CN109603931B - 一种电润湿介电液滴致动装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电润湿介电液滴致动装置及其制造方法。一种制造包括一个或多个面的电润湿介电液滴致动装置的方法。该方法包括使用增材制造工艺，沉积非导电材料以形成基板和围绕基板的微流体结构；沉积导电材料，用于形成嵌入基板内的连接端和电极阵列；沉积电介质和疏水材料，以形成覆盖电极和基板的层；将具有第一和第二侧面的盖子设置在微流体结构上并在电极上方留下空间；其中盖子的第二侧面具有导电和疏水层；并且盖子的第二侧面对电极阵列。

Description

一种电润湿介电液滴致动装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种制造电润湿介电液滴致动装置的方法及电润湿介电液滴致动装置。
背景技术
电润湿介电(EWOD)是一种用于片上实验室(LoC)数字微流体领域的独特技术，其具有操纵小体积液体样品(也称为“液滴”)的潜力。EWOD设备可以作为前端平台，为其他LoC执行复杂的样品处理操作。
F.Mugele和J.C.Baret在“Electrowetting:from basics to applications”,Journal of Physics:Condensed Matter,volume 17,page R705(2005)中发表了电润湿技术的介绍，W.Nelson和C-J Kim在“Droplet Actuation by Electrowetting-on-Dielectric(EWOD):A Review”,Journal of Adhesion Science and Technology,volume26,pages 1747–1771(2012)中对电润湿介电装置进行了综述，以上文献在本发明中作为引用文献。
EWOD开发的主要障碍是复杂的制造工艺，同时需要微电子和微流体的制造步骤。为了利用电润湿效应，需要将导电电极无缝地集成到具有特定介电层和疏水层的微流体装置中。嵌入式电极还需要与外部驱动电子设备连接，并且还需要精细的连接设计以最大程度配合微流体的结构。
发明内容
本发明的第一方面，提供了一种制造包括一个或多个面的电润湿介电液滴致动装置的方法。该方法包括使用增材制造工艺来沉积非导电材料形成基板和围绕基板的微流体结构；沉积导电材料，用于形成嵌入基板内的连接端和电极阵列；以及沉积介电和疏水材料，以形成覆盖电极和基板的介电和疏水层。该方法还包括将具有第一和第二侧面的盖子设置在微流体结构上并且在电极上方留下空间。盖子的第二侧面具有导电和疏水层，并且盖子的第二侧面面对电极阵列。
该方法可以进一步包括使用增材制造工艺来沉积介电和疏水材料在介电和疏水层上形成功能结构。
根据本发明的第二方面，提供了一种制造包括功能结构的电润湿介电液滴致动装置的方法。该方法包括使用增材制造工艺来沉积非导电材料以形成基板和围绕基板的微流体结构；沉积导电材料，用于形成嵌入基板内的连接端和电极阵列；沉积介电和疏水材料，以形成覆盖电极和基板的第一介电和疏水层。该方法还包括沉积介电和疏水材料以在第一介电和疏水层上形成功能结构。该方法还包括将具有第一和第二侧面的盖子设置在微流体结构和功能结构上，并在电极上方留下空间。盖子的第二侧面具有导电和疏水层，并且盖子的第二侧面面对电极阵列。
增材制造过程可包括多通道墨水直接打印。增材制造工艺的至少一部分可包括选择性激光烧结(SLS)。增材制造工艺的至少一部分可包括立体光刻(SLA)。增材制造工艺的至少一部分可包括熔合丝制造(FFF)。增材制造工艺的至少一部分可包括挤出式3D打印等。增材制造过程可包括这些过程的组合。增材制造工艺可包括其他增材制造工艺。
在增材制造过程中，每种材料可以同时或连续地沉积。一些材料可以连续沉积，一些材料可以同时沉积。
可以使用多个喷嘴来沉积非导电材料，导电材料以及介电和疏水材料。多个喷嘴中的每个喷嘴可以配置为沉积不同的材料。任何数量的多个喷嘴可以配置成沉积相同的材料。
