专利名称：液滴测量方法及液滴控制方法
技术领域：
本发明涉及ー种微流体控制技木，特别涉及一种基于电润湿的微流器件的液滴测量方法及液滴控制方法。
背景技术：
在过去的十 年间,微流体系统(Microfluidic System)已经逐渐发展成为生命科学等领域中的ー项关键技术。在包括生物技术、医疗检测、环境监测、食品卫生、化工处理在内的多个领域具有广泛的应用。在很多情况下，微流系统都是利用微电子机械系统(MicroElectroMechanical Systems, MEMS)的技术来制作的，比如在各种各样的衬底上生长各种各样的电极、电子线路等。例如专利W02009/003184种描述的在微流系统上实现聚合酶链汉故(Polymerase Chain Reaction, PCR)。微流体系统性能得以发挥的关键和基础是微流体控制技术，也就是如何快速、精确和高效地操纵微量流体。尽管当前存在诸多微流体控制技术，例如利用机械泵而产生的真空或压力、高电压产生的电泳效应(Electrophoresis)和电渗效应(Electroosmosis)、转动产生的离心力、压电效应等。但是，这些技木通常会有些不足之处，包括器件制作昂贵、操作复杂、能耗高、耐用性差等，这也成为制约微流体系统更广泛和成功应用的技术瓶颈之
o在众多微流体控制技术中，基于介质材料电润湿(Electro Wetting OnDielectrics，简称EW0D)原理的对分离状态的液体(液滴)进行操作的微液滴控制技术是ー种新兴的微流体控制技木。与其它微流体控制技术(如电渗流、微机械泵和阀、热毛细泵等)相比，EWOD微液滴控制技术具有实现简单、功耗低、无可动部件因而可靠、尺寸小、控制功能多而且快速灵活、无死体积、定量化等综合优点。介质材料上的电润湿效应是一种通过对固体电极和液体间施加电势来改变液体表面张カ的可逆现象。基于电润湿效应的微流器件可以实现生化反应的液体操作的所有步骤，例如液滴的产生、移动、拆分、合并、搅拌与混合、孵化(Incubation)、收集等,这对实现生化分应得微量化、自动化、数字化等，有着深远的意义。其中，WO2006/124458、US 2008/0038810、及 US 6，911，132 等专利文献中描述了单层驱动电极的微流器的技术，而WO 2008/101194A2的专利文献则描述了ー种两层驱动电极的双面电极的微流控制器件的结构，与前述各专利文献相比，两层驱动电极的微流器件结构具有很多优势，例如设计更通用、器件制作成本较低、相应的控制仪器的设计更简单。专利WO 2008/101194A2中提出的微流控制器件的结构及液滴操作方法有着相当准确性，但芯片制作以及液滴操作难免会有随机误差，例如在多个液滴沿着同一列或行出现的情况下，在试图移动其他液滴时某些液滴可能会经历无意的或不可预知的移动，不能对液滴的状况(位置、大小、体积、速度等)进行准确地监控，影响液滴控制的准确性和工作效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液滴測量方法及液滴控制方法，用于准确測量液滴与驱动电极的交叠状况，并对液滴进行例如产生、移动、分离、合并等相应动作，提高工作效率。本发明在一方面提供一种液滴測量方法，包括提供基于电润湿的微流器件和与所述微流器件连接的电容测量装置，所述微流器件包括衬底以及位于所述衬底上、包含多个驱动电极的驱动电极阵列；利用所述电容測量装置，对所述微流器件中的ー个或多个驱动电极进行电容测量；根据所述电容测量装置所获得的电容测量结果，判断出所述微流器件中液滴与所述驱动电极的交叠状況。可选地，所述驱动电极阵列中的驱动电极是用来对所述液滴进行有电润湿效果的操作。
