CN111266139B - 微流控芯片的温度控制系统、检测系统及温度控制方法 - Google Patents

微流控芯片的温度控制系统、检测系统及温度控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供了一种微流控芯片的温度控制系统、检测系统及温度控制方法。该温度控制系统包括：电路结构，用于设于微流控芯片内的功能层内并与微流控芯片的反应区相对应，电路结构包括至少两个热敏电阻和多个端口；端口包括输入端和输出端；主控单元，与每个端口均电连接，用于选择不同的输入端和/或不同的输出端，形成不同阻值的使用电路，使得电路结构在作为加热装置和作为温度传感器之间进行切换。本申请实施例的电路结构的复用的两种功能互不干扰，能实时控制反应区的温度，保证反应区始终处于需要的温度下，没有额外增加温度控制系统和检测系统的体积，成本较低。

Description

微流控芯片的温度控制系统、检测系统及温度控制方法
技术领域
本申请涉及微流控技术领域，具体而言，本申请涉及一种微流控芯片的温度控制系统、检测系统及温度控制方法。
背景技术
微流控技术是一种精确控制和操控微尺度流体的技术，提供了简单的设备结构和包装，更小的体积以及并行处理更少量试剂的能力。其驱动方式多样，包括机械、电、磁、热、光等。介电润湿EWOD因其低功耗和简单的器件制造而成为最适用的方法之一。基于介电润湿EWOD的数字微流控，将包括液滴的生成、运输与合并等操作集成到一块微米尺度的芯片上，并且可同时操纵多个液滴，具有更灵活的控制机制，更高的通量和灵敏度以及更低的样品与试剂消耗量等优点。利用微流控技术能够实现传统分析系统难以达到的自动化、集成化与便携化的要求，能够实现低试剂消耗检测与快速自动检测，在生物、化学、医药、环境等多个领域有广泛的应用前景。
但是，在微流控芯片的应用中，有些反应需在特定温度下进行，如基因检测。目前，微流控芯片不能实现精确的温度控制。
发明内容
本申请针对现有方式的缺点，提出一种微流控芯片的温度控制系统、检测系统及温度控制方法，用以解决现有技术存在微流控芯片不能实现精确的温度控的制技术问题。
第一个方面，本申请实施例提供一种微流控芯片的温度控制系统，包括：
电路结构，用于设于微流控芯片内的功能层内并与微流控芯片的反应区相对应，电路结构包括至少两个热敏电阻和多个端口；端口包括输入端和输出端，不同的输入端和/或不同的输出端电连接用于形成不同阻值的使用电路；
主控单元，与每个端口均电连接，用于选择不同的输入端和/或不同的输出端，形成不同阻值的使用电路，使得电路结构在作为加热装置和作为温度传感器之间进行切换。
在一个可能的实现方式中，主控单元，用于控制至少一个使用电路形成温度传感器，得到反应区的当前温度，在当前温度低于第一预设温度时，切换不同的输入端和/或不同的输出端，使得至少一个使用电路形成加热装置，对反应区进行加热，直至反应区的温度达到第一预设温度。
在一个可能的实现方式中，电路结构包括以下至少一项：
至少两个热敏电阻依次串联，串联的热敏电阻的首尾端分别设有一个端口，相邻的热敏电阻之间设有一个端口；
至少两个热敏电阻在反应区的下方对称设置；
多个端口以反应区的中轴线为界，位于中轴线一侧的为输入端，位于中轴线另一侧的为输出端。
在一个可能的实现方式中，温度控制系统还包括：与主控单元电连接的冷却装置；
主控单元，还用于控制冷却装置对反应区进行冷却，直至反应区的温度达到第二预设温度。
在一个可能的实现方式中，冷却装置包括储液槽和位于储液槽周边的若干个依次相邻排列的第一电极；
反应区的下方设有电极层，电极层包括矩阵排列的多个第二电极；
第一电极和第二电极均与主控单元电连接；
主控单元，具体用于按照预设的路径驱动储液槽内的冷却液滴从第一电极经若干个第二电极后回到第一电极，再经第一电极移动进入储液槽。
第二方面，本申请实施例还提供一种微流控检测系统，包括微流控芯片和第一方面的微流控芯片的温度控制系统；
微流控芯片包括反应区和设于反应区下方的功能层；
电路结构设于功能层内。
在一个可能的实现方式中，微流控芯片还包括：加样区和检测区；
加样区和检测区分别位于反应区的两侧；
加样区和检测区的下方均设有用于驱动液滴移动的电极层；
电极层与主控单元电连接。
第二方面，本申请实施例提供一种微流控芯片的温度控制方法，应用于第一方面的微流控芯片的温度控制系统，包括：
