CN111036317A - 微流控芯片及其驱动方法 - Google Patents
微流控芯片及其驱动方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111036317A CN111036317A CN201911368083.9A CN201911368083A CN111036317A CN 111036317 A CN111036317 A CN 111036317A CN 201911368083 A CN201911368083 A CN 201911368083A CN 111036317 A CN111036317 A CN 111036317A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- channel
- substrate
- microfluidic chip
- piezoelectric material
- area
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 133
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 84
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 62
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 61
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 36
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 9
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 93
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 13
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 11
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 9
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 9
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000005621 ferroelectricity Effects 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229920000131 polyvinylidene Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
- B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
- B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
- B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
- B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
- B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
- B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
- B01L3/50273—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the means or forces applied to move the fluids
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2400/00—Moving or stopping fluids
- B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
- B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
- B01L2400/0481—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure squeezing of channels or chambers
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Hematology (AREA)
- Clinical Laboratory Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
本发明公开了一种微流控芯片及其驱动方法,涉及微流控技术领域,微流控芯片包括内部区域和边缘区域,内部区域包括第一置物区、反应区、第二置物区和通道区;微流控芯片还包括第一基板、第二基板和通道区,通道区包括沿第一基板朝向第二基板的一侧设置的第一电极层、压电材料块和通道,通道包括反应区连通第一置物区和第二置物区的第一分支通道和第二分支通道,任一分支通道均包括入口端、出口端和中间通道,压电材料块至少设置于每个分支通道的入口端和出口端。通过第一电极层驱使压电材料块形变挤压液体流动,有利于保障液体的正常流动;仅设置一个电极层实现对于压电材料块的驱动,有利于节省微流控芯片的制作材料,简化相应制作流程。
Description
技术领域
本发明涉及微流控技术领域,更具体地,涉及一种微流控芯片及其驱动方法。
背景技术
微流控(Microfluidics)技术指的是使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体(体积为纳升到阿升)的一种技术。微流控芯片是微流控技术实现的主要平台。微流控芯片具有并行采集和处理样品、集成化高、高通量、分析速度快、功耗低、物耗少,污染小等特点。微流控芯片技术可以应用于生物基因工程、疾病诊断和药物研究、细胞分析、环境监测与保护、卫生检疫、司法鉴定等领域。
传统的微流控芯片是通过在药物区两端施加较大的压力以驱动药物区中的液体向反应区移动。由于微流控芯片中用于液体流动的管道极细,因此通过使用外界压力的液体很难在小管径的微通道中实现良好的移动,且通过外界压力控制液体流动,微通道中分叉的个数是有限的,很难实现同时并行多次试验或者同时进行多类试验。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种微流控驱动芯片及其驱动方法,用以解决现有技术中微流控芯片中分支微通道设置数量受限的问题;且本申请通过单层电极层驱动压电材料块发生形变进而挤压液体移动的方式,有利于节约微流控芯片制作材料,简化制作过程。
第一方面,本申请提供一种微流控芯片,包括内部区域和围绕所述内部区域的边缘区域,所述内部区域包括第一置物区、反应区、第二置物区和通道区;所述微流控芯片还包括第一基板、与所述第一基板相对设置的第二基板,所述通道区设置于所述第一基板和所述第二基板之间,所述通道区至少包括沿所述第一基板朝向所述第二基板的一侧依次设置的第一电极层、压电材料块和通道,所述反应区分别通过所述通道连通所述第一置物区和所述第二置物区;
所述通道至少包括所述反应区连接所述第一置物区的第一分支通道和连接所述第二置物区的第二分支通道,任一所述分支通道均包括入口端、出口端和位于所述入口端和所述出口端之间中间通道,所述压电材料块至少设置于每个所述分支通道的所述入口端和所述出口端。
第二方面,本申请提供一种微流控芯片的驱动方法,包括:
分别向第一置物区和第二置物区放置待测液体;
外部信号连接端子向第一电极层传输电信号,所述电信号驱动压电材料块发生形变;
所述待测液体随所述压电材料块的形变挤压向反应区移动。
与现有技术相比,本发明提供的一种微流控芯片及其驱动方法,至少实现了如下的有益效果:
本申请通过在微流控芯片中通道的下侧设置多个具有形变功能的压电材料块,通过压电材料块形变挤压液体流动,省去了对液体进行加压的过程,有利于保障液体的正常流动;压电材料块至少设置于每个分支通道的入口端和出口端,有利于实现微流控芯片中第一置物区和第二置物区之间可通过分支通道连接多个反应区,实现同时并行多次试验或者同时进行多类试验;且本申请压电材料块远离通道的一侧对应设置有一个能够驱使压电材料块发生形变的第一电极层,本申请通过仅设置一个第一电极层实现对于压电材料块的驱动,有利于节省微流控芯片的制作材料,简化相应制作流程。
当然,实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述,本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例,并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1所示为本申请实施例提供的微流控芯片的俯视图;
图2所示为图1所示的微流控芯片AB段的一种截面图;
图3所示为图1所示的微流控芯片NN’的一种截面图;
图4所示为图1所示的微流控芯片NN’的另一种截面图;
图5所示为图1所示的微流控芯片MM’的一种截面图;
图6所示为图1所示的微流控芯片MM’的另一种截面图;
图7所示为图1所示的微流控芯片AB段的另一种截面图;
图8所示为图1所示的微流控芯片PP’的一种截面图;
图9所示为图1所示的微流控芯片NN’的再一种截面图;
图10所示为本申请实施例提供的微流控芯片的驱动方法的一种流程图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
传统的微流控芯片是通过在药物区两端施加较大的压力以驱动药物区中的液体向反应区移动。由于微流控芯片中用于液体流动的管道极细,因此通过使用外界压力的液体很难在小管径的微通道中实现良好的移动,且通过外界压力控制液体流动,微通道中分叉的个数是有限的,很难实现同时并行多次试验或者同时进行多类试验。
