专利名称：具有驱动电极阵列的微流体沟道器件的制作方法
具有驱动电极阵列的微流体沟道器件
背景技术：
除非这里明确说明，在这一部分中展现的材料均不是本申请权利要求的现有技术，也不因被包括在这里而承认是现有技术。微化学反应器可以用作化学发现和分析的平台。许多反应器依赖于微流体沟道和“芯片实验室”概念。流体通常通过毛细作用、微泵或者电动激励输运通过这些器件。在合成化学中，反应产物的分离、离析和识别通常通过多种色谱方法完成，范围从简单的纸色谱法和薄层色谱法(称作“TLC”)到先进的高压液体色谱法(称作“HPLC”)。
根据结合附图的以下描述和所附权利要求，该公开的前述和其他特征将变得更加清楚明白。应该理解的是这些附图只绘制了根据本公开的一些实施例，因此不应该认为其 限制本公开的范围，将参考附图具体详细地描述本公开，其中图I是微流体沟道器件的侧面截面示意图；图2、3和4A-E是微流体沟道器件构造时不同阶段的示意性说明；图5是微流体沟道器件的透视图；图6A是结合了微流体沟道器件的平面微色谱的侧面截面示意图；图6B是结合了微流体沟道器件的平面微色谱的侧面截面示意图；图6C是结合了微流体沟道器件的平面微色谱的顶部平面示意图；图7是分析系统的示意性说明；以及图8是配置为控制微流体沟道器件的示例计算机设备的方框图；所有附图都根据这里所述的至少一些实施例设置。
具体实施例方式以下详细描述参考附图，所述附图形成了描述的一部分。在附图中，除非上下文另有规定，类似的符号典型地表示类似的部件。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施例并非意味着限制。在不脱离这里所展现主题的精神和范围的情况下，可以利用其他实施例或者可以进行其他变化。应该理解的是如这里一般性描述并且在附图中说明的本公开的方面可以按照多种不同的结构进行排列、替代、组合、分离和/或设计，这里明确地考虑了这些内容。此外，本公开一般地涉及与微流体沟道器件有关的设备、系统、器件和方法，用于分离和/或分析少量的化学产品。简要地说，一般地描述了用于微流体沟道器件的技术。一些示例器件可以包括具有衬底表面的衬底，其中驱动电极组件阵列设置在所述衬底表面上。可以沿路径设置所述驱动电极组件。每一个驱动电极组件可以包括以一个或多个驱动电极层、电介质层和/或固定相层。所述器件还可以包括具有板平面的板。所述器件还可以包括参考电极，所述参考电极配置在所述板平面上以面对所述驱动电极组件的固定相层，并且与所述衬底表面分离开一定距离。所述器件还可以包括电压源，所述电压源用于输出电压电势，所述电压源配置为与所述驱动电极组件和所述参考电极通信。所述器件还可以包括电极选择器，所述电极选择器用于控制所述电压源。如下面更详细地讨论的，微流体沟道器件可以包括在微流体沟道内的驱动电极的平面阵列，其中所述驱动电极的平面阵列配置为产生电润湿效应。可以按照所需序列施加电压电势差以实现沿微流体沟道长度的液滴运动。这里所述的微流体沟道器件可以适用于在孤立的微色谱器件或系统中使用。在一些示例中，可以将所述微流体沟道器件合并到微流体芯片实验室器件或系统中。图I是根据这里的至少一些实施例的微流体沟道器件的侧面截面示意图。微流体沟道器件10可以用于诸如图6A-6C所示的微流体平面色谱中。微流体沟道器件10包括板11 ;参考电极12，配置为与板11接触并且包括表面16 ;衬底13，包括表面14 ;驱动电极组件15的阵列，配置为与表面14粘附性接触；以及加热器9。在一些示例中，微流体沟道器件10包括板11，但是不包括参考电极12。在其他示例中，微流体沟道器件包括参考电极12但是不包括板11。参考电极12的表面16可以与衬底13的表面14分离开预定的距离17，距离17限定了微流体沟道18的高度尺寸。可以通过移动参考电极12和衬底13来调节距离17的大小。例如，如果反应改变了分析物的体积(下面更加详细地描述)，可以相应地调节距离17的大小。沟道18可以限定任意类型的截面形状。在一些示例中，沟道18可以定义为正方形、矩形、椭圆形、跑道形、椭圆形、菱形、六边形、圆形和同心圆等的截面。在一些示例中，参考电极12和驱动电极组件15彼此平行地延伸，并且具有相同的截面形状。微流体沟道18的高度和宽度尺寸可以配置为适于容纳要分离的分析物的液滴60。例如，沟道18可以具有约10 μ m至约5mm的宽度；约I μ m至约5mm的高度；以及约O. 5_至约50_的长度。间隔开的驱动电极组件15的阵列可以设置在衬底13的表面14上，以限定微流体沟道18的长度或纵向方向。在一些示例中，每一个驱动电极组件15可以具有约I. 01 μ m至约2mm的高度。每一个驱动电极组件15之间的间隙间隔19可以设置为与驱动电极组件15实质上共面。