基于印刷电路板的数字微流控便携式集成装置制造方法及图纸

基于印刷电路板的数字微流控便携式集成装置，包括数字微流控芯片、温控模块、数字微流控电极驱动电压电路、通信模块、控制器、电源模块。数字微流控芯片包括上极板、下极板和固定上极板与下极板的双面胶；下极板包括PCB基材、接触电极、反应区、介电层和特氟龙疏水层。接触电极和反应区位于PCB基材上，反应区包括驱动电极和储液槽电极；接触电极为裸露的电极，驱动电极和储液槽电极均由阻焊层覆盖；介电层为覆盖驱动电极和储液槽电极的绿油。控制器分别与数字微流控芯片、温控模块、数字微流控电极驱动电压电路、通信模块电连接。本集成装置成本低、集成度高，且携带方便，降低了芯片制备的环境要求，提高了制备效率，拓宽了芯片的应用场景。场景。场景。

【技术实现步骤摘要】
基于印刷电路板的数字微流控便携式集成装置


[0001]本技术涉及数字微流控的
，特别是一种基于印刷电路板的数字微流控便携式集成装置。

技术介绍

[0002]微流控（Digital microfluidics, DMF）指的是使用微管道微阀门处理或操纵微小流体的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子等的新兴交叉学科。数字微流控是微流控的新型分支，可以实现液滴的移动、混合等操作，它可以操控离散液滴，具有单独处理每个液滴的能力并且能保证各个反应体系之间互不干扰，将实验室中的操作集成到一块数字微流控芯片上，降低样品消耗，提高了样品制备、检测等分析过程的效率。
[0003]数字微流控芯片由基板、金属电极、介电层、疏水层构成。其中介电层制作的方法主要有两种：化学气相沉积和旋涂法。气相沉积是指在高温条件下进行升华，通过降低温度使介电层在基板上面沉积出一层薄膜。旋涂法则是在基板上滴加介电层材料，如光刻胶等，通过高速旋转使其均匀地覆盖在基板电极表面，再经过加热得到一层介电层薄膜。然而这两种方法均存在结构复杂、加工程序较为繁琐，制作工艺严重依赖洁净间以及其他昂贵的设备和技术，材料和制作成本高，加工耗时费力等问题，并且需要专门的控制平台去驱动芯片，有体积大且不带携带等缺点。因此，如何实现低成本、高集成度，且携带方便的数字微流控芯片是目前需要解决的。

