TWI810990B - 微流體晶片及其使用方法 - Google Patents

微流體晶片及其使用方法 Download PDF

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Abstract

一種微流體晶片適於操控微流體的移動及偵測微流體的位置，其包括第一基板、第二基板、多條第一掃描線、多條第一訊號線、多條第二掃描線、多條第二訊號線、多個致動單元及多個加熱單元。第一掃描線和第一訊號線設置在第一基板上。第二掃描線和第二訊號線設置在第二基板上。這些致動單元各自包括第一主動元件和驅動電極。第一主動元件電性連接一條第一掃描線、一條第一訊號線和驅動電極。這些加熱單元分別對應多個致動單元設置，且各自包括第二主動元件和負溫度係數熱敏電阻器。第二主動元件電性連接一條第二掃描線和一條第二訊號線。

Description

微流體晶片及其使用方法
本發明是有關於一種微流體控制元件及其使用方法，且特別是有關於一種微流體晶片及其使用方法。
微流體技術在傳統生化分析上的應用很多，如微幫浦、微閥門、微過濾器、微混合器、微管道、微感測器等元件，大多集中製作在生物晶片上，以進行樣品前處理、混合、傳輸、分離和偵測等程序。其中，利用微流體晶片（microfluidic chip）進行生物醫學檢測或分析，具有降低人工操作的實驗誤差、提高系統穩定度、降低耗能與樣品用量，以及節省人力與時間等優點。
一般而言，在微流體晶片中執行的檢測或分析大多需要在特定溫度範圍內進行，因此需要設置加熱裝置。例如在微流體晶片中的特定區域直接形成微機電加熱裝置。此外，為了定位微流體在晶片中的位置，目前的現有技術大都採用攝影機取像的方式來進行，但也因此限制了微流體晶片的操作便利性。
本發明提供一種微流體晶片，其微流體加熱及位置偵測的功能可由同一加熱結構來執行，因此具有較簡化的結構設計。
本發明提供一種微流體晶片的使用方法，其利用加熱手段來判斷微流體的所在位置。
本發明的微流體晶片適於操控微流體的移動及偵測微流體的位置，其包括第一基板、第二基板、多條第一掃描線、多條第一訊號線、多條第二掃描線、多條第二訊號線、多個致動單元以及多個加熱單元。第二基板與第一基板對向設置。這些第一掃描線和這些第一訊號線設置在第一基板上。這些第二掃描線和這些第二訊號線設置在第二基板上。這些致動單元設置在第一基板上，且各自包括第一主動元件和驅動電極。第一主動元件電性連接一條第一掃描線、一條第一訊號線和驅動電極。這些加熱單元設置在第二基板上，且分別對應多個致動單元設置。這些加熱單元各自包括第二主動元件和負溫度係數熱敏電阻器。第二主動元件電性連接一條第二掃描線和一條第二訊號線。
本發明的微流體晶片的使用方法，包括致能多個加熱單元以進行第一次加熱步驟、對流經各個加熱單元的負溫度係數熱敏電阻器的電流值或各個加熱單元的負溫度係數熱敏電阻器的跨壓進行比較，以取得微流體的初始位置以及禁能這些加熱單元中與位在初始位置的微流體接觸的一部分。
基於上述，在本發明的一實施例的微流體晶片及其使用方法中，加熱單元除了用來加熱微流體外，還能用來偵測微流體的所在位置。在加熱過程中，被微流體所覆蓋的加熱單元，其負溫度係數熱敏電阻器的阻值變化會異於其他未被微流體覆蓋的加熱單元的負溫度係數熱敏電阻器。藉由偵測這個阻值變化所產生的跨壓或電流改變來取得微流體的位置。由於本發明的微流體晶片無須設置額外的感測器即可取得微流體的位置，因此可具有較簡化的結構設計。
本文使用的「約」、「近似」、「本質上」、或「實質上」包括所述值和在本領域普通技術人員確定的特定值的可接受的偏差範圍內的平均值，考慮到所討論的測量和與測量相關的誤差的特定數量（即，測量系統的限制）。例如，「約」可以表示在所述值的一個或多個標準偏差內，或例如±30%、±20%、±15%、±10%、±5%內。再者，本文使用的「約」、「近似」、「本質上」、或「實質上」可依量測性質、切割性質或其它性質，來選擇較可接受的偏差範圍或標準偏差，而可不用一個標準偏差適用全部性質。
