一种微流控器件及其驱动方法、微流控系统与流程

本申请涉及微流控技术领域，尤其涉及一种微流控器件及其驱动方法、微流控系统。

背景技术：

微流控技术可以应用在医药、化学、生物等多个领域中液滴分离、融合、检测等方面。微流控器件对液滴驱动的操控是通过介电润湿效应实现的，其主要通过驱动电极对靠近电极侧液滴施加电场，改变液滴表面电荷分布状态，进而造成液滴一侧表面张力改变引起疏水角变化，最终实现液滴移动。目前的微流控器件方案如图1所示，微流控器件包括玻璃基板1和盖板3，以及在玻璃基板1上设置的多个驱动电极2，各驱动电极之间具有间隙，当液滴4在移动到电极边缘时，难以跨越电极之间的间隙继续移动。

综上，现有技术的微流控器件，电极之间的间隙造成液滴移动通道的不连续，进而造成液滴移动障碍，液滴难以跨越电极间隙。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种微流控器件及其驱动方法、微流控系统，用以解决液滴难以跨越电极间隙问题。

本申请实施例提供的一种微流控器件，所述微流控器件包括：相对而置的第一基板和第二基板；所述第一基板和所述第二基板之间构成液滴容置空间；所述第一基板包括：阵列排布的第一电极，所述第二基板包括：阵列排布的第二电极；在所述第一电极的至少一个排列方向上，所述第一电极之间的间隙与所述第二电极之间的间隙互不交叠；所述第一电极和所述第二电极被配置为：对所述第一电极和所述第二电极施加电压，以控制液滴在所述第一基板和所述第二基板之间移动。

本申请实施例提供的微流控器件由于相对而置的第一基板和第二基板均设置有驱动液滴移动的电极，并且在电极的至少一个排列方向上，位于第一基板的第一电极之间的间隙与位于第二基板的第二电极之间的间隙互不交叠，也就是说，第一电极和第二电极交错设置，在电极的至少一个排列方向上，第二电极之间的间隙与第一电极有交叠，第一电极之间的间隙与第二电极有交叠，这样，当液滴需要跨越电极之间的间隙时，与间隙有交叠的电极便可以对液滴进行驱动，从而可以控制液滴跨越间隙。

可选地，所述第一电极沿第一方向以及第二方向排列，所述第二电极沿第一方向以及第二方向排列；在所述第一方向上，所述第一电极之间的间隙与所述第二电极之间的间隙互不交叠；和/或，在所述第二方向上，所述第一电极之间的间隙与所述第二电极之间的间隙互不交叠。

可选地，所述第一电极与所述第二电极的形状以及大小完全相同。

可选地，所述第一电极和所述第二电极为块状电极。

可选地，所述第一电极的中心落入所述第二电极之间的间隙内，且所述第二电极的中心落入所述第一电极之间的间隙内。

可选地，所述第一基板还包括：与所述第一电极一一对应且电连接的第一驱动电路；所述第二基板还包括：与所述第二电极一一对应且电连接的第二驱动电路。

本申请实施例提供的一种微流控器件的驱动方法，所述方法包括：

确定液滴的初始位置和移动路径；

根据所述初始位置和所述移动路径确定控制所述液滴移动的第一电极和第二电极，为所述第一电极和所述第二电极提供电压信号，以控制液滴延所述移动路径移动。

可选地，据所述初始位置和所述移动路径控制所述液滴移动的第一电极和第二电极，具体包括：

根据所述移动路径，确定所述移动路径对应的第一电极行以及第二电极行，或者，根据所述移动路径，确定所述移动路径对应的第一电极列以及第二电极列；

并且，根据液滴在初始位置面向移动方向一侧边缘的位置，确定驱动液滴移动的第一个电极；

为所述第一电极和所述第二电极提供电压信号，以控制液滴延所述移动路径移动，具体包括：

从所述第一个电极开始，在沿所述移动路径的方向上，按照所述液滴移动到所述第一电极和所述第二电极的顺序，依次对所述第一电极和所述第二电极交替施加电压。

可选地，从所述第一个电极开始，在沿所述移动路径的方向上，按照所述液滴移动到所述第一电极和所述第二电极的顺序，依次对所述第一电极和所述第二电极依次交替施加电压，具体包括：

当所述液滴的边缘移动到任一所述第一电极，对所述第一电极施加电压，并在对所述第一电极施加电压第一预设时长的同时，停止对与所述移动路径相反方向上与所述第一电极相邻的所述第二电极施加电压；

