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TWI698282B - 基板、微流體元件、移動微流體元件中的液滴之方法以及用於操控微流體元件中的液滴之程序 - Google Patents

基板、微流體元件、移動微流體元件中的液滴之方法以及用於操控微流體元件中的液滴之程序 Download PDF

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TWI698282B
TWI698282B TW104140763A TW104140763A TWI698282B TW I698282 B TWI698282 B TW I698282B TW 104140763 A TW104140763 A TW 104140763A TW 104140763 A TW104140763 A TW 104140763A TW I698282 B TWI698282 B TW I698282B
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Abstract

本發明提供單邊光電濕潤(SSOEW)組態基板，以及包括此類基板的微流體元件。該等基板可包括一平面電極、一光導(或光敏)層、一介電層(單一層或複合層)、一網狀電極及一疏水性塗層。在橫跨該基板施加一合適AC電壓電位且在接近該等液滴之一位置中將光聚集至該基板之該光導層中後，該等液滴可以一光激方式橫跨此類基板的該疏水性塗層移動。壁可安置在該等基板上以形成該等微流體元件。該等壁及基板共同可形成一微流體電路，該等液滴可經由該微流體電路移動。

Description

基板、微流體元件、移動微流體元件中的液滴之方法以及用於操控微流體元件中的液滴之程序 相關申請案之交叉參考
本申請案為非臨時及因此主張2014年12月5日申請之美國臨時專利申請案第62/088,532號的權利及/或優先權。
發明領域
本發明大體上係關於具有光電濕潤(OEW)組態之微流體元件。特定言之，本發明涉及具有整合式網狀接地的單邊光電潤濕(SSOEW)元件。
發明背景
微物件(諸如生物細胞)可在微流體元件中處理。舉例而言，含有微物件或反應劑之液滴可在微流體元件內四處移動及合併。本發明之實施例係關於微流體元件中促進執行複雜化學及生物反應的改良。藉由改變微流體元件中之電潤濕表面之有效潤濕性質，液滴可在微流體元件上或內移動及合併。此類移動可促進(例如)其中處理細胞之工作流程以分析各種細胞性質。具有電潤濕組態之微流 體元件通常包括硬蓋板，該硬蓋板可使導入之液滴捲入到電潤濕表面上及將其自電潤濕表面移除。因此，期望有具有更可進入的電潤濕表面之微流體元件。
發明概要
本發明之實施例提供具有整合式網狀接地的新穎單邊光電潤濕(SSOEW)元件。任意此類SSOEW元件可形式本發明之微流體元件之基座，且微流體元件可視情況包括通道及/或腔室，流體可經由該等通道及/或腔室流動。通道及/或腔室之壁可在其基座處附接至SSOEW元件之頂面，且通道及/或腔室其頂部可封閉或敞開。
本發明之額外實施例提供在本發明之SSOEW元件之頂面內移動一或多個液滴之方法。一或多個液滴(例如含水液滴)可具有範圍介於微微升至微升之體積。液滴之移動可藉由將結構化電磁輻射(例如，光)投射在SSOEW元件之光導層(在液滴之前邊緣下方的位置處)上而控制。結構化電磁輻射調節SSOEW元件之頂面之電潤濕特性，且可因此產生液滴之表面張力之梯度。藉由改變所投射結構化電磁輻射之位置，液滴可被迫遵循電磁輻射(例如，以環形圖案、長方形圖案、不規則圖案或其任何組合)。
因此，在一個態樣中，本發明提供具有SSOEW組態之基板。SSOEW組態基板可包括平面電極、光導層、介電層網狀接地電極及疏水性塗層。光導層可插入於平面電極與介電層之間，其中光導層之底面鄰接平面電極之頂 面且光導層之頂面鄰接介電層之底面。網狀接地電極可鄰接介電層之頂面或可嵌入介電層內；且疏水性塗層可塗覆介電層之頂面及(取決於其位置)網狀接地電極之頂面。平面電極及網狀接地電極可經組態以連接至AC電壓源(亦即，至AC電壓源之相反端子)使得，當如此連接時，SSOEW組態基板能夠對停置於基板之疏水性塗層上或以其他方式接觸該疏水性塗層產生光學激電潤濕(EW)力。在某些實施例中，SSOEW組態基板為微流體元件之部分。在某些實施例中，微流體元件為奈流體元件。
在某些實施例中，平面電極包含金屬導體。舉例而言，平面電極可包括氧化銦錫(ITO)層(例如，塗覆ITO之玻璃)。在某些實施例中，平面電極包含非金屬導體，諸如導電矽(例如，高度n或p摻雜之矽)。無論如何，金屬或非金屬導體應足夠厚以有效地導電。通常，導電矽層將至少500微米(例如約500至1000微米、約550至800微米或約600至700微米)厚。在某些實施例中，平面電極包括金屬導體及非金屬導體部件兩者。舉例而言，平面電極可包括具有導電金屬(例如，金、銀、ITO)層之導電矽層，導電金屬層在導電矽層之下表面上。
在某些實施例中，光導層包含經氫化非晶矽(a-Si：H)。光導層可具有至少100奈米(例如，至少250奈米、500奈米、750奈米、1000奈米或以上)之厚度。在某些實施例中，光導層可具有約500奈米至1500奈米(例如，約600奈米至約1400奈米、約700奈米至約1300奈米、約800奈米至 約1200奈米、約900奈米至約1100奈米或約1000奈米)之厚度。
在某些實施例中，介電層包含金屬氧化物，諸如氧化鋁或氧化鉿。在某些實施例中，介電層具有至少50奈米(例如，至少約75奈米、100奈米、125奈米、150奈米或以上)之厚度。舉例而言，介電層可具有約50至約250奈米(例如，約75奈米至約225奈米、或約100奈米至約200奈米、或約125奈米至約175奈米、或約140奈米至約160奈米)之厚度。在某些實施例中，介電層已藉由原子層沈積形成。在某些實施例中，介電層具有約10至50千歐姆之阻抗。
在某些實施例中，介電層為複合介電層。舉例而言，介電層可具有至少一第一介電層及第二介電層。第一介電層之底面可鄰接光導層。在某些實施例中，網狀接地電極插入於第一介電層與第二介電層之間。複合介電層可具有至少約50奈米(例如，至少約75奈米、100奈米、125奈米、150奈米或以上)之厚度。舉例而言，介電層可具有約50至約250奈米(例如，約75奈米至約225奈米、約100奈米至約200奈米、約125奈米至約175奈米或約140奈米至160奈米)之厚度。在某些實施例中，複合介電層具有約10至50千歐姆之阻抗。
在某些實施例中，複合介電層之第一電介質層及第二電介質層中之每一者包含金屬氧化物，諸如氧化鋁或氧化鉿。第一電介質層及第二電介質層中之一者或兩者可藉由原子層沈積形成。在此等實施例中，第一介電層可具 有至少約100奈米(例如，至少約125奈米、約150奈米或以上)之厚度。舉例而言，第一介電層可具有約125奈米至約175奈米(例如，約140奈米至約160奈米)之厚度。在此等實施例中，第二介電層可具有約50奈米或以下(例如，約40奈米、約30奈米、約25奈米、約20奈米、約15奈米、約10奈米、約9奈米、約8奈米、約7奈米、約6奈米、約5奈米、約4奈米、約3奈米或以下)之厚度。在某些實施例中，第一介電層具有至少125奈米(例如，至少150奈米)之厚度，且第二介電層具有10奈米或小於10奈米(例如，5奈米或以下)之厚度。
在某些實施例中，複合介電層之第一介電層具有實質上均勻厚度之網格形狀，其中第一介電層之頂面鄰接網狀接地電極之底面且網狀接地電極插入於第一介電層與第二介電層之間。第一介電層之頂面可實質上與網狀接地電極之底面相連。在此等實施例中，第一介電層可包含金屬氧化物，諸如氧化鋁或氧化鉿，且可具有至少約50奈米(例如，至少約75奈米、約100奈米、約125奈米、約150奈米或以上)之厚度。舉例而言，第一介電層可具有約50奈米至約200奈米(例如，約75奈米至約180奈米、約100奈米至約160奈米或約125奈米至約150奈米)之厚度。在此等實施例中，第二介電層可包含非金屬氧化物，諸如氧化矽，且可具有可變厚度。舉例而言，第二介電層可具有第一區域，該第一區域接觸光導層之頂面，具有實質上與複合介電層之厚度相同的厚度；及第二區域，其直接經由網狀接地電 極之電線，具有約50奈米或以下(例如，約40奈米或以下、約30奈米或以下、約25奈米或以下、約20奈米或以下、約15奈米或以下、約10奈米或以下、約9奈米或以下、約8奈米或以下、約7奈米或以下、約6奈米或以下、約5奈米或以下、約4奈米或以下或約3奈米或以下)之厚度。在某些實施例中，第一介電層具有至少125奈米(例如，至少150奈米)之厚度且第二介電層具有10奈米或以下(例如，5奈米或以下)之厚度(直接經由網狀接地電極之佈線)。
在某些實施例中，複合介電層之第一介電層由具有介電常數ε1之第一材料製成，且第二介電層由具有介電常數ε2之第二材料製成，其中ε1不同於ε2。舉例而言，ε1可小於ε2。舉例而言，第一材料可為金屬氧化物，諸如氧化鋁或氧化鉿，且第二材料可為非金屬氧化物，諸如氧化矽。
在某些實施例中，複合介電層包含第一介電層、第二介電層及第三介電層。第二介電層可插入於第一電介質層與第三電介質層之間。在某些實施例中，第一電介質層及第三電介質層各自包含金屬氧化物，諸如氧化鋁。在此等實施例中，第一電介質層及第三電介質層中之一者或兩者可已藉由原子層沈積形成。第一介電層可具有至少約10奈米(例如，約10奈米至約20奈米)之厚度。另外，第三介電層可具有至少約10奈米(例如，約10奈米至約20奈米)之厚度。在相關實施例中，第二介電層可包含非金屬氧化物或氮化物。非金屬氧化物可為(例如)氧化矽。第二介電層可藉由電漿增強式化學氣相沈積形成且可具有至少約75奈米 (例如，至少約100奈米、至少約125奈米、至少約150奈米或以上)之厚度。舉例而言，第二介電層可具有約100奈米至約200奈米(例如，約125奈米至約175奈米)之厚度。
在某些實施例中，三層複合介電層之第一介電層具有鄰接網狀接地電極之底面之頂面，且第三介電層具有鄰接網狀接地電極之頂面之底面。因此，舉例而言，網狀接地電極可完全封入複合介電層內，其中第二介電層填充網狀接地電極之電線之側向邊緣之間形成的空隙。
在某些實施例中，三層複合介電層之第一介電層由具有介電常數ε1之第一材料製成，第二介電層由具有介電常數ε2之第二材料製成，第三介電層由具有介電常數ε3之第三材料製成，且ε1不同於ε3。舉例而言，ε1可小於ε3。在某些相關實施例中，ε2可小於ε3(例如，ε2可具有等於或大於ε1但小於ε3之值)。在某些實施例中，三層複合介電層具有約10至50千歐姆之阻抗。
在某些實施例中，網狀接地電極包含以網格形狀配置之複數個電線。網狀接地電極可進一步包含位於藉由網狀接地電極之電線形成之頂點之頂部上的板。板(例如)可具有實質上與網狀接地電極之電線相同之組合物。在某些實施例中，網狀接地電極之電線具有實質上正方形形狀或實質上矩形形狀(在橫截面中觀察)。因此，電線可具有平均寬度及平均高度。電線之平均高度可為至少約50奈米(例如，至少約60奈米、約70奈米、約80奈米、約90奈米、約100奈米或以上)。電線之平均寬度可為至少約100奈米(例 如，至少約200奈米、約300奈米、約400奈米、約500奈米、約600奈米、約700奈米、約800奈米、約900奈米、約1000奈米或以上)。在其他實施例中，網狀接地電極之電線可具有T形狀(在橫截面中觀察)。
在某些實施例中，網狀接地電極包含導電金屬，諸如金、鋁、鉻、鈦或其組合。在某些實施例中，網狀接地電極包含金層及鉻或鈦之底層。在某些實施例中，網狀接地電極之導電金屬具有氧化外表面。舉例而言，網狀接地電極可包含具有氧化外表面之鋁。
在某些實施例中，網狀接地電極具有線性填充因數β，β小於或等於約10%(例如，約9%、約8%、約7%、約6%、約5%、約4%、約3%、約2%、約1%、約0.5%或以下)。在某些實施例中，網狀接地電極之電線具有小於1毫米(例如，約200微米至約500微米)之間距。在某些實施例中，網狀接地電極之電線具有約1.5毫米至2毫米、約1.0毫米至1.5毫米、約0.5毫米至1.0毫米、約400至800微米、約300至600微米、約200至400微米、約100至200微米、約50至100微米或約10至50微米之間距。
在某些實施例中，疏水性塗層具有鄰接介電層之頂面之一些或全部的底面。在某些相關實施例中，疏水性塗層之底面鄰接網狀接地電極之頂面(及，視情況，電線之外側表面)。因此，疏水性塗層之底面可鄰接介電層之頂面及並不鄰接介電層之網狀接地電極之表面兩者。
在某些實施例中，疏水性塗層可包含有機氟聚合 物。有機氟聚合物可具有(例如)至少一個全氟化區段。有機氟聚合物可包含(例如)聚四氟乙烯(PTFE)。替代地，有機氟聚合物可包含聚(2,3-二氟代亞甲基-八氟代四氫呋喃)。在此等實施例中，疏水性塗層可具有至少約10奈米、約15奈米、約20奈米、約25奈米、約30奈米、約35奈米或以上之厚度。
在某些實施例中，疏水性層包含以共價鍵結合至介電層之分子的密集堆積之單層兩親媒性分子。疏水性層之兩親媒性分子可各自包含矽氧烷基、膦酸基或硫醇基，且各別矽氧烷基、膦酸基及硫醇基可以共價鍵結合至介電層之分子。在此等實施例中，疏水性層可具有小於5奈米之厚度(例如，約1.5至3.0奈米之厚度)。
在某些實施例中，疏水性層之兩親媒性分子包含長鏈烴。因此，舉例而言，兩親媒性分子可為以烷基封端之矽氧烷、以烷基封端之膦酸或以烷基封端之硫醇分子。長鏈烴可未分支鏈，且可包含至少10個碳原子(例如，至少16個、18個、20個、22個或以上碳原子)之鏈。在某些實施例中，疏水性層之兩親媒性分子可包含氟化碳鏈。氟化碳鏈具有化學式CF3-(CF2)m-(CH2)n-，其中m至少為2，n至少為2且m+n至少為9。舉例而言，m可為7(或更大)且n可2(或更大)。在某些實施例中，疏水性層經圖案化，使得與疏水性層之其餘部分相比，選擇區域相對親水。
在另一態樣中，本發明提供具有包括具有SSOEW組態之基板之基座及安置於基座上之壁的微流體元件。基座及壁可共同定義微流體電路。微流體元件可視 情況包括蓋板，該蓋板可安置於壁上。基座之SSOEW組態基板可為本文所描述之SSOEW組態基板中之任一者。
在某些實施例中，壁包含結構聚合物。聚合物可為矽類聚合物，諸如聚二甲基矽氧烷(PDMS)或光敏性矽酮(PPS)。替代地，壁可包含環氧樹脂類黏著劑，諸如SU-8。對於包括蓋板之微流體元件，蓋板可包含含於壁中之相同結構聚合物。另外，蓋板可與壁整合。替代地，蓋板可包含不同於壁之材料。無論是否存在蓋板，壁可具有至少30微米之高度(亦即，壁可升高至基座以上至少30微米)。舉例而言，壁可具有約40至約100微米之高度。
在某些實施例中，微流體電路可包括一或多個(例如，2個、3個、4個、5個、6個、7個或以上)微通道。另外，微流體電路可包括複數個腔室(例如，封存圍欄)。腔室可切斷微通道中之一者(或多者)。在某些實施例中，腔室可包括經組配以保持液體液滴之保持區域，及將保持區域流體連接至微流體通道之至少一個連接區域。第一連接區域可經組態以允許液體液滴在微流體通道與腔室之間移動。當液體液滴在微流體通道與保持區域之間移動時，第二連接區域(若存在)可經組態以允許流體流動及減壓。在某些實施例中，腔室可連接至第一微流體通道及第二微流體通道兩者。
在某些實施例中，微流體通道可具有約50至約1000微米或約100至約500微米之寬度，其中在垂直於經由通道之流體流動之方向的方向上量測寬度。在某些實施例 中，腔室(封存圍欄)可具有約100,000至約2,500,000平方微米或約200,000至約2,000,000平方微米之橫截面積。在某些實施例中，連接區域具有約50至約500微米或約100至約300微米之寬度。
在某些實施例中，基座之有助於定義微通道及/或腔室之至少一部分可具有SSOEW組態。SSOEW組態可連接至偏壓電位且(當如此連接時)更改基座表面之複數個對應區域中的任一者之有效潤濕特性。基座表面之潤濕特性可充分改變以將液體液滴橫跨微流體通道與腔室之間的基板表面移動。
在某些實施例中，微流體元件可包括適用於培養生物微物件之一或多個培養腔室。培養腔室可定位在微流體電路內，且每一者可流體連接至一或多個微流體通道。舉例而言，培養腔室可流體連接至經配置以用於移動至及/或自培養腔室之液滴的第一微流體通道，及經配置以使新鮮培養基流動經過培養腔室使得新鮮培養基中之營養素及培養腔室中之廢棄產物可更換(例如，藉由使營養素擴散至培養腔室中且使廢棄產物擴散出培養基)的第二微流體通道。第二通道可與第一通道分離。
在另一態樣中，本發明提供將流體之液滴在微流體元件中移動之方法。方法可包括：將水溶液之液滴安置在微流體元件之基座之頂面上；在微流體元件之平面電極與網狀接地電極之間施加AC電壓電位；在接近水溶液之液滴之位置中，在微流體元件之基座之頂面上的位置處導入 結構化光；及以引起水溶液之液滴橫跨基座之頂面移動的速率相對於微流體元件移動結構化光。微流體元件可包含SSOEW組態基板，諸如本文所描述。
在某些實施例中，水溶液之液滴具有約1微升或以下、約900奈升或以下、約800奈升或以下、約700奈升或以下、約600奈升或以下、約500奈升或以下、約400奈升或以下、約300奈升或以下、約200奈升或以下、約100奈升或以下或約50奈升或以下之體積。液滴可具有(例如)至少0.1毫姆歐/公尺(例如至少1姆歐/公尺)之導電率。在某些實施例中，施加於微流體元件之平面電極與網狀接地電極之間的AC電壓電位為約10ppV至約80ppV(例如，約30ppV至約50ppV)。在某些實施例中，施加於微流體元件之平面電極與網狀接地電極之間的AC電壓電位具有約1千赫茲至約1兆赫茲(例如，約1千赫茲至約100千赫茲、約2千赫茲至約80千赫茲、約3千赫茲至約60千赫茲、約4千赫茲至約40千赫茲或約5千赫茲至約20kHz)之頻率。在某些實施例中，以0.05公分/秒或更大(例如，0.1公分/秒或更大、0.2公分/秒或更大或0.3公分/秒或更大)之速率相對於微流體元件移動結構化光，且液滴隨光移動。
在另一態樣中，本發明提供處理微流體元件中之液滴之方法。方法包括：用第一液體填充微流體元件之微流體電路；在微流體元件之平面電極與網狀接地電極之間施加AC電壓電位；將液體介質之第一液滴引入至微流體電路中，其中第一液滴不可混溶於第一液體介質中；及藉由 將電潤濕(EW)力施加至第一液滴而將第一液滴移動至微流體電路內之所需位置。微流體元件可為本文所描述之微流體元件中之任一者(例如，具有包含SSOEW組態基板之基座的微流體元件)。另外，微流體元件包含液滴產生器。液滴產生器可經組態以將一或多個液體介質之液滴選擇性地提供至微流體元件之微流體電路中。
在某些實施例中，所施加之AC電壓電位為約10ppV至約80ppV。舉例而言，所施加之AC電壓電位可為約30ppV至約50ppV。另外，所施加之AC電壓電位可具有約1至100千赫茲(例如，約1千赫茲至約100千赫茲、約2千赫茲至約80千赫茲、約3千赫茲至約60千赫茲、約4千赫茲至約40千赫茲或約5千赫茲至約20千赫茲)之頻率。
在某些實施例中，第一液體介質為油。舉例而言，第一液體介質為聚矽氧油、氟化油或其一組合。第一液滴可包含水溶液。水溶液可為(例如)鹽溶液或細胞培養基。