该方法可以沉积多个面。多个面可以被配置为允许一个或多个液滴在相邻面的空间之间移动。至少一个面可以在与另一个面不同的平面上。多个面可以形成盒状结构。
根据本发明的第三方面，描述了一种电润湿介电液滴致动装置。该装置包括多个面。每个面包括一个电极阵列；覆盖电极的介电和疏水层以及设置在电极上方的具有第一和第二侧面的盖子，在电极上方留下空间。这些面被配置为允许一个或多个液滴在相邻面的空间之间移动。至少一个面位于与第二面不同的平面上。
一个或多个电极上方可以具有介电和疏水材料形成的功能结构。
该装置还可包括具有第一侧面和第二侧面的基板，以及连接到每个电极的连接端。电极可以与基板的第一侧面齐平，并且连接端可以与基板的第二侧面齐平。该装置可以进一步包括微流体结构，该微流体结构围绕基板的周边，与基板的第二侧面齐平并且延伸超过基板的第一侧面。介电和疏水层可以覆盖电极和基底的第一侧面。盖子的第二侧面可具有导电和疏水层。盖子的第二侧面可以面对电极阵列。
连接端可以连接到驱动电子设备。
由介电和疏水材料制成的物理壁可以沉积在基板的第一侧面上，在电极之间形成物理屏障。
多个面可以被配置形成盒状结构。多个面可以形成一个或多个单片层。
多个面可以被配置形成任何三维形状。
驱动电子设备可以在盒状结构内部。驱动电子设备可以在盒状结构外部。驱动电子设备可以在盒状结构的内部和外部。
装置的基底可以是片状的。
基板在第一和第二主轴上比在垂直于前两个轴的平面延伸的第三轴中更长。
该装置通常可以是方形的。
电极可以是方形的。
电极可以是六边形的。
电极可以是任何密铺形状。
电极阵列可以被密铺。
第一功能结构可以位于三个电极的行或列的中心。
第二功能结构可以位于形成T形顶杆的一排电极的中心。
第三功能结构可以在五个电极的中心形成十字形状。
盖子可以是透明的或不透明的。
装置的第一面可以与装置的第二面成直角。
本发明的第四方面，描述了一种电润湿介电液滴致动装置。该装置包括电极，覆盖电极的第一介电和疏水层以及设置在电极上方留下空间的盖子。该装置还包括第二介电和疏水层，其在电极上形成功能结构，位于第一介电和疏水层与盖子之间。
至少一个功能结构可以是第一和第二半圆形状组成的第一功能结构，其中第一和第二半圆的直边缘位于相对的电极边缘。
至少一个功能结构可以是三角形形状的第二功能结构，其具有与电极边缘相邻的第一和第二角以及在电极中心上方的第三角。
至少一个功能结构可以是四角星形状的第三功能结构，其具有靠近电极或在电极边缘处的星形尖端。
附图说明
以下借助说明书附图，对本发明的具体实施例做如下披露，以期进一步公开本发明的细节，而不是对发明构思的限制性解释。
附图1是第一电润湿介电装置的剖视图；
附图2A至2D是电润湿介电装置制造过程中的透视图；
附图3A至3D是电润湿介电装置制造过程中的横截面图；
附图4展示了功能结构的制造；
附图5是包括第一，第二和第三功能结构在电极阵列上的平面图；
附图6是展示了第一功能结构在电极上的横截面图；
附图7A至7D展示了第一功能结构在电极阵列上的平面图；
附图8A至8D展示了第二功能结构在电极阵列上的平面图；
附图9A至9D展示了第三功能结构在电极阵列上的平面图；
附图10展示了液滴进样的平面图；
附图11展示了样本储存的平面图；
附图12是第二电润湿介电装置的透视图；
附图13是第二电润湿介电装置的剖视图；
附图14是第二电润湿介电装置的分解透视图；
附图15是第三电润湿介电装置的透视图；
附图16是第三电润湿介电装置的剖视图；
附图17是第三电润湿介电装置的分解透视图；
附图18是第四电润湿介电装置的透视图；
附图19是第四电润湿介电装置的剖视图；
附图20是第四电润湿介电装置的分解透视图；
图中：1-电润湿介电(EWOD)液滴致动装置、2-液滴、3-基板、4-基板第一侧面、5-基板第二侧面、6-基板周边、8-电极、9-电极正面、10-电极背面、12-驱动电子设备、13-连接端、14-像素、15-介电和疏水层、16-微流体结构、17-微流体结构第一侧面、18-微流体结构第二侧面、23-盖子、24-盖子第一侧面、25-盖子第二侧面、30-空间、31-地、35-喷嘴、36-功能结构、37-物理壁、38-半圆结构、39-弯曲边缘、40-直边缘、41-电极边缘、45-大液滴、50-连接面、51-单片层结构、54-第一模块、55-第二模块、56-第三模块、58-单片层结构第一侧面、59-单片层结构第二侧面。
