CN113348036A - 具有可编程开关元件的微流体装置 - Google Patents

具有可编程开关元件的微流体装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113348036A
CN113348036A CN201980089554.4A CN201980089554A CN113348036A CN 113348036 A CN113348036 A CN 113348036A CN 201980089554 A CN201980089554 A CN 201980089554A CN 113348036 A CN113348036 A CN 113348036A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
microfluidic device
microfluidic
electrode
circuit substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201980089554.4A
Other languages
English (en)
Inventor
凯斯·J·布林格
J·P·斯勒伊斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Phenomex Inc
Original Assignee
Berkeley Lights Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Berkeley Lights Inc filed Critical Berkeley Lights Inc
Publication of CN113348036A publication Critical patent/CN113348036A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502769—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements
    • B01L3/502784—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for droplet or plug flow, e.g. digital microfluidics
    • B01L3/502792—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for droplet or plug flow, e.g. digital microfluidics for moving individual droplets on a plate, e.g. by locally altering surface tension
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/50273—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the means or forces applied to move the fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502761—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip specially adapted for handling suspended solids or molecules independently from the bulk fluid flow, e.g. for trapping or sorting beads, for physically stretching molecules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0647—Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
    • B01L2200/0652—Sorting or classification of particles or molecules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/14—Process control and prevention of errors
    • B01L2200/143—Quality control, feedback systems
    • B01L2200/147—Employing temperature sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0645—Electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0415—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic
    • B01L2400/0424—Dielectrophoretic forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
    • B03C2201/26—Details of magnetic or electrostatic separation for use in medical or biological applications
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C5/00—Separating dispersed particles from liquids by electrostatic effect
    • B03C5/005—Dielectrophoresis, i.e. dielectric particles migrating towards the region of highest field strength
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C5/00—Separating dispersed particles from liquids by electrostatic effect
    • B03C5/02—Separators
    • B03C5/022—Non-uniform field separators
    • B03C5/026—Non-uniform field separators using open-gradient differential dielectric separation, i.e. using electrodes of special shapes for non-uniform field creation, e.g. Fluid Integrated Circuit [FIC]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

描述了微流体装置，其具有：带有控制单元的电路基板、与介电泳(DEP)电极相关联的开关机构和存储器单元。切换指令可由控制单元接收、存储和检索，并用于经由开关机构控制DEP电极。本文包括包含所述微流体装置的系统和控制该微流体装置的方法。

Description

具有可编程开关元件的微流体装置
技术领域
本公开大体上涉及光电微流体装置。
背景技术
“微流体装置”(或“微流体设备”)是包括一个或多个分立的微流体回路的装置，微流体回路被配置为保持流体，每个微流体回路由流体互连的回路元素(包括但不限于区域、流动路径、通道、室和/或坞)以及至少一个端口组成，所述端口被配置为允许流体(以及可选地，悬浮在流体中的微物体)流入和/或流出微流体装置。通常，微流体装置的微流体回路将包括流动区域，该流动区域可以包括微流体通道和至少一个室，并且将被配置为具有与微流体装置中的第一端口(例如，入口)流体连通的第一端和与微流体装置中的第二端口(例如，出口)流体连通的第二端。这种微流体装置可以为用于处理诸如生物细胞之类的微物体的方便平台。可以选择微流体装置中的微物体(例如，单个生物细胞)，并通过在该装置中选择性地产生局部电动力来移动微物体。
举例来说，序列号为9,403,172的美国专利(“'172专利”，其通过引用整体并入本文)公开了一种微流体设备，该微流体设备包括电路基板、室、第一电极、第二电极、开关机构和光敏元件。介电泳(DEP)电极位于电路基板的表面的不同位置处。所述室被配置为在电路基板的表面上容纳流体介质，其中，第一电极与介质电接触，而第二电极与介质电绝缘。相应的开关机构位于不同的对应DEP电极和第二电极之间，其中，每个开关机构在其中对应的DEP电极被去激活的关断状态和其中对应的DEP电极被激活的导通状态之间是可切换的。光敏元件被配置为根据引导到光敏元件上的光束提供用于控制不同的对应开关机构的输出信号。如'172专利中所描述的，通过向微流体装置的第一电极和第二电极施加交流(AC)功率来控制微流体装置，其中，第一电极与微流控装置的电路基板的内表面上的室中的介质电接触，而第二电极与介质电绝缘。通过将光束引导到电路基板中对应的光敏元件上来激活电路基板的内表面上的相应的DEP电极，响应于光束提供来自光敏元件的输出信号，并且响应于输出信号，将电路基板中的开关机构从其中DEP电极被去激活的关断状态切换到其中DEP电极被激活的导通状态。
已知使用“巢”型系统来供养、隔离、测定和/或培养安装在巢上的微流体装置中包含的生物微物体(例如，细胞)。这种巢可以被设计为同时安装多个微流体装置。巢通常配备有单个成像装置，该成像装置包括光源和摄像头，用于对相应的微流体装置进行“成像”以获得相应的微物体的位置的当前图像来从该图像计算操纵/移动物体的计划，以及用于通过主动地接通/断开位于装置上的相应的开关元件来主动地操纵/移动物体，如例如在'172专利中所描述的。然而，在给定时间，只有成像装置的单个视场(“FOV”)可以具有微物体的活跃的光电处理(“OEP”)；也就是说，只有当成像装置的光源“打开”时，装置上的任何开关元件才会被激活。因此，当成像装置未查看特定FOV时，在所述FOV内可能没有活跃的OEP，这是因为没有光源可用来执行此操作。此外，虽然对单个FOV成像和确定“做什么”所需的时间可能只花费大约一秒钟甚至更少，但随后使用成像装置的光源来操作FOV内的相应的开关元件以执行计划的过程可能花费超过90秒对于每个FOV。因此，在用于使用单个成像装置(摄像头/光源)控制(例如)四个微流体装置的巢系统中，其中，每个微流体装置具有大约20个FOV，一次只能操作四个装置的组合的总有效面积的1/80。随着相应的微流体装置本身变得更大并且每个装置具有更多数量的FOV和/或随着巢被构建为安装和控制多于四个的装置和/或随着所需的成像需要更精细的分辨率和FOV收缩(即需要更多的FOV来覆盖相同的区域)，这种低效率成比例地增加。因此，需要解决这些限制并允许更高的装置处理效率的微流体装置和光电控制系统。
