CN101405409A - 具有加热电极的微电子器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微电子器件的不同设计，该微电子器件包括在样品室的相同子区具有作用的加热电极(HE)和场电极(FE)。通过施加恰当的电压至场电极(FE)，能够在样品室中生成电场(E)。通过施加恰当的电流至加热电极(HE)，能够根据期望的温度分布加热样品室。加热电极(HE)可以可选地作为场电极操作，使得它们也在样品室中生成电场。

Description

具有加热电极的微电子器件

技术领域

本发明涉及用于操控样品的微电子器件，包括样品室和至少一个加热或混合电极。此外，其涉及该微电子器件作为生物传感器的使用。

生物传感器经常需要良好受控的温度用于操作，例如，因为许多生物分子仅在小的温度窗口(通常37℃左右)中稳定或当温度在此温度窗口外时变得不活化。温度调节对杂化化验的重要性尤其高。在这些化验中，温度经常用于调节DNA链与其互补链的结合的严格性。当例如对单点突变感兴趣时，需要高的严格性。与野生型相比，单点突变杂化的融化温度范围(即DNA链的变性)的不同能够小于5℃。杂化期间对严格性的控制能够对尤其是DNA杂化的多参数测试给予额外的灵活性，例如在DNA微阵列上。在这些化验中，人们还想以良好受控的方式斜线上升温度，以便以多路传输格式于突变之间进行区别。

在US6864140B2中，通过形成在与样品室相邻的基底上的多晶硅上的薄膜晶体管形式的局部加热元件，解决了一些上述问题，(生物)化学反应在样品室发生。然而，利用此已知的器件不可能在样品室进一步操控样品。此外，US6876048B2公开了一种微电子生物传感器，其中具有传感器元件阵列的微芯片部署于具有加热元件的膜上。膜容许对所有传感器元件以相同的方式控制相邻样品室中的温度。

背景技术

基于此情况，本发明的目的是提供对微电子器件中的样品进行更通用的操控的装置。

此目的通过根据权利要求1的微电子器件和根据权利要求48的使用获得。在从属权利要求中公开了优选实施例。

根据本发明的第一方面的微电子器件，期望用于样品、尤其是如可以包含粒子的生物体流体的液体或气体化学物质。术语“操控”表示与所述样品的任何相互作用，例如测量样品的特性量，调查其性质，机械地或化学地处理它等。微电子器件包括以下部件：

a)样品室，样品室中能够设置要被操控的样品。样品室典型地为空腔或填充有如可以吸收样品物质的凝胶的一些物质；它可以是开放的腔、闭合的腔、或通过流体连接通道连接至其它腔的腔。

b)至少一个加热电极，用于在被以电能驱动时，与该样品室的至少一个子区交换热。如名称“加热电极”所表示的，电极优选地将电能转换为传输至该样品室中的热。然而，该加热电极在消耗电能时从该样品室吸收热并将它传递至其它地方也是可能的。

c)至少一个场电极，用于在向所述场电极施加电位时，在该样品室的所述子区中生成电场。

d)控制单元，用于选择性地驱动该加热电极和该场电极，即用于向该加热电极供应电能和用于向该场电极施加电位。

应当注意，“该样品室的子区中的电场”或“与该样品室的子区的热交换”的存在是假定子区中的那种场/交换足够强以引起要被操控的样品的期望的/可观察的反应。此定义排除小的“寄生”电场和热效应，它们不可避免地与电极中的任何(移动)电荷关联。典型地，本发明意义上的热流大于0.01W/cm²并且将具有超过1毫秒的持续时间，并且本发明的意义上的电场强度大于1000V/m。

前述微电子器件的优点是，该样品室的相同子区能够经由加热电极被温度控制和经受电场，通过该电场，能够以期望的方式操控所述子区中的样品(例如，引起流体的流动和/或粒子的运动)。

A.电极层

下面，描述根据本发明的第一方面的微电子器件的实施例，它们全都基于层中电极的布置。

更具体地，在这些实施例中，该加热电极部署于以下将称作“加热层”的第一层中，并且该场电极部署于以下称作“场层”的第二层中，其中，所述层布置成一层在另一层之上并与该样品室相邻。加热电极和场电极布置在不同的、堆叠的层中的优点是，能够以其最佳布局设计每种类型的电极，例如以相邻电极之间的最佳距离。层是几何地二维的并且可以是平面的或可选地具有三维形状。

在前述实施例中，场层优选地部署于样品室和加热层之间。从而，它将尽可能地靠近样品室，这保证能够在那里获得电场的最大强度/梯度。

在另一实施例中，该加热层包括多个加热电极，且该场层包括多个场电极，其中，这不同两层的电极优选地相对于彼此对准。由于所述对准，加热和场电极在不同位置类似地相互作用，从而在越过层的区域提供一致的/周期的条件。

前述对准可以可选地包括该场电极至少部分地部署于该加热电极之间的间隙以上的情形。这里和下面，术语“以上”涉及任意选择的方位，其中场层竖直地在加热层以上。此外，术语“部分地”意指间隙以上的此安置可以仅对一些(而不是对全部)场电极是真实的和/或此条件仅对场电极的部分有效而不是对整个电极有效。

另一种对准可以包括场电极至少部分地部署于该加热电极以上的情形。如果例如一些场电极位于间隙以上且一些场电极位于加热电极以上，或场电极的部分位于间隙以上且场电极的其余部分位于加热电极以上，则此设计可以与前述设计组合。

虽然前述两个实施例暗指场电极至少部分地平行于加热电极延伸，但是另一实施例包括至少部分地布置成与该加热电极成一角度的场电极。优选地，所述角度为90°的直角，即场电极正交于加热电极延伸。

B.加热电极的阵列

下面，将讨论根据本发明的第一方面的微电子器件的实施例，它们基于存在的加热电极的阵列。应当注意，能够利用场电极的阵列作必要修正实现类似实施例。在最一般的意义上，“加热电极的阵列”简单地表示多个加热电极的任意三维布置。然而，典型地，该阵列是二维的并且优选地是平面的，并且加热电极布置成规则图案，例如格栅或矩阵图案。

根据前述微电子器件的优选实施例，控制单元位于加热电极的阵列外部，并通过电源线连接至该加热电极，该电源线能够选择性地承载电能至加热电极或承载来自加热电极的电能。因为传递的电能的量或速率确定与样品室交换热的程度，所以控制单元必须恰当地分配传递的电能，以在样品室中获得期望的温度分布。以此途径，加热阵列能够保持最简单，因为加热电极仅需要转换电能为热，而无需进一步处理。控制单元优选地适于驱动加热电极，使得在样品室中获得期望的空间和/或时间温度分布。这容许提供用于例如敏感生物样品的操控的最佳(尤其是不一致的和/或动态的)条件。

在前述实施例的进一步的发展中，控制单元包括用于将控制单元耦接至电源线的解复用器。这容许使用一个电路用于给数个电源线(相继地)提供电力。

在具有加热电极的阵列的微电子器件的另一实现中，每个加热电极与局部驱动单元关联。该局部驱动单元能够接管某些控制任务并从而减轻控制单元，并且还能够通过避免例如外电流源和加热电极的阵列之间的驱动电流的泄漏而提高阵列的效率。

