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具有大于出口间隙高度的进口间隙高度的数字流体

阅读:2发布:2020-06-03

专利汇可以提供具有大于出口间隙高度的进口间隙高度的数字流体专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且基于 电润湿 的液滴 制动 器包括:顶部和底部 基板 ;在顶部和底部基板之间的液滴操作间隙,液滴操作间隙包括使用时在液滴流动的方向上的逐渐减小的间隙高度;以及嵌入底部基板中的间隔开的 电极 ,间隔开的电极跨越其中与逐渐减小的间隙高度对应的区域。方法包括:逐渐减小基于电润湿的液滴 致动器 的顶部和底部基板之间的液滴操作间隙的(多个)段中的间隙高度,逐渐减小处于在使用时从大间隙进口到小间隙出口(相对大小)的液滴流动的方向上,大间隙进口在高度上更大,底部基板包括嵌入其中的间隔开的电极,其跨越底部基板与逐渐减小的间隙高度对应的区域;以及使用间隔开的电极和施加的 电压 在液滴流动的方向上移动液体的所分配的(多个)液滴。,下面是具有大于出口间隙高度的进口间隙高度的数字流体专利的具体信息内容。

1.一种装置,包括:
基于电润湿的液滴致动器,包括:
顶部基板
在所述顶部基板下方的底部基板;
在所述顶部基板和所述底部基板之间的液滴操作间隙,其中所述液滴操作间隙包括使用时在液滴流动的方向上的逐渐减小的间隙高度;以及
嵌入在所述底部基板中的多个间隔开的电极,所述多个间隔开的电极跨越所述底部基板的与所述逐渐减小的间隙高度相对应的区域。
2.根据权利要求1所述的装置,其中所述底部基板包括至少一个斜坡,所述至少一个斜坡实现所述逐渐减小的间隙高度。
3.根据权利要求2所述的装置,其中所述至少一个斜坡包括第一端部和与所述第一端部相对的第二端部,并且其中所述至少一个斜坡在所述第一端部处被耦合到大间隙进口并且在所述第二端部处被耦合到小间隙出口,所述大间隙进口具有比所述小间隙出口的间隙高度大的间隙高度。
4.根据权利要求3所述的装置,其中所述大间隙进口的所述间隙高度为约20微米至约
20毫米,其中所述小间隙进口的所述间隙高度为约10微米至约2毫米,并且其中所述大间隙进口的所述高度大于所述小间隙出口的所述高度。
5.根据权利要求3所述的装置,其中所述至少一个斜坡相对于所述顶部基板形成大于零度并且小于90度的度。
6.根据权利要求2所述的装置,其中所述至少一个斜坡跨越所述底部基板的一部分,但是少于所述底部基板的全部。
7.根据权利要求6所述的装置,其中所述底部基板的进口部分是平面的并且被耦合到所述至少一个斜坡。
8.根据权利要求6所述的装置,其中所述底部基板的出口部分是平面的并且被耦合到所述至少一个斜坡。
9.根据权利要求2所述的装置,其中所述多个间隔开的电极沿着所述至少一个斜坡均匀地间隔开。
10.根据权利要求2所述的装置,其中所述基于电润湿的液滴致动器具有双平面配置。
11.根据权利要求2所述的装置,其中所述基于电润湿的液滴致动器具有共面配置。
12.根据权利要求1所述的装置,其中所述基于电润湿的液滴致动器是系统的一部分,所述系统还包括被底部耦合到所述基于电润湿的液滴致动器并且在所述基于电润湿的液滴致动器外部的储液器。
13.根据权利要求12所述的装置,其中所述系统的所述储液器包括大体积储液器。
14.一种方法,包括:
逐渐减小在基于电润湿的液滴致动器的顶部基板和底部基板之间的液滴操作间隙的间隙高度,所述逐渐减小处于在使用时从大间隙进口到小间隙出口的液滴流动的方向上,其中所述底部基板包括嵌入其中的多个间隔开的电极,所述多个间隔开的电极跨越所述底部基板的与逐渐减小的所述间隙高度相对应的区域;以及
使用所述多个间隔开的电极在所述液滴流动的方向上移动液体的至少一个液滴。
15.根据权利要求14所述的方法,其中所述逐渐减小包括利用至少一个斜坡来使所述底部基板的至少一部分倾斜。
16.根据权利要求15所述的方法,其中所述多个间隔开的电极跨越所述至少一个斜坡的整体,并且其中所述移动包括沿所述至少一个斜坡向上移动所述至少一个液滴。
17.根据权利要求15所述的方法,还包括使所述至少一个斜坡相对于所述顶部基板处于大于零度并且小于90度的角度。
