用于侧面加载介质上电润湿装置的间隔件的制作方法

本发明涉及微滴微流控装置，更具体地涉及有源矩阵介质上电润湿(am-ewod)装置，包括用于增强流体加载入此类装置的输入结构。

背景技术：

介质上电润湿(ewod)是用于通过施加电场来操纵流体的微滴的公知技术。有源矩阵ewod(am-ewod)是指在包含晶体管的有源矩阵阵列中，例如通过使用薄膜晶体管(tft)实现ewod。因此，它是用于芯片实验室技术的数字微流控的候选技术。对该技术的基本原理的介绍可以在以下文献中找到：“digitalmicrofluidics：isatruelab-on-a-chippossible？”，r.b.fair，microfluidnanofluid(2007)3：245-281)。

图1以截面形式示出了常规ewod装置的一部分。该装置包括下基板10，其最上层由导电材料形成，导电材料被图案化以便实现多个阵列元件电极12(例如，图1中的12a和12b)。给定阵列元件的电极可以被称为元件电极12。包括极性材料(通常也为水性和/或离子性)的液体微滴14被约束在下基板10和顶基板16之间的平面中。可以通过间隔件18在这两个基板之间实现合适的间隙或通道，并且可以使用非极性环绕流体20(例如油)来占据未被液体微滴14占据的体积。油的功能是降低极性微滴表面的表面张力，并增加电润湿力，其最终导致产生小微滴并使其迅速移动的能力。因此，在将任何极性流体引入装置的通道中之前，将油存在于装置的通道内通常是有益的。

设置在下基板10上的绝缘层22将导电元件电极12a、12b与第一疏水涂层24隔开，液体微滴14以用θ表示的接触角26位于第一疏水涂层24上。疏水涂层由疏水材料(通常但不一定是含氟聚合物)形成。液体微滴14可以与之接触的第二疏水涂层28在顶基板16上。参考电极30介于顶基板16和第二疏水涂层28之间。

接触角θ的定义如图1所示，并通过固体-液体(γsl)、液体-非极性环绕流体(γlg)和固体-非极性环绕流体(γsg)界面之间的表面张力分量的平衡来确定，并且在不施加电压的情况下满足杨氏定律，该公式给出如下：

在操作中，被称为ew驱动电压(例如，图1中的vt，v0和v00)的电压可以从外部施加到不同的电极(例如，分别施加到参考电极30，元件电极12、12a和12b)。所得到的电力被设置为有效地控制疏水涂层24的疏水性。通过布置不同的ew驱动电压(例如，v0和v00)被施加到不同的元件电极(例如，12a和12b)，液体微滴14可以在两个基板10和16之间的横向平面中移动。

下面描述ewod装置的示例配置和操作。us6911132(pamula等，2005年6月28日授权)公开了一种用于控制微滴在两个维度上的位置和移动的二维ewod阵列。us6565727(shenderov，2003年5月20日授权)进一步公开了用于其他微滴操作的方法，包括微滴的分裂和合并，以及将不同材料的微滴混合在一起。us7163612(sterling等，2007年1月16日授权)描述了基于tft的薄膜电子器件如何用于通过使用与am显示技术中采用的电路布置非常相似的电路布置，来控制对ewod阵列的电压脉冲的寻址。

us7163612的方法可以被称为“有源矩阵介质上电润湿”(am-ewod)。使用基于tft的薄膜电子器件来控制ewod阵列有若干优点，即：

●电子驱动电路可以集成到下基板10上。

●基于tft的薄膜电子器件非常适合于am-ewod应用。它们生产便宜，从而可以以相对低的成本生产相对大的基板面积。

●以标准工艺制造的tft可以被设计为在比标准cmos工艺中制造的晶体管高得多的电压下操作。这是重要的，因为许多ewod技术需要施加超过20v的电润湿电压。

图2是以示意性透视图描绘示例性am-ewod装置36的附加细节的示意图，示例性am-ewod装置36可以包含图1中的分层结构。am-ewod装置36具有下基板44，下基板44上设置有薄膜电子器件46，并且参考电极(与上述参考电极30相当)被并入上基板54中。电极配置可以颠倒过来，其中薄膜电子器件被并入上基板中，而参考电极被并入下基板中。薄膜电子器件46被布置成驱动阵列元件电极48。多个阵列元件电极48被布置在具有x×y阵列元件的电极或元件阵列50中，其中x和y可以是任何整数。可包括任何极性流体且可典型为水性的液体微滴52被封闭在由间隔件56分隔开的下基板44和上基板54之间，尽管将被理解的是，可以存在多个液体微滴52。

如上面关于代表性ewod结构所描述的，由两个基板限定的ewod通道或间隙最初以非极性流体(油)填充。包括极性材料的液体微滴14/52(即通过ewod装置的操作而被操纵的液体微滴)必须从流体的外部“储存器”输入到ewod通道或间隙内。外部储存器可以例如是移液器，或者可以是并入装置的塑料外壳中的结构。随着来自用于液体微滴的储存器的液体被输入，油被取代并从ewod通道移出。

已经设计了不同的机构来将流体输入或加载到此类装置中。例如，us8686344(sudarsan等，2014年4月1日授权)描述了利用布置在装置表面上的疏水层的图案化来加载流体的方法。wo2015/023747(yi等，2016年2月19日公开)和us2016/0016170(lay等，2016年1月21日公开)都描述了包括上、下ewod基板和起移液器导管作用的塑料部分的ewod盒式组件。

由于ewod装置的内表面是疏水的，所以极性流体进入ewod通道的实现具有重大意义。另外，当流体在ewod通道内，必须控制流体的行进方向，例如，使通过不同和相邻口的不同流体输入不会意外地结合在一起或混合。

