液滴驱动器件制造技术

本申请揭示了一种液滴驱动器件，包括m行×n列的阵列电极，对于任意相邻的两行电极，第一行的第一类预定位的电极均连接至第一行向引线上，第二行的第二类预定位的电极均连接至第二行向引线上；对于任意相邻的两列电极，第一列的第一类预定位的电极均连接至第一列向引线上，第二列的第二类预定位的电极均连接至第二列向引线上；每个电极仅连接至行向引线和列向引线中的一种；其中，第一类预定位为奇数位或偶数位中的一种，第二类预定位为奇数位或偶数位中的另一种。本申请通过设置阵列化电极，并使多个电极复用引线，能够大幅度降低阵列化驱动电极的引线数量、系统复杂程度和工艺制作难度，进而降低成本、降低控制复杂度。

【技术实现步骤摘要】
液滴驱动器件
本专利技术属于微流体驱动
，涉及一种液滴驱动器件。
技术介绍
片上实验室(LabonaChip,LOC)研究的终极目标，是将功能各异的多个单元或模块，在微尺度上连接并存，并协同完成样品制备、生物与化学反应、分离检测等一系列复杂的生化分析工作。最终可以把生物和化学等领域中所涉及的所有功能模块集成在一块几平方厘米的芯片上，直接应用于生物化学检测、环境快速检测等。但是，现有已经逐步开展应用的片上实验室，其核心的关键功能实现——微流体驱动，主要以压力驱动、热驱动等方式进行，需要从外界提供动力，驱动的流体量相对较大，流道驱动组件多、功耗高，且驱动方式不具有不同器件间的通用性，无法发挥作为微流体基本操作单元“液滴”的有效功能。因此，形成一种有效、易于操作的微流体平台级液滴操控方法，对后续片上实验室的发展，具有至关重要的作用。基于介质上的电润湿效应(Electrowetting-On-Dielectric，EWOD)是在金属电极与电解液之间加入一层绝缘层薄膜，当在液体和电极之间施加一定的电压后，液固表面张力会发生可逆性的变化，这表现为液滴在固体表面接触角θ的变化，如图1(a)。当液滴接触角θ发生对称均匀变化时，液滴在宏观上表现出从球形液滴铺展为液膜的过程，如图1(b)。而如果接触角θ发生非对称变化时，就出出现两侧液滴两侧接触线处的表面张力出现梯度，进而使得液滴的发生迁移和运动，如图1(c)，这也是在片上实验室中进行液滴操控的理论基础。由原理可知，利用电润湿效应，通过电极的电压操作，可以在芯片上实现微小液滴的操控，具体的操控形成有迁移(如图2(1)所示)、分割(如图2(2)所示)、混合(如图2(3)所示)和震荡(如图2(4)所示)等，图2中的方块为驱动电极。通过这些功能的组合，可以将各种生物、化学试验流程迁移到芯片上，从而实现片上实验室系统，图3中示出了液滴在电极的驱动下进行路径规划和迁移。生物、化学试验流程是较为复杂的过程，每一个过程都需要很多电极来实现，因此，片上实验室芯片实现的关键技术之一就是形成数量庞大的驱动电极，并按照要求给出驱动信号，用于驱动液滴按照要求进行操作。针对液滴驱动的大规模电极阵列的驱动方式主要有两种：第一种，如图4所示，电极阵列中的每个电极独立驱动控制，即每一个电极都由一个引线，并且独立与一个电压源进行连接，该方案的优点是阵列设计非常简单，控制算法设计复杂度低，驱动效果最佳。然而，该方案最突出的问题就是：引线数量随阵列规模呈指数增高，例如，对于m行、n列的电极阵列，需要的引线数量为m×n，当m＝n＝20时，引线数量为400，这对于大多数驱动系统来说是无法实现的，而且对于驱动接口的设计也是一个挑战。第二种，如图5所示，电极阵列利用有源矩阵驱动技术，在每个驱动电极上连接一个薄膜晶体管(TFT)器件和一个储能电容C，通过该器件的开关作用，实现对每个电极的独立操控，从而实现液滴的驱动。这个方案的优点是驱动引线数量大幅度降低，例如，对于m行、n列的电极阵列，该驱动阵列的引线数量为m+n，当m＝n＝20时，引线数量为40根，比第一种方案的400根少了10倍，当规模继续增大的时候，该方案的优势更加明显。然而，该方案有三个突出的缺点：第一个缺点是驱动阵列设计复杂，成本高，因为每个液滴驱动阵列下方均需要设置一个薄膜晶体管和储能电容，制作工艺十分复杂、而且对TFT器件的耐压等特性要求苛刻(因为液滴驱动需要较高电压，大于10V)；第二个缺点是对液滴要求高，因为该方案为刷新式的驱动，要求储能电容与液滴的尺寸和电学参数进行匹配，才能够高效的驱动液滴，而且一旦液滴特性改变，器件的相关特性也需要改变，设计复杂，成本高。
技术实现思路
本申请提供了一种液滴驱动器件，包括m行×n列的阵列电极，其中：对于任意相邻的两行电极，第一行的第一类预定位的电极均连接至所述第一行端部的一行向引线上，所述相邻两行中第二行的第二类预定位的电极均连接至所述第二行端部的一行向引线上；对于任意相邻的两列电极，相邻两列中第一列的第一类预定位的电极均连接至所述第一列端部的一列向引线上，所述相邻两行中的第二列的第二类预定位的电极均连接至所述第二列端部的一列向引线上；每个电极仅连接至行向引线和列向引线中的一种；其中，所述第一类预定位为奇数位或偶数位中的一种，所述第二类预定位为奇数位或偶数位中的另一种。可选的，各个行向引线均位于所述阵列电极的第一侧边，各个列向引线均位于所述阵列电极的第二侧边，所述第一侧边和所述第二侧边相邻。可选的，所述液滴驱动器件还包括位于所述阵列电极下方的绝缘层和互连金属层，所述绝缘层位于所述互连金属层和所述阵列电极之间；所述互连金属层开设有未被绝缘层覆盖的接触孔，所述互连金属层通过所述接触孔与所述阵列电极中的电极电性连接。可选的，所述互连金属层包括m行×n列的行向金属条和列向金属条，所述互连金属层每行中的行向金属条和列向金属条间隔排布，所述互连金属层每列中的行向金属条和列向金属条间隔排布。可选的，每行中位于所述互连金属层第一侧边处的第一类行向金属条为所述液滴驱动器件的行向引线，每列中位于所述互连金属层第二侧边处的第一类列向金属条为所述液滴驱动器件的列向引线；每个行向引线和每个列向引线均与外部的驱动系统连接，所述驱动系统被配置为单独控制各条行向引线和各条列向引线的供断电。可选的，所述互连金属层中非行向引线的第二类行向金属条上设置有两个接触孔，每个第二类行向金属条通过各自的两个接触孔连接行向间隔设置的两个电极；所述互连金属层中非列向引线的第二类列向金属条上设置有两个接触孔，每个第二类列向金属条通过各自的两个接触孔连接列向间隔设置的两个电极。可选的，所述液滴驱动器件还包括位于所述阵列电极上方的介质层和第一超疏水层，所述第一超疏水层上承载液滴。可选的，所述液滴驱动器件还包括封装于所述第一超疏水层上的顶部盖板，所述顶部盖板包括从下至上的第二超疏水层、顶部导电层和顶部衬底。可选的，所述顶部衬底可以为硅片、玻璃片或聚合物塑料材料，所述顶部导电层为金属导电材料，所述第一超疏水层和所述第二超疏水层均为特氟龙或cytop材料。可选的，所述阵列电极中的每个电极为尺寸相同的正方形。根据上述技术方案，本申请至少可以实现如下有益效果：通过设置阵列化电极，并使多个电极复用引线，能够大幅度降低阵列化驱动电极的引线数量、系统复杂程度和工艺制作难度，进而降低成本、降低控制复杂度。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本专利技术。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。图1是电润湿原理示意图；图2是电极驱动下的液滴操作的示意图；图3是液滴在电极的驱动下进行路径规划和迁移的示意图；图4是现有方案一提供的液滴驱动器件的示意图；图5是现有方案二提供的液滴驱动器件的示意图；图6是驱动液滴移本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液滴驱动器件，其特征在于，所述液滴驱动器件包括：m行×n列的阵列电极，其中：/n对于任意相邻的两行电极，第一行的第一类预定位的电极均连接至所述第一行端部的一行向引线上，所述相邻两行中第二行的第二类预定位的电极均连接至所述第二行端部的一行向引线上；/n对于任意相邻的两列电极，相邻两列中第一列的第一类预定位的电极均连接至所述第一列端部的一列向引线上，所述相邻两行中的第二列的第二类预定位的电极均连接至所述第二列端部的一列向引线上；/n每个电极仅连接至行向引线和列向引线中的一种；/n其中，所述第一类预定位为奇数位或偶数位中的一种，所述第二类预定位为奇数位或偶数位中的另一种。/n

