[发明专利]驱动有源矩阵EWOD设备元件的方法、电路和有源矩阵EWOD设备

说明书

一种驱动有源矩阵介质上电润湿(AM‑EWOD)设备的元件的方法包括：向AM‑EWOD设备的参考电极施加第一交变电压；以及(i)向元件电极施加与第一交变电压具有相同频率且与第一交变电压异相的第二交变电压，或者(ii)将元件电极保持在高阻抗状态。将第二交变电压施加到元件电极的效果是将元件置于致动状态，在致动状态下元件被配置为致动元件中存在的任何液滴，而将元件电极保持在高阻抗状态的效果是将元件置于非致动状态。

技术领域

本发明涉及有源矩阵阵列及其元件。在特定方面，本发明涉及数字微流控(digital microfluidics)，更具体地涉及有源矩阵介质上电润湿(AM-EWOD)。介质上电润湿(EWOD)是用于操纵阵列上的液滴的已知技术。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。本发明还涉及驱动这种设备的方法。

背景技术

介质上电润湿(EWOD)是用于通过施加电场来操纵液滴的公知技术。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：“Digital microfluidics：isa true lab-on-a-chip possible？”，R.B.Fair，Microfluid Nanofluid(2007)3：245-281.

图1以截面形式示出了常规EWOD设备的一部分。该设备包括下基板72，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电极38(例如图1中的38A和38B)。给定阵列元件的电极可以被称为元件电极38。液滴4由极性材料(其通常也是含水的和/或离子的)组成，并被约束在下基板72和顶基板36之间的平面中。可以通过隔离件32实现这两个基板之间的合适的间隙，并且非极性流体34(例如油)可用于占据未被液滴4占据的体积。设置在下基板72上的绝缘体层20将导电元件电极38A、38B与第一疏水涂层16分离，其中，液滴4以用θ表示的接触角6位于第一疏水涂层16上。疏水涂层由疏水材料(通常是但不一定是含氟聚合物)形成。

第二疏水涂层26在顶基板36上，液滴4可以与第二疏水涂层26接触。在顶基板36和第二疏水涂层26之间插入参考电极28。

接触角θ6如图1所示限定，并且由固液(γ_SL)、液气(γ_LG)和非极性流体(γ_SG)界面之间的表面张力分量的平衡来确定，并且在没有施加电压的情况下满足杨氏定律，方程由下式给出：

在某些情况下，所涉及的材料的相对表面张力(即γ_SL、γ_LG和γ_SG的值)可以使得等式(1)的右手侧小于-1。这在非极性流体34是油的情况下通常可能发生。在这些条件下，液滴4可与疏水涂层16和26失去接触，并且可以在液滴4与疏水涂层16和26之间形成非极性流体34(油)的薄层。

在操作中，可以将称为EW驱动电压(例如，图1中的V_T、V₀和V₀₀)的电压从外部施加到不同的电极(例如，分别施加到元件电极38、38A和38B)。所得到的电力被建立为有效地控制疏水涂层16的疏水性。通过布置不同的EW驱动电压(例如，V₀和V₀₀)施加到不同的元件电极(例如，38A和38B)，液滴4可以在两个基板72和36之间的横向平面中移动。