18.根据权利要求14所述的方法,还包括将所述液体从大体积储液器馈送到所述大间隙进口,所述大体积储液器被耦合到所述基于电润湿的液滴致动器的底部。
19.根据权利要求14所述的方法,还包括在所述小间隙出口处分裂所述至少一个液滴。
20.一种方法,包括:
将液体的至少一个液滴分配到基于电润湿的液滴致动器的液滴操作间隙的大间隙进口中,所述液滴操作间隙处于所述基于电润湿的液滴致动器的顶部基板和所述底部基板之间;
使用嵌入在所述底部基板中的多个间隔开的电极,沿着所述底部基板从所述大间隙进口在液滴流动的方向上,向所述液滴操作间隙的小间隙出口,移动液体的所述至少一个液滴;并且
其中所述液滴操作间隙的至少一段在所述液滴流动的方向上具有逐渐减小的间隙高度,其中所述大间隙进口具有比所述小间隙出口的间隙高度大的间隙高度,并且其中所述逐渐减小包括将所述间隙高度从所述大间隙进口处的约20微米至约20毫米逐渐减小到所述小间隙出口处的约10微米至约2毫米。

说明书全文

具有大于出口间隙高度的进口间隙高度的数字流体

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2017年11月14日提交的美国临时专利申请号62/585,726的优先权,其内容通过引用整体并入本文。

背景技术

[0003] 液滴致动器,作为数字流体盒(fluidics cartridge)的一个示例,可以包括被配置为形成用于进行液滴操作的表面或间隙的一个或多个基板。该一个或多个基板建立用于进行液滴操作的液滴操作表面或间隙,并且还可以包括被布置为进行液滴操作的电极。该液滴操作基板或基板之间的间隙可以用填充流体来涂覆或填充,该填充流体与形成液滴的液体不混溶。当大体积的液体(例如,试剂)例如与液滴致动器一起使用时,分配和维持大体积的液体可能是困难的。例如,在液滴致动器中,与液滴操作间隙的高度相比,用于分配大体积的试剂的典型的致动器上(或盒上)储液器被升高。因此,试剂倾向于不受控制地从致动器上储液器溢入较小的液滴操作间隙中。此外,大体积的致动器上(或盒上)储液器要求大面积的液滴致动器。
[0004] 因此,需要新的方法来管理数字流体应用中的大体积的液体。发明内容
[0005] 通过在一方面提供一种装置,可以克服现有方法的缺点,并且提供了附加的优点。该装置包括基于电润湿的液滴致动器,该液滴致动器包括:顶部基板;顶部基板下方的底部基板;顶部基板和底部基板之间的液滴操作间隙,该液滴操作间隙包括使用时在液滴流动的方向上的逐渐减小的间隙高度;以及嵌入在底部基板中的多个间隔开的电极,该多个间隔开的电极跨越底部基板的与逐渐减小的间隙高度相对应的区域。
[0006] 根据另一方面,提供了一种方法。该方法包括:逐渐减小基于电润湿的液滴致动器的顶部基板和底部基板之间的液滴操作间隙的间隙高度,该逐渐减小处于在使用时从大间隙进口到小间隙出口的液滴流动的方向上,底部基板包括嵌入其中的多个间隔开的电极,该多个间隔开的电极跨越底部基板的与逐渐减小的间隙高度相对应的区域;以及使用多个间隔开的电极在液滴流动的方向上移动液体的至少一个液滴。
[0007] 根据另一方面,提供了一种方法。该方法包括将至少一滴液体分配到基于电润湿的液滴致动器的液滴操作间隙的大间隙进口中,该液滴操作间隙位于基于电润湿的液滴致动器的顶部基板和底部基板之间。该方法还包括:使用嵌入在底部基板中的间隔开的电极,从大间隙进口沿着底部基板在液滴流动的方向上,向液滴操作间隙的小间隙出口来移动液体的至少一个液滴,液滴操作间隙的至少一段在液滴流动的方向上具有逐渐减小的间隙高度,大间隙进口具有比小间隙出口的间隙高度大的间隙高度,并且逐渐减小包括将间隙高度从大间隙进口处的约20微米至约20毫米逐渐减小到小间隙出口处的约10微米至约2毫米。附图说明
[0008] 本申请的这些和其他目标、特征和优点将从与附图结合的其各方面的以下详细描述变得明显,在附图中:
[0009] 图1描绘了基于电润湿的液滴致动器的一个示例的侧视图,其中底部基板包括斜坡,并且液体的液滴经由在底部基板和顶部基板之间的逐渐减小的间隙高度处的电极,在液滴流动的方向上沿斜坡被向上移动。
[0010] 图2描绘了图1的基于电润湿的液滴致动器的一个示例,该示例示出液滴接近斜坡的顶部并且被分成两个液滴。