具体实施方式
电润湿介电液滴致动装置1
附图1展示了能够驱动液滴2的第一增材制造的电润湿介电(EWOD)装置1的横截面图。电润湿介电装置1通常采用具有第一和第二侧面4，5和周边6的基板3。基板3在第一主轴和第二主轴上比在垂直于第一主轴和第二主轴的平面的第三轴上更长。
电极8的阵列位于基板3的第一侧面4上。每个电极8具有正面9和背面10。每个电极的正面9可以与基板3的第一侧面4齐平。电极8通过连接端13连接到驱动电子设备12，连接端13连接到电极8的背面10。连接端13从电极8的背面10穿过到基板3的第二侧面5。每个连接端13可以与基板3的第二侧面5齐平。连接到相应的连接端13和驱动电子设备12的每个电极8在这里也称为“像素”14。
介电和疏水层15位于基板3的第一侧面4和电极8的正面9上。微流体结构16从基板3的第二侧面5邻近基板3的周边6开始延伸超过介电和疏水层15。微流体结构16具有第一和第二侧面17，18。具有第一和第二侧面24，25的盖子23设置在微流体结构16上，使得盖子23的第二侧面25与微流体结构16的第一侧面17相邻。
盖子23包括可用作半导体领域中基板的材料。例如，盖子23可包括聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚苯乙烯(PS)或聚酰亚胺(PI)等中的任何一种或任何组合。盖子23可包括玻璃材料。盖子23的第二侧面25覆有导电材料和疏水材料。导电材料也可以是疏水的。
导电材料可以是不透明的或透明的。导电材料可以是透明导电氧化物(TCO)。导电材料可以是氧化镉锡(CTO)。导电材料可以是氧化铟锡(ITO)。覆盖盖子23的第二侧面25的疏水材料可以是含氟材料。疏水材料可以是聚四氟乙烯(PTFE或TeflonTM)或者CYTOP TM。
盖子23的第二侧面25放置在微流体结构16的第一侧面17上，留下用于液滴2移动通过的空间30。驱动电子设备12和盖子23的导电层连接到地31。
电润湿介电装置1可以是任何形状。装置1可具有大致正方形，矩形，六边形，八边形或圆形形状。装置1可具有不规则形状。装置1可具有任何数量的侧面的形状。装置1可以是任何尺寸。通常装置1可以具有大约毫米的尺寸，可沿着任何主轴具有大约20mm至1000mm的尺寸。例如，装置1可以是20mm×200mm，120mm×200mm或200mm×200mm，但也可以是400mm×1000mm，或1000mm×1000mm。
电润湿介电装置1可以具有任意数量的电极8的阵列。阵列可具有数百个电极8。阵列可具有数千个电极8。该阵列可具有数千个以上的电极8。该阵列可具有多于一万个电极8。
参照附图2A至2D，第一电润湿介电装置11的形状通常为正方形或矩形。装置11具有十六个电极8的阵列，布置成四行四列的网格。微流体结构16在电极阵列周围形成壁，提供物理屏障以防止液滴2逸出装置11。
每个电极8可以是任何形状。每个电极8可以具有大致正方形，矩形，六边形，八边形或圆形形状。每个电极8可以具有不规则的形状。该装置可具有任何数量侧边的形状。每个电极8通常是扁平的和薄的，在第一和第二主轴上的长度大于在垂直于第一和第二主轴的平面的第三轴上的长度。每个电极可以是正方形或矩形或六边形。每个电极可以是规则或不规则的形状。每个电极可具有任何数量的侧边。
电极8的尺寸将取决于待操纵的每个样品的体积。通常，每个电极8可以具有微米到毫米量级的尺寸，可选地沿着任何主轴线具有约100μm到10mm的尺寸。例如，每个电极8可以是100μm×200μm或200μm×400μm，但是它也可以是100μm×10mm或10mm×10mm。
每个电极阵列可以具有相同形状和尺寸的电极8。每个电极阵列可以具有不同形状和尺寸的电极8的组合。阵列中的电极8可以被密铺。
电极8的边缘之间的距离是为了避免电极8之间的短路。相邻电极8的边缘之间的距离通常非常小。相邻电极8的边缘之间的距离可以是25.4μm。阵列内相邻电极8的边缘之间的距离可以相同。阵列内相邻电极8的边缘之间的距离可以变化。
