[发明专利]用于通过电润湿形成具有预定体积的液滴的装置和方法

说明书

用于从液滴(16,26,263)形成多个微滴(26a,26’,56)的装置包括：基底(12,22,22b,22c,1101)；在基底(12,22,22b,22c,1101)上并且具有通过疏水表面(44,46)彼此间隔开的多个亲水表面区域(48a,491,49)的介电层(13,23,23b,23c,43a,43b,43)；以及在介电层(13,23,23b,23c,43a,43b,43)中的多个电极(14,14a,14b,24,24a,24b,24c,34a,34b,34c)。电极(14,14a,14b,24,24a,24b,24c,34a,34b,34c)被配置为响应于由控制电路(15,28,67)提供的电压而在整个液滴(16,26,263)上形成电场(E)，以使液滴(16,26,263)在横向方向(F)上跨越介电层(13,23,23b,23c,43a,43b,43)移动，同时将液滴(16,26,263)的部分留在亲水性表面区域(48a,491,49)上以在亲水表面区域(48a,491,49)上形成多个微滴(26a,26’,56)。

技术领域

本发明的实施方案总体上涉及介质上电润湿(EWOD)技术，并且更具体地涉及用于通过电润湿技术由一或更多个主体液滴(droplet)形成具有预定体积的微滴的装置和方法。

背景技术

介质上电润湿(EWOD)是一种液体驱动机制，其用于改变疏水表面上两个电极之间的水滴的接触角。可以通过设置在基板(例如无机基板(例如，硅/玻璃基板)或有机基板(例如，环烯烃聚合物/聚碳酸酯基板)上的电极阵列来移动大至几毫米(即，体积为几微升)的主体液滴。

图1A是示出可用于解释本公开的实施方案的EWOD设备10的示意图的透视图。EWOD设备包括具有基板12、在基板上的绝缘层13以及在绝缘层之内或之下的电极阵列14的基板结构11。电极阵列14包括彼此平行布置并在第一方向上彼此隔开的第一组电极14a，以及彼此平行布置并在基本垂直于第一方向的第二方向上彼此隔开的第二组电极。第一组电极和第二组电极在绝缘层13内彼此间隔开，绝缘层13可以包括具有相同材料或不同材料的多个介电层。EWOD设备还包括在基板中的输入-输出电路15，该输入-输出电路15与外部控制电路对接，以向电极阵列14提供具有时变电压波形的控制电压。

参照图1A，通过关闭/关断位于液滴下方的电极和相邻电极处的控制电压，可以使布置在绝缘层13的表面上的液滴16沿特定方向移动。

图1B是图1A所示的EWOD设备沿B-B’线截取的剖视图。示出了第二组电极14b的截面图。第一组电极14a(未示出)可以设置在第二组电极14b的上方或下方，并且通过一个或多个介电层与第二组电极间隔开。

发明内容

本公开的实施方案提供了装置、系统和方法，其用于：使液滴与试剂混合，从混合液滴中形成极小滴(颗粒、微滴或样品)，通过光学检测读取样品的DNA浓度或通过集成的离子敏感场效应晶体管(ISFET)传感器测量每个样品的pH值，从而计算液滴的DNA浓度。应当注意，尽管实施方案描述了测量液滴的pH值的装置和工艺，但是本公开不受限于此。本领域技术人员应理解，基于极小滴(微滴)内的pH变化，本文所述的装置和方法可应用于任何水性和非水性液体的pH测量。

在本公开的一个方面的实施方案中，一种用于由液滴形成多个微滴的装置包括：基板；介电层，其位于所述基板上，并且具有通过疏水表面而彼此隔开的多个亲水表面区域；以及位于所述介电层中的多个电极。所述电极被配置为响应于由控制电路所提供的电压形成跨越所述液滴的电场，以在侧向方向上移动所述液滴跨越所述介电层，同时在所述亲水表面区域上留下所述液滴的部分以在所述亲水表面区域上形成所述多个微滴。在一些实施方案中，所述装置还可以包括与所述亲水表面区域中的一者相关联的一个或者更多个传感器。传感器包括：离子敏感场效应晶体管，其包括离子感测膜，所述离子感测膜被配置为暴露于容纳在微滴中的溶液以及提供与所述微滴的所述溶液的浓度水平相关联的信号；以及参考电极，其被配置为向所述溶液提供参考电压。