微流控芯片及其控制方法和分析装置与流程

1.本发明涉及微流控技术领域，具体地，涉及微流控芯片及其控制方法和分析装置。


背景技术：

2.目前，微流控技术在基因测序、生物医疗诊断和检测等方向有着广阔的应用前景，其可以将生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的微流控芯片上。然而，相关技术中的微流控芯片在实现样品的检测时(例如微液滴的位置检测、尺寸检测和微液滴中成分的检测等)，一般需借助与微流控芯片分立的外界设备(如显微镜、光谱仪等)，这不利于微流控芯片的集成化发展。更重要的是，显微镜、光谱仪等光学检测方式，由于光路设计会局限其可检测样品的数量和检测的灵活性，且存在激发光信号的强度不均匀、位置不精准而导致检测结果的准确性较低。
3.因而，现有的微流控芯片的相关技术仍有待改进。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种结构简单、可对微流控通道中的微液滴进行精准定位、可测量微液滴的尺寸、可实现对微液滴中的预定成分进行检测、可实现检测信号的直接传送、信号均匀性好、检测效率高、准确度高、检测灵活性强或者测量误差小的微流控芯片。
5.在本发明的一个方面，本发明提供了一种微流控芯片。根据本发明的实施例，该微流控芯片包括：微流控通道；和微带天线阵列，所述微带天线阵列具有多个微带天线，多个所述微带天线沿所述微液滴的流动方向间隔设置，所述微带天线可发射微波信号，所述微波信号用于确定所述微液滴的位置、确定所述微液滴的尺寸、对所述微液滴中的成分进行分析中的至少之一。该微流控芯片结构简单、可对微流控通道中的微液滴进行精准定位，还可测量微液滴的尺寸并实现对微液滴中的预定成分进行检测，进而可实现检测信号的直接传送，信号均匀性好，检测效率高，准确度高，检测灵活性强，测量误差小。
6.根据本发明的实施例，所述微带天线进一步包括：微带贴片，所述微带贴片设置在所述微流控通道的一侧；和馈电线，所述馈电线设置在所述微流控通道的另一侧，并用于向所述微带贴片馈电。
7.根据本发明的实施例，相邻的两个所述微带贴片之间的间距大于所述微液滴在所述流动方向上的宽度。
8.根据本发明的实施例，所述馈电线进一步包括：地电极，所述地电极在所述微流控芯片的厚度方向上的第一正投影覆盖所述微带贴片在所述微流控芯片的厚度方向上的第二正投影，且所述地电极上具有通孔，所述第二正投影覆盖所述通孔在所述微流控芯片的厚度方向上的第三正投影；和微带线，所述微带线设置在所述地电极远离所述微带贴片的一侧，不与所述地电极相接触，且所述微带线在所述微流控芯片上的第四正投影覆盖所述第三正投影。
9.根据本发明的实施例，该微流控芯片还具有驱动单元，所述驱动单元用于驱动所述微液滴流动，所述驱动单元包括：第一驱动电极层，所述第一驱动电极层与所述微带贴片设置在所述微流控通道的同侧，且所述第一驱动电极层复用为所述微带贴片；第一疏水绝缘层，所述第一疏水绝缘层设置在所述第一驱动电极层靠近所述微流控通道的表面上。
10.根据本发明的实施例，所述驱动单元还包括：第二驱动电极层，所述第二驱动电极层与所述馈电线设置在所述微流控通道的同侧，且所述第二驱动电极层复用为所述地电极；第二疏水绝缘层，所述第二疏水绝缘层设置在所述第二驱动电极层靠近所述微流控通道的表面上。
11.根据本发明的实施例，该微流控芯片还包括以下至少之一：第一介质层，所述第一介质层设置在相邻的两个所述微带贴片之间；第二介质层，所述第二介质层设置在所述通孔中；第一基板，所述第一基板设置在所述微带贴片远离所述微流控通道的一侧；第二基板，所述第二基板设置在所述地电极和所述微带线之间。
