同的传输电极4提供电信号，使每一个传输电极4具有高低不同的电位信号。本实施例仅是举例说明微流控芯片的具体结构，具体实施时，可根据实际需求进行设计，本实施例在此不作赘述。本实施例的图2仅是示意性画出微流控芯片的膜层结构示意图，仅是为了清楚示意本实施例的技术方案，但不仅限于此膜层结构，还可以为本领域技术人员理解的其他结构，本实施例不作赘述。

在一些可选实施例中，请结合参考图1-图4和图5，图5是本发明实施例提供的液滴分解的原理示意图，本实施例中，在液滴分解阶段，驱动电路用于向第N个传输电极4N和其周围的X个反应电极51分别提供电压，以使液滴305分解为X个小液滴并分别移动至X个反应电极51，具体为：

在液滴传输阶段，当液滴305运动至第N个传输电极4N时，进入液滴分解阶段，通过驱动电路向第N个传输电极4N周围的X个反应电极51提供第一电压信号，向第N个传输电极提供第二电压信号，使液滴305分解为X个小液滴3051并分别沿第二方向L移动至X个反应电极51；其中，第一电压信号高于第二电压信号，第二方向L为在一个反应结构5中，第N个传输电极4N指向每个反应电极51的方向。

本实施例进一步解释说明了液滴305在第N个传输电极4N上通过驱动电路施加电压如何分解为小液滴3051的，当液滴305(液滴为具有导电性的液体，包括成分单一的或者多成分组成的生物样品或者化学物质，这里以液滴带负电为例进行说明)在传输电极列40上传输至第N个传输电极4N后，通过驱动电路向第N个传输电极4N周围的X个反应电极51提供第一电压信号，向第N个传输电极提供第二电压信号，使液滴305分解为X个小液滴3051并分别沿第二方向L移动至X个反应电极51；其中，第一电压信号高于第二电压信号，进而使第N个传输电极4N分别和每一个反应电极51之间产生沿第二方向L(反应电极51指向第N个传输电极4N的方向)的电场，那么此时在第N个传输电极4N上方的微流控通道层304中的液滴305，受到与衬底基板301表面平行的方向上的X个大小相同、方向与第二方向L相反的力的作用，当这X个力大于液滴305内部分子间作用力时，液滴305将被拉伸分解为X个小液滴3051并分别移动至X个反应电极51上进行反应。

在一些可选实施例中，请继续参考图1-图5，本实施例中，一个反应结构5的每个反应电极51的形状和大小均相同，每个反应电极51与第N个传输电极4N之间的间距L1相等。

本实施例进一步设置了一个反应结构5的每个反应电极51的形状和大小均相同，每个反应电极51与第N个传输电极4N之间的间距L1相等，从而可以使液滴分解时，每一个反应电极51与第N个传输电极4N之间形成的电场强度保持一致，从而使液滴305受到的各个方向的分解力大小基本一致，达到将液滴305均分为小液滴3051到达反应电极51反应的目的，提升液滴的反应效果和反应准确度，还有利于提升小液滴3051在电场中移动的统一性，使小液滴3051可以尽量同时到达不同的反应电极51上，反应可以同步进行，便于测量和统一驱动。

需要说明的是，反应电极51和传输电极4的大小关系可根据实际情况进行设置。例如，具体实施时，若小液滴3051移动至反应电极51反应完成不需要再在芯片基板上移动，则反应电极51的大小可以大于或等于或小于传输电极4，可根据芯片基板的空间来设置；若小液滴3051移动至反应电极51反应完成后还要进行移动等其他操作，则反应电极51以及之后的小液滴3051移动路线上的电极均要比液滴分解前的传输电极4要小，因为液滴305分解为小液滴3051后，其体积变小了，能覆盖的面积也相应变小了，若反应电极51没有相应变小，则会影响小液滴3051后续的移动效果，甚至不能使小液滴3051继续移动。

在一些可选实施例中，请参考图6，图6是本发明实施例液滴305分解为小液滴3051后传输电极4与反应电极51的局部放大图(为了清楚示意反应电极51的大小，小液滴3051未填充)，假设小液滴3051在平行于芯片基板的方向上为圆形，则反应电极51可以为该圆形的内接多边形结构，使小液滴3051的边缘超出反应电极51的边缘，便于小液滴3051继续移动。