根据前述实施例的进一步发展，所述驱动单元耦接至公共电源线，并且加热电极耦接至另一公共电源线(例如地)。在此情况下，局部驱动单元确定从公共电源线取得的电能或功率的量。在电能的适当地分配的量不必通过整个阵列传输至某一加热电极的情况下，这简化设计。

在具有加热电极的阵列的微电子器件的另一实施例中，该加热电极可以与前述设计有利地组合，该控制单元的部分位于该加热电极的阵列外部，并且经由用于承载控制信号的控制线连接至局部驱动单元(其构成控制单元的其余部分)。所述局部驱动单元位于加热电极处并耦接至该加热电极。在此情况下，控制单元的所述外部部分能够确定某一电极将接收多少电能或功率；然而，此能量/功率不必直接从外部控制单元传递至加热电极。而是，仅需要将关联的信息经由控制信号传递至局部驱动单元，局部驱动单元然后可以从公共电源线提取所需的能量/功率。

在前述实施例的另一实现中，控制信号是脉冲宽度调制的(PWM)。利用该PWM信号，能够以可选择的速率和占空比关断和开启局部驱动单元，其中，这些参数确定从公共电源线提取的平均功率。这样，局部驱动单元的个体特性不那么关键，因为仅需要开/关行为。利用脉冲幅度调制(PAM)、脉冲频率调制(PFM)或调制技术的组合来驱动加热器或场电极也是可能的。

在前述实施例的进一步的发展中，该局部驱动单元包括存储器，用于存储由该控制单元的外部部分传输的控制信号的信息。该存储器可以例如通过存储控制信号的电压的电容器来实现。该存储器容许在将关联的控制线从该驱动单元再次断开并用于控制其它驱动单元时，继续加热电极的指令的操作。

C.双功能电极

下面，将讨论根据本发明的第一方面的微电子器件的实施例，它们基于也能够作为加热电极操作的场电极。由于此事实，该场电极在下面将称作“双功能电极”。

该微电子器件可以包括数个双功能电极。优选地，微电子器件的所有电极是双功能电极，即它们可以用于生成电场及用于与样品室交换热。

双功能电极根据定义可以作为用于生成电场的场电极和作为用于与样品室交换热的加热电极操作。其可以特别地顺次执行这两个功能。根据优选实施例，然而，控制单元适于驱动双功能电极同时作为场电极和加热电极；双功能电极于是将同时生成电场和与样品室交换热。当然，混合操作也是可能的，其中，双功能电极有时可以专门作为场电极操作、专门作为加热电极操作、或同时作为场和加热电极操作。

存在实现双功能电极的许多不同方式。在尤其简单的设计中，该双功能电极利用一极连接至第一电位，并且经由该控制单元控制的开关，利用其第二极连接至区别的第二电位(其中，电极一般假设为具有用于将它与不同电位连接的两个极或端)。当开关断开时，电极浮置在第一电位；当开关闭合时，根据第一和第二电位之间的差的电流将流过电极。

D.杂实施例

下面，将描述本发明的数个进一步的特定实施例，它们都能够结合根据本发明的第一方面的微电子器件实现。

从而，微电子器件可以包括至少两个场电极，当电压施加于它们之间时，该至少两个场电极在该样品室的所述子区中公共地生成电场。使用协同操作的两个场电极的对容许对生成的电场的非常精确的控制。

已经提到，加热电极在大多数情况下能够生成热。在可选实施例中，然而，加热电极也可以适于从样品室去除热。该去除可以例如通过将加热电极耦接至热沉或通过利用风扇冷却它而获得。在这些情况下，加热电极可以内在地仍然生成热，但是它小于热沉吸收的热，从而导致净的热吸收。

该加热电极可以特别地通过电阻条带、透明电极、帕尔帖元件、射频加热电极、或辐射加热(IR)元件实现。所有这些元件能够将电能转换为热，其中，帕尔帖元件能够附加地吸收热并从而提供冷却功能。

微电子器件可以可选地包括至少一个温度传感器，它使得可能监控样品室中的温度。优选地，微流体器件包括多个温度传感器。在另一优选实施例中，所述温度传感器包括在加热层中。在特定实施例中，加热电极可以作为温度传感器操作，其容许测量温度而无需附加的硬件。

在温度传感器可利用的情况下，控制单元优选地耦接至所述温度传感器并适于根据该样品室中的预定(时间和/或空间)温度分布以闭环控制该加热电极。这容许提供鲁棒地优化的条件，用于例如敏感生物样品的操控。

微电子器件还可以包括微机械器件或电器件，例如泵或阀，用于控制该样品室中流体的流动和/或粒子的运动。对于微流体器件中样品的通用操控，控制样品或粒子的流动是非常重要的能力。

在特定实施例中，加热电极可以适于通过热毛细管效应在该样品室中的流体中的引起流动。从而能够利用其加热能力来移动样品。

此外，场电极能够用于通过AC或DC电渗、电泳、介电电泳、电铃动力学和/或这些效应的组合来生成粒子或液体的运动。在介电电泳的情况下，样品中的真实的生物粒子对于操控可能太小并且因此可以将具有期望的电性质的较大直径的粒子增加至液体中以方便混合。

微电子器件可以可选地包括传感器元件，优选地，光、磁或电传感器元件，用于感测该样品室中样品的性质。例如WO2005/010543A1和WO2005/010542A2中描述了具有磁传感器元件的微电子器件。所述器件用作用于探测标注有磁珠的生物分子的微流体生物传感器。其设置有传感器单元的阵列，该阵列包括用于生成磁场的导线和用于探测由磁化的珠子生成的杂散场的巨磁电阻器件(GMR)。

根据本发明的优选实施例，微电子器件包括数个加热电极的“加热阵列”和数个传感器元件的“感测阵列”(包括前述传感器元件和/或以上提到的温度传感器)，其中，加热电极相对于传感器元件对准。此“对准”意指在加热阵列中的加热电极和感测阵列中的传感器元件的位置之间存在固定(平移不变式)关系；加热元件和传感器元件可以例如成对布置，或每个加热元件可以与一组传感器元件关联(或反之亦然)。对准的优点是加热元件和传感器元件在不同位置类似地相互作用。从而跨阵列提供一致的/周期的条件。

如果传感器和加热电极分别在感测阵列和加热阵列中的布置的图案相同，则获得它们之间的优选类型的对准。在此情况下，每个传感器元件仅与一个加热电极关联。

在可选实施例中，多于一个加热电极与每个传感器元件关联。这容许引起空间不一致的加热分布，其导致一个传感器元件的区中的空间不一致或空间一致的温度分布，并从而导致甚至更好的温度控制。优选地，在加热电极和传感器元件之间存在上述类型的附加的对准。

如果需要或期望在样品室中具有不同温度的子区，这可以可选地通过利用热隔层将样品室划分成至少两个隔间而获得。

在样品室和场电极之间，可以部署部分电隔离的层和/或生物兼容层。该层可以是诸如聚丙烯酰胺或聚酰亚胺的水凝胶材料。

在场和加热器电极层之间，可以部署隔离层。该层可以例如包含聚酰亚胺、二氧化硅SiO₂或光刻胶SU8。

已经提到，加热电极和场电极可以布置在样品室的一侧的分开的层中。然而，加热电极和场电极还可以部署于样品室的竖直相对的侧面上(包括附加地存在一些位于样品室的相同侧的加热电极和场电极的情况)。

