具有集成网状地线的单面光致动微流体器件的制作方法
相关案件的交叉引用
本申请要求在2014年12月5日提交的序号为62/088,532的美国临时专利申请的优先权及权益，通过引用的方式将该美国临时专利申请的全文并入本申请。
关于联邦资助研发的声明
不适用
本发明大致涉及具有光电润湿(oew)结构的微流体器件。具体地，本公开涉及具有集成网状地线(meshground)的单面光电润湿(ssoew)器件。
背景技术：
可以在微流体器件中处理例如生物细胞的显微样品(micro-object)。例如，包含显微样品或试剂的液滴可以围绕微流体器件运动并且融入微流体器件内。本发明实施例致力于改进微流体器件，以便于进行复杂的化学和生物反应。通过改变微流体器件中电润湿表面的有效润湿性，可以使液滴在微流体器件上运动并且使液滴融入微流体器件上或之内。这样的运动可以促进例如对细胞进行处理以评估各种细胞特性的工作流程。具有电润湿结构的微流体器件通常包括硬覆盖层，这会使将液滴引入到电润湿表面的引入过程和从电润湿表面移除液滴的移除过程复杂化。因此，需要一种具有更易接触(accessible)的电润湿表面的微流体器件。
技术实现要素：
本发明提供一类新颖的、具有集成网状地线的单面光电润湿(ssoew)器件。任何这种ssoew器件都可以形成本发明微流体器件的底座，并且微流体器件可以可选地包括流体可以流过其中的通道和/或腔室。通道和/或腔室的壁部可以在其底座处被附加到ssoew器件的上表面，并且通道和/或腔室在其顶部可以是封闭的或开口的。
本发明附加的实施例提供用于移动本发明ssoew器件上表面上方的一个或多个液滴的方法。一个或多个液滴(例如水滴)可以具有皮升到微升范围的体积。在液滴的前缘下方的位置处，将结构化电磁辐射(例如，光)投射到ssoew器件的光电导层上可以控制液滴的移动。结构化电磁辐射调制ssoew器件上表面的电润湿特性，从而可以产生液滴表面张力的梯度。通过改变所投射的结构化电磁辐射的位置，可以使液滴遵循电磁辐射(例如，以圆形图案、矩形图案、不规则图案或其任何组合)。
因此，在一个方案中，本发明提供一种具有ssoew结构的基底。该配置有ssoew的基底可以包括平面电极、光电导层、电介质层、网状接地电极和疏水涂层。所述光电导层可以介于所述平面电极和所述电介质层之间，并且所述光电导层的下表面邻接于所述平面电极的上表面，并且所述光电导层的上表面邻接于所述电介质层的下表面。所述网状接地电极可以邻接于所述电介质层的上表面，或者可以嵌入在电介质层内；并且疏水涂层可以涂覆电介质层的上表面，并且根据其位置涂覆网状接地电极的上表面。平面电极和网状接地电极可以被配置为连接到ac电压源(即，到ac电压源的相对端子)，使得当如此连接时，配置有ssoew的基底能够对搁置在基底疏水涂层上的水滴或以其他方式与基底疏水涂层接触的水滴产生光控电润湿(ew)力。在某些实施方案中，配置有ssoew的基底是微流体器件的一部分。在某些实施方案中，微流体器件是纳米流体器件。
在某些实施例中，所述电极包括金属导体。例如，平面电极可以包括氧化铟锡(ito)层(例如，涂覆ito的玻璃)。在某些实施例中，平面电极包括非金属导体，例如导电硅(例如，高度掺杂n或p的硅)。无论如何，金属或非金属导体应该是足够厚的，以便有效地传导电流。通常，一层导电硅将是至少500微米(例如约500至1000微米、约550至800微米、或约600至700微米)厚。在某些实施例中，平面电极包括金属导体和非金属导体元件。例如，平面电极可以包括一层导电硅以及位于该导电硅层的下侧的导电金属(例如，金，银，ito)层。
在某些实施方案中，所述光电导层包括氢化非晶硅(a-si：h)。光电导层可以具有至少100nm(例如，至少250nm、500nm、750nm、1000nm或更厚)的厚度。在某些实施例中，光电导层可以具有约500nm至1500nm(例如，约600nm至约1400nm、约700nm至约1300nm、约800nm至约1200nm、约900nm至约1100nm、或约1000nm)的厚度。
在某些实施例中，电介质层包括金属氧化物，例如氧化铝或氧化铪。在某些实施例中，电介质层具有至少50nm(例如，至少约75nm、100nm、125nm、150nm或更厚)的厚度。例如，电介质层可以具有约50至250nm(例如，约75nm至约225nm、或约100nm至约200nm、或约125nm至约175nm、或约140nm至约160nm)的厚度。在某些实施例中，电介质层已经通过原子层沉积来形成。在某些实施例中，电介质层具有约10至50kohm的阻抗。
在某些实施例中，电介质层是复合电介质层。例如，电介质层可以具有至少第一电介质层和第二电介质层。第一电介质层的下表面可以邻接于光电导层。在某些实施例中，网状接地电极介于第一介电层和第二电介质层之间。复合介电层可以具有至少约50nm(例如，至少约75nm、100nm、125nm、150nm或更厚)的厚度。例如，电介质层可以具有约50至250nm(例如，约75nm至约225nm、约100nm至约200nm、约125nm至约175nm、或约140nm至约160nm纳米)的厚度。在某些实施例中，复合电介质层具有约10至50kohm的阻抗。
在某些实施例中，复合介电层的第一和第二电介质层中的每一层均包括金属氧化物，例如氧化铝或氧化铪。第一和第二电介质层中的一层或两层可以通过原子层沉积来形成。在这样的实施例中，第一电介质层可以具有至少约100nm(例如，至少约125nm、约150nm或更厚)的厚度。例如，第一电介质层可以具有约125nm至约175nm(例如，约140nm至约160nm)的厚度。在这样的实施例中，第二电介质层可以具有约50nm或更薄的厚度(例如，约40nm、约30nm、约25nm、约20nm、约15nm、约10nm，约9nm、约8nm、约7nm、约6nm、约5nm、约4nm、约3nm或更薄)。在某些实施例中，第一电介质层具有至少125nm(例如，至少150nm)的厚度，并且第二介电层具有10nm或小于10nm(例如5nm或更薄)的厚度。
在某些实施例中，复合电介质层的第一电介质层具有厚度基本均匀的格子状，其中第一电介质层的上表面邻接于网状接地电极的下表面，并且网状接地电极介于第一电介质层和第二介电层之间。第一电介质层的上表面可以与网状接地电极的下表面基本上是相连的。在这样的实施例中，第一电介质层可以包括金属氧化物，例如氧化铝或氧化铪，并且可以具有至少约50nm(例如，至少约75nm、约100nm、约125nm、约150nm或更厚)的厚度。例如，第一介电层可以具有约50nm至约200nm(例如，约75nm至约180nm、约100nm至约160nm、或约125nm至约150nm)的厚度。在这样的实施例中，第二介电层可以包括非金属氧化物，例如氧化硅，并且可以具有可变的厚度。例如，第二介电层可以具有：与光电导层的上表面接触的第一区域，其厚度基本上与复合电介质层的厚度相同；第二区域，直接位于网状接地电极的导线上方，具有约50nm或更薄的厚度(例如，约40nm或更薄、约30nm或更薄、约25nm或更薄、约20nm或更薄、约15nm或更薄、约10nm或更薄、约9或更薄、约8nm或更薄、约7nm或更薄、约6nm或更薄、约5nm或更薄、约4nm或更薄、或约3nm或更薄)。在某些实施例中，第一电介质层的厚度至少为125nm(例如，至少150nm)，并且第二电介质层直接在网状接地电极的导线上方具有10nm或更薄(例如，5nm以下)的厚度。
在某些实施例中，复合电介质层的第一电介质层由具有介电常数ε1的第一材料制成，并且第二电介质层由具有介电常数ε2的第二材料制成，其中ε1与ε2不同。例如，ε1可以小于ε2。例如，第一材料可以是金属氧化物，例如氧化铝或氧化铪，并且第二材料可以是非金属氧化物，例如氧化硅。
在某些实施例中，复合介电层包括第一电介质层、第二电介质层和第三电介质层。第二电介质层可以介于第一和第三电介质层之间。在某些实施方案中，第一和第三电介质层均包括金属氧化物，例如氧化铝。在这样的实施例中，第一和第三电介质层中的一层或两层可以通过原子层沉积来形成。第一介电层可以具有至少约10nm(例如约10nm至约20nm)的厚度。此外，第三介电层可以具有至少约10nm(例如约10nm至约20nm)的厚度。在相关实施例中，第二介电层可以包括非金属氧化物或氮化物。非金属氧化物可以是例如氧化硅。第二电介质层可以通过等离子增强化学气相沉积来形成，并且可以具有至少约75nm(例如，至少约100nm、至少约125nm、至少约150nm或更厚)的厚度。例如，第二介电层可以具有约100nm至200nm(例如约125nm至约175nm)的厚度。
在某些实施例中，三层复合电介质层的第一电介质层具有邻接于网状接地电极的下表面的上表面，并且第三电介质层具有邻接网状接地电极的上表面的下表面。因此，例如，网状接地电极可以完全包裹在复合电介质层内，其中，第二介电层填充形成在网状接地电极的导线横向边缘之间的空间。
在某些实施例中，三层复合电介质层的第一介电层由具有介电常数ε1的第一材料制成，第二电介质层由具有介电常数ε2的第二材料制成，第三介电层由具有介电常数ε3的第三材料制成，且ε1与ε3不同。例如，ε1可以小于ε3。在某些相关实施例中，ε2可以小于ε3(例如，ε2可以具有等于或大于ε1但小于ε3的值)。在某些实施例中，三层复合介电层具有约10至50kohm的阻抗。
在某些实施例中，网状接地电极包括以格子状排列的多根导线。网状接地电极还可以包括板，该板位于由网状接地电极的导线形成的顶点的顶部。例如，板可以具有与网状接地电极的导线基本相同的成分。在某些实施例中，网状接地电极的导线基本上是正方形或基本上矩形(从横截面观看)。因此，导线可以具有平均宽度和平均高度。导线的平均高度可以为至少约50nm(例如，至少约60nm、约70nm、约80nm、约90nm、约100nm或更高)。导线的平均宽度可以为至少约100nm(例如，至少约200nm、约300nm、约400nm、约500nm、约600nm、约700nm、约800nm，约900nm、约1000nm或更宽)。在其他实施例中，网状接地电极的线可以具有t形(从横截面观看)。
在某些实施例中，网状接地电极包括导电材料，例如金属(例如金、铝、铬、钛或其组合)。在某些实施例中，网状接地电极包括金制层和铬或钛制底层。在某些实施例中，导电材料是高度导电的半导体材料(例如，高度掺杂的硅)。在某些实施例中，网状接地电极的导电材料具有氧化的外表面。例如，网状接地电极可以包括具有氧化的外表面的铝。
在某些实施方案中，网状接地电极具有小于或等于约10％的线性填充因子β(例如约9％、约8％、约7％、约6％、约5％、约4％、约3％、约2％、约1％、约0.5％或更小)。在某些实施例中，网状接地电极的导线具有小于1mm的间距(例如，约200微米至500微米)。在某些实施例中，网状接地电极的导线具有约1.5mm至2mm、约1.0mm至1.5mm、约0.5mm至1.0mm、400至800微米、约300至600微米、约200至400微米、约100至200微米、约50至100微米、或约10至50微米的间距。
在某些实施方案中，疏水涂层具有邻接于电介质层的部分或全部上表面的下表面。在某些相关实施例中，疏水涂层的下表面邻接于网状接地电极的顶表面(以及可选地，电线的侧表面)。因此，疏水涂层的下表面可以邻接于电介质层的上表面和不邻接电介质层的网状接地电极的表面两者。
在某些实施方案中，疏水涂层可以包含有机氟聚合物。有机氟聚合物可以具有例如至少一个全氟化链段。有机氟聚合物可以包括例如聚四氟乙烯(ptfe)。或者，有机氟聚合物可以包含聚(2,3-二氟甲基-全氟四氢呋喃)。在这样的实施方案中，疏水涂层可以具有至少约10nm、约15nm、约20nm、约25nm、约30nm、约35nm或更厚的厚度。
在某些实施方案中，疏水层包括共价键合到电介质层分子的两亲性分子的密集填充单层。疏水层的两亲性分子可以均包括硅氧烷基团、膦酸基团或硫醇基团，并且相应的硅氧烷基团、膦酸基团和硫醇基团可以共价结合到电介质层的分子。在这样的实施方案中，疏水层可以具有小于5nm的厚度(例如，厚度约为1.5至3.0nm)。
在某些实施方案中，疏水层的两亲性分子包含长链烃。因此，例如，两亲性分子可以是烷基封端的硅氧烷、烷基封端的膦酸或烷基封端的硫醇分子。长链烃可以是无支链的，并且可以包括具有至少10个碳(例如，至少16、18、20、22或更多个碳)的链。烷基封端的硅氧烷可以包括三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷或三氯硅烷。例如，烷基封端的硅氧烷可以从由十八烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷或十八烷基三氯硅烷构成的组中选择。在某些实施方案中，疏水层的两亲性分子可以包含氟化碳链。氟化碳链具有化学式cf3-(cf2)m-(ch2)n-，其中m至少为2，n至少为2，m+n至少为9。例如，m可以是7(或更大)，n可以是2(或更大)。在某些实施方案中，疏水层被图案化，使得与疏水层的剩余部分相比，选择区域相对亲水。
在另一方面，本发明提供一种具有底座的微流体器件，其包括具有ssoew结构的底座和设置在底座上的壁部。底座和壁部可以一起限定微流体回路。微流体器件可以可选地包括可以设置在壁部上方的盖。底座的配置有ssoew的基底可以是本文所述的任何配置有ssoew的基底。
在某些实施方案中，壁部包含结构化聚合物。聚合物可以是硅基聚合物，例如聚二甲基硅氧烷(pdms)或光可图案化硅氧烷(pps)。或者，壁部可以包括环氧基粘合剂，例如su-8。对于包括盖的微流体器件，盖可以包括壁部中含有的相同结构化聚合物。此外，盖可以与壁部一体成型。或者，盖可以包括不同于墙壁的材料。无论盖是否存在，壁部的高度可以至少为30微米(即，壁部可以在基座上升高少30微米)。例如，壁部可以具有约40至100微米的高度。
在某些实施例中，微流体回路可以包括一个或多个(例如，2、3、4、5、6、7或更多)微通道。另外，微流体回路可以包括多个腔室(例如，隔离笔)。这些腔室可以从一个(或多个)微通道开口。在某些实施例中，腔室可以包括配置成容纳液滴的保持区域，以及将保持区域流体连接到微流体通道的至少一个连接区域。第一连接区域可配置为允许液滴在微流体通道和腔室之间的移动。第二连接区域(如果存在的话)可以配置成当液体液滴在微流体通道和保持区域之间移动时允许流体流动和压力释放。在某些实施例中，腔室可以连接到第一微流体通道和第二微流体通道两者。
在某些实施方案中，微流体通道可以具有约50至约1000微米、或约100至约500微米的宽度，其中，该宽度是在垂直于流体流过通道的方向的方向上测量的。在某些实施方案中，腔室(或隔离笔)的横截面积可以为约100000至约2500000平方微米，或约200000至约2000000平方微米。在某些实施例中，连接区域具有约50至约500微米，或约100至约300微米的宽度。
在某些实施例中，至少部分有助于限定微通道和/或腔室的底座可以具有ssoew结构。ssoew结果可以连接到偏置电势，并且在连接的同时改变底座表面多个相应区域中的任一个区域的有效润湿特性。可以改变底座表面的润湿特性，以充分地使液滴跨越基底表面并在微流体通道和腔室之间移动。
在某些实施方案中，微流体器件可以包括适于培养生物显微样品的一个或多个培养腔室。培养腔室可以位于微流体回路内，并且每一个均可以流体连接到一个或多个微流体通道。例如，培养腔室可以流体连接到第一微流体通道，第一微流体通道被配置用于使液滴移动到培养腔室和/或使液滴从培养腔室中流出。以及第二微流体通道，其被配置为使新鲜的培养基流过培养腔室，使得在新鲜培养基中的营养物和培养腔室中产生的废物可以进行交换(例如，通过营养物在培养腔室中的扩散以及废物进入到[王润贵1]培养基中的扩散)。第二个通道可以与第一个通道分开。