在某些實施例中，液體介質之第一液滴可包含至少一個微物件。舉例而言，第一液滴可包含生物微物件(例如，單一細胞)或捕獲珠粒(例如，1至20個捕獲珠粒)。捕獲珠粒可具有相關之材料之親和性，該等材料諸如生物細胞分泌物或核酸(例如，DNA、基因組DNA、粒線體DNA、RNA、mRNA、微小RNA或其任何組合)。
在某些實施例中，液體介質之第一液滴可包含反應劑。反應劑可為溶胞緩衝液、螢光標記、發光檢定反應 劑或類似者。溶胞緩衝液可包括非離子清潔劑(例如，小於0.2%之濃度)或蛋白分解酵素。蛋白分解酵素可為可失去活性的(例如，藉由加熱或特定抑制劑)。
在某些實施例中，處理微流體元件中之液滴之方法進一步包括：將液體介質之第二液滴引入至微流體電路中，其中第二液滴之液體不可混溶於第一液體介質中但與第一液滴之液體介質可混溶；藉由對第二液滴施加EW力而將第二液滴移動至微流體電路內之鄰近於第一液滴之位置；及將第二液滴與第一液滴合併以形成組合液滴。藉由對第二液滴及/或第一液滴施加EW力而可將第二液滴與第一液滴合併。
在某些實施例中，第一液滴包含生物微物件且第二液滴包含反應劑。含於第二液滴中之反應劑可選自由溶胞緩衝液、螢光標記及發光檢定反應劑組成之群。舉例而言，含於第二液滴中之反應劑可為溶胞緩衝液，且第一液滴中之生物微物件(例如，細胞)可在第一液滴與第二液滴合併後溶解。
在一些實施例中，處理微流體元件中之液滴之方法進一步包含將第三液滴、第四液滴等引入至微流體電路中，及對液滴施加EW力而將第三液滴、第四液滴等移動至微流體電路內之所需位置。第三液滴可移動至接近第一組合液滴之位置且隨後與第一組合液滴合併以形成第二組合液滴；第四液滴可移動至接近第二組合液滴之位置且隨後與第二組合液滴合併以形成第三組合液滴；等等。每一額 外液滴可含有不可混溶於第一液體介質中但與第一液滴(及/或第一組合液滴、第二組合液滴等)之液體介質可混溶的流體介質。
在一些實施例中，第一液滴可含有生物細胞且第二液滴可含有反應劑。反應劑可為在第一液滴及第二液滴合併時溶解生物細胞之細胞溶解緩衝液。替代地，反應劑可為螢光標記(例如，螢光標記抗體或其他親和性反應劑)或用於發光檢定之反應劑。第三液滴可含有反應劑，諸如具有相關之材料之親和性的一或多個(例如，兩個至二十個)捕獲珠粒。舉例而言，相關之材料可為抗體或核酸，諸如DNA、基因組DNA、粒線體DNA、RNA、mRNA、微小RNA或其任何組合。此類捕獲珠粒可視情況自設備導出已用於後續分析。第四液滴可(如同第二液滴及第三液滴)含有反應劑，諸如適用於執行反應之酵素混合物，該等反應諸如逆轉錄酶反應或全基因組擴增反應。
在某些實施例中，施加EW力以移動及/或合併液滴包含改變微流體元件之基座之頂面的接近液滴之區域之有效電潤濕特性。改變有效電潤濕特性可包括啟動微流體元件之基座中接近液滴位置處的EW電極(例如，光導層中之區域)。啟動微流體元件之基座中接近液滴位置處的EW電極可包括將光之一圖案導入至該微流體元件之該基座之接近該液滴的該光導層上。
本發明之實施例及額外態樣在以下之圖式及實施方式中將是顯而易見的。
100、250、700、800‧‧‧微流體元件
102‧‧‧殼體
104‧‧‧支撐結構
106‧‧‧流道
107‧‧‧通口
108‧‧‧微流體電路結構
109‧‧‧內表面
110‧‧‧蓋板
114‧‧‧框架
116‧‧‧微流體電路材料
120‧‧‧微流體電路
122、712、714‧‧‧微流體通道
124、126、128、130‧‧‧微流體封存圍欄
132‧‧‧微物件捕獲器
134‧‧‧側通路
150‧‧‧系統
152‧‧‧控制及監視設備
154‧‧‧主控制器
156‧‧‧控制模組
158‧‧‧記憶體
160‧‧‧介質模組
162‧‧‧動力模組
164‧‧‧成像模組
166‧‧‧傾斜模組
168‧‧‧其他模組
170‧‧‧顯示元件
172‧‧‧輸入/輸出元件
178‧‧‧介質源
180、722‧‧‧流體介質
190‧‧‧傾斜元件
192‧‧‧電源
194‧‧‧成像元件
200‧‧‧巢套
202‧‧‧插口
204‧‧‧電信號產生子系統
206‧‧‧熱控制子系統
208‧‧‧控制器
210、708‧‧‧介面
220‧‧‧印刷電路板總成
230‧‧‧流體路徑
232‧‧‧入口
234‧‧‧出口
240‧‧‧外殼
260‧‧‧串聯埠
300‧‧‧顯微鏡
302‧‧‧光源
304‧‧‧光調變子系統
306、324‧‧‧二向色濾光器
308‧‧‧物鏡
310‧‧‧鏡台
312‧‧‧樣本平面
322‧‧‧檢測器
332‧‧‧第二光源
336‧‧‧光束分光器
500‧‧‧SSOEW基板
502‧‧‧平面電極
502a‧‧‧導電層
502b‧‧‧支架
504‧‧‧光導層
506‧‧‧介電層
506a‧‧‧第一介電層
506b‧‧‧第二介電層
506c‧‧‧第三介電層
508‧‧‧網狀電極
510‧‧‧絕緣塗層
520、732‧‧‧液滴
702、704‧‧‧流體輸入
706‧‧‧液滴產生器
716、814、816‧‧‧腔室
720‧‧‧流體液滴
724‧‧‧第一流體介質
730‧‧‧微物件
圖1說明用於控制微流體元件之系統及相關聯控制設備的實例，該微流體元件可為單邊光電潤濕(SSOEW)元件。
圖2A說明支架之特定實施例，該支架可為系統之部分且可經組態以保持及操作性地與微流體元件耦接。
圖2B說明可為系統之部分的成像元件。
圖3A及圖3B說明根據本發明之一個實施例之SSOEW元件的一部分之剖示圖(圖3A)及橫截面圖(圖3B)。
圖4A說明在含水液滴定位於元件之表面上且電壓源放置於底部電極與上網狀電極之間時覆疊有展示SSOEW元件之電阻及電容部件之電路圖的圖3B之SSOEW元件。圖4B提供圖4A之電路圖之獨立視圖。
圖5A及圖5B說明根據本發明之一個實施例之單邊OEW元件的一部分之剖視圖(圖5A)及橫截面圖(圖5B)。
圖6A至圖6C說明圖5A及圖5B之SSOEW元件之含有網狀電極的介電層之替代實施例。圖6A展示具有組成網狀電極之「T」形狀之電線的介電層之橫截面圖。圖6B展示具有定位於藉由穿過兩個電線形成之每一頂點處的方形蓋之網狀電極之自上而下視圖。圖6C展示介電層之橫截面圖，其中網狀電極之電線由不同於側腹及覆蓋網狀電極之介電材料的介電材料支撐。
圖7為根據本發明之某些實施例之具有多個微流體通道、切斷微流體通道之腔室及液滴產生器的微流體設 備之自上而下視圖。在此實施例中，一個微流體通道含有含水介質(較淺色彩)，而連接至液滴產生器之微流體通道含有疏水性介質(較暗色彩)。腔室類似地含有含水介質抑或疏水性介質。
圖8為根據本發明之其他實施例之具有多個微流體通道、切斷微流體通道之腔室及液滴產生器的微流體設備之自上而下視圖。
圖9為展示可藉由具有網狀接地電極(具有給定間距)之SSOEW組態基板移動之液滴的最小體積之估值之圖表。圖表亦展示提供>90% EW力之最大電線寬度與給定間距。
圖10A至圖10B展示在根據本發明之某些實施例之SSOEW組態基板上移動的液滴之影像。影像描繪長方形移動(A(i)-(iii))及環形移動(B(i)-(iii))。
較佳實施例之詳細說明
本說明書描述本發明之例示性實施例及應用。然而，本發明並不限於此等例示性實施例及應用或限於例示性實施例及應用操作或在本文中被描述的方式。此外，該等圖可展示簡化或部分視圖，且圖中部件之尺寸可經放大或另外不成比例。另外，由於本文使用術語「在...上」、「附接至」、「連接至」、「耦接至」或類似詞語，因此一個部件(例如，材料、層、基板等)可「在...上」、「附接至」、「連接至」或「耦接至」另一元件，無論該一個部件是直接在其他部 件上、附接至、連接至或耦接至其他部件抑或在該一個元件與其他元件之間存在一或多個介入部件。另外，其中參考部件清單(例如，部件a、部件b、部件c)、此類參考意欲包括單獨所列部件中之任一者、所列部件之不到全部之任何組合，及/或所列部件中之全部之組合。
本說明書中之部分劃分僅用於易於檢閱且並不限制所論述之部件之任何組合。
如本文所使用，「實質上」意謂足以達成預期目的。術語「實質上」因此允許諸如將由領域中之一般技術者預期但並不可觀地影響總體效能的自絕對或完全狀態、尺寸、量測、結果或類似者之次要、不顯著變化。當關於數值值或可表示為數值值之參數或特性使用時，「實質上」意謂在百分之十內。
如本文所使用，術語「一個」意謂一個以上。如本文所使用，術語「複數個」可為2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個或以上。
如本文所使用，術語「安置」包涵在其意謂「定位」內。
如本文所使用，「微流體元件」或「微流體裝置」為包括經配置以保持流體之一或多個分散微流體電路之元件，每一微流體電路由流體互連電路部件組成，包括但不限於一或多個區域、流道、通道、腔室及/或圍欄。某些微流體元件(例如，包括蓋板之彼等)將進一步包括經配置以允許流體(及，視情況，存在於流體中之微物件或液滴)流入及 /或流出微流體元件之至少兩個通口。微流體元件之一些微流體電路將包括至少一個微流體通道及/或至少一個腔室。一些微流體電路將保持小於約1毫升(例如，小於約750、500、250、200、150、100、75、50、25、20、15、10、9、8、7、6、5、4、3或2微升)之流體之體積。在某些實施例中，微流體電路保持約1至2、1至3、1至4、1至5、2至5、2至8、2至10、2至12、2至15、2至20、5至20、5至30、5至40、5至50、10至50、10至75、10至100、20至100、20至150、20至200、50至200、50至250或50至300微升。
如本文所使用，「奈流體元件」或「奈流體裝置」為具有含有至少一個電路部件之微流體電路之一種類型的微流體元件，該至少一個電路部件經配置以保持小於約1微升(例如，小於約750、500、250、200、150、100、75、50、25、20、15、10、9、8、7、6、5、4、3、2、1奈升或以下)之流體之體積。通常，奈流體元件將包含複數個電路部件(例如，至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、50、75、100、150、200、250、300、400、500、600、700、800、900、1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000、4500、5000、6000、7000、8000、9000、10,000或以上)。 在某些實施例中，至少一個電路部件中之一或多者(例如，全部)經配置以保持約100微微升至1奈升、100微微升至2奈升、100微微升至5奈升、250微微升至2奈升、250微微升至5奈升、250微微升至10奈升、500微微升至5奈升、500微微升至10奈升、500微微升至15奈升、750微微升至10奈升、 750微微升至15奈升、750微微升至20奈升、1至10奈升、1至15奈升、1至20奈升、1至25奈升或1至50奈升之流體之體積。在其他實施例中，至少一個電路部件中之一或多者(例如，全部)經配置以保持約100至200奈升、100至300奈升、100至400奈升、100至500奈升、200至300奈升、200至400奈升、200至500奈升、200至600奈升、200至700奈升、250至400奈升、250至500奈升、250至600奈升或250至750奈升之流體之體積。
如本文所使用之「微流體通道」或「流動通道」係指微流體元件具有顯著地長於水平尺寸(及垂直尺寸，若微流體元件包括蓋板)之長度的流動區域。舉例而言，流動通道可為任一水平(或垂直)尺寸之長度的至少5倍，例如，長度的至少10倍、長度的至少25倍、長度的至少100倍、長度的至少200倍、長度的至少500倍、長度的至少1,000倍、長度的至少5,000倍或更長。在一些實施例中，流動通道之長度在自100,000微米至約500,000微米之範圍內，包括其間之任意範圍。在一些實施例中，水平尺寸在自約100微米至約1000微米(例如，約150至約500微米)之範圍內，且(若存在)垂直尺寸在自約25微米至約200微米(例如，自約40至約150微米)之範圍內。應注意，流動通道在微流體元件中可具有各種不同空間組態，且因此並不受限於極佳地線性部件。舉例而言，流動通道可為以下組態，或包括具有以下組態之一或多個區段：曲線、彎曲、螺旋、傾斜、下傾、叉(例如，多個不同流道)及其任何組合。另外，流動通道可 具有沿著其路徑擴寬及收縮以提供其中所需流體流量的不同橫截面面積。
如本文所使用，術語「障礙」通常係指足夠大以致部分(但不完全)阻礙目標微物件在微流體元件中之兩個不同區域或電路部件之間移動的凸塊或類似類型之結構。兩個不同區域/電路部件可為(例如)微流體封存圍欄及微流體通道，或在微流體封存圍欄之連接區域與隔離區域之間。
如本文所使用，術語「收縮」通常係指微流體元件中之電路部件(或兩個電路部件之間的介面)之寬度變窄。收縮可經定位於(例如)微流體封存圍欄與微流體通道之間的介面處，或微流體封存圍欄之隔離區域與連接區域之間的介面處。
如本文所使用，術語「透明」係指允許可見光穿過而無需實質上改變光按原樣穿過之材料。
如本文所使用，術語「微物件」通常係指可根據本發明操控之任何微觀物件。微物件之非限制性實例包括：無生命微物件，諸如微米粒子；微珠(例如，聚苯乙烯珠粒、LuminexTM珠粒或類似者)；磁性珠粒；微棒；微米絲；量子點及類似物；生物微物件，諸如細胞(例如，胚胎、卵母細胞、精子細胞、自組織解離之細胞、真核細胞、原生生物細胞、動物細胞、哺乳動物細胞、人類細胞、免疫細胞、融合瘤、經培養細胞、來自細胞株之細胞、癌細胞、感染細胞、經轉染及/或經轉化細胞、報告細胞、原核細胞及類似者)；生物細胞器；囊泡或複合物；合成囊泡；脂質 體(例如，從細胞膜標本合成或導出)；脂奈筏(如里奇(Ritchie)等人(2009年)「Reconstitution of Membrane Proteins in Phospholipid Bilayer Nanodiscs」酶學方法，464：211-231中所描述)及類似者；或無生命微物件及生物微物件之組合(例如，附接至細胞之微珠、塗覆脂質體之微珠粒、塗覆脂質體之磁性珠粒或類似者)。珠粒可進一步具有共價或非共價附接之其他部分/分子，諸如螢光標記、蛋白質、小分子傳信部分、抗原，或能夠用於檢定之化學/生物物質。
如本文所使用，術語「維持細胞」係指提供包含流體及流體及氣體組分兩者及(視情況)表面之環境，該環境提供保持細胞可存活及/或擴增之必需條件。
流體介質之「組分」為存在於介質中之任意化學或生物化學分子，包括溶劑分子、離子、小分子、抗生素、核苷酸及核苷、核酸、氨基酸、肽、蛋白質、糖、碳水化合物、脂質、脂肪酸、膽固醇、代謝物或類似者。
如本文參看流體介質所使用，「擴散」係指流體介質之組分沿濃度梯度之熱力學移動。
片語「介質之流動」意謂流體介質主要歸因於除擴散以外之任意機制的成批移動。舉例而言，介質之流動可涉及流體介質歸因於點之間的壓力差動自一點至另一點之移動。此流動可包括液體之連續、脈衝式、週期性、隨機、間歇或往復流動，或其任何組合。當一個流體介質流入另一流體介質中時，介質之擾動及混合可產生。
片語「實質上不流動」係指流體介質隨時間平均 之流動的速率小於材料(例如，相關之分析物)之組分擴散至流體介質中或其內的速率。此類材料之組分之擴散的速率可取決於(例如)溫度、組分之大小、組分與流體介質之間的相互作用之強度。
如本文參考微流體元件內之不同區域所使用，片語「流體連接」意謂，當不同區域實質上填充有流體(諸如流體介質)時，區域中之每一者中之流體經連接以致形成單一本體之流體。此並不意謂不同區域中之流體(或流體介質)在組成上必定相同。而是，微流體元件之不同流體連接區域中之流體可具有不同組合物(例如，不同濃度之溶解物，諸如蛋白質、碳水化合物、離子或其他分子)，該等組合物在流量中作為溶解物沿其各別濃度梯度移動及/或經由元件流體流動。
微流體(或奈流體)元件可包含「波及」區域及「未波及」區域。如本文所使用，「波及」區域由微流體電路之一或多個流體互連電路部件組成，該等電路部件中之每一者在流體流過微流體電路時經歷介質之流動。波及區域之電路部件可包括(例如)區域、通道及腔室中之全部或部分。如本文所使用，「未波及」區域由微流體電路之一或多個流體部件組成，該等電路部件中之每一者在流體流過微流體電路時實質上不經歷液體之流量。未波及區域可流體連接至波及區域，其條件是流體連接經結構化以使得能夠擴散但實質上在波及區域及未波及區域之間的介質不流動。微流體元件可因此經結構化以實質上將未波及區域與波及區 域中之流動之介質分離，同時使得能夠在波及區域與未波及區域之間實質上僅擴散流體連通。舉例而言，微流體元件之流動通道為波及區域之實例，而微流體元件之隔離區域(在下文中進一步詳細描述)為未波及區域之實例。
如本文所使用，「流道」係指定義及經受介質之流動之軌線的一或多個流體連接電路部件(例如，一或多個通道、區域、腔室及類似者)。流道因此為微流體元件之波及區域之實例。其他電路部件(例如，未波及區域)可與包含流道之電路部件流體連接，而無需經受流道中之介質之流動。
生物微物件(例如，生物細胞)之產生特定生物材料(例如，蛋白質，諸如抗體)之能力可在此類微流體元件中檢定。在檢定之一特定實施例中，包含經檢定以用於生產相關之分析物的生物微物件(例如，細胞)之樣本材料可裝入微流體元件之波及區域中。可針對特定特性選擇生物微物件(例如，哺乳動物細胞，諸如人類細胞)中之一者並將其安置於未波及區域中。其餘樣本材料可隨後從波及區域流出且檢定材料流入至波及區域中。由於所選生物微物件在未波及區域中，所選生物微物件實質上未受其餘樣本材料之流出或檢定材料之流入影響。所選生物微物件可允許產生相關之分析物，該分析物可自未波及區域擴散至波及區域中，其中相關之分析物可與檢定材料反應以產生局部可檢測反應，該等反應中之每一者可與特定未波及區域相關。與檢測到的反應相關聯之任意未波及區域可經分析以判定 未波及區域中之生物微物件之哪些(若存在)為相關之分析物的足夠產生者。
用於操作及觀測此類元件之微流體元件及系統。圖1說明可用於控制本發明之常例中之微流體元件100(諸如SSOEW元件)的系統150之實例。微流體元件100之透視圖展示部分切割之蓋板110以提供微流體元件100中之局部視圖。當然，蓋板110可不始終存在，或可存在於微流體元件100之部分上但不存在於微流體元件100之另一部分上。微流體元件100通常包含微流體電路120，該微流體電路包含流道106，流體介質180可經由該流道流動，視情況將一或多個液滴(圖中未展示)及/或一或多個微物件(圖中未展示)攜載至微流體電路120中及/或經由該微流體電路。儘管圖1中繪示單一微流體電路120，合適微流體元件可包括複數(例如，2或3)個此類微流體電路。無論如何，微流體元件100可經組態為奈流體元件。在圖1中所繪示的實施例中，微流體電路120包含複數個微流體封存圍欄124、126、128及130，每一者在與流道106連通之流體中具有一或多個開口。如以下進一步論述，微流體封存圍欄包含已經優化以用於封存及分離微流體元件(諸如微流體元件100)中之液滴及/或微物件的各種特徵及結構，即使當介質180流過流道106時。