发明内容
本公开涉及一种微流体装置，该微流体装置包括具有控制单元的电路基板、存储器单元和与介电泳(DEP)电极关联的开关机构。本文公开的这种装置的实施例提供了由控制单元接收、存储和检索并用于经由开关机构控制DEP电极的切换指令。本文还描述了包括微流体装置的系统和控制微流体装置的方法。
在某些实施例中，微流体装置包括：电路基板，其由半导体材料制成，其中可以形成电路元件，该电路基板包括表面；以及室，其部分由所述电路基板表面限定，其中，所述室被配置为容纳流体介质。在一些这类装置中，第一电极设置为与所述流体介质电接触；第二电极设置为与所述流体介质电绝缘；在所述电路基板表面上或靠近所述电路基板表面的不同位置处的介电泳(DEP)电极各自设置为与所述流体介质电接触。开关机构各自设置在所述DEP电极中的对应的一个不同的DEP电极和所述第二电极之间，其中，每个所述开关机构能够关断状态和导通状态之间切换，其中，在关断状态下，所述对应的DEP电极与所述第二电极电隔离，在导通状态下，所述对应的DEP电极与所述第二电极电连接。在这样的实施例中，控制电路各自与对应的光敏元件和所述开关机构中对应的一个或多个可操作地连接，其中，每个所述对应的光敏元件被配置为响应于引导到所述光敏元件上的调制光束，生成包括用于控制所述开关机构中所述对应的一个或多个的指令的输出信号。每个所述控制电路包括存储器或与存储器相关联，该存储器被配置为至少暂时地存储来自所述光敏元件中的所述对应的一个的所述输出信号。每个所述控制电路被配置为对于连续时间间隔中的每个时间间隔，基于存储的输出信号中的所述指令，控制每个所述一个或多个对应的开关机构是处于所述关断状态还是所述导通状态。
还公开了包括如本文所述的微流体装置的系统。在一些实施例中，这类系统还包括发光装置，其中，发光装置和微流体装置之一或两者相对于彼此是可移动的，使得发光装置可以选择性地定位在电路基板表面的多个视场中的每一个处。在一些示例中，发光装置包括发光元件，每个发光元件被配置为将相应的调制光束引导到位于发光装置所在处的电路基板表面的给定视场内的所述光敏元件中的对应的一个上。
在包括所述微流体装置的系统的某些描述的实施例中，该系统可以被配置为自动：(a)将微流体装置和发光装置之一或两者相对于彼此移动，以便将发光装置定位在电路基板表面的第一视场处，(b)将由所述发光元件发射的相应的调制光束引导到位于第一视场内的所述光敏元件中的所述对应的光敏元件上，(c)将初始化脉冲/信号传送到对应于位于第一视场内的所述光敏元件的控制电路，从而使所述对应的控制电路与由所述光敏元件生成的相应的输出信号同步，(d)将微流体装置和发光装置之一或两者相对于彼此移动，以便将发光装置定位在电路基板表面的下一个视场处，(e)将由所述发光元件发射的相应的调制光束引导到位于下一个视场内的所述光敏元件中的所述对应的光敏元件上，(f)将初始化脉冲/信号传送到对应于位于下一个视场内的所述光敏元件的控制电路，从而使所述对应的控制电路与由所述光敏元件生成的相应的输出信号同步，以及(g)重复(d)到(f)，直到各个调制光束已经被引导到位于电路基板表面的所有视场中的所述对应的光敏元件上为止。
本文还描述了控制微流体装置的方法的示例。一些示例涉及控制微流体装置的方法，该微流体装置包括半导体电路基板和设置在所述电路基板的表面上的包含流体介质的室，其中，介电泳(DEP)电极设置在所述电路基板表面上或靠近所述电路基板表面，与所述流体介质电接触。控制所述微流体装置的方法包括：(a)向所述微流体装置的第一电极和第二电极施加交流(AC)功率，其中，所述第一电极与所述流体介质电接触，而所述第二电极与所述流体介质电绝缘；(b)将调制光束引导到所述电路基板中的光敏元件上，其中，所述光敏元件响应于所述光束生成包括用于控制所述DEP的指令的输出信号；(c)至少暂时地将所述输出信号存储在位于所述电路基板内的存储器中，以及(d)基于包含在所述存储的输出信号中的所述指令，控制位于所述电路基板内的开关机构，使得对于连续时间间隔中的每个时间间隔，所述开关处于其中所述DEP电极与所述第二电极电隔离的关断状态和其中所述DEP电极与所述第二电极电连接的导通状态中的一个。
在控制微流体装置的方法的其它实施例中，其中，微流体装置包括电路基板和设置在所述电路基板的表面上的包含流体介质的室，并且其中，介电泳(DEP)电极设置在所述电路基板表面上或靠近所述电路基板表面，与所述流体介质电接触，该方法包括：(a)将发光装置定位在电路基板表面的第一视场处，该发光装置包括发光元件；(b)将来自所述发光元件的相应的调制光束引导到位于第一视场内的电路基板表面上或靠近第一视场内的电路基板表面的对应的光敏元件上，其中每个所述光敏元件响应于相应的调制光束，生成包括用于控制对应的DEP电极的指令的输出信号；(c)向与位于所述第一视场中的所述光敏元件对应的相应的控制电路传送初始化脉冲/信号，从而使所述控制电路与由所述光敏元件生成的输出信号同步；(d)至少暂时地将所述输出信号存储在所述控制电路的相应的存储器中或与所述控制电路相关联的相应的存储器中。在某些这样的实施例中，该方法还可以包括：(e)将交流(AC)功率施加到所述微流体装置的第一电极和第二电极，其中，所述第一电极与所述流体介质电接触，而所述第二电极与所述流体介质电绝缘；以及(f)基于包含在所述相应的存储的输出信号中的所述指令，控制位于所述电路基板内的开关机构，使得对于连续时间间隔中的每个时间间隔，每个所述开关机构处于其中与所述开关机构对应的DEP电极与所述第二电极隔离的关断状态或其中所述对应的DEP电极与所述第二电极电连接的导通状态中的一个。在一些这样的实施例中，该方法还可以包括：(g)将发光装置定位在电路基板表面的下一个视场处；(h)将来自所述发光元件的相应的调制光束引导到位于下一个视场内的电路基板表面上或靠近下一个视场内的电路基板表面的对应的光敏元件上，其中每个所述光敏元件响应于相应的调制光束，生成包括用于控制对应的DEP电极的指令的输出信号；(i)向与位于所述下一个视场中的所述光敏元件对应的相应的控制电路传说初始化脉冲/信号，从而使所述控制电路与由所述光敏元件生成的输出信号同步；(j)至少暂时地将所述输出信号存储在所述控制电路的相应的存储器中或与所述控制电路相关联的相应的存储器中；以及(k)重复步骤(g)-(j)，直到各个调制光束已经被引导到位于电路基板表面的所有视场中的所述对应的光敏元件上为止。
在控制微流体装置的方法的其它实施例中，微流体装置包括电路基板和设置在所述电路基板的表面上的包含流体介质和微物体的室，其中，介电泳(DEP)电极设置在所述电路基板表面上或靠近所述电路基板表面，与所述流体介质电接触。在这样的实施例中，该方法包括(a)将图像获取装置定位在电路基板表面的第一视场(FOV)处；(b)使用图像获取装置获取包括设置在其上的微物体的基板的第一FOV的图像数据；(c)处理图像数据以生成用于选择性地激活DEP电极以便移动在第一FOV中成像的微物体的计划；(d)将发光装置定位在第一FOV处，该发光装置包括发光元件；(e)将来自所述发光元件的相应的调制光束引导到位于第一FOV内的电路基板表面上或靠近第一视场内的电路基板表面的对应的光敏元件上，其中每个所述光敏元件响应于相应的调制光束生成输出信号，所述输出信号包括用于根据确定的计划控制位于第一FOV内的对应的DEP电极的选择性激活的指令；(f)向与位于所述第一FOV中的所述光敏元件对应的相应的控制电路传送初始化脉冲/信号，从而使所述控制电路与由所述光敏元件生成的输出信号同步；(g)响应于所述初始化脉冲/信号，至少暂时地将所述输出信号存储在在对应于位于所述第一FOV中的所述光敏元件的所述控制电路的相应的存储器中或与所述控制电路相关联的相应的存储器中。
根据参照附图的随后的详细描述，所公开的实施例例的其它和进一步的方面和特征将中变得明显。
附图说明
附图示出了公开的发明的实施例的设计和效用，其中相似的元件由共同的附图标记表示。这些附图不一定按比例绘制。为了更好地理解如何获得上述和其它优点和目的，将对实施例进行更具体的描述，其在附图中示出。这些附图仅描绘了公开的发明的典型实施例，因此不应被认为是对其范围的限制。
图1是根据本发明一个实施例构造的微流体装置的局部透视剖视图和微流体控制系统的框图。
图2A-2C是根据本发明实施例构造的另一微流体装置的各种视图。
图2D-2F是根据本发明实施例构造的又一微流体装置的各种视图。
图2G是根据本发明实施例构造的又一微流体装置的平面图。
图2H是根据本发明实施例构造的又一微流体装置的平面图。
图3A-3E是根据本发明实施例构造的又一微流体装置的各种视图。
图4是图3A-3E的微流体装置的光致动的电动力学机构的等效电路图。
图5是图3A-3E的微流体装置的局部侧面剖视图，特别示出了光敏元件的详细实施例。
图6是图3A-3E的微流体装置的局部侧面剖视图，特别示出了光敏元件和开关机构的详细实施例。
图7是图3A-3E的微流体装置的局部侧面剖视图，特别示出了光敏元件和另一个开关机构的详细实施例。
图8是图3A-3E的微流体装置的局部侧面剖视图，特别示出了另一个光敏元件的详细实施例。
图9是图3A-3E的微流体装置的局部侧面剖视图，特别示出了状态指示器的详细实施例。
图10是微流体装置的实施例的局部侧面剖视图。
图11A是图3A-3E的微流体装置的截面图，特别示出了由图1的微流体系统生成的光束。
图11B是沿线11B-11B截取的图11A的微流体装置的平面图。
图12A是微流体装置的平面图，特别示出了输入到微流体装置中的各种电信号。
图12B是输入到图12A的微流体装置中的电信号的时序图。
图13A是另一微流体装置的平面图，特别示出了输入到其它微流体装置中的各种电信号。
图13B是输入到图13A的微流体装置中的电信号的时序图。
图14A是又一微流体装置的平面图，特别示出了输入到微流体装置中的各种电信号。
图14B是输入到图14A的微流体装置中的电信号的时序图。
图15A是又一微流体装置的平面图，特别示出了输入到微流体装置中的各种电信号。
图15B是输入到图15A的微流体装置中的电信号的时序图。
图16是在图1的微流体系统中使用的巢的平面图。
图17是在图1的微流体系统中使用的成像装置的框图。
图18是示出图1的微流体系统的电路基板的表面的多个不同视场(FOV)的平面图。
图19是示出一种操作图1的微流体系统和微流体装置的方法的流程图。
具体实施方式
本说明书描述了本公开的示例性实施例和应用。然而，本公开并不限于这些示例性实施例和应用，也不限于示例性实施例和应用在本文中操作或描述的方式。此外，附图可以示出简化或局部视图，并且附图中的要素的尺寸可能被夸大或者不成比例。另外，由于本文使用术语“在......上”、“附接到”、“连接到”、“耦接到”或类似的词，一个要素(例如，材料、层、基板等)可以“在另一要素上”、“附接到另一要素”、“连接到另一要素”或“耦接到另一要素”，而不论该一个要素是直接在该另一要素上、附接到该另一要素、连接到该另一要素或耦接到该另一要素，还是在该一个要素和该另一元素之间有一个或多个间隔要素。此外，除非上下文另有规定，否则如果提供方向(例如，上方、下方、顶部、底部、侧面、上、下、在……下、在……下、上部、下部、水平、垂直、“x”、“y”、“z”等)的话，它们是相对的并且仅作为示例提供，并且为了便于说明和讨论而不是作为限制。另外，在提及要素列表(例如，要素a、b、c)的情况下，这样的提及旨在包括所列要素本身中的任何一个、少于所有列出的要素的任何组合和/或所有列出的要素的组合。说明书中的章节划分仅为了便于审查，并不限制所讨论要素的任何组合。