在另一方面，本发明提供了用于移动微流体器件中的流体液滴的方法。所述方法可以包括在微流体器件底座的上表面上设置水溶液液滴；在微流体装置的平面电极和网状接地电极之间施加ac电压电势；将结构光引导到微流体器件底座上表面上接近水溶液液滴的位置处；以及以引发液滴跨越所述底座上表面而移动的速率，相对于所述微流体器件来移动结构光。微流体装置可以包括如本文所述的配置有ssoew的基底。
在某些实施方案中，水溶液液滴的体积约为1微升或更小、约900nl或更小、约800nl或更小、约700nl或更小、约600nl或更小、约500nl或更小、约400nl或更小、约300nl或更小、约200nl或更小、约100nl或更小、或约50nl或更小。或者，水溶液的液滴可以具有大于1微升的体积(例如，至少约1.1微升、至少约1.2微升、至少约1.3微升、至少约1.4微升、至少约1.5微升、至少约1.6微升、至少约1.7微升、至少约1.8微升、至少约1.9微升、至少约2.0微升、至少约2.2微升、至少约2.4微升，至少约2.6微升、至少约2.8微升、至少约3.0微升或更大)。液滴可以具有例如至少0.1ms/m(例如至少1ms/m)的电导率。在某些实施例中，施加在微流体器件的平面电极和网状接地电极之间的ac电压电势为约10ppv至80ppv(例如，约30ppv至50ppv)。在某些实施例中，施加在微流体器件的平面电极和网状接地电极之间的ac电压电势具有约1khz至约1mhz的频率(例如，约1khz至约100khz、约2khz至约80khz、约3khz至约60khz、约4khz至约40khz、或约5khz至约20khz)。在某些实施例中，结构光以0.05cm/秒或更大(例如0.1cm/秒或更大、0.2cm/秒或更大或0.3cm/秒或更大)的速率相对于微流体器件移动，并且液滴随着光移动。
在另一方面，本发明提供了处理微流体器件中的液滴的方法。所述方法包括：用第一液体填充微流体器件的微流体回路；在微流体器件的平面电极和网状接地电极之间施加ac电压电势；将第一液滴液体介质引入微流体回路中，其中第一液滴在第一液体介质中是不混溶的；以及通过对第一液滴施加电润湿(ew)力而将第一液滴移动到微流体回路内的所需位置。微流体器件可以是本文所述的任何微流体器件(例如，具有底座的微流体器件，其底座包含了配置有ssoew的基底)。此外，微流体器件包括液滴发生成器。液滴发生器可以配置为选择性地将一种或多种液体媒介的液滴提供到微流体器件的微流体回路中。
在某些实施例中，所施加的ac电压电势约为10ppv至80ppv。例如，所施加的ac电压电势可以约为30ppv至50ppv。此外，所施加的ac电压电势可以具有约1至100khz(例如，约1khz至约100khz、约2khz至约80khz、约3khz至约60khz，约4khz至约40khz、或约5khz至约20khz)的频率。
在某些实施方案中，第一液体介质是油。例如，第一液体介质是硅油、氟化油或其组合。第一液滴可包括水溶液。水溶液可以是例如盐水溶液或细胞培养基。
在某些实施例中，第一液滴的液体介质可以包括至少一种显微样品。例如，第一液滴可以包括生物显微样品(例如，单个细胞)或捕获珠(例如，1至20个捕获珠)。捕获珠可以对相关物质，例如生物细胞分泌或核酸(例如，dna、基因组dna、线粒体dna、rna、mrna、mirna或其任何组合)具有亲和力。
在某些实施例中，液体介质的第一液滴可以包括试剂。试剂可以是裂解缓冲液、荧光标记物、发光测定试剂等。裂解缓冲液可以包括非离子型洗涤剂(例如浓度小于0.2％)或蛋白水解酶。蛋白水解酶可以是可灭活的(例如通过加热或特定抑制剂)。
在某些实施例中，处理微流体器件中的液滴的方法还包括：将第二液滴的液体介质引入到微流体回路中，其中第二液滴的液体在第一液体介质中是不混溶的，但与第一液滴的液体介质混溶；通过对第二液滴施加ew力将第二液滴移动到微流体回路内邻近于第一液滴的位置；以及将第二液滴与第一液滴合并以形成组合液滴。通过向第二和/或第一液滴施加ew力，第二液滴可以与第一液滴合并。
在某些实施例中，第一液滴包括生物显微样品，第二液滴包括试剂。包含在第二液滴中的试剂可以从裂解缓冲液、荧光标记物和发光测定试剂构成的组中选择。例如，包含在第二液滴中的试剂可以是裂解缓冲液，并且当第一液滴和第二液滴合并时，第一液滴中的生物显微样品(例如细胞)可以裂解。
在一些实施例中，处理微流体器件中的液滴的方法还包括将第三、第四等液滴引入微流体回路中，并通过对液滴施加ew力而将第三、第四等液滴移动到微流体回路内的所需位置处。第三液滴可以移动到靠近第一组合液滴的位置，然后与第一组合液滴合并以形成第二组合液滴；第四液滴可以移动到靠近第二组合液滴的位置，然后与第二组合液滴合并以形成第三组合液滴，等等。每个附加液滴可以包括在第一液体介质中不混溶但与第一液滴(和/或第一，第二等组合液滴)的液体介质混溶的流体介质。
在一些实施例中，第一液滴可以包含生物细胞，并且第二液滴可以包含试剂。试剂可以是当第一和第二液滴合并时裂解生物细胞的细胞裂解缓冲液。或者，试剂可以是荧光标记物(例如，荧光标记的抗体或其他亲和性试剂)或发光测定中使用的试剂。第三液滴可以包含试剂，例如对相关物质具有亲和性的一种或多种(例如，二至二十个)捕获珠。例如，相关物质可以是抗体或核酸，例如dna、基因组dna、线粒体dna、rna、mrna、mirna或其任何组合。这样的捕获珠可以可选地从装置输出以用于随后的分析。第四液滴可以像第二和第三液滴一样含有试剂，例如适于进行反应(例如，逆转录酶反应或全基因组扩增反应)的酶混合物。
在某些实施例中，施加ew力以移动和/或合并液滴包括改变微流体器件底座上表面靠近液滴的区域的有效电润湿特性。改变有效的电润湿特性可以包括激活在微流体器件底座中靠近液滴的位置处的ew电极(例如，光电导层中的区域)。激活微流体器件底座中靠近液滴的ew电极可以包括将光图案引导到靠近液滴的位置处的底座的光电导层上。
本文描述的技术的其它方面将在附图和说明书的以下部分中提出，其中，详细描述是为了充分公开技术的优选实施例，而不对本发明进行限制。
附图说明
图1示出了用于控制微流体器件的系统和相关联的控制设备的示例，该微流体器件可以是单面光电润湿(ssoew)器件。
图2a示出了支撑件的具体示例，该支撑件可以是系统的一部分，并且可以配置为容纳(hold)微流体器件以及可操作地耦接到微流体器件。
图2b示出了成像装置，该成像装置可以是系统的一部分。
图3a和图3b示出了根据本发明一个实施例的ssoew器件的一部分的剖面视图(图3a)和截面视图(图3b)。
图4a示出了将水滴放置在器件的表面上并且电压源放置在底部电极和上部网状电极之间时图3b的ssoew器件，该ssoew器件上覆盖有示出了ssoew器件的电阻和电容元件的回路图。图4b提供了图4a回路图的独立视图。
图5a和图5b示出了根据本发明一个实施例的单面oew器件的一部分的剖面视图(图5a)和横截面视图(图5b)。
图6a至图6c示出了图5a和图5b的ssoew器件含网状电极的电介质层的可替代实施例。图6a示出了电介质层的横截面视图，该电介质层具有构成网状电极的“t”形导线。图6b示出了网状电极的顶视图，该网状电极具有位于每个顶点(vertex)处的方形帽，所述顶点是由两条导线交叉形成的。图6c示出了电介质层的横截面视图，其中网状电极的导线由一电介质材料支撑，该电介质材料不同于侧围并覆盖网状电极的电介质材料。
图7是根据本发明某些实施例的微流体装置的俯视图，该微流体装置具有多个微流体通道、从多个微流体通道开口的多个腔室、和液滴生成器。在该实施例中，一个微流体通道含有水性介质(aqueousmedium)(较亮的颜色)，而连接到液滴生成器的微流体通道含有疏水介质(hydrophobicmedium)(较暗的颜色)。腔室同样含有水性介质或疏水介质。
图8是根据本发明其它实施例的微流体装置的俯视图，该微流体装置具有多个微流体通道、从微流体通道开口的多个腔室、和液滴生成器。
图9是示出了估计液滴最小容量(volume)的曲线图，所述液滴可以是随配置有ssoew的基底而运动的液滴，该基底具有规定间距的网状地电极。该图还显示了对规定间距提供>90％ew力的最大导线宽度。
图10的a至b示出了根据本发明某些实施例的液滴在配置有ssoew的基底上运动的图像。该图像描绘了矩形运动(a(i)—(iii))和圆形运动(b(i)—(iii))。
具体实施方式
本说明书描述了本发明的示例性实施例和应用。然而，本发明不限于这些示例性实施例和应用，也不限于本文中该示例性实施例和应用操作或描述的方式。此外，附图可以示出简易视图或部分视图，并且图中元件的尺寸可能被夸大或者未以相应的比例以其他方式描述。此外，如在本文中使用的术语“在上面”、“附加到”、“连接到”、“耦合”或类似词语，无论一个元件是直接在另一个元件上、附加到另一个元件、连接到另一个元件或耦接到另一个元件，还是在所述一个元件和所另一个元件之间存在一个或多个介于中间的元件，一个元件(例如，材料、层、基底等)都可以是“在另一个元件上”、“附加到另一个元件”、“连接到另一个元件”或者“耦接到另一个元件”。另外，在引用元件列表(例如，元件a、b、c)的情况下，这种引用意在包括所列元件中的任何一个单独的元件、不包括全部所列元件的任意组合，和/或包括全部所列元件的组合。
说明书中的章节仅仅是为了便于审查，并不限制所讨论元件的任何组合。
如本文所用的那样，“基本上”意味着足以用于预期目的。因此，术语“基本上”允许本领域普通技术人员可以预期但不会显著影响总体性能的相对于绝对或完美的状态、尺寸、测量、结果等的微小的、微不足道的变化。当相对于可以表示成数值的数量值、参数或者特征来使用时，“基本上”表示在百分十以内。
如本文所使用的那样，术语“几个”表示多于一个。如本文所使用的那样，术语“多个”可以是2、3、4、5、6、7、8、9、10或者更多。、
如本文所使用的那样，术语“处理”包括“位于”的含义。
如本文所使用的那样，“微流体器件”或“微流体装置”是包括配置成容纳流体的一个或多个分立微流体回路的装置，每个微流体回路由流体互连的回路元件组成，其包括但不限于：一个或多个区域、流路、通道、腔室和/或笔。某些微流体装置器件(例如，包括盖的那些器件)将进一步包括至少两个端口，所述至少两个端口配置为允许流体(以及可选地，存在于流体中的显微样品或液滴)流入和/或流出该微流体器件。微流体器件的一些微流体回路将包括至少一个微流体通道和/或至少一个腔室。一些微流体回路容纳的流体体积小于约1ml，例如小于约750、500、250、200、150、100、75、50、25、20、15、10、9、8、7、6、5、4、3或者2μl。在某些实施方案中，微流体回路容纳大约1-2、1-3、1-4、1-5、2-5、2-8、2-10、2-12、2-15、2-20、5-20、5-30、5-40、5-50、10-50、10-75、10-100、20-100、20-150、20-200、50-200、50-250或者300μl。
如本文所使用的那样，“纳米流体器件(nanofluidicdevice)”或“纳米流体装置”是一类具有微流体回路的微流体装置，该微流体装置包含至少一个回路元件，该至少一个回路元件被配置为容纳的流体体积小于大约1μl，例如小于大约750、500、250、200、150、100、75、50、25、20、15、10、9、8、7、6、5、4、3、2、1nl或者更少。通常，纳米流体器件应该包括多个回路元件(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、10000个或更多个)。在某些实施例中，一个或多个(例如全部)所述至少一个回路元件被配置为容纳的流体体积大约是100pl至1nl、100pl至2nl、100pl至5nl、250pl至2nl、250pl至5nl、250pl至10nl、500pl至5nl、500pl至10nl、500pl至15nl、750pl至10nl、750pl至15nl、750pl至20nl、1至10nl、1至15nl、1至20nl、1至25nl或者1至50nl。在其他实施例中，一个或多个(例如，全部)所述至少一个回路元件被配置为容纳的体积大约为100至200nl、100至300nl、100至400nl、100至500nl、200至300nl、200至400nl、200至500nl、200至600nl、200至700nl、250至400nl、250至500nl、250至600nl或者250至750nl。
如本文所用的“微流体通道”或“流动通道”是指微流体器件的流动区域，其长度明显长于水平尺寸(如果微流体器件包括盖，则为垂直尺寸)。例如，流动通道可以至少是任意水平(或垂直)尺寸长度的5倍，例如，至少是长度的10倍、至少是长度的25倍、至少是长度的至少100倍、至少是长度的200倍、至少是长度的500倍、至少是长度的1000倍、至少是长度的5000倍、或者更长。在一些实施方案中，流动通道的长度在大100000微米至大约500000微米的范围内，该范围包括其间的任何范围。在一些实施方案中，水平尺寸在大约100微米至大约1000微米的范围内(例如，大约150至大约500微米)，并且如果存在，垂直尺寸在大约25微米至大约200微米的范围内(例如大约40至大约150微米)。应该注意的是，在微流体器件中流动通道可以具有各种不同的空间构造，因此不限于完美的线性元件。例如，流动通道可以是或包括具有以下构造的一个或多个部分：曲线、弯曲、螺旋、倾斜、下倾、叉(例如，多个不同的流动路径)及其任意组合。此外，流动通道沿其路径可以具有不同的横截面积，加宽和收缩以在其中提供期望的流体流动。
如本文所使用的，术语“阻塞”通常是指足够大的凸块或类似类型的结构，以便部分地(但不是完全地)阻止目标显微样品在微流体器件中的两个不同区域或回路元件之间的运动。这两个不同的区域/回路元件可以是例如微流体隔离笔(sequestrationpen)和微流体通道，或微流体隔离笔的连接区域和隔离区域之间。
如本文所使用的那样，术语“收缩”通常使指微流体器件中的回路元件宽度(或两个回路元件之间的交界面)变窄。收缩可以例如位于微流体隔离笔和微流体通道之间的交界面处，或者位于微流体隔离笔的隔离区域和连接区域之间的交界面处。
如本文所使用的那样，术语“透明”是指允许可见光通过而无需在其通过时大幅度改变光的材料。
如本文所使用的，术语“显微样品”通常指依据本发明而可以被操纵的任何微观物体。显微样品的非限制性示例包括：无生命的显微样品，例如微粒、微珠(例如，聚苯乙烯珠，luminextm珠等)、磁珠、微米杆、微米丝、量子点等；生物显微样品，例如细胞(例如，胚胎、卵母细胞、精细胞、从组织中解离的细胞、真核细胞、原生细胞、动物细胞、哺乳动物细胞、人类细胞、免疫细胞、杂交瘤、人工培养的细胞、细胞株中的细胞、癌细胞、受感染细胞、转染和/或转化细胞、报道细胞(reportercell)、原核细胞等)；生物细胞器；囊泡或复合物；合成囊泡；脂质体(例如，根据膜制备(membranepreparation)合成或衍生的)；脂质纳米片(lipidnanoraft，如ritchie等人(2009)“在磷脂双层纳米圆盘中重构膜蛋白(reconstitutionofmembraneproteinsinphospholipidbilayernanodiscs)”，methodsenzymol.，464：211-231中所述的)；等等；或者无生命显微样品和生物显微样品(例如，附加到细胞的微珠、脂质体包被的微珠、脂质体包被的磁珠等)的组合。珠可以进一步具有共价或非共价连接的其它基团/分子，例如能够在测定中使用的荧光标记、蛋白质、小分子信号基团、抗原或者化学/生物物质。
