技术领域
[0001] 本
发明属于
生物化学技术领域，具体涉及一种微流控芯片及其制备方法、驱动方法。
背景技术
[0002] 数字微流控技术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。同一般微流控技术相比，数字微流控对液体的操作能够精确到每个液滴，以更少的
试剂量完成目标反应，对反应速率和反应进度的控制更为精确。现有数字微流控芯片通常仅具有操纵液滴的功能，对于一些需要检测反应
温度的过程，现有的操作方式通常是将现成的温度
传感器直接与数字微流控芯片结合，造成芯片制作成本的提高以及整体体积的增大，且仅能从芯片外部进行测温，造成温度检测准确度不高，此外，由于数字微流控芯片的
电极尺寸较小，想要构造与电极一一对应的温度传感器阵列较为困难，不利于数字微流控芯片在生物检测领域的应用和推广。
发明内容
[0003] 本发明旨在至少解决
现有技术中存在的技术问题之一，提供一种具有液滴驱动和液滴温度检测的微流控芯片及其制备方法、驱动方法。
[0004] 解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种微流控芯片，包括：基底，位于所述基底上的多个驱动单元，每个所述驱动单元包括驱动电极，所述驱动电极包括设置在所述基底上、且材料不同的第一极片和第二极片；所述第一极片和所述第二极片电连接；每个所述驱动单元还包括：检测模
块；
[0005] 所述检测模块包括第一
信号端和第二信号端；所述第一信号端与所述第一极片电连接；所述第二信号端与所述第二极片电连接；
[0006] 所述微流控芯片还包括：
电压供给模块；
[0007] 所述电压供给模块，用于在液滴驱动阶段，给所述第一信号端加载驱动电压，以控制液滴的移动；在温度检测阶段，给所述第一信号端加载恒定电压，以供根据所述第一信号端和所述第二信号端上的压差，获取位于所述第二极片上的液滴温度。
[0008] 优选的是，所述检测模块还包括：第一
电阻和多级
放大器；其中，
[0009] 所述第一电阻的一端连接所述第二极片，另一端连接第一级放大器的正相输入端；最后一级放大器的输出端连接第二信号端；各级放大器的反向输入端连接第一信号端。
[0010] 进一步优选的是，每一级所述放大器均包括第二电阻、第三电阻，以及
开关晶体管；其中，
[0011] 所述第二电阻的一端连接所述开关晶体管的控制极，且用作所述放大器的正相输入端，所述第二电阻的另一端连接所述电阻的一端；所述第三电阻的另一端连接所述开关晶体管的第一极，且用作所述放大器的
反相输入端；所述开关晶体管的第二极用作所述放大器的输出端。
[0012] 进一步优选的是，所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻均包括电阻丝；所述电阻丝与所述第二极片同层设置且材料相同。
[0013] 优选的是，所述驱动电极中的第一极片和第二极片沿背离所述基底方向依次设置，且二者在所述基底上的正投影至少部分重叠；所述第一极片和所述第二极片通过贯穿位于二者之间的层间绝缘层的第一过孔电连接。
[0014] 优选的是，在所述驱动电极所在层上方还依次设置有第一绝缘层和第二绝缘层；且在所述第一绝缘层和所述第二绝缘层中形成第二过孔；且在所述第二过孔处裸露第二极片的至少部分
位置；其中，所述第二绝缘层的材料包括疏
水材料。
[0015] 优选的是，所述第一极片的材料包括钼，所述第二极片的材料包括
氧化铟
锡；或者，
[0016] 所述第一极片的材料包括氧化铟锡，所述第二极片的材料包括钼。
[0017] 解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种上述微流控芯片的制备方法，包括：在基底上形成每个驱动单元中的驱动电极的步骤，形成所述驱动电极的步骤包括：
