使用差分润湿引发液滴的运动制造技术

用于控制液滴运动的设备。一组电极焊盘被布置为限定一个或多个轨道，在该一个或多个轨道上可以引发液滴在一系列电极焊盘上移动。电极焊盘上方的表面是介电的、平滑的且对液滴而言光滑。在某些情况下，平滑表面形成为与液滴的液体不混溶的第二液体的薄层。该表面具有对液体的润湿亲和力，该润湿亲和力可以通过将电压施加到相应电极焊盘而以受控的方式单独变化。设计控件以改变在相应电极焊盘上的表面的变化的润湿性部分的润湿特性，以实现液滴在表面上的引发运动。该设备设计为所述平滑的疏水表面是开放的，其中在液滴上方没有覆盖或面向的电极或板。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用差分润湿引发液滴的运动
技术介绍
本申请要求于2019年2月27日提交的标题为使用差分润湿(DifferentialWetting)引发液滴的运动的美国临时申请序列No.62/811,018以及于2018年2月28日提交的标题为用于电润湿微流控芯片的制造方法的美国临时申请序列No.62/636,268的权益。这些申请通过引用并入。本申请涉及控制和操纵通常为毫升至亚微升规模的小型装置中的液体或气体。
技术实现思路
通常，在第一方面，本专利技术的特征在于用于控制液滴运动的设备。一组电极焊盘(electrodepad)以限定一个或多个轨道(track)的阵列或路径布置，在所述一个或多个轨道上可引发液滴在一系列电极焊盘上移动。所述电极焊盘上的表面是介电的，平滑度为2μm以内，对5μl液体液滴的滑动角不超过5度，并且具有对液体的润湿亲和力，该润湿亲和力可通过向所述电极焊盘施加电压来改变。控件被设计成改变相应电极焊盘上的表面的部分的润湿特性，以实现所述液滴在所述轨道上的引发运动，所述润湿特性将通过以期望的顺序控制所述电极焊盘的充电和放电来改变。通常，在第二方面，本专利技术的特征在于用于控制液滴运动的设备。平滑的疏水表面具有对所述液体具有润湿亲和力的部分，所述润湿亲和力可以受控的方式变化。可变化的润湿性部分以限定一个或多个轨道的阵列或路径布置，在所述一个或多个轨道上可以引发液滴在一系列可变化的润湿性部分上移动。控件被设计成改变所述表面的所述可变化的润湿性部分的润湿特性以实现所述液滴在所述轨道上的引发运动。所述设备设计为所述平滑的疏水表面是开放的，其中在所述液滴上方没有覆盖或面向的电极或板。通常，在第三方面，本专利技术的特征在于用于控制液滴运动的设备。固体表面被纹理化以保持与所述液滴的液体不混溶的第二液体的薄层，所述第二液体的上表面形成相对于所述液滴光滑的液-液表面，对所述液滴液体的5μl液滴的滑动角不超过5度，并且对所述液滴液体的润湿亲和力可受控地变化，可变化的润湿性部分以限定一个或多个轨道的阵列或路径布置，在所述一个或多个轨道上可引发所述液滴在一系列可变化的润湿性部分上移动。控件被设计成改变所述液-液表面的可变化的润湿性部分的润湿特性以实现所述液滴在所述轨道上的引发运动。通常，在第四方面，本专利技术的特征在于用于控制液滴运动的设备。一组电极焊盘以限定一个或多个轨道的阵列或路径布置，在所述一个或多个轨道上可引发液滴在一系列电极焊盘上移动。所述电极焊盘上的表面是介电的，平滑处理至1μm以内，所述平滑表面形成为与所述液滴的液体不混溶的第二液体的薄层，所述第二液体的上表面形成疏水性的液-液表面，对所述液滴液体的5μl液滴的滑动角不超过5度，并且具有对所述液体的润湿亲和力，该润湿亲和力可通过向相应电极焊盘施加电压以可控方式单独变化，可变化的润湿性部分以限定一个或多个轨道的阵列或路径布置，在所述一个或多个轨道上可引发所述液滴在一系列可变化的润湿性部分上移动。所述第二液体放置在下面的固体基板的表面上，固体基板的表面被纹理化以抵抗重力保持所述第二液体稳定。控件被设计成改变相应电极焊盘上的表面的可变化的润湿性部分的润湿特性以实现所述液滴在轨道上的引发运动，所述润湿特性将通过以期望的顺序控制所述电极焊盘的充电和放电来改变。所述设备设计为所述平滑的疏水表面是开放的，在所述液滴上方没有覆盖或面向的电极或板。通常，在第五方面，本专利技术的特征在于一种方法。将液滴引入以限定一个或多个轨道的阵列或路径布置的一组电极焊盘上的表面上，在所述一个或多个轨道上可引发所述液滴在一系列电极焊盘上移动。所述表面是介电的，平滑度为2μm以内，对5μl液体液滴的滑动角不超过5度，并且具有对液体的润湿亲和力，该润湿亲和力可通过向所述电极焊盘施加电压来改变。可变化的润湿性部分以限定一个或多个轨道的阵列或路径布置，在所述一个或多个轨道上可引发所述液滴在一系列可变化的润湿性部分上移动。