如圖1中大體上所繪示，微流體電路120由殼體102定義。殼體102經描繪為包含支撐結構104(例如，基座)、微流體電路結構108及蓋板110。然而，殼體102可以 物理方式結構化為不同組態；如以上所提及，微流體元件100在支撐結構104之部分或全部上方可不具有蓋板110。無論如何，支撐結構104、微流體電路結構108及蓋板110可附接至彼此。舉例而言，微流體電路結構108可安置於支撐結構104之內表面109上，且蓋板110可安置在微流體電路結構108上。連同支撐結構104及蓋板110，微流體電路結構108可定義微流體電路120之部件。替代地，若微流體元件不具有蓋板110，則微流體電路結構108可安置於支撐結構104之內表面109上，且支撐結構104及微流體電路結構108共同可定義微流體電路120之部件。
可存在各自包含進入或離開殼體102之通道的一或多個通口107。通道之實例包括閥門、閘門、直通孔或類似者。如所說明，通口107為由微流體電路結構108中之間隙產生的直通孔。然而，通口107可位於殼體102之其他組件中，諸如蓋板110(若存在)。圖1中僅繪示一個通口107，但微流體電路120可具有兩個或兩個以上通口107。舉例而言，可存在充當流體進入微流體電路120之入口的第一通口107，且可存在充當流體離開微流體電路120之出口的第二通口107。通口107充當入口或出口可取決於流體流經流道106的方向。
支撐結構104可包含一或多個電極(圖中未展示)及基板或複數個互連基板。舉例而言，支撐結構104可包含一或多個半導體基板，該一或多個半導體基板中之每一者電連接至一或多個電極(例如，該等半導體基板中之全部或 子集可電連接至共同電極)。支撐結構104可進一步包含印刷電路板總成(「PCBA」)。舉例而言，半導體基板可安裝在PCBA上。
微流體電路結構108可定義微流體電路120之電路部件。此類電路部件可包含在微流體電路120填充有或另外含有流體時可流體互連之空隙或區域，諸如流動通道、腔室、圍欄、捕獲器及類似者。在圖1中所繪示之微流體電路120中，微流體電路結構108包含框架114及微流體電路材料116。框架114可部分或完全圍封微流體電路材料116。框架114可為(例如)實質上圍繞微流體電路材料116之相對剛性結構。舉例而言，框架114可包含金屬材料。
微流體電路材料116可經圖案化由空腔或類似者以定義微流體電路120之電路部件及互連。微流體電路材料116可包含氣體可滲透之可撓性材料，諸如可撓性聚合物(例如，橡膠、塑膠、彈性體、矽酮、聚二甲基矽氧烷(「PDMS」)或類似者。可組成微流體電路材料116之材料的其他實例包括模製玻璃、諸如矽酮(例如，光可圖案化矽酮)之可蝕刻材料、光致抗蝕劑(例如，SU8)或類似者。在一些實施例中，此類材料(且因此微流體電路材料116)可為剛性及/或實質上氣體不可滲透的。無論如何，微流體電路材料116可安置於支撐結構104上及框架114內部。
蓋板110(若存在)可為框架114及/或微流體電路材料116之整合部分。替代地，蓋板110可為結構獨特之部件，如圖1中所繪示。蓋板110可包含與框架114及/或微流體 電路材料116相同或不同材料。類似地，支撐結構104可為與如所說明之框架114或微流體電路材料116分離的結構，或為框架114或微流體電路材料116之整合部分。類似地，框架114及微流體電路材料116可為如圖1中所展示之單獨結構或相同結構之整合部分。
在一些實施例中，蓋板110(若存在)可包含可刺穿及/或可變形材料。舉例而言，蓋板可包含可撓性聚合物，諸如橡膠、塑膠、彈性體、矽酮、聚二甲基矽氧烷(「PDMS)」或類似者。在其他實施例中，蓋板110可包含剛性材料。剛性材料可為玻璃或具有類似性質之材料。在一些實施例中，蓋板110可包含剛性材料及可刺穿/可變性材料兩者。舉例而言，蓋板110之一或多個部分(例如，定位於封存圍欄124、126、128、130內之一或多個部分)可包含與蓋板110之剛性材料介接之可變形材料。在一些實施例中，蓋板110或其之部分可進一步包括一或多個電極。一或多個電極可包含可塗覆於玻璃或類似剛性絕緣材料上之導電氧化物，諸如氧化銦錫(ITO)。替代地，一或多個電極可為嵌入諸如聚合物(例如，PDMS)之可變形材料中之可撓性電極，諸如單壁式奈米管、多壁式奈米管、奈米線、導電奈米粒子之群集或其組合。舉例而言，U.S.2012/0325665(邱(Chiou)等人)中已描述可用於微流體元件中之可撓性電極，所述文獻之內容以引用之方式併入本文中。在一些實施例中，蓋板110可經修改(例如，藉由調節朝內面向微流體電路120之表面的全部或部分)以支撐細胞黏著、生存率 及/或生長。修改可包括塗覆合成或天然聚合物。在一些實施例中，蓋板110及/或支撐結構104可透光。蓋板110亦可包括氣體可滲透之至少一個材料(例如，PDMS或PPS)。
圖1亦展示用於操作及控制諸如微流體元件100之微流體元件之系統150。如所繪示之系統150包括電源192、成像元件194及傾斜元件190。
電源192可將電力提供至微流體元件100及/或傾斜元件190，按需要提供偏壓電壓或電路。電源192可(例如)包含一或多個交流電(AC)及/或直流電(DC)電壓或電流源。成像元件194可包含用於捕獲微流體電路120內部影像之元件，諸如數位攝影機。在一些情況下，成像元件194進一步包含具有快速圖框速率及/或高靈敏度(例如，對於低光應用)之檢測器。成像元件194亦可包括用於將刺激輻射及/或光束導入至微流體電路120中且收集自微流體電路120(或其中所含之微物件)反射或發射之輻射及/或光束的機構。所發射之光束可位於可見光譜中及可(例如)包括螢光發射物。所反射之光束可包括源自諸如汞燈(例如，高壓汞燈)或氙弧燈之LED或寬光譜燈的反射發射物。如關於圖3所論述，成像元件194可進一步包括可或可未包含目鏡之顯微鏡(或光學元件串)。
系統150進一步包含經配置以圍繞一或多個旋轉軸旋轉微流體元件100之傾斜元件190。在一些實施例中，傾斜元件190經配置以圍繞至少一個軸支撐及/或保持包含微流體電路120之殼體102，使得微流體元件100(且因此微 流體電路120)可保持在水平定向(亦即，相對於x及y軸0°)、垂直定向(亦即，相對於x軸及/或y軸90°)或其間任意定向上。微流體元件100(及微流體電路120)相對於軸之定向在本文中被稱作微流體元件100(及微流體電路120)之「傾角」。舉例而言，傾斜元件190可使微流體元件100相對於x軸傾斜0.1°、0.2°、0.3°、0.4°、0.5°、0.6°、0.7°、0.8°、0.9°、1°、2°、3°、4°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°、90°或其間任意程度。水平定向(且因此x及y軸)被定義為垂直於藉由重力定義之縱軸。傾斜元件亦可使微流體元件100(微流體電路120)相對於x軸及/或y軸傾斜大於90°之任意角度，或使微流體元件100(及微流體電路120)相對於x軸或y軸傾斜180°，以充分反轉微流體元件100(及微流體電路120)。類似地，在一些實施例中，傾斜元件190使微流體元件100(及微流體電路120)圍繞藉由流道106定義之旋轉軸或微流體電路120之一些其他部分傾斜。
在一些情況下，微流體元件100傾斜成垂直定向使得流道106定位在一或多個封存圍欄上方或下方。如本文所使用，術語「上方」表示流道106在藉由重力定義之縱軸上定位於高於一或多個封存圍欄(亦即，在流道106以上之封存圍欄中之物件將具有比流道中之物件更高之重力位能)。如本文所使用，術語「下方」表示流道106在藉由重力定義之縱軸上定位於低於一或多個封存圍欄(亦即，流道106下方之封存圍欄中之物件將具有比流道中之物件更低 之重力位能)。
在一些情況下，傾斜元件190使微流體元件100圍繞平行於流道106之軸傾斜。此外，微流體元件100可傾斜小於90°之角度使得流道106定位於一或多個封存圍欄上方或下方，而無需定位於封存圍欄之正上方或正下方。在其他情況下，傾斜元件190使微流體元件100圍繞垂直於流道106之軸傾斜。在又其他情況下，傾斜元件190使微流體元件100圍繞既不平行亦不垂直於流道106之軸傾斜。
系統150可進一步包括介質源178。介質源178(例如，容器、儲集器或類似者)可包含多個區段或容器，每一者用於保持不同流體介質180。因此，介質源178可為與微流體元件100分離及外部之元件，如圖1中所繪示。替代地，介質源178可整個或部分位於微流體元件100之殼體102內部。舉例而言，介質源178可包含儲集器，該等儲集器為微流體元件100之部分。流體介質可為疏水性介質，諸如油(例如，聚矽氧油、氟化油狀或其一組合；或親水性介質，諸如水溶液(例如，鹽溶液或細胞培養基)。
圖1亦說明描繪控制及監視設備152之實例之簡化方塊圖，該控制及監視設備組成系統150之部分且可結合微流體元件100利用。如圖中所展示，此類控制及監視設備152之實例包括：主控制器154，其包含用於控制介質源178之介質模組160；動力模組162，其用於控制微流體電路120中之微物件(圖中未展示)及/或介質(例如，介質之液滴)的移動及/或選擇；成像模組164，其用於控制用於捕獲影像(例 如，數位影像)之成像元件194(例如，攝影機、顯微鏡、光源或其任何組合)；及傾斜模組166，其用於控制傾斜元件190。控制設備152亦可包括用於控制、監視或執行關於微流體元件100之其他功能之其他模組168。如圖中所展示，設備152可進一步包括顯示元件170及輸入/輸出元件172。
主控制器154可包含控制模組156及數位記憶體158。控制模組156可包含(例如)數位處理器，該數位處理器經配置以根據作為非暫時性資料或信號儲存於記憶體158中之機器可執行指令(例如，軟體、韌體、原始程式碼或類似者)操作。替代地或另外，控制模組156可包含固線式數位電路及/或模擬類比電路。介質模組160、動力模組162、成像模組164、傾斜模組166及/或其他模組168可類似地組態。因此，關於微流體元件100或任何其他微流體裝置執行之本文中論述的程序之功能、程序行為、動作或步驟可藉由如上文所論述組態之主控制器154、介質模組160、動力模組162、成像模組164、傾斜模組166及/或其他模組168中之任何一或多者執行。類似地，主控制器154、介質模組160、動力模組162、成像模組164、傾斜模組166及/或其他模組168可通信耦接以傳輸及接收用於本文中所論述之任何功能、程序、行為、動作或步驟的資料。
介質模組160控制介質源178。舉例而言，介質模組160可控制介質源178以將所選流體介質180輸入至殼體102中(例如，經由入口端107或直接引入至殼體102中)。介質模組160亦可控制自殼體102移除介質(例如，經由出口端 (圖中未展示)或直接移除)。一或多個介質可因此選擇性地輸入至微流體電路120中或自其移除。介質模組160亦可控制微流體電路120內部之流道106中之流體介質180的流動。舉例而言，在一些實施例中，介質模組160在執行一些其他操作(諸如使用光電潤濕力或其他類型之力(例如，介電泳或重力)移動殼體102內之液滴及/或微物件)之前阻止流道106中及經由殼體102之介質180的流動。
動力模組162可經組態以控制微流體電路120中之液滴及/或微物件(圖中未展示)之選擇、捕獲及移動。如下文所論述殼體102可包含光電潤濕(OEW)、介電泳(DEP)及/或光電鑷子(OET)組態(圖1中未展示)，且動力模組162可控制啟動電極及/或電晶體(例如，光電晶體)以選擇及移動流道106及/或封存圍欄124、126、128、130中之微物件(圖中未展示)及/或介質(圖中未展示)之液滴。
成像模組164可控制成像元件194。舉例而言，成像模組164可接收及處理來自成像元件194之影像資料。來自成像元件194之影像資料可包含藉由成像元件194捕獲之任意類型之資訊(例如，存在或不存在介質之液滴、微物件或類似者)。使用藉由成像元件194捕獲之資訊，成像模組164可進一步計算物件(例如，微物件、介質之液滴)之位置及/或此類物件在微流體元件100內運動之速率。
傾斜模組166可控制傾斜元件190之傾斜動作。替代地或另外，傾斜模組166可控制傾斜率及時序，以使微物件經由重力至一或多個封存圍欄之傳送達最佳。傾斜模組 166與成像模組164通信耦接以接收描述微流體電路120中之微物件及/或介質之液滴的運動之資料。使用此資料，傾斜模組166可調整微流體電路120之傾角，以調整微物件及/或介質之液滴在微流體電路120中移動之速率。傾斜模組166亦可使用此資料反覆地調整微物件及/或介質之液滴在微流體電路120中之位置。
在圖1中所展示之實例中，微流體電路120經繪示為包含微流體通道122及封存圍欄124、126、128、130。每一圍欄包含至通道122之開口，但另外經封裝使得圍欄可實質上將圍欄內部之液滴及/或微物件與通道122之流道106或其他圍欄中之流體介質180、液滴及/或微物件分離。在一些情況下，圍欄124、126、128、130經配置以將一或多個液滴及/或微物件以物理方式聚集在微流體電路120內。根據本發明之封存圍欄可包含經最佳化以適用於OEW、DEP、OET及/或重力之各種形狀、表面及特徵，如下文將論述。
微流體電路120可包括任何數目之微流體封存圍欄。儘管展示五個封存圍欄，但微流體電路120可具有更少或更多個封存圍欄。如所展示，微流體電路120之微流體封存圍欄124、126、128及130各自包含不同特徵及形狀，該等特徵及形狀可提供可用於操縱液滴及/或微物件之一或多個優勢。在一些實施例中，微流體電路120包含複數個相同微流體封存圍欄。在一些實施例中，微流體電路120包含複數個微流體封存圍欄，其中封存圍欄中之兩者或以上包 含提供不同優勢之不同結構及/或特徵。舉例而言，根據本發明之微流體封存圍欄可經組態以分離用於處理細胞(例如，用於核酸提取及/或處理)、用於細胞培養之分離細胞的液滴，及/或分離細胞組分，諸如用於處理及/或擴增之核酸、蛋白質或代謝物。
在圖1中所繪示之實施例中，展示單一通道122及流道106。然而，其他實施例可含有多個通道122，每一者經組態以包含流道106。微流體電路120進一步包含與流道106及流體介質180流體連通之進口閥或通口107，從而流體介質180可經由入口端107接入通道122。在一些情況下，流道106包含單一路徑。在一些情況下，單一路徑以Z形圖案配置，從而流道106橫跨微流體元件100以交替方向行進兩次或大於兩次。
在一些情況下，微流體電路120包含複數個平行通道122及流道106，其中每一流道106內之流體介質180在同一方向上流動。在一些情況下，每一流道106內之流體介質在前向或反向方向中之至少一者上流動。在一些情況下，複數個封存圍欄經組態(例如，相對於通道122)，使得其同時可裝載有液滴及/或目標微物件(例如，細胞)。
在一些實施例中，微流體電路120進一步包含一或多個微物件捕獲器132。捕獲器132大體上形成於形成通道122之邊界的壁中，且可相對微流體封存圍欄124、126、128、130中之一或多者之開口而定位。在一些實施例中，捕獲器132經組態以自流道106接收或捕獲單一液滴或微物 件。在一些實施例中，捕獲器132經組態以自流道106接收或捕獲複數個液滴或微物件。在一些情況下，捕獲器132包含大約等於單一液滴或目標微物件之體積的體積。
捕獲器132可進一步包含開口183，該開口經配置以輔助液滴或目標微物件流動至捕獲器132中。在一些情況下，捕獲器132包含具有大約等於單一目標微物件之尺寸之寬度(及，視情況，高度)的開口，由此防止較大液滴或微物件進入微物件捕獲器中。捕獲器132可進一步包含經組態以幫助將液滴或目標微物件阻留在捕獲器132內之其他特徵。在一些情況下，捕獲器132相對於微流體封存圍欄之開口經對準且位於通道122之相對側上，使得當圍繞平行於通道122之軸傾斜微流體元件100時，所捕獲之液滴或微物件以使微物件落入封存圍欄之開口中之軌線離開捕獲器132。在一些情況下，捕獲器132包含小於目標微物件之側通路134，以促進經由捕獲器132之流體且因此增大在捕獲器132中捕獲到微物件之可能性。
在一些實施例中，光電濕潤(OEW)力經由一或多個電極(圖中未展示)而施加至微流體元件100之支撐結構104(及/或蓋板110)中之一或多個位置(例如，有助於定義流道及/或封存圍欄之位置)，以操控、傳輸、分離及分類位於微流體電路120中之液滴。舉例而言，在一些實施例中，OEW力施加至支撐結構104(及/或蓋板110)中之一或多個位置，以將來自流道106之單一液滴傳送至所需微流體封存圍欄中。在一些實施例中，OEW力用於防止封存圍欄(例如，封 存圍欄124、126、128或130)內之液滴自此被取代。另外，在一些實施例中，OEW力用於選擇性地移除來自封存圍欄之液滴，該液滴先前根據本發明之教示採集。
在其他實施例中，介電泳(DEP)力經由一或多個電極(圖中未展示)橫跨流體介質180(例如，在流道中及/或在封存圍欄中)而施加，以操控、傳輸、分離及分類定位於其中之微物件。舉例而言，在一些實施例中，DEP力施加至微流體電路120之一或多個部分，以將來自流道106之單一微物件傳送至所需微流體封存圍欄中。在一些實施例中，DEP力用於防止封存圍欄(例如，封存圍欄124、126、128或130)內之微物件自此被取代。另外，在一些實施例中，DEP力用於選擇性地移除來自封存圍欄之微物件，該微物件先前根據本發明之教示採集。在一些實施例中，DEP力包含光電鑷子(OET)力。
在一些實施例中，DEP及/或OEW力與其他力(諸如流體力及/或重力)合併以便操控、傳輸、分離及分類微流體電路120內微物件及/或液滴。舉例而言，殼體102可(例如，藉由傾斜元件190)傾斜至流道106及微物件定位其中在微流體封存圍欄上方之位置，且重力可將微物件及/或液滴傳輸至圍欄中。在一些實施例中，DEP及/或OEW力可在其他力之前施加。在其他實施例中，DEP及/或OEW力可在其他力之後施加。在又其他情況下，DEP及/或OEW力可與其他力同時或與其他力以交替方式施加。
各種光激電動元件在所屬領域中是已知的，包括 具有光電鑷子(OET)組態之元件及具有光電濕潤(OEW)組態之元件。OET組態之實例在美國專利文獻中說明，該等專利文獻中之每一者以全文引用的方式併入本文中：美國專利第RE 44,711號(吳(Wu)等人)(最初發佈為美國專利第7,612,355號)；及美國專利第7,956,339號(奧塔(Ohta)等人)。OEW組態之實例在美國專利第6,958,132號(邱等人)及美國專利申請公開案第2012/0024708號(邱等人)中說明，兩者以全文引用之方式併入本文中。光激電動元件之又另一個實例包括組合OET/OEW組態，該組態之實例在美國專利公開案第20150306598號(堪卓思(Khandros)等人)及第20150306599號(堪卓思等人)以及其對應PCT公開案WO2015/164846及WO2015/164847中展示，以上所有者以全文引用之方式併入本文中。