[0018] 在基底上分别形成驱动电极的第一极片和第二极片；
[0019] 所述制备方法还包括：配置电压供给模块，以及在基底上形成每个驱动单元中的检测模块的步骤；其中，形成所述检测模块的步骤包括形成第一信号端和第二信号端；所述第一信号端与所述第一极片电连接；所述第二信号端与所述第二极片电连接。
[0020] 优选的是，所述检测模块还包括：第一电阻和多级放大器，每一级所述放大器均包括第二电阻、第三电阻，以及开关晶体管；所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻均包括电阻丝；其中，
[0021] 所述电阻丝与所述第二极片采用依次构图工艺制备。
[0022] 优选的是，所述在基底上分别形成驱动电极的第一极片和第二极片的步骤，具体包括：
[0023] 在所述基底上形成第一极片；
[0024] 形成层间绝缘层，并在所述层间绝缘层中
刻蚀第一过孔；
[0025] 形成第二极片；其中，所述第一极片和所述第二极片通过所述第一过孔电连接，且二者在所述基底上的正投影至少部分重叠。
[0026] 优选的是，在形成所述第二极片后还包括：
[0027] 形成第一绝缘层，并在所述第一绝缘层中刻蚀过孔；
[0028] 形成第二绝缘层，并去除与所述第一绝缘层中的过孔对应位置处的第二绝缘层材料，以形成第二过孔；其中，在所述第二过孔处裸露第二极片的至少部分位置；所述第二绝缘层的材料包括疏水材料。
[0029] 解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种上述微流控芯片的驱动方法，包括：
[0030] 液滴驱动阶段：通过电压供给模块给所述第一信号端加载驱动电压，以控制液滴的移动；
[0031] 温度检测阶段：通过电压供给模块给所述第一信号端加载低
电源电压，读取第一信号端和第二信号端上的压差，获取位于所述第二极片上的液滴温度。
[0032] 本发明具有如下有益效果：
[0033] 本发明的微流控芯片不仅能够在液滴驱动阶段通过电压供给模块给与第一信号端连接的第一极片施加驱动电压，以完成液滴的驱动；而且由于驱动电极中的第一极片和第二极片材料不同，且电连接，故二者构成了
热电偶结构，因此在温度检测阶段，通过电压供给模块给第一信号端加载恒定电压，并输出给第一极片，此时第一极片则相当于热电偶的冷端，第二极片则相当于热端，这样以来，可以根据第一信号端和第二信号端上的压差，获取位于第二极片上的液滴温度。也就是说，本发明中的数字微流控芯片不仅能够对液滴进行驱动，还能够对液滴的温度进行检测，从而提高了数字微流控芯片的集成度。
附图说明
[0034] 图1为本发明的微流控芯片的示意图；
[0035] 图2为本发明的
实施例1的微流控芯片中的一个驱动单元的俯视图；
[0036] 图3为本发明的实施例1的微流控芯片中的一个驱动单元的截面图；
[0037] 图4为本发明的实施例1的微流控芯片中的多级放大器的
电路图；
[0038] 图5为本发明的实施例1的微流控芯片中的多级放大器的结构示意图。
[0039] 其中附图标记为：1、驱动单元；11、第一极片；12、第二极片；2、层间绝缘层；21、第一过孔；3、绝缘层；31、第二过孔；Pad1、第一信号端；Pad2、第二信号端。
具体实施方式
[0040] 为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
[0041] 实施例1：
[0042] 结合图1-图3所示，本实施例提供一种数字微流控芯片，包括基底10，位于基底10上的多个驱动单元1和电压供给模块，每个驱动单元1包括驱动电极和检测模块；其中，每个驱动电极包括依次设置在基底10上、且材料不同的第一极片11和第二极片12；第一极片11和第二极片12二者电连接；检测模块包括第一信号端Pad1和第二信号端Pad2；第一信号端Pad1与第一极片11电连接；第二信号端Pad2与第二极片12电连接；电压供给模块用于在液滴驱动阶段，给第一信号端Pad1加载驱动电压，以控制液滴的移动；在温度检测阶段，给第一信号端Pad1加载恒定电压，以供根据第一信号端Pad1和第二信号端Pad2上的压差，获取位于第二极片12上的液滴温度。