在微流体特征的尺寸被描述为具有宽度或面积的情况下，通常相对于x轴和/或y轴尺寸来描述该尺寸，这两个尺寸都位于与微流体装置的基板和/或盖平行的平面内。可以相对于z轴方向描述微流体特征的高度，该z轴方向垂直于平行于微流体装置的基板和/或盖的平面。在一些情况下，微流体特征(例如通道或通路)的横截面积可以参考x轴/z轴、y轴/z轴或x轴/y轴面积。
如本文所用的“基本上”意指足以用于预期目的。因此，术语“基本上”允许由绝对或完美状态、尺寸、测量、结果等的微小的、无关紧要的变化，例如本领域普通技术人员所预期但不明显影响整体性能的变化。当与数值或者可以表示为数值的参数或特性相关地使用时，“基本上”意味着在百分之十之内。
术语“多个(ones)”意味着不止一个。
本文所用的术语“多个”可以是2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个。
本文所用的μm表示微米，μm3表示立方微米，pL表示皮升，nL表示纳升，并且μL(或uL)表示微升。
本文所用的术语“置于”在其含义内包括“位于”。
本文所用的“微流体装置”或“微流体装置”是这样的装置：其包括一个或多个分立的微流体回路，所述微流体回路被配置为容纳流体，每个微流体回路包括流体互连的回路元素(包括但不限于区域、流动路径、通道、室和/或坞)以及至少一个端口，所述端口被配置为允许流体(以及任选地悬浮在流体中的微物体)流入和/或流出微流体装置。通常，微流体装置的微流体回路将包括流动区域(该流动区域可以包括微流体通道)和至少一个室，并且将容纳小于约1mL(例如，小于约750、500、250、200、150、100、75、50、25、20、15、10、9、8、7、6、5、4、3或2μL)的流体体积。在某些实施例中，微流体回路容纳约1-2、1-3、1-4、1-5、2-5、2-8、2-10、2-12、2-15、2-20、5-20、5-30、5-40、5-50、10-50、10-75、10-100、20-100、20-150、20-200、50-200、50-250或50-300μL。微流体回路可以被配置为具有与微流体装置中的第一端口(例如，入口)流体连通的第一端和与微流体装置中的第二端口(例如，出口)流体连通的第二端。在一些实施例中，微流体装置可具有不止两个端口，例如3、4、5、6个或更多个端口；典型的示例可能具有两个入口和两个出口，例如用于流体连通到同一微流体装置上的两个微流体回路。
本文所用的“纳米流体装置”或“纳米流体装置”是一种具有微流体回路的微流体装置类型，所述微流体回路含有至少一个回路元素，所述回路元素被配置为容纳小于约1μL的流体体积，例如，小于约750、500、250、200、150、100、75、50、25、20、15、10、9、8、7、6、5、4、3、2、1nL或更少。纳米流体装置可以包括多个回路元素(例如，至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、50、75、100、150、200、250、300、400、500、600、700、800、900、1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000、4500、5000、6000、7000、8000、9000、10,000或更多)。在某些实施例中，所述至少一个回路元素中的一个或多个(例如，所有)被配置为容纳约100pL至1nL、100pL至2nL、100pL至5nL、250pL至2nL、250pL至5nL、250pL至10nL、500pL至5nL、500pL至10nL、500pL至15nL、750pL至10nL、750pL至15nL、750pL至20nL、1至10nL、1至15nL、1至20nL、1至25nL或1至50nL的流体体积。在其它实施例中，所述至少一个回路元素中的一个或多个(例如，所有)被配置为容纳约20nL至200nL、100至200nL、100至300nL、100至400nL、100至500nL、200至300nL、200至400nL、200至500nL、200至600nL、200至700nL、250至400nL、250至500nL、250至600nL或250至750nL的流体体积。
微流体装置或纳米流体装置在本文中可以指“微流体芯片”或“芯片”；或者“纳米流体芯片”或“芯片”。
本文所用的“微流体通道”或“流动通道”是指微流体装置的流动区域，其长度显著长于水平和垂直尺寸。例如，流动通道可以是水平或垂直尺寸的长度的至少5倍，例如，长度的至少10倍、长度的至少25倍、长度的至少100倍、长度的至少200倍、长度的至少500倍、长度的至少1,000倍、长度的至少5,000倍，或更长。在一些实施例中，流动通道的长度为约100,000微米至约500,000微米，包括其间的任何值。在一些实施例中，水平尺寸为约100微米至约1000微米(例如，约150至约500微米)，并且垂直尺寸为约25微米至约200微米(例如，约40到约150微米)。应当注意，流动通道可以在微流体装置中具有各种不同的空间配置，因此不限于完全线性的元件。例如，流动通道可以是或包括具有以下构造的一个或多个部分：曲线、弯曲、螺旋、上斜、下斜，分叉(例如，多个不同的流动路径)，及其任何组合。另外，流动通道沿其路径可以具有不同的横截面积，加宽和收缩以在其中提供所需的流体流动。流动通道可以包括阀，并且阀可以是微流体领域中已知的任何类型。美国专利6,408,878和9,227,200中公开了包括阀的微流体通道的示例，其均通过引用整体并入本文。
本文所用的术语“障碍物”通常是指凸起或类似类型的结构，其足够大以便部分地(但不完全地)阻碍目标微物体在微流体装置中的两个不同区域或回路元素之间的移动。两个不同的区域/回路元素可以是例如微流体隔绝坞的连接区域和隔离区域。
本文所用的术语“收缩”通常是指微流体装置中的回路元素(或两个回路元素元素间的界面)的宽度变窄。收缩可以位于例如本公开的微流体隔绝坞的隔离区域和连接区域之间的界面处。
本文所用的术语“透光”是指允许特定频率范围(或光谱)的光通过而在光通过材料时基本上不改变光的材料。在本文所述的典型实施例中，特定频率的光可以是可见光、紫外(UV)光和/或红外(IR)光。
本文所用的术语“微物体”通常是指可以根据本公开隔离和/或处理的任何微观物体。微物体的非限制性示例包括：无生命的微物体，例如微粒；微珠(例如，聚苯乙烯珠、Luminex(商标)珠等)；磁珠；微米棒；微丝；量子点等；生物微物体，例如细胞；生物细胞器；囊泡或复合物；合成囊泡；脂质体(例如，合成的或衍生自膜制品)；脂质纳米筏(nanoraft)等；或无生命微物体和生物微物体的组合(例如，附接于细胞的微珠、脂质体涂覆的微珠、脂质体涂覆的磁珠等)。珠子可以包括共价或非共价附接的部分/分子，例如荧光标志物、蛋白质、碳水化合物、抗原、小分子信号传导部分或能够用于测定的其它化学/生物物质。脂质纳米筏已经被描述在例如Ritchie et al.(2009)“Reconstitution of Membrane Proteins inPhospholipid Bilayer Nanodiscs,”Methods Enzymol.,464:211-231中。
本文所用的术语“细胞”可以与术语“生物细胞”互换使用。生物细胞的非限制性示例包括真核细胞；植物细胞；动物细胞，例如哺乳动物细胞、爬行动物细胞、禽类细胞、鱼细胞等；原核细胞；细菌细胞；真菌细胞；古细菌细胞；原生生物；原生动物细胞等；从组织(例如肌肉、软骨、脂肪、皮肤、肝脏、肺、神经组织等)解离的细胞；免疫细胞，例如T细胞、B细胞、自然杀伤细胞、巨噬细胞等；胚胎(例如，受精卵)；卵母细胞；卵子；精子细胞；杂交瘤；培养的细胞；来自细胞系的细胞；癌细胞；感染的细胞；转染和/或转化的细胞；报告细胞等。哺乳动物细胞可以来自例如人、小鼠、大鼠、马、山羊、绵羊、牛、灵长类动物等。
如果集落中能够繁殖的所有活细胞是衍生自单个母细胞的子细胞，则生物细胞的集落是“克隆的”。在某些实施例中，克隆集落中所有的子细胞通过不超过10次分裂衍生自单个母细胞。在其它实施例中，克隆集落中所有的子细胞通过不超过14次分裂衍生自单个母细胞。在其它实施例中，克隆集落中所有的子细胞通过不超过17次分裂来自单个母细胞。在其它实施例中，克隆集落中所有的子细胞通过不超过20次分裂衍生自单个母细胞。术语“克隆细胞”是指同一克隆集落的细胞。
本文所用的生物细胞的“集落”是指2个或更多个细胞(例如约2至约20、约4至约40、约6至约60、约8至约80、约10至约100、约20至约200、约40至约400、约60至约600、约80至约800、约100至约1000或大于1000个细胞)。
本文所用的术语“供养(一个或多个)细胞”是指提供包含流体和气体组分(可选地，包含表面)的环境，其提供保持细胞存活和/或扩增所必需的条件。
本文所用的术语“扩增”在涉及细胞时指的是细胞数目的增加。
流体介质的“组分”是介质中存在的任何化学或生物化学分子，包括溶剂分子、离子、小分子、抗生素、核苷酸和核苷、核酸、氨基酸、肽、蛋白质、糖、碳水化合物、脂质、脂肪酸、胆固醇、代谢物等。
本文所用的“捕获部分”是为微物体提供识别位点的化学或生物物质、功能或基序。所选类型的微物体可以识别原位产生的捕获部分，并且可以与原位产生的捕获部分结合或与其具有亲合力。非限制性示例包括抗原、抗体和细胞表面结合基序。
本文所用的“可流动聚合物”是可溶于或可分散于流体介质中的聚合物单体或大分子单体(例如，预聚物溶液)。可流动聚合物可以被输入到微流体流动区域中，并与其中的流体介质的其它组分一起流动。
本文所用的“光引发聚合物”是指这样的聚合物(或可用于产生聚合物的单体分子)：其在暴露于光时能够共价交联，形成特定的共价键，改变固定化的化学基序周围的区域选择性化学，或者形成导致物理状态变化的离子对，从而形成聚合物网络。在一些情况下，光引发聚合物可以包括这样的聚合物区段：其与一个或多个能够共价交联的化学部分结合，形成特定的共价键，改变固定化的化学基序周围的区域选择性化学，或形成导致物理状态变化的离子对。在一些情况下，光引发聚合物可能需要可光活化的自由基引发剂以引发聚合物网络的形成(例如，通过聚合物的聚合)。
本文所用的“抗体”是指免疫球蛋白(Ig)，且包括多克隆和单克隆抗体两者；灵长类化的(例如，人化的)；鼠类；小鼠-人；小鼠-灵长类；和嵌合的；并且可以是完整分子、其片段(例如scFv、Fv、Fd、Fab、Fab'和F(ab)'2片段)或者完整分子和/或片段的多聚体或聚集体；并且可以天然存在或者例如通过免疫、合成或基因工程产生。本文所用的“抗体片段”是指衍生自抗体或与抗体相关的片段，其与抗原结合并且在一些实施例中可以被衍生化以表现出通过例如掺入半乳糖残留物而促进清除和摄取的结构特征。这包括例如F(ab)、F(ab)'2、scFv、轻链可变区(VL)、重链可变区(VH)及其组合。
