CN117083125A - 微流控芯片、其使用方法及微流控系统 - Google Patents
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Abstract
本公开提供的微流控芯片、其使用方法及微流控系统，包括基板层，该基板层包括衬底基板和位于衬底基板之上的驱动电极层；盖板层，与基板层相对而置，盖板层与基板层之间的空间构成溶液容置空间；盖板层包括进液孔、出液孔、以及在盖板层面向基板层的一侧呈阵列排布的多个限位凹槽，进液孔、出液孔和各限位凹槽均与溶液容置空间导通，进液孔邻近基板层的端面、出液孔邻近基板层的端面、以及多个限位凹槽的开口面大致平齐设置。
Description
本公开涉及微流控技术领域，尤其涉及一种微流控芯片、其使用方法及微流控系统。
微流控芯片技术是以微米级的流体操控为基础，在小尺寸的芯片上实现复杂的生化反应过程，使大型分析仪器不断向小型化、集成化、自动化、高通量等方向迭代升级，促进了以快速定量为核心的实时检测、现场分析等领域的发展。
发明内容
本公开实施例提供的一种微流控芯片、其使用方法及微流控系统，具体方案如下：
一方面，本公开实施例提供了一种微流控芯片，包括：
基板层，所述基板层包括衬底基板，以及位于所述衬底基板上的驱动电极层；
盖板层，与所述基板层相对而置，所述盖板层与所述基板层之间的空间构成溶液容置空间；所述盖板层包括贯穿所述盖板层厚度方向的进液孔和出液孔，以及在所述盖板层面向基板层的一侧呈阵列排布的多个限位凹槽，所述进液孔、所述出液孔和所述多个限位凹槽均与所述溶液容置空间导通，且所述进液孔邻近所述基板层的端面、所述出液孔邻近所述基板层的端面、以及所述多个限位凹槽的开口面大致平齐设置。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，所述盖板层面向所述基板层的一侧设置有反应凹槽，所述反应凹槽与所述基板层围成 所述溶液容置空间；
所述反应凹槽的底面与所述进液孔邻近所述基板层的端面、所述出液孔邻近所述基板层的端面、以及所述多个限位凹槽的开口面大致平齐设置。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，所述反应凹槽与所述多个限位凹槽一体注塑成型。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，所述盖板层还包括与所述多个限位凹槽相互独立的气阀空腔，以及通过所述气阀空腔导通的进气通道和出气通道；
所述气阀空腔位于所述多个限位凹槽远离所述基板层的一侧，所述气阀空腔在所述衬底基板上的正投影覆盖所述多个限位凹槽在所述衬底基板上的正投影。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，所述气阀空腔与所述多个限位凹槽一体注塑成型，或者，所述气阀空腔所在部分与所述多个限位凹槽所在部分通过胶体固定连接。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，各所述限位凹槽的容积大致相同。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，所述驱动电极层包括第一电极、第二电极和呈阵列排布的多个第三电极，所述第一电极在所述衬底基板上的正投影覆盖所述进液孔在所述衬底基板上的正投影，所述第二电极在所述衬底基板上的正投影覆盖所述出液孔在所述衬底基板上的正投影，所述多个第三电极在所述衬底基板上的正投影与所述多个限位凹槽在所述衬底基板上的正投影相互交叠。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，一个所述限位凹槽在所述衬底基板上的正投影覆盖至少一个所述第三电极在所述衬底基板上的正投影。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，位于所述衬底基板与所述驱动电极层之间的多个晶体管，所述晶体管与所述第三电极 电连接。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，所述驱动电极层还包括多个第一连接电极，所述多个第一连接电极位于所述第一电极与所述多个第三电极之间，以及所述第二电极与所述多个第三电极之间。