技术实现思路

[0004]本技术的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种基于印刷电路板的数字微流控便携式集成装置，通过软件设计印刷电路板来制作数字微流控芯片下极板的基材、电极和介电层，并与ITO板旋涂疏水层后形成的上极板共同搭建数字微流控芯片。
[0005]本技术的技术方案是：基于印刷电路板的数字微流控便携式集成装置，包括数字微流控芯片、温控模块、数字微流控电极驱动电压电路、通信模块、控制器、电源模块。
[0006]所述数字微流控芯片包括上极板、下极板和固定上极板与下极板的双面胶。下极板包括PCB基材、接触电极、反应区、介电层和特氟龙疏水层；接触电极和反应区位于PCB基材上，反应区包括驱动电极和储液槽电极；接触电极为裸露的电极，驱动电极和储液槽电极均由阻焊层覆盖。介电层为覆盖驱动电极和储液槽电极的绿油，特氟龙溶液均匀的覆在介电层上，旋涂烘烤后形成特氟龙疏水层。
[0007]所述温控模块包括柔性加热膜、热电偶、检测电路和放大电路，柔性加热膜为加热元件，贴合在数字微流控芯片下极板的底部，热电偶紧贴在柔性加热膜上，检测电路检测热电偶两端的差模信号，并将其传输到放大电路，放大电路接收到差模信号传输至控制器；控制器根据温度
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电压值的关系调节不同占空比的PWM输出。
[0008]所述数字微流控电极驱动电压电路包括升压电路、直流脉冲电路和开关阵列电
路；升压电路用于在升压控制信号的作用下对输入电压信号进行升压，直流脉冲电路用于在脉冲控制信号的作用下生成用来驱动数字微流控电极的不同占空比的直流脉冲电压；开关阵列电路用于在阵列控制信号的作用下将生成的直流脉冲电压加载到数字微流控芯片上。
[0009]所述通信模块包括485串行通信接口。
[0010]所述控制器分别与数字微流控芯片、温控模块、数字微流控电极驱动电压电路、通信模块电连接；控制器接收温控模块处理后的差模放大信号，并根据设定的温度
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电压值的关系来控制温度；发送通信信号至通信模块与上位机进行数据交互；分别发送升压控制信号至升压电路，发送脉冲控制信号至直流脉冲电路和发送阵列控制信号至开关阵列电路控制不同占空比的直流脉冲电压的产生和加载。
[0011]所述电源模块包括降压电路和升压电路，为温控模块、数字微流控电极驱动电压电路、控制器提供电源输入。
[0012]本技术进一步的技术方案是：所述接触电极的数量为48个，大小为1.5*1.5mm的铜箔，以3行16列的方式排布于PCB基材的上端；驱动电极的数量为40个，大小为2*2mm的铜箔，其中24个第一驱动电极以6行4列的方式间隔排列，另外16个第二驱动电极分为4个、6个、6个分别位于4列第一驱动电极之间，40个驱动电极有接触的电极端边缘形状为外径9.5mil、内径4mil的波浪形，用于反应生成滴液并对滴液进行操作；储液槽电极的数量为8个，大小为5*3.4mm的铜箔，分别位于第一驱动电极每列的两端，其与第一驱动电极相接触的部分为外径9.5mil、内径4mil的波浪形，用于做为滴液的暂存点；各电极之间连线的安全间距为5mil，线宽为8mil。
[0013]本技术再进一步的技术方案是：所述上极板是依次由玻璃基材、导电层和特氟龙疏水层构成的ITO板。
[0014]本技术更进一步的技术方案是：所述直流脉冲电压加载到数字微流控芯片对应的接触电极上，形成48路开关阵列。
[0015]本技术更进一步的技术方案是：所述降压电路通过DCDC将24V输入电压降压至5V，通过LDO将5V降压到3.3V；所述升压电路按照不同的占空比和后级电压采集电路之间的关系升压，升压范围是24
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180V，驱动方式为推挽结构。
[0016]本技术与现有技术相比具有如下特点：
[0017]（1）本技术采用PCB板制作下极板，制作材料易于获取且价格低廉，降低了制作成本；制作过程不需要精密的实验条件来进行加工，从而降低了数字微流控芯片制备的环境要求。
[0018]（2）本技术作为下极板的介电层设置为覆盖驱动电极和储液槽电极的绿油等油墨，具有成本低、耐压高、厚度薄、介电常数适宜等优势，有效减少了常见的光刻玻璃数字微流控芯片的电极击穿现象，从而降低了芯片的报废率，提高了制备效率。
[0019]（3）本技术中数字微流控芯片装置高度集成了外设驱动系统，实现了整个系统的体积小型化，具有便于携带、简单易控、成本低等优势，拓宽了数字微流控便携式集成装置的应用场景。
[0020]以下结合附图和具体实施方式对本技术的详细结构作进一步描述。
附图说明
[0021]附图1为数字微流控便携式集成装置的结构示意图；
[0022]附图2为数字微流控芯片的架构示意图；
[0023]附图3为下极板的PCB结构示意图。
具体实施方式
[0024]实施例：
[0025]如附图1
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3所示，基于印刷电路板的数字微流控便携式集成装置，包括数字微流控芯片、温控模块、数字微流控电极驱动电压电路、通信模块、控制器、电源模块。
[0026]所述数字微流控芯片包括上极板、下极板和固定上极板与下极板的双面胶。上极板依次由玻璃基材、导电层和特氟龙疏水层构成的ITO板。
[0027]下极板包括PCB基材、接触电极、反应区、介电层和特氟龙疏水层。接触电极和反应区位于PCB基材上，反应区包括驱动电极和储液槽电极。接触电极的数量为48个，大小为1.5*1.5mm的铜箔，以3行16本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于印刷电路板的数字微流控便携式集成装置，其特征是：包括数字微流控芯片、温控模块、数字微流控电极驱动电压电路、通信模块、控制器、电源模块；所述数字微流控芯片包括上极板、下极板和固定上极板与下极板的双面胶；下极板包括PCB基材、接触电极、反应区、介电层和特氟龙疏水层；接触电极和反应区位于PCB基材上，反应区包括驱动电极和储液槽电极；接触电极为裸露的电极，驱动电极和储液槽电极均由阻焊层覆盖；介电层为覆盖驱动电极和储液槽电极的绿油，特氟龙溶液均匀的覆在介电层上，旋涂烘烤后形成特氟龙疏水层；所述温控模块包括柔性加热膜、热电偶、检测电路和放大电路，柔性加热膜为加热元件，贴合在数字微流控芯片下极板的底部，热电偶紧贴在柔性加热膜上，检测电路检测热电偶两端的差模信号，并将其传输到放大电路，放大电路接收到差模信号传输至控制器；控制器根据温度
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电压值的关系调节不同占空比的PWM输出；所述数字微流控电极驱动电压电路包括升压电路、直流脉冲电路和开关阵列电路；升压电路用于在升压控制信号的作用下对输入电压信号进行升压，直流脉冲电路用于在脉冲控制信号的作用下生成用来驱动数字微流控电极的不同占空比的直流脉冲电压；开关阵列电路用于在阵列控制信号的作用下将生成的直流脉冲电压加载到数字微流控芯片上；所述通信模块包括485串行通信接口；所述控制器分别与数字微流控芯片、温控模块、数字微流控电极驱动电压电路、通信模块电连接；控制器接收温控模块处理后的差模放大信号，并根据设定的温度
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电压值的关系来控制温度；发送通信信号至通信模块与上位机进行数据交互；分别发送升压控制信号至升压电路，发送脉冲控制信号至直流脉冲电路和发送阵列控制信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐冬保，谭誉宇，吴兴月，何毅杰，刘璐璇，贾钊源，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：新型
国别省市：