CN220573511U - 一种微流芯片及液滴控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种微流芯片及液滴控制装置，包括：极板，所述极板具有相对设置的第一面和第二面，所述第一面处设置有流道；及至少两个吸附电极，所有所述吸附电极间隔设置在所述第二面处，以在所述第一面处形成与所述吸附电极对应的吸附点位；其中一个所述吸附电极为主电极，其余所述吸附电极为从电极，所述主电极的一端用于电连接至控制板，所述从电极电连接至所述主电极的另一端，以通过所述主电极电连接至所述控制板。

Description

一种微流芯片及液滴控制装置

技术领域

本实用新型涉及微流控芯片技术领域，特别是涉及一种微流芯片及液滴控制装置。

背景技术

微液滴作为微型反应单元，可以解决数字PCR、数字LAMP等领域中的很多问题。微液滴的生成依托于微流芯片，其底部具有若干电极，当样品液体经过微流芯片表面对应于电极的位置处后，在电极作用下被吸附在微流芯片的表面，形成微液滴。

现有技术中，所有电极都是并联至控制板，控制板对各个电极分别进行控制，当所有电极都需要进行液滴吸附的时候，控制板需要对每个电极都进行通断电操作，通断电次数和电极数量相同，这就导致控制板对电极的控制过程复杂，十分容易出错。

实用新型内容

基于此，有必要针对微流芯片对电极控制过程复杂的问题，提供一种微流芯片及液滴控制装置。

一种微流芯片，包括：

极板，所述极板具有相对设置的第一面和第二面，所述第一面处设置有流道；及

至少两个吸附电极，所有所述吸附电极间隔设置在所述第二面处，以在所述第一面处形成与所述吸附电极对应的吸附点位；

其中一个所述吸附电极为主电极，其余所述吸附电极为从电极，所述主电极的一端用于电连接至控制板，所述从电极电连接至所述主电极的另一端，以通过所述主电极电连接至所述控制板。

本实用新型所述流道在所述第一面的相对一侧留有观测口。

本实用新型所述流道具有至少两个进出液口。

本实用新型所述第一面具有相对设置的第一边缘和第二边缘，部分所述进出液口位于所述第一边缘处，其余所述进出液口位于所述第二边缘处。

本实用新型所有所述从电极依次串联形成电极支路，所述电极支路的端部串联至所述主电极的端部。

本实用新型相邻两个所述吸附电极之间的间距不小于所述吸附电极长度的5.8倍。

本实用新型所述微流芯片还包括介质，所述介质填充于所述流道内。

本实用新型所述微流芯片还包括与所述极板相对设置的盖板，所述流道位于所述极板和所述盖板之间。

本实用新型所述流道仅具有一个进出液口。

一种液滴控制装置，包括微流芯片和控制板，所述主电极的端部电连接至所述控制板。

本实用新型的有益效果为：

当主电极的端部电连接至控制板后，只要控制板对主电极通电，那么所有从电极都能够通电，相应的不仅是主电极，所有从电极也都能够对流道内的样品进行吸附，从而在每个吸附点位处形成微液滴。控制板通过主电极实现了对所有吸附电极同时进行通断控制，其控制方法简便，出错率低，更容易使每个吸附点位处都准确地形成微液滴。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的微流芯片的主视方向剖面结构示意图；

图2为本实用新型实施例1的吸附电极的三种电连接形式；

图3为本实用新型实施例1的微流芯片的使用状态变化图(俯视)；

图4为本实用新型实施例1的微流芯片的使用状态变化图(主视方向剖面)；

图5为本实用新型实施例2的微流芯片的主视方向剖面结构示意图。

附图标记：

1、极板；11、介电层；111、第二面；12、疏水层；121、第一面；1211、流道；12111、观测口；12112、进出液口；1212、吸附点位；2、吸附电极；21、主电极；22、从电极；221、电极支路；3、样品；4、介质；5、盖板。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，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至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

实施例1：

参见图1，本实施例提供了一种微流芯片，包括极板1和至少两个吸附电极2。

极板1包括介电层11和疏水层12，疏水层12层叠于介电层11的上表面。极板1的具体结构为现有技术，本实施例不再赘述。

极板1具有相对设置的第一面121和第二面111，在本实施例中，第一面121为疏水层12的上表面，第二面111则为介电层11的下表面。

第一面121处设置有流道1211。流道1211可以由第一面121内凹形成，也可以由第一面121和其他零部件围拢形成，本实施例不对流道1211的具体形成方式进行限制。流道1211可以供介质4或者样品3进行流动，因此流道1211至少具有一个进出液口12112，以使介质4或者样品3能够进出流道1211。