可选地，所述液滴与所述驱动电极的交叠状况包括液滴在驱动电极上是否存在或部分存在、液滴在驱动电极上所在的位置、液滴形状、大小。可选地，所述进行电容测量的方法包括基于谐振法的电容测量法及基于电容器充放电法的电容测量法。本发明在另一方面还提供ー种液滴控制方法，包括提供基于电润湿的微流器件和与所述微流器件连接的电容测量装置，所述微流器件包括衬底以及位于所述衬底上、包含多个驱动电极的驱动电极阵列；利用所述电容測量装置，对微流器件中的ー个或多个驱动电极进行电容测量，获得液滴在驱动电极上的交叠状况，确定所述微流器件中液滴的位置；根据预设的操作要求，对驱动电极阵列中的一个或多个驱动电极依照一定的顺序施加电压，控制液滴进行相应动作，并在控制液滴完成相应动作后释放相应驱动电极上的电压；利用所述电容測量装置，对所述微流器件中的一个或多个驱动电极进行电容测量，以确保所述液滴的位置符合所述预设的操作要求。可选地，所述控制液滴进行相应动作包括液滴的产生、移动、拆分、合井中的ー种或多种。可选地，所述液滴控制方法还包括若通过电容測量后确定得到所述液滴不能到达所述预设的操作要求的目标位置上吋，则判定所述驱动电极为失效；重新对液滴进行操作以绕过所述失效的驱动电极。相较于现有技术，本发明的液滴測量方法及液滴控制方法能对液滴与驱动电极的交叠状况(位置、大小、体积、速度等)进行准确地监控，如此根据监控结果，可以准确控制液滴执行产生、移动、分离、合并等相应动作，提高工作效率。另外，根据本微流器件发明能对液滴与驱动电极的交叠状况(位置、大小、体积、速度等)进行准确地监控的技术特点，本发明的液滴測量方法还可以对微流器件进行质量鉴定。利用已知的的实验条件(如控制电压大小、电极上加电压的顺序及间隔时间等)对液滴进行操作(如产生、移动、分离、合并)，并对液滴进行电容测量，如果所得到的测量结果与预计值有偏差，则表明微流器件可能有质量问题。再有，本发明的液滴測量方法还可以对在某一固定位置的液滴进行电容随时间的变化进行測量，从而可以对液滴中进行的物理、化学、及生物过程进行測量及判断。例如，液滴中气泡的产生、蛋白质晶体的生长、细胞活性(Cell Viability)、毒性(Cytotoxicity)的变化、细胞凋亡(Apoptosis)等。
图IA和图IB为基于电润湿的微流器件的两个相互呈90度的截面示意图；图2为嵌在图I中微流器件的衬底表面上的双层结构的驱动电极阵列的俯视平面图；图3为本发明液滴測量方法在一个实施方式中的流程示意图；图4A至4D为第一驱动电极层中ー个第一驱动电极与接地电极之间的有效电容的等效不意图；图5A至为第二驱动电极层中ー个第二驱动电极与接地电极之间的有效电容的等效不意图；图6A显示了一种谐振法的电容测量法的电路示意图；图6B显示了ー种基于电容器充放电法的电容测量法的电路示意图；图6C显示了利用电容式传感器芯片来对多个未知电容同时测量的电路示意图；图7显示了液滴与驱动电极的重叠程度与測量所得的相对电容之间的关系；图8为本发明液滴控制方法在一个实施方式中的流程示意图；图9A至9D显示了利用本发明基于电润湿的微流器件应用于液滴产生的示意图；图IOA至IOE显示了利用本发明基于电润湿的微流器件应用于液滴移动的示意图；图IlA至IlD显示了利用本发明基于电润湿的微流器件应用于液滴分离的示意图；图12A至12D显示了利用本发明基于电润湿的微流器件应用于液滴合并的示意图。
具体实施例方式鉴于现有的微流控制技术不能对液滴的状况(位置、大小、体积、速度等)进行准确地监控，从而存在影响液滴控制的准确性和工作效率的问题。因此，本发明的发明人对现有技术进行了改进，提出了一种液滴測量方法及液滴控制方法，如此，可以获得良好的与液滴相关的反馈信息，能更好、更准确地对液滴进行控制，提高工作效率。以下将通过具体实施例来对本发明所提出的用于基于电润湿的微流器件的液滴測量方法及液滴控制方法进行详细说明。请參阅图IA和图1B，为基于电润湿的微流器件中芯片层的截面示意图，其中图IA与图IB的视角相差90°。结合图IA和图1B，微流器件作为进行微流体控制的数字化微流器件，可以对以分离形式或液滴状态的液体进行操作。