控制相应电极焊盘上的表面的部分的润湿特性以实现所述液滴在轨道上的引发运动，所述润湿特性将通过以期望的顺序控制所述电极焊盘的充电和放电来改变。表面设计为所述平滑的疏水表面是开放的，在所述液滴上方没有覆盖或面向的电极或板。本专利技术的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。动力电压可以小于100V、小于80V、小于50V、小于40V、小于30V或小于20V。可以使用印刷电路板技术将电极印刷在基板上，或者使用薄膜晶体管(TFT)、有源矩阵或无源矩阵背板技术来制造电极。5μm、2μm、1μm、500nm、200nm或100nm的各种水平的平滑程度可以是优选的。可以通过抛光将表面平滑处理至1μm以内。通过施加涂层，使表面平滑处理至1μm以内，通过旋涂、喷涂、浸涂或气相沉积中的至少一种来施加涂层。表面涂层可以是既介电的又疏水的材料。通过施加被拉伸以去除皱褶的聚合物片，可以将表面平滑处理至1μm以内。可以通过图案化或纹理化来赋予表面滑动角以引起疏水性。5μl液滴的滑动角可以不超过5°、3°、2°或1°。一组电极焊盘可以限定一个或多个轨道的阵列或路径布置，在该一个或多个轨道上可以引发液滴在一系列电极焊盘上移动，可变化的润湿性部分是电极焊盘上的介电表面。可以通过施加光来改变表面的可变化的润湿性部分的润湿性。表面的可变化的润湿性部分可以通过光电润湿进行操作。表面的可变化的润湿性部分可以通过电光润湿(photoelectrowetting)进行操作。平滑表面可具有一个或多个孔，例如以引入液滴或反应物，或允许光通过。该设备可以包括用于以下中的一个或多个，或者两个或更多个，或者三个或更多个，或者四个或更多个的站：分配，混合，加热，冷却，施加磁场，施加电场，添加试剂，光学检查或测定以及蛋白质、肽或任何其他生物聚合物的分离或纯化。声学换能器可以被配置为引入以将液滴引入设备中。微隔膜泵可以被配置为引入以将液滴引入设备中。用于引入或注射液滴的其他可替选方案可以包括喷墨打印机喷墨喷嘴、注射泵、毛细管或移液器。第二液体可以是对固体具有润湿亲和力的油，并且被保持在固体的纹理化表面上。以上优点和特征仅是代表性实施方式，并且仅出于帮助理解本专利技术的目的而呈现。应当理解，它们不应被认为是对由权利要求所限定的本专利技术的限制。在下面的描述、附图和权利要求书中，本专利技术的实施方式的附加特征和优点将变得显而易见。附图说明图1(a)是电润湿表面上的液滴的平面图。图1(b)、图2(a)、图2(b)、图3(a)、图3(b)、图3(c)、图4(a)、图4(b)、图4(c)、图5(a)、图5(b)、图6(a)、图6(b)、图6(c)、图10(a)、图10(b)、图10(c)、图10(d)、图10(e)、图10(f)、图10(g)、图10(h)、图10(i)是电润湿表面上的液滴的侧视截面图。图7(a)和图7(b)是印刷电路板侧视截面的照片。图8(a)、图8(b)、图8(c)、图8(d)、图8(e)、图8(f)、图9(a)和图9(e)是印刷电路板的侧视截面图。图9(b)、图9(c)和图9(d)是制造过程的视图。图11(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制液滴运动的设备，包括：/n一组电极焊盘，所述一组电极焊盘以限定一个或多个轨道的阵列或路径布置，在所述一个或多个轨道上能够引发液滴在一系列所述电极焊盘上移动；/n所述电极焊盘上的表面是介电的，平滑度为2μm以内，对5μl液体液滴的滑动角不超过5度，并且具有对所述液体的润湿亲和力，所述润湿亲和力能够通过向所述电极焊盘施加电压来改变；/n控件，所述控件被设计成改变相应电极焊盘上的所述表面的部分的润湿特性，以实现所述液滴在所述轨道上的引发运动，所述润湿特性将通过以期望的顺序控制所述电极焊盘的充电和放电来改变。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180228 US 62/636,268;20190227 US 62/811,0181.一种用于控制液滴运动的设备，包括：
一组电极焊盘，所述一组电极焊盘以限定一个或多个轨道的阵列或路径布置，在所述一个或多个轨道上能够引发液滴在一系列所述电极焊盘上移动；
所述电极焊盘上的表面是介电的，平滑度为2μm以内，对5μl液体液滴的滑动角不超过5度，并且具有对所述液体的润湿亲和力，所述润湿亲和力能够通过向所述电极焊盘施加电压来改变；
控件，所述控件被设计成改变相应电极焊盘上的所述表面的部分的润湿特性，以实现所述液滴在所述轨道上的引发运动，所述润湿特性将通过以期望的顺序控制所述电极焊盘的充电和放电来改变。