参考附图2A至3D，展示了电润湿介电装置1的增材制造。增材制造(AM)工艺可包括多通道墨水直接打印、选择性激光烧结(SLS)、立体光刻(SLA)和熔合丝制造(FFF)或基于挤出式的3D打印等。多个喷嘴35可用于沉积一种特定材料或多种材料以制造电润湿介电装置1。该材料可包括例如非导电材料、导电材料、介电和疏水材料。可以有任何数量的喷嘴连续或同时沉积任何数量的不同材料。使用这种方法，可以很容易地构建EWOD中的导电电极和微流体支撑结构。
特别参考附图2A和3A，第一喷嘴351可以沉积非导电材料作为基板3，留下用于连接端阵列13的空间，并通过第二喷嘴352沉积导电材料。特别参考附图2B和3B，通过第二喷嘴352沉积导电材料制造电极8的阵列。将非导电材料沉积到基板中以使基板3的第一侧面4与电极8的正面9齐平。特别参考附图2C和3C，然后通过第三喷嘴353将第一介电和疏水层15沉积到基板3的第一侧面4和电极8的正面9。特别参考附图2D和3D，然后使用第四喷嘴354输送非导电材料在基板3周围沉积微流体结构16，使得其接触基板3的周边6。
参考附图4，可以将额外的功能结构36添加到电极8。功能结构36由介电和疏水材料制成。喷嘴35可以将介电和疏水材料沉积在第一介电和疏水层15的顶部上，从而产生可以用于操纵液滴2的功能结构36。功能结构36可以附着到第一介电和疏水层15，或者它可以浮在其上面。功能结构36可以处于固定位置或者可以能够在电极8上移动。也可以在阵列中的一组电极8周围添加也由介电和疏水材料制成的物理壁37，以防止液滴2移动到某些相邻电极8。这样的物理壁37可用于在电润湿介电装置1上容纳液滴2。
参照附图5，第一功能结构361由第一和第二半圆381，382组成，每个半圆381，382具有弯曲边缘39和直边缘40。弯曲边缘39朝向电极8的中心放置。电极8是正方形或矩形，并具有第一，第二，第三和第四边缘411,412,413,414。第一功能结构361的第一和第二半圆381，382的直边40靠近或邻接电极8的相对边缘412，414。第二功能结构362为三角形结构的形状，其具有与电极8的边缘41相邻的两个角，以及在电极8的中心的角。第三功能结构363形成为四角星形，其具有靠近电极8的边缘41或在电极8的边缘41处的星形尖端。如稍后将更详细解释的，所有三个功能结构36允许液滴2在被致动通过电极8阵列的操控被分成两个。
参考附图6，电极8的横截面图，其具有沉积在第一介电和疏水层15上的第一功能结构361。液滴2在空间30中移动的体积减小。
参考附图7A至11，电极8可以处于开启或关闭状态。在开启状态下，电极8可以具有施加例如正偏压。在关闭状态下，电极8可以是例如浮动的或接地的。
通常，处于关闭状态的电极8将接地。当电极8处于开启状态时，液滴2将覆盖电极8上方的第一介电和疏水层15的区域。如果两个或更多个相邻电极8开启，则液滴2覆盖所有相邻有源电极8上方的第一介电和疏水层15的区域。
特别参见附图7A至7D，可以使用行或列中的三个电极81，82，83操纵液滴2并将其分成第一和第二液滴21，22。在这样的模式中，中心电极82具有第一功能结构361。相邻电极81，83位于中心电极82的相对边缘411，413旁边。当将三个电极81，82，83一起开启时，这种模式将形成具有平坦沙漏形状的空间30。
特别参见附图7A，液滴2保持在开启的第一电极81上。第二和第三电极82，83关闭。特别参考附图7B，开启第二电极82使得液滴2覆盖第一和第二电极81，82的区域。液滴2被部分地强制通过由第二电极82上的第一功能结构361产生的较窄空间30。特别参照附图7C，开启第三电极83使得液滴2覆盖所有三个电极81，82，83的区域并且在中间压缩。特别参考附图7D，在第一和第三电极81，83保持开启的同时将第二电极82转到关闭状态，使得液滴2分成第一和第二液滴21，22。
