阵列基板及基于阵列基板的细胞数量检测方法

技术领域

本申请涉及显示技术领域，具体涉及一种阵列基板及基于阵列基板的细胞数量检测方法。

背景技术

基于电湿润(ElectrowettingonDielectric,EWOD)原理对离散微型液滴进行传输、分离、合并等操控的技术被称为数字微流控技术(DigitalMicrofluidic,DMF)。通常由基底、金属电极、绝缘层和疏水层四部分组成典型的数字微流控芯片结构，通过对电润湿的金属电极施加一定大小的电压(AC或DC)，接近通电电极方向液滴的湿润性发生改变，接触角减小，当施加电压超过电润湿操作的阈值电压，液滴内部力平衡状态被打破，使液滴沿着带电电极方向移动，如果对一列或者一个阵列的电润湿电极，按照预定的规则施加一定时序的电压，就能实现液滴的传输至指定位置、同一液滴进行分离、不同液滴进行合并等操作，对液滴的具体操作取决于对电润湿的编程处理，该技术与生化检测相结合，高灵敏度、可并行、极低样品消耗的特性非常适合于偏远欠发达地区或者只能实验室进行、试剂昂贵、费时的应用领域。片上的液滴样品稀释、指定体积大小液滴的精确分离以及检测等过程的是实现全自动化生化检测的关键。于是越来越多的研究者开始研究如何利用高精度、高灵敏度的传感技术来实现全自动的数字微流生化检测过程，提高生化检测效率与降低检测相关的成本)。光感面板可以应用到如激光交互、图像传感等领域。将电润湿与光感面板相结合有利于实现细胞计数、液体活检、细胞筛选等相关传感技术应用，因此如何将电润湿与光感面板进行有效结合为亟待解决的问题。

发明内容

本申请实施例提供一种阵列基板及基于阵列基板的细胞数量检测方法，感光晶体管与像素单元一一对应，以便基于感光晶体管生成的光感信号即可唯一确定分析所属的像素单元所对应区域设有的液体的信息。

第一方面，本申请实施例提供一种阵列基板，包括基板、在基板上阵列设置的像素单元以及设于所述像素单元上的电介质层；

所述像素单元包括微流控晶体管、感光晶体管、开关晶体管、晶体管绝缘层以及电极层，所述微流控晶体管、所述感光晶体管以及所述开关晶体管间隔设于所述基板上，各所述像素单元均包含一所述感光晶体管，所述晶体管绝缘层设于所述微流控晶体管、所述感光晶体管以及所述开关晶体管上，所述电极层设于所述晶体管绝缘层上，所述感光晶体管的源漏极与所述开关晶体管的源漏极连接，所述微流控晶体管的源漏极与所述电极层连接。

在一些实施例中，所述的栅极连接数据扫描线，所述感光晶体管的源漏极中一者连接数据电压线，所述感光晶体管的源漏极中另一者与所述开关晶体管的源漏极中一者连接，所述开关晶体管的栅极连接感光扫描线，所述开关晶体管的源漏极中另一者连接感光输出数据线。

在一些实施例中，所述微流控晶体管包括设于所述基板上的微流控栅极、设于所述微流控栅极上的微流控栅极绝缘层、设于所述微流控栅极绝缘层上的微流控有源层以及设于所述微流控有源层两端的微流控源漏极，所述晶体管绝缘层设于所述微流控栅极绝缘层、所述微流控有源层以及所述微流控源漏极上，所述微流控源漏极中一者与所述电极层连接。

在一些实施例中，所述晶体管绝缘层设有过孔，所述过孔露出所述微流控源漏极一端的一部分，所述电极层沉积在所述过孔内与所述微流控源漏极连接。

在一些实施例中，相邻像素单元的电极层间隔设置。

在一些实施例中，所述阵列基板还包括设于所述电介质层上的遮光层，所述遮光层覆盖所述开关晶体管。

在一些实施例中，所述电介质层设为疏水层。

在一些实施例中，所述电介质层的厚度设为800埃至3000埃。

第二方面，本申请提供一种基于阵列基板的细胞数量检测方法，应用于上述一项所述的阵列基板，包括：

将待测细胞溶液置于所述阵列基板的电介质层远离所述基板的一侧，所述待测细胞溶液中每个液滴至多含有一个细胞；

通过所述阵列基板中的微流控晶体管，控制所述待测细胞溶液的液滴迁移，直至所述阵列基板中每个像素单元内包含一个液滴；

通过置于所述基板远离所述电介质层一侧的背光源对所述待测细胞溶液进行照射；

获取所述阵列基板中的光感模块连接的感光输出数据线的光感信号，所述光感模块包括感光晶体管和开关晶体管，所述感光晶体管的感光源漏极中一者与所述开关晶体管的开关源漏极中一者连通；