有鉴于此,本发明提供了一种微流控驱动芯片及其驱动方法,用以解决现有技术中微流控芯片中分支微通道设置数量受限的问题;且本申请通过单层电极层驱动压电材料块发生形变进而挤压液体移动的方式,有利于节约微流控芯片制作材料,简化制作过程。
图1所示为本申请实施例提供的一种微流控芯片的俯视图,图2所示为本申请实施例提供的一种微流控芯片的AB段的一种截面图,请参照图1和图2,本申请提供了一种微流控芯片100,包括内部区域10和围绕内部区域10的边缘区域11,内部区域10包括第一置物区12、反应区13、第二置物区14和通道区;微流控芯片100还包括第一基板15、与第一基板15相对设置的第二基板16,通道区设置于第一基板15和第二基板16之间,通道区至少包括沿第一基板15朝向第二基板16的一侧依次设置的第一电极层17、压电材料块18和通道19,反应区13分别通过通道19连通第一置物区12和第二置物区14;
通道19至少包括反应区13连通第一置物区12的第一分支通道191和连通第二置物区14的第二分支通道192,任一分支通道190均包括入口端21、出口端22和位于入口端21和出口端22之间中间通道23,压电材料块18至少设置于每个分支通道190的入口端21和出口端22。
具体地,本申请提供了一种包括内部区域10和边缘区域11的微流控芯片100,内部区域10用于药物的流动并反应,边缘区域11可用于设置各种驱动组件;内部区域10至少包括第一置物区12、反应区13、第二置物区14和通道区,第一置物区12和第二置物区14用于放置待测药物、待测样本等,反应区13用于第一置物区12和第二置物区14中两种液体药物进行化学反应。
微流控芯片100还包括第一基板15和第二基板16,第一基板15和第二基板16相对设置,通道区设置于第一基板15和第二基板16之间,通道区设置有沿第一基板15朝向第二基板16一侧设置的第一电极层17、压电材料块18和通道19,第一电极层17紧贴压电材料块18设置,压电材料块18远离第一电极层17的一侧即为通道19;当第一电极层17的电压发生改变时,例如对第一电极层17通电,则压电材料块18会由于第一电极层17电压的改变而发生相应形变,压电材料块18发生形变时会向通道19内产生凸起,压电材料块18的凸起在一定程度上能够贴附通道19内远离第一电极层17一侧的内壁,通道19内形成类似于堵塞的情况。
反应区13通过其两侧的通道19分别连通第一置物区12和第二置物区14,使得第一置物区12和第二置物区14中的液体能够通过通道19流动到反应区13中进行相应的化学反应;具体为,本申请中的通道19至少包括反应区13连通第一置物区12的第一分支通道191、反应区13连通第二置物区14的第二分支通道192,第一置物区12的液体通过第一分支通道191流动到反应区13,第二置物区14的液体通过第二分支通道192流动到反应区13。虽然图1示出了包括多个分支通道的微流控芯片100,但是微流控芯片也可仅包括一个第一置物区12、一个第二置物区14、一个第一分支通道191和一个第二分支通道192,第一置物区12通过第一分支通道191且第二置物区14通过第二分支通道192连通到同一个反应区13,这种微流控芯片100仅支持两种药物的一类反应。需要说明的是,本申请并不限定一个微流控芯片100中第一置物区12和第二置物区14的数量,也不限定一个置物区中反应区13的数量,连接反应区13和第一置物区12、第二置物区14的分支通道190数量也不做限定,例如图1所示的微流控芯片100,包括一个第一置物区12,第二置物区14包括一个第二子置物区141和另一个第二子置物区142,且第一置物区12和第二置物区14之间包括6个反应区;因此,本申请所提供的微流控芯片100能够实现同时并行多次试验或者同时进行多类试验,以提高一个微流控芯片100的实验执行能力。
特别地,本申请中所示的AB段、BC段、CD段、DE段、DF段可分别看做一个分支通道190,本申请中任一分支通道190均包括入口端21、出口端22和位于入口端21和出口端22之间的中间通道23,具有形变能力的压电材料块18至少设置于每一个分支通道190的入口端21和出口端22,通过控制压电材料发生形变挤压第一置物区12/第二置物区14中的液体向反应区13移动,同时也能够通过控制压电材料是否发生形变来控制微流控芯片100中任一分支通道190的导通与否,有利于控制液体在多个分支通道190中的流动方向,实现同一微流控芯片100上多样化的实验控制。需要说明的是,微流控芯片100中通道19的宽度D2比较小,由于存在毛吸效应,因此放置于第一置物区12/第二置物区14中的液体会有一部分通过毛吸效应进入到通道19中,直接在每一个分支通道190的入口端21设置压电材料块18来对进入通道19中的液体进行挤压即可实现液体向反应区13的移动。