当处于加热模式时，选择不同的输入端和/或不同的输出端，形成不同阻值的使用电路，使得电路结构在作为加热装置和作为温度传感器之间进行切换。
在一个可能的实现方式中，选择不同的输入端和/或不同的输出端，形成不同阻值的使用电路，使得电路结构在作为加热装置和作为温度传感器之间进行切换，包括：
控制至少一个使用电路形成温度传感器，得到反应区的当前温度；
在当前温度低于第一预设温度时，切换不同的输入端和/或不同的输出端，使得至少一个使用电路形成加热装置，对反应区进行加热，直至反应区的温度达到第一预设温度。
在一个可能的实现方式中，控制至少一个使用电路形成温度传感器，得到反应区的当前温度之后，包括：
根据当前温度和第一预设温度，确定输出到电路结构的控制信号的输出占空比；输出占空比用于控制电路结构分别作为温度传感器或加热装置的时间。
在一个可能的实现方式中，微流控芯片的温度控制方法还包括：
当处于冷却模式时，控制至少一个使用电路形成温度传感器，得到反应区的当前温度；
在当前温度高于第二预设温度时，控制冷却装置对反应区进行冷却，直至反应区温度达到第二预设温度。
在一个可能的实现方式中，冷却装置包括储液槽和位于储液槽周边的若干个依次相邻排列的第一电极；反应区的下方设有电极层，电极层包括矩阵排列的多个第二电极；第一电极和第二电极均与主控单元电连接；
控制冷却装置对反应区进行冷却，包括：按照预设的路径驱动储液槽内的冷却液滴从第一电极经若干个第二电极后回到第一电极，再经第一电极移动进入储液槽。
在一个可能的实现方式中，微流控芯片的温度控制方法还包括：
确定待反应液滴的位置；
在待反应液滴未进入反应区之前，进入加热模式。
在一个可能的实现方式中，微流控芯片的温度控制方法还包括：
确定已反应液滴的位置；
在已反应液滴离开反应区之后，进入冷却模式。
本申请实施例提供的技术方案，至少能够带来如下有益效果：
本申请实施例的温度控制系统包括电路结构和主控单元，主控单元与电路结构的每个端口均电连接，用于选择不同的输入端和/或不同的输出端，形成不同阻值的使用电路，使得电路结构在作为加热装置加热和作为温度传感器测量温度之间进行切换。本申请实施例的电路结构由至少两个热敏电阻组成，热敏电阻通电后可以对反应区加热，同时由于温度的变化，自身的阻值也会变化，也可以作为温度传感器得到反应区的温度，通过主控单元选择不同的输入端和/或不同的输出端，使得电路结构即可以作为加热装置对反应区进行加热，又可以作为温度传感器实时采集反应区的温度，可以根据所需加热功率与温控精度，选择合适的输入端和输出端组合，能够实现对反应区精确的温度控制，保证如基因检测等需要在特定温度下才能进行的反应。
进一步的，本申请实施例是对电路结构的复用，使电路结构同时具备加热和温度监测的功能，且两种功能互不干扰，表现良好，能实时控制反应区的温度，保证反应区始终处于需要的温度下。
进一步的，本申请实施例的微流控检测系统包括微流控芯片和微流控芯片的温度控制系统，电路结构设于微流控芯片的功能层内，实现了电路结构即加热装置和温度传感器完全集成在芯片内部，主控单元也是建立在微流控芯片固有微控制器的基础上，不需要额外增加温度控制系统，从而没有额外增加温度控制系统和检测系统的体积，成本较低。
进一步的，本申请实施例的温度控制系统还包括冷却装置，可以对反应区进行冷却，冷却装置是主控单元依次控制电极的通断电驱动储液槽内的冷却液滴按照预设的路径从第一电极经若干个第二电极后回到第一电极，再回到储液槽。冷却装置的冷却是建立在微流控芯片的固有电极的基础上，冷却液滴也可以采用易得的水滴，不需要额外增加冷却装置，也没有额外增加温度控制系统和检测系统的体积，成本较低。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例提供的一种微流控芯片的温度控制系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种电路结构的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种微流控芯片的温度控制系统的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种与反应区相对的冷却装置的结构示意图，示出了第一电极和第二电极的排列方式；
