[發(fā)明專(zhuān)利]具有多個(gè)溫度區(qū)和增強(qiáng)的溫度控制的微流控器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810543914.0
• 申請(qǐng)日: 2018-05-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108970654B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薩莉·安德森;帕梅拉·安·多希;菲利浦·馬克·施賴(lài)恩·羅伯斯
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 夏普生命科學(xué)（歐洲）有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B01L3/00
• 分類(lèi)號(hào): B01L3/00;B01L7/00;C12Q1/686
• 代理公司: 中科專(zhuān)利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 王波波

微流控系統(tǒng)被配置用于通過(guò)組合空間和時(shí)間溫度控制來(lái)進(jìn)行增強(qiáng)溫度控制。微流控系統(tǒng)包括介質(zhì)上電潤(rùn)濕(EWOD)器件，其包括被配置為接收一個(gè)或多個(gè)液滴的元件陣列，所述元件陣列包括多個(gè)單獨(dú)的陣列元件；控制系統(tǒng)，被配置為控制施加到元件陣列的致動(dòng)電壓以執(zhí)行液滴的操縱操作；以及多個(gè)熱控制元件，位于沿EWOD器件的不同空間位置處，至少一個(gè)熱控制元件的溫度對(duì)于時(shí)間可變。所述控制系統(tǒng)包括熱控制單元，所述熱控制單元被配置為控制所述熱控制元件的溫度以生成位于沿著所述EWOD器件的不同空間位置處的多個(gè)熱區(qū)，其中至少一個(gè)熱區(qū)的溫度隨時(shí)間可變。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及液滴微流控器件，并且更具體地，涉及有源矩陣介質(zhì)上電潤(rùn)濕(AM-EWOD)器件和結(jié)構(gòu)以及用于對(duì)這種器件中的多個(gè)溫度區(qū)進(jìn)行增強(qiáng)溫度控制的控制方法。

背景技術(shù)

介質(zhì)上電潤(rùn)濕(EWOD)是用于通過(guò)施加電場(chǎng)來(lái)操縱液滴的公知技術(shù)。有源矩陣EWOD(AM-EWOD)是指例如通過(guò)使用薄膜晶體管(TFT)，在包含晶體管的有源矩陣陣列中實(shí)現(xiàn)EWOD。因此，它是用于芯片上實(shí)驗(yàn)室技術(shù)的數(shù)字微流控的候選技術(shù)。對(duì)該技術(shù)的基本原理的介紹可以在以下文獻(xiàn)中找到：“Digital microfluidics:is a true lab-on-a-chippossible？”,R.B.Fair,Microfluid Nanofluid(2007)3:245-281.

圖1在橫截面中示出常規(guī)EWOD器件的一部分。該器件包括下基板10，其最上層由導(dǎo)電材料形成，導(dǎo)電材料被圖案化以便實(shí)現(xiàn)多個(gè)陣列元件電極12(例如，圖1中的12A和12B)。給定陣列元件的電極可以稱(chēng)為元件電極12。包括極性材料(通常也是水性的和/或離子的)的液滴14被約束在下基板10和頂基板16之間的平面中。可以通過(guò)間隔物18實(shí)現(xiàn)兩個(gè)基板之間的合適的間隙，并且非極性圍繞流體20(例如油)可用于占據(jù)未被液滴14占據(jù)的容積。設(shè)置在下基板10上的絕緣體層22將導(dǎo)電元件電極12A、12B與第一疏水涂層24分離，液滴14以θ表示的接觸角26位于第一疏水涂層24上。疏水涂層由疏水材料(通常但不一定是含氟聚合物)形成。

在頂基板16上是第二疏水涂層28，液滴14可以與第二疏水涂層28接觸。在頂基板16和第二疏水涂層28之間插入?yún)⒖茧姌O30。

接觸角θ如圖1所示限定，并且由固體到液體(γ_SL)、液體到非極性圍繞流體(γ_LG)和固體到非極性圍繞流體(γ_SG)界面之間的表面張力分量的平衡來(lái)確定，并且在沒(méi)有施加電壓的情況下滿足楊氏定律，方程由下式給出：

在操作中，可以將稱(chēng)為EW驅(qū)動(dòng)電壓(例如，圖1中的V_T、V₀和V₀₀)的電壓從外部施加到不同的電極(例如，分別施加到參考電極30、元件電極12、12A和12B)。所建立的最終電力有效地控制疏水涂層24的疏水性。通過(guò)布置不同的EW驅(qū)動(dòng)電壓(例如，V₀和V₀₀)施加到不同的元件電極(例如，12A和12B)，液滴14可以在兩個(gè)基板10和16之間的橫向平面中移動(dòng)。

EWOD器件的示例配置和操作在下文進(jìn)行描述。US6911132(Pamul a等人，2005年6月28日授權(quán))公開(kāi)了一種用于在兩個(gè)維度上控制液滴的位置和移動(dòng)的二維EWOD陣列。US6565727(Shenderov，2003年5月20日授權(quán))還公開(kāi)了用于其他液滴操作(包括液滴的分裂和合并，以及將不同材料的液滴混合在一起)的方法。US7163612(Sterling等人，2007年1月16日授權(quán))描述了可以如何使用基于TFT的薄膜電子器件來(lái)通過(guò)使用與AM顯示技術(shù)中采用的電路布置非常相似的電路布置來(lái)控制對(duì)EWOD陣列的電壓脈沖的尋址。

US7163612的方法可以稱(chēng)為“Active Matrix Electrowetting on Dielectric”(AM-EWOD)。使用基于TFT的薄膜電子器件來(lái)控制EWOD陣列有若干優(yōu)點(diǎn)，即：