实现控制流体进入的常规方法是创造具有钻的孔(洞)的上基板或具有以其他方式并入上基板中的孔(洞)的上基板。上基板中的孔提供方便的流体输入，但当然需要薄膜电子器件在底基板之上。这些孔限定流体输入口和从ewod装置的外部到电润湿阵列正上方的ewod通道内的流体路径。然而，在上基板上采用孔可能是难以制造并且昂贵的，特别是因为上基板和下基板的优选材料是玻璃。玻璃通常是优选材料，因为玻璃与常用的lcd制造技术兼容。此外有利的是，使ewod装置具有采用相同材料的上基板和下基板，以实现ewod通道间隙内的高精度，并且最小化在装置需要被加热的用途中与具有不同热膨胀系数的不同材料一起使用时的不利影响。在正常的用途中，不同极性流体入口点的数量由上基板内的孔的数量确定。随着上基板内孔的数量增加，生产成本和上基板的易碎性都增加。

一种可选的方法是使用不需要在上基板中形成的孔的侧面加载配置(例如，上基板简单地为矩形)。要进入ewod通道的流体通过两个基板之间的ewod通道的一侧输入，而不是通过上基板中的孔。通过使用没有孔的上基板，上基板的成本和机械强度与所需的极性流体入口点的数量完全无关，与上基板具有孔时可以被并入ewod装置的流体入口点相比，可能实现更高密度的流体入口点。然而，使用电流侧加载配置实现对极性流体输入的精确控制是困难的。

gb2542372(walton等，2017年3月22日公开)为本发明人的另一种设计。该公开描述了一种流体加载方法，并公开了一种用于将流体侧面加载到ewod通道内的间隔件设计。但是，这种简单的侧面加载不包含任何用于确保来自ewod装置外部的极性流体输入能够特定地进入ewod通道的特定组件。

技术实现要素：

用于液体微滴的极性流体的输入方式和效率会影响ewod装置的整体性能。本发明涉及ewod和am-ewod微流控装置，并涉及控制流体进入和来自疏水ewod通道的输入和输出，所述的疏水ewod通道限定在此类装置的基板组件之间。本公开描述了允许侧面加载的增强的间隔件构造，并且具有用于确保来自ewod装置外部的流体输入能够以良好受控的方式进入ewod通道的附加结构。

发明人已经认识到，之前的侧面加载设计虽然提供了优于上玻璃基板中有孔的优点，但在使用不完全油填充的加载方法(如gb2542372)的情况下，在如何控制流体的输入方面可能遇到缺陷。例如，图3和图4中示出了此问题，示出了当使用不完全油填充的方法时不足以控制气-油界面位置的侧面加载ewod装置60的示例。顶视图示意性示出的是位于下基板64顶上的上玻璃基板62，二者通过间隔件66隔开。装置67的有源区(图3)可以被定义为包含电润湿电极的区域，在该区域上可以操纵液体微滴。在操作中，微滴通常在作为环绕介质的非极性流体(例如油)内被操纵。然而，没有必要为了操纵微滴而在整个有源区都充满油。相反，油只需要存在于液体微滴的边界处。这在装置的填充机理中被探索，由此，在极性流体加载之前，通道(可选地包括也是有源区的一些通道)不完全填充油。油的这种不完全填充能够帮助极性流体的填充。因此，本发明解决的问题之一是如何不完全地填充油，同时还确保油流到通道的正确部分以帮助填充极性流体。

在典型的操作中，油首先加载入装置中。在油68的初始加载之后，如图4所示，气泡70将自身定位于沿着上基板的没有间隔件66的边缘上。如果随后沿着ewod装置的不存在间隔件的边缘进行流体加载，则沿着装置的具有气泡的边缘的适当流体加载可能失效。

作为与非成功侧面加载对比的成功侧面加载的一个示例，图5示出了如果极性流体沿在空气边界上存在油的边缘垂直加载(例如通过移液器底座)时可能发生的情况。图5描述了与图3和图4相当的ewod装置60的侧视图。移液器72(其可以是未示出的移液器底座的一部分)可以用于将极性流体74加载到油68中。图5的左下部分示出了成功的加载，通过该加载，极性流体74与非极性流体(油)68接触，并且可以使用电润湿力将极性流体吸入ewod通道。然而，替代地，可能发生极性流体74的失败加载，其中极性流体74不与油68接触。在图5的右下部分示出非成功的流体加载。在这种情况下，极性流体可以在远离上基板和ewod通道的方向上加载，并且被隔离滞留在ewod通道外。如果发生这种情况，ewod通道边缘处的油不会与极性流体接触，并且采用电润湿力无法实现极性流体的加载。之前的侧面加载设计没有配置适当的结构，以确保发生适当的侧面加载以避免图5中所示的非成功加载。

本公开的装置描述了流体侧面加载的结构和相关方法，由此克服了与之前侧面加载设计相关的上述缺陷，以及具有简单并且与低成本装配过程兼容的ewod装置结构。所描述的设计包括并入间隔件部件中的流体输入口，流体输入口被配置为便于加载极性和非极性流体。本发明的侧面加载具有有利的特征。当ewod装置最初并且未完全填充非极性填充流体(油)时，非极性填充流体呈现在极性流体经由流体输入口进入的位置，以确保极性流体与非极性油接触。这是重要的，因为极性流体与非极性填充流体的接触为成功将极性流体加载到ewod通道中提供了增强条件。当极性流体在基本上正交于ewod基板的方向上被加载时，极性流体总是进入ewod通道，而不像之前配置中可能出现的那样，滞留在ewod通道外。

