專利名稱：液滴測量方法及液滴控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種微流體控制技木，特別涉及一種基于電潤濕的微流器件的液滴測量方法及液滴控制方法。
背景技術(shù)：
在過去的十 年間,微流體系統(tǒng)(Microfluidic System)已經(jīng)逐漸發(fā)展成為生命科學等領(lǐng)域中的ー項關(guān)鍵技術(shù)。在包括生物技術(shù)、醫(yī)療檢測、環(huán)境監(jiān)測、食品衛(wèi)生、化工處理在內(nèi)的多個領(lǐng)域具有廣泛的應用。在很多情況下，微流系統(tǒng)都是利用微電子機械系統(tǒng)(MicroElectroMechanical Systems, MEMS)的技術(shù)來制作的，比如在各種各樣的襯底上生長各種各樣的電極、電子線路等。例如專利W02009/003184種描述的在微流系統(tǒng)上實現(xiàn)聚合酶鏈漢故(Polymerase Chain Reaction, PCR)。微流體系統(tǒng)性能得以發(fā)揮的關(guān)鍵和基礎(chǔ)是微流體控制技術(shù)，也就是如何快速、精確和高效地操縱微量流體。盡管當前存在諸多微流體控制技術(shù)，例如利用機械泵而產(chǎn)生的真空或壓力、高電壓產(chǎn)生的電泳效應(Electrophoresis)和電滲效應(Electroosmosis)、轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的離心力、壓電效應等。但是，這些技木通常會有些不足之處，包括器件制作昂貴、操作復雜、能耗高、耐用性差等，這也成為制約微流體系統(tǒng)更廣泛和成功應用的技術(shù)瓶頸之
o在眾多微流體控制技術(shù)中，基于介質(zhì)材料電潤濕(Electro Wetting OnDielectrics，簡稱EW0D)原理的對分離狀態(tài)的液體(液滴)進行操作的微液滴控制技術(shù)是ー種新興的微流體控制技木。與其它微流體控制技術(shù)(如電滲流、微機械泵和閥、熱毛細泵等)相比，EWOD微液滴控制技術(shù)具有實現(xiàn)簡單、功耗低、無可動部件因而可靠、尺寸小、控制功能多而且快速靈活、無死體積、定量化等綜合優(yōu)點。介質(zhì)材料上的電潤濕效應是一種通過對固體電極和液體間施加電勢來改變液體表面張カ的可逆現(xiàn)象?；陔姖櫇裥奈⒘髌骷梢詫崿F(xiàn)生化反應的液體操作的所有步驟，例如液滴的產(chǎn)生、移動、拆分、合并、攪拌與混合、孵化(Incubation)、收集等,這對實現(xiàn)生化分應得微量化、自動化、數(shù)字化等，有著深遠的意義。其中，WO2006/124458、US 2008/0038810、及 US 6，911，132 等專利文獻中描述了單層驅(qū)動電極的微流器的技術(shù)，而WO 2008/101194A2的專利文獻則描述了ー種兩層驅(qū)動電極的雙面電極的微流控制器件的結(jié)構(gòu)，與前述各專利文獻相比，兩層驅(qū)動電極的微流器件結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)勢，例如設(shè)計更通用、器件制作成本較低、相應的控制儀器的設(shè)計更簡單。專利WO 2008/101194A2中提出的微流控制器件的結(jié)構(gòu)及液滴操作方法有著相當準確性，但芯片制作以及液滴操作難免會有隨機誤差，例如在多個液滴沿著同一列或行出現(xiàn)的情況下，在試圖移動其他液滴時某些液滴可能會經(jīng)歷無意的或不可預知的移動，不能對液滴的狀況(位置、大小、體積、速度等)進行準確地監(jiān)控，影響液滴控制的準確性和工作效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種液滴測量方法及液滴控制方法，用于準確測量液滴與驅(qū)動電極的交疊狀況，并對液滴進行例如產(chǎn)生、移動、分離、合并等相應動作，提高工作效率。本發(fā)明在一方面提供一種液滴測量方法，包括提供基于電潤濕的微流器件和與所述微流器件連接的電容測量裝置，所述微流器件包括襯底以及位于所述襯底上、包含多個驅(qū)動電極的驅(qū)動電極陣列；利用所述電容測量裝置，對所述微流器件中的ー個或多個驅(qū)動電極進行電容測量；根據(jù)所述電容測量裝置所獲得的電容測量結(jié)果，判斷出所述微流器件中液滴與所述驅(qū)動電極的交疊狀況?？蛇x地，所述驅(qū)動電極陣列中的驅(qū)動電極是用來對所述液滴進行有電潤濕效果的操作。
