一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測系統及檢測方法
2023-12-02 03:38:26 3
一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測系統及檢測方法
【專利摘要】一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測系統，其特徵在於它包括液滴微流控晶片、直流穩壓電路單元、信號檢測電路單元和計算機；其中，所述液滴微流控晶片是將電容傳感器與產生微液滴的微通道集成為一體的晶片結構；液滴檢測方法包括樣品泵入、液滴形成、液滴檢測；其優越性：①結構簡單；②利用電容值的變化檢測；③檢測快速，系統體積小並可集成化；④適合昂貴樣品和試劑的分析；⑤易於加工製作，容易實現。
【專利說明】
—種基於電容傳感器的微流控液滴檢測系統及檢測方法(—)
【技術領域】
:
[0001]本發明屬於微流控晶片分析領域，特別是一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測系統及檢測方法。
(二)【背景技術】:
[0002]微流控晶片是將生物和化學領域所涉及的樣品製備、反應、分離、檢測、細胞培養、分選、裂解等基本操作單元集成在一塊幾平方釐米的晶片上。由微通道形成網絡，以可控流體貫穿整個系統，用以取代常規化學或生物實驗室的各種功能。微流控晶片最大優勢是多種單元技術在整體可控的微小平臺上靈活組合、規模集成，這使得微流控晶片有可能成為未來生化分析技術開發的重要平臺。液滴微流控是在過去近十年中發展起來的一項新興技術，主要研究內容為在封閉的微通道網絡中生成和操控納升甚至皮升級的液滴。
[0003]液滴微流控最大的特點是形成液滴的兩種液體是互不相溶的，比如水和油，液滴內部液體與外部液體無擴散，這樣可以將每一個液滴看作是一個單獨的反應室，液滴內的反應條件不受完結影響，樣品之間沒有交叉汙染。對液滴而言，液滴的大小、形狀、速度和內含物濃度等特徵對於最終的生化表達與檢驗結果影響顯著。所以，對液滴特徵進行實時檢測是非常必要的。研究者提出了很多檢測方法，如光學檢測方法。Huebner等利用雷射誘導螢光的方法對液滴進行檢測，可以捕捉到液滴幾何形態的變化。Tkaczyk等在液滴中混合有螢光素，經雷射器激發的雷射照射後反射到多渠道光子計數器和光電倍增管，從而檢測液滴的平均長度及平均間隔期等信息。雷射誘導螢光的檢測方法檢測另名都很高可以達到單分子檢測。但是螢光標記有可能會造成分析物質生化學活性的改變，影響結果的可信度。光電倍增管檢測得到的是液滴的平均信息，不能精確控制液滴。且以上兩種檢測方法都需要大型的實驗儀器，不利於集成化。
(三)
【發明內容】
:
[0004]本發明的目的在於提供一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測系統及檢測方法，它可以克服現有技術的不足，是一種可應用於微流控液滴的結構簡單、易於加工製作和實現的系統，且其檢測方法的檢測速度快精度高。
[0005]本發明的技術方案:一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測系統，其特徵在於它包括液滴微流控晶片、直流穩壓電路單元、信號檢測電路單元和計算機；其中，所述液滴微流控晶片是將電容傳感器與產生微液滴的微通道集成為一體的晶片結構；所述液滴微流控晶片由相互鍵合的上片、下片和電容傳感器組成；所述下片是微通道片，焊接有樣品I入口、樣品II入口、液滴出口、十字交叉口、電極接線端、樣品I通道、樣品II通道和液滴生成通道；所述樣品I入口與樣品I通道相連；所述樣品II入口與樣品II通道相連；所述樣品I通道、樣品II通道通過十字交叉口與液滴生成通道連接；所述液滴生成通道連接液滴出口 ；所述電容傳感器置於液滴生成通道的上方，且與電極接線端連接；所述上片上有放置電容傳感器的槽道；所述直流穩壓電路單元的輸出端以及信號檢測電路單元的輸入端分別與液滴微流控晶片上的電極接線端連接；所述計算機與信號檢測電路單元呈雙向連接，其輸出端與直流穩壓電路單元的輸入端連接。