所描述的ewod装置构造解决了与将流体正确加载到ewod装置中相关的几个重要问题。这些问题包括，例如：将ewod基板均匀分隔开并通过适当间隙以形成ewod通道；确保当装置部分填充油时，油将在随后被引入极性流体的点处存在；以及控制极性流体进入ewod装置的ewod通道内。

增强的ewod装置构造便于侧面加载并解决了与之前设计相关的上述问题。在示例性实施例中，ewod装置包括间隔件(通常由塑料制成)。所述间隔件延伸到上基板和下基板之间的ewod通道内，至少具有位于ewod通道的至少一个边缘处的间隔件部分，并且所述间隔件部分限定至少一个流体口，所述流体口包括限定从ewod通道到ewod装置外部的输入(或输出)的气隙。

在其它示例性实施例中，所述间隔件部分可以包括或执行以下功能中的一个或多个：限定上、下基板之间的ewod通道的单元间隙间距；限定流体输入口的几何形状，所述流体输入口被优化以用于将非极性(例如油)或极性(例如水性)流体输入输入(或输出)到ewod通道内；以及限定到ewod装置外部的接口，所述接口用于来自例如移液器导管装置的流体的输入和输出。用于给定ewod装置的间隔件的设计可以针对如下设计优化：ewod装置的有源区；ewod装置的油填充口的位置；极性流体随后被加载到ewod通道中的点；要加载到ewod通道中的单独极性试剂的数量和体积；以及将从ewod通道卸载/抽出的单独极性试剂的数量和体积。

因此，本发明的一个方面是具有增强的间隔件构造的ewod装置，通过该间隔件构造，间隔件限定流体输入口，并且以确保来自装置外部的流体输入能够进入ewod通道的方式配置。在示例性实施例中，ewod装置包括第一基板组件和第二基板组件，其中第一和第二基板组件具有相对的内表面；以及间隔件部分，其定位第一基板组件和基板组件，以将第一基板组件内表面从第二基板组件内表面隔开，从而在第一基板组件和第二基板组件的相对内表面之间限定通道；其中间隔件部分限定与通道流体连通的多个流体输入口，并且间隔件部分被配置用于将来自所述流体输入口的流体引导到通道内。所述间隔件部分具有梳状间隔件构造以限定多个流体输入口，梳状间隔件构造包括从基区延伸到通道内的交替的齿，并且齿将相邻的流体输入口彼此分隔开。所述间隔件部分可以仅接触第一和第二基板组件的一部分，以在ewod装置内形成无间隔件区，并且间隔件包括与第一和第二基板组件两者均接触并延伸进通道内以限定通道的单元间隙的区域。

参考以下描述和附图，本发明的这些和进一步的特征将显而易见。在说明书和附图中，已经详细公开了本发明的特定实施例，作为可以采用本发明的原理的一些方式的说明，但是应该理解的是，本发明在范围上不受相应限制。更确切地说，本发明包括落入所附权利要求的精神和条件内的所有改变、修改和等同物。关于一个实施例描述和/或示出的特征可以在一个或多个其他实施例中以相同的方式或以类似的方式使用，和/或与其他实施例的特征组合使用，或代替其他实施例的特征使用。

附图说明

图1是以截面形式描绘常规ewod装置的示意图。

图2是以示意透视形式描绘示例性am-ewod装置的示意图。

图3是描绘示例性侧面加载ewod装置的示意图。

图4是描绘具有不完全油填充的图3的示例性侧面加载ewod装置的示意图。

图5是描绘示例性侧面加载ewod装置的示意图，其示出了成功和非成功的侧面流体加载。

图6是描绘根据本发明的实施例的第一个示例性ewod装置的沿不同部分的平面图和侧面截面图的示意图。

图7是描绘图6的示例性ewod装置的一部分的特写平面图的示意图。

图8是描绘具有不完全油填充的图6的示例性ewod装置的平面图的示意图。

图9是描绘图6的示例性ewod装置的侧视图的示意图，其示出了成功和可恢复的侧面加载。

图10是描绘根据本发明的实施例的另一示例性ewod装置的侧面截面图和平面图的示意图。

图11(a)、11(b)和11(c)是描绘根据本发明的实施例的示例性ewod装置的变型的侧面截面图的示意图。

图12是描绘根据本发明的实施例的另一示例性ewod装置的侧面截面图的示意图。

图13(a)、13(b)、13(c)和13(d)是描绘根据本发明实施例的另一示例性ewod装置的侧面截面图的示意图，其中的图示出了侧面流体加载的进程。

图14是描绘使用流体加载的油壳方法的ewod装置的平面图的示意图。

图15是描绘图6的示例性ewod装置的平面图的示意图，如图所示使用流体加载的油壳方法。

具体实施方式

现在将参考附图描述本发明的实施例，其中相同参考数字始终用于指代相同的元件。将理解的是，附图不一定按比例。

通常，本发明的一个方面是具有增强的间隔件构造的ewod装置，通过该间隔件构造，间隔件部分限定流体输入口，并且被配置为以确保来自装置外部的流体输入能够进入ewod通道的方式。在示例性实施例中，ewod包括第一基板组件和第二基板组件，其中第一和第二基板组件具有相对的内表面；以及间隔件部分，其定位第一基板组件和基板组件，以将第一基板组件内表面与第二基板组件内表面隔开，从而在第一基板组件和第二基板组件的相对内表面之间限定通道；其中间隔件部分限定与通道流体连通的多个流体输入口，并且间隔件部分被配置用于将来自所述流体输入口的流体引导到通道内。间隔件部分具有梳状间隔件构造以限定多个流体输入口，梳状间隔件构造包括从基区延伸到通道内的交替的齿，并且齿将相邻的流体输入口彼此隔离。间隔件部分可仅接触第一和第二基板组件的一部分，以在ewod装置内形成无间隔件区，并且间隔件部分包括与第一和第二基板组件两者均接触并延伸到通道内以限定通道的单元间隙的区域。

图6是描绘根据本发明实施例的一示例性ewod装置80的顶视图的示意图。图6进一步分别示出ewod装置80的沿线a-a′、b-b′、c-c′和d-d′的不同截面(a)-(d)。

ewod装置80包括第一或上基板组件82和第二或下基板组件84。第一/上基板组件和第二/下基板组件具有由间隔件或间隔件部分86分开的内部相对表面，以形成单元间隙或ewod通道88。以这种方式，间隔件/间隔件部分86定位第一基板组件和基板组件，以将第一基板组件内表面与第二基板组件内表面间隔开，以在第一和第二基板组件的相对的内表面之间限定ewod通道88。为简化相关特征的说明，省略了ewod装置部件的各层。因此，第一和第二基板组件可以包括如本领域中已知的形成ewod装置的相关基板层、绝缘层、电极层和相关结构。通常，第二(下)基板组件84构成包括薄膜电子器件的tft基板，第一(上)基板组件82包含参考电极。然而，这可以相反，使第一(上)基板组件82构成tft基板，第二(下)基板组件84包含参考电极。

间隔件被配置为具有期望的宽度或厚度，以便正确地将基板相对于彼此定位，以在两个基板组件的相对的内表面之间限定ewod通道88。间隔件的示例材料可以包括合适的硬板塑料，例如聚碳酸酯、pet、聚苯乙烯、聚酯、聚酰亚胺(例如kapton，cirlex)或mylar。间隔件还可以具有一个或多个粘合剂层，即为单面或双面胶带。或者，间隔件部分86可以与其中一个基板组件整体形成，并且特别适合于下基板84上的制造。在整体制造实施例中，间隔件部分86可以被制造为下基板的整体部分，例如由沉积在下基板上的光阻或其他可图案化的层形成。如此，该层可被视为下基板的一部分，并且间隔件部分不被设置为需要相对于下基板组装和对准的单独部件。而是，为了整体制造，间隔件部分的对准在制造所述间隔件部分的点(例如通过光刻)进行。合适的光阻材料包括(但不限于)su8和ordyl干膜光阻。在本发明中，在包围单独的元件或整体制造的元件时，术语间隔件和间隔件部分可互换使用。

如截面图所示，间隔件86可以放置或者制造在基板之一上，诸如下基板84，并且大致在间隔件的所有表面处可不接触其他基板，例如上基板82。然而，间隔件至少具有延伸到ewod通道88内并因此与两个基板都接触的区域90(参见截面(b)和(d))，以便将基板适当地间隔开，从而在基板组件的内表面之间形成具有期望宽度的ewod通道。由此，间隔件解决了将ewod基板均匀地间隔开并且在相对的内表面之间具有适当间隔、以形成ewod通道88的合适的单元间隙的问题。

间隔件86被配置为用于将流体侧向加载到ewod通道内。因此，具有ewod装置的无间隔件区92，在该无间隔件区92ewod装置的周边没有间隔件部分。因此无间隔件区92对空气敝开并且没有间隔件。图6以平面图示出了包括有源区93的装置，有源区93可以至少部分地以非极性流体或油填充。油倾向于通过毛细作用固定在间隔件上，因此没有填充无间隔件区92的油。因此，在不存在间隔件的位置，开放式无间隔件区92允许极性流体以良好受控的位置和方式侧面加载。

间隔件86被配置为包括从基区97延伸以限定多个流体输入口98的交替齿96的“梳状”间隔件。图7是描绘ewod装置的一部分的特写图以更好地示出形成流体输入口98的间隔件的子部件的示意图。齿96从基区97延伸到ewod通道内，并因此提供间隔件与油94的重叠区域。在图6的示例中，沿间隔件的相对的纵向侧面有二十二个流体输入口98，尽管可以形成任何合适数量和位置的流体输入口。通过使用间隔件86的梳状特性形成流体输入口，ewod装置80的构造消除了通过在玻璃基板82或84的任一个中钻孔或以其他方式提供孔来形成流体输入口的需要。以下详细描述关于梳状间隔件和相关流体输入口的构造和功能的附加细节。

如上所述，在某些情况下，可能希望用油不完全地填充ewod通道，这允许形成如图4中形成的气泡。图8是描绘当ewod通道未完全填充油时ewod装置80的示意图。当ewod通道未完全填充油时，ewod装置80的构造形成气泡100，气泡在无间隔件区92中的受控位置中形成，以便当油被极性流体的输入所取代时，转而允许通过排出空气的良好受控的流体加载。

当未完全填充油时，油仍然倾向于固定在与装置的ewod通道重叠的那些间隔件的区域上，并且因此气泡100将倾向于驻留在ewod通道的没有间隔件的无间隔件区92处，如图8所示。这是有用的，因为其允许极性流体随后沿着上基板的边缘被加载，其中梳状间隔件形成其中可以注入极性流体的流体输入98。此类构造执行的功能为：确保当ewod通道仅部分或未完全填充油时，油将存在于极性流体随后可被输入到ewod通道中的点处。当输入极性流体时，油被取代并且由于这种取代，空气可能从气泡100中排出。

如上所述，间隔件齿96形成间隔件与油重叠的重叠区域，并且在重叠区域之间内，齿限定流体输入口98。因此，流体输入口98是间隔件中的开口，其允许极性流体进入装置与油接触。在极性流体以一定角度加载的情况下，极性流体可以以良好受控的方式容易地注入到装置的ewod通道内。间隔件的梳状特性也起作用，使得极性流体不会与间隔件的用于受控流体输入的重叠区域之外的部位接触。换言之，齿96和基区97的构造将输入的极性流体限定在特定流体输入口98内，以防止不同极性流体的接触和混合。

图9是以侧视形式描绘ewod装置80中的流体输入的情景的示意图，类似于图5中所示，但是示出了间隔件86如何确保成功的流体输入。图9的左下侧显示了当移液极性流体102在输入时接触油时将发生的普通的成功的流体加载，类似于由图5的左侧部分所描绘的成功加载。电润湿力可用于将极性流体吸入ewod通道内。

另外，具有间隔件86的ewod装置80的结构进一步避免了与图5相关的极性流体潜在地被限制在ewod通道外的问题。相反，流体输入口98的设计可以被调整以确保任何向后流动的流体将被间隔件捕获，并且被引导到ewod通道中，在此被称为“可恢复加载”。图9的右下部分示出可恢复的加载，以及间隔件构造如何克服与之前设计的非成功加载相关的问题(例如，图5)。如图9所示，假如加载了充足的极性流体102，限定流体输入口的间隔件86的齿和基区将防止任何向后流动的流体移动离开装置的ewod通道太远，如可恢复加载的第一步所示。最终，在移液器撤回之前，从移液器流出的流体将接触油并进入装置的ewod通道，如可恢复加载的第二步所示。所需要的是控制极性流体，使极性流体在不与ewod通道内的油接触的情况下不能加载到装置内。只要与油接触，并且在该装置的ewod通道中存在向ewod装置的外部开放的气泡(例如气泡100)，从而空气可以通过极性流体造成的油取代而排出，随后极性流体将在电润湿电压的控制下进入ewod通道。以这种方式，ewod装置80解决了如何控制极性流体进入装置的ewod通道的问题。

间隔件尺寸的最佳设计可以取决于注入极性流体的移液器或其他物体的尺寸和位置、流体注射的角度、极性流体与下ewod基板的接触角以及极性流体的性质及其对间隔件材料的亲和性。通常，对于每种要注入的试剂，间隔件内应有一个流体输入98，并且注入量越小，间隔件后部应越靠近极性流体注射器的末端。此外，例如在限定流体输入口处使用弯曲边缘或圆形边缘来避免间隔件中的尖锐拐角通常是有利的，如例如在图7的特写图中所示。通常，与间隔件的开口部分的设计无关，还将存在最小可加载体积，其由极性流体注射器与上ewod基板的边缘的接近度确定。

所描述构造的主要优势在于，通过用间隔件限定流体输入口，消除了在上或下基板中形成孔的要求。此优势在am-ewod装置中特别明显，其中上基板和下基板都优选由玻璃制成。如果要求装置具有大量的流体输入口，则该优势也特别明显。如果上基板具有大量的孔，则这种装置难以制造且昂贵，因为通常必须一次制造一个孔(例如通过钻孔)。基板上的大量孔也使得基板更脆。此ewod装置80能够允许侧面加载，因此大大降低了装置的制造成本，同时增强了耐久性。另一个优势是所描述的布置有利于组装简化，利用间隔件的双重功能作为ewod通道间隙和流体输入口二者的限定器。

所描述的ewod装置构造也解决了与流体适当加载到上述ewod装置内相关的重大问题，包括，例如：将ewod基板均匀间隔开并通过适当间隙以形成ewod通道；确保当装置部分填充油时，油将在随后引入极性流体的点处存在；并控制极性流体进入ewod装置的ewod通道中。这些问题以具有成本效益的方式得到解决，易于实施而没有之前设计的缺陷。

间隔件86还可被配置成增强流体抽出以移除经处理的流体，从而允许新的极性流体进入以进行微滴操纵。返回参考图6，图6示出了已经移动到形成在间隔件86中的出口122的代表性微滴120。特别地，出口122可以被配置为间隔件的延伸，其形成进入ewod通道的流体通路。尽管出口122被示出为从没有流体输入口的间隔件区延伸，但是可以采用任何合适的位置。另外，可以提供多于一个出口。

为了成功的微滴抽出，口122应该具有的直径或宽度尺寸不大于可能被抽出的最小液滴120的直径的开口。当微滴120移动到如图6所示的出口时，微滴首先阻塞出口，基本上阻止了额外的油进入出口。微滴120的极性流体然后可以通过电润湿或其他合适的抽出机理通过出口被抽出。尽管可以提取已经在出口122内的少量油，但是这样的量将会很小并且可以忽略，主要是极性流体微滴被抽出。

这种抽出过程还可以与适用于被抽出的极性微滴的自适应电极图案相结合，以将极性微滴保持在ewod通道内的正确位置。例如在申请人的专利申请ep16194633中描述了这种电极图案化，该专利申请通过引用并入本申请。以这种方式，极性微滴120决不会从间隔件出口122中的开口移离，抽出拉伸电润湿力将通过间隔件出口122被施加，这导致微滴的平滑且连续的抽出，同时非常少量的额外的油被抽出。

后面的图示出了上述配置的结构变化。为了便于示出，类似的结构采用与前面附图中相同的参考数字标识，并且通常可比较地配置。提供关于各实施例之间的结构差异的附加解释。相关地，ewod装置的各实施例通常将按如上所述地操作，并且基于如下详述的结构变化进行特定修改。

图10是描绘根据本发明另一实施例的示例性ewod装置80a的侧视图和平面图(平面图是局部和特写图)的示意图。在该实施例中，第一或上基板82是包括薄膜驱动电子器件104的有源基板，第二或下基板84包含参考电极。显示了与ewod通道88位于一起的油94。如果应用需要微滴被光学地访问，例如读出测定结果，则这种布置可能是有利的。根据优选的几何形状，从下方执行ewod装置的光学访问可能是有利的，在这种情况下，在上基板上具有ewod驱动电子器件(其部分吸收并且可以为自发荧光的)是有利的。

通常，在am-ewod阵列中，将基板的微滴操作区域，即表面特性通过电润湿可控制的有源区，布置为刚好延伸到下基板的边缘是不方便的。这是由于需要为行和列驱动电路留出间隙，并且还因为可以通过切割工艺(用于将各个装置从大的母玻璃源切开，基板通常在母玻璃源上制造)来限定的玻璃边缘的精密度必须有一定的公差。

因此，ewod装置80a可以包括可以施加电润湿电压的有源区106，以及不处于有源ewod控制下的无源边界区域108。考虑到这种布置，流体输入口的尺寸因此必须被设定为容纳必须加载(对于流体输入的每个步骤)的极性流体的最小体积，以确保流体输入至少部分地与装置的有源区106重叠。这确保整个流体输入体积随后可以通过电润湿力进一步被吸引到有源区106上，并且随后通过ewod电极以受控方式被操纵。为了实现这样的构造，如平面图所示，齿96被配置成延伸超过无源区域108并进入有源区106，这确保流体输入口98与有源区连续。另外，如上所述并且如图10所示(也参见图7)，间隔件的向后部的与通道相对的、限定流体输入口98的一部分的形状是圆形的。

例如，如果边界区域的宽度被表示为“w”并且两个基板之间的ewod通道的单元间隙尺寸被表示为“d”，并且间隔件的背面部分为如图所示10的圆形，那么流体输入口的尺寸必须被设定为容纳的最小体积的输入流体至少为半径w/2和高度d的盘的体积、即πdw²/4。例如，如果边界区域为2mm宽，且单元间隙尺寸为250um，则可以加载(并且仍然可用于ewod阵列上)的最少极性流体为至少0.8ul。需要加载小于0.8ul体积的应用将不适合这种特定的几何形状，因为极性流体可能无法到达有源区。在其中要加载相对较大体积的流体的应用中，这种几何形状具有特定的优势，因为几何形状可允许在装置的ewod通道的无源边界区内存储一定量的极性流体体积，所以如果需要大量的极性流体来在ewod阵列上执行检验，极性流体可以在流体加载后储存，而不占用装置有源区上的宝贵空间。

对于图10的配置，如上所述，有利的是将间隔件齿96的重叠区域延伸入装置的ewod通道内，直到间隔件齿96与装置的有源区106重叠，再次如图10的平面图所示。这进一步保留了在分离的流体输入口98内的装置的无源区108中彼此隔离的不同极性流体，从而防止了不希望的不同流体的混合。

图11(a)、11(b)和11(c)是描绘根据本发明的实施例的ewod装置的不同示例性可选变化的侧面图的示意图。在这些实施例中(与前述实施例相反)，第二或下基板84是包括薄膜驱动电子器件104的有源基板，并且第一或上基板82包含参考电极。

这些实施例展示了如何配置无源边界区域的不同变型。在图11(a)的示例性ewod装置80b中，在ewod通道内存在对称的无源边界区域108，其中具有对电极的上基板延伸超出装置的有源区106的边缘，至少在一些相对的边缘上。因为ewod通道的无源边界区域108的尺寸由针对对电极选择的尺寸和形状(即，不通过用于有源ewod阵列的驱动电子器件的设计)确定，所以对边界区域的尺寸和形状存在更高程度的控制。因此，例如在另一种ewod装置构造中，不对称边界区域112可以被配置为在装置的不同边缘上具有不同尺寸，以适应要在特定应用中加载的流体体积的需要，例如图11(b)中示出的示例性ewod装置80c所示。

此外，如上文结合前述实施例所提及的，具有无源边界区的一个优势是：在极性流体被带到用于执行微滴操作的装置的有源区之前，存储较大体积的极性流体的潜力。这个特定实施例的另一个优势将是易于通过改变上基板82的轮廓来产生甚至进一步的体积存储，例如图11(c)所示的另一个示例性ewod装置80d中所示。在此示例中，上基板82具有脊114，非极性流体将通过毛细管作用而趋于固定在该脊114上以产生额外的存储容量。脊114更有利地形成在上基板82内，因为对电极ewod基板的物理轮廓比有源ewod基板的物理轮廓更容易变化。

图12是描绘根据本发明实施例的ewod装置80e的另一示例性可选变化的侧视图的示意图。在此实施例中，第二或下基板84也是包括薄膜驱动电子器件104的有源基板，并且第一或上基板82包含参考电极。上基板82被布置为沿着极性流体要被加载的边缘，上基板的边缘与有源区106重合。换言之，沿极性流体将被输入的ewod装置的边缘，不存在无源边界区。这种布置的优势在于，在极性流体被输入的位置ewod通道内不存在无源区，原则上没有最小可加载极性试剂体积，因为输入流体将总是与有源区接触。相关的，在ewod通道之外没有有源区的部分，因此没有有源区的任何部分被浪费。如在前述实施例中那样，边界区域(或边界区的缺失)可以被选择为沿着装置的不同边缘是不同的，例如在图11(b)的实施例中，并且还可以与可变轮廓上基板结合，以最小化阵列上储存的更大量流体所占据的面积。

图13是描绘根据本发明实施例的ewod装置80f的另一示例性可选变化的侧视图的示意图。在此实施例中，第二或下基板84是包括薄膜驱动电子器件104的有源基板，并且第一或上基板82包含参考电极。在该示例中，上基板82被布置为使得下ewod基板的有源区106的至少部分延伸超出上基板的边缘。当将极少量的流体加载到装置内时，此类构造可能是有利的，否则这会使输入的流体更难以接触油或有源区。因此，在此实施例中，在流体注入点正下方总是存在有源区ewod电极的一部分，这使得在极性流体尚未与油接触并因此尚未进入装置的ewod通道的点处，能够更好地控制极性流体的输入。