本文关于流体介质所用的“扩散”是指流体介质的组分按浓度梯度从高至低的热力学运动。
短语“介质的流动”意味着流体介质主要是由于扩散之外的任何机制导致的整体移动。例如，介质的流动可以包括流体介质由于一个点与另一点之间的压力差而从一个点移动到另一点。这样的流动可以包括液体的连续、脉冲、周期性、随机、间歇或往复流动，或其任何组合。当一种流体介质流入另一种流体介质时，可能导致湍流和介质的混合。
短语“基本上不流动”是指流体介质的流速随时间的平均小于材料的组分(例如，受关注的分析物)扩散到流体介质中或在流体介质内扩散的速率。这样的材料的组分的扩散速率可以取决于例如温度、组分的尺寸以及组分和流体介质之间的相互作用的强度。
本文关于微流体装置内的不同区域所用的短语“流体连通”是指当不同区域基本上填充有流体(例如流体介质)时，每个区域中的流体连通以形成单个流体。这并不意味着不同区域中的流体(或流体介质)在组成上必然相同。相反，微流体装置的不同流体连通的区域中的流体可以具有不同的组成(例如，不同浓度的溶质，例如蛋白质、碳水化合物、离子或其它分子)，当溶质沿着其各自的浓度梯度向下移动和/或流体流过微流体装置时，这些组成变化。
本文所用的“流动路径”是指一个或多个流体连通的回路元素(例如，通道、区域、室等)，这些回路元素限定介质流动的轨迹并受介质流动的轨迹影响。因此，流动路径是微流体装置的扫描(swept)区域的示例。其它回路元素(例如，未扫描(unswept)区域)可以与包括流动路径的回路元素流体连通，而不受流动路径中的介质流动的影响。
本文所用的“隔离微物体”将微物体限制在微流体装置内的限定区域。
微流体(或纳米流体)装置可以包括“扫描”区域和“未扫描”区域。本文所用的“扫描”区域包括微流体回路的如下一个或多个流体互连的回路元素：当流体流过微流体回路时，每个回路元素经历介质的流。扫描区域的回路元素可以包括例如区域、通道以及全部或部分室。本文所用的“未扫描”区域包括微流体回路的如下一个或多个流体互连的回路元素：当流体流过微流体回路时，每个回路元素基本上不经历流体的流动。未扫描区域可以流体连通到扫描区域，条件是流体连接被构造成在扫描区域和未扫描区域之间能够实现扩散但基本上没有介质流动。因此，微流体装置可以被构造成基本上将未扫描区域与扫描区域中的介质流动隔离，同时在扫描区域和未扫描区域之间基本上仅能够实现扩散性流体连通。例如，微流体装置的流动通道是扫描区域的示例，而微流体装置的隔离区域(下文进一步详细描述)是未扫描区域的示例。
可以在这种微流体装置中测定生物微物体(例如，生物细胞)产生特定生物材料(例如，蛋白质，例如抗体)的能力。在一个特定的测定实施例中，可以将包含待测定的用于产生关注的被分析物的生物微物体(例如，细胞)的样品材料加载到微流体装置的扫描区域中。可以选择具有特定特征的那些生物微物体(例如，哺乳动物细胞，例如人细胞)并将其置于未扫描区域中。然后，可以使剩余的样品材料从扫描区域流出，并使测定材料流入到扫描区域中。因为所选择的生物微物体处于未扫描区域中，所以所选择的生物微物体基本上不受剩余样品材料的流出或测定材料的流入的影响。可以允许所选择的生物微物体产生受关注的分析物，其可以从未扫描区域扩散到扫描区域中，受关注的分析物可以在其中与测定材料反应以产生局部的可检测的反应，每个反应可以与特定的未扫描区域相关联。可以分析与检测到的反应相关的任何未扫描区域，以确定未扫描区域中的哪些生物微物体(如果有的话)是足够的受关注的分析物的生产者。
现在参考图1，现在将描述示例性微流体装置100和用于观察和控制微流体装置100的微流体控制系统150以及微流体装置中的微物体的移动。微流体控制系统150一般包括支撑结构(“巢”)500(如图16所示)、电源192、倾斜装置190、发光和/或成像装置148以及控制和监测设备152。下面将更详细地描述微流体控制系统150。
通常，微流体装置100包括：包含流体介质180的室102；以及具有流动路径106的微流体回路120，流体介质180(可选地携带一个或多个微物体(图1中未示出))可以通过该流动路径106流入微流体回路120和/或流过微流体回路120。在一些情况下，流动路径106包括单个路径。在一些情况下，单个路径布置成锯齿形图案，由此流动路径106沿交替方向穿过微流体装置100两次或更多次。尽管图1中示出了单个微流体回路120，但合适的微流体装置可包括多个(例如，2或3个)这样的微流体回路。
如图1中大体示出的，微流体回路120由室102来限定。尽管室102可以被物理地构造成不同的配置，但是在图1所示的示例中，室102被描绘为包括支撑结构104(例如，基部)、微流体回路结构108和盖110。支撑结构104、微流体回路结构108和盖110可以彼此附接。例如，微流体回路结构108可以被布置在支撑结构104的内表面109上，并且盖110可以被布置在微流体回路结构108上方。微流体回路结构108与支撑结构104和盖110一起可以限定微流体回路120的元素。
如图1所示，支撑结构104可以位于微流体回路120的底部，盖110可以位于微流体回路120的顶部。或者，支撑结构104和盖110可以以其它取向来配置。例如，支撑结构104可以位于微流体回路120的顶部，盖110可以位于微流体回路120的底部。无论如何，可以存在一个或多个端口107，每个端口107均包括进入或离开室102的通路。通路的示例包括阀、闸、通孔等。如图所示，端口107是由微流体回路结构108中的间隙产生的通孔。然而，端口107可以位于室102的其它组件(例如盖110)中。图1中仅示出了一个端口107，但微流体回路120可以具有两个或更多个端口107。例如，可以存在第一端口107，其用作流体进入微流体回路120的入口，并且可以存在第二端口107，其用作流体离开微流体回路120的出口。端口107是用作入口还是出口可以取决于流体流过流动路径106的方向。
在图1所示的微流体回路120中，微流体回路结构108包括框114和微流体回路材料116。框114可以部分地或完全地包围微流体回路材料116。框114可以是例如基本上围绕微流体回路材料116的相对刚性的结构。例如，框114可以包括金属材料。微流体回路结构108限定微流体回路120的回路元素。这样的回路元素可以包括在微流体回路120填充有流体时流体互连的空间或区域，例如流动区域(其可以包括或者是一个或多个流动通道)、室、坞、阱(trap)等。
为此，微流体回路材料116可以形成有空腔等，以限定微流体回路120的回路元素和互连。微流体回路材料116可以包括柔性材料，例如柔性聚合物(例如橡胶、塑料、弹性体、硅氧烷、聚二甲基硅氧烷(“PDMS”)等)，其可以是透气性的。可以构成微流体回路材料116的材料的其它示例包括模制玻璃；可蚀刻材料，例如硅氧烷(例如，可光图案化的硅氧烷或“PPS”)、光致抗蚀剂(例如，SU8)等。在一些实施例中，此类材料(以及因此微流体回路材料116)可以是刚性的和/或基本上不透气的。无论如何，微流体回路材料116可以被布置在支撑结构104上且在框114内。
盖110可以是框114和/或微流体回路材料116的集成(integral)部件。或者，盖110可以是结构上不同的元件，如图1所示。盖110可以包括与框114和/或微流体回路材料116相同或不同的材料。类似地，支撑结构104可以是与框114或微流体回路材料116分开的结构(如图所示)，或者是框114或微流体回路材料116的集成部件。同样地，框114和微流体回路材料116可以是如图1所示的隔离结构或同一结构的集成部分。
在一些实施例中，盖110可以包括刚性材料。刚性材料可以是玻璃或具有类似性质的材料。在一些实施例中，盖110可以包括可变形材料。可变形材料可以是聚合物，例如PDMS。在一些实施例中，盖110可以包括刚性材料和可变形材料两者。例如，盖110的一个或多个部分可以包括与盖110的刚性材料交界的可变形材料。在一些实施例中，可以修饰盖110(例如，通过调节向内朝向微流体回路120的表面的全部或一部分)以支持细胞粘附、活力和/或生长。该修饰可以包括合成或天然聚合物的涂层。在一些实施例中，盖110和/或支撑结构104可以是透光的。盖110还可包括至少一种可透气的材料(例如，PDMS或PPS)。
如图1所示，微流体回路120包括微流体通道122和多个微流体隔绝坞124、126、128和130，每个隔绝坞均具有与流动路径106流体连通的一个或多个开口，但是其它部分是封闭的，使得坞可以将坞内的微物体与微流体通道122或其它坞中的微物体和/或流体介质180基本上隔离。微流体隔绝坞124、126、128和130中的每一个的壁从基部的内表面109延伸到盖110的内表面，从而便于这种隔离。微流体隔绝坞124、126、128和130中的每一个到微流体通道122的开口被取向为相对于微流体通道122中的流体介质180的流动成一角度，使得流体介质180的流动不被引导到坞中。流动可以例如与坞的开口的平面相切或垂直。在一些情况下，微流体隔绝坞124、126、128和130被配置为物理地捕捉微流体回路120内的一个或多个微物体。隔绝坞124、126、128和130可以包括各种形状、表面和特征，如下文将详细讨论和示出的，其被优化为与DEP、OET、OEW、流体流动和/或重力一起使用以供养、隔离、测定和/或培养生物微物体。
微流体回路120可以包括任何数目的微流体隔绝坞124、126、128和130。尽管示出了五个隔绝坞，但微流体回路120可以具有更少或更多的隔绝坞。如图所示，微流体回路120的微流体隔绝坞124、126、128和130各自包括不同的特征和形状，这些特征和形状可以提供用于操纵微流体装置100内的微物体和/或流体介质的液滴的一个或多个益处。因此，在一些实施例中，微流体回路120可包括多个微流体隔绝坞，其中两个或更多个隔绝坞包括提供不同益处的不同的结构和/或特征。但是，在一些实施例中，微流体回路120包括多个相同的微流体隔绝坞。
在图1所示的实施例中，示出了单个通道122和流动路径106。然而，其它实施例可以含有多个通道122，每个通道均被配置为包括流动路径106。流体介质180可以经由入口端口107进入通道122。在一些情况下，微流体回路120包括多个并行的通道122和流动路径106，其中每个流动路径106内的流体介质180沿相同的方向流动。在一些情况下，每个流动路径106内的流体介质沿正向或反向中的至少一个方向流动。在一些情况下，配置多个隔绝坞(例如，相对于通道122)，使得隔绝坞可以并行地加载目标微物体。
微流体回路120还包括一个或多个微物体阱132。阱132通常形成在构成通道122的边界的壁中，并且可以与微流体隔绝坞124、126、128、130中的一个或多个的开口相对地设置。在一些实施例中，阱132被配置为成从流动路径106接收或捕获单个微物体。在一些实施例中，阱132被配置为从流动路径106接收或捕获多个微物体。在一些情况下，阱132包括近似等于单个目标微物体的体积的体积。
