[發(fā)明專利]基于電路的光電鑷子

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380064064.1
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN104955574A
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史蒂文·W·肖特;吳明強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 伯克利照明有限公司
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00;F15C5/00;B01J19/00
• 代理公司: 中原信達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 趙曉祎;戚傳江

背景技術(shù)

光電子微流體器件(例如，光電鑷子(OET)器件)利用光學(xué)感應(yīng)的介電泳(DEP)來操控液體介質(zhì)中的物體(例如細(xì)胞、顆粒等)。圖1A和圖1B說明簡單OET器件100的例子，該器件用于操控腔體104中的液體介質(zhì)106中的物體108，其可以在上電極112、側(cè)壁114、光導(dǎo)材料116、和下電極124之間。如圖所示，電源126可以施加到上電極112和下電極124。圖1C示出簡化等效電路，其中，腔體104中的介質(zhì)106的阻抗由電阻器142表示，并且光導(dǎo)材料116的阻抗由電阻器144表示。

光導(dǎo)材料116基本上是電阻性的，除非由光照射。當(dāng)不被光照時，光導(dǎo)材料116的阻抗(即圖1C的等效電路中的電阻器144)比介質(zhì)106的阻抗(即圖1C中的電阻器142)大。因此，施加到電極112、124的功率的大部分壓降跨過光導(dǎo)材料116(即圖1C的等效電路中的電阻器144)，而不是跨過介質(zhì)106(即圖1C的等效電路中的電阻器142)。

可以通過用光136照射區(qū)域134，在光導(dǎo)材料116的區(qū)域134處建立虛擬電極132。當(dāng)用光136照射時，光導(dǎo)材料116變成導(dǎo)電的，并且照射區(qū)域134處的光導(dǎo)材料116的阻抗明顯下降。因此，照射區(qū)域134處的光導(dǎo)材料116的照射阻抗(即圖1C的等效電路中的電阻器144)會明顯地減小，例如減小到小于介質(zhì)106的阻抗。在照射區(qū)域134處，大部分的壓降126現(xiàn)在跨過介質(zhì)106(圖1C中的電阻器142)，而不是跨過光導(dǎo)材料116(圖1C中的電阻器144)。結(jié)果是一般從照射區(qū)域134到上電極112上的相對應(yīng)的區(qū)域的介質(zhì)106中的非均勻的電場。該非均勻的電場可以在介質(zhì)106中的鄰近物體108上導(dǎo)致DEP力。

類似于虛擬電極132的虛擬電極可以通過由不同且移動的模式的光照射光導(dǎo)材料116，而以任何期望的模式選擇性地產(chǎn)生和移動。因此，介質(zhì)106中的物體108可以選擇性地在介質(zhì)106中被操縱(例如移動)。

一般來說，光導(dǎo)材料116的未照射的阻抗必須大于介質(zhì)106的阻抗，并且光導(dǎo)材料116的照射阻抗必須小于介質(zhì)106的阻抗。如圖所示，介質(zhì)106的阻抗越低，所需的光導(dǎo)材料116的照射阻抗越低。由于諸如典型的光導(dǎo)材料的自然特性和對可作為實(shí)際情況引導(dǎo)到光導(dǎo)材料116的區(qū)域134上的光136的強(qiáng)度的限制等這些因素，所以對可作為實(shí)際情況達(dá)到的照射阻抗有更低的限制。因此，在圖1A和圖1B的類似OET器件100的OET器件中，難以使用相對低的阻抗介質(zhì)106。

為了應(yīng)對上述情況，美國專利No.7,956,339在類似于圖1A和圖1B的光導(dǎo)材料116的層中使用光電晶體管，以響應(yīng)于類似于光136的光，而選擇性地建立低阻抗，該低阻抗使得從腔體104到下電極124的電連接局部化。照射的光電晶體管的阻抗可以低于光導(dǎo)材料116的照射阻抗，并且因此由光電晶體管構(gòu)造的OET器件能夠使用比圖1A和圖1B的OET器件低的阻抗介質(zhì)106。然而，光電晶體管對于以上討論的現(xiàn)有技術(shù)中的OET器件的缺陷沒有有效的解決方案。例如，在光電晶體管中，用于阻抗調(diào)制的光吸收和電放大通常耦合，并且因此會抑制兩者獨(dú)立的最優(yōu)化。

本發(fā)明的實(shí)施例解決現(xiàn)有技術(shù)中的OET器件的上述問題和/或其它問題，以及提供其它優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容

在一些實(shí)施例中，一種微流體裝置可以包括電路基板、腔體、第一電極、第二電極、開關(guān)機(jī)構(gòu)和感光元件。介電泳(DEP)電極可以位于電路基板的表面上的不同位置處。腔體被配置為容納在電路基板的表面上的液體介質(zhì)。第一電極可以與介質(zhì)電接觸，并且第二電極可以與介質(zhì)電絕緣。開關(guān)機(jī)構(gòu)中的每個可以位于DEP電極中不同的相應(yīng)的一個與第二電極之間，并且每個開關(guān)機(jī)構(gòu)可以在其中停用相應(yīng)的DEP電極的截止?fàn)顟B(tài)和其中激活相應(yīng)的DEP電極的導(dǎo)通狀態(tài)之間可切換。感光元件中的每個可以被配置為提供用于根據(jù)引導(dǎo)到感光元件上的光束來控制開關(guān)機(jī)構(gòu)中不同的相應(yīng)的一個的輸出信號。

在一些實(shí)施例中，一種控制微流體裝置的過程可以包括：將交流(AC)功率施加到微流體裝置的第一電極和第二電極，其中，第一電極與微流體裝置的電路基板的內(nèi)表面上的腔體中的介質(zhì)電接觸，以及第二電極與介質(zhì)電絕緣。該過程還可以包括激活電路基板的內(nèi)表面上的介電泳(DEP)電極，其中，DEP電極是內(nèi)表面上的與介質(zhì)電接觸的多個DEP電極中的一個。DEP電極可以通過將光束引導(dǎo)到電路基板中的感光元件上而激活，響應(yīng)于光束從感光元件提供輸出信號，以及響應(yīng)于輸出信號，將電路基板中的開關(guān)機(jī)構(gòu)從其中DEP電極被停用的截止?fàn)顟B(tài)切換到其中DEP電極被激活的導(dǎo)通狀態(tài)。