CN113751088A - 一种数字微流控芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微流控技术领域，公开了一种数字微流控芯片，包括芯片基板和像素电极层，所述像素电极层设置有若干同心圆，每两相邻同心圆组成的圆环中设置若干第一像素电极，所述第一像素电极的面积随着圆环到圆心的距离增大而增大，在所述芯片基板上与每个所述第一像素电极的对应区域内均设置一驱动电路，所述驱动电路分别与对应所述第一像素电极连接。本发明使得液滴在靠近圆心的方向上的移动，促使液滴的分选移动目的性更强，无需通过移动芯片基板来配合显微镜视野，提高了实验的效率。

Description

一种数字微流控芯片
技术领域
本发明涉及微流控技术领域，尤其涉及一种数字微流控芯片。
背景技术
数字微流控(Digital microfluidics,DMF)是一种强大的新兴技术，它利用微升至纳升范围内的液滴精准操作来实现复杂的实验室分析。通过在一系列步骤中以一系列层次组合并重复多次操作，得以实现复杂的实验程序。数字微流控的基本机制类似于更传统的方法，但是所涉及的液体体积要小得多，其流程也高度自动化，也称之为芯片实验室技术，在生命科学研究领域拥有众多优势，包括其在便携性方面的高潜力，以及(稀有或昂贵)试剂或样品消耗量的显著减少。
现有的数字微流控芯片中的像素电极都是横平竖直的行列垂直交叉设计，最终组成一个矩形的像素电极阵列区，矩形像素电极阵列区内的所有像素电极的大小是相同的，液滴在矩形范围内的移动方向性不明确，配合显微镜观察时，视野目的性不强，经常需要配合显微镜视野来移动芯片平台，容易造成芯片上的生物样本因晃动而被破坏，影响实验结果。另外矩形的像素阵列区，位于四条边及角落位置的像素也几乎不被使用到，在设计和使用上是一种浪费。
综上，现有的数字微流控芯中的像素电极按照矩形陈列方式等同大小设置导致实验过程中液滴的移动方向性不明确，需要配合显微镜视野来移动芯片平台，容易造成芯片上的生物样本因晃动而被破坏，影响实验结果。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种数字微流控芯片，其能解决现有的数字微流控芯中的像素电极按照矩形陈列方式等同大小设置导致实验过程中液滴的移动方向性不明确，需要配合显微镜视野来移动芯片平台，容易造成芯片上的生物样本因晃动而被破坏，影响实验结果的问题。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
一种数字微流控芯片，包括芯片基板和像素电极层，所述像素电极层设置有若干同心圆，每两相邻同心圆组成的圆环中设置若干第一像素电极，所述第一像素电极的面积随着圆环到圆心的距离增大而增大，在所述芯片基板上与每个所述第一像素电极的对应区域内均设置一驱动电路，所述驱动电路分别与对应所述第一像素电极连接。
进一步地，所述驱动电路包括晶体管和电容，所述晶体管与所述电容连接。
进一步地，所述芯片基板上还设置有若干第一控制引脚、若干第一控制信号线、若干第二控制引脚、若干第二控制信号线，所述第一控制引脚与所述第一控制信号线连接，所述第二控制引脚与所述第二控制信号线连接，将处于同一圆环内所有驱动电路的晶体管源极通过所述第一控制信号线串联在一起，将分布在同一垂直圆环方向上所有驱动电路的晶体管栅极通过第二控制信号线串联。
进一步地，所述芯片基板上还设置若干第三控制信号线和若干第三控制引脚，将处于同一圆环内所有驱动电路的电容通过所述第三控制信号线串联在一起，所述第三控制引脚与所述第三控制信号线连接。
进一步地，所述第一控制信号线与所述第三控制信号线平行。
进一步地，所述像素电极层的圆心处设置有第二像素电极，所述第二像素电极与外部控制系统连接。
进一步地，所述圆环中的所述第一像素电极的个数随着圆环到圆心的距离增大而增大。
进一步地，每个圆环内均等设置若干面积相同的第一像素电极。
