一种ewod芯片液滴驱动方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种EWOD芯片液滴驱动方法及系统，本发明中所使用的第一电容和第二电容，与液滴和驱动电极的相对位置有关，与驱动电压信号频率和液滴的组成成分无关，所以需要大大减小运算过程的计算量，并且本法能够快速检测到液滴是否运动失败，当运动失败后，能够得知当前液滴的停留位置，即当液滴停留在第一驱动电极上时，给第二驱动电极加电，以使液滴越过障碍达到目标位置，方便技术人员进行后续操作。
【专利说明】—种EWOD芯片液滴驱动方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及生化分析领域，尤其涉及一种EWOD芯片液滴驱动方法及系统。
【背景技术】
[0002]近二十年微流控技术随着微制作工艺的快速发展也取得了很大的突破，利用介电湿润机理(Elector Wetting on Dielectric,简称EW0D)的数字微流控技术成为微流控技术的新热点。利用数字微流控技术操控液滴，是通过控制对EWOD芯片的驱动电极加电，液滴便会往加电驱动电极的方向运动，按时序分别控制阵列驱动电极加电，液滴就会被驱动。
[0003]由于EWOD芯片表面有缺陷、灰尘等障碍，障碍会阻碍液滴的运动，如果液滴在运动过程中被中断，则不能完成规划好的路径。如图1所示，阵列电极中液滴从I号驱动电极运动到4号驱动电极上，即I号驱动电极为初始位置、4号驱动电极为目标位置，在3号电极上将“星星☆”作 为障碍。由于驱动电极上的驱动电压，是外围控制电路在液滴开始运动之前便设定好的，从2号至5号依次对阵列电极施加驱动电压，液滴就会相应地完成从I号驱动电极运动至4号驱动电极，但是当液滴运动到3号驱动电极上，由于受到灰尘影响而停留在3号驱动电极上，此时会控制后续的运动带来一系列的困难。
[0004]因此现在需要一种方法能够在能够促使液滴完成设定的运动长度，从而达到目标位置，方便技术人员进行后续操作。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种EWOD芯片液滴驱动方法、装置及系统，能够完成设定的运动长度，从而达到目标位置，方便技术人员进行后续操作。
[0006]为了实现上述目的，本发明提供以下技术手段:
[0007]一种EWOD芯片液滴驱动方法，包括:
[0008]检测第一驱动电极和第二驱动电极的电容，获得第一电容和第二电容，其中液滴位于EWOD芯片中所述第一驱动电极的上方，所述第二驱动电极为带电电极；
[0009]判断所述第二电容与所述第一电容的差值是否小于零；
[0010]当所述差值小于零，则控制所述第二驱动电极加电。
[0011]优选的，检测第一驱动电极和第二驱动电极的电容包括:
[0012]利用电容检测仪按预设频率检测第一驱动电极和第二驱动电极的电容，所述电容电测仪分别与所述第一驱动电极和所述第二驱动电极相连。
[0013]优选的，所述预设频率包括:50HZ。
[0014]优选的，所述控制第二驱动电极加电包括:
[0015]通过光电耦合开关控制所述第二驱动电极抖动加电。
[0016]优选的，所述抖动加电的过程包括:
[0017]所述光电耦合开关闭合控制所述第二驱动电极加电第一时间后、断开第二时间；
[0018]将上述过程重复预设次数后，再将光电耦合开关闭合第三时间后断开。[0019]优选的，所述第一时间包括100ms，所述第二时间包括50ms，所述第三时间包括800ms,所述预设次数包括4次。
[0020]优选的，还包括:
[0021 ] 当所述差值不小于零，则控制下一个驱动电极带电。
[0022]优选的，还包括:
[0023]预先将光电耦合开关闭合，控制所述第二驱动电极加电500ms。
[0024]一种EWOD芯片液滴驱动系统，包括:
[0025]多个驱动电极，与所述多个驱动电极相连的电容检测仪，与所述电容检测仪相连的控制器，与所述控制器相连的光电耦合器，所述光电耦合器与所述多个驱动电极相连，所述多个驱动电极包括第一驱动电极、第二驱动电极；
[0026]所述电容检测仪，用于检测第一驱动电极和第二驱动电极的电容，获得第一电容和第二电容，其中液滴位于所述第一驱动电极，所述第二驱动电极为带电电极，并将第一电容和第二电容发送至控制器；
[0027]所述控制器，用于判断所述第二电容与所述第一电容的差值是否小于零；当所述差值不小于零，则控制光电耦合器对下一个驱动电极带电，当所述差值小于零，则控制光电耦合器对所述第二驱动电极加电。
[0028]10、如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述电容检测仪通过多路复用器与所述控制器相连。
[0029]经过上述技术方案可知，本发明所提供的EWOD芯片液滴驱动方法中所使用的第一电容和第二电容，与液滴和驱动电极的相对位置有关，与驱动电压信号频率和液滴的组成成分无关，所以大大减小了运算过程的计算量，并且本法能够快速检测到液滴是否运动失败，当运动失败后，能够得知当前液滴的停留位置，即当液滴停留在第一驱动电极上时，给第二驱动电极加电，以使液滴越过障碍达到目标位置，方便技术人员进行后续操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
[0031]图1为现有技术中液滴在EWOD芯片运动时的示意图；
[0032]图2为本发明实施例公开的EWOD芯片与液滴的电容示意图；
[0033]图3为本发明实施例公开的液滴在第一驱动电极至第二驱动电极运动过程的示意图；
[0034]图4为本发明实施例公开的液滴在第一驱动电极至第二驱动电极运动过程中第一电容和第二电容的示意图；
[0035]图5为本发明实施例公开的EWOD芯片液滴驱动系统的结构示意图；
[0036]图6为本发明实施例公开的EWOD芯片液滴驱动方法的流程图；
[0037]图7为本发明实施例公开的采用EWOD芯片液滴驱动方法后的实验结果图。【具体实施方式】
