一种便携式可拼接数字微流控驱动电路、装置及系统的制作方法

本发明涉及微流控技术领域，尤其涉及一种便携式可拼接数字微流控驱动电路、装置及系统。

背景技术：

数字微流控平台：一种微流体控制平台，在平台中，液体作为独立的单位大小的液滴进行处理，这些液滴可以从源头分配出来，合并、分裂或在需求点之间运输。基于电润湿的数字微流控装置可通过使用表面电极阵列来实现，以通过电润湿效应来控制液滴的形状和位置。

随着技术的发展，数字微流控平台在化学、生物、医学及其他领域展现出巨大的发展潜力和应用前景，如在试剂检测、即时诊断等领域中，数字微流控平台都表现出了优异的性能。近年来小型化的即时诊断平台渐渐展现发展苗头，如何扩大阵列数量以及减小体积越来越受到关注。与传统数字微流控平台不同的是，小型化的即时诊断平台体积更为小巧，对测试材料的消耗更低以及检测功能更具备针对性，更甚至有可供用户根据自身需求的diy的阵列。随着阵列平台自由度升高、体积更为小巧、对测试材料的消耗更低，数字微流控平台将成为极具潜力的新兴技术之一。

然而，数字微流控由于其限制，难以大型化以及进行量产化，仍然停留在实验里，平台可控制数量的大型化以及体积问题显而易见。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的是提供一种可拼接数字微流控驱动电路，解决了现有微流控驱动电路不能连接多个微流控平台的技术问题。

为此，本发明的第二个目的是提供一种便携式可拼接数字微流控装置，解决了数字微流控装置不能自由组合拼接的技术问题。

为此，本发明的第三个目的是提供一种便携式可拼接数字微流控系统，解决了现有数字微流控平台设备体积庞大的技术问题。

本发明所采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种可拼接数字微流控驱动电路，包括主控模块、升压输出模块、通信接口模块。主控模块的输出端与升压输出模块、通信接口模块的输出端均连接，主控模块的输入端与通信接口模块的输出端连接。

进一步地，通信接口模块为串口模块。

进一步地，升压输出模块采用的是芯片ssd1629qn10，用于升压多路并行输出。

进一步地，主控模块采用的是芯片stm32f103cbt6，用于处理控制信号。

第二方面，本发明提供一种便携式可拼接数字微流控装置，包括便携式可拼接数字微流控驱动电路和操作阵列模块，便携式可拼接数字微流控驱动电路通过升压输出模块与操作阵列模块连接。

进一步地，便携式可拼接数字微流控装置为ito玻璃微流控装置或pcb电极微流控装置、纸张微流控装置。

进一步地，操作阵列模块采用的接口为排针或fpc连接器。

进一步地，操作阵列模块为开放式结构或闭合式结构。

进一步地，操作阵列模块包括有电极涂层材料，所述电极涂层材料为具备疏水性需求的材料，所述电极涂层材料包括af特氟龙、cytop、pdms、parafilmm。

进一步地，操作阵列模块包括电极，所述电极的形状为传统型矩形或半月牙形或圆锯齿形。

进一步地，数字微流控装置还包括无线通信模块，所述无线通信模块包括wifi模块和/或zigbee模块。

第三方面，本发明提供一种便携式可拼接微流控系统，包括多个便携式可拼接数字微流控装置，多个便携式可拼接数字微流控装置之间通过通信接口模块连接。

本发明的有益效果是：

本发明一种便携式可拼接数字微流控驱动电路、装置及系统，通过通信接口模块实现了可操作的阵列电极平台数量的增加，使得数字微流控平台实现了大范围的操控液滴，且数字微流控平台可自由拼接及小型化。

本发明可广泛应用于微流控技术领域。

附图说明

图1a是本发明一种可拼接数字微流控电路的原理方框图；

图1b是本发明一种便携式可拼接数字微流控装置的模块方框图；

图2是本发明一种便携式可拼接数字微流控装置的信号流向图；

图3是本发明数字微流控装置中液滴运动过程示意图；

图4是本发明拼接装置信号流向原理图；

图5是本发明两个微流控阵列平台拼接时各模块间的信号流向图；

图6是本发明多个微流控阵列平台拼接时各模块间的信号流向图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

参考图1a，一种可拼接数字微流控电路的原理方框图。可拼接数字微流控电路包括主控模块1，升压输出模块2，通信接口模块3。主控模块1的输出端与升压输出模块2、通信接口模块3的输出端均连接，主控模块1的输入端与通信接口模块3的输出端连接。

本实施例中，主控模块1采用的是由stm32f103cbt6作为中央处理器，用于处理控制信号。

本实施例中，升压输出模块2采用的是由ssd1629qn10作为升压多路并行输出，升压输出模块2还包括电压输出接口模块。

本实施例中，通信接口模块3为串口模块。

参考图1b，一种便携式可拼接数字微流控装置的模块方框图。便携式可拼接数字微流控装置包括图1a中的可拼接数字微流控电路和操作阵列模块4。其中，可拼接数字微流控驱动电路通过升压输出模块2与操作阵列模块4连接。

