[发明专利]介质电润湿数字微流控芯片的液滴检测系统及方法

说明书

本发明提供一种介质电润湿数字微流控芯片的液滴检测系统及方法，个人电脑向单片机下发控制命令，由单片机控制驱动电路来提供驱动电压，对介质电润湿数字式微流控芯片的电极上的液滴驱动；检测电阻提取流过微流控芯片的电流信号送入电压跟随器进行跟随；跟随后的信号分两路输入乘法器进行信号自乘；低通滤波器对乘法器输出的信号进行低通滤波，在低通滤波器的输出端得到直流信号；单片机对低通滤波器输出的直流信号采集，并送至个人电脑处理，以显示与液滴状态相关的信息。本发明可对任意位置、任意大小的一个或多个液滴进行驱动及检测，还可通过标定将驱动电压降至正常驱动阈值以下时测得的参数，相应转化成正常驱动阈值下可以使用的参数。

技术领域

本发明涉及微流控芯片技术，特别涉及一种介质电润湿数字微流控芯片的液滴检测系统及方法。

背景技术

微流控芯片是实现片上实验室(Lab-on-a-chip)的一种潜在技术，能够把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以取代常规生物或化学实验室的各种功能，自动完成分析的全过程。由于在集成化、自动化、便携化和高效化等方面展现出了巨大潜力，微流控芯片技术已成为当前研究热点和世界前沿科技之一。

片上实验室的优点是用极少剂量的化学生物药品进行快速，自动化的片上反应、检测。现有技术中，比如利用CCD实时采集芯片图像，集成LED和光电二极管，集成阻抗传感器，谐振分析，质量分析，荧光反应，电化学分析等，虽然不需要复杂昂贵的外部设备能够实现，但是可供检测的位点太少且精度有限制。这些缺陷显然不符合片上实验室的集成性，便携性以及廉价性。

在基于介质电润湿效益的数字二维微流控芯片上，借助外部驱动力将连续的液体离散化，对形成的微小液滴进行操控和研究分析，其中对微尺度液滴实现实时准确检测，对后续程序化实验和反应结果有着重要的意义。微流控芯片上的不同区域可以有不同的功能，比如混合、分裂、加热、检测等。作为芯片上最小操作单元的液滴，其在不同区域之间的运动路径既要考虑实时性，还要考虑交叉污染击穿等问题。纯手工安排液滴路径工作量太大，也不符合发展片上实验室的初衷。而利用介质电润湿技术的可编程性，结合计算机、集成电路版图设计的算法来自动规划液滴运动路径无疑是很有前景的解决方案。

此外，在基于电润湿的数字微流控芯片上，液滴运动所需的正常驱动电压受很多制作工艺因素影响，可以毫不夸张地说每个芯片都有一个特定的正常驱动阈值。如果电极上的电压值大于或者等于驱动阈值(正常驱动电压)，那么液滴就会发生扭曲和移动，导致测得的液滴尺寸与检测电压的关系不准确。所以如何对每个芯片进行标定，以获得精确的液滴检测结果是亟需解决的一个问题。

发明内容

本发明提供一种介质电润湿数字微流控芯片的液滴检测系统及方法，可在二维大规模介质电润湿数字微流芯片上实现任意位置，任意大小的液滴检测，保证精度的同时有价格、集成性、便携性等方面的显著优势。

本发明的一个技术方案在于提供一种介质电润湿数字微流控芯片的液滴检测系统，其包含：

介质电润湿数字式微流控芯片，具有可独立控制的多个电极；

驱动电路，向微流控芯片提供对电极上的液滴进行驱动的驱动电压；

检测电阻，提取流过微流控芯片的电流信号；

电压跟随器，进行阻抗匹配，对所述检测电阻提取出的电流信号进行跟随；

乘法器，将跟随后的信号分为两路作为输入进行信号自乘；

低通滤波器，对所述乘法器的输出信号进行低通滤波得到直流信号；

单片机，向驱动电路提供驱动信号，及采集低通滤波器输出的直流信号；

个人电脑，向单片机发送控制命令，及接收单片机反馈的信号进行处理。