液滴致動器配置以及引導(dǎo)液滴操作的方法
【專利摘要】一種具有與液滴操作表面相關(guān)聯(lián)的液滴形成電極配置的液滴致動器，其中，電極配置包括被配置為在液滴操作表面上形成子液滴期間控制液滴體積的一個或多個電極。還提供了制造和使用液滴致動器的方法。
【專利說明】液滴致動器配置以及引導(dǎo)液滴操作的方法
[0001]本申請是2008年12月23日提交的 優(yōu)先權(quán)日:為2007年12月23日的申請?zhí)枮?00880127254.2的名稱為“液滴致動器配置以及引導(dǎo)液滴操作的方法”的發(fā)明專利申請的
分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及通過電極調(diào)解(mediate)液滴操作的液滴致動器(dropletactuator)，具體地，涉及用于增強(qiáng)液滴的裝填、分配、分離和/或布置的液滴致動器以及液滴致動器上的電極配置的改進(jìn)。本發(fā)明還涉及改進(jìn)的液滴致動器，其中電場梯度被用于引導(dǎo)或增強(qiáng)液滴操作。
[0003]相關(guān)申請
[0004]本申請要求于2007年12月23日提交的題為“Staged and Analog Dispensing”的美國專利申請第60/988，138號以及于2007年12月26日提交的題為“ReservoirConfiguration for a Droplet Actuator” 的美國專利申請第 61/016，618 號的優(yōu)先權(quán)。
[0005]政府利益
[0006]利用政府支持根據(jù)由美國國家健康協(xié)會授予的GM072155和DK066956提出本專利。美國具有本專利的幾項權(quán)利。
【背景技術(shù)】
[0007]液滴致動器用于引導(dǎo)各種液滴操作。液滴致動器通常包括由間隙隔離的兩個基板?；灏ㄓ糜谝龑?dǎo)液滴操作的電極。典型地，利用與將由液滴致動器操作的液體不融合的填充液體來填充空間。通過用于引導(dǎo)各種諸如液滴運(yùn)輸和液滴分配的液滴操作的電極來控制液滴的形成和移動。由于存在為樣本和試劑生產(chǎn)具有更精確和/或準(zhǔn)確體積的液滴的需要，因此需要在液滴致動器中計量液滴的替換方法。還需要將諸如樣本和/或試劑的液滴操作液體裝填到液滴致動器或從液滴致動器中將其去除的改進(jìn)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供了 一種包括液滴形成電極配置的液滴致動器。液滴形成電極配置可與液滴操作表面相結(jié)合。電極配置可包括一個或多個電極，其被配置為在液滴操作表面上形成子液滴期間控制液滴邊緣的位置。電極配置可以包括一個或多個電極，其被配置為在液滴操作表面上形成子液滴期間控制液滴的體積。電極配置可包括一個或多個電極，其被配置為在液滴操作表面上形成子液滴期間控制液滴的印跡(footprint)或液滴的區(qū)域。
[0009]在液滴形成期間控制的液滴的邊緣可包括液滴的頸縮(necking)區(qū)域的邊緣。在液滴形成期間控制的液滴的邊緣可包括被形成的子液滴的邊緣。液滴邊緣位置的控制可控制子液滴的體積。液滴印跡的控制可控制子液滴的體積。液滴印跡區(qū)域的控制可控制子液滴的體積。液滴印跡的頸縮區(qū)域的控制可控制子液滴的體積?？刂瓶赏ㄟ^控制施加到電極的電壓來實現(xiàn)。[0010]電極配置可包括中間電極配置。中間電極配置可包括:一個或多個內(nèi)部電極；兩個或多個外部電極，相對于內(nèi)部電極側(cè)面布置；以及在中間電極配置側(cè)面的電極。中間電極配置以及在中間電極配置側(cè)面的電極可以被布置，使得在有液滴的情況下中間電極配置和在中間電極配置側(cè)面的電極的激活導(dǎo)致液滴穿過液滴形成電極配置拉長。在存在拉長液滴的情況下施加到兩個或多個外部電極的電壓的減小可以被實現(xiàn)，以開始拉長液滴的頸縮。在施加到兩個或多個外部電極的電壓減小之后施加到一個或多個內(nèi)部電極的電壓的減小可以被實現(xiàn)，以分開拉長的液滴，從而形成一個或多個子液滴。在存在拉長液滴的情況下兩個或更多個外部電極的去激活可以被實現(xiàn)，以開始拉長液滴的頸縮。在所有外部電極去激活之后一個或多個內(nèi)部電極的去激活可以被實現(xiàn)，以分開拉長的液滴，從而形成一個或多個子液滴。相對于內(nèi)部電極側(cè)面布置的外部電極可以電耦合并用作單個電極。
[0011 ] 液滴致動器可包括與液滴形成電極配置相鄰的儲存電極。液滴致動器可包括與液滴形成電極配置相鄰的液滴操作電極。
[0012]電極配置可包括一個或多個中心定位電極以及一個或多個與液滴形成電極配置的邊緣相鄰的頸縮電極。中心定位電極和頸縮電極可被配置為在通過從頸縮電極開始且持續(xù)到中心定位電極的電極組的順序去激活所影響的液滴分離過程中來控制液滴的頸縮和分離。
[0013]液滴致動器中的電極配置可包括通常為I型和/或沙漏型的中心定位電極。電極配置可插入到電極路徑中。電極配置和電極路徑可以沿公共軸布置。電極配置可包括關(guān)于公共軸對稱布置的中心電極以及在中心電極側(cè)面的頸縮電極。電極配置可包括在第一組頸縮電極側(cè)面的第二組頸縮電極。
[0014]頸縮電極具有遠(yuǎn)離軸凸出的形狀。頸縮電極可包括在相對于中心電極基本平行的方向上定向的電極棒。電極配置可具有與在電極路徑中的一個或多個相鄰電極的尺寸基本相等的尺寸。電極配置可包括被布置以形成正方形或矩形的四個三角形。
[0015]電極配置可包括產(chǎn)生在子液滴的形成期間控制液滴邊緣位置的電場梯度的電極。產(chǎn)生電場梯度的電極可以在子液滴的形成期間控制液滴的頸縮區(qū)域的邊緣位置。產(chǎn)生電場梯度的電極可以在子液滴的形成期間控制液滴的頸縮區(qū)域的直徑。產(chǎn)生電場梯度的電極可以在子液滴的形成期間控制液滴的頸縮區(qū)域的印跡。
[0016]電極可以產(chǎn)生處于導(dǎo)致液滴頸縮的第一電壓的電場梯度以及處于導(dǎo)致液滴分離的第二電壓的電場梯度。電極可以產(chǎn)生處于導(dǎo)致液滴拉伸的第一電壓的電場梯度；處于導(dǎo)致液滴頸縮的第二電壓的電場梯度；以及處于導(dǎo)致液滴分離的第三電壓的電場梯度。
[0017]可以通過電極頂部的組成來建立場梯度。該組成可包括介電組成。組成可包括圖案化材料，其包括具有不同厚度的區(qū)域。該組成可包括圖案化材料，其包括具有不同相對靜態(tài)電容率或介電常數(shù)的區(qū)域。該組成可包括兩種或多種圖案化材料，每種圖案化材料都具有不同的相對靜態(tài)電容率或介電常數(shù)。該組成可包括具有第一介電常數(shù)的介電材料和具有可與第一介電常數(shù)不同的第二介電常數(shù)的介電材料。該組成可包括以圖案化方式摻雜的介電材料，具有改變介電材料的介電常數(shù)的一種或多種物質(zhì)。
[0018]可通過包括產(chǎn)生電場梯度的電極的形狀的裝置來建立場梯度?？赏ㄟ^包括在產(chǎn)生電場梯度的電極中的電極厚度的變量的裝置來建立場梯度?？赏ㄟ^包括電極在相對于液滴致動器的液滴操作表面的z方向上的空間定向的裝置來建立場梯度。產(chǎn)生電場梯度的電極可以包括在電極中建立的導(dǎo)電圖案。產(chǎn)生電場梯度的電極可以包括被圖案化以產(chǎn)生預(yù)定場梯度的兩種或更多種不同的導(dǎo)電材料。產(chǎn)生電場梯度的電極可以包括金屬線軌跡(wiretrace)，在不同區(qū)域中，產(chǎn)生電場梯度的電極可以包括不同密度的金屬線間隔。
[0019]本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)，其包括液滴致動器以及被編程以控制向被配置為在子液滴形成期間控制液滴邊緣的位置的一個或多個電極的電壓供給的處理器。該系統(tǒng)可包括用于在子液滴形成期間監(jiān)控液滴邊緣的傳感器。該系統(tǒng)可包括用于在子液滴形成期間監(jiān)控液滴印跡的傳感器。該系統(tǒng)可包括用于在子液滴形成期間監(jiān)控液滴區(qū)域的印跡的傳感器。通過系統(tǒng)監(jiān)控的液滴區(qū)域可以對應(yīng)于被分配子液滴的體積。傳感器可以檢測與子液滴的體積相關(guān)的參數(shù)。傳感器可以被選擇以檢測液滴的一個或多個電特性、化學(xué)特性和/或物理特性。傳感器可以包括被配置為形成液滴圖像的成像裝置。處理器可以被配置為調(diào)節(jié)一個或多個電極的電壓，其中電極被配置為在子液滴形成期間控制液滴邊緣的位置。處理器可以被配置為調(diào)節(jié)一個或多個電極的電壓，該電極被配置在子液滴形成期間控制液滴邊緣的位置。
[0020]本發(fā)明提供了一種包括基板的液滴致動器，該基板包括電極的路徑或陣列，路徑或陣列包括使用金屬線軌跡形成的一個或多個電極。金屬線軌跡配置可以包括呈曲折路徑的金屬線。曲折路徑中的每個轉(zhuǎn)彎均可以與該路徑中的其他轉(zhuǎn)彎基本相同。金屬線軌跡配置可包括不同金屬線密度的區(qū)域。金屬線軌跡配置可以包括可具有比外部區(qū)域更大的金屬線密度的中心軸區(qū)域。金屬線軌跡配置可包括具有第一末端區(qū)域和第二末端區(qū)域的伸長電極。第一末端區(qū)域可具有比第二末端區(qū)域更大的金屬線密度。金屬線密度可以沿從第二末端區(qū)域到第一末端區(qū)域拉伸的長度逐漸增大。
[0021]本發(fā)明提供了一種包括用于形成液滴的液滴形成電極配置的液滴致動器。液滴形成電極配置可包括液滴源、中間電極和終端電極(terminal electrode)。當(dāng)在液滴源處存在液體時，中間電極和終端電極的激活可以使液滴拉伸流過中間電極并流到終端電極上。施加到終端電極的增大電壓可以增大液滴拉伸的長度。中間電極的去激活可以將液滴分為兩個子液滴。
[0022]液滴源可以包括液滴源電極。液滴源電極可包括儲存器。液滴源電極可包括儲存電極。液滴源電極可包括液滴操作電極。終端電極可以相對于中間電極伸長。終端電極可以基本上呈錐形。終端電極可以從液滴源電極開始逐漸變細(xì)。終端電極可以朝向液滴源電極逐漸變細(xì)。終端電極可以基本上呈三角形。終端電極的頂點(diǎn)可以插入到中間電極的凹槽中。終端電極可以從相對于中間電極末端定向的最寬區(qū)域到相對于中間電極接近定向的窄區(qū)域逐漸變細(xì)。終端電極可以從相對于中間電極接近定向的最寬區(qū)域到相對于中間電極末端定向的窄區(qū)域逐漸變細(xì)。最寬區(qū)域在寬度上大約等于沿電極配置軸截取的中間電極的直徑。窄區(qū)域可以比沿電極配置的軸截取的中間電極的直徑更窄。
[0023]液滴致動器可以被設(shè)置為包括液滴致動器和處理器的系統(tǒng)的組件。處理器可以被編程以控制施加到電極配置的電極的電壓。處理器可以被編程以通過調(diào)節(jié)施加到終端電極的電壓來控制液滴體積。
[0024]本發(fā)明提供了一種包括被配置以引導(dǎo)液滴操作的電極的液滴致動器。電極可以被配置為產(chǎn)生通過影響施加到電極的電壓改變來影響液滴操作的電場梯度。液滴致動器可包括在電極頂部的介電材料，被配置為構(gòu)建根據(jù)影響施加到電極的電壓改變來控制液滴操作的介電圖形(topography )。
[0025]可以通過包括電極頂部的圖案化材料的裝置來建立場梯度。電極頂部的圖案化材料可包括具有不同厚度的區(qū)域的介電材料。電極頂部的圖案化材料可包括具有不同介電常數(shù)的區(qū)域的介電材料。電極頂部的圖案化材料可包括具有兩種或多種圖案化材料的介電材料，每種圖案化材料均具有不同的介電常數(shù)。電極頂部的圖案化材料可包括具有可改變以產(chǎn)生電場梯度的組成的介電材料。電極頂部的圖案化材料可包括在電極上被圖案化的第一介電常數(shù)的第一介電材料以及層疊在第一介電材料上的第二介電常數(shù)的第二介電材料。
[0026]場梯度可以被配置為根據(jù)施加給電極的電壓降低來控制液滴頸縮和分離?？赏ㄟ^施加到電極配置的電壓的第一降低來導(dǎo)致頸縮，以及通過施加到電極配置的電壓的第二降低來導(dǎo)致分開。可通過包括電極形狀的裝置來建立場梯度。可通過包括電場厚度的裝置來建立場梯度?？赏ㄟ^包括在電極中建立的導(dǎo)電圖案的裝置來建立場梯度。電極可包括被圖案化以產(chǎn)生預(yù)定場梯度的兩種或多種不同導(dǎo)電材料。場梯度可通過包括金屬線軌跡的裝置來建立，其中，電極配置的不同區(qū)域具有不同密度的金屬線間隔。場梯度可通過包括電極中導(dǎo)電材料的圖案的裝置來建立。場梯度可通過包括電極中的絕緣材料圖案的裝置來建立。場梯度可通過包括電極中的不同導(dǎo)電材料的圖案的裝置來建立。
