[发明专利]一种数字式微流控芯片液滴驱动控制系统及其控制方法

说明书

本发明涉及一种数字式微流控芯片液滴驱动控制系统，包括人机界面、控制器、继电器控制板、驱动电源板和芯片；所述人机界面、控制器、继电器控制板、驱动电源板顺序连接，继电器控制板与芯片连接；方法包括人机界面接收芯片的控制参数；控制器将控制参数转换为电平信号发送至继电器控制板；驱动电源板给继电器控制板提供驱动电压；继电器控制板根据电平信号将驱动电压供给芯片上的电极。本发明通过人机界面调用液滴路径规划文档，并在液滴移动执行时实时地监控电极通电的状态。

技术领域

本发明涉及计算机科学及微流控芯片技术，特别提供了一种集成式数字微流控芯片液滴自动驱动系统及其控制方法。

背景技术

微流控芯片实验室是指把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、分离、检测等基本操作单元集成到一块几平方厘米的芯片上，用以完成不同的微量生物及化学样品相互作用或反应过程，并对其产物进行分离、分析的一种技术。在微流控芯片上，液滴可以为水相或有机相，具有作为反应单元的功能。芯片通过承载不同样品液滴间的相互融合、分裂、再输运、再融合，可以实现微量生物、化学样品间的相互作用与化学反应。

数字式微流控芯片由“三明治”结构，即工作电极(下极板)、共地电极(上极板)和夹在以上两个极板间的液滴组成。工作电极由被介电材料和疏水材料覆盖的一定数量并可独立通电的电极组成，介电材料起到电气绝缘作用，并在电极通电时提供电润湿力和介电泳力。共地电极由透明导电材料，如镀导电氧化铟锡玻璃等构成。上极板和下极板表面均涂覆有超疏水材料，如特氟龙等。

对数字液滴实现输运、融合与分裂等操控，可以通过控制系统来完成。在不通电的情况下，数字式微流控芯片电极的表面无法润湿。而利用电润湿和介电泳现象，仅通过工作电极上的独立电极引脚施加一定的电压，即可使被通电的独立电极表面发生润湿，从而达到驱动液滴的目的。对工作电极施加液滴驱动电压通断的启停和幅值的时序控制，决定了液滴是否能够按照操作者规划的路线自动地完成移动、融合和分裂等操作。

而目前的数字式微流控芯片驱动系统中，尚未见对液滴路径进行预先规划和操控监控的综合控制系统。

发明内容

本发明目的是提供一种数字微流控芯片液滴驱动系统，以PC机为上位机，通过软件生成驱动液滴的数字信号代码，将该信号传输至控制器，以控制数字微流控芯片的引脚上驱动电压的通断，达到对液滴输运进行操控的目的。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种数字式微流控芯片液滴驱动控制系统，其特征在于包括人机界面、控制器、继电器控制板、驱动电源板和芯片；所述人机界面、控制器、继电器控制板、驱动电源板顺序连接，继电器控制板与芯片连接；

所述人机界面，用于接收芯片的控制参数；

控制器，用于将控制参数转换为电平信号发送至继电器控制板；

驱动电源板，用于给继电器控制板提供驱动电压；

继电器控制板，用于根据电平信号将驱动电压供给芯片上的电极。

所述继电器控制板包括多个继电器电路；继电器电路包括继电器和三极管；继电器的线圈一端与电源连接，另一端与三极管的集电极连接，线圈并联有二极管；继电器的一组常开触点的一个触点用于输入继电器控制板的驱动电压，另一个触点用于连接芯片上的一个电极；三极管发射极接地，基极通过电阻与控制器连接。

所述芯片包括：上极板、下极板和PCI插槽；所述上极板和下极板均为PCB板；所述上极板、下极板的边缘设有金手指引脚，插入PCI插槽；PCI插槽与继电器控制板连接。

所述上极板的左右两端由导电胶带缠绕构成上、下极板之间的间隔。

所述下极板上表面设有多个排列的电极，每个电极的引线通过通孔由下极板下表面引出，通过金手指引脚与继电器控制板连接。