[发明专利]驱动有源矩阵介质上电润湿设备的方法和有源矩阵介质上电润湿设备

说明书

一种驱动有源矩阵介质上电润湿(AM‑EWOD)设备的方法包括：(i)将参考电极设置为第一参考电压；(ii)向所述设备的阵列元件的阵列元件电极写入一组数据；和(iii)以下操作中的任何一个：(a)维持写入阵列元件电极的电压，直到时间t₀，或(b)重新写入该组数据N‑1次(其中N≥2)。然后将参考电极设置为不同于第一参考电压的第二参考电压，并且重复特征(i)至(iii)。当数据被首次写入时，在参考电极上的电压转变的时间与给定阵列元件接着被写入数据的时间之间存在延迟。特征(iii)允许保持正确数据值的时间相对于可能保持不正确数据值的时间而增加，使得元件可能处于不正确状态的时间在对不想要地扰动液滴操作的影响方面可以变得不明显。

技术领域

本发明涉及有源矩阵阵列及其元件。在特定方面，本发明涉及数字微流控，更具体地涉及有源矩阵介质上电润湿(AM-EWOD)。介质上电润湿(EWOD)是用于操纵阵列上的液滴的已知技术。有源矩阵EWOD (AM-EWOD)是指在包含晶体管的有源矩阵阵列中例如通过使用薄膜晶体管(TFT)实现EWOD。本发明还涉及驱动这种设备的方法。

背景技术

介质上电润湿(EWOD)是用于通过施加电场来操纵液滴的公知技术。因此，它是用于芯片实验室技术的数字微流控的候选技术。对该技术的基本原理的介绍可以在以下文献中找到：“Digital microfluidics：is a true lab-on-a-chip possible？”，R.B.Fair，Microfluid Nanofluid (2007)3：245-281.

图1以截面形式示出了常规EWOD设备的一部分。该设备包括下基板72，其最上层由导电材料形成，导电材料被图案化以便实现多个电极 38(例如，图1中的38A和38B)。给定阵列元件的电极可以被称为元件电极38。液滴4可以由任何极性(或部分极性)材料(通常也是含水的和/或离子的)组成，并被约束在下基板72和顶基板36之间的平面中。可以通过间隔件32实现这两个基板之间的合适的间隙，并且可以使用非极性流体34(例如油，例如十二烷或硅油或任何其他烷烃或矿物油)来占据未被液滴4占据的体积。备选地，并且可选地，未被液滴占据的体积可以用空气填充。设置在下基板72上的绝缘体层20将导电元件38A、 38B与第一疏水表面16分离，其中液滴4以用θ表示的接触角6位于第一疏水表面16上。第二疏水层26在顶基板36上，液滴4可以与第二疏水层26接触。在顶基板36和第二疏水层26之间插入顶基板电极28。

接触角θ6如图1所示限定，并且由固液(γ_SL)、液气(γ_LG)和非极性流体(γ_SG)界面之间的表面张力分量的平衡来确定，并且在没有施加电压的情况下满足杨氏定律，方程由下式给出：

在某些情况下，所涉及的材料的相对表面张力(即γ_SL、γ_LG和γ_SG的值)可以使得等式(1)的右手侧小于-1。这在非极性流体34是油的情况下通常可能发生。在这些条件下，液滴4可与疏水表面16和26失去接触，并且可以在液滴4与疏水表面16和26之间形成非极性流体34 (油)的薄层。

在操作中，可以将称为EW驱动电压(例如，图1中的V_T、V₀和V₀₀) 的电压从外部施加到不同的电极(例如，分别施加到元件电极38、38A 和38B)。所得到的电力被建立为有效地控制疏水表面16的疏水性。通过布置不同的EW驱动电压(例如，V₀和V₀₀)施加到不同的元件电极(例如，38A和38B)，液滴4可以在两个基板72和36之间的横向平面中移动。