[0006]所述樣品I入口是連續相入口，由連續相樣品I入口和連續相樣品I入口 II構成；所述樣品I入口 I和樣品I入口 II分別通過泵I泵入樣品I ;所述樣品II入口是離散相入口，且樣品II入口通過泵II泵入樣品II ;所述泵I和泵II分別通過管道與樣品I入口和樣品II入口連接，將樣品泵入液滴微流控晶片通道中。
[0007]所述電極接線端有兩個，分別是電極接線端I和電極接線端II ;所述電極接線端I與直流穩壓電路的輸出端連接；所述電極接線端II與信號檢測電路的輸入端連接。
[0008]所述液滴微流控晶片中產生微液滴的微通道是由樣品I通道、樣品II通道和液滴生成通道組成的Ψ型通道。
[0009]所述樣品I通道有兩個，分別是樣品I通道I和樣品I通道II。
[0010]所述樣品II通道與液滴生成通道是直通道。
[0011]所述樣品I通道I和樣品I通道II是前端直後端彎的通道；所述前端直通道部分相互平行，且與樣品II通道呈平行關係；所述後端彎通道部分是1/4圓的彎通道；所述樣品I通道1、樣品I通道I1、樣品II通道與液滴生成通道在十字交叉口處相連通。
[0012]所述的十字交叉口的尺寸小於晶片上的樣品I通道1、樣品I通道I1、樣品II通道與液滴生成通道的截面尺寸，在液滴製備的過程中易於形成液滴。
[0013]所述樣品I通道1、樣品I通道I1、樣品II通道與液滴生成通道的截面尺寸為200μ--*200μπ? ;所述十字交叉口的尺寸為100μ--*100μπ?。
[0014]所述電容傳感器的中心線與液滴生成通道的中心線重合，二者之間沒有隔層；所述電容傳感器的電容極板位於液滴生成通道的出口末端處，電容極板的中心線與液滴生成通道的中心線重合。
[0015]所述液滴微流控晶片的製作材料是聚二甲基矽氧烷；所述電容傳感器為平面叉指結構，材料為銀和聚二甲基矽氧烷的混合物。
[0016]所述信號檢測電路單元是由含震蕩模塊的調頻電路、頻率電壓f/V轉換電路和低通濾波電路構成；所述調頻電路的輸入端接收液滴微流控晶片電極接線端II的信號，其輸出端通過頻率電壓f/V轉換電路與低通濾波電路連接；所述低通濾波電路的輸出端與計算機連接。
[0017]一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測方法，其特徵在於它包括以下步驟:
[0018]①泵I通過兩根Teflon分別與樣品I的入口 I和樣品I入口 II相連接，泵II通過Teflon與樣品II入口連接，將樣品壓入液滴微流控晶片的通道，樣品I通過樣品I入口I和樣品I入口 II進入液滴微流控晶片，同時，樣品II從樣品II入口進入液滴微流控晶片，兩種樣品分別通過樣品I通道1、樣品I通道II ;樣品II通道流入，並在十字交叉口處形成液滴，液滴的大小、形狀、產生頻率、速度受到樣品I的入口速度、樣品I的粘度、樣品I與樣品II之間的界面張力的影響；
[0019]②由直流穩壓電路為傳感器電容提供電源，步驟①中得到的液滴通過液滴生成通道流經電容傳感器，由於兩種液體介電常數的差別，導致電容傳感器的電容會發生變化，變化的電容量會驅動外部的信號檢測電路進行工作；
[0020]③信號檢測電路單元的調頻電路接收到電容變化的信號，而變化的電容量也使得調頻電路中的震蕩模塊在諧振時產生不同頻率值；
[0021]④不同的頻率值經過頻率電壓f/V轉換電路後，將這些諧振時產生的頻率轉換成電壓信號並輸出給低通濾波電路，低通濾波電路將低於截止頻率的信號通過，高於截止頻率的信號過濾掉，使得輸出平滑的信號給計算機；
[0022]⑤計算機對直流穩壓電路單元輸出控制信號，使直流穩壓電路單元輸出穩定的直流電壓；計算機輸出控制信號給信號檢測電路單元，電容傳感器將液滴的不同引起的電容變化信號傳遞給信號檢測電路單元，經過信號檢測電路單元後傳遞給計算機，計算機直觀的顯示檢測結果，從而實現對樣品的檢測；
[0023]⑥最後，步驟①中生成的液滴通過液滴生成通道由液滴出口流出。
[0024]所述液滴微流控晶片的應用包括檢測液滴的大小、形狀、速度、內含物特徵；微流控液滴系統中的液滴精確控制以及生物、化學、醫藥領域的進樣樣品的成份控制。
