具有可编程开关元件的微流体装置制造方法及图纸

描述了微流体装置，其具有：带有控制单元的电路基板、与介电泳(DEP)电极相关联的开关机构和存储器单元。切换指令可由控制单元接收、存储和检索，并用于经由开关机构控制DEP电极。本文包括包含所述微流体装置的系统和控制该微流体装置的方法。该微流体装置的方法。该微流体装置的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有可编程开关元件的微流体装置


[0001]本公开大体上涉及光电微流体装置。

技术介绍

[0002]“微流体装置”(或“微流体设备”)是包括一个或多个分立的微流体回路的装置，微流体回路被配置为保持流体，每个微流体回路由流体互连的回路元素(包括但不限于区域、流动路径、通道、室和/或坞)以及至少一个端口组成，所述端口被配置为允许流体(以及可选地，悬浮在流体中的微物体)流入和/或流出微流体装置。通常，微流体装置的微流体回路将包括流动区域，该流动区域可以包括微流体通道和至少一个室，并且将被配置为具有与微流体装置中的第一端口(例如，入口)流体连通的第一端和与微流体装置中的第二端口(例如，出口)流体连通的第二端。这种微流体装置可以为用于处理诸如生物细胞之类的微物体的方便平台。可以选择微流体装置中的微物体(例如，单个生物细胞)，并通过在该装置中选择性地产生局部电动力来移动微物体。
[0003]举例来说，序列号为9,403,172的美国专利(“'172专利”，其通过引用整体并入本文)公开了一种微流体设备，该微流体设备包括电路基板、室、第一电极、第二电极、开关机构和光敏元件。介电泳(DEP)电极位于电路基板的表面的不同位置处。所述室被配置为在电路基板的表面上容纳流体介质，其中，第一电极与介质电接触，而第二电极与介质电绝缘。相应的开关机构位于不同的对应DEP电极和第二电极之间，其中，每个开关机构在其中对应的DEP电极被去激活的关断状态和其中对应的DEP电极被激活的导通状态之间是可切换的。光敏元件被配置为根据引导到光敏元件上的光束提供用于控制不同的对应开关机构的输出信号。如'172专利中所描述的，通过向微流体装置的第一电极和第二电极施加交流(AC)功率来控制微流体装置，其中，第一电极与微流控装置的电路基板的内表面上的室中的介质电接触，而第二电极与介质电绝缘。通过将光束引导到电路基板中对应的光敏元件上来激活电路基板的内表面上的相应的DEP电极，响应于光束提供来自光敏元件的输出信号，并且响应于输出信号，将电路基板中的开关机构从其中DEP电极被去激活的关断状态切换到其中DEP电极被激活的导通状态。
[0004]已知使用“巢”型系统来供养、隔离、测定和/或培养安装在巢上的微流体装置中包含的生物微物体(例如，细胞)。这种巢可以被设计为同时安装多个微流体装置。巢通常配备有单个成像装置，该成像装置包括光源和摄像头，用于对相应的微流体装置进行“成像”以获得相应的微物体的位置的当前图像来从该图像计算操纵/移动物体的计划，以及用于通过主动地接通/断开位于装置上的相应的开关元件来主动地操纵/移动物体，如例如在'172专利中所描述的。然而，在给定时间，只有成像装置的单个视场(“FOV”)可以具有微物体的活跃的光电处理(“OEP”)；也就是说，只有当成像装置的光源“打开”时，装置上的任何开关元件才会被激活。因此，当成像装置未查看特定FOV时，在所述FOV内可能没有活跃的OEP，这是因为没有光源可用来执行此操作。此外，虽然对单个FOV成像和确定“做什么”所需的时间可能只花费大约一秒钟甚至更少，但随后使用成像装置的光源来操作FOV内的相应的开关
元件以执行计划的过程可能花费超过90秒对于每个FOV。因此，在用于使用单个成像装置(摄像头/光源)控制(例如)四个微流体装置的巢系统中，其中，每个微流体装置具有大约20个FOV，一次只能操作四个装置的组合的总有效面积的1/80。随着相应的微流体装置本身变得更大并且每个装置具有更多数量的FOV和/或随着巢被构建为安装和控制多于四个的装置和/或随着所需的成像需要更精细的分辨率和FOV收缩(即需要更多的FOV来覆盖相同的区域)，这种低效率成比例地增加。因此，需要解决这些限制并允许更高的装置处理效率的微流体装置和光电控制系统。

技术实现思路

[0005]本公开涉及一种微流体装置，该微流体装置包括具有控制单元的电路基板、存储器单元和与介电泳(DEP)电极关联的开关机构。本文公开的这种装置的实施例提供了由控制单元接收、存储和检索并用于经由开关机构控制DEP电极的切换指令。本文还描述了包括微流体装置的系统和控制微流体装置的方法。
