数字微流控芯片及其驱动方法技术

本发明专利技术实施例提供了一种数字微流控芯片及其驱动方法。数字微流控芯片包括光驱动层和状态转换层，所述状态转换层用于承载液滴，所述光驱动层用于输出控制所述状态转换层进行亲疏液性转换以驱动所述液滴移动的光线，所述光驱动层包括阵列排布的多个发光单元。本发明专利技术采用输出光线的光驱动层和能够进行亲疏液性转换的状态转换层，使光驱动层通过输出光线控制状态转换层进行亲疏液性转换以驱动液滴移动。相对于现有数字微流控芯片结构复杂、制备成本高等缺陷，本发明专利技术数字微流控芯片的结构简单，制作工艺简单，生产成本低，能够最大限度地实现小型化和集成化。

Digital microfluidic chip and its driving method

The embodiment of the invention provides a digital microfluidic chip and a driving method thereof. The digital microfluidic chip includes an optical drive layer and a state transition layer for carrying droplets. The optical drive layer is used to output light controlling the state transition layer to perform a hydrophilic transition to drive the droplet movement. The optical drive layer comprises a plurality of light emitting units arranged in an array. The invention adopts a light driving layer with output light rays and a state transition layer capable of conducting the liquid-affinity transition, so that the light driving layer performs the liquid-affinity transition by controlling the state transition layer with output light rays to drive the liquid droplet movement. Compared with the existing digital microfluidic chips, which have complex structure and high preparation cost, the digital microfluidic chip of the present invention has simple structure, simple fabrication process, low production cost, and can realize miniaturization and integration to the greatest extent.