[0043] 在此需要说明的是，作为数字微流控芯片应当理解的是，在第二极片12所在层上方应当还设置绝缘层，且在该绝缘层与驱动电极的第二极片12对应位置设置有第二过孔31，用于容纳液滴。
[0044] 本实施例的微流控芯片不仅能够在液滴驱动阶段通过电压供给模块给与第一信号端Pad1连接的第一极片11施加驱动电压，以完成液滴的驱动；而且由于驱动电极中的第一极片11和第二极片12材料不同，且电连接，故二者构成了热电偶结构，因此在温度检测阶段，通过电压供给模块给第一信号端Pad1加载恒定电压，并输出给第一极片11，此时第一极片11则相当于热电偶的冷端，第二极片12则相当于热端，这样以来，可以根据第一信号端Pad1和第二信号端Pad2上的压差，获取位于第二极片12上的液滴温度。也就是说，本实施例中的数字微流控芯片不仅能够对液滴进行驱动，还能够对液滴的温度进行检测，从而提高了数字微流控芯片的集成度。
[0045] 在本实施例中优选的，每个驱动电极中的第一极片11和第二极片12是沿背离基底10方向依次设置，且二者在基底10上的正投影的至少部分重叠的；在第一极片11和第二极片12之间设置有层间绝缘层2；且第一极片11和第二极片12通过贯穿层间绝缘层2的第一过孔21连接；为了方便第一极片11和第二极片12的连接，第一过孔21位于第一极片11和第二极片12交叠的位置；当然，第一极片11和第二极片12最优的是二者在基底10上的正投影是完全重叠的，这样以来，则可以在单位面积的基底10上制备尽可能多的驱动电极，从而使得对
液晶的控制更加精准。
[0046] 当然，在本实施例每个驱动电极中的第一极片11和第二极片12也可以是并排设置的，只要二者采用不同的材料且二者电连接即可。而在本实施例中只是以每个驱动电极中的第一极片11和第二极片12分两层设置为例进行说明而已。
[0047] 其中，本实施例的驱动电极中的第一极片11采用钼(Mo)材料，第二极片12采用氧化铟锡(ITO)材料；这两种不同材料的导体通过贯穿层间绝缘层2的第一过孔21电连接；而这两种导体的搭接处则作为与液滴直接
接触的部分，即温度测量点。
[0048] 其中，位于驱动电极的第二极片12上方的绝缘层3包括第一绝缘层和第二绝缘层；且第二过孔31在第一绝缘层和第二绝缘层中形成；且在第二过孔31处裸露第二极片12的至少部分位置；其中，第二绝缘层的材料包括疏水材料，优选的，疏水材料包括特氟龙，当然也可以是采用其它绝缘性能的疏水材料，在此不一一列举。由于第二绝缘层采用疏水材料，故其对液体具有排斥
力，从而使得液滴容易移动至第二过孔31中。进一步优选的，第一绝缘层采用亲水材料，这样以来，第二过孔31的
侧壁为第一绝缘层材料的部分对液滴具有吸引力，可以使得液滴很好滴注在第二过孔31中。
[0049] 其中，在本实施例的数字微流控芯片中的检测模块不仅包括第一信号端Pad1和第二信号端Pad2，而且还包括第一电阻R1和多级放大器；其中，第一电阻R1的一端连接第二极片12，另一端连接第一级放大器的正相输入端；最后一级放大器的输出端连接第二信号端Pad2；各级放大器的反向输入端连接第一信号端Pad1。
[0050] 之所以设置多级放大器是因为，每个驱动单元1中的第一极片11和第二极片12由于材料不同且电连接，构成热电偶结构；而基于热电偶原理，第一极片11和第二极片12通常的温差电动势仅在+μV/℃，对于液滴温度在1℃甚至更小的温度变化，需要将产生的温差电动势放大几百倍、几千倍，才能够得到可观的温度检测量级。而对于设置多少级放大器则需要根据数据微流控芯片的具体情况具体设置。
