一种基于电容传感器的微流控液滴检测系统及检测方法
【专利摘要】一种基于电容传感器的微流控液滴检测系统，其特征在于它包括液滴微流控芯片、直流稳压电路单元、信号检测电路单元和计算机；其中，所述液滴微流控芯片是将电容传感器与产生微液滴的微通道集成为一体的芯片结构；液滴检测方法包括样品泵入、液滴形成、液滴检测；其优越性：①结构简单；②利用电容值的变化检测；③检测快速，系统体积小并可集成化；④适合昂贵样品和试剂的分析；⑤易于加工制作，容易实现。
【专利说明】
—种基于电容传感器的微流控液滴检测系统及检测方法(—)
【技术领域】
:
[0001]本发明属于微流控芯片分析领域，特别是一种基于电容传感器的微流控液滴检测系统及检测方法。
(二)【背景技术】:
[0002]微流控芯片是将生物和化学领域所涉及的样品制备、反应、分离、检测、细胞培养、分选、裂解等基本操作单元集成在一块几平方厘米的芯片上。由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以取代常规化学或生物实验室的各种功能。微流控芯片最大优势是多种单元技术在整体可控的微小平台上灵活组合、规模集成，这使得微流控芯片有可能成为未来生化分析技术开发的重要平台。液滴微流控是在过去近十年中发展起来的一项新兴技术，主要研究内容为在封闭的微通道网络中生成和操控纳升甚至皮升级的液滴。
[0003]液滴微流控最大的特点是形成液滴的两种液体是互不相溶的，比如水和油，液滴内部液体与外部液体无扩散，这样可以将每一个液滴看作是一个单独的反应室，液滴内的反应条件不受完结影响，样品之间没有交叉污染。对液滴而言，液滴的大小、形状、速度和内含物浓度等特征对于最终的生化表达与检验结果影响显著。所以，对液滴特征进行实时检测是非常必要的。研究者提出了很多检测方法，如光学检测方法。Huebner等利用激光诱导荧光的方法对液滴进行检测，可以捕捉到液滴几何形态的变化。Tkaczyk等在液滴中混合有荧光素，经激光器激发的激光照射后反射到多渠道光子计数器和光电倍增管，从而检测液滴的平均长度及平均间隔期等信息。激光诱导荧光的检测方法检测另名都很高可以达到单分子检测。但是荧光标记有可能会造成分析物质生化学活性的改变，影响结果的可信度。光电倍增管检测得到的是液滴的平均信息，不能精确控制液滴。且以上两种检测方法都需要大型的实验仪器，不利于集成化。
(三)
【发明内容】
:
[0004]本发明的目的在于提供一种基于电容传感器的微流控液滴检测系统及检测方法，它可以克服现有技术的不足，是一种可应用于微流控液滴的结构简单、易于加工制作和实现的系统，且其检测方法的检测速度快精度高。
[0005]本发明的技术方案:一种基于电容传感器的微流控液滴检测系统，其特征在于它包括液滴微流控芯片、直流稳压电路单元、信号检测电路单元和计算机；其中，所述液滴微流控芯片是将电容传感器与产生微液滴的微通道集成为一体的芯片结构；所述液滴微流控芯片由相互键合的上片、下片和电容传感器组成；所述下片是微通道片，焊接有样品I入口、样品II入口、液滴出口、十字交叉口、电极接线端、样品I通道、样品II通道和液滴生成通道；所述样品I入口与样品I通道相连；所述样品II入口与样品II通道相连；所述样品I通道、样品II通道通过十字交叉口与液滴生成通道连接；所述液滴生成通道连接液滴出口 ；所述电容传感器置于液滴生成通道的上方，且与电极接线端连接；所述上片上有放置电容传感器的槽道；所述直流稳压电路单元的输出端以及信号检测电路单元的输入端分别与液滴微流控芯片上的电极接线端连接；所述计算机与信号检测电路单元呈双向连接，其输出端与直流稳压电路单元的输入端连接。
[0006]所述样品I入口是连续相入口，由连续相样品I入口和连续相样品I入口 II构成；所述样品I入口 I和样品I入口 II分别通过泵I泵入样品I ;所述样品II入口是离散相入口，且样品II入口通过泵II泵入样品II ;所述泵I和泵II分别通过管道与样品I入口和样品II入口连接，将样品泵入液滴微流控芯片通道中。