[0027]電極可產(chǎn)生圖案化的場梯度，其根據(jù)電壓的激活、去激活或調(diào)整來影響液滴操作。電壓的降低可以影響液滴操作。電壓的升高可以影響液滴的拉伸。在液滴在電極上的情況下電壓的升高可以影響液滴的拉伸。
[0028]本發(fā)明提供了一種在形成子液滴期間控制液滴邊緣的位置的方法。本發(fā)明提供了一種在形成子液滴期間控制液滴的印跡的方法。本發(fā)明提供了一種在形成子液滴期間控制液滴的區(qū)域的印跡的方法。
[0029]本發(fā)明的方法包括:提供包括與液滴操作表面相關(guān)聯(lián)的液滴形成電極配置的液滴致動器，其中，電極配置可包括一個或多個電極，被配置為在液滴操作表面上形成子液滴期間控制液滴邊緣的位置。本發(fā)明的方法包括在使用電極配置以控制液滴的邊緣時，形成子液滴。
[0030]該方法可包括在形成子液滴時控制液滴的頸縮區(qū)域的邊緣。該方法可包括在形成子液滴時控制液滴的頸縮區(qū)域的印跡。該方法可包括在形成子液滴時控制液滴的頸縮區(qū)域的印跡區(qū)域。該方法可包括在形成子液滴時控制液滴的頸縮區(qū)域的直徑。該方法可包括在形成子液滴時控制液滴的頸縮區(qū)域的體積。該方法可包括在形成子液滴時控制液滴的頸縮區(qū)域的排水。
[0031]該方法可包括在形成子液滴時控制子液滴的邊緣。該方法可包括在形成子液滴時控制子液滴的體積。該方法可包括在形成子液滴時控制子液滴的印跡。該方法可包括在形成子液滴時控制子液滴的區(qū)域的印跡。
[0032]形成子液滴可包括將電壓施加到電極配置。形成子液滴可包括將電壓施加到中間電極配置。形成子液滴可包括將電壓施加到終端電極配置。形成子液滴可包括將電壓施加到電極配置的中間電極。形成子液滴可包括將電壓施加到電極配置的終端電極。
[0033]電極配置可包括中間電極配置。中間電極配置可包括:一個或多個內(nèi)部電極；相對于內(nèi)部電極側(cè)面布置的兩個或更多個外部電極；以及在中間電極配置側(cè)面的電極。中間電極配置和中間電極配置側(cè)面的電極可以被布置，從而在存在液滴的情況下中間電極配置和中間電極配置側(cè)面的電極的激活使得液滴穿過液滴形成電極配置伸長。在存在伸長液滴的情況下施加到外部電極中的兩個或更多個電極的電壓降低可開始伸長液滴的頸縮。在施加到兩個或更多個外部電極的電壓降低之后施加到一個或多個內(nèi)部電極的電壓降低可分開伸長液滴，形成一個或多個子液滴。在存在伸長液滴的情況下，兩個或更多個外部電極的去激活可以開始伸長液滴的頸縮。在所有外部電極去激活之后一個或多個內(nèi)部電極的去激活可分開伸長液滴，形成一個或多個子液滴。相對于內(nèi)部電極側(cè)面布置的兩個或更多個外部電極可以電耦合并用作單個電極。
[0034]電極配置可包括與液滴形成電極配置相鄰的儲存電極。形成子液滴可包括從較大體積液滴中分出較小體積液滴?？稍谝旱涡纬呻姌O配置附近包括液滴操作電極。電極配置可包括一個或多個中心定位電極以及與液滴形成電極配置的邊緣相鄰的一個或多個頸縮電極。形成子液滴可包括從頸縮電極開始并持續(xù)到中心定位電極順序地去激活電極組。電極配置可包括通常呈I型和/或沙漏型的中心定位電極。
[0035]電極配置可以插入到電極的路徑中。電極配置和電極路徑可以沿公共軸布置。電極配置可包括在公共軸周圍對稱布置的中心電極以及在中心電極側(cè)面的頸縮電極。第二組頸縮電極可以被設(shè)置在第一組頸縮電極的側(cè)面。頸縮電極可具有遠(yuǎn)離軸凸出的形狀。頸縮電極可包括以相對于中心電極基本平行的方向定向的電極棒。電極配置可具有基本等于電極路徑中的一個或多個相鄰電極的尺寸的尺寸。電極配置可包括被布置以形成正方形或矩形的四個三角形。電極配置可包括產(chǎn)生電場梯度的電極，該電場梯度在子液滴形成期間控制液滴邊緣的位置。
[0036]該方法可包括通過將電極配置用于建立在子液滴形成期間控制液滴頸縮區(qū)域的邊緣位置的電場梯度來控制液滴邊緣的位置。該方法可包括控制液滴的印跡。電場配置可建立在子液滴形成期間控制液滴頸縮區(qū)域的印跡的電場梯度。印跡可通過控制施加到電場配置的電壓來建立處于導(dǎo)致液滴頸縮的第一電壓的電場梯度以及處于導(dǎo)致液滴分離的第二電壓的電場梯度來進(jìn)行控制。
[0037]該方法可包括控制施加到電極配置的電壓，來建立處于導(dǎo)致液滴拉伸的第一電壓的電場梯度；處于導(dǎo)致液滴頸縮的第二電壓的電場梯度；以及處于導(dǎo)致液滴分離的第三電壓的電場梯度。
[0038]可通過電極頂部的組成來建立場梯度。組成可包括介電組成。組成可包括具有不同厚度的區(qū)域的圖案化材料。組成可包括具有不同的相對靜態(tài)電容率或介電常數(shù)的區(qū)域的圖案化材料。組成可包括兩種或多種圖案化材料，每種圖案化材料均具有不同的相對靜態(tài)電容率或介電常數(shù)。組成可包括:具有第一介電常數(shù)的介電材料和具有可以不同第一介電常數(shù)的第二介電常數(shù)的介電材料。具有不同介電常數(shù)的材料可以被圖案化，以根據(jù)施加到電極的電壓改變來產(chǎn)生影響液滴操作的場梯度。組成可包括以圖案化方式摻雜的介電材料，具有改變介電材料的介電常數(shù)的一種或多種物質(zhì)。場梯度可通過包括產(chǎn)生電場梯度的電極的形狀的裝置來建立。場梯度可通過包括在產(chǎn)生電場梯度的電極中電極厚度不同的裝置來建立。場梯度可通過包括電極以相對于液滴致動器的液滴操作表面的z方向空間定向的裝置來建立。
[0039]如已論述的，產(chǎn)生電場梯度的電極可包括在電極中建立的導(dǎo)電圖案。產(chǎn)生電場梯度的電極可包括被圖案化以產(chǎn)生預(yù)定場梯度的兩種或多種不同導(dǎo)電材料。產(chǎn)生電場梯度的電極可包括金屬線軌跡，在不同區(qū)域中，產(chǎn)生電場梯度的電極可包括不同密度的金屬線間隔。
[0040]該方法可以通過系統(tǒng)來控制。該系統(tǒng)可控制形成子液滴。該系統(tǒng)可控制液滴的頸縮區(qū)域的直徑。該系統(tǒng)可控制液滴的頸縮區(qū)域的印跡。該系統(tǒng)可控制液滴的頸縮區(qū)域的一部分的印跡。該系統(tǒng)可包括被編程以控制提供給電極配置的一個或多個電極的電壓的處理器。該系統(tǒng)可包括耦合到處理器的傳感器。該方法可包括使用耦合到處理器的傳感器監(jiān)控在子液滴形成期間液滴的邊緣。該方法可包括基于傳感器感測的參數(shù)來調(diào)整施加到電極或電極配置的電壓。處理器可以被配置為通過在形成子液滴時響應(yīng)于感測的液滴邊緣位置調(diào)整電極配置的一個或多個電極的電壓來控制分配的子液滴的體積，以使液滴的邊緣位于表示期望子液滴體積的預(yù)定位置處。
[0041]本發(fā)明提供了一種從液滴中形成子液滴的方法，該方法包括可控地減小液滴在頸縮和分離過程中頸縮區(qū)域的直徑。子液滴可以具有預(yù)定的體積。
[0042]本發(fā)明提供了一種從液滴中形成子液滴的方法，該方法包括在終端電極的頂部可控地拉伸液滴的體積，以及一旦在終端電極的頂部達(dá)到預(yù)定體積則在中間電極處開始分離過程。子液滴可以具有預(yù)定體積。
[0043]本發(fā)明提供了一種形成子液滴的方法，該方法包括提供橫跨包括第一電極和第二電極的電極配置的伸長液滴，伸長液滴包括第一電極頂部的液體體積以及第二電極頂部的液體體積。該方法可包括可控地擴(kuò)展第二電極頂部的伸長液滴的體積。該方法可包括分離第一電極處的液滴以生成子液滴。子液滴可以具有預(yù)定體積。
[0044]本發(fā)明提供了一種形成子液滴的方法，該方法包括提供橫跨電極的伸長液滴，該電極被配置為產(chǎn)生包括需要相對較高的電壓以在中間區(qū)域頂部實現(xiàn)電濕潤的中間區(qū)域的場梯度。該方法可包括將電壓施加到電極，以足以使液滴穿過中間區(qū)域擴(kuò)展。該方法可包括充分地減小電壓，以使液滴在中間區(qū)域分開?？赏ㄟ^包括電極形狀的裝置來建立場梯度?？赏ㄟ^包括電極厚度的裝置來建立場梯度?？赏ㄟ^包括在電極中建立的導(dǎo)電圖案的裝置來建立場梯度。電極可包括被圖案化以產(chǎn)生預(yù)定場梯度的兩種或更多種不同導(dǎo)電材料?？赏ㄟ^包括金屬線軌跡的裝置來建立場梯度，電極配置的不同區(qū)域具有不同密度的金屬線間隔?？赏ㄟ^包括電極中的導(dǎo)電材料的圖案的裝置來建立場梯度?？赏ㄟ^包括電極中的絕緣材料圖案的裝置來建立場梯度?？赏ㄟ^包括電極中的不同導(dǎo)電材料的圖案的裝置來建立場梯度。電極或電極配置可產(chǎn)生根據(jù)激活、去激活或電壓的調(diào)整來影響液滴操作的圖案化的場梯度。
[0045]本發(fā)明提供了形成子液滴的方法，該方法包括提供橫跨電極配置的伸長液滴，電極配置包括被配置以產(chǎn)生場梯度的終端電極區(qū)域，其中，終端電極區(qū)域頂部的液滴體積可以通過增大施加到終端區(qū)域的電壓來逐漸增大。該方法可包括將電壓施加到電極，以足以使液滴擴(kuò)展到末端區(qū)域頂部的預(yù)定體積。該方法可包括使液滴分開，從而在終端區(qū)域的頂部形成子液滴。終端區(qū)域可以被配置為允許終端區(qū)域頂部的液滴體積增大到比相鄰單元尺寸的液滴操作電極的體積更大的體積?？梢酝ㄟ^包括電極形狀的裝置來建立場梯度?？梢酝ㄟ^包括電極厚度的裝置來建立場梯度?？梢酝ㄟ^包括在電極中建立的導(dǎo)電圖案的裝置來建立場梯度。電極可包括被圖案化以產(chǎn)生預(yù)定場梯度的兩種或更多種不同導(dǎo)電材料?？梢酝ㄟ^包括金屬線軌跡的裝置來建立場梯度，電極配置的不同區(qū)域具有不同密度的金屬線間隔?？梢酝ㄟ^包括電極中的導(dǎo)電材料的圖案的裝置來建立場梯度。可以通過包括電極中的絕緣材料的圖案的裝置來建立場梯度?？梢酝ㄟ^包括電極中的不同導(dǎo)電材料的圖案的裝置來建立場梯度。
[0046]本發(fā)明提供了一種液滴致動器，包括:包括儲存器的頂部基板部件；獨(dú)立于頂部基板以形成間隙的底部基板部件；電極，與頂部基板部件和/或底部基板部件相關(guān)聯(lián)，并被配置為引導(dǎo)一個或多個液滴操作；以及液體路徑。液體路徑可被配置為使液體從儲存器流入間隙，其中，液滴可以經(jīng)歷由電極中的一個或多個調(diào)解的一個或多個液滴操作；和/或使用電極將液體傳輸?shù)脚c開口接觸，并使液體充分地排出間隙并進(jìn)入儲存器。
[0047]頂部基板部件可包括頂部基板以及與頂部基板相關(guān)聯(lián)并包括形成于其中的儲存器的儲存器基板。液滴致動器可包括與底部基板相關(guān)聯(lián)的儲存電極。開口可以與儲存電極的邊緣重疊。液滴致動器可以包括與底部基板相關(guān)聯(lián)并與儲存電極相鄰的第一液滴操作電極，其中，開口與第一電極的邊緣以及液滴操作電極的邊緣重疊。液滴致動器可以包括與底部基板相關(guān)聯(lián)并至少部分地插入儲存電極中的第一液滴操作電極，其中，開口與第一電極的邊緣以及液滴操作電極的邊緣重疊。液滴致動器可以被配置為促進(jìn)液滴從間隙流入儲存器。儲存器可具有大于約Imm的直徑。儲存器可以具有大于約2mm的直徑。儲存器可以具有足以容納范圍從約100到約300mL的液體體積的體積。儲存器具有足以容納范圍從大約5 μ L到大約5000 μ L的液體體積的體積。儲存器可以具有足以容納范圍從大約10 μ L到大約2000 μ L的液體體積的體積。儲存器可以具有足以容納范圍從大約50 μ L到大約1500 μ L的液體體積的體積。儲存器可以具有基本呈圓柱形的尺寸。開口可以基本上與儲存器的圓柱尺寸的軸對準(zhǔn)。間隙可以包括填充物流體。填充物流體可以包括油。儲存器可以包括具有相對于儲存器的主要體積減小直徑的區(qū)域，具有減小直徑的區(qū)域在儲存器的主要體積與開口之間提供流體路徑。儲存器的限定區(qū)域可以具有在底部基板上的高度，其超過相對于儲存器的限制區(qū)域的閉死(dead)體積的閉死高度。儲存器的主要體積可具有在底部基板上的高度，其超過相對于儲存器的主要體積的閉死體積的閉死高度。儲存器的限制區(qū)域可以具有第一直徑和在底部基板上的第一高度；儲存器的主要體積可以具有第二直徑、在底部基板上的第二高度；以及第一直徑、第一高度、第二直徑和第二高度可被選擇以使基本等于儲存器主要體積的所有體積的液體體積可以被用于分配。儲存器的主要體積可以相對于圓柱主體積伸長，而基本上不會相對于對應(yīng)圓柱主體積增大閉死體積。
