一种微流控芯片及相关装置与方法与流程

本发明涉及显示，尤其是涉及一种微流控芯片和包含其的检测装置及检测方法。

背景技术：

1、基因测序是当前生物医疗领域的热点，在测序工程中，研究单细胞或生化液滴体系尤为重要。现有的水滴角检测装置可针对水滴或液滴在不同的基材上进行水滴角或动态水滴角的检测，从而定量评价亲疏水性能，被广泛应用于硅晶、液晶、玻璃、纤维、合成材料等领域的测试与研究。与传统的微阵列、微流控系统相比，数字微流控装置的可操作性更强，无需外置的气路装置，可实现自动化与微型化，被广泛应用于上述的水滴角检测装置中。

2、现有的数字微流控装置多是开放式的单极板型和单一条件下的双极板型。单极板型是通过表面处理的金属丝作为电极驱动，芯片电极上水滴或液滴移动，经摄像头录像，从而评价水滴或液滴的移动性能；双极板型是通过摄像头进行监测，从而评价水滴或液滴的移动性能，以及获取液滴的水滴角大小。但无论是单极板型还是双极板型的数字微流控装置，上电极均为固定设置，其位置无法调整，从而导致上电极与不同大小的液滴之间的间距难以保证，不利于提高测试数据的精度。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明提供了测序仪用数字液滴的连续动态检测装置，以解决现有技术中因上电极位置固定，从而导致上电极与不同大小的液滴之间的间距难以保证，不利于提高测试数据精度的问题。

2、为解决上述问题，本发明在第一方面提供了一种微流控芯片，该微流控芯片至少包括相对设置的基板和感测装置，所述基板上设置有驱动电极；所述基板与所述感测装置间形成收容待测液滴的通道；所述感测装置包括相互连接的控制部件和感测部件，所述控制部件能够控制所述感测部件和所述基板中的至少一个朝相互靠近或远离的方向相对运动，以使所述感测部件经所述待测液滴与所述驱动电极形成电连接通路。

3、本方案提供的微流控芯片，至少包括基板和感测装置，基板上设置有驱动电极，基板与感测装置间形成收容待测液滴的通道，驱动电极上方的通道内能够滴加不同形貌和成分的待测液滴；感测装置包括相互连接的控制部件和感测部件，控制部件能够控制感测部件和基板中的至少一个朝相互靠近或远离的方向相对运动，即能够控制感测部件运动或者控制基板运动，也能控制两者均能够运动，以使感测部件经待测液滴与驱动电极形成电连接通路，感测部件能够感测待测液滴的形貌与大小，并将感测到的信息(如待测液滴与感测部件之间的间距)反馈至控制部件，控制部件据此上下调整感测部件(或基板)的位置，以精确控制感测部件(即上电极)与不同大小的待测液滴之间的间距，从而提高了测试数据的精度。

4、在其他优选的实施例中，上述微流控芯片还包括与所述顶板连接并朝所述基板方向延伸的侧壁；所述感测部件包括顶板以及设置在所述顶板上的至少一个感测电极；所述侧壁与所述顶板及所述基板围成一密封腔，所述控制部件控制所述顶板带动所述感测电极运动时，所述顶板在所述侧壁的高度方向相对所述基板发生位置变化；所述驱动电极至少部分位于所述密封腔内。

5、具体使用时，侧壁与顶板及基板围成一密封腔，待测液滴处于密封环境中，可以有效解决液滴的挥发问题，尤其是液滴挥发迅速的变电压与检测中，本方案降挥发效果更为明显，顶板上设置有至少一个感测电极，能够工作的感测电极的数量与待测液滴的数量及位置一一对应配合，当控制部件控制顶板带动感测电极运动时，顶板在侧壁的高度方向相对基板发生位置变化，能够调节感测电极与待测液滴之间的竖直距离，精确控制上电极(即感测电极)与不同大小的待测液滴之间的间距大小，驱动电极至少部分位于密封腔内，待测液滴能放置在驱动电极位于密封腔内的部分的上方，感测电极经待测液滴能与驱动电极形成电连接通路。

6、在其他优选的实施例中，所述基板的上表面设置有至少一个所述驱动电极，且所述驱动电极的上表面设置有至少一个检测区域，检测区域内能至少滴放一个待测液滴，感测电极与其下方的检测区域内的待测液滴一一对应；所述感测电极与所述检测区域一一对应设置，感测电极一般位于与其相对应的检测区域的上方，且所述微流控芯片还包括对所述感测电极靠近所述检测区域的一侧进行定位的定位装置，能通过定位装置监控感测电极与液滴间的间距，便于调整感测电极与不同大小的待测液滴之间的间距。