可選地，所述液滴與所述驅(qū)動電極的交疊狀況包括液滴在驅(qū)動電極上是否存在或部分存在、液滴在驅(qū)動電極上所在的位置、液滴形狀、大小?？蛇x地，所述進行電容測量的方法包括基于諧振法的電容測量法及基于電容器充放電法的電容測量法。本發(fā)明在另一方面還提供ー種液滴控制方法，包括提供基于電潤濕的微流器件和與所述微流器件連接的電容測量裝置，所述微流器件包括襯底以及位于所述襯底上、包含多個驅(qū)動電極的驅(qū)動電極陣列；利用所述電容測量裝置，對微流器件中的ー個或多個驅(qū)動電極進行電容測量，獲得液滴在驅(qū)動電極上的交疊狀況，確定所述微流器件中液滴的位置；根據(jù)預設(shè)的操作要求，對驅(qū)動電極陣列中的一個或多個驅(qū)動電極依照一定的順序施加電壓，控制液滴進行相應動作，并在控制液滴完成相應動作后釋放相應驅(qū)動電極上的電壓；利用所述電容測量裝置，對所述微流器件中的一個或多個驅(qū)動電極進行電容測量，以確保所述液滴的位置符合所述預設(shè)的操作要求?？蛇x地，所述控制液滴進行相應動作包括液滴的產(chǎn)生、移動、拆分、合井中的ー種或多種?？蛇x地，所述液滴控制方法還包括若通過電容測量后確定得到所述液滴不能到達所述預設(shè)的操作要求的目標位置上吋，則判定所述驅(qū)動電極為失效；重新對液滴進行操作以繞過所述失效的驅(qū)動電極。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的液滴測量方法及液滴控制方法能對液滴與驅(qū)動電極的交疊狀況(位置、大小、體積、速度等)進行準確地監(jiān)控，如此根據(jù)監(jiān)控結(jié)果，可以準確控制液滴執(zhí)行產(chǎn)生、移動、分離、合并等相應動作，提高工作效率。另外，根據(jù)本微流器件發(fā)明能對液滴與驅(qū)動電極的交疊狀況(位置、大小、體積、速度等)進行準確地監(jiān)控的技術(shù)特點，本發(fā)明的液滴測量方法還可以對微流器件進行質(zhì)量鑒定。利用已知的的實驗條件(如控制電壓大小、電極上加電壓的順序及間隔時間等)對液滴進行操作(如產(chǎn)生、移動、分離、合并)，并對液滴進行電容測量，如果所得到的測量結(jié)果與預計值有偏差，則表明微流器件可能有質(zhì)量問題。再有，本發(fā)明的液滴測量方法還可以對在某一固定位置的液滴進行電容隨時間的變化進行測量，從而可以對液滴中進行的物理、化學、及生物過程進行測量及判斷。例如，液滴中氣泡的產(chǎn)生、蛋白質(zhì)晶體的生長、細胞活性(Cell Viability)、毒性(Cytotoxicity)的變化、細胞凋亡(Apoptosis)等。


圖IA和圖IB為基于電潤濕的微流器件的兩個相互呈90度的截面示意圖；圖2為嵌在圖I中微流器件的襯底表面上的雙層結(jié)構(gòu)的驅(qū)動電極陣列的俯視平面圖；圖3為本發(fā)明液滴測量方法在一個實施方式中的流程示意圖；圖4A至4D為第一驅(qū)動電極層中ー個第一驅(qū)動電極與接地電極之間的有效電容的等效不意圖；圖5A至為第二驅(qū)動電極層中ー個第二驅(qū)動電極與接地電極之間的有效電容的等效不意圖；圖6A顯示了一種諧振法的電容測量法的電路示意圖；圖6B顯示了ー種基于電容器充放電法的電容測量法的電路示意圖；圖6C顯示了利用電容式傳感器芯片來對多個未知電容同時測量的電路示意圖；圖7顯示了液滴與驅(qū)動電極的重疊程度與測量所得的相對電容之間的關(guān)系；圖8為本發(fā)明液滴控制方法在一個實施方式中的流程示意圖；圖9A至9D顯示了利用本發(fā)明基于電潤濕的微流器件應用于液滴產(chǎn)生的示意圖；圖IOA至IOE顯示了利用本發(fā)明基于電潤濕的微流器件應用于液滴移動的示意圖；圖IlA至IlD顯示了利用本發(fā)明基于電潤濕的微流器件應用于液滴分離的示意圖；圖12A至12D顯示了利用本發(fā)明基于電潤濕的微流器件應用于液滴合并的示意圖。