阱132还可以包括开口，其被配置为帮助目标微物体流入阱132。在一些情况下，阱132包括开口，该开口的高度和宽度近似地等于单个目标微物体的尺寸，由此防止更大的微物体进入微物体阱。阱132还可以包括被配置为帮助将目标微物体保留在阱132内的其它特征。在一些情况下，阱132相对于微流体隔绝坞的开口对齐并且位于通道122的相对侧上，使得当微流体装置100关于平行于微流体通道122的轴倾斜时，被捕捉的微物体按照使得微物体落入隔绝坞的开口中的轨迹离开阱132。在一些情况下，阱132包括小于目标微物体的侧通道134，以便有助于穿过阱132的流动，从而增加在阱132中捕获微物体的可能性。
现在参考图2A-2C，作为图1所示微流体装置100的变型的微流体装置230的一个实施例包括一般隔绝坞224、226和228的非限制性示例。每个隔绝坞224、226和228可以包括限定隔离区域240的隔离结构232以及将隔离区域240流体连通到通道122的连接区236。连接区域236可以包括通向微流体通道122的近端开口234和通向隔离区域240的远端开口238。连接区域236可以被配置为使得从微流体通道122流入隔绝坞224、226、228的流体介质(如图2C中的180所示)流的最大穿透深度(如图2C中的Dp所示)不延伸到隔离区域240中。因此，由于连接区域236，布置在隔绝坞224、226、228的隔离区域240中的微物体(未示出)或其它材料(未示出)可以与微流体通道122中的介质180流隔离且基本上不受其影响。
图2A-2C的隔绝坞224、226和228中的每一个均具有单个开口，该开口直接通向微流体通道122。隔绝坞的开口从微流体通道122侧向敞开。支撑结构104在微流体通道122和隔绝坞224、226和228二者的下方。电极活化基板在隔绝坞的围墙内的上表面(形成隔绝坞的底板)被设置在与如下平面相同或基本相同的水平上：支撑结构104在微流体通道122(或者，在不存在通道的情况下为流动区域)内的上表面，其形成微流体装置230的流动通道(或流动区域)的底板。支撑结构104可以是无特征的，或者可以具有不规则或图案化的表面，其从其最高凸起到其最低凹陷变化小于约3微米、2.5微米、2微米、1.5微米、1微米、0.9微米、0.5微米、0.4微米、0.2微米、0.1微米或更小。支撑结构104的上表面在微流体通道122(或流动区域)和隔绝坞224、226和228上的高度变化可以小于隔绝坞224、226和228的壁或微流体装置的壁的高度的约3％、2％、1％、0.9％、0.8％、0.5％、0.3％或0.1％。
因此，微流体通道122可以是扫描区域的示例，并且隔绝坞224、226、228的隔离区域240可以是未扫描区域的示例。应当注意，微流体通道122和隔绝坞224、226、228可以被配置为包含一种或多种流体介质180。在图2A-2B所示的示例中，端口222连接到微流体通道122，并允许将流体介质180引入到微流体装置230中或从其中移除。在引入流体介质180之前，微流体装置可以装填有气体，如二氧化碳气体。一旦微流体装置230包含流体介质180，就可以选择性地产生和停止微流体通道122中的流体介质180的流动242。例如，如图所示，可以在微流体通道122的不同位置处(例如，相对端)布置端口222，并且可以形成从用作入口的一个端口222到用作出口的另一个端口222介质的流动242。
具体地，参照图2C，已知的是，微流体通道122中的流体介质180的流动242经过隔绝坞224的近端开口234可能导致介质180进入和/或离开隔绝坞224的二次流动244。为了将隔绝坞224的隔离区域240中的微物体246与二次流动244隔离，隔绝坞224的连接区域236的长度Lcon(即，从近端开口234到远端开口238)应当大于二次流动244进入连接区域236的穿透深度Dp。二次流动244的穿透深度Dp根据如下因素而增加：流体介质180在微流体通道122中流动的速度，以及与微流体通道122和连接区域236到微流体通道122的近端开口234的配置有关的各种参数。对于给定的微流体装置，微流体通道122和开口234的配置将是固定的，而微流体通道122中的流体介质180的流动242的速率将是可变的。因此，对于每个隔绝坞224，可以识别通道122中的流体介质180的流动242的最大速度Vmax，该最大速度Vmax确保二次流动244的穿透深度Dp不超过连接区域236的长度Lcon。只要微流体通道122中的流体介质180的流动242的速率不超过最大速度Vmax，所得到的二次流动244就可以被限制到微流体通道122和连接区域236并且保持在隔离区域240之外。因此，微流体通道122中的介质180的流动242将不会将微物体246拖曳出隔离区域240。相反，只要微流体通道122中的流体介质180的流动242不超过最大速度Vmax，位于隔离区域240中的微物体246将停留在隔离区域240中。
此外，只要微流体通道122中的介质180的流动242的速率不超过Vmax，微流体通道122中的流体介质180的流动242就不会把混杂的颗粒(例如，微粒和/或纳米颗粒)从微流体通道122移动到隔绝坞224的隔离区域240中。因此，使连接区域236的长度Lcon大于二次流动244的最大穿透深度Dp可以防止一个隔绝坞224被来自微流体通道122或另一个隔绝坞(例如，图2D中的隔绝坞226、228)的混杂的颗粒污染。
因为微流体通道122和隔绝坞224、226、228的连接区域236可能受到微流体通道122中的介质180的流动242的影响，所以微流体通道122和连接区域236可以被认为是微流体装置230的扫描(或流动)区域。另一方面，隔绝坞224、226、228的隔离区域240可以被认为是未扫描(或非流动)区域。例如，微流体通道122中的第一流体介质180中的组分(未示出)基本上仅可以通过如下方式与隔离区域240中的第二流体介质248混合：第一介质180的组分从微流体通道122扩散通过连接区域236，并进入隔离区域240中的第二流体介质248。类似地，隔离区域240中的第二介质248的组分(未示出)基本上仅可以通过如下方式与微流体通道122中的第一介质180混合：第二介质248的组分从隔离区域240扩散通过连接区域236，并进入微流体通道122中的第一介质180。在一些实施例中，隔绝坞的隔离区域与流动区域之间通过扩散进行的流体介质交换的程度大于约90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或大于约99％的流体交换。第一介质180可以是与第二介质248相同的介质或不同的介质。此外，第一介质180和第二介质248可以开始相同，然后变得不同(例如，通过隔离区域240中的一个或多个细胞来调节第二介质248，或者通过改变流过微流体通道122的介质180)。
如上所述，由微流体通道122中的流体介质180的流动242引起的二次流动244的最大穿透深度Dp可以取决于多个参数。这些参数的示例包括：微流体通道122的形状(例如，微流体通道可以将介质引导到连接区域236中，将介质从连接区域236转移，或者沿着基本上垂直于通向微流体通道122的连接区域236的近端开口234的方向引导介质)；微流体通道122在近端开口234处的宽度Wch(或横截面积)；和连接区域236在近端开口234处的宽度Wcon(或横截面积)；微流体通道122中的流体介质180的流动242的速度V；第一介质180和/或第二介质248的粘度，等等。
在一些实施例中，微流体通道122和隔绝坞224、226、228的尺寸可以相对于微流体通道122中的流体介质180的流动242的向量如下定向：微流体通道宽度Wch(或微流体通道122的横截面积)可以基本上垂直于介质180的流动242；连接区域236在开口234处的宽度Wcon(或横截面积)可以基本上平行于微流体通道122中的介质180的流动242；和/或连接区域的长度Lcon可以基本上垂直于微流体通道122中的介质180的流动242。前述仅是示例，并且微流体通道122和隔绝坞224、226、228的相对位置可以相对于彼此为其它取向。
如图2C所示，连接区域236的宽度Wcon从近端开口234到远端开口238可以是均匀的。因此，连接区域236在远端开口238处的宽度Wcon可以是本文中为连接区域236在近端开口234处的宽度Wcon所标识的任何值。或者，连接区域236在远端开口238处的宽度Wcon可以大于连接区域236在近端开口234处的宽度Wcon。此外，隔离区域240在远端开口238处的宽度可以与连接区域236在近端开口234处的宽度Wcon基本上相同。因此，隔离区域240在远端开口238处的宽度可以是本文中为连接区域236在近端开口234处的宽度Wcon所标识的任何值。或者，隔离区域240在远端开口238处的宽度可以大于或小于连接区域236在近端开口234处的宽度Wcon。此外，远端开口238可以小于近端开口234，并且连接区域236的宽度Wcon可以在近端开口234和远端开口238之间变窄。例如，使用各种不同的几何形状(例如，斜切连接区域、使连接区域成斜面)，连接区域236可以在近端开口和远端开口之间变窄。此外，连接区域236的任何部分或子部分可以变窄(例如，连接区域的与邻近近端开口234的部分)。
参考图2D-2F，作为微流体装置100的变型的微流体装置250的另一实施例包括微流体回路262和流动通道264，微流体回路262和流动通道264是图1的相应的微流体回路120和通道122的变型。微流体装置250还具有多个隔绝坞266，其是上述隔绝坞124、126、128、130、224、226、228的另外的变型。微流体装置250包括支撑结构(在图2D-2F中不可见，但可以与图1中所描绘的微流体装置100的支撑结构104相同或基本上类似)、微流体回路结构256和盖(在图2D-2F中不可见，但可以与图1中所描绘的微流体装置100的盖110相同或基本上类似)。微流体回路结构256包括框252和微流体回路材料260，它们可以与图1中所描绘的微流体装置100的框114和微流体回路材料116相同或基本上类似。如图2D所示，由微流体回路材料260所限定的微流体回路262可以包括多个通道264(示出了两个，但可以有更多个)，多个隔绝坞266与通道264流体连通。
每个隔绝坞266可以包括隔离结构272、隔离结构272内的隔离区域270、以及连接区域268。从微流体通道264处的近端开口274到隔离结构272处的远端开口276，连接区域268将微流体通道264流体连通到隔离区域270。通常，根据上文对图2B和2C的讨论，通道264中的第一流体介质254的流动278可以引起第一介质254从微流体通道264进入和/或离开隔绝坞266的相应连接区域268的二次流动282。
