【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及微流控芯片，尤其涉及一種微流控芯片及液滴監(jiān)測方法。
技術(shù)介紹
1、在微流控芯片的生物反應(yīng)流程應(yīng)用中，芯片內(nèi)不同種類液滴需完成遷移、融合、分裂等多種運(yùn)動與反應(yīng)功能，因此液滴運(yùn)動的源動力即液滴的驅(qū)動控制及驅(qū)動過程中運(yùn)動位置信息反饋是芯片甚至微流控設(shè)備功能實現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)，液滴運(yùn)動狀態(tài)的實時監(jiān)測與反饋能夠使設(shè)備操作人員對微流控芯片的工作狀態(tài)進(jìn)行判斷，能夠反映液滴是否按所規(guī)劃的運(yùn)動路徑正常移動、判斷液滴運(yùn)動位置是否正確，以便在芯片中液滴運(yùn)動發(fā)生異常時能夠及時進(jìn)行原因排查及采取調(diào)整措施。
2、目前，微流控芯片中液滴運(yùn)動狀態(tài)實時監(jiān)測方案大多采用通過電容檢測電路所采集的電容值判斷獲得液滴位置。其中，部分硬件電路利用定時器對電壓驅(qū)動電路與電容檢測電路進(jìn)行分時復(fù)用，電壓驅(qū)動電路與電容檢測電路不能同時進(jìn)行相應(yīng)工作，在進(jìn)行電容檢測時就需停止液滴的驅(qū)動控制，占用了較多的時間與資源。此外，現(xiàn)有的電容檢測電路，存在干擾大，檢測速度慢等問題。
3、由于電容發(fā)生變化會引起相應(yīng)的電壓信號發(fā)生變化，因此現(xiàn)有技術(shù)中也會通過電壓采集電路監(jiān)測液滴運(yùn)動狀態(tài)，例如現(xiàn)有的液滴驅(qū)動信息反饋傳感電路中，采用逐點(diǎn)讀取驅(qū)動電壓信號值再疊加形成反饋曲線的方法(描點(diǎn)法)，但該種方法存在采樣數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、個別數(shù)據(jù)點(diǎn)異常導(dǎo)致整體反饋信息不準(zhǔn)確等問題，即數(shù)據(jù)采樣頻率需要滿足一定要求且需要屏蔽掉異常的信號點(diǎn)。同時對于電容變化引起的電壓信號變化，現(xiàn)有的采集方法中通過用量程的切換保證不同大小的信號均可以被準(zhǔn)確識別，但該方法量程切換時間較長導(dǎo)致液滴運(yùn)動過程中量程的切換
4、同時，現(xiàn)有的微流控芯片一般都是對單個微通道中的液滴分別進(jìn)行驅(qū)動控制和狀態(tài)監(jiān)測，無法對微流芯片的多個通道同時進(jìn)行驅(qū)動控制和狀態(tài)監(jiān)測，導(dǎo)致微流控芯片的工作效率較低。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、鑒于上述的分析，本專利技術(shù)實施例旨在提供一種微流控芯片及液滴狀態(tài)監(jiān)測方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中無法對微流控芯片的多個通道同時進(jìn)行驅(qū)動控制和狀態(tài)監(jiān)測以及獲取的液滴運(yùn)動位置信息的準(zhǔn)確度低和實時性差的問題。
2、一方面，本專利技術(shù)實施例提供了一種微流控芯片，所述微流控芯片包括：芯片基體、多個分壓元件和多個分壓采集電路，
3、所述芯片基體上形成多個用于容納液滴的微通道，每個所述微通道分別對應(yīng)設(shè)置一個用于控制液滴運(yùn)動的電極組，所述電極組包括一個公共電極和多個沿液滴運(yùn)動路徑間隔設(shè)置的驅(qū)動電極；
4、驅(qū)動電源分別與所有的驅(qū)動電極相連，所述驅(qū)動電源將驅(qū)動電壓施加到一個或多個驅(qū)動電極上，以控制一個或多個所述微通道中的液體運(yùn)動；
5、驅(qū)動電源與每個所述公共電極之間分別串聯(lián)一個所述分壓元件，所述分壓元件與所述分壓采集電路一一對應(yīng)，每個所述分壓采集電路分別用于采集一個所述分壓元件兩端的分壓信號，
6、其中，根據(jù)每個所述分壓采集電路采集的分壓信號和所述驅(qū)動電源的驅(qū)動電壓信號獲取各微通道中的液滴的運(yùn)動位置信息。
7、基于上述的微流控芯片的進(jìn)一步改進(jìn)，所述驅(qū)動電源通過開關(guān)陣列模塊與所有的驅(qū)動電極相連，所述開關(guān)陣列模塊用于選通其中一個或多個所述驅(qū)動電極與所述驅(qū)動電源之間的連接。