图5为本申请实施例提供的一种微流控检测系统的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种微流控芯片的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的微流控芯片的温度控制方法的加热模式的流程图；
图8为本申请实施例提供的微流控芯片的温度控制方法的冷却模式的流程图。
附图标记：
100-电路结构、101-加热装置、102-温度传感器、103-热敏电阻；
200-主控单元；
300-冷却装置、301-储液槽、302-第一电极、303-第二电极；
400-微流控芯片、401-功能层、402-反应区、403-加样区、404-检测区；
具体实施方式
下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。
本申请实施例提供一种微流控芯片的温度控制系统，参见图1和图2所示，该温度控制系统包括：电路结构100和主控单元200；
电路结构100用于设于微流控芯片400内的功能层401内并与微流控芯片400的反应区402相对应，电路结构100包括至少两个热敏电阻103和多个端口；端口包括输入端和输出端，不同的输入端和/或不同的输出端电连接用于形成不同阻值的使用电路。
主控单元200与每个端口均电连接，用于选择不同的输入端和/或不同的输出端，形成不同阻值的使用电路，使得电路结构100在作为加热装置101和作为温度传感器102之间进行切换。
本申请的发明人考虑到，电路结构100作为加热装置101或作为温度传感器102时，最佳的阻值是应该有差异的。若电路结构100作为温度传感器102，则应选择较大阻值以获得更高的灵敏度，从而达到更好的温度精度，若电路结构100作为加热装置101，在输入电压恒定的情况下，应该选择较小阻值以获得更大的加热功率。因此，本申请的电路结构100包括至少两个热敏电阻103和多个端口，不同的输入端和/或不同的输出端电连接用于形成不同阻值的使用电路，从而可以根据实际的需要选择不同的使用电路，实现电路结构100即可以作为加热装置101又可以作为温度传感器102的功能。
本申请实施例的电路结构100包括至少两个热敏电阻103，热敏电阻103通电后可以对反应区402加热，同时由于温度的变化，自身的阻值也会变化，也可以作为温度传感器102得到反应区402的温度，通过主控单元200选择不同的输入端和/或不同的输出端，使得电路结构100即可以作为加热装置101对反应区402进行加热，又可以作为温度传感器102实时采集反应区402的温度，可以根据所需加热功率与温控精度，选择合适的输入端和输出端组合，能够实现对反应区402精确的温度控制，能够保证如基因检测等需要在特定温度下才能进行的反应。
进一步的，本申请实施例是对电路结构100的复用，使其同时具备加热和温度监测的功能，且两种功能互不干扰，表现良好，能实时控制反应区402的温度，保证反应区402始终处于需要的温度下。
进一步的，本申请实施例的微流控检测系统包括微流控芯片400和微流控芯片400的温度控制系统，电路结构100设于微流控芯片400的功能层401内，实现了电路结构100即加热装置101和温度传感器102完全集成在芯片内部，主控单元200也是建立在微流控芯片400固有微控制器的基础上，不需要额外增加温度控制系统，从而没有额外增加温度控制系统和检测系统的体积，成本较低。
本申请的发明人考虑到，电路结构100的复用也就是功能层401的复用，如果两种功能同时进行，主控单元200的两路控制信号的叠加会导致实际效果与预期不符。本申请实施例对电路结构100进行时分复用，在进行温度采集时停止加热，在温度采集后，可以为加热装置101分配一定的时间，该时间内温度传感器102停止工作，在此情况下，加热装置101的工作时间占比可由主控单元200计算所得的输出占空比得到。在实际应用中，电路结构100可以事先设计一种热敏电阻103分布图案，将温度传感器102与加热装置101分隔为两个支路，不同的输入端和/或不同的输出端电连接至少能形成两个不同阻值使用电路，从而避免同一使用电路复用。在实际应用中，为了保证电路结构100作为加热装置101和作为温度传感器102的功能更加互不影响，也可以避免同一电阻的复用。