在一些可选实施例中，请参考图7，图7是图1的沿B-B’剖面结构示意图，本实施例中，第N个传输电极4N位置处的绝缘疏水层303开设有凹槽6。

本实施例中的第N个传输电极4N上方的绝缘疏水层303位置处开设有凹槽6，用于在液滴305移动至第N个传输电极4N上方位置时，使液滴305尽量在第N个传输电极4N的正上方位置处，且可以避免小的波动影响液滴305的初始位置，达到液滴305在分解前限定初始位置的作用，使液滴305在分解过程中尽量可以受到相等大小的力，进一步提升液滴305均分的效果。

在一些可选实施例中，请参考图8、图9和图10，图8是图7的一种俯视结构示意图，图9是图7的另一种俯视结构示意图，图10是图1的另一种沿B-B’剖面结构示意图，本实施例中，在平行于衬底基板301的平面上，凹槽6的形状为圆形(如图8所示，为了清楚示意凹槽的形状，图中未示意液滴)或椭圆形(如图9所示，为了清楚示意凹槽的形状，图中未示意液滴)；在垂直于衬底基板301的方向上，凹槽6的中心点C与第N个传输电极4N的中心点D重合(如图10所示)。

本实施例进一步限定了在平行于衬底基板301的平面上，凹槽6的形状为圆形(如图8所示)或椭圆形(如图9所示)，由于液滴305本身的形态为液体，因此其在绝缘疏水层303上移动的形态类似于水滴状，本实施例将绝缘疏水层303的凹槽6的形状限定为圆形或椭圆形，从而可以进一步使液滴305在第N个传输电极4N上方覆盖均匀，从而使液滴305分解时受到的各个不同方向的力的大小也进一步均匀化。本实施例还限定了在在垂直于衬底基板301的方向上，凹槽6的中心点C与第N个传输电极4N的中心点D重合，从而可以使液滴305在凹槽6内时，即在分解前的初始位置为第N个传输电极4N的中心位置，进一步避免液滴305往一个方向有偏移，从而影响分解后的小液滴3051到达反应电极51的时间一致性。

需要说明的是，本实施例对于凹槽6在垂直于衬底基板301的方向上的深度不作限定，为了使凹槽6能达到限位效果的同时又不影响液滴305的分解移动，凹槽6在垂直于衬底基板301的方向上的深度需要与驱动液滴305移动的驱动电压相匹配，即与第N个传输电极4N和反应电极51之间的电场强度有关，当凹槽6在垂直于衬底基板301的方向上的深度较小时，所需的驱动电压也较小，当凹槽6在垂直于衬底基板301的方向上的深度较大时，所需的驱动电压也需要相应增加，具体实施时，可根据现有技术手段能施加驱动电压的大小来设计凹槽6的深度，本实施例在此不作限定。

在一些可选实施例中，请继续参考图7和图10，本实施例中，在垂直于衬底基板301的截面上，凹槽6的形状为半圆形或半椭圆形。

本实施例进一步限定了在垂直于衬底基板301的截面上，凹槽6的形状为半圆形或半椭圆形，从而可以使液滴305在凹槽6内分解移动时更顺畅，相比于其他在垂直于衬底基板301的截面上，凹槽6的形状为匚型或者带尖锐角度的形状而言，凹槽6截面的形状设计半圆形或半椭圆形，可以使液滴305在电场作用下，能够更顺畅的从凹槽6拉伸进行移动分解，避免出现部分液滴残留在凹槽6内的现象，有利于提高反应准确度。

在一些可选实施例中，请继续参考图7-图10，本实施例中，凹槽6向衬底基板301的正投影覆盖第N个传输电极4N以及部分反应电极51。

本实施例进一步限定了凹槽6向衬底基板301的正投影覆盖第N个传输电极4N以及部分反应电极51，即液滴305在到达第N个传输电极4N时，与第N个传输电极4N周围的反应电极51有部分重叠，从而可以在第N个传输电极4N与反应电极51之间形成电场时，液滴305可以受到拉伸力分解移动，避免出现由于第N个传输电极4N与反应电极51之间形成的电场过小导致的液滴305不分解的现象。

在一些可选实施例中，请继续参考图9，本实施例中，在垂直于衬底基板301的方向上，凹槽6与一个反应电极51的交叠面积(图9中未填充部分)为第一面积S1，凹槽6向衬底基板301的正投影面积为第二面积S2，第一面积S1为第二面积S2的7％-9％。