根据所述光感信号确定包含细胞的像素单元。

在一些实施例中，所述获取所述阵列基板中的开关晶体管连接的感光输出数据线的输出信号，包括：

当目标像素单元内的液滴包含细胞时，经由细胞反射的光线射入到所述感光晶体管的有源层；

基于所述感光晶体管的感光栅极连接的第一电压值开启所述感光晶体管，所述感光晶体管的感光源漏极中一者连接数据电压线，所述感光晶体管生成光感信号，并存储在所述感光栅极与所述感光源漏极非连接数据电压线的另一端形成的存储电容中；

基于所述开关晶体管的开关栅极连接的扫描线开启所述开关晶体管，读取所述存储电容中的光感信号。

本申请实施例提供的阵列基板及基于阵列基板的细胞数量检测方法，阵列基板中在基板上阵列设置若干像素单元，每个像素单元中均包含一微流控晶体管和一感光晶体管，即微流控晶体管与像素单元一一对应，以便实现至于阵列基板上的液体的移动，此外，感光晶体管与像素单元一一对应，以便基于感光晶体管生成的光感信号即可唯一确定分析所属的像素单元所对应区域设有的液体的信息，实现对各像素单元对应区域的液体的精准分析。

附图说明

下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1是本申请一实施例中阵列基板的结构截面示意图；

图2是本申请另一实施例中像素单元的结构示意图；

图3是本申请另一实施例中多个像素单元阵列设置的结构示意图；

图4是本申请一实施例中基于阵列基板的细胞数量检测方法的流程示意图；

图5是本申请一实施例中基于阵列基板的细胞数量检测方法的操作示意图。

附图标号：

100、基板；200、像素单元；210、感光晶体管；211、感光栅极；212、感光栅极绝缘层；213、感光有源层；214、感光源漏极；220、开关晶体管；221、开关栅极；222、开关栅极绝缘层；223、开关有源层；224、开关源漏极；230、微流控晶体管；231、微流控栅极；232、微流控栅极绝缘层；233、微流控有源层；234、微流控源漏极；240、晶体管绝缘层；250、电极层；300、电介质层。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参阅图1，本申请实施例提供一种阵列基板，阵列基板包括基板100、在基板100上阵列设置的像素单元200以及设于各像素单元200上的电介质层300，其中，像素单元200沿相互垂直的第一方向和第二方向阵列设置，因此设有M*N个像素单元200，M和N均为正整数。如图2和图3所示，虚线框内所示为一个像素单元200。

像素单元200包括微流控晶体管230、感光晶体管210、开关晶体管220、晶体管绝缘层240以及电极层250，微流控晶体管230、感光晶体管210以及开关晶体管220间隔设于基板100上，各像素单元200包含一感光晶体管210，即感光晶体管210与像素单元200一一对应，晶体管绝缘层240设于微流控晶体管230、感光晶体管210以及开关晶体管220上，电极层250设于晶体管绝缘层240上，晶体管绝缘层240用于将微流控晶体管230、感光晶体管210以及开关晶体管220与电极层250隔开。电极层250设为氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)。

阵列基板包括感光模块和微流控模块，感光模块用于根据采集到的光照强度的不同生成不同大小的光感信号例如光感电流，感光模块包括感光晶体管210和开关晶体管220，感光晶体管210的源漏极与开关晶体管220的源漏极连接，感光晶体管210用于根据采集到的光照强度的不同生成并存储对应大小的光感信号，开关晶体管220用于根据感光扫描线PG(Photosensor Gate)读取感光晶体管210中存储的光感信号。

微流控模块包括微流控晶体管230和电极层250，微流控晶体管230的源漏极与电极层250连接，当细胞溶液置于电介质层300上远离基板100的一侧时，通过控制微流控晶体管230与电极层250之间的电场大小来控制设于电介质层300上的液滴的表面张力和移动液滴。