[0048]本發(fā)明提供了一種將液滴傳輸出液滴致動器間隙的方法。該方法可包括設(shè)置液滴致動器，該液滴致動器包括:包括儲存器的頂部基板部件；獨(dú)立于頂部基板以形成間隙的底部基板部件；電極，與頂部基板部件和/或底部基板部件相關(guān)聯(lián)，并被配置為引導(dǎo)一個或多個液滴操作；以及流體路徑，被配置為使流體從間隙流入儲存器。該方法可以包括使用電極將液體傳輸?shù)脚c開口接觸，并使流體完全排出間隙并進(jìn)入儲存器。頂部基板部件可以包括頂部基板和與頂部基板相關(guān)聯(lián)并包括形成于其中的儲存器的儲存器基板。儲存電極可以與頂部基板相關(guān)聯(lián)。開口可以與儲存電極的邊緣重疊。第一液滴操作電極可以與底部基板相關(guān)聯(lián)并與儲存電極相鄰。開口可以與第一電極的邊緣以及液滴操作電極的邊緣重疊。第一液滴操作電極可以與底部基板相關(guān)聯(lián)并至少部分地插入到儲存電極中。開口可以與第一電極的邊緣和液滴操作電極的邊緣重疊。
[0049]包括在
【發(fā)明內(nèi)容】
中的實施例僅是示例性的。根據(jù)上述
【發(fā)明內(nèi)容】
以及隨后的段落和權(quán)利要求，其他實施例對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。
[0050]定義
[0051]如文中所述的，以下術(shù)語具有指出的含義。
[0052]關(guān)于一個或多個電極的“激活”是指影響在存在液滴的情況下導(dǎo)致液滴操作的一個或多個電極的電狀態(tài)的改變。
[0053]關(guān)于液滴致動器上的液珠的“液珠(bead)”是指能夠與在液滴致動器上或液滴致動器附近的液滴相互作用的任何液珠或微粒。液珠可以為諸如球形、一般球形、蛋形、圓盤形、立方體和其他三維形狀的各種形狀中的任一種。例如，液珠能夠在液滴致動器的液滴中傳輸或者還可以對應(yīng)于液滴致動器以允許液滴致動器上的液滴接觸到液珠的方式配置到液滴致動器上和/或離開液滴致動器。可以使用包括例如樹脂和聚合物的各種材料來制造液珠。液珠可以是包括例如微型液珠、微型微粒、納米液珠和納米微粒的任何適當(dāng)尺寸。在一些情況下，液珠為有磁性反應(yīng)的；在另一些情況下，液珠為基本沒有磁性反應(yīng)的。對于有磁性反應(yīng)的液珠，磁性反應(yīng)材料可以基本構(gòu)成液珠的所有組成或者液珠中的僅一種組成。液珠的剩余物可以包括聚合物材料、涂層和允許檢測試劑附著的部分。適于磁性反應(yīng)液珠的實例在2005年11月24日公開的題為“Multiplx flow assays preferablywith magnetic particles as solid phase” 的美國專利公開第 2005-0260686 號中進(jìn)行描述，其全文中教導(dǎo)的關(guān)于磁性反應(yīng)材料和液珠的內(nèi)容結(jié)合與此作為參考。液體可以包括一種或多種磁性反應(yīng)液珠和/或非磁性反應(yīng)液珠。在2006年12月15日提交的題為“Droplet-Based Particle Sorting”的美國專利申請第 11/639，566 號;2008 年 3 月 25 日提交的題為 “Multiplexing Bead Detection in a Single Droplet” 的美國專利申請第61/039，183 號；2008 年 4 月 25 日提交的題為 “Droplet Actuator Devices and DropletOperations Using Beads”的美國專利申請第61/047，789號；2008年8月5日提交的題為“Droplet Actuator Devices and Methods for Manipulating Beads” 的美國專利申請第61/086，183 號；2008 年 2 月 11 日提交的題為 “Droplet Actuator Devices and MethodsEmploying Magnetic Beads”的國際專利申請第 PCT/US2008/053545 號;2008 年 3 月 24 日提交的題為“Bead-based Multiplexed Analytical Methods and Instrumentation，，的國際專利申請第PCT/US2008/058018號；2008年3月23日提交的題為“Bead Sorting on aDroplet Actuator”的國際專利申請第PCT/US2008/058047號；以及2006年12月11日提交的題為“Droplet-based Biochemistry”的國際專利申請第PCT/US2006/047486號中描述了用于固定磁性反應(yīng)液珠和/或非磁性反應(yīng)液珠和/或用于使用液珠引導(dǎo)液滴操作的液滴致動器技術(shù)的實例，其全部內(nèi)容結(jié)合與此作為參考。
[0054]“液滴”是指液體在液滴致動器上的體積，其至少部分地通過填充物流體來限定。例如，液滴可以被填充物流體完全包圍或者可以由填充物流體和液滴致動器的一個或多個表面來限定。例如，液滴可以是水的或非水的，或者可以是包括水和非水組合物的混合物或乳狀液。液滴可以完全或部分地位于液滴致動器的間隙中。液滴可以呈各種形狀，非限定性的實例包括一般圓盤型、條形、截取的球形、橢圓體、球形、局部壓縮的球形、半球形、卵形、圓柱形以及在諸如合并或分離的液滴操作期間形成的各種形狀或者作為這種形狀與液滴致動器的一個或多個表面接觸的結(jié)果而形成的各種形狀。對于經(jīng)歷使用本發(fā)明的方法經(jīng)歷液滴操作的液滴液體的實例，參見2006年12月11日提交的題為“Droplet-BasedBiochemistry"的國際專利申請第PCT/US06/47486號。在各個實施例中，液滴可以包括生物樣本，例如，全血、淋巴液、血清、血漿、汗、淚、唾液、痰、腦脊髓液、羊水、精液、陰道分泌物、漿液、滑液、心包液、腹膜液、胸膜液、滲出液、分泌液、囊液、膽汁、尿、胃液、腸液、糞便樣本、包括單個或多個細(xì)胞的液體、包括細(xì)胞器官、液化組織、液化有機(jī)體的液體、包括多細(xì)胞有機(jī)體、生物試樣和生物廢液的液體。此外,液滴可以包括試劑,例如,水、去離子水、鹽溶液、酸性溶液、堿性溶液、清潔劑溶液和/或緩沖液。液滴內(nèi)容的其他實例包括試劑，例如，用于諸如核酸放大試驗方案、基于姻親關(guān)系的化驗的試驗方案、順序試驗方案和/或用于分析生物液體的試驗方案的生物化學(xué)試驗方案。
[0055]“液滴致動器”是指用于處理液滴的設(shè)備。關(guān)于液滴致動器的實例，參見Pamula等人 2005 年6 月 28 日提交的題為 “Apparatus for Manipulating Droplets byElectrowetting-Based Techniques” 的美國專利第 6, 911, 132 號；2006 年 I 月 30 日提交的題為 “Apparatuses and Methods for Manipulating Droplets on a Printed CircuitBoard”的美國專利申請第11/343，284號;由Shenderov等人2004年8月10日提交的題為 “Electrostatic Actuators for Microfluidics and Methods for Using Same，，的美國專利第6，733，566號和2000年I月24日提交的題為“Actuators for MicrofluidicsWithout Moving Parts” 的美國專利第 6，565，727 號；Pollack 等人 2006 年 12 月 11 日提交的題為 “Droplet-Based Biochemistry” 的國際專利申請第 PCT/US2006/047496 號，其全部內(nèi)容結(jié)合與此作為參考。本發(fā)明的方法可以使用諸如在2007年5月9日提交的題為“Droplet manipulation systems”的國際專利申請第PCT/US2007/009379號中描述的液滴致動器系統(tǒng)來執(zhí)行。在各個實施例中，由液滴致動器執(zhí)行的液滴操作可以是電極調(diào)解，例如電濕潤調(diào)解或介電電泳調(diào)解?？捎迷诒景l(fā)明的液滴致動器中的控制液體流動的其他方法的實例包括導(dǎo)致水利液體壓力的設(shè)備，例如，基于機(jī)械理論(例如，外部注射泵、氣動隔膜泵、振動隔膜泵、真空器件、離心力和毛細(xì)作用);電磁理論(例如，電滲流、電動泵、壓電/超聲波泵、磁流體插座、電流體動力泵和磁流體動力泵);熱力學(xué)理論(例如，氣泡生成/狀態(tài)改變引起的體積膨脹)；其他種類的表面變濕理論(例如，電濕潤和光電濕潤，以及化學(xué)、熱和放射性引起的表面張力梯度)；重力；表面張力(例如，毛細(xì)作用)；靜電力(例如，電滲流)；離心流(沉積到壓縮盤上并旋轉(zhuǎn)的基板);磁力(例如，振動離子產(chǎn)生流);磁流體動力；以及真空或壓力差來操作的設(shè)備。在特定實施例中，上述技術(shù)中的兩個或多個的組合將被用在本發(fā)明的液滴致動器中。
[0056]“液滴操作”是指液滴致動器上的液滴的任何操作。液滴操作可包括例如:將液滴加載到液滴致動器中；分配來自原液滴的一個或多個液滴；將液滴分離、分隔或劃分為兩個或多個液滴；在任一方向上將液滴從一個位置傳送到另一位置；將兩個或多個液滴合并或組合為單個液滴；混合液滴；攪拌液滴；使液滴變形；使液滴保留適當(dāng)位置；蘊(yùn)藏液滴；加熱液滴；蒸發(fā)液滴；冷卻液滴；處置液滴；將液滴傳送到液滴致動器之外；文中描述的其他液滴操作；和/或上述的任意組合。術(shù)語“合并”、“正在合并”、“組合”、“正在組合”等用于描述由兩個或多個液滴生成一個液滴。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)參照兩個或多個液滴使用該術(shù)語時，可以使用足以將兩個或多個液滴組合成一個液滴的液滴操作的任意組合。例如，“將液滴A與液滴B合并”可以通過將液滴A傳送到與固定的液滴B接觸，將液滴B傳送到與固定的液滴A接觸，或者將液滴A和B傳送到與彼此接觸來實現(xiàn)。術(shù)語“分離”、“分隔”和“劃分”不用于暗示關(guān)于生成液滴的體積的任何特定結(jié)果(即，生成液滴的體積可以相同或不同)或者生成液滴的數(shù)量(生成液滴的數(shù)量可以是2、3、4、5或更多)。術(shù)語“混合”是指在導(dǎo)致液滴中一種或多種成分的均勻分布的液滴操作。“加載”液滴操作的實例包括微量滲析加載、壓力輔助加載、機(jī)器人加載、被動加載和吸液管加載。液滴操作可以是電極調(diào)解。在一些情況下，可通過使用表面上的吸水區(qū)域或疏水區(qū)域和/或通過物理阻礙來進(jìn)一步促進(jìn)液滴操作。
[0057]“填充物流體”是指與液滴致動器的液滴操作基板相關(guān)聯(lián)的液體，該液體與液滴狀態(tài)充分的不溶合，以使液滴狀態(tài)經(jīng)歷電極調(diào)解的液滴操作。例如，填充物流體可以是諸如硅油的低粘度油。在2006年12月11日提交的題為“Droplet-Based Biochemistry”的國際專利申請第PCT/US2006/047486號以及2008年8月8日提交的題為“Use of additivesfor enhancing droplet actuation”的國際專利申請第PCT/US2008/072604號提供了填充物流體的其他實例。填充物流體可以填充液滴致動器的整個間隙，或者可以覆蓋液滴致動器的一個或多個表面。
[0058]關(guān)于磁性反應(yīng)液珠的“不溶合”是指液珠基本保持在液滴致動器上的液滴或填充物流體中的適當(dāng)位置。例如，在一個實施例中，不溶合的液珠基本保持在適當(dāng)位置處，以允許在液滴上執(zhí)行分離操作，產(chǎn)生具有基本所有液珠的一個液滴和在液珠中基本不存在的一個液滴?！按判苑磻?yīng)”是指對磁場的反應(yīng)?！按判苑磻?yīng)液珠”包括磁性反應(yīng)材料或由其組成。磁性反應(yīng)材料的實例包括順磁性材料、鐵磁材料和變磁性材料。適當(dāng)?shù)捻槾挪牧系膶嵗ㄨF、鎳和鈷，以及諸如Fe304、BaFel2019、Co0、Ni0、Mn203、Cr203和CoMnP的金屬氧化物。
[0059]關(guān)于清潔磁性反應(yīng)液珠的“清潔”是指從與磁性反應(yīng)液珠接觸的液滴中減少與磁性反應(yīng)液珠接觸或暴露于磁性反應(yīng)液珠的一種或多種物質(zhì)的量和/或濃度。物質(zhì)的量和/或濃度的減少可以是部分的、基本完全的或者恰好完全的。物質(zhì)可以是以下各種物質(zhì)中的任一種；例如包括:用于進(jìn)一步分析的目標(biāo)物質(zhì)、諸如樣本、污染物和/或過量試劑的成分的不期望物質(zhì)。在一些實施例中，清潔操作開始于與磁性反應(yīng)液珠接觸的開始液滴，其中液滴包括物質(zhì)的初始量和初始濃度?？梢允褂酶鞣N液滴操作來進(jìn)行清潔操作。清潔操作可以產(chǎn)生包括磁性反應(yīng)液珠的液滴，其中，液滴具有小于物質(zhì)的初始量和/或初始濃度的物質(zhì)的總量和/或總濃度。在Pamula等人的于2008年10月21日授權(quán)的題為“Droplet-BasedSurface Modification and Washing”的美國專利申請第7，439，014號中描述了適當(dāng)?shù)那鍧嵓夹g(shù)的實例，其全部內(nèi)容結(jié)合與此作為參考。