[0007]所述电极接线端有两个，分别是电极接线端I和电极接线端II ;所述电极接线端I与直流稳压电路的输出端连接；所述电极接线端II与信号检测电路的输入端连接。
[0008]所述液滴微流控芯片中产生微液滴的微通道是由样品I通道、样品II通道和液滴生成通道组成的Ψ型通道。
[0009]所述样品I通道有两个，分别是样品I通道I和样品I通道II。
[0010]所述样品II通道与液滴生成通道是直通道。
[0011]所述样品I通道I和样品I通道II是前端直后端弯的通道；所述前端直通道部分相互平行，且与样品II通道呈平行关系；所述后端弯通道部分是1/4圆的弯通道；所述样品I通道1、样品I通道I1、样品II通道与液滴生成通道在十字交叉口处相连通。
[0012]所述的十字交叉口的尺寸小于芯片上的样品I通道1、样品I通道I1、样品II通道与液滴生成通道的截面尺寸，在液滴制备的过程中易于形成液滴。
[0013]所述样品I通道1、样品I通道I1、样品II通道与液滴生成通道的截面尺寸为200μ--*200μπ? ;所述十字交叉口的尺寸为100μ--*100μπ?。
[0014]所述电容传感器的中心线与液滴生成通道的中心线重合，二者之间没有隔层；所述电容传感器的电容极板位于液滴生成通道的出口末端处，电容极板的中心线与液滴生成通道的中心线重合。
[0015]所述液滴微流控芯片的制作材料是聚二甲基硅氧烷；所述电容传感器为平面叉指结构，材料为银和聚二甲基硅氧烷的混合物。
[0016]所述信号检测电路单元是由含震荡模块的调频电路、频率电压f/V转换电路和低通滤波电路构成；所述调频电路的输入端接收液滴微流控芯片电极接线端II的信号，其输出端通过频率电压f/V转换电路与低通滤波电路连接；所述低通滤波电路的输出端与计算机连接。
[0017]一种基于电容传感器的微流控液滴检测方法，其特征在于它包括以下步骤:
[0018]①泵I通过两根Teflon分别与样品I的入口 I和样品I入口 II相连接，泵II通过Teflon与样品II入口连接，将样品压入液滴微流控芯片的通道，样品I通过样品I入口I和样品I入口 II进入液滴微流控芯片，同时，样品II从样品II入口进入液滴微流控芯片，两种样品分别通过样品I通道1、样品I通道II ;样品II通道流入，并在十字交叉口处形成液滴，液滴的大小、形状、产生频率、速度受到样品I的入口速度、样品I的粘度、样品I与样品II之间的界面张力的影响；
[0019]②由直流稳压电路为传感器电容提供电源，步骤①中得到的液滴通过液滴生成通道流经电容传感器，由于两种液体介电常数的差别，导致电容传感器的电容会发生变化，变化的电容量会驱动外部的信号检测电路进行工作；
[0020]③信号检测电路单元的调频电路接收到电容变化的信号，而变化的电容量也使得调频电路中的震荡模块在谐振时产生不同频率值；
[0021]④不同的频率值经过频率电压f/V转换电路后，将这些谐振时产生的频率转换成电压信号并输出给低通滤波电路，低通滤波电路将低于截止频率的信号通过，高于截止频率的信号过滤掉，使得输出平滑的信号给计算机；
[0022]⑤计算机对直流稳压电路单元输出控制信号，使直流稳压电路单元输出稳定的直流电压；计算机输出控制信号给信号检测电路单元，电容传感器将液滴的不同引起的电容变化信号传递给信号检测电路单元，经过信号检测电路单元后传递给计算机，计算机直观的显示检测结果，从而实现对样品的检测；
[0023]⑥最后，步骤①中生成的液滴通过液滴生成通道由液滴出口流出。
[0024]所述液滴微流控芯片的应用包括检测液滴的大小、形状、速度、内含物特征；微流控液滴系统中的液滴精确控制以及生物、化学、医药领域的进样样品的成份控制。