本实施例中阵列基板中在基板100上阵列设置若干像素单元200，每个像素单元200中均包含一微流控晶体管230和一感光晶体管210，即微流控晶体管230与像素单元200一一对应，以便实现至于阵列基板上的液体的移动，此外，感光晶体管210与像素单元200一一对应，以便基于感光晶体管210生成的光感信号即可唯一确定分析所属的像素单元200所对应区域设有的液体的信息，实现对各像素单元200对应区域的液体的精准分析。

在一个实施例中，如图2所示，感光晶体管210的栅极连接数据扫描线SVGG，感光晶体管210的源漏极中一者连接数据电压线SVDD，感光晶体管210的源漏极中另一者与开关晶体管220的源漏极中一者连接，开关晶体管220的栅极连接感光扫描线PG(PhotosensorGate)，开关晶体管220的源漏极中另一者连接感光输出数据线RO(Photosensor Readout)。

如图1所示，感光晶体管210和开关晶体管220设为底栅结构是一种举例，不应理解为对本实施例的限定。

感光晶体管210包括感光栅极211、感光栅极绝缘层212、感光有源层213以及感光源漏极214。感光栅极211设于基板100上，感光栅极绝缘层212设于感光栅极211上，为了确保感光栅极绝缘层212完全隔开感光栅极211与其它元器件的接触，感光栅极绝缘层212同时设于基板100上。感光有源层213设于感光栅极绝缘层212上，感光源漏极214设于感光有源层213两端，即感光源漏极214中间漏出部分感光有源层213。此外，晶体管绝缘层240用于将感光晶体管210与电极层250隔开，由于感光源漏极214仅占据感光栅极绝缘层212和感光有源层213的部分区域，因此晶体管绝缘层240设于感光栅极绝缘层212、感光有源层213以及感光源漏极214上。

开关晶体管220的结构与感光晶体管210的结构类似，开关晶体管220包括开关栅极221、开关栅极绝缘层222、开关有源层223以及开关源漏极224。开关栅极221设于基板100上，开关栅极绝缘层222设于开关栅极221上，为了确保开关栅极绝缘层222完全隔开开关栅极221与其它元器件的接触，开关栅极绝缘层222同时设于基板100上。开关有源层223设于开关栅极绝缘层222上，开关源漏极224设于开关有源层223两端，即开关源漏极224中间漏出部分开关有源层223。此外，晶体管绝缘层240用于将开关晶体管220与电极层250隔开，由于开关源漏极224仅占据开关栅极绝缘层222和开关有源层223的部分区域，因此晶体管绝缘层240设于开关栅极绝缘层222、开关有源层223以及开关源漏极224上。

感光栅极211连接数据扫描线SVGG，感光源漏极214中一者连接数据电压线SVDD，感光源漏极214中另一者与开关源漏极224中一者连通，开关源漏极224中另一者连接感光输出数据线RO(Photosensor Readout)，数据电压线SVDD接入固定电压，TFT光照下漏电流增加，因此当光线照射到感光晶体管210中感光源漏极214露出的有源层区域时，相比没有光线照射时输出给开关晶体管220的信号大小不同，进而通过开关晶体管220的感光输出数据线RO输出的信号不同。

在一个实施例中，感光有源层213包括沟道区和设于沟道区两端的导体区，感光源漏极214分别设于两端的导体区，即源极和漏极分别设于两端的导体区，源极和漏极中间间隔感光有源层213的沟道区。沟道区与感光栅极211相对设置，且沟道区在基板100的法向上的投影位于感光栅极211在基板100的法向上的投影内，即感光栅极211遮挡来自基板100方向的光线进入沟道区。此外，开关晶体管220相同功能的结构与感光晶体管210类似，本实施例不再一一赘述。