微流器件包括两个相向设置的第一芯片层10、第二芯片层20、以及相应的控制电路(未在图式中予以显示)。以下对上述微流器件中的第一芯片层10和第二芯片层20进行详细说明。 第一芯片层10包括用于生长驱动电极的第一衬底101，第一衬底101具有ー个相背面和一个相向面；位于第一衬底101的相向面上的第一驱动电极层103,驱动电极层103中包括平行设置的多个第一驱动电极；位于第一驱动电极层103之上的电解质层105 ；位于电解质层105之上的第二驱动电极层107，第二驱动电极层107中包括平行设置的多个第二驱动电扱；以及，位于第二驱动电极层107之上的厌水绝缘层109。特别需要说明的是，在本发明中，第一驱动电极层103中的多个第一驱动电极和第二驱动电极层107中的多个第二驱动电极相互交叉设置 (例如构成90°正交关系)构成为双层结构的驱动电极阵列或格柵。另可參阅图2，其为微流器件中芯片层在俯视情况下显示出上述双层结构的驱动电极阵列的平面示意图。如图2所示，在这里，仅显示的是网格状的驱动电极阵列中的一部分，假设第一驱动电极层103包括分别以El、E2、E3、E4、E5标不的5个第一驱动电极,第ニ驱动电极层107包括分别以E6、E7、E8、E9、E10标示的5个第二驱动电极，所述多个第一驱动电极和所述多个第二驱动电极交叉设置，构成呈矩形网格状的驱动电极阵列。再有，同一驱动电极层上的多个驱动电极之间通常在生长电解质层时被添上电解质材料，但并不以此为限，这些空间也可以不放任何材料或充满不同的气体如空气、氮气、氦气、氩气等。所述基于电润湿的微流器件中所有的驱动电极之间，不管是同一驱动电极层之间或不同驱动电极层之间的，在电学上都通常是不导通的。请继续參阅图IA和图1B，第二芯片层20包括用于生长接地电极的第二衬底201,第二衬底201具有背离第一芯片层10的ー个相背面和面向第一芯片层10的ー个相向面；位于第二衬底201的相向面上的接地电极G ;以及，位于接地电极G上的厌水绝缘层205。用于制作衬底的材料并不重要，只要用来布置驱动电极的表面是(或者被处理成)不导电即可。材料还应当足够坚硬，以便衬底可以基本上保持制成时的本来形状。衬底可以由(但不限干)石英、玻璃或诸如聚碳酸醋(PC)和环烯烃共聚合物(COC)之类的聚合物制成。驱动电极的数量可以从2个变化到100，000个；一般地，是从2个到10，000个；更
优选地，是从2个到200个。同一层中每个驱动电极的宽度或者相邻驱动电极间的间隔可以在约0. 005mm到约IOmm间变化，优选地，是在约0. 05mm到约2mm间变化。驱动电极可以由任何导电材料制成，例如铜、铬和铟锡氧化物(ITO)等制成。为了方便，附图中示出的驱动电极的形状被显示为长方形，但并不以此为限，驱动电极可以采用很多其他形状以具有基本上类似的电润湿效应。驱动电极的每条边可以是直的(如图中所示)、弯曲的或者锯齿形的等。尽管每个电极的准确形状并不是严格的，但是同一层处的电极形状应当基本相似，并且彼此应当基本上平行。用于电解质层105和厌水绝缘层109、205的材料可以是(但不限干)聚四氟こ烯、聚氯代对ニ甲苯和ニ氧化硅等，优选地，厌水绝缘层109、205的表面是厌水性的。这可以通过(但不限干)将聚四氟こ烯或其他厌水性材料的薄层涂覆在厌水绝缘层109、205上来实现。厌水绝缘层109、205还可以使用表面形态技术、利用网纹表面制成厌水性的或超厌水性的。第一芯片层10和第二芯片层20之间的空隙则作为液滴(以字母D作为标识)的运行空间(如图1A、1B、2所示)。在这里，液滴D指的是基于电润湿的微流器件中为填充液体或空气所包括或部分包括的有一定体积的液体。液滴D可以有各种各样的形状，例如球形、圆盘形、柱形、条形、截断的球形、椭圆体形、卵形、以及液滴操作(例如分离或合井)当中的各种各样形状。