[0025]本发明的工作原理:基于电容传感器原理的微流控液滴检测芯片，是集液滴生成和液滴检测为一体，微流控芯片的所有通道的驱动方式都为气动进样方式，芯片由上、下两片和电容三部分组成，在上片加工电容槽道，下片加工微通道，电容嵌在上片的槽道中，将上片和下片键合，形成封闭的微通道。
[0026]芯片上微通道用来产生分离的液滴，芯片上电容传感器用来检测液滴；直流稳压电路(见图3)的作用是输出电压稳定的直流电，为电容传感器的正常工作供给能力；调频电路(见图4)将电容传感器作为振荡器谐振回路的一部分，当输入量导致电容传感器的电容量发生变化时，振荡器的震荡频率f发生变化；f/V转换电路(见图5)把频率f变化信号转换成按比例变化的电压信号，当输入频率f变化使，输出电压也响应变化；其作用是将调频电路中振荡器的频率f转换成电压信号输出；低通滤波电路(见图6)将低于截止频率的信号通过，高于截止频率的信号过滤掉，这里的低通滤波电路的作用是平滑输出信号。
[0027]直流稳压电路(见图3)中的电源为220V50HZ，为整个电路的能源输入，与变压器T相连接，通过二极管Dl、D2、D3、D4组成单相桥式整流电路，输出单相正弦电压，单相正弦电压通过Cl、C2、C3、C4四个电容进行滤波，三端稳压器Ul、U2和电容C5、C6、C7、C8构成稳压环节，输出直流稳定的±12V电压。
[0028]R1、R2、R3、R4及晶体三极管Ql组成振荡电路，由C10、C11、C12、L1及可变电容Cx组成振荡器的选频网络，完成频率选择。可变电容Cx变化导致电感LI及可变电容Cx组成的谐振电路的谐振频率变化从而实现电路的输出频率发生改变(见图4)。
[0029]但稳定电容C14，积分电容C13，输出上拉电阻R5和R9的值决定频率转换为输出电压的范围。C15、C16、C17、R7是滤波作用，起到抗干扰作用。调节R8触发TD650内部的运算放大器，TD650是一款集成频率电压(F/V)变换电路的芯片(见图5)。
[0030]低通滤波电路中R11、C18和R12、C19组成二阶RC滤波电路，电路中RlO构成反馈网络(见图6)。
[0031]由于样品I和样品II是两种不相容的液体，两种液体的介电常数相差很大，一般相差为几十倍，在只有样品I流经电容传感器5介电常数是一个固定的数，当样品I中包含着样品II的液滴流经电容传感器5时，介电常数发生变化从而电容传感器5的电容值发生变化。变化的信号被连接在电极接线端7和8的外部电路检测，从而实现对液滴的检测，液滴产生的仿真图如图7所示。
[0032]本发明所涉及的技术原理:液滴检测原理图如图2所示，它是利用两种不同的样品溶液在芯片十字交叉口处形成微液滴，两种样品溶液自身介电常数存在很大的差异性，在液滴流过与直流稳压电路连接(如图3所示)的电容传感器时，导致电容值的变化，电容与外部的调频电路(如图4所示)构成LC正弦波振荡电路，电容传感器的变化使LC正弦波振荡电路的振荡频率发生变化，经过f/V转换电路(如图5所示)将LC正弦波振荡电路的振荡频率转化为电压信号，转换后的电压信号带有很多低频的干扰信号，经过低通滤波电路(如图6所示)将低频的干扰信号滤除，得到平滑的电压信号，从而实现通过检测电容的变化来实现对液滴的变化。
[0033]1.微流控液滴产生技术
[0034]微液滴技术是在微尺度通道内，利用液体的流动剪切力与表面张力之间的相互作用将连续流体分割分离成离散的微升级、纳升级及以下体积的液滴的一种微液滴产生技术。它是近年来发展起来的一种全新的操纵微小液体体积的技术。通过调节芯片微通道的几何结构、表面化学性质、流体流速等条件可灵活的调节液滴的大小、形状、生成频率等。液滴产生主要有三种方式，即共交结构(T-junct1n)、流式聚焦(flow-focusing)、和共轴流(co-axial flow)。微液滴类型主要有气-液相液滴和液_液相液滴两种。