或者，当所述液滴的边缘移动到任一所述第二电极，对所述第二电极施加电压，并在对所述第二电极施加电压第一预设时长的同时，停止对与所述移动路径相反方向上与所述第二电极相邻的所述第一电极施加电压。

本申请实施例提供的一种微流控系统，包括本申请实施例提供的上述微流控器件。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术微流控器件的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种微流控器件的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种微流控器件的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的又一种微流控器件的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的又一种微流控器件的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种微流控器件的驱动方法的示意图；

图7为本申请实施例提供的又一种微流控器件的驱动方法的示意图；

图8为本申请实施例提供的如图7所示的一种微流控器件的驱动方法对应的时序图；

图9为本申请实施例提供的又一种微流控器件的驱动方法的示意图；

图10为本申请实施例提供的如图9所示的一种微流控器件的驱动方法对应的时序图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种微流控器件，如图2所示，所述微流控器件包括：相对而置的第一基板5和第二基板6；在所述第一基板5和所述第二基板6之间构成液滴容置空间7；所述第一基板5包括：阵列排布的第一电极8，所述第二基板6包括阵列排布的第二电极9；在所述第一电极8的至少一个排列方向上，所述第一电极8之间的间隙10与所述第二电极9之间的间隙11互不交叠；所述第一电极8和所述第二电极9被配置为：对所述第一电极8和所述第二电极9施加电压，以控制液滴4在所述第一基板5和所述第二基板6之间移动。

本申请实施例提供的微流控器件由于相对而置的第一基板和第二基板均设置有驱动液滴移动的电极，并且在电极的至少一个排列方向上，位于第一基板的第一电极之间的间隙与位于第二基板的第二电极之间的间隙互不交叠，也就是说，第一电极和第二电极交错设置，在电极的至少一个排列方向上，第二电极之间的间隙与第一电极有交叠，第一电极之间的间隙与第二电极有交叠，这样，当液滴需要跨越电极之间的间隙时，与间隙有交叠的电极便可以对液滴进行驱动，从而可以控制液滴跨越间隙。

可选地，本申请实施例提供的如图2所示的微流控器件，第一基板5还包括：阵列基板12、介质层13以及疏水层14，第一电极8位于阵列基板12面向第二基板6的一侧，介质层13位于第一电极8面向第二基板6的一侧，疏水层14位于介质层13面向第二基板6的一侧；第一基板6还包括：阵列基板12、介质层13以及疏水层14，第二电极9位于阵列基板12面向第一基板5的一侧，介质层13位于第一电极8面向第一基板5的一侧，疏水层14位于介质层13面向第一基板5的一侧。

可选地，所述第一电极沿第一方向以及第二方向排列，所述第二电极沿第一方向以及第二方向排列；在所述第一方向上，所述第一电极之间的间隙与所述第二电极之间的间隙互不交叠；和/或，在所述第二方向上，所述第一电极之间的间隙与所述第二电极之间的间隙互不交叠。

如图3～图5所示，第一电极8沿第一方向x以及第二方向y排列，第二电极9沿第一方向x以及第二方向y排列。图3中，在第一方向x上相邻的所述第一电极之间的间隙与在第一方向x上相邻的所述第二电极之间的间隙互不交叠。图4中，在第二方向y相邻的所述第一电极之间的间隙与在第二方向y相邻的所述第二电极之间的间隙互不交叠。图5中，在第一方向x上相邻的所述第一电极之间的间隙与在第一方向x上相邻的所述第二电极之间的间隙互不交叠，并且在第二方向y相邻的所述第一电极之间的间隙与在第二方向y相邻的所述第二电极之间的间隙互不交叠。

本申请实施例提供的如图3、图4所示的微流控器件，可以实现单方向液滴跨越电极间隙。本申请实施例提供的如图5所示的微流控器件，可以在两个方向均实现液滴跨越电极间隙。

需要说明的是，图3～图5中，为了清楚的示出第一电极和第二电极的位置关系，以虚线围成的区域代表第二电极9覆盖的区域。

可选地，图3～图5中，所述第一电极8与所述第二电极9的形状以及大小完全相同。

可选地，图3～图5中，所述第一电极8之间的间隙尺寸与所述第二电极9之间的间隙尺寸相等。

可选地，图3～图5中，所述第一电极9和所述第二电极8为块状电极。

例如，块状电极的边长为200微米，块状电极的厚度为20微米，块状电极之间的间隙为10微米。在实际应用中，微流控器件容置空间中的液滴沿电极边长方向上的尺寸可以大于电极边长，也可以小于电极边长。