特别参考附图8A至8D，可以使用以T型排布的四个电极811，812，813，814操纵液滴2并将其分成第一和第二液滴21，22。第一电极811位于T的底部，第二第三和第四电极812，813，814在T的顶部形成横杆。T型的第三电极813位于T的中心顶部，并具有三角形的第二功能结构362。特别参见附图8A，液滴2保持在开启的第一电极811上。第二，第三和第四电极812，813，814是关闭的。特别参考附图8B，开启第三电极813使得液滴2移动以覆盖第一和第三电极811，813的区域。液滴2大致呈椭圆形，但已被迫进入第三电极813上的三角形第二功能结构362的任一侧的空间30。特别参照附图8C，关闭第一电极811并开启第二和第四电极812，814使液滴2通过三角形第二功能结构362移动覆盖T形杆的顶部的任一侧。特别参照附图8D，停用第三电极813将液滴2分成分别保持在第二和第四电极812，814上的第一和第二液滴21，22。
特别参考附图9A，可以使用以交叉排布的五个电极821，822，823，824，825操纵液滴2并将其分成第一和第二液滴21，22。中心电极823具有四个尖的星形第三功能结构363。从第一电极821开始的液滴2可以通过开启第三电极823移动液滴2以覆盖第一和第三电极821，823的区域并使得液滴2覆盖四角星形的第三功能结构363的一个角的任一侧，从而分成第一和第二液滴21，22。使第一电极821关闭并且开启第二和第四电极822，824使得液滴2移动穿过十字形的中心，覆盖四角星形的第三功能结构363的一个角的任一侧。关闭第三电极823将液滴2分成分别保持在第二和第四电极822，824上的第一和第二液滴21，22。参照附图9B至9D，这种电极配置允许把从外电极821，822，824，825中的任何一个开始的液滴2分成第一和第二液滴21，22。
特别参考附图10，由介电和疏水材料制成的物理壁37围绕排列成三列和三行的九个电极8的正方形阵列。壁区域在入口电极830的边界和相邻电极831之间具有一个入口。例如，壁区域可以用于存储较大的液滴45，以用于电润湿介电装置1中的其他操控或者用于样本存储。当存储较大的液滴45时，所有电极8都是开启的。通过开启相邻电极831，液滴45的一部分较小的液滴2从较大的液滴45分离并移出壁区域。使壁区域内的入口电极830关闭使液滴2与较大的液滴45分离。特别参见附图11，液滴2可以移动到壁区域中并使用相反的操作融合成较大的液滴45。
功能结构36，壁37和电极8的组合可用于通过移动、分离或组合它们来顺序地或同时地操纵液滴2。具有相似形状的功能结构36可以在具有不同形状的电极8上制成，例如，六边形或不规则形状的电极8。壁37可以以任意布置在电极8的边缘41处提供屏障。
参考附图12至20，液滴2可以三维移动。制造具有多个连接面50的电润湿介电装置，其中至少一个面50具有与任何其他面50不同的平面，允许三维液滴致动或移动。制造在几个方向上具有多个连接面50以形成的盒状结构的电润湿介电装置能够允许液滴2垂直和水平移动。每个面50包括第一电润湿介电装置11的所有特征。面50可以具有连续的空间30，允许液滴2在它们之间转移。面50可以具有独立的空间30，在它们之间具有物理屏障，防止液滴2从一个面50转移到另一个面50。
每个面50可以是任何形状和任何尺寸。每个面50可以具有任意数量的电极8的阵列。阵列可具有数百个电极8。阵列可具有数千个电极8。阵列可具有数千个以上的电极8。
电润湿介电装置还可以在盒状结构内具有多个单片层结构51(或“层”)。每层包括具有第一和第二侧面4，5的基板3。第一电极8可以与第一侧面4齐平，第二电极8可以与第二侧面5齐平。第一和第二电极可以位于基板3上的相同位置。连接端13通过基板3将第一电极连接到第二电极。介电和疏水层15设置在电极和基板3的第一和第二侧面4，5上。单片层结构51可以具有任何取向。
具有多个面50和/或层51允许用户在同一装置上同时执行不同的实验。该装置可具有任何三维形状。面50可以与层51成任何角度。面50可以与层51成直角。
特别参照附图12至14，第二电润湿介电装置12具有第一和第二水平面50H1，50H2，以及第一和第二垂直面50V1，50V2。第一和第二水平面50H1，50H2都具有十六个电极8，它们排布成四行和四列。第一垂直面50V1和第二垂直面50V2各自具有四个电极8并且排布成单排。