7、在其他优选的实施例中，所有感测电极均可活动地设置在顶板上，且均与控制部件连接；所述控制部件在所述顶板相对所述基板运动的基础上进一步控制所述感测电极相对所述顶板朝靠近或远离所述待测液滴方向运动。

8、具体检测时，当在某一检测区域内滴加待测液滴后，控制部件能够控制与该待测液滴对应位置处的感测电极伸出，而后控制部件在顶板相对基板运动的基础上(即仅有顶板能够运动)，当顶板到达初始确定的位置后(粗调)，进一步控制感测电极相对顶板朝靠近或远离所述待测液滴方向运动(精调)，通过上述粗调和精调两个步骤的配合，能使得感测电极的尖端与待测液滴接触，便于液滴接触角的检测。

9、在其他优选的实施例中，所述侧壁上设置有供光线透过的透光部，且所述透光部的透光率大于或等于0.8，以保证较佳的透光效果，外部光源经所述透光部将光线入射到所述密封腔内，透光部高度透明，方便光线的穿透及图像采集。

10、在其他优选的实施例中，所述侧壁包括透明材质的内壁和不透明材质的外壁，所述透光部设置在外壁上。

11、本方案中的内壁和外壁可直接贴合设置，也可留有空隙，在不透明的外壁上设置有透光部，外部光源经透光部以及透明的内壁将光线入射到密封腔内，便于后续图像采集工作的正常进行。

12、在其他优选的实施例中，所述感测电极包括电极丝以及轴向套设在所述电极丝外周的轴套，所述轴套带动所述电极丝相对所述顶板可活动连接，轴套能够有效保护内嵌在其中的电极丝，使其能正常稳定发挥感测作用。

13、在其他优选的实施例中，所述驱动电极为包括图案化的电极片、以及设置在电极片靠近顶板一侧的第一保护层；第一保护层至少包括第一介电层和第一疏水层，驱动电极用于控制液滴的运动。电极片的上表面需要构造介电层和疏水层，或者二合一的介电疏水层，可以通过贴膜、喷涂、沉积等方式实现，介电层用来保持线路及各层之间的绝缘性。

14、在另一优选的方案中，顶板靠近所述基板的一侧设置有第二保护层；所述第二保护层至少包括导电层，以及位于所述导电层近所述基板的一侧的第二疏水层。顶板的下表面需要构造导电层，如通过喷涂、沉积、溅射等方式，或者采用导电的材料，导电层外需要构造疏水层，或者使用导电且疏水的材料。

15、在其他优选的实施例中，还包括连接到基板的温控部件，所述温控部件用于调节所述基板的温度以将所述密封腔内的温度控制在4～97℃，除了能解决现有的液滴水滴角测试装置存在的挥发问题，还可对加热状态与pcr过程进行液滴的评价检测。

16、本发明第二方面提供了一种包含所述的微流控芯片的检测装置，所述检测装置还包括光源；以及

17、输出模块，其包括与所述驱动电极连接的第一输出端，以及与感测部件连接的第二输出端；所述输出模块能够输出不同的电压驱动信号至所述电连接通路；

18、图像处理模块，用于采集不同电压驱动信号下的所述通道内液滴的形貌，并检测液滴的接触角大小。

19、具体应用检测装置检测待测液滴的接触角时，先将光源对准透光部，使光线进入空腔内，并对准待测液滴，便于检测接触角，调节感测电极的位置使其与待测液滴接触，再打开输出模块，对驱动电极以及感测电极供压，将不同的电压驱动信号提供给所述电连接通路，最后通过图像处理模块采集不同电压驱动信号下的通道内液滴的形貌，并检测待测液滴的接触角大小。

20、在其他优选的实施例中，所述驱动电极呈图案化且间隔排布在所述基板上，每个间隔部分的驱动电极上方均对应设置有能够容纳待测液滴的检测区域，所述控制部件进一步控制所述输出模块输出对应电压信号至所述驱动电极控制所述液滴的运动，具体应用时，能够基于介电润湿原理，对图案化电极中的不同电极通电实现液滴的移动、拆分、合并。

21、在其他优选的实施例中，所述图像处理模块包括用于获取所述液滴形貌的摄像装置；以及与所述摄像装置连接，且用于分析和处理所述图像数据的主控装置。

22、具体应用时，先利用摄像装置获取液滴的形貌，并通过主控装置分析和处理图像数据，实时检测不同大小及形状的液滴的接触角大小。

23、本发明第三方面提供了一种利用所述的检测装置的检测方法，所述感测部件包括与所述基板可活动设置的顶板，以及设置在所述顶板上的至少一个感测电极，所述顶板与所述基板之间间隔形成所述通道；所述检测方法至少包括以下步骤：