圖2A至圖2D展示系統150之各種實施例，該系統可用於操作及觀測根據本發明之微流體元件(例如，100)。如圖2A中所繪示，系統150可包括經組態以保持及與微流體元件250操作性地耦接之結構(「巢套」)200，該微流體元件可為本文所描述之微流體元件。巢套200可包括能夠與微流體元件250(例如，光激電動元件，諸如具有SSOEW組態之微流體元件)介接且提供自電源192至微流體元件250之電連接的插口202。巢套200可進一步包括整合式電信號產生子系統204。電信號產生子系統204可經組態以將偏壓電壓供應至插口202，使得偏壓電壓在微流體元件250藉由插口202保持時橫跨該微流體元件中之電極對而施加。因此，電 信號產生子系統204可為電源192之部分。將偏壓電壓施加至微流體元件250之能力並不意謂當微流體元件250藉由插口202保持時總是將施加偏壓電壓。而是，在大多數情況下，偏壓電壓將間歇地(例如，僅視需要)施加，以在微流體元件250中促進諸如電潤濕或介電泳之電動力產生。
如圖2A中所繪示，巢套200可包括印刷電路板總成(PCBA)220。電信號產生子系統204可安裝在PCBA 220上且電整合至其中。例示性支架亦包括安裝於PCBA 320上之插口202。
通常，電信號產生子系統204將包括波形產生器(圖中未展示)。電信號產生子系統204可進一步包括示波器(圖中未展示)及/或經組態以放大自波形產生器接收之波形的波形放大電路(圖中未展示)。示波器(若存在)可經組態以量測供應至藉由插口202保持之微流體元件250的波形。在某些實施例中，示波器量測接近微流體元件250之位置(及波形產生器遠側)處之波形，因此確保量測實際上施加至元件之波形的更大精確性。獲自示波器量測之資料可(例如)作為回饋提供至波形產生器，且波形產生器可經組態以基於此類回授調整其輸出。適合之組合波形產生器及示波器之實例為Red PitayaTM。
在某些實施例中，巢套200進一步包含控制器208，諸如用於感測及/或控制電信號產生子系統204之微處理器。適合之微處理器的實例包括ArduinoTM微處理器，諸如ArduinoNanoTM。控制器208可用於執行功能及分析，或 可與外部主控制器154(圖1中所展示)通信以執行功能及分析。在圖2A中所繪示之實施例中，控制器208經由介面210(例如，插頭或連接器)與主控制器154通信。
在一些實施例中，巢套200可包含：電信號產生子系統204，其包含RedPitayaTM波形產生器/示波器單元(「RedPitayaTM單元」)；及波形放大電路，其放大由Red PitayaTM單元產生之波形且將經放大電壓傳送至微流體元件100。在一些實施例中，Red PitayaTM單元經配置以量測微流體元件250處之經放大電壓，且隨後視需要調整自身輸出電壓使得微流體元件250處之量測電壓為所需值。在一些實施例中，波形放大電路可具有由安裝於PCBA 220上之DC-DC轉換器對產生之+6.5V至-6.5V電源，從而在微流體元件250處產生至多13Vpp。
如圖2A中所繪示，巢套200可進一步包括熱控制子系統206。熱控制子系統206可經組態以調控藉由巢套200保持之微流體元件250之溫度。舉例而言，熱控制子系統206可包括帕耳帖熱電元件(圖中未展示)及一冷卻單元(圖中未展示)。帕耳帖熱電元件可具有經組態以與微流體元件250之至少一個表面介接的第一表面。冷卻單元可為(例如)冷卻區塊(圖中未展示)，諸如液體冷卻之鋁區塊。帕耳帖熱電元件之第二表面(例如，與第一表面相對之表面)可經組態以與此類冷卻區塊之表面介接。冷卻可連接至流體路徑230，該流體路徑經組態以經由冷卻區塊循環冷卻流體。在圖2A中所繪示之實施例中，巢套200包含入口232及出口234以自外 部儲集器(圖中未展示)接收冷卻流體、將冷卻流體引入至流體路徑230中及通過冷卻區塊，及隨後將冷卻流體返回至外部儲集器。在一些實施例中，帕耳帖熱電元件、冷卻單元及/或流體路徑230可安裝於巢套200之外殼240上。在一些實施例中，熱控制子系統206經組態以調控帕耳帖熱電元件之溫度，以便達成微流體元件250之目標溫度。帕耳帖熱電元件之溫度調節可(例如)藉由諸如PololuTM熱電電源(波羅陸機器人及電子裝置公司(Pololu Robotics and Electronics Corp.))之熱電電源達成。熱控制子系統206可包括回饋電路，諸如由類比電路提供之溫度值。替代地，回饋電路可由數位電路提供。
在一些實施例中，巢套200可包括具有回饋電路之熱控制子系統206，該回饋電路為包括電阻(例如，具有阻抗1千歐姆+/-0.1%，溫度係數+/-0.02ppm/C0)及aNTC熱敏電阻(例如，具有標稱阻抗1千歐姆+/-0.01%)之類比電壓分壓器電路。在一些情況下，熱控制子系統206利用回饋電路量測電壓，且隨後使用所計算之溫度值作為機載PID控制環路演算法之輸入。來自PID控制環路演算法之輸出可驅動(例如)PololuTM電動機驅動(圖中未展示)上之方向及脈衝寬度調製信號接腳兩者，以致動熱電電源，因此控制帕耳帖熱電元件。
巢套200可包括允許控制器208之微處理器經由介面210與外部主控制器154通信之串聯埠260。另外，控制器208之微處理器可(例如，經由普林可(Plink)工具(圖中未 展示))與電信號產生子系統204及熱控制子系統206通信。因此，經由控制器208、介面210及串聯埠260之組合，電信號產生子系統208及熱控制子系統206可與外部主控制器154通信。以此方式，主控制器154可(除其他之外)藉由執行縮放計算而輔助電信號產生子系統208進行輸出電壓調節。經由耦接至外部主控制器154之顯示元件170而提供之圖形使用者介面(GUI)可經組態以分別標繪獲自熱量控制子系統206及電信號產生子系統208之溫度及波形資料。替代地或另外，GUI可允許更新控制器208、熱控制子系統206及電信號產生子系統204。
如上文所論述，系統150可包括成像元件194。在一些實施例中，成像元件194包含光調變子系統304。光調變子系統304可包括數位鏡面元件(DMD)或微遮光片陣列系統(MSA)，上述中之任一者可經組態以自光源302接收光且將所接收之光之子集傳輸至顯微鏡300之光學元件串中。替代地，光調變子系統304可包括產生其自身光之元件(且因此無需光源302)，諸如有機發光二極體顯示器(OLED)、矽上液晶(LCOS)元件、矽上強誘電性液晶元件(FLCOS)或透射式液晶顯示器(LCD)。光調變子系統304可為(例如)投影儀。因此，光調變子系統304可能夠發結構化及非結構化光兩者。適合之光調變子系統304之一個實例為來自TechnologiesTM之MosaicTM系統。在某些實施例中，系統150之成像模組164及/或動力模組162可控制光調變子系統304。
在某些實施例中，成像元件194進一步包含顯微鏡300。在此等實施例中，巢套200及光調變子系統304可單獨地經組態以安裝於顯微鏡300上。顯微鏡300可為(例如)光顯微鏡或螢光顯微鏡。因此，巢套200可經組態以安裝於顯微鏡300之鏡台310上，及/或光調變子系統304可經組態以安裝於顯微鏡300之埠。在其他實施例中，本文所描述之巢套200及光調變子系統304可為顯微鏡300之整合組件。
在某些實施例中，顯微鏡300可進一步包括一或多個檢測器322。在一些實施例中，檢測器422由成像模組164控制。檢測器322可包括目鏡、電荷耦合元件(CCD)、攝影機(例如，數位攝影機)或其任何組合。若存在至少兩個檢測器322，則一個檢測器可為(例如)快速圖框速率攝影機而另一檢測器可為高靈敏度攝影機。此外，顯微鏡300可包括經組態以接收自微流體元件250反射及/或發射之光且將所反射及/或所發射之光集中於一或多個檢測器322上的光學元件串。顯微鏡之光學元件串亦可包括用於不同檢測器之不同鏡筒透鏡(圖中未展示)，使得每一檢測器之最終放大倍率可不同。
在某些實施例中，成像元件194經組態以使用至少兩個光源。舉例而言，第一光源302可用於產生結構化光(例如，經由光調變子系統304)，且第二光源332可用於提供非結構化光。第一光源302可產生結構化光以用於光激電動及/或螢光激勵，且第二光源332可用於提供亮視野照明。在此等實施例中，動力模組162可用於控制第一光源304且 成像模組164可用於控制第二光源332。顯微鏡300之光學元件串可經組態以進行以下操作：(1)當微流體元件藉由巢套200保持時，自光調變子系統304接收結構化光且將結構化光集中於該元件(諸如光激電動元件(例如，具有SSOEW組態之微流體元件))中之至少一第一區域上，及(2)接收自微流體元件反射及/或發射之光且將此反射及/或發射之光之至少一部分集中到檢測器322上。當微流體元件藉由巢套200保持時，光學元件串可經進一步組態以自第二光源接收非結構化光且將非結構化光集中於該元件之至少一第二區上。在某些實施例中，微流體元件之第一區域及第二區域可為重疊區域。舉例而言，第一區域可為第二區域之子集。
在圖2B中，展示將光供應至光調變子系統304之第一光源302，該光調變子系統將結構化光提供至顯微鏡300之光學元件串。展示經由光束分光器336將非結構化光提供至第二光源332之光學元件串。來自光調變子系統304之結構化光及來自第二光源332之非結構化光自光束分光器336經由光學元件串共同行進以到達第二光束分光器336(或二向色濾光器306，視由光調變子系統304提供之光而定)，其中光經由物鏡308向下反射至樣本平面312。自樣本平面312反射及/或發射之光隨後經由物鏡308、經由光束分光器/二向色濾光器306返回行進至二向色濾光器324。到達二向色濾光器324之光的僅一部分穿過及達到檢測器322。
在一些實施例中，第二光源332發射藍光。藉由適當之二向色濾光器324，自樣本平面312反射之藍光能夠 穿過二向色濾光器324且到達檢測器322。對比而言，來自光調變子系統304之結構化光自樣本平面312反射，但並不穿過二向色濾光器324。在此實例中，二向色濾光器324正在濾出具有長於495奈米之波長的可見光。若自光調變子系統發射之光不包括短於495奈米之任一波長，則自光調變子系統304如此濾出之光將僅為完整的(如圖中所展示)。實務上，若來自光調變子系統304之光包括短於495奈米之波長(例如，藍光波長)，則來自該光調變子系統之光中之一些將穿過濾光器324到達檢測器322。在此具體實例中，濾光器324起作用以更改來自第一光源302及第二光源332到達檢測器322之光量之間的平衡。若第一光源302比第二光源332顯著地更強，則此可為有益的。在其他實施例中，第二光源332可發出紅光，且二向色濾光器324可濾出除紅光以外之可見光(例如，具有短於650奈米之波長之可見光)。
具有單邊光電濕潤(SSOEW)組態之基板。在一些實施例中，本發明之SSOEW基板可包括平面電極、光導(或光敏)層、介電層、網狀電極及疏水性塗層。圖3A至圖3B中展示本發明之SSOEW基板500之實例。光導層504可插入於平面電極502與介電層506之間；及網狀電極508可鄰接介電層之頂面(亦即，與接觸光導層之側相對的表面)。絕緣塗層510可遮蓋介電層506，以及未嵌入於介電層506中之網狀電極508之任何部分。
介電層506可為單層(如圖3A至圖3B中所描繪)且可包含氧化物，基本上由其組成或由其組成。氧化物可具 有約5至約15(例如，約7.5至約12.5，或約9至約11.5)之介電常數。作為一實例，氧化物可為金屬氧化物，諸如氧化鋁或氧化鉿。介電層506可(例如)藉由原子層沈積(ALD)形成。使用ALD以用於形成介電層506(或其部分，如下文進一步論述)可為有利的，因為其沈積成具有嚴格控制之厚度的保形薄膜，該等薄膜實質上無針孔(亦即，經由介電層幾乎沒有電短路)。
替代地，介電層506可具有多層(或「複合」)結構，該結構包括2、3或更多層，該等層中之每一者包含介電材料。舉例而言，如圖5A至圖5B及圖6C中所展示，介電層506可具有第一介電層506a及第二介電層506b，其中第一介電層506a之底面鄰接光導層504。網狀電極可插入於雙層複合介電層506之第一介電層506a與第二介電層506b之間，如圖中所展示。然而，此並非要求，因為網狀電極可停置在(例如，鄰接於)第二介電層506b之頂面上。
雙層複合介電層506之第一介電層506a及第二介電層506b可包括類似或實質上相同之介電材料。舉例而言，第一介電層506a及第二介電層506b兩者可包含金屬氧化物，諸如氧化鋁或氧化鉿。另外，第一介電層506a及第二介電層506b中之一者或兩者可藉由ALD形成。當複合介電層506以此方式經組態時，第一介電層506a可為複合介電層506之較大(例如，更厚)組件。舉例而言，第一介電層506a可具有至少約100奈米、至少約125奈米、至少約150奈米或以上(或約125奈米至約175奈米，或約140奈米至約160奈米) 之厚度，且第二介電層506b可具有約50奈米或以下(例如，約40奈米或以下、約30奈米或以下、約25奈米或以下、約20奈米或以下、約15奈米或以下、約10奈米或以下、約9奈米或以下、約8奈米或以下、約7奈米或以約6奈米或以約5奈米或以下、約4奈米或以下或約3奈米或以下)之厚度。特定言之，第一介電層506a可具有至少約125奈米(例如，至少約150奈米)之厚度且第二介電層506b可具有約10奈米或以下(例如，約5奈米或以下)之厚度。
複合介電層506之第一介電層506a可具有網格形狀，如圖6C中(橫截面中)所展示。網格可具有實質上均勻厚度，其中第一介電層506a之頂面鄰接網狀電極508之底面且網狀電極508垂直地插入於第一介電層506a與第二介電層506b之間。第一介電層506a之頂面可實質上與網狀電極508之底面相連(亦即，第一介電層506a之網格之個別線性部件的寬度可實質上等於網狀電極中之個別電線之寬度，如圖6C中所展示)。以此方式組態，複合介電層506之第一介電層506a及第二介電層506b可包括不同介電材料。舉例而言，第一介電層506a可包括金屬氧化物，諸如氧化鋁或氧化鉿；且第二介電層506b可包括非金屬氧化物，諸如氧化矽。第一介電層506a之厚度可為至少約50奈米、至少約75奈米、至少約100奈米、至少約125奈米、至少約150奈米或以上。舉例而言，第一介電層506a可具有約50奈米至約200奈米、約75奈米至約180奈米、約100奈米至約160奈米或約125奈米至約150奈米之厚度。且第二介電層506b之厚 度可為可變的。舉例而言，第二介電層506b可具有接觸光導層504(具有與複合介電層506之厚度實質上相同的厚度)之頂面之第一區域，及直接經由具有約100奈米或以下(例如，約75奈米或以下、約50奈米或以下、約40奈米或以下、約30奈米或以下、約25奈米或以下、約20奈米或以下、約15奈米或以下、約10奈米或以下、約9奈米或以下、約8奈米或以下、約7奈米或以下、約6奈米或以下、約5奈米或以下、約4奈米或以下或約3奈米或以下)之厚度之網狀電極508的電線之第二區域。特定言之，第一介電層506a可包括金屬氧化物且具有至少約125奈米(例如至少約150奈米)之厚度，且第二介電層506b可包括非金屬氧化物且具有直接經由約10奈米或以下(例如，約5奈米或以下)之網狀電極508之電線的厚度。
複合介電層506之第一介電層506a可包含具有介電常數ε1之第一材料，基本上由其組成或由其組成；且第二介電層506b可包含具有介電常數ε2之第二材料，基本上由其組成或由其組成，其中ε1不同於ε2(例如ε1可小於ε2)。舉例而言，第一材料可為金屬氧化物，諸如氧化鋁或氧化鉿，且第二材料可為非金屬氧化物，諸如氧化矽。
如圖6A中所展示，複合介電層506可具有第一介電層506a、第二介電層506b及第三介電層506c，其中第一介電層506a之底面鄰接光導層504且第二介電層506b插入於第一介電層506a與第三介電層506c之間。以此方式組態，第一介電層506a及第三介電層506c可包括類似或實質 上相同之介電材料。舉例而言，第一介電層506a及第三介電層506c可各自包含金屬氧化物(例如，氧化鋁或氧化鉿)，基本上由其組成或由其組成。另外，第一介電層506a及第三介電層506c可(例如)藉由ALD形成。替代地，第一介電層506a及第三介電層506c可包括不同介電材料及/或可藉由不同製程形成。
三層複合介電層506之第二介電層506b可包括不同於第一介電層506a及/或第三介電層506c之材料的介電材料。第二介電層506b可包含(例如)非金屬氧化物(諸如，氧化矽或氮化物)，基本上由其組成或由其組成。另外，第二介電層506b可以不同於第一介電層506a及/或第三介電層506c之方式的方式形成。舉例而言，第二介電層506b可藉由電漿增強式化學氣相沈積形成。
對於三層複合介電層506，第一介電層506a及第三介電層506c中之每一者可具有至少約5奈米(例如，約6奈米至約12奈米、約7奈米至約14奈米、約8奈米至約16奈米、約9奈米至約18奈米或約10奈米至約20奈米)之厚度。第二介電層506b可具有至少約75奈米(例如，約100奈米至約300奈米、約110奈米至約275奈米、約120奈米至約250奈米、約130奈米至約225奈米或約140奈米至約200奈米)之厚度。
三層複合介電層506之第一介電層506a可具有鄰接網狀電極508之底面之頂面，且第三介電層506c可具有鄰接網狀電極508之頂面之底面。因此，舉例而言，網狀接地電極可完全封入複合介電層內，其中第二介電層506b填充 網狀接地電極之電線之側向邊緣之間形成的空隙。替代地，網狀電極508可停置在(例如，鄰接於)第三介電層506c之頂面上。
三層複合介電層506之第一介電層506a可由具有介電常數ε1之第一材料製成，第二介電層506b可由具有介電常數ε2之第二材料製成，且第三介電層506c可由具有介電常數ε3之第三材料製成。視網狀電極508相對於複合介電層506之諸層之組態而定，ε1可不同於ε3。舉例而言，ε1可類似於ε3或與其實質上相同，且ε2可大於ε1及ε3。替代地，ε1可小於ε3，且ε2可小於ε3(例如，ε2可具有等於或大於ε1但小於ε3之值)。
單層介電層506可具有至少50奈米、至少約75奈米、至少約100奈米、至少約125奈米、至少約150奈米或以上之厚度。因此，介電層506可具有範圍為約50至約250奈米、約75奈米至約225奈米、約100奈米至約200奈米、約125奈米至約175奈米或約140奈米至約160奈米之厚度。類似地，複合介電層(雙層、三層或以上)可具有至少約50奈米、至少約75奈米、至少約100奈米、至少約125奈至少約150奈米或以上之整體厚度。舉例而言，複合介電層可具有約50至約250奈米、約75奈米至約225奈米、約100奈米至約200奈米、約125奈米至約175，或約140奈米至160奈米之整體厚度。
如熟習此項技術者將理解，視SSOEW組態基板500之其他部件及設計特徵而定，介電層506中之層之數目 及介電層506之整體厚度可不同，使得介電層506之電阻抗適用於達成可可靠地及可控制地產生EW力之所需效果SSOEW組態基板。通常，介電層506(無論單層或多層)將具有約10千歐姆至約50千歐姆或約10千歐姆至約20千歐姆之電阻抗。舉例而言，介電層506可具有至少125奈米(例如，至少150奈米)之整體厚度(包括一或多個電介質層(例如，506a、506b、506c等)中之全部)及約10千歐姆至約50千歐姆(例如，約10千歐姆至約20千歐姆)之電阻抗。