具體實施例方式鑒于現(xiàn)有的微流控制技術(shù)不能對液滴的狀況(位置、大小、體積、速度等)進行準確地監(jiān)控，從而存在影響液滴控制的準確性和工作效率的問題。因此，本發(fā)明的發(fā)明人對現(xiàn)有技術(shù)進行了改進，提出了一種液滴測量方法及液滴控制方法，如此，可以獲得良好的與液滴相關(guān)的反饋信息，能更好、更準確地對液滴進行控制，提高工作效率。以下將通過具體實施例來對本發(fā)明所提出的用于基于電潤濕的微流器件的液滴測量方法及液滴控制方法進行詳細說明。請參閱圖IA和圖1B，為基于電潤濕的微流器件中芯片層的截面示意圖，其中圖IA與圖IB的視角相差90°。結(jié)合圖IA和圖1B，微流器件作為進行微流體控制的數(shù)字化微流器件，可以對以分離形式或液滴狀態(tài)的液體進行操作。微流器件包括兩個相向設(shè)置的第一芯片層10、第二芯片層20、以及相應的控制電路(未在圖式中予以顯示)。以下對上述微流器件中的第一芯片層10和第二芯片層20進行詳細說明。 第一芯片層10包括用于生長驅(qū)動電極的第一襯底101，第一襯底101具有ー個相背面和一個相向面；位于第一襯底101的相向面上的第一驅(qū)動電極層103,驅(qū)動電極層103中包括平行設(shè)置的多個第一驅(qū)動電極；位于第一驅(qū)動電極層103之上的電解質(zhì)層105 ；位于電解質(zhì)層105之上的第二驅(qū)動電極層107，第二驅(qū)動電極層107中包括平行設(shè)置的多個第二驅(qū)動電扱；以及，位于第二驅(qū)動電極層107之上的厭水絕緣層109。特別需要說明的是，在本發(fā)明中，第一驅(qū)動電極層103中的多個第一驅(qū)動電極和第二驅(qū)動電極層107中的多個第二驅(qū)動電極相互交叉設(shè)置 (例如構(gòu)成90°正交關(guān)系)構(gòu)成為雙層結(jié)構(gòu)的驅(qū)動電極陣列或格柵。另可參閱圖2，其為微流器件中芯片層在俯視情況下顯示出上述雙層結(jié)構(gòu)的驅(qū)動電極陣列的平面示意圖。如圖2所示，在這里，僅顯示的是網(wǎng)格狀的驅(qū)動電極陣列中的一部分，假設(shè)第一驅(qū)動電極層103包括分別以El、E2、E3、E4、E5標不的5個第一驅(qū)動電極,第ニ驅(qū)動電極層107包括分別以E6、E7、E8、E9、E10標示的5個第二驅(qū)動電極，所述多個第一驅(qū)動電極和所述多個第二驅(qū)動電極交叉設(shè)置，構(gòu)成呈矩形網(wǎng)格狀的驅(qū)動電極陣列。再有，同一驅(qū)動電極層上的多個驅(qū)動電極之間通常在生長電解質(zhì)層時被添上電解質(zhì)材料，但并不以此為限，這些空間也可以不放任何材料或充滿不同的氣體如空氣、氮氣、氦氣、氬氣等。所述基于電潤濕的微流器件中所有的驅(qū)動電極之間，不管是同一驅(qū)動電極層之間或不同驅(qū)動電極層之間的，在電學上都通常是不導通的。請繼續(xù)參閱圖IA和圖1B，第二芯片層20包括用于生長接地電極的第二襯底201,第二襯底201具有背離第一芯片層10的ー個相背面和面向第一芯片層10的ー個相向面；位于第二襯底201的相向面上的接地電極G ;以及，位于接地電極G上的厭水絕緣層205。用于制作襯底的材料并不重要，只要用來布置驅(qū)動電極的表面是(或者被處理成)不導電即可。材料還應當足夠堅硬，以便襯底可以基本上保持制成時的本來形狀。襯底可以由(但不限干)石英、玻璃或諸如聚碳酸醋(PC)和環(huán)烯烴共聚合物(COC)之類的聚合物制成。驅(qū)動電極的數(shù)量可以從2個變化到100，000個；一般地，是從2個到10，000個；更