在一些示例中，间隙间隔19可以延伸约0.5μπι至约 50 μ m0在一些示例中，可以用诸如光学半透明材料之类的电绝缘材料填充间隙间隔19。每一个驱动电极组件15可以配置为与间隙间隔19的至少一个相邻。每一个驱动电极15可以包括驱动电极层20、中间电介质层21和固定相层22。固定相层22的表面23可以配置为面对微流体沟道18和参考电极12。可以按照需要调节表面23和表面16之间的距离，用于改变单次洗脱中的厚度。板11和衬底13可以由相同或不同化学惰性材料制造，例如玻璃、陶瓷、聚合物等等及其组合物和类似物。代表性玻璃非限制性地包括硅酸盐、硼硅酸盐和铝硅酸盐。代表性陶瓷非限制性地包括各种纯度的Al2O3、诸如Si3N4、SiON和AlN之类的氮化物。代表性聚合物非限制性地包括聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺和环氧树脂。衬底13也可以包括具有已构图氧化物、氮化物或聚合物沟道的硅。替代地，可以将微流体沟道18刻蚀到衬底13的表面14上。在一些示例中，微流体沟道18可以形成于衬底13的表面上。如上所述，在一些示例中，沟道18可以具有线型或圆形的截面，并且可以具有分支点，使得可以通过电压的调节来使液滴60移动和转向。微流体沟道18的长度可以是相关联平面色谱的所需解析度的函数。较长的沟道可以产生较高的解析度。在包括芯片实验室结构的示例中，微流体18的长度可以是范围从约Imm至约10cm，并且微流体沟道18的宽度可以是范围从约10微米到约 5mm ο如图I所示，可以将驱动电极组件15的平面阵列构图到衬底13的表面14上。各种技术可以用于创建驱动电极组件15。例如，驱动电极层20可以是通过蒸发或者溅射气相沉积的薄膜。替代地，驱动电极层20可以通过几种合适的电镀技术的任一种来沉积。可以通过光刻、剥离、刻蚀或屏蔽掩模方法来对驱动电极层20构图。驱动电极层20可以由任意合适的金属制造。所述金属的选择可以依赖于金属令人满意地粘附到电介质层21的能力，所述电介质层随后形成到所述金属上。构成驱动电极层20的金属不需要是化学惰性的，因为电介质层22将驱动电极层20与流动相和分析物隔离。可以用于提供驱动电极层20的金属可以非限制性地包括铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)、镍(Ni)、银(Ag)、钼(Pt)、钛(Ti)及其合金。依赖于沉积方法，在一些示例中，驱动电极层20的尺寸可以是宽度-约10 μ m至约5mm ;厚度-约IOnm至约Iym ;长度-约10 μ m至约1mm。 在每一个金属电极层20表面上的可以是中间层21，可以将所述中间层实现为电介质粘附层。电介质粘附层21可以用于两种目的作为设置在流动相和每一个驱动电极层20之间的电介质层；以及作为设置在每一个驱动电极层20和每一个固定相层22之间的化学粘附层。可以按照需要调整电介质粘附层21的成分和厚度，以用作驱动电极层20和每一个固定相层22之间的化学连接或者物理键合以及这两层之间的绝缘体。各种有机和/或无机材料可以用于构造电介质粘附层21。这些材料的代表包括诸如聚硅烷、聚丙烯酸酯和聚酰亚胺之类的有机聚合物和诸如氧化物和氮化物之类的无机材料。在一些示例中，电介质粘附层21的厚度可以是范围从约Inm至约lOOOnm。固定相层22可以由可用作薄层色谱(TLC)或高性能液体色谱(HPLC)中的固定相的任意材料形成。在一些示例中，固定相层22的厚度可以是约I μπι至1_。代表性固定相层可以非限制性地由诸如功能化的硅石颗粒、高级凝胶体、水凝胶、诸如聚丙烯酰胺之类的聚合物、纳米颗粒组和多孔微粒散布体的材料制造。对于固定相层22的特定材料的选择可以基于要分离的分析物的特性。当选择用于固定相层22的材料时可以考虑分析物的各种性质，非限制性地包括分析物的极性、电荷和分子大小。依赖于所需的分离类型，固定相层22可以根据任意所需的分离机制来作用，非限制性地包括正常相位结构或反相位结构、粘合亲合力、离子交换或尺寸排除。在一些示例中，不同类型的材料可以用于单独器件10中的固定相层22。例如，可以基于尺寸排除来选择第一固定相层22的材料，并且可以基于粘合亲合力来选择第二固定相层22的材料。仍然参考图1，可以将参考电极12设置在面对衬底13的表面14的结构中的板11的表面上。在一些实施例中并且如图I所示，可以将参考电极12配置为设置在板11的表面上、并且由所有平面阵列排列的驱动电极组件15共享的单一连续层。在其他示例中，参考电极12可以包括间隔开的参考电极单元12’的阵列，可以将所述参考电极单元设置在板11上，每一个参考电极12’面对相应的驱动电极组件15。在一些示例中，连续的参考电极12可以提供单独的快速洗脱，而不连续的电极单元12’可以允许分支到其他沟道，并且可以补偿洗脱期间的液滴形状变化。例如，当液滴通过沟道18时，可以逐渐地洗脱液滴中的分析物。这可能引起液滴上的表面张力变化和/或电荷/极性变化。可以相应地调节参考电极12’和驱动电极15上的电势以控制形状，并且因此控制液滴的移动。参考电极12可以是光学半透明的。在一些示例中，板11和参考电极12两者都可以是光学半透明的，以便允许分离的分析物的检测和/或识别，如下面详细描述的。参考电极12可以由诸如铟锡氧化物(ITO)、氧化锡(SnO2)或者氧化锌(ZnO)之类的半透明导体材料制造。在一些示例中，参考电极12的厚度可以是范围从约IOOnm到约IOym0参考电极12可以配置为建立微流体沟道18两端的调节电压电势，其可以改变样品液滴60的接触角和表面张力。例如，通过改变调节电压电势，器件10可以对引入到微流体沟道18中的样品液体60进行移动、变形、压缩/伸长、限定和/或成形。当在沿微流体沟道18的长度的每一个驱动电极组件15的固定相层22上驱动样品液滴60时,可以从样品液滴60中去除各种分析物。这些分析物可以在固定相层22内部扩散，并且可以固定在固定相层22上。这种扩散可以导致在耗尽分析物(analyte-d印leted)的样品液滴中的极性变化。为了维持样品液滴的电润湿引起的移动，当样品液滴经历极性变化时，可能期望液滴的形状改变。
根据本公开的微流体沟道器件可以包括彼此互通的多个微流体沟道。这种结构可以将液滴分支到多个沟道，促进了二次洗脱和/或分离。可以用周围介质填充微流体沟道。可以选择所述介质的粘性以允许引入和洗脱。在一些示例中，周围介质和流动相可以是不相混的。有机和/或水溶剂的任意合适配对可以用于周围介质和流动相。例如，周围介质和流动相可以独立地是疏水性的、亲水性的、水性的、非水性的、极性或非极性的。在一些示例中，流动相可以是油基的并且周围介质可以是水。在其附近具有相同液滴60的驱动电极20和参考电极12之间的调节电压可以用于允许样品液滴改变形状和进行位移。作为电润湿效应的结果，这可以允许液滴60沿驱动电极12移动。当样品液滴和周围介质具有相反极性时,可能发生液滴的变形。在这些示例中，可以调节液滴的表面张力。例如，当使用己烷作为流动相以及去离子(DI)水作为周围介质时，可以通过将表面活性剂引入到周围介质中来调节液滴的表面张力。在一些示例中，所述流动相可以是极性的，而周围介质可以是周围空气。在一些示例中，流动相可以是极性的，而周围介质可以是真空腔体。在一些示例中，流动相可以是非极性的，而周围介质可以是极性的。因此，依赖于要分离的分析物的特性，可以利用各种色谱方法(如传统的HPLC)，其中可以调节流动相和周围介质之间的极性对比以实现所需的分离速率和解析度。加热器9可以配置为向沟道18供热，从而调节流动相的粘性和/或固定相的粘合亲合力。再次参考图1，每一个驱动电极组件15的参考电极12和驱动电极层20可以经由电连接器24与电极选择器25通信。电极选择器25可以控制对于驱动电极组件15和参考电极12的电压输入、定时和持续时间。在一些示例中，可以通过控制器、处理器或计算机26控制电极选择器25。图2、3和4A-E是在根据这里的至少一些实施例构造微流体沟道器件的不同阶段的示意性说明。参考图2，可以将衬底13的表面14构图为具有驱动电极层20。可以通过基于抗蚀剂的光刻(例如，正光致抗蚀剂或者负光致抗蚀剂)来实现这种构图，并且可以经由诸如溅射、蒸发或者电镀之类的方法将金属沉积到表面14上。化学刻蚀和抗蚀剂剥离也可以用于在衬底13的表面14上形成图案。可以按照任意所需形式将驱动电极层20构图到衬底13的表面14上。在一些示例中，可以将驱动电极层20构图为电极焊盘的线性阵列(例如正方形、矩形、圆形、椭圆形)或者一些其他合适的几何形状。每一个驱动电极层可以包括独立的导体迹线30，将所述导体迹线构图到微流体沟道组件外部部分的衬底13的表面14上，以促进外部的电连接。参考图3，可以将粘附性绝缘体材料层(即电介质粘附层21)沉积到驱动电极层20的表面上。例如，可以通过氧化物的低温化学气相沉积、或者通过有机物或聚合物的旋涂、浸蘸、丝网印刷或者气相涂覆来完成粘附性电介质层21的沉积。如图3所示，可以将电介质粘附层21沉积到驱动电极层20的整个表面上。在一些示例中，电介质粘附层21的厚度可以是范围从约Inm至约lOOOnm。可以将固定相层22涂覆或者形成到电介质粘附层21的表面上，以完成驱动电极组件15。固定相层22可以使得一个或多个微流体沟道具有色谱功能。固定相层22可以是厚度范围在从约IOnm至约10 μ m。按照上述方式，可以产生示例衬底组件35。 参考图4A-4E，从如图4A所示的选定构造材料的单片板层40开始，可以通过诸如化学刻蚀、等离子/反应离子干法刻蚀、机械加工、放电机械加工、激光加工、模铸、压印、光刻构图或者任意其他合适的制造技术之类的微细加工技术来在其中形成平面表面的微流体沟道18。这些示例技术可以用于提供具有如图4B所示结构的微流体沟道18的板11。在一些示例中，微流体沟道18的长度可以是范围从约Imm至约10cm，微流体沟道18的宽度可以是范围从约10 μ m到约5mm，以及微流体沟道18的高度或深度可以是范围从约10 μ m至约 5mm ο如图4C所示，可以通过气相或溅射沉积方法将参考电极12沉积到板11的表面上。参考电极12可以是厚度(深度)范围从约Inm至约lOOOnm，并且可以包括配置到板11外部的迹线导体80。在图4D中，可以将粘附层45涂覆到板11的非沟道部分。各种类型的自动液体散布设备可以用于涂覆粘附层45。在一些示例中，可以使用机器人冲洗粘胶分配器来执行粘附层的涂覆。然后，可以将具有粘胶45的板11倒转并且接合到衬底组件35，使得参考电极12配置为面对驱动电极组件15，如图4E所示。在这种接合程序中可以使用的粘胶的一些示例非限制性地包括环氧树脂、多乙酸乙烯酯、聚亚胺酯和氰基丙烯酸酯聚合物。图5是根据这里的至少一些实施例的微流体沟道器件的透视图。如在该示例中所示，可以按照线性方式在衬底13的表面14上对驱动电极组件15的阵列进行构图。与驱动电极组件15相对的是参考电极12。箭头表示分析物的样品液滴被引入到微流体沟道18中。图6A是合并了根据这里的至少一些实施例的微流体沟道器件的平面微色谱的侧面截面示意图。图6B是合并了根据这里的至少一些实施例的微流体沟道器件的平面微色谱的正面/背面截面示意图。图6C是合并了根据这里的至少一些实施例的微流体沟道器件的平面微色谱的顶部平面示意图。参考图6A、6B和6C，在合适的微化学反应器或者其他外部反应器中已经执行了化学反应之后，可以将包含要分离的分析物的反应产物的样品转移到微流体沟道18。可以通过任意合适的装置(例如微量移液管)执行去往微流体沟道18的进口或者阵列中的第一驱动电极组件15的转移。可以将流动相与产物样品混合以产生样品液滴60。可以通过电润湿引入的混合来完成流动相和分析物的混合。一旦混合完成，可以通过电压感应的运动来沿驱动电极组件15移动液滴60，即如下面进一步描述的电润湿效应。可以通过在参考电极12和驱动电极层20之间施加的静态和/或周期性电势(下文中称作 ')来产生样品液滴60的运动。在需要移动时，可以在与液滴60的弯液面61相邻的位置施加电压Vj,以产生在液滴60的一侧上的表面张力差。与此同时，可以将朝着液滴60的内部62的电压电势维持在或者零电压或者小于 ' 的电压。可以相对于与参考电极12相关联的电势来调节所述电压。在相邻驱动电极层20上连续施加电压电势可以导致沿由驱动电极组件阵列限定的路径驱动液滴60。根据图6A和6B中所示的一些示例，可以将样品液滴60设置在阵列中的驱动电极组件15中的第一驱动电极组件上。液滴60可以与相邻的驱动电极组件15部分地重叠，在阵列中的第一和第二驱动电极组件15a、15b之间设置有插入间隙间隔19。可以向组件15a、15b中的第一和第二驱动电极层施加电压，以使液滴60的至少一部分扩散至第二电极组件 15b上。然后可以去除或者减小第一驱动电极组件15a上的电压，以将样品液滴60从阵列中的第一驱动电极组件15a移动到第二驱动电极组件15b，并且按照类似的方式驱动至阵列中的连续驱动电极组件。产生所包含的力的表面张力可以由以下等式表示
I Qγ(7) = ^(O)--CV2
Li其中Υ (V)是在具体施加的电压V下电极焊盘处的液滴的表面张力，并且Y (O)是没有施加电压时的表面张力。液滴60和下方电极15之间每单位表面积的电容表不为C,其是由绝缘体/粘附层21的电容和固定相22的电容构成的复合值。没有施加电压情况下的表面张力y(0)依赖于一个或多个变量，所述变量非限制性地包括流动相中溶剂的极性、分析物的浓度和种类、固定相层22的组分和结构和/或微流体沟道18中周围介质的极性。这些变量的一个或多个进而可以通过要分析的样品的特性、流动相和固定相的组分、以及所需的分离类型来确定。在一些示例中，初始表面张力{ Y (O) ’s}可以是范围从约10dyne/cm到约100dyne/cm,并且在沿微流体沟道18移动液滴60时使用的电压可以是范围从约5V到约100V。可以通过如图I所示的电极选择器来控制驱动电极层20和/或参考电极12的每一个的电压。可以通过如图I所示的处理器来控制电极选择器。在一些实施例中，微处理器可以是计算机。各种激励电压序列可以用于控制样品液滴速度(例如通过微流体沟道18的移动速率)，包括液滴经过驱动电极组件阵列的大小和形状。可以改变激励电压的幅度和脉冲宽度。在一些不例中，液滴60可以按照约Imm/小时至约IOcm/小时的速度移动。在一些不例中，液滴60可以具有直径约10 μ m至直径约5_的大小。在一些示例中，液滴60可以具有约Ipl至约Iml的体积以及截面是圆形或长椭圆的形状。在一些示例中，激励电压可从约I μ V到约IOV变化，并且具有约I μ sec到约100分钟的脉冲宽度。当液滴60移动经过驱动电极组件15的阵列时，可以将分析物洗脱到固定相层22上。可以提供足够的时间以允许液滴60逗留或者保留在每一个固定相层22的表面23上足够长的时间，使得相应成分可以从流动相扩散到样品液滴中并且在其中扩散并且附着到固定相层22。在一些示例中，逗留时间可以是从约O. Olsec到约100分钟。在操作中，可以将液滴60引入到阵列中的驱动电极组件15上。可以延迟对相邻驱动电极组件的激励，直到在相应成分从液滴60的流动相扩散并且附着到驱动电极组件的固定相层22。可以通过相邻驱动电极组件上的激励电压之间的时间延迟来控制样品液滴通过微流体沟道的时间。此外，利用相同的流动相和固定相，可以通过改变液滴在驱动电极组件上的逗留时间来调节色谱解析度。因此，这里讨论的微流体器件提供了极大的灵活性。
如前所述，参考电极12可以由例如ITO玻璃的半透明导体制造。此外，由于金属驱动电极，微流体沟道18可以从其底部反射。因此，各种光学检测或者光谱分析方法可以用于观察样品液滴的分离，并且用于分析在固定相层22中固定的各种成分。图7是根据这里所述的至少一些实施例设置的分析系统的示意性说明。分析系统96可以包括光源90、光谱仪92、微流体沟道器件10和推进机构94。在一些示例中，可以将来自光源90的在UV (紫外)-可见-近IR (近红外)光谱范围的光入射到驱动电极组件15上。所述光可以按照进入和离开透明参考电极12的任意角度掠过电极组件15。可以通过光谱仪92根据任意合适的技术来执行分光术，例如下面描述的吸收光谱或者荧光光谱。参考图I和图7，吸收谱可以用于使用从光谱的UV到近红外部分的宽带光源来检测分离的分析物。在使用吸收谱的一些示例中，板11可以由半透明材料构成，并且参考电极12可以由诸如ITO玻璃之类的半透明导体制成。由IR或UV光谱仪产生的IR或UV之类的输入光束可以投射为入射到微流体沟道18上。可以通过从入射光强度中减去折射光的强度来执行对于从板11和参考电极12的折射的校正。可以使用光电二极管测量所述光的强度。在照射通过透明板11和参考电极12之后，可以将宽带探查光投射到驱动电极组件15的固定相层22上。从固定相层反射的光可以折射并且从微流体沟道18出射到光谱仪92，对光谱仪进行定位以收集反射的光。使用光谱仪92，可以从固定相层22收集参考光谱。在一些示例中，光谱仪92不包括在其上或其内部洗脱的种类。可以从包含洗脱的种类的固定相层收集样品光谱。使用微处理器26，可以从样品光谱减去参考光谱以产生反射系数吸收光谱，然后可以将其用于识别洗脱分析物的化学种类。荧光光谱与如上所述的吸收光谱方法类似。可以使用具有范围从UV波长到近红外波长的窄带(或者来自激光)的光90。可以使用光谱仪92来获得洗脱到固定相层22上的分析物的荧光光谱。如图7所示，可以使用光谱仪92通过系统96顺序地探查驱动电极组件15。在其他示例中，微流体色谱组件70可以通过推进机构94移动，以顺序地将每一个驱动电极组件15放置到光谱仪下面。例如，推进机构94可以包括使用螺线管或者伺服电机的快门。图8是示出了示例计算设备400的方框图，所述计算设备配置为根据本公开的至少一些实施例来控制微流体器件。在非常基本的结构402中，计算设备400典型地包括一个或多个处理器404以及系统存储器406。存储器总线408可以用于在处理器404和系统存储器406之间通信。依赖于所需结构，处理器404可以是任意类型，包括但不局限于微处理器(μ P)、微控制器(yC)、数字信号处理器(DSP)或其任意组合。处理器404可以包括一级或多级高速缓存(例如级别一高速缓存410和级别二高速缓存412)、处理器内核414和寄存器416。示例处理器内核414可以包括算术逻辑单元(ALU)、浮点单元(FPU)、数字信号处理内核(DSP内核)或者其任意组合。示例存储器控制器418也可以与处理器404 —起使用，或者在一些实现中存储器控制器418可以是处理器404的内部部分。依赖于所需结构，系统存储器406可以是任意类型，包括但不局限于易失性存储器(例如RAM)、非易失性存储器(例如ROM、闪速存储器等)或者其任意组合。系统存储器406可以包括操作系统420、一个或多个应用422和程序数据424。应用422可以包括微流体器件算法426，所述微流体器件算法426配置为执行如这里所述的功能，包括之前参考图1-7描述的功能。程序数据424可以包括微流体器件数据428，所述微流体器件数据对于这里所述的微流体器件算法是有用的。在一些实施例中，应用422可以配置为利用程序数据424在操作系统420上操作，使得可以提供微流体器件的控制。在图6中通过内部虚线之内的部件说明了这里描述的基本结构402。计算设备400可以具有附加的特征或功能以及附加的接口，用于促进在基本结构 402和任意需要的设备和接口之间的通信。例如，总线/接口控制器430可以用于促进经由存储接口总线434在基本结构402和一个或多个数据存储设备432之间的通信。数据存储设备432可以是可去除的存储设备436、不可去除的存储设备438或其组合。可去除存储设备和不可去除存储设备的示例包括诸如软盘驱动器和硬盘驱动器(HDD)之类的磁盘设备、诸如光盘(⑶)驱动器或数字通用盘(DVD)驱动器之类的光盘驱动器、固态驱动器(SSD)和磁带驱动器，仅举几个例子。示例计算机存储介质可以包括在用于存储信息的任意方法或技术中实现的易失性和非易失性、可去除和不可去除介质，所述信息例如是计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据。系统存储器406、可去除存储器436和不可去除存储器438是计算机存储介质的示例。计算机存储介质包括但是不局限于RAM、R0M、EEPR0M、闪速存储器或其他存储技术、CD-ROM、数字通用盘(DVD)或其他光学存储器、磁带盒、磁带、磁盘存储器或其他磁存储设备、或者可以用于存储所需信息并且可以通过计算设备400访问的任意其他介质。任意这种计算机存储介质可以是计算设备400的一部分。计算设备400也可以包括接口总线440，用于促进经由总线/接口控制器430从各种接口设备(例如输出设备442、外围接口 444和通信设备446)到基本结构402的通信。示例输出设备442包括图形处理单元448和音频处理单元450，其可以配置为经由一个或多个A/V端口 452与诸如显示器或扬声器之类的各种外部设备通信。示例外围接口 444包括串行接口控制器454或并行接口控制器456，其可以配置为经由一个或多个I/O端口 458与诸如输入设备(例如，键盘、鼠标、手写笔、语音输入设备、触摸输入设备等)之类的外部设备或其他外围设备(例如打印机、扫描仪等)通信。示例通信设备446包括网络控制器460，所述网络控制器460可以配置为促进经由一个或多个通信端口 464通过网络通信链路与一个或多个其他通信设备462进行通信。网络通信链路可以是通信介质的一个示例。通信介质可以典型地实现为计算机可读指令、数据结构、程序模块或诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可以包括任意信息传递介质。“调制数据信号”可以是这样的信号，其一个或多个特性被设置或改变以在信号中对信息编码。作为示例但是不局限于此，通信介质可以包括诸如有线网络或直接有线连接之类的有线介质，以及诸如声学、射频(RF)、红外(IR)或者其他无线介质之类的无线介质。这里使用的术语计算机可读介质可以包括存储介质和计算介质。计算设备400可以实现为小形状因子便携(或移动)电子设备的一部分，所述电子设备例如是蜂窝电话、个人数字助手(PDA)、个人媒体播放设备、无线网页观看设备、个人头戴设备、专用设备或者混合设备，所述混合设备包括以上功能的任一个。计算设备400也可以实现为包括膝上型计算机和非膝上型计算机结构的个人计算机。本公开不局限于在本申请中描述的具体实施例的方面，所述具体实施例是作为各个方面的说明。如对于本领域普通技术人员清楚明白的，在不脱离本发明精神和范围的情况下可以进行许多改进和变化。除了这里所列举的之外，本领域普通技术人员根据前述描述对于本公开范围内的功能等效方法和设备是清楚明白的。这些改进和变化均落在所附权利要求的范围之内。本公开只受到所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等效范围的限制。应该理解的是这种公开不是局限于具体的方法、试剂、化合物成分或生物系统，而是当然可以变化。还应该理解的是这里使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，而不是为了限制。 至于本文中任何关于多数和/或单数术语的使用，本领域技术人员可以从多数形式转换为单数形式，和/或从单数形式转换为多数形式，以适合具体环境和应用。为清楚起见，在此明确声明单数形式/多数形式可互换。本领域技术人员应当理解，一般而言，所使用的术语，特别是所附权利要求中(例如，在所附权利要求的主体部分中)使用的术语，一般地应理解为“开放”术语(例如，术语“包括”应解释为“包括但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”等)。本领域技术人员还应理解，如果意在所引入的权利要求中标明具体数目，则这种意图将在该权利要求中明确指出，而在没有这种明确标明的情况下，则不存在这种意图。例如，为帮助理解，所附权利要求可能使用了引导短语“至少一个”和“一个或多个”来引入权利要求中的特征。然而，这种短语的使用不应被解释为暗示着由不定冠词引入的权利要求特征将包含该特征的任意特定权利要求限制为仅包含一个该特征的发明，即便是该权利要求既包括引导短语“一个或多个”或“至少一个”又包括不定冠词如(例如，不定冠词应当典型地被解释为意指“至少一个”或“一个或多个”)；在使用定冠词来引入权利要求中的特征时，同样如此。另外，即使明确指出了所引入权利要求特征的具体数目，本领域技术人员应认识到，这种列举应典型地解释为意指至少是所列数目(例如，不存在其他修饰语的短语“两个特征”典型地意指至少两个该特征，或者两个或更多该特征)。另外，在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。本领域技术人员还应理解，实质上任意表示两个或更多可选项目的转折连词和/或短语，无论是在说明书、权利要求书还是附图中，都应被理解为给出了包括这些项目之一、这些项目任一方、或两个项目的可能性。例如，短语“A或B”应当被理解为包括“A”或“B”、或“A和B”的可能性。另外，在以马库什组描述本公开的特征或方案的情况下，本领域技术人员应认识至IJ，本公开由此也是以该马库什组中的任意单独成员或成员子组来描述的。本领域技术人员应当理解，出于任意和所有目的，例如为了提供书面说明，这里公开的所有范围也包含任意及全部可能的子范围及其子范围的组合。任意列出的范围可以被容易地看作充分描述且实现了将该范围至少进行二等分、三等分、四等分、五等分、十等分等。作为非限制性示例，在此所讨论的每一范围可以容易地分成下三分之一、中三分之一和上三分之一等。本领域技术人员应当理解，所有诸如“直至”、“至少”、“大于”、“小于”之类的语言包括所列数字，并且指代了随后可以如上所述被分成子范围的范围。最后，本领域技术人员应当理解，范围包括每一单独数字。因此，例如具有I 3个单元的组是指具有1、2或3个单元的组。类似地,具有I 5个单元的组是指具有1、2、3、4或5个单元的组，以此类推。
尽管已经在此公开了多个方案和实施例，但是本领域技术人员应当明白其他方案和实施例。这里所公开的多个方案和实施例是出于说明性的目的，而不是限制性的，本公开的真实范围和精神由所附权利要求表征。
权利要求
1.一种微流体沟道器件，包括微流体沟道，所述微流体沟道器件包括 衬底，包括衬底表面； 设置在所述衬底表面上的驱动电极组件的阵列，沿路径设置所述驱动电极组件，每一个驱动电极组件包括 驱动电极层，包括第一驱动电极表面和第二驱动电极层表面， 所述第一驱动电极表面配置为与所述衬底表面接触； 电介质层，包括第一电介质层表面和第二电介质层表面，所述 第一电介质层表面配置为与所述第二驱动电极层表面接触；以及 固定相层，包括第一固定相层表面和第二固定相层表面，所述 第一固定相层表面配置为与所述第二电介质层表面接触；以及 参考电极，所述参考电极配置为面对所述驱动电极组件的第二固定相层表面，并且与 所述衬底表面分离开一定距离，所述距离限定了微流体沟道。
2.根据权利要求I所述的器件，其中所述驱动电极组件沿线性流路径设置。
3.根据权利要求I所述的器件，其中所述参考电极配置为参考电极单元的间隔开的阵列，所述参考电极单元的个数与驱动电极组件的阵列中驱动电极组件的个数相对应。
4.根据权利要求I所述的器件，其中所述板和参考电极两者都是光学半透明的。
5.根据权利要求I所述的器件，还包括处理器，所述处理器配置为与电极选择器通信，所述处理器用于控制所述电极选择器。
6.根据权利要求I所述的器件，其中每一个驱动电极组件的驱动电极层与导体迹线相连。
7.根据权利要求I所述的器件，其中所述微流体沟道具有高度和宽度，所述高度和宽度设置为能够容纳被引入到微流体沟道入口的液滴。
8.根据权利要求I所述的器件，还包括 电压源，用于输出电压电势，所述电压源配置为与电极组件和参考电极通信；以及 电极选择器，用于控制所述电压源。
9.根据权利要求I所述的器件，其中每一个驱动电极组件的表面与正方形电极、矩形电极、圆形电极和椭圆形电极的一个或多个相对应。
10.根据权利要求3所述的器件，其中每一个参考电极单元的面对相应驱动电极组件的表面与正方形电极、矩形电极、圆形电极和椭圆形电极的一个或多个相对应。
11.根据权利要求I所述的器件，其中所述参考电极和每一个驱动电极组件的宽度与微流体沟道的宽度相同。
12.根据权利要求9所述的器件，其中所述参考电极和每一个驱动电极组件的宽度与微流体沟道的宽度相同。