如本文所使用的那样，术语“维持(一个或多个)细胞”是指提供包含流体和气体组分的环境，以及可选地，提供用于供应保持细胞存活和/或分裂所必需的条件的表面。
流体介质的“组分”是出现在该介质中的任意化学或生物分子，包括溶剂分子(solventmolecule)、离子、小分子、抗生素、核苷酸和核苷、核酸、氨基酸、多肽、蛋白质、糖类、碳水化合物、脂质、脂肪酸、胆固醇或代谢分子等。
如本文中相对于流体介质所使用的那样，“扩散”及其等同说法是指流体介质的组分沿着浓度梯度(concentrationgradient)的热力学运动。
短语“介质的流动”是指主要由于除扩散以外的任意机制所导致的流体介质的整体运动(bulkmovement)。例如，介质的流动可以包含由于两点之间的压差所导致的从一点向另一点的流体介质的运动。这种流动可以包括液体的连续流动、脉动性流动、周期性流动、随机流动、间歇性流动或往复流动，或者它们的任意组合。当一种流体介质流入另一种流体介质中时，会导致媒介的紊流和混合。
短语“基本上没有流动”是指流体介质的流动速率，该流动速率随时间平均小于材料组分(例如，相关被分析物)进入到流体介质中的扩散速率或材料组分在流体介质内的扩散速率。这种材料的组分的扩散速率可以取决于例如温度、组分的粒径(size)以及组分与流体介质之间的相互作用强度。
如本文中相对于微流体器件内不同区域所使用的那样，短语“流体连接”是指当不同区域基本上充满流体(例如流体媒介)时，每个区域中的流体是连贯的，以形成流体的单一体(singlebody)。这并不意味着不同区域中的流体(或流体媒介)在成分上必然是相同的。相反，微流体器件的不同流体连接区域中的流体可以具有不同的成分(例如，不同浓度的溶质，诸如蛋白质、碳水化合物、离子或其他分子)，由于溶质沿着它们各自的浓度梯度而移动和/或流体流过该器件，所以这些成分处于不断的变化之中。
微流体(或纳米流体)器件可以包括“扫描(swept)”区域和“未扫描(unswept)”区域。如本文所使用的那样，“扫描”区域由一个或多个微流体回路的流体互连回路元件组成，当流体流过微流体回路时，每个流体互连回路元件都经受着介质流。扫描区域的回路元件可以包括例如区域、通道以及全部或部分腔室。如本文所使用的那样，“未扫描”区域由一个或多个微流体回路的流体互连回路元件组成，当流体流过微流体回路时，每个流体互连回路元件基本上不经受流体流量。只要流体连接部被构造成能够扩散，但在扫描区域和未扫描区域之间基本上没有介质流，则未扫描区域可以流体连接到扫描区域。微流体器件因而可以被构造成基本上将扫描区域中的介质流与未扫描区域隔离，同时能够基本上仅实现在扫描区域和未扫描区域之间扩散的流体连通。例如，微流体器件的流动通道是扫描区域的示例，而微流体器件的隔离区域(下文中做进一步的详细描述)是未扫描区域的示例。
如本文所使用的那样，“流动路径”是指一个或多个流体连接的回路元件(例如，通道、区域、腔室等)，其限定介质流的轨迹并受介质流的轨迹影响。因此，流动路径是微流体器件扫描区域的示例。其他回路元件(例如，未扫描区域)可以与所述回路元件流体连接，其他回路元件包括不会受到流动路径中的介质流影响的流动路径。
可以在这种微流体器件中测定生物显微样品(例如，生物细胞)产生特定生物材料(例如,诸如抗体的蛋白质)的能力。在测定的具体实施例中，可以把试样材料(samplematerial，其包含待测定的用于产生相关分析物的生物显微样品(例如，细胞))装到微流体器件的扫描区域中。可以针对特定特征选择几个生物显微样品(例如诸如人类细胞的哺乳动物细胞)并且在未扫描区域中处理。然后剩余的试样材料可以流出扫描区域，并且测定材料流入扫描区域。由于所选生物显微样品在未扫描区域中，所选生物显微样品基本上不受剩余试样材料流出或测定材料流入的影响。所选生物显微样品可以被允许产生相关的分析物，该相关分析物可以从未扫描区域扩散到扫描区域中，在扫描区域中，相关分析物可以与测定材料反应以产生局部可检测的反应，每一个反应均可以与特定的未扫描区域相关。可以分析与检测到的反应相关联的任何未扫描区域，以确定哪些未扫描区域中的生物显微样品(如果有的话)是相关分析物的充分生产者。
用于操作和观察这类器件的微流体器件和系统
图1示出了系统150的示例，该系统150可以用于控制诸如ssoew器件的微流体器件100以实践本发明。示出了微流体器件100的透视图，其具有盖110的局部剖面，以便提供微流体器件100的局部视图。当然，盖110可能不总是呈现或者可以在微流体器件100的一部分上呈现，但在微流体器件100的另一部分上不呈现。微流体器件100通常包括微流体回路120，其包括流体介质180可以流过的流动路径106，可选地流体介质180携带一滴或多滴液滴(未示出)和/或一种或多种显微样品(未示出)进入和/或通过微流体回路120。尽管图1中示出了单个微流体回路120，但适当的微流体器件可以包括多个(例如，2或3个)这种微流体回路。无论如何，微流体器件100可被配置成纳米流体器件。在图1所示的实施例中，微流体回路120包括多个微流体隔离笔124、126、128和130，每一个均具有与流动路径106流体连通的一个或多个开口。如下文进一步讨论的那样，微流体隔离笔包括各种特征和结构，它们已经经过优化，以便即使当介质180正在流过流路106时也隔离和分离微流体器件(例如微流体器件100)中的液滴和/或显微样品。
大致如图1所示，微流体回路120由外壳102限定。外壳102被描绘为包括支撑件104(例如，底座)、微流体回路结构108和盖110。然而，外壳102可以物理地构造成不同的配置；如上所述，微流体器件100可以缺少在部分或全部支撑件104上方的盖110。无论如何，支撑结构104、微流体回路结构108和盖110可以彼此附接。例如，微流体回路结构108可以设置在支撑结构104的内表面109上，并且盖110可以设置在微流体回路结构108上方。与支撑结构104和盖110一起，微流体回路结构108可以限定微流体回路120的元件。或者，如果微流体装置器件缺少盖110，则微流体回路结构108可以设置在支撑结构104的内表面109上，并且支撑结构104和微流体回路结构108在一起，并且可以限定微流体回路120的元件。
可以有一个或多个端口107，每个端口107包括进入或离开外壳102的通路。通路的示例包括阀、门、通孔等。如所示的那样，端口107是由微流体回路结构108中的间隙产生的通孔。然而，端口107可以位于外壳102的其他部件中，例如盖110(如果存在)。在图1中仅示出了一个端口107，但是微流体回路120可以具有两个或更多个端口107。例如，可以存在第一端口107，其起到入口作用以使流体进入微流体回路120，并且可以存在第二端口107，其起到出口作用以使流体离开微流体回路120。端口107作为入口还是出口可以取决于流体流过流动路径106的方向。
支撑结构104可以包括一个或多个电极(未示出)以及基底或多个相互连接的基底。例如，支撑结构104可以包括一个或多个半导体基底，每个半导体基底电连接到一个或多个电极(例如，全部或一部分半导体基底可以电连接到公共电极)。支撑结构104还可以包括印刷回路板组件(“pcba”)。例如，半导体衬底可以安装在pcba上。
微流体回路结构108可以限定微流体回路120的回路元件。这种回路元件可以包括当微流体回路120填充有流体或以其他方式容纳流体时可以流体互连的空间或区域，例如流动通道、腔室、笔、捕集器(trap)等。在图1所示的微流体回路120中，微流体回路结构108包括框架114和微流体回路材料116。框架114可以部分地或完全地包围微流体回路材料161。框架114可以是，例如，比较坚硬的结构，其基本上包围住了微流体回路材料116。例如，框架114可以包括金属材料。
微流体回路材料116可以与空腔等匹配以限定微流体回路120的回路元件和互连。微流体回路材料116可以包括柔性材料，例如柔性聚合物(例如橡胶，塑料，弹性体，硅氧烷，聚二甲基硅氧烷(“pdms”)等)，其可以是透气的。可以组成微流体回路材料116的材料的其它示例包括模制玻璃、可蚀刻材料(例如硅树脂(例如可光编码的硅氧烷))、光致抗蚀剂(例如，su8)等。在一些实施例中，这样的材料可以是刚性的和/或基本上不透气的，因而微流体回路材料116也是这样。无论如何，微流体回路材料116可以设置在支撑结构104上以及框架114内部。
盖110(如果存在)可以是框架114和/或微流体回路材料116不可分割的部分。或者，盖110可以是结构上可区分的元件，如图1所示。盖110可以包括与框架114和/或微流体回路材料116相同或不同的材料。类似地，支撑结构104可以是相对于框架114或微流体回路材料116的独立结构，如图所示，或者可以是框架114或微流体回路材料116不可分割的部分。类似地，框架114和微流体回路材料116可以是如图1所示的独立结构或相同结构的不可分割部分。
在一些实施例中，盖110(如果存在)可以包括可刺穿和/或可变形的材料。例如，盖可以包括柔性聚合物，例如橡胶、塑料、弹性体、硅氧烷、聚二甲基硅氧烷(“pdms”)等。在其它实施例中，盖110可以包括刚性材料。刚性材料可以是玻璃或具有相似特性的材料。在一些实施例中，盖110可以包括刚性且可穿透/可变形的材料。例如，盖110的一个或多个部分(例如，位于隔离笔124、126、128、130上的一个或多个部分)可以包括与盖110的刚性材料相接合的可变形材料。在一些实施例中，盖110或它的一部分可以进一步包括一个或多个电极。一个或多个电极可以包括导电氧化物，例如氧化铟锡(ito)，其可以涂覆在玻璃上或类似的刚性绝缘材料上。或者，一个或多个电极可以是嵌入可变形材料(例如诸如pdms之类的聚合物)中的柔性电极，例如单层壁纳米管、多层壁纳米管、纳米线，导电纳米颗粒簇或它们的组合。可以用于微流体器件的柔性电极已经在例如美国专利us2012/0325665(发明人为chiou等人)中描述，其内容通过引用的方式并入本申请。在一些实施例中，可以改进盖110(例如，通过调节全部或部分向内朝向微流体回路120的表面)，以便支持细胞粘附、存活和/或生长。该改进可以包括涂覆合成或天然聚合物。在一些实施例中，盖110和/或支撑结构104可以透光的。盖110还可以包括至少一种透气的材料(例如，pdms或pps)。
图1还示出了用于操作和控制微流体器件(例如，微流体器件100)的系统150。如图所示，系统150包括电源192、成像装置194和倾斜装置190。
电源192可以向微流体器件100和/或倾斜装置190提供电力，依需要提供偏置电压或电流。电源192可以例如包括一个或多个交流(ac)和/或直流(dc)电压或电流源。成像装置194可以包括用于拍摄微流体回路120内部图像的装置，例如数字照相机。在一些情况下，成像装置194还包括具有快速帧速率和/或高灵敏度(例如用于低光应用)的检测器。成像装置194还可以包括用于将刺激性辐射物和/或光束引导到微流体回路120中并收集从微流体回路120(或其中包含的显微样品)反射或发射的辐射物和/或光束的机制。发射的光束可以在可见光谱中，并且可以例如包括荧光发射(fluorescentemission)。反射的光束可以包括源自led或源自诸如汞灯(例如高压汞灯)或氙弧灯的宽光谱灯的反射发射。如关于图3所讨论的那样，成像装置194还可以包括可以或不可以包括目镜的显微镜(或光学系统)。
系统150还包括倾斜装置190，其被配置为使微流体器件100围绕一个或多个旋转轴旋转。在一些实施例中，倾斜装置190被配置为在至少一个轴附近支撑和/或保持包括微流体回路120的外壳102，使得微流体器件100可以保持在水平方向(即相对于x轴和y轴为0°)、垂直方向(即相对于x轴和/或y轴为90°)或其间的任何方向(因而微流体回路120也是如此)。微流体器件100(和微流体回路120)相对于轴的方向在本文中被称为微流体器件100(和微流体回路120)的“倾斜”。例如，倾斜装置190可以使微流体器件100倾斜在相对于x轴为的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°或其间的任何角度。水平方向被定义为与重力限定的垂直轴正交(因而x轴和y轴也是如此)。倾斜装置还可以将微流体器件100(和微流体回路120)相对于x轴和/或y轴倾斜到大于90°的任意角度，或者使微流体器件100(和微流体回路120)相对于x轴和/或y轴倾斜成180°，以便完全颠倒微流体器件100(和微流体回路120)。类似地，在一些实施例中，倾斜装置190围绕由流动路径106或微流体回路120的某些其他部分限定的旋转轴而使微流体器件100(和微流体回路120)倾斜。
在一些情况下，微流体器件100倾斜成垂直方向，使得流动路径106位于一个或多个隔离笔的上方或下方。如本文所用的术语“在上方”表示流动路径106被放置为高于垂直轴(该垂直轴由重力限定)上的一个或多个隔离笔(即，在流动路径106上方的隔离笔中的物体相比流动路径中的物体将具有更高的重力势能)。如本文所使用的术语“在下方”表示流动路径106被放置为低于垂直轴(该垂直轴由重力限定)上的一个或多个隔离笔(即，在流动路径106下方隔离笔中的物体相比于流动路径中的物体将具有更低的重力势能)。
在一些情况下，倾斜装置190围绕平行于流动路径106的轴使微流体器件100倾斜。此外，微流体器件100可以被倾斜成小于90°的角度，使得流动路径106位于一个或多个隔离笔的上方或下方，而不是直接位于隔离笔的上方或下方。在其他情况下，倾斜装置190围绕垂直于流动路径106的轴使微流体器件100倾斜。在其他情况下，倾斜装置190围绕即不平行流动路径106也不垂直于流动路径106的轴使微流体器件100倾斜。
系统150还可以包括媒介源178。媒介源178(例如，容器、储存器等)可以包括多个部分或容器，每个部分或容器用于容纳不同的流体介质180。因此，如图1所示，媒介源178可以是位于微流体器件100外部并与微流体器件100分离的装置。或者，媒介源178可以是整体或者部分位于微流体器件100的外壳102内。例如，媒介源178可以包括作为微流体器件100一部分的储存器。流体介质可以是疏水介质，例如油(例如硅油、氟化油或其组合)或亲水介质，例如水溶液(例如，盐水溶液或细胞培养基)。
图1还示出了简化的框图，其描述了构成系统150的一部分并且可以与微流体器件100结合使用的控制和监测设备152的示例。如图所示，这种控制和监测设备152的示例包括：主控制器154，其包括用于控制媒介源178的媒介模块160；动力模块162，用于控制微流体回路120中的显微样品(未示出)和/或介质(例如，介质液滴)的运动和/或控制微流体回路120中的显微样品和/或介质的选择；成像模块164，用于控制成像装置194(例如，相机、显微镜、光源或其任意组合)，以拍摄图像(例如，数字图像)；以及倾斜模块166，用于控制倾斜装置190。该控制设备152还可以包括用于控制、监测或执行关于微流体器件100的其它功能的其它模块168。如图所示，设备152还可以包括显示装置170和输入/输出装置172。
主控制器154可以包括控制模块156和数字存储器158。控制模块156可以包括例如被配置为依机器可执行指令(例如，软件、固件、源代码等)而运行的处理器，该机器可执行指令作为非临时性数据或信号被存储在存储器158中。或者或另外，控制模块156可以包括硬连线数字电路和/或模拟电路。媒介模块160、动力模块162、成像模块164、倾斜模块166和/或其他模块168可以类似地配置。因此，本文所讨论的过程的功能、过程动作、操作或步骤在相对于微流体器件100或任何其它微流体装置而被执行时，可以由依述讨论所配置的任意一个或多个主控制器154、媒介模块160、动力模块162、成像模块164、倾斜模块166和/或其他模块168来执行。类似地，主控制器154、媒介模块160、动力模块162、成像模块164、倾斜模块166和/或其他模块168可以被通信地耦接，以便发送和接收在本文所讨论的任意功能、过程、动作、操作或步骤中使用的数据。