可选地，图3～图5中，所述第一电极8的中心落入所述第二电极9之间的间隙内，且所述第二电极9的中心落入所述第一电极8之间的间隙内。

这样，在第一方向上相邻的所述第一电极之间的间隙沿第二方向延伸的对称轴，与第二电极沿第二方向延伸的对称轴重合；在第二方向上相邻的所述第一电极之间的间隙沿第一方向延伸的对称轴，与第二电极沿第一方向延伸的对称轴重合。

可选地，所述第一基板还包括：与所述第一电极一一对应且电连接的第一驱动电路；

所述第二基板还包括：与所述第二电极一一对应且电连接的第二驱动电路。

第一驱动电路例如可以包括：位于第一基板的阵列基板中第一薄膜晶体管，第一数据线以及第一扫描线。第一薄膜晶体管与第一电极一一对应，第一薄膜晶体管的栅极与第一扫描线电连接，第一薄膜晶体管的源极与第一数据线电连接，第一薄膜晶体管的漏极与第一电极电连接。

第二驱动电路例如可以包括：位于第二基板的阵列基板中第二薄膜晶体管，第二数据线以及第二扫描线。第二薄膜晶体管与第二电极一一对应，第二薄膜晶体管的栅极与第二扫描线电连接，第二薄膜晶体管的源极与第二数据线电连接，第二薄膜晶体管的漏极与第二电极电连接。

可选地，第一扫描线与第一电极有交叠，第一数据线与第一电极有交叠；第二扫描线与第二电极有交叠，第二数据线与第二电极有交叠。

从而可以缩小第一电极之间的间隙以及缩小第二电极之间的间隙。

可选地，本申请实施例提供的微流控器件还包括液滴位置检测单元。从而可以检测液滴的位置以及液滴边缘的位置，从而可以根据液滴位置及其边缘的位置确定控制其移动的第一电极和第二电极。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种上述微流控器件的驱动方法，如图6所示，所述方法包括：

s101、确定液滴的初始位置和移动路径；

s102、根据所述初始位置和所述移动路径确定控制所述液滴移动的第一电极和第二电极，为所述第一电极和所述第二电极提供电压信号，以控制液滴延所述移动路径移动。

可选地，步骤s102根据所述初始位置和所述移动路径控制所述液滴移动的第一电极和第二电极，具体包括：

s1021、根据所述移动路径，确定所述移动路径对应的第一电极行以及第二电极行，或者，根据所述移动路径，确定所述移动路径对应的第一电极列以及第二电极列；

s1022、根据液滴在初始位置面向移动方向一侧边缘的位置，确定驱动液滴移动的第一个电极。

需要说明的是，当微流控器件包括液滴位置检测单元，液滴位置检测单元可以检测液滴的初始位置，进而确定移动路径，以及确定与移动路径对应的第一电极行和第二电极行，或者确定与移动路径对应的第一电极列和第二电极列，并且可以检测液滴边缘对应的第一电极和第二电极的位置。

可选地，步骤s102为所述第一电极和所述第二电极提供电压信号，以控制液滴延所述移动路径移动，具体包括：

s1023、从所述第一个电极开始，在沿所述移动路径的方向上，按照所述液滴移动到所述第一电极和所述第二电极的顺序，依次对所述第一电极和所述第二电极交替施加电压。

可选地，步骤s1023从所述第一个电极开始，在沿所述移动路径的方向上，按照所述液滴移动到所述第一电极和所述第二电极的顺序，依次对所述第一电极和所述第二电极依次交替施加电压，具体包括：

当所述液滴的边缘移动到任一所述第一电极，对所述第一电极施加电压，并在对所述第一电极施加电压第一预设时长的同时，停止对与所述移动路径相反方向上与所述第一电极相邻的所述第二电极施加电压；

当所述液滴的边缘移动到任一所述第二电极，对所述第二电极施加电压，并在对所述第二电极施加电压第一预设时长的同时，停止对与所述移动路径相反方向上与所述第二电极相邻的所述第一电极施加电压。

