微流控装置的驱动方法及微流控装置与流程

本发明涉及微流控，更具体地，涉及一种微流控装置的驱动方法及微流控。

背景技术：

1、微流控(micro fluidics)技术是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科，能够精确操控液滴移动，实现液滴的融合、分离等操作，完成各种生物化学反应，是一种以在微米尺度空间对流体进行操控为主要特征的技术。近年来，微流控芯片凭借其体积小、功耗低、成本低，所需样品及试剂量少，可实现液滴单独、精准操控，检测时间短，灵敏度高，易于和其他器件集成等优势，而被广泛应用于生物、化学、医学等领域。

2、现有技术中，通常利用电润湿的原理，通过设置至少一个基板电压控制微流控装置中液体的流动位置。目前，一种常用的方式是采用直流驱动的方式驱动液滴流动，液滴驱动过程中，采用持续的直流电压在很大程度上增加了驱动功耗。现阶段，如何有效降低液滴驱动的功耗成为亟待解决的技术问题之一。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种微流控装置的驱动方法及微流控装置，旨在保证液滴顺利驱动的同时，降低驱动功耗。

2、第一方面，本发明提供一种微流控装置的驱动方法，其特征在于，所述微流控装置包括第一衬底、驱动层和微流控结构层，所述驱动层位于所述第一衬底和所述微流控结构层之间，所述驱动层包括多个驱动电极和与所述驱动电极相对设置的公共电极，所述微流控结构层包括至少一个第一通道，所述第一通道中包括m个依次排列的驱动电极；

3、所述驱动方法包括：

4、在所述第一通道通入液滴；

5、在第一阶段，向与所述液滴交叠的第n个驱动电极提供第一信号，向所述公共电极提供恒定信号，在所述驱动电极和所述公共电极之间形成第一驱动电压，将所述液滴固定于所述第n个驱动电极的正上方，1≤n≤m；

6、在第二阶段，取消向所述第n个驱动电极提供的第一信号，在所述第n个驱动电极与所述公共电极之间形成第二驱动电压，所述第二驱动电压的绝对值大于0且小于所述第一驱动电压的绝对值；

7、在第三阶段，向第n+1个驱动电极提供所述第一信号，在所述第n+1个驱动电极与所述公共电极之间形成所述第一驱动电压；

8、其中，所述第二阶段与所述第三阶段交叠。。

9、第二方面，基于同一发明构思，本发明还提供一种微流控装置，包括：包括第一衬底、驱动层和微流控结构层，所述驱动层位于所述第一衬底和所述微流控结构层之间，所述驱动层包括多个驱动电极和与所述驱动电极相对设置的公共电极，所述微流控结构层包括至少一个第一通道，所述第一通道中包括m个依次排列的驱动电极；

10、所述驱动层还包括多条开关控制线、多条数据线以及与所述驱动电极对应的多个驱动电路；至少部分所述驱动电路包括第一晶体管、第一电容和第二电容；在同一所述第一通道中，与第n个驱动电极和第n+1个驱动电极对应的驱动电路中，所述第一晶体管的栅极分别连接不同的所述开关控制线，所述第一晶体管的第一极连接同一所述数据线，不同所述第一晶体管的第二极分别连接不同的所述驱动电极；所述驱动电极连接所述第一电容的第一极，所述第一电容的第二极接收固定电压信号；第n个驱动电极通过第二电容与第n+1个驱动电极所对应的开关控制线电连接，1≤n＜m。