媒介模块160控制媒介源178。例如，媒介模块160可以控制媒介源178将所选流体介质180输入到外壳102中(例如，通过入口端口107或直接引入到外壳102中)。媒介模块160还可以控制媒介从外壳102中移除(例如，通过出口端口(未示出)或直接移除)。因此，一种或多种媒介可以选择性地被输入到微流体回路120中并且从微流体回路120中移除。媒介模块160还可以控制微流体回路120内流动路径106中的流体介质180的流动。例如，在一些实施例中，媒介模块160停止流动路径106中媒介180的流动并且在执行一些其他操作之前使其通过外壳102，例如使用光电润湿力或其他类型的力(例如，介电电泳或重力)以便在外壳102内移动液滴和/或显微样品。
动力模块162可以被配置为控制微流体回路120中液滴和/或显微样品(未示出)的选择、捕获和移动。如下所述，外壳102可以包括光电润湿(oew)、介电电泳(dep)和/或光电镊子(oet，optoelectronictweezer)的结构(图1中未示出)，并且动力模块162可以控制电极和/或晶体管(例如，光电晶体管)的激活，从而选择和移动流体路径106和/或隔离笔124、126、128、130中的显微样品(未示出)和/或介质液滴(未示出)。
成像模块164可以控制成像装置194。例如，成像模块164可以接收和处理来自成像装置194的图像数据。来自成像装置194的图像数据可以包括由成像装置拍摄的任何类型的信息(例如，存在或不存在介质液滴、显微样品等)。使用由成像装置194拍摄的信息，成像模块164可以进一步计算物体(例如，显微样品、介质液滴)的位置和/或这些物体在微流体器件100内的运动速率。
倾斜模块166可以控制倾斜装置190的倾斜运动。或者或另外，倾斜模块166可以控制倾斜速率和时机，从而优化通过重力作用而使显微样品到达一个或多个隔离笔的传递。倾斜模块166与成像模块164通信地耦接，以接收描述了微流体回路120中显微样品和/或介质液滴的运动的数据。使用该数据，倾斜模块166可以调整微流体回路120的倾斜以便调节显微样品和/或介质液滴在微流体回路120中运动的速率。倾斜模块166还可以使用该数据来迭代地调节微流体回路120中显微样品和/或介质液滴的位置。
在图1所示的示例中，微流体回路120被示出为包括微流体通道122和隔离笔124、126、128、130。每个笔均包括通向通道122的开口，但是其他的部分是密封的，使得笔可以基本上将笔内的液滴和/或显微样品与通道122的流动路径106或其它笔中的流体介质180、液滴和/或显微样品隔离。在一些情况下，笔124、126、128、130被配置为物理地捕获微流体回路120中的一个或多个液滴和/或显微样品。依照本发明的隔离笔可以包括优化过的各种形状、表面和特征，以便配合oew，dep，oet和/或重力来使用，如下所述。
微流体回路120可以包括任意数量的微流体隔离笔。尽管示出了五个隔离笔，但是微流体回路120可以具有更少或更多的隔离笔。如图所示，微流体回路120的微流体隔离笔124、126、128和130分别包括不同的特征和形状，它们可以提供一个或多个有益效果以用于操纵液滴和/或显微样品。在一些实施例中，微流体回路120包括多个相同的微流体隔离笔。在一些实施例中，微流体回路120包括多个微流体隔离笔，其中两个或多个隔离笔包括不同结构和/或特征，它们提供了不同有益效果。例如，根据本发明的微流体隔离笔可以被配置为隔离用于处理细胞的液滴(例如，用于核酸提取和/或处理)、用于细胞培养的分离细胞和/或配置为隔离用于处理和/或扩增的细胞组分，例如核酸、蛋白质或代谢分子。
在图1所示的实施例中，示出了单个通道122和流动路径106。然而，其他实施例可以包含多个通道122，每个通道均配置为包括流动路径106。微流体回路120还包括与流动路径106和流体介质180流体连通的入口阀或端口107，由此流体介质180可以经由入口端口107进入通道122。在一些情况下，流动路径106包括单个路径。在一些情况下，单个路径被布置成z字形图案，由此流动路径106在交替的方向上跨过微流体器件100行进两次或更多次。
在一些情况下，微流体回路120包括多个平行通道122和流动路径106，其中每个流动路径106内的流体介质180沿相同的方向流动。在一些情况下，每个流动路径106内的流体介质沿正向或反向中的至少一个方向流动。在一些情况下，配置多个隔离笔(例如，相对于通道122)，使得它们可以平行地装载液滴和/或目标显微样品(例如，细胞)。
在一些实施例中，微流体回路120还包括一个或多个显微样品捕集器132。捕集器132通常形成在形成为通道122的边界的壁中，并且可以置于一个或多个微流体隔离笔124、126、128、130的开口对面。在一些实施例中，捕集器132被配置为接收或捕获来自流动路径106的单个液滴或显微样品。在一些实施例中，捕集器132被配置为接收或捕获来自流动路径106的多个液滴或显微样品。在一些情况下，捕集器132的容积大致等于单个液滴或目标显微样品的容积。
捕集器132还可以包括开口183，其被配置为帮助液滴或目标显微样品流入捕集器132中。在一些情况下，捕集器132包括一个开口，其具有大约等于单个目标显微样品的尺寸的宽度(以及可选地，高度)，由此防止较大的液滴或显微样品进入显微样品捕集器。捕集器132还可以包括被配置为有助于将液滴或目标显微样品保留在捕集器132内的其它特征。在一些情况下，捕集器132可以与相对于微流体隔离笔的通道122的相反侧对齐，并且位于该相反侧上，使得当微流体器件100围绕平行于通道122的轴倾斜时，被捕集的液滴或显微样品以一个轨迹离开捕集器132，该轨迹使得显微样品落入隔离开口。在一些情况下，捕集器132包括小于目标显微样品的侧通道134，以便于流过捕获器132，从而增加在捕获器132中捕获显微样品的可能性。
在一些实施例中，光电润湿(oew)力经由一个或多个电极(未示出)施加到微流体器件100支撑结构104(和/或盖110)中的一个或多个位置(例如，有助于限定流动路径和/或隔离笔的位置)，以便操作、输送、分离和分类位于微流体回路120中的液滴。例如，在一些实施例中，oew力被施加到支撑结构104(和/或盖110)中的一个或多个位置，以便将来自流动路径106单个液滴转移到期望的微流体隔离笔中。在一些实施例中，oew力用于防止隔离笔(例如，隔离笔124、126、128或130)内的液滴从其位置被移开。此外，在一些实施例中，oew力用于将根据本发明的教导而先前收集的液滴选择性地从隔离笔中移除。
在其它实施例中，经由一个或多个电极(未示出)在流体介质180(例如，在流动路径和/或隔离笔中)上施加介电电泳(dep)力以操纵、输送、分离和分类位于其中的显微样品。例如，在一些实施例中，将dep力施加到微流体回路120的一个或多个部分，以便将单个显微样品从流动路径106转移到期望的微流体隔离笔中。在一些实施例中，dep力用于防止隔离笔(例如，隔离笔124、126、128或130)内的显微样品从其位置被移开。此外，在一些实施例中，dep力用于将根据本发明的教导而先前收集的显微样品选择性地从隔离笔中移除。在一些实施例中，dep力包括光电镊子(oet)力。
在一些实施例中，dep和/或oew力与其他力(例如液体动力(flowforce)和/或重力)结合，以便在微流体回路120内操纵、输送、分离和分类微流体回路120内的显微样品和/或液滴。例如，可以倾斜外壳102(例如，通过倾斜装置190)以将流动路径106和位于其中的显微样品放置在微流体隔离笔上方，并且重力可以将显微样品和/或液滴转移进笔中。在一些实施例中，可以在其他力之前施加dep和/或oew力。在其他实施例中，可以在其他力之后施加dep和/或oew力。在其他情况下，dep和/或oew力可以与其他力同时施加，也可以与其他力交替施加。
本领域中已知的各种光控(optically-actuated)电动装置包括具有光电镊子(oet)结构的装置和具有光电润湿(oew)结构的装置。oet结构的示例在以下美国专利文献中示出，它们各自的全部内容通过引用的方式被并入本申请：序号为re44,711的美国专利(wu等人)(最初发布为专利号为7,612,355的美国专利)；以及序号为7,956,339的美国专利(ohta等人)。序号为6,958,132的美国专利(chiou等人)和公开号为2012/0024708的美国申请(chiou等人)中示出了oew结构的示例，两者均通过引用其全文的方式被并入本申请。光控电动装置的又一示例包括组合的oet/oew结构，其示例在公开号为20150306598的美国专利(khandros等人)和专利公开号为20150306599的美国专利(khandros等人)及其相应的pct公布文本(wo2015/164846和wo2015/164847)中示出，它们均通过引用其全文的方式被并入本申请中。
图2a至图2d示出了系统150的各种实施例，该系统150可以用于操作和观察根据本发明的微流体器件(例如100)。如图2a所示，系统150可以包括被配置为容纳微流体器件250且可操作地与微流体器件250耦接的结构(“嵌套”)200，微流体器件250可以是本文所述的微流体器件。嵌套200可以包括能够与微流体器件250(例如，光孔电动装置，例如具有ssoew结构的微流体器件)进行接合并且提供从电源192到微流体器件250的电连接的插座202。嵌套200还可以包括集成的电信号生成子系统204。电信号生成子系统204可以被配置为向插座202提供偏置电压，以便当微流体器件250中的一对电极由插座202来固定时，偏置电压施加在该对电极上。因此，电信号生成子系统204可以是电源192的一部分。将偏置电压施加到微流体器件250的能力并不意味着当微流体器件250由插座202固定时将一直施加偏置电压。相反，在大多数情况下，偏置电压将间歇地施加，例如仅在需要的时候施加，以便于在微流体器件250中产生电动力，例如电润湿或介电电泳。
如图2a所示，嵌套200可以包括印刷电路板组件(pcba)220。电信号生成子系统204可以被安装在pcba220上并且被电集成到pcba220中。示例性支撑件也包括安装在pcba320上的插座202。
通常，电信号生成子系统204将包括波形生成器(未示出)。电信号生成子系统204还可以包括示波器(未示出)和/或被配置为放大从波形生成器中接收的波形的波形放大电路(未示出)。示波器(如果存在)可以被配置为测量供应给微流体器件250的波形，该微流体器件250由插座202固定。在某些实施例中，示波器在靠近微流体器件250的位置(以及波形生成器的远端)处测量波形，从而在测量实际施加到器件的波形时确保更高精度。根据示波器测量所获得的数据可以例如设置为对波形生成器的反馈，并且波形生成器可以被配置为基于这样的反馈来调整其输出。适当的结合波形生成器和示波器的示例是redpitayatm。
在某些实施例中，嵌套200还包括控制器208，例如用于感测和/或控制电信号生成子系统204的微处理器。合适的微处理器的示例包括arduinotm微处理器，例如arduinonanotm。控制器208可以用于执行功能和分析，或者可以与外部主控制器154(图1所示)进行通信，以执行函数和分析，或者可以与外部主控制器154(图1所示)通信以执行函数和分析。在图2a所示的实施例中，控制器208通过接口210(例如，插头或连接器)与主控制器154进行通信。
在一些实施例中，嵌套200可以包括电信号生成子系统204，该电信号生成子系统204包括redpitayatm波形生成器/示波器单元(“redpitayatm单元”)和波形放大电路，该波形放大电路放大由redpitayatm单元生成的波形，并且将放大的电压传递到微流体器件100。在一些实施例中，redpitayatm单元被配置为测量微流体器件250处的放大电压，然后根据需要调整其自身的输出电压，使得在微流体器件250处的放大电压是期望的值。在一些实施例中，波形放大电路可以具有由安装在pcba220上的一对dc-dc转换器产生的+6.5v至-6.5v的电源，从而在微流体器件250处产生高达13vpp的信号。
如图2a所示，嵌套200还可以包括热控制子系统206。热控制子系统206可以被配置为调节由嵌套200固定的微流体器件250的温度。例如，热控制子系统206可以包括珀尔帖(peltier)热电装置(未示出)和冷却单元(未示出)。珀尔帖热电装置可以具有被配置为与微流体器件250的至少一个表面相接合的第一表面。冷却单元可以是例如冷却块(未示出，coolingblock)，例如液体冷却铝块。珀尔帖热电装置的第二表面(例如，与第一表面相对的表面)可以被配置为与这种冷却块的表面相接合。冷却块可以连接到流体路径230，流体路径230被配置成使冷却的流体循环通过冷却块。在图2a所示的实施例中，嵌套200包括入口232和出口234，以便从外部储存器(未示出)接收冷却的流体，将冷却的流体引入流体路径230并通过冷却块，然后将冷却的流体返回到外部储存器。在一些实施例中，珀尔帖热电装置、冷却单元和/或流体路径230可以安装在嵌套200的壳体240上。在一些实施例中，热控制子系统206被配置为调节珀尔帖热电装置的温度，以便实现微流体器件250的目标温度。可以例如通过诸如pololutm热电电源(pololu机器人电子公司(pololuroboticsandelectronicscorp.))之类的热电电源来实现珀尔帖热电装置的温度调节。热控制子系统206可以包括反馈电路，例如由模拟电路提供的温度值。或者，反馈电路可以由数字电路提供。
在一些实施例中，嵌套200可以包括具有反馈电路的热控制子系统206，该反馈电路是模拟分压器电路，其包括电阻器(例如，具有电阻1kohm+/-0.1％，温度系数+/-0.02ppm/c0)和ntc热敏电阻(例如，标称电阻为1kohm+/-0.01％)。在一些情况下，热控制子系统206测量来自反馈电路的电压，然后使用所计算的温度值作为板载pid控制循环算法的输入。来自pid控制循环算法的输出可以驱动例如pololutm电动机驱动器(未示出)上的定向脉冲宽度调制的信号引脚，以便致动热电电源，从而控制珀尔帖热电装置。
嵌套200可以包括串行端口260，其允许控制器208的微处理器经由接口210与外部主控制器154进行通信。此外，控制器208的微处理器可以与电信号生成子系统204和热控制子系统206进行通信(例如，经由plink工具(未示出))。因此，通过组合控制器208、接口210和串行端口260，电信号生成子系统208和热控制子系统206可以与外部主控制器154进行通信。以这种方式，主控制器154可以通过执行输出电压调整的缩放计算来辅助(包括但不限于)电信号生成子系统208。经由耦接到外部主控制器154的显示装置170所提供的图形用户界面(gui)可以被配置为分别绘制从热控制子系统206和电信号生成子系统208获得的温度和波形数据。或者或另外，gui可以允许对控制器208、热控制子系统206和电信号生成子系统204进行更新。
如上所述，系统150可以包括成像装置194。在一些实施例中，成像装置194包括光调制子系统304。光调制子系统304可以包括数字微镜器件(dmd，digitalmirrordevice)或微快门阵列系统(msa，microshutterarraysystem)，其中任何一个可以被配置为从光源302接收光并将所接收的光的子集发射到显微镜300的光学系统中。或者，光调制子系统304可以包括其自身产生光的装置(因此省去了对光源302的需求)，例如有机发光二极管显示器(oled)、硅基液晶(lcos，liquidcrystalonsilicon)器件，硅基铁电液晶(flcos，ferroelectricliquidcrystalonsilicon)器件或透射性液晶显示器(lcd)。光调制子系统304可以是例如投影仪。因此，光调制子系统304能够发射结构和非结构的光。合适的光调制子系统304的示例是来自andortechnologiestm的mosaictm系统。在某些实施例中，系统150的成像模块164和/或动力模块162可以控制光调制子系统304。