[0011] 图3描绘了图1的基于电润湿的液滴致动器(在没有液滴的情况下)的一个示例,其中大体积储液器耦合到基于电润湿的液滴致动器的底部。

具体实施方式

[0012] 本申请的方面以及其某些特征、优点和细节参考附图中图示的非限制性示例在下面被更充分地解释。公知的材料、制造工具、处理技术等的描述被省略以免不必要地模糊相关细节。然而应当理解的是,详细的描述和具体的示例在表明本申请的方面的同时,仅以说明的方式并且不是以限制的方式被给出。在基本发明概念的精神和/或范围内,各种替代、修改、添加、和/或布置对于本领域技术人员而言从本申请中将是显而易见的。
[0013] 如贯穿本说明书权利要求使用的近似性语言,可以用于修饰能够在不导致它相关的基本功能改变的情况下,允许改变的任何定量表示。相应地,由诸如“约”或“基本上”的一个或多个术语修饰的值,不被限制为所指定的精确值。在一些情况下,近似性语言可以对应于用于测量值的仪器的精确度。
[0014] 本文中使用的术语仅是为了描述特定的示例并且不旨在是限制性的。如本文中所使用的,单数形式的“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式,除非上下文另外清楚地表示。此外应当理解的是,术语“包括”(以及任何形式的包括,例如第三人称“包括”和现在分词“包括”)、“具有”(以及任何形式的具有,例如第三人称“具有”和现在分词“具有”)、“包含”(以及任何形式的包含,例如第三人称“包含”和现在分词“包含”)以及“含有”(例如第三人称“含有”和现在分词“含有”)是开放式的连接动词。因此,“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个步骤或元件的方法或设备拥有那些一个或多个步骤或元件,但是不限于仅拥有那些步骤或元件。同样地,“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个特征的方法的步骤或设备的元件拥有那些一个或多个特征,但是不限于仅拥有那些一个或多个特征。此外,以某一方式被配置的设备或结构至少以那种方式被配置,但是也可能以未被列出的方式被配置。
[0015] 如本文中使用的,在用于指代两个物理元件时,术语“连接”意味着两个物理元件之间的直接连接。然而,术语“耦合”可以意味着直接连接或者通过一个或多个中间元件的连接。
[0016] 如本文中使用的,术语“可以”和“可能”指示在一组情况中发生的可能性;拥有指定的性质、特性或功能;和/或通过表达与限定的动词相关联的能、性能或可能性中的一个或多个来限定另一动词。相应地,“可以”和“可能”的使用指示,所修饰的术语用于所指示的能力、功能或用法是显然适当的、有能力的或适合的,同时考虑了在一些情况下,所修饰的术语可能有时候不是适当的、有能力的或者适合的。例如,一个事件或能力在一些情况下能够被预期,而在其他的一些情况下,该事件或能力不能发生——这种差别由术语“可以”和“可能”来体现。
[0017] 除非另外说明,否则如本文中使用的,与诸如测量、大小等的值一起使用的近似术语“约”、“基本上”等意味着该值加上或减去百分之五的可能变化。
[0018] 如本文中使用的,术语“基于电润湿的液滴致动器”指代使用电润湿的液滴致动器,其是利用被施加的电压对表面的润湿性质(例如,疏性)的修改。
[0019] 如本文中使用的,术语“液滴操作间隙”指代在基于电润湿的液滴致动器的顶部基板和底部基板之间的空间。
[0020] 如本文中可互换使用的,术语“(多个)大体积流体”和“(多个)大体积的流体”指代用于基于电润湿的液滴致动器的储液器的多于约50微升到约50毫升的体积的流体。
[0021] 如本文中使用的,当用于描述液滴操作间隙的高度的增加时,术语“急剧”指代液滴致动器的顶部和/或底部基板的去除部分在剩余的顶部和/或底部基板中产生侧壁,该侧壁相对于与去除部分相关联的顶部和/或底部基板具有约90度的度。
[0022] 关于一个或多个电极的“激活”意味着影响一个或多个电极的电状态的改变,这在存在液滴的情况下导致液滴操作。电极的激活可以使用交流电(AC)或直流电(DC)实现。影响所期望操作(例如液滴操作)的任何适合的电压可以被使用。例如,可以使用大于约150V、或者大于约200V、或者大于约250V、或者从约275V到约1000V、或者约300V的电压来激活电极。在AC信号被使用的情况下,影响所期望操作(例如液滴操作)的任何适合的频率可以被使用。例如,可以使用具有从约1Hz至约10MHz、或者从约10Hz至约60Hz、或者从约20Hz至约40Hz、或者约30Hz的AC信号来激活电极。
