基于红外光强的数字微流控系统定位

发布时间：2021-12-28 06:33

　　基于介电润湿（EWOD）效应的数字微流控（DMF）系统是一种能够实现多个独立的微液滴控制的新兴技术。该技术具有芯片结构简单、控制方法易于实现、样品消耗小和无流体运动死区等优点。为了满足DMF系统液滴精准驱动与控制的迫切需求,提出了一种基于红外光强的DMF系统定位方法,该方法可以在驱动控制液滴的同时,实现无输入参数的液滴精准定位。进一步基于该定位方法,实现了DMF系统的反馈控制。最终实现了一套具备液滴驱动、定位和反馈功能的DMF控制系统。实验结果表明提出的方案有利于提高DMF系统应用的成功率和可靠性。在同样的芯片参数结构下,成功率提高了约38%。同时设计的控制系统可以为其他研究基于EWOD的DMF系统的研究团队提供一个可靠的自动化实验平台。 

【文章来源】：微纳电子技术. 2020,57(04)北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

基于EWOD的液滴驱动原理示意图

基于红外光强的DMF定位方法的原理示意图如图2所示。定位系统主要由一个红外光发射器（波长为665 nm）阵列和一个红外光接收器（TSL2562，德州仪器公司）阵列组成。两个红外阵列分别放置在与EWOD芯片平行的上下两个平面。红外光发射器可以发射稳定光强的红外光线。而红外光接收器内部集成了一个12 bit的模数转换器，可以把接收到的红外光强按照一定的比例输出数字电压信号[16]。在本方案中，EWOD芯片的每一个驱动电极都对应一个红外光发射器和接收器。在驱动控制系统启动和初始化后，所有的红外光发射器将不间断地发送红外光。在本设计中EWOD芯片内部填充了黑色的硅油（如图2所示，微液滴被黑色硅油围绕），而黑色的硅油具有很强的吸光能力[17]。所以除了微液滴所在的驱动电极之外，其他从红外光发射器阵列发出的红外光都会被黑色的硅油吸收掉。也就是说只有微液滴所在的电极所对应的接收器能接收到红外信号，其他驱动电极对应的接收器都没有收到红外信号。由于红外光接收器的输出电压与输入的红外光强呈正比，所以没有接收到红外光强的接收器输出的数字电压值接近为0V，而接收到红外光强（红外光会穿过微液滴）的接收器输出电压为1～3 V。因此只要通过不间断地监测和分析整个接收器阵列输出电压的变化，即可定位到微液滴在EWOD芯片的实时位置，同时结合驱动状态，可以进一步分析出当前EWOD芯片的状态。

驱动控制系统框架图

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进等效电容模型的数字微流控液滴定位反馈系统[J]. 罗智杰,范俊均,陈统班,谢淑婷,刘双印,周国富.  微纳电子技术. 2019(09)
[2]表面应力调制的微流控技术的驱动原理[J]. Anton A．Darhuber,Sandra M．Troian,郑旭.  力学进展. 2007(01)



本文编号：3553591