在某些实施例中，成像装置194还包括显微镜300。在这样的实施例中，嵌套200和光调制子系统304可以单独地配置成安装在显微镜300上。显微镜300可以是例如光学显微镜或荧光显微镜。因此，嵌套200可被配置为安装在显微镜300的载物台310上和/或光调制子系统304可被配置成安装在显微镜300的端口上。在其他实施例中，本文所述的嵌套200和光调制子系统304可以是显微镜300的集成部件。
在某些实施例中，显微镜300还可以包括一个或多个检测器322。在一些实施例中，检测器422由成像模块164来控制。检测器322可以包括眼部件、电荷耦合器件(ccd)、相机(例如，数码相机)或其任何组合。如果存在至少两个检测器322，则一个检测器可以是例如快速帧速率相机(fast-frame-ratecamera)，而另一个检测器可以是高灵敏度相机。此外，显微镜300可以包括被配置为接收来自微流体器件250的反射光和/或发射光，并且将反射光和/或发射光的至少一部分聚焦在一个或多个检测器322上。显微镜的光学系统还可以包括不同检测器的不同的管透镜(未示出)，使得每个检测器的最终倍率可以是不同。
在某些实施例中，成像装置194配置成使用至少两个光源。例如，可以使用第一光源302来产生结构光(例如，经由光调制子系统304)，并且可以使用第二光源332来提供非结构光。第一光源302可以产生用于光控电动效应(optically-actuatedelectrokinesis)和/或荧光激发的结构光，并且第二光源332可用于提供明视场照明(brightfieldillumination)。在这些实施例中，动力模块162可用于控制第一光源304，并且成像模块164可用于控制第二光源332。显微镜300的光学系统可以被配置为(1)当该装置由嵌套200固定时，接收来自光调制子系统304的结构光，并且将结构光聚焦在微流体器件中的至少第一区域上，例如光控电动装置(例如，具有ssoew结构的微流体器件)；以及(2)接收来自微流体前的反射光和/或发射光，并将这些反射光和/或发射光的至少一部分聚焦到检测器322上。光学系统可进一步配置成当所述装置由嵌套200固定时，从第二光源接收非结构光，并且将该非结构光聚焦在微流体器件的至少第二区域上。在某些实施例中，微流体器件的第一和第二区域可以是重叠区域。例如，第一区域可以是第二区域的子集。
在图2b中，示出了向光调制子系统304供应光的第一光源302，该光调制子系统304向显微镜300的光学系统提供结构光。示出了经由分束器336向光学系统提供非结构光的第二光源332。来自光调制子系统304的结构光和来自第二光源332的非结构光从分束器336开始通过光学系统一起到达第二分束器336(或者，取决于由光调制子系统304所提供的光的双色向滤光镜306(dichroicfilter))，其中光透过物镜308向下反射到试样平面312。然后，来自试样平面312的反射光和/或发射光通过分束器/双色向滤光镜306而透过物镜308向上返回到双色向滤光镜324。只有一部分到达双色向滤光镜324的光通过并到达检测器322。
在一些实施例中，第二光源332发射蓝光。使用适当的双色向滤光镜324，从试样平面312反射的蓝光能够通过双色向滤光镜324并到达检测器322。相反，来自光调制子系统304的结构光从试样平面312反射，但是不通过双色向滤光镜324。在该示例中，双色向滤光镜324滤除波长大于495nm的可见光。如果从光调制子系统发射的光不包括任何小于495nm的波长，则仅完成来自光调制子系统304的光的这种滤除(如图所示)。在实践中，如果来自光调制子系统304的光包括小于495nm的波长(例如，蓝色波长)，则来自光调制子系统的一些光将通过滤光镜324以到达检测器322。在这样的实施例中，滤光镜324用于改变从第一光源302和第二光源332到达检测器322的光量之间的平衡。如果第一光源302明显强于第二光源332，则这这样是有益的。在其他实施例中，第二光源332可以发射红光，并且双色向滤光镜324可以滤除除了红光之外的可见光(例如，具有小于650nm的波长的可见光)。
具有单面光电润湿(ssoew)结构的基底。
在一些实施例中，本发明的ssoew基底可以包括平面电极、光电导(或感光)层、电介质层、网状电极和疏水涂层。图3a至图3b中示出了本发明ssoew基底500的示例。光电导层504可以介于平面电极502和电介质层506之间；并且网状电极508可以与电介质层的上表面(即，与接触光电导层的一面相对的表面)邻接。绝缘涂层510可以覆盖电介质层506以及未嵌入在电介质层506中的网状电极508的任意部分。
电介质层506可以是单层，如图3a至图3b所示，并且可以包含氧化物、基本上由氧化物组成或者由氧化物组成。氧化物可以具有大约5至15(例如大约7.5至12.5，或大约9至11.5)的介电常数。作为示例，氧化物可以是金属氧化物，例如氧化铝或氧化铪。电介质层506可以例如通过原子层沉积(ald)来形成。使用ald形成电介质层506(或它的一部分，如下文进一步的讨论)可能是有利的，因为其由于适当的控制厚度而沉积出了本上没有针孔(pinhole)的共形膜(conformalfilm)，即几乎没穿过电介质层的电短路。
或者，电介质层506可以具有多层(或“复合”)结构，包括2层、3层或更多层，每层均包括电介质材料。例如，如图5a至图5b和图6c所示，电介质层506可以具有第一电介质层506a和第二电介质层506b，并且第一电介质层506a的下表面邻接光电导层504。网状电极可以介于双层复合电介质层506的第一电介质层506a和第二电介质层506b之间，如图所示。然而，这不是必须的，因为网状电极可以搁置在(例如，邻近于)第二电介质层506b的上表面上。
双层复合电介质层506的第一电介质层506a和第二电介质层506b可以包括相似或基本相同的电介质材料。例如，第一电介质层506a和第二电介质层506b均可以包括金属氧化物，例如氧化铝或氧化铪。此外，第一电介质层506a和第二电介质层506b中的一个或两个可以通过ald形成。当以这种方式来构成复合电介质层506时，第一电介质层506a可以是复合电介质层506的较大(例如较厚)成分。例如，第一电介质层506a可以具有至少约100nm、至少约125nm、至少约150nm或更厚(或约125nm至约175nm，或约140nm至约160nm)的厚度，并且第二电介质层506b可具有约50nm或更薄(例如，约40nm或更薄、约30nm或更薄、约25nm或更薄、约20nm或更薄、约15nm或更薄、约10nm或更薄，约9nm或更薄、约8nm或更薄、约7nm或更薄、约6nm或更薄、约5nm或更薄、约4nm或更薄、或约3nm或更薄)的厚度。特别地，第一电介质层506a可以具有至少约125nm的厚度(例如，至少约150nm)，并且第二电介质层506b可以具有约10nm或更薄的厚度(例如，约5nm或更薄)。
复合电介质层506的第一电介质层506a可以具有格子状，如图6c所示(横截面)。格子可以具有基本均匀的厚度，其中第一电介质层506a的上表面邻接网状电极508的下表面并且网状电极508介于第一电介质层506a和第二电介质层506b之间。第一电介质层506a的上表面可以与网状电极508的下表面基本上是相连的(即，第一电介质层506a格子的各个线性元件的宽度可以基本上等于网状电极中各个导线的宽度，如图6c所示)。以这种方式配置，复合电介质层506的第一电介质层506a和第二电介质层506b可以包括不同的电介质材料。例如，第一电介质层506a可以包括诸如氧化铝或氧化铪的金属氧化物，并且第二电介质层506b可以包括非金属氧化物，例如氧化硅。第一电介质层506a的厚度可以是至少约50nm、至少约75nm、至少约100nm、至少约125nm、至少约150nm或更厚。例如，第一电介质层506a可以具有约50nm至约200nm、约75nm至约180nm、约100nm至约160nm、或约125nm至约150nm的厚度。并且第二电介质层506b的厚度可以是可变的。例如，第二电介质层506b可以具有与光电导层504的上表面接触的第一区域，并且厚度与复合电介质层506的厚度基本相同；以及第二区域，直接在网状电极508的导线上方，具有约100nm或更薄(例如，约75nm或更薄、约50nm或更薄、约40nm或更薄、约30nm或更薄、约25nm或更薄、约20nm或更薄、约15nm或更薄、约10nm或更薄、约9nm或更薄，约8nm或更薄、约7nm或更薄、约6nm或更薄、约5nm或更薄、约4nm或更薄、或约3nm或更薄)的厚度。特别地，第一电介质层506a可以包括金属氧化物并且具有至少约125nm(例如，至少约150nm)的厚度，并且第二电介质层506b可以包括非金属氧化物并且具有直接在网状电极508的导线上的约10nm或更薄(例如，约5nm或更薄)的厚度。
复合电介质层506的第一电介质层506a可包括具有介电常数ε1的第一材料、或大致上由其组成、或由其组成，并且第二电介质层506b可以包括具有介电常数ε2的第二材料，或大致上由其组成、或由其组成，其中ε1不同于ε2(例如，ε1可以小于ε2)。例如，第一材料可以是金属氧化物，例如氧化铝或氧化铪，并且第二材料可以是非金属氧化物，例如氧化硅。
如图6a所示，复合电介质层506可以具有第一电介质层506a，第二电介质层506b和第三电介质层506c，其中第一电介质层506a的下表面邻接光电导层504以及第二电介质层506b介于第一电介质层506a和第三电介质层506c之间。以这种方式配置，第一电介质层506a和第三电介质层506c可以包括相似或基本相同的电介质材料。例如，第一电介质层506a和第三电介质层506c均可以包括金属氧化物(例如，氧化铝或氧化铪)，或大致上均由其组成、或均由其组成。此外，第一电介质层506a和第三电介质层506c可以通过例如ald形成。或者，第一电介质层506a和第三电介质层506c可以包括不同的介电材料和/或可以通过不同工艺形成。
三层复合电介质层506的第二电介质层506b可以包括不同于第一电介质层506a和/或第三电介质层506c的电介质材料。第二电介质层506b可以包括例如非金属氧化物(例如氧化硅)或氮化物，或者基本上由其组成、或由其组成。此外，第二电介质层506b可以以与第一电介质层506a和/或第三电介质层506c所用方式不同的方式来形成。例如，第二电介质层506b可以通过等离子增强化学气相沉积(plasmaenhancedchemicalvapordeposition)来形成。
对于三层复合电介质层506，第一电介质层506a和第三电介质层506c中的每一个均可以具有至少约5nm(例如，约6nm至约12nm、约7nm至约14nm、约8nm至约16nm、约9nm至约18nm、或约10nm至约20nm)的厚度。第二电介质层506b可以具有至少约75nm(例如，约100nm至约300nm、约110nm至约275nm、约120nm至约250nm、约130nm至约225nm、或约140nm至约200nm)的厚度。
三层复合电介质层506的第一电介质层506a可以具有邻接于网状电极508下表面的上表面，并且第三电介质层506c可以具有邻接于网状电极508上表面的下表面。因此，例如，网状接地电极可以完全包裹在复合电介质层内，其中第二电介质层506b填充了形成在网状接地电极导线的横向边缘之间的空间。或者，网状电极508可以搁置在(例如，邻近于)第三电介质层506c的上表面上。
三层复合电介质层506的第一电介质层506a可由具有介电常数ε1的第一材料制成，第二电介质层506b可由具有介电常数ε2的第二材料制成，并且第三电介质层506c可以由具有介电常数ε3的第三材料制成。取决于网状电极508相对于复合电介质层506的层的配置，ε1可以不同于ε3。例如，ε1可以与ε3相似或基本上相同，并且ε2可以大于ε1和ε3。或者，ε1可以小于ε3，并且ε2可以小于ε3(例如，ε2可以具有等于或大于ε1但小于ε3的值)。
单层电介质层506可以具有至少50nm、至少约75nm、至少约100nm、至少约125nm、至少约150nm或更厚的厚度。因此，电介质层506可以具有范围为约50至约250nm、约75nm至约225nm、约100nm至约200nm、约125nm至约175nm、或约140nm至约160nm的厚度。类似地，复合电介质层(两层、三层或更多层)可以具有至少约50nm、至少约75nm、至少约100nm、至少约125nm、至少约150nm或者更厚的总体厚度。例如，复合电介质层可以具有约50至约250nm、约75nm至约225nm、约100nm至约200nm、约125nm至约175nm、或约140nm至约160nm的总体厚度。
如本领域技术人员将理解的，电介质层506中的层数和电介质层506的总体厚度可以根据配置有ssoew的基底500的其它元件及设计特征而变化，使得电介质层506的电阻抗适于实现期望的效果，即可以可靠且可控地产生ew力的配置ssoew的衬底。通常，电介质层506(无论单层还是多层)将具有约10kohm至约50kohm或约10kohm至约20kohm的电阻抗。例如，电介质层506可以具有至少125nm(例如，至少150nm)的总体厚度(包括一个或多个电介质层(例如，506a、506b、506c等)的所有层)，以及约10kohms至约50kohm(例如约10kohm至约20kohm)的电阻抗。
如图3a和图5a所示，网状电极508可以包括以格子状排列的多条导线。当从横截面观察(参见图3b、图4a、图5b和图6c)时，网状电极508的导线可以大致上具有正方形或矩形的形状。因此，导线可以具有平均宽度和平均高度。导线的平均高度可以是至少约50nm、至少约60nm、至少约70nm、至少约80nm、至少约90nm或至少约100nm。导线的平均宽度可以是至少约100nm、至少约200nm、至少约300nm、至少约400nm、至少约500nm、至少约600nm、至少约700nm、至少约800nm、至少约900nm或至少约1000nm。然而，其它形状也是可能的，并且具有改善配置有ssoew的基底500的性能的可能性。例如，当从横截面观察时，网状电极508的导线可以具有t形(参见图6a)。此外，网状电极508还可以包括位于顶点顶部的板，该顶点由网状电极508的导线所形成(参见图6b)。板可以具有与网状接地电极508的导线基本相同的成分。网状电极508的导线可以直接沉积在电介质层506(或者复合电介质层506的第一电介质层506a、第二电介质层506b或第三电介质层506c等)上，并且可以具有基本均匀的厚度。
网状电极508的导线可以包括(或大致上由其组成、或由其组成)导电材料，例如金属、金属合金、或高导电性半导体材料。例如，网状电极508的导线可以包括金、铝、钛、铬、它们的组合、和/或它们的氧化物变体。特别地，如果网状电极的导线包括金，则它们可以包括一层铬或钛(例如，有助于将金结合到底层电介质层506)。或者，网状电极508的导线可以包括高度掺杂的硅。可选地，网状电极508中使用的导电材料可以对于生物(例如动物、哺乳动物或人类)细胞是无毒的。