如圖3A及圖5A所繪示，網狀電極508可包含以網格形狀配置之複數個電線。當在橫截面(參見圖3B、圖4A、圖5B及圖6C)中觀察時，網狀電極508之電線可具有實質上正方形形狀或實質上矩形形狀。因此，電線可具有平均寬度及平均高度。電線之平均高度可為至少約50奈米、至少約60奈米、至少約70奈米、至少約80奈米、至少約90奈米或至少約100奈米。電線之平均寬度可為至少約100奈米、至少約200奈米、至少約300奈米、至少約400奈米、至少約500奈米、至少約600奈米、至少約700奈米、至少約800奈米、至少約900奈米或至少約1000奈米。然而，其他形狀亦為可能的且具有電位以改善SSOEW組態基板500之效能。舉例而言，當在橫截面(參見圖6A)中觀察時，網狀電極508之電線可具有T形狀。另外，網狀電極508可進一步包含位於藉由網狀電極508(參見圖6B)之電線形成之頂點之頂部上的板。板可具有與網狀接地電極508之電線實質上相同之組合物。網狀電極508之電線可直接沈積於介電層506(或複 合介電層506之第一介電層506a、第二介電層506b或第三介電層506c等)上，且可具有實質上均勻厚度。
網狀電極508之電線可包含諸如金屬或金屬合金之導電材料(基本上由其組成或由其組成)。舉例而言，網狀電極508之電線可包含金、鋁、鈦、鉻、其組合及/或其氧化變體。特定言之，若網狀電極之電線包含金，則它們可包括鉻層或鈦層(例如，以有助於將金與下方介電層506結合)。視情況，用於網狀電極508之導電材料可對生物(例如，動物、哺乳動物或人類)細胞無害。
網狀電極508可具有線性填充因數β，β小於或等於約10%(例如，小於約9%、小於約8%、小於約7%、小於約6%、小於約5%、小於約4%、小於約3%、小於約2%、小於約1%或小於約0.5%)。網狀電極508之電線可具有小於1毫米之間距。舉例而言，網狀接地電極508之電線可具有約1.5毫米至約2毫米、約1.0毫米至約1.5毫米、約0.5毫米至約1.0毫米、約400至約800微米、約300至約600微米、約200至約400微米、約100至約200微米、約50至約100微米或約10至約50微米之間距。如下文進一步論述，電線之間距可依據將在SSOEW組態基板500上移動之液滴之大小而調整。
如圖3A至圖3B、圖4A、圖5A至圖5B、圖6A及圖6C中所繪示，SSOEW組態基板500之疏水性塗層510具有鄰接介電層506之頂面之一些或全部的底面。倘若網狀電極508放置在介電層506之頂部，且未嵌入於介電層506中(例 如，如圖3A至圖3B及圖4A中所展示)，疏水性塗層510之底面將亦鄰接網狀電極508之電線之頂面(及可能外側表面)。為達成疏水性塗層510與網狀電極508之電線上之曝露表面之間的適當結合，電線之曝露表面可需要調節。舉例而言，金往往會不佳地結合至疏水性塗層510之分子，但此可藉由鈍化將接觸疏水性塗層510之金之任意表面來克服。此類鈍化可(例如)藉由使金表面與含硫醇分子反應而達成。類似地，若網狀電極508之電線包含鋁，則將接觸疏水性塗層510之表面可鈍化。鋁鈍化可(例如)藉由表面氧化(例如，藉由電漿處理氧電漿腔室中之鋁電線之曝露表面)而達成。
疏水性塗層510可包含有機氟聚合物，該聚合物可視情況包括至少一個全氟化區段。舉例而言，有機氟聚合物可包含聚四氟乙烯(PTFE)(亦即，Teflon®)或聚(2,3-二氟代亞甲基-八氟代四氫呋喃)(亦即，CytopTM)。聚(2,3-二氟代亞甲基-八氟代四氫呋喃)之化學結構如下：
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包含有機氟聚合物(諸如聚四氟乙烯(PTFE)或聚(2,3-二氟代亞甲基-八氟代四氫呋喃))之疏水性塗層510可具有至少約10奈米、至少約15奈米、至少約20奈米、至少約25奈米、至少約30奈米或至少約35奈米之厚度。舉例而言，疏水性塗層510可具有約25奈米至約40奈米之厚度。
疏水性層510可包含以共價鍵結合至介電層506 之頂面(及/或網狀電極508之未嵌入於介電層506中之表面)之分子的密集堆積之單層雙染分子。此類兩親媒性分子可各自包含矽氧烷基、膦酸基或硫醇基，且各別矽氧烷基、膦酸基及硫醇基可與介電層506之分子形成共價鍵。如本文所使用，「密集堆積之單層」兩親媒性分子係指具有足夠二維堆積密度之單層兩親媒性分子，以致在表面(單層鍵接至該表面)與親水性液體之間產生疏水性阻擋層。如熟習此項技術者將瞭解，密集堆積之單層之適當堆積密度將取決於所使用之兩親性分子。包含以烷基封端之矽氧烷的密集堆積之單層(例如)將通常包含至少1×1014分子/平方公分(例如至少1.5×1014、2.0×1014、2.5×1014或以上分子/平方公分)。
疏水性層510之兩親媒性分子可包含可未分支鏈之長鏈烴。因此，兩親媒性分子可包含以烷基封端之矽氧烷、以烷基封端之膦酸或以烷基封端之硫醇。長鏈烴可包含至少10個碳原子(例如，至少16個、18個、20個、22個或以上碳原子)之鏈。另外，兩親媒性分子可包含氟化(或全氟化)碳鏈。因此，舉例而言，兩親媒性分子可包含以氟烷基封端之矽氧烷、以氟烷基封端之膦酸或以氟烷基封端之硫醇。氟化碳鏈可具有化學式CF3-(CF2)m-(CH2)n-，其中m至少為2，n為0、1、2或更大，且m+n至少為9。舉例而言，氟化碳鏈可具有化學式CF3-(CF2)7-(CH2)2-。
單層兩親媒性分子(且因此由此類單層形成之疏水性層510)可具有小於約5奈米(例如，約1.0至約4.0奈米、約1.5至約3.0奈米或約2.0至約2.5奈米)之厚度。
由單層兩親媒性分子形成之疏水性層510可視情況經圖案化，使得與疏水性層510之其餘部分相比，選擇區域相對親水。此可(例如)藉由橫跨SSOEW組態基板500施加電壓電位一段時間而達成。疏水性層510上之經照射及在電壓電位施加至SSOEW組態基板500時接觸含水液滴之區域此後將相對於在施加電壓電位時疏水性層510上之不接觸含水液滴之區域展現較小疏水性(或相對親水性)特性。無需意欲受理論束縛，咸信相對親水性區域包含已間雜至兩親媒性單層中之水分子。如熟習此項技術者將瞭解，用於圖案化疏水性層510之必須電壓電位將取決於SSOEW組態基板500之確切設計(例如，介電層506及光導層504之厚度及阻抗，及類似者)而變化。在某些實施例中，圖案化疏水性層510所需之電壓電位為至少約50ppV(例如，至少約60ppV、至少約65ppV、至少約70ppV、至少約75ppV或至少約80ppV)。
SSOEW組態基板500之光導(或光敏)層504(圖3A至圖3B、圖4A及圖5A至圖5B中所展示)可包含回應於電磁輻射之刺激而展現減小電阻之半導體材料。電磁輻射可為(例如)具有可見光譜及/或近紅外或近紫外光光譜中之波長的輻射。半導體材料可包含矽。舉例而言，光導層504可包含經氫化非晶矽(a-Si：H)。a-Si：H可包含(例如)約8%至40%之氫(亦即，按100×氫原子之數目/氫氣及矽原子之總數目來計算)。a-Si：H光導層504可具有至少約500奈米(例如，至少約600奈米至約1400奈米、約700奈米至約1300奈米、 約800奈米至約1200奈米、約900奈米至約1100奈米或約1000奈米)之厚度。
當SSOEW組態基板500具有由一層a-Si：H形成之光導層504時，基板500可視情況包括位於光導層504與介電層506之間的浮動電極襯墊。此類浮動電極襯墊已在(例如)美國專利第6,958,132號(邱等人)中描述。
替代地，光導層504可包含複數個導體，每一導體可經由光電晶體開關可控制地連接至SSOEW組態基板500之平面電極502。由光電晶體開關控制之導體在所屬領域中眾所周知且已描述(例如)於美國專利申請案第2014/0124370號(肖特(Short)等人)中，其內容以引用之方式併入本文中。
如熟習此項技術者將瞭解，光導層504之厚度可根據SSOEW組態基板500之其他組分(諸如，介電層506之厚度)而不同，以便在SSOEW組態基板500處於「接通」或「經照射」兩個狀態(亦即，橫跨基板500施加電壓電位且光導層504經照射)時及處於「斷開」或「黑暗」狀態(亦即，橫跨基板500施加電壓電位且光導層504未經照射)時達成介電層506之阻抗與光導層504之阻抗之間的適當差異。舉例而言，可調整介電層506之阻抗以具有大於處於經照射狀態之光導層504之阻抗至少10倍(例如，至少15倍、至少20倍、至少25倍、至少30倍或以上)且小於處於黑暗狀態之光導層504之阻抗至少10倍(例如，至少15倍、至少20倍、至少25倍、至少30倍或以上)之阻抗。作為一特定實例，介電層506 之阻抗可為約10千歐姆至約50千歐姆，且光導層504(例如，a-Si：H光導層)之阻抗可調整至至少約0.5兆歐姆(黑暗/斷開狀態)及約1千歐姆或以下(經照射/接通狀態)。此等僅為實例，但它們說明可如何調整阻抗以達成顯示穩固接通/斷開效能之SSOEW組態基板500。
SSOEW組態基板500可包含平面電極502。平面電極502可包含導電層502a及(視情況)支架502b。舉例而言，導電層502a可包含氧化銦錫(ITO)層(或基本上由其組成或由其組成)。替代地，導電層502a可包含導電矽(例如，高度p或n摻雜之矽)層。支架502b可為(例如)玻璃層或一些其他絕緣材料，諸如塑膠。平面電極502可包含單一電極(例如，單一導電層502a)或複數個單獨地可定址電極(例如，空間上彼此分離的兩個或兩個以上傳導層502a)。單獨地可定址電極可(例如)位於共同支架502b之不同區域上，因此提供具有分散SSOEW組態區域之SSOEW組態基板500。單獨地可定址電極可經由對應電晶體開關可連接至一或多個AC電壓源。
SSOEW組態基板500之平面電極502(或其導電層502a)及網狀電極508可經組態以連接至AC電壓源之相反端子，如圖3B、圖4A及圖5B中所展示。當SSOEW組態基板500之平面電極502(或其導電層502a)及網狀電極508連接至AC電壓源(圖3B、圖4A及圖5B中所展示)之相反端子時，基板500能夠將電潤濕(EW)力施加至與基板500之疏水性塗層510接觸之含水液滴。力之施加藉由照射基板500之 光導層504中之特定位置而控制。用於達成液滴之此類基於EW之移動的AC電壓將取決於基板500之確切結構而變化，且可反映介電層506及光導層504之厚度及阻抗。在某些實施例中，至少10伏峰間值(ppV)(例如，約10ppV至約80ppV、約20ppV至約70ppV、約25ppV至約60ppV、約30ppV至約50ppV或約40ppV)之AC電壓電位施加至基板以達成液滴移動。AC電壓電位之頻率亦影響基板500達成基於EW之液滴之移動的能力。此外，頻率要求可取決於基板500之確切結構而變化。在某些實施例中，達成液滴移動之所需AC電壓電位具有約1千赫茲至約100千赫茲(例如，約2千赫茲至約80千赫茲、約3千赫茲至約60千赫茲、約4千赫茲至約40千赫茲、約5千赫茲至約35千赫茲、約6千赫茲至約30千赫茲、約7千赫茲至約25千赫茲、約8千赫茲至約20千赫茲、約9千赫茲至約15千赫茲或約10千赫茲)之頻率。在某些實施例中，施加至基板500以達成液滴移動之電壓電位為約30ppV至約60ppV(例如，約35ppV至約50ppV，或約40ppV)且具有約5千赫茲至約35千赫茲(例如，約5千赫茲至約20千赫茲，或約10千赫茲)之頻率。藉由將前述AC電壓電勢施加至本發明之SSOEW組態基板，液滴可以至少0.01毫米/秒(例如，至少0.05毫米/秒、至少0.1毫米/秒、至少0.5毫米/秒、至少0.6毫米/秒、至少0.7毫米/秒、至少0.8毫米/秒、至少0.9毫米/秒、至少1.0毫米/秒、至少1.5毫米/秒、至少2.0毫米/秒、至少2.5毫米/秒、至少3.0毫米/秒、至少3.5毫米/秒、至少4.0毫米/秒、至少4.5毫米/秒、至少5.0毫米/ 秒或以上)之速率在疏水性塗層510之表面上四處移動。
圖4A至圖4B說明用於本發明之SSOEW組態基板500之電路模型。如圖中所展示，平面電極502之導電層502a經由光導層504、介電層506及疏水性塗層510電連接至液滴520，該液滴停置於疏水性塗層510上。光導層504中之阻抗可變，視光是否入射於光導層504之特定區域而定，且因此存在橫跨光導層504之根據光導層504之阻抗R而變化之電壓降。介電層506及疏水性塗層510分別在電路中充當電容器C1及C2。另外，在液滴520與網狀電極510之間存在電容連接C2'。AC電壓源藉由連接至平面電極502之網狀電極508及導電層502a兩者而完成電路。橫跨介電層506下降之電壓導致液滴致動。橫跨分路連接(例如，在平面電極502之導電層502a與網狀電極508之電線之間，經由介電層506及光導層504)(圖中未展示)下降之電壓不可用於致動。因此，有利於將介電層506之藉由網狀電極508之電線與液滴520隔離之區域減至最小。假定網狀電極508之線性填充因數為β，電潤濕力為具有頂部電極之OEW元件之電潤濕力的大約(1-β)倍。因此，舉例而言，由於由10微米寬電線以1毫米間距製成之網狀電極508產生線性填充因數β=99%。因此，藉由將網狀電極508之電線保持較細且分散開，SSOEW組態基板500之電潤濕力相對於具有平面頂部電極之OEW元件為實質上不變。
網狀電極508中之電線之間距亦影響可在SSOEW組態基板500上移動之液滴的大小。大體而言，電 線之間距應小於液滴之直徑，另外液滴可在電線之間捕獲。圖9展示最小液滴體積與網狀電極508之間距之間的關係。如可所見，奈升級液滴(例如，100奈升達至500奈升/液滴)之移動將通常需要網狀電極508之電線具有約100微米至約500微米之間距。類似地，微微升級液滴之移動(例如100微微升至500微微升/液滴)將通常需要網狀電極508之電線具有約5微米至約50微米之間距。電線之間距與最大電線寬度(允許至少90%之線性填充因數β)之間的關係亦展示於圖9中。
具有SSOEW組態基板基座之微流體元件。本發明之SSOEW組態基板可整合至微流體元件中。舉例而言，SSOEW組態基板可提供用於微流體元件之基座。微流體元件可進一步包括安置於基板/基座上之壁，該等壁自基板/基座垂直向上延伸。共同地，壁及基板/基座可定義經組態以保持液體介質之微流體電路。液體介質可為(例如)疏水性液體，諸如油。另外，微流體電路可保持液體之液滴，諸如含水介質。通常，液體介質及液滴之液體經選擇為不可混溶液體。
微流體元件之壁可定義一或多個流動區域，該一或多個流動區域可為微流體通道。另外，壁可進一步定義微流體元件中之一或多個(例如，複數個)腔室，每一者流體連接至且切斷至少一個流動區域(或微流體通道)。一或多個此類腔室可為封存圍欄。因此，舉例而言，壁可定義單一微流體通道及流體連接於其中之複數個腔室，或具有流體 連接至複數個腔室之每一通道之複數個微流體通道。此外，每一腔室可流體連接至一個以上微流體通道，如圖7及圖8所繪示。
微流體元件之壁可包含結構聚合物。如本文所使用，術語「結構聚合物」係指包含聚合物且具有足夠結構硬度以致形成具有大於結構之寬度之高度的結構之材料。舉例而言，結構聚合物可形成(當在橫截面中觀察時)具有約1：1.1、約1：1.2、約1：1.3、約1：1.4、約1：1.5、約1：2、約1：2.5、約1：3、約1：3.5、約1：4、約1：4.5、約1：5或更大之縱橫比的壁。結構聚合物可包含(例如)諸如兩者可獲自道康寧(Dow Corning)之聚二甲基矽氧烷(PDMS)或光可圖案化矽酮(PPS)之矽類聚合物(或基本上由其組成或由其組成)。替代地，壁可包含環氧樹脂類黏著劑。環氧樹脂類黏著劑可(例如)SU-8或等效類型之黏著劑。
微流體元件之壁可具有至少約30微米、至少約40微米、至少約50微米、至少約60微米、至少約70微米、至少約80微米、至少約90微米、至少約100微米或以上之高度。因此，舉例而言，壁之高度可為約30至約60微米、約40至約80微米、約50至約100微米、約60至約120微米、約70至約140微米、約75至約150微米、約80至約160微米、約90至約180微米或約100至約200微米。另外，壁可具有約10至約50微米或約20至約40微米之橫截面寬度。
微流體元件可視情況包括蓋板，該蓋板可安置於壁上。蓋板可實質上平行於基板/基座。共同地，基板、壁 及蓋板可定義經組態以含有液體介質之殼體。液體介質可為(例如)疏水性液體，諸如油。另外，殼體可含有液體之液滴，諸如含水介質。通常，液體介質及液滴之液體經選擇為不可混溶液體。
微流體元件之蓋板可(全部或部分)由與壁相同之材料製成。因此，蓋板可包含結構聚合物，諸如矽類聚合物(例如，PDMS或PPS)。替代地，蓋板可(全部或部分)由不同於壁材料之材料(諸如剛性材料(例如，玻璃)製成。蓋板可(至少部分)由可刺穿之材料製成，使得液滴可藉由刺穿結構(諸如，穿刺)自殼體引入或移除。蓋板可包含疏水性塗層，諸如SSOEW組態基板500之疏水性塗層510。
在一些實施例中，蓋板可為SSOEW組態基板500。因此，微流體元件可具有經組態以將電潤濕力提供至定位於殼體內之含水液滴的基座及蓋板兩者。
本發明之微流體元件可(例如)藉由以下操作製備：將壁材料與不具有疏水性塗層510之SSOEW組態基板500之介電層506(及(若曝露)網狀電極508)結合；視情況將壁材料與蓋板結合；及將疏水性塗層510塗覆於介電層506(及網狀電極508)之在結合壁材料之後保持曝露的部分上。對於關於將疏水性塗層510塗覆至介電層506(及(若曝露)網狀電極508)之以下論述，應理解，所參考之SSOEW組態基板500(或簡言之，基板500)可未包括疏水性塗層510，但此藉由論述之本質應為顯而易見的。
壁材料可直接塗覆至介電層506(及(若曝露)網 狀電極508)，或其可塗覆至蓋板(若存在)且隨後接著塗覆至介電層506(及網狀電極508)。壁材料可初始作為連續層塗覆且隨後經圖案化(例如，藉由光圖案化或蝕刻，視使用之壁材料之類型而定)。
疏水性塗層510可經由浸漬/旋塗、噴塗氣相沈積或類似者塗覆。舉例而言，疏水性塗層510包含聚四氟乙烯(PTFE)(亦即，Teflon®)或聚(2,3-二氟代亞甲基-八氟代四氫呋喃)(亦即，CytopTM)可藉由旋塗塗覆。諸如以烷基或氟烷基封端之矽氧烷或以烷基或氟烷基封端之硫醇的兩親媒性分子(諸如)之沈積可藉由氣相沈積達成。
藉由浸漬/旋塗塗覆疏水性塗層510大體上包含將SSOEW組態基板500之介電層506浸漬至包含稀釋於溶劑(例如，聚四氟乙烯(PTFE)或聚(2,3-二氟代亞甲基-八氟代四氫呋喃))中之疏水性塗層之分子的溶液中，在離心機中旋轉經塗覆之基板500，及隨後以足夠高溫度焙烤基板且持續足夠長持續時間以使溶劑氣化。確切條件將隨所塗覆之塗層變化。藉由Teflon®AF(杜邦公司)，塗層以約6%之濃度提供且在諸如Fluorinert-40(FC-40)或Fluorinert-77(FC-77)之氟化油中經稀釋至小於0.5%(例如，約0.2%)之最終濃度。藉由CytopTM(CTL 09M，杜邦公司)，塗層以約9%之濃度提供，且在CTSOLV-180或CTSOLV-100E BP全氟化溶劑中經稀釋至約2%或以下(例如，約0.1%至約2.0%)之最終濃度。當然，此等CytopTM特定溶劑可由習知氟化油(諸如FC-40或FC-77)替換。在基板500之介電層506浸漬於經稀釋之塗層 溶液中之後，基板可以一速度(例如，約3000轉/分鐘)離心且持續足以在介電層506上產生實質上均勻塗層之持續時間(例如，至少15秒、約20秒至約1分鐘或約30秒)。盈餘溶劑隨後以適合於所使用溶劑之溫度烘烤且持續足以達成所需塗層之持續時間(例如，至少20分鐘、約20分鐘至約1小時或約30分鐘)。用於CTSOLV-180及CTSOLV-100E之焙烤溫度(例如)分別為約180℃及100℃。