进一步地，所述驱动电路在所述芯片基板上的正投影区域位于对应的所述第一像素电极在所述芯片基板上的正投影区域内，且所述驱动电路在所述芯片基板上的正投影区域的面积小于对应的所述第一像素电极在所述芯片基板上的正投影区域的面积。
进一步地，相邻两所述第一像素电极之间间距为1μm-20μm。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：本申请中的一种数字微流控芯片，通过将第一像素电极按照圆环排布的方式进行设置，且所述第一像素电极的面积随着圆环到圆心的距离增大而增大，即越靠近圆心的第一像素电极面积越小，在进行液滴实验时，将靠近圆心的方向作为液滴的目标移动方向，驱动电路触发对应的第一像素电极对液滴进行吸附，使得液滴在靠近圆心的方向上的移动，促使液滴的分选移动目的性更强，无需通过移动芯片基板来配合显微镜视野，提高了实验的效率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的一种数字微流控芯片的结构示意图；
图2为图1中的A区域的局部放大图；
图3为发明的一种数字微流控芯片中第一像素电极的结构示意图；
图4为发明的一种数字微流控芯片中第一控制信号线的布设示意图；
图5为发明的一种数字微流控芯片中第二控制信号线的布设示意图；
图6为发明的一种数字微流控芯片的截面示意图。
图中：1、芯片基板；2、第一像素电极；3、驱动电路；31、晶体管；32、电容；4、第一控制引脚；5、第一控制信号线；6、第二控制引脚；7、第二控制信号线；8、第三控制引脚；9、第三控制信号线；10、第四控制引脚；11、第四控制信号线。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图1-6所示，本申请中的一种数字微流控芯片，包括芯片基板1和像素电极层，所述像素电极层设置有若干同心圆，每两相邻同心圆组成的圆环中设置若干第一像素电极2，所述第一像素电极2的面积随着圆环到圆心的距离增大而增大，在每一圆环内均等设置相同大小的第一像素电极2，在所述芯片基板1上与每个所述第一像素电极2的对应区域内均设置一驱动电路3，所述驱动电路3分别与对应所述第一像素电极2连接，所述驱动电路3在所述芯片基板1上的正投影区域位于对应的所述第一像素电极2在所述芯片基板1上的正投影区域内，且所述驱动电路3在所述芯片基板1上的正投影区域的面积小于对应的所述第一像素电极2在所述芯片基板1上的正投影区域的面积；在像素电极层的圆心处设置一第二像素电极，所述第二像素电极直接通过控制信号线与外部控制系统电性连接。
优选地，上述驱动电路3包括晶体管31和电容32，晶体管31与电容32连接，驱动电路3通过过孔与第一像素电极2连接，上述晶体管31包括栅极、源极以及漏极，电容32包括电容公共电极和电容数据电极，晶体管31的漏极与电容数据电极连接，所述芯片基板1上还设置有若干第一控制引脚4、若干第一控制信号线5、若干第二控制引脚6、若干第二控制信号线7、若干第三控制引脚8、若干第三控制信号线9、第四控制引脚10和第四控制信号线11，所述第一控制引脚4与所述第一控制信号线5连接，所述第二控制引脚6与所述第二控制信号线7连接，将处于同一圆环内所有驱动电路3的晶体管源极通过所述第一控制信号线5串联在一起，将分布在同一垂直圆环方向上所有驱动电路3的晶体管栅极通过第二控制信号线7串联，同时所有相邻圆环上第三控制信号线9也互相串联在一起，最终连接到第三控制引脚8上，将处于同一圆环内所有驱动电路3中电容32的电容公共电极通过所述第三控制信号线9串联在一起。位于圆心处的第二像素电极与第四控制信号线11连接，从而通过第四控制引脚10与外部控制系统连接，上述第一控制引脚4、第二控制引脚6、第三控制引脚8以及第四控制引脚10均与外部控制系统连接。
在本实施例中，举例说明，假设圆环的数量为32个，则如图3所示，将最接近圆心的圆环的序号作为1，则远离圆心的圆环序号依次为2、3、……、32，将圆心的序号记为0，则越远离圆心的圆环中的第一像素电极2的数量最多，而且越远离圆心的圆环中第一像素电极2的面积越大，即第一像素电极2的宽度越大，此处的宽度为每一像素电极在垂直圆环方向的宽度，具体如下表1所示：