水平面50H1，50H2与垂直面50V1，50V2成直角。第一和第二水平面50H1，50H2的电极8沿相同方向取向。第一和第二垂直面50V1，50V2的电极8沿相反方向定向，彼此背离。驱动电子设备12位于盒状结构的内部和外部。然而，驱动电子设备12可以在盒状结构的内部和/或外部。
特别参考附图13，可以同时在不同面上操纵第一和第二液滴21，22。
装置12包括第一和第二模块54，541，55，551。第一模块541包括第一水平面50H1和从面50H1的边缘向上延伸的微流体结构16。第二模块551形成第二水平面50H2以及第一和第二垂直面50V1，50V2。第一和第二模块541，551使用前面描述的相同的增材制造方法。
微流体结构16支撑装置的所有部件，并允许形成用于液滴2的空间30。微流体结构16可具有实心或中空结构。从驱动电子设备12到驱动电子设备的连接可以在微流体结构16的中空结构内。
特别参考附图14，通过将第一和第二垂直盖23放置在第一模块541的微流体结构16的两个相对的内侧来组装第二电润湿介电装置12。接下来，将第一水平盖23放置在第一模块541的第一介电和疏水层15上。然后将第二模块551插入第一模块541中，并将第二水平盖23放置在第一模块541的微流体结构16的第一侧面17和第二模块551的介电和疏水层15的顶部。盖23的第二侧面25上的导电和疏水层连接到地31。每个盖子23的第二侧面25面向电极8。
参照附图15至17，在第三电润湿介电装置13上，电极8可以在每个面50上具有不同的取向。单个电极8可以在两个面50上，使电极8位于具有不同平面的两个面50之间的拐角处。第三电润湿介电装置13还包括第一和第二模块54，542，55，552。第一模块542包括近似方形的基板3，形成近似方形的基板3和微流体结构16，微流体结构16从基板3的周边6沿垂直基板3的平面延伸。
第二模块552包括第一和第二水平面50H3，50H4，以及第一和第二垂直面50V3，50V4。水平面50H3，50H4与垂直面50V3，50V4成直角。第一和第二水平面50H3，50H4各自具有排列成四行和六列的二十四个电极8。第一和第二水平面50H3，50H4中的中央十六电极8沿相反方向取向，电极正面9彼此背离。第一垂直面50V3和第二垂直面50V4各自具有四个电极8并且布置成单排。第一和第二垂直面50V3，50V4的电极8沿相反方向取向，电极正面9彼此背离。
第一和第二水平面50H3，50H4的外柱上的电极8的形状为直角，每个电极的一部分位于相邻的垂直面50V3，50V4上。第一和第二模块542，552使用前面描述的相同的增材制造方法。
驱动电子设备12位于盒状结构的内部和外部。然而，驱动电子设备12可以在盒状结构的内部和/或外部。
特别参照附图17，通过将第一水平盖23放置在第一模块542的基板3上来组装第三电润湿介电装置13。接下来，第一和第二垂直盖23放置在第一模块542的两个相对的内侧。然后将第二模块552插入第一模块中，并将第二水平盖23放置在第一模块542的微流体结构16的第一侧面17和第二模块552的介电和疏水层15的顶部。盖23的第二侧面25上的导电和疏水层连接到地31。每个盖子23的第二侧面25面向电极8。
参照附图18至20，第四电润湿介电装置14包括第一和第二层511，512，允许用户在层51之上和之间移动液滴2。第四电润湿介电装置14包括第一，
第二和第三模块543，553，56。
第一模块543包括由第一水平盖23覆盖的近似方形的基板3，以及从基板3的周边6沿垂直基板3的平面延伸的微流体结构16。
第二和第三模块553，56分别包括第一和第二层511，512。每个层51具有第一和第二侧面58，59。每个层51在形式和制造上类似于第一电润湿介电装置11。然而，每个层511，512在基板的第一和第二侧面4，5上都具有插入基板3的电极。介电和疏水层15覆盖基板的第一和第二侧面4，5和电极8。每个层511，512具有三十二个电极，在第一侧面58上为十六个，在第二侧面59上为十六个。电极8排布成四行四列。第二水平盖23将第一层511的第二侧面59上的十二个电极8之间的空间与第二层512的第一侧面58上的十二个电极8分开。第二水平盖23的第一和第二侧面24，25都具有导电和疏水层。