[0025]本發明的工作原理:基於電容傳感器原理的微流控液滴檢測晶片，是集液滴生成和液滴檢測為一體，微流控晶片的所有通道的驅動方式都為氣動進樣方式，晶片由上、下兩片和電容三部分組成，在上片加工電容槽道，下片加工微通道，電容嵌在上片的槽道中，將上片和下片鍵合，形成封閉的微通道。
[0026]晶片上微通道用來產生分離的液滴，晶片上電容傳感器用來檢測液滴；直流穩壓電路(見圖3)的作用是輸出電壓穩定的直流電，為電容傳感器的正常工作供給能力；調頻電路(見圖4)將電容傳感器作為振蕩器諧振迴路的一部分，當輸入量導致電容傳感器的電容量發生變化時，振蕩器的震蕩頻率f發生變化；f/V轉換電路(見圖5)把頻率f變化信號轉換成按比例變化的電壓信號，當輸入頻率f變化使，輸出電壓也響應變化；其作用是將調頻電路中振蕩器的頻率f轉換成電壓信號輸出；低通濾波電路(見圖6)將低於截止頻率的信號通過，高於截止頻率的信號過濾掉，這裡的低通濾波電路的作用是平滑輸出信號。
[0027]直流穩壓電路(見圖3)中的電源為220V50HZ，為整個電路的能源輸入，與變壓器T相連接，通過二極體Dl、D2、D3、D4組成單相橋式整流電路，輸出單相正弦電壓，單相正弦電壓通過Cl、C2、C3、C4四個電容進行濾波，三端穩壓器Ul、U2和電容C5、C6、C7、C8構成穩壓環節，輸出直流穩定的±12V電壓。
[0028]R1、R2、R3、R4及晶體三極體Ql組成振蕩電路，由C10、C11、C12、L1及可變電容Cx組成振蕩器的選頻網絡，完成頻率選擇。可變電容Cx變化導致電感LI及可變電容Cx組成的諧振電路的諧振頻率變化從而實現電路的輸出頻率發生改變(見圖4)。
[0029]但穩定電容C14，積分電容C13，輸出上拉電阻R5和R9的值決定頻率轉換為輸出電壓的範圍。C15、C16、C17、R7是濾波作用，起到抗幹擾作用。調節R8觸發TD650內部的運算放大器，TD650是一款集成頻率電壓(F/V)變換電路的晶片(見圖5)。
[0030]低通濾波電路中R11、C18和R12、C19組成二階RC濾波電路，電路中RlO構成反饋網絡(見圖6)。
[0031]由於樣品I和樣品II是兩種不相容的液體，兩種液體的介電常數相差很大，一般相差為幾十倍，在只有樣品I流經電容傳感器5介電常數是一個固定的數，當樣品I中包含著樣品II的液滴流經電容傳感器5時，介電常數發生變化從而電容傳感器5的電容值發生變化。變化的信號被連接在電極接線端7和8的外部電路檢測，從而實現對液滴的檢測，液滴產生的仿真圖如圖7所示。
[0032]本發明所涉及的技術原理:液滴檢測原理圖如圖2所示，它是利用兩種不同的樣品溶液在晶片十字交叉口處形成微液滴，兩種樣品溶液自身介電常數存在很大的差異性，在液滴流過與直流穩壓電路連接(如圖3所示)的電容傳感器時，導致電容值的變化，電容與外部的調頻電路(如圖4所示)構成LC正弦波振蕩電路，電容傳感器的變化使LC正弦波振蕩電路的振蕩頻率發生變化，經過f/V轉換電路(如圖5所示)將LC正弦波振蕩電路的振蕩頻率轉化為電壓信號，轉換後的電壓信號帶有很多低頻的幹擾信號，經過低通濾波電路(如圖6所示)將低頻的幹擾信號濾除，得到平滑的電壓信號，從而實現通過檢測電容的變化來實現對液滴的變化。
[0033]1.微流控液滴產生技術
[0034]微液滴技術是在微尺度通道內，利用液體的流動剪切力與表面張力之間的相互作用將連續流體分割分離成離散的微升級、納升級及以下體積的液滴的一種微液滴產生技術。它是近年來發展起來的一種全新的操縱微小液體體積的技術。通過調節晶片微通道的幾何結構、表面化學性質、流體流速等條件可靈活的調節液滴的大小、形狀、生成頻率等。液滴產生主要有三種方式，即共交結構(T-junct1n)、流式聚焦(flow-focusing)、和共軸流(co-axial flow)。微液滴類型主要有氣-液相液滴和液_液相液滴兩種。氣_液相液滴由於容易在微通道中揮發和造成交叉汙染而限制了其應用。液-液相液滴根據連續相和離散相的不同又分為水包油(0/W)，油包水(W/0)，油包水包油(0/W/0)以及水包油包水(W/0/W)等，可以克服液滴揮發、交叉汙染等缺點，因而是微流控液滴技術發展的重點所在。液-液相微液滴由於體積小、液滴樣品間無擴散、可避免樣品間的交叉汙染、反應條件穩定、適當操控下可實現迅速混合等優點，是一種十分理想的微反應器，已經被廣泛應用於化學和生命科學等領域的微尺度條件下的反應，如:化學合成、微萃取、蛋白質結晶、酶合成及其活性分析、細胞包埋、液滴PCR等。