需要说明的是,由于本申请中微流控芯片100中的液体是通过压电材料块18的挤压发生移动的,因此,本申请所提供的微流控芯片100中通道19的宽幅可设计为较小的5μm至10μm。现有技术中驱动液体移动的驱动力是在通道的两端施加压力,因此通道的宽度不能设置的很小,现有技术中通道的宽度一般在0.5mm以上,当减小通道的宽度时阻力变大,则驱动力不足以使液滴在微通道内移动。而本申请是通过挤压的方式推动液滴向前运动的,所以降低通道19的宽度D2仍能够产生足够的动力驱动液体在通道19内移动。
还需要说明的是,本申请中的压电材料块18可以因机械变形产生电场,也可以因电场作用产生机械变形,所有的压电材料块18都同时具备铁电性和压电性。铁电性是指在一定温度范围内材料会产生自发极化。由于铁电体晶格中的正负电荷中心不重合,因此即使没有外加电场,也能产生电偶极矩,并且其自发极化可以在外电场作用下改变方向。当温度高于某一临界值时,其晶格结构发生改变,正负电荷中心重合,自发极化消失,这一温度临界值称为居里温度(Tc)。压电性是实现机械能-电能相互转换的一种性质。若在某一方向上给材料施加外力使材料发生形变,其内部会发生极化并在表面产生电荷,这就是压电效应;相反,若给材料施加电场则材料会发生形变而产生机械力,这就是逆压电效应。本申请中的压电材料块18可通过聚偏氟乙烯-三氧乙烯P(VDF-TrFE)进行制作,利用其优良的压电性和灵敏性,能够在通电时瞬间发生变形或者恢复,使微通道19内产生推动液体向前运动的挤压力,便于液体的移动。
图3所示为图1所示的微流控芯片NN’的一种截面图,请参照图1和图3,可选地,第一基板15和第二基板16之间还包括疏水层24,通道19通过去除部分疏水层24形成。
具体地,本申请提供的微流控芯片100的第一基板15和第二基板16之间还包括疏水层24,用于连通反应区13和第一置物区12、第二置物区14的通道19可通过去除部分疏水层24形成,即可在疏水层24制作完成后,通过刻蚀或者挖空的方式来形成用于液体流动的通道19。
图4所示为图1所示的微流控芯片NN’的另一种截面图,请参照图1和图4,可选地,疏水层24为绝缘疏水层24;本申请中的疏水层24可通过绝缘材料制作为绝缘疏水层24,即本申请中的疏水层24既能够形成有利于液体流动的通道19,还能够同时作为绝缘材料;可选地,疏水层24和第一基板15之间还包括绝缘层26。本申请中的疏水层24(通道19所在膜层)和第一基板15之间还包括绝缘层26,由于疏水层24和第一基板15之间包括第一电极层17和压电材料块18,此处的绝缘层26对于疏水层24和第一基板15之间能够起到平坦化的作用,也能够使得第一电极层17和第一基板15之间绝缘。另外,由于疏水层24为绝缘疏水层24,本申请中的上述疏水层24和绝缘层26可通过同一制程进行制作,进而通过刻蚀等方式形成设置第一电极层17、压电材料块18、通道19等的设置空间,有利于简化微流控芯片100的制作流程,提高微流控芯片100的生产效率。
图5所示为图1所示的微流控芯片MM’的一种截面图,图6所示为图1所示的微流控芯片MM’的另一种截面图,请参照图1和图5-图6,可选地,微流控芯片100还包括设置于边缘区域11的至少一个外部信号连接端子20,外部信号连接端子20设置于第一电极层17远离第一基板15的一侧,且外部信号连接端子20与第一电极层17电连接。
具体地,微流控芯片100的边缘区域11可设置有至少一个外部信号连接端子20,本申请实施例中提供的外部信号连接端子20设置于第一电极层17远离第一基板15的一侧,外部信号连接端子20可直接与第一电极层17电连接,以控制第一电极层17的加电情况。也即微流控芯片100中位于内部区域10的第一电极层17可直接延伸至边缘区域11,与边缘区域11的外部信号连接端子20进行电连接。需要说明的是,本申请中的第一电极层17也可不延伸至边缘区域11,外部信号连接端子20可通过金属走线27与内部区域10的第一电极层17进行电连接,以通过外部信号连接端子20控制对于第一电极层17的施加电压的情况。
请继续参照图1和图5-图6,可选地,边缘区域11包括镂空区28,镂空区28沿垂直于第一基板15所在平面的方向贯穿第二基板16、疏水层24和部分绝缘层26,镂空区28暴露外部信号连接端子20。
具体地,任一微流控芯片100的边缘区域11包括镂空区28,镂空区28沿垂直于第一基板15所在平面的方向依次贯穿第二基板16、疏水层24和部分绝缘层26,此镂空区28用于暴露外部信号连接端子20,使得外部信号连接端子20不被疏水层24和第二基板16覆盖,方便外部信号连接端子20与外界的驱动芯片等进行电连接。
请参照图1、图3-图6,可选地,沿垂直于通道19的延伸方向,第一电极层17的宽度D1大于等于通道19的宽度D2,压电材料块18的宽度D3大于通道19的宽度D2。
具体地,沿垂直于通道19的延伸方向,本申请中的第一电极层17的宽度D1至少大于等于通道19的宽度D2,以使得第一电极层17在通电时形成的电场至少能够覆盖其所对应的通道19位置;本申请中的压电材料块18的宽度D3至少大于通道19的宽度D2,由于压电材料块18在电场的作用下会发生形变,压电材料块18的至少部分体积会向通道19内部凸起,优选地是,本申请中的压电材料块18在向通道19内部凸起后的宽度仍大于通道19的宽度D2,避免压电材料块18在发生形变后整个进入通道19中无法恢复形变前的位置和状态,有利于保障微流控芯片100的使用效果和使用寿命。