可以使用前面描述的增材制造方法制造所有三个模块。驱动电子设备12位于盒状结构的内部和外部。然而，驱动电子设备12可以在盒状结构的内部和/或外部。
特别参考图20，通过将第一水平盖23放置在第一模块543的基板3上来组装第四电润湿介电装置14。接下来，将第二模块553放置在第一水平盖23上，留下用于液滴2移动通过的空间30。第二水平盖23放置在第一层511的第二侧面59上，留下空间30。第三模块56放置在第二水平盖23上方，留下空间30。然后将第三水平盖23放置在第二层512的第二侧面59上并且放置在第一模块543的微流体结构16的第一侧面17上。在第一和第三水平盖23的第二侧面25上的导电和疏水层接地。第一和第三水平盖23的第二侧面25面向电极8。
修改
应当理解，可以对上文描述的实施例进行各种修改。这些修改可以包括在电润湿介电或数字微流体装置及其组成部分的设计，制造和使用中已知的等效和其他特征，并且可以代替或补充本文已经描述的特征和使用这些特征。一个实施例的特征可以由另一个实施例的特征替换或补充。
尽管在本申请中已经将权利要求描述为特征的特定组合，但是应当理解，本发明的公开内容的范围还包括本文公开的任何新颖特征或任何新颖特征的组合，无论是明确地还是隐含地或其任何形式，它是否与任何权利要求中目前要求保护的相同发明有关，以及它是否减轻了与本发明相同的任何或所有相同的技术问题。申请人在此通知，在本申请或由此衍生的任何进一步申请的审查期间，可以对这些特征和/或这些特征的组合制定新的权利要求。

Claims (27)

1.一种形成包括一个或多个面(50)的电润湿介电液滴致动装置(1)的方法，该方法包括：
使用增材制造工艺，沉积非导电材料以形成基板(3)和围绕基板的微流体结构(16)；沉积导电材料，用于形成嵌入基板内的连接端(13)和电极(8)的阵列；沉积介电和疏水材料，以形成覆盖电极和基板的介电和疏水层(15)；并且
将具有第一侧面和第二侧面的盖子(23)设置在微流体结构上并且在电极上方留下空间(30)；
其中盖子的第二侧面具有导电和疏水层；并且盖子的第二侧面面对所述电极的阵列。
2.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
使用所述增材制造工艺，沉积介电和疏水材料以在所述介电和疏水层(15)上形成功能结构(36)。
3.一种形成电润湿介电液滴致动装置(1)的方法，所述电润湿介电液滴致动装置(1)包括功能结构(36)，所述方法包括：
使用增材制造工艺，沉积非导电材料以形成基板(3)和围绕基板的微流体结构(16)；沉积导电材料，用于形成嵌入基板内的连接端(13)和电极(8)的阵列；沉积介电和疏水材料，形成覆盖电极和基板的第一介电和疏水层(15)；沉积介电和疏水材料，以在第一介电和疏水层上形成功能结构；并且
将具有第一侧面和第二侧面的盖子(23)设置在微流体结构和功能结构上，并在电极上留下空间(30)；
其中盖子的第二侧面具有导电和疏水层；并且盖子的第二侧面面对所述电极的阵列。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述增材制造工艺包括多通道墨水直接打印。
5.根据权利要求1所述的方法，所述增材制造工艺的至少一部分包括选择性激光烧结。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述增材制造工艺的至少一部分包括立体光刻。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述增材制造工艺的至少一部分包括熔合丝制造。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述增材制造工艺的至少一部分包括基于挤出式的3D打印。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中每种材料同时沉积。