气_液相液滴由于容易在微通道中挥发和造成交叉污染而限制了其应用。液-液相液滴根据连续相和离散相的不同又分为水包油(0/W)，油包水(W/0)，油包水包油(0/W/0)以及水包油包水(W/0/W)等，可以克服液滴挥发、交叉污染等缺点，因而是微流控液滴技术发展的重点所在。液-液相微液滴由于体积小、液滴样品间无扩散、可避免样品间的交叉污染、反应条件稳定、适当操控下可实现迅速混合等优点，是一种十分理想的微反应器，已经被广泛应用于化学和生命科学等领域的微尺度条件下的反应，如:化学合成、微萃取、蛋白质结晶、酶合成及其活性分析、细胞包埋、液滴PCR等。
[0035]2.微流控液滴检测技术
[0036]液滴微流控系统具有混合速度快、无交叉污染、试剂和样品消耗量低、液滴的生成频率快(可达数百至数千赫兹)等优点，被广泛应用于单细胞分析、酶动力学、蛋白质合成及高通量筛选等研究领域，这些相关的应用领域对样品的精度控制的要求很高，所以对液滴的信息进行检测是液滴微流控系统广泛应用的一个很重要的保障。微流控液滴检测主要是对液滴的大小、形状、速度以及液滴内含物的浓度等进行信息检测，这些信息的检测对实验结果起着至关重要的作用。
[0037]3.电容信号转换为电压信号技术
[0038]液滴信息的不同导致电容传感器的电容值发生变化，由于直接测量电容值的变化量很困难而且精度很低，我们不能直接测量电容值的变化来测量液滴的信息，利用外部电路将电容值转换为容易测量的电压值进行测量，具有直观、简单、方便等优点。
[0039]本发明的优越性:①结构简单，制作简单，易于生成液滴利用两种不同介电常数的样品溶液在芯片内形成微液滴，使其流过电容传感器时，导致电容值的变化，通过检测电容的变化来实现对液滴的变化该检测方法具有检测快速，易于实现整个检测系统的小型化、集成化的优点；④由于采用微流控液滴芯片，所需的样品和试剂体积少；具备样品和试剂消耗少的优点，非常适合昂贵样品和试剂的分析；⑤液滴检测方法的外部检测电路可以集成在一个电路板上，其结构简单，易于加工制作，并且容易实现结构上的小型化、集成化。
(四)【专利附图】
【附图说明】:
[0040]图1为本发明所涉一种基于电容传感器的微流控液滴检测系统中液滴微流控芯片的结构示意图。
[0041]图2为本发明所涉一种基于电容传感器的微流控液滴检测系统的整体结构框图。
[0042]图3为本发明所涉一种基于电容传感器的微流控液滴检测系统中直流稳压电路单元的工作原理示意图。
[0043]图4为本发明所涉一种基于电容传感器的微流控液滴检测系统中调频电路的工作原理示意图。
[0044]图5为本发明所涉一种基于电容传感器的微流控液滴检测系统中f/V转换电路的工作原理示意图。
[0045]图6为本发明所涉一种基于电容传感器的微流控液滴检测系统中低通滤波电路的工作原理示意图。
[0046]图7为本发明所涉一种基于电容传感器的微流控液滴检测方法的仿真液滴产生示意图。
[0047]图8为本发明所涉一种基于电容传感器的微流控液滴检测方法中液滴大小与样品I入口速度的关系不意图。
[0048]图9为本发明所涉一种基于电容传感器的微流控液滴检测方法中液滴大小与样品I粘度的关系不意图。
[0049]图10为本发明所涉一种基于电容传感器的微流控液滴检测方法中液滴大小与样品I与样品211之间界面张力的关系示意图。
[0050]其中，I为连续相样品I入口 I ;2为连续相样品I入口 II ;3为样品II入口；4为液滴出口 ；5为电容传感器；6为十字交叉口 ；7为电极接线端I ;8为电极接线端II ;9为样品I通道I ;10为样品I通道II ；11为样品II通道；12为液滴生成通道。
(五)【具体实施方式】:
[0051]实施例:一种基于电容传感器的微流控液滴检测系统，其特征在于它包括液滴微流控芯片、直流稳压电路单元、信号检测电路单元和计算机；其中，所述液滴微流控芯片是将电容传感器与产生微液滴的微通道集成为一体的芯片结构；所述液滴微流控芯片由相互键合的上片、下片和电容传感器5组成(见图1);所述下片是微通道片，焊接有样品I入口、样品II入口 3、液滴出口 4、十字交叉口 6、电极接线端、样品I通道、样品II通道11和液滴生成通道12 ;所述样品I入口与样品I通道相连；所述样品II入口 3与样品II通道11相连；所述样品I通道、样品II通道11通过十字交叉口 6与液滴生成通道12连接；所述液滴生成通道12连接液滴出口 4 ;所述电容传感器5置于液滴生成通道12的上方，且与电极接线端连接；所述上片上有放置电容传感器5的槽道；所述直流稳压电路单元的输出端以及信号检测电路单元的输入端分别与液滴微流控芯片上的电极接线端连接；所述计算机与信号检测电路单元呈双向连接，其输出端与直流稳压电路单元的输入端连接(见图2)。
[0052]所述样品I入口是连续相入口，由连续相样品I入口 Il和连续相样品I入口 112构成；所述样品I入口 Il和样品I入口 112分别通过泵I泵入样品I ;所述样品II入口 3是离散相入口，且样品II入口 3通过泵II泵入样品II ;所述泵I和泵II分别通过管道与样品I入口和样品II入口连接，将样品泵入液滴微流控芯片通道中。
[0053]所述电极接线端有两个，分别是电极接线端17和电极接线端118 ;所述电极接线端17与直流稳压电路的输出端连接；所述电极接线端118与信号检测电路的输入端连接。
[0054]所述液滴微流控芯片中产生微液滴的微通道是由样品I通道、样品II通道11和液滴生成通道12组成的Ψ型通道。
[0055]所述样品I通道有两个，分别是样品I通道19和样品I通道1110。
[0056]所述样品II通道11与液滴生成通道12是直通道。
[0057]所述样品I通道19和样品I通道IIlO是前端直后端弯的通道；所述前端直通道部分相互平行，且与样品II通道11呈平行关系；所述后端弯通道部分是1/4圆的弯通道；所述样品I通道19、样品I通道1110、样品II通道11与液滴生成通道12在十字交叉口 6处相连通。
[0058]所述的十字交叉口 6的尺寸小于芯片上的样品I通道19、样品I通道1110、样品II通道11与液滴生成通道12的截面尺寸，在液滴制备的过程中易于形成液滴。
[0059]所述样品I通道19、样品I通道1110、样品II通道11与液滴生成通道12的截面尺寸为200μ--*200μπ? ;所述十字交叉口 6的尺寸为100μ--*100μπ?。
[0060]所述电容传感器5的中心线与液滴生成通道12的中心线重合，二者之间没有隔层；所述电容传感器5的电容极板位于液滴生成通道12的出口末端处，电容极板的中心线与液滴生成通道12的中心线重合。
[0061]所述液滴微流控芯片的制作材料是聚二甲基硅氧烷；所述电容传感器为平面叉指结构，材料为银和聚二甲基硅氧烷的混合物。
[0062]所述信号检测电路单元是由含震荡模块的调频电路、频率电压f/V转换电路和低通滤波电路构成；所述调频电路的输入端接收液滴微流控芯片电极接线端Π8的信号，其输出端通过频率电压f/V转换电路与低通滤波电路连接；所述低通滤波电路的输出端与计算机连接。
[0063]一种基于电容传感器的微流控液滴检测方法，其特征在于它包括以下步骤:
[0064]①气动泵I通过两根Teflon分别与样品I的入口 Il和样品I入口 112相连接，气动泵II通过Teflon与样品II入口连接，将样品压入液滴微流控芯片的通道，样品I十六烷通过样品I入口 Il和样品I入口 112进入液滴微流控芯片，同时，样品II蒸馏水从样品
II入口 3进入液滴微流控芯片，两种样品分别通过样品I通道19、样品I通道IIlO ;样品