图7所示为图1所示的微流控芯片AB段的另一种截面图,请参照图1和图7,可选地,中间通道23至少包括一个压电材料块18。
具体地,本申请提供的任一分支通道190的入口端21和出口端22均需设置压电材料块18外,优选地,可在本申请中任一分支通道190的入口端21和出口端22之间的中间通道23也设置若干压电材料块18,通过密集设置的压电材料块18有利于紧密地对通道19中的液体进行挤压,便于通道19中的液体能够顺利地从第一置物区12/第二置物区14向反应区13移动。
请参照图2和图7,可选地,第一电极层17包括若干第一子电极块171,第一子电极块171的数量大于等于压电材料块18的数量。
具体地,本申请中的第一电极层17可通过若干第一子电极块171组成,任意两个第一子电极块171之间绝缘设置,任意一个压电材料块18远离通道19的一侧可设置至少一个第一子电极块171,也可以设置多个第一子电极块171同时对一个压电材料块18的形变进行控制。
可选地,第一电极层17为条状电极或面状电极,条状电极或面状电极在第一基板15上的正投影覆盖通道19在第一基板15上的正投影。
具体地,除了第一电极层17由若干第一子电极块171形成之外,第一电极层17也可设置为条状电极或面状电极,此处所设置的条状电极或面状电极在第一基板15上的正投影需覆盖其所对应的通道19在第一基板15上的正投影,也即条状电极或面状电极的宽度大于等于通道19的宽度D2,条状电极或面状电极的长度和通道19延伸方向上的长度相对应,以避免局部通道19对应的区域中没有相应的电场对压电材料块18的形变进行控制。
请参照图1,可选地,任一第一置物区12和任一第二置物区14之间通过至少两条分支通道190连接至少一个反应区13。
具体地,本申请并不限定一个微流控芯片100中第一置物区12和第二置物区14的数量,也不限定一个微流控芯片100中反应区13的数量,连接反应区13和第一置物区12、第二置物区14的分支通道190数量也不做限定,因此,当任一第一置物区12和任一第二置物区14之间通过至少两条分支通道190连接至少一个反应区13时,本申请所提供的微流控芯片100能够实现同时并行多次试验或者同时进行多类试验,以提高一个微流控芯片100的实验执行能力。
图8所示为图1所示的微流控芯片PP’的一种截面图,请参见图1和图8,可选地,沿垂直于第一基板15所在平面的方向,任一第一置物区12和任一第二置物区14贯穿第二基板16和疏水层24;任一反应区13与通道19同层设置。
具体地,沿垂直于第一基板15所在平面的方向,本申请中的任一第一置物区12和第二置物区14均可通过贯穿第二基板16和疏水层24形成,方便向第一置物区12和第二置物区14中进行液体的加入;本申请中的反应区13和通道19是同层设置的,反应区13的宽度大于通道19延伸方向上的宽度;且沿垂直于第一基板15所在平面的方向,第一置物区12、第二置物区14、反应区13的深度也可设置为略大于通道19的深度,方便液体的放置和反应的进行。需要说明的是,由于通道19是通过刻蚀或挖空部分疏水层24形成的,图8中的PP’截面图是沿着通道19、第一置物区12、第二置物区14和反应区13所在的位置进行截面的,因此图8并没有示出疏水层24,但实际制作第一置物区12和第二置物区14需要贯穿第二基板16和疏水层24形成。
图9所示为图1所示的微流控芯片NN’的再一种截面图,请参照图1和图9,可选地,微流控芯片100还包括第二电极层25,第二电极层25设置于第二基板16朝向疏水层24的一侧,第二电极层25在第一基板15上的正投影覆盖第一电极层17在第一基板15上的正投影。
具体地,本申请所提供的微流控芯片100还可包括第二电极层25,第二电极层25设置于第二基板16朝向疏水层24的一侧,且第二电极层25和通道19之间可通过部分绝缘疏水层24进行绝缘设置,以避免第二电极层25对待测液体产生污染。第二电极层25和第一电极层17相对设置,第二电极层25在第一基板15上的正投影覆盖第一电极层17在第一基板15上的正投影,即第二电极层25也可为块状、条状或面状等设置方式。本申请可通过在压电材料块18和通道19的上下两侧均设置电极材料,通过上下两层电极形成电场,能够进一步保障压电材料块18受到电场变化而产生形变,有利于保障通过压电材料块18挤压液体进行移动,同时有利于保障微流控芯片100上的反应正常进行。
图10所示为本申请实施例提供的微流控芯片的驱动方法的一种流程图,请参照图1、图2和图10,基于同一发明构思,本申请还提供了一种微流控芯片100的驱动方法,包括:
步骤101、分别向第一置物区12和第二置物区14放置待测液体;
步骤102、外部信号连接端子20向第一电极层17传输电信号,电信号驱动压电材料块18发生形变;
步骤103、待测液体随压电材料块18的形变挤压向反应区13移动。
具体地,本申请还提供了一种微流控芯片100的驱动方法,包括通过步骤101向第一置物区12和第二置物区14中放置需要发生反应进行实验的两种不同的液体;通过步骤102使得外部信号连接端子20向第一电极层17传输电信号,通过第一电极层17产生的电场驱动对应的压电材料块18发生形变,步骤103中通过压电材料块18的形变挤压通道19中的液体从第一置物区12/第二置物区14向反应区13进行移动。