在附圖中，為了清楚起見，放大了層、膜、面板、區域等的厚度。應當理解，當諸如層、膜、區域或基板的元件被稱為在另一元件「上」或「連接到」另一元件時，其可以直接在另一元件上或與另一元件連接，或者中間元件可以也存在。相反，當元件被稱為「直接在另一元件上」或「直接連接到」另一元件時，不存在中間元件。如本文所使用的，「連接」可以指物理及/或電性連接。再者，「電性連接」可為二元件間存在其它元件。
此外，諸如「下」或「底部」和「上」或「頂部」的相對術語可在本文中用於描述一個元件與另一元件的關係，如圖所示。應當理解，相對術語旨在包括除了圖中所示的方位之外的裝置的不同方位。例如，如果一個附圖中的裝置翻轉，則被描述為在其它元件的「下」側的元件將被定向在其它元件的「上」側。因此，示例性術語「下」可以包括「下」和「上」的取向，取決於附圖的特定取向。類似地，如果一個附圖中的裝置翻轉，則被描述為在其它元件「下方」或「下方」的元件將被定向為在其它元件「上方」。因此，示例性術語「上面」或「下面」可以包括上方和下方的取向。
本文參考作為理想化實施例的示意圖的截面圖來描述示例性實施例。因此，可以預期到作為例如製造技術及/或（and/or）公差的結果的圖示的形狀變化。因此，本文所述的實施例不應被解釋為限於如本文所示的區域的特定形狀，而是包括例如由製造導致的形狀偏差。例如，示出或描述為平坦的區域通常可以具有粗糙及/或非線性特徵。此外，所示的銳角可以是圓的。因此，圖中所示的區域本質上是示意性的，並且它們的形狀不是旨在示出區域的精確形狀，並且不是旨在限制申請專利範圍。
現將詳細地參考本發明的示範性實施方式，示範性實施方式的實例說明於所附圖式中。只要有可能，相同元件符號在圖式和描述中用來表示相同或相似部分。
圖1是依照本發明的第一實施例的微流體晶片的部分膜層的示意圖。圖2是依照本發明的第一實施例的微流體晶片的俯視示意圖。圖3是依照本發明的第一實施例的微流體晶片的剖視示意圖。圖4A及圖4B分別是圖1的致動單元和加熱單元的電路簡圖。圖5A至圖5E是圖3的微流體晶片的操作流程的俯視示意圖。圖6A至圖6E是圖3的微流體晶片的操作流程的剖視示意圖。為清楚呈現起見，圖5A至圖5E僅繪示出圖3的第二基板120和加熱單元160的負溫度係數熱敏電阻器TMR，圖2僅繪示出圖3的第二基板120上的膜層結構。
請參照圖1至圖3，微流體晶片10適於操控微流體200的移動以及偵測微流體200的位置，其包括第一基板110、第二基板120、第一驅動電路層115、第二驅動電路層125、多個致動單元140和多個加熱單元160。第一基板110與第二基板120對向設置。第一驅動電路層115設置在第一基板110朝向第二基板120的一側表面上，而第二驅動電路層125設置在第二基板120朝向第一基板110的一側表面上。
第一驅動電路層115設有多條第一掃描線GL1和多條第一訊號線SL1。第二驅動電路層125設有多條第二掃描線GL2和多條第二訊號線SL2。舉例來說，在本實施例中，這些第一掃描線GL1沿著方向D1排列於第一基板110上並且在方向D2上延伸。這些第一訊號線SL1沿著方向D2排列於第一基板110上並且在方向D1上延伸。這些第二掃描線GL2沿著方向D1排列於第二基板120上並且在方向D2上延伸。這些第二訊號線SL2沿著方向D2排列於第二基板120上並且在方向D1上延伸。其中，方向D1可選擇性地垂直於方向D2。
多個致動單元140可沿著方向D1和方向D2排成陣列，且各自包括第一主動元件T1和驅動電極DE。第一主動元件T1電性連接驅動電極DE、一條第一掃描線GL1和一條第一訊號線SL1。請同時參照圖4A，詳細地，第一主動元件T1的控制端可接收來自第一掃描線GL1的第一掃描信號SCAN1，其源極端可接收來自第一訊號線SL1的第一電壓信號VDATA1。驅動電極DE電性連接第一主動元件T1的汲極端。
