[发明专利]一种基于电润湿的微流控液滴定位系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字微流控技术领域，具体为一种基于电润湿的微流控液滴定位系统及方法。

背景技术

介电润湿微流控是一种利用电场控制液体表面张力的方法，通过控制外加电压改变液滴与固体表面的湿润性，引起液滴内部压力差，进而驱动微液滴运动。

液滴微流控又称数字微流控，该技术具有样品消耗量少、反应快、传质传热效果好、无交叉污染等优点，是微流控技术的研究热点。经典的微流控芯片主要对连续流体进行操作，是通过微细加工技术将微流道、微泵、微阀、微储液器、微电极、检测元件、窗口和连接器等功能元器件像集成电路一样，集成在芯片材料上的微全分析系统。最近10年，基于介电湿润的数字微流控芯片成为了很多微流控研究机构的研究重点，并且取得了极大的进展。目前能被操控液滴的体积已达到微升甚至是纳升，从而可以在微尺度下对不同类型的液滴进行驱动控制。

对于基于介电湿润的数字微流控芯片的实验，确定液滴的当前位置和芯片实时状态是至关重要的。现有技术的介电湿润微流控的研究大都把重点放在液滴的驱动机理以及电极设计上，很少有相关液滴的定位反馈研究。最开始在2004年H.Ren等人使用一种环形振荡电路去实现高精度的液滴分配和定位。接下来，Gong等人提出基于改进的环形振荡电路的集成化的液滴定位反馈系统，把液滴的分配状态实时反馈到液滴发生器上。Shin等人发明了基于视觉反馈的控制系统，控制器通过检测液滴截面圆与驱动电极的相对位置达到锁定液滴位置的目的。但是该系统需要有高精度的视频处理系统，开销较大，成本较高。在2011年Shih等人发明了基于传感器的反馈控制系统，传感器用于检测EWOD芯片的交流电信号，然后与所施加的驱动电压信号进行比较以达到反馈控制的目的。但该技术对液滴的特性依赖性较大，通用性较差。

综上，因此该技术有必要进行改进。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种针对液滴当前的运动状态与位置的“芯片-液滴”等效电容模型，并根据此模型从电容值这个参数直观地了解到液滴当前运动状态与位置，进而驱动液滴运动的基于电润湿的微流控液滴定位系统及方法。

本发明所采用的技术方案是：

本发明提供一种基于电润湿的微流控液滴定位系统，包括电润湿、微处理器、主控模块、液滴驱动模块、液滴定位模块和电源，所述微处理器与主控模块连接，所述主控模块的输出端与液滴驱动模块的输入端连接，所述液滴驱动模块的输出端与电润湿的输入端连接，所述电润湿的输出端与所述液滴定位模块的输入端连接，所述液滴定位模块的输出端与主控模块的输入端连接，所述电源的输出端与主控模块的输入端连接。

作为该技术方案的改进，所述主控模块为型号为STM32的芯片。

作为该技术方案的改进，所述液滴驱动模块为型号为SSD1627的芯片。

作为该技术方案的改进，所述液滴定位模块包括数据采集芯片和数据处理芯片。

进一步地，所述数据采集芯片为Pcap01芯片。

进一步地，所述数据处理芯片为CycloneIV芯片。

另一方面，本发明还提供一种基于电润湿的微流控液滴定位方法，包括以下步骤：

系统将电润湿内待测液滴与位于所述液滴下方的疏水绝缘层视为串联在一起的电容；

主控芯片发出命令至液滴驱动模块，所述液滴驱动模块驱动所述待测液滴移动；

液滴定位模块采集所述液滴当前电容值，并确定所述液滴的相对位置；

系统验证所述液滴是否位于目标位置，若不是，则主控模块发出命令至液滴驱动模块，并驱动液滴移动，直到到达所述目标位置；若是，则主控模块发出命令至液滴驱动模块，并驱动液滴移动至下一目标位置。

本发明的有益效果是：本发明提出了一套基于系统“芯片-液滴”等效电容模型的液滴定位与反馈系统方案，建立了一个“芯片-液滴”等效电容模型，把液滴驱动系统与定位系统相结合，再通过当前芯片内部液滴与疏水层的实时状态反馈给驱动系统，这样，在数据支持下可以更准确地了解到液滴在EWOD芯片电极上的具体位置和大体分布的情况，而不单单通过肉眼观察。采用该高智能化和精确度的液滴运动定位反馈系统及方法，可以更加直观、直接的进行液滴的定位与控制，十分方便，且效率较高，有利于提高液滴移动的连续性和移动速度，具有实用性和一定的创新性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明一实施例的系统控制示意图；

图2是本发明一实施例的控制流程图；