[0023] 关于液滴致动器上的珠的“珠”意味着能够与液滴致动器上或者附近的液滴相互作用的珠或粒子。
[0024] “液滴”意味着在液滴致动器上的一定体积的液体。在一个示例中,液滴至少部分地由填充流体界定。例如,液滴可以完全由填充流体包围,或者可以由填充流体以及液滴致动器的一个或多个表面界定。作为另一示例,液滴可以由填充流体、液滴致动器的一个或多个表面、和/或大气界定。作为又一示例,液滴可以由填充流体和大气界定。例如,液滴可以是水性的或非水性的,或者可以是包括水性和非水性组分的混合物或者乳化液。液滴可以采取各种形状;非限制性的示例通常包括碟形、弹(slug)形、截球形、椭球形、球形、部分压缩的球形、半球形、卵形、柱形、这样的形状的组合以及在液滴操作期间形成的各种形状,诸如作为这样的形状与液滴致动器的一个或多个表面接触的结果而合并或分裂或形成的形状。在各种实施例中,液滴可以包含生物样品,例如全血、淋巴液、血清、血浆、汗液、泪液、唾液、痰、脑脊液羊水、精液、阴道分泌物、浆液、滑液、心包液、腹膜液、胸膜液、滤出液、渗出液、囊肿液、胆汁、尿液、胃液、肠液、粪便样本、包含单个或多个细胞的液体、包含细胞器的液体、流态化的组织、流态化的有机体、包含多细胞的有机体的液体、生物拭子、生物洗液。此外,液滴可以包括试剂,诸如水、去离子水、盐溶液、酸性溶液、性溶液、清洗液和/或缓冲液。液滴可以包括:核酸,诸如DNA、基因组DNA、RNA、mRNA或者其类似物;核苷酸,诸如脱核苷酸、核糖核苷酸或者其类似物,诸如具有终止子基团的类似物;酶,诸如聚合酶、连接酶、重组酶或者转移酶;结合伴侣,诸如抗体、表位、抗生蛋白链菌素、抗生物素蛋白、生物素、凝集素或者水化合物;或者其他生化活性分子。液滴内容的其他示例包括试剂,诸如用于生化方案的试剂,生化方案诸如核苷酸扩增方案、基于亲和力的试验方案、酶试验方案、测序方案和/或用于生物流体分析的方案。液滴可以包含一个或多个珠。
[0025] “液滴致动器”意味着用于操纵液滴的设备。某些液滴致动器将包括其间被布置有的液滴操作间隙的一个或多个基板,以及与该一个或多个基板相关联(在基板上形成层、附接到基板、和/或嵌入基板中)并且被布置为进行一个或多个液滴操作的电极。例如,某些液滴致动器将包括基部(或底部)基板、与该基板相关联的液滴操作电极、在基板和/或电极顶上的一个或多个介电层,以及可选地包括在基板、介电层、和/或电极顶上的形成液滴操作表面的一个或多个疏水层。也可以提供顶部基板,其通过通常被称为液滴操作间隙的间隙而与液滴操作表面分离。上述提到的专利和申请中讨论了顶部和/或底部基板上的各种电极布置,而在本申请的说明中讨论某些创新的电极布置。在液滴操作期间,液滴保持与接地或参考电极的连续接触或频繁接触可能是所期望的。接地或参考电极可以与面向间隙的顶部基板、面向间隙和间隙中的底部基板相关联。在电极被提供在顶部和底部基板两者上的情况下,用于将电极耦合到液滴致动器仪器以控制或监测电极的电接触可以与一个或两个板相关联。在一些情况下,一个基板上的电极电耦合到另一基板,使得仅一个基板与液滴致动器接触。在一个实施例中,传导性材料(例如环氧基树脂,诸如可从Master Bond,Inc.,Hackensack,NJ得到的MASTER BONDTM Polymer System EP79)提供一个基板上的电极和其他基板上的电路径之间的电连接,例如,顶部基板上的接地电极可以通过这种传导性材料而耦合到底部基板上的电路径。在多个基板被使用的情况下,可以在基板之间提供间隔物以确定其间的间隙的高度,并且限定致动器上的分配储液器。在一些情况下,一个或多个开口可以被对齐以用于与一个或多个电极的相互作用,例如,被对齐以使得流过开口的液体将进入与一个或多个液滴操作电极足够接近度,以准许液滴操作被液滴操作电极使用液体影响。在一些情况下,基部(或底部)和顶部基板可以被形成为一个整体组件。一个或多个参考电极可以被提供在基部(或底部)和/或顶部基板上和/或间隙中。