[发明专利]具有间歇致动模式的AM-EWOD设备和控制方法

说明书

本发明涉及一种具有间歇致动模式的AM‑EWOD设备和控制方法。微流体系统包括介质上电润湿EWOD设备和控制系统，其控制施加到EWOD设备的元件阵列的致动电压以针对流体液滴执行操纵操作。所述控制系统将致动电压序列施加到与液滴相关联的阵列元件的部分，以将液滴维持在对应于预定液滴性质的期望液滴状态中。致动电压序列包括与液滴相关联的阵列元件的部分被致动的致动开启时段以及与液滴相关联的阵列元件的部分未被致动的致动关闭时段，并且致动关闭时段不为零。控制系统可以施加包括预定占空比的致动电压序列，和/或致动电压可以根据基于传感器的干预来施加。

技术领域

本发明涉及液滴微流体设备，并且更具体地涉及用于致动设备元件的有源矩阵介质上电润湿(AM-EWOD)设备和控制方法。

背景技术

介质上电润湿(EWOD)是用于通过施加电场操纵液滴的公知技术。有源矩阵EWOD(AM-EWOD)是指例如通过使用薄膜晶体管(TFT)，在包含晶体管的有源矩阵阵列中实现EWOD。因此，它是用于芯片上实验室技术的数字微流体的候选技术。对该技术的基本原理的介绍可以在以下中找到：“Digital microfluidics：is a true lab-on-a-chippossible？”，R.B.Fair，Microfluid Nanofluid(2007)3：245-281.

图1以横截面的形式示出了常规EWOD设备的一部分。该设备包括下基板10，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阵列元件电极12(例如，图1中的12A和12B)。给定阵列元件的电极可以称为元件电极12。包括极性材料(通常也是含水的和/或离子的)的液体液滴14被约束在下基板10和上基板16之间的平面中。可以通过间隔物18实现两个基板之间的合适的间隙，并且非极性周围流体20(例如油)可用于占据未被液体液滴14占据的容积。设置在下基板10上的绝缘体层22将导电元件电极12A、12B与第一疏水涂层24分离，液体液滴14以θ表示的接触角26位于第一疏水涂层24上。疏水涂层由疏水材料(通常但不一定是含氟聚合物)形成。

在顶基板16上是第二疏水涂层28，液体液滴14可以与第二疏水涂层28接触。在顶基板16和第二疏水涂层28之间插入参考电极30。

接触角θ如图1所示限定，并且由固液(γ_SL)、液体非极性周围流体(γ_LG)和固体非极性周围流体(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，等式由下式给出：

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，分别施加到参考电极30、元件电极12、12A和12B)。所建立的最终电力有效地控制疏水涂层24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，12A和12B)，液体液滴14可以在两个基板10和16之间的横向平面中移动。

以下描述了EWOD设备的示例配置和操作。US6911132(Pamula等人，2005年6月28日发布)公开了一种用于在两个维度上控制液滴的位置和移动的二维EWOD阵列。US6565727(Shenderov，于2003年5月20日发布)还公开了用于其他液滴操作(包括液滴的分裂和合并，以及将不同材料的液滴混合在一起)的方法。US7163612(Sterling等人，2007年1月16日发布)描述了可以如何使用基于TFT的薄膜电子器件来通过使用与AM显示技术中采用的电路布置非常相似的电路布置来控制对EWOD阵列的电压脉冲的寻址。

US7163612的方法可以称为“有源矩阵介质上电润湿”(AM-EWOD)。使用基于TFT的薄膜电子器件来控制EWOD阵列有若干优点，即：

●电子驱动电路可集成在下基板10上