[发明专利]微滴操控设备和使用该设备操控水性微滴的方法

说明书

提供了一种使用光学介导的电润湿来操控微滴的设备，其特征在于基本上包括：第一复合壁，包括：第一透明基底；所述基底上的第一透明导体层，第一透明导体层的厚度在70到250nm的范围；在导体层上具有由波长在400‑1000nm的范围的电磁辐射激活的光敏层，光敏层厚度在300‑1000nm的范围，和在导体层上的第一介电层，第一介电层的厚度在120‑160nm的范围；第二复合壁，包括：第二基底；所述基底上的第二导体层，第二导体层厚度在70到250nm的范围，和可选地，在所述导体层上的第二介电层，第二介电层的厚度在120‑160nm的范围其中，第一介电层和第二介电层的暴露表面被间隔开小于10μm，以限定适于容纳微滴的微流体空间。A/C源，用于提供横跨第一复合壁和第二复合壁的电压，所述第一复合壁和第二复合壁连接第一导体层和第二导体层；至少一个电磁辐射源，其能量高于可光激发层的带隙，其适配为作用在光敏层上以在第一介电层的表面上引发相应的暂时电润湿位置，以及.用于操控电磁辐射在光敏层上的作用点以改变暂时电润湿位置的布置从而形成至少一个电润湿路径的装置，沿着所述路径能够导致微滴移动。

技术领域

本发明涉及一种适用于操控微滴的设备，例如在快速处理的化学反应中和/或在同时对多种分析物进行的化学分析中。

背景技术

用于操控液滴或磁珠(magnetic beads)的设备先前已经在本领域中被描述了；参见例如US6565727、US20130233425和US20150027889。在液滴的情况中，这通常是通过使液滴，例如在不溶混的(immiscible)载体流的存在下，穿过微流体通道来实现的，所述微流体通道由盒体(cartridge)的两个相对的壁限定或由微流体管道限定。嵌在盒体壁或管道壁中的是覆盖有介电层的电极，每个电极都连接到A/C偏置电路，该电路可以间歇地快速打开和关闭，以修改所述层的电润湿场特性(electrowetting field characteristics)。这引起局部化的方向性毛细作用力，该作用力可用于沿着给定的路径导控液滴。然而，当试图同时操控大量液滴时，所需的大量电极开关电路使这种方法有些不切实际。另外，实现切换所花费的时间往往会对设备本身施加明显的性能限制。

该方法的变体(基于光学介导的电润湿)已经在例如US20030224528、US20150298125和US20160158748中公开了。特别地，这三个专利申请中的第一个公开了各种微流体设备，所述微流体设备包括由第一壁和第二壁限定的微流体腔，并且其中第一壁是复合设计的并且包括基底、光电导层和绝缘(介电的)层。在光电导层和绝缘层之间设置有导电单元(conductive cells)阵列，所述导电单元彼此电隔离并耦合至光敏层(photoactive layer)，并且它们的功能是在绝缘层上产生相应的离散的液滴接收位置。在这些位置，液滴的表面张力特性可以通过电润湿场来改变。所述导电单元则可以通过作用在光电导层上的光来切换。该方法的优点在于使切换变得更加容易和快捷，尽管在某种程度上其使用仍受电极布置的限制。此外，对于液滴可以移动的速度以及实际液滴路径可以改变的程度存在限制。

Pei在加利福尼亚大学伯克利分校的论文UCB/EECS-2015-119中公开了后一种技术的双壁实施例。在此，描述了一种单元，该单元通过横跨Teflon AF的表面地使用光学电润湿来允许对尺寸在100-500μm范围的较大液滴进行操控，所述Teflon AF通过在未图案化的电偏压非晶硅上使用光图案(light-pattern)而被沉积在介电层上。然而，在示例的设备中，介电层很薄(100nm)，并且仅设置在承载光敏层的壁上。这种设计不适合对微滴进行快速操控。

发明内容