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，在所述第一电极与所述多个第三电极之间，以及所述第二电极与所述多个第三电极之间分别设置有主通道区、连接通道区、以及至少一个分支通道区，所述至少一个分支通道区通过所述连接通道区与所述主通道区相连；所述主通道区邻近所述第一电极及所述第二电极设置，所述分支通道区邻近所述多个第三电极设置；所述主通道区、所述连接通道区、以及各所述分支通道区分别设置有多个所述第一连接电极。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，所述盖板层还包括：第一连接通道和至少一个储液凹槽，所述第一连接通道在所述衬底基板上的正投影、以及所述至少一个储液凹槽在所述衬底基板上的正投影均与所述溶液容置空间在所述衬底基板上的正投影互不交叠；
所述储液凹槽自所述盖板层远离所述基板层一侧的表面朝向所述盖板层内凹，所述第一连接通道位于所述盖板层内部，所述储液凹槽通过所述第一连接通道与所述进液孔导通。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，所述储液凹槽为多个；所述盖板层还包括导通各所述储液凹槽的第二连接通道，所述第二连接通道位于所述盖板层内部，所述第二连接通道在所述衬底基板上的正投影与所述溶液容置空间在所述衬底基板上的正投影互不交叠。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，所述驱动电极层还包括：与所述储液凹槽一一对应的第四电极，与所述第一连接通道对应且呈阵列排布的多个第二连接电极，以及与所述第二连接通道对应且呈阵列排布的多个第三连接电极。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，所述储液 凹槽包括样本储存凹槽、磁珠及裂解液储存凹槽、洗涤液储存凹槽、洗脱液储存凹槽、裂解废液储存凹槽、洗涤废液储存凹槽、磁珠废液储存凹槽、产物储存凹槽中的至少之一。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，所述基板层还包括在所述驱动电极层远离所述衬底基板的一侧整面设置的疏水层。
另一方面，本公开实施例提供了一种微流控系统，包括本公开实施例提供的上述微流控芯片。
另一方面，本公开实施例提供了一种上述微流控芯片的使用方法，包括：
将反应液通过进液孔注入至溶液容置空间内；
对所述驱动电极层加载电信号，使得所述反应液在所述驱动电极层的驱动下分散成多个液滴；
对盖板层施加压力，使得各所述液滴进入由各所述限位凹槽与基板层围成的空间内而相互隔离；
反应结束后，通过出液孔排出所述溶液容置空间内的溶液。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述使用方法中，对盖板层施加压力，使得各所述液滴进入由各所述限位凹槽与基板层围成的空间内而相互隔离，具体包括：
对气阀空腔充气加压，使得所述气阀空腔带动所述多个限位凹槽朝向所述基板层移动，直至各所述限位凹槽的开口面与所述基板层接触，使得各所述液滴进入由各所述限位凹槽与所述基板层围成的空间内而相互隔离。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述使用方法中，对盖板层施加压力，使得各所述液滴进入由各所述限位凹槽与基板层围成的空间内而相互隔离，具体包括：
在盖板层远离所述基板层的一侧采用重物对所述盖板层施加压力，直至各所述限位凹槽的开口面与所述基板层接触，使得各所述液滴进入由各所述限位凹槽与所述基板层围成的空间内而相互隔离。
图1为本公开实施例提供的基板层的结构示意图；
图2为本公开实施例提供的盖板层的结构示意图；
图3为图1所示基板层与图2所示盖板层对置后的结构示意图；
图4为沿图3中I-I'线的截面图；
图5为图4所示Z
1区域下压后的示意图；
图6为本公开实施例提供的多个第三电极的有源驱动示意图；
图7为沿图6中II-II'线的截面图；
图8为图7中Z
2区域的放大结构示意图；
