[发明专利]基于介电润湿数字微流控的液滴检测系统及检测方法

说明书

本发明公开了一种基于介电润湿数字微流控的液滴检测系统及检测方法，包括设有液滴移动通道的微流控芯片，嵌入在液滴移动通道底壁内的驱动电极和顶壁内的检测电极；检测电极信号经检测模块、信号放大滤波模块输出给微处理器；微处理器控制信号输出接口分别与液滴驱动模块、电源切换模块和可调节驱动电源的控制输入接口连接；液滴驱动模块用于向指定驱动电极输出设定的驱动电压或检测电压；电源切换模块用于为液滴驱动模块选择驱动电源或检测电源；可调节驱动电源用于为液滴驱动模块驱动液滴运动提供电源；检测电源用于为液滴驱动模块产生激励脉冲电压。本发明以采集的电压值判定当前驱动电极位置有无液滴及液滴大小、成分，液滴位置检测精度高。

技术领域

本发明涉及液滴检测系统，尤其是涉及基于介电润湿数字微流控的液滴检测系统及检测方法。

背景技术

数字微流控(DMF，英文digital microfluidics的缩写)已经成为强大的液体处理技术，广泛用于小型化的生物和化学领域，能够在不需要泵、阀门、运动部件或笨重的管组件情况下，对多种样本和试剂进行实时、精确和高度灵活的操控。

纳升至微升体积的离散液滴从贮存器被分配到涂覆有疏水绝缘体的平坦表面上，其中通过将一连串的电势施加到嵌入式电极阵列来对它们进行操控(运送、分裂、合并、混合)。例如，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，其中对微尺度液滴进行实时准确检测，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。作为微流控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需要考虑实时性。目前，现有技术存在的问题是：现有电润湿面板，虽然可以利用控制电路将液滴从起点电极传送到终点电极，但无法对液滴位置进行监控；个别液滴有可能出现个体差异或环境差异，例如：此液滴的尺寸过大或过小、带入异常电荷、环境中引入杂质或静电、温湿度的变化等，这极可能导致此液滴无法正常移动。由于没有位置监控系统，驱动电路无法察觉，还是按照正常的时序进行控制，这就导致不仅该液滴无法到达终点，而且会影响之后所有液滴的正常移动，造成设备的可靠性很低。

中国专利申请号：201810003124 .3公开了一种基于传感器的反馈控制系统，传感器用于检测微流控芯片的交流电信号，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，但该技术方案对液滴的特性依赖性较大，通用性差。中国专利申请号：201710105878.5公开了一种基于等效电容的容值检测的液滴定位系统，该系统将微流控芯片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是否位于目标位置；但是，该技术方案对于数字式微流控系统驱动电极数量多的情况，需要的电容传感器数量庞大，为了提高运算速度，还需FPGA专门处理采集数据，对驱动电极较多的应用，增大了外围检测电路的复杂度，不利于小型化集成和成本降低。中国专利申请号：201710692529 .8公开了一种通过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；该技术方案优点是检测电路简单、易于集成、成本低；但缺点是不同的芯片驱动电压不同，液滴位置的检测值受到驱动电压影响，每次更换芯片需要重新标定（通过调整检测电阻值，再结合程序标定），需人工干预，自动化程度不高。

发明内容

本发明目的在于提供一种工作可靠性和自动化程度高的基于介电润湿数字微流控的液滴检测系统，本发明另一目的是提供该液滴检测系统的检测方法。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：