在各种实施例中,通过液滴致动器对液滴的操纵可以是电极调节的,例如,电润湿调节的或者介电泳调节的,或者库伦力调节的。可以用在本申请的液滴致动器中的用于控制液滴操作的技术的示例包括使用引起水动力流体压力的设备,诸如基于机械原理操作的那些设备(例如,外部注射气动隔膜泵、振动隔膜泵、真空设备、离心力、压电/超声泵和声力)。应注意的是,可以使用流速控制泵送设备(例如,注射泵)或压力控制泵送设备(例如,压力控制器)。进一步的示例包括:电或磁原理(例如,电渗流、电动泵、磁流体插头、电水动力泵、使用磁力的吸引和排斥、和磁水动力泵);热力学原理(例如,气泡生成/相变引起的体积膨胀);其他种类的表面润湿原理(例如,电润湿、和光电润湿,以及化学、热学、结构性地、和放射性地引起的表面张力梯度);重力;表面张力(例如,毛细管作用);静电力(例如,电渗流);离心流(设置于紧凑碟上并且被旋转的基板);磁力(例如,振荡的离子引起流动);磁水动力;以及真空或压力差。在某些实施例中,前述技术中的两个或更多个的组合可以被采用以在本申请的液滴致动器中进行液滴操作。相似地,前述技术中的一个或多个可以用于从例如另一设备中的储液器或者从液滴致动器的外部储液器(例如,与液滴致动器基板相关联的储液器和从储液器进入液滴操作间隙中的流动路径)递送液体到液滴操作间隙中。本申请的某些液滴致动器的液滴操作表面可以由疏水性材料制成,或者可以被涂层或处理以使它们疏水。例如,在一些情况下,液滴操作表面的一些部分或全部可以利用低表面能的材料或化学过程衍生,例如通过沉积或者使用原位合成,该原位合成使用诸如溶液中的多氟化或全氟化的化合物或者反应单体的化合物。在一些情况下,液滴操作表面可以包含疏水性涂层。此外,在一些实施例中,液滴致动器的顶部基板包括导电的有机聚合物,其然后被涂覆有疏水性涂层或者以其他方式被处理以使液滴操作表面疏水。例如,沉积到塑料基板上的导电的有机聚合物可以是聚(3,4乙烯二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)。一个或两个基板可以使用例如印刷电路板(PCB)、玻璃、氧化铟(ITO)涂覆的玻璃和/或半导体材料作为基板来制造。
[0026] “液滴操作”意味着对液滴致动器上的液滴的任何操纵。例如,液滴操作可以包括:将液滴加载到液滴致动器中;从源液滴分配一个或多个液滴;将液滴分裂、分离或分开为两个或更多的液滴;在任何方向上将液滴从一个位置运输到另一位置;将两个或多个液滴合并或组合为单个液滴;稀释液滴;混合液滴;搅拌液滴;使液滴变形;保持液滴位置;孵化液滴;加热液滴;蒸发液滴;冷却液滴;丢弃液滴;将液滴运输出液滴致动器;本文中描述的其他液滴操作;和/或前述的任何组合。术语“合并”、“所合并”、“组合”、“所组合”等用于描述由两个或更多个液滴产生一个液滴。应当理解的是,当这样的术语关于两个或更多个液滴被使用时,可以使用足以导致两个或更多个液滴组合为一个液滴的液滴操作的任何组合。
例如,“将液滴A与液滴B合并”可以通过以下来实现:运输液滴A与静止的液滴B接触,运输液滴B与静止的液滴A接触,或者运输液滴A和B与彼此接触。术语“分裂”、“分离”和“分开”不旨在暗示关于所得到的液滴的体积(即,所得到的液滴的体积可以是相同或不同的)或者所得到的液滴的数目(所得到液滴的数目可以是2、3、4、5或更多)的任何特定结果。术语“混合”指代导致液滴内一个或多个组分的更均匀分布的液滴操作。“加载”液滴操作的示例包含微量渗析加载、压力辅助加载、机器人加载、被动加载和移液器加载。液滴操作可以是电极调节的。在一些情况下,还可以通过使用表面上的亲水和/或疏水区域和/或通过诸如障碍、间隙高度改变或表面凹陷的物理特征来进一步促进液滴操作。阻抗或电容性感测或成像技术有时可以用于确定或确认液滴操作的结果。通常来说,感测或成像技术可以用于确认在具体电极处液滴的存在或不存在。例如,液滴分配操作之后在目的地电极处的所分配的液滴的存在确认液滴分配操作是有效的。相似地,在试验方案中适当的步骤处液滴在检测点的存在可以确认先前的一组液滴操作已经成功地产生了用于检测的液滴。液滴运输时间可以是相当快的。例如,在各种实施例中,将液滴从一个电极运输到下一个电极可能超过约1秒、或者约0.1秒、或者约0.01秒、或者约0.001秒。在一个实施例中,电极在AC模式下操作,但是被切换到DC模式以用于成像。有时液滴的占用面积与电润湿面积相似对于进行液滴操作是有帮助的(尽管不是绝对的要求);换句话说,1x-、2x-、3x-液滴被相应地使用1、2、3个电极有效地受控操作。如果液滴占用面积大于在给定时间可用于进行液滴操作的电极数目,则液滴大小和电极数目之间的差异应当例如不大于1;换句话说,使用1个电极有效控制2x的液滴,并且使用2个电极有效控制3x的液滴。当液滴包括珠时,液滴大小与控制液滴(即,运输液滴)的电极数目相等是有帮助的。
