用于精细液滴操纵的基于薄膜晶体管的数字微流体装置上的可变电极大小区域阵列制造方法及图纸

一种数字微流体装置，包括基板和控制器。基板包括：第一高分辨率区域和第二低分辨率区域，以及疏水层。第一区域包括具有第一密度D1的第一多个电极，以及耦合到第一多个电极的第一组薄膜晶体管。第二区域包括具有第二密度D2的第二多个电极，其中D2＜D1，以及耦合到第二多个电极的第二组薄膜晶体管。多个电极的第二组薄膜晶体管。多个电极的第二组薄膜晶体管。

Variable electrode size area array on thin film transistor based digital microfluidic device for fine droplet manipulation

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于精细液滴操纵的基于薄膜晶体管的数字微流体装置上的可变电极大小区域阵列
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2019年12月4日提交的美国临时专利申请No.62/943,295的优先权。本文公开的所有专利和出版物均通过引用整体并入本文。

技术介绍

[0003]数字微流体装置使用独立的电极在密闭环境中推动、拆分和连接液滴，从而提供“芯片上实验室”。数字微流体装置可替代地被称为电介质上电润湿或“EWoD”，以进一步将该方法与依赖电泳流和/或微泵的竞争微流体系统区分开。Wheeler在Annu.Rev.Anal.Chem.2012,5:413
‑
40的“Digital Microfluidics”中提供了对电润湿技术的2012评论，其通过引用整体并入本文。该技术允许采用少量样品和试剂二者进行样品制备、测定和合成化学。近年来，使用电润湿在微流控单元中控制液滴操纵已成为商业上可行的。现在存在来自大型生命科学公司(诸如Oxford Nanopore)的产品。
[0004]大多数关于EWoD的文献报道都涉及所谓的“直接驱动”装置(又名“分段”装置)，其中十到数百个电极由控制器直接驱动。虽然分段装置易于制造，但电极的数量受到空间和驱动约束限制。因此，不可能在直接驱动装置中执行大规模的平行测定、反应等。相比之下，“有源矩阵”装置(又名有源矩阵EWoD，又名AM
‑
EWoD)装置可以具有数千、数十万或甚至数百万个可寻址电极。在AM
‑
EWoD装置中，电极通常由薄膜晶体管(TFT)切换，并且液滴运动是可编程的，使得AM
‑
EWoD阵列可以用作通用装置，该通用装置为控制多个液滴和执行同时分析过程提供了很大的自由度。
[0005]对于有源矩阵装置，驱动信号通常从控制器输出到栅极和扫描驱动器，进而提供所需的电流
‑
电压输入以激活有源矩阵中的各种TFT。然而，能够接收例如图像数据并输出必要的电流
‑
电压输入以激活TFT的控制器驱动器是市售的。参见例如从UltraChip可获得的各种控制器驱动器。
[0006]AM
‑
EWoD装置的所有区域都不一定需要高密度的电极，特别是在所有位置处都没有执行复杂功能的情况下。在所有位置处都具有高密度电极需要更快(且更昂贵)的驱动器，并且还会增加所需的数据处理量。在一些情况下，在一些区域具有较大的电极而在其它区域中具有较小的电极将是有益的。传统上，电极组(即“成组”电极)已用于表示比基本(较小)电极大小更大的结构。尽管如此，由于增加的驱动器线数量和数据需求，组合较小的电极来表示较大的电极会增加系统的复杂性。美国公开的专利申请No.2016/0184823提出了该问题的解决方案。它公开了8种不同大小的电极子阵列，然而，由于驱动器线和几何形状的要求，'823公开的架构不适合在同一TFT平台上创建不同大小的电极的子阵列。事实上，在'823公开中，微型电极布置必须跨越较大的电极，以在微型和常规大小的子阵列二者上保持正方形对称性和相同大小的液滴结构。