[0035]2.微流控液滴檢測技術
[0036]液滴微流控系統具有混合速度快、無交叉汙染、試劑和樣品消耗量低、液滴的生成頻率快(可達數百至數千赫茲)等優點，被廣泛應用於單細胞分析、酶動力學、蛋白質合成及高通量篩選等研究領域，這些相關的應用領域對樣品的精度控制的要求很高，所以對液滴的信息進行檢測是液滴微流控系統廣泛應用的一個很重要的保障。微流控液滴檢測主要是對液滴的大小、形狀、速度以及液滴內含物的濃度等進行信息檢測，這些信息的檢測對實驗結果起著至關重要的作用。
[0037]3.電容信號轉換為電壓信號技術
[0038]液滴信息的不同導致電容傳感器的電容值發生變化，由於直接測量電容值的變化量很困難而且精度很低，我們不能直接測量電容值的變化來測量液滴的信息，利用外部電路將電容值轉換為容易測量的電壓值進行測量，具有直觀、簡單、方便等優點。
[0039]本發明的優越性:①結構簡單，製作簡單，易於生成液滴利用兩種不同介電常數的樣品溶液在晶片內形成微液滴，使其流過電容傳感器時，導致電容值的變化，通過檢測電容的變化來實現對液滴的變化該檢測方法具有檢測快速，易於實現整個檢測系統的小型化、集成化的優點；④由於採用微流控液滴晶片，所需的樣品和試劑體積少；具備樣品和試劑消耗少的優點，非常適合昂貴樣品和試劑的分析；⑤液滴檢測方法的外部檢測電路可以集成在一個電路板上，其結構簡單，易於加工製作，並且容易實現結構上的小型化、集成化。
(四)【專利附圖】
【附圖說明】:
[0040]圖1為本發明所涉一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測系統中液滴微流控晶片的結構示意圖。
[0041]圖2為本發明所涉一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測系統的整體結構框圖。
[0042]圖3為本發明所涉一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測系統中直流穩壓電路單元的工作原理示意圖。
[0043]圖4為本發明所涉一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測系統中調頻電路的工作原理示意圖。
[0044]圖5為本發明所涉一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測系統中f/V轉換電路的工作原理示意圖。
[0045]圖6為本發明所涉一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測系統中低通濾波電路的工作原理示意圖。
[0046]圖7為本發明所涉一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測方法的仿真液滴產生示意圖。
[0047]圖8為本發明所涉一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測方法中液滴大小與樣品I入口速度的關係不意圖。
[0048]圖9為本發明所涉一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測方法中液滴大小與樣品I粘度的關係不意圖。
[0049]圖10為本發明所涉一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測方法中液滴大小與樣品I與樣品211之間界面張力的關係示意圖。
[0050]其中，I為連續相樣品I入口 I ;2為連續相樣品I入口 II ;3為樣品II入口；4為液滴出口 ；5為電容傳感器；6為十字交叉口 ；7為電極接線端I ;8為電極接線端II ;9為樣品I通道I ;10為樣品I通道II ；11為樣品II通道；12為液滴生成通道。
(五)【具體實施方式】:
[0051]實施例:一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測系統，其特徵在於它包括液滴微流控晶片、直流穩壓電路單元、信號檢測電路單元和計算機；其中，所述液滴微流控晶片是將電容傳感器與產生微液滴的微通道集成為一體的晶片結構；所述液滴微流控晶片由相互鍵合的上片、下片和電容傳感器5組成(見圖1);所述下片是微通道片，焊接有樣品I入口、樣品II入口 3、液滴出口 4、十字交叉口 6、電極接線端、樣品I通道、樣品II通道11和液滴生成通道12 ;所述樣品I入口與樣品I通道相連；所述樣品II入口 3與樣品II通道11相連；所述樣品I通道、樣品II通道11通過十字交叉口 6與液滴生成通道12連接；所述液滴生成通道12連接液滴出口 4 ;所述電容傳感器5置於液滴生成通道12的上方，且與電極接線端連接；所述上片上有放置電容傳感器5的槽道；所述直流穩壓電路單元的輸出端以及信號檢測電路單元的輸入端分別與液滴微流控晶片上的電極接線端連接；所述計算機與信號檢測電路單元呈雙向連接，其輸出端與直流穩壓電路單元的輸入端連接(見圖2)。
[0052]所述樣品I入口是連續相入口，由連續相樣品I入口 Il和連續相樣品I入口 112構成；所述樣品I入口 Il和樣品I入口 112分別通過泵I泵入樣品I ;所述樣品II入口 3是離散相入口，且樣品II入口 3通過泵II泵入樣品II ;所述泵I和泵II分別通過管道與樣品I入口和樣品II入口連接，將樣品泵入液滴微流控晶片通道中。
[0053]所述電極接線端有兩個，分別是電極接線端17和電極接線端118 ;所述電極接線端17與直流穩壓電路的輸出端連接；所述電極接線端118與信號檢測電路的輸入端連接。
[0054]所述液滴微流控晶片中產生微液滴的微通道是由樣品I通道、樣品II通道11和液滴生成通道12組成的Ψ型通道。
[0055]所述樣品I通道有兩個，分別是樣品I通道19和樣品I通道1110。
[0056]所述樣品II通道11與液滴生成通道12是直通道。
[0057]所述樣品I通道19和樣品I通道IIlO是前端直後端彎的通道；所述前端直通道部分相互平行，且與樣品II通道11呈平行關係；所述後端彎通道部分是1/4圓的彎通道；所述樣品I通道19、樣品I通道1110、樣品II通道11與液滴生成通道12在十字交叉口 6處相連通。
[0058]所述的十字交叉口 6的尺寸小於晶片上的樣品I通道19、樣品I通道1110、樣品II通道11與液滴生成通道12的截面尺寸，在液滴製備的過程中易於形成液滴。
[0059]所述樣品I通道19、樣品I通道1110、樣品II通道11與液滴生成通道12的截面尺寸為200μ--*200μπ? ;所述十字交叉口 6的尺寸為100μ--*100μπ?。
[0060]所述電容傳感器5的中心線與液滴生成通道12的中心線重合，二者之間沒有隔層；所述電容傳感器5的電容極板位於液滴生成通道12的出口末端處，電容極板的中心線與液滴生成通道12的中心線重合。
[0061]所述液滴微流控晶片的製作材料是聚二甲基矽氧烷；所述電容傳感器為平面叉指結構，材料為銀和聚二甲基矽氧烷的混合物。
[0062]所述信號檢測電路單元是由含震蕩模塊的調頻電路、頻率電壓f/V轉換電路和低通濾波電路構成；所述調頻電路的輸入端接收液滴微流控晶片電極接線端Π8的信號，其輸出端通過頻率電壓f/V轉換電路與低通濾波電路連接；所述低通濾波電路的輸出端與計算機連接。
[0063]一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測方法，其特徵在於它包括以下步驟:
[0064]①氣動泵I通過兩根Teflon分別與樣品I的入口 Il和樣品I入口 112相連接，氣動泵II通過Teflon與樣品II入口連接，將樣品壓入液滴微流控晶片的通道，樣品I十六烷通過樣品I入口 Il和樣品I入口 112進入液滴微流控晶片，同時，樣品II蒸餾水從樣品
II入口 3進入液滴微流控晶片，兩種樣品分別通過樣品I通道19、樣品I通道IIlO ;樣品
II通道11流入，並在十字交叉口 6處形成液滴，液滴的大小、形狀、產生頻率、速度受到樣品I的入口速度、樣品I的粘度、樣品I與樣品II之間的界面張力的影響；蒸餾水在十字交叉口 6處受到十六烷的剪切力和十六烷與水之間的界面張力的影響，將水分割為單獨的小液滴；並且可以通過改變氣動泵的壓力大小改變晶片內液滴生成的大小、形狀；