可选地，主控单元200，用于控制至少一个使用电路形成温度传感器102，得到反应区402的当前温度，在当前温度低于第一预设温度时，切换不同的输入端和/或不同的输出端，使得至少一个使用电路形成加热装置101，对反应区402进行加热，直至反应区402的温度达到第一预设温度。
可选地，温度传感器102可以是至少一个使用电路，通过每个使用电路的电流值，确定每个使用电路中的阻值，根据预设的使用电路的热敏电阻103的阻值和温度的对应关系，每个使用电路作为一个温度传感器102得到一个反应区402的当前温度，若有多个使用电路，则可以求多个使用电路的平均值，或者根据每个使用电路采集的当前温度和预设的加权计算得到最终的当前温度。加热装置101也可以是至少一个使用电路，可以根据当前的温度调节使用电路的数量和选择使用哪个使用电路，便于对反应区402均匀加热，也便于根据反应区402的情况进行精确的温度控制。
可选地，至少两个热敏电阻103依次串联，串联的热敏电阻103的首尾端分别设有一个端口，相邻的热敏电阻103之间设有一个端口。
可选地，至少两个热敏电阻103在反应区402的下方对称设置，可以保证反应区402受热均匀以及降低误差，在实际使用中，电路结构100作为加热装置101和温度传感器102时，其电阻分布可以是相对于反应区402的中轴线是对称的。
可选地，多个端口以反应区402的中轴线为界，位于中轴线一侧的为输入端，位于中轴线另一侧的为输出端。
可选地，主控单元200可以作为电路结构100的电源，也可以额外设置与主控单元200电连接的电源，电源与电路结构100的端口电连接，在电路结构100作为加热装置101时，主控单元200控制电源与使用电路电连接，进而给反应区402加热。
参见图2所示，作为一种示例，提供一种电路结构100的示意图。图中，提供五个依次串联的热敏电阻103，每个热敏电阻103的阻值可相同可不同，五个热敏电阻103位于功能层401，在反应区402下方对称设置。一对端口1形成一个使用电路，一对端口2形成一对使用电路，一对端口3形成一对使用电路。位于反应区402的中轴线左侧的为输入端，位于反应区402的中轴线右侧的为输出端。本电路结构100提供三个使用电路，三种不同的阻值，一对端口1形成小阻值的使用电路，一对端口2形成中阻值的使用电路，一对端口3形成大阻值的使用电路。在实际应用中，一对端口3电连接可作为温度传感器102，一对端口1和/或一对端口2可以作为加热装置101对反应区402进行加热。
可选地，热敏电阻103可以呈细长形状，多个热敏电阻103蛇形排布与反应区402的下方。热敏电阻103形成的使用电路的阻值可从数欧姆至数千欧姆，根据实际的温度需要设置热敏电阻103的阻值。
可选地，参见图3所示，温度控制系统还包括：与主控单元200电连接的冷却装置300，主控单元200还用于控制冷却装置300对反应区402进行冷却，直至反应区402的温度达到第二预设温度。
可选地，结合图3和图4所示，冷却装置300包括储液槽301和位于储液槽301周边的若干个依次相邻排列的第一电极302。反应区402的下方设有电极层，电极层包括矩阵排列的多个第二电极303。第一电极302和第二电极303均与主控单元200电连接。主控单元200具体用于按照预设的路径驱动储液槽301内的冷却液滴从第一电极302经若干个第二电极303后回到第一电极302，再经第一电极302移动进入储液槽301。
参见图4所示，作为一种示例，第一电极302和第二电极303位于同一平面，第一电极302和第二电极303可以为微流控芯片400的反应区402现有的电极，第一电极302也可以是根据作为冷却的需要在微流控芯片400内设置的，第一电极302按照预定的排列方式依次排列，多个第一电极302环绕而成的中间区域的对应位置可以作为储液槽301，储液槽301可以容纳冷却水，多个第一电极302的两端的第一电极302分别与一个第二电极303对应，便于冷却水从一侧的第一电极302移动到第二电极303后，再回到另一侧的第一电极302，再回流到储液槽301内。在实际应用中，第一电极302和第二电极303均与电源电连接，通过主控单元200按事先设定的时序依次驱动电极通电，可以实现液滴按照预定路径移动。