另外，本发明中所提到的液滴通常是导电的，通过控制第二芯片层20中的第一电极和/或第二电极来进行液滴的相关操作，所述液滴操作具体包括将液体放入微流器件中、从微流器件的液体储存处产生出液滴、将液滴从ー处移动到另ー处、将ー个液滴分成两个或更多、将两个或更多液滴合成ー个、对液滴进行搅动、将液滴变形、孵化液滴、加热液滴、将液滴从微流器件上移出，以及任何这些操作的组合。利用上述基于电润湿的微流器件，通过给其中的一个或多个驱动电极有选择性地施加电压，激发它们，实现对液滴的操作。其中，在液滴的操作中，需要对液滴的状况进行准确地监控，因此，本发明特别提供了液滴測量方法。如图3所示，所述液滴測量方法包括S10，提供基于电润湿的微流器件和与所述微流器件连接的电容测量装置，所述微流器件包括衬底以及位于所述衬底上、包含多个驱动电极的驱动电极阵列；S12，利用所述电容測量 装置，对所述微流器件中的一个或多个驱动电极进行电容测量；S14，根据所述电容测量装置所获得的电容测量结果，判断出所述微流器件中液滴与所述驱动电极的交叠状況。下面对所述液滴測量方法作详细描述。在基于电润湿的微流器件中，其中的一个驱动电极和接地电极便组成ー个电容器。图4A至4D显示了第一驱动电极层103中的ー个第一驱动电极与接地电极之间的有效电容的等效不意图。图4A是在第一驱动电极层103的一个驱动电极(假设为E3)和接地电极G之间不同组成部分的电容贡献的分解图。在本发明中，ー个电容器(或等效电容器)可以被视为ー个平行平板电容器，对于这种电容器，其电容值可以用ー下公式计算(这里忽略了边缘效应)。C=ere 0A/d ；其中C是电容值，e r是相对介电常数，e ^是绝对介电常数，A是平板面积，d是平板之间的距离。如图4A和4B，Cn和Ct2是第二芯片层20中厌水绝缘层109的等效电容，Cbi和Cb2是第一芯片层10中厌水绝缘层109的等效电容，Cdi和Cd2是两个驱动电极层103、107之间的电解质层105的等效电容，Cg是第二驱动电极层107中的多个第二驱动电极之间的电解质层的等效电容，Cmi和Cm2是器件第一芯片层10和第二芯片层20之间的空隙(液滴被操作的地方)的等效电容，Cm3和Cm4是器件第一芯片层10和第二芯片层20之间液滴边缘处的等效电容。跟器件第一芯片层10和第二芯片层20之间的空隙相比，厌水绝缘层109和电解质层105 (通常小于I微米)要薄得多，因而当第一芯片层10和第二芯片层20之间的空隙中没有液滴时，其电容值比厌水绝缘层106和电解质层105的电容值要小得多。图4B是图4A的线路图表达方式，而图4C是和图4B等效的线路,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 ；
从电容表达的角度，图4D是和图4C等效的线路，其中CEffl = Ci+C^+Ci+CLi+CI^+CI^+Ci+C^+Ci o比图4A至图4D稍微简单ー些，图5A至图是在第二驱动电极层107的一个驱动电极(假设为ES)和接地电极之间不同组成部分的电容贡献的分解图。在图5A和5B中，C13> C14及Q是第二芯片层20中厌水绝缘层205的等效电容，CB3> Cb4、及是第一芯片层10中厌水绝缘层109的等效电容，Cm3和Cm4是器件第一芯片层10和第二芯片层20之间的空隙(液滴被操作的地方)的等效电容。跟器件第一芯片层10和第二芯片层20之间的空隙相比，厌水绝缘层109和电 解质层105 (通常小于I微米)要薄得多，因而当第一芯片层10和第二芯片层20之间的空隙中没有液滴时，其电容值比厌水绝缘层109和电解质层105的电容值要小得多。图5B是图5A的线路图表达方式，而图5C是图5B等效的线路，其中I/C3 = I/C13+1/Cm3+I/Cbi ；I/C4 = I/C14+1/Cm4+I/Cb4 ；I/Cl = I/Ctl+I/Cbl。从电容表达的角度，图是图5C等效的线路，其中CEff2 = C3+C4+CL。通过对所述微流器件中的一个或多个驱动电极进行电容测量，根据所获得的电容測量結果，即可判断出控制装置中液滴的状况(例如液滴的位置、形状、大小等)。