为了便于加载极少量的极性流体，电极图案可以与极性流体的加载同步，例如图13的渐进系列示意图图(a)-(d)所示。在第一张图(a)中，少量的极性流体102被加载于注射器116内，例如移液装置。在第二张图(b)中，最初少量的极性流体102离开注射器116并且由于量少而不会横向移动。因此，当极性流体接触下基板时，有源区106的ewod电极部分118在施加的电极图案中被激活，以准备在注射器116缩回之前将极性流体102引到ewod通道。如第三张图(c)所示，施加的电极图案在极性流体上提供电润湿力，其偏置朝向装置的ewod通道(以及内部的油)的流体流的方向，因此有助于少量极性流体的成功加载。如第四张图(d)所示，一旦少量的极性流体102被加载到ewod通道内，则可将注射器从装置中移除。通过在缩回移液装置之前等待，直到极性流体已经移动到ewod通道中，避免了缩回时不希望的极性流体的回流，这可能在常规构造中发生。

如果ewod装置包括传感器反馈，则可以通过使用软件功能以自动方式完成该过程，一旦流体接触ewod基板，该软件功能就自动检测流体，并且可以以自动方式适配所施加的ewod电极图案。如果流体输入是自动完成的，则该软件功能可以与泵连接，以而注射器仅在极性流体已经安全地从ewod通道的边缘移开时才缩回。如果流体输入是手动完成的(例如通过移液器)，那么当极性流体已经移动到ewod通道内并且可以安全地移开移液器时，可以给用户提供信号(音频或视觉)。如前述实施例，ewod装置80f可以被设计成使得该特征构件仅沿着装置的一些边缘存在，如果这符合针对给定应用执行的检验的流体加载要求。

图14和15是描绘使用ewod装置80将极性流体输入ewod通道中的另一示例性方法的示意图。在前述实施例中，间隔件86的特征为齿96形成重叠区域，其中间隔件在装置的ewod通道内部，并且油沿着间隔件的边缘固定油，其中流体输入被定位在该间隔件的边缘以加载极性流体。以此方式，间隔件构造确保在输送极性流体进入ewod装置的物体缩回之前，极性流体接触装置的ewod通道内的油。

图14描绘了在本发明中被称为流体输入的“油壳”方法的替代流体输入方法。油壳方法获得了与极性流体和油接触的类似效果，这不需要油专门存在于上ewod基板和间隔件的相关边界处。图14描绘了用于油壳方法的说明目的的非特定ewod装置125。如图14所示，在油壳方法中，输入微滴130被形成为包括封在油壳134内的极性流体微滴132。例如，如果要通过移液器输送流体，则可以在将极性流体加载到移液器尖端中之后，通过将移液器尖端浸入油中来形成输入微滴130。或者，可以使用移液器进行双抽吸，以便两种流体被吸入移液器尖端，包括控制量的极性流体，同时和适量的油。然后可以将两种流体注入ewod通道中，而不需要油特定存在于输入口的边界处。尽管基板表面具有疏水性，极性流体周围的油的存在允许微滴的输入。假如输入微滴130可以通过电润湿力而移动到油主体或其他所需位置，则实现了适当的流体输入。

图15是描绘可以结合图6中所示的ewod装置80采用的油壳方法的示意图。将被理解的是，可以使用任何所述实施例的ewod装置同样地采用油壳方法。如图15所示，油壳输入微滴130可以在与油主体94间隔开的输入口98的一个处输入。然后可以采用电润湿电压来将输入微滴130移动到油主体。油壳方法可以与其他实施例的输入方法结合使用，以将额外的极性流体加载入存在于ewod装置中的任何剩余气泡100中，例如，例如当在反应方案开始时加载的油94不足时，如图15所示。

本发明的一个方面是具有增强的间隔件构造的ewod装置，通过该间隔件构造，间隔件部分限定流体输入口，并且被配置为确保来自装置外部的流体输入能够进入ewod通道的方式。在示例性实施例中，ewod装置包括第一基板组件和第二基板组件，其中第一和第二基板组件具有相对的内表面；以及

间隔件部分，其定位第一基板组件和基板组件，以将第一基板组件内表面与第二基板组件内表面隔开，从而在第一基板组件和第二基板组件的相对内表面之间限定通道；其中间隔件部分限定与通道流体连通的多个流体输入口，并且间隔件部分被配置用于将流体从所述流体输入口引导到通道内。ewod装置可以单独地或组合地包括以下特征中的一个或多个。

在ewod装置的一个示例性实施例中，间隔件部分具有梳状间隔件构造以限定多个流体输入口，梳状间隔件构造包括从基区延伸到通道内的交替齿。

在ewod装置的一个示例性实施例中，从通道的外部，齿将相邻的流体输入口彼此隔离开。

在ewod装置的一个示例性实施例中，间隔件部分仅接触第一和第二基板组件的一部分以在ewod装置内形成无间隔件区。

在ewod装置的一个示例性实施例中，间隔件部分包括与第一和第二基板组件都接触并延伸到通道内以限定通道的均匀单元间隙的区域。

在ewod装置的一个示例性实施例中，ewod装置进一步包括出口，出口被配置为间隔件部分的延伸，其形成进入通道的流体通路。

在ewod装置的一个示例性实施例中，间隔件部分的与通道相对的且限定流体输入口的一部分的形状是圆形。

在ewod装置的一个示例性实施例中，第一基板组件或第二基板组件中之一包括用于将电润湿电压施加到通道内的薄膜电子器件，薄膜电子器件在通道内限定有源区；以及包括薄膜电子器件的基板组件限定与所述有源区相邻的且其中电润湿电压不可施加的无源边界区域。