感光栅极211沿靠近开关晶体管220的方向延伸，感光栅极211与感光源漏极214的一端形成存储电容Cst，存储电容Cst用于存储感光晶体管210生成的感光信号。

在一个实施例中，微流控晶体管230的结构与感光晶体管210的结构类似，微流控晶体管230包括微流控栅极231、微流控栅极绝缘层232、微流控有源层233以及微流控源漏极234。微流控栅极231设于基板100上，微流控栅极绝缘层232设于微流控栅极231上，为了确保微流控栅极绝缘层232完全隔开微流控栅极231与其它元器件的接触，微流控栅极绝缘层232同时设于基板100上。微流控有源层233设于微流控栅极绝缘层232上，微流控源漏极234设于微流控有源层233两端，即微流控源漏极234中间漏出部分微流控有源层233。此外，晶体管绝缘层240用于将微流控晶体管230与电极层250隔开，由于微流控源漏极234仅占据微流控栅极绝缘层232和微流控有源层233的部分区域，因此晶体管绝缘层240设于微流控栅极绝缘层232、微流控有源层233以及微流控源漏极234上。

微流控源漏极234中一者与电极层250连接，通过控制微流控晶体管230与电极层250之间的电场大小来控制设于电介质层300上的液滴的表面张力和移动液滴。

此外，在进行制备时，可以在基板100上沉积栅极，然后将其图案化形成感光栅极211、开关栅极221以及微流控栅极231，感光栅极绝缘层212、开关栅极绝缘层222以及微流控栅极绝缘层232一体成型。同样地，感光有源层213、开关有源层223以及微流控有源层233可以一体成型然后进行图案化得到，感光源漏极214、开关源漏极224以及微流控源漏极234可以一体成型然后进行图案化得到。

本实施例中阵列基板集成微流控和光线传感器，相同功能的膜层通过同一道工序制备，减少制程。

如图2和图3所示，感光晶体管210的感光栅极211连接第一电压值SVGG，第一电压值SVGG为固定电压，感光晶体管210的感光源漏极214中一者连接数据电压线SVDD，数据电压线SVDD为固定电压值，感光晶体管210的感光源漏极214中另一者与开关晶体管220的开关源漏极224中一者连通，开关晶体管220的开关栅极221连接感光扫描线PG(PhotosensorGate)，开关晶体管220的开关源漏极224中另一者连接感光输出数据线RO(PhotosensorReadout)。微流控晶体管230的微流控源漏极234中一者与电极层250连接，微流控晶体管230的微流控源漏极234中另一者与电压线MD(Microfluidics Data)连接，微流控晶体管230的微流控栅极231与扫描线MG(Microfluidics Gate)连接。

基于感光晶体管210的感光栅极211连接的第一电压值开启感光晶体管210，当光线照射到感光晶体管210中感光源漏极214露出的有源层区域时，感光晶体管210光照下漏电流增加，感光晶体管210生成光感信号，并存储在感光栅极211与感光源漏极214非连接数据电压线SVDD的另一端形成的存储电容Cst中。基于开关晶体管220的开关栅极221连接的感光扫描线PG开启开关晶体管220，读取存储电容Cst中的光感信号。

在一个实施例中，晶体管绝缘层240设有过孔，过孔露出微流控源漏极234一端的一部分，电极层250沉积在过孔内与微流控源漏极234的一端连接，以实现对微流控晶体管230与电极层250之间的电场大小的控制。

在一个实施例中，相邻像素单元200的电极层250间隔设置，各个像素单元200的微流控晶体管230和电极层250配合形成各自的电场，如果细胞溶液置于电介质层300上远离基板100的一侧，则当不同的像素单元200的电场大小不同时，可以驱动细胞溶液的液滴在电介质层300上移动，由于相邻像素单元200的电极层250间隔设置，为了实现液滴在相邻像素单元200对应的电介质层300区域的迁移，各像素单元200的电极层250的面积较大，使得相邻像素单元200的电极层250之间的间隔较小，避免由于间隔较大导致液滴迁移失败。相邻像素单元200的电极层250之间的间隔设为3至4微米。

在一个实施例中，TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)光照下漏电流增加，感光晶体管210基于光照强度生成对应的光感信息，但开关晶体管220仅仅用于根据感光扫描线PG读取光感信息，为了避免开关晶体管220由于光照导致读取的光感信息出现误差，需要确保开关晶体管220无法被光线照射到，由于开关晶体管220的开关有源层223的沟道区的下方被开关栅极221遮挡，因此阵列基板还包括设于电介质层300上的遮光层(图中未示出)，遮光层覆盖开关晶体管220，遮光层用于遮挡上方的光线进入开关晶体管220的开关有源层223的沟道区。