网状电极508可以具有小于或等于约10％(例如，小于约9％、小于约8％、小于约7％、小于约6％、小于约5％、小于约4％，小于约3％、小于约2％、小于约1％、或小于约0.5％)的线性填充因子β。网状电极508的导线可以具有小于1mm的间距。例如，网状接地电极508的导线可以具有约1.5mm至约2mm、约1.0mm至约1.5mm、约0.5mm至约1.0mm、约400至约800微米、约300至约600微米、约200至约400微米、约100至约200微米、约50至约100微米、或约10至约50微米的间距。如下文进一步讨论的那样，可以根据将在配置有ssoew的基底500上运动的液滴尺寸来调节导线的间距。
如图3a至图3b、图4a、图5a至图5b、图6a和图6c所示，配置有ssoew的基底500的疏水涂层510具有邻接电介质层506上表面的部分或全部的下表面。如果网状电极508搁置在电介质层506的顶部，并且不嵌入电介质层506中(例如，如图3a至图3b以及图4a所示)，疏水涂层510的下表面也将邻接网状电极508导线的上表面(以及可能的邻接侧表面)。为了实现疏水涂层510和网状电极508导线上裸露表面之间的适当接合，导线的裸露表面可能需要调节。例如，金易于与疏水涂层510的分子结合，但是这可以通过钝化任何将与疏水涂层510接触的金的表面来克服。这种钝化可以通过例如使金表面与含有硫醇的分子反应来实现。类似地，如果网状电极508的导线包括铝，那么将接触疏水涂层510的表面可被钝化。铝钝化可以例如通过表面氧化(例如，通过在氧气电浆腔室中等离子处理铝导线的裸露表面)来实现。
疏水涂层510可以包含有机氟聚合物，其视情况可以包括至少一种全氟化链段。例如，有机氟聚合物可以包含聚四氟乙烯(ptfe)(即
包含有机氟聚合物(例如，聚四氟乙烯(ptfe)或聚(2,3-二氟甲基-全氟四氢呋喃))的疏水涂层510可以具有至少约10nm、至少约15nm，至少约15nm、至少约20nm、至少约25nm、至少约30nm、或至少约35nm的厚度。例如，疏水涂层510可以具有约25nm至40nm的厚度。
疏水层510可以包含两亲性分子的密集填充(denselypacked)单层，其共价键合到电介质层506上表面的分子(和/或的未嵌入在电介质层506中的网状电极508的表面)。这样的两亲分子可以各自包含硅氧烷基团、膦酸基团或硫醇基团，并且相应的硅氧烷基团、膦酸基团和硫醇基团可以与电介质层506的分子形成共价键。如本文所使用的那样，两亲性分子的“密集填充单层”是指具有充足的二维填充密度的两亲性分子的单层，以便在与单层结合的表面和亲水性液体之间产生疏水屏障。如本领域技术人员所理解的那样，密集填充单层的适当填充密度将取决于所使用的两亲性分子。例如，包含烷基封端的硅氧烷的密集填充单层通常将包含至少1×1014分子/cm2(例如，至少1.5×1014、2.0×1014、2.5×1014或更多分子/cm2)。
疏水层510的两亲性分子可以包含长链烃，其可以是无支链的。因此，两亲性分子可以包含烷基封端的硅氧烷、烷基封端的膦酸或烷基封端的硫醇。长链烃可以包含至少10个碳(例如，至少16、18、20、22或更多个碳)的链。此外，两亲性分子可以包含氟化(或全氟化)碳链。因此，例如，两亲性分子可以包含氟烷基封端的硅氧烷、氟烷基封端的膦酸或氟烷基封端的硫醇。氟化碳链可以具有化学式cf3-(cf2)m-(ch2)n-，其中m至少为2，n为0、1、2或更大，m+n至少为9。例如，氟化碳链可以具有化学式cf3-(cf2)7-(ch2)2-。
两亲性分子的单层以及因此由这种单层形成的疏水层510可以具有小于约5纳米(例如，约1.0至约4.0纳米、约1.5至约3.0纳米或约2.0至约2.5纳米)的厚度。
由两亲性分子的单层形成的疏水层510可以视情况图案化(pattern)，使得与疏水层510的其余部分相比，选择区域相对亲水。这可以例如通过在配置有ssoew的基底500上施加一段时间电压电势来实现。当对配置有ssoew的基底500施加电压电势时，被照射且正在接触水滴的疏水层510上的区域随后相对于被施加电压电势时的未接触水滴的疏水层510上的区域将展现较小疏水(或相对亲水)特性。在不受理论束缚的情况下，认为相对亲水的区域包含插入到两亲性单层中的水分子。如本领域技术人员将理解的那样，用于图案化疏水层510的必要电压电势将根据配置有ssoew的基底500的精确设计而变化(例如，电介质层506和光电导层504的厚度和阻抗，等等)。在某些实施方案中，图案化疏水层510所需的电压电势至少约为50ppv(例如，至少约为60ppv、至少约为65ppv、至少约为70ppv、至少约为75ppv或至少约为80ppv)。
配置有ssoew的基底500的光导(或感光)层504(图3a至图3b、图4a和5a至图5b所示)可以包括半导体材料，该半导体材料响应于电磁辐射的激励而展现出下降的电阻。电磁辐射可以是例如具有在可见光谱和/或近红外或近紫外光谱中的波长的辐射。半导体材料可以包括硅。例如，光电导层504可以包括氢化非晶硅(a-si：h)。a-si：h可以包括例如约8％至40％的氢(即以100*(氢原子数)/(氢和硅原子的总数)来计算)。a-si：h光电导层504可以具有至少约500nm(例如，至少约600nm至1400nm、约700nm至1300nm、约800nm至1200nm、约900nmnm至1100nm、或约1000nm)的厚度。
当配置有ssoew的基底500具有由a-si：h层形成的光电导层504时，基底500可以可选地包括位于光电导层504和电介质层506之间的浮置电极焊盘(floatingelectrodepad)。这种浮置电极焊盘已经在例如序号为6,958,132美国专利(chiou等人)中描述过。
或者，光电导层504可以包括多个导体，每个导体通过光电晶体管开关可控地连接到配置有ssoew的基底500的平面电极502。由光电晶体管开关控制的导体在本领域是已知的，并已在例如申请号为2014/0124370的美国专利(short等人)中描述，其内容通过引用的方式并入本申请。
如本领域技术人员将理解的那样，光电导层504的厚度可以根据配置有ssoew的基底500的其它部件(例如电介质层506的厚度)而变化，从而当配置有ssoew的基底500处于“接通”或“照亮”状态(即，在基底500上施加电压电势并且光电导层504被照亮)以及处于“关闭”或“暗”状态(即，在基底500上施加电压电势并且光电导层504不被照亮)时，实现电介质层506的阻抗与光电导层504的阻抗之间的适当差异。例如，电介质层506的阻抗可以被调谐为具有比光电导层504照亮状态下的阻抗大至少10倍(例如，至少15倍、至少20倍、至少25倍、至少30倍或更多倍)的阻抗，并且比光电导层504暗状态下的阻抗小至少10倍(例如，至少15倍、至少20倍、至少25被、至少30倍或更多倍)的阻抗。作为具体示例，电介质层506的阻抗可以为约10kohm至约50kohm，并且光电导层504(例如，a-si：h光电导层)的阻抗在暗/关断状态下可调谐至约0.5mohm并且在照明/接通状态下可调谐至约1kohm或更小。这些仅是示例，但是它们示出了如何调谐阻抗以实现显示鲁棒开/关性能的配置有ssoew的基底500。
配置有ssoew的基底500可以包括平面电极502。平面电极502可以包括导电层502a，以及可选地，包括支撑件502b。例如，导电层502a可以包括一层氧化铟锡(ito)(或基本上由其组成，或由其组成)。或者，导电层502a可以包括导电硅层(例如，高p或n掺杂的硅)。支撑件502b可以是例如一层玻璃或一些其它绝缘材料，例如塑料。平面电极502可以包括单个电极(例如，单个导电层502a)或多个可单独寻址的电极(例如，彼此在空间上分离的两个或更多个导电层502a)。可单独寻址的电极可以例如位于公共支撑件502b的不同区域上，从而提供具有分立的ssoew配置区域的配置有ssoew的基底500。可单独寻址的电极可以通过相应的晶体管开关连接到一个或多个交流电压源。
如图3b、图4a和图5b所示，配置有ssoew的基底500的平面电极502(或其导电层502a)和网状电极508可被配置为连接到ac电压源的相对端子。当配置有ssoew的基底500的平面电极502(或其导电层502a)和网状电极508连接到ac电压源的相对端子时(如图3b、图4a和图5b所示)，基底500能够向与基底500的疏水涂层510接触的水滴施加电润湿(ew)力。通过照射基底500光电导层504中的特定位置来控制力的施加。用于实现这种基于ew的液滴运动的ac电压将根据基底500的精确构造而变化，并且可以反映电介质层506和光电导层504的厚度和阻抗。在某些实施例中，至少10伏特的ac峰峰值(ppv)(例如约10ppv至约80ppv、约20ppv至约70ppv、约25ppv至约60ppv、约30ppv至约50ppv或约40ppv)的ac电压电势施加到该基底，从而实现液滴运动。ac电压电势的频率也影响基底500实现基于ew的液滴运动的能力。此外，频率要求可以根据基底500的特定结构而变化。在某些实施例中，实现液滴运动所需的ac电压电势具有约1khz至约100khz(例如，约2khz至约80khz、约3khz至约60khz、约4khz至约40khz、约5khz至约35khz、约6khz至约30khz、约7khz至约25khz、约8khz至约20khz、约9khz至约15khz、或约10khz)的频率。在某些实施例中，施加到基底500以实现液滴运动的电压电势为约30ppv至约60ppv(例如，约35ppv至约50ppv、或约40ppv)，并且具有约5khz至约35khz(例如，约5khz至约20khz、或约10khz)的频率。通过向本发明的配置ssoew的基板施加上述ac电压电势，液滴可以以至少0.01mm/秒(例如，至少0.05mm/秒、至少0.1mm/秒、至少0.5mm/秒、至少0.6mm/秒、至少0.7mm/秒、至少0.8mm/秒、至少0.9mm/秒、至少1.0mm/秒、至少1.5mm/秒、至少2.0mm/秒、至少2.5mm/秒、至少3.0mm/秒、至少3.5mm/秒、至少4.0mm/秒、至少4.5mm/秒、至少5.0mm/秒或者更快)的速率围绕疏水涂层510的表面运动。
图4a至图4b示出了用于本发明的配置有ssoew的基底500的电路模型。如图所示，平面电极502的导电层502a经由光电导层504、电介质层506和疏水涂层510而电连接到搁置在疏水涂层510上的液滴520。光电导层504的电阻是可变的，这取决于光是否入射到光电导层504的特定区域上，并且因此在光电导层504上存在压降，其根据光电导层504的电阻r而变化。电介质层506和疏水涂层510分别用作电路中的电容器c1和c2。此外，在液滴520和网状电极510之间存在电容连接c2'。交流电压源通过连接到平面电极502的网状电极508和导电层502a二者来完成电路。电介质层506上的压降导致液滴致动。旁路连接(例如，在平面电极502的导电层502a和网状电极508的导线之间，通过电介质层506和光电导层504)(未示出)之间的压降不会用于致动。因此，有利的是通过网状电极508的导线来最小化被液滴520屏蔽的电介质层506的面积。假设一个网状电极508的线性填充因子β，则电润湿力大约为具有顶部电极的oew装置的电润湿力的(1-β)倍。因此，例如，对于以1mm间距由10微米宽的导线制成的网状电极508，所产生的线性填充因子β＝99％。因此，保持网状电极508的导线是薄的且展开的，配置有ssoew的基底500的电润湿力相对于具有平面顶部电极的oew装置是基本上不变的。
网状电极508导线的间距也影响能够在配置有ssoew的基底500上运动的液滴的尺寸。通常，导线的间距应该小于液滴的直径，否则液滴可能会陷在导线之间。图9示出了最小液滴体积与网状电极508的间距之间的关系。可以看出，纳升量级液滴(例如，100nl一直到500nl/液滴)的运动通常要求网状电极508的导线具有约100微米至500微米的间距。类似地，皮升量级液滴(例如，100pl一直到500pl/液滴)的运动通常要求网状电极508的导线具有约5微米至50微米的间距。图9中也示出了导线的间距与允许线性填充因子β至少为90％的最大导线宽度之间的关系。
具有配置有ssoew的基底底座的微流体器件。本发明的配置有ssoew的基底可以集成到微流体器件中。例如，配置有ssoew的基底可以为微流体器件提供底座。微流体器件还可以包括设置在基底/底座上的壁部，其从基底/底座垂直向上延伸。壁部和基底/底座可以一起限定配置成容纳液体介质的微流体回路。液体介质可以是例如疏水性液体，例如油。此外，微流体回路可以容纳液滴液体，例如水性介质。通常，选择液体介质和液滴液体为不混溶的液体。
微流体器件的壁部可以限定一个或多个流动区域，其可以是微流体通道。此外，壁部可以进一步限定微流体器件中的一个或多个(例如，多个)腔室，每个室流体连接至至少一个流动区域(或微流体通道)并且从其中流开口。一个或多个这样的腔室可以是隔离笔。因此，例如，壁部可以限定单个微流体通道和与其流体连接的多个腔室，或者多个微流体通道，其中每个通道流体连接到多个腔室。此外，如图7和图8所示，每个腔室可以流体连接到多于一个的微流体通道。
微流体器件的壁部可以包括结构化聚合物。如本文所使用的那样，术语“结构化聚合物(structrualpolymer)”是指一种材料，其包含聚合物且具有足够的结构刚度以形成具有大于结构宽度的高度的结构。例如，结构化聚合物可以形成壁部，当从横截面观察时，其纵横比约为1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4、1：1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5、1:5或更大。结构化聚合物可以包含，例如可以从道康宁(dowcorning)获得的硅基聚合物，例如聚二甲基硅氧烷(pdms)或光可图案化硅氧烷(pps)(或者基本上由其组成，或者由其组成)。或者，壁部可以包括环氧基粘合剂。环氧类粘合剂可以是例如su-8或等同类型的粘合剂。
微流体器件的壁部可以具有至少约30微米、至少约40微米、至少约50微米、至少约60微米、至少约70微米、至少约80微米、至少约90微米、至少约100微米或更高的高度。因此，例如，壁部的高度可以约为30至约60微米，约40至约80微米、约50至约100微米、约60至约120微米，约70至约140微米、约75至约150微米、约80至约160微米、约90至约180微米、或约100至约200微米。此外，壁部可以具有约10至约50微米、或约20至约40微米的横截面宽度。
微流体器件可以可选地包括可以设置在壁部上的盖。盖可以基本上平行于基底/底座。基底、壁部和盖可以一起限定配置成容纳液体介质的外壳。液体介质可以是例如疏水性液体，例如油。此外，外壳可以包含液滴液体，例如水性介质。通常，选择液体介质和液滴的液体为不混溶的液体。
微流体器件的盖可以全部或部分由与壁部相同的材料制成。因此，盖可以包括结构化聚合物，例如硅基聚合物(例如pdms或pps)。或者，盖可以全部或部分由与壁部材料不同的材料制成，例如刚性材料(例如玻璃)。该盖可以至少部分地由可穿透的材料制成，从而可以通过诸如针的穿孔结构将液滴从外壳引入或移除。盖可以包括疏水涂层，例如配置有ssoew的基底500的疏水涂层510。
在一些实施例中，盖可以是配置有ssoew的基底500。因此，微流体器件可以具有底座和盖两者，其被配置为向位于外壳内的水滴提供电润湿力。
本发明的微流体器件可以例如通过以下方式制造：将壁部材料接合到缺乏疏水性涂层510的配置有ssoew的基底500的电介质层506(以及如果暴露的情况下，网状电极508)；可选地，将壁部材料接合到盖上；以及将所述疏水涂层510施加在电介质层506(和网状电极508)接合了所述壁部材料之后依然裸露的部分上。对于将疏水涂层510施加到电介质层506(以及网状电极508(如果裸露的话))的以下讨论，应当理解的是，参考的配置有ssoew的基底500(或简称基底500)可以不包括疏水涂层510，但是根据讨论的性质来看，该情况应该是明显的。