特別說明的是，欲驅使微流體200移動時，例如從圖3的初始位置IP移動至目標位置TP，重疊於微流體200的致動單元141的驅動電極DE與致動單元142的驅動電極DE間具有一電壓差，使具有極性的微流體200在所述電壓差所產生的橫向電場下移動。舉例來說，在本實施例中，第一驅動電路層115還可設有一共電極層（未繪示），此共電極層可具有一接地電位，並且與致動單元140的驅動電極DE形成如圖4A中的電容器C。然而，本發明不限於此。在其他實施例中，微流體200的致動單元及其致動方式也可根據不同的產品應用或設計而有不同。
多個加熱單元160可沿著方向D1和方向D2排成陣列，且各自包括第二主動元件T2和負溫度係數熱敏電阻器TMR。第二主動元件T2電性連接負溫度係數熱敏電阻器TMR、一條第二掃描線GL2和一條第二訊號線SL2。請同時參照圖4B，詳細地，第二主動元件T2的控制端可接收來自第二掃描線GL2的第二掃描信號SCAN2，其源極端可接收來自第二訊號線SL2的第二電壓信號VDATA2。負溫度係數熱敏電阻器TMR的第一端電性連接第二主動元件T2的汲極端。
在本實施例中，第二驅動電路層125還設有多條第三訊號線SL3，且負溫度係數熱敏電阻器TMR的第二端電性連接一條第三訊號線SL3以將電流數據IDATA傳遞至讀取晶片300。舉例來說，這些第三訊號線SL3可沿著方向D2排列在第二基板120上，並且在方向D1上延伸。需說明的是，在其他實施例中，掃描線和訊號線的配置方式當可根據實際的應用或設計進行調整，本發明並不加以限制。雖然圖式未繪示出，前述的第一掃描線GL1、第二掃描線GL2、第一訊號線SL1和第二訊號線SL2都可電性連接不同的驅動晶片、驅動電路或電路板，以接收來自外部的控制信號。
特別注意的是，第一基板110上的多個致動單元140分別對應第二基板120上的多個加熱單元160設置（如圖1所示），即一對一的配置關係。更具體地，這些加熱單元160的任一者的負溫度係數熱敏電阻器TMR在兩基板的疊置方向（例如方向D3）上重疊於對應的致動單元140的驅動電極DE（如圖3所示）。
以下將針對微流體晶片10的使用方法進行示範性地說明。請參照圖4B、圖5A及圖6A，首先，致能所有的加熱單元160以進行第一次加熱步驟。舉例來說，可依序開啟連接不同第二掃描線GL2的多個加熱單元160的第二主動元件T2，讓電流流過負溫度係數熱敏電阻器TMR以產生熱能進行加熱。接著，對流經各個加熱單元160的負溫度係數熱敏電阻器TMR的電流值進行比較。
由於負溫度係數熱敏電阻器TMR的電阻值會隨著自身溫度的上升而下降，當所有的加熱單元160都以大致上相同的設定進行加熱時，與微流體200接觸的加熱單元160（例如加熱單元161和加熱單元162），其負溫度係數熱敏電阻器TMR的溫度會比其他未接觸微流體200的加熱單元160（例如加熱單元163）來得低。因此，加熱單元161（或加熱單元162）的負溫度係數熱敏電阻器TMR的電阻值會高於加熱單元163的負溫度係數熱敏電阻器TMR的電阻值。
換句話說，流經加熱單元161（或加熱單元162）的負溫度係數熱敏電阻器TMR的電流值會小於流經加熱單元163的負溫度係數熱敏電阻器TMR的電流值。因此，透過將流經各個加熱單元160的電流訊號（即電流數據IDATA）傳遞至讀取晶片300進行判讀，即可取得微流體200的初始位置IP。舉例來說，電流訊號的判讀步驟例如是確認流經各個加熱單元160的負溫度係數熱敏電阻器TMR的電流值是否小於一預定電流值，但不以此為限。在其他實施例中，電流訊號的判讀步驟也可以是確認流經任兩相鄰的加熱單元160的兩電流值的差值是否大於一預定數值。或者是，確認流經各個加熱單元160的電流值與流經所有加熱單元160的平均電流值的差值是否大於一預定數值。
請參照圖5B及圖6B，在取得微流體200的初始位置IP後，禁能與位在初始位置IP的微流體200接觸的加熱單元160，例如加熱單元161、加熱單元162、加熱單元164和加熱單元165。特別注意的是，此時，未接觸位在初始位置IP的微流體200的加熱單元160仍維持被致能的狀態。