本实施例进一步限定了凹槽6与一个反应电极51交叠的第一面积S1与凹槽6向衬底基板301的正投影的第二面积S2之间的大小关系，即第一面积S1为第二面积S2的7％-9％，可选的，第一面积S1为第二面积S2的8％，从而可以保证液滴305在分解时，液滴305与反应电极51之间具有足够的重叠面积，以便具有足够的拉伸力来克服液滴移动的阻力，进一步提高液滴305移动分解的可靠性。

在一些可选实施例中，请参考图1和图11，图11是本发明实施例提供的另一种微流控芯片的平面结构示意图，图12是本发明实施例提供的另一种微流控芯片的平面结构示意图，图13是本发明实施例提供的另一种微流控芯片的平面结构示意图，图14是本发明实施例提供的另一种微流控芯片的平面结构示意图，本实施例中，传输电极4的形状为四边形(如图1所示)、六边形(如图11所示)、八边形(如图12所示)、圆形(如图13所示)、椭圆形(如图14所示)中的任一种。

本实施例进一步举例说明了传输电极4向衬底基板301的正投影的形状可以为四边形、六边形、八边形、圆形、椭圆形中的任一种，只需满足相邻传输电极4之间可以形成电场驱动液滴移动即可，不仅限于本实施例说明的几种形状，还可为其他可以达到相同或相似效果的形状，本实施例在此不作赘述。

在一些可选实施例中，请继续参考图1-图14，本实施例中，驱动电路驱动液滴运动的驱动电压范围为30-90V。

本实施例进一步解释说明了传输电极4和反应电极51电连接的驱动电路在驱动液滴305进行移动时，需要达到的驱动电压的大小范围为30-90V，即要使液滴从一个传输电极4移动至另一个传输电极4上，或者要使液滴305从一个传输电极4移动至反应电极51上时，需要使两个电极之间的电位差在30-90V之间，从而可以使两电极之间形成的电场足够强，以驱动液滴305移动。

在一些可选实施例中，请继续参考图11-图14，本实施例中，每个反应结构5的相邻反应电极51之间的间距L2相等。

本实施例进一步限定了每个反应结构5的相邻反应电极51之间的间距L2相等，从而可以使每个反应结构5的反应电极51均匀围绕第N个传输电极4N设置，使反应电极51的分布更均匀，小液滴在该反应电极51上的反应效果更统一。

在一些可选实施例中，请继续参考图1、图11和图12，本实施例中，第N个传输电极4N的形状为四边形、六边形、八边形中的任一种，每个反应结构5的反应电极51分别位于第N个传输电极4N的边缘一侧。

本实施例进一步解释说明了当第N个传输电极4N的形状为四边形、六边形、八边形中的任一种时，其周围的反应电极51可分别设置于第N个传输电极4N的一条边的一侧，从而达到均匀分布的效果，使反应电极51的布设更合理。

在一些可选实施例中，请继续参考图13和图14，本实施例中，第N个传输电极4N的形状为圆形、椭圆形中的任一种，每个反应结构5的反应电极51围绕第N个传输电极4N的边缘均匀设置。

本实施例进一步解释说明了当第N个传输电极4N的形状为圆形、椭圆形中的任一种时，其周围的反应电极51可围绕圆形或者椭圆形的边缘均匀设置，反应电极51的数量和大小可根据第N个传输电极4N的边缘的长度或者实际情况选择，从而达到均匀分布的效果，使反应电极51的布设更合理。

通过上述实施例可知，本发明提供的微流控芯片，至少实现了如下的有益效果：

本发明的微流控芯片通过M个进液通道将原液池中的液滴传输至芯片基板的绝缘疏水层上的微流控通道层，并通过驱动电路对传输电极施加电压，使相邻传输电极上的电压不同，进而在相邻传输电极之间形成电场，使液滴内部产生压强差和不对称形变，进而实现液滴在微流控通道层沿传输电极列的延伸方向定向移动，到达反应结构处进行反应。当液滴在传输电极列上传输至第N个传输电极时，通过驱动电路向第N个传输电极提供和周围的X个反应电极分别提供不同的电压信号，使第N个传输电极分别和每一个反应电极之间产生电场，那么此时在第N个传输电极上方的微流控通道层中的液滴，受到与衬底基板表面平行的方向上的X个大小相同、方向相反的力的作用，当这X个力大于液滴内部分子间作用力时，液滴将被拉伸分解为X个小液滴并分别移动至X个反应电极上进行反应。本发明可以实现液滴通过更少的进液通道注入，到达第N个传输电极后分解为多个小液滴在多个反应电极上进行反应，从而对于进液通道的注入精度要求较低，无需注入与电极尺寸相匹配的液滴，同样可以使反应结构的各个反应电极上具有相同大小的小液滴反应，有利于提升反应结果的准确度。另外，分解为大小相同的小液滴有利于液滴在后续移动过程中电场的统一性。本发明既能降低液滴注入的难度，又能减少进液通道的数量，有效利用布设空间，节约成本，还不会影响液滴的传输速度，可以节省时间，提高效率。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (11)