壁部材料可以直接施加到电介质层506(以及网状电极508(如果裸露的话))，或者可以将其施加到盖(如果存在)，然后随即施加到电介质层506(和网状电极508)。壁部材料可以最初施加成连续的层，然后被图案化(例如，通过光图案化或蚀刻，这取决于所用壁材料的类型)。
疏水涂层510可以通过浸涂/旋涂、喷涂、气相沉积等来施加。例如，可以通过旋涂来施加包含聚四氟乙烯(ptfe)(即
通过浸涂/旋涂来施加疏水涂层510通常包括将配置有ssoew的基底500的电介质层506浸入包含在溶剂中被稀释的疏水涂层分子(例如聚四氟乙烯(ptfe)或聚(2,3-二氟甲基-全氟四氢呋喃))，在离心机中旋涂涂覆的基底500，然后在足够高的温度下烘烤基底并持续足够长的时间以使溶剂沸腾。精确的条件将随着涂层的施加而变化。使用
两亲性分子单层的施加可以通过气相沉积进行，其中精确程序根据所使用的两亲性分子而变化。例如，对于烷基或氟烷基封端的硅氧烷，沉积可以在至少约110℃(例如，至少约120℃、至少约130℃，至少约140℃、至少约150℃、至少约160℃等)的条件下进行，并且持续至少约15小时(例如，至少约20小时、至少约25小时、至少约30小时、至少约35小时、至少约40小时、或至少约45小时)。这种气相沉积通常在真空下进行并且在存在水源(例如水合盐(例如mgso4·7h2o))的情况下进行。通常，增加气相沉积的温度和持续时间会引起疏水层122和142特性的改善，但这些参数可能受到所用真空室的显著影响。可以通过预清洁电介质层来可选地改进气相沉积工艺。这种预清洁可以包括溶剂浴，例如丙酮浴、乙醇浴或两者(例如，依序进行)。预清洗可以包括溶剂浴过程中的超声处理。或者或另外，这种预清洁可以包括在氧气电浆清洁器中处理基底500。以一定的功率设定(例如，100w)并持续足以在电介质层506上产生清洁的表面的时间(例如，至少30秒、至少45秒、至少60秒或更多)的情况下，氧气电浆体清洁器可以在真空条件下运行。
两亲性分子单层的施加也可以通过浸涂进行。例如，烷基或氟烷基封端的膦酸或烷基或氟烷基封端的硫醇可以通过浸涂来施加。可以通过预清洁配置有ssoew的基底500的电介质层506来可选地改善浸渍涂覆方法。这种预清洁可以包括溶剂浴，例如丙酮浴，乙醇浴或两者(例如，依序进行)。预清洁可以包括溶剂浴过程中的超声处理。或者或另外，这种预清洁可以包括在氧气电浆清洁器中处理基底500。以一定的功率设定(例如，100w)并持续足以在电介质层506上产生清洁的表面的时间(例如，至少30秒、至少45秒、至少60秒或更多)的情况下，氧气电浆体清洁器可以在真空条件下运行。将该基底500浸入新鲜制备的10mm两亲性分子在乙醇中的溶液并持续一段足以形成所需的密集填充单层的时间。从溶液中除去基底500后，用过量的乙醇冲洗基底500的表面。
在微流体器件中移动液滴的方法。图7示出了微流体器件700的示例，其包括：微流体回路，具有微流体通道712、714和多个腔室716；以及液滴生成器706，用于向微流体回路提供流体液滴720。微流体通道714配置成容纳第一流体介质724。通常，第一流体介质是疏水流体，例如油(例如硅油或氟化油)。微流体通道714经由交界面708连接到液滴生成器706，交界面708允许通道714接收由液滴生成器706产生的液滴720。所接收的液滴720包括在第一流体介质724中不混溶的液体。通常，所接收的液滴将包含水性介质，其可含有可溶于水媒介的显微样品，例如细胞或珠或试剂。微流体通道714也连接到多个腔室716中的每一个腔室，以促成所接收的液滴720(以及从在第一流体介质724中不混溶的流体的储存器中拉出的液滴732)进入腔室716的运动和所接收的液滴720在腔室716之间的运动。
器件700的微流体通道712连接到部分腔室716，并且因此经由这些腔室716间接地连接到微流体通道714。如图所示，微流体通道712和与其连接的腔室716包含流体介质722，其不混溶于第一流体介质724。因此，例如，流体介质722可以是水性介质，例如细胞培养基介质。当流体培养基722是细胞培养基介质时，含有培养基介质的腔室716可用作培养细胞的培养腔室，微流体通道712可以是提供新鲜培养基介质流的灌注通道。如本文所讨论的，灌注通道中的新鲜培养基流可以通过灌注通道和培养腔室之间的分子扩散，向腔室提供营养物质，并从腔室中移除废物，从而促进持续的细胞生长。
图8示出了本发明的微流体器件800的另一个实例。器件800包括：微流体回路，具有微流体通道712、714，第一组的多个腔室816和第二组的多个腔室716；以及液滴生成器706，用于向外壳提供流体液滴720。图8给出了图7所示的微流体器件700的变型，其中多个腔室716包含在第一流体介质724(位于微流体通道714中)中不混溶的介质722，并且与相应的腔室814直接位于微流体通道714的两侧。这种结构有利于流体液滴732(可选地包含显微样品730或生物材料)从选择腔室716到相应腔室816的运动，其中可以处理流体液滴(和任何显微样品730或生物材料)。
由微流体通道712、714和腔室716、816形成的微流体回路仅仅是示例，并且通道和腔室的许多其它结构也包括在本发明中。例如，在每个装置700和800中，微流体通道712和直接连接到通道712的腔室716是可选特征。因此，装置700和800可能缺少灌注通道和培养腔室。
在存在微流体通道712的实施例中，有助于限定通道712和/或直接连接腔室716(例如通过形成通道和/或室的底座)的基底可以具有电润湿结构。然而，可选地，有助于限定通道712和/或直接连接腔室716的基底可以缺少电润湿结构(例如，可代替的，可以具有dep结构，或既没有电润湿结构也没有dep结构)。在存在微流体通道712的实施例中，有助于限定通道712和/或直接连接的腔室716的基底具有电润湿结构，基底的疏水涂层510可被图案化，以便比有助于限定通道714的基底的疏水涂层更亲水。例如如上所述可以实现亲水性的增加。
液滴生成器706和被提供给液滴的任意微流体回路可以是微流体器件的一部分(整体部件或与之相连的部件)，其可以像图中所示或本文所述的任何微流体器件一样。虽然在图7和图8中示出了一个液滴生成器706，但是多于一个的这种液滴生成器706也可以为装置700和800的微流体回路提供液滴。液滴生成器706本身可以包括电润湿结构，并且因此可以包括具有光响应层(photoresponsivelayer)的基底，其可以包括a-si：h(例如，如序号为6,958,132的美国专利所示)、光控回路基底(例如，如申请公开号为2014/0124370的美国专利所示)、基于光电晶体管的基底(例如，如序号为7,956,339的美国专利所示)或电控(electrically-actuated)回路基底(例如，如序号为8,685,344的美国专利所示)。或者，液滴生成器可以具有t形或y形流体动力学结构(例如，如序号为7,708,949、7,041,481(重新发布为re41,780)的美国专利和公开号为2008/0014589、2008/0003142、2010/0137163和2010/0172803专利申请中所示)。所有上述美国专利文献的全部内容均通过引用的方式将其全文并入本申请中。
如图所示，液滴生成器706可以包括一个或多个流体输入端702和704(示出了两个，但可以是更少或更多个)和流体输出端708，它们可以连接到微流体通道714。液体媒介722、724，生物显微样品730、试剂和/或其他生物媒介可以通过输入端702和704装入到液滴生成器706中。液滴生成器706可以生成并向通道714中输出液体介质722的液滴720(其可以但并非必须包含一种或多种生物显微样品730)、试剂或其它生物介质。如果通道714具有电润湿结构，则利用电润湿(或光电润湿)可以在通道714中移动液滴720。或者，液滴720可以通过其他方式在通道714中移动。例如，液滴720可以使用流体流、重力(如果微流体装置包括盖)等在通道714中移动。
如上所述，微流体通道714和多个选择腔室716、816可以填充有第一流体介质724，并且微流体通道712和直接连接的腔室716可以填充有第二流体介质722。第二流体介质722(以下称为“水性介质”)可以是水性介质，例如用于维持、培养样品生物显微样品730等的试样介质。第一流体介质724(以下称为“不混溶介质”)可以是水性介质722不混溶的介质。水性介质722和不混溶介质724的示例包括上文所讨论各种媒介的任何示例。
液滴生成器706可用于装载生物显微样品和/或促进生物化学和/或分子生物学工作流程在微流体器件上的运行。图7和图8示出了非限制性实例。通过使用液滴生成器，该装置可以在整个流体回路中具有电润湿结构。
图7和图8示出了液滴生成器706产生包含试剂(或其他生物材料)的液滴720的示例。含有试剂的液滴720可以移动通过微流体通道714并进入含有不混溶介质724的腔室716、816中的一个。在将含有试剂的液滴720移动到腔室716、816中的一个之前或之后，一个或多个液滴732中的一个或多个显微样品730可以移动到相同的腔室716、816中。含有试剂的液滴720然后可以与含有显微样品730的液滴732合并，允许液滴720的试剂与液滴732的内含物进行混合和化学反应。一个或多个含显微样品的液滴732可以由液滴生成器706供应，或者可以从保持笔716中获得，如图7和图8所示。显微样品730可以是生物显微样品，例如细胞，在被移动到处理腔室716、816之前可选地对其进行培养(例如，在腔室716中)。或者，显微样品730可以是珠，例如能够结合相关试样的分子的亲和珠(affinitybead)(例如，培养基722已经用于培养一个或更多的生物细胞后的培养基722中存在的细胞分泌物)。在另外的替代方案中，一个或多个液滴732可以不含显微样品，而仅含有水性介质，例如其包含在培养基722已经用于培养一个或多个生物细胞后的细胞分泌物。
可以在微流体器件中执行各种方法，所述微流体器件包括微流体回路，如同器件700和800中的任何一个。
在过程400的步骤402中，可以在填充有试样介质(例如细胞培养基)的保持笔中培养生物显微样品。例如，图7或图8的显微样品730可以是生物细胞并且可以在其腔室716中培养。培养通常可以如上所述。例如，培养可以包括用培养基722灌注通道712。步骤402可以在指定的时间段内进行。
在步骤404中，培养的生物显微样品可以从在其中进行过培养的填充有试样介质的腔室716移动到填充有介质的腔室716/816中，试样介质不在腔室716/816中的介质中混溶。例如，如上所述，所培养的显微样品730可以在培养基722的液滴720或732中从保持笔716中的一个移动到保持笔716/816中的一个中，如图7和图8所示。
在步骤406中，所培养的生物显微样品可以在填充有不混溶介质的保持笔中进行一个或多个处理或加工。例如，含有一种或多种试剂的一个或多个液滴720可以由液滴生成器706产生并被移动到填充有不混溶介质的腔室712/816中，并与含有所培养的生物显微样品730的液滴732合并，如图7和8所示以及上文所讨论的那样。例如，含第一试剂的液滴720可以含有裂解试剂(lysingreagent)。将含有所培养的生物显微样品730的液滴732与含有裂解试剂的含第一试剂的微滴720进行合并将导致所培养的生物显微样品730裂解。换句话说，组合液滴(未示出)将形成为含有来自所培养的生物显微样品730的细胞裂解物(lysate)。含附加试剂(例如，第二、第三、第四试剂等)的液滴720然后可以与含细胞裂解物的新液滴合并，以便以根据需要进一步处理细胞裂解物。
另外或作为另一个实例，含有一种或多种被标记的捕获显微样品(未示出，其对分泌物或其他物质、或者培养的生物显微样品730所产生的相关物质(例如核酸，如dna或rna，蛋白质，代谢物或其他生物分子)具有亲和性)的一个或多个液滴可以由液滴生成器706生成，并移动到填充有不混溶介质的笔716或816中，并以类似的方式与含有所培养的生物显微样品730的培养基722液滴进行合并。在所培养的生物显微样品730已经被裂解的情况下，含微显微样品的捕获液滴720可以含有一种或多种亲和珠(例如，对核酸(例如dna，rna，微rna等等)具有亲和性)，其在与保持笔716或816中的含细胞裂解物的液滴进行合并时可以结合裂解物中存在的靶分子。
在步骤408中，可以可选地加工经处理的生物显微样品。例如，如果在步骤406中，捕获样品(未示出)被移动到具有培养的生物显微样品730的填充有不混溶介质腔室716/816中，则可以在步骤408中监测腔室716/816，以获得表明相关物质与被标记的捕获显微样品结合的量的反应(例如，荧光信号)。或者，这种捕获显微样品(未示出)可以从腔室716/816中移除(例如，移到液滴722中)，并且从微流体器件(图7或图8中未示出)输出，以用于随后的分析。作为另一个示例，经处理的生物显微样品730可以从腔室716/816中移除(例如，移到液滴732中)，并从微流体器件(未示出)输出，以用于随后的分析。
尽管在本说明书中已经描述了本发明的特定实施例和应用，但是这些实施例和应用仅是示例性的，并且可以有许多变型。例如，图4的方法可以相对于含有细胞分泌物的培养基进行(例如，在培养基722已经用于培养一个或多个生物细胞之后进行)。在这样的实施例中，步骤402依然相同，但是步骤404包括将液滴732(其可以不含微量物体，而仅包含水性介质，例如含有细胞分泌物的培养基722)移动到含有不混溶介质的腔室716/816中，并且步骤406和408将相对于这种含水性介质的液滴732来进行。
示例
实施例1：水滴在配置有ssoew的基底上的移动。
在图1的器件上成功地演示了1微升水滴(导电率10ms/m)的运动。该器件具有厚度基本上为50nm的金制网状地线。网的单根导线具有基本上为10微米的宽度且具有基本上是2mm的间距(β＝0.5％)。在运行之前，器件的表面涂有硅油以减少摩擦。
在ito电极和网状接地电极之间施加ac电压偏置。然后将结构光投影到邻近被移动的液滴的基底上，使得光至少部分地接触液滴。通过转移结构光的位置而成功地移动了水滴。在该实验中，使用了与液滴尺寸大致相同的正方形的光。使用10khz的40ppv偏压来测量0.33cm/s的最大速度。
实验证实，只要液滴与网状接地电极保持电接触，液滴就可以在任意方向上随意移动。如图10a至图10b所示，液滴沿矩形和圆形路径移动。此外，可以使用该器件来合并液滴。
示例2：pbs液滴在配置有ssoew的基底上的移动。
随后，构建了配置有ssoew的基底，使其具有：光电导层，厚度基本为1微米；第一电介质层，厚度基本为150nm；第二电介质层，厚度基本为2.5nm；网状电极，具有由金制层与底层的钛制层构成的导线，金制层的厚度基本为25nm，钛制层的厚度基本为10nm；以及疏水涂层，包含十八烷基三甲氧基硅烷的单层。光电导层本质上由氢化非晶硅(a-si：h)构成，第一和第二电介质层由氧化铝(即通过ald沉积的氧化铝)制成。网状电极介于第一和第二电介质层之间，并且网状电极导线的宽度基本为10微米，间距约为300微米。
以约1mm/s的速率，在配置有ssoew的基底表面附近成功地移动了pbs液滴(体积约1.5微升)。为了实现该移动，将大约40ppv频率约为10khz的交流电压电势施加到基底上。通过3cst硅油(基底浸没在其中)来移动pbs液滴。
根据本文的描述，应当理解的是，本公开涵盖多个实施例，它们包括但不限于下列实施例：