所有吸附电极2间隔设置在第二面111处。常见的吸附电极2以矩形点阵的方式排布在第二面111处，在其他实施例中，吸附电极2也可以使用环形阵列、三角点阵、六角形阵列等形式在第二面111处进行排布。吸附电极2在第二面111处的具体排布方式本领域技术人员可以依据具体需求进行设计变化。

第一面121在自身法向上对应于吸附电极2的部分形成了吸附点位1212。吸附点位1212和吸附电极2为一一对应的关系，因此吸附点位1212的数量以及排布方式匹配于吸附电极2的数量以及排布方式。当吸附电极2通电，且样品3在流道1211内流动时，若样品3经过吸附点位1212，则样品3的一部分会在对应吸附电极2作用下被吸附在吸附点位1212处形成微液滴。

参见图2，本实施例中，其中一个吸附电极2为主电极21，其余吸附电极2为从电极22，主电极21和从电极22之间，以及不同的从电极22之间，结构、型号、尺寸参数等可以相同，也可以不同，因此主电极21和从电极22并非对吸附电极2的具体结构进行的限制。

其中主电极21的一端用于电连接至控制板，从电极22相互之间通过串联、并联、或者同时采用串联和并联的方式先形成电极支路221，而后电极支路221再电连接至主电极21的另一端，最终形成回路，不仅使得每个从电极22都与主电极21实现电连接，而且每个从电极22都必须通过主电极21才能够电连接至控制板。

故而本实施例中，当主电极21的端部电连接至控制板后，只要控制板对主电极21通电，那么所有从电极22都能够通电，相应的不仅是主电极21，所有从电极22也都能够对流道1211内的样品3进行吸附，从而在每个吸附点位1212处形成微液滴。

由此可见，在本实施例中，控制板通过主电极21实现了对所有吸附电极2同时进行通断控制，其控制方法简便，出错率低，更容易使每个吸附点位1212处都准确地形成微液滴。

更进一步的，本实施例将所有从电极22依次串联形成电极支路221(即图2中(c)的连接方式)，电极支路221的端部串联至主电极21的端部，即所有吸附电极2依次串联后电连接至控制板。一般同一个微流芯片中的各个吸附电极2结构、电学参数等均相同，并未严格区别，因此所有吸附电极2依次串联，可以保证各个吸附电极2的分压大体相同，从而产生相近的吸附能力，以使各个吸附点位1212处形成的微液滴尺寸相近。

相邻两个吸附电极2分别对样品3进行吸附，以使相邻两个吸附点位1212处形成微液滴，本质上是对样品3进行分割。吸附电极2的电压越大，则吸附能力越强，理论上吸附电极2的电压足够大，即可形成微液滴。但是吸附电极2电压过大，一方面存在安全隐患，额外增加了吸附电极2损坏的风险，另一方面还会使相邻的吸附点位1212之间形成干扰(该干扰过大，忽略了相邻吸附点位1212之间距离的阻隔)，并且吸附电极2电压与其产生的吸附力之间存在边际递减效应。因此通过杨-李普曼方程模拟计算，将相邻两个吸附电极2之间的间距设计为不小于吸附电极2长度的5.8倍。

本实施例中流道1211在第一面121的相对一侧留有观测口12111，因此观测口12111位于流道1211的上方，观测口12111允许在无折射的情况下直接对流道1211内微液滴的形成状态进行观测，提升观测质量。

预留观测口12111，即不在流道1211顶部设置盖板，盖板也就不会对流道1211内的样品3和介质4产生限制。基于此，参见图3和4，本实施例微流芯片的使用过程如下：

步骤S1：通过进出液口12112向流道1211内注入介质4，以使介质4覆盖整个第一面121，此时介质4与流道1211顶部之间存在一定的空隙,以允许后续样品3进入流道1211；

步骤S2：通过进出液口12112向流道1211内注入样品3，由于本实施例中样品3的密度小于介质4，因此样品3上浮于介质4的上方；

步骤S3：控制板通过主电极21使所有吸附电极2通电，以使样品3在各个吸附点位1212处形成微液滴并被吸附，介质4和多余未被吸附的样品3(若有)则被排挤到相邻的吸附点位1212之间；

步骤S4：若流道1211内的样品3除去被吸附在各个吸附点位1212处的部分后仍有剩余，则这部分剩余的样品3位于相邻的吸附点位1212之间，可以通过进出液口12112进一步注入介质4，以将相邻吸附点位1212之间多余的样品3冲出至流道1211外侧，在此过程中吸附在各个吸附点位1212处的微液滴基本不会发生流动，最终形成吸附点位1212处为样品3的微液滴，微液滴之间为介质4的状态。