[0027] “填充流体”意味着与液滴致动器的液滴操作基板相关联的液体,该液体与液滴相足够不混溶以致使液体相经受电极调节的液滴操作。例如,液滴致动器的液滴操作间隙可以例如填充有填充流体。填充流体可以例如是或者包括低粘度的油,诸如油或十六烷填充流体。该填充流体可以是或者包括卤代油,诸如氟化油或全氟油。该填充流体可以填充液滴致动器的整个间隙,或者可以涂覆液滴致动器的一个或多个表面。填充流体可以是传导的或不传导的。填充流体可以被选择以改善液滴操作和/或减少来自液滴的溶剂或目标物质的损失、改善微液滴的形成、减少液滴之间的交叉污染、减少液滴致动器表面的污染、减少液滴致动器材料的退化等。在一些情况下,氟化油可以被掺杂有例如Zonyl FSO-100(西格玛-奥德里奇)和/或其他的氟化表面活性剂。填充流体可以是例如液体。在一些实施例中,填充气体可以代替液体被使用。
[0028] “储液器”意味着被配置用于保持、存储和/或供应液体的包围件或部分包围件。本申请的液滴致动器系统可以包括盒上储液器和/或盒外储液器。盒上储液器可以包括例如(1)致动器上储液器,其是在液滴操作间隙中或者在液滴操作表面上的储液器;(2)致动器外储液器,其是在液滴致动器盒上但是在液滴操作间隙外部、并且不与液滴操作表面接触的储液器;或者(3)具有致动器上区域和致动器外区域的混合储液器。致动器外储液器的一个示例是在顶部基板中的储液器。致动器外储液器可以例如与开口或流动路径处于流体连通,该开口或流动路径被布置用于使液体从致动器外储液器流动到液滴操作间隙中,诸如流动到致动器上储液器中。致动器外储液器可以是完全不是液滴致动器盒的一部分、但是使液体流动到液滴致动器盒的某个部分中的储液器。例如,盒外储液器可以是在操作期间与液滴致动器盒耦合的对接(docking)站或系统的一部分。相似地,盒外储液器可以是用于迫使液体进入盒上储液器中或进入液滴操作间隙中的试剂存储容器或注射器。使用盒外储液器的系统通常将包括流体通道部件,通过流体通道部件,液体可以从盒外储液器被转移到盒上储液器中或到液滴操作间隙中。
[0029] 如本文中关于用于基于电润湿的液滴致动器的配置所使用的,术语“双平面配置”意味着在顶部基板和底部基板两者中均存在电极。在使用时,在顶部电极和底部电极之间存在势差。
[0030] 如本文中关于用于基于电润湿的液滴致动器的配置所使用的,术语“共面配置”意味着在顶部基板中不存在电极。在使用中,在底部基板上的电极之间或者在底部基板的电极和位于底部基板上方的另一电极(例如,导线)之间存在势差。
[0031] 贯穿本描述参考液滴致动器的组件的相对位置。诸如液滴致动器的顶部和底部基板的相对位置,使用术语“顶部”、“底部”、“之上”、“之下”和“上”。将被理解的是,液滴致动器不管其在空间中的取向如何,都是起作用的。
[0032] 当以任何形式的液体被描述为在电极、阵列、矩阵或表面“上”、“处”、或“之上”时,这样的液体可以与电极/阵列/矩阵/表面直接接触,或者可以与介于液体和电极/阵列/矩阵/表面之间的一个或多个层或膜接触。在一个示例中,填充流体可以被认为是这样的液体和电极/阵列/矩阵/表面之间的膜。
[0033] 当液滴被描述为在液滴致动器“上”或“被加载在”液滴致动器“上”时,应当理解的是,液滴以促进使用液滴致动器对液滴进行一个或多个液滴操作的方式被布置在液滴致动器上;该液滴以促进感测液滴的性质或来自液滴的信号的方式被布置在液滴致动器上;并且/或者该液滴已经经受液滴致动器上的液滴操作。
[0034] 如贯穿本说明书所使用的,术语“流体盒”、“数字流体盒”、“液滴致动器”和“液滴致动器盒”可以是同义的。