接著，致能多個致動單元140的至少相鄰兩者，使微流體200自初始位置IP移動至目標位置TP，如圖5C及圖6C所示。舉例來說，本實施例的目標位置TP例如是重疊加熱單元162、加熱單元163、加熱單元165和加熱單元166的位置，且微流體200是沿著方向D1從初始位置IP移動至目標位置TP。
請參照圖5D及圖6D，當微流體200移動至目標位置TP並接觸加熱單元163時，會降低加熱單元163的負溫度係數熱敏電阻器TMR的溫度。也就是說，加熱單元163的負溫度係數熱敏電阻器TMR的電阻值會高於其他未接觸微流體200且被致能的加熱單元160的負溫度係數熱敏電阻器TMR的電阻值。因此，流經加熱單元163的電流值會低於流經其他未接觸微流體200且被致能的加熱單元160的電流值。
此時，若對流經每一個加熱單元160的負溫度係數熱敏電阻器TMR的電流值進行判讀即可確認微流體200是否已移動至目標位置TP上。在確認微流體200已移動至目標位置TP後，禁能與微流體200接觸的加熱單元160，例如加熱單元162、加熱單元163、加熱單元165和加熱單元166，並且致能重疊於初始位置IP但已不接觸微流體200的加熱單元161和加熱單元164，如圖5E及圖6E所示。
透過上述的操作方式，加熱單元160除了用來加熱微流體200之外，還能用來偵測微流體200的所在位置。亦即，無須設置額外的感測器即可取得微流體200的位置，因此可簡化微流體晶片10的結構設計。此外，在微流體200的移動過程中，還能藉由上述的方法即時確認微流體200是否已移動至目標位置TP，達到即時偵測的目的。
以下將列舉另一些實施例以詳細說明本揭露，其中相同的構件將標示相同的符號，並且省略相同技術內容的說明，省略部分請參考前述實施例，以下不再贅述。
圖7是依照本發明的第二實施例的微流體晶片的部分膜層的示意圖。圖8是依照本發明的第二實施例的微流體晶片的俯視示意圖。圖9是依照本發明的第二實施例的微流體晶片的剖視示意圖。圖10A及圖10B分別是圖7的致動單元和加熱單元的電路簡圖。圖11A至圖11E是圖9的微流體晶片的操作流程的俯視示意圖。圖12A至圖12E是圖9的微流體晶片的操作流程的剖視示意圖。為清楚呈現起見，圖11A至圖11E僅繪示出圖9的第二基板120和加熱單元160A的負溫度係數熱敏電阻器TMR和電阻器R，圖8僅繪示出圖9的第二基板120上的膜層結構。
請參照圖7至圖10B，本實施例的微流體晶片20與圖3的微流體晶片10的主要差異於：加熱單元的設計不同。具體而言，本實施例的微流體晶片20的加熱單元160A還可包括電阻器R和第三主動元件T3，且第二驅動電路層125A還可設有多條第三掃描線GL3。這些第三掃描線GL3可沿著方向D1排列於第二基板120上並且在方向D2上延伸。第三主動元件T3電性連接負溫度係數熱敏電阻器TMR、電阻器R、一條第三掃描線GL3和一條第三訊號線SL3。在本實施例中，電阻器R的電阻值為固定。
不同於圖4B的加熱單元160，在本實施例中，第二主動元件T2的汲極端電性連接電阻器R的第一端。電阻器R的第二端電性連接負溫度係數熱敏電阻器TMR的第一端和第三主動元件T3的源極端。負溫度係數熱敏電阻器TMR的第二端接地。第三主動元件T3的控制端可接收來自第三掃描線GL3的第三掃描信號SCAN3。第三主動元件T3的汲極端電性連接一條第三訊號線SL3以將負溫度係數熱敏電阻器TMR兩端的跨壓Vout傳遞至讀取晶片300。
在本實施例中，多個加熱單元160A的任一者的負溫度係數熱敏電阻器TMR和電阻器R在兩基板的疊置方向（例如方向D3）上重疊於對應的致動單元140的驅動電極DE（如圖9所示）。
以下將針對微流體晶片20的使用方法進行示範性地說明。請參照圖10B、圖11A及圖12A，首先，致能所有的加熱單元160A以進行第一次加熱步驟。舉例來說，可依序開啟連接不同第二掃描線GL2的多個加熱單元160A的第二主動元件T2，讓電流流過負溫度係數熱敏電阻器TMR和電阻器R以產生熱能進行加熱。接著，對流經各個加熱單元160A的負溫度係數熱敏電阻器TMR的跨壓Vout進行比較。