图9为本公开实施例提供的微流控芯片的结构示意图；
图10为沿图9中III-III'线的截面图；
图11为沿图9中IV-IV'线的截面图；
图12为本公开实施例提供的微流控芯片的使用方法的流程图；
图13为本公开实施例提供的微流控芯片对液滴物理隔离的一种示意图；
图14为本公开实施例提供的微流控芯片对液滴物理隔离的一种示意图。
为使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。需要注意的是，附图中各图形的尺寸和形状不反映真实比例，目的只是示意说明本公开内容。并且自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
除非另作定义，此处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。本公开说明书以及权利要求书中使用的“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。“内”、“外”、“上”、“下”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。
目前能够在微流控芯片上集成的生化反应已有很多种，聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction,PCR)是其中之一，它是一种在体外通过酶促反应大量合成目标DNA片段的经典分子生物学实验技术，具有特异性强、灵敏度高、操作简便等特点，在基因克隆、序列分析、疾病诊断、病原体检测等领域具有广泛应用。
数字PCR是近年来迅速发展起来的第三代核酸分子定量分析技术，其原理是将一个样本均匀分配到几万个不同的反应单元，每个单元至少包含一个拷贝的目标DNA模板，随后在每个反应单元中分别进行PCR扩增，扩增结束后对各个反应单元的荧光信号进行统计学分析。该技术不依赖于标准曲线，受扩增效率的影响较小，具有很好的准确度和重现性，可以实现绝对定量分析，在核酸检测、鉴定等研究领域显示出巨大的技术优势。目前数字PCR的实现形式主要有阵列式芯片和液滴式芯片，对于阵列式芯片而言，需要依次加入两种液相，后加入的油相容易将已加入的水相反应液冲出，并且加样时容易引入气泡，导致PCR过程中出现气溶胶污染或者反应单元之间溶液相互串扰；对于液滴式芯片而言，液滴之间缺乏物理分隔，容易发生相互串扰，在油相中分散的稳定性较差。这些劣势都在不同程度上制约了数字PCR技术的实际应用。
为了解决相关技术中存在的上述技术问题，本公开实施例提供了一种微流控芯片，如图1至图5所示，包括：
基板层001，该基板层001包括衬底基板101，以及位于衬底基板101上的驱动电极层102；可选地，衬底基板101的材质可以是玻璃或其他硬质材料；
盖板层002，与基板层001相对而置，盖板层002与基板层001之间的空间构成溶液容置空间S；盖板层002包括贯穿盖板层厚度方向的进液孔201和出液孔202，以及在盖板层002面向基板层001的一侧呈阵列排布的多个限 位凹槽203，进液孔201、出液孔202和多个限位凹槽203均与溶液容置空间S导通，且进液孔201邻近基板层001的端面、出液孔202邻近基板层001的端面、以及多个限位凹槽203的开口面大致平齐设置(即恰好平齐或在因制作、测量等因素造成的误差范围内)。受压力作用，在溶液容置空间S内，各限位凹槽203的开口面与基板层001接触，使得各限位凹槽203与基板层001围成的空间(可用于容纳液滴)之间相互隔断。可选地，盖板层002的材质可以为聚二甲基硅氧烷(PDMS)或其他具有一定弹性的塑料，以便于采用极小的压力即可使得盖板层002变形下移至与基板层001接触。在一些实施例中，可将进液孔201所在区标记为进液区A，多个限位凹槽203所在区标记为反应区B，出液孔202所在区标记为出液区C，溶液容置空间S覆盖进液区A、反应区B和出液区C。