測量电容的方法有很多，图6A显示了一种谐振法的电容测量法的电路示意图。如图6A所示，在谐振法中，待测的电容被用来设定振荡器的频率，待测的电容改变时，相应的振荡器的频率也随之改变。在图6A中,待测电容CEff的大小可以通过对振荡器输出的周期性信号Vp的频率的測量来判断。周期性信号频率的測量方法有很多，现在有很多微处理器，如德州仪器公司(Texas Instruments)的数字化微处理器TMS320F28335等，就可以直接做信号的频率测量。图6B显示了一种基于电容器充放电法的电容测量法的电路示意图。如图6B所示，充电法測量电容是利用电容器的保持和转移电荷的能力，加在ー个电容器的电压和其电容器持有的电荷量成正比V = Q/C其中V是电容器的电压，Q是电容器所持有的电荷量，C是电容器的电容。在图6B中显示的是充放电法测量电容的ー种方式，首先，将已知电容CKef充电到ー个已知的电压值VKef，然后将开关切換与之平行的待测电容CEff上。对于ー个理想的系统，开关转的前后总的电量是ー个常数，通过测量开关切換后的电压Vtxit，待测电容CEff的便可以计算出来了CEff — (VRef/V0ut_l) Cltef。传统的高精度电容测量都需要一系列分离电子元件的复杂组合，而且这些电子元件的连接和组装也需要相当的技巧。这些电子元件的选取不光很耗时，而且在选好之后，还需要大量的时间和精力对设计进行定量评估和优化。由于近来半导体科技的发展，不少电容测量的功能都被成功的集成到了单个的半导体芯片上，这些用于电容测量的半导体芯片的存在，使得液滴控制和測量变得更加准确、经济、和高效。例如，美国公司Analog Devices设计生产的单电极电容式传感器芯片AD7147有13个输入通道，可以用于对13个电容同时进行测量，这使得电容测量容易了很多。图6C就是利用电容式传感器芯片来对多个未知电容同时测量的例子，电容式传感器芯片将测量到的电容值以数字化的方式传输给微处理器。这个方法有很多优势，如降低了环境噪声的影响、多通道同时测量、芯片内带有的校准逻辑等。图7即显示了液滴与驱动电极的重叠程度与測量所得的相对电容之间的关系，如图7所示，易知，液滴与驱动电极重叠程度越大(即液滴D的体积越大)，所测得的相对电容就越大。因此可以通过测得的相对电容来判断出液滴与驱动电极的重叠程度。由此可知，本发明的液滴測量方法，能对准确測量出液滴与驱动电极的交叠状况(位置、大小、体积、速度等)，从而获得与液滴相关的反馈信息，以利于在后续对液滴进行相应的动作(产生、移动、分离、合并等)，提高液滴控制的准确性和工作效率。
另外，根据本微流器件发明能对液滴与驱动电极的交叠状况(位置、大小、体积、速度等)进行准确地监控的技术特点，本发明的液滴測量方法还可以对微流器件进行质量鉴定。利用已知的实验条件(如控制电压大小、电极上加电压的顺序及间隔时间等)对液滴进行操作(如产生、移动、分离、合并)，并对液滴进行电容测量，如果所得到的測量结果与预计值有偏差，则表明微流器件可能有质量问题。再有，本发明的液滴測量方法还可以对在某一固定位置的液滴进行电容随时间的变化进行測量，从而可以对液滴中进行的物理、化学、及生物过程进行測量及判断。例如，液滴中气泡的产生、蛋白质晶体的生长、细胞活性(Cell Viability)、毒性(Cytotoxicity)的变化、细胞凋亡(Apoptosis),等。如上所述，由于本发明提供的液滴測量方法可以能对液滴的状况(位置、大小、体积、速度等)进行监控，为后续对液滴进行相应的动作(产生、移动、分离、合并等)提供了准确的反馈信息，因此，本发明还提供ー种液滴控制方法，如图8所示，所述液滴控制方法包括S20，提供基于电润湿的微流器件和与所述微流器件连接的电容测量装置；S22，利用所述电容測量装置，对微流器件中的一个或多个驱动电极进行电容测量，获得液滴在驱动电极上的交叠状况，确定所述微流器件中液滴的位置；S24，根据预设的操作要求，对驱动电极阵列中的一个或多个驱动电极依照一定的顺序施加电压，控制液滴进行相应动作，并在控制液滴完成相应动作后释放相应驱动电极上的电压；S26，利用所述电容測量装置，对所述微流器件中的一个或多个驱动电极进行电容测量，判定所述液滴的位置是否符合所述预设的操作要求；若判定所述液滴的位置符合所述预设的操作要求，则完成该部分操作；若判定所述液滴的位置不符合所述预设的操作要求，则继续执行步骤S24，直至确保所述液滴的位置符合所述预设的操作要求。