[发明专利]含有含硅氧烷基团的表面活性剂的电介质上电润湿装置

说明书

技术领域

本公开涉及有源矩阵阵列及其元件。在一个特别的方面，本公开涉及数字微流控(microfluidics)，并且更具体地涉及电介质上电润湿(Electrowetting on Dielectric，缩写为EWOD)装置，如有源矩阵电介质上电润湿(Active Matrix Electrowetting on Dielectric，缩写为AM-EWOD)装置。本公开还涉及能够使得这样的装置低电压操作的流体。

背景技术

电介质上电润湿(EWOD)是一种用于通过施加电场来操纵流体的小滴的技术。因此，它对于用于芯片实验室(lab-on-a-chip)技术的数字微流控来说是候选的技术。对这一技术的基本原理的介绍可以在“数字微流控：真正的芯片实验室是可能的吗？(Digital microfluidics：is a trrue lab-on-a-chip possible？)”R.B.Fair，Microfluid Nanofluid(2007)3：245-281中找到。

图1显示了常规EWOD装置的一部分的横截面。该装置包括下部基板12，其最上层由图案化的导电材料形成，使得实现了多个电极10(例如，图1中的10A和10B)。给定的阵列元件的电极可以称为元件电极10。包括极性材料(所述极性材料通常也是水性的和/或离子性的)的液滴1被限制在下部基板12与顶部基板9之间的平面中。两个基板之间合适的间隙可以借助间隔体7实现，并且可以使用填充流体(filler fluid)8来占据未被液滴1占据的体积。填充流体8典型地是非极性的并且与被操纵的液滴1是不可混溶的或基本上不可混溶的。设置在下部基板12上的绝缘体层5将导电的元件电极10A和10B与第一疏水涂层3分开，位于所述第一疏水涂层3上的液滴1具有由θ表示的接触角2。第一疏水涂层3由疏水材料(通常为氟聚合物，但不一定必须为氟聚合物)形成。

在顶部基板9上的是液滴1可以与之接触的第二疏水涂层4。第二疏水涂层4由疏水材料(通常为氟聚合物，但不一定必须为氟聚合物)形成。在顶部基板9与第二疏水涂层4之间插入的是参比电极6。

液滴1与第一疏水涂层3的接触角θ2定义为如图1中所示。接触角θ由固体/小滴界面之间的表面张力分量(γ_SL)、非离子性流体/小滴界面之间的表面张力分量（γ_LG)和固体/非离子性流体界面之间的表面张力分量(γ_SG)的平衡提供，并且满足杨氏定律(Young’s law)。接触角按照等式1与表面张力分量相关：

在操作中，称为EW驱动电压的多个电压(例如图1中的V_T、V₀和V₀₀)可以从外部施加到不同的电极(例如分别施加到元件电极6、10A和10B)。建立的所得的电力有效地控制疏水涂层3的疏水性。通过布置要施加到不同的元件电极(例如10A和10B)的不同的EW驱动电压(例如V₀和V₀₀)，可以将液滴1在两个基板9和12之间的横向面内移动。

如在以下等式2中所示的李普曼-杨方程(Lippmann-Young equation)描述了电润湿电压(V)如何影响接触角。在等式2中，C是绝缘体层5和形成小滴1与疏水表面之间的界面的疏水涂层3的电容，θ_o是当没有施加电压时的接触角，并且γ_LG是非离子性流体/小滴的表面张力分量。

有源矩阵EWOD(AM-EWOD)指的是在结合了晶体管(例如通过使用薄膜晶体管(TFT))的有源矩阵阵列中的EWOD的实施方案。

美国专利号US6565727(Shenderov，发表于2003年5月20日)公开了用于将小滴移动通过阵列的无源矩阵EWOD装置。美国专利号US6565727还公开了用于其他小滴操作的方法，包括小滴的分开和合并，以及不同材料的小滴混合在一起。

美国专利号US6911132(Pamula等，发表于2005年6月28日)公开了二维EWOD阵列，用于控制小滴在两个维度上的位置和移动。

美国专利号US7163612(Sterling等，发表于2007年1月16日)描述了如何使用基于TFT的薄膜电子设备通过与在AM显示技术中使用的那些电路布置非常类似的电路布置来控制电压脉冲对EWOD阵列的寻址。US7163612的途径可以称为“有源矩阵电介质上电润湿”(AM-EWOD)。