可选地,上述步骤103中,待测液体随压电材料块18的形变挤压向反应区13移动,具体为:
当待测液体在第一基板15上的正投影与至少一个压电材料块18在第一基板15上的正投影发生交叠时,外部信号连接端子20控制第一电极层17驱动对应的压电材料块18依次交替发生形变,挤压通道19内的待测液体朝向反应区13移动;依次交替发生形变具体为:压电材料块18沿从入口端21到出口端22的方向依次发生形变后进而依次恢复。
具体地,步骤103中待测液体随压电材料块18的形变挤压向反应区13移动,具体为:当待测液体在第一基板15上的正投影与至少一个压电材料块18在第一基板15上的正投影发生交叠时,外部信号连接端子20控制对应的第一电极层17的第一电极块驱动对应的压电材料块18依次交替发生形变,形变后向通道19内凸起的压电材料块18挤压通道19内的待测液体朝向反应区13移动;依次交替发生形变具体为:通道19中的待测液体对应的压电材料块18沿从入口端21到出口端22的方向依次发生形变后进而依次恢复。
通过上述实施例可知,本发明提供的一种微流控芯片及其驱动方法,至少实现了如下的有益效果:
本申请本申请通过在微流控芯片中通道的下侧设置多个具有形变功能的压电材料块,通过压电材料块形变挤压液体流动,省去了对液体进行加压的过程,有利于保障液体的正常流动;压电材料块至少设置于每个分支通道的入口端和出口端,有利于实现微流控芯片中第一置物区和第二置物区之间可通过分支通道连接多个反应区,实现同时并行多次试验或者同时进行多类试验;且本申请压电材料块远离通道的一侧对应设置有一个能够驱使压电材料块发生形变的第一电极层,本申请通过仅设置一个第一电极层实现对于压电材料块的驱动,有利于节省微流控芯片的制作材料,简化相应制作流程。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明,但是本领域的技术人员应该理解,以上例子仅是为了进行说明,而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解,可在不脱离本发明的范围和精神的情况下,对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (14)
1.一种微流控芯片,其特征在于,包括内部区域和围绕所述内部区域的边缘区域,所述内部区域包括第一置物区、反应区、第二置物区和通道区;所述微流控芯片还包括第一基板、与所述第一基板相对设置的第二基板,所述通道区设置于所述第一基板和所述第二基板之间,所述通道区至少包括沿所述第一基板朝向所述第二基板的一侧依次设置的第一电极层、压电材料块和通道,所述反应区分别通过所述通道连通所述第一置物区和所述第二置物区;
所述通道至少包括所述反应区连通所述第一置物区的第一分支通道和连通所述第二置物区的第二分支通道,任一所述分支通道均包括入口端、出口端和位于所述入口端和所述出口端之间中间通道,所述压电材料块至少设置于每个所述分支通道的所述入口端和所述出口端。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片,其特征在于,所述第一基板和所述第二基板之间还包括疏水层,所述通道通过去除部分所述疏水层形成。
3.根据根据权利要求2所述的微流控芯片,其特征在于,所述疏水层为绝缘疏水层;所述疏水层和所述第一基板之间还包括绝缘层。
4.根据权利要求1所述的微流控芯片,其特征在于,所述微流控芯片还包括设置于所述边缘区域的至少一个外部信号连接端子,所述外部信号连接端子设置于所述第一电极层远离所述第一基板的一侧,且所述外部信号连接端子与所述第一电极层电连接。
5.根据权利要求3所述的微流控芯片,其特征在于,所述边缘区域包括镂空区,所述镂空区沿垂直于所述第一基板所在平面的方向贯穿所述第二基板、所述疏水层和部分所述绝缘层,所述镂空区暴露所述外部信号连接端子。
6.根据权利要求1所述的微流控芯片,其特征在于,沿垂直于所述通道的延伸方向,所述第一电极层的宽度大于等于所述通道的宽度,所述压电材料块的宽度大于所述通道的宽度。
7.根据权利要求1所述的微流控芯片,其特征在于,所述中间通道至少包括一个所述压电材料块。
8.根据权利要求1所述的微流控芯片,其特征在于,所述第一电极层包括若干第一子电极块,所述第一子电极块的数量大于等于所述压电材料块的数量。
9.根据权利要求1所述的微流控芯片,其特征在于,所述第一电极层为条状电极或面状电极,所述条状电极或面状电极在所述第一基板上的正投影覆盖所述通道在所述第一基板上的正投影。
10.根据权利要求1所述的微流控芯片,其特征在于,任一所述第一置物区和任一所述第二置物区之间通过至少两条所述分支通道连接至少一个所述反应区。
11.根据权利要求2所述的微流控芯片,其特征在于,沿垂直于所述第一基板所在平面的方向,任一所述第一置物区和任一所述第二置物区贯穿所述第二基板和所述疏水层;任一所述反应区与所述通道同层设置。