[0060]術(shù)語“頂部”、“底部”、“上方”、“下方”和“上”在通篇說明書中指示液滴致動器的組件的相對位置，例如，液滴致動器的頂部基板和底部基板的相對位置。應(yīng)當(dāng)清楚，液滴致動器是起作用的，而不論其在空間的定向。
[0061]當(dāng)呈任何形式的液體(例如，移動或靜止的液滴或連續(xù)主體)被描述為在電極、陣列、基底或表面“上”、“處”或“之上”時，這種液體可以與電極/陣列/基底/表面直接接觸，或者可以與介于液體與電極/陣列/基底/表面之間一個或多個層或膜接觸。
[0062]當(dāng)液滴被描述為在液滴致動器“上”或“加載到”液滴致動器上時，應(yīng)當(dāng)理解液滴以便于將液滴致動器用于引導(dǎo)對液滴的一個或多個液滴操作的方式布置到液滴致動器上，液滴被以方便液滴的特性感測或來自液滴的信號的方式布置到液滴致動器上，和/或液滴在液滴致動器上經(jīng)歷液滴操作?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0063]圖1A、圖1B、圖1C、圖1D和圖1E示出了電極配置以及分配具有預(yù)定體積的液滴的過程的俯視圖；
[0064]圖2A、圖2B和圖2C示出了電極配置以及通過控制在液滴形成過程期間的液滴的排出來分配具有更高準(zhǔn)確度和/或精確度的體積的液滴的過程的俯視圖；
[0065]圖3A、圖3B和圖3C示出了包括中間電極的電極配置或者用于可控地分配具有更高準(zhǔn)確度和/或精確度的體積的液滴的電極配置的俯視圖；
[0066]圖4A和圖4B分別示出了液滴致動器電極配置及其在分階段的液滴分配的過程中使用的俯視圖和側(cè)視圖；
[0067]圖5示出了將物理結(jié)構(gòu)用于輔助液滴致動器中的液滴分離操作的電極配置的俯視圖；
[0068]圖6A和圖6B示出了改進(jìn)液滴致動器中的液滴分配的電極配置的俯視圖和側(cè)視圖；
[0069]圖7A和圖7B示出了被配置以通過重新配置指定的目標(biāo)電極處的間隙布局來提供改進(jìn)的液滴分配的液滴致動器的側(cè)視圖；
[0070]圖8A和圖SB示出了用于在分離或分配過程期間控制頸縮和分離的本發(fā)明的另一實施例，其中頸縮和分離電極包括金屬線軌跡；
[0071]圖9示出了包括由液滴操作電極從側(cè)面包圍的中間頸縮和分離電極配置的電極配置；
[0072]圖10示出了包括由液滴操作電極從側(cè)面包圍的中間頸縮和分離電極配置的電極
配置；
[0073]圖1lA和圖1lB分別示出了被配置以包括與用于加載/卸載操作液體的頂部基板相關(guān)聯(lián)的儲存器的液滴致動器的部分的側(cè)視圖和俯視圖；
[0074]圖12A、圖12B、圖12C和圖12D示出了包括用于輸入/輸出操作液體的儲存器的另一液滴致動器配置的側(cè)視圖；
[0075]圖13示出了包括用于輸入/輸出操作液體的儲存器的另一液滴致動器配置的側(cè)視圖；
[0076]圖14A和圖14B示出了包括用于輸入/輸出操作液體的儲存器的另一液滴致動器配置的側(cè)視圖；以及
[0077]圖15示出了包括用于輸入/輸出操作液體的儲存器的另一液滴致動器配置的側(cè)視圖。
[0078]圖16所示的曲線圖示出了在改變儲存器井的直徑時靜水壓頭需求的典型狀態(tài)?！揪唧w實施方式】
[0079]本發(fā)明提供了液滴致動器和用于引導(dǎo)液滴致動器上的液滴操作的方法。例如，本發(fā)明提供了用于改進(jìn)液滴致動器中的液滴加載、分離和/或分配的液滴致動器配置和技術(shù)。在一些情況下，本發(fā)明的液滴致動器可以包括各種改進(jìn)的電極配置。在一些實施例中，本發(fā)明的液滴致動器和方法可用于分配具有各種體積(例如，液滴的模擬計量)的液滴。在一些實施例中，本發(fā)明的液滴致動器可用于通過控制在液滴形成過程期間的液滴排出來分配具有更高準(zhǔn)確度和/或精確度的液滴。在一些實施例中，本發(fā)明的液滴致動器和方法被用于促進(jìn)分階段的液滴分配。特定實施例利用電極配置，其采用用于輔助液滴分離操作的一個或多個物理結(jié)構(gòu)。還提供了填充操作。本發(fā)明還提供了將與頂部基板相關(guān)聯(lián)的儲存器用于操作液體的輸入/輸出(I/o)的液滴致動器。本發(fā)明的操作液體I/O機(jī)構(gòu)的實施例的實例可以包括液滴致動器，其具有提供電極布置的儲存電極(例如，電濕潤電極)；頂部基板，具有相對于儲存電極定位的開口 ；以及儲存器基板，具有相對于頂部基板中的開口定位的儲存器。根據(jù)以上提供的定義，根據(jù)以下論述，本發(fā)明的其他實施例將是顯而易見的。
[0080]用于液滴的模擬計量的電極配置
[0081]圖1A和圖1B示出了電極配置100以及分配具有預(yù)定體積的液滴的過程的俯視圖。被分配液滴的體積可以以模擬或數(shù)字方式來選擇。電極配置100相對于液滴操作表面來配置，使得電極配置100中的電極可被用于引導(dǎo)液滴操作表面上的液滴操作。電極配置100包括儲存電極110，其用作液滴分配操作的液體源，位于分配電極114、118、122的配置附近。
[0082]分配電極114、118、122可被配置為分配特定液滴體積范圍內(nèi)的液滴。在示出的實施例中，分配電極包括具有標(biāo)準(zhǔn)液滴操作電極幾何形狀的電極114、具有其中帶有凹槽或凹口的標(biāo)準(zhǔn)液滴操作幾何形狀的電極118以及通常呈三角形的電極122。三角形電極122的窄端朝向儲存電極定向，并處于電極118的凹槽或凹口中。三角形電極122的寬端在諸如電極126和130的液滴操作電極(例如，介電泳電極或電濕潤電極)附近。電極配置沿通過配置中每個電極中心的軸排列，通過其可以理解，直線軸是有幫助的但不是本發(fā)明操作必須的。
[0083]圖1A示出了位于儲存電極110頂部的液體134的體積。當(dāng)電極114、電極118和三角形電極122被激活時，液滴拉伸138在儲存電極110處流出液體134的體積到達(dá)激活電極上。液滴拉伸138通常遵循激活的液滴操作電極的形狀。
[0084]液滴拉伸138的長度取決于施加到三角形電極122的電壓。施加的電壓增大，則液滴拉伸138的長度也增大。例如，當(dāng)電壓Vl被施加到三角型電極時，液滴拉伸138延伸了某一距離。當(dāng)大于電壓Vl的電壓V2被施加到三角形電極122時，液滴拉伸138延伸了某一更大的距離。當(dāng)大于電壓V2的電壓V3被施加到三角形電極122時，液滴拉伸138延伸了某一進(jìn)一步更大的距離。電壓可以在離散步驟中和/或以模擬的方式改變。
[0085]參考圖1B，一旦液滴拉伸138延伸到液滴操作表面上的期望距離，電極114和118中的一個或兩個將被去激活，而三角形電極122保持激活。中間電極的去激活使液滴138形成在三角形電極122的頂部。液滴138的體積取決于施加到三角形電極122的電壓。例如，當(dāng)電壓Vl被施加到三角形電極122時，液滴138為某一體積。當(dāng)大于電壓Vl的電壓V2被施加到三角形電極122時，液滴138具有某一更大的體積。當(dāng)大于電壓V2的電壓V3被施加到三角形電極122時，液滴138具有某一進(jìn)一步更大的體積。
[0086]圖1A和圖1B所示本發(fā)明的方面提供了一種改變在液滴致動器上分配液滴的體積的方法。體積可以以模擬方式或數(shù)字方式來改變。該方法利用一組液滴分配電極，其包括一個或多個中間電極和伸長的終端電極。通過改變施加到伸長的終端電極的電壓，分配液滴的體積將被可控地改變。伸長的終端電極可以以允許液滴拉伸的長度在伸長的電極頂部被控制的方式來配置。例如，可以通過控制視角的伸長的電極的電壓來實現(xiàn)該控制。在可選實施例中，終端電極可以被橫向地伸長或者橫向且軸向地(相對于電極路徑的軸)伸長。
[0087]伸長的電極通?？梢詾槿切?，其具有指向在分配期間液滴從母液滴中分離的區(qū)域的頂點(diǎn)?？梢允褂闷渌饾u變細(xì)的電極形狀，例如，梯形(例如，等腰梯形)、不等邊四邊形、拉長的五邊形、拉長的六邊形以及其他拉長的多邊形(例如，通常相對于沿拉長多邊形的長度延伸的中心定位軸中心對稱的拉長的多邊形)。在示出的三角形的實施例中，增大施加到三角形電極的電壓使得液滴拉伸從頂點(diǎn)向三角形的寬端延伸。因此，通過相似地控制分配電極上的電壓，可以形成較長或較短的液滴拉伸，并且可以控制被分配液滴的體積。
[0088]圖1C示出了可選實例，其中，錐形電極被一系列電極棒替代。電極配置101包括分配電極、液滴操作電極114和118以及棒配置123，其由一系列電極棒124組成。電極棒124可以以任何方式進(jìn)行定向，其中，從相對于電極118附近的棒開始并在相對于棒118的遠(yuǎn)端的電極棒124的方向延續(xù)的電極棒的順序激活將逐漸延伸電極配置123頂部的體積。一旦達(dá)到電極配置123頂部的預(yù)定體積，就可以通過去激活諸如電極118和114的中間液滴操作電極來形成液滴。在一個實施例中，電極棒124具有與相鄰的液滴操作電極118的橫向尺寸相似的橫向到軸尺寸。在一個實施例中，電極棒124具有與相鄰的液滴操作電極118的橫向尺寸幾乎相同的橫向到軸的尺寸。在一個實施例中，電極棒的軸向尺寸的范圍從相鄰液滴操作電極118的軸向尺寸的大約0.75%到大約0.01%。在另一實施例中，電極棒的軸向尺寸的范圍從相鄰液滴操作電極118的軸向尺寸的大約0.5%到大約0.1%。在另一實施例中，電極棒的軸向尺寸的范圍從相鄰液滴操作電極118的軸向尺寸的大約0.25%到大約 0.1%。
[0089]在一些情況下，控制可以通過橫跨電極產(chǎn)生的場梯度來實現(xiàn)。例如，場梯度可引起液滴拉伸隨著電壓的增加而變長。用于橫跨電極建立場梯度的其他技術(shù)的實例為使用各種電極圖案或者形狀通過介電材料的摻雜或厚度引起的電極頂部的介電材料的介電常數(shù)的梯度。以下論述實例。終端電極可以被設(shè)置在任何配置中，或者可以包括使液滴拉伸的長度取決于諸如施加到終端電極的電壓的終端電極特征的任何結(jié)構(gòu)或形狀。例如，電極在一端可以比在其他端在垂直方向更厚。進(jìn)一步，可以提供各種實施例，其中，一個或多個對電極也可以被用于控制橫跨終端電極的液滴拉長的長度。
[0090]通過文中描述的創(chuàng)新分配技術(shù)促進(jìn)的體積控制具有廣泛的各種應(yīng)用。在一個實例中，液滴體積控制促進(jìn)可變比率的混合。代替以二進(jìn)制混合樹執(zhí)行多重復(fù)雜的液滴操作以產(chǎn)生具有期望混合比率的液滴，具有期望體積的液滴可以被簡單地分配和組合。例如，如果期望混合比率為1.7比1，則具有1.7單位體積的液滴可被分配并與具有I單位體積的液滴組合。
[0091]在一些實施例中，沿伸長電極的液滴拉伸的延伸可以通過檢測液滴拉伸的程度以及在液滴拉伸達(dá)到某一預(yù)定長度時影響液滴形成來進(jìn)一步控制。這種檢測形式的實例包括視覺檢測、基于成像的檢測以及基于液滴拉伸的電特性(例如，液滴拉伸相對于周圍填充物流體的電特性)的各種檢測技術(shù)。例如，在一些實施例中，電容檢測技術(shù)可以被用于確定或監(jiān)控液滴拉伸長度。
[0092]反饋機(jī)構(gòu)可用于控制諸如液滴分離或分配的液滴形成。例如，反饋機(jī)構(gòu)可以在液滴形成過程中使用，以控制子液滴的體積。新液滴的形成需要連接兩個液體主體的彎月面的形成和分開，這通常在文中被分別稱為“頸縮”和“分離”。反饋機(jī)構(gòu)可用于監(jiān)控液滴和/或彎月面的形狀和位置，以確定分開是否將導(dǎo)致不等或不規(guī)范的液滴體積。然后可以對電壓和/或電壓調(diào)整的定時進(jìn)行調(diào)整。例如，阻抗感測可用于監(jiān)控電濕潤電極的電容性負(fù)載以推斷液滴的交疊，以及通過參考來推斷電極分離過程中由每個電極支持的體積。反饋可用于在幅值、頻率和/或形狀方面動態(tài)地改變施加的電壓，以導(dǎo)致更多的受控液滴形成。