本申请实施例的冷却装置300，可以对反应区402进行冷却，冷却装置300是主控单元200依次控制电极的通断电驱动储液槽301内的冷却液滴按照预设的路径从第一电极302经若干个第二电极303后回到第一电极302，再回到储液槽301。冷却装置300的冷却是建立在微流控芯片400的固有电极的基础上，冷却液滴也可以采用易得的水滴，不需要额外增加冷却装置300，也没有额外增加温度控制系统和检测系统的体积，成本较低。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种微流控检测系统，参见图5所示，该微流控检测系统包括微流控芯片400和本申请实施例的微流控芯片的温度控制系统。
微流控芯片400包括反应区402和设于反应区402下方的功能层401，电路结构100设于功能层401内。为了表明功能层401的结构，图中，反应区402未示出。
可选地，参见图6所示，微流控芯片400还包括：加样区403和检测区404；加样区403和检测区404分别位于反应区402的两侧；加样区403和检测区404的下方均设有用于驱动液滴移动的电极层。图中，加样区403和检测区404的电极层未示出，电极层与主控单元200电连接，微流控芯片400的功能层401位于反应区402的下方未示出。主控单元200控制电极层的每个电极的通断电，实现驱动液滴的移动。反应区402的前端与加样区403连接，反应区402的后端与检测区404连接。
可选地，在实际应用中，样本与试剂在电极的驱动下从加样区403移动进入反应区402，在反应区402反应时，在反应区402内循环流动，直至反应结束，混合均匀后离开反应区402，进入检测区404。其中，当样本与试剂在反应区402进行混合反应时，应使反应区402保持在某一恒定温度以获得酶的最大活性，因此本申请的检测系统可以得到更好地反应和检测效果。
可选地，作为一种示例，参见图6所示，检测系统还包括冷却装置300，冷却装置300包括储液槽301和位于储液槽301周边的若干个依次相邻排列的第一电极302。反应区402的下方设有电极层，电极层包括矩阵排列的多个第二电极303。第一电极302和第二电极303均与主控单元200电连接。主控单元200具体用于按照预设的路径驱动储液槽301内的冷却液滴从第一电极302经若干个第二电极303后回到第一电极302，再经第一电极302移动进入储液槽301。主控单元200控制冷却液滴按照预设的路径移动，可以更好地保证冷却液滴在反应区402的移动的位置，提高对反应区402的冷却效果。
基于同一发明构思，本申请实施例提供一种微流控芯片的温度控制方法，应用于本申请实施例的微流控芯片的温度控制系统，参见图7所示，该温度控制方法包括：
当处于加热模式时，选择不同的输入端和/或不同的输出端，形成不同阻值的使用电路，使得电路结构100在作为加热装置101和作为温度传感器102之间进行切换。
可选地，选择不同的输入端和/或不同的输出端，形成不同阻值的使用电路，使得电路结构100在作为加热装置101和作为温度传感器102之间进行切换，包括：
S701、控制至少一个使用电路形成温度传感器102，得到反应区402的当前温度。
可选地，温度传感器102可以是至少一个使用电路，通过每个使用电路的电流值，确定每个使用电路中的阻值，根据预设的使用电路的热敏电阻103的阻值和温度的对应关系，每个使用电路作为一个温度传感器102得到一个反应区402的当前温度，若有多个使用电路，则可以求多个使用电路的平均值，或者根据每个使用电路采集的当前温度和预设的加权计算得到最终的当前温度。
可选地，步骤S701中，控制至少一个使用电路形成温度传感器102，得到反应区402的当前温度之后，还包括：
根据当前温度和第一预设温度，确定输出到电路结构100的控制信号的输出占空比；输出占空比用于控制电路结构100分别作为温度传感器102或加热装置101的时间。
在实际应用中，电路结构100作为温度传感器102进行温度采集时是停止加热的，在温度采集后，根据当前温度和第一预设温度的差距，为加热装置101分配一定的时间，该时间内温度传感器102停止工作，在此情况下，加热装置101的工作时间占比可由主控单元200计算所得的输出占空比得到。同时，输入端和输出端的组合由主控单元200根据设定参数(第一预设温度)计算得到。例如，在当前温度和第一预设温度比较接近时，可以选择温度传感器102的占比时间为0.9秒，加热装置101的占比时间为0.1秒；在当前温度和第一预设温度还有较大差距时，可以选择温度传感器102的占比时间为0.1秒，加热装置101的占比时间为0.9秒，延长加热的时间。本申请实施例可以使得反应区402尽快达到第一预设温度，提高加热效率的同时节约能源