[0051] 以下提供一种具体的检测模块的结构，其中，每一级放大器均包括：第二电阻、第三电阻，以及开关晶体管。第二电阻的一端连接开关晶体管的控制极，且用作放大器的正相输入端，第二电阻的另一端连接电阻的一端；第三电阻的另一端连接开关晶体管的第一极，且用作放大器的反相输入端；开关晶体管的第二极用作放大器的输出端。
[0052] 具体的，如图4所示，检测模块可以是具有三级放大器的直接耦合放大电路；其中，第一级放大电路包括第二电阻Rb1、第三电阻Rb1、开关晶体管T1；第二级放大电路包括第二电阻Rb2、第三电阻Rb2、开关晶体管T2；第三级放大电路包括第二电阻Rb3、第三电阻Rb3、开关晶体管T3。其中，各个开关晶体管的第二极均连接第一信号端Pad1，而在温度检测阶段第一信号端Pad1接入的是恒定电压，故此处可以将第一信号连接接地电压，从而使得在获取第一信号端Pad1和第二信号端Pad2的电压差时方便计算。而且本实施例中所采用的直接耦合放大电路具有良好的低频特性，可以放大变化缓慢的信号。当然，放大器也局限于上述结构，也可以采用其他具有信号放大功能的元件，在此不再一一列举。
[0053] 其中，如图5所示，上述的第一电阻R1、第二电阻、第三电阻均采用电阻丝，且电阻丝是与第二极片12同层设置且材料相同。也即当第二极片12材料为ITO材料时，电阻丝则是通过ITO绕线构成。这样以来，并不会增加制备电阻丝的工艺步骤，从而优化了微流控芯片的制备流程。
[0054] 相应的，在本实施例中还提供了一种上述的数字微流控芯片的驱动方法，其包括：液滴驱动阶段和温度检测阶段；其中，在液滴驱动阶段，通过电压供给模块给第一信号端Pad1加载驱动电压，此时驱动电压通过第一信号端Pad1传输至第一极片11上，为第一极片
11是与第二极片12电连接的，故滴注在第二极片12上的液滴则会移动。在温度检测阶段，由于第一极片11和第二极片12的材料不同，且电连接，因此通过电压供给模块给所述第一信号端Pad1加载低电源电压，并输出给第一极片11，此时第一极片11则相当于热电偶的冷端，第二极片12则相当于热端，这样以来，可以根据第一信号端Pad1和第二信号端Pad2上的压差，获取位于第二极片12上的液滴温度。
[0055] 综上，本实施例中的数字微流控芯片不仅能够对液滴进行驱动，还能够对液滴的温度进行检测，从而提高了数字微流控芯片的集成度。
[0056] 实施例2：
[0057] 本实施例提供一种微流控芯片的制备方法，其可以是实施例1中的数字微流控芯片。该制备方法包括：
[0058] 在基底10上形成每个驱动单元1中的驱动电极的步骤；该步骤具体包括：在基底10上分别形成驱动电极的第一极片11和第二极片12。配置电压供给模块；以及，在基底10上形成每个驱动单元1中的检测模块的步骤；其中，形成所述检测模块的步骤包括形成第一信号端Pad1和第二信号端Pad2；第一信号端Pad1与第一极片11电连接；第二信号端Pad2与第二极片12电连接。
[0059] 在本实施例中优选的，每个驱动电极中的第一极片11和第二极片12是沿背离基底10方向依次设置，且二者在基底10上的正投影的至少部分重叠的；在第一极片11和第二极片12之间设置有层间绝缘层2；且第一极片11和第二极片12通过贯穿层间绝缘层2的第一过孔21连接；为了方便第一极片11和第二极片12的连接，第一过孔21位于第一极片11和第二极片12交叠的位置；当然，第一极片11和第二极片12最优的是二者在基底10上的正投影是完全重叠的，这样以来，则可以在单位面积的基底10上制备尽可能多的驱动电极，从而使得对液晶的控制更加精准。
[0060] 当然，在本实施例每个驱动电极中的第一极片11和第二极片12也可以是并排设置的，只要二者采用不同的材料且二者电连接即可。而在本实施例中只是以每个驱动电极中的第一极片11和第二极片12分两层设置为例进行说明而已。