由於負溫度係數熱敏電阻器TMR的電阻值會隨著自身溫度的上升而下降，當所有的加熱單元160A都以大致上相同的設定進行加熱時，與微流體200接觸的加熱單元160A（例如加熱單元161A和加熱單元162A），其負溫度係數熱敏電阻器TMR的溫度會比其他未接觸微流體200的加熱單元160A（例如加熱單元163A）來得低。因此，加熱單元161A和加熱單元162A各自的負溫度係數熱敏電阻器TMR的電阻值會高於加熱單元163A的負溫度係數熱敏電阻器TMR的電阻值。
換句話說，加熱單元161A和加熱單元162A各自的負溫度係數熱敏電阻器TMR的跨壓Vout會大於加熱單元163A的負溫度係數熱敏電阻器TMR的跨壓Vout。因此，透過將各個加熱單元160A的負溫度係數熱敏電阻器TMR的跨壓Vout傳遞至讀取晶片300進行判讀，即可取得微流體200的初始位置IP。舉例來說，跨壓Vout的判讀步驟例如是確認各個加熱單元160A的負溫度係數熱敏電阻器TMR的跨壓是否大於一預定電壓值，但不以此為限。在其他實施例中，跨壓的判讀步驟也可以是確認任兩相鄰的加熱單元160A的兩負溫度係數熱敏電阻器TMR的跨壓差值是否大於一預定數值。或者是，確認各個加熱單元160A的負溫度係數熱敏電阻器TMR的跨壓與所有加熱單元160A的負溫度係數熱敏電阻器TMR的平均跨壓的差值是否大於一預定數值。
請參照圖11B及圖12B，在取得微流體200的初始位置IP後並且移動微流體200前，禁能所有的加熱單元160A。也就是說，在本實施例中，所有的加熱單元160A被禁能後，才致能多個致動單元140的至少相鄰兩者，使微流體200自初始位置IP移動至目標位置TP（如圖11C及圖12C）。舉例來說，本實施例的目標位置TP例如是重疊加熱單元162A和加熱單元163A的位置，且微流體200是沿著方向D1從初始位置IP移動至目標位置TP。
請參照圖11D及圖12D，當微流體200停止移動後，致能所有的加熱單元160A以進行第二次加熱步驟。舉例來說，可依序開啟連接不同第二掃描線GL2的多個加熱單元160A的第二主動元件T2（如圖8及圖10B所示），讓電流流過負溫度係數熱敏電阻器TMR和電阻器R以產生熱能進行加熱。接著，對流經各個加熱單元160A的負溫度係數熱敏電阻器TMR的跨壓Vout進行比較，以取得微流體200的所在位置並確認是否為目標位置TP。由於此處取得目標位置TP的原理和前述取得初始位置IP的原理相同，詳細的說明請參見前述相關段落，於此便不再贅述。在取得微流體200的目標位置TP後，禁能所有的加熱單元160A，如圖11E及圖12E所示。
不同於前述實施例的操作方式，在本實施例中，偵測微流體200的所在位置是採用全區加熱及全區降溫（即所有的加熱單元160A同時被致能或被禁能）的方式來進行。透過上述的操作方式，加熱單元160A除了用來加熱微流體200之外，還能用來偵測微流體200的所在位置。亦即，無須設置額外的感測器即可取得微流體200的位置，因此可簡化微流體晶片20的結構設計。
特別說明的是，微流體晶片20的使用方法並不限於上述內容。以下將針對微流體晶片20的另一些使用方法進行示範性地說明。
圖13A至圖13E是圖9的微流體晶片的另一種操作流程的俯視示意圖。圖14A至圖14E是圖9的微流體晶片的另一種操作流程的剖視示意圖。為清楚呈現起見，圖13A至圖13E僅繪示出圖14A至圖14E中第二基板120上的膜層結構。
請參照圖10B、圖13A及圖14A，首先，致能所有的加熱單元160A以進行第一次加熱步驟。舉例來說，可依序開啟連接不同第二掃描線GL2的多個加熱單元160A的第二主動元件T2，讓電流流過負溫度係數熱敏電阻器TMR和電阻器R以產生熱能進行加熱。接著，對流經各個加熱單元160A的負溫度係數熱敏電阻器TMR的跨壓Vout進行比較，以取得微流體200的初始位置IP。由於此處取得初始位置IP的原理和前述實施例中取得初始位置IP的原理相同，詳細的說明請參見前述實施例的相關段落，於此便不再贅述。