2.一种用于控制液滴运动的设备，包括：
平滑的疏水表面，所述平滑的疏水表面具有对所述液体具有润湿亲和力的部分，所述润湿亲和力能够以受控的方式变化以引发所述液体的液滴在所述表面上移动；
控件，所述控件被设计成改变所述表面的部分的润湿特性以实现所述液滴在轨道上的引发运动；
所述设备设计为所述平滑的疏水表面是开放的，其中在所述液滴上方没有覆盖或面向的电极或板。


3.根据权利要求1或2所述的设备，
所述平滑表面是疏水的；
所述平滑的疏水表面形成为固体的纹理化表面，被设计为保持与所述液滴的液体不混溶的第二液体的薄层，其中所述第二液体的上表面形成相对于所述液滴光滑的液-液表面。


4.一种用于控制液滴运动的设备，包括：
固体表面，所述固体表面被纹理化以保持与所述液滴的液体不混溶的第二液体的薄层，所述第二液体的上表面形成相对于所述液滴光滑的液-液表面，对所述液滴液体的5μl液滴的滑动角不超过5度，并且对所述液滴液体的润湿亲和力能够受控地变化，可变化的润湿性部分以阵列或路径布置，所述阵列或路径限定一个或多个轨道，在所述一个或多个轨道上能够引发所述液滴在一系列所述可变化的润湿性部分上移动；和
控件，所述控件被设计成改变所述液-液表面的所述可变化的润湿性部分的润湿特性，以实现所述液滴在所述轨道上的引发运动。


5.根据权利要求4所述的设备，其中：
所述第二液体是对所述固体具有润湿亲和力、并且与所述液滴的所述液体不混溶的油。


6.根据权利要求2、4或5中任一项所述的设备，还包括：
所述可变化的润湿性部分是布置在以阵列或路径布置的一组电极焊盘上的表面，所述限定一个或多个轨道，在所述一个或多个轨道上能够引发所述液滴在一系列所述电极焊盘上移动，所述可变化的润湿性部分是所述电极焊盘上的介电表面，所述润湿特性通过以期望的顺序控制所述电极焊盘的充电和放电来改变。


7.根据权利要求2、4、5或6所述的设备：
所述平滑的疏水表面的平滑度为1μm以内，并且对所述液体的5μl液滴的滑动角不超过5度。


8.根据权利要求1、4、5、6或7中任一项所述的设备：
所述平滑表面是疏水的；
所述设备设计为所述平滑的疏水表面是开放的，其中没有覆盖或面向的电极或板。


9.根据权利要求1、4、5、6、7或8中任一项所述的设备，还包括：
覆盖或面向所述表面的第二板。


10.根据权利要求1、6、7或8中任一项所述的设备，其中：
使用印刷电路板技术将所述电极印刷在一基板上。


11.根据权利要求1、6、7或8中任一项所述的设备，其中：
使用薄膜晶体管(TFT)技术制造所述电极。


12.根据权利要求1、6或7或8所述的设备，其中：
使用有源矩阵或无源矩阵背板技术在一基板上制造所述电极。


13.根据权利要求1、4至8和9至12中任一项所述的设备，其中：
通过图案化或纹理化将所述滑动角赋予所述表面从而引发疏水性。


14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中：
所述表面对5μl液滴的滑动角不超过3°。


15.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中：
所述表面对5μl液滴的滑动角不超过1°。


16.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中：
所述表面的所述可变化的润湿性部分的润湿性通过光的施加而变化。


17.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中：
所述表面的所述可变化的润湿性部分通过光电润湿进行操作。


18.根据前述权利要求1至17中任一项所述的设备，其中：
所述表面的所述可变化的润湿性部分通过电光润湿进行操作。


19.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中：
通过抛光将所述表面平滑处理至1μm以内。


20.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中：
通过施加涂层将所述表面平滑处理至1μm以内，所述涂层能够通过旋涂、喷涂、浸涂或气相沉积中的至少一种施加。


21.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中：
所述表面涂层是既介电的又疏水的材料。


22.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中：
通过施加被拉伸以去除皱褶的聚合物片而将所述表面平滑处理至1μm以内。


23.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括：
所述设备包括用于以下中的一个或多个的站：分配；混合；加热；冷却；施加磁场；施加电场；添加试剂；光学检查或测定；以及蛋白质、肽或生物聚合物的分离或纯化。


24.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括：
所述设备包括用于以下中的两个或更多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤德彦·乌玛帕西，
申请(专利权)人：沃尔塔实验室公司，
类型：发明
国别省市：美国;US