1.一种微流控芯片，其特征在于，包括原液池、M个进液通道、芯片基板；所述原液池用于储存液滴；所述原液池通过所述M个进液通道与所述芯片基板相连通；

所述芯片基板包括：衬底基板、电极阵列层、绝缘疏水层、微流控通道层，所述原液池中的所述液滴通过所述M个进液通道进入所述微流控通道层；

所述电极阵列层位于所述衬底基板一侧，所述绝缘疏水层位于所述电极阵列层远离所述衬底基板的一侧，所述微流控通道层位于所述绝缘疏水层远离所述电极阵列层的一侧；

所述电极阵列层包括多个呈阵列排布的传输电极和M个反应结构；

N个所述传输电极沿第一方向依次排列形成传输电极列，每个所述传输电极连接有驱动电路，在液滴传输阶段，所述驱动电路对所述传输电极施加电压以使所述液滴在所述微流控通道层中沿所述第一方向运动，相邻所述传输电极的电压不同；

每个所述反应结构包括X个反应电极，在平行于所述衬底基板的方向上，所述X个反应电极分别位于第N个所述传输电极周围，每个所述反应电极连接所述驱动电路；其中，第一个所述传输电极位于所述传输电极列靠近所述进液通道的一端，第N个所述传输电极位于所述传输电极列远离所述进液通道的一端；

在液滴分解阶段，所述驱动电路用于向第N个所述传输电极和其周围的所述X个反应电极分别提供电压，以使所述液滴分解为X个小液滴并分别移动至所述X个反应电极，包括，

在所述液滴传输阶段，当所述液滴运动至第N个所述传输电极时，进入所述液滴分解阶段，通过所述驱动电路向第N个所述传输电极周围的X个所述反应电极提供第一电压信号，向第N个所述传输电极提供第二电压信号，使所述液滴分解为X个小液滴并分别沿第二方向移动至所述X个反应电极；其中，所述第一电压信号高于所述第二电压信号，所述第二方向为在一个所述反应结构中，第N个所述传输电极指向每个所述反应电极的方向；其中，M为大于或等于1的正整数，N、X均为大于或等于2的正整数；

第N个所述传输电极位置处的所述绝缘疏水层开设有凹槽。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，

一个所述反应结构的每个所述反应电极的形状和大小均相同，每个所述反应电极与第N个所述传输电极之间的间距相等。

3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，在平行于所述衬底基板的平面上，所述凹槽的形状为圆形或椭圆形；在垂直于所述衬底基板的方向上，所述凹槽的中心点与第N个所述传输电极的中心点重合。

4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，在垂直于所述衬底基板的截面上，所述凹槽的形状为半圆形或半椭圆形。

5.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述凹槽向所述衬底基板的正投影覆盖第N个所述传输电极以及部分所述反应电极。

6.根据权利要求5所述的微流控芯片，其特征在于，在垂直于所述衬底基板的方向上，所述凹槽与一个所述反应电极的交叠面积为第一面积，所述凹槽向所述衬底基板的正投影面积为第二面积，所述第一面积为所述第二面积的7％-9％。

7.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述传输电极的形状为四边形、六边形、八边形、圆形、椭圆形中的任一种。

8.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述驱动电路驱动所述液滴运动的驱动电压范围为30-90V。

9.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，每个所述反应结构的相邻所述反应电极之间的间距相等。

10.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，第N个所述传输电极的形状为四边形、六边形、八边形中的任一种，每个所述反应结构的所述反应电极分别位于第N个所述传输电极的边缘一侧。

11.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，第N个所述传输电极的形状为圆形、椭圆形中的任一种，每个所述反应结构的所述反应电极围绕第N个所述传输电极的边缘均匀设置。

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