II通道11流入，并在十字交叉口 6处形成液滴，液滴的大小、形状、产生频率、速度受到样品I的入口速度、样品I的粘度、样品I与样品II之间的界面张力的影响；蒸馏水在十字交叉口 6处受到十六烷的剪切力和十六烷与水之间的界面张力的影响，将水分割为单独的小液滴；并且可以通过改变气动泵的压力大小改变芯片内液滴生成的大小、形状；
[0065]②由直流稳压电路为传感器电容提供电源，步骤①中得到的液滴通过液滴生成通道12流经电容传感器，由于两种液体介电常数的差别，导致电容传感器的电容会发生变化，变化的电容量会驱动外部的信号检测电路进行工作；
[0066]③信号检测电路单元的调频电路接收到电容变化的信号，而变化的电容量也使得调频电路中的震荡模块在谐振时产生不同频率值；
[0067]④不同的频率值经过频率电压f/V转换电路后，将这些谐振时产生的频率转换成电压信号并输出给低通滤波电路，低通滤波电路将低于截止频率的信号通过，高于截止频率的信号过滤掉，使得输出平滑的信号给计算机；
[0068]⑤计算机对直流稳压电路单元输出控制信号，使直流稳压电路单元输出稳定的直流电压；计算机输出控制信号给信号检测电路单元，电容传感器5将液滴的不同引起的电容变化信号传递给信号检测电路单元，经过信号检测电路单元后传递给计算机，计算机直观的显示检测结果，从而实现对样品的检测；
[0069]⑥最后，步骤①中生成的液滴通过液滴生成通道12由液滴出口 4流出。
[0070]所述液滴微流控芯片的应用包括检测液滴的大小、形状、速度、内含物特征；微流控液滴系统中的液滴精确控制以及生物、化学、医药领域的进样样品的成份控制。
[0071]液滴的产生如图7所示，在产生的过程中通过改变样品I的入口速度、样品I的粘度和样品I (连续相)与样品II之间的界面张力来改变液滴产生的大小、形状和产生频率。在样品I的入口速度不同的条件下，其仿真结果如图8所示；在样品I的粘度不同的条件下，其仿真结果如图9所示；在样品I与样品II之间的界面张力不同的条件下，其仿真结果如图10所示。
【权利要求】
1.一种基于电容传感器的微流控液滴检测系统，其特征在于它包括液滴微流控芯片、直流稳压电路单元、信号检测电路单元和计算机；其中，所述液滴微流控芯片是将电容传感器与产生微液滴的微通道集成为一体的芯片结构；所述液滴微流控芯片由相互键合的上片、下片和电容传感器组成；所述下片是微通道片，焊接有样品I入口、样品II入口、液滴出口、十字交叉口、电极接线端、样品I通道、样品II通道和液滴生成通道；所述样品I入口与样品I通道相连；所述样品II入口与样品II通道相连；所述样品I通道、样品II通道通过十字交叉口与液滴生成通道连接；所述液滴生成通道连接液滴出口 ；所述电容传感器置于液滴生成通道的上方，且与电极接线端连接；所述上片上有放置电容传感器的槽道；所述直流稳压电路单元的输出端以及信号检测电路单元的输入端分别与液滴微流控芯片上的电极接线端连接；所述计算机与信号检测电路单元呈双向连接，其输出端与直流稳压电路单元的输入端连接。
2.根据权利要求1所述一种基于电容传感器的微流控液滴检测系统，其特征在于所述样品I入口是连续相入口，由连续相样品I入口和连续相样品I入口 II构成；所述样品I入口 I和样品I入口 II分别通过泵I泵入样品I ;所述样品II入口是离散相入口，且样品II入口通过泵II泵入样品II;所述泵I和泵II分别通过管道与样品I入口和样品II入口连接，将样品泵入液滴微流控芯片通道中。
3.根据权利要求1所述一种基于电容传感器的微流控液滴检测系统，其特征在于所述电极接线端有两个，分别是电极接线端I和电极接线端II ;所述电极接线端I与直流稳压电路的输出端连接；所述电极接线端II与信号检测电路的输入端连接；所述电容传感器的中心线与液滴生成通道的中心线重合，二者之间没有隔层；所述电容传感器的电容极板位于液滴生成通道的出口末端处，电容极板的中心线与液滴生成通道的中心线重合。