[0093]在一個實施例中，伸長終端電極處的電容可以被監(jiān)控，以確定液滴拉伸的體積，并且在拉伸達(dá)到足以產(chǎn)生具有期望液滴體積的液滴的預(yù)定長度時，一個或多個中間電極可以被去激活。適當(dāng)電容檢測技術(shù)的實例參見Sturmer等人2008年8月21日公開的題為“Capacitance Detection in a Droplet Actuator，，的國際專利公開第 TO/2008/101194號以及 Kale 等人 2002 年 10 月 17 日公開的題為 “System and Method for DispensingLiquids”的國際專利公開第W0/2002/080822號，其全部內(nèi)容結(jié)合與此作為參考。在另一實施例中，可以通過使用獨(dú)立于用于液滴操作的電極的電極來監(jiān)控推進(jìn)接觸線的阻抗。例如，沿電極114、118、122和126的側(cè)面的伸長電極可以用于監(jiān)控推進(jìn)液滴的阻抗。這些伸長的阻抗檢測電極可以專用于阻抗的檢測，并且它們可以與液滴操作電極嚴(yán)格地共面、或者基本共面、或者在諸如頂部板的另一平面中。
[0094]在一些實施例中，使用中間電極或電極部件而不是使用終端電極來建立液滴體積的可變性。例如，參考圖1D和圖1E，分配配置150或151包括分配電極155 ;中間電極160，用于使液滴分離(在一些實施例中，可以具有文中描述的任何其他中間或液滴分離電極配置);橫向延伸的電極167或電極配置165 ;以及終端電極170。電極167或電極配置165相對于分配配置150或151中的其他電極橫向配置。分配配置150可以與一個或多個附加液滴操作電極175相關(guān)聯(lián)。在可選實施例中，電極122的定向可以被翻轉(zhuǎn)，即，頂點(diǎn)遠(yuǎn)離對應(yīng)儲存電極110定向以及寬端接近于儲存電極110定向。
[0095]在所示實施例中，該組中的電極被激活，以使液滴沿分配配置150的電極且在終端電極170上延伸。在分配配置150中，可以通過選擇性地將電壓施加到電極配置165的一個或多個子電極166來控制液滴體積。在分配配置151中,可以通過改變施加到電極167的電壓來控制液滴體積；增大電壓則由液滴覆蓋的橫向延伸電極的面積也增大。當(dāng)例如根據(jù)觀察或計算達(dá)到預(yù)定體積時，中間電極160被去激活，使得在橫向延伸電極167或電極配置165以及終端電極170上形成液滴。橫向延伸電極可以具有任何形狀。例如，它可以為圓形、卵形、矩形、菱形、星形、沙漏型等。用于相對于終端電極構(gòu)建文中描述的場梯度的各種技術(shù)中的任一種還可以相對于橫向延伸的中間電極來使用。各種技術(shù)還可以被結(jié)合到單個電極配置中和/或關(guān)于單個電極。例如，可以利用介電摻雜、介電厚度、電極摻雜、電極厚度和/或電極形狀來控制電場。橫向延伸的中間電極可以以相對于電極組的軸的一個或兩個方向延伸。在不背離本發(fā)明的情況下，附加電極可以被插入到在具體示出的實例中描述的電極之間。
[0096]在另一可選實施例中，代替為了構(gòu)建電場梯度來改變電極處的電壓，通過施加預(yù)定時間周期的預(yù)定電壓來產(chǎn)生梯度。當(dāng)然，兩種方法的組合也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。該方法適用于終端伸長電極技術(shù)以及中間橫向延伸電極技術(shù)。施加電壓的定時可以在液滴形成之前建立特定液滴拉伸長度。以這種方式，具有預(yù)定體積的液滴可以被分配。由于可以預(yù)定液滴拉伸的傳輸時間，因此定時可以被用于分配具有預(yù)定體積的液滴。作為實例，施加到伸長或橫向延伸電極的電壓的定時可用于確定液滴拉伸體積，其確定液滴體積。由于液滴拉伸從拉伸電極的一端到另一端的傳輸時間可以被預(yù)定，因此定時可用于分配具有預(yù)定體積的液滴。類似地，由于液滴覆蓋橫向延伸電極的時間隨著時間而改變，因此可以基于電極激活的持續(xù)時間來預(yù)測體積。在各種其他實施例中，施加電壓的定時可以與電壓改變相結(jié)合，以確定液滴拉伸的長度，從而確定分配的液滴的體積。
[0097]本發(fā)明提供了相關(guān)實施例，其中，電場梯度通過電極形狀和/或除電極形狀之外的手段來構(gòu)建。除形狀之外，可以通過電極的電特性和/或與電極相關(guān)聯(lián)的材料(例如，電極頂部的電介質(zhì)和/或其他涂層)的電特性來調(diào)解圖案化的場梯度。電極本身可以被圖案化，例如，如圖8中的電極805所示。電極可以由被圖案化以提供期望圖案化場梯度的不同導(dǎo)電材料來組成。具有不同電導(dǎo)率的導(dǎo)電材料和/或絕緣材料可以被圖案化，以形成產(chǎn)生圖案化場梯度的單個電極。相似地，具有不同電導(dǎo)率的導(dǎo)電材料可以被圖案化，以形成產(chǎn)生圖案化場梯度的單個電極。
[0098]與電極相關(guān)聯(lián)的材料可以以產(chǎn)生圖案化場梯度的方式進(jìn)行圖案化。位于電極頂部的介電材料可以被圖案化，以建立電極頂部的各個區(qū)域具有不同的介電常數(shù)的介電圖形。因此，介電圖形可以產(chǎn)生圖案化場梯度。電極頂部的介電材料的圖案化可以基于在介電材料中建立的厚度圖案。具有不同介電常數(shù)的材料可以在電極頂部被圖案化，以建立介電圖形。
[0099]在其他情況下，用于建立圖案化場梯度的技術(shù)可用于模擬在電極組上引導(dǎo)液滴操作或者由特定性狀的電極產(chǎn)生的液滴操作的效果。圖案化場梯度可以呈現(xiàn)模擬由具有特定形狀的電極產(chǎn)生的電場的特性，該電極的實例不限于包括圖1A的電極122、圖1C的電極配置123、圖1D的電極166、圖1E的電極167、圖8的電極805。圖案化場梯度可以呈現(xiàn)例如圖1C的電極配置165、圖2A的電極配置214、圖3A的電極配置314、圖3B的電極配置356、圖3C的電極配置165以及圖6A的電極614a、614b、614c和618的各種組合的模擬電極配置的特性。類似地，用于引導(dǎo)文中描述以及本領(lǐng)域人員已知的液滴操作的各種標(biāo)準(zhǔn)電極配置可以用諸如這里描述的影響圖案化場梯度的技術(shù)來代替或補(bǔ)充。例如，場梯度可以產(chǎn)生，其影響將液滴加載到液滴致動器中；分配來自源液滴的一個或多個液滴；將液滴分離、分隔或劃分為兩個或更多個液滴；在任一方向上將液滴從一個位置傳輸?shù)搅硪晃恢?；將兩個或更多個液滴合并或組合成單個液滴；稀釋液滴；混合液滴；攪動液滴；使液滴變形；將液滴保持在特定位置；孵化液滴；加熱液滴；蒸發(fā)液滴；冷卻液滴；布置液滴；將液滴傳輸出液滴致動器；以及上述操作的各種組合。作為實例，在液滴分離操作中，橫跨三個電極的場梯度可以被建立，使得在第一較高的電壓處，將沿伸長電極形成伸長的液滴，以及在第二較低的電壓處，液滴將被分離，產(chǎn)生兩個子代液滴。
[0100]在一個實施例中，場梯度被圖案化，以隨著時間或利用施加到電極(例如，參照圖1A和圖1B的電極122所描述的)的電壓改變來影響可控液滴拉伸。例如，終端電極處的場梯度可以以隨著時間或利用施加到電極的電壓改變影響可控液滴拉伸的方式來改變。在另一實例中，終端電極可使用諸如參照圖8的電極805描述的軌跡技術(shù)來配置，其隨著時間或利用施加到電極的電壓改變影響可控液滴拉伸。
[0101]圖2A、圖2B和圖2C示出了電極配置200以及通過在液滴形成過程期間控制液滴的排出來分配具有更高準(zhǔn)確度和/或精度體積的液滴的過程的俯視圖。電極配置200包括電極210a和210b (例如，電濕潤電極)，它們之間配置有中間液滴分離電極配置214。在所示實施例中，中間電極配置214由兩個橫向電極218 (例如，具有半圓形幾何形狀的橫向電極218a和218b)以及布置在兩個橫向電極之間的頸縮電極222 (例如，具有沙漏型幾何形狀)形成，如圖2A、2B和2C所示。
[0102]圖2A、圖2B和圖2C示出了使用電極配置200執(zhí)行液滴分離操作的一系列步驟。首先，如圖2A所示，通過激活電極210a、電極配置214的所有部分和電極210b橫跨電極配置200形成伸長的液滴230。然后，如圖2B所示，去激活電極218a和218b，而電極配置200中的所有其他電極都保持激活。電極218a和218b的去激活開始了頸縮過程，其中，中間電極配置214頂部的液滴230的中間區(qū)域的寬度被縮小。液滴230仍然從電極218a到電極218b橫跨電極配置200 ;然而，可拉長體(slug) 230的頸部234的寬度通過遵照頸縮電極222的形狀可控地縮小。第三，如圖2C所示，頸縮電極222被去激活，而電極218a和218b保持激活。在過程中的該點(diǎn)處，整個中間電極214被去激活，使得頸部234被分開，產(chǎn)生兩個子代液滴230a和230b。電極210a和210b中的每一個都可以被較大的儲存電極所替代。附加電極可以被插入到在具體示出的實例中描述的電極中，而不背離本發(fā)明。
[0103]圖2所示的實施例示出了在液滴分配期間控制頸縮以產(chǎn)生具有預(yù)定體積的一個或多個子代液滴的各個實施例。在這些實施例中，提供了液滴操作電極的路徑。路徑包括一個或多個中間電極配置。液滴分離發(fā)生在中間電極配置處。中間電極配置被配置為允許多步液滴頸縮和分離的操作。一般而言，通過順序去激活從液滴邊緣附近的電極開始的電極(例如，電極218a和218b)并持續(xù)到中心定位的電極(例如，電極222)來影響受控的頸縮和分離。
[0104]本發(fā)明提供了相關(guān)實施例，其中，電場被可控地操作，以從液滴的頸部區(qū)域的外部邊緣到液滴的頸部的中心區(qū)域縮小電場，從而產(chǎn)生相似的受控頸縮和分離過程。例如，在一些實施例中，可以設(shè)置單個中心電極，并且中心電極頂部的介電材料可以建立介電外形，其隨著中心電極處電壓的減小而實現(xiàn)可控的頸縮和分離。在另一實施例中，可以設(shè)置單個中間電極，電極本身可以以隨著中心電極處電壓的減小影響可控的頸縮和分離的方式來進(jìn)行摻雜、圖案化、成形和/或空間定向。在又一實施例中，分離電極可使用如參照圖8描述的軌跡技術(shù)來配置，以隨著電極上電壓的減小來提供可控頸縮。
[0105]文中描述的圖案化場梯度技術(shù)可用于實現(xiàn)與通過電極配置214實現(xiàn)的過程相似的逐步受控的頸縮和分離過程。例如，電極214可以被諸如電極210a的標(biāo)準(zhǔn)液滴操作電極來代替。圖案化的場梯度技術(shù)可以產(chǎn)生一個場梯度，其中，如圖2A所示，在第一較高的電壓處使液滴可以橫跨三個電極。然后，在第二降低的電壓處使液滴遵循與如圖2B所示圖案相似的第二電濕潤圖案。如圖2C所示的，在第三進(jìn)一步降低或去激活的電壓處，使頸部分開，在側(cè)面電極上形成2個子代液滴。類似地，可以將圖案化場梯度用于模擬或基本模擬的頸縮和分離過程，其中，液滴頸部逐漸變窄，然后隨著施加到電極的電壓以模擬或基本模擬的方式減小時分開。
[0106]圖3A示出了包括用于可控地分配具有更高準(zhǔn)確度和/或精確度體積的液滴的中間電極配置314的電極配置300的俯視圖。中間電極配置314通過在液滴形成過程期間控制從伸長液滴的頸部區(qū)域的液體排出來增強(qiáng)液滴體積的準(zhǔn)確度和/或精度。電極配置300包括電極310a和310b (BP,電濕潤電極)和布置于其間的中間液滴分離電極配置314。中間電極配置314包括一組頸縮電極322。
[0107]頸縮電極322通常以允許其模擬在分離操作期間液滴頸部的邊緣曲線的方式來成形。在所示實施例中，三個頸縮電極322A、322B、322C被設(shè)置在中心頸縮電極318的每一偵U。頸縮電極322通常在液滴頸部的邊緣方向上凸出。在存在中心頸縮電極318的情況下，頸縮電極322通常將在遠(yuǎn)離頸縮電極318的方向上凸出。在不存在中心頸縮電極318的情況下，頸縮電極322通常以遠(yuǎn)離從電極310A的中心定位點(diǎn)到電極310B的中心定位點(diǎn)延伸的中心軸地突出。中心頸縮電極318通常是對稱的并且相對于頸縮電極322中心定位。在所示實施例中，中心頸縮電極318通常是直線的；然而，應(yīng)當(dāng)清楚，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，其他幾何形狀是可能的。例如，中心頸縮電極318可以具有類似于圖2中的電極322的沙漏形狀。中心頸縮電極318也可以為以下如圖9所示的I型。
[0108]相比于圖2的中間電極配置214，圖3A的中間電極配置314示出了電極更好的圖案化(即，更好的梯度)。中間電極配置314的每個電極段被獨(dú)立控制，或者可選地，匹配組可以被一起獨(dú)立控制。例如，中間電極318每一側(cè)上的電極322A可被一起控制，電極322B可被一起控制，以及電極322C可被一起控制。結(jié)果，在液滴形成期間每個電極對的去激活可以以以被選擇以控制伸長液滴(未示出)的頸部體積(即，排出)的去激活順序來實現(xiàn)。