[0038]本发明的发明人研究探索中发现，可以采用基于视觉反馈的控制系统检测液滴的位置，控制器通过检测液滴截面圆与驱动电极的相对位置达到定位液滴位置的目的，然而基于视觉反馈的控制系统需要一套高精度的视频设备和较强计算能力的计算机去实时处理视频数据，使用成本较高。
[0039]还可以采用基于传感器的反馈控制系统获知液滴的位置，具体的方法包括:利用传感器检测EWOD芯片的交流电信号，然后与所施加的驱动电压信号进行比较，以达到反馈控制的目的，但是该技术对液滴的特性依赖性较大，而EWOD芯片上的液滴在经过生物、化学反应后特性会发生改变，液滴特性改变之后其导电性也会发生改变，这就会影响传感器检测电信号的准确性。
[0040]因此发明人发现需要一种既简单又方便，又不依赖液体的特性的检测方法，从而得知液体的位置，并依据液体的位置判断液体是否由于障碍而停留。
[0041]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0042]在介绍本发明的具体实现方式之前，首先介绍一下本发明的实现原理，如图2所示，为EWOD芯片与液滴的等效电路示意图，以驱动电极为一个为例进行说明。实际情况下液滴是运动在EWOD芯片的表面，EWOD芯片包括驱动电极201，在驱动电极之上有介电层202和厌水层203，本发明中为了叙述方便，将液滴在EWOD芯片表面驱动电极对应的位置上，简述为液滴在驱动电极之上。
[0043]等效电路由两个平行的电路系统构成，上层的电路系统为零电极204和厌水层203，下层的电路系统为厌水层203、介电层202和驱动电机201，其中介电层和厌水层构成电容器，液滴周围介质构成一个电容器；由于EWOD芯片中的液滴具有一定的电导率，包含有液滴的部分就构成了相互平行的电容和电阻。液滴的弯液面会改变驱动电极之间的电场，但相对于驱动电极与极板间距之比，弯液面对电场的改变量较小，可以忽略。当只有单个驱动电极时，其电抗只包含电容，表示为式为:
[0044]Ceq = aA+(b_a)AL......(I)
[0045]式(I)中a是一个与极板间距成反比的常数其值较小，b是一个与介电层厚度成反比的常数其值较大；A表示驱动电极的表面积，Al表示液滴位于导电驱动电极之上的截面圆面积。在数字微流控芯片中液滴是通过一个电极运动到相邻电极之上来完成输运液滴的目的，很明显，驱动电极电容的大小可以表示液滴位置的函数，因为\的大小取决于液滴的位置，因此，以液滴截面圆圆心为液滴位置的反馈位置，该反馈位置可以通过检测相邻驱动电极的电容间接进行获取。
[0046]如图3所示，为液滴由第一驱动电极的初始位置运动到第二驱动电极的终点位置过程的示意图，其中液滴截面圆圆心距离第一驱动电极的距离为Xo，该液滴截面圆半径为r，第一驱动电极和第二驱动电极都为宽度L的方形驱动电极，第一和第二驱动电极的间距为Lg,所以第一驱动电极的电容表达式为:
【权利要求】
1.一种EWOD芯片液滴驱动方法，其特征在于，包括: 检测第一驱动电极和第二驱动电极的电容，获得第一电容和第二电容，其中液滴位于EffOD芯片中所述第一驱动电极的上方，所述第二驱动电极为带电电极； 判断所述第二电容与所述第一电容的差值是否小于零； 当所述差值小于零，则控制所述第二驱动电极加电。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，检测第一驱动电极和第二驱动电极的电容包括: 利用电容检测仪按预设频率检测第一驱动电极和第二驱动电极的电容，所述电容电测仪分别与所述第一驱动电极和所述第二驱动电极相连。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括: 当所述差值不小于零，则控制下一个驱动电极带电。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制第二驱动电极加电包括: 通过光电耦合开关控制所述第二驱动电极抖动加电。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述抖动加电的过程包括: 所述光电耦合开关闭合控制所述第二驱动电极加电第一时间后、断开第二时间； 将上述过程重复预设次数后，再将光电耦合开关闭合第三时间后断开。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一时间包括100ms，所述第二时间包括50ms,所述第三时间包括800ms,所述预设次数包括4次。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括: 当所述差值不小于零，则控制下一个驱动电极带电。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括: 预先将光电稱合开关闭合，控制所述第二驱动电极加电500ms。
9.一种EWOD芯片液滴驱动系统，其特征在于，包括: 多个驱动电极，与所述多个驱动电极相连的电容检测仪，与所述电容检测仪相连的控制器，与所述控制器相连的光电耦合器，所述光电耦合器与所述多个驱动电极相连，所述多个驱动电极包括第一驱动电极、第二驱动电极； 所述电容检测仪，用于检测第一驱动电极和第二驱动电极的电容，获得第一电容和第二电容，其中液滴位于所述第一驱动电极，所述第二驱动电极为带电电极，并将第一电容和第二电容发送至控制器； 所述控制器，用于判断所述第二电容与所述第一电容的差值是否小于零；当所述差值不小于零，则控制光电耦合器对下一个驱动电极带电，当所述差值小于零，则控制光电耦合器对所述第二驱动电极加电。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述电容检测仪通过多路复用器与所述控制器相连。
【文档编号】G06F9/445GK104035796SQ201410262084
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】陈立国, 许晓威, 王阳俊, 潘明强, 刘吉柱 申请人:苏州大学