優(yōu)選地，是從2個到200個。同一層中每個驅(qū)動電極的寬度或者相鄰驅(qū)動電極間的間隔可以在約0. 005mm到約IOmm間變化，優(yōu)選地，是在約0. 05mm到約2mm間變化。驅(qū)動電極可以由任何導電材料制成，例如銅、鉻和銦錫氧化物(ITO)等制成。為了方便，附圖中示出的驅(qū)動電極的形狀被顯示為長方形，但并不以此為限，驅(qū)動電極可以采用很多其他形狀以具有基本上類似的電潤濕效應。驅(qū)動電極的每條邊可以是直的(如圖中所示)、彎曲的或者鋸齒形的等。盡管每個電極的準確形狀并不是嚴格的，但是同一層處的電極形狀應當基本相似，并且彼此應當基本上平行。用于電解質(zhì)層105和厭水絕緣層109、205的材料可以是(但不限干)聚四氟こ烯、聚氯代對ニ甲苯和ニ氧化硅等，優(yōu)選地，厭水絕緣層109、205的表面是厭水性的。這可以通過(但不限干)將聚四氟こ烯或其他厭水性材料的薄層涂覆在厭水絕緣層109、205上來實現(xiàn)。厭水絕緣層109、205還可以使用表面形態(tài)技術(shù)、利用網(wǎng)紋表面制成厭水性的或超厭水性的。第一芯片層10和第二芯片層20之間的空隙則作為液滴(以字母D作為標識)的運行空間(如圖1A、1B、2所示)。在這里，液滴D指的是基于電潤濕的微流器件中為填充液體或空氣所包括或部分包括的有一定體積的液體。液滴D可以有各種各樣的形狀，例如球形、圓盤形、柱形、條形、截斷的球形、橢圓體形、卵形、以及液滴操作(例如分離或合井)當中的各種各樣形狀。另外，本發(fā)明中所提到的液滴通常是導電的，通過控制第二芯片層20中的第一電極和/或第二電極來進行液滴的相關(guān)操作，所述液滴操作具體包括將液體放入微流器件中、從微流器件的液體儲存處產(chǎn)生出液滴、將液滴從ー處移動到另ー處、將ー個液滴分成兩個或更多、將兩個或更多液滴合成ー個、對液滴進行攪動、將液滴變形、孵化液滴、加熱液滴、將液滴從微流器件上移出，以及任何這些操作的組合。利用上述基于電潤濕的微流器件，通過給其中的一個或多個驅(qū)動電極有選擇性地施加電壓，激發(fā)它們，實現(xiàn)對液滴的操作。其中，在液滴的操作中，需要對液滴的狀況進行準確地監(jiān)控，因此，本發(fā)明特別提供了液滴測量方法。如圖3所示，所述液滴測量方法包括S10，提供基于電潤濕的微流器件和與所述微流器件連接的電容測量裝置，所述微流器件包括襯底以及位于所述襯底上、包含多個驅(qū)動電極的驅(qū)動電極陣列；S12，利用所述電容測量 裝置，對所述微流器件中的一個或多個驅(qū)動電極進行電容測量；S14，根據(jù)所述電容測量裝置所獲得的電容測量結(jié)果，判斷出所述微流器件中液滴與所述驅(qū)動電極的交疊狀況。下面對所述液滴測量方法作詳細描述。在基于電潤濕的微流器件中，其中的一個驅(qū)動電極和接地電極便組成ー個電容器。圖4A至4D顯示了第一驅(qū)動電極層103中的ー個第一驅(qū)動電極與接地電極之間的有效電容的等效不意圖。圖4A是在第一驅(qū)動電極層103的一個驅(qū)動電極(假設(shè)為E3)和接地電極G之間不同組成部分的電容貢獻的分解圖。在本發(fā)明中，ー個電容器(或等效電容器)可以被視為ー個平行平板電容器，對于這種電容器，其電容值可以用ー下公式計算(這里忽略了邊緣效應)。C=ere 0A/d ；其中C是電容值，e r是相對介電常數(shù)，e ^是絕對介電常數(shù)，A是平板面積，d是平板之間的距離。如圖4A和4B，Cn和Ct2是第二芯片層20中厭水絕緣層109的等效電容，Cbi和Cb2是第一芯片層10中厭水絕緣層109的等效電容，Cdi和Cd2是兩個驅(qū)動電極層103、107之間的電解質(zhì)層105的等效電容，Cg是第二驅(qū)動電極層107中的多個第二驅(qū)動電極之間的電解質(zhì)層的等效電容，Cmi和Cm2是器件第一芯片層10和第二芯片層20之間的空隙(液滴被操作的地方)的等效電容，Cm3和Cm4是器件第一芯片層10和第二芯片層20之間液滴邊緣處的等效電容。跟器件第一芯片層10和第二芯片層20之間的空隙相比，厭水絕緣層109和電解質(zhì)層105 (通常小于I微米)要薄得多，因而當?shù)谝恍酒瑢?0和第二芯片層20之間的空隙中沒有液滴時，其電容值比厭水絕緣層106和電解質(zhì)層105的電容值要小得多。圖4B是圖4A的線路圖表達方式，而圖4C是和圖4B等效的線路,其中1/Q = 1/CT1+1/CM1+1/CB1+1/CD1 ；I/C2 = I/C12+1/Cm2+I/Cb2+I/Cd2+I/Cg ；I/Cli = I/C12+1/Cm3+I/Cb2+I/Cd2+I/Cg ；I/CL2 = 1/CT1+1/CB1+1/CD1 ；I/CL3 = I /C12+1 /Cm4+ I /Cb2+I /Cd2+I /Cg ；
從電容表達的角度，圖4D是和圖4C等效的線路，其中CEffl = Ci+C^+Ci+CLi+CI^+CI^+Ci+C^+Ci o比圖4A至圖4D稍微簡單ー些，圖5A至圖是在第二驅(qū)動電極層107的一個驅(qū)動電極(假設(shè)為ES)和接地電極之間不同組成部分的電容貢獻的分解圖。在圖5A和5B中，C13> C14及Q是第二芯片層20中厭水絕緣層205的等效電容，CB3> Cb4、及是第一芯片層10中厭水絕緣層109的等效電容，Cm3和Cm4是器件第一芯片層10和第二芯片層20之間的空隙(液滴被操作的地方)的等效電容。跟器件第一芯片層10和第二芯片層20之間的空隙相比，厭水絕緣層109和電 解質(zhì)層105 (通常小于I微米)要薄得多，因而當?shù)谝恍酒瑢?0和第二芯片層20之間的空隙中沒有液滴時，其電容值比厭水絕緣層109和電解質(zhì)層105的電容值要小得多。圖5B是圖5A的線路圖表達方式，而圖5C是圖5B等效的線路，其中I/C3 = I/C13+1/Cm3+I/Cbi ；I/C4 = I/C14+1/Cm4+I/Cb4 ；I/Cl = I/Ctl+I/Cbl。從電容表達的角度，圖是圖5C等效的線路，其中CEff2 = C3+C4+CL。通過對所述微流器件中的一個或多個驅(qū)動電極進行電容測量，根據(jù)所獲得的電容測量結(jié)果，即可判斷出控制裝置中液滴的狀況(例如液滴的位置、形狀、大小等)。測量電容的方法有很多，圖6A顯示了一種諧振法的電容測量法的電路示意圖。如圖6A所示，在諧振法中，待測的電容被用來設(shè)定振蕩器的頻率，待測的電容改變時，相應的振蕩器的頻率也隨之改變。在圖6A中,待測電容CEff的大小可以通過對振蕩器輸出的周期性信號Vp的頻率的測量來判斷。周期性信號頻率的測量方法有很多，現(xiàn)在有很多微處理器，如德州儀器公司(Texas Instruments)的數(shù)字化微處理器TMS320F28335等，就可以直接做信號的頻率測量。圖6B顯示了一種基于電容器充放電法的電容測量法的電路示意圖。如圖6B所示，充電法測量電容是利用電容器的保持和轉(zhuǎn)移電荷的能力，加在ー個電容器的電壓和其電容器持有的電荷量成正比V = Q/C其中V是電容器的電壓，Q是電容器所持有的電荷量，C是電容器的電容。在圖6B中顯示的是充放電法測量電容的ー種方式，首先，將已知電容CKef充電到ー個已知的電壓值VKef，然后將開關(guān)切換與之平行的待測電容CEff上。對于ー個理想的系統(tǒng)，開關(guān)轉(zhuǎn)的前后總的電量是ー個常數(shù)，通過測量開關(guān)切換后的電壓Vtxit，待測電容CEff的便可以計算出來了CEff — (VRef/V0ut_l) Cltef。傳統(tǒng)的高精度電容測量都需要一系列分離電子元件的復雜組合，而且這些電子元件的連接和組裝也需要相當?shù)募记?。這些電子元件的選取不光很耗時，而且在選好之后，還需要大量的時間和精力對設(shè)計進行定量評估和優(yōu)化。由于近來半導體科技的發(fā)展，不少電容測量的功能都被成功的集成到了單個的半導體芯片上，這些用于電容測量的半導體芯片的存在，使得液滴控制和測量變得更加準確、經(jīng)濟、和高效。例如，美國公司Analog Devices設(shè)計生產(chǎn)的單電極電容式傳感器芯片AD7147有13個輸入通道，可以用于對13個電容同時進行測量，這使得電容測量容易了很多。圖6C就是利用電容式傳感器芯片來對多個未知電容同時測量的例子，電容式傳感器芯片將測量到的電容值以數(shù)字化的方式傳輸給微處理器。這個方法有很多優(yōu)勢，如降低了環(huán)境噪聲的影響、多通道同時測量、芯片內(nèi)帶有的校準邏輯等。圖7即顯示了液滴與驅(qū)動電極的重疊程度與測量所得的相對電容之間的關(guān)系，如圖7所示，易知，液滴與驅(qū)動電極重疊程度越大(即液滴D的體積越大)，所測得的相對電容就越大。因此可以通過測得的相對電容來判斷出液滴與驅(qū)動電極的重疊程度。由此可知，本發(fā)明的液滴測量方法，能對準確測量出液滴與驅(qū)動電極的交疊狀況(位置、大小、體積、速度等)，從而獲得與液滴相關(guān)的反饋信息，以利于在后續(xù)對液滴進行相應的動作(產(chǎn)生、移動、分離、合并等)，提高液滴控制的準確性和工作效率。
另外，根據(jù)本微流器件發(fā)明能對液滴與驅(qū)動電極的交疊狀況(位置、大小、體積、速度等)進行準確地監(jiān)控的技術(shù)特點，本發(fā)明的液滴測量方法還可以對微流器件進行質(zhì)量鑒定。利用已知的實驗條件(如控制電壓大小、電極上加電壓的順序及間隔時間等)對液滴進行操作(如產(chǎn)生、移動、分離、合并)，并對液滴進行電容測量，如果所得到的測量結(jié)果與預計值有偏差，則表明微流器件可能有質(zhì)量問題。再有，本發(fā)明的液滴測量方法還可以對在某一固定位置的液滴進行電容隨時間的變化進行測量，從而可以對液滴中進行的物理、化學、及生物過程進行測量及判斷。例如，液滴中氣泡的產(chǎn)生、蛋白質(zhì)晶體的生長、細胞活性(Cell Viability)、毒性(Cytotoxicity)的變化、細胞凋亡(Apoptosis),等。如上所述，由于本發(fā)明提供的液滴測量方法可以能對液滴的狀況(位置、大小、體積、速度等)進行監(jiān)控，為后續(xù)對液滴進行相應的動作(產(chǎn)生、移動、分離、合并等)提供了準確的反饋信息，因此，本發(fā)明還提供ー種液滴控制方法，如圖8所示，所述液滴控制方法包括S20，提供基于電潤濕的微流器件和與所述微流器件連接的電容測量裝置；S22，利用所述電容測量裝置，對微流器件中的一個或多個驅(qū)動電極進行電容測量，獲得液滴在驅(qū)動電極上的交疊狀況，確定所述微流器件中液滴的位置；S24，根據(jù)預設(shè)的操作要求，對驅(qū)動電極陣列中的一個或多個驅(qū)動電極依照一定的順序施加電壓，控制液滴進行相應動作，并在控制液滴完成相應動作后釋放相應驅(qū)動電極上的電壓；S26，利用所述電容測量裝置，對所述微流器件中的一個或多個驅(qū)動電極進行電容測量，判定所述液滴的位置是否符合所述預設(shè)的操作要求；若判定所述液滴的位置符合所述預設(shè)的操作要求，則完成該部分操作；若判定所述液滴的位置不符合所述預設(shè)的操作要求，則繼續(xù)執(zhí)行步驟S24，直至確保所述液滴的位置符合所述預設(shè)的操作要求。可選地，在上述步驟中，所述控制液滴進行相應動作包括液滴的產(chǎn)生、移動、拆分、合并中的ー種或多種?？蛇x地，所述液滴控制方法還包括若通過電容測量后確定得到所述液滴不能到達所述預設(shè)的操作要求的目標位置上吋，則判定所述驅(qū)動電極為失效；重新對液滴進行操作以繞過所述失效的驅(qū)動電極。以下通過實例，對電容測量在液滴控制中的應用進行詳細說明圖9A至9D顯示了應用于液滴產(chǎn)生的示意圖。如圖9A所示，液體儲存室LQ中的液體直接位于驅(qū)動電極ES的一部分之上，最初，所有驅(qū)動電極均接地(以字母G作為標識)，在這里，“接地”表示對應的驅(qū)動電極被設(shè)置成OV或與OV足夠接近。