[发明专利]具有多个温度区的微流体器件

说明书

用于处理多个液滴通过多个温度区的EWOD器件。所述器件被配置为实现高空间密度的温度区，所述温度区的热区和冷区之间具有宽的温度差。第一组温度控制元件被布置在EWOD器件中流体间隙上方(或下方)且第二组温度控制元件被布置在流体间隙下方(或上方)。在流体间隙的平面内，一组温度控制元件与另一组温度控制元件偏移。一组温度控制元件可以相较于另一组温度控制元件被设置在距流体间隙不同的间隔处。该器件具有可选的温度控制元件和/或布置，其使得从入口温度偏移低温度点。由于不能认为这两组温度控制元件彼此热隔离，因此认为它们是基本上相互作用的。本发明还描述了在多个温度区内处理多个液滴的方法。

技术领域

本发明涉及有源矩阵阵列及其元件，具体地，涉及数字微流体学，且更具体地，涉及有源矩阵介质上电湿润(AM-EWOD)器件以及驱动这种器件的方法。本发明还涉及具有多个温度区的AM-EWOD器件及使用这些区来控制器件中的流体的温度的方法，其中所述多个温度区被在空间上分布在所述器件上。

背景技术

介质上电润湿(EWOD)是用于通过施加电场来操纵流体的液滴的公知技术。有源矩阵EWOD(AM-EWOD)是指例如通过使用薄膜晶体管(TFT)，在包含晶体管的有源矩阵阵列中实现EWOD。因此，EWOD(或AM-EWOD)是用于芯片上实验室技术的数字微流体的候选技术。对该技术的基本原理的介绍可以在以下文献中找到：“Digital microfluidics：is a truelab-on-a-chip possible？”，R.B.Fair，Microfluid N anofluid(2007)3：245-281。

图1在横截面中显示了常规EWOD器件的一部分。该器件包括下基板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称为元件电极38。包括极性材料(通常也是含水的和/或离子的)的液滴4被约束在下基板72和上基板36之间的平面中。可以通过间隔件32实现两个基板之间的合适的流体间隙，并且非极性流体34(例如油)连同流体间隙可用于占据未被液滴4占据的体积。备选地，并且可选地，未被液滴占据的体积可以用空气或其他气体填充。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，液滴4以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(通常是但不必须是含氟聚合物)形成。

在上基板36上是第二疏水涂层26，液滴4可以与第二疏水涂层26接触。在上基板36和第二疏水涂层26之间插入的是参考电极28。

US6565727(Shenderov，2003年5月20日授权)公开了一种用于使液滴移动穿过阵列的无源矩阵EWOD器件。

US6911132(Pamula等人，2005年6月28日授权)公开了一种用于在两个维度上控制液滴的位置和移动的二维EWOD阵列。

US7163612(Sterling等人，2007年1月16日授权)描述了可以如何使用基于TFT的薄膜电子器件来通过使用与AM显示技术中采用的电路布置非常相似的电路布置来控制对EWOD阵列的电压脉冲的寻址。

EWOD技术的许多应用要求控制和/或改变液滴的温度。示例包括分子诊断、材料合成和核酸扩增。已经采取了许多方法来在微流体器件中提供温度控制。一种实现热控制的方法是通过外部装置(例如，热板)来控制整个器件及其外壳的温度。这样做的缺点是能够达到的温度变化速率通常为低，整个装置需要很长时间才能达到热平衡。已经描述了解决这个问题的许多其他方法。

US7815871(Pamula等人，2010年10月19日授权)公开了一种液滴微致动器系统，该液滴微致动器系统结合了具有用于温度控制的一个或多个加热区的EWOD器件。

US8459295(Kim等人，2013年6月11日授权)公开了一种用于根据EWOD原理进行液滴操纵的微流体器件，其中下基板上的一个或多个电极包括图案化电极形式的加热元件。