[发明专利]一种数字式微流控芯片及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字式微流控芯片及其控制方法。

背景技术

当今国民经济中，药品研发、医学检测、食品开发、生物催化、化工实验等过程复杂而漫长，涉及的学科门类众多，而实际的研发、生产以及实验过程中，仍然采用传统方法，包括使用取液器、取液枪、试剂盒等工具，多采用人工或半人工的方式进行，自动化程度不高，效率低下，并且整个过程样品、原料使用量偏高，浪费严重，使得相关的材料、人力、管理等成本居高不下。随着科技的进步以及时代的发展，很多复杂的检测、实验都可以在几平方厘米甚至更小的芯片上实现，这就是微流控系统，又称芯片实验室，是一种以在微小尺度空间对流体进行操控为主要特征的一种前沿科学技术，它被称为“改变世界”的七种技术之一。

微流控芯片是实现微流控技术的物质载体，具有将生物、化学实验室的基本功能微缩到一个几平方厘米甚至更小尺寸的芯片上的能力，使得药品研发、医学检测、生物及化学实验的成本大幅降低，效率显著提高，并兼具智能性、便捷性。

当前微流控系统主要以模拟控制为主，表现为在封闭的微通道或微管路内，通过微泵和微阀改变液流的流速、压力等参数，从而实现液体的定向移动。这种微流控技术当前得到了一些应用，其实质是一种在微小的空间里对模拟量的控制，整个液流空间实现密闭并不容易，尤其在驱动液体流动时，微泵加压时极易引起液体泄漏，并具有控制精度低、试剂消耗量大、研制成本高、重复利用性差等很多缺点。

在科技高速发展的过程中，微流控领域也出现一些新的技术，主要采用高压电力驱动下的电泳、电渗原理，相比之前的技术方案，对微通道内液流的控制精度有了显著的提高，但高电压对很多试剂、样本都有不同程度的破坏作用，即使纯净的蒸馏水，也会产生分解作用产生气体，影响实验的进行。除此之外，过大的功耗、液体发热、适用试剂类型较少等也是这项技术没有被广泛推广应用的重要原因。

本发明以数字控制（又称逻辑控制）为主要特征，舍弃了以往微流控系统中大量使用的微通道、微泵和微阀，在液滴运动载体表层贴覆极小的电极阵列，每个电极可通过引线接入电信号，利用液体的电湿润原理，实现对单个或多个液滴的位置、运动的控制。

发明内容

本发明的数字式微流控芯片包括基片、电极、电极引线、涂层、盖片、端口，还包括进液池与进液接口中的一种或多种，以及出液池与出液接口中的一种或多种。

其中，进液池、进液接口、出液池以及出液接口等可选择的位置包括但不限于：基片上、盖片上、基片与盖片之间，进液池或进液接口、出液池或出液接口以通孔的方式实现液滴或液流在芯片内外部之间移动。

本发明的数字式微流控芯片中，进液池包含样品池类型，进液接口包含样品液接口类型；出液池中包括成品池、废液池类型，出液接口中包括成品液接口、废液接口类型。

若干路液体经由进液池或进液接口进入芯片，在芯片中进行一定时间的反应与操作之后，经由出液池或出液接口流出芯片。

本发明的数字式微流控芯片的电极固定于基片内部或朝向盖片一侧的表面，不同电极之间绝缘，电极引线与对应的电极、端口分别电气连接，连接不同电极的电极引线之间绝缘。

本发明中针对每一个电极与对应端口的引线可以有一根，也可以有多根，其中，单个电极与对应端口的引线为多根的情况，针对当前实际应用中生产制造工艺有缺陷或误差，以及使用中导线容易断裂的现象，可大大增强芯片的可靠性，并在系统布线与接线方面更具便捷性。

本发明的数字式微流控芯片包括若干涂层，涂层功能包括但不限于：绝缘、润滑、疏水、疏油，涂层的位置包括：基片朝向盖片的一侧以及位于其表面的电极上、盖片朝向基片的一侧，另外，盖片朝向基片的一侧包括一层导电层，该层位于盖片与涂层之间，与液体绝缘，但导电层自身上任何两点都是电气导通的。

本发明的数字式微流控芯片在实际应用中，可以选择如下结构形式中的一种：

1. 盖片与固定有电极的基片在保证一定距离的前提下平行固定，二者边缘位置通过填充物密封衔接，使液滴或液流只能通过进液池（或进液接口）以及出液池（或出液接口）在芯片内外部之间移动。

2. 盖片与固定有电极的基片在保证一定距离的前提下平行固定，二者没有通过填充物密封或部分区域通过填充物密封衔接，使液滴或液流除通过进液池（或进液接口）、出液池（或出液接口）外，还可从其他位置在芯片内外部之间移动。

本发明的数字式微流控芯片的电极形状可以选择下述形状中的一种或多种：

1. 矩形。