[0065]②由直流穩壓電路為傳感器電容提供電源，步驟①中得到的液滴通過液滴生成通道12流經電容傳感器，由於兩種液體介電常數的差別，導致電容傳感器的電容會發生變化，變化的電容量會驅動外部的信號檢測電路進行工作；
[0066]③信號檢測電路單元的調頻電路接收到電容變化的信號，而變化的電容量也使得調頻電路中的震蕩模塊在諧振時產生不同頻率值；
[0067]④不同的頻率值經過頻率電壓f/V轉換電路後，將這些諧振時產生的頻率轉換成電壓信號並輸出給低通濾波電路，低通濾波電路將低於截止頻率的信號通過，高於截止頻率的信號過濾掉，使得輸出平滑的信號給計算機；
[0068]⑤計算機對直流穩壓電路單元輸出控制信號，使直流穩壓電路單元輸出穩定的直流電壓；計算機輸出控制信號給信號檢測電路單元，電容傳感器5將液滴的不同引起的電容變化信號傳遞給信號檢測電路單元，經過信號檢測電路單元後傳遞給計算機，計算機直觀的顯示檢測結果，從而實現對樣品的檢測；
[0069]⑥最後，步驟①中生成的液滴通過液滴生成通道12由液滴出口 4流出。
[0070]所述液滴微流控晶片的應用包括檢測液滴的大小、形狀、速度、內含物特徵；微流控液滴系統中的液滴精確控制以及生物、化學、醫藥領域的進樣樣品的成份控制。
[0071]液滴的產生如圖7所示，在產生的過程中通過改變樣品I的入口速度、樣品I的粘度和樣品I (連續相)與樣品II之間的界面張力來改變液滴產生的大小、形狀和產生頻率。在樣品I的入口速度不同的條件下，其仿真結果如圖8所示；在樣品I的粘度不同的條件下，其仿真結果如圖9所示；在樣品I與樣品II之間的界面張力不同的條件下，其仿真結果如圖10所示。
【權利要求】
1.一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測系統，其特徵在於它包括液滴微流控晶片、直流穩壓電路單元、信號檢測電路單元和計算機；其中，所述液滴微流控晶片是將電容傳感器與產生微液滴的微通道集成為一體的晶片結構；所述液滴微流控晶片由相互鍵合的上片、下片和電容傳感器組成；所述下片是微通道片，焊接有樣品I入口、樣品II入口、液滴出口、十字交叉口、電極接線端、樣品I通道、樣品II通道和液滴生成通道；所述樣品I入口與樣品I通道相連；所述樣品II入口與樣品II通道相連；所述樣品I通道、樣品II通道通過十字交叉口與液滴生成通道連接；所述液滴生成通道連接液滴出口 ；所述電容傳感器置於液滴生成通道的上方，且與電極接線端連接；所述上片上有放置電容傳感器的槽道；所述直流穩壓電路單元的輸出端以及信號檢測電路單元的輸入端分別與液滴微流控晶片上的電極接線端連接；所述計算機與信號檢測電路單元呈雙向連接，其輸出端與直流穩壓電路單元的輸入端連接。
2.根據權利要求1所述一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測系統，其特徵在於所述樣品I入口是連續相入口，由連續相樣品I入口和連續相樣品I入口 II構成；所述樣品I入口 I和樣品I入口 II分別通過泵I泵入樣品I ;所述樣品II入口是離散相入口，且樣品II入口通過泵II泵入樣品II;所述泵I和泵II分別通過管道與樣品I入口和樣品II入口連接，將樣品泵入液滴微流控晶片通道中。
3.根據權利要求1所述一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測系統，其特徵在於所述電極接線端有兩個，分別是電極接線端I和電極接線端II ;所述電極接線端I與直流穩壓電路的輸出端連接；所述電極接線端II與信號檢測電路的輸入端連接；所述電容傳感器的中心線與液滴生成通道的中心線重合，二者之間沒有隔層；所述電容傳感器的電容極板位於液滴生成通道的出口末端處，電容極板的中心線與液滴生成通道的中心線重合。
4.根據權利要求1所述一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測系統，其特徵在於所述液滴微流控晶片中產生微液滴的微通道是由樣品I通道、樣品II通道和液滴生成通道組成的ψ型通道；所述樣品I通道有兩個，分別是樣品I通道I和樣品I通道II。