24、a.向所述通道内提供待测液滴；

25、b.利用控制装置驱动所述顶板相对所述基板移动至初始位置后，再通过定位装置检测所述感测电极的位置信息并反馈给所述控制部件，所述控制部件基于所述位置信息进一步调整所述感测电极的位置，使所述感测电极的端部与待测液滴接触，以使所述感测电极经所述待测液滴与所述驱动电极形成电连接通路；

26、c.利用输出模块对所述驱动电极和所述感测部件施加电压，并利用图像处理模块获取相应条件下待测液滴的水滴角和形貌变化图。

27、本方案提供了一种在密封状态下检测液滴水滴角和形貌变化的方法，既能避免液滴挥发，还能通过控制装置自动控制感测电极的端部与不同大小的待测液滴均接触，以使感测电极经待测液滴与驱动电极形成电连接通路，便于后续通电检测。

28、在其他优选的实施例中，步骤a中至少两个具有不同尺寸的所述待测液滴位于所述通道内，步骤b进一步包括：分别调节与不同所述待测液滴一一对应的所述感测电极与对应所述待测液滴之间的距离。

29、在本实施例中，至少能同时检测两个不同尺寸的待测液滴的形貌和水滴角大小，需要理解的是，在控制装置一一对应控制的条件下，本发明所提供的检测装置和检测方法，完全能适用于同时检测更多尺寸互不相同的液滴，并实时获取每个液滴的形貌及水滴角大小。

30、本发明第四方面提供了一种包括所述的微流控芯片的测序装置，采用密封芯片装置，既能防挥发，还可精确控制上电极(感测电极的端部)与不同大小的液滴接触，全流程自动化配置，大大减小了人工操作时间，且可有效提高测试数据精度。

31、本发明第五方面提供了一种测序仪用液滴控制芯片的制作方法，所述制作方法包括利用所述的检测装置确定所述液滴控制芯片的工艺参数，所述工艺参数至少包括位置信息及电压控制参数；所述感测部件包括与所述基板且可活动设置的顶板以及设置在所述顶板上的至少一个感测电极，所述顶板与所述基板之间间隔形成所述通道；确定所述液滴控制芯片的工艺参数包括：

32、选取指定大小的待测液滴，将所述待测液滴应用到所述通道内；

33、调节所述顶板与所述基板之间的相对距离，并进一步调节所述感测电极与所述待测液滴之间的位置，获取所述感测电极的端部与待测液滴接触时所述顶板、所述基板、所述感测电极及所述驱动电极对应的所述位置信息；

34、调节所述输出模块输出不同的电压驱动信号至所述电连接通路，获取与所述待测液滴对应的电压控制信息；

35、基于所述图像处理模块检测到的不同电压驱动信号下的所述待测液滴的形貌和接触角大小确定最佳所述电压控制参数。

36、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

37、本发明第一方面提供的微流控芯片，利用感测部件能够感测待测液滴的形貌与大小，并将感测到的信息(如待测液滴与感测部件之间的间距)反馈至控制部件，控制部件据此上下调整感测部件的位置，以精确控制感测部件(即上电极)与不同大小的待测液滴之间的间距，从而提高了测试数据的精度；且当本发明中的微流控芯片采用密封结构时，能有效减缓液滴挥发速率；

38、本发明第二方面提供的包含所述的微流控芯片的检测装置，先将光线对准待测液滴，调节感测电极的位置使其与待测液滴接触，再将不同的电压驱动信号提供给所述电连接通路，最后通过图像处理模块采集不同电压驱动信号下的通道内液滴的形貌，并检测待测液滴的接触角大小，全流程自动化配置，大大减少了操作时间，并提高了测试数据精度；

39、本发明第三方面提供了一种在密封状态下检测液滴水滴角和形貌变化的方法，既能避免液滴挥发，还能通过控制装置自动控制感测电极的端部与不同大小的待测液滴均接触，以使感测电极经待测液滴与驱动电极形成电连接通路，自动化控制，方便快捷，准确率高；

40、本发明第四方面提供了一种包括所述的微流控芯片的测序装置，采用密封芯片装置，既能防挥发，还可精确控制上电极(感测电极的端部)与不同大小的液滴接触；

41、本发明第五方面提供了一种测序仪用液滴控制芯片的制作方法，利用上述的基板与顶板之间距离可控的微流控芯片，能够快速方便地获取适配目标液滴的多种工艺参数，结合获取的工艺参数精准制备相应的液滴控制芯片，并适用于多通道、复杂体系的快速检测，快速定位最优化工艺参数与条件，节省工艺摸索时间与成本。