S702、确定当前温度是否低于第一预设温度，在当前温度低于第一预设温度时，执行步骤S703，在当前温度不低于第一预设温度时，执行步骤S704；
S703、切换不同的输入端和/或不同的输出端，使得至少一个使用电路形成加热装置101，对反应区402进行加热。
可选地，加热装置101也可以是至少一个使用电路，可以根据当前的温度调节使用电路的数量和选择使用哪个使用电路，便于对反应区402均匀加热，也便于根据反应区402的情况进行精确的温度控制。
S704、加热装置101停止加热。
在本申请实施例中，步骤S701至步骤S704，是在温度控制系统处于加热模式下，一个不断循环的过程，直至反应区402的温度达到第一预设温度。第一预设温度根据反应实际需要进行设置，输入设定参数，加热温度和容忍误差，也就是第一预设温度是可以有一个误差范围的，只要在这个温度范围内，都是确认达到第一预设温度。当没有输入温度时，参数可以取默认值。
可选地，参见图8所示，微流控芯片的温度控制方法还包括：当处于冷却模式时，进行如下控制：
S801、控制至少一个使用电路形成温度传感器102，得到反应区402的当前温度。
本实施例的步骤S801和上述实施例的步骤S701得到反应区402的当前温度的原理一致。
S802、确定当前温度是否高于第二预设温度，在当前温度高于第二预设温度时，执行步骤S803，在当前温度不高于第二预设温度时，执行步骤S804。
S803、控制冷却装置300对反应区402进行冷却。
可选地，冷却装置300包括储液槽301和位于储液槽301周边的若干个依次相邻排列的第一电极302；反应区402的下方设有电极层，电极层包括矩阵排列的多个第二电极303；第一电极302和第二电极303均与主控单元200电连接；
步骤S803中的控制冷却装置300对反应区402进行冷却，包括：按照预设的路径驱动储液槽301内的冷却液滴从第一电极302经若干个第二电极303后回到第一电极302，再经第一电极302移动进入储液槽301。
在实际应用中，第一电极302和第二电极303均与电源电连接，通过主控单元200按事先设定的时序依次驱动电极的通电，可以实现液滴按照预定路径移动。
S804、冷却装置300停止冷却。
可选地，微流控芯片的温度控制方法还包括：确定待反应液滴的位置；在待反应液滴未进入反应区402之前，进入加热模式。在液滴进入反应区402之前就开启加热模式，使得液滴进入反应区402的时候，反应区402内就是恒温，提高反应效率，保证反应效果。
可选地，主控单元200控制电极层的每个电极的通断电，实现驱动液滴的移动。同时，主控单元200预存有电极的编号和位置，从而可以根据液滴位于哪一个电极上，可以确定液滴的位置。
可选地，微流控芯片的温度控制方法还包括：确定已反应液滴的位置；在已反应液滴离开反应区402之后，进入冷却模式。在实际应用中，可以确保反应区402不需要反应了，也就是反应液滴离开反应区402了，再对反应区402进行冷却。
作为一种示例，本申请的温度控制方法包括加热模式和冷却模式，当需要进行温度控制时，温度传感器102实时获取反应区402的温度并将当前温度值传送至主控单元200，主控单元200根据当前模式，即加热模式或冷却模式，将当前温度值与预设温度作比较，根据结果调用加热装置101或冷却装置300。若为加热模式，则调用加热装置101进行加热操作，使反应区402温度达到第一预设温度并保持，直到切换为冷却模式；若为冷却模式，则调用冷却装置300进行冷却操作，直至反应区402温度达到第二预设温度。
作为一种示例，在样本与试剂进入反应区402进行混合之前，可以进入加热模式，开始加热，使反应区402提前达到所需恒定第一预设温度。在实际应用中，输入设定参数，包括加热温度、冷却温度、容忍误差，使得主控单元200预先存储有相应参数。当没有输入时，参数均取为默认值。同时，可以根据所需温度的精度、所需加热功率选择加热装置101和温度传感器102这两种功能下的合适的端口组合，端口组合由主控单元200根据设定参数计算得到。初始化完成后，进入加热模式，保持反应区402恒定温度直至液滴离开反应区402且不需要进行下一个液滴的提前加热过程。在液滴离开反应区402后，可以开始冷却过程，直至反应区402温度降至第二预设温度(第二预设温度可以为室温或其他设定温度)，整个温度控制过程结束。