表1第一像素电极信息表
Figure BDA0003222752510000051
Figure BDA0003222752510000061
通过上述表1可知，像素电极层一共包括了32个圆环，一共有1796个第一像素电极2以及一个第二像素电极。本实施例中的相邻两所述第一像素电极2之间的间距为1μm-20μm，在本实施例中第二像素电极与其相邻的第一像素电极之间的间距也为1μm-20μm，本实施例中优选为6μm。
工作原理如下：在进行试验时，外部控制系统通过第一控制信号线和第二控制信号线7控制驱动电路3，从而使得驱动电路3触发第一像素电极2的开关，当第一像素电极2处于开的状态时，第一像素电极2会对液滴产生吸附的作用力，第一像素电极2处于关的状态时，第一像素电极2会对液滴产生排斥的作用力，液滴从像素电极层的最外侧圆环处可以逐渐被吸附至靠近圆心处，从而满足对液滴的观察要求，使液滴存在与实验者的显微镜视野范围内，无需实验者对芯片基板1进行移动。
本申请中的一种数字微流控芯片，通过将第一像素电极按照圆环排布的方式进行设置，且所述第一像素电极的面积随着圆环到圆心的距离增大而增大，即越靠近圆心的第一像素电极面积越小，在进行液滴实验时，将靠近圆心的方向作为液滴的目标移动方向，驱动电路触发对应的第一像素电极对液滴进行吸附，使得液滴在靠近圆心的方向上的移动，促使液滴的分选移动目的性更强，无需通过移动芯片基板来配合显微镜视野，提高了实验的效率。
以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数字微流控芯片，其特征在于：包括芯片基板和像素电极层，所述像素电极层设置有若干同心圆，每两相邻同心圆组成的圆环中设置若干第一像素电极，所述第一像素电极的面积随着圆环到圆心的距离增大而增大，在所述芯片基板上与每个所述第一像素电极的对应区域内均设置一驱动电路，所述驱动电路分别与对应所述第一像素电极连接。
2.如权利要求1所述的一种数字微流控芯片，其特征在于：所述驱动电路包括晶体管和电容，所述晶体管与所述电容连接。
3.如权利要求2所述的一种数字微流控芯片，其特征在于：所述芯片基板上还设置有若干第一控制引脚、若干第一控制信号线、若干第二控制引脚、若干第二控制信号线，所述第一控制引脚与所述第一控制信号线连接，所述第二控制引脚与所述第二控制信号线连接，将处于同一圆环内所有驱动电路的晶体管源极通过所述第一控制信号线串联在一起，将分布在同一垂直圆环方向上所有驱动电路的晶体管栅极通过第二控制信号线串联。
4.如权利要求3所述的一种数字微流控芯片，其特征在于：所述芯片基板上还设置有若干第三控制信号线和若干第三控制引脚，将处于同一圆环内所有驱动电路的电容通过所述第三控制信号线串联在一起，所述第三控制引脚与所述第三控制信号线连接。
5.如权利要求4所述的一种数字微流控芯片，其特征在于：所述第一控制信号线与所述第三控制信号线平行。
6.如权利要求1所述的一种数字微流控芯片，其特征在于：所述像素电极层的圆心处设置有第二像素电极，所述第二像素电极与外部控制系统连接。
7.如权利要求1所述的一种数字微流控芯片，其特征在于：所述圆环中的所述第一像素电极的个数随着圆环到圆心的距离增大而增大。
8.如权利要求1所述的一种数字微流控芯片，其特征在于：每个圆环内均等设置若干面积相同的第一像素电极。
9.如权利要求1所述的一种数字微流控芯片，其特征在于：所述驱动电路在所述芯片基板上的正投影区域位于对应的所述第一像素电极在所述芯片基板上的正投影区域内，且所述驱动电路在所述芯片基板上的正投影区域的面积小于对应的所述第一像素电极在所述芯片基板上的正投影区域的面积。
10.如权利要求1所述的一种数字微流控芯片，其特征在于：相邻两所述第一像素电极之间间距为1μm-20μm。
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