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每种材料是连续沉积的。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述非导电材料，所述导电材料以及所述介电和疏水材料各自使用多个喷嘴(35)沉积。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述多个喷嘴中的每个喷嘴配置成沉积不同的材料。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述多个喷嘴中的任何数量的喷嘴配置成沉积相同的材料。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中存在多个面(50)，所述多个面构造成允许一个或多个液滴(2)在相邻面的空间之间移动；并且至少一个面与另一个面位于不同的平面上。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其中所述多个面(50)形成盒状结构。
16.一种采用权利要求1所述的方法形成的电润湿介电液滴致动装置(1)，包括：
多个面(50)，其中每个面包括：
电极(8)的阵列；
覆盖电极的介电和疏水层(15)；
盖子(23)，具有第一侧面和第二侧面，盖子被设置在电极上方并留下空间(30)；
所述多个面设置成允许一个或多个液滴(2)在相邻面的空间之间移动；并且其中至少一个面位于与第二面不同的平面上。
17.根据权利要求16所述的装置，其中一个或多个电极具有介电和疏水材料，形成在所述电极(8)上方的所述介电和疏水层(15)上方设置的功能结构(36)。
18.根据权利要求16或17所述的装置，还包括：
基板(3)，具有第一侧面(4)和第二侧面(5)；
连接端(13)，连接到每个电极(8)，其中电极与基板的第一侧面齐平，并且连接端与基板的第二侧面齐平；
微流体结构(16)，围绕基板的周边(6)，与基板的第二侧面齐平并延伸超过基板的第一侧面；
其中所述介电和疏水层(15)覆盖电极和基板的第一侧面；
其中盖子的第二侧面具有导电和疏水层；并且
盖子的第二侧面面向所述电极的阵列。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述连接端连接到驱动电子设备(12)。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的装置，其中由介电和疏水材料制成的物理壁(37)设置在所述基板(3)的第一侧面(4)上的电极(8)之间，在电极之间形成物理屏障。
21.根据权利要求16至20中任一项所述的装置，其中所述多个面构造成形成盒状结构。
22.根据权利要求16至21中任一项所述的装置，其中所述多个面中形成一个或多个单片层(51)。
23.根据权利要求16至22中任一项所述的装置，其中所述多个面构造成形成任何三维形状。
24.一种采用权利要求3所述的方法形成的电润湿介电液滴致动装置(1)，包括：
电极(8)的阵列；
覆盖电极的第一介电和疏水层(15)；
盖子(23)，设置在电极上，留下空间(30)；
第二介电和疏水层，在电极上形成功能结构(36)，插入在第一介电和疏水层与盖子之间。
25.根据权利要求17或24所述的装置，其中至少一个功能结构(36)是两个半圆(381，382)的第一功能结构(361)，其具有位于相对的电极边缘(41)的第一和第二直边(401，402)。
26.根据权利要求17至25中任一项所述的装置，其中至少一个功能结构(36)是三角形形状的第二功能结构(362)，其具有与边缘(41)相邻的第一和第二角以及电极(8)中心上方的第三角。
27.根据权利要求17至26中任一项所述的装置，其中至少一个功能结构(36)是四角星形状的第三功能结构(363)，其具有靠近或在电极(8)边缘(41)处的星形尖端。
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