[0006]在某些实施例中，微流体装置包括：电路基板，其由半导体材料制成，其中可以形成电路元件，该电路基板包括表面；以及室，其部分由所述电路基板表面限定，其中，所述室被配置为容纳流体介质。在一些这类装置中，第一电极设置为与所述流体介质电接触；第二电极设置为与所述流体介质电绝缘；在所述电路基板表面上或靠近所述电路基板表面的不同位置处的介电泳(DEP)电极各自设置为与所述流体介质电接触。开关机构各自设置在所述DEP电极中的对应的一个不同的DEP电极和所述第二电极之间，其中，每个所述开关机构能够关断状态和导通状态之间切换，其中，在关断状态下，所述对应的DEP电极与所述第二电极电隔离，在导通状态下，所述对应的DEP电极与所述第二电极电连接。在这样的实施例中，控制电路各自与对应的光敏元件和所述开关机构中对应的一个或多个可操作地连接，其中，每个所述对应的光敏元件被配置为响应于引导到所述光敏元件上的调制光束，生成包括用于控制所述开关机构中所述对应的一个或多个的指令的输出信号。每个所述控制电路包括存储器或与存储器相关联，该存储器被配置为至少暂时地存储来自所述光敏元件中的所述对应的一个的所述输出信号。每个所述控制电路被配置为对于连续时间间隔中的每个时间间隔，基于存储的输出信号中的所述指令，控制每个所述一个或多个对应的开关机构是处于所述关断状态还是所述导通状态。
[0007]还公开了包括如本文所述的微流体装置的系统。在一些实施例中，这类系统还包括发光装置，其中，发光装置和微流体装置之一或两者相对于彼此是可移动的，使得发光装置可以选择性地定位在电路基板表面的多个视场中的每一个处。在一些示例中，发光装置包括发光元件，每个发光元件被配置为将相应的调制光束引导到位于发光装置所在处的电路基板表面的给定视场内的所述光敏元件中的对应的一个上。
[0008]在包括所述微流体装置的系统的某些描述的实施例中，该系统可以被配置为自动：(a)将微流体装置和发光装置之一或两者相对于彼此移动，以便将发光装置定位在电路基板表面的第一视场处，(b)将由所述发光元件发射的相应的调制光束引导到位于第一视场内的所述光敏元件中的所述对应的光敏元件上，(c)将初始化脉冲/信号传送到对应于位于第一视场内的所述光敏元件的控制电路，从而使所述对应的控制电路与由所述光敏元件生成的相应的输出信号同步，(d)将微流体装置和发光装置之一或两者相对于彼此移动，以
便将发光装置定位在电路基板表面的下一个视场处，(e)将由所述发光元件发射的相应的调制光束引导到位于下一个视场内的所述光敏元件中的所述对应的光敏元件上，(f)将初始化脉冲/信号传送到对应于位于下一个视场内的所述光敏元件的控制电路，从而使所述对应的控制电路与由所述光敏元件生成的相应的输出信号同步，以及(g)重复(d)到(f)，直到各个调制光束已经被引导到位于电路基板表面的所有视场中的所述对应的光敏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种微流体装置，包括：电路基板，其由半导体材料制成，在所述电路基板中能够形成电路元件，所述电路基板包括表面；室，部分由所述电路基板表面限定，其中，所述室被配置为容纳流体介质；第一电极，设置为与所述流体介质电接触；第二电极，设置为与所述流体介质电绝缘；介电泳DEP电极，位于所述电路基板表面上的或靠近所述电路基板表面的不同位置处，每个DEP电极设置为与所述流体介质电接触；开关机构，每个开关机构设置在所述DEP电极中的对应的一个不同的DEP电极和所述第二电极之间，其中，每个所述开关机构能够在关断状态和导通状态之间切换，在所述关断状态下，所述对应的DEP电极与所述第二电极电隔离，在所述导通状态下，所述对应的DEP电极与所述第二电极电连接；光敏元件；以及控制电路，每个控制电路与所述光敏元件中对应的一个光敏元件和所述开关机构中对应的一个或多个开关机构可操作地连接，其中，每个所述对应的光敏元件被配置为响应于引导到所述光敏元件上的调制光束生成输出信号，所述输出信号包括用于控制所述对应的一个或多个所述开关机构的指令，并且，每个所述控制电路包括存储器或与存储器相关联，所述存储器被配置为至少暂时地存储来自所述光敏元件中的所述对应的一个光敏元件的所述输出信号，以及其中，每个所述控制电路被配置为：基于所存储的输出信号中的所述指令，控制所述一个或多个对应的开关机构中的每一个开关机构对于连续时间间隔中的每个时间间隔是处于所述关断状态还是所述导通状态。2.根据权利要求1所述的微流体装置，其中，所述开关机构包括互补金属氧化物半导体CMOS晶体管，所述CMOS晶体管将所述对应的DEP电极连接到所述第二电极和/或包括光电二极管的所述光敏元件。3.根据权利要求1所述的微流体装置，还包括所述电路基板中的一个或多个导电引线，其中，每个控制电路与所述一个或多个导电引线中的至少一个可操作地耦接。