在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，采用驱动电极层102驱动的方式，可实现液滴的均匀快速分散，避免了常见的微阱阵列式芯片进样时容易出现的气泡、死体积或者反应液进样不充分等问题，提升检测结果的准确度；同时通过限位凹槽203与基板层001配合实现了各液滴之间的物理分隔，避免了相关技术中液滴式芯片无法实现物理隔离的现象，保证了反应体系的稳定性，防止液滴之间相互串扰影响，提升检测结果的稳定性和可靠性。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，如图2和图4所示，盖板层002面向基板层001的一侧设置有反应凹槽204，该反应凹槽204与基板层001围成溶液容置空间S。这样就无需在基板层001中设置凹槽，保证了基板层001的表面平整度，利于液滴的移动。可选地，反应凹槽204的底面可以与进液孔201邻近基板层001的端面、出液孔202邻近基板层001的端面、以及多个限位凹槽203的开口面大致平齐(即恰好平齐或在因制作、测量等因素造成的误差范围内)设置。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，反应凹槽204可以与多个限位凹槽203一体注塑成型，以节约工序，并降低成本。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，如图2和 图4所示，盖板层002还可以包括与多个限位凹槽203相互独立的气阀空腔205，以及通过气阀空腔205导通的进气通道206和出气通道207；气阀空腔205位于多个限位凹槽203远离基板层001的一侧，气阀空腔205在衬底基板101上的正投影覆盖(即大于等于)全部限位凹槽203在衬底基板101上的正投影。在实际应用时，可封闭出气通道207，并通过进气通道206向气阀空腔205充气加压，使气阀空腔205下方的限位凹槽203下移至与基板层001接触，从而利用限位凹槽203将各液滴收纳至限位凹槽203内而实现物理分隔，待盖板层002的形变稳定后，封闭进气通道206。如此，则实现了利用气阀空腔205对盖板层002加压，使得气阀空腔205下方的限位凹槽203下移至与基板层001接触。当然，在一些实施例中，还可以采用重物下压盖板层002的方式，使气阀空腔205下方的限位凹槽203下移至与基板层001接触。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，气阀空腔205可以与全部限位凹槽203一体注塑成型；或者，气阀空腔205所在部分与全部限位凹槽203所在部分通过胶体固定连接，在这种情况下，可通过一次注塑工艺形成气阀空腔205，并通过另一次注塑工艺形成限位凹槽203和反应凹槽204。采用工艺成熟的注塑工艺，可有效降低成本，提高生产效率。可选地，为提高气阀空腔205所在部分与全部限位凹槽203所在部分的固定连接效果，胶体可以整层贴合在气阀空腔205所在部分与全部限位凹槽203之间，并在进液孔201和出液孔202处镂空设置。
可选地，如图4所示，本公开提供的盖板层002的厚度为7mm，气阀空腔205与盖板层002远离基板层001一侧的表面之间的垂直距离为2mm，气阀空腔205尺寸可以为47mm×47mm×2mm，气阀空腔205两侧设置有与其导通的进气通道206和出气通道207，进气通道206和出气通道207可以均具有1.5mm的直径和2mm的深度。距气阀空腔205下方垂直距离为1mm处具有阵列排布的多个限位凹槽203，单个限位凹槽203的直径为1.4mm、深度为1mm，限位凹槽203之间的凸起宽度为0.14mm。盖板层001邻近基板层001的表面具有1mm深的椭圆状反应凹槽204，反应凹槽204的两端设有直径为 2mm、深度为6mm的进液孔201及出液孔202。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，如图5所示，各限位凹槽203的容积大致相同，利于保证各限位凹槽203内液滴体积的均一性较好。在本公开中，由于工艺条件的限制或测量等其他因素的影响，“大致相同”可能会完全等同，也可能会有一些偏差(例如±5％的偏差)，因此相关特征之间“大致相同”的关系只要满足误差允许，均属于本公开的保护范围。