4.根据权利要求1所述一种基于电容传感器的微流控液滴检测系统，其特征在于所述液滴微流控芯片中产生微液滴的微通道是由样品I通道、样品II通道和液滴生成通道组成的ψ型通道；所述样品I通道有两个，分别是样品I通道I和样品I通道II。
5.根据权利要求4所述一种基于电容传感器的微流控液滴检测系统，其特征在于所述样品II通道与液滴生成通道是直通道；所述样品I通道I和样品I通道II是前端直后端弯的通道；所述前端直通道部分相互平行，且与样品II通道呈平行关系；所述后端弯通道部分是1/4圆的弯通道；所述样品I通道1、样品I通道I1、样品II通道与液滴生成通道在十字交叉口处相连通。
6.根据权利要求1所述一种基于电容传感器的微流控液滴检测系统，其特征在于所述的十字交叉口的尺寸小于芯片上的样品I通道1、样品I通道I1、样品II通道与液滴生成通道的截面尺寸，在液滴制备的过程中易于形成液滴；所述样品I通道1、样品I通道I1、样品II通道与液滴生成通道的截面尺寸为200 μ m*200 μ m ;所述十字交叉口的尺寸为100 μ m*100 μ m。
7.根据权利要求1所述一种基于电容传感器的微流控液滴检测系统，其特征在于所述液滴微流控芯片的制作材料是聚二甲基硅氧烷；所述电容传感器为平面叉指结构，材料为银和聚二甲基硅氧烷的混合物。
8.根据权利要求1所述一种基于电容传感器的微流控液滴检测系统，其特征在于所述信号检测电路单元是由含震荡模块的调频电路、频率电压m转换电路和低通滤波电路构成；所述调频电路的输入端接收液滴微流控芯片电极接线端II的信号，其输出端通过频率电压f/V转换电路与低通滤波电路连接；所述低通滤波电路的输出端与计算机连接。
9.一种基于电容传感器的微流控液滴检测方法，其特征在于它包括以下步骤: ①泵I通过两根Teflon分别与样品I的入口I和样品I入口 II相连接，泵II通过Teflon与样品II入口连接，将样品压入液滴微流控芯片的通道，样品I通过样品I入口 I和样品I入口 II进入液滴微流控芯片，同时，样品II从样品II入口进入液滴微流控芯片，两种样品分别通过样品I通道1、样品I通道II ;样品II通道流入，并在十字交叉口处形成液滴，液滴的大小、形状、产生频率、速度受到样品I的入口速度、样品I的粘度、样品I与样品II之间的界面张力的影响； ②由直流稳压电路为传感器电容提供电源，步骤①中得到的液滴通过液滴生成通道流经电容传感器，由于两种液体介电常数的差别，导致电容传感器的电容会发生变化，变化的电容量会驱动外部的信号检测电路进行工作； ③信号检测电路单元的调频电路接收到电容变化的信号，而变化的电容量也使得调频电路中的震荡模块在谐振时产生不同频率值； ④不同的频率值经过频率电压f/v转换电路后，将这些谐振时产生的频率转换成电压信号并输出给低通滤波电路，低通滤波电路将低于截止频率的信号通过，高于截止频率的信号过滤掉，使得输出平滑的信号给计算机； ⑤计算机对直流稳压电路单元输出控制信号，使直流稳压电路单元输出稳定的直流电压；计算机输出控制信号给信号检测电路单元，电容传感器将液滴的不同引起的电容变化信号传递给信号检测电路单元，经过信号检测电路单元后传递给计算机，计算机直观的显示检测结果，从而实现对样品的检测； ⑥最后，步骤①中生成的液滴通过液滴生成通道由液滴出口流出。
10.根据权利要求9所述一种基于电容传感器的微流控液滴检测方法，其特征在于所述液滴微流控芯片的应用包括检测液滴的大小、形状、速度、内含物特征；微流控液滴系统中的液滴精确控制以及生物、化学、医药领域的进样样品的成份控制。
【文档编号】G01N27/22GK104266680SQ201410530842
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月10日 优先权日:2014年10月10日
【发明者】魏巍, 吴方, 郭书祥 申请人:天津理工大学