請參照圖13B及圖14B，在取得初始位置IP後，致能部分致動單元140讓微流體200自初始位置IP移動至設定的一目標位置TP。例如：致能與位在初始位置IP的微流體200重疊的致動單元140以及相鄰於但未重疊於位在初始位置IP的微流體200的致動單元140。由於移動微流體200的原理相似於圖3的實施例，詳細說明請參見前述實施例的相關段落，於此便不再贅述。
在微流體200移動至目標位置TP後，於第一時間區間內禁能所有的加熱單元160A，如圖13C及圖14C所示。接著，於第二時間區間內致能所有的加熱單元160A以進行第二次加熱步驟，如圖13D及圖14D所示。舉例來說，可依序開啟連接不同第二掃描線GL2的多個加熱單元160A的第二主動元件T2（如圖8及圖10B所示），讓電流流過負溫度係數熱敏電阻器TMR和電阻器R以產生熱能進行加熱。
接著，對流經各個加熱單元160A的負溫度係數熱敏電阻器TMR的跨壓Vout進行比較，以取得微流體200的所在位置並確認是否為目標位置TP。由於此處取得目標位置TP的原理和前述取得初始位置IP的原理相同，詳細的說明請參見前述相關段落，於此便不再贅述。在取得微流體200的目標位置TP後，禁能所有的加熱單元160A，如圖13E及圖14E所示。
特別注意的是，不同於圖12A至圖12C的操作方式，本實施例的微流體200在移動至目標位置TP的過程中，所有的加熱單元160A仍維持被致能的狀態。
圖15A至圖15E是圖9的微流體晶片的又一種操作流程的俯視示意圖。圖16A至圖16E是圖9的微流體晶片的又一種操作流程的剖視示意圖。為清楚呈現起見，圖15A至圖15E僅繪示出圖16A至圖16E中第二基板120上的膜層結構。
請參照圖10B、圖15A及圖16A，首先，致能所有的加熱單元160A以進行第一次加熱步驟。舉例來說，可依序開啟連接不同第二掃描線GL2的多個加熱單元160A的第二主動元件T2，讓電流流過負溫度係數熱敏電阻器TMR和電阻器R以產生熱能進行加熱。接著，對流經各個加熱單元160A的負溫度係數熱敏電阻器TMR的跨壓Vout進行比較，以取得微流體200的初始位置IP。由於此處取得初始位置IP的原理和前述實施例中取得初始位置IP的原理相同，詳細的說明請參見前述實施例的相關段落，於此便不再贅述。
請參照圖15B及圖16B，在微流體200的取得初始位置IP後，禁能與位在初始位置IP的微流體200接觸的加熱單元160A，例如加熱單元161A、加熱單元162A、加熱單元164A和加熱單元165A。特別注意的是，此時，未接觸位在初始位置IP的微流體200的加熱單元160（例如加熱單元163A和加熱單元166A）仍維持被致能的狀態。
接著，致能多個致動單元140的至少相鄰兩者，使微流體200自初始位置IP移動至目標位置TP。舉例來說，本實施例的目標位置TP例如是重疊加熱單元162A、加熱單元163A、加熱單元165A和加熱單元166A的位置，且微流體200是沿著方向D1從初始位置IP移動至目標位置TP，如圖15C及圖16C所示。欲移動微流體200時，致能與加熱單元162A、加熱單元163A、加熱單元165A和加熱單元166A相重疊的四個致動單元140。由於移動微流體200的原理相似於圖3的實施例，詳細說明請參見前述實施例的相關段落，於此便不再贅述。
請參照圖15D及圖16D，當微流體200移動至目標位置TP並接觸加熱單元163A及加熱單元166A時，會降低加熱單元163A及加熱單元166A的負溫度係數熱敏電阻器TMR的溫度。也就是說，加熱單元163A及加熱單元166A的負溫度係數熱敏電阻器TMR的電阻值會高於其他未接觸微流體200且被致能的加熱單元160A的負溫度係數熱敏電阻器TMR的電阻值。因此，加熱單元163A及加熱單元166A的負溫度係數熱敏電阻器TMR的跨壓會大於其他未接觸微流體200且被致能的加熱單元160A的負溫度係數熱敏電阻器TMR的跨壓。