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，如图1和图4所示，驱动电极层102可以包括第一电极1021、第二电极1022和呈阵列排布的多个第三电极1023，第一电极1021在衬底基板100上的正投影可位于进液区A并覆盖(即大于等于)进液孔201在衬底基板101上的正投影，第二电极1022在衬底基板101上的正投影可位于出液区C并覆盖(即大于等于)出液孔202在衬底基板101上的正投影，多个第三电极1023在衬底基板101上的正投影可位于反应区B并与多个限位凹槽203在衬底基板101上的正投影相互交叠。在此情况下，通过进液孔201注入至第一电极1021处的反应液，可在第一电极1021和第三电极1023的驱动下移动至第三电极1023处，并在多个第三电极1023的驱动下分散成在各第三电极1023处的液滴，最终全部液滴在第三电极1023和第二电极1022的驱动下移动至第二电极1022处，并经第二电极1022上方的出液孔202排出。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，为便于限位凹槽203收纳第三电极1023处的液滴，可以设置一个限位凹槽203在衬底基板101上的正投影覆盖(即大于等于)至少一个第三电极1023在衬底基板101上的正投影。例如在图5中，一个限位凹槽203在衬底基板101上的正投影与一个第三电极1023在衬底基板101上的正投影大致重合(即恰好重合或在因测量、制作等因素造成的误差范围内)，此时，相邻两个第三电极1023之间的间隙宽度可以大致等于(即恰好相等或在因测量、制作等因素造成的误差范围内)相邻两个限位凹槽203之间的凸起宽度。再如，一个限位凹槽203在衬底基板101上的正投影对应覆盖(即大于等于)两个以上的第三电极 1023在衬底基板101上的正投影，并以一个限位凹槽203对应的两个以上的第三电极1023为一组，此时，为利于限位凹槽203收纳第三电极1023处的液滴，在同组内相邻第三电极1023之间的间隙宽度可以小于等于相邻两个限位凹槽203之间的凸起宽度的一半，而在相邻两组间的间隙宽度可以大致等于(即恰好相等或在因测量、制作等因素造成的误差范围内)相邻两个限位凹槽203之间的凸起宽度。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，如图6至图8所示，还可以包括位于驱动电极层102与衬底基板101之间的多个晶体管TFT，晶体管TFT与第三电极1023电连接，可选地，在本公开中每个第三电极1023可以与一个晶体管TFT对应电连接，同行第三电极1023通过各自对应的晶体管TFT与一条扫描线GL对应电连接，同列第三电极1023通过各自对应的晶体管TFT与一条数据线DL对应电连接，以实现对各第三电极1023的有源驱动。可选地，晶体管TFT可以为顶栅型晶体管、底栅型晶体管(如图8所示)或双栅型晶体管，晶体管TFT的有源层材质可以为非晶硅、低温多晶硅、氧化物(例如铟镓锌氧化物)等。扫描线GL可以与晶体管TFT的栅极同层设置，数据线DL可以与晶体管TFT的源漏极同层设置。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，如图1和图4所示，驱动电极层102还可以包括多个第一连接电极1024，这些第一连接电极1024位于第一电极1021与全部第三电极1023之间、以及第二电极1022与全部第三电极1023之间。可选地，多个第一连接电极1024所在区可标记为连接区D，这些第一连接电极1024在连接区D内可形成至少一排。在第一连接电极1024的驱动下反应液快速分散为多个液滴，并移动至多个第三电极1023处，使得反应液在移动至多个第三电极1023之前就分散为多个液滴，后续便于加快液滴分布至各个第三电极1023上的进程。可选地，本公开中第一连接电极1021也采用图6所示有源驱动的方式加载电信号。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，如图1所示，为了加快液滴的分散和转移速度，可以将第一电极1021与全部第三电极 1023之间的区域(即连接区D)、以及第二电极1022与全部第三电极1023之间的区域(即连接区D)分别划分为主通道区D
1、连接通道区D
2、以及至少一个分支通道区D
3，全部分支通道区D
3通过连接通道区D
2与主通道区D