如图2E所示，每个隔绝坞266的连接区域268通常包括在至通道264的近端开口274与至隔离结构272的远端开口276之间延伸的区域。连接区域268的长度Lcon可以大于二次流动282的最大穿透深度Dp，在这种情况下，二次流动282将延伸到连接区域268中而不被重新引导向隔离区域270(如图2D所示)。或者，如图2F所示，连接区域268可以具有小于最大穿透深度Dp的长度Lcon，在这种情况下，二次流动282将延伸通过连接区域268并且被重新引导向隔离区域270。在后一种情况下，连接区域268的长度Lc1和Lc2的和大于最大穿透深度Dp，使得二次流动282不延伸到隔离区域270中。无论连接区域268的长度Lcon大于穿透深度Dp，或者连接区域268的长度Lc1和Lc2的和大于穿透深度Dp，通道264中的第一介质254的不超过最大速度Vmax的流动278会产生具有穿透深度Dp的二次流动，并且隔绝坞266的隔离区域270中的微物体(未示出，但可以与图2C中所示的微物体246相同或基本上类似)不会被通道264中的第一介质254的流动278拖曳离开隔离区域270。通道264中的流动278也不会将混杂的物质(未示出)从通道264拖曳到隔绝坞266的隔离区域270中。这样，扩散是微流体通道264中的第一介质254中的组分可以从微流体通道264移动到隔绝坞266的隔离区域270中的第二介质258中的唯一机制。类似地，扩散是隔绝坞266的隔离区域270中的第二介质258中的组分可以从隔离区域270移动到微流体通道264中的第一介质254中的唯一机制。第一介质254可以是与第二介质258相同的介质，或者第一介质254可以是与第二介质258不同的介质。或者，第一介质254和第二介质258可以在开始时相同，然后变得不同，例如，通过隔离区域270中的一个或多个细胞调节第二介质，或者通过改变流过微流体通道264的介质。
如图2E所示，微流体通道264中的微流体通道264的宽度Wch(即，横切流体介质流过微流体通道的方向，如图2D中的箭头278所示)可以基本上垂直于近端开口274的宽度Wcon1，并且因此基本上平行于远端开口276的宽度Wcon2。然而，近端开口274的宽度Wcon1和远端开口276的宽度Wcon2不需要基本上彼此垂直。例如，近端开口274的宽度Wcon1定向于其上的轴(未示出)与远端开口276的宽度Wcon2定向于其上的另一轴之间的角度可以不同于垂直，并因此不是90°。可选择的定向角度的示例包括以下角度：约30°至约90°、约45°至约90°、约60°至约90°等。
在隔绝坞(例如，124、126、128、130、224、226、228或266)的各种实施例中，隔离区域(例如240或270)被配置为包含多个微物体。在其它实施例中，隔离区域可以被配置为仅包含一个、两个、三个、四个、五个或类似的相对较少数目的微物体。因此，隔离区域的体积可以是例如至少1×106、2×106、4×106、6×106立方微米或更大。
在隔绝坞(例如，124、126、128、130、224、226、228或266)的各种实施例中，微流体通道(例如，122)在近端开口(例如234)处的宽度Wch可以是约50-1000微米、50-500微米、50-400微米、50-300微米、50-250微米、50-200微米、50-150微米、50-100微米、70-500微米、70-400微米、70-300微米、70-250微米、70-200微米、70-150微米、90-400微米、90-300微米、90-250微米、90-200微米、90-150微米、100-300微米、100-250微米、100-200微米、100-150微米或100-120微米。在其它实施例中，微流体通道(例如，122)在近端开口(例如234)处的宽度Wch可以是约200-800微米、200-700微米或200-600微米。以上仅是示例，并且微流体通道122的宽度Wch可以是上文列出的任何端点内的任何宽度。此外，在微流体通道122的除了隔绝坞的近端开口之外的区域中，微流体通道的Wch可以被选择为任何这些宽度。
在一些实施例中，隔绝坞的高度为约30至约200微米或约50至约150微米。在一些实施例中，隔绝坞的横截面积为约1×104～3×106平方微米、2×104～2×106平方微米、4×104～1×106平方微米、2×104～5×105平方微米、2×104～1×105平方微米或约2×105～2×106平方微米。
在隔绝坞的各种实施例中，微流体通道(例如，122)在近端开口(例如，234)处的高度Hch可以是任何以下范围内的高度：20～100微米、20～90微米、20～80微米、20～70微米、20～60微米、20～50微米、30～100微米、30～90微米、30～80微米、30～70微米、30～60微米、30～50微米、40～100微米、40～90微米、40～80微米、40～70微米、40～60微米或40～50微米。前述仅仅是示例，并且微流体通道(例如，122)的高度Hch可以是上文列出的端点内的任何高度。在微流体通道的除了隔绝坞的近端开口之外的区域中，微流体通道122的高度Hch可以被选择为在任何这些高度内。
在隔绝坞的各种实施例中，微流体通道(例如，122)在近端开口(例如234)处的横截面积可以是500～50,000平方微米、500～40,000平方微米、500～30,000平方微米、500～25,000平方微米、500～20,000平方微米、500～15,000平方微米、500～10,000平方微米、500～7,500平方微米、500～5,000平方微米、1,000～25,000平方微米、1,000～20,000平方微米、1,000～15,000平方微米、1,000～10,000平方微米、1,000～7,500平方微米、1,000～5,000平方微米、2,000～20,000平方微米、2,000～15,000平方微米、2,000～10,000平方微米、2,000～7,500平方微米、2,000～6,000平方微米、3,000～20,000平方微米、3,000～15,000平方微米、3,000～10,000平方微米、3,000～7,500平方微米或3,000～6,000平方微米。前述仅仅是示例，并且微流体通道(例如，122)在近端开口(例如，234)处的横截面积可以是上文列出的任何端点内的任何面积。
在隔绝坞的各种实施例中，连接区域(例如，236)的长度Lcon可以是约1～600微米、5～550微米、10～500微米、15～400微米、20～300微米、20～500微米、40～400微米、60～300微米、80～200微米或约100～150微米。前述仅仅是示例，并且连接区域(例如，236)的长度Lcon可以是上文列出的任何端点内任何长度。
在隔绝坞的各种实施例中，连接区域(例如，236)在近端开口(例如，234)处的宽度Wcon可以是约20～500微米、20～400微米、20～300微米、20～200微米、20～150微米、20～100微米、20～80微米、20～60微米、30～400微米、30～300微米、30～200微米、30～150微米、30～100微米、30～80微米、30～60微米、40～300微米、40～200微米、40～150微米、40～100微米、40～80微米、40～60微米、50～250微米、50～200微米、50～150微米、50～100微米、50～80微米、60～200微米、60～150微米、60～100微米、60～80微米、70～150微米、70～100微米或和80～100微米。前述仅仅是示例，并且连接区域(例如，236)在近端开口(例如，234)处的宽度Wcon可以与前述示例不同(例如，上文列出的任何端点内任何值)。
在隔绝坞的各种实施例中，连接区域(例如，236)在近端开口(例如，234)处的宽度Wcon可以至少与隔绝坞预期用于的微物体(例如，生物细胞，其可以是T细胞、B细胞或其它细胞类型)的最大尺寸一样大。前述仅仅是示例，并且连接区域(例如，236)在近端开口(例如，234)处的宽度Wcon可以与前述示例不同(例如，上文列出的任何端点内宽度)。
在隔绝坞的各种实施例中，连接区域的近端开口的宽度Wpr可以至少与隔绝坞预期用于的微物体(例如，生物微物体，例如细胞)的最大尺寸一样大。例如，宽度Wpr可以是约50微米、约60微米、约100微米、约200微米、约300微米，或者可以是约50～300微米、约50～200微米、约50～100微米、约75～150微米、约75～100微米或约200～300微米。
在隔绝坞的各种实施例中，连接区域(例如，236)的长度Lcon与连接区域(例如，236)在近端开口234处的宽度Wcon的比率可以大于或等于任何以下比率：0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0或更大。以上仅仅是示例，并且连接区域236的长度Lcon与连接区域236在近端开口234处的宽度Wcon的比率可以与前述示例不同。
在公开和描述的微流体装置(包括但不限于装置100、230、250、280、290和300)的各种实施例中，Vmax可以被设定为约0.2、0.5、0.7、1.0、1.3、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.7、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、10、11、12、13、14或15微升/秒。
在具有隔绝坞的微流体装置的各种实施例中，隔绝坞的隔离区域(例如，240)的体积可以是例如至少5×105、8×105、1×106、2×106、4×106、6×106、8×106、1×107、5×107、1×108、5×108或8×108立方微米或更大。在具有隔绝坞的微流体装置的各种实施例中，隔绝坞的体积可以是约5×105、6×105、8×105、1×106、2×106、4×106、8×106、1×107、3×107、5×107或约8×107立方微米或更大。在一些其它实施例中，隔绝坞的体积可以是约1纳升至约50纳升、2纳升至约25纳升、2纳升至约20纳升、约2纳升至约15纳升、或约2纳升至约10纳升。
在各种实施例中，微流体装置具有如本文所讨论的任何实施例中所配置的隔绝坞，其中微流体装置具有约5至约10个隔绝坞、约10至约50个隔绝坞、约100至约500个隔绝坞；约200至约1000个隔绝坞、约500至约1500个隔绝坞、约1000至约2000个隔绝坞、约1000至约3500个隔绝坞、约3000至约7000个隔绝坞、约5000至约10000个隔绝坞、约9000至约15000个隔绝坞或约12000至约20000个隔绝坞。隔绝坞不需要全部是相同的尺寸，并且可以包括多种配置(例如，隔绝坞内不同的宽度、不同的特征)。
参照图2G，示出微流体装置280的另一实施例，其为图1的微流体装置100的变型。微流体装置280的微流体回路包括两个端口107、四个不同的通道122和四个不同的流动路径106。微流体装置280还包括向每个通道122开口的多个隔绝坞。在图2G所示的微流体装置280中，隔绝坞具有与图2C中所示的坞类似的几何形状，因此具有连接区域和隔离区域这两者。因此，微流体回路120包括扫描区域(例如，通道122和连接区域236的、二次流动244的最大穿透深度Dp内的部分)和非扫描区域(例如，隔离区域240和连接区域236的不在二次流动244的最大穿透深度Dp内的部分)这两者。
不希望受理论的限制，当微流体装置100的至少一个或多个内表面已经被调节或涂覆以便呈现有机和/或亲水分子层(其提供微流体装置100和保持在其中的生物微物体246之间的主要界面)时，可以促进微流体装置100(或其变型，例如，微流体装置230、250和280)内的生物微物体246(例如，生物细胞)的供养(即，生物微物体在微流体装置100内表现出增加的活力、更大的扩增和/或更大的可携带性)。在一些实施例中，微流体装置100的一个或多个内表面(例如，微流体装置100的支撑结构104的内表面、微流体装置100的盖110和/或微流体回路结构108的表面)可以用涂覆溶液和/或涂覆剂处理或改性，以产生所需的有机和/或亲水分子层。