【技术实现步骤摘要】
数字微流控芯片及其驱动方法
本专利技术涉及微流控
，具体涉及一种数字微流控芯片及其驱动方法。
技术介绍
随着微机电系统技术的发展，数字微流控(MicroFluidics)技术已经在微液滴的驱动和控制等方面有所突破，依靠其自身优势在生物、化学和医药等领域得到了广泛的应用。数字微流控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，由于其具有微型化、集成化等特征，采用微流控技术的装置通常被称为数字微流控芯片，各种细胞等样品可以在数字微流控芯片中培养、移动、检测和分析。从各个领域的广泛应用可以看出，数字微流控芯片有着体积小、试剂使用量小、反应快、易携带、可并行处理和易实现自动化等优势，具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景。目前，数字微流控芯片的主流驱动方式为电极驱动，又称之为电压式数字微流控芯片，其原理是：将液滴设置在具有疏水层的表面上，借助电润湿效应，通过对液滴施加电压，增加液滴与疏水层之间的润湿性，从而形成液滴不对称形变并产生内部压强差，进而实现液滴定向移动以及混合。此外，数字微流控芯片的驱动方式还包括介电泳、声表面波、静电力等，但这些驱动方式还存在较多问题。例如，现有电极驱动方式的操控电压较高，会对液滴所包含的细胞、DNA或蛋白质等活性物质造成不可逆的损伤。同时，采用电极驱动方式的数字微流控芯片结构复杂，制备成本较高。
技术实现思路
本专利技术实施例所要解决的技术问题是，提供一种数字微流控芯片及其驱动方法，以解决现有数字微流控芯片对活性物质造成不可逆损伤、结构复杂、制备成本高等缺陷。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种数字微流控芯片，包括光驱动层和状态转换层，所述状态转换层用于承载液滴，所述光驱动层用于输出控制所述状态转换层进行亲疏液性转换以驱动所述液滴移动的光线，所述光驱动层包括阵列排布的多个发光单元。可选地，所述状态转换层包括受到光线照射后能够将疏液性的反式结构转换为亲液性的顺式结构的光敏性材料；所述光敏性材料层的亲液性强度与所述发光单元输出光线的强度相对应。可选地，所述光敏性材料包括异丙基丙烯酰胺和丙烯酰氧基琥珀酰亚胺共聚物。可选地，还包括基底；所述光驱动层设置在所述基底上，所述状态转换层设置在所述光驱动层上；或者，所述状态转换层设置在所述基底上，所述光驱动层和状态转换层相对设置。可选地，还包括检测单元和控制单元，所述检测单元用于检测液滴的位置，所述控制单元用于根据液滴的位置以及预先设定的液滴的移动方向和/或速度，生成控制信号并发送给所述光驱动层；所述控制信号包括需要输出光线的位置，以及输出光线的强度。可选地，所述控制单元根据所述液滴的位置确定所述光驱动层的第一发光单元，根据预先设定的液滴的移动方向，确定需要输出光线的第二发光单元，根据预先设定的液滴的移动速度，确定所述第二发光单元输出光线的强度。可选地，还包括热控制层，所述热控制层用于控制状态转换层的温度。可选地，所述热控制层设置在所述光驱动层和状态转换层之间。本专利技术实施例还提供了一种数字微流控装置，包括上述的数字微流控芯片。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例还提供了一种数字微流控芯片的驱动方法，数字微流控芯片包括光驱动层和状态转换层，所述状态转换层用于承载液滴，所述驱动方法包括：光驱动层输出控制所述状态转换层进行亲疏液性转换以驱动所述液滴移动的光线。本专利技术实施例提供了一种数字微流控芯片及其驱动方法，采用输出光线的光驱动层和能够进行亲疏液性转换的状态转换层，使光驱动层通过输出光线控制状态转换层进行亲疏液性转换以驱动液滴移动。相对于现有数字微流控芯片结构复杂、制备成本高等缺陷，本专利技术实施例数字微流控芯片的结构简单，制作工艺简单，生产成本低，且能够最大限度地实现小型化和集成化。当然，实施本专利技术的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书实施例中阐述，并且，部分地从说明书实施例中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术实施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本专利技术技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本专利技术的技术方案，并不构成对本专利技术技术方案的限制。附图中各部件的形状和大小不反映真实比例，目的只是示意说明本
技术实现思路
。图1为本专利技术实施例数字微流控芯片的结构示意图；图2为液滴接触角的示意图；图3a和图3b为本专利技术实施例驱动液滴移动的原理图；图4a和图4b为本专利技术光驱动层和状态转换层相对位置的示意图；图5a和图5b为本专利技术实施例数字微流控芯片的制备过程示意图。附图标记说明:10—基底；20—光驱动层；30—状态转换层；100—液滴。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。目前，现有数字微流控芯片为多层结构，包括相对设置的第一基板和第二基板，第一基板包括在衬底上依次形成的第一电极、介质层和疏水层，第二基板包括在衬底上依次形成的第二电极、介质层和疏水层，结构较复杂，而制备工艺也比较复杂，通常需要沉积方式制作电极层，蒸镀方式制作介质层，旋涂烘烤方式制备疏水层，需要2～3张掩模版(Mask)，制备成本较高。进一步地，该结构形式的数字微流控芯片采用电极驱动方式，在第一电极和第二电极上施加电压，使第一基板和第二基板之间产生电场，来改变液滴的疏水或亲水状态。由于操控电压较高，会对液滴所包含的细胞、DNA或蛋白质等活性物质造成不可逆的损伤。正是由于这些技术难点未得到有效解决，制约了微流控技术的发展。为了解决现有数字微流控芯片对活性物质造成不可逆损伤、结构复杂、制备成本高等缺陷，本专利技术实施例提供了一种数字微流控芯片。图1为本专利技术实施例数字微流控芯片的结构示意图，如图1所示，本专利技术实施例数字微流控芯片的主体结构包括光驱动层20和状态转换层30，状态转换层30用于承载液滴100，光驱动层20用于输出光线，所输出的光线控制状态转换层30进行亲疏液性转换以驱动液滴100移动。其中，亲疏液性转换是指状态转换层30从疏液性转换成亲液性。具体地，光驱动层20包括形成在基底10上阵列排布的多个发光单元，每个发光单元能够定址控制，通过单独驱动发射出设定强度的光。在一个实施例中，发光单元可以采用微型发光二极管(MicroLED)，形成微型LED阵列。目前，微型LED已经有了很大的发展，发光二极管结构可以实现薄膜化、微小化、阵列化，其尺寸仅在1～10μm等级左右，完全适用mm等级的数字微流控芯片。作为一个实施例，微型LED的结构包括相对设置的第一电极和第二电极，以及设置在第一电极和第二电极之间的发光功能层，发光功能层包括P型半导体层、P-N和N型半导体层。其工作原理是：对第一电极和第二电极施加一正向偏压，致使电流通过时电子、空穴对在主动区复合，发射出单一色光，形成一个微型LED，通过控制第一电极和第二电极的电压可以控制发射光的强度，微型LED的发光强度能够控制到0～20000nit。每个微型LED可以作为一个发光单元，数个发光单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数字微流控芯片，其特征在于，包括光驱动层和状态转换层，所述状态转换层用于承载液滴，所述光驱动层用于输出控制所述状态转换层进行亲疏液性转换以驱动所述液滴移动的光线，所述光驱动层包括阵列排布的多个发光单元。

【技术特征摘要】
1.一种数字微流控芯片，其特征在于，包括光驱动层和状态转换层，所述状态转换层用于承载液滴，所述光驱动层用于输出控制所述状态转换层进行亲疏液性转换以驱动所述液滴移动的光线，所述光驱动层包括阵列排布的多个发光单元。2.根据权利要求1所述的数字微流控芯片，其特征在于，所述状态转换层包括受到光线照射后能够将疏液性的反式结构转换为亲液性的顺式结构的光敏性材料；所述光敏性材料层的亲液性强度与所述发光单元输出光线的强度相对应。3.根据权利要求2所述的数字微流控芯片，其特征在于，所述光敏性材料包括异丙基丙烯酰胺和丙烯酰氧基琥珀酰亚胺共聚物。4.根据权利要求1～3任一所述的数字微流控芯片，其特征在于，还包括基底；所述光驱动层设置在所述基底上，所述状态转换层设置在所述光驱动层上；或者，所述状态转换层设置在所述基底上，所述光驱动层和状态转换层相对设置。5.根据权利要求1～3任一所述所述的数字微流控芯片，其特征在于，还包括检测单元和控制单元，所述检测单元用于检测液滴的位置，所述控制单元用于根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵伟，王春雷，蒋昆，李娜，宋雪超，韩林，郭兰军，马少武，周康迪，段金帅，罗先萍，
申请(专利权)人：京东方科技集团股份有限公司，北京京东方光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11