12.根据权利要求2所述的微流控芯片,其特征在于,所述微流控芯片还包括第二电极层,所述第二电极层设置于所述第二基板朝向所述疏水层的一侧,所述第二电极层在所述第一基板上的正投影覆盖所述第一电极层在所述第一基板上的正投影。
13.一种如权利要求1-12任一项所述的微流控芯片的驱动方法,其特征在于,包括:
分别向第一置物区和第二置物区放置待测液体;
外部信号连接端子向第一电极层传输电信号,所述电信号驱动压电材料块发生形变;
所述待测液体随所述压电材料块的形变挤压向反应区移动。
14.根据权利要求13所述的微流控芯片的驱动方法,其特征在于,所述待测液体随所述压电材料块的形变挤压向所述反应区移动,具体为:
当所述待测液体在所述第一基板上的正投影与至少一个所述压电材料块在所述第一基板上的正投影发生交叠时,所述外部信号连接端子控制第一电极层驱动对应的所述压电材料块依次交替发生形变,挤压所述通道内的所述待测液体朝向所述反应区移动;所述依次交替发生形变具体为:所述压电材料块沿从入口端到出口端的方向依次发生形变后进而依次恢复。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911368083.9A CN111036317B (zh) | 2019-12-26 | 2019-12-26 | 微流控芯片及其驱动方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911368083.9A CN111036317B (zh) | 2019-12-26 | 2019-12-26 | 微流控芯片及其驱动方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111036317A true CN111036317A (zh) | 2020-04-21 |
| CN111036317B CN111036317B (zh) | 2021-09-17 |
Family
ID=70240625
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911368083.9A Active CN111036317B (zh) | 2019-12-26 | 2019-12-26 | 微流控芯片及其驱动方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111036317B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118904408A (zh) * | 2023-06-20 | 2024-11-08 | 西湖大学 | 可动态重构、程序化的微流体系统及其应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010097740A1 (en) * | 2009-02-24 | 2010-09-02 | Services Petroliers Schlumberger | Micro-valve and micro-fluidic device using such |
| CN103695308A (zh) * | 2013-12-16 | 2014-04-02 | 北京工业大学 | 一种基于压电陶瓷鼓动输送式的单微通道pcr扩增系统 |
| CN105911028A (zh) * | 2016-04-19 | 2016-08-31 | 大连海事大学 | 基于微流控芯片和压电陶瓷元件的液滴产生装置及实现对液体样品进行libs检测的方法 |
| CN107737615A (zh) * | 2017-09-20 | 2018-02-27 | 南京肯辛顿诊断科技有限公司 | 一种用于生化检测的微流控设备 |
| CN110252435A (zh) * | 2019-06-27 | 2019-09-20 | 深圳华迈兴微医疗科技有限公司 | 一种磁微粒发光微流控芯片及反应方法 |
-
2019
- 2019-12-26 CN CN201911368083.9A patent/CN111036317B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010097740A1 (en) * | 2009-02-24 | 2010-09-02 | Services Petroliers Schlumberger | Micro-valve and micro-fluidic device using such |
| CN103695308A (zh) * | 2013-12-16 | 2014-04-02 | 北京工业大学 | 一种基于压电陶瓷鼓动输送式的单微通道pcr扩增系统 |
| CN105911028A (zh) * | 2016-04-19 | 2016-08-31 | 大连海事大学 | 基于微流控芯片和压电陶瓷元件的液滴产生装置及实现对液体样品进行libs检测的方法 |
