一種ewod芯片液滴驅動方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種EWOD芯片液滴驅動方法及系統，本發明中所使用的第一電容和第二電容，與液滴和驅動電極的相對位置有關，與驅動電壓信號頻率和液滴的組成成分無關，所以需要大大減小運算過程的計算量，并且本法能夠快速檢測到液滴是否運動失敗，當運動失敗后，能夠得知當前液滴的停留位置，即當液滴停留在第一驅動電極上時，給第二驅動電極加電，以使液滴越過障礙達到目標位置，方便技術人員進行后續操作。
【專利說明】—種EWOD芯片液滴驅動方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及生化分析領域，尤其涉及一種EWOD芯片液滴驅動方法及系統。
【背景技術】
[0002]近二十年微流控技術隨著微制作工藝的快速發展也取得了很大的突破，利用介電濕潤機理(Elector Wetting on Dielectric,簡稱EW0D)的數字微流控技術成為微流控技術的新熱點。利用數字微流控技術操控液滴，是通過控制對EWOD芯片的驅動電極加電，液滴便會往加電驅動電極的方向運動，按時序分別控制陣列驅動電極加電，液滴就會被驅動。
[0003]由于EWOD芯片表面有缺陷、灰塵等障礙，障礙會阻礙液滴的運動，如果液滴在運動過程中被中斷，則不能完成規劃好的路徑。如圖1所示，陣列電極中液滴從I號驅動電極運動到4號驅動電極上，即I號驅動電極為初始位置、4號驅動電極為目標位置，在3號電極上將“星星☆”作 為障礙。由于驅動電極上的驅動電壓，是外圍控制電路在液滴開始運動之前便設定好的，從2號至5號依次對陣列電極施加驅動電壓，液滴就會相應地完成從I號驅動電極運動至4號驅動電極，但是當液滴運動到3號驅動電極上，由于受到灰塵影響而停留在3號驅動電極上，此時會控制后續的運動帶來一系列的困難。
[0004]因此現在需要一種方法能夠在能夠促使液滴完成設定的運動長度，從而達到目標位置，方便技術人員進行后續操作。
【發明內容】
[0005]本發明提供了一種EWOD芯片液滴驅動方法、裝置及系統，能夠完成設定的運動長度，從而達到目標位置，方便技術人員進行后續操作。
[0006]為了實現上述目的，本發明提供以下技術手段:
[0007]一種EWOD芯片液滴驅動方法，包括:
[0008]檢測第一驅動電極和第二驅動電極的電容，獲得第一電容和第二電容，其中液滴位于EWOD芯片中所述第一驅動電極的上方，所述第二驅動電極為帶電電極；
[0009]判斷所述第二電容與所述第一電容的差值是否小于零；
[0010]當所述差值小于零，則控制所述第二驅動電極加電。
[0011]優選的，檢測第一驅動電極和第二驅動電極的電容包括:
[0012]利用電容檢測儀按預設頻率檢測第一驅動電極和第二驅動電極的電容，所述電容電測儀分別與所述第一驅動電極和所述第二驅動電極相連。
[0013]優選的，所述預設頻率包括:50HZ。
[0014]優選的，所述控制第二驅動電極加電包括:
[0015]通過光電耦合開關控制所述第二驅動電極抖動加電。
[0016]優選的，所述抖動加電的過程包括:
[0017]所述光電耦合開關閉合控制所述第二驅動電極加電第一時間后、斷開第二時間；
[0018]將上述過程重復預設次數后，再將光電耦合開關閉合第三時間后斷開。[0019]優選的，所述第一時間包括100ms，所述第二時間包括50ms，所述第三時間包括800ms,所述預設次數包括4次。
[0020]優選的，還包括:
[0021 ] 當所述差值不小于零，則控制下一個驅動電極帶電。
[0022]優選的，還包括:
[0023]預先將光電耦合開關閉合，控制所述第二驅動電極加電500ms。
[0024]一種EWOD芯片液滴驅動系統，包括:
[0025]多個驅動電極，與所述多個驅動電極相連的電容檢測儀，與所述電容檢測儀相連的控制器，與所述控制器相連的光電耦合器，所述光電耦合器與所述多個驅動電極相連，所述多個驅動電極包括第一驅動電極、第二驅動電極；