[0061] 以下对本实施例中的微流控芯片的每个驱动电极的制备方法进行具体说明。
[0062] S11、在基底10上形成第一导电材料层，并通过构图工艺形成包括驱动电极的第一极片11的图形。其中，第一导电材料层所选用的材料包括钼等金属材料。
[0063] S12、在完成上述步骤的基底10上形成层间绝缘层2，并在层间绝缘层2中刻蚀第一过孔21；其中，层间绝缘层2的材料包括氮化
硅等绝缘材料。
[0064] S13、在完成上述步骤的基底10上形成第二导电材料层，并通过构图工艺形成包括驱动电极的第二极片12的图形；其中，第二极片12通过第一过孔21与第一极片11电连接。
[0065] S14、在完成上述步骤的基底10上，形成第一绝缘层，并在第一绝缘层中刻蚀过孔；形成第二绝缘层，并去除与第一绝缘层中的过孔对应位置处的第二绝缘层材料，以形成第二过孔31；其中，在第二过孔31处裸露第二极片12的至少部分位置，这样以来，当液滴位于第二极片12所在层上方时，可以与第二过孔31处的第二极片12直接接触，从而形成感测液滴温度的测量点；其中，第一绝缘层的材料包括氮化硅等绝缘材料；第二绝缘层的材料包括疏水材料，优选的，疏水材料包括特氟龙，当然也可以是采用其它绝缘性能的疏水材料，在此不一一列举。由于第二绝缘层采用疏水材料，故其对液体具有排斥力，从而使得液滴容易移动至第二过孔31中。
[0066] 其中，本实施例中的检测单元不仅包括第一信号端Pad1和第二信号端Pad2，其还包括第一电阻R1和多级放大器；每一级放大器均包括：第二电阻、第三电阻，以及开关晶体管。第二电阻的一端连接开关晶体管的控制极，且用作放大器的正相输入端，第二电阻的另一端连接电阻的一端；第三电阻的另一端连接开关晶体管的第一极，且用作放大器的反相输入端；开关晶体管的第二极用作放大器的输出端。
[0067] 具体的，如图4所示，检测模块可以是具有三级放大器的直接耦合放大电路；其中，第一级放大电路包括第二电阻Rb1、第三电阻Rb1、开关晶体管T1；第二级放大电路包括第二电阻Rb2、第三电阻Rb2、开关晶体管T2；第三级放大电路包括第二电阻Rb3、第三电阻Rb3、开关晶体管T3。其中，各个开关晶体管的第二极均连接第一信号端Pad1，而在温度检测阶段第一信号端Pad1接入的是恒定电压，故此处可以将第一信号连接接地电压，从而使得在获取第一信号端Pad1和第二信号端Pad2的电压差时方便计算。而且本实施例中所采用的直接耦合放大电路具有良好的低频特性，可以放大变化缓慢的信号。
[0068] 其中，上述的第一电阻R1、第二电阻、第三电阻均采用电阻丝，且电阻丝是与第二极片12同层设置且材料相同。也即当第二极片12材料为ITO材料时，电阻丝则是通过ITO绕线构成。这样以来，并不会增加制备电阻丝的工艺步骤，从而优化了微流控芯片的制备流程。
[0069] 其中，本实施例中开关晶体管则可以采用现有工艺形成开关晶体管的栅极、源极、漏极的结构，在此不再进行详细描述。
[0070] 本实施例的制备方法所形成的微流控芯片不仅能够在液滴驱动阶段通过电压供给模块给与第一信号端Pad1连接的第一极片11施加驱动电压，以完成液滴的驱动；而且由于驱动电极中的第一极片11和第二极片12材料不同，且电连接，故二者构成了热电偶结构，因此在温度检测阶段，通过电压供给模块给第一信号端Pad1加载恒定电压，并输出给第一极片11，此时第一极片11则相当于热电偶的冷端，第二极片12则相当于热端，这样以来，可以根据第一信号端Pad1和第二信号端Pad2上的压差，获取位于第二极片12上的液滴温度。也就是说，本实施例中的数字微流控芯片不仅能够对液滴进行驱动，还能够对液滴的温度进行检测，从而提高了数字微流控芯片的集成度。
[0071] 可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