12.在本发明的另一个方面，本发明提供了一种分析装置。根据本发明的实施例，该分析装置包括前面所述的微流控芯片。该分析装置可对微流控通道中的微液滴进行精准定位，还可测量微液滴的尺寸并实现对微液滴中的预定成分进行检测，检测效率高，准确度高，检测灵活性强，测量误差小，且具有前面所述的微流控芯片的所有特征和优点，在此不再过多赘述。
13.在本发明的又一个方面，本发明提供了一种前面所述的微流控芯片的控制方法。根据本发明的实施例，该控制方法包括：控制所述微液滴沿预定路径流动；检测所述微带天线发射的所述微波信号；当所述微波信号出现变化时，根据出现变化的所述微波信号确定所述微液滴在微流控通道中的实际流动状态；调整所述实际流动状态，以使所述微液滴以预定流动状态流动。该控制方法可对微流控通道中的微液滴进行精准定位，还可测量微液滴的尺寸并实现对微液滴中的预定成分进行检测，检测效率高，准确度高，检测灵活性强，测量误差小。
14.根据本发明的实施例，当所述微波信号出现变化时，根据出现变化的所述微波信号确定所述微液滴在微流控通道中的实际流动状态；调整所述实际流动状态的步骤进一步包括以下至少之一：(1)所述实际流动状态包括所述微液滴的当前位置，将出现变化的所述微波信号对应的所述微带天线的位置判定为所述微液滴的当前位置；将所述当前位置与所述预定路径进行比较，如果所述当前位置偏离所述预定路径，则调整所述微液滴的流动方向，以使所述微液滴沿所述预定路径流动；(2)所述实际流动状态包括所述微液滴的实际尺寸，根据出现变化的所述微波信号确定所述微液滴的实际尺寸；如果所述实际尺寸与所述微液滴的预定尺寸不同，则调整所述微液滴的实际尺寸，以使所述微液滴以所述预定尺寸流动。
15.根据本发明的实施例，进一步包括：当所述微波信号出现变化时，检测所述微波信号的变化量；根据所述变化量，得到所述微液滴中预定成分的含量。
附图说明
16.图1显示了本发明一个实施例的微流控芯片的剖面结构示意图。
17.图2显示了本发明另一个实施例的微流控芯片的剖面结构示意图。
18.图3显示了本发明又一个实施例的微流控芯片的剖面结构示意图。
19.图4显示了本发明再一个实施例的微流控芯片的剖面结构示意图。
20.图5显示了本发明再一个实施例的微流控芯片的剖面结构示意图。
21.图6显示了本发明再一个实施例的微流控芯片的剖面结构示意图。
22.图7显示了本发明一个实施例的微流控芯片的控制方法的流程示意图。
23.附图标记：
24.10：微流控芯片 55：微液滴 100：微流控通道 200：微带天线 210：微带贴片 220：馈电线 221：地电极 222：微带线 311：第一驱动电极层 312：第一疏水绝缘层 321：第二驱动电极层 322：第二疏水绝缘层 410：第一介质层 420：第二介质层 510：第一基板 520：第二基板 h：通孔
具体实施方式
25.下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
26.在本发明的一个方面，本发明提供了一种微流控芯片。根据本发明的实施例，参照图1，该微流控芯片10包括：微流控通道100；和微带天线阵列，所述微带天线阵列具有多个微带天线200，多个所述微带天线200沿所述微液滴55的流动方向间隔设置，所述微带天线200可发射微波信号，所述微波信号用于确定所述微液滴55的位置、确定所述微液滴55的尺寸、对所述微液滴55中的成分进行分析中的至少之一。该微流控芯片10结构简单、由于其中设置了可发射微波信号的微带天线200，故而其可对微流控通道100中的微液滴55进行精准定位，还可测量微液滴55的尺寸并实现对微液滴55中的预定成分进行检测，进而可实现检测信号的直接传送；并且，微波信号的信号均匀性好，检测效率高，不会受到其他因素的影响，准确度高，检测灵活性强，测量误差小；另外，无需分立的外界设备即可实现上述定位和测量功能，利于微流控芯片的集成化发展。