[0026]所述電容檢測儀，用于檢測第一驅動電極和第二驅動電極的電容，獲得第一電容和第二電容，其中液滴位于所述第一驅動電極，所述第二驅動電極為帶電電極，并將第一電容和第二電容發送至控制器；
[0027]所述控制器，用于判斷所述第二電容與所述第一電容的差值是否小于零；當所述差值不小于零，則控制光電耦合器對下一個驅動電極帶電，當所述差值小于零，則控制光電耦合器對所述第二驅動電極加電。
[0028]10、如權利要求9所述的系統，其特征在于，所述電容檢測儀通過多路復用器與所述控制器相連。
[0029]經過上述技術方案可知，本發明所提供的EWOD芯片液滴驅動方法中所使用的第一電容和第二電容，與液滴和驅動電極的相對位置有關，與驅動電壓信號頻率和液滴的組成成分無關，所以大大減小了運算過程的計算量，并且本法能夠快速檢測到液滴是否運動失敗，當運動失敗后，能夠得知當前液滴的停留位置，即當液滴停留在第一驅動電極上時，給第二驅動電極加電，以使液滴越過障礙達到目標位置，方便技術人員進行后續操作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0031]圖1為現有技術中液滴在EWOD芯片運動時的示意圖；
[0032]圖2為本發明實施例公開的EWOD芯片與液滴的電容示意圖；
[0033]圖3為本發明實施例公開的液滴在第一驅動電極至第二驅動電極運動過程的示意圖；
[0034]圖4為本發明實施例公開的液滴在第一驅動電極至第二驅動電極運動過程中第一電容和第二電容的示意圖；
[0035]圖5為本發明實施例公開的EWOD芯片液滴驅動系統的結構示意圖；
[0036]圖6為本發明實施例公開的EWOD芯片液滴驅動方法的流程圖；
[0037]圖7為本發明實施例公開的采用EWOD芯片液滴驅動方法后的實驗結果圖。【具體實施方式】
[0038]本發明的發明人研究探索中發現，可以采用基于視覺反饋的控制系統檢測液滴的位置，控制器通過檢測液滴截面圓與驅動電極的相對位置達到定位液滴位置的目的，然而基于視覺反饋的控制系統需要一套高精度的視頻設備和較強計算能力的計算機去實時處理視頻數據，使用成本較高。
[0039]還可以采用基于傳感器的反饋控制系統獲知液滴的位置，具體的方法包括:利用傳感器檢測EWOD芯片的交流電信號，然后與所施加的驅動電壓信號進行比較，以達到反饋控制的目的，但是該技術對液滴的特性依賴性較大，而EWOD芯片上的液滴在經過生物、化學反應后特性會發生改變，液滴特性改變之后其導電性也會發生改變，這就會影響傳感器檢測電信號的準確性。
[0040]因此發明人發現需要一種既簡單又方便，又不依賴液體的特性的檢測方法，從而得知液體的位置，并依據液體的位置判斷液體是否由于障礙而停留。
[0041]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0042]在介紹本發明的具體實現方式之前，首先介紹一下本發明的實現原理，如圖2所示，為EWOD芯片與液滴的等效電路示意圖，以驅動電極為一個為例進行說明。實際情況下液滴是運動在EWOD芯片的表面，EWOD芯片包括驅動電極201，在驅動電極之上有介電層202和厭水層203，本發明中為了敘述方便，將液滴在EWOD芯片表面驅動電極對應的位置上，簡述為液滴在驅動電極之上。
[0043]等效電路由兩個平行的電路系統構成，上層的電路系統為零電極204和厭水層203，下層的電路系統為厭水層203、介電層202和驅動電機201，其中介電層和厭水層構成電容器，液滴周圍介質構成一個電容器；由于EWOD芯片中的液滴具有一定的電導率，包含有液滴的部分就構成了相互平行的電容和電阻。液滴的彎液面會改變驅動電極之間的電場，但相對于驅動電極與極板間距之比，彎液面對電場的改變量較小，可以忽略。當只有單個驅動電極時，其電抗只包含電容，表示為式為:
[0044]Ceq = aA+(b_a)AL......(I)