作为一种示例，在加热模式下，温度传感器102采集反应区402的当前温度，并将当前温度传送至主控单元200，主控单元200计算当前温度与第一预设温度的差值，若不在温度精度允许范围内，则由控制算法计算输出占空比，使加热装置101在所需加热功率下工作。循环进行此过程，直至当前温度达到第一预设温度。若未收到主控单元200的模式转换信号，则此时为恒温模式，继续进行上述循环；若收到模式转换信号，则加热模式结束，将进入冷却模式。
作为一种示例，在冷却模式下，温度传感器102采集反应区402的当前温度，并将当前温度传送至主控单元200，主控单元200计算当前温度与第二预设温度的差值，若不在温度精度允许范围内，则需要继续冷却，此时按主控单元200事先设定的时序驱动储液槽301周围的第一电极302，从储液槽301中生成一个水滴，可以使其在反应区402中流动一周后从另一侧第一电极302回到储液槽301，进入下一个循环。在实际应用中，下一次循环的温度采集可以在当前水滴即将进入第一电极302时提前进行，以提高冷却速度。当反应区402温度达到(第二预设温度可以为室温或其他设定温度)，冷却过程结束，整个温度控制过程结束。
应用于本申请实施例，至少可以实现以下有益的技术效果：
(1)本申请实施例的温度控制系统包括电路结构100和主控单元200，主控单元200与电路结构100的每个端口均电连接，用于选择不同的输入端和/或不同的输出端，形成不同阻值的使用电路，使得电路结构100在作为加热装置101加热和作为温度传感器102测量温度之间进行切换。本申请实施例的电路结构100由至少两个热敏电阻103组成，热敏电阻103通电后可以对反应区402加热，同时由于温度的变化，自身的阻值也会变化，也可以作为温度传感器102得到反应区402的温度，通过主控单元200选择不同的输入端和/或不同的输出端，使得电路结构100即可以作为加热装置101对反应区402进行加热，又可以作为温度传感器102实时采集反应区402的温度，可以根据所需加热功率与温控精度，选择合适的输入端和输出端组合，能够实现对反应区402精确的温度控制，能够保证如基因检测等需要在特定温度下才能进行的反应。
(2)本申请实施例是对电路结构100的复用，使其同时具备加热和温度监测的功能，且两种功能互不干扰，表现良好，能实时控制反应区402的温度，保证反应区402始终处于需要的温度下。
(3)本申请实施例的冷却装置300，可以对反应区402进行冷却，冷却装置300是依次控制电极的通断电驱动储液槽301内的冷却液滴按照预设的路径从第一电极302经若干个第二电极303后回到第一电极302，再回到储液槽301。冷却装置300的冷却是建立在微流控芯片400的固有电极的基础上，冷却液滴也可以采用易得的水滴，不需要额外增加冷却装置，也没有额外增加温度控制系统和检测系统的体积，成本较低。
(4)本申请实施例的微流控检测系统包括微流控芯片400和微流控芯片的温度控制系统，电路结构100设于微流控芯片400的功能层401内，实现了电路结构100即加热装置101和温度传感器102完全集成在芯片内部，主控单元200也是建立在微流控芯片400固有微控制器的基础上，不需要额外增加温度控制系统，从而没有额外增加温度控制系统和检测系统的体积，成本较低。
本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (11)

1.一种微流控芯片的温度控制系统，其特征在于，包括：
电路结构，用于设于微流控芯片内的功能层内并与所述微流控芯片的反应区相对应，所述电路结构包括至少两个热敏电阻和多个端口；所述端口包括输入端和输出端，不同的所述输入端和/或不同的所述输出端电连接用于形成不同阻值的使用电路；
主控单元，与每个所述端口均电连接，用于选择不同的输入端和/或不同的输出端，形成不同阻值的使用电路，使得所述电路结构在作为加热装置和作为温度传感器之间进行切换；
所述温度控制系统还包括：与所述主控单元电连接的冷却装置；
所述主控单元，还用于在处于冷却模式时，控制至少一个使用电路形成温度传感器，得到所述反应区的当前温度；在所述当前温度高于第二预设温度时，控制所述冷却装置对所述反应区进行冷却，直至所述反应区温度达到第二预设温度；