27.根据本发明的实施例，可以理解的是，前面所述的微波信号可以是相关技术中通常的微波信号，例如，在本发明的一些实施例中，前面所述的微波信号可以是指频率为300mhz～300ghz的电磁波信号。由此，由于该微波信号的频率较高，因此所述微带天线200在发射所述微波信号时，并不会对该微流控芯片10所要实现的其他功能产生影响，例如，在微流控芯片10中，微液滴55的驱动信号通常为低频信号，因此微波信号的发射并不会对所述微液滴55的驱动造成影响。
28.根据本发明的实施例，在所述微流控芯片中，当微波信号传输时，会发生不同的传输情况，如前所述，通过检测信号变化以感知微液滴的位置和尺寸。当微液滴在微流控通道中实现液滴分离，分离后的微液滴的尺寸和位置可通过微波信号的变化实现检测，其主要基于的原理是微液滴与空气的微波参数有较大的差异，所以当微液滴的位置变化时，微波信号就会出现变化，例如损耗变大，信号变弱等，因此通过探测该微波信号的变化，即可感知微液滴的位置及尺寸；另外，当微液滴中的预定成分发生化学反应而出现新的化学物质时，则微波信号也将出现变化，输出检测结果，进而实现对所述微液滴55中的成分进行分
析。
29.根据本发明的实施例，前面所述的微波信号的变化，可以是所述微波信号的方向系数或半功率波瓣宽度等，当然，也可以是所述微波信号的其他参数，在此不再过多赘述。
30.根据本发明的实施例，具体地，可以理解的是，在本发明中，所述微流控通道100的形状、尺寸等，均不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行灵活选择，在此不再过多赘述。
31.根据本发明的实施例，可以理解的是，多个所述微带天线的间距不受特别限制，只要能够实现准确定位所述微液滴即可，多个所述微带天线之间既可以等距设置，也可以非等距设置，本领域技术人员可以根据实际需要进行灵活选择，在此不再过多赘述。
32.根据本发明的实施例，可以理解的是，所述微带天线的具体种类不受特别限制，其可以是谐振结构、耦合结构等，具体地，在本发明的一些实施例中，参照图2，所述微带天线可以进一步包括：微带贴片210，所述微带贴片210设置在所述微流控通道100的一侧；和馈电线220，所述馈电线220设置在所述微流控通道10的另一侧，并用于向所述微带贴片210馈电。由此，通过所述微带天线的上述具体设置方式，可以使得该微带天线有效发射微波信号，进而有效实现对微流控通道100中的微液滴55进行精准定位，还可测量微液滴55的尺寸并实现对微液滴55中的预定成分进行检测，以实现检测信号的直接传送；并且均匀性好，检测效率高，不会受到其他因素的影响，准确度高，检测灵活性强，测量误差小。
33.根据本发明的实施例，更进一步地，参照图2，可以理解的是，所述微液滴55与所述微带贴片210的相对尺寸可以是相邻的两个所述微带贴片210之间的间距l大于所述微液滴55在所述流动方向上的宽度d的。由此，可以避免相邻的两个所述微带天线均检测到所述微液滴55的信号，从而影响定位准确性。
34.根据本发明的实施例，具体而言，所述馈电线220的具体结构不受特别限制，其既可以是串馈结构，当然，本领域技术人员可以理解，所述馈电线220的具体结构亦可以为并馈结构或者空馈结构，其用于所述微流控芯片10内的微波信号的传输功能。
35.根据本发明的实施例，更进一步地，参照图3，所述馈电线还可以进一步包括：地电极221，所述地电极221在所述微流控芯片10的厚度方向上的第一正投影覆盖所述微带贴片210在所述微流控芯片10的厚度方向上的第二正投影，且所述地电极上具有通孔h，所述第二正投影覆盖所述通孔h在所述微流控芯片10的厚度方向上的第三正投影；和微带线222，所述微带线222设置在所述地电极221远离所述微带贴片210的一侧，不与所述地电极221相接触，且所述微带线222在所述微流控芯片10上的第四正投影覆盖所述第三正投影。由此，通过所述微带天线的上述具体设置方式，可以使得该微带天线有效发射微波信号，进而有效实现对微流控通道100中的微液滴55进行精准定位，还可测量微液滴55的尺寸并实现对微液滴55中的预定成分进行检测，以实现检测信号的直接传送。