5.根據權利要求4所述一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測系統，其特徵在於所述樣品II通道與液滴生成通道是直通道；所述樣品I通道I和樣品I通道II是前端直後端彎的通道；所述前端直通道部分相互平行，且與樣品II通道呈平行關係；所述後端彎通道部分是1/4圓的彎通道；所述樣品I通道1、樣品I通道I1、樣品II通道與液滴生成通道在十字交叉口處相連通。
6.根據權利要求1所述一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測系統，其特徵在於所述的十字交叉口的尺寸小於晶片上的樣品I通道1、樣品I通道I1、樣品II通道與液滴生成通道的截面尺寸，在液滴製備的過程中易於形成液滴；所述樣品I通道1、樣品I通道I1、樣品II通道與液滴生成通道的截面尺寸為200 μ m*200 μ m ;所述十字交叉口的尺寸為100 μ m*100 μ m。
7.根據權利要求1所述一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測系統，其特徵在於所述液滴微流控晶片的製作材料是聚二甲基矽氧烷；所述電容傳感器為平面叉指結構，材料為銀和聚二甲基矽氧烷的混合物。
8.根據權利要求1所述一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測系統，其特徵在於所述信號檢測電路單元是由含震蕩模塊的調頻電路、頻率電壓m轉換電路和低通濾波電路構成；所述調頻電路的輸入端接收液滴微流控晶片電極接線端II的信號，其輸出端通過頻率電壓f/V轉換電路與低通濾波電路連接；所述低通濾波電路的輸出端與計算機連接。
9.一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測方法，其特徵在於它包括以下步驟: ①泵I通過兩根Teflon分別與樣品I的入口I和樣品I入口 II相連接，泵II通過Teflon與樣品II入口連接，將樣品壓入液滴微流控晶片的通道，樣品I通過樣品I入口 I和樣品I入口 II進入液滴微流控晶片，同時，樣品II從樣品II入口進入液滴微流控晶片，兩種樣品分別通過樣品I通道1、樣品I通道II ;樣品II通道流入，並在十字交叉口處形成液滴，液滴的大小、形狀、產生頻率、速度受到樣品I的入口速度、樣品I的粘度、樣品I與樣品II之間的界面張力的影響； ②由直流穩壓電路為傳感器電容提供電源，步驟①中得到的液滴通過液滴生成通道流經電容傳感器，由於兩種液體介電常數的差別，導致電容傳感器的電容會發生變化，變化的電容量會驅動外部的信號檢測電路進行工作； ③信號檢測電路單元的調頻電路接收到電容變化的信號，而變化的電容量也使得調頻電路中的震蕩模塊在諧振時產生不同頻率值； ④不同的頻率值經過頻率電壓f/v轉換電路後，將這些諧振時產生的頻率轉換成電壓信號並輸出給低通濾波電路，低通濾波電路將低於截止頻率的信號通過，高於截止頻率的信號過濾掉，使得輸出平滑的信號給計算機； ⑤計算機對直流穩壓電路單元輸出控制信號，使直流穩壓電路單元輸出穩定的直流電壓；計算機輸出控制信號給信號檢測電路單元，電容傳感器將液滴的不同引起的電容變化信號傳遞給信號檢測電路單元，經過信號檢測電路單元後傳遞給計算機，計算機直觀的顯示檢測結果，從而實現對樣品的檢測； ⑥最後，步驟①中生成的液滴通過液滴生成通道由液滴出口流出。
10.根據權利要求9所述一種基於電容傳感器的微流控液滴檢測方法，其特徵在於所述液滴微流控晶片的應用包括檢測液滴的大小、形狀、速度、內含物特徵；微流控液滴系統中的液滴精確控制以及生物、化學、醫藥領域的進樣樣品的成份控制。
【文檔編號】G01N27/22GK104266680SQ201410530842
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月10日 優先權日:2014年10月10日
【發明者】魏巍, 吳方, 郭書祥 申請人:天津理工大學