如圖9B所示,在驅(qū)動電極ES上加一定的電壓(以Vl作為標識，其幅度通常小于100伏，但應當大到可以觀察到明顯的電潤濕效應或可用于微流器件中電極之間的電容測量)，液體儲存室LQ中的液體開始沿著驅(qū)動電極E8流動，通過對驅(qū)動電極E8進行電容測量，液體和從儲存室LQ中流出的量(也就是液體和驅(qū)動電極ES的空間重疊)便可以知道，以此可以根據(jù)需要產(chǎn)生的液滴的體積來決定何時斷開驅(qū)動電極ES上的電壓。圖9C顯示了根據(jù)所需產(chǎn)生的液滴的體積來斷開驅(qū)動電極E8上電壓，使得自儲存室LQ中流出的液體與儲存室LQ分離后形成液滴；同吋，另在驅(qū)動電極El上加一定的電壓(V2)后分離后形成的液滴開始在在驅(qū)動電極El上延展。如圖9D所示，當斷開EI上的電壓后，液體回到自然的圓形，如此，一個已知大小的液滴就被產(chǎn)生出來了。
當然，例如要形成體積更大的液滴，也可以先在驅(qū)動電極ES上施加電壓，令儲存室LQ中的液體沿著驅(qū)動電極ES流動，持續(xù)一段時間，當液體在驅(qū)動電極ES上延展得足夠多吋，斷開驅(qū)動電極ES上的電壓，轉(zhuǎn)而在相對遠離儲存室LQ的例如驅(qū)動電極E3或E4上施加電壓并再斷開，如此，可以獲得體積相對更大的液滴。圖IOA至IOE顯示了應用于液滴移動的示意圖。如圖IOA所示,液滴D的初始位置為驅(qū)動電極E3、E7的交點處。最初，臨近該液滴D的驅(qū)動電極全部接地(G)，因而此時液滴D是靜止且平衡的。如圖IOB所示，當在驅(qū)動電極E3上施加一定的電壓(V3)時,液滴D便會在驅(qū)動電極E3上延展，其延展度可通過對電極E3的電容測量進行判斷。如圖IOC和圖IOD所示，在適當?shù)臅r候，斷開驅(qū)動電極E3上的電壓，并在驅(qū)動電極E8上施加一定的電壓(V4)，使得液滴D移向驅(qū)動電極ES并沿驅(qū)動電極ES延伸，所述延展度可通過對驅(qū)動電極E8的電容測量進行判斷。如圖IOE所示,斷開驅(qū)動電極E8上的電壓后,液滴D變成位于兩個驅(qū)動電極E3、E8的交點處的自然圓形，完成液滴D的位置搬移。圖IlA至IlD顯示了應用于液滴分離的示意圖。如圖IlA所示,液滴D的初始位置為兩個驅(qū)動電極E3、E8的交點處。最初，臨近該液滴D的驅(qū)動電極全部接地(G)，此時液滴D是靜止且平衡的。如圖IlB所示，當在驅(qū)動電極E8、E2、E4上施加一定的電壓(分別為V5、V6、V7)時，液滴便會在驅(qū)動電極E8、E2、及E4上延展，其延展度可通過對驅(qū)動電極E8、E2、及E4的電容測量進行斷定。如圖IlC所示，在適當?shù)臅r候，先斷開驅(qū)動電極ES上的電壓，液滴D被分離成分別在驅(qū)動電極E2、E4上延展的兩部分。如圖IlD所示，斷開驅(qū)動電極E2、E4上的電壓，形成分別位于驅(qū)動電極E2、E8的交點處的液滴Dl和位于驅(qū)動電極E4、E8的交點處的液滴D2，實現(xiàn)液滴D的拆分。圖12A至12D顯示了應用于液滴合并的示意圖。如圖12A所示,液滴D3的初始位置為驅(qū)動電極E2和E8的交點處,而液滴D4的初始位置為驅(qū)動電極E4和E8的交點處。最初，臨近這兩個液滴D3、D4的驅(qū)動電極全部接地(G)，此時液滴D1、D2是靜止且平衡的。如圖12B、12C所示，當在驅(qū)動電極E3、E8上施加一定的電壓(分別為V8、V9)吋，這兩個液滴Dl、D2便首先會在驅(qū)動電極E8上延展并共同朝向驅(qū)動電極E3移動，直至兩個液滴Dl、D2匯合后在驅(qū)動電極E8、E3上延展，其延展度可通過對驅(qū)動電極E3、E8的電容測量進行斷定。如圖12D所示，在適當?shù)臅r候，先斷開驅(qū)動電極ES上的電壓，然后再斷開驅(qū)動電極E3上的電壓，由兩個液滴Dl、D2合并的液滴液體變成位于兩個驅(qū)動電極E3和E8的交點處呈自然圓形的液滴D。上述實施例僅列示性說明本發(fā)明的原理及功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此項技術(shù)的人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范圍下，對上述實施例進行修改。因此，本發(fā) 明的權(quán)利保護范圍，應如權(quán)利要求書所列。