單層兩親媒性分子之塗覆可藉由氣相沈積執行，其中確切方法步驟根據所使用之兩親媒性分子變化。舉例而言，對於以烷基或氟烷基封端之矽氧烷，沈積可在至少約110℃(例如，至少約120℃、至少約130℃、至少約140℃、至少約150℃、至少約160℃等)之溫度下執行，持續至少約15小時(例如，至少約20小時、至少約25小時、至少約30小時、至少約35小時、至少約40小時、或至少約45小時)之時段。此類氣相沈積通常於真空中且存在諸如硫酸鹽緩衝液(例如，MgSO4˙7H2O)之水源之情況下執行。通常，增大氣相沈積之溫度及持續時間產生疏水性層122及142之經改良特性，但此類參數可受到所使用之真空腔室顯著地影響。氣相沈積製程可視情況藉由預先清潔介電層而改良。此預先清潔可包括溶劑浴，諸如丙酮浴、乙醇浴或兩者(例如，依次)。預先清潔可包括溶劑浴期間之音波處理。替代地或另外，此預先清潔可包括以氧電漿除塵器處理基板500。氧電漿除塵器可以一電源設置(例如，100瓦特)於真空條件下操作且持續足以在介電層506上產生清潔表面之持 續時間(例如，至少30秒、至少45秒、至少60秒或以上)。
單層兩親媒性分子之塗覆同樣可藉由浸塗而執行。舉例而言，以烷基或氟烷基封端之膦酸或以烷基或氟烷基封端之硫醇可藉由浸塗而塗覆。浸塗程序可視情況藉由預先清潔SSOEW組態基板500之介電層506而改良。此預先清潔可包括溶劑浴，諸如丙酮浴、乙醇浴或兩者(例如，依次)。預先清潔可包括溶劑浴期間之音波處理。替代地或另外，此預先清潔可包括以氧電漿除塵器處理基板500。氧電漿除塵器可以一電源設置(例如，100瓦特)於真空條件下操作且持續足以在介電層506上產生清潔表面之持續時間(例如，至少30秒、至少45秒、至少60秒或以上)。基板500隨後浸沒於新近製備之乙醇中之兩親媒性分子的10mM溶液中持續足以達成形成所需密集堆積之單層的一段時間。在自溶液移除基板500之後，用額外量之乙醇沖洗基板500之表面。
用於移動微流體元件中之液滴之方法。圖7說明實例微流體元件700，其包含：具有微流體通道712、714之微流體電路及複數個腔室716；及用於將流體液滴720提供至微流體電路之液滴產生器706。微流體通道714經組態以保持第一流體介質724。通常，第一流體介質為疏水性流體，諸如油(例如，聚矽氧油或氟化油)。微流體通道714經由介面708連接至液滴產生器706，該介面允許通道714接收由液滴產生器706產生之液滴720。所接收之液滴720包含不可混溶於第一流體介質724中之液體。通常，所接收之液滴 將包含含水介質，該含水介質可含有微物件，諸如細胞或珠粒，或可溶於含水介質中之反應劑。微流體通道714亦連接至複數個腔室716中之每一者，從而促進所接收之液滴720(以及自不可混溶於第一流體介質724中之流體之儲集器牽拉的液滴732)移動至腔室716中及之間。
元件700之微流體通道712連接至腔室716之子集，且因此經由此類腔室716間接連接至微流體通道714。如圖中所繪示，微流體通道712及連接於其中之腔室716含有不可混溶於第一流體介質724中之流體介質722。因此，舉例而言，流體介質722可為含水介質，諸如細胞培養基。當流體介質722為細胞培養基時，含有培養基之腔室716可用作培養細胞之培養腔室，且微流體通道712可為提供流動之新鮮培養基的灌注通道。如本文中所論述，灌注通道中的流動之新鮮培養基可經由灌注通道與培養腔室之間的分子之擴散將營養素提供至腔室且自腔室移除廢棄物，因此促進持續之細胞生長。
圖8說明本發明之另一實例微流體元件800。元件800包含：具有微流體通道712、714、第一複數個腔室816及第二複數個腔室716之微流體電路；及用於將流體液滴720提供至殼體之液滴產生器706。圖8呈現關於圖7中所展示之微流體裝置700之變體，其中腔室716含有不可混溶於第一流體介質724(位於微流體通道714中)之介質722，且自對應腔室814直接橫跨微流體通道714而定位。此組態促進流體液滴732(視情況含有微物件730或生物材料)自選擇腔 室716移動至對應腔室816，其中流體液滴(及任意微物件730或生物材料)可經處理。
藉由微流體通道712、714及腔室716、816形成之微流體電路僅為實例，且許多其他組態之通道及腔室由本發明包涵。舉例而言，在裝置700及800中之每一者中，直接連接至通道712之微流體通道712及腔室716為視情況選用之特徵。因此，裝置700及800可不具有灌注通道及培養腔室。
在存在微流體通道712之實施例中，有助於定義通道712及/或直接連接之腔室716(例如，藉由形成通道及/或腔室之基座)的基板可具有電潤濕組態。替代地，然而，有助於定義通道712及/或直接連接之腔室716的基板可不具有電潤濕組態(例如，且實情為可具有DEP組態，或既非電潤濕亦非DEP組態)。在存在微流體通道712且有助於定義通道712及/或直接連接之腔室716的基板具有電潤濕組態的實施例中，基板之疏水性塗層510可經圖案化以比有助於定義通道714之基板之疏水性塗層更具親水性。增大之親水性可達成，(例如)如上文所論述。
液滴產生器706及任意微流體電路(該液滴產生器將液滴提供至該微流體電路)可為微流體元件之部分(任一整合部分或連接於其中)，該微流體元件可如同圖式中所繪示或本文所描述之微流體元件中之任一者。儘管圖7及圖8中展示一個液滴產生器706，但一個以上此類液滴產生器706可將液滴提供至裝置700及800之微流體電路。液滴產生 器706自身可包括電潤濕組態，且可因此包含具有光響應層之基板，該光響應層可包含a-Si：H(例如，如美國專利第6,958,132號中所說明)、光激電路基板(例如，如美國專利申請公開案第2014/0124370號中所說明)、基於光電晶體之基板(例如，如美國專利第7,956,339號中所說明)或電激電路基板(例如，如美國專利第8,685,344號中所說明)。替代地，液滴產生器可具有T或Y形狀之流體動力學結構(例如，如美國專利及專利申請公開案第7,708,949號、第7,041,481號(以RE41,780重新發行)、第2008/0014589號、第2008/0003142號、第2010/0137163號及第2010/0172803號中所說明)。前述美國專利文獻中之全部以全文引用之方式併入本文中。
如圖中所展示，液滴產生器706可包含一或多個流體輸入702及704(展示兩個但此處可為更少或更多個)及流體輸出708，該流體輸出可連接至微流體通道714。液體介質722、724、生物微物件730、反應劑及/或其他生物介質可經由輸入702及704載入至液滴產生器706中。液滴產生器706可產生液體介質722之液滴720(其可(但不必)含有一或多個生物微物件730)、反應劑或其他生物介質且將上述內容輸出至通道714中。若通道714具有電潤濕組態，則液滴720可利用電潤濕(或光電濕潤)在通道714中移動。替代地，液滴720可藉由其他構件在通道714中移動。舉例而言，液滴720可利用流體流動、重力(若微流體元件包括蓋板)或類似者在通道714中移動。
如上文所論述，微流體通道714及選擇腔室 716/816可填充有第一流體介質724，且微流體通道712及直接連接至其中之腔室716可填充有第二流體介質722。第二流體介質722(以下稱作「含水介質」)可為含水介質，諸如用於維持、培養等生物微物件730之樣本介質。第一流體介質724(以下稱作「不可混溶介質」)可為介質，含水介質722不可混溶於該介質中。含水介質722及不可混溶介質724之實例包括上文針對各種介質所述之實例中的任一者。
可利用液滴產生器706來載入生物微物件及/或促進微流體裝置上之生物化學及/或分子生物工作流程的運行。圖7及圖8說明非限制性實例。藉由使用液滴產生器，裝置可在整個流體電路中具有電潤濕組態。
圖7及圖8說明液滴產生器706產生包含反應劑(或其他生物材料)之液滴720的實例。含有反應劑之液滴720可經由微流體通道714移動且移動至含有不可混溶介質724之腔室716/816中之一者中。在將含有反應劑之液滴720移動至腔室716/816中之一者中之前或之後，一或多個液滴732中之一或多個微物件730可移動至同一腔室716/816中。含有反應劑之液滴720可隨後與含有微物件730之液滴732合併，使得液滴720之反應劑與液滴732之內含物混合及發生化學反應。一或多個含有微物件之液滴732可藉由液滴產生器706供應或可獲自保持圍欄716，如圖7及圖8中所展示。微物件730可為生物微物件(諸如細胞)，該微物件在移動至處理腔室716/816之前已視情況經培養(例如，在腔室716中)。替代地，微物件730可為珠粒，諸如能夠與樣本(例 如，在培養基722已用於培養一或多個生物細胞之後存在於培養基722中之細胞分泌物)中之相關分子結合的親和性珠粒。在又其他替代方案中，一或多個液滴732可不含有微物件但僅諸如培養基722之含水介質，例如，該培養基722在已用於培養一或多個生物細胞之後含有細胞分泌物。
各種程序可執行於包含如同元件700及800中之任一者的微流體元件中。
在程序400之步驟402處，生物微物件可經培養在填充有樣本介質(例如，細胞培養基)之保持圍欄中。舉例而言，圖7或圖8之微物件730可為生物且可經培養於其腔室716中。培養可大體上如上文所論述。舉例而言，培養可包括用培養基722灌注通道712。步驟402可在指定時間段內執行。
在步驟404處，經培養生物微物件可自培養其之填有樣本介質之腔室716移動至填充有樣本介質不可混溶於其中之介質的腔室716/816。舉例而言，經培養微物件730可在培養基722之液滴720或732中自保持圍欄716中之一者移動至保持圍欄716/816中之一者中，如圖7及圖8中所繪示，如上文所論述。
在步驟406處，經培養生物微物件可在填有不可混溶介質之保持圍欄中經受一或多個處理或程序。舉例而言，含有一或多種反應劑之一或多個液滴720可藉由液滴產生器706產生，且移動至填有不可混溶介質之腔室712/816中且與含有經培養生物微物件730之液滴732合併，如圖7及 圖8中所展示及如上文所論述。舉例而言，含有第一反應劑之液滴720可含有溶解反應劑。含有經培養生物微物件730之液滴732與含有第一反應劑之液滴720(含有溶解反應劑)之合併將導致經培養生物微物件730之溶解。換言之，組合液滴(圖中未展示)將形成，該組合液滴含有來自經培養生物微物件730之細胞溶解物。含有額外(例如，第二、第三、第四等)反應劑之液滴720可隨後與含有細胞溶解物之新液滴合併，以便按需要進一步處理細胞溶解物。
另外或作為另一實例，含有對於經培養生物微物件730產生之分泌物或其他材料或相關材料(例如，核酸(諸如DNA或RNA)、蛋白質、代謝物或其他生物分子)具有親和性之一或多個標記捕獲微物件(圖中未展示)的一或多個液滴可藉由液滴產生器706產生，且移動至填有不可混溶介質之圍欄716或816中且與含有經培養生物微物件730之培養基722之液滴以類似方式合併。在經培養生物微物件730已經溶解之情況下，含有捕獲微物件之液滴720可含有一或多個親和性珠粒(例如，對於諸如DNA、RNA、微RNA或類似者之核酸具有親和性)，該一或多個親和性珠粒在與保持圍欄716或816中之含有細胞溶解物之液滴合併後，可與存在於溶解物中之目標分子結合。
在步驟408處，經處理生物微物件可視情況經處理。舉例而言，若在步驟406處，捕獲物件(圖中未展示)藉由經培養生物微物件730移動至填有不可混溶介質之腔室716/816中，則可在步驟408處監視腔室716/816指示一定量 相關材料與標記捕獲微物件結合之反應(例如，螢光信號)。替代地，此類捕獲微物件(圖中未展示)可自腔室716/816移除(例如，在液滴722中)且自微流體元件(圖7或圖8中未展示)導出以用於後續分析。作為又另一個實例，經處理生物微物件730可自腔室716/816移除(例如，在液滴732中)且自微流體元件(圖中未展示)導出以用於後續分析。
儘管本說明書已描述本發明之特定實施例及應用，但此等實施例及應用僅為例示性，且許多變體係可能的。舉例而言，圖4之方法可對含有細胞分泌物之培養基而執行(例如，在培養基722已用於培養一或多個生物細胞之後)。在此實施例中，步驟402將保持不變，但步驟404將涉及將可不含有微物件但僅含水介質之液滴732(諸如含有細胞分泌物之培養基722)移動至含有不可混溶介質之腔室716/816中，且步驟406及408將對此類含有含水介質之液滴732執行。
實例
實例1：SSOEW組態基板上之水滴之移動
1微升液滴之水(導電率10毫姆歐/公尺)之移動成功地展現於圖1之元件上。元件具有金網狀接地裝置，該裝置具有實質上50奈米之厚度。網狀之個別電線具有實質上10微米之寬度及實質上2毫米之間距(β=0.5%)。在操作之前，元件之表面底塗有聚矽氧油以減小摩擦。
AC電壓偏壓施加於ITO電極與網狀接地電極之間。結構化光隨後經投射至接近正移動之液滴之基板上， 使得光至少部分接觸液滴。液滴藉由偏移結構化光之位置而成功地移動。在此實驗中，使用具有大致與液滴相同大小之正方形形狀之光。使用10千赫茲之40ppV偏壓量測0.33公分/秒最大速度。
實驗確認液滴在任何任意方向上自由移動，只要液滴保持與網狀接地電極電接觸即可。如圖10A至圖10B中所展示，液滴沿著長方形及環形路徑移動。另外，可能使用元件合併液滴。
實例2：SSOEW組態基板上之PBS液滴之移動
接著，SSOEW組態基板經建構具有實質上1微米厚度之光導層、實質上150奈米厚度之第一介電層、實質上2.5奈米厚度之第二介電層、穿插於第一電介質層與第二電介質層之間的金網狀電極及包含單層以C18封端之矽氧烷之疏水性塗層。基本上由a-Si：H組成之光導層及第一電介質層與第二電介質層由氧化鋁(亦即，藉由ALD沈積之氧化鋁)製成。金網狀電極之電線之寬度為實質上10微米，且具有大約300微米之間距。
PBS之液滴以約1毫秒/秒之速率在SSOEW組態基板之表面周圍成功地移動。為達成此移動，約40ppV之電壓電位及約10千赫茲之頻率施加至基板。PBS液滴經由3厘斯聚矽氧油(基板浸沒於其中)而移動。
100‧‧‧微流體元件
102‧‧‧殼體
104‧‧‧支撐結構
106‧‧‧流道
107‧‧‧通口
108‧‧‧微流體電路結構
109‧‧‧內表面
110‧‧‧蓋板
114‧‧‧框架
116‧‧‧微流體電路材料
120‧‧‧微流體電路
122‧‧‧微流體通道
124、126、128、130‧‧‧微流體封存圍欄
132‧‧‧微物件捕獲器
134‧‧‧側通路
150‧‧‧系統
154‧‧‧主控制器
156‧‧‧控制模組
158‧‧‧記憶體
160‧‧‧介質模組
162‧‧‧動力模組
164‧‧‧成像模組
166‧‧‧傾斜模組
168‧‧‧其他模組
170‧‧‧顯示元件
172‧‧‧輸入/輸出元件
178‧‧‧介質源
180‧‧‧流體介質
190‧‧‧傾斜元件
192‧‧‧電源

Claims (36)

  1. 一種基板，其包含：一平面電極；一光導層；一介電層，其包含至少一第一層之介電材料；一網狀接地電極；及一疏水性塗層，其中該光導層插入於該平面電極與該介電層之間，其中該光導層之一底面鄰接該平面電極之一頂面且該光導層之一頂面鄰接該介電層之一底面，其中該網狀接地電極鄰接該介電層，且其中至少該第一層之介電材料插入於該網狀接地電極與該光導層之間；其中該平面電極及該網狀接地電極經組態以連接至一AC電壓源，及其中，當該平面電極及該網狀接地電極連接至該AC電壓源之相反端子時，該基板能夠將一光電濕化(OEW)力施加至接觸該疏水性塗層的含水液滴。
  2. 如請求項1之基板，其中該基板形成一微流體元件之基座的全部或部分。
  3. 如請求項1之基板，其中該介電層包含金屬氧化物且其中該介電層具有至少125奈米之厚度及/或約10千歐姆至約50千歐姆之阻抗。
  4. 如請求項1之基板，其中該介電層進一步包含一第二層之介電材料，其中該第一層之介電材料之一底面鄰接該光導層且該第一層之介電材料之一頂面鄰接該第二層之介電材料之一底面。
  5. 如請求項4之基板，其中該網狀接地電極插入於該第一層之介電材料與該第二層之介電材料之間。
  6. 如請求項1之基板，其中該網狀接地電極包含以一網格形狀配置之電線；及其中該網狀接地電極具有小於或等於10%之線性填充因數β。
  7. 如請求項6之基板，其中該網狀接地電極之電線具有約200微米至約500微米之一間距。
  8. 如請求項1之基板，其中該疏水性塗層具有一底面且該底面鄰接該介電層之一頂面的至少一部分，且可視情況地，其中該疏水性塗層之該底面進一步鄰接該網狀接地電極之一頂面。
  9. 如請求項8之基板，其中該疏水性塗層包含具有至少一個全氟化區段的有機氟聚合物。
  10. 如請求項8之基板，其中該疏水性塗層包含兩親媒性分子的一密集堆積之單層，且該等兩親媒性分子以共價鍵結合至該介電層之分子。
  11. 如請求項10之基板，其中該等兩親媒性分子之單層各自包含：一矽氧烷基，且其中該矽氧烷基以共價鍵結合至該介電層之分子； 一膦酸基，且其中該膦酸基以共價鍵結合至該介電層之分子；或一硫醇基，且其中該硫醇基以共價鍵結合至該介電層之分子。
  12. 如請求項11之基板，其中該等兩親媒性分子之單層包含具有至少16個碳原子之鏈的長鏈烴。
  13. 如請求項11之基板，其中該等兩親媒性分子之單層包含氟化碳鏈。
  14. 如請求項13之基板，其中該等氟化碳鏈具有化學式CF3-(CF2)m-(CH2)n-，其中m至少為2，n至少為2且m+n至少為9。
  15. 一種微流體元件，其包含：一基座，其包含如請求項1至14中任一項之基板；及壁，其等安置於該基座之一頂面上，其中該基座及該等壁共同定義一微流體電路。
  16. 如請求項15之微流體元件，其進一步包含一蓋板，其中該蓋板安置於該等壁上。
  17. 如請求項15之微流體元件，其中該微流體電路包含至少一個微通道及複數個腔室；且其中每一腔室切斷該至少一個微通道中之一者。
  18. 一種移動如請求項15之一微流體元件中的一液滴之方法，該方法包含：將水溶液之一液滴安置在該微流體元件之一基座 之一頂面上；在該平面電極與該網狀接地電極之間施加一AC電壓電位；在接近該液滴之一位置中，將結構化光導入在該基座之該頂面上的一位置處；及以一引起該液滴移動橫跨該基座之該頂面之速率，將該結構化光相對於該微流體元件移動。
  19. 如請求項18之方法，其中該AC電壓電位為約10ppV至約80ppV。
  20. 如請求項19之方法，其中該AC電壓電位具有約1千赫茲至約1兆赫茲或約5千赫茲至約100千赫茲之頻率；或其中該AC電壓電位為約30ppV至約50ppV。
  21. 一種用於操控一微流體元件中的一液滴之程序，該程序包含：用一第一液體介質填充一微流體元件之一微流體電路的一些或全部；該微流體元件包含：(a)一基座包含：一平面電極；一光導層；一介電層，其包含至少一第一層之介電材料；一網狀接地電極；及一疏水性塗層， 其中該光導層插入於該平面電極與該介電層之間，其中該光導層之一底面鄰接該平面電極之一頂面且該光導層之一頂面鄰接該介電層之一底面，其中該網狀接地電極鄰接該介電層，且其中至少該第一層之介電材料插入於該網狀接地電極與該光導層之間；其中該平面電極及該網狀接地電極經組態以連接至一AC電壓源，及其中，當該平面電極及該網狀接地電極連接至該AC電壓源之相反端子時，該基座能夠將一光電濕化(OEW)力施加至接觸該疏水性塗層的含水液滴；及(b)壁，其等安置於該基座之一頂面上；(c)其中該基座及該等壁共同定義該微流體電路；在該微流體元件之該基座的該平面電極與該網狀接地電極之間施加一AC電壓電位；將液體之一第一液滴引入至該微流體電路中，其中該第一液滴不可混溶於該第一液體介質中；及藉由將一電潤濕力施加至該第一液滴而將該第一液滴移動至該微流體電路內之一所需位置。