微电子器件可以特别地包括多个场电极，该多个场电极布置成在层中彼此平行并以交替端连接至该控制单元。这意指一个场电极在其左端连接至控制单元，下一个场电极在其右端连接至控制单元，再下一个又在其左端连接至控制单元，一直这样下去。此交替方案在两侧提供进行连接的最大空间。

加热电极和/或场电极可以是直的或不直的(即弯曲的或弯的)。将关于附图更详细地讨论这些设计的范例。

电极还可以在它们的形状和/或横截面上是矩形的、锥形的和/或非对称的。锥形场电极可以例如关于电场线的密集度是有利的。

此外，该加热电极和/或该场电极可以包含数个平行引线。这些引线优选地在一端连接，从而形成电极的公共极。

此外，场电极可以可选地布置为四极。对于将粒子集中于样品的某个焦点位置，该设计可以是有利的。

相邻场电极之间的距离优选地小于50μm、最优选地小于10μm。这些距离容许生成高强度和梯度的电场。

此外，微电子器件可以包括数个平行布置的加热电极，其中，相邻加热电极之间的距离大于50μm，优选地大于100μm。

在本发明的进一步的优选实施例中，控制单元适于利用具有可选择的强度和/或频率的交变电流驱动该加热电极。与加热电极的该操作关联的电场(如果它们具有合适的强度和频率)可以在某些情况下，例如在介电电泳的情况下，在样品中生成运动。在另一方面，交变电流的强度和频率确定热生成的平均速率。从而，简单地通过恰当地改变施加的电流的强度和/或频率来执行该电极的加热和操控功能是可能的。尤其在跨接频率处，介电电泳力为零并且所以将不会引起粒子运动。本质上，当施加场的此频率时，将仅发生加热。如果增加了混合粒子，这是特别有趣的，因为它们具有良好限定的直径和电性质并且从而也具有良好限定的零频率。

加热电极和/或场电极可以优选地在薄膜电子器件中实现。

下面，将描述一些优选实施例，它们基于包括具有多个加热电极的“加热阵列”和/或具有多个场电极的“场阵列”的微电子器件，其中，可以可选地合并所述阵列。

当实现该器件时，可以使用大面积电子器件(large area electronics)矩阵途径、优选地有源矩阵途径可以用于接触电极。LAE技术，并且具体地使用例如薄膜晶体管(TFT)的有源矩阵技术应用于例如诸如LCD、OLED及电泳显示器的平板显示器的生产中。

在前述实施例中，可以由控制单元使用每次一线的寻址途径来寻址电极。

根据具有加热电极和/或场电极的阵列的微电子器件的进一步的发展，所述阵列和该样品室之间的界面化学地涂成图案，该图案对应于电极的图案。从而，能够将电极的效果与化学效果组合。

在前述实施例中，结合分子可以例如联接至样品物质能够由该场电极的电场俘获的位置处的界面。从而场电极能够有助于将样品结合至界面用于进一步分析的处理。然后，能够反转力的极性以去除未键合的材料。

在具有场电极和/或加热电极的阵列的微电子器件的另一实施例中，每个加热电极和/或场电极与寻址元件、驱动单元、存储器单元和/或频率振荡器局部地关联。振荡器可以特别是可调谐振荡器，优选地，驰豫振荡器或环形振荡器。

本发明进一步涉及上述的微电子器件的使用，用于分子诊断、生物学样品分析、或化学样品分析、食物分析、和/或法医学分析。分子诊断可以例如在直接或间接联接至目标分子的磁珠或荧光粒子的帮助下完成。

附图说明

本发明的这些和其它方面从以下描述的实施例将是明显的，并将参照这些实施例阐述它们。将通过借助于附图的范例方式描述这些实施例，其中：

图1示意性地示出了通过具有加热电极和场电极的堆叠层的微电子器件的截面；

图2和3示出了通过双功能加热电极生成附加电场时如同图1的微电子器件；

图4示出了图1的器件的变形，其中对电极位于样品室的相对侧；

图5-7示出了在两侧具有基底和电极的样品室的不同设计；

图8和9示意性地示出了具有相对彼此对准的两个竖直堆叠的电极层的基底的视图；

图10和11示出了通过过孔在大面积电子器件中连接电极的可选途径；

图12示意性地示出了双功能电极的图案化层的顶视图；

图13示出了用于可选地将电流或电压施加于双功能电极的两个可选电路；

图14示意性地示出了在阵列外部具有加热器驱动器电路的有源矩阵加热器阵列；

图15示出了图14的变形，其中单个加热器驱动器经由解复用器连接至加热电极的阵列；

图16示意性地示出了具有局部驱动单元的有源矩阵加热器系统的电路；

图17示出了具有附加存储器元件的图16的设计；

图18示出了具有局部振荡器的有源矩阵系统；

图19至26示出了关于图18的局部振荡器的不同设计。

图中类似的参考数字/符号指相同或类似的部件。

具体实施方式

用于诸如分子诊断的(生物)化学分析的生物芯片将成为多种医学、法医学和食物应用的重要工具。通常，生物芯片包括生物传感器，在大多数生物传感器中，利用捕获分子将目标分子(例如，蛋白质、DNA)固定在生化表面上并且随后使用例如光、磁或电探测方案探测它们。WO2003/054566、WO2003/054523、WO2005/010542A2、WO2005/010543A1及WO2005/038911A1中描述了磁生物芯片的范例，通过引用将它们并入本申请。

目标分子与生化表面的结合动力学确定生物传感器的速度和专一性(specificity)。对于低浓度(pMol)的大生物分子，结合动力学是扩散受限的，并且从而高灵敏度生物传感器的速度受到限制。电操作和局部流体控制提供影响分子与表面的结合动力学的能力，并且容许提高测量速度。如果要测量生物标记的减小的浓度，其将成为必需的。甚至可以想得到通过以受控的方式将目标分子从表面“拖”开(严格性测试)以特别地移除弱结合的(特别地吸附的)分子来改善结合的专一性。

改善生物传感器的专一性的更受限定的方式是通过控制温度，在调节目标分子与功能表面的结合(例如DNA链与其互补链的结合)的严格性的杂化化验中经常使用该方式。当例如对单点突变感兴趣时，需要高的严格性。除了对杂化化验的高的重要性外，通常需要生物传感器的温度控制。因此文献中报道了在集成生物医学器件中使用用于加热元件的电阻电极和温度感测元件。更一般地，控制生物芯片上的温度和流体的能力是必须的。除了一般的温度或流动管理外，结合温度控制来局部地控制流体对流的能力提供了增进试剂的溶解、增进(生物)化学药品的混合及增进温度一致性的选择。