[0035] 数字微流体技术是基于使用“电润湿”来精确地操纵表面上流体的液滴。术语“电润湿”描述被施加的电压调制表面的“湿润性”的能力。水性液滴在疏水性表面上自然地“成珠”,但是在液滴和绝缘的电极之间施加的电压可以使得液滴在表面上分散开。数字微流体利用电润湿效应以在密封的微流体盒(也被称为“片上实验室”)内精确地操纵液滴。电信号被施加到电极阵列以控制每个液滴的大小和位置。通过将电压从一个电极去除并且将其施加到下一个电极,液滴在相邻电极之间被转移。同样的过程可以用于使用电信号来分配、合并或分裂液滴。因此,完全可编程的流体处置无需使用任何泵、或通道即可实现。
[0036] 下文参考为了理解方便未按比例绘制的附图,其中同样的附图标记贯穿不同的附图被使用,以指定相同或相似的组件。
[0037] 本申请涉及具有大于出口间隙高度的进口间隙高度的基于电润湿的液滴致动器。
[0038] 图1是基于电润湿的液滴致动器100的一个示例的侧视图。基于电润湿的液滴致动器包括顶部基板102和底部基板104,底部基板104通过液滴操作间隙106与顶部基板间隔开。取决于使用双平面配置还是使用共面配置,可以没有电极与顶部基板相关联、有一个或多个电极与顶部基板相关联。在图1中示出的一个示例中,一个电极103与顶部基板相关联,其可以是平面的。底部基板具有贯穿(包括斜坡120)嵌入的一系列间隔开的电极108,以用于操纵流体的液滴,例如,在液滴操作间隙中,沿着底部基板在从大间隙进口114到小间隙出口116的液滴流动的方向112上移动液滴110。在该示例中,底部基板包含三段:平面进口段118;倾斜的中间段120;和平面出口段122。倾斜的中间段具有针对液滴操作间隙的逐渐减小的高度并且相对于于顶部基板成一角度124。
[0039] 图1的基于电润湿的液滴致动器100的一些益处包括:例如,进口/出口的大小差异减少或消除了液体溢入出口中的险,大间隙进口与同样间隙高度的进口和出口相比,可以处理更大体积的流体,并且使用倾斜的设计,重力对分配的负面影响可以被减小或消除。此外,在进口处的液滴不需要触碰顶部基板。
[0040] 顶部102和底部104基板可以包括例如柔性的、刚性的或柔性和刚性混合的材料。在一个示例中,基板可以是具有印刷电极的注塑件(刚性的)。柔性基板的示例包含印刷电路板、弹性体、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜或者甚至纸。在一个示例中,基板可以包括不粘涂层。在双平面配置中,在顶部电极和底部电极之间存在势差。例如,正电压可以被施加到底部基板的电极108,同时顶部电极103接地。在共面配置中,势差出现在底部基板上。在一个共面实施例中,势差出现在底部基板104中的电极之间。在另一共面实施例中,势差出现在底部基板中的电极和位于底部基板(104)上方的另一电极(例如,铜导线)之间。共面和双平面配置两者都可以被使用。基于电润湿的液滴致动器100的大间隙进口114的间隙高度必须总是大于小间隙出口的间隙高度。在一个示例中,大间隙进口的间隙高度可以是例如约20微米至约20毫米,并且小间隙出口的间隙高度可以是例如约10微米至约2毫米。在一个示例中,(多个)斜坡可以跨越小于底部基板的长度,使得稳定的间隙高度存在于进口和开口处。
然而,(多个)斜坡可以在进口处开始和/或在出口处终止。在存在两个或更多个斜坡的任何情况下,底部基板的水平跨度可以接合相邻斜坡。斜坡的角度124是非零的并且小于90度。
如将理解的,可以包括多于一个的斜坡,其可以相对于顶部基板具有或者不具有相同的角度。鉴于大间隙进口的间隙高度,相比于与出口没有间隙高度差,较大的液滴可以被分配。
在一个示例中,底部电极中多于一个的底部电极可以被一前一后地使用以更好地操纵大的液滴。在另一示例中,底部基板的电极可以沿着每个斜坡均匀地间隔开,或者可以贯穿底部基板的长度均匀地间隔开。
[0041] 图2描绘了当液滴110到达底部基板104的倾斜的中间段120与平面出口段122的交叉126时,图1的基于电润湿的液滴致动器的一个示例。由于这两段之间的间隙高度差,液滴110被分裂为两个液滴128和130。液滴分裂是液滴操作的一个示例。
[0042] 图3是图1和图2的基于电润湿的液滴致动器100经由例如导管136而在底表面处被耦合(或“底部耦合”)到储液器134的一个示例的框图132,储液器134在基于电润湿的液滴致动器外部。
