[发明专利]介质上电润湿(EWOD)器件及控制EWOD器件的方法

说明书

EWOD(或AM‑EWOD)器件包括参考电极(28)和多个阵列元件(38)以及控制电子器件(43)，每个阵列元件包括阵列元件电极(38A，38B)。在针对EWOD致动优化的第一模式下，控制电子器件(43)被配置为控制到阵列元件电极(38A，38B)和参考电极(28)的时变电压的供应，由此产生作为阵列元件电极和参考电极处的电压之间的电位差的致动电压。参考电极(28)包括第一电连接(A)和第二电连接(B)。在第二模式下，参考电极(43)还被配置为在第一电连接(A)和第二电连接(B)之间提供电流流动，以产生用于控制EWOD器件的温度的电阻热。控制可以包括感测EWOD器件的温度，以及基于所感测的温度在第一模式或第二模式下的操作之间切换。

技术领域

本发明涉及使用介质上电润湿(EWOD)原理的微流体器件。EWOD是通过电极阵列来操纵疏水表面上的液滴的已知技术。本发明还涉及驱动这种器件并同时通过释放热来提供对该器件及其内容物的温度的控制的方法。

背景技术

介质上电润湿(EWOD)是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器件的一部分。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可以由极性(或部分极性)材料(其通常也是含水的和/或离子的)组成，并被约束在下基板72和顶部基板36之间的平面中。可以通过隔离件32实现这两个基板之间的合适的间隙，并且非极性流体34(例如油，比如十二烷或硅油或任何其它烷烃或矿物油)可用于占据未被液滴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将导电电极38A、38B与第一疏水面16分离，其中，液滴4以用θ表示的接触角6位于第一疏水涂层16上。第二疏水层26在顶部基板36上，液滴4可以与第二疏水涂层26接触。在顶部基板36和第二疏水层26之间插入顶部基板电极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可与疏水面16和26失去接触，并且可以在液滴4与疏水面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。

US6565727(Shenderov，2003年5月20日授权)公开了一种用于通过阵列移动液滴的无源矩阵EWOD器件。

US6911132(Pamula等人，2005年6月28日授权)公开了一种用于控制液滴在两个维度上的位置和移动的二维EWOD阵列。