参考图2，便携式可拼接数字微流控装置工作原理为：电源对主控模块1(包括stm32f103cbt6芯片)以及升压输出模块2(包括ssd1629qn10芯片)进行供电，由me6208a33m3g组成的稳压系统实现将5v转为3.3v；主控模块1(包括stm32f103cbt6芯片)根据程序对升压输出模块2(包括ssd1629qn10芯片)发送控制指令，控制升压输出模块2(包括ssd1629qn10芯片)按照需求升压并输出；每个ssd1629qn10芯片有32路电压并行输出口，可输出电压最高为40v，根据接收到stm32的指令输出一个或是多个不会相互干扰的并行电压，并且可以根据程序在单位时间内发生电压变化、输出口的数量及位置的改变，输出至接口连接器。ssd1629qn10芯片连接至电压输出接口模块进行电压输出，所连接的电压输出接口模块可以为任意连接器(排针或是fpc连接器等)，连接器具体形式、封装根据不同的平台需求而定；操作阵列模块4中，电极上的涂层可为任何具备疏水性的介电质层或薄膜，视具体情况而定，符合介电润湿原理的皆可适用；所衔接的操作阵列模块4可为任意种类的数字微流控液滴操作平台(如ito玻璃、pcb电极以及纸张微流控等)，每个电极与每条线路需要独立对应，将ssd1629qn10芯片输出的电压输出至对应的电极。stm32f103cbt6芯片具备有三组通信串口，任意数量的驱动装置可以相互连接，其具备的串口皆可为通信串口实现信息交互；当stm32f103cbt6芯片执行完当前程序之后进入等待状态(中断)并向串口发送指令；串口将指令传递至连接的另一个相同的驱动装置，与其实现信息交互，当驱动装置接收到其他驱动装置或是电脑发送来的指令时，可以根据要求发送反馈信号，或是将指令往下继续传递，以增加输出口数量从而实现扩大控制范围。

通信串口传输的信息包括控制信息与反馈信息，通信信息可包括在每个单位时间内按照需求改变阵列平台上的驱动电极数目、改变驱动电极的位置、调整电极驱动顺序、电极驱动位置顺序改变、唤醒并驱动下一个装置开发板以及指示灯闪烁等所有驱动装置板上所具备模块的功能指令信息；通信串口传输的信息可以是一个简单的触发信号，当目标驱动装置板接收到信号时，根据设定好的对应信息触发功能，或是把按需求编排好的电极驱动位置、变化顺序等指令编写再一起发送。

如图3所示，数字微流控驱动装置中液滴运动过程示意图。液滴同时接触相邻两个电极时，给其中一个电极施加电压(最高可达40v，最低不为0，不同电极大小或材质驱动液滴所需电压差不同，图示以40v为例)另一个电极施加0v，液滴会往高电压方向移动，图3中分别列举了开放式结构以及闭合式结构中驱动液滴运动过程，其中电极以正方形为例。

如图4所示，拼接装置信号流向原理图。将编号1-5的驱动装置板相连，阵列平台上电极分成a-e五个区域分别对应编号1-5。当1号驱动板执行完指令⑨对a区域上的液滴进行操作之后发送指令信息到下一块驱动板并自身进入待机状态，于图中①；当2号驱动板接收到信号时，对区域b执行相应指令⑩之后向下一块驱动板发送信息并自身进入待机状态，于图中③；也可以向1号驱动板发送反馈信号，于图②；一块驱动板可以发送传递信息如③和反馈信息②，但②③需要有极其短的时间间距，不能同时；每块驱动板接收到信息，执行命令后可以根据需要传递信息至下一个驱动板或是反馈信息回上一块驱动板。

本实施例利用了通用芯片stm32和升压芯片ssd1629，stm32芯片功能强大，具备实现多种功能的实力；ssd1629芯片升压最高可升至40v，完全符合数字微流控驱动液滴的条件；而且ssd1629具备32个输出口，数量多，可实现多并行输出口输出，为实现大范围应用打下基础；stm32具备复数组通信串口，可用以驱动装置间或是电脑对于装置之间的通信交互，从而实现驱动装置板子的拼接，扩大控制范围，而且拼接的板子数量并无限制，从而实现数字微流控大型化液滴控制；而且需要大型化时拼接，其他时候可以拆卸并进行搬运，方便便携，解决了大型数字微流控平台设备的笨重问题；可适用阵列平台广，实用性强。

实施例二

参考系列图5，两个微流控阵列平台拼接时各模块间的信号流向图。两个装置驱动板相连，驱动液滴绕着电极阵列移动一圈，1号驱动板执行指令③，将液滴由区域a移动到区域边缘，并向2号驱动板发送信息后进入待机状态，如①；当2号驱动板接收到指令时，将液滴从a与b区域边缘处移动至图5a显示的位置处；并将液滴移动到图5b显示的位置处；同理2号装置板执行指令④、②移动到图5c及图5d位置。

实施例三

参考系列图6，多个微流控阵列平台拼接时各模块间的信号流向图。多块装置驱动板相连，驱动一个位于区域a的液滴，1号驱动板执行指令⑨将液滴与送至a区域与b区域边界(如图6b)之后，向下一块驱动板发送指令信息①后进入待机状态。2号驱动板接收到信号之后执行指令⑩，将液滴运送到b区域与c区域边界(如图6c)，向下一块驱动板发送指令信息③后进入待机状态；通过该种方法，可以在a-e区域内随意驱动任意数量、任意位置的液滴移动到指定位置进行合并、分裂或是运输等动作；每个装置驱动板都有程序制定的专有装置编号，可以加入在指令信息的识别段中，当识别的编号非目标装置时，将指令往下一个传递；假如当装置1发送出指令信息后，2号装置板接收到指令，识别出的编号并非本装置时，将指令往下一个装置板传递，自身再次进入待机状态；每个装置驱动板都可以作为发出指令的起点、传递指令的中转点或是接收并执行命令的终点。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。