用于数字微流体的可变驱动和短路保护的分段顶板制造技术

一种数字微流体装置，包括底板和顶板。底板包括底部电极阵列，该底部电极阵列包括多个数字微流体推进电极。顶板包括分段顶部电极阵列，该分段顶部电极阵列包括多个单独电压可寻址顶部电极段。每个顶部电极段和底部电极阵列的至少两个推进电极形成装置内的一个区部。控制器可操作地耦合到顶部电极阵列和底部电极阵列，并被配置为提供至少一个区部的顶板段和底板推进电极之间的推进电压。顶板和底板设置为在其间定义微流体区域的间隔关系。为在其间定义微流体区域的间隔关系。为在其间定义微流体区域的间隔关系。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于数字微流体的可变驱动和短路保护的分段顶板
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2020年4月27日提交的美国临时专利申请第63/015,738号的优先权，该申请通过引用并入本文。本文公开的所有专利和出版物均通过引用整体并入。

技术介绍

[0003]数字微流体装置使用独立的电极在受限环境中推进、分裂和连结液滴，从而提供“芯片实验室”。数字微流体装置可替代地被称为电介质上电润湿，或“EWoD”，以使该方法进一步区别于依赖电泳流和/或微泵的竞争微流体系统。Wheeler在“Digital Microfluidics”，Annu.Rev.Anal.Chem.2012，5:413
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40中对2012年的电润湿技术进行了回顾，其通过引用整体并入本文。该技术允许用微量的样品和试剂二者进行样品制备、测定和合成化学研究。近年来，利用电润湿在微流体电池中控制液滴的操纵已经具有商业可行性，并且现在存在可从大型生命科学公司(诸如Oxford Nanopore)获得的产品。
[0004]大多数关于EWoD的文献报道都涉及到直接驱动装置(又称“分段”装置)，其中，由控制器直接驱动10到20个电极。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条件限制。因此，在直接驱动装置中很难进行大规模的并行测定、反应等。相比之下，“有源矩阵”装置(又称有源矩阵EWoD，也称AM
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EWoD)可以具有数千、数十万或甚至数百万个可寻址电极。电极通常由薄膜晶体管(TFT)开关，并且液滴运动可采用控制器编程，使得AM
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EWoD阵列可以用作通用装置，从而为用于控制多个液滴和执行同时的分析过程提供极大的自由度。
[0005]由于需要更高的性能，即更高的电压驱动和更快的开关，大多数先进的AM
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EWoD装置由多晶体硅(又称多晶硅，也称聚硅)构成。然而，多晶硅制造远比非晶硅制造(即用于LCD显示工业的大规模生产的有源矩阵TFT的类型)昂贵。例如，夏普生命科学公司(Sharp Life Sciences)依靠多晶硅的改进功能来实现AM
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EWoD装置，该装置在单个有源矩阵上包括推进、传感和加热功能。参见例如美国专利8,419,273、8,547,111、8,654,571、8,828,336、9,458,543号，所有这些专利都通过引用整体并入本文。
[0006]虽然多晶硅制造技术可以实现复杂的AM
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EWoD装置，但多晶硅装置的生产成本，加上全球合适的制造设施的短缺，阻碍了AM
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EWoD技术的广泛应用。需要可以利用现有的非晶硅制造能力的不同设计。此类装置可以以更低的成本大量生产，使得它们成为常见的诊断测试诸如免疫测定的理想选择。