1.一种基板，包括：平面电极；光电导层；电介质层；网状接地电极；以及疏水涂层；其中所述光电导层介于所述平面电极和所述电介质层之间，并且所述光电导层的下表面邻接于所述平面电极的上表面，并且所述光电导层的上表面邻接于所述电介质层的下表面；其中所述网状接地电极邻接于所述电介质层的上表面；其中所述平面电极和所述网状接地电极被配置为连接到ac电压源；以及
其中，当所述平面电极和所述网状接地电极连接到ac电压源的相对端子时，基底能够对与疏水涂层接触的水滴施加光电润湿(oew)力。
2.前述任意实施例所述的基底，其中，所述基底形成为微流体器件的整个底座或部分底座。
3.前述任意实施例所述的基底，其中，所述平面电极包括金属导体。
4.前述任意实施例所述的基底，其中，所述平面电极包括氧化铟锡(ito)层。
5.前述任意实施例所述的基底，其中，所述平面电极包括非金属导体。
6.前述任意实施例所述的基底，其中，所述平面电极包括导电硅层。
7.前述任意实施例所述的基底，其中，所述光电导层包括氢化非晶硅(a-si：h)。
8.前述任意实施例所述的基底，其中，所述光电导层具有至少为500nm的厚度。
9.前述任意实施例所述的基底，其中，所述光电导层具有约900至1100纳米的厚度。
10.前述任意实施例所述的基底，其中，所述电介质层包括金属氧化物。
11.前述任意实施例所述的基底，其中，所述电介质层包括氧化铝。
12.前述任意实施例所述的基底，其中，所述电介质层具有至少125nm的厚度。
13.前述任意实施例所述的基底，其中，所述电介质层通过原子层沉积来形成。
14.前述任意实施例所述的基底，其中，所述电介质层是具有至少第一电介质层和第二电介质层的复合电介质层，其中，所述第一电介质层的下表面邻接于所述光电导层。
15.前述任意实施例所述的基底，其中，所述网状接地电极介于所述第一电介质层和所述第二电介质层之间。
16.前述任意实施例所述的基底，其中，所述复合电介质层具有至少125nm的厚度。
17.前述任意实施例所述的基底，其中，所述第一和第二电介质层均包括金属氧化物。
18.前述任意实施例所述的基底，其中，所述第一和第二电介质层均包括氧化铝。
19.前述任意实施例所述的基底，其中，所述第一和第二电介质层均通过原子层沉积来形成。
20.前述任意实施例所述的基底，其中，所述第一电介质层具有约125nm至约175nm的厚度。
21.前述任意实施例所述的基底，其中，所述第二电介质层具有小于10nm的厚度。
22.前述任意实施例所述的基底，其中，所述第一电介质层具有邻接于所述网状接地电极的下表面的上表面。
23.前述任意实施例所述的基底，其中，所述第一介电材料形成格子。
24.前述任意实施例所述的基底，其中，第一电介质层的上表面基本上与所述网状接地电极的下表面是相连的。
25.前述任意实施例所述的基底，其中，所述第一电介质层由具有介电常数ε1的材料制成，所述第二电介质层由具有介电常数ε2的材料制成，并且ε1小于ε2。
26.前述任意实施例所述的基底，其中，所述第一电介质层包括金属氧化物。
27.前述任意实施例所述的基底，其中，所述第一电介质层包括氧化铝。
28.前述任意实施例所述的基底，其中，所述第一电介质层具有约50nm至约150nm的厚度。
29.前述任意实施例所述的基底，其中，所述第二电介质层包括非金属氧化物。
30.前述任意实施例所述的基底，其中，所述第二电介质层包括氧化硅。
31.前述任意实施例所述的基底，其中，所述复合电介质层包括第一电介质层、第二电介质层和第三电介质层，其中所述第二电介质层介于所述第一电介质层和第三电介质层之间。
32.前述任意实施例所述的基底，其中，所述第一和第三电介质层均包括金属氧化物。
33.前述任意实施例所述的基底，其中，所述第一和第三电介质层均包括氧化铝。
34.前述任意实施例所述的基底，其中，所述第一和第三电介质层均通过原子层沉积来形成。
35.前述任意实施例中任意一项所述的基底，其中，所述第一和第三电介质层均具有至少10纳米的厚度。
36.前述任意实施例所述的基底，其中，所述第一和第三电介质层均具有约10至20纳米的厚度。
37.前述任意实施例中任意一项所述的基底，其中，所述第二电介质层包括非金属氧化物或氮化物。
38.前述任意实施例所述的基底，其中，所述第二电介质层包含氧化硅。
39.前述任意实施例所述的基底，其中，所述第二电介质层通过等离子增强化学气相沉积来形成。
40.前述任意实施例所述的基底，其中，所述第二电介质层具有至少为100纳米的厚度。
41.前述任意实施例所述的基底，其中，所述第一电介质层具有邻接于所述网状接地电极的下表面的上表面，并且所述第三电介质层具有邻接于所述网状接地电极的上表面的下表面。
42.前述任意实施例所述的基底，其中，所述第一电介质层具有介电常数ε1，所述第三电介质层具有介电常数ε3，并且ε1小于ε3。
43.前述任意实施例42所述的基底，其中，所述第二电介质层具有介电常数ε2，并且ε2小于ε3。
44.前述任意实施例所述的基底，其中，所述网状接地电极包括布置成格子状的导线。
45.前述任意实施例所述的基底，其中，所述网状接地电极还包括多个板，其位于由所述网状接地电极的导线形成的顶点顶部。
46.前述任意实施例所述的基底，其中，所述网状接地电极的导线的横截面大致为正方形或大致为矩形。
47.前述任意实施例所述的基底，其中，所述网状接地电极的导线的横截面具有平均宽度和平均高度，其中平均高度为至少50nm。
48.前述任意实施例所述的基底，其中，所述网状接地电极的导线的横截面为t形。
49.前述任意实施例所述的基底，其中，所述网状接地电极包括导电金属。
50.前述任意实施例所述的基底，其中，所述网状接地电极包括金或铝。
51.前述任意实施例所述的基底，其中，所述网状接地电极包括具有被氧化的外表面的铝。
52.前述任意实施例所述的基底，其中，所述网状接地电极具有小于或等于10％的线性填充因子β。
53.前述任意实施例所述的基底，其中，所述网状接地电极的导线具有约200微米至约500微米的间距。
54.前述任意实施例所述的基底，其中，所述疏水涂层具有的下表面邻接于所述电介质层的至少部分上表面。
55.前述任意实施例所述的基底，其中，所述疏水涂层的下表面邻接于所述网状接地电极的上表面。
56.前述任意实施例所述的基底，其中，所述疏水涂层包括具有至少一个全氟化链段的有机氟聚合物。
57.前述任意实施例所述的基底，其中，所述有机氟聚合物包括聚四氟乙烯(ptfe)或聚(2,3-二氟甲基-全氟四氢呋喃)。
58.前述任意实施例所述的基底，其中，所述疏水涂层具有至少20nm的厚度。
59.前述任意实施例所述的基底，其中，所述疏水层包括共价键合到所述电介质层分子的两亲性分子的密集填充单层。
60.前述任意实施例所述的基底，其中，所述疏水层的两亲性分子均包括硅氧烷基团，并且其中，所述硅氧烷基团共价键合到所述电介质层的分子。
61.前述任意实施例所述的基底，其中，所述疏水层的两亲性分子均包括膦酸基团，并且其中，所述膦酸基团共价键合到所述电介质层的分子。
62.前述任意实施例所述的基底，其中，所述疏水层的两亲性分子均包括硫醇基团，并且其中，所述硫醇基团共价键合到所述电介质层和/或所述网状接地电极的分子。
63.前述任意实施例所述的基底，其中，所述疏水层的两亲性分子包含长链烃。
64.前述任意实施例所述的基底，其中，所述长链烃是无支链的。
65.前述任意实施例所述的基底，其中，所述长链烃包括具有至少10个碳的链。
66.前述任意实施例所述的基底，其中，所述长链烃包括具有至少16个碳的链。
67.前述任意实施例所述的基底，其中，所述长链烃包括具有16、18、20或22个碳的链。
68.前述任意实施例所述的基底，其中，所述疏水层的两亲性分子包括氟化碳链。
69.前述任意实施例所述的基底，其中，所述氟化碳链具有化学式cf3-(cf2)m-(ch2)n-，其中m至少为2，n至少为2，m+n至少为9。
70.前述任意实施例所述的基底，其中，所述氟化碳链具有化学式cf3-(cf2)m-(ch2)n-，其中m至少为7且n至少为2。
71.前述任意实施例所述的基底，其中，所述疏水层具有小于5纳米的厚度。
72.前述任意实施例所述的基底，其中，所述疏水层被图案化，使得与疏水层的其余部分相比，选择区域相对亲水。
73.一种微流体器件，包括：底座，其包括前述任意实施例所述的基底；以及壁部，其设置在所述底座的上表面上；其中底座和壁部一起限定微流体回路。
74.前述任意实施例所述的微流体器件，还包括盖，其中所述盖设置在所述壁部上方。
75.前述任意实施例所述的微流体器件，其中，所述壁部包括结构化聚合物。
76.前述任意实施例所述的微流体器件，其中，所述聚合物包括硅。
77.前述任意实施例所述的微流体器件，其中，所述聚合物包括聚二甲基硅氧烷(pdms)或光可图案化硅氧烷(pps)。
78.前述任意实施例所述的微流体器件，其中，所述盖包括所述壁部中含有的结构化聚合物。
79.前述任意实施例所述的微流体器件，其中，所述壁部包括su-8。
80.前述任意实施例所述的微流体器件，其中，所述壁部具有至少为30微米的高度。
81.前述任意实施例所述的微流体器件，其中，所述壁部具有约为50-100微米的高度。
82.前述任意实施例所述的微流体器件，其中，所述微流体回路包括一个或多个微通道。
83.前述任意实施例所述的微流体器件，其中，所述微流体回路包括至少一个微通道和多个腔室，其中，每个腔室从一个微通道开口。
84.一种用于移动前述任意实施例所述微流体器件中的液滴的方法，所述方法包括：在所述微流体器件底座的上表面上设置水溶液液滴；在平面电极和网状接地电极之间施加ac电压电势；将结构光引导到所述底座上表面上接近液滴的位置处；以及以引发液滴跨越所述底座上表面移动的速率，相对于所述微流体器件来移动结构光。
85.前述任意实施例所述的方法，其中，所述液滴具有200nl或更小的体积。
86.前述任意实施例所述的方法，其中，所述ac电压电势为约10ppv至约80ppv。
87.前述任意实施例所述的方法，其中，所述ac电压电势为约30ppv至约50ppv。
88.前述任意实施例所述的方法，其中，所述ac电压电势具有约1khz至约1mhz的频率。
89.前述任意实施例所述的方法，其中，所述ac电压电势具有约5khz至约100khz的频率。
90.前述任意实施例所述的方法，其中，所述ac电压电势具有约5khz至约20khz的频率。
91.前述任意实施例所述的方法，其中，所述液滴具有至少为1ms/m的电导率。
92.前述任意实施例所述的方法，其中，结构光以0.1cm/秒或更大的速率相对于所述微流体器件而移动。
93.一种用于操纵微流体器件中的液滴的处理方法(process)，所述处理方法包括：用第一液体介质填充前述任意实施例所述微流体器件的部分或全部微流体回路；在所述微流体器件底座的平面电极和网状接地电极之间施加ac电压电势；将第一液滴的液体引入所述微流体回路中，其中所述第一液滴在所述第一液体介质中是不混溶的；以及
通过对所述第一液滴施加电润湿力而将所述第一液滴移动到所述微流体回路内的所需位置。
94.前述任意实施例所述的处理方法，其中，所述第一液体介质是油。
95.前述任意实施例所述的处理方法，其中，所述第一液体介质是硅油、氟化油或其组合。
96.前述任意实施例所述的处理方法，其中，所施加的ac电压电势为约10ppv至约80ppv。
97.前述任意实施例所述的处理方法，其中，所施加的ac电压电势为约30ppv至约50ppv。
98.前述任意实施例所述的处理方法，其中，所施加的ac电压电势具有约1至100khz的频率。
99.前述任意实施例所述的处理方法，其中，所施加的ac电压电势具有约5至20khz的频率。
100.前述任意实施例所述的处理方法，其中，所述微流体器件包括液滴生成器，并且其中，所述液滴生成器将所述第一液滴引入所述微流体回路中。
101.前述任意实施例所述的处理方法，其中，所述第一液滴包括水溶液。
102.前述任意实施例所述的处理方法，其中，所述第一液滴包括至少一个显微样品。
103.前述任意实施例所述的处理方法，其中，所述至少一个显微样品是生物显微样品。
104.前述任意实施例所述的处理方法，其中，所述生物显微样品是细胞。
105.前述任意实施例所述的处理方法，其中，所述水溶液是细胞培养基。
106.前述任意实施例所述的处理方法，其中，所述至少一个显微样品是对相关物质具有亲和性的捕获珠。
107.前述任意实施例所述的处理方法，其中，所述第一液滴包含二至二十个捕获珠。
108.前述任意实施例所述的处理方法，其中，所述相关物质是生物细胞分泌物。
109.前述任意实施例所述的处理方法，其中，所述相关物质是从由dna、基因组dna、线粒体dna、rna、mrna、mirna或其任何组合构成的组中选出的。
110.前述任意实施例所述的处理方法，其中，所述第一液滴包括试剂。
111.前述任意实施例所述的处理方法，其中，所述试剂是细胞裂解试剂。
112.前述任意实施例所述的处理方法，其中，所述试剂包括非离子型洗涤剂。
113.前述任意实施例所述的处理方法，其中，所述非离子型洗涤剂的浓度小于0.2％。
114.前述任意实施例所述的处理方法，其中，所述试剂是蛋白水解酶。
115.前述任意实施例所述的处理方法，其中，所述蛋白水解酶是可灭活的。
116.前述任意实施例所述的处理方法，还包括：将第二液滴的液体引入所述微流体回路中，其中所述第二液滴的液体在所述第一液体介质中是不混溶的，但可与所述第一液滴的液体混溶；通过对所述第二液滴施加电润湿力，将第二液滴移动到所述微流体回路内邻近于所述第一液滴的位置；并且将所述第二液滴与所述第一液滴合并(merge)以形成组合液滴。
117.前述任意实施例所述的处理方法，其中，通过对所述第二和/或第一液滴施加电润湿力，所述第二液滴与所述第一液滴合并。
118.前述任意实施例所述的处理方法，其中，所述第一液滴包括生物细胞，以及所述第二液滴包括试剂。
119.前述任意实施例所述的处理方法，其中，包含在第二液滴中的试剂从由裂解缓冲液、荧光标记物和发光测定试剂构成的组中选择。
120.前述任意实施例所述的处理方法，其中，包含在第二液滴中的试剂是裂解缓冲液，并且其中，所述生物细胞在所述第一液滴和所述第二液滴合并时裂解。
121.前述任意实施例所述的处理方法，其中，施加电润湿力以移动和/或合并液滴包括：改变所述微流体器件底座上表面靠近所述液滴的区域的有效电润湿特性。
122.前述任意实施例所述的处理方法，其中，改变有效电润湿特性包括：激活所述微流体器件底座的光电导层中靠近所述液滴的电润湿电极。
123.前述任意实施例所述的处理方法，其中，激活所述微流体器件底座的光电导层中靠近所述液滴的电润湿电极包括：将光图案引导到靠近所述液滴的所述微流体器件底座的光电导层中。
虽然本文的描述包含许多细节，但是这些内容不应被解释为限制本公开的范围，而仅仅是对一些当前优选实施例提供说明。因此，应当理解的是，本公开的范围完全涵盖对于本领域技术人员来说可能是显而易见的其他实施例。
在权利要求中，除非明确声明，以单数形式提及的元件并不意指“一个和仅有一个”，而是指“一个或者多个”。本领域普通技术人员已知的公开实施例的元素的所有结构等同物、化学等同物和功能等同物均通过引用的方式明确地并入本申请，并且旨在被本权利要求所涵盖。此外，不论元件、部件或方法步骤是否在权利要求中被明确地叙述，本公开中的元件、部件或方法步骤并不意图被贡献给公众。除非使用短语“装置用于(meansfor)”来明确地叙述该元素，否则本文中的权利要求元素不应被解释为“装置加功能(meansplusfunction)”元素。除非使用短语“步骤用于(stepfor)”明确地叙述元素，否则本文中权利要求元素不应被解释为“步骤加功能”元素。
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