为了优化生物传感器的性能，需要将控制温度的元件及用于生物分子的电流体致动和电操控的装置集成到生物传感器中。这里因此提出在生物传感器中并入温度处理阵列并将它与混合元件或泵浦元件组合。然而，用于带电粒子/流体操控的电极阵列典型地在电极间具有小于100μm的间隔(期望高场强和场梯度)，经常在10μm的范围，剩下小的侧向空间用于集成温度控制元件(例如加热器、传感器)。因此，要解决的问题是用于温度控制的电极和用于带电粒子或流体操控的电极一般不能彼此靠近地沉积，并且因此不能由单传导/电阻层图案化。

1)竖直堆叠的电极阵列

在第一系列的实施例中，提出使用至少两个竖直堆叠的电极阵列用于流体/生物分子的电操控和温度控制。图1示意性地示出了一般设置。加热元件或“加热电极”HE包含电阻电极并优选地位于与承载电极的基底SU最靠近的图案化的电极层中。另外，用于流体/生物分子的电操控的“场电极”FE优选地最靠近样品室SC安置，这对获得样品中的电场中的高电场E和高梯度的能力是有利的。在优选实施例中，将至少一个包含电阻电极的温度感测元件并入到至少一个图案化的电极层中。加热电极HE和场电极FE耦接到向它们供应合适电压和/或电流的控制单元CU。

电绝缘层存在于第一和第二电极层中。实现此结构的优选的技术是公知的用于(反射式和透反射式)LCD的制造的“场屏蔽像素(field shieldedpixel)”有源矩阵技术，其中数微米厚的韧性(tough)(聚合物)层用于将第二金属层与第一层(其一般直接沉积于基底上)分开。

除了电绝缘外，上述层可以包括生物兼容的外涂层。场电极层也可以覆盖有部分电绝缘的层和/或生物兼容的外涂层(例如，聚酰亚胺、多孔SiO₂、聚丙烯酰胺)。两个电极层都可以在电极顶部包括天然氧化物。可以将附加的生物兼容的和/或绝缘的层沉积于电极层的堆的顶部。

在另一实施例中，第一图案化的层中的加热电极顺次用于加热和防护(guard)利用第二图案化的层中的场电极FE产生的电场。由于它们的用于加热和场生成的双功能，这些电极在图2-4中用参考符号FHE表示(其它图中所示的加热电极HE一般也可以是双功能FHE电极)。FHE电极的场生成是有利的，因为它提供获得期望电场的附加的参数，其与流体/生物分子的电操作尤其相关。例如，通过将第一和第二层中的电极设定在相同电位，能够产生更均一的面内电场(图2)。另一方面，通过向第一和第二层中的电极施加不同的电位，能够调谐电场的竖直分量(图3)。在附加的实施例中，可以将用于加热/温度感测和操控的电极FHE连接至浮置电流源或能够在将其连接至电压源时将其从电流源断开。

虽然使用除场层电极外的加热层电极可以在较好的方向上导引电场，但是场层(或附加层)电极的存在可以减小将从加热电极通过的场线的强度。减小此效果的实施例的可选设定以比加热电极(比如说100μm)小得多的间距(比如说10μm)设置场电极——任何情况下热将会传播。

能够将调谐期望的电场强度和梯度的图案化的电极的第一和第二层的使用扩展为多电极层。另外，用于加热的(图案化的)电极层也可以存在于所述第一基底以上的另一基底上。

图4-7示出了由多个基底围住的样品室或流动通道SC的示意性描述，该多个基底中的一个基底承载有至少一个电极，而另一基底承载有至少两个图案化的电极层。除了与基底的面内操作外，该结构尤其适合于垂直于基底操控生物分子(图4)。应当理解，本发明的此部分不限于示出的实施例，而是能够一般地应用于宽广变化的配置。

场和加热电极层优选地相对彼此对准。图8和9示出了数个对准的特定实施例。在这些图中，假定用于加热的电极HE(或FHE)位于第一图案化的电极层中，而用于流体/生物分子的电操控的电极FE位于第二图案化的电极层中。如本领域专家所期望的，本发明不限于示出的实施例。本发明还应用于不直的电极配置，诸如四极或多极。除了示例对准的数个方式外，图8和9还示例每层的单独的电极如何接触而不短路。为清楚起见，应当注意，加热元件HE(或FHE)和温度感测元件TS需要至少两个接触部，因为电流必须流过电极。用于流体/生物分子的电操控的电极FE需要至少一个接触部，以使电极为某一电位。

图8在横截面(每个图a-f的顶部)和顶视图(每个图a-f的底部)中示出了具有相对彼此对准的两个竖直地堆叠的图案化的电极层的基底的示意性视图a)至f)。更具体地，单独的图示出了：

a)和c)：第二层中的场电极FE平行于在一侧具有接触部的第一层的加热电极HE安置并安置于该加热电极之间。场层电极的接触部安置于第一层中的加热电极的接触部之间。在图c)中，每个场电极FE包含数条平行引线。

b)、d)和e)：第二层中的场电极FE平行于在两个相对侧具有接触部的第一层的加热电极HE安置并安置于该加热电极之间。场层电极的接触部安置于第一层中的加热电极的接触部之间。在图d)和e)中，每个场电极FE包含数条平行引线。在图d)中，电极FE以交替方式从两侧接触，而e)中，它们只延伸至阵列的中间，并且因此必须在两侧接触。

f)：第二层中的场电极FE正交于第一层的加热电极HE安置。场层电极的接触部安置于第一层中的加热电极的接触部之间。

图9示出了具有相对彼此对准的两个竖直堆叠的图案化的电极层的基底的类似的示意性顶视图。

a)、b)：第二层中的场电极FE平行安置并安置于在一侧具有接触部的第一层的加热电极HE的顶部上。场层电极的接触部安置于第一层中的加热电极的接触部之间。在图b)中，每个场电极FE包含数条平行引线。

c)、d)：第二层中的场电极FE平行安置并安置于在两相对侧具有接触部的第一层的加热电极HE的顶部上。场层电极的接触部安置于第一层中的加热电极的接触部之间。在图c)中，电极FE以交替方式从两侧接触，而d)中，它们只延伸至阵列的中间，并且因此必须在两侧接触。

e)：第二层中的场电极FE平行安置并以交替方式安置于在两侧具有接触部的第一层的加热电极HE的顶部上和其间。场层电极的接触部安置于第一层中的加热电极的接触部之间。

f)：第二层中的场电极FE安置于在两相对侧具有接触部的第一层的加热电极HE之间。场层中的相对电极相对于彼此移位。第一层中的加热电极HE是不直的。场层电极的接触部安置于第一层中的加热电极的接触部之间。

概括地，图8和9示出了场中的电极和加热层可以是不直的，以在相同边缘上靠近彼此安置单独的电极的接触部。此外，其示出了电极也可以是不直的，以朝向不同边缘分叉(例如图9f)。可选地，FE电极的不直的长度可以覆盖有绝缘体，以防止它们在样品空间中产生不均一的场。

除了所示的类似正方形形状的电极外，可以使用多种图案，诸如尖锐的和不对称的电极和四极。这些结构对于流体/生物分子的电操控是尤其有用的。

电阻加热元件也可以用于使用所谓的热毛细管效应引起流体流动。流体流动会随它拖动包含在流体中的粒子。结合生物分子的电操控，这能够有利。例如，在利用用于电操控的电极俘获粒子的情况下，加热元件能够引起流体流动并且从而供应新粒子。以类似的方式，能向小室中引入对流流动。

场电极也可以用于引起流体流动。这能够通过经由AC或DC电渗、电泳、介电电泳、电铃动力学和/或这些效应的组合移动液体而实现。

在另一优选实施例中，大面积电子器件(LAE)矩阵途径，甚至更优选地有源矩阵途径(例如，低温多晶硅(LTPS)、非晶Si)，用于接触第一和第二图案化层中的电极。这是有利的，因为它减小了所需的至外部世界的输入/输出接触部的数目。大面积电子器件，并且特别是使用例如薄膜晶体管(TFT)的有源矩阵技术，通常用于平板显示器领域，用于例如LCD、OLED和电泳的许多显示效果的驱动。用于加热和/或操控的(金属)电极可以附加地沉积于包含有源矩阵电子器件的底板的顶部上。在另一实施例中，用于建立有源矩阵部件(例如，TFT、二极管)的金属层也用于制作该电极层的一个或两个，电极层用于生物分子/流体的温度控制和/或电操控。

在第一和第二层中的有源部件(TFT、二极管、电容器)和电极之间需要传导路径(过孔)。这在图10和11中示出了。过孔VIA1、VIA2可以由相同金属层构成，相同金属层如是沉积的，构成(例如TFT、二极管)的有源矩阵部件的部分。在第一和第二层中的电极没有在彼此以上对准的情况下，应用过孔是直接的。

图10特别示出了第一和第二层中的电极在彼此以上对准的情况。然后能够应用过孔VIA1通过第一层中的加热电极HE中的孔将第二层中的场电极FE与位于LAE底板中的它的场控制电路FC连接。第一层中的加热电极HE能够通过过孔VIA2直接连接至LAE底板中它的加热控制电路HE。

然而，如果第一层中的电极HE用于加热，则前述涉及是不期望的，因为孔的存在将局部增大电阻并且因此增高温度。具有用于过孔的孔的电极能够制作的稍宽，以补偿孔的电阻的增大。然而，这可以导致不需要的电流分布并因此温度梯度。如图11中所示，至第二层中的场电极FE的过孔VIA1在那种情况下可以应用于加热电极HE附近。然而，当第二层中的场电极用于电操控流体/生物分子时，这可能是不期望的，因为过孔和电极之间的接触将扰乱电场(例如在加宽电极的意义上)。当第二电极层中的场电极FE的数量变得更大时，问题变得更严重。当某一电压(幅度、相位、频率)同时应用于多个电极时，可能的解决方案是将仅一个过孔联接至多个靠近地间隔的梳状电极(未示出)。

同时，图10和11示出了电极层下的LAE底板中的电子器件HC、FC的安置，本发明不限于此配置。电子器件也可以靠近电极放置，或放置在有足够空间的另外的地方并使用与加热器、传感器及操控电极连接的风扇。

2)用于流体/生物分子的温度控制和电操控的单电极层。

在第二系列实施例中，提出通过跨(电阻)电极FHE(即用于加热和温度感测，图12a)和在电极FHE之间(即用于流体/生物分子的电操作，图12b)顺次施加电压而使用单个图案化层的电极FHE用于流体/生物分子的温度控制和电操作。图案化的电极层可以覆盖有(部分地)电绝缘层(例如，SU-8、聚酰亚胺、SiO₂、天然金属氧化物)和/或生物兼容层(例如SU-8)。每个电极FHE具有至少两个接触部。在(电阻)电极用于加热或温度感测的情况下(图12a)，使用至少两个接触部。在电极用于流体/生物分子的电操控的情况下(图12b)，经由至少一个接触部施加(有区别的)的电压V1、V2、V3、V4。为使完整的电极处于期望电位所需的时间减少，经由多于一个接触部(图12b中示为最右的电极)施加这些电压是有利的。

单电极能够视为电阻器。交替使用相同电极用于流体/生物分子的加热/温度感测和电操控需要在通过电极施加电流和向电极施加电位之间切换连接至电极的电路。图13示出了两个概念来实现这个。可以施加AC和DC信号。图13a示出了在电极FHE(晶体管)和地GR之间使用具有开关T1(例如晶体管)的一个电压源V1。当开关闭合时，电流将流过电极。当开关断开时，将电极驱动至源电压。TFT开关还能够用作用于加热的电流源。图13b示出了两个电压源的使用；一个V1用于加热，而一个V2用于操控。开关T2、T3、T4给电极FHE(电阻器)设置所需的电压。电压源能够是AC或DC。在AC情况下，开关的栅极将需要保持在AC场的范围以上的电压。可以从至外部的连接施加源。

在另一实施例中，相同电极同时用于生物分子/流体的温度控制(加热、感测)和操控。在例如DEP(介电电泳)运动的情况下，高频将或能够用于引起加热效果。因此，附加地驱动单电极以实现以下功能性是可能的：

-仅DEP，没有加热：使用低强度或低占空比的AC信号；

-仅加热(没有净粒子运动)——用于相互补偿+DEP和-DEP的两频率处的高强度AC；经由占空比的温度控制；

-跨接频率(cross over frequency)处的DEP，从而仅发生加热。对于具有诸如有良好限定的直径的混合器粒子或磁性粒子的良好限定的粒子的系统，这是最适用的。

-运动+加热：所需频率处的高强度AC。

用于流体/生物分子的温度控制和电操控的单个图案化的电极层的使用已经减小了到外部世界所需的I/O插脚的数量。优选地，使用薄膜电子器件实现电极阵列。为了进一步减小所需的I/O插脚的数量和/或在基底上集成电子电路，可以以矩阵阵列的形式实现阵列，尤其是有源矩阵阵列(例如LTPS、非晶硅)的形式。

用于加热和/或操控的(金属)电极可以沉积在包含有源矩阵电子器件的底板的顶部。在另外的实施例中，用于建立有源矩阵部件(例如TFT、二极管)的金属层也用于构成用于生物分子/流体的温度控制和/或电操控的电极层。

在有源部件(例如TFT、二极管)和电极之间需要传导路径(过孔)。过孔的应用是直接的。为了能够跨电极或在电极之间顺次施加电压，可以将电子电路集成在LAE底板中。

3)与电极对准沉积的杂化斑点

在第三系列的实施例中，提出将杂化斑点与用于流体和生物分子的温度控制和电操控的电极对准，杂化斑点典型地包含固定于表面上的探针分子(例如单DNA链、反配位体)。

一般地，在制造电极后，将杂化斑点沉积在表面上。例如，喷墨印刷可以用于沉积DNA捕获探针。杂化斑点能够相对于电极沉积于例如生物分子的俘获位置处的某个位置上和/或温度受控的区域以上。可选地，自组装捕获分子能够生长在某些表面(例如Au)上。

依赖于电极结构和施加的(AC、DC)电压，能够俘获生物分子。例如，如图12的电极结构能够用于使用频率依赖的介电电泳力涂抹出现在样品中的多种粒子。

电俘获位置处杂化斑点的存在提供了在电极上的电压变化时保持生物分子被俘获的途径。通过切换电压和/或频率，能够在生物分子上的负和正介电力之间切换(例如拖/推)，这提供简单的电方法，以控制结合的严格性并冲掉任何未键合的材料。类似地，在使用单电极层用于温度控制和电操控的情况下，电和生化俘获的组合是有利的。首先，电极能够用于俘获生物分子。然后，当生物分子保持在具有杂化斑点的位置上时，相同的电极能够用于控制温度，例如控制结合的严格性。

4)微流体生物传感器的多种设计

如已经提到的，通过将可编程温度处理阵列并入传感器模块，能够相当大地改善生物传感器的性能。温度处理阵列能够用于在整个传感器区域维持恒定温度，或可选地，在生物传感器也以阵列形式配置并且生物传感器的不同部分最佳地操作在不同温度时，引起限定的温度分布。在所有情况下，温度处理阵列包括多个单独可寻址和可驱动的加热元件，并且可以可选地包括诸如温度传感器、混合元件或泵浦元件的附加的元件，并且甚至包括感测元件本身(例如光传感器)。优选地，使用薄膜电子器件实现温度处理阵列，并且可选地，可以以矩阵阵列的形式实现该阵列，尤其是以有源矩阵阵列的形式。同时，发明不限于任何特定类型的生物传感器，其能够有利地应用于基于光(例如荧光)、磁或电(例如电容的、电感的…)感测原理的生物传感器。下面，将更详细地描述该生物传感器的多种设计。

每个单独的加热元件HE、FHE可以包括用于热生成的任何公知概念，例如电阻条带、珀耳帖(Peltier)元件、射频加热元件、辐射加热元件(诸如红外源或二极管)等。每个加热元件是单独地可驱动的，由此可以引起多个温度分布。

为了增进温度控制，在特定热循环中，可以设置装置用于在操作期间冷却生物传感器，该装置诸如是有源冷却元件(例如薄膜帕尔帖元件)、与热沉或冷块热接触的热传导层和风扇。

5)加热元件的有源矩阵阵列

如已经指出数次的，可以以矩阵器件的形式实现加热端子的阵列，优选地以有源矩阵器件的形式(可选地被以复用方式驱动)。在有源矩阵或复用器件中，从一个驱动器到多个加热器重新导引驱动信号、而不需要通过两个接触端子将每个加热器连接至外部世界是可能的。

在图14中所示的实施例中，有源矩阵用作分配网络，以从中央驱动器CU经由单独的电源线iPL至加热器元件HE路由加热器所需的电信号。在此范例中，加热器HE设置为相同单元的规则阵列，由此，经由有源矩阵的晶体管T1将加热器连接至驱动器CU。将晶体管的栅极连接至选择驱动器(在所有情况下，如用于有源矩阵液晶显示器AMLCD的标准移位寄存器栅极驱动器)，同时，源极连接至加热器驱动器，例如一组电压或电流驱动器。此阵列的操作如下：

-为激活给定的加热器元件HE，将并入所需的加热器的整行的隔间中的晶体管T1切换至导通状态(通过例如将正电压从选择驱动器施加至栅极)。

-将加热器所处的列中的单独的电源线iPL上的信号(电压或电流)设定为它的期望值。此信号通过导通的TFT，到达加热器元件，导致局部温度升高。

-所有其它列中的驱动信号保持在一个电压或电流，其将不引起加热(这将典型地为0V或0A)。

-在实现温度升高后，将线(line)中的晶体管再次设定为不导通状态，防止进一步的加热器激活。

同样地，矩阵优选地使用“每次一线(line-at-a-time)”的寻址原理操作，与由基于CMOS的器件进行的通常的随机访问途径相反。

通过向阵列中不止一列施加信号，同时激活给定行中不止一个加热器HE也是可能的。通过激活另一线和向阵列中的一列或不止一列施加信号，顺次地激活不同行中的加热器是可能的。

同时，在图14的实施例中，考虑能够同时向阵列中的所有列提供(如果需要的话)单独的信号的驱动器，考虑具有解复用器的功能的更简单的驱动器也是可行的。这在图15中示出了，其中，仅需要单个输出驱动器SD来生成加热信号(例如电压或电流)。解复用电路DX的功能是简单地路由加热器信号至列中的一列，由此，仅该列中选中的行中的加热器被激活。可选地，解复用器DX能够直接联接至多个加热元件(对应于图15中仅一行的情况)。解复用电路的功能于是为简单地路由加热器信号至其输出端中的一个，由此，仅激活期望的加热器。

通过两个接触端子单独驱动每个加热元件的简单途径的问题是需要外部驱动器(即用于电阻加热器的电流源)，以给每个加热器提供电信号。结果，每个驱动器一次仅能激活单个加热器，这意味着必需顺次激活联接至相同驱动器的加热器。这使得难于维持稳态温度分布。此外，如果需要驱动电流，由于泄漏效应，不是总能够将电流从驱动器引向加热器而没有电流损耗。

为此原因，优选地使用激活矩阵技术，以便引起每个加热元件一个集成的局部加热器驱动器。图16示例了这样的局部驱动器CU2，其形成用于整个阵列的控制单元的一部分；所述控制单元的另一部分CU1位于加热电极HE的阵列外部(注意图16中仅示出了整个阵列的一个加热电极HE)。现在，每个加热器元件HE不仅包括选择晶体管T1，而且还包括局部电流源。同时，有许多实现该局部电流源的方法，最简单的实施例仅需要增加第二晶体管T2，流过此晶体管的电流由栅极电压限定。现在，释放信号的编程仅仅是提供来自外部电压驱动器CU1的、经由单独控制线iCL和选择晶体管T1的指定电压至电流源晶体管T2的栅极，其然后从公共电源线cPL取得所需的功率。

在图17中所示的进一步的实施例中，局部驱动器CU2能够设置有局部存储器功能，由此，扩展驱动器信号至隔间被寻址的时间以外成为可能。在许多情况下，存储器元件是简单的电容器C1。例如，在电流信号的情况下，设置额外的电容器C1，以存储电流源晶体管T2的栅极上的电压并维持加热器电流，同时，例如加热器元件的另一线被寻址。增加存储器容许将加热信号应用于更长的时段，由此能够更好地控制温度分布。

虽然所有以上实施例考虑使用薄膜电子器件(和有源矩阵方法)来激活加热元件，在最简单的实施例中，单独的加热元件都可以被单独地驱动，例如在借助于经由两个接触端子通过元件通过限定的电流的电阻加热元件的情况下。虽然这是用于相对小数量的加热元件的有效的解决方案，该途径的一个问题是，要被单独驱动的每个附加的加热元件需要至少一个附加的接触端子。结果，如果需要大数量的加热元件(以产生更复杂或更一致的温度分布)，接触端子的数量可以变得惊人的大，使得器件难以接受的大和笨重。使用诸如二极管和MIM(金属-绝缘体-金属)器件的其它有源矩阵薄膜开关技术来实施实施例的数个也是可能的。

6)具有用于生物分子/流体操控的振荡器的驱动电路

虽然在要被切换的加热电极HE处简单地并入开关是可能的，但是在每个加热电极HE的玻璃上并入频率振荡器通常是有益的。对于生物分子的俘获，这尤其是真实的，因为对于小粒子限制，通常需要高频(＞1MHz)，并且利用局部频率振荡器，线电容不再相关(从而容许更高的频率和显著减小的功率耗散)。另外，它使得可能使用如透明氧化物的更高电阻的透明电极，因为再次，RC延迟和功率低。

根据图18中所示的示意性设计，用于粒子操控的每个场电极将与包括寻址元件、存储器功能元件、振荡元件、可选地驱动功能元件、以及一个或多个电极的有源矩阵电路关联。这些功能元件中，寻址元件可以是简单的开关，或在相同电极用于温度控制和生物分子/流体致动(参照以上)的情况下，为更复杂的开关，并且存储器功能元件可以是存储电容器。

有许多生产可调谐振荡器的方法。称作驰豫振荡器的一类振荡器是通过改变供应至集成电子器件的电流频率可调谐的；图20中示出了此类振荡器的范例。这里，数据电流填充开关电容器C的速率确定振荡频率。此振荡器实施例的优点是所有的TFT具有相同极性，这使得电路也可以以a-Si技术实施。

在此类振荡器中，设定振荡器频率所需的电流能够直接由数据驱动电路供应并使用图20和21中所示的电路镜像至像素上。图20中的电路的操作如下：

采样：闭合S1和S2；电流I₁流入T1并且电流I₂(＝k·I₁)流入T2和振荡器。

保持：断开S1和S2；电流I₂继续流入T2和振荡器。

图21中的电路的操作如下：

1.闭合T1和T2，电流I₁流入T4。

2.断开T1和T2。

3.闭合T3，电流I₁现在流入T4和振荡器。

虽然图20示出了传统电流镜电路，在图21中，电流镜使用相同的晶体管T4用于采样数据驱动器电流和驱动振荡器。此单个TFT电流镜电路具有自补偿和校正TFT特性(诸如迁移率和阈值电压)中的任何变化的优点。如果使用p-SiTFT，这是重要的，因为这里发现了相当大的迁移率(5-10％)和阈值电压(+/-1V)变化。驱动电流中的任何不一致将反映在振荡器频率中的等同移动中。

可选地，能够以电压形式寻址数据，并且使用图22和23中所示的电流源电路将电压转换为像素水平的所需的电流。在这些电路中，将数据电压施加于电流源TFT的栅极，并且其跨导特性用于限定电流(随源极-栅极电压变大，电流增大)。图23示出了基本电路的改善版本，其对水平串扰不敏感得多(当由于沿电源线的电压降而越过基底移动时输出电流中的降低)。

如果可以利用n型和p型晶体管(例如p-Si技术，或CMOS技术)，生产具有更少TFT的振荡器是可能的。这对于能够用于后方照明和探测的基底上的开口空间(孔径)是有利的。能够在电子器件参考书中找到该振荡器的范例。

图21中所示类型的驰豫振荡器通常具有的特性是输出信号的幅度随输出频率改变。对于许多应用，将需要确保恒定幅度的输出电压，或更一般地，需要确保输出电压是独立于频率变化的。通过使用输出缓冲器，这些情况都能够实现，并且这些形成本发明的优选实施例。图24中给出了实施具有恒定输出电压缓冲器的图19的驰豫振荡器的范例。在此图中，给出了p-Si中的电路的实际实施(即电流源和电阻由TFT限定)。将电路部件进一步形成合适的尺寸，以提供在300Hz-10kHz带宽中的振荡，然而选择其它部件会容许其它带宽。图25中示出了输出电压的频率和幅度是独立地变化的像素电路的范例。此像素电流将需要两个数据信号，一个用于频率(电流)，而一个用于像素电压(电压)。

能够在局部可调谐振荡器像素电路中实施的另一类振荡器电路是环形振荡器。图26中示出了此类振荡器的范例。在此范例中，输出电压的频率和幅度是独立地变化的。再次，将电路部件形成合适的尺寸，以提供在300Hz-10kHz带宽中的振荡，其是显示应用所需的带宽。通过选择其它的部件能够改变此带宽。

在大多数情况下，振荡器的输出(电压)将直接用于驱动电极。在一些情况下，电极将需要振荡输出电流。这能够通过使用(例如)电流源TFT的跨导特性将振荡输出电压转换为电流而再次实现，如图22和23中已经示出的。

在附图的以上描述中，一般引用晶体管。实际上，适于使用低温多晶硅(LTPS)薄膜晶体管(TFT)制造温度受控的小室阵列。因此，在优选实施例中，以上引用的晶体管可以是TFT。尤其是，可以使用LTPS技术将阵列制造在大面积玻璃基底上，因为当使用大面积时，LTPS是特别有成本效益的。

此外，虽然已经关于基于低温多晶Si(LTPS)的有源矩阵器件描述了本发明，也可以使用基于例如CdSe、SnO或有机TFT的非晶Si薄膜晶体管(TFT)、微晶或纳晶Si、高温多晶SiTFT、其它的无机TFT。类似地，如本领域所知的，MIM，即金属-绝缘体-金属器件或二极管器件，例如利用复位(D2R)有源矩阵寻址方法使用双二极管，也可以用于开发于此公开的发明。

如在以上数个实施例中描述的可编程温度处理阵列是针对医学和保健及健康产品的一系列器件中的极端重要的部件。主要的应用是在生物芯片中使用温度处理阵列，诸如在生物传感器下面或在反应室下面，其中受控的加热提供功能能力，诸如混合、蛋白质和核酸的热变性、增大的扩散速率、表面结合系数的修改等。特定的应用是使用PCR的DNA放大，PCR需要阵列元件的可重复的和精确的复用(即平行的和独立的)的温度控制。其它应用是用于致动MEMS相关器件，该器件用于压力致动、热驱动流体泵浦等。

最后指出，在本申请中，术语“包括”不排除其它元件或步骤，“一个”不排除多个，并且单个处理器或其它单元可以执行数个装置的功能。本发明具备每个新特征和每个新特征的组合。此外，权利要求中的参考符号不视为是限制它们的范围。

Claims (48)

1、一种用于操控样品的微电子器件，包括：

a)样品室(SC)；

b)至少一个加热电极(HE、FHE)，用于在被以电能驱动时，与该样品室的至少一个子区交换热；

c)至少一个场电极(FE)，用于在向它施加电位时，在该样品室的所述子区中生成电场(E)；

d)控制单元(CU、CU1、CU2)，用于选择性地驱动电极(HE、FHE、FE)。

2、根据权利要求1所述的微电子器件，

其特征在于，该加热电极(HE)部署于称作“加热层”的第一层中，并且该场电极(FE)部署于称作“场层”的第二层中，所述层与该样品室(SC)相邻地布置成一层在另一层之上。

3、根据权利要求2所述的微电子器件，

其特征在于，该场层部署于该样品室(SC)和该加热层之间。

4、根据权利要求2所述的微电子器件，

其特征在于，该加热层和该场层中的每一个分别包括多个加热电极(HE)和场电极(FE)，其中，不同层的电极优选地相对于彼此对准。

5、根据权利要求4所述的微电子器件，

其特征在于，该场电极(FE)至少部分地部署于该加热电极(HE)之间的间隙以上。

6、根据权利要求4所述的微电子器件，

其特征在于，该场电极(FE)至少部分地部署于该加热电极(HE)以上。

7、根据权利要求4所述的微电子器件，

其特征在于，该场电极(FE)至少部分地布置成与该加热电极(HE)成一角度，优选地为直角。

8、根据权利要求1所述的微电子器件，

其特征在于，它包括加热电极(HE)的阵列。

9、根据权利要求8所述的微电子器件，

其特征在于，该控制单元(CU)位于该阵列外部，并通过用于选择性地承载电能的电源线(iPL)连接至该加热电极(HE)。

10、根据权利要求9所述的微电子器件，

其特征在于，该控制单元(CU)包括用于将它耦接至该电源线(iPL)的解复用器(DX)。

11、根据权利要求8所述的微电子器件，

其特征在于，每个加热电极(HE)与局部驱动单元(CU2)关联。

12、根据权利要求11所述的微电子器件，

其特征在于，所有局部驱动单元(CU2)耦接至公共电源线(cPL)，并且所有加热元件耦接至另一公共电源线(GR)。

13、根据权利要求8所述的微电子器件，

其特征在于，该控制单元的部分(CU1)位于该阵列外部，并且经由用于承载控制信号的控制线(iCL)连接至局部驱动单元(CU2)，该局部驱动单元(CU2)位于该加热电极(HE)处并耦接至该加热电极(HE)。

14、根据权利要求13所述的微电子器件，

其特征在于，控制信号是脉冲宽度调制的、脉冲幅度调制的、和/或脉冲频率调制的。

15、根据权利要求13所述的微电子器件，

其特征在于，该局部驱动单元(CU2)包括用于存储该控制信号的信息的存储器(C1)。

16、根据权利要求1所述的微电子器件，

其特征在于，该场电极是双功能电极(FHE)，其根据定义也能够如同加热电极那样操作。

17、根据权利要求16所述的微电子器件，

其特征在于，它包括数个均为双功能电极(FHE)的场电极。

18、根据权利要求16所述的微电子器件，

其特征在于，该控制单元(CU、CU1、CU2)适于同时和/或顺次地如同场电极和如同加热电极那样驱动该双功能电极(FHE)。

19、根据权利要求16所述的微电子器件，

其特征在于，该双功能电极(FHE)利用一极连接至第一电位(V1)，并且经由该控制单元控制的开关(T1)，利用其第二极连接至区别的第二电位(GR)(图13)。

20、根据权利要求1所述的微电子器件，

其特征在于，它包括至少两个场电极(FE)，当电压施加于它们之间时，该至少两个场电极在该样品室的所述子区中公共地生成电场(E)。

21、根据权利要求1所述的微电子器件，

其特征在于，该加热电极(HE)适于从该样品室(SC)去除热。

22、根据权利要求1所述的微电子器件，

其特征在于，该加热电极(HE)是电阻条带、透明电极、帕尔帖元件、射频加热电极、或辐射加热电极。

23、根据权利要求1所述的微电子器件，

其特征在于，包括至少一个温度传感器(TS)。

24、根据权利要求23所述的微电子器件，

其特征在于，该加热电极(HE)能够作为温度传感器操作。

25、根据权利要求23所述的微电子器件，

其特征在于，该控制单元耦接至所述温度传感器(TS)并适于根据该样品室(SC)中的预定温度分布以闭环控制该加热电极(HE)。

26、根据权利要求1所述的微电子器件，

其特征在于，它包括微机械器件或电器件，优选地泵(PE)或阀，用于控制该样品室(SC)中流体的流动和/或粒子的运动。

27、根据权利要求1所述的微电子器件，

其特征在于，该加热电极(HE)适于通过热毛细管效应在该样品室(SC)中的流体中引起流动。

28、根据权利要求1所述的微电子器件，

其特征在于，该场电极(FE、FHE)适于通过电渗、电泳、介电电泳、电铃动力学和/或这些效应的组合在该样品室(SC)中的流体中引起流动。

29、根据权利要求1所述的微电子器件，

其特征在于，它包括传感器元件，优选地，光、磁或电传感器元件，用于感测该样品室中样品的性质。

30、根据权利要求1所述的微电子器件，

其特征在于，该样品室(SC)由热隔层(IN)划分成至少两个隔间。

31、根据权利要求1所述的微电子器件，

其特征在于，电隔离层或部分隔离层和/或生物兼容层部署于该样品室(SC)和电极(HE、FHE、FE)之间。

32、根据权利要求1所述的微电子器件，

其特征在于，该加热电极(HE)和该场电极(FE)部署于该样品室(SC)的相对侧。

33、根据权利要求1所述的微电子器件，

其特征在于，它包括多个场电极(FE)，该多个场电极布置成在层中彼此平行并以交替端连接至该控制单元。

34、根据权利要求1所述的微电子器件，

其特征在于，该加热电极(HE)和/或该场电极(FE)是弯曲的。

35、根据权利要求1所述的微电子器件，

其特征在于，该加热电极(HE)和/或该场电极(FE)在它们的形状和/或横截面上是矩形的、锥形的和/或非对称的。

36、根据权利要求1所述的微电子器件，

其特征在于，该加热电极(HE)和/或该场电极(FE)包含数个平行引线。

37、根据权利要求1所述的微电子器件，

其特征在于，该场电极(FE)布置为四极。

38、根据权利要求1所述的微电子器件，

其特征在于，它包括距离小于50μm、优选地小于10μm的至少两个场电极(FE)。

39、根据权利要求1所述的微电子器件，

其特征在于，它包括数个平行加热电极(HE)，它们之间的距离大于50μm，优选地大于100μm。

40、根据权利要求1所述的微电子器件，

其特征在于，该控制单元(CU、CU1、CU2)适于利用具有可选择的强度和/或频率的交变电流驱动该加热电极(HE)。

41、根据权利要求1所述的微电子器件，

其特征在于，它在薄膜电子器件中实现。

42、根据权利要求1所述的微电子器件，

其特征在于，它包括具有多个加热电极(HE)的加热阵列和具有多个场电极(FE)的场阵列。

43、根据权利要求42所述的微电子器件，

其特征在于，大面积电子器件矩阵途径、优选地有源矩阵途径用于接触电极(HE、FHE、FE)。

44、根据权利要求42所述的微电子器件，

其特征在于，该样品室(SC)和该阵列之间的界面化学地涂成图案，该图案调整为电极(HE、FHE、FE)的图案。

45、根据权利要求44所述的微电子器件，

其特征在于，结合分子被附着到样品物质能够由该场电极(FE)的电场(E)俘获的位置处的界面。

46、根据权利要求42所述的微电子器件，

其特征在于，寻址元件、驱动器单元、存储器单元和/或频率振荡器与每个加热电极(HE)和/或场电极(FE)局部地关联。

47、根据权利要求46所述的微电子器件，

其特征在于，该频率振荡器是可调谐振荡器，优选地，驰豫振荡器或环形振荡器。

48、根据权利要求1至47中的任一项所述的微电子器件的使用，用于分子诊断、生物学样品分析、或化学样品分析。

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