  22. 如請求項21之程序，其中該疏水性塗層包含具有至少一個全氟化區段的有機氟聚合物。
  23. 如請求項21之程序，其中該疏水性塗層包含兩親媒性分子的一密集堆積之單層，且該等兩親媒性分子以共價鍵結合至該介電層之分子。
  24. 如請求項23之程序，其中該等兩親媒性分子之單層各自包含：一矽氧烷基，且其中該矽氧烷基以共價鍵結合至該介電層之分子；一膦酸基，且其中該膦酸基以共價鍵結合至該介電層之分子；或一硫醇基，且其中該硫醇基以共價鍵結合至該介電層之分子。
  25. 如請求項24之程序，其中該等兩親媒性分子之單層包含具有至少16個碳原子之鏈的長鏈烴。
  26. 如請求項24之程序，其中該等兩親媒性分子之單層包含氟化碳鏈。
  27. 如請求項26之程序，其中該等氟化碳鏈具有化學式CF3-(CF2)m-(CH2)n-，其中m至少為2，n至少為2且m+n至少為9。
  28. 如請求項21之程序，其中該第一液體介質為油。
  29. 如請求項21之程序，其中所施加之AC電壓電位為約10ppV至約80ppV；或其中該所施加之AC電壓電位具有約1至100千赫茲之頻率。
  30. 如請求項21之程序，其中所施加之AC電壓電位為約30ppV至約50ppV；或其中該所施加之AC電壓電位具有約 5至20千赫茲之頻率。
  31. 如請求項21之程序，其中該微流體元件進一步包含一液滴產生器，且其中該液滴產生器將該第一液滴引入至該微流體電路中。
  32. 如請求項21之程序，其中該第一液滴包含一水溶液。
  33. 如請求項21之程序，其中該第一液滴包含至少一個微物件。
  34. 如請求項21至33中任一項之程序，其進一步包含：將液體之一第二液滴引入至該微流體電路中，其中該第二液滴之該液體不可混溶於該第一液體介質中但與該第一液滴之該液體可混溶；藉由將一電潤濕力施加至該第二液滴而將該第二液滴移動至該微流體電路內之鄰近於該第一液滴之一位置；及將該第二液滴與該第一液滴合併以形成一組合液滴。
  35. 如請求項34之程序，其中藉由將一電潤濕力施加至該第二液滴及/或該第一液滴而將該第二液滴與該第一液滴合併。
  36. 如請求項34之程序，其中該第一液滴包含一生物微物件且該第二液滴包含反應劑。
TW104140763A 2014-12-05 2015-12-04 基板、微流體元件、移動微流體元件中的液滴之方法以及用於操控微流體元件中的液滴之程序 TWI698282B (zh)

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Families Citing this family (78)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10507439B2 (en) * 2010-06-07 2019-12-17 University Of Florida Research Foundation, Inc. Plasma induced fluid mixing
US11192107B2 (en) 2014-04-25 2021-12-07 Berkeley Lights, Inc. DEP force control and electrowetting control in different sections of the same microfluidic apparatus
CA2970174C (en) 2014-12-08 2024-01-23 Berkeley Lights, Inc. Microfluidic device comprising lateral/vertical transistor structures and process of making and using same
US9744533B2 (en) * 2014-12-10 2017-08-29 Berkeley Lights, Inc. Movement and selection of micro-objects in a microfluidic apparatus
KR102384741B1 (ko) 2015-04-22 2022-04-07 버클리 라잇츠, 인크. 미세유체 세포 배양
CN114085730A (zh) * 2015-04-22 2022-02-25 伯克利之光生命科技公司 微流体细胞培养
WO2016197106A1 (en) 2015-06-05 2016-12-08 Miroculus Inc. Evaporation management in digital microfluidic devices
CN108026494A (zh) 2015-06-05 2018-05-11 米罗库鲁斯公司 限制蒸发和表面结垢的空气基质数字微流控装置和方法
US10799865B2 (en) 2015-10-27 2020-10-13 Berkeley Lights, Inc. Microfluidic apparatus having an optimized electrowetting surface and related systems and methods
EP3370868B1 (en) 2015-10-27 2020-12-09 Berkeley Lights, Inc. Microfluidic electrowetting device apparatus having a covalently bound hydrophobic surface
CN115532189A (zh) 2015-11-23 2022-12-30 伯克利之光生命科技公司 原位生成的微流体隔离结构、试剂盒及其使用方法
WO2017117567A1 (en) 2015-12-30 2017-07-06 Berkeley Lights, Inc. Droplet generation in a microfluidic device having an optoelectrowetting configuration
SG10202008265XA (en) 2016-05-26 2020-09-29 Berkeley Lights Inc Covalently modified surfaces, kits, and methods of preparation and use
CA3034064A1 (en) 2016-08-22 2018-03-01 Miroculus Inc. Feedback system for parallel droplet control in a digital microfluidic device
IL267008B2 (en) 2016-12-01 2024-06-01 Berkeley Lights Inc Imaging mechanisms and systems and methods for micro objects
AU2017375631B2 (en) 2016-12-12 2023-06-15 xCella Biosciences, Inc. Methods and systems for screening using microcapillary arrays
WO2018126082A1 (en) 2016-12-28 2018-07-05 Miroculis Inc. Digital microfluidic devices and methods
GB201704769D0 (en) 2017-01-03 2017-05-10 Illumina Inc Flowcell cartridge with floating seal bracket
KR101905139B1 (ko) * 2017-02-17 2018-10-05 한국과학기술원 전기습윤 현상을 이용한 액체 거동 제어 장치 및 방법
US11623219B2 (en) 2017-04-04 2023-04-11 Miroculus Inc. Digital microfluidics apparatuses and methods for manipulating and processing encapsulated droplets
US10464062B2 (en) 2017-04-13 2019-11-05 National Taiwan University Three-dimensional microfluidic platform and system and method for manufacturing the same
CN114643087A (zh) * 2017-04-26 2022-06-21 伯克利之光生命科技公司 使用具有优化电润湿表面的微流体装置的生物处理系统和方法
KR20200026878A (ko) 2017-06-06 2020-03-11 지머젠 인코포레이티드 균류 균주를 개량하기 위한 htp 게놈 공학 플랫폼
US11135588B2 (en) 2017-06-21 2021-10-05 Lightcast Discovery Ltd Microdroplet manipulation device
KR102657042B1 (ko) * 2017-06-21 2024-04-12 라이트캐스트 디스커버리 엘티디 마이크로 유체 분석 장치
KR20200019717A (ko) 2017-06-21 2020-02-24 베이스4 이노베이션 엘티디 핵산과 같은 분자를 분석하는 방법
KR101926723B1 (ko) * 2017-07-03 2018-12-07 한국과학기술원 전기습윤현상을 이용한 동적 액체 흐름 제어 장치 및 방법
US10926256B2 (en) * 2017-07-12 2021-02-23 Sharp Life Science (Eu) Limited Housing for simple assembly of an EWOD device
CN110892258A (zh) 2017-07-24 2020-03-17 米罗库鲁斯公司 具有集成的血浆收集设备的数字微流控系统和方法
JP7341124B2 (ja) 2017-09-01 2023-09-08 ミロキュラス インコーポレイテッド デジタルマイクロ流体デバイスおよびその使用方法
KR102417289B1 (ko) 2017-10-18 2022-07-06 뉴클라 뉴클레익스 리미티드 박막 트랜지스터들 및 용량성 센싱을 갖는 듀얼 기판들을 포함하는 디지털 미세유체 디바이스들
EP3737503A2 (en) 2018-01-08 2020-11-18 Quantum-Si Incorporated System and methods for electrokinetic loading of sub-micron-scale reaction chambers
US20210213453A1 (en) 2018-05-18 2021-07-15 Lightcast Discovery Ltd. Droplet manipulation device and method
CN112469504B (zh) 2018-05-23 2024-08-16 米罗库鲁斯公司 对数字微流控中的蒸发的控制
CN112166180A (zh) 2018-06-06 2021-01-01 齐默尔根公司 操纵涉及信号转导的基因以控制发酵和生产期间的真菌形态
CN109952154B (zh) * 2018-06-26 2022-05-13 京东方科技集团股份有限公司 样本分析芯片及其制造方法
CN116786179A (zh) * 2018-08-02 2023-09-22 深圳华大智造科技股份有限公司 用于通过电润湿形成具有预定体积的液滴的装置和方法
US11754478B2 (en) * 2018-08-16 2023-09-12 Abb Schweiz Ag Rapid equilibrator for water isotope analysis
US11353759B2 (en) 2018-09-17 2022-06-07 Nuclera Nucleics Ltd. Backplanes with hexagonal and triangular electrodes
TWI730448B (zh) 2018-10-15 2021-06-11 美商電子墨水股份有限公司 數位微流體輸送裝置
CN112969536B (zh) 2018-11-09 2023-04-11 深圳华大智造科技股份有限公司 基板上数字微流体的多层电气连接
EP3883692A4 (en) * 2018-11-19 2022-08-31 Berkeley Lights, Inc. MICROFLUIDIC DEVICE COMPRISING PROGRAMMABLE SWITCHING ELEMENTS
GB201909514D0 (en) * 2018-11-20 2019-08-14 Lightcast Discovery Ltd Device and method for microdroplet detection of cells
EP3656473A1 (en) 2018-11-20 2020-05-27 Lightcast Discovery Limited Microdroplet detection of cells
EP3656472A1 (en) 2018-11-20 2020-05-27 Lightcast Discovery Limited Cell analyser
CN109647549A (zh) * 2018-12-17 2019-04-19 南方科技大学 一种易替换的疏水介电薄膜和一种微流控芯片
CN109603938B (zh) * 2019-01-04 2020-06-23 京东方科技集团股份有限公司 一种微流控装置、液滴识别及控制方法
CA3130604A1 (en) * 2019-02-19 2020-08-27 Lightcast Discovery Ltd Microdroplet manipulation device
US11738345B2 (en) 2019-04-08 2023-08-29 Miroculus Inc. Multi-cartridge digital microfluidics apparatuses and methods of use
CN109913856A (zh) * 2019-04-24 2019-06-21 佛山市思博睿科技有限公司 一种微通道内等离子增强化学气相沉积疏水膜的方法
CN109913855B (zh) * 2019-04-24 2022-11-04 佛山市思博睿科技有限公司 一种疏水材料和镀疏水膜方法
CN110029327A (zh) * 2019-04-24 2019-07-19 佛山市思博睿科技有限公司 一种等离子化学气相沉积循环镀疏水膜方法
WO2021016614A1 (en) * 2019-07-25 2021-01-28 Miroculus Inc. Digital microfluidics devices and methods of use thereof
GB201914724D0 (en) * 2019-10-11 2019-11-27 Lightcast Discovery Ltd Method and apparatus for clinical testing
GB201915027D0 (en) 2019-10-17 2019-12-04 Lightcast Discovery Ltd Apparatus and methods for manipulating microdroplets
IL292993A (en) 2019-11-17 2022-07-01 Berkeley Lights Inc Systems and methods for the analysis of biological samples
US11927740B2 (en) 2019-11-20 2024-03-12 Nuclera Ltd Spatially variable hydrophobic layers for digital microfluidics
US11289484B2 (en) 2020-01-03 2022-03-29 International Business Machines Corporation Forming source and drain regions for sheet transistors
WO2021146573A1 (en) 2020-01-17 2021-07-22 E Ink Corporation Spatially variable dielectric layers for digital microfluidics
US11946901B2 (en) 2020-01-27 2024-04-02 Nuclera Ltd Method for degassing liquid droplets by electrical actuation at higher temperatures
US11410620B2 (en) 2020-02-18 2022-08-09 Nuclera Nucleics Ltd. Adaptive gate driving for high frequency AC driving of EWoD arrays
JP2023514278A (ja) 2020-02-19 2023-04-05 ヌークレラ ヌクリークス， リミテッド ＥＷｏＤアレイの高周波数ＡＣ駆動のためのラッチ付きトランジスタ駆動
GB202005399D0 (en) * 2020-04-14 2020-05-27 Nuclera Nucleics Ltd A method of electrowetting
CN115461152A (zh) 2020-04-27 2022-12-09 核酸有限公司 用于数字微流体的可变驱动和短路保护的分段顶板
GB202008014D0 (en) * 2020-05-28 2020-07-15 Lightcast Discovery Ltd Improvements in or relating to a device and method for dispensing a droplet