[0109]在操作中，所有電極3IOA和3IOB以及中間電極314中的一些或所有可被激活，以橫跨電極配置300伸長液滴。中間電極可被順序地去激活，以可控地引起頸縮和分離液滴形成操作。例如，去激活電極322A，接著去激活電極322B ;然后去激活電極322C，然后去激活中心頸縮電極318。隨著每組電極被順序地去激活，伸長液滴的頸部直徑逐漸變窄并分開。在分離操作期間控制液體從液滴頸部排出將提高分配液滴體積的準(zhǔn)確度和/或精度。電極310a和310b中的每一個都可以被較大的儲存電極代替。在不背離本發(fā)明的情況下，附加電極可被插入到在具體示出的實例中描述的電極之間。
[0110]圖3B示出了包括被配置用于分配液滴的中間電極配置354的電極配置350的俯視圖。由于在液滴形成期間對中間電極354進(jìn)行的頸縮過程的控制，因此使用電極配置350分配的液滴可具有更高準(zhǔn)確度和/或精度的體積。
[0111]電極配置350包括電極310A和310B (例如，電濕潤電極)。中間電極配置354布置在電極3IOA和3IOB之間。中間電極配置354包括一組幾何形狀相似的三角形電極354。電極354被布置以形成正方形。應(yīng)當(dāng)理解，各種可選布置是可能的?？梢允褂枚嘤谒膫€的三角電極。三角電極可以相對于圖3B所示的三角電極伸長或縮短，例如，圖3C中所示的伸長的電極356。
[0112]如圖所示，中間電極配置包括電極354A和電極354B。電極354A被配置以在液滴分離操作期間幫助控制伸長液滴的頸縮。電極354A包括通常彼此平行并與伸長液滴的外部邊緣相鄰的外部邊緣。每個電極354A均具有指向中間電極配置354中的一般中心點(diǎn)的頂點(diǎn)。電極354B的配置與電極354A的配置通常相同，除了電極354B以相對于電極354A的直角布置。電極354A和354B—起形成了中間電極配置354，其通常為正方形。在可選實施例中，配置的整體形狀可以為沙漏型(例如,類似于圖2A中的電極222)或H型(例如，類似于圖9中的電極905a)。
[0113]中間電極配置354的每個電極都可以被單獨(dú)控制?？蛇x地，電極354A可以被一起控制，而電極354B可以被一起控制。在液滴形成期間電極354A的去激活幫助控制液滴頸縮和分離。在分離操作中，電極310A、310B和電極配置354可以被激活，以使伸長液滴橫跨電極配置350延伸。電極354A可以被去激活，以開始頸縮。電極354B可以被去激活以實現(xiàn)液滴分離，生成兩個子代液滴。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本公開可以容易地想到具有更多三角形電極的類似實施例。
[0114]圖3C示出了與圖3B所示配置基本相同的電極配置，除了中間電極配置354沿著液滴路徑的方向伸長。
[0115]如其他實例，可以通過檢測被形成液滴的體積、頸縮范圍或其他參數(shù)并以精確控制生成液滴的體積的方式影響液滴形成來進(jìn)一步控制橫向排出和液滴形成。這種檢測形式的實例包括視覺檢測、基于成像的檢測以及基于液滴拉伸的電特性(例如，液滴拉伸相對于周圍填充物流體的電特性)的各種檢測技術(shù)。例如，電容檢測技術(shù)可用在用于確定或監(jiān)控橫向排出和/或液滴形成的一些實施例中。例如，可以基于分配液滴的檢測體積來控制施加到頸縮電極或電極配置的電壓。
[0116]盡管參照形成具有基本相同體積的兩個子代液滴的液滴分流操作描述了如圖3所示的配置，但相似的配置可用于液滴分配操作。一般而言，在液滴分配操作中，橫向電極(例如，310A和310B)將具有不同的尺寸。例如，一個外部電極可以具有儲存電極的尺寸和形狀，而其他電極可以是標(biāo)準(zhǔn)液滴操作電極。
[0117]此外，雖然示出了具有單個中間電極配置的實例，但也可以是多個中間電極配置。例如，在一個實施例中，電極路徑包括散布有一個或多個中間電極配置的多個液滴操作電極。組中的所有電極都可以被激活，以使液滴沿電極路徑延伸。然后，可以以分段方式將諸如參照圖3描述的中間電極配置去激活，以可控地形成多個液滴。如其他配置，諸如電極摻雜、介電摻雜、電極厚度、介電厚度、軌跡電極、對電極和其他技術(shù)的可選技術(shù)可被用于模擬通過所描述電極配置實現(xiàn)的可控分離。
[0118]圖4A和圖4B分別示出了液滴致動器電極配置400的俯視圖和側(cè)視圖。電極配置400提供了 “分段的”液滴分配過程。液滴致動器400包括底部基板410和頂部基板414?；?10和414以基本平行的方式布置并被分開以在其間提供間隙416。包括與一組分配電極426(例如，電濕潤電極)相鄰的儲存電極422的第一液滴分配配置418與底部基板410相關(guān)聯(lián)。第一液滴分配配置418的電極426被布置在第二液滴分配配置430附近，使得可以使用液滴操作將通過第一液滴分配配置418分配的液滴傳輸?shù)降诙旱畏峙渑渲?30中。附加液滴操作電極(未示出)可以被插入到位置B。
[0119]在一個實施例中，第二液滴分配配置430具有不同于第一液滴分配配置418的特征的一個或多個特征。例如，第二液滴分配配置430可以包括具有相對于第一液滴分配配置418的儲存電極的尺寸不同的尺寸的儲存電極。類似地，第二液滴分配配置430可以包括具有與第一液滴分配配置418的液滴操作電極的尺寸不同的尺寸的液滴操作電極。作為另一實例，第二液滴分配配置430可以包括具有與第一液滴分配配置418的間隙高度不同的高度的間隙417。在各個實施例中，都存在這些尺寸不同的一些或全部。
[0120]類似地，在特定實施例中，第二液滴分配配置430具有小于第一液滴分配配置418的對應(yīng)特征的一個或多個特征。例如，第二液滴分配配置430可以包括具有相對于第一液滴分配配置418的儲存電極的尺寸更小的尺寸的儲存電極。類似地，第二液滴分配配置430可以包括具有相對于第一液滴分配配置418的液滴操作電極的尺寸更小的尺寸的液滴操作電極。作為另一實例，第二液滴分配配置430可以包括具有相對于第一液滴分配配置418的間隙的高度更小的高度的間隙417。在各個實施例中，都存在這些尺寸不同的一些或全部。
[0121]在另一實施例中,第二液滴分配配置430具有與第一液滴分配配置418基本相同的特征。
[0122]在第二液滴分配配置430的間隙高度不同于第一液滴分配配置418的間隙高度的情況下，可以使用不同方式來實現(xiàn)高度的不同。在一個實例中，可以通過改變頂部基板414的外形來改變間隙416的外形。例如，頂部基板414的厚度可以在轉(zhuǎn)變點(diǎn)442 (例如，臺階)處改變，使得頂部基板414在第一液滴分配配置418的區(qū)域中具有特定厚度，以及在第二液滴分配配置430的區(qū)域中具有不同的厚度。在該實例中，間隙416的高度可以與頂部基板414的厚度成反比。因此，間隙416在第一液滴分配配置418的區(qū)域中具有特定高度，以及在第二液滴分配配置430的區(qū)域中具有不同的高度。
[0123]由于在液滴致動器400中分配的液滴的體積與諸如液滴操作電極尺寸和/或間隙高度的液滴分配配置的特征成比例，因此可以根據(jù)不同尺寸的液滴分配配置來分配具有不同體積的液滴。例如，在一個實施例中，第一液滴分配配置418被配置為分配具有比由第二液滴分配配置430分配的液滴更大的體積的液滴。以這種方式，可以由第一液滴分配配置418分配大液滴，并傳輸?shù)降诙旱畏峙渑渲?30的儲存電極434。相對較小的液滴可以由第二液滴分配配置430來分配。
[0124]以這種方式，液滴致動器400提供了用于“階段”液滴分配的機(jī)構(gòu)，其中，在該實例中，每個連續(xù)的階段產(chǎn)生比前一階段更小的液滴。液滴致動器400不僅限于兩個液滴分配階段。液滴致動器400可以包括任意數(shù)量的液滴分配階段，從而提供逐漸越來越小的液滴的多個階段。以這種方式，從較大液體體積和較大液滴到較小液體體積和較小液滴的縮放可以在同一液滴致動器中實現(xiàn)。
[0125]此外，被分配液滴的體積可以取決于分配電極頂部的液滴的體積。本發(fā)明的階段分配方法可用于將第二分配電極頂部的液體體積保持在預(yù)定范圍內(nèi)，以將由第二分配電極分配的液滴保持在預(yù)定液滴體積內(nèi)。將由第二分配電極分配的液滴保持在預(yù)定液滴體積內(nèi)可以導(dǎo)致使用第二分配配置430分配的液滴的更高準(zhǔn)確度和/或精度。
[0126]在操作中，電極422和426可用于從液滴450中分配具有第一體積的子代液滴?？梢允褂美脙Υ骐姌O和液滴分配電極從父代液滴中分配子代液滴的各種技術(shù)。在一種這樣的技術(shù)中，電極422和426被激活，以使父代液滴沿電極426的路徑延伸。電極426中間的一個或多個可以被去激活，以在電極426的路徑上產(chǎn)生一個子代液滴。在該實施例中也可以使用為可控地頸縮和分離設(shè)計的中間電極。還可以包括為控制分配的體積設(shè)計的終端電極?？梢允褂靡旱尾僮髟趦Υ骐姌O434上傳輸子代液滴。
[0127]以這種方式，儲存電極434可以可控地提供液體。因此，可以將液滴454的體積建立在預(yù)定范圍內(nèi)，以提高由液滴分配配置438分配的液滴的準(zhǔn)確度和/或精度。類似地，在間隙416和/或液滴操作電極438沿第二液滴分配配置430相對于沿液滴分配配置418的液滴操作電極426變小的實施例中,可以由液滴分配配置430來分配較小體積的液滴。在一個實例中，沿第一液滴分配配置418形成的液滴可以具有幾微升的體積，以及沿第二液滴分配配置430形成的液滴可以具有幾納升的體積。[0128]圖5示出了將物理結(jié)構(gòu)用于輔助液滴致動器中的液滴分離操作的電極配置的俯視圖。液滴配置500可以包括諸如陣列或格柵的電極(例如，電濕潤電極)配置510。如圖所示，電極配置500包括電極510的通道1、通道2和通道3。附加物理阻擋物514在通道2處被集成到電極配置500中，來代替通道2中的電極510。在一個實例中，阻擋物514可以由例如干膜焊接掩模的襯墊材料構(gòu)成。
[0129]在操作中，當(dāng)伸長的液滴518沿著電極510的格柵傳輸時，阻擋物514與伸長的液滴518相交，使得伸長的液滴518被分成兩個液滴522。更具體地，在第一步驟中，形成橫跨三個電極510的伸長的液滴518。在第二步驟中，伸長的液滴518經(jīng)由電濕潤操作沿電極510向阻擋物514傳輸。在第三步驟中，阻擋物514與伸長的液滴518相交。在第四步驟中，伸長的液滴518沿電極510的傳輸繼續(xù)，直至由于阻擋物514的動作而產(chǎn)生分離，這導(dǎo)致兩個子代液滴522的形成。阻擋物514產(chǎn)生可再生的分離操作，該操作產(chǎn)生每一個均具有基本同樣體積的子代液滴。
[0130]在可選實施例中，伸長的液滴518可以橫跨任意數(shù)量的電極510和/或電極可以具有各種尺寸中的任一個，使得伸長的液滴可以經(jīng)由阻擋物514在沿伸長液滴518的任意點(diǎn)范圍內(nèi)分開。換句話說，液滴分開的點(diǎn)可以被改變，以產(chǎn)生子代液滴，例如，2:1的分離比、3:1的分離比、4:1的分離比等。物理分隔物可以是如圖5所示的伸長分隔物，或者例如從底部基板向液滴致動器的頂部基板延伸的柱狀物的較短分隔物。物理分隔物可以從底部基板向物理分隔物的頂部基板延伸，或者可以在其間填充任何足夠的空間以使液滴分離。如圖5所示，電極可以從物理分隔物的區(qū)域省略，在其他情況下，電極可以位于物理分隔物之下。
[0131]圖6A示出了與分配液滴相結(jié)合的填裝操作用在液滴致動器中的電極配置600的俯視圖。圖6A示出了為裝載液體608而定位在儲存電極610處的填裝入口 606，其在電極614 (例如，電濕潤電極)的路徑附近。此外,如圖6A所示，沿電極614的路徑布置有兩個側(cè)面電極618。兩個側(cè)面電極618用于:(I)在液滴分離操作期間輔助液體的“拉”回，以及
(2)在液滴頸縮和分離操作期間增強(qiáng)排出?？蛇x地，應(yīng)當(dāng)理解，電極618可用于控制分配液滴的體積，而電極614a用于分離液滴。
[0132]在操作中，首先電極614 (例如，電極614a、614b、614c和614d)的路徑全部被激活，并且液滴延伸608從儲存電極610沿電極614a、614b、614c和614d流動。側(cè)面電極618首先被去激活。一旦形成了液滴延伸，就通過激活作為中間電極的中間電極614c以及激活兩個側(cè)面電極618在電極614處分配液滴。各種激活順序都是可能的。側(cè)面電極618可以隨著中間電極614c的去激活而激活。側(cè)面電極618可以與中間電極614c的去激活基本同步地激活。根據(jù)本發(fā)明可以使用在電極630處可靠地產(chǎn)生液滴的任何激活順序。