| CN107737615A (zh) * | 2017-09-20 | 2018-02-27 | 南京肯辛顿诊断科技有限公司 | 一种用于生化检测的微流控设备 |
| CN110252435A (zh) * | 2019-06-27 | 2019-09-20 | 深圳华迈兴微医疗科技有限公司 | 一种磁微粒发光微流控芯片及反应方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118904408A (zh) * | 2023-06-20 | 2024-11-08 | 西湖大学 | 可动态重构、程序化的微流体系统及其应用 |
| WO2024259742A1 (zh) * | 2023-06-20 | 2024-12-26 | 西湖大学 | 可动态重构、程序化的微流体系统及其应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111036317B (zh) | 2021-09-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6994314B2 (en) | Valves activated by electrically active polymers or by shape-memory materials, device containing same and method for using same | |
| EP1654065B1 (de) | Flusszelle aus schichten mit verbindungsmittel | |
| US6068751A (en) | Microfluidic valve and integrated microfluidic system | |
| US8349158B2 (en) | Electrowetting pumping device and application to electric activity measurements | |
| KR100540143B1 (ko) | 미소 유체 제어소자 및 미소 유체의 제어 방법 | |
| EP0862708A1 (en) | Microfluidic valve and integrated microfluidic system | |
| CN109894169B (zh) | 电润湿面板及其工作方法 | |
| US8097222B2 (en) | Microfluidic device with integrated micropump, in particular biochemical microreactor, and manufacturing method thereof | |
| CN109876875A (zh) | 微流控芯片及其驱动方法、分析装置 | |
| CN108626102A (zh) | 微流控装置 | |
| JP2005140333A (ja) | 静電封止デバイス及びその使用方法 | |
| US10955411B2 (en) | Manipulation of sample droplets with an electrode system | |
| CN111036317B (zh) | 微流控芯片及其驱动方法 | |
| CN104870093A (zh) | 使用外部电极对微流体设备中的物体进行的操纵 | |
| EP3498373B1 (en) | Microfluidic device and manufacturing method therefor | |
| EP3075451B1 (en) | Disposable flow chip device | |
| CN111054455B (zh) | 微流控芯片及其驱动方法 | |
| CN110918145B (zh) | 微流控面板及其驱动方法 | |
| CN101301989A (zh) | 一种微流体驱动与混合结构及其使用方法 | |
| US11213821B2 (en) | Microfluidic device and manufacturing method therefor | |
| US20020174686A1 (en) | Method for producing microchannels having circular cross-sections in glass | |
| CN113791020B (zh) | 可用于细胞计数的数字微流控芯片及其排线方法 | |
| Hediger et al. | Fabrication of a novel microsystem for the electrical characterisation of cell arrays | |
| CN112058323A (zh) | 微流控基板、微流控芯片及微全分析系统 | |
| TWI861533B (zh) | 電子裝置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |