[发明专利]用于微流体器件的温度控制系统

说明书

用于EWOD器件的加热系统，使用单个空间结构化温度控制元件，用于在器件上创建具有特定温度分布的区域。加热系统使用温度控制元件和器件之间的多个接触区域。一个或多个接触区域通过一个或多个热阻层与温度控制元件分开，其目的是限制热量从温度控制元件流向器件，并进一步限制热量在相邻接触区域之间的横向流动。加热系统可以使用一种或多种具有不同热阻的材料来改变流向器件不同区域的热量。接触区域的空间位置还用于确定器件内的温度分布。该器件具有可选的温度控制元件，其从入口温度偏移较低温度点。本发明还描述了在多个温度区域内处理多个液滴的方法。

技术领域

本发明涉及一种用于在微流体器件内创建温度分布的结构。更具体地说，本发明涉及一种用于有源矩阵介质上电润湿(AM-EWOD)数字微流体器件的加热和/或冷却系统，其通过单个温度控制元件提供温度分布。本发明还涉及使用温度分布来控制器件中流体的温度的方法。

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。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。

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和顶基板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占据的容积。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，其中液滴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(通常但不一定是含氟聚合物)形成。

在顶基板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。在顶基板36和第二疏水涂层26之间插入参考电极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/或改变器件的温度，以使器件内的液滴温度达到期望的值。需要精确控制液滴温度的示例应用包括分子诊断、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。这可以用于将整个器件加热到特定温度，或者它可以用来在器件被加热上去或冷却下来时产生暂时的温度梯度。然而，这种方法存在的缺点是可以实现的温度变化率通常较低，从而限制了液滴经历的温度梯度。其他方法使用空间温度梯度，由此液滴的温度由液滴在器件区域中的位置来设置，其中空间温度梯度限定在器件的区域内。这些方法的示例包括：

US2009/0145576A1(Wyrick等人，2009年6月11日发布)公开了一种主动温度调节微流体芯片组件，包括用于限定两个温度调节元件之间的空间温度梯度的实施例。