提供了一种使用光学介导的电润湿来操纵微液滴的装置。所述装置包括由第一复合壁和第二复合壁界定的微流体空间，所述第一复合壁包括：第一基底；在该基底上的第一导体层；在所述第一导体层上的光激活层；以及在所述光激活层上的具有小于20nm的厚度的连续的第一介电层，所述第二复合壁包括第二基底和在该基底上的第二导体层。
2、当聚焦于微液滴的操纵效率时，在许多设计中优选的是最大程度增加可以操纵微液滴的速度。液滴操纵速度的改进可以允许生物实验跟高的通量。oewod装置的效率的另一方面是液滴可以在装置内保持静止的可靠性，其中丢失或从其保持位置移动的液滴的数量最少。微液滴可以被操纵的速度与所施加的电压呈超线性相关。可以施加的最大电压决定了用于确保装置在介电层的击穿电压以下操作所需的介电厚度。因此，文献教导了需要厚介电层以便在最大化速度所需的高电压下安全地操作。液滴保持的可靠性由液滴保持力与可能将液滴从其保持位置移开的任何外力的强度之间的复杂相互作用确定，特别是介电泳效应和周围载体相的运动以及载体相的成分。
>8、·第二基底；和9、·在所述基底上的第二导体层。
10、在一些实施例中，所述第二复合壁还包括在所述第二导体层上的具有小于20nm厚度的连续的第二介电层。
11、在一些实施例中，第一复合壁和第二复合壁保持分隔开以在两者之间形成微流体空间。这些壁可以由间隔物结构分离开，该间隔物结构可以由第一基底和第二基底之间的插入结构形成，或者它可以由第一复合壁或第二复合壁的基底形成。
12、间隔物可以由光致抗蚀剂的层、压敏粘合剂的层和/或干膜抗蚀剂的层形成。附加地或替代性地，间隔物可以通过在形成第一复合壁或第二复合壁的玻璃、熔融石英或透明塑料的基底中蚀刻结构和/或腔来形成。
13、根据本专利技术的另一方面，提供了一种使用光学介导的电润湿来操纵微液滴的装置，所述装置包括：
14、·第一复合壁，所述第一复合壁包括：
15、·第一基底；
16、·在所述基底上的第一导体层；
17、·在所述导体层上的光激活层；和
18、·在所述光激活层上的具有小于20nm厚度的连续的第一介电层；
19、·第二复合壁，所述第二复合壁包括：
20、·第二基底；
21、·在所述基底上的第二导体层；和
22、·在所述第二导体层上的具有小于20nm的厚度的连续的第二介电层。
23、使用光学介导的电润湿来操纵微液滴的装置的设计是由许多竞争效应和观察到的现象驱动的。微液滴的速度与所施加的电压之间存在众所周知的超线性相关性。所施加的最大电压则决定了所需的介电厚度。为了优化微液滴的速度，因此预期将最大程度增加所施加的电压，并且因此增加电介质的厚度以适应这一点。然而，专利技术人已经发现，高电压具有与实际输送相关的其自身的相关问题。
24、专利技术人通过实验发现，当增加所施加的电压时，可实现的最大oewod速度如预期那样快速地增加。然而，专利技术人还观察到，由于先前未观察到的驱动力，保持液滴静止的能力随着电压的增加而快速降低。最初，这表现为液滴围绕其目标位置的有特点的随机运动，随着电压进一步增加，这种随机运动的速度增加，直到这种随机运动超过oewod保持力并且失去对液滴的控制。这有效地施加最大电压，从而将最大速度降低到远低于文献中最初预期和预测的速度。
25、存在决定oewod系统的电压驱动响应的两种状态，即对应于装置的被照明区域和未照明区域的“接通”状态和“关断”状态。在理想化的oewod装置中，施加在装置的接通区域的电压将完全为零，并且只有“接通”状态区域会施加电压。在oewod装置中，表面上的空间变化的光学控制的电压改变液滴与表面之间的接触角度，并且因此对液滴施加驱动力或保持力。当保持液滴时，该液滴将部分地处于“接通”状态，并且部分地处于“关断”状态，每种状态的空间范围由被照明区域的尺寸决定。“接通”状态和“关断”状态之间的电压的对比度创建保持力。随着所施加的电压增加，两种状态的场强度都会增加。“接通”状态的场强度的增加会导致装置性能的提高，因为它增加了电润湿力。“关断”状态的场强度的增加将部分地抵消这种力的增加。然而，由于这两种状态之间的比率保持恒定，并且力取决于场的平方，因此oewod力总体增加。因此，文献教导了，随着电压的增加，技术人员将期望看到保持和液滴移动两者的改进。
26、这明显与专利技术人的观察相反，专利技术人观察到，随着电压增加，移动速度增加，但是保持液滴静止的能力降低。因此，专利技术人推测，这种现象只能通过不希望的驱动力对“关断”状态的场强度的超线性(比平方更快的)依赖性来解释。因此，如本文所公开的，可以通过设计装置的结构来降低“关断”状态的强度，而不是通过最大程度增加“接通”状态的强度(这是本领域的文献的焦点)来改进装置的性能。
27、实现这一点的合理途径是增加光激活层的厚度。然而，这不适用于需要同时操纵大量液滴的应用，因为它大大增加了光功率要求。此外，增加光激活层的厚度不足以促进同时并行操纵数千个液滴。因此，专利技术人不是通过改变光激活层来最大程度减小“关断”状态，而是探索了介电层的电容的影响。在这种对“关断”状态的反直觉关注中，专利技术人发现，通过减小介电层的厚度，横跨光电导层的电压的较高部分下降，并且因此介电表面处的场强度会降低。因此，专利技术人已经将装置的介电厚度减小了比文献中推荐的厚度低大约五倍。通过减轻“关断”状态液滴保持故障模式，从而允许达到更高的操作电压，并且因此允许更高的oewod力，同时需要相同水平的照明，从而使装置性能得到大幅提高。