在一个实施例中，电介质层300设为疏水层，便于细胞溶液的液滴在电介质层300移动的同时避免细胞溶液渗透到电极层250。此外，本实施例通过像素单元200微流控晶体管230和电极层250配合形成的电场控制细胞溶液的液滴移动，为了避免电场对液滴的驱动力下降影响液滴移动，电介质层300的厚度在不影响其密封性的前提下需要尽量小，电介质层300的厚度设为800埃至3000埃，厚度方向为基板100至电介质层300的堆叠方向。

请参阅图1至图4，本申请实施例提供一种基于阵列基板的细胞数量检测方法，应用于上述实施例所述的阵列基板，该方法包括：

S100、将待测细胞溶液置于所述阵列基板的电介质层300远离所述基板100的一侧，所述待测细胞溶液中每个液滴至多含有一个细胞；

S200、通过所述阵列基板中的微流控晶体管230，控制所述待测细胞溶液的液滴迁移至所述阵列基板中每个像素单元200内包含一个液滴；

S300、通过置于所述基板100远离所述电介质层300一侧的背光源对所述待测细胞溶液进行照射；

S400、获取所述阵列基板中的光感模块连接的感光输出数据线的光感信号，所述光感模块包括感光晶体管210和开关晶体管220，所述感光晶体管210的感光源漏极214中一者与所述开关晶体管220的开关源漏极224中一者连通；

S500、根据所述光感信号确定包含细胞的像素单元200。

具体地，如图5所示，将待测细胞溶液置于阵列基板的电介质层300远离基板100的一侧，同时在阵列基板的基板100远离电介质层300一侧放置背光源。其中，待测细胞溶液中每个液滴至多含有一个细胞，在制备待测细胞溶液的过程中，可以对待测细胞溶液取样，如果样本中至少存在一个或多个液滴中不含有液滴，则认为该待测细胞溶液可以应用于本实施例的细胞数量检测方法。

如图2和图3所示，微流控晶体管230的微流控源漏极234中一者与电极层250连接，微流控晶体管230的微流控源漏极234中另一者与电压线MD连接，微流控晶体管230的微流控栅极231与扫描线MG(Microfluidics Gate)连接。基于电润湿原理，通过阵列基板中的微流控晶体管230，控制待测细胞溶液的液滴迁移至阵列基板中每个像素单元200内包含一个液滴。

通过背光源对待测细胞溶液进行照射，如图5所示，当像素单元200上对应的液滴中包含有细胞时，细胞会将光线反射至该像素单元200的光感模块上，由于光感模块中的开关晶体管220被遮光层遮挡，因此只有光感模块中的感光晶体管210的有源层被光线照射漏电流增加。如果像素单元200上对应的液滴中不包含有细胞，则该像素单元200的感光晶体管210的有源层不会被光线照射，漏电流不会发生变化。

如图2和图3所示，感光晶体管210的感光栅极211连接第一电压值SVGG，第一电压值SVGG为固定电压，感光晶体管210的感光源漏极214中一者连接数据电压线SVDD，数据电压线SVDD为固定电压值，感光晶体管210的感光源漏极214中另一者与开关晶体管220的开关源漏极224中一者连通，开关晶体管220的开关栅极221连接感光扫描线PG，开关晶体管220的开关源漏极224中另一者连接感光输出数据线RO。

基于感光晶体管210的感光栅极211连接的第一电压值开启感光晶体管210，当光线照射到感光晶体管210中感光源漏极214露出的有源层区域时，感光晶体管210光照下漏电流增加，感光晶体管210生成光感信号，并存储在感光栅极211与感光源漏极214非连接数据电压线的另一端形成的存储电容Cst中。基于开关晶体管220的开关栅极221连接的扫描线开启开关晶体管220，读取存储电容Cst中的光感信号。因此，在各像素单元200的感光晶体管210的感光源漏极214中连接的数据电压线SVDD相同的前提下，包含有细胞的液滴和不包含细胞的液滴所在的像素单元200读取到的感光信号不同，因此根据光感信号确定包含细胞的像素单元200，进而统计待测细胞溶液中包含的细胞数量。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上对本申请实施例所提供的一种阵列基板及基于阵列基板的细胞数量检测方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。