[0043] 在第一方面,上文公开的是一种装置。该装置包含基于电润湿的液滴致动器,其包括顶部基板和在顶部基板下方的底部基板。基于电润湿的液滴致动器还包括:在顶部基板和底部基板之间的液滴操作间隙,该液滴操作间隙包括使用时在液滴流动的方向上的逐渐减小的间隙高度;以及嵌入在底部基板中的间隔开的电极,间隔开的电极跨越底部基板的与逐渐减小的间隙高度相对应的区域。
[0044] 在一个示例中,底部基板可以包括例如至少一个斜坡,该至少一个斜坡实现逐渐减小的间隙高度。在一个示例中,该至少一个斜坡可以包括例如第一端部和与第一端部相对的第二端部,并且该至少一个斜坡在第一端部处被耦合到大间隙进口并且在第二端部处被耦合到小间隙出口,该大间隙进口具有比小间隙出口的间隙高度大的间隙高度。在一个示例中,大间隙进口的间隙高度可以是例如约20微米至约20毫米,小间隙进口的间隙高度是约10微米至约2毫米,并且大间隙进口的高度大于小间隙出口的高度。
[0045] 在一个示例中,该至少一个斜坡可以相对于顶部基板形成例如大于零度并且小于90度的角度。
[0046] 在一个示例中,该至少一个斜坡可以跨域例如底部基板的一部分,但是少于底部基板的全部。在一个示例中,底部基板的进口部分可以是例如平面的,并且被耦合到该至少一个斜坡。
[0047] 在一个示例中,底部基板的出口部分可以是例如平面的,并且被耦合到该至少一个斜坡。
[0048] 在一个示例中,间隔开的电极可以例如沿着至少一个斜坡均匀地间隔开。
[0049] 在一个示例中,基于电润湿的液滴致动器可以具有例如双平面配置。
[0050] 在一个示例中,基于电润湿的液滴致动器可以具有例如共面配置。
[0051] 在一个示例中,第一方面的装置的基于电润湿的液滴致动器可以是例如系统的一部分,该系统还可以包括例如底部耦合到基于电润湿的液滴致动器并且在基于电润湿的液滴致动器外部的储液器。在一个示例中,系统的储液器可以包括例如大体积储液器。
[0052] 在第二方面,上文公开的是一种方法。该方法包括:逐渐减小在基于电润湿的液滴致动器的顶部基板和底部基板之间的液滴操作间隙的间隙高度,逐渐减小处于在使用时从大间隙进口到小间隙出口的液滴流动的方向上,底部基板包括嵌入其中的间隔开的电极,间隔开的电极跨越底部基板的与逐渐减小的间隙高度相对应的区域;以及使用间隔开的电极在液滴流动的方向上移动液体的(多个)液滴。
[0053] 在一个示例中,逐渐减小可以包括例如利用(多个)斜坡来使底部基板的至少一部分倾斜。在一个示例中,间隔开的电极可以跨越例如(多个)斜坡的整体,并且移动可以包括例如沿(多个)斜坡向上移动(多个)液滴。
[0054] 在一个示例中,该方法还可以包括例如使(多个)斜坡相对于顶部基板处于大于零度并且小于90度的角度。
[0055] 在一个示例中,第二方面的方法还包括:例如,将液体从大体积储液器馈送到大间隙进口,该大体积储液器耦合到基于电润湿的液滴致动器的底部。
[0056] 在一个示例中,第二方面的方法还可以包括例如在小间隙出口处分裂(多个)液滴。
[0057] 在第三方面,上文公开的是一种方法。该方法包括将液体的(多个)液滴分配到基于电润湿的液滴致动器的液滴操作间隙的大间隙进口中,该液滴操作间隙位于基于电润湿的液滴致动器的顶部基板和底部基板之间。该方法还包括:使用嵌入在底部基板中的多个间隔开的电极,沿着底部基板从大间隙进口在液滴流动的方向上,向液滴操作间隙的小间隙出口,移动液体的(多个)液滴,液滴操作间隙的(多个)段在液滴流动的方向上具有逐渐减小的间隙高度,大间隙进口具有比小间隙出口的间隙高度大的间隙高度,并且逐渐减小包括将间隙高度从大间隙进口处的约20微米至约20毫米逐渐减小到小间隙出口处的约10微米至2毫米。
[0058] 尽管本申请的若干方面已经在本文中被描述和描绘,备选的方面可以由本领域技术人员实现以完成相同的目标。相应地,附加的权利要求旨在覆盖所有这样的备选方面。
[0059] 应当理解的是,前述概念(假设这样的概念不是相互矛盾的)的所有组合被预期作为本文中公开的本发明技术方案的一部分。特别地,出现在本申请结尾处的所要求保护的技术方案的所有组合被预期作为本文中公开的本发明技术方案的一部分。
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