11、与相关技术相比，本发明提供的微流控装置的驱动方法及微流控装置，至少实现了如下的有益效果：

12、本发明实施例所提供的微流控装置中，设置有驱动层和微流控结构层，其中，微流控结构层包括至少一个第一通道，第一通道中用于容纳液滴。驱动层包括相对设置的驱动电极和公共电极，向驱动电极和公共电极提供电信号时，在驱动电极和公共电极之间将形成驱动液滴移动的驱动电压。本发明实施例所提供的微流控装置的控制方法中，在第一通道中通入液滴后，通过三个阶段对液滴进行驱动，在第一阶段，首先向与液滴交叠的第n个驱动电极提供第一信号，并向公共电极提供恒定信号，形成第一驱动电压，将液滴固定于该第n个驱动电极的正上方；在第二阶段，取消向第n个驱动电极提供的信号，第n个驱动电极与公共电极之间的电压不会突然消失，而是逐渐减小形成第二驱动电压；在第三阶段，向第n+1个驱动电极提供第一信号，在第n+1个驱动电极与公共电极之间形成第一驱动电压，第三阶段和第二阶段交叠，也就是说，第n个驱动电极向液滴提供的第二驱动电压和第n+1个驱动电极向液滴提供的第一驱动电压同时存在，此时，液滴的前部(与第n+1个驱动电极相邻的部分)开始移动，尾部并没有启动，此时液滴重心的移动速度较快。随着液滴朝向第n+1个驱动电极的方向移动一段距离，液滴的尾部开始移动，并对液滴的前部形成拖拽力，液滴整体速度降低。当液滴尾部追赶上液滴前部后，即两者速度一致时，液滴速度在驱动电压下加快，向第n+1个电极的方向移动，且液滴与第n+1个驱动电极的接触面积越来越大。当液滴重心与第n+1个驱动电极的中心重合时，该第一驱动电压将液滴固定于该第n+1个驱动电极上方。在第二阶段，即使去除向第n个驱动电极提供的电信号，第n个驱动电极与公共电极之间的第二驱动电压仍能维持一段时间，用以保持液滴的形态。当在第三阶段向第n+1个驱动电极施加第一信号时，液滴仍有部分位于第n个驱动电极，第n个驱动电极对应位置处的较小的第二驱动电压仍能驱使液滴继续向第n+1个驱动电极的方向移动，从而在液滴的驱动过程中无需向第n个驱动电极持续提供电压值较大的第一信号，因而在保证液滴正常移动的同时，还有利于降低驱动功耗。

13、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。

14、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。

技术特征：

1.一种微流控装置，其特征在于，包括：包括第一衬底、驱动层和微流控结构层，所述驱动层位于所述第一衬底和所述微流控结构层之间，所述驱动层包括多个驱动电极和与所述驱动电极相对设置的公共电极，所述微流控结构层包括至少一个第一通道，所述第一通道中包括m个依次排列的驱动电极；

2.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，与第n+1个驱动电极所对应的开关控制信线发送有效脉冲的时间，和与第n个驱动电极所对应的开关控制线发送有效脉冲的时间交叠。

3.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述第一通道中，第一个至第m-1个所述驱动电极对应的所述驱动电路均包括所述第一晶体管、所述第一电容和所述第二电容，第m个所述驱动电极对应的所述驱动电路包括所述第一晶体管和所述第一电容。

4.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述驱动层包括第一金属层、第二金属层和电极层，所述第二金属层位于所述第一金属层和所述电极层之间，所述第二金属层与所述第一金属层之间、所述第二金属层与所述电极层之间均由绝缘层隔离；所述第一晶体管的栅极位于所述第一金属层，所述第一晶体管的源极和漏极以及所述公共电极位于所述第二金属层，所述驱动电极位于所述电极层。

5.根据权利要求4所述的微流控装置，其特征在于，所述第n个驱动电极与所述第一晶体管的源极或漏极通过过孔连接。

6.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，还包括设置于第一金属层的第一辅助导电块和设置于所述第二金属层的第二辅助导电块，沿所述微流控装置的厚度方向，所述第一辅助导电块与所述公共电极交叠形成所述第一电容，所述第二辅助导电块与第n+1个驱动电极对应的驱动电路中的所述第一晶体管的栅极交叠形成所述第二电容；第n个驱动电极分别通过连接孔与所述第一辅助导电块和所述第二辅助导电块电连接。

7.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述驱动电极的形状相同，在所述第一通道内，第n个驱动电极的第一边和第n+1个驱动电极的第二边相邻，所述第一边和所述第二边之间的第一间隙的宽度处处相等。

8.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述第一晶体管为非晶硅薄膜晶体管或者氧化物晶体管。

9.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述驱动电极的边缘为波浪形。

10.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述驱动电极的边缘为锯齿状。

技术总结
本发明公开一种微流控装置的驱动方法及微流控装置，涉及微流控技术领域，驱动方法包括：在第一通道通入液滴；在第一阶段，在驱动电极和公共电极之间形成第一驱动电压，将液滴固定于第N个驱动电极的正上方，1≤N≤M；在第二阶段，取消向第N个驱动电极提供的第一信号，在第N个驱动电极与公共电极之间形成第二驱动电压，第二驱动电压的绝对值大于0且小于第一驱动电压的绝对值；在第三阶段，向第N+1个驱动电极提供第一信号，在第N+1个驱动电极与公共电极之间形成第一驱动电压；其中，第二阶段与第三阶段交叠。保证液滴顺利驱动的同时，有利于降低驱动功耗。

技术研发人员：李伟,章凯迪,白云飞,林柏全,王林志,席克瑞,陈晓君
受保护的技术使用者：成都天马微电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15