可以理解的是，在步骤S4中，同时需要一个进出液口12112供介质4进入流道1211，以及一个进出液口12112使多余的样品3流出流道1211外侧，以避免介质4过多从观测口12111处溢出，因此流道1211通常情况下具有至少两个进出液口12112。

同样的，至少两个进出液口12112也允许了介质4和样品3能够通过不同的进出液口12112同时进入流道1211，以允许步骤S1和S2能够同步进行，从而提升微流芯片的工作效率。

容易想到的是，步骤S1和S2的顺序也可以进行互换。

优选的，第一面121具有相对设置的第一边缘和第二边缘，例如本实施例第一面121为长方形，第一边缘和第二边缘即第一面121的一对相互平行的侧边。部分进出液口12112位于第一边缘处，其余进出液口12112位于第二边缘处。在步骤S4中，第一边缘处的所有进出液口12112可以供介质4的流入流道1211，第二边缘处的所有进出液口12112可以供介质4和多余的样品3流出流道1211，以此保证介质4从第一边缘向第二边缘单向流动，避免介质4从第二边缘向第一边缘回流，从而对相邻吸附点位1212之间的样品3起到充分的冲刷作用。

实施例2：

参见图5，本实施例与实施例1的区别在于，介质4为微流芯片的一部分，即微流芯片还包括介质4，微流芯片在制备结束后介质4已经填充于流道1211内，而非由用户注入至流道1211，这也就使得后续用户在使用时可以直接开启所有吸附电极2，然后将样品注入至流道1211内，以在各个吸附点位处形成微液滴。在此过程中用户能够在流道1211上方观测各个吸附点位处微液滴形成情况，以限制样品的添加量。

通过将介质4设计为微流芯片的一部分，限制了介质4和样品在流道1211内的添加顺序，样品在流道1211内的注入量刚好能够使各个吸附点位处形成微液滴，避免了重要样品的浪费，避免了实施例1中步骤S4需要实施情况的发生。

相应的，本实施例中流道1211仅需要一个进出液口，减少过多进出液口导致流道1211内介质4泄漏情况的发生。

基于微流芯片包括介质4这一条件，为了避免微流芯片转移过程中介质4从观测口处泄漏，微流芯片还包括与极板1相对设置的盖板5，流道1211位于极板1和盖板5之间，由盖板5对流道1211顶部进行遮挡。相应的，本实施例在流道1211顶部也就不具备了观测口，为了能够对流道1211内的微液滴形成情况进行观测，可以将盖板5设置为透明材料。

实施例3：

本实施例提供了一种液滴控制装置，包括实施例1或2中的微流芯片和控制板，主电极的端部电连接至控制板。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种微流芯片，其特征在于，包括：

极板，所述极板具有相对设置的第一面和第二面，所述第一面处设置有流道；及

至少两个吸附电极，所有所述吸附电极间隔设置在所述第二面处，以在所述第一面处形成与所述吸附电极对应的吸附点位；

其中一个所述吸附电极为主电极，其余所述吸附电极为从电极，所述主电极的一端用于电连接至控制板，所述从电极电连接至所述主电极的另一端，以通过所述主电极电连接至所述控制板。

2.根据权利要求1所述的微流芯片，其特征在于，所述流道在所述第一面的相对一侧留有观测口。

3.根据权利要求1所述的微流芯片，其特征在于，所述流道具有至少两个进出液口。

4.根据权利要求3所述的微流芯片，其特征在于，所述第一面具有相对设置的第一边缘和第二边缘，部分所述进出液口位于所述第一边缘处，其余所述进出液口位于所述第二边缘处。

5.根据权利要求1所述的微流芯片，其特征在于，所有所述从电极依次串联形成电极支路，所述电极支路的端部串联至所述主电极的端部。

6.根据权利要求1所述的微流芯片，其特征在于，相邻两个所述吸附电极之间的间距不小于所述吸附电极长度的5.8倍。

7.根据权利要求1所述的微流芯片，其特征在于，所述微流芯片还包括介质，所述介质填充于所述流道内。

8.根据权利要求7所述的微流芯片，其特征在于，所述微流芯片还包括与所述极板相对设置的盖板，所述流道位于所述极板和所述盖板之间。

9.根据权利要求7所述的微流芯片，其特征在于，所述流道仅具有一个进出液口。

10.一种液滴控制装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一权利要求所述的微流芯片和控制板，所述主电极的端部电连接至所述控制板。