技术实现思路

[0007]本申请通过提供一种替代的分段顶板电极架构解决了现有技术的缺点。在一个方面，提供了一种数字微流体装置，其包括底板和顶板。底板包括底部电极阵列，该底部电极阵列包括多个数字微流体推进电极。第一电介质层覆盖底部电极阵列。顶板包括分段顶部电极阵列，该分段顶部电极阵列包括多个单独电压可寻址顶部电极段，其中，每个顶部电极段和至少两个底板推进电极形成装置内的一个区部。第二电介质层覆盖顶部电极阵列。该
装置还包括可操作地耦合到顶部电极阵列和底部电极阵列的控制器，其中，控制器被配置为提供至少一个区部的顶板段和底板推进电极之间的推进电压。顶板和底板设置为在其间定义微流体区域的间隔关系，以允许在底部电极阵列和分段顶部电极阵列之间施加推进电压的情况下液滴在微流体区域内运动。
[0008]在第二方面，提供了一种驱动数字微流体系统的方法。该系统包括：(a)底板阵列，其包括：晶体管矩阵，其中，矩阵的每个晶体管可操作地连接到栅极线、数据线和推进电极；多个栅极线，其中，每个栅极线可操作地连接到栅极驱动器；多个数据线，其中，每个数据线可操作地连接到数据驱动器；(b)分段顶部电极阵列，其包括多个单独电压可寻址顶部电极段，其中，每个顶部电极段和至少两个底板推进电极形成装置内的一个区部；(c)多个顶部电极段驱动器，其中，每个驱动器被配置为对顶部电极段进行单独寻址；(d)控制器，其可操作地连接到处理单元、栅极驱动器、数据驱动器和顶部段驱动器；(e)处理单元，其可操作地被编程为执行微流体驱动方法。该方法包括：在处理单元中接收输入指令，该输入指令与数字微流体系统要执行的液滴操作有关；从处理单元向控制器输出顶部电极段指令；从控制器向第一顶部电极段的驱动器输出顶部电极段信号，以将第一电极段驱动到第一电压，该第一电压不同于第二顶部电极段的第二电压；从处理单元向控制器输出栅极线和数据线选择指令；从控制器向栅极线驱动器输出栅极线信号以驱动栅极线，以及从控制器向数据线驱动器输出数据线信号以驱动数据线。
附图说明
[0009]图1示出传统的微流体装置，该装置包括常见的顶部电极。
[0010]图2是用于EWoD装置的多个推进电极的TFT架构的示意图。
[0011]图3是包括推进电极、薄膜晶体管、存储电容器、电介质层和疏水层的AM
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EWoD阵列的一部分的示意图。
[0012]图4是分段顶部电极阵列的示意图。
[0013]图5是多层分段顶部电极阵列的示意图。
[0014]图6是安装有在边缘上扇出的连接器的顶板电极阵列的示意图。
[0015]图7示出包括两个段的顶部电极阵列，每个段定义微流体装置内的一个区部。
[0016]图8示出在图7的电极之间驱动的示例性脉冲序列。
[0017]图9示出包括储存器区部和标准致动区部的配置。
[0018]图10示出用于关闭图7的装置中的损坏区部的方法。
[0019]图11是用于在本申请的微流体装置上执行液滴操作的方法的流程图。
具体实施方式
[0020]定义
[0021]除非另有说明，否则下列术语具有指示的含义。
[0022]涉及一个或多个电极的“致动”是指使一个或多个电极的电气状态发生变化，在液滴存在的情况下，这导致对液滴的操纵。
[0023]“液滴”是指电润湿疏水表面并至少部分被载液包围的一定体积的液体。例如，液滴可能完全被载液包围，或可能被载液和EWoD装置的一个或多个表面包围。液滴可以采取
各种各样的形状；非限制示例通常包括圆盘形、段塞(slug)形、截球形、椭球形、球形、部分压缩球形、半球形、卵形、圆柱形，以及在液滴操作(诸如合并或分裂或形成)期间形成的各种形状或者由于此类形状与EWoD装置的一个或多个工作表面接触而形成的各种形状。液滴可包括诸如水的典型极性流体，如水性或非水性组合物的情况，或可以是包括水性和非水性组分的混合物或乳状液。液滴的具体成分没有特别的相关性，只要它能电润湿疏水工作表面。在各种实施例中，液滴可包括生物样本，诸如全血、淋巴液、血清、血浆、汗液、泪液、唾液、痰液、脑脊液、羊水、精液、阴道排液、浆液、滑膜液、心本文档来自技高网...

【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：(a)底板，其包括：底部电极阵列，其包括多个数字微流体推进电极；以及第一电介质层，其覆盖所述底部电极阵列；(b)顶板，其包括：分段顶部电极阵列，其包括多个单独电压可寻址顶部电极段，其中，每个顶部电极段和至少两个底板推进电极形成所述装置内的一个区部；第二电介质层，其覆盖所述顶部电极阵列，以及(c)控制器，其可操作地耦合到所述顶部电极阵列和所述底部电极阵列，其中，所述控制器被配置为提供至少一个区部中的所述单独电压可寻址顶部电极段和所述多个数字微流体推进电极之间的推进电压；其中，所述顶板和所述底板设置为在其间定义微流体区域的间隔关系，以允许在所述单独电压可寻址顶部电极段和所述多个数字微流体推进电极之间施加推进电压的情况下液滴在所述微流体区域内运动。2.根据权利要求1所述的数字微流体装置，其中，所述分段顶部电极阵列包括至少三个到至多十个单独电压可寻址顶部电极段。3.根据权利要求1所述的数字微流体装置，其中，所述装置被配置为在区部变得不可操作的情况下关闭所述区部。4.根据权利要求3所述的数字微流体装置，其中，所述装置进一步被配置为在至少一个区部在所述底部电极阵列中达到超过预定阈值的缺陷密度时关闭所述至少一个区部。5.根据权利要求1所述的数字微流体装置，其中，用于将所述顶部电极阵列连接到所述底部电极阵列的电路包括连接接口。6.根据权利要求1所述的数字微流体装置，其中，所述顶板进一步包括与所述分段顶部电极阵列相邻的迹线层，以及在所述迹线层与所述分段顶部电极阵列之间的绝缘层，其中，所述迹线层上的迹线通过所述绝缘层中的通孔连接到所述分段顶部电极阵列的段。7.根据权利要求1所述的数字微流体装置，其中，所述底板进一步包括晶体管有源矩阵背板，所述背板的每个晶体管可操作地连接到栅极驱动器、数据线驱动器和一个数字微流体推进电极。8.根据权利要求7所述的数字微流体装置，其中，所述有源矩阵背板的所述晶体管为薄膜晶体管(TFT)。9.根据权利要求1所述的数字微流体装置，其中，所述底板进一步包括储存器区域，并且所述分段顶部电极阵列包括储存器段，其中，所述储存器段和储存器区域设置为定义储存器区部的间隔关系。10.根据权利要求9所述的数字微流体装置，其中，所述第一电介质层包括第一部分和第二部分，所述第一部分具有第一厚度并覆盖所述多个数字微流体推进电极的一部分，所述第二部分具有第二厚度并覆盖所述储存器区域，其中，所述第二厚度大于所述第一厚度。11.根据权利要求1所述的数字微流体装置，其中，所述控制器包...

【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：