可选地，在上述步骤中，所述控制液滴进行相应动作包括液滴的产生、移动、拆分、合并中的ー种或多种。可选地，所述液滴控制方法还包括若通过电容測量后确定得到所述液滴不能到达所述预设的操作要求的目标位置上吋，则判定所述驱动电极为失效；重新对液滴进行操作以绕过所述失效的驱动电极。以下通过实例，对电容測量在液滴控制中的应用进行详细说明图9A至9D显示了应用于液滴产生的示意图。如图9A所示，液体储存室LQ中的液体直接位于驱动电极ES的一部分之上，最初，所有驱动电极均接地(以字母G作为标识)，在这里，“接地”表示对应的驱动电极被设置成OV或与OV足够接近。如图9B所示,在驱动电极ES上加一定的电压(以Vl作为标识，其幅度通常小于100伏，但应当大到可以观察到明显的电润湿效应或可用于微流器件中电极之间的电容测量)，液体储存室LQ中的液体开始沿着驱动电极E8流动，通过对驱动电极E8进行电容测量，液体和从储存室LQ中流出的量(也就是液体和驱动电极ES的空间重叠)便可以知道，以此可以根据需要产生的液滴的体积来决定何时断开驱动电极ES上的电压。图9C显示了根据所需产生的液滴的体积来断开驱动电极E8上电压，使得自储存室LQ中流出的液体与储存室LQ分离后形成液滴；同吋，另在驱动电极El上加一定的电压(V2)后分离后形成的液滴开始在在驱动电极El上延展。如图9D所示，当断开EI上的电压后，液体回到自然的圆形，如此，一个已知大小的液滴就被产生出来了。
当然，例如要形成体积更大的液滴，也可以先在驱动电极ES上施加电压，令储存室LQ中的液体沿着驱动电极ES流动，持续一段时间，当液体在驱动电极ES上延展得足够多吋，断开驱动电极ES上的电压，转而在相对远离储存室LQ的例如驱动电极E3或E4上施加电压并再断开，如此，可以获得体积相对更大的液滴。图IOA至IOE显示了应用于液滴移动的示意图。如图IOA所示,液滴D的初始位置为驱动电极E3、E7的交点处。最初，临近该液滴D的驱动电极全部接地(G)，因而此时液滴D是静止且平衡的。如图IOB所示，当在驱动电极E3上施加一定的电压(V3)时,液滴D便会在驱动电极E3上延展，其延展度可通过对电极E3的电容测量进行判断。如图IOC和图IOD所示，在适当的时候，断开驱动电极E3上的电压，并在驱动电极E8上施加一定的电压(V4)，使得液滴D移向驱动电极ES并沿驱动电极ES延伸，所述延展度可通过对驱动电极E8的电容测量进行判断。如图IOE所示,断开驱动电极E8上的电压后,液滴D变成位于两个驱动电极E3、E8的交点处的自然圆形，完成液滴D的位置搬移。图IlA至IlD显示了应用于液滴分离的示意图。如图IlA所示,液滴D的初始位置为两个驱动电极E3、E8的交点处。最初，临近该液滴D的驱动电极全部接地(G)，此时液滴D是静止且平衡的。如图IlB所示，当在驱动电极E8、E2、E4上施加一定的电压(分别为V5、V6、V7)时，液滴便会在驱动电极E8、E2、及E4上延展，其延展度可通过对驱动电极E8、E2、及E4的电容测量进行断定。如图IlC所示，在适当的时候，先断开驱动电极ES上的电压，液滴D被分离成分别在驱动电极E2、E4上延展的两部分。如图IlD所示，断开驱动电极E2、E4上的电压，形成分别位于驱动电极E2、E8的交点处的液滴Dl和位于驱动电极E4、E8的交点处的液滴D2，实现液滴D的拆分。图12A至12D显示了应用于液滴合并的示意图。