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为接收系统时钟/定时信号。5.根据权利要求4所述的微流体装置，其中，由所述光敏元件生成的输出信号和相应的调制光束与所述系统时钟/定时信号同步。6.根据权利要求4所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电引线之一上接收所述系统时钟/定时信号。7.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为接收初始化脉冲/信号，响应于所述初始化脉冲/信号，所述控制电路开始在所述存储器中存储由所述光敏元件中所述对应的光敏元件生成的输出信号。8.根据权利要求7所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导线引线中的如下导电引线上接收所述初始化脉冲/信号：所述控制电路在该同一导电引线上接收所述系统时钟/定时信号，并且，可选地，其中，所述初始化脉冲/信号包括或
被并入所述系统时钟/定时信号。9.根据权利要求4所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电引线中的第一个导电引线上接收所述系统时钟/定时信号，并且被配置为在所述一个或多个导电引线中的第二个导电引线上接收初始化脉冲/信号。10.根据权利要求7所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为从所述光敏元件中所述对应的光敏元件接收所述初始化脉冲/信号。11.根据权利要求4所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为接收或另外生成切换控制信号，所述切换控制信号具有低于所述系统时钟/定时信号的频率的切换控制信号频率。12.根据权利要求11所述的微流体装置，其中，所述切换控制信号从所述系统时钟/定时信号导出的，并且可选地，其中所述系统时钟/定时信号的频率是所述切换控制信号频率的整数倍。13.根据权利要求4所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电引线之一上接收切换控制信号，所述切换控制信号具有低于所述系统时钟/定时信号的频率的切换控制信号频率。14.根据权利要求13所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电引线中的如下导电引线上接收所述切换控制信号：所述控制电路在该同一导电引线上接收所述系统时钟/定时信号。15.根据权利要求13所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电引线的第一个导电引线上接收所述系统时钟/定时信号，并且被配置为在所述一个或多个导电引线的第二个导电引线上接收所述切换控制信号。16.根据权利要求11所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为从对应的存储器检索相应的存储的指令，并且被配置为：以切换控制信号频率分别控制所述一个或多个对应的开关机构中的每个开关机构对于连续时间间隔中的每个时间间隔是处于所述关断状态还是所述导通状态。17.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的微流体装置，其中，所述控制电路中的至少一个被配置为控制两个或更多个对应的开关机构。18.根据权利要求17所述的微流体装置，其中，由对应于所述至少一个控制电路的所述光敏元件中的所述光敏元件生成的所述输出信号包括用于控制所述两个或更多个所述开关机构中的每一个开关机构的指令。19.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的微流体装置，其中，所述控制电路中的两个或更多个控制电路共享存储器。20.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的微流体装置，其中，所述存储器是共享的存储器，其被配置为存储由所述光敏元件中的两个或更多个光敏元件中的每一个生成的所述输出信号。21.一种系统，包括根据权利要求4所述的微流体装置，并且还包括发光装置，其中，所述发光装置和所述微流体装置之一或两者相对于彼此是可移动的，使得所述发光装置选择性地定位在所述电路基板表面的多个视场中的每个视场处。22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述发光装置包括发光元件，每个发光元件被