本申请实施例提供的微流控器件的驱动方法，从驱动液滴移动的第一个电极开始施加电压，当液滴移动到施加电压的电极的边缘，便可以对沿移动路径方向上的下一个电极开始施加电压；以当前施加电压的电极为第一电极为例，则当液滴移动至该第一电极边缘时保持对该第一电极施加电压，同时对与该第一电极相对且有交叠的第二电极施加电压，在对该第二电极施加电压预设时长后，仅对第二电极施加电压便可以驱动液滴移动，可以停止对第一电极施加电压，依次类推，直到液滴沿移动路径移动到目标位置。

以微流控器件中行序号和列序号均相同的第一电极和第二电极有交叠，且与第一电极序号相同的第二电极位于所述第一电极靠近移动路径方向的一侧为例，根据靠近所述移动路径一侧的所述液滴边缘的位置，确定驱动所述液滴移动的第一个电极的位置，具体包括：

根据靠近移动路径一侧的液滴边缘的位置，确定液滴边缘对应的第一电极和第二电极的序号；

若所述第一电极和所述第二电极的序号相同，则将所述第一电极作为驱动液滴移动的第一个电极；

若所述第一电极和所述第二电极的序号不相同，则将所述第二电极作为驱动液滴移动的第一个电极。

需要说明的是，当移动路径的延伸方向与第一电极和第二电极的行方向相同时，确定液滴边缘对应的第一电极和第二电极的序号为列序号，当移动路径的延伸方向与第一电极和第二电极的列方向相同时，确定液滴边缘对应的第一电极和第二电极的序号为行序号。

以移动路径延伸方向与所述第一电极的行方向相同为例，移动路径对应的第一电极行包括n个第一电极，每一第一电极记为ai，1≤i≤n，移动路径对应的第二电极行包括n个第二电极，每一第二电极记为bi，1≤i≤n；i同时也对应于第一电极和第二电极的列序号；如图7所示，在初始位置，液滴4的边缘位于第一电极a2和第二电极b2之间，即第二电极和第一电极的列序号相同，因此第一电极a2为驱动液滴4移动的第一个电极，因此控制所述液滴移动的第一电极和第二电极依次为：第一电极a2、第二电极b2、第一电极a3、第二电极b3、......、第一电极an、第二电极bn，对所述第一电极和所述第二电极依次交替施加电压的步骤包括：

s201、对第一电极a2施加电压；

s202、对第一电极a2施加电压保持第二预设时长t1后，液滴4移动到第一电极a2的边缘，此时保持对第一电极a2施加电压，同时对第二电极b2施加电压；

s203、对第二电极b2施加电压经过第一预设时长t2后，停止对第一电极a2施加电压；液滴4在第二电极b2的作用下跨越了第一电极a2和第一电极a3之间的间隙；

s204、对第二电极b2施加电压保持第二预设时长t1后，液滴4移动到第二电极b2的边缘，此时保持对第二电极b2施加电压，同时对第一电极a3施加电压。

后续，对第一电极a3施加电压经过第一预设时长t2后，停止对第二电极b2施加电压。

需要说明的是，为了清楚的示出对本申请实施例提供的微流控器件的驱动方法如何交替对第一电极和第二电极施加电压，图7中黑色填充的电极代表施加电压的电极。并且，图7中仅示出液滴4沿移动路径方向上移动到第一电极a3的步骤，后续沿移动路径移动并未示出。此外，图7中，沿移动路径延伸方向上，液滴4的尺寸大于第一电极8的尺寸，在具体实施时液滴4的尺寸也可以小于第一电极8的尺寸。

与图7所示的驱动方法对应的对第一电极和第二电极施加电压的时序图如图8所示，依次对第一电极a2、第二电极b2、第一电极a3、第二电极b3、......、第一电极an、第二电极bn施加电压，对每一电极施加电压第二预设时长t1后开始对下一个电极施加电压，并且除第一个施加电极的电压外，对每一电极施加电压第一预设时长t2后停止对上一个电极施加电压。

仍以微流控器件中行序号和列序号均相同的第一电极和第二电极有交叠，且与第一电极序号相同的第二电极位于所述第一电极靠近移动路径方向的一侧为例，可选地，根据靠近所述移动路径一侧的所述液滴边缘的位置，确定驱动所述液滴移动的第一个电极的位置，具体包括：