此時，若對每一個加熱單元160A的負溫度係數熱敏電阻器TMR的跨壓進行判讀即可確認微流體200是否已移動至目標位置TP上。在確認微流體200已移動至目標位置TP後，禁能與微流體200接觸的加熱單元160A，例如加熱單元162A、加熱單元163A、加熱單元165A和加熱單元166A，並且致能重疊於初始位置IP但已不接觸微流體200的加熱單元161A和加熱單元164A，如圖15E及圖16E所示。
透過上述的操作方式，加熱單元160A除了用來加熱微流體200之外，還能用來偵測微流體200的所在位置。亦即，無須設置額外的感測器即可取得微流體200的位置，因此可簡化微流體晶片20的結構設計。此外，在微流體200的移動過程中，還能藉由上述的方法即時確認微流體200是否已移動至目標位置TP，達到即時偵測的目的。
綜上所述，在本發明的一實施例的微流體晶片及其使用方法中，加熱單元除了用來加熱微流體外，還能用來偵測微流體的所在位置。在加熱過程中，被微流體所覆蓋的加熱單元，其負溫度係數熱敏電阻器的阻值變化會異於其他未被微流體覆蓋的加熱單元的負溫度係數熱敏電阻器。藉由偵測這個阻值變化所產生的跨壓或電流改變來取得微流體的位置。由於本發明的微流體晶片無須設置額外的感測器即可取得微流體的位置，因此可具有較簡化的結構設計。
10、20:微流體晶片 110:第一基板 115:第一驅動電路層 120:第二基板 125、125A:第二驅動電路層 140、141、142:致動單元 160、160A、161、162、163、164、165、166、161A、162A、163A、164A、165A、166A:加熱單元 200:微流體 300:讀取晶片 C:電容器 D1、D2、D3:方向 DE:驅動電極 GL1:第一掃描線 GL2:第二掃描線 GL3第三掃描線 GND:接地電位 IDATA:電流數據 IP:初始位置 R:電阻器 SCAN1:第一掃描信號 SCAN2:第二掃描信號 SCAN3:第三掃描信號 SL1:第一訊號線 SL2:第二訊號線 SL3:第三訊號線 T1:第一主動元件 T2:第二主動元件 T3:第三主動元件 TMR:負溫度係數熱敏電阻器 TP:目標位置 VDATA1:第一電壓信號 VDATA2:第二電壓信號 Vout:跨壓
圖1是依照本發明的第一實施例的微流體晶片的部分膜層的示意圖。 圖2是依照本發明的第一實施例的微流體晶片的俯視示意圖。 圖3是依照本發明的第一實施例的微流體晶片的剖視示意圖。 圖4A及圖4B分別是圖1的致動單元和加熱單元的電路簡圖。 圖5A至圖5E是圖3的微流體晶片的操作流程的俯視示意圖。 圖6A至圖6E是圖3的微流體晶片的操作流程的剖視示意圖。 圖7是依照本發明的第二實施例的微流體晶片的部分膜層的示意圖。 圖8是依照本發明的第二實施例的微流體晶片的俯視示意圖。 圖9是依照本發明的第二實施例的微流體晶片的剖視示意圖。 圖10A及圖10B分別是圖7的致動單元和加熱單元的電路簡圖。 圖11A至圖11E是圖9的微流體晶片的操作流程的俯視示意圖。 圖12A至圖12E是圖9的微流體晶片的操作流程的剖視示意圖。 圖13A至圖13E是圖9的微流體晶片的另一種操作流程的俯視示意圖。 圖14A至圖14E是圖9的微流體晶片的另一種操作流程的剖視示意圖。 圖15A至圖15E是圖9的微流體晶片的又一種操作流程的俯視示意圖。 圖16A至圖16E是圖9的微流體晶片的又一種操作流程的剖視示意圖。
10:微流體晶片
115:第一驅動電路層
125:第二驅動電路層
140:致動單元
160:加熱單元
D1、D2、D3:方向
GL1:第一掃描線
GL2:第二掃描線
SL1:第一訊號線
SL2:第二訊號線
SL3:第三訊號線

Claims (17)

  1. 一種微流體晶片，適於操控一微流體的移動以及偵測該微流體的位置，該微流體晶片包括：一第一基板；一第二基板，與該第一基板對向設置；多條第一掃描線與多條第一訊號線，設置在該第一基板上；多條第二掃描線與多條第二訊號線，設置在該第二基板上；多個致動單元，設置在該第一基板上，各該些致動單元包括一第一主動元件與一驅動電極，該第一主動元件電性連接該些第一掃描線的一者、該些第一訊號線的一者和該驅動電極；以及多個加熱單元，設置在該第二基板上，且分別對應該些致動單元設置，各該些加熱單元包括一第二主動元件和一負溫度係數熱敏電阻器，該第二主動元件電性連接該些第二掃描線的一者和該些第二訊號線的一者，其中該第二主動元件電性連接該負溫度係數熱敏電阻器的一第一端，該負溫度係數熱敏電阻器的一第二端或該第一端電性連接至一讀取晶片。