【技术特征摘要】
1.一种液滴驱动器件，其特征在于，所述液滴驱动器件包括：m行×n列的阵列电极，其中：
对于任意相邻的两行电极，第一行的第一类预定位的电极均连接至所述第一行端部的一行向引线上，所述相邻两行中第二行的第二类预定位的电极均连接至所述第二行端部的一行向引线上；
对于任意相邻的两列电极，相邻两列中第一列的第一类预定位的电极均连接至所述第一列端部的一列向引线上，所述相邻两行中的第二列的第二类预定位的电极均连接至所述第二列端部的一列向引线上；
每个电极仅连接至行向引线和列向引线中的一种；
其中，所述第一类预定位为奇数位或偶数位中的一种，所述第二类预定位为奇数位或偶数位中的另一种。


2.根据权利要求1所述的液滴驱动器件，其特征在于，各个行向引线均位于所述阵列电极的第一侧边，各个列向引线均位于所述阵列电极的第二侧边，所述第一侧边和所述第二侧边相邻。


3.根据权利要求2所述的液滴驱动器件，其特征在于，所述液滴驱动器件还包括位于所述阵列电极下方的绝缘层和互连金属层，所述绝缘层位于所述互连金属层和所述阵列电极之间；所述互连金属层开设有未被绝缘层覆盖的接触孔，所述互连金属层通过所述接触孔与所述阵列电极中的电极电性连接。


4.根据权利要求3所述的液滴驱动器件，其特征在于，所述互连金属层包括m行×n列的行向金属条和列向金属条，所述互连金属层每行中的行向金属条和列向金属条间隔排布，所述互连金属层每列中的行向金属条和列向金属条间隔排布。


5.根据权利要求4所述的液滴驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立滨，许诺，臧金良，张涵，李平，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11