36.根据本发明的实施例，可以理解的是，前面所述的微带贴片、地电极、微带线的具体材料不受特别限制，只要其能够使得微带天线发射微波信号即可，例如，在本发明的一些实施例中，所述微带贴片、地电极、微带线的具体材料均可以是金属；另外，所述微带贴片、地电极和微带线的具体尺寸，以及所述通孔的具体尺寸和形状，本领域技术人员可以根据实际需要进行灵活选择，在此不再过多赘述。例如，在本发明的一些实施例中，所述通孔可以是狭缝结构等；另外，所述微带贴片的形状也是不受特别限制的，例如其可以是矩形，也
可以是其他形状。由此，结构简单、易于实现。
37.在本发明的另一些实施例中，该微流控芯片10还可以具有驱动单元，所述驱动单元用于驱动所述微液滴流动，参照图4，所述驱动单元可以具体包括：第一驱动电极层311，所述第一驱动电极层311与所述微带贴片210设置在所述微流控通道100的同侧，且所述第一驱动电极层311复用为所述微带贴片210；第一疏水绝缘层312，所述第一疏水绝缘层312设置在所述第一驱动电极层311靠近所述微流控通道100的表面上。由此，通过所述微带贴片210与所述第一驱动电极层311的复用，该微流控芯片10结构简单、易于实现，且第一驱动电极层311和第一疏水绝缘层312的设置可以较好地实现对所述微液滴55的驱动。
38.在本发明的又一些实施例中，进一步地，参照图5，所述驱动单元还可以包括：第二驱动电极层321，所述第二驱动电极层321与所述馈电线(如前所述，所述馈电线可以具体包括地电极221和微带线222)设置在所述微流控通道100的同侧，且所述第二驱动电极层321复用为所述地电极221；第二疏水绝缘层322，所述第二疏水绝缘层322设置在所述第二驱动电极层321靠近所述微流控通道100的表面上。由此，通过所述地电极221与所述第二驱动电极层321的复用，该微流控芯片10结构简单、易于实现，且第二驱动电极层321和第二疏水绝缘层322的设置可以进一步较好地实现对所述微液滴55的驱动。
39.在本发明的再一些实施例中，更进一步地，参照图6，该微流控芯片10还可以具体包括以下至少之一：第一介质层410，所述第一介质层410设置在相邻的两个所述微带贴片210之间；第二介质层420，所述第二介质层420设置在所述通孔h中；第一基板510，所述第一基板510设置在所述微带贴片210远离所述微流控通道100的一侧；第二基板520，所述第二基板520设置在所述地电极221和所述微带线222之间(需要说明的是，图6中仅以所述微流控芯片10还包括上述第一介质层410、第二介质层420、第一基板510和第二基板520为例进行说明，但本领域技术人员可以理解，所述微流控芯片10也可以包括以上任意一种、两种或三种，在此不再过多赘述)。由此，可以较好地实现所述微流控芯片10发射微波信号的功能和驱动微液滴55的功能。
40.根据本发明的实施例，可以理解的是，前面所述的第一疏水绝缘层312、第二疏水绝缘层322、第一介质层410、第二介质层420、第一基板510、第二基板520的具体材料、厚度等均不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行灵活选择，在此不再过多赘述。
41.根据本发明的实施例，更进一步地，该微流控芯片还可以包括：探针(图中未示出)，所述探针可以是设置在所述微流控通道的内壁的，其可以用于探测所述微液滴中的成分，所述探针的具体材料可以根据其所要检测的预定成分进行选择，在此不再过多赘述。