[0133]側(cè)面電極618可以在電極614a處提供輔助液滴形成的“拉”動作。側(cè)面電極618可以提供液體可排出的位置，還輔助液滴分離操作。在液滴分離操作期間控制液體從液滴的頸部排出可以提高分配液滴體積的準(zhǔn)確度和/或精度。在可選配置中，電極618可以與電極614b連接作為單個側(cè)面排出電極。
[0134]如其他實例，可以通過橫跨側(cè)面排出電極產(chǎn)生的場梯度來實現(xiàn)排出的控制。例如，場梯度可以隨著電壓的增大而導(dǎo)致橫跨側(cè)面排出電極的液滴拉伸的變長。用于建立橫跨側(cè)面電極的場梯度的另一技術(shù)的實例是使用各種電極圖案或形狀由介電材料的摻雜或厚度引起的電極頂部的介電材料的介電常數(shù)的梯度?？梢砸匀魏闻渲脕硖峁﹤?cè)面排出電極，或者側(cè)面排出電極可以包括使液滴延伸的長度取決于諸如施加到終端電極的電壓的終端電極的特性的任何結(jié)構(gòu)或形狀。例如，電極可以是垂直中心較厚而朝向側(cè)面延伸變薄。此外，可以提供各種實施例，其中，一個或多個對電極也用于控制橫跨終端電極的液滴延伸的長度。
[0135]如其他實例，可以進(jìn)一步通過檢測液滴延伸范圍并在液滴延伸達(dá)到某一預(yù)定長度時實現(xiàn)液滴形成來控制側(cè)面排出和液滴形成。這種檢測形式的實例包括視覺檢測、基于成像的檢測和基于液滴延伸的電特性(例如，液滴延伸相對于周圍填充物流體的電特性)的各種檢測。例如，電容檢測技術(shù)可用在用于確定和/或監(jiān)控側(cè)面排出和/或液滴形成的一些實施例中。例如，可以基于分配液滴的檢測電壓來控制施加到側(cè)面排出電極的電壓。
[0136]圖6B示出了電極配置640的俯視圖。圖6B示出了被配置以在儲存電極650處加載液體648的填裝入口 646。例如，填裝入口 646可以被設(shè)置在液滴致動器的頂部基板中。儲存電極650位于第二儲存電極654附近，以形成儲存電極對。在一些實施例中，儲存電極650和654可以具有互鎖的榫舌(656)凹口(657)幾何結(jié)構(gòu)或者沿它們的公共邊緣交錯對插。儲存電極654在被配置用于從儲存電極645分配液滴的電極658 (例如，電濕潤電極)的路徑附近。
[0137]在操作中，電極658 (例如，電極658a、658b和658c)被激活，以隨著來自儲存電極650和儲存電極654的液體沿著電極658a、658b和658c流動來形成液滴延伸648。一旦形成了液滴延伸，就可以通過去激活中間電極658a使液滴在電極658b處分配。電極658c可以保持被激活，以提供輔助液滴分離操作的“拉”動作。因此，“液滴”(未示出)可以在電極658b和658c處形成。
[0138]圖7A示出了被配置用于通過修改指定目標(biāo)電極處的間隙布局來提供改進(jìn)的液滴分配的液滴致動器700的側(cè)視圖。液滴致動器700包括頂部基板710和底部基板722。通過間隙723隔開頂部基板710與底部基板722。頂部基板710與被配置以用作設(shè)置在間隙中的液滴接地的接地電極714相關(guān)聯(lián)。底部基板722包括液滴操作電極726，以適當(dāng)?shù)姆绞脚渲糜糜谠陂g隙中引導(dǎo)一個或多個液滴操作。兩個基板均包括面向間隙的介電層718，作為液滴致動器的典型方式，介電層可以疏水的或者可以被疏水涂層(未示出)覆蓋。位于間隙723中的液滴740 (圖7B)可以在液滴操作表面719上進(jìn)行液滴操作。
[0139]本發(fā)明在液滴操作表面719和/或上表面720中設(shè)置了凹陷區(qū)域734，例如，凹陷區(qū)(divot)。凹陷區(qū)域734可以位于一個或多個液滴操作電極的頂部。例如，所圖所示，凹陷區(qū)域734位于電極726d頂部。凹陷區(qū)域734可以以穩(wěn)定電極頂部液滴的方式來配置。例如，凹陷區(qū)域734可以以液滴分離期間穩(wěn)定電極頂部液滴的方式來配置。
[0140]凹陷區(qū)域734可以以相對于缺少凹陷區(qū)域的對應(yīng)配置提高液滴在電極處的穩(wěn)定性的方式在通常電極頂部的基板的表面處呈現(xiàn)物理外形的任何改變。提供足以提高液滴在電極處穩(wěn)定性的凹陷區(qū)域的任何配置都將滿足要求。凹陷區(qū)域的尺寸和形狀可以改變。凹陷區(qū)域通?？梢耘c相關(guān)電極的形狀和尺寸相對應(yīng)；然而，與相關(guān)電極的形狀和尺寸嚴(yán)格對應(yīng)的凹陷區(qū)域的形狀和尺寸不是必須的。提供液滴在電極處增強(qiáng)穩(wěn)定性的充分重疊將滿足要求。凹陷區(qū)域的尺寸和形狀可以被選擇，以提高分配液滴體積的準(zhǔn)確度和/或精度。
[0141]圖7B示出了液滴分配操作期間使用的液滴致動器700的側(cè)視圖。在操作中，與凹陷區(qū)域相關(guān)聯(lián)的電極相鄰的電極可以被激活，并且中間電極可以被去激活，以使位于凹陷區(qū)域的液滴形成。如圖所示，電極726a、726b、726c和726d被激活，以使液滴延伸流過被激活的電極。電極726c被去激活，以使位于電極726d頂部的凹陷區(qū)域734中的液滴形成。由于凹口 734處具有較大間隙，因此液體固有地趨向于保持在凹口 734中。此外，凹口 734處的壓力差有助于拉住液滴或者使液滴流入凹口 734。
[0142]可以設(shè)置多個凹陷區(qū)域。例如，凹陷區(qū)域可以被設(shè)置在電極726b的頂部(未示出)或726d的頂部(如圖所示)。液滴可以設(shè)置在激活的電極726b、726c和726d的頂部。電極726c可以去激活，以使液滴分離，產(chǎn)生子液滴，一個在電極726b頂部的凹陷區(qū)域734中，另一個在電極726b頂部的凹陷區(qū)域(未示出)中。凹陷區(qū)域的尺寸和形狀可以被選擇，以提高子代液滴體積的準(zhǔn)確度和/或精度。
[0143]本領(lǐng)域技術(shù)人員考慮到文中提供的公開應(yīng)當(dāng)了解各種可選配置。例如，在一些實施例中，凹陷區(qū)域可以與多個電極相關(guān)聯(lián)。凹陷區(qū)域可以與2、3、4或更多個電極相關(guān)聯(lián)。液滴分離操作可以在拉伸的凹陷區(qū)域中產(chǎn)生位于2、3、4或更多個電極頂部的液滴。在另一實施例中，單個液滴致動器可以包括具有不同尺寸和/或與不同數(shù)量電極相關(guān)聯(lián)的各種凹陷區(qū)域。凹陷區(qū)域可以被設(shè)置作為介電層中的缺口。區(qū)域可以被設(shè)置為介電層和電極中的缺口。區(qū)域可以被設(shè)置為介電層、電極以及基板材料中的缺口。區(qū)域可以被設(shè)置為介電層和基板材料中的缺口。凹陷區(qū)域可設(shè)置在底部基板、頂部基板或頂部基板和底部基板中。
[0144]圖8示出了液滴分離或分配過程期間控制頸縮和分離的另一實施例。在該實施例中，頸縮和分離電極包括金屬線軌跡，其中，金屬線在中心區(qū)域間隔更密且在外圍區(qū)域間隔更稀疏。隨著施加到頸縮和分離電極的電壓被較小，頸部直徑被可控地縮小，從而提高子代液滴體積的準(zhǔn)確度和/或精度。圖中還示出了用于布置中間頸縮和分離電極的可選配置，其可用于文中描述的任何其他實施例。電壓可施加到沿軌跡的任一點(diǎn)。在一個實施例中，將電壓施加到軌跡的接觸通常中心定位。
[0145]圖8A示出了適用于液滴分離的布置。電極配置800包括在頸縮和分離電極805側(cè)面的液滴操作電極810a和810b。在操作中，所有三個電極可以被激活，以使液滴橫跨電極配置800拉伸。施加到電極805的電壓可以逐步地減小，以控制液滴的頸縮和分離，在電極810a和810b的頂部生成兩個子代液滴。
[0146]圖SB示出了適于液滴分配的布置。電極配置880包括儲存電極816、插入液滴操作電極810a、頸縮和分離電極805以及配對操作電極810b。儲存電極816與液滴操作電極810a相鄰，該液滴操作電極與液滴操作電極810b附近的頸縮和分離電極805相鄰。在操作中，液滴可以被提供到儲存電極816頂部。配置840中的所有電極都可以被激活，使液滴延伸從儲存電極816開始拉伸，流過電極805和810b。施加到電極805的電壓可以逐步減小，以控制液滴的頸縮和分離，在電極810b頂部生成液滴。
[0147]應(yīng)當(dāng)理解，這些配置中的軌跡電極可以被文中描述的用于控制頸縮和分離的其他電極所代替。文中描述的用于創(chuàng)建場梯度的其他技術(shù)可用于代替軌跡電極。此外，作為其他實例，可以監(jiān)控液滴形成和相關(guān)參數(shù)，并且可以控制施加到分離電極的電壓，以提高分配液滴體積的準(zhǔn)確度和/或精度。
[0148]圖9示出了與圖2所示電極配置200相似的電極配置900。配置900包括與兩個液滴操作電極910側(cè)面相鄰的中間頸縮和分離電極配置905。頸縮和分離電極配置905包括內(nèi)部I型電極905a和外部電極905b。在操作中，電極配置900的所有電極都可以被激活，以形成橫跨電極配置頂部的伸長液滴。電極905b可以被去激活，以開始伸長液滴的頸縮。電極905a可以被去激活，以開始伸長液滴的分離，在電極910頂部產(chǎn)生兩個子代液滴。液滴分離操作期間控制液體從液滴頸部的排出可以提高液體液滴的準(zhǔn)確度和/或精度。
[0149]圖10示出了與圖3所示電極配置300相似的電極配置1000。配置1000包括與兩個液滴操作電極1010側(cè)面相鄰的中間頸縮和分離電極配置1005。頸縮和分離電極配置包括一系列通常為直線或伸長的電極，其包括中心電極1005a、中間側(cè)面電極1005b和外部側(cè)面電極1005c。在操作中，電極配置1000的所有電極可以被激活，以形成橫跨電極配置頂部的伸長液滴。外部側(cè)面電極1005c可以被去激活，以開始頸縮過程。中間側(cè)面電極1005b可以被去激活，以繼續(xù)頸縮過程。中心電極1005a可以被開始，以完成分離過程，在電極1010頂部生成兩個液滴。在液滴分離操作期間控制從液滴頸部的液體排出可以提高液滴體積的準(zhǔn)確度和/或精度。
[0150]圖1IA和圖1lB分別示出了液滴致動器1100的一部分的側(cè)視圖和俯視圖。液滴致動器1100包括與頂部基板1122相關(guān)聯(lián)的用于操作液滴I/O的儲存器基板1130。儲存器基板1130可以與頂部基板1122相結(jié)合或耦合到頂部基板1122。液滴致動器1100包括具有儲存電極1114的底部基板1110。儲存電極1114提供電極1118 (例如，電濕潤電極1118a和1118b)的布置。頂部基板1122包括開口 1126，其提供適于將來自儲存器1134的液體傳輸?shù)诫姌O1114附近或與電極1114接觸的路徑。儲存器基板1130包括儲存器1134 (其可以閉合，部分閉合或打開)。一些樣本液體1138(操作液體1138)可以被容納在儲存器1134中。
[0151]配置中的各種參數(shù)可以被調(diào)整，以控制分配結(jié)果。這種參數(shù)的實例包括:在底部基板Iio和頂部基板122之間的間隙h ;儲存電極114的寬度W ;頂部基板122中開口 126的直徑Dl ;儲存器134的直徑D2和儲存器的一般幾何形狀；儲存器134中操作液體138的高度H ;填充物流體的表面張力Yo ;操作液滴138的表面張力 I ;操作液滴138與填充物流體的界面張力YLO ;液滴致動器表面的臨界表面張力Y solid ;液滴致動器表面上的液體接觸角度Θ s ;儲存器基板壁的臨界表面張力Ywell ;儲存器基板壁上的液體接觸角度Θ w ;施加電壓V ;施加電壓處的接觸角度Θ V ;施加電壓的類型，即，AC或DC ;油月牙面；頂部基板中的開口相對于儲存電極的位置；以及電極切換順序。
[0152]根據(jù)儲存器的動作(即，輸入或輸出)，有利地相對于儲存電極來調(diào)整底部基板(和儲存器)的開口。例如，為了作為廢液儲存器，優(yōu)選地開口與臨近儲存電極的第一電極重疊地定位，例如如圖12所示。這種開口位置與在“布置”操作中使用的電極切換順序的組合防止從儲存器進(jìn)行分配的任何疏漏。
[0153]廢液儲存器可以做的盡可能大，以容納大量廢液。將儲存器做的較大降低了儲存器處的壓力，這使得丟棄的液滴容易流入儲存器，并防止從廢液儲存器進(jìn)行分配的任何疏漏。將參照圖12A、圖12B、圖12C和圖12D更詳細(xì)地描述儲存器位置的一個實例。