1直接相连，主通道区D
1邻近第一电极1021及第二电极1022设置，分支通道区D
3邻近多个第三电极1023设置；主通道区D
1、连接通道区D
2、分支通道区D
3分别设置有多个第一连接电极1024。可选地，第一连接电极1024在主通道区D
1、连接通道区D
2、以及每个分支通道区D
2分别至少形成一排。
可选地，在本公开中基板层001的厚度可以为2mm，单个第三电极1023的尺寸可以为1mm×1mm×0.1mm，第三电极1023的数量可以为40×40；第一电极1021和第二电极1022可以位于第三电极1023的两侧，第一电极1021和第二电极1022的尺寸可以均为5mm×5mm×0.1mm，以使得第一电极1021和第二电极1022可起到储液池的作用。第一连接电极1024的尺寸也可以为1mm×1mm×0.1mm。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，如图9至图11所示，盖板层002还可以包括：第一连接通道208和至少一个储液凹槽209，第一连接通道208在衬底基板101上的正投影、以及全部储液凹槽209在衬底基板101上的正投影可以均与溶液容置空间S在衬底基板101上的正投影互不交叠，并且储液凹槽209自盖板层002远离基板层001一侧的表面朝向盖板层002内凹，第一连接通道208位于盖板层002内部，储液凹槽209通过第一连接通道208与进液孔201导通。可选地，第一连接通道208和全部储液凹槽209所在区可以为提取区E，如此可以实现与提取芯片的联用，在一张微流控芯片上即可完成提取和扩增操作。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，如图9至图11所示，储液凹槽209可以包括样本储存凹槽2091、磁珠及裂解液储存凹槽2092、洗涤液储存凹槽2093、洗脱液储存凹槽2094、裂解废液储存凹槽2095、洗涤废液储存凹槽2096、磁珠废液储存凹槽2097、产物储存凹槽2098中的至少之一。可选地，在储液凹槽209为多个的情况下，如图9至图11所 示，盖板层002还可以包括导通各储液凹槽209的第二连接通道210，该第二连接通道210位于盖板层002内部，第二连接通道210在衬底基板101上的正投影与溶液容置通道S在衬底基板101上的正投影互不交叠，可选地，第二连接通道210也位于提取区E内。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，如图9至图11所示，驱动电极层102还包括：在提取区E与储液凹槽209一一对应的第四电极1025，与第一连接通道208对应且呈阵列排布的多个第二连接电极1026，以及与第二连接通道210对应且呈阵列排布的多个第三连接电极1027。可选地，第二连接电极1026和第三连接电极1027均采用有源驱动。第四电极1025、第二连接电极1026和第三连接电极1027可以为提取区E内液体的流动提供驱动力，提高液体在提取区E流动的通畅性。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述微流控芯片中，如图4、图5、图7、图10和图11所示，基板层001还可以包括在驱动电极层102远离衬底基板101的一侧整面设置的疏水层103。由于PCR扩增反应的反应液通常为水溶液，因此，通过在基板层001邻接盖板层002的一侧设置平整的疏水层103，使得可基于电润湿技术，利用驱动电极层102灵活控制疏水层103上液滴的接触角，迫使液滴发生形变和位移。
基于同一发明构思，本公开实施例提供了一种上述微流控芯片的使用方法，由于该使用方法解决问题的原理与上述微流控芯片解决问题的原理相似，因此，本公开实施例提供的该使用方法的实施可以参见本公开实施例提供的上述微流控芯片的实施，重复之处不再赘述。
具体地，本公开实施例提供了一种上述微流控芯片的使用方法，如图12所示，包括以下步骤：
S1201、将反应液通过进液孔注入至溶液容置空间内；
S1202、对驱动电极层加载电信号，使得反应液在驱动电极层的驱动下分散成多个液滴；
S1203、对盖板层施加压力，使得各液滴进入由各限位凹槽与基板层围成 的空间内而相互隔离；
S1204、反应结束后，通过出液孔排出溶液容置空间内的溶液。