28、通过原子层沉积可以将第一介电层沉积到光激活层上。附加地或替代性地，第二介电层可以沉积到光激活层上。
29、令人惊奇地发现，通过提供厚度小于20nm的连续层的第一介电层和/或第二介电层导致液滴更加稳定，并且因此液滴在基底上静止。相反，专利技术人发现，将第一介电层和/或第二介电层增加到高于20nm的厚度会导致在基底上更不受控制的液滴移动，并且因此液滴更有可能表现出偏离被照明区域的不受控制的运动。因此，不受控制的液滴会使准确且有效的oewod操作(例如，液滴的合并或分裂)变得更加困难。在一些实施例中，第一介电层和/或第二介电层的厚度可以介于1nm至20nm之间，或者厚度可以是2nm至20nm、3nm至20nm、4nm至20nm、5nm至20nm、6nm至20nm、7nm至20nm、8nm至20nm、9nm至20nm、1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种使用光学介导的电润湿来操纵微液滴的装置，所述装置包括由以下复合壁界定的微流体空间：
2.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述第二复合壁还包括在所述第二导体层上的具有小于20nm厚度的连续的第二介电层。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括：
4.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括设置在所述第一介电层和/或所述第二介电层上的氧化硅的填隙层。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述填隙层的厚度在0.1nm至5nm之间。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述第一复合壁的暴露表面和所述第二复合壁的暴露表面被设置成分隔开小于200μm，以限定适于容纳所述微液滴的微流体空间。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述微流体空间为从2μm至50μm。
8.根据权利要求1至7所述的装置，其中，所述第一复合壁的暴露表面和所述第二复合壁的暴露表面包括一个或多个间隔物，所述一个或多个间隔物用于将所述第一壁和所述第二壁保持分隔开预定量，以限定适于容纳所述微液滴的微流体空间。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述AC源被配置为横跨连接所述第一导体层和所述第二导体层的所述第一复合壁和所述第二复合壁提供在0V与50V之间的电压。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述第一复合壁和所述第二复合壁还包括分别位于所述第一介电层和所述第二介电层上的第一防污层和第二防污层。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述第一介电层上的防污层和所述第二介电层上的防污层是疏水性的。
12.根据权利要求3至11中的任一项所述的装置，其中，所述一个或多个电磁辐射源包括像素化的阵列，光从所述阵列反射或投射穿过所述阵列。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括光电检测器，所述光电检测器用于检测位于所述装置内的微液滴中的光学信号或所述装置下游的微液滴中的光学信号。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括用于生成包含水性微液滴在不混溶的载体流体中的乳化液的介质的上游入口。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括用于诱导包含水性微液滴在不混溶的载体流体中的乳化液的介质经由进入所述微流体空间的入口端口流动通过所述微流体空间的上游入口。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述第一复合壁和所述第二复合壁限定两者之间的所述微流体空间，并且形成盒或芯片的外围。
17.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括彼此并行延伸的多个第一电润湿路径。
18.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括多个第二电润湿路径，所述多个第二电润湿路径适于与所述第一电润湿路径相交以创建至少一个微液滴聚结位置。
19.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括用于将所述微液滴引入到所述微流体空间中的上游入口，其中，所述微液滴的直径比所述微流体空间的宽度大20％以上。