[0154]圖12A、圖12B、圖12C和圖12D示出了液滴致動器1200的側(cè)視圖。液滴致動器1200包括頂部基板之上的用于操作液體I/O的儲存器基板。液滴致動器1200與圖1A和圖1B的液滴致動器1100基本相同，除了液滴致動器1200具有適于通過使用特定電極切換順序處置液滴(例如，液滴1210)的特定儲存器(1134)至開口( 1126)位置。優(yōu)選地，廢液滴為單位尺寸(直徑通常為單位電極的尺寸)或單位尺寸的兩倍(2X)。在一些實施例中，廢液滴可以是單位尺寸的幾倍。對于處置2X液滴，改變切換順序，使得兩個電極同時保持ON:OFF, ON, ON ；0N, ON, OFF ；0N, OFF, OFF ；0FF, OFF, OFF。
[0155]在類似的實施例中，頂部基板中的開口與第一電極和儲存電極基本重疊是不必要的。在這種情況下，IX液滴的切換順序為:0FF，ON ；0N, OFF ；0FF, OFF ;以及2 X液滴的切換順序為:0N，ON ；0N, ON ；0FF, OFF?？蛇x地，I X或2X液滴切換順序可以被用于更大的液滴。該實施例還可以利用四個電極(未示出)來分配液滴，例如，使用切換順序:0N，0N，0FF，OFF ；0N, ON, ON, OFF ；0N, OFF, OFF, ON。
[0156]圖12A示出了順序的第一步驟，其中，儲存電極114關(guān)閉，電極1118a關(guān)閉，以及電極1118b關(guān)閉。在這個步驟中，一些操作液體1138保持在儲存器1134中。圖12B示出了順序的第二步驟，其中，儲存電極1114打開，電極1118a關(guān)閉以及電極1118b關(guān)閉。在這個步驟中，一些操作液體1138通過開口 1126從儲存器中拉出到儲存電極1114上。圖12C示出了順序的第三步驟，其中，儲存電極1114關(guān)閉，電極1118a打開以及電極1118b關(guān)閉。在這個步驟中，由于電極1118a的拉動作，從儲存電極1114分配液滴1210到電極1118a上。圖12D示出了順序的第四步驟，其中，儲存電極1114關(guān)閉，電極1118a關(guān)閉以及電極1118b打開。在這個步驟中，由于電極1118b的拉動作，將液滴1210從電極1118a傳輸?shù)诫姌O 1118b。
[0157]另一實例切換順序為:0N，ON,OFF, OFF ；0N, ON, ON, OFF ；0FF, ON, ON, ON ；0N, OFF,OFF, ON。儲存電極關(guān)閉的第三狀態(tài)“OFF，ON, ON, ON”允許指狀物容易地延伸到第四電極。在典型操作中，這種狀態(tài)僅保持一秒中的一段時間(例如，大約1/4或大約1/8秒)。
[0158]為了進(jìn)入廢液井1134，液滴必須首先克服在儲存器和頂部基板開口之間的壓力差，然后克服開口與液滴致動器內(nèi)部之間的壓力差。這些壓力差可以通過由液體產(chǎn)生的靜水壓頭來克服。
[0159]本發(fā)明還提供了儲存器直徑足夠大以接受小、中和大體積吸管管嘴，而不必使用專用小直徑凝膠涂覆管嘴的實施例。在一些實施例中，儲存器直徑應(yīng)當(dāng)大于大約I毫米(_)。為了進(jìn)一步避免儲存器基板的頂部表面潮濕，儲存器的直徑可以根據(jù)例如將裝載的液體的體積而變得更大。大于等于約2_的儲存器直徑滿足大范圍的輸入體積，例如，從大約5μ I到大約5000 μ 1，或者從大約10 μ I到大約2000 μ 1，或者從大約50 μ I到大約1500 μ I。
[0160]在一個配置中，儲存器為圓柱體。儲存器可以以頂部基板中的開口為中心，如圖1lA和圖1lB的液滴致動器1100所示。頂部基板中的開口直徑通常在大約Imm到大約2mm之間。儲存器基板直徑通常大于等于大約1.5_。所需的靜水壓頭隨著直徑而增大，但漸進(jìn)地接近恒定值，該值為液體-油界面張力、液體-固體接觸角度、施加的壓力和頂部基板與底部基板之間間隙的函數(shù)。還存在當(dāng)超過時使液體自然地流入底部基板和頂部基板之間的間隙的靜水壓頭。優(yōu)選地，保持壓頭低于該值。
[0161]圖16所示的曲線圖示出了在改變儲存器井的直徑時靜水壓頭需求的典型狀態(tài)。所要求的壓頭隨著直徑的增大漸進(jìn)地接近恒定值。兩條曲線(有電壓和沒有電壓)之間的區(qū)域是分配的優(yōu)選區(qū)域。比下部曲線更小的壓頭將阻礙液體裝載入液滴致動器，以及比上部曲線更大的壓頭將導(dǎo)致液體自[0162]然的流入。閉死體積隨著直徑增大；然而，液體每增加1mm，液滴的數(shù)量也隨著相應(yīng)的增加。對于給定儲存器基板的高度，這意味著液滴數(shù)量的增多。
[0163]下表1示出了對于免疫測定洗滌緩沖器(例如，用于導(dǎo)電珠洗滌操作)的兩個不同開口直徑的試驗數(shù)據(jù)。頂部基板中的開口大約2mm。頂部基板與底部基板之間的間隙為大約200um。油為2cSt硅油中大約0.1%氚核X_15且被過量添加。儲存器基板的厚度為大約
0.250英寸。
[0164]
【權(quán)利要求】
1.一種液滴致動器，包括: Ca)頂部基板部件，包括儲存器； (b)底部基板部件，獨(dú)立于所述頂部基板部件，以形成間隙； (C)電極，與所述頂部基板部件和/或所述底部基板部件相關(guān)聯(lián)并被配置為引導(dǎo)一個或多個液滴操作； Cd)液體路徑,被配置為: (i )使液體從所述儲存器流入所述間隙，其中，液滴經(jīng)歷由所述電極中的一個或多個調(diào)解的一個或多個液滴操作；和/或 (ii)使用所述電極將液體傳輸?shù)脚c開口接觸，并使所述液體充分地排出所述間隙并進(jìn)入所述儲存器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴致動器，其中，所述頂部基板部件包括: (a)頂部基板；以及 (b)儲存器基板，與所述頂部基板相關(guān)聯(lián)并包括形成于其中的所述儲存器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴致動器，包括:與所述頂部基板相關(guān)聯(lián)的儲存電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的液滴致動器，其中，所述開口與所述儲存電極的邊緣重疊。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的液滴致動器，還包括:第一液滴操作電極，與所述底部基板相關(guān)聯(lián)并與所述儲存電極相鄰，其 中，所述開口與所述第一電極的邊緣以及液滴操作電極的邊緣重疊。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的液滴致動器，還包括:第一液滴操作電極，與所述底部基板相關(guān)聯(lián)并至少部分地插入所述儲存電極，其中，所述開口與所述第一電極的邊緣以及液滴操作電極的邊緣重疊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴致動器，其中，所述液滴致動器被配置為促進(jìn)液滴從所述間隙流入所述儲存器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴致動器，其中，所述儲存器具有大于大約1_的直徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴致動器，其中，所述儲存器具有大于大約2_的直徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴致動器，其中，所述儲存器具有足以容納范圍從大約IOOmL到大約300mL的液體體積的體積。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴致動器，其中，所述儲存器具有足以容納范圍從大約5 μ L到大約5000 μ L的液體體積的體積。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴致動器，其中，所述儲存器具有足以容納范圍從大約10 μ L到大約2000 μ L的液體體積的體積。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴致動器，其中，所述儲存器具有足以容納范圍從大約50 μ L到大約1500 μ L的液體體積的體積。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的液滴致動器，其中，所述儲存器具有基本呈圓柱形的尺寸。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的液滴致動器，其中，所述開口基本上關(guān)于所述儲存器的圓柱尺寸的軸對準(zhǔn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的液滴致動器，其中，所述間隙包括填充物流體。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的液滴致動器，其中，所述填充物流體包括油。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項所述的液滴致動器，其中，所述儲存器包括具有相對于所述儲存器的主要體積的減小直徑的區(qū)域，具有減小直徑的區(qū)域在所述儲存器的主要體積與所述開口之間提供流體路徑。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的液滴致動器，其中，所述儲存器的限制區(qū)域具有在所述底部基板之上的高度，超過對應(yīng)于所述儲存器的限制區(qū)域的閉死體積的閉死高度。
20.根據(jù)權(quán)利要求18 述的液滴致動器，其中，所述儲存器的主要體積具有在所述底部基板之上的高度，超過對應(yīng)于所述儲存器的主要體積的閉死體積的閉死高度。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的液滴致動器，其中: Ca)所述儲存器的所述限制區(qū)域具有第一直徑和在所述底部基板之上的第一高度； (b)所述儲存器的所述主要體積具有第二直徑，在所述頂部基板之上的第二高度；以及 (c)所述第一直徑、第一高度、第二直徑和第二高度被選擇，使得基本等于所述儲存器的主要體積的所有體積的液體體積可用于分配。
22.根據(jù)權(quán)利要求18至21中任一項所述的液滴致動器，其中，所述儲存器的主要體積相對于圓柱形主要體積伸長，而基本上不會相對于對應(yīng)的圓柱形主要體積增大閉死體積。
23.—種將液滴傳輸出液滴致動器間隙的方法,所述方法包括: (a)設(shè)置液滴致動器，包括: Ca)頂部基板部件，包括儲存器； (b)底部基板部件，獨(dú)立于所述頂部基板，以形成間隙； (c)電極，與所述頂部基板部件和/或所述底部基板部件相關(guān)聯(lián)，并被配置以引導(dǎo)一個或多個液滴操作； Cd)流體路徑，被配置為使流體從所述間隙流入所述儲存器； (e)使用電極將流體傳輸?shù)脚c開口接觸，并使所述流體完全排出所述間隙并進(jìn)入所述儲存器。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述頂部基板部件包括: (a)頂部基板；以及 (b)儲存器基板，與所述頂部基板相關(guān)聯(lián)，并包括形成于其中的所述儲存器。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，包括:與所述頂部基板相關(guān)聯(lián)的儲存電極。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述開口與所述儲存電極的邊緣重疊。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，還包括:第一液滴操作電極，與所述底部基板相關(guān)聯(lián)并與所述儲存電極相鄰，其中，所述開口與所述第一電極的邊緣以及液滴操作電極的邊緣重疊。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，還包括:第一液滴操作電極，與所述底部基板相關(guān)聯(lián)并至少部分地插入所述儲存電極，其中，所述開口與所述第一電極的邊緣以及液滴操作電極的邊緣重疊。
【文檔編號】B41J2/06GK103707643SQ201310415655
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2008年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2007年12月23日
【發(fā)明者】維杰·斯里尼瓦桑, 邁克爾·波拉克, 萬?！づ聊吕? 華智山, 阿爾瓊·蘇達(dá)山, 菲利普·派克 申請人:先進(jìn)液體邏輯公司