[0045]式(I)中a是一個與極板間距成反比的常數其值較小，b是一個與介電層厚度成反比的常數其值較大；A表示驅動電極的表面積，Al表示液滴位于導電驅動電極之上的截面圓面積。在數字微流控芯片中液滴是通過一個電極運動到相鄰電極之上來完成輸運液滴的目的，很明顯，驅動電極電容的大小可以表示液滴位置的函數，因為\的大小取決于液滴的位置，因此，以液滴截面圓圓心為液滴位置的反饋位置，該反饋位置可以通過檢測相鄰驅動電極的電容間接進行獲取。
[0046]如圖3所示，為液滴由第一驅動電極的初始位置運動到第二驅動電極的終點位置過程的示意圖，其中液滴截面圓圓心距離第一驅動電極的距離為Xo，該液滴截面圓半徑為r，第一驅動電極和第二驅動電極都為寬度L的方形驅動電極，第一和第二驅動電極的間距為Lg,所以第一驅動電極的電容表達式為:
【權利要求】
1.一種EWOD芯片液滴驅動方法，其特征在于，包括: 檢測第一驅動電極和第二驅動電極的電容，獲得第一電容和第二電容，其中液滴位于EffOD芯片中所述第一驅動電極的上方，所述第二驅動電極為帶電電極； 判斷所述第二電容與所述第一電容的差值是否小于零； 當所述差值小于零，則控制所述第二驅動電極加電。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，檢測第一驅動電極和第二驅動電極的電容包括: 利用電容檢測儀按預設頻率檢測第一驅動電極和第二驅動電極的電容，所述電容電測儀分別與所述第一驅動電極和所述第二驅動電極相連。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括: 當所述差值不小于零，則控制下一個驅動電極帶電。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制第二驅動電極加電包括: 通過光電耦合開關控制所述第二驅動電極抖動加電。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述抖動加電的過程包括: 所述光電耦合開關閉合控制所述第二驅動電極加電第一時間后、斷開第二時間； 將上述過程重復預設次數后，再將光電耦合開關閉合第三時間后斷開。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一時間包括100ms，所述第二時間包括50ms,所述第三時間包括800ms,所述預設次數包括4次。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括: 當所述差值不小于零，則控制下一個驅動電極帶電。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括: 預先將光電稱合開關閉合，控制所述第二驅動電極加電500ms。
9.一種EWOD芯片液滴驅動系統，其特征在于，包括: 多個驅動電極，與所述多個驅動電極相連的電容檢測儀，與所述電容檢測儀相連的控制器，與所述控制器相連的光電耦合器，所述光電耦合器與所述多個驅動電極相連，所述多個驅動電極包括第一驅動電極、第二驅動電極； 所述電容檢測儀，用于檢測第一驅動電極和第二驅動電極的電容，獲得第一電容和第二電容，其中液滴位于所述第一驅動電極，所述第二驅動電極為帶電電極，并將第一電容和第二電容發送至控制器； 所述控制器，用于判斷所述第二電容與所述第一電容的差值是否小于零；當所述差值不小于零，則控制光電耦合器對下一個驅動電極帶電，當所述差值小于零，則控制光電耦合器對所述第二驅動電極加電。
10.如權利要求9所述的系統，其特征在于，所述電容檢測儀通過多路復用器與所述控制器相連。
【文檔編號】G06F9/445GK104035796SQ201410262084
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月13日 優先權日:2014年6月13日
【發明者】陳立國, 許曉威, 王陽俊, 潘明強, 劉吉柱 申請人:蘇州大學