在ewod装置的一个示例性实施例中，间隔件部分具有梳状间隔件构造以限定多个流体输入口，梳状间隔件构造包括从基区延伸到通道内的交替齿，所述交替齿延伸超出无源边界区域并进入到有源区内。

在ewod装置的一个示例性实施例中，如果无源边界区的宽度被表示为“w”，并且第一和第二基板组件之间的通道的单元间隙尺寸被表示为“d”，则流体输入口的尺寸被设定为容纳的最小体积的输入流体至少为半径w/2和高度d的盘的体积。

在ewod装置的一个示例性实施例中，无源边界区域在包括薄膜电子器件的基板组件的至少一些相对边缘上对称。

在ewod装置的一个示例性实施例中，无源边界区在包括薄膜电子器件的基板组件的不同边缘上不对称，从而具有不同的尺寸。

在ewod装置的一个示例性实施例中，包括薄膜电子器件的基板组件具有邻近无源边界区的脊。

在ewod装置的一个示例性实施例中，第一基板组件是上基板组件并且包括薄膜电子器件。

在ewod装置的一个示例性实施例中，第二基板组件是下基板组件并且包括薄膜电子器件。

在ewod装置的一个示例性实施例中，包含薄膜电子器件的基板组件的至少一个边缘与有源区重合。

在ewod装置的一个示例性实施例中，第一基板组件或第二基板组件之一包括用于将电润湿电压施加到通道内的薄膜电子器件，薄膜电子器件在通道内限定有源区；并且有源区的一部分延伸超出包括薄膜电子器件的基板组件。

在ewod装置的一个示例性实施例中，第二基板组件是下基板组件并且包括薄膜电子器件。

在ewod装置的一个示例性实施例中，间隔件部分包括沉积在第一基板组件或第二基板组件之一上的光阻层。

本发明的另一方面是一种将流体输入ewod装置的相关方法。在示例性实施例中，输入流体的方法包括以下步骤：通过流体输入口中的一个将非极性流体输入到通道内；将极性流体输入到由间隔件部分限定的流体输入口的一个内，并且间隔件部分的在流体输入口中的一个处的构造将极性流体引导到通道内；并施加电润湿电压以将极性流体移动到通道内。输入流体的方法可以单独地或组合地包括以下特征中的一个或多个。

在输入流体的方法的一个示例性实施例中，间隔件部分仅接触第一和第二基板组件的一部分，以在ewod装置内形成无间隔件区，该方法进一步包括以下步骤：用非极性流体不完全填充通道，以在无间隔件区内形成气泡；并且将极性流体输入到由间隔件部分限定的所述流体输入口中的位于气泡与非极性流体相遇的边界处的一个流体输入口内。

在输入流体的方法的一个示例性实施例中，间隔件部分仅接触第一和第二基板组件的一部分，以在ewod装置内形成无间隔件区，该方法进一步包括以下步骤：用非极性流体不完全填充通道，以在无间隔件区内形成非极性流体主体和气泡；形成输入微滴，输入微滴包含封在非极性流体的壳内的极性流体的微滴；将输入微滴输入到由间隔件限定的流体输入口的与所述非极性流体的所述主体被间隔开的一个流体输入口内；并施加电润湿电压以使输入微滴移动以与非极性流体的主体接触。

在输入流体的方法的一个示例性实施例中，方法进一步包括由光阻层形成间隔件部分，其中光阻层沉积在第一基板组件或第二基板组件的之一上。

尽管相关的一个或多个特定实施例已经示出和描述了本发明，但是在阅读和理解本说明书和附图后，本领域技术人员可以想到同等的变化和修改。特别是关于由上述元件(部件、组件、装置、组合物等)执行的各种功能，用于描述这些元件的术语(包括对“装置”的引用)旨在对应，除非另有说明，执行所描述的元件的特定功能(即，功能上等同)的任何元件，即使在结构上不等同于执行本发明的一个或多个示例性实施例中的功能的所公开的结构。此外，虽然本发明的特定特征可能已经在上面关于几个实施例中的一个或多个进行了描述，但是这样的特征可以与其他实施例的一个或多个其他特征相结合，这对于任何给定或特定的应用可能是理想且有利的。

工业实用性

所描述的实施例可以用于提供增强型am-ewod装置。am-ewod装置可以形成芯片实验室系统的一部分。这种装置可以在操纵、反应和感应化学、生物化学或生理材料中使用。应用包括医疗诊断测试、材料测试、化学或生物化学材料合成、蛋白质组学、生命科学和法医科学的研究工具。

参考标记列表

10-下基板

12-阵列元件电极

12a-独立阵列元件电极

12b-独立阵列元件电极

14-液体微滴

16-顶基板

18-间隔件

20-非极性环绕流体

22-绝缘层

24-第一疏水涂层

26-接触角

28-第二疏水涂层

30-参考电极

36-am-ewod装置

44-下基板

46-薄膜电子器件

48-阵列元件电极

50-电极或元件阵列

52-液体微滴

54-上基板

56-间隔件

62-上基板

64-下基板

66-间隔件

67-装置的有源区

68-油

70-气泡

72-移液器

74-极性流体

80/80a-f-ewod装置

82-上基板组件

84-下基板组件

86-间隔件/间隔件部分

88-ewod通道

90-间隔件的区域

92-无间隔件区

93-有源区

94-油

96-间隔件齿

97-间隔件基区

98-流体输入口

100-气泡

102-移液器极性流体

104-薄膜驱动电子器件

106-有源区

108-无源边界区

114-脊

118-ewod电极部分

120-微滴

122-出口

125-ewod装置

130-输入微滴

132-极性流体微滴

134-油壳