如图12A所示,液滴D3的初始位置为驱动电极E2和E8的交点处,而液滴D4的初始位置为驱动电极E4和E8的交点处。最初，临近这两个液滴D3、D4的驱动电极全部接地(G)，此时液滴D1、D2是静止且平衡的。如图12B、12C所示，当在驱动电极E3、E8上施加一定的电压(分别为V8、V9)吋，这两个液滴Dl、D2便首先会在驱动电极E8上延展并共同朝向驱动电极E3移动，直至两个液滴Dl、D2汇合后在驱动电极E8、E3上延展，其延展度可通过对驱动电极E3、E8的电容测量进行断定。如图12D所示，在适当的时候，先断开驱动电极ES上的电压，然后再断开驱动电极E3上的电压，由两个液滴Dl、D2合并的液滴液体变成位于两个驱动电极E3和E8的交点处呈自然圆形的液滴D。上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发 明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
权利要求
1.一种液滴測量方法，其特征在于，所述测量方法包括 提供基于电润湿的微流器件和与所述微流器件连接的电容测量装置，所述微流器件包括衬底以及位于所述衬底上、包含多个驱动电极的驱动电极阵列； 利用所述电容測量装置，对所述微流器件中的一个或多个驱动电极进行电容测量； 根据所述电容测量装置所获得的电容测量结果，判断出所述微流器件中液滴与所述驱动电极的交叠状況。
2.根据权利要求I所述的液滴測量方法，其特征在于，所述驱动电极阵列中的驱动电极是用来对所述液滴进行有电润湿效果的操作。
3.根据权利要求I所述的液滴測量方法，其特征在于，所述液滴与所述驱动电极的交叠状况包括液滴在驱动电极上是否存在或部分存在、液滴在驱动电极上所在的位置、液滴形状、大小。
4.根据权利要求I所述的液滴測量方法，其特征在于，所述进行电容测量的方法包括基于谐振法的电容测量法及基于电容器充放电法的电容测量法。
5.ー种液滴控制方法，其特征在于，包括 提供基于电润湿的微流器件和与所述微流器件连接的电容测量装置，所述微流器件包括衬底以及位于所述衬底上、包含多个驱动电极的驱动电极阵列； 利用所述电容測量装置，对微流器件中的一个或多个驱动电极进行电容测量，获得液滴在驱动电极上的交叠状况，确定所述微流器件中液滴的位置； 根据预设的操作要求，对驱动电极阵列中的一个或多个驱动电极依照一定的顺序施加电压，控制液滴进行相应动作，并在控制液滴完成相应动作后释放相应驱动电极上的电压； 利用所述电容測量装置，对所述微流器件中的一个或多个驱动电极进行电容测量，以确保所述液滴的位置符合所述预设的操作要求。
6.根据权利要求5所述的液滴控制方法，其特征在于，所述控制液滴进行相应动作包括液滴的产生、移动、拆分、合并中的ー种或多种。
7.根据权利要求5所述的液滴控制方法，其特征在于，还包括若通过电容測量后确定得到所述液滴不能到达所述预设的操作要求的目标位置上时，则判定所述驱动电极为失效；重新对液滴进行操作以绕过所述失效的驱动电极。
全文摘要
本发明提供一种基于电润湿的微流器件的液滴测量方法及液滴控制方法，其中，所述液滴测量方法包括提供基于电润湿的微流器件和与所述微流器件连接的电容测量装置，所述微流器件包括衬底以及位于所述衬底上、包含多个驱动电极的驱动电极阵列；利用所述电容测量装置，对所述微流器件中的一个或多个驱动电极进行电容测量；根据所述电容测量装置所获得的电容测量结果，判断出所述微流器件中液滴与所述驱动电极的交叠状况。相较于现有技术，本发明能对液滴与驱动电极的交叠状况(位置、大小、体积、速度等)进行准确地监控，从而根据监控结果，可以准确控制液滴执行产生、移动、分离、合并等相应动作，提高工作效率。
文档编号G01P5/08GK102650512SQ20111004696
公开日2012年8月29日 申请日期2011年2月25日 优先权日2011年2月25日
发明者吴传勇 申请人:上海衡芯生物科技有限公司, 吴传勇