US11295988B2 (en) 2020-06-11 2022-04-05 International Business Machines Corporation Semiconductor FET device with bottom isolation and high-κ first
US11479779B2 (en) 2020-07-31 2022-10-25 Zymergen Inc. Systems and methods for high-throughput automated strain generation for non-sporulating fungi
CN112717851A (zh) * 2020-12-24 2021-04-30 苏州大学 一种光驱动液态金属微液滴的装置及方法
CN112718028B (zh) * 2020-12-24 2022-11-01 深圳先进技术研究院 一种光操控液滴运动材料及其制备方法和应用
CN112877191A (zh) * 2021-02-22 2021-06-01 西安交通大学 一种防污染耗材以及应用该防污染耗材进行crispr分子诊断的方法
GB202103609D0 (en) 2021-03-16 2021-04-28 Lightcast Discovery Ltd Method of selecting cells
US20220381718A1 (en) * 2021-05-28 2022-12-01 Hrl Laboratories, Llc Biphasic coatings with chemical sensing, and methods of making and using the same
CN113634293B (zh) * 2021-08-09 2023-02-28 复旦大学 一种光控全无机ewod器件
US11857961B2 (en) 2022-01-12 2024-01-02 Miroculus Inc. Sequencing by synthesis using mechanical compression
CN114870915B (zh) * 2022-04-24 2023-03-31 复旦大学 一种单平面光控电润湿器件上多方向操控液滴的方法
CN114768901B (zh) * 2022-05-05 2023-05-23 天津理工大学 基于疏水性磁弹薄膜的可编程液滴移动系统及其驱动方法
TWI822246B (zh) * 2022-06-10 2023-11-11 大陸商廣州印芯半導體技術有限公司 載體均勻地分散的生物檢測裝置
US20240165611A1 (en) * 2022-11-22 2024-05-23 Visera Technologies Company Limited Biosensor and cell manipulation method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW555852B (en) * 1995-03-10 2003-10-01 Meso Scale Technologies Llc Electrochemiluminescence assay apparatuses, cassettes and kits and methods of making and using the same
US20070138016A1 (en) * 2005-12-21 2007-06-21 Industrial Technology Research Institute Matrix electrode-controlling device and digital platform using the same
US20120024708A1 (en) * 2010-08-02 2012-02-02 The Regents Of The University Of California Single-sided continuous optoelectrowetting (sceow) device for droplet manipulation with light patterns
US20140102900A1 (en) * 2012-10-11 2014-04-17 University Of North Carolina At Charlotte Microfluidic Devices And Applications Thereof

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9306729D0 (en) 1993-03-31 1993-05-26 British Tech Group Improvements in separators
EP0907889B1 (en) 1996-04-25 2007-07-04 BioArray Solutions Ltd. Light-controlled electrokinetic assembly of particles near surfaces
US6565727B1 (en) 1999-01-25 2003-05-20 Nanolytics, Inc. Actuators for microfluidics without moving parts
US6294063B1 (en) 1999-02-12 2001-09-25 Board Of Regents, The University Of Texas System Method and apparatus for programmable fluidic processing
US6942776B2 (en) 1999-05-18 2005-09-13 Silicon Biosystems S.R.L. Method and apparatus for the manipulation of particles by means of dielectrophoresis
US6685812B2 (en) 2001-01-09 2004-02-03 The Regents Of The University Of California Movement of particles using sequentially activated dielectrophoretic particle trapping
US20040231987A1 (en) 2001-11-26 2004-11-25 Keck Graduate Institute Method, apparatus and article for microfluidic control via electrowetting, for chemical, biochemical and biological assays and the like
US6958132B2 (en) 2002-05-31 2005-10-25 The Regents Of The University Of California Systems and methods for optical actuation of microfluidics based on opto-electrowetting
US6911132B2 (en) 2002-09-24 2005-06-28 Duke University Apparatus for manipulating droplets by electrowetting-based techniques
US7547380B2 (en) 2003-01-13 2009-06-16 North Carolina State University Droplet transportation devices and methods having a fluid surface
WO2005019875A2 (en) 2003-08-22 2005-03-03 Stratos Biosystems, Llc Electrowetting sample presentation device
ATE434131T1 (de) 2003-11-17 2009-07-15 Koninkl Philips Electronics Nv System zur handhabung einer fluidmenge
WO2005072399A2 (en) 2004-01-29 2005-08-11 Massachusetts Institute Of Technology Microscale sorting cytometer
US20050266571A1 (en) 2004-03-26 2005-12-01 Phil Stout Method for feedback control of a microfluidic system
WO2005100541A2 (en) 2004-04-12 2005-10-27 The Regents Of The University Of California Optoelectronic tweezers for microparticle and cell manipulation
US7458420B2 (en) 2004-07-22 2008-12-02 Schlumberger Technology Corporation Downhole measurement system and method
US20070095667A1 (en) 2005-10-27 2007-05-03 Applera Corporation Optoelectronic Separation of Biomolecules
US20150107995A1 (en) 2006-04-18 2015-04-23 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet Actuator Devices and Methods for Manipulating Beads
US8980198B2 (en) 2006-04-18 2015-03-17 Advanced Liquid Logic, Inc. Filler fluids for droplet operations
WO2008119066A1 (en) 2007-03-28 2008-10-02 The Regents Of The University Of California Single-sided lateral-field and phototransistor-based optoelectronic tweezers
ATE554859T1 (de) 2007-05-24 2012-05-15 Univ California Integrierte fluidische vorrichtungen mit magnetischer sortierung
WO2009004533A1 (en) 2007-07-03 2009-01-08 Nxp B.V. A microfluidic chip for and a method of handling fluidic droplets
WO2009011808A1 (en) 2007-07-13 2009-01-22 President And Fellows Of Harvard College Droplet-based selection
US20100120130A1 (en) * 2007-08-08 2010-05-13 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet Actuator with Droplet Retention Structures
WO2009046125A2 (en) 2007-10-02 2009-04-09 The Regents Of The University Of California Floating electrode optoelectronic tweezers (feoet) for manipulatiing oil-immersed droplets
US8753498B2 (en) * 2009-06-25 2014-06-17 Purdue Research Foundation Open optoelectrowetting droplet actuation device and method
US8628648B2 (en) 2009-07-07 2014-01-14 The University Of Akron Apparatus and method for manipulating micro component
US9182591B2 (en) * 2009-12-16 2015-11-10 University Of South Florida System and method for electrowetting actuation utilizing diodes
US20130118905A1 (en) 2010-05-26 2013-05-16 Tosoh Corporation Biological sample immobilizing apparatus
US9011662B2 (en) 2010-06-30 2015-04-21 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet actuator assemblies and methods of making same
KR101681096B1 (ko) 2010-07-13 2016-12-01 삼성전자주식회사 얼굴 애니메이션 시스템 및 방법
CN102671724B (zh) * 2011-02-17 2015-03-11 王崇智 微电极阵列结构
US9227200B2 (en) 2011-06-03 2016-01-05 The Regents Of The University Of California Microfluidic devices with flexible optically transparent electrodes
US9857333B2 (en) 2012-10-31 2018-01-02 Berkeley Lights, Inc. Pens for biological micro-objects
WO2014167858A1 (ja) 2013-04-12 2014-10-16 パナソニック株式会社 溶媒制御方法およびエレクトロウェッティング用溶媒
US20160108432A1 (en) * 2013-05-16 2016-04-21 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet actuator for electroporation and transforming cells
US10010882B2 (en) 2013-10-22 2018-07-03 Berkeley Lights, Inc. Microfluidic devices having isolation pens and methods of testing biological micro-objects with same
US20150306598A1 (en) 2014-04-25 2015-10-29 Berkeley Lights, Inc. DEP Force Control And Electrowetting Control In Different Sections Of The Same Microfluidic Apparatus
CA2945177C (en) 2014-04-25 2021-12-21 Berkeley Lights, Inc. Providing dep manipulation devices and controllable electrowetting devices in the same microfluidic apparatus
US20150306599A1 (en) 2014-04-25 2015-10-29 Berkeley Lights, Inc. Providing DEP Manipulation Devices And Controllable Electrowetting Devices In The Same Microfluidic Apparatus
CA2970174C (en) 2014-12-08 2024-01-23 Berkeley Lights, Inc. Microfluidic device comprising lateral/vertical transistor structures and process of making and using same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW555852B (en) * 1995-03-10 2003-10-01 Meso Scale Technologies Llc Electrochemiluminescence assay apparatuses, cassettes and kits and methods of making and using the same
CN1192097C (zh) * 1995-03-10 2005-03-09 梅索磅秤技术有限公司 多阵列、多特异性的电化学发光检验
US20070138016A1 (en) * 2005-12-21 2007-06-21 Industrial Technology Research Institute Matrix electrode-controlling device and digital platform using the same
US20120024708A1 (en) * 2010-08-02 2012-02-02 The Regents Of The University Of California Single-sided continuous optoelectrowetting (sceow) device for droplet manipulation with light patterns
US20140102900A1 (en) * 2012-10-11 2014-04-17 University Of North Carolina At Charlotte Microfluidic Devices And Applications Thereof

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