13.根据权利要求10所述的器件，其中每一个参考电极单元和每一个驱动电极组件的宽度与微流体沟道的宽度相同。
14.根据权利要求I所述的器件，其中所述微流体沟道的长度范围从约0.5mm至约·50mm,高度范围从约I y m到约5mm，以及宽度范围从约10 y m到约5mm。
15.根据权利要求I所述的器件，其中所述参考电极的深度范围从约IOOnm到约·10 u m0
16.根据权利要求I所述的器件，其中所述驱动电极组件的长度范围从约10到约Imm,并且宽度范围从约IOiim到约5mm,驱动电极层的高度范围从约IOnm到约Iiim,中间电介质层的高度范围从约Inm到约IOOOnm,并且固定相层的高度范围从约I y m到约1mm。
17.根据权利要求I所述的器件，其中用水填充所述沟道。
18.根据权利要求I所述的器件，还包括加热器，所述加热器配置和设置用于向微流体沟道供热。
19.根据权利要求I所述的器件，其中 所述驱动电极组件中的两个限定了间隙；以及 用电绝缘材料填充所述间隙。
20.根据权利要求I所述的器件，其中所述微流体沟道具有正方形、矩形、椭圆形、跑道形、卵形、菱形、六边形、圆形和同心圆形中的至少一个形状的截面。
21.一种使用权利要求I的器件分析样品液滴的方法，所述方法包括 将包含待分离分析物的样品液滴引入到微流体沟道器件的入口中，所述微流体沟道器件包括驱动电极组件的阵列和参考电极，所述驱动电极组件的每一个均包括驱动电极层、电介质层和固定相层，将所述液滴引入到所述阵列中的第一驱动电极组件，所述液滴接触所述第一驱动电极组件的固定相层，并且保持与所述固定相层接触足够的时间段，用于使得分析物扩散且固定到所述固定相层中，以产生分析物组分和分析物耗尽的液滴；以及调节第一驱动电极组件和与所述第一驱动电极组件实质上相邻的连续驱动电极组件上的电压电势，以将分析物耗尽的液滴移动到所述阵列中的连续驱动电极组件。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述板和所述参考电极两者均由光学半透明材料制造，并且所述方法还包括通过光谱学分析每一个分析物组分。
23.根据权利要求21所述的方法，其中通过吸收光谱或荧光光谱分析每一个分析物组分。
24.—种分析系统,包括 根据权利要求I所述的微流体沟道器件，所述微流体沟道器件包括微流体沟道，所述微流体沟道器件包括 衬底，包括衬底表面； 设置在所述衬底表面上的驱动电极组件的阵列，沿路径设置所述驱动电极组件，每一个驱动电极组件包括 光学半透明驱动电极层，包括第一驱动电极表面和第二驱动电极层表面，所述第一驱动电极表面配置为与所述衬底表面接触； 电介质层，包括第一电介质层表面和第二电介质层表面，所述第一电介质层表面配置为与所述第二驱动电极层表面接触；以及 固定相层，包括第一固定相层表面和第二固定相层，所述第一固定相层表面配置为与所述第二电介质层表面接触； 光学半透明板，包括板表面； 参考电极，面对所述驱动电极组件的第二固定相层表面，并且与所述衬底表面分离开一定距离，所述距离限定了微流体沟道； 电压源，用于输出电压电势，所述电压源配置为与所述电极组件和所述参考电极通信；以及 电极选择器，用于控制所述电压源； 光源，用于导引入射到驱动电极组件之一的固定相层上的光束； 其中所述固定相层用于接收光束并且产生反射光；以及 光谱仪，用于收集和分析从固定相层反射的光。
25.根据权利要求24所述的分析系统，还包括推进机构，所述推进机构用于将连续的驱动电极组件顺序地定位于光源的路径上。
26.根据权利要求24所述的分析系统，还包括设置为彼此通信的多个微流体沟道器 件。
27.根据权利要求24所述的分析系统，其中所述多个微流体沟道器件设置为使得可以 将液滴从一个微流体沟道器件分支到另一个微流体沟道器件。
全文摘要
通常描述了微粒体沟道器件的技术。一些示例器件可以包括衬底，包括衬底表面；设置在所述衬底表面上的驱动电极组件阵列。可以沿路径设置所述驱动电极组件。每一个驱动电极组件可以包括以一个或多个驱动电极层、电介质层和/或固定相层。所述器件还可以包括具有板平面的板。所述器件还可以包括参考电极，所述参考电极配置在所述板平面上以面对所述驱动电极组件的固定相层，并且与所述衬底表面分离开一定距离。所述器件还可以包括电压源，所述电压源用于输出电压电势，所述电压源配置为与所述驱动电极组件和所述参考电极通信。所述器件还可以包括电极选择器，所述电极选择器用于控制所述电压源。
文档编号G01N30/00GK102782488SQ201180009561
公开日2012年11月14日 申请日期2011年2月17日 优先权日2010年3月10日
发明者文森索三世·卡萨桑塔 申请人:英派尔科技开发有限公司