技术实现思路

[0007]本申请通过为具有可变电极大小区域的AM
‑
EWoD提供替代架构来解决现有技术的缺点。在一个实例中，本专利技术提供了一种具有不同电极密度的两个区域(即，高密度(又名“高分辨率”)区域和低密度(又名“低分辨率”)区域)的数字微流体装置。此类设计将允许用户在需要时执行液滴操纵。总体上，此类配置简化了装置的制造，同时也简化了与感测功能相关联的数据处理。
[0008]在一个方面，数字微流体装置包括基板和控制器。基板包括第一高分辨率区域和第二低分辨率区域，以及疏水层。第一区域包括具有D1个电极/单位面积的第一密度的第一多个电极，以及耦合到第一多个电极的第一组薄膜晶体管。第二区域包括具有D2个电极/单位面积的第二密度的第二多个电极，其中D2＜D1，以及耦合到第二多个电极的第二组薄膜晶体管。单位面积可以是任何标准的单位面积，诸如mm2、cm2或in2。疏水层覆盖第一和第二多个电极以及第一组和第二组薄膜晶体管。控制器可操作地耦合到第一组和第二组薄膜晶体管并且被配置为向第一多个电极的至少一部分和第二多个电极的至少一部分提供推进电压。在一个实施例中，比率D1:D2等于大约2
n
，n是自然数。例如，比率D1:D2可以等于大约2、4、8或16。在另一个实施例中，比率D1:D2等于大约3、5、6、7、9或不等于2
n
的其它整数。在进一步的实施例中，第一多个电极在大小上可为约25μm至约200μm。在另外的实施例中，第二多个电极在大小上可为约100μm至约800μm。第一区域可以小于第二区域，并且第一多个电极可以布置成正方形或矩形子阵列。疏水层可以由绝缘材料制成，或者介电层可以插入在疏水层与第一和第二多个电极之间。
[0009]在一个实施例中，该装置进一步包括一个或多个流体储存器，该流体储存器通过储存器出口可操作地连接到第一区域。该装置可以包括多于一个的高分辨率区域，每个高分辨率区域连接到其薄膜晶体管组和一个或多个储存器。在代表性实施例中，微流体装置进一步包括单个顶部电极、覆盖单个顶部电极的顶部疏水层、以及将疏水层和顶部疏水层分开并在疏水层和顶部疏水层之间产生微流体单元间隙的间隔物。顶部介电层可以插入在顶部疏水层和单个顶部电极之间。在一个实施例中，单元间隙为约20μm至500μm。在一个实施例中，顶部电极包括至少一个透光区域，例如面积为10mm2，以实现对装置内的液滴的视觉或分光光度监测。
[0010]在第二方面，一种数字微流体装置，包括(i)包括第一高分辨率区域的基板，该第一高分辨率区域包括第一多个电极，第一多个电极中的每一个与第一多条源极线电连通，第一多条源极线具有D1个源极线/单位面积的第一源极线密度，以及耦合到第一多个电极和第一多条源极线的第一组薄膜晶体管。基板另外包括第二低分辨率区域，该第二低分辨率区域包括第二多个电极，第二多个电极中的每一个与第二多条源极线电连通，第二多条源极线具有D2个源极线/单位面积的第二源极线密度，其中D1>D2，以及耦合到第二多个电极和第二多条源极线的第二组薄膜晶体管。基板包括覆盖第一和第二多个电极以及第一组和第二组薄膜晶体管的疏水层。数字微流体装置还包括(ii)源极驱动器，其可操作地耦合到第一多条源极线和第二多条源极线，并且被配置为向第一多个电极的至少一部分和第二多个电极的至少一部分提供源极电压。在数字微流体装置中，第二多条源极线的至少一部分连接到第一多条源极线之一。
[0011]在第三方面，本申请提供了一种用上述第一方面的数字微流体装置测定样品中的
分析物的方法。该方法包括：在装置的高分辨率区域的表面上沉积样品液滴；使液滴经受选自由稀释、混合、大小调整(sizing)及其组合组成的组的一个或多个处理步骤，以形成包含测定产品的流体；将包含测定产品的流体的液滴转移到装置的低分辨率区域的表面；检测测定产品；以及可选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种数字微流体装置，包括：(i)基板，包括：第一高分辨率区域，包括：第一多个电极，其具有D1个电极/单位面积的第一密度，以及第一组薄膜晶体管，其耦合到所述第一多个电极；第二低分辨率区域，包括：第二多个电极，其具有D2个电极/单位面积的第二密度，其中D2<D1，以及第二组薄膜晶体管，其耦合到所述第二多个电极；以及疏水层，其覆盖所述第一多个电极和所述第二多个电极以及所述第一组薄膜晶体管和所述第二组薄膜晶体管；以及(ii)控制器，其可操作地耦合到所述第一组薄膜晶体管和所述第二组薄膜晶体管并且被配置为向所述第一多个电极的至少一部分和所述第二多个电极的至少一部分提供推进电压。2.根据权利要求1所述的数字微流体装置，其中，比率D1:D2等于2
n
，n是自然数。3.根据权利要求2所述的数字微流体装置，其中，所述比率D1:D2等于2、4、8或16。4.根据权利要求1所述的数字微流体装置，其中，所述比率D1:D2等于3、5、6、7或9。5.根据权利要求1所述的数字微流体装置，其中，所述第一多个电极在大小上为约25μm至约200μm。6.根据权利要求1所述的数字微流体装置，其中，所述第二多个电极在大小上为约100μm至约800μm。7.根据权利要求1所述的数字微流体装置，其中，所述第一高分辨率区域小于所述第二低分辨率区域。8.根据权利要求1所述的数字微流体装置，其中，所述第一多个电极布置成正方形或矩形子阵列。9.根据权利要求1所述的数字微流体装置，进一步包括插入在所述疏水层与所述第一多个电极和所述第二多个电极之间的介电层。10.根据权利要求1所述的数字微流体装置，进一步包括流体储存器，所述流体储存器通过储存器出口可操作地连接到所述第一高分辨率区域。11.根据权利要求1所述的数字微流体装置，进一步包括：第二高分辨率区域，其包括所述D1个电极/单位面积的第一密度的第三多个电极；第三组薄膜晶体管，其耦合到所述第三多个电极，以及第二储存器，其可操作地连接到所述第二高分辨率区域。12.根据权利要求1所述的数字微流体装置，进一步包括单个顶部电极、覆盖所述单个顶部电极的顶部疏水层、以及将所述疏水层和所述顶部疏水层分开...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：核酸有限公司，
类型：发明
国别省市：