在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述使用方法中，对盖板层施加压力，使得各液滴进入由各限位凹槽与基板层围成的空间内而相互隔离，具体可以通过以下两种方式进行实现：
其中一种实现方式为：对气阀空腔充气加压，使得气阀空腔带动多个限位凹槽朝向基板层移动，直至各限位凹槽的开口面与基板层接触，使得各液滴进入由各限位凹槽与基板层围成的空间内而相互隔离。
在具体实施时，参见图4和图13，可从进液孔201加入矿物油或电子氟化液等封闭油相O，直至充满整个溶液容置空间S；随后再次通过进液孔201加入适量水相PCR反应液于第一电极1021的位置上，多余的油相O由出液孔202排出；此时在第一电极1021、第一连接电极1024和第三电极1023的驱动下，第一电极1021处的PCR反应液形成液滴W，并分散至各个第三电极1023上；待液滴W分散完成并在各第三电极1023处稳定排列之后，封闭进液孔201，并对反应区B处的气阀空腔205充气加压，以使得在溶液容置空间S内各限位凹槽203的开口面下移至与基板层001接触，从而利用限位凹槽203将各个排列的液滴W及周围的油相O进行物理分隔，多余的油相O经出液孔202流出；待盖板层002的形变稳定后，封闭进液孔201及出液孔202即完成了反应单元分配，以便进行后续的控温循环操作。
另一种实现方式为：在盖板层远离基板层的一侧采用重物对盖板层施加压力，直至各限位凹槽的开口面与基板层接触，使得各液滴进入由各限位凹槽与基板层围成的空间内而相互隔离。该实现方式与上述实现方式相似，不同之处在于采用重物H下压盖板层002。具体地，参见图14，可选择与全部限位凹槽1023及其间的凸起所占面积相同的重物H下压盖板层002，使多个限位凹槽203的开口面下移至与基板层001接触，从而将液滴W收纳至由各限位凹槽203与基板层001围成的空间内，完成各液滴W的物理分隔过程。此外，重物H可以集成到后续的加热控温装置中，例如设置在加热仪器的盖 板上，这样盖上仪器就等同于施加重物H，可以立即进行后续实验流程。
基于同一发明构思，本公开实施例提供了一种上述微流控系统，由于该微流控系统解决问题的原理与上述微流控芯片解决问题的原理相似，因此，本公开实施例提供的该微流控系统的实施可以参见本公开实施例提供的上述微流控芯片的实施，重复之处不再赘述。
显然，本领域的技术人员可以对本公开实施例进行各种改动和变型而不脱离本公开实施例的精神和范围。这样，倘若本公开实施例的这些修改和变型属于本公开权利要求及其等同技术的范围之内，则本公开也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (20)
- 一种微流控芯片，其中，包括：基板层，所述基板层包括衬底基板，以及位于所述衬底基板上的驱动电极层；盖板层，与所述基板层相对而置，所述盖板层与所述基板层之间的空间构成溶液容置空间；所述盖板层包括贯穿所述盖板层厚度方向的进液孔和出液孔，以及在所述盖板层面向基板层的一侧呈阵列排布的多个限位凹槽，所述进液孔、所述出液孔和所述多个限位凹槽均与所述溶液容置空间导通，且所述进液孔邻近所述基板层的端面、所述出液孔邻近所述基板层的端面、以及所述多个限位凹槽的开口面大致平齐设置。
- 如权利要求1所述的微流控芯片，其中，所述盖板层面向所述基板层的一侧设置有反应凹槽，所述反应凹槽与所述基板层围成所述溶液容置空间；所述反应凹槽的底面与所述进液孔邻近所述基板层的端面、所述出液孔邻近所述基板层的端面、以及所述多个限位凹槽的开口面大致平齐设置。
- 如权利要求2所述的微流控芯片，其中，所述反应凹槽与所述多个限位凹槽一体注塑成型。
- 如权利要求1～3任一项所述的微流控芯片，其中，所述盖板层还包括与所述多个限位凹槽相互独立的气阀空腔，以及通过所述气阀空腔导通的进气通道和出气通道；所述气阀空腔位于所述多个限位凹槽远离所述基板层的一侧，所述气阀空腔在所述衬底基板上的正投影覆盖所述多个限位凹槽在所述衬底基板上的正投影。
- 如权利要求4所述的微流控芯片，其中，所述气阀空腔与所述多个限位凹槽一体注塑成型，或者，所述气阀空腔所在部分与所述多个限位凹槽所在部分通过胶体固定连接。