涂层可以在引入生物微物体246之前或之后施加，或者可以与生物微物体246同时引入。在一些实施例中，生物微物体可以在包含一种或多种涂覆剂的流体介质108中输入到微流体装置100中。在其它实施例中，在将生物微物体246引入到微流体装置100中之前，将微流体装置100的内表面用包含涂覆剂的涂覆溶液处理或“装填”。
在一些实施例中，微流体装置100的至少一个表面包括涂覆材料，其提供适合于供养和/或扩增生物微物体246的有机和/或亲水分子层(例如提供如下文所述的适合的表面)。在一些实施例中，微流体装置100的基本上所有内表面都包括涂覆材料。经涂覆的内表面可以包括流动路径106(例如，通道122)、隔绝坞124、126、128、130(或隔绝坞224、226、228、266)的表面，或其组合。在一些实施例中，多个隔绝坞124、126、128、130中的每一个都具有至少一个涂覆有涂覆材料的内表面。在其它实施例中，多个流动路径106或通道122中的每一个都具有至少一个涂覆有涂覆材料的内表面。在一些实施例中，多个隔绝坞124、126、128、130中的每一个和多个通道122中的每一个的至少一个内表面都涂覆有涂覆材料。
可以使用任何方便的涂覆剂/涂覆溶液，包括但不限于：血清或血清因子、牛血清白蛋白(BSA)、聚合物、洗涤剂、酶及其任何组合。
微流体装置100的内表面可以包括包含聚合物的涂覆材料。聚合物可以与内表面共价或非共价地结合(或可以非特异性地粘附)。聚合物可以具有多种结构基序，例如嵌段聚合物(和共聚物)、星形聚合物(星形共聚物)和接枝或梳形聚合物(接枝共聚物)中所发现的，所有这些都可以适用于本文公开的方法。
聚合物可以包括含有亚烷基醚部分的聚合物。大量的含亚烷基醚的聚合物可以适用于微流体装置100。一类非限制性示例性的含亚烷基醚的聚合物是两性非离子嵌段共聚物，其包括在聚合物链内具有不同比例和位置的聚氧乙烯(PEO)和聚氧丙烯(PPO)子单元的嵌段。
Figure BDA0003169609970000281
聚合物(BASF)是这类嵌段共聚物，并且在本领域中已知适合于在与活细胞接触时使用。聚合物的平均分子量Mw可以为约2000Da至约20KDa。在一些实施例中，PEO-PPO嵌段共聚物可以具有大于约10(例如，12-18)的亲水-亲油平衡(HLB)。可用于产生经涂覆的表面的特定
Figure BDA0003169609970000282
聚合物包括
Figure BDA0003169609970000283
L44、L64、P85和F127(包括F127NF)。另一类含亚烷基醚的聚合物是聚乙二醇(PEG Mw<100,000Da)或可替代地，聚氧乙烯(PEO，Mw>100,000)。在一些实施例中，PEG可以具有约1000Da、5000Da、10,000Da或20,000Da的Mw。
在其它实施例中，涂覆材料可以包括含有羧酸部分的聚合物。羧酸子单元可以是含有烷基、烯基或芳香性部分的子单元。一个非限制性示例是聚乳酸(PLA)。在其它实施例中，涂覆材料可以包括含有磷酸酯部分的聚合物，该磷酸酯部分在聚合物主链的末端处或者从聚合物的主链悬垂。在其它实施例中，涂覆材料可以包括含有磺酸部分的聚合物。磺酸子单元可以是含有烷基、烯基或芳香性部分的子单元。一个非限制性示例是聚苯乙烯磺酸(PSSA)或聚茴香脑磺酸。在进一步的实施例中，涂覆材料可以包括含有胺部分的聚合物。聚氨基聚合物可以包括天然多胺聚合物或合成的多胺聚合物。天然多胺的示例包括精胺、亚精胺和腐胺。
在其它实施例中，涂覆材料可以包括含有糖部分的聚合物。在一个非限制性示例中，诸如黄原胶或葡聚糖的多糖可以适合于形成可以在微流体装置100中减少或防止细胞粘附的材料。例如，大小为约3kDa的葡聚糖聚合物可以用于为微流体装置100内的表面提供涂覆材料。
在其它实施例中，涂覆材料可以包括含有核苷酸部分的聚合物，即核酸，其可以具有核糖核苷酸部分或脱氧核糖核苷酸部分，从而提供聚电解质表面。核酸可以仅含有天然核苷酸部分或者可以含有非天然核苷酸部分，其包含核碱基、核糖或磷酸酯部分类似物，例如7-脱氮腺嘌呤、戊糖、甲基膦酸酯或硫代磷酸酯部分，但不限于此。
在其它实施例中，涂覆材料可以包括含有氨基酸部分的聚合物。含有氨基酸部分的聚合物可以包括含有天然氨基酸的聚合物或含有非天然氨基酸的聚合物，其均可以包括肽、多肽或蛋白质。在一个非限制性示例中，蛋白质可以是牛血清白蛋白(BSA)和/或包含白蛋白的血清(或多种不同血清的组合)和/或一种或多种作为涂覆剂的其它类似蛋白质。血清可以来自任何方便的来源，包括但不限于胎牛血清、绵羊血清、山羊血清、马血清等。在某些实施例中，BSA在涂覆溶液中存在的浓度为约1mg/mL至约100mg/mL，包括5mg/mL、10mg/mL、20mg/mL、30mg/mL、40mg/mL、50mg/mL、60mg/mL、70mg/mL、80mg/mL、90mg/mL，或更高或介于其间的任何值。在某些实施例中，血清在涂覆溶液中存在的浓度可以为约20％(v/v)至约50％v/v，包括25％、30％、35％、40％、45％，或更高或介于其间的任何值。在一些实施例中，BSA可以作为涂覆剂以5mg/mL存在于涂覆溶液中，而在其它实施例中，BSA可以作为涂覆剂以70mg/mL存在于涂覆溶液中。在某些实施例中，血清作为涂覆剂以30％存在于涂覆溶液中。在一些实施例中，可以在涂覆材料内提供细胞外基质(ECM)蛋白质，用于获得优化的细胞粘附以促进细胞生长。可以包含在涂覆材料中的细胞基质蛋白质可以包括但不限于胶原蛋白、弹性蛋白、含RGD的肽(例如纤连蛋白)或层粘连蛋白。在其它实施例中，可以在微流体装置的涂覆材料内提供生长因子、细胞因子、激素或其它细胞信号传导物质。
在一些实施例中，涂覆材料可以包括含有亚烷基氧化物部分、羧酸部分、磺酸部分、磷酸酯部分、糖部分、核苷酸部分或氨基酸部分中超过一种的聚合物。在其它实施例中，经聚合物调节的表面可以包括超过一种聚合物的混合物，每种聚合物具有亚烷基氧化物部分、羧酸部分、磺酸部分、磷酸酯部分、糖部分、核苷酸部分和/或氨基酸部分，其可以独立地或同时地并入到涂覆材料中。
在一些实施例中，至少一个内表面包括共价连接的分子，其提供适于在微流体装置内供养/扩增生物微物体的有机和/或亲水分子层，为这些细胞提供适合的表面。
在特定的实施例中，共价连接的分子包括连接基团，其中连接基团与微流体装置的一个或多个表面共价连接，如下文所述。连接基团还与被配置为提供适合于供养/扩增生物微物体246的有机和/或亲水分子层的部分共价连接。
在一些实施例中，被配置为提供适合于供养/扩增生物微物体246的有机和/或亲水分子层的共价连接的部分可以包括烷基或氟代烷基(包括全氟代烷基)部分；单糖或多糖(其可以包括但不限于葡聚糖)；醇(包括但不限于炔丙醇)；多元醇，包括但不限于聚乙烯醇；亚烷基醚，包括但不限于聚乙二醇；聚电解质(包括但不限于聚丙烯酸或聚乙烯膦酸)；氨基基团(包括其衍生物，例如但不限于烷基化的胺、羟烷基化的氨基基团、胍盐和含有非芳香化的氮环原子的杂环基团，例如但不限于吗啉基或哌嗪基)；羧酸，包括但不限于丙炔酸(其可以提供羧酸盐阴离子表面)；膦酸，包括但不限于乙炔基膦酸(其可以提供膦酸盐阴离子表面)；磺酸盐阴离子；羧基甜菜碱；磺基甜菜碱；氨基磺酸；或氨基酸。
在各种实施例中，被配置为在微流体装置100中提供适合于供养/扩增的生物微物体246的有机和/或亲水分子层的共价连接的部分可以包括非聚合部分，例如烷基部分、取代的烷基部分(例如，氟代烷基部分(包括但不限于全氟代烷基部分))、氨基酸部分、醇部分、氨基部分、羧酸部分、膦酸部分、磺酸部分、氨基磺酸部分或糖部分。或者，共价连接的部分可以包括聚合部分，其可以是上文所述的任何部分。
在一些实施例中，共价连接的烷基部分可以包含形成直链(例如，至少10个碳或至少14、16、18、20、22或更多个碳的直链)的碳原子并且可以是无支链的烷基部分。在一些实施例中，烷基可以包括取代的烷基(例如，烷基中的一些碳可被氟化或全氟化)。在一些实施例中，烷基可以包括第一区段(其可以包括全氟代烷基)，其连接到第二区段(其可以包括未取代的烷基)，其中第一和第二区段可以直接或间接(例如，通过醚链接)连接在一起。烷基的第一区段可以位于连接基团的远端，并且烷基的第二区段可以位于连接基团的近端。
在其它实施例中，共价连接的部分可以包括至少一个氨基酸，其可以包括超过一种类型的氨基酸。因此，共价连接的部分可以包括肽或蛋白质。在一些实施例中，共价连接的部分可以包括氨基酸，其可以提供两性离子表面以支持细胞生长、活力、可携带性(portability)或其任何组合。
在其它实施例中，共价连接的部分可以包括至少一个亚烷基氧化物部分，并且可以包括如上文所述的任何亚烷基氧化物聚合物。一类有用的含亚烷基醚的聚合物是聚乙二醇(PEG Mw<100,000Da)或者聚氧乙烯(PEO，Mw>100,000)。在一些实施例中，PEG可以具有约1000Da、5000Da、10,000Da或20,000Da的Mw。
共价连接的部分可以包括一种或多种糖。共价连接的糖可以是单糖、二糖或多糖。可以修饰共价连接的糖，以引入反应性配对部分，其允许偶联或加工用于表面的附接。示例性的反应性配对部分可以包括醛、炔烃或卤素部分。可以以随机方式修饰多糖，其中可以修饰每种糖单体或仅修饰多糖内的一部分糖单体，以提供可以直接或间接偶联至表面的反应性配对部分。一个示例可以包括葡聚糖多糖，其可以经过非支链的连接部分间接地偶联到表面。
共价连接的部分可以包括一个或多个氨基。氨基可以是取代的胺部分、胍部分、含氮杂环部分或杂芳基部分。含氨基的部分可以具有允许对微流体装置内以及任选地对隔绝坞和/或流动区域(例如，通道)内的环境进行pH修饰的结构。
提供适合的表面的涂覆材料可以仅包含一类共价连接的部分，或者可以包括超过一种不同类型的共价连接的部分。例如，经氟代烷基调节的表面(包括全氟代烷基)可以具有多个共价连接的部分，它们全部相同，例如具有相同的连接基团和与表面的共价连接、相同的总长度和相同数目的氟代亚甲基单元，包括氟代烷基部分。或者，涂覆材料可以具有超过一种类型的与表面附接的共价连接部分。例如，涂覆材料可以包括具有共价连接的具有指定数目的亚甲基或氟代亚甲基单元的烷基或氟代烷基部分的分子，并且还可以包括另一组分子，其具有共价连接到具有更大数目的亚甲基或氟代亚甲基单元的烷基或氟代烷基链的带电荷部分，其可以提供在经涂覆的表面上呈现较大部分的能力。在这种情况下，具有不同的、空间要求更低的末端和更少的主链原子的第一组分子能够有助于使整个基板表面功能化，从而防止与构成基板本身的硅/氧化硅、氧化铪或氧化铝的不期望的粘附或接触。在另一个示例中，共价连接的部分可以提供两性离子表面，其在表面上以随机的方式呈现交替的电荷。