配置为将相应的调制光束引导到位于所述电路基板表面的给定视场内的所述光敏元件中对应的一个光敏元件上，其中所述发光装置被定位在所述给定视场内，并且可选地，其中，所述发光装置被配置为使得调制光束能够同时被所述发光元件发射到并且引导到位于所述给定视场内的所述光敏元件中所述对应的光敏元件中的每一个上。23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述系统被配置为自动地：(a)将所述微流体装置和所述发光装置之一或两者相对于彼此移动，以便将所述发光装置定位在所述电路基板表面的第一视场处，(b)将由所述发光元件发射的相应的调制光束引导到位于第一视场内的所述光敏元件中的所述对应的光敏元件上，(c)将初始化脉冲/信号传送到对应于位于第一视场内的所述光敏元件的控制电路，从而使所述对应的控制电路与由所述光敏元件生成的相应的输出信号同步，(d)将所述微流体装置和所述发光装置之一或两者相对于彼此移动，以便将所述发光装置定位在所述电路基板表面的下一个视场处，(e)将由所述发光元件发射的相应的调制光束引导到位于下一第一视场内的所述光敏元件中的所述对应的光敏元件上，(f)将初始化脉冲/信号传送到对应于位于所述下一个视场内的所述光敏元件的控制电路，从而使所述对应的控制电路与由所述光敏元件生成的相应的输出信号同步，以及(g)重复(d)到(f)，直到各个调制光束已经被引导到位于所述电路基板表面的所有视场中的所述对应的光敏元件上为止。24.根据权利要求23所述的系统，包括根据权利要求5所述的多个微流体装置，其中，所述系统被配置为使用同一发光装置对所述微流体装置中的每一个自动执行(a)至(g)。25.根据权利要求21
‑
24中任一项所述的系统，其中，所述系统包括：巢，被配置为在其上安装有微流体装置，所述巢包括一个或多个导电巢触点，所述导电巢触点被配置为：当微流体装置安装在所述巢上时，接触位于所述微流体装置上的对应的一个或多个导电装置触点，其中，所述微流体装置上的一个或多个导电装置触点与位于所述电路基板内的对应的一个或多个导电装置引线电连接，并且其中，所述系统被配置为经由一个或多个导电巢触点向一个或多个导电装置引线发送所述系统时钟/定时信号，并且每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电引线之一上接收所发送的系统时钟/定时信号。26.根据权利要求25所述的系统，其中，所述系统被配置为经由一个或多个导电巢触点向一个或多个导电装置引线发送初始化脉冲/信号，并且其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电装置引线之一上接收所发送的初始化脉冲/信号，响应于所述初始化脉冲/信号，所述控制电路开始在所述存储器中存储由所述光敏元件中所述对应的光敏元件生成的所述输出信号。27.根据权利要求26所述的系统，其中，每个所述控制电路被配置为所述一个或多个导电装置引线中的如下导电装置引线上接收所述初始化脉冲/信号：所述控制电路在该同一导电装置引线上接收所述系统时钟/定时信号，并且，可选地，其中，所述初始化脉冲/信号分别包括所述系统时钟/定时信号、被并入所述系统时钟/定时信号或从所述系统时钟/定
时信号导出。28.根据权利要求26所述的系统，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电装置引线中的第一个导电装置引线上接收所述系统时钟/定时信号，并且被配置为在所述一个或多个导电装置引线中的第二个导电装置引线上接收所述初始化脉冲/信号。29.根据权利要求25所述的系统，其中，所述系统被配置为经由一个或多个导电巢触点向一个或多个导电装置引线发送切换控制信号，并且其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电装置引线之一上接收所发送的切换控制信号，并且其中，所述时间间隔由所述切换控制信号限定。30.根据权利要求29所述的系统，其中，所述切换控制信号具有低于所述系统时钟/定时信号的频率的切换控制信号频率。31.根据权利要求29所述的系统，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电装置引线中的如下导电装置引线上接收所述切换控制信号：所述控制电路在该同一导电装置引线上接收所述系统时钟/定时信号。32.根据权利要求29所述的系统，其中，每个...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯斯，
申请(专利权)人：伯克利之光生命科技公司，
类型：发明
国别省市：