- 如权利要求1～5任一项所述的微流控芯片，其中，各所述限位凹槽的 容积大致相同。
- 如权利要求1～6任一项所述的微流控芯片，其中，所述驱动电极层包括第一电极、第二电极和呈阵列排布的多个第三电极，所述第一电极在所述衬底基板上的正投影覆盖所述进液孔在所述衬底基板上的正投影，所述第二电极在所述衬底基板上的正投影覆盖所述出液孔在所述衬底基板上的正投影，所述多个第三电极在所述衬底基板上的正投影与所述多个限位凹槽在所述衬底基板上的正投影相互交叠。
- 如权利要求7所述的微流控芯片，其中，一个所述限位凹槽在所述衬底基板上的正投影覆盖至少一个所述第三电极在所述衬底基板上的正投影。
- 如权利要求7或8所述的微流控芯片，其中，所述基板层还包括：位于所述衬底基板与所述驱动电极层之间的多个晶体管，所述晶体管与所述第三电极电连接。
- 如权利要求7～9任一项所述的微流控芯片，其中，所述驱动电极层还包括多个第一连接电极，所述多个第一连接电极位于所述第一电极与所述多个第三电极之间，以及所述第二电极与所述多个第三电极之间。
- 如权利要求10所述的微流控芯片，其中，在所述第一电极与所述多个第三电极之间，以及所述第二电极与所述多个第三电极之间分别设置有主通道区、连接通道区、以及至少一个分支通道区，所述至少一个分支通道区通过所述连接通道区与所述主通道区相连；所述主通道区邻近所述第一电极及所述第二电极设置，所述分支通道区邻近所述多个第三电极设置；所述主通道区、所述连接通道区、以及各所述分支通道区分别设置有多个所述第一连接电极。
- 如权利要求1～11任一项所述的微流控芯片，其中，所述盖板层还包括：第一连接通道和至少一个储液凹槽，所述第一连接通道在所述衬底基板上的正投影、以及所述至少一个储液凹槽在所述衬底基板上的正投影均与所述溶液容置空间在所述衬底基板上的正投影互不交叠；所述储液凹槽自所述盖板层远离所述基板层一侧的表面朝向所述盖板层 内凹，所述第一连接通道位于所述盖板层内部，所述储液凹槽通过所述第一连接通道与所述进液孔导通。
- 如权利要求12所述的微流控芯片，其中，所述储液凹槽为多个；所述盖板层还包括导通各所述储液凹槽的第二连接通道，所述第二连接通道位于所述盖板层内部，所述第二连接通道在所述衬底基板上的正投影与所述溶液容置空间在所述衬底基板上的正投影互不交叠。
- 如权利要求13所述的微流控芯片，其中，所述驱动电极层还包括：与所述储液凹槽一一对应的第四电极，与所述第一连接通道对应且呈阵列排布的多个第二连接电极，以及与所述第二连接通道对应且呈阵列排布的多个第三连接电极。
- 如权利要求12～14任一项所述的微流控芯片，其中，所述储液凹槽包括样本储存凹槽、磁珠及裂解液储存凹槽、洗涤液储存凹槽、洗脱液储存凹槽、裂解废液储存凹槽、洗涤废液储存凹槽、磁珠废液储存凹槽、产物储存凹槽中的至少之一。
- 如权利要求1～15任一项所述的微流控芯片，其中，所述基板层还包括在所述驱动电极层远离所述衬底基板的一侧整面设置的疏水层。
- 一种微流控系统，其中，包括如权利要求1～16任一项所述的微流控芯片。
- 一种如权利要求1～16任一项所述微流控芯片的使用方法，其中，包括：将反应液通过进液孔注入至溶液容置空间内；对所述驱动电极层加载电信号，使得所述反应液在所述驱动电极层的驱动下分散成多个液滴；对盖板层施加压力，使得各所述液滴进入由各所述限位凹槽与基板层围成的空间内而相互隔离；反应结束后，通过出液孔排出所述溶液容置空间内的溶液。
- 如权利要求18所述的使用方法，其中，对盖板层施加压力，使得各 所述液滴进入由各所述限位凹槽与基板层围成的空间内而相互隔离，具体包括：对气阀空腔充气加压，使得所述气阀空腔带动所述多个限位凹槽朝向所述基板层移动，直至各所述限位凹槽的开口面与所述基板层接触，使得各所述液滴进入由各所述限位凹槽与所述基板层围成的空间内而相互隔离。
- 如权利要求18所述的使用方法，其中，对盖板层施加压力，使得各所述液滴进入由各所述限位凹槽与基板层围成的空间内而相互隔离，具体包括：在盖板层远离所述基板层的一侧采用重物对所述盖板层施加压力，直至各所述限位凹槽的开口面与所述基板层接触，使得各所述液滴进入由各所述限位凹槽与所述基板层围成的空间内而相互隔离。
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