  2. 如請求項1所述的微流體晶片，其中該些加熱單元的任一者的該負溫度係數熱敏電阻器重疊於對應該些加熱單元的該任一者設置的該些致動單元的一者的該驅動電極。
  3. 如請求項1所述的微流體晶片，其中各該些加熱單元更包括一電阻器，該電阻器的一第一端電性連接在該第二主動元 件，該電阻器的一第二端電性連接該負溫度係數熱敏電阻器的該第一端，且該電阻器的電阻值為固定。
  4. 如請求項3所述的微流體晶片，更包括：多條第三掃描線與多條第三訊號線，設置在該第二基板上，其中各該些加熱單元更包括一第三主動元件，該第三主動元件電性連接該些第三掃描線的一者、該些第三訊號線的一者、該電阻器的該第二端以及該負溫度係數熱敏電阻器的該第一端，且該負溫度係數熱敏電阻器的該第二端接地。
  5. 如請求項3所述的微流體晶片，其中該些加熱單元的任一者的該電阻器和該負溫度係數熱敏電阻器重疊於對應該些加熱單元的該任一者設置的該些致動單元的一者的該驅動電極。
  6. 一種如請求項1所述的微流體晶片的使用方法，包括：致能該些加熱單元以進行第一次加熱步驟；對流經各該些加熱單元的該負溫度係數熱敏電阻器的電流值或各該些加熱單元的該負溫度係數熱敏電阻器的跨壓進行比較，以取得該微流體的一初始位置；以及禁能該些加熱單元中與位在該初始位置的該微流體接觸的一部分。
  7. 如請求項6所述的微流體晶片的使用方法，更包括：致能該些致動單元中的至少相鄰兩者，使該微流體自該初始位置移動至一目標位置。
  8. 如請求項7所述的微流體晶片的使用方法，更包括：對流經各該些加熱單元的該負溫度係數熱敏電阻器的電流值進行判讀以取得該微流體所在的該目標位置，其中電流值的判讀步驟包括確認流經各該些加熱單元的該負溫度係數熱敏電阻器的該電流值是否小於一預定電流值。
  9. 如請求項7所述的微流體晶片的使用方法，其中在該微流體的移動步驟前，致能該些加熱單元中不接觸位在該初始位置的該微流體的另一部分以進行加熱。
  10. 如請求項7所述的微流體晶片的使用方法，其中在該微流體自該初始位置移動至該目標位置的過程中，致能該些加熱單元中不接觸位在該初始位置的該微流體的另一部分以進行加熱。
  11. 如請求項7所述的微流體晶片的使用方法，其中在取得該微流體的該初始位置後並且移動該微流體前，禁能該些加熱單元。
  12. 如請求項11所述的微流體晶片的使用方法，更包括：在該微流體移動至該目標位置後，致能該些加熱單元以進行第二次加熱步驟。
  13. 如請求項12所述的微流體晶片的使用方法，更包括：對各該些加熱單元的該負溫度係數熱敏電阻器的跨壓進行判 讀以取得該微流體所在的該目標位置，其中跨壓的判讀步驟包括確認各該些加熱單元的該負溫度係數熱敏電阻器的該跨壓是否大於一預定電壓值。
  14. 如請求項13所述的微流體晶片的使用方法，其中在取得該微流體的該目標位置後，禁能該些加熱單元。
  15. 如請求項7所述的微流體晶片的使用方法，其中在該微流體移動至該目標位置後，於一第一時間區間內禁能該些加熱單元，並於一第二時間區間內致能該些加熱單元以進行第二次加熱步驟，該第二時間區間在該第一時間區間之後。
  16. 如請求項15所述的微流體晶片的使用方法，更包括：在該第二時間區間內，對流經各該些加熱單元的該負溫度係數熱敏電阻器的跨壓進行判讀以取得該微流體所在的該目標位置，其中跨壓的判讀步驟包括確認各該些加熱單元的該負溫度係數熱敏電阻器的該跨壓是否大於一預定電壓值。
  17. 如請求項15所述的微流體晶片的使用方法，其中在取得該微流體的該目標位置後，禁能該些加熱單元。
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