8、基于上述的微流控芯片的進(jìn)一步改進(jìn)，所述芯片基體包括相對設(shè)置的第一基板和第二基板，所述第一基板上設(shè)置所述公共電極，所述第二基板上設(shè)置所述驅(qū)動電極，所述第一基板和所述第二基板之間通過封膠形成多個所述微通道。
9、基于上述的微流控芯片的進(jìn)一步改進(jìn)，所述分壓采集電路包括：采集模塊和多條并聯(lián)設(shè)置的第一放大通道，所述第一放大通道均包括串聯(lián)的第一放大器和第一交流轉(zhuǎn)直流元件，每條所述第一放大通道的第一放大器的放大系數(shù)不同，
10、所述采集模塊用于采集所述分壓元件兩端的分壓信號，所述第一放大器用于將采集的分壓信號放大，所述第一交流轉(zhuǎn)直流元件用于將經(jīng)對應(yīng)的第一放大器放大的分壓信號由交流信號轉(zhuǎn)化為直流信號并作為分壓信號測量值輸出。
11、基于上述的微流控芯片的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一交流轉(zhuǎn)直流元件為有效值芯片，其中，每條所述第一放大通道的所述有效值芯片的積分時間根據(jù)其對應(yīng)的所述第一放大器的放大系數(shù)設(shè)置。
12、基于上述的微流控芯片的進(jìn)一步改進(jìn)，所述微流控芯片還包括：處理模塊，
13、所述處理模塊分別與每個所述分壓采集電路的多條所述第一放大通道的輸出端相連，所述處理模塊根據(jù)預(yù)設(shè)閾值選擇其中一條所述第一放大通道輸出的分壓信號測量值作為該分壓采集電路采集的分壓信號的有效測量值，用于獲取相應(yīng)的微通道中的液滴的運(yùn)動位置信息。
14、基于上述的微流控芯片的進(jìn)一步改進(jìn)，所述微流控芯片還包括：驅(qū)動電壓采集電路，
15、所述驅(qū)動電壓采集電路包括：衰減模塊、第二放大器和第二交流轉(zhuǎn)直流元件，
16、所述衰減模塊用于采集并衰減所述驅(qū)動電源施加的驅(qū)動電壓信號，所述第二放大器用于將衰減后的驅(qū)動電壓信號放大，所述第二交流轉(zhuǎn)直流元件用于放大的驅(qū)動電壓信號由交流信號轉(zhuǎn)化為直流信號并作為驅(qū)動電壓信號測量值輸出。
17、另一方面，本專利技術(shù)實施例提供了一種液滴狀態(tài)監(jiān)測方法，基于如上所述的微流控芯片實現(xiàn)，所述方法包括：
18、所述驅(qū)動電源將驅(qū)動電壓施加到一個或多個驅(qū)動電極上，以控制一個或多個所述微通道中的液體運(yùn)動；
19、分別通過各分壓采集電路獲取各微通道對應(yīng)的分壓信號；
20、獲取驅(qū)動電源施加的驅(qū)動電壓信號；
21、根據(jù)各微通道對應(yīng)的分壓信號和所述驅(qū)動電源的驅(qū)動電壓信號分別計算各微通道的電極間等效電容值，以獲取各微通道中的液滴的運(yùn)動位置信息。
22、基于上述方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述通過各分壓采集電路獲取各微通道對應(yīng)的分壓信號，包括：
23、每個微通道對應(yīng)的分壓采集電路中，通過其多條第一放大通道分別獲取多個分壓信號的測量值；
24、根據(jù)預(yù)設(shè)閾值選擇其中一條所述第一放大通道輸出的分壓信號的測量值作為該微通道對應(yīng)的分壓信號的有效測量值。
25、基于上述方法的進(jìn)一步改進(jìn)，根據(jù)如下公式各微通道的電極間等效電容值cd：
26、
27、式中，umeasurec為微通道對應(yīng)的分壓信號的有效測量值，ac為微通道對應(yīng)的分壓信號有效測量值的放大系數(shù)，z為分壓元件的阻抗，u為驅(qū)動電壓信號的有效值，ω為驅(qū)動電壓信號的角頻率。
28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)至少可實現(xiàn)如下有益效果之一：
29、1、本專利技術(shù)中，能夠同時對微流控芯片的多個微通道中的液滴進(jìn)行驅(qū)動控制和狀態(tài)監(jiān)測，有利于提高微流控芯片的工作效率。
30、2、本專利技術(shù)中，在采集信號時不會影響被測微流控芯片的液滴驅(qū)動工作，實現(xiàn)液滴驅(qū)動過程中液滴的運(yùn)動狀態(tài)的實時監(jiān)測判斷，有利于節(jié)約時間。