除了适合的表面的组成之外，其它因素(例如疏水材料的物理厚度)可能影响DEP力。各种因素可能改变适合的表面的物理厚度，例如在支撑结构104上形成适合的表面的方式(例如，气相沉积、液相沉积、旋涂、溢流和静电涂覆)。在一些实施例中，适合的表面的厚度为约1nm至约10nm；约1nm至约7nm；约1nm至约5nm；或其间的任何单个值。在其它实施例中，由共价连接的部分形成的适合的表面可以具有约10nm至约50nm的厚度。在各种实施例中，如本文所述制备的适合的表面具有小于10nm的厚度。在一些实施例中，当共价连接到微流体装置100的表面(例如，DEP配置的基板表面)时，适合的表面的共价连接的部分可以形成单层，并且可以具有小于10nm(例如，小于5nm，或约1.5至3.0nm)的厚度。这些值与通过例如旋涂制备的表面的值(其厚度通常为约30nm)形成对比。在一些实施例中，适合的表面不需要完美形成的单层以适当地作用于在微流体装置100内操作。
在各种实施例中，提供微流体装置100的适合表面的涂覆材料可以提供所需的电性质。不希望受理论的限制，影响涂覆有特定涂覆材料的表面的稳健性的一个因素是固有电荷捕获。不同的涂覆材料可能捕获电子，这可能导致涂覆材料的破坏。涂覆材料中的缺陷可能增加电荷捕获并导致涂覆材料的进一步破坏。类似地，不同的涂覆材料具有不同的介电强度(即导致介电击穿的最小施加电场)，这可能影响电荷捕获。在某些实施例中，涂覆材料可以具有降低或限制电荷捕获量的整体结构(例如，紧密堆积的单层结构)。
除了其电性质之外，适合的表面还可以具有有益于与生物分子一起使用的性质。例如，相对于烷基封端的链，含有氟代(或全氟代)碳链的适合的表面可以在减少表面结垢量方面提供益处。如本文所用的表面结垢是指沉积在微流体装置100的表面上的任意物质的量，其可以包括生物材料(例如，蛋白质及其降解产物、核酸和各自的降解产物，等等)的永久性或半永久性沉积。
如下文所述的，共价连接的涂覆材料可以通过已经含有被配置为提供适合于供养/扩增微流体装置100中的生物微物体246的有机和/或亲水分子层的部分的分子的反应形成。或者，共价连接的涂覆材料可以在两步顺序中通过将被配置为提供适合于供养/扩增生物微物体246的有机和/或亲水分子层的部分偶联至表面修饰配体(它本身已经与表面共价连接)而形成。
在一些实施例中，共价连接到微流体装置100的内表面(例如，包括隔绝坞124、126、128、130和/或流动路径106的至少一个表面)的涂覆材料具有式1或式2的结构。当以一步将涂覆材料引入到表面中时，涂覆材料具有式1的结构，而当以多步工艺引入涂覆材料时，涂覆材料具有式2的结构。
Figure BDA0003169609970000331
涂覆材料可以共价连接到支撑结构104的表面的氧化物上。支撑结构104可以包括硅、氧化硅、氧化铝或氧化铪。氧化物可以作为基板的初始化学结构的一部分存在，或者可以被如下所讨论地引入。
涂覆材料可以经由连接基团(“LG”)与氧化物连接，该连接基团可以是由硅氧烷或膦酸基团与氧化物反应而形成的甲硅烷氧基或膦酸酯基团。被配置为提供适合于供养/扩增微流体装置100中的生物微物体246的有机和/或亲水分子层的部分可以是本文所述的任何部分。连接基团LG可以直接或间接连接到被配置为提供适合于供养/扩增微流体装置中的生物微物体246的有机和/或亲水分子层的部分。当连接基团LG直接连接到该部分时，不存在任选的连接部分(“L”)，且n为0。当连接基团LG间接连接到该部分时，存在连接部分L，且n为1。连接部分L可以具有线性部分，其中线性部分的主链可以包括1至200个选自硅、碳、氮、氧、硫和/或磷原子的任何组合的非氢原子，其受本领域中已知的化学键合的限制。它可以被可以选自醚、氨基、羰基、酰氨基和/或膦酸酯基、亚芳基、亚杂芳基或杂环基的一个或多个部分的任何组合所中断。在一些实施例中，连接部分L的主链可以包括10至20个原子。在其它实施例中，连接部分L的主链可以包括约5个原子至约200个原子；约10个原子至约80个原子；约10个原子至约50个原子；或约10个原子至约40个原子。在一些实施例中，主链原子均为碳原子。
在一些实施例中，可以在多步法中向基板的表面添加被配置为提供适合于供养/扩增生物微物体的有机和/或亲水分子层的部分，并且该部分具有上文所示的式2的结构。该部分可以是上文所述的任何部分。
在一些实施例中，偶联基团CG表示由反应性部分Rx和反应性配对部分Rpx(即，被配置为与反应性部分Rx反应的部分)的反应所得到的基团。例如，一种典型的偶联基团CG可以包括羧酰氨基基团，其是氨基与羧酸衍生物(例如，活化的酯、酰氯等)反应的结果。其它CG可以包括亚三唑基、羧酰氨基、硫代酰氨基、肟、巯基、二硫化物、醚或烯基，或者可以在反应性部分与其相应的反应性配对部分反应时形成的任何其它合适的基团。偶联基团CG可以位于连接基团L的第二末端(即，邻近被配置为提供适合于供养/扩增微流体装置100中的生物微物体246的有机和/或亲水分子层的部分的末端)，连接基团L可以包括如上文所述的元素的任何组合。在一些其它实施例中，偶联基团CG可以中断连接基团L的主链。当偶联基团CG是亚三唑基时，它可以是由Click偶联反应产生的产物并且可以进一步被取代(例如，二苯并环辛烯基稠合的亚三唑基)。
在一些实施例中，使用化学气相沉积将涂覆材料(或表面修饰的配体)沉积在微流体装置100的内表面上。可以任选地改进气相沉积工艺，例如，通过暴露于溶剂浴、超声处理或其组合而预清洁盖110、微流体回路材料116和/或支撑结构104。替代地或另外地，这种预清洁可以包括在氧等离子体清洁剂中处理盖110、微流体回路材料116和/或支撑结构104，其可以去除各种杂质，同时引入经氧化的表面(例如，表面上的氧化物，其可以如本文所述进行共价修饰)。或者，可以使用液相处理，例如盐酸和过氧化氢的混合物或硫酸和过氧化氢的混合物(例如，食人鱼溶液，其可以具有约3:1至约7:1的硫酸与过氧化氢的比率)代替氧等离子体清洁剂。
在一些实施例中，在微流体装置100已经被组装以形成限定微流体回路120的室102之后，使用气相沉积来涂覆微流体装置100的内表面。不希望受理论的限制，将这样的涂覆材料沉积在完全组装的微流体回路120上可能有益于防止由微流体回路材料116和支撑结构104介电层和/或盖110之间变弱的结合所引起的分层。在采用两步法的实施例中，可以通过如上文所述的气相沉积引入表面修饰配体，随后引入被配置为提供适合于供养/扩增生物微物体246的有机和/或亲水分子层的部分。该随后的反应可以通过在溶液中将表面修饰的微流体装置100暴露于合适的偶联剂来进行。
图2H是微流体装置290的剖视图，该微流体装置290具有提供适合的表面的示例性共价连接的涂覆材料。如所示，涂覆材料298(示意性地示出)可以包括与微流体装置290的基部286(其可以是DEP基板)的内表面294以及盖288的内表面292两者共价结合的紧密堆积的分子单层。涂覆材料298可以被设置在邻近且向内朝向微流体装置290的外壳284的基本上所有内表面294、292上，在一些实施例中并且如上文所讨论的，包括用于限定微流体装置290内的回路元素和/或结构的微流体回路材料的表面(未示出)。在可选的实施例中，涂覆材料298可以仅被设置在微流体装置290的一个或一些内表面上。
在图2H所示的实施例中，涂覆材料298可以包括单层有机硅氧烷分子，每个分子经由甲硅烷氧基连接部分296共价键合到微流体装置290的内表面292、294。可以使用任何上文所讨论的涂覆材料298(例如，烷基封端的、氟代烷基封端的部分、PEG封端的部分、葡聚糖封端的部分或含有用于有机硅氧基部分的正电荷或负电荷的末端部分)，其中末端部分被设置在其朝向外壳的末端(即，涂覆材料298的单层的未与内表面292、294结合并且邻近外壳284的部分)。
在其它实施例中，用于涂覆微流体装置290的内表面292、294的涂覆材料298可以包括阴离子、阳离子或两性离子部分，或其任何组合。不希望受理论的限制，通过在微流体回路120的外壳284的内表面上提供阳离子部分、阴离子部分和/或两性离子部分，涂覆材料298可以与水分子形成强的氢键，使得所产生的水合水充当将生物微物体与对非生物分子(例如，基板的硅和/或氧化硅)的相互作用分开的层(或“屏蔽”)。另外，在涂覆材料298与涂覆剂结合使用的实施例中，涂覆材料298的阴离子、阳离子和/或两性离子可以与存在于外壳284中的介质180(例如，涂覆溶液)中的非共价涂覆剂(例如，溶液中的蛋白质)的带电荷部分形成离子键。
在其它实施例中，涂覆材料可以包含或经化学改进以在其朝向外壳的末端提供亲水涂覆剂。在一些实施例中，涂覆材料可以包括含亚烷基醚的聚合物，例如PEG。在一些实施例中，涂覆材料可以包括多糖，例如葡聚糖。与上文所讨论的带电荷部分(例如，阴离子、阳离子和两性离子部分)一样，亲水涂覆剂可以与水分子形成强的氢键，使得所得的水合水充当将生物微物体与对非生物分子(例如，基板的硅和/或氧化硅)的相互作用分开的层(或“屏蔽”)。
适当的涂覆处理和改进的进一步细节可以在2016年4月22日提交的序列号为15/135,707的美国专利申请中找到，其通过引用整体并入。
为了促进细胞群的生长和/或扩增，可以通过系统的另外的组件提供有利于供养功能细胞的环境条件。例如，此类另外的组件可以提供营养物、细胞生长信号传导物质、pH调节、气体交换、温度控制和从细胞中除去废产物。
重要的是，微流体装置100(或其变型，例如，微流体装置230、250、280和290)被配置为光致动的电动力学装置。特别地，经由一个或多个电极(未示出)将介电泳(DEP)力施加到微流体装置100中的流体介质180(例如，在流动路径106中和/或在隔绝坞124、126、128、130中)，以操纵、运输、分离和分类位于其中的微物体。例如，在一些实施例中，DEP力被施加到微流体装置100的微流体回路120的一个或多个部分，以便将单个微物体从流动路径106转移到期望的一个微流体隔绝坞124、126、128、130中。在一些实施例中，使用DEP力来防止微流体隔绝坞124、126、128、130之一内的微物体。此外，在一些实施例中，使用DEP力来从微流体隔绝坞124、126、128、130之一中选择性地移除先前收集的微物体。
在一些实施例中，DEP力包括光电镊(OET)力。在其它实施例中，通过一个或多个电极(未示出)将光电润湿(OEW)力施加到微流体装置100的支撑结构104(和/或盖110)中的一个或多个位置(例如，有助于限定流动路径106和/或隔绝坞124、126、128、130的位置)，以操纵、运输、分离和分类位于微流体回路120中的液滴。例如，在一些实施例中，将OEW力施加到支撑结构104(和/或盖110)中的一个或多个位置，以将单个液滴从流动路径106转移到期望的微流体隔绝坞中。在一些实施例中，使用OEW力来防止隔绝坞124、126、128、130中的一个内的液滴从其中移位。此外，在一些实施例中，使用OEW力来从隔绝坞124、126、128、130中的一个选择性地去除先前收集的液滴。
在一些实施例中，将DEP和/或OEW力与其它力(例如流动和/或重力)组合，以便操纵、运输、分离和分类微流体回路120内的微物体和/或液滴。例如，可以将室102倾斜(例如，通过倾斜装置190)，以将流动路径106和位于其中的微物体置于微流体隔绝坞124、126、128、130的上方，并且重力可以将微物体和/或液滴运输到微流体隔绝坞124、126、128、130中。在一些实施例中，可以在施加其它力之前施加DEP和/或OEW力。在其它实施例中，可