權(quán)利要求
1.一種液滴測量方法，其特征在于，所述測量方法包括 提供基于電潤濕的微流器件和與所述微流器件連接的電容測量裝置，所述微流器件包括襯底以及位于所述襯底上、包含多個驅(qū)動電極的驅(qū)動電極陣列； 利用所述電容測量裝置，對所述微流器件中的一個或多個驅(qū)動電極進行電容測量； 根據(jù)所述電容測量裝置所獲得的電容測量結(jié)果，判斷出所述微流器件中液滴與所述驅(qū)動電極的交疊狀況。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液滴測量方法，其特征在于，所述驅(qū)動電極陣列中的驅(qū)動電極是用來對所述液滴進行有電潤濕效果的操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液滴測量方法，其特征在于，所述液滴與所述驅(qū)動電極的交疊狀況包括液滴在驅(qū)動電極上是否存在或部分存在、液滴在驅(qū)動電極上所在的位置、液滴形狀、大小。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液滴測量方法，其特征在于，所述進行電容測量的方法包括基于諧振法的電容測量法及基于電容器充放電法的電容測量法。
5.ー種液滴控制方法，其特征在于，包括 提供基于電潤濕的微流器件和與所述微流器件連接的電容測量裝置，所述微流器件包括襯底以及位于所述襯底上、包含多個驅(qū)動電極的驅(qū)動電極陣列； 利用所述電容測量裝置，對微流器件中的一個或多個驅(qū)動電極進行電容測量，獲得液滴在驅(qū)動電極上的交疊狀況，確定所述微流器件中液滴的位置； 根據(jù)預設(shè)的操作要求，對驅(qū)動電極陣列中的一個或多個驅(qū)動電極依照一定的順序施加電壓，控制液滴進行相應動作，并在控制液滴完成相應動作后釋放相應驅(qū)動電極上的電壓； 利用所述電容測量裝置，對所述微流器件中的一個或多個驅(qū)動電極進行電容測量，以確保所述液滴的位置符合所述預設(shè)的操作要求。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液滴控制方法，其特征在于，所述控制液滴進行相應動作包括液滴的產(chǎn)生、移動、拆分、合并中的ー種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液滴控制方法，其特征在于，還包括若通過電容測量后確定得到所述液滴不能到達所述預設(shè)的操作要求的目標位置上時，則判定所述驅(qū)動電極為失效；重新對液滴進行操作以繞過所述失效的驅(qū)動電極。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于電潤濕的微流器件的液滴測量方法及液滴控制方法，其中，所述液滴測量方法包括提供基于電潤濕的微流器件和與所述微流器件連接的電容測量裝置，所述微流器件包括襯底以及位于所述襯底上、包含多個驅(qū)動電極的驅(qū)動電極陣列；利用所述電容測量裝置，對所述微流器件中的一個或多個驅(qū)動電極進行電容測量；根據(jù)所述電容測量裝置所獲得的電容測量結(jié)果，判斷出所述微流器件中液滴與所述驅(qū)動電極的交疊狀況。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明能對液滴與驅(qū)動電極的交疊狀況(位置、大小、體積、速度等)進行準確地監(jiān)控，從而根據(jù)監(jiān)控結(jié)果，可以準確控制液滴執(zhí)行產(chǎn)生、移動、分離、合并等相應動作，提高工作效率。
文檔編號G01P5/08GK102650512SQ20111004696
公開日2012年8月29日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者吳傳勇 申請人:上海衡芯生物科技有限公司, 吳傳勇