31、3、本專利技術(shù)中，考慮到分壓元件兩端的分壓信號的變化范圍較大，分壓采集電路采用多路并行不同放大倍數(shù)的放本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片包括：芯片基體、多個分壓元件和多個分壓采集電路，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述驅(qū)動電源通過開關(guān)陣列模塊與所有的驅(qū)動電極相連，所述開關(guān)陣列模塊用于選通其中一個或多個所述驅(qū)動電極與所述驅(qū)動電源之間的連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微流控芯片，其特征在于，所述芯片基體包括相對設(shè)置的第一基板和第二基板，所述第一基板上設(shè)置所述公共電極，所述第二基板上設(shè)置所述驅(qū)動電極，所述第一基板和所述第二基板之間通過封膠形成多個所述微通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微流控芯片，其特征在于，所述分壓采集電路包括：采集模塊和多條并聯(lián)設(shè)置的第一放大通道，所述第一放大通道均包括串聯(lián)的第一放大器和第一交流轉(zhuǎn)直流元件，每條所述第一放大通道的第一放大器的放大系數(shù)不同，
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一交流轉(zhuǎn)直流元件為有效值芯片，其中，每條所述第一放大通道的所述有效值芯片的積分時間根據(jù)其對應(yīng)的所述第一放大器的放大系數(shù)設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微流控芯片，其
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片還包括：驅(qū)動電壓采集電路，
8.一種液滴狀態(tài)監(jiān)測方法，基于權(quán)利要求1-7中任一項所述的微流控芯片實現(xiàn)，其特征在于，所述方法包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的液滴狀態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于，所述通過各分壓采集電路獲取各微通道對應(yīng)的分壓信號，包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的液滴狀態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于，根據(jù)如下公式計算各微通道的電極間等效電容值Cd：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片包括：芯片基體、多個分壓元件和多個分壓采集電路，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述驅(qū)動電源通過開關(guān)陣列模塊與所有的驅(qū)動電極相連，所述開關(guān)陣列模塊用于選通其中一個或多個所述驅(qū)動電極與所述驅(qū)動電源之間的連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微流控芯片，其特征在于，所述芯片基體包括相對設(shè)置的第一基板和第二基板，所述第一基板上設(shè)置所述公共電極，所述第二基板上設(shè)置所述驅(qū)動電極，所述第一基板和所述第二基板之間通過封膠形成多個所述微通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微流控芯片，其特征在于，所述分壓采集電路包括：采集模塊和多條并聯(lián)設(shè)置的第一放大通道，所述第一放大通道均包括串聯(lián)的第一放大器和第一交流轉(zhuǎn)直流元件，每條所述第一放大通道的第一放大器的放大系數(shù)不同，...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：臧金良，許諾，劉立濱，安靈椿，張淮，汪震海，王俊明，
申請(專利權(quán))人：北京機(jī)械設(shè)備研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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