20.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述第二复合壁还包括第二光可激发层，并且所述电磁辐射源还撞击在所述第二光可激发层上，以创建也能够变化的短暂电润湿位置的第二图案。
21.根据权利要求8所述的装置，其中，所述间隔物的物理形状用于帮助微液滴在所述装置中的分裂、合并和伸长。
22.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述电磁辐射源是LED光源。
23.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述电磁辐射源为0.005W cm-2至0.1W cm-2的水平。
24.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述第一基底上的所述第一导体层是透明的，并且具有在70nm至250nm范围内的厚度。
25.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述光激活层由波长范围为400nm至1000nm的电磁辐射激活。
26.一种盒，包括：
27.根据权利要求26所述的盒，还包括设置在所述装置的所述入口端口处的一个或多个阀，其中，所述阀控制包含水性微液滴在所述不混溶的载体流体中的所述乳化液的所述介质流动通过所述装置。
28.根据权利要求27所述的盒，其中，所述乳化器是分级乳化器。
29.根据权利要求26、27或28所述的盒，其中，设置多个乳化器，每个乳化器均设置有相应的入口通道。
30.一种根据前述权利要求中的任一项所述的装置或盒的用途。
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【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种使用光学介导的电润湿来操纵微液滴的装置，所述装置包括由以下复合壁界定的微流体空间：
2.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述第二复合壁还包括在所述第二导体层上的具有小于20nm厚度的连续的第二介电层。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括：
4.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括设置在所述第一介电层和/或所述第二介电层上的氧化硅的填隙层。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述填隙层的厚度在0.1nm至5nm之间。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述第一复合壁的暴露表面和所述第二复合壁的暴露表面被设置成分隔开小于200μm，以限定适于容纳所述微液滴的微流体空间。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述微流体空间为从2μm至50μm。
8.根据权利要求1至7所述的装置，其中，所述第一复合壁的暴露表面和所述第二复合壁的暴露表面包括一个或多个间隔物，所述一个或多个间隔物用于将所述第一壁和所述第二壁保持分隔开预定量，以限定适于容纳所述微液滴的微流体空间。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述ac源被配置为横跨连接所述第一导体层和所述第二导体层的所述第一复合壁和所述第二复合壁提供在0v与50v之间的电压。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述第一复合壁和所述第二复合壁还包括分别位于所述第一介电层和所述第二介电层上的第一防污层和第二防污层。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述第一介电层上的防污层和所述第二介电层上的防污层是疏水性的。
12.根据权利要求3至11中的任一项所述的装置，其中，所述一个或多个电磁辐射源包括像素化的阵列，光从所述阵列反射或投射穿过所述阵列。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括光电检测器，所述光电检测器用于检测位于所述装置内的微液滴中的光学信号或所述装置下游的微液滴中的光学信号。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括用于生成包含水性微液滴在不混溶的载体流体中的乳化液的介质的上游入口。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括用于诱导包含...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·伍顿，托马斯·亨利·艾萨克，威廉·迪肯，理查德·杰里米·英厄姆，蒂莫西·詹姆斯·普特希勒，
申请(专利权)人：光投发现有限公司，
类型：发明
国别省市：
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