根据靠近移动路径一侧的液滴边缘的位置，确定液滴边缘对应的第一电极和第二电极的序号；

若所述第一电极和所述第二电极的序号相同，且沿移动路径方向上所述液滴边缘未到达第一电极的边缘，则将所述第一电极作为驱动液滴移动的第一个电极；

若所述第一电极和所述第二电极的序号相同，且沿移动路径方向上所述液滴边缘到达第一电极的边缘，则将所述第二电极作为驱动液滴移动的第一个电极；

若所述第一电极和所述第二电极的序号不相同，且沿移动路径方向上所述液滴边缘未到达第二电极的边缘，则将所述第二电极作为驱动液滴移动的第一个电极；

若所述第一电极和所述第二电极的序号不相同，且沿移动路径方向上所述液滴边缘到达第二电极的边缘，则将所述第一电极作为驱动液滴移动的第一个电极。

如图9所示，沿移动路径延伸的方向上，液滴4的尺寸小于第一电极8的尺寸，在初始位置，液滴4的边缘位于第一电极a2和第二电极b2之间，并且沿移动路径方向上所述液滴4边缘到达第一电极a2的边缘，因此第二电极b2为驱动液滴4移动的第一个电极，因此控制所述液滴移动的第一电极和第二电极依次为，第二电极b2、第一电极a3、第二电极b3、......、第一电极an、第二电极bn，对所述第一电极和所述第二电极依次交替施加电压的步骤包括：

s301、对第二电极b2施加电压；

s302、对第二电极b2施加电压保持第二预设时长t1后，液滴4跨越第一电极a2和第一电极a3之间的间隙，并移动到第一电极a3的边缘，此时保持对第二电极b2施加电压，同时对第一电极a3施加电压；

s303、对第一电极a3施加电压经过第一预设时长t2后，停止对第二电极b2施加电压，液滴4在第一电极a3的作用下跨越了第二电极b2和第二电极b3之间的间隙。

需要说明的是，图9中黑色填充的电极代表施加电压的电极。并且，图7中仅示出液滴4沿移动路径方向上移动到第一电极a3的步骤，后续沿移动路径移动并未示出。

与图9所示的驱动方法对应的对第一电极和第二电极施加电压的时序图如图10所示，依次对第二电极b2、第一电极a3、第二电极b3、......、第一电极an、第二电极bn施加电压，对每一电极施加电压第二预设时长t1后开始对下一个电极施加电压，并且除第一个施加电极的电压外，对每一电极施加电压第一预设时长t2后停止对上一个电极施加电压。

具体的可以利用第一驱动电路以及第二驱动电路分别对第一电极、第二电极进行驱动。例如，第一薄膜晶体管与第一电极一一对应，第一薄膜晶体管的栅极与第一扫描线电连接，第一薄膜晶体管的源极与第一数据线电连接，第一薄膜晶体管的漏极与第一电极电连接，第二薄膜晶体管与第二电极一一对应，第二薄膜晶体管的栅极与第二扫描线电连接，第二薄膜晶体管的源极与第二数据线电连接，第二薄膜晶体管的漏极与第二电极电连接。当利用液滴位置检测单元确定移动路径对应的第一电极行和第二电极行，或者确定第一电极列和第二电极列，为所述第一电极和所述第二电极提供电压信号，具体包括：对第一电极行对应的各第一薄膜晶体管以及对第二电极行对应的各第二薄膜晶体管提供高电平信号，或者对第一电极列对应的各第一薄膜晶体管以及对第二电极列对应的各第二薄膜晶体管提供高电平信号，控制第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管开启。在具体实施时，驱动第一薄膜晶体管以及第二薄膜晶体管开启的驱动信号例如可以采用交流方波信号，例如，可以使得在第二预设时长t1和第一预设时长t2的总时长内，施加频率为100hz、电压为0v/50v方波信号，且总时长内施加50个方波信号，总时长为0.5秒(s)，即t1+t2＝0.5s。其中第一预设时长t2不小于0.02s，即第一预设时长t2至少为一个方波周期。

本申请实施例提供的一种微流控系统，包括本申请实施例提供的上述微流控器件。

综上所述，本申请实施例提供的微流控器件及其驱动方法，微流控系统，由于相对而置的第一基板和第二基板均设置有驱动液滴移动的电极，并且在电极的至少一个排列方向上，位于第一基板的第一电极之间的间隙与位于第二基板的第二电极之间的间隙互不交叠，也就是说，第一电极和第二电极交错设置，在电极的至少一个排列方向上，第二电极之间的间隙与第一电极有交叠，第一电极之间的间隙与第二电极有交叠，这样，当液滴需要跨越电极之间的间隙时，与间隙有交叠的电极便可以对液滴进行驱动，从而可以控制液滴跨越间隙。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。