42.根据本发明的实施例，该微流控芯片除前面所述的微流控通道以外，还可以包括其他必要的结构和组成，本领域技术人员可根据微流控芯片的具体种类和使用要求进行补充和设计，在此不再过多赘述。
43.在本发明的另一个方面，本发明提供了一种分析装置。根据本发明的实施例，该分析装置包括前面所述的微流控芯片。该分析装置可对微流控通道中的微液滴进行精准定位，还可测量微液滴的尺寸并实现对微液滴中的预定成分进行检测，检测效率高，准确度高，检测灵活性强，测量误差小，且具有前面所述的微流控芯片的所有特征和优点，在此不再过多赘述。
44.根据本发明的实施例，该分析装置除前面所述的微流控芯片以外，还可以包括其
他必要的结构和组成，本领域技术人员可根据分析装置的具体种类和使用要求进行补充和设计，在此不再过多赘述。
45.据本发明的实施例，该分析装置的具体种类不受特别限制，例如可以包括但不限于单细胞分析装置等，在此不再过多赘述。
46.在本发明的又一个方面，本发明提供了一种前面所述的微流控芯片的控制方法。根据本发明的实施例，参照图7，该控制方法可以具体包括以下步骤：
47.s100：控制所述微液滴沿预定路径流动。
48.s200：检测所述微带天线发射的所述微波信号。
49.s300：当所述微波信号出现变化时，根据出现变化的所述微波信号确定所述微液滴在微流控通道中的实际流动状态。
50.s400：调整所述实际流动状态，以使所述微液滴以预定流动状态流动。
51.根据本发明的实施例，进一步地，当所述微波信号出现变化时，根据出现变化的所述微波信号确定所述微液滴在微流控通道中的实际流动状态；调整所述实际流动状态的步骤可以进一步包括：所述实际流动状态包括所述微液滴的当前位置，将出现变化的所述微波信号对应的所述微带天线的位置判定为所述微液滴的当前位置；将所述当前位置与所述预定路径进行比较，如果所述当前位置偏离所述预定路径，则调整所述微液滴的流动方向，以使所述微液滴沿所述预定路径流动，其中，调整所述微液滴的流动方向的具体方式，可以与相关技术中调整所述微液滴的流动方向的具体方式相同，在此不再过多赘述。
52.在本发明的另一些实施例中，进一步地，当所述微波信号出现变化时，根据出现变化的所述微波信号确定所述微液滴在微流控通道中的实际流动状态；调整所述实际流动状态的步骤也可以进一步包括：所述实际流动状态包括所述微液滴的实际尺寸，根据出现变化的所述微波信号确定所述微液滴的实际尺寸；如果所述实际尺寸与所述微液滴的预定尺寸不同，则调整所述微液滴的实际尺寸，以使所述微液滴以所述预定尺寸流动，其中，调整所述微液滴的实际尺寸的具体方式，可以与相关技术中调整所述微液滴的实际尺寸的具体方式相同，在此不再过多赘述。
53.在本发明的另一些实施例中，进一步地，该方法还可以包括：当所述微波信号出现变化时，检测所述微波信号的变化量；根据所述变化量，得到所述微液滴中预定成分的含量，其中，所述变化量与所述微液滴中预定成分的含量可以是预先通过测定标准样得到的，其具体方式与相关技术中绘制标准曲线，测定样品，根据标准曲线方程得到样品的实际含量的方式相同，在此不再过多赘述。
54.根据本发明的实施例，可以理解的是，通过上述所述微流控芯片的控制方法，可以对微流控通道中的微液滴进行精准定位，还可测量微液滴的尺寸并实现对微液滴中的预定成分进行检测，检测效率高，准确度高，检测灵活性强，测量误差小。
55.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
56.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
57.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。