所述主控单元，用于在处于加热模式时，控制至少一个使用电路形成温度传感器，得到所述反应区的当前温度，在所述当前温度低于第一预设温度时，切换不同的输入端和/或不同的输出端，使得至少一个使用电路形成加热装置，对所述反应区进行加热，直至所述反应区的温度达到第一预设温度；
所述主控单元，用于根据所述当前温度和所述第一预设温度，确定输出到所述电路结构的控制信号的输出占空比；所述输出占空比用于控制所述电路结构分别作为温度传感器或加热装置的时间。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片的温度控制系统，其特征在于，所述电路结构包括以下至少一项：
所述至少两个热敏电阻依次串联，串联的热敏电阻的首尾端分别设有一个端口，相邻的热敏电阻之间设有一个端口；
所述至少两个热敏电阻在所述反应区的下方对称设置；
所述多个端口以所述反应区的中轴线为界，位于所述中轴线一侧的为输入端，位于所述中轴线另一侧的为输出端。
3.根据权利要求1所述的微流控芯片的温度控制系统，其特征在于，所述冷却装置包括储液槽和位于储液槽周边的若干个依次相邻排列的第一电极；
所述反应区的下方设有电极层，所述电极层包括矩阵排列的多个第二电极；
所述第一电极和所述第二电极均与所述主控单元电连接；
所述主控单元，具体用于按照预设的路径驱动所述储液槽内的冷却液滴从第一电极经若干个第二电极后回到第一电极，再经第一电极移动进入储液槽。
4.一种微流控检测系统，其特征在于，包括微流控芯片和如权利要求1-3中任一项所述的微流控芯片的温度控制系统；
所述微流控芯片包括反应区和设于所述反应区下方的功能层；
所述电路结构设于所述功能层内。
5.根据权利要求4所述的微流控检测系统，其特征在于，所述微流控芯片还包括：加样区和检测区；
所述加样区和所述检测区分别位于所述反应区的两侧；
所述加样区和所述检测区的下方均设有用于驱动液滴移动的电极层；
所述电极层与所述主控单元电连接。
6.一种微流控芯片的温度控制方法，应用于如权利要求1-3中任一项所述的微流控芯片的温度控制系统，其特征在于，包括：
当处于加热模式时，选择不同的输入端和/或不同的输出端，形成不同阻值的使用电路，使得所述电路结构在作为加热装置和作为温度传感器之间进行切换；
当处于冷却模式时，控制至少一个使用电路形成温度传感器，得到反应区的当前温度；在所述当前温度高于第二预设温度时，控制所述冷却装置对所述反应区进行冷却，直至所述反应区温度达到第二预设温度。
7.根据权利要求6所述的微流控芯片的温度控制方法，其特征在于，选择不同的输入端和/或不同的输出端，形成不同阻值的使用电路，使得所述电路结构在作为加热装置和作为温度传感器之间进行切换，包括：
控制至少一个使用电路形成温度传感器，得到所述反应区的当前温度；
在所述当前温度低于第一预设温度时，切换不同的输入端和/或不同的输出端，使得至少一个使用电路形成加热装置，对所述反应区进行加热，直至所述反应区的温度达到第一预设温度。
8.根据权利要求7所述的微流控芯片的温度控制方法，其特征在于，控制至少一个使用电路形成温度传感器，得到所述反应区的当前温度之后，还包括：
根据所述当前温度和所述第一预设温度，确定输出到所述电路结构的控制信号的输出占空比；所述输出占空比用于控制所述电路结构分别作为温度传感器或加热装置的时间。
9.根据权利要求6所述的微流控芯片的温度控制方法，其特征在于，所述冷却装置包括储液槽和位于储液槽周边的若干个依次相邻排列的第一电极；所述反应区的下方设有电极层，所述电极层包括矩阵排列的多个第二电极；所述第一电极和所述第二电极均与所述主控单元电连接；
控制所述冷却装置对所述反应区进行冷却，包括：按照预设的路径驱动所述储液槽内的冷却液滴从第一电极经若干个第二电极后回到第一电极，再经第一电极移动进入储液槽。
10.根据权利要求6所述的微流控芯片的温度控制方法，其特征在于，还包括：
确定待反应液滴的位置；
在所述待反应液滴未进入所述反应区之前，进入加热模式。
11.根据权利要求9所述的微流控芯片的温度控制方法，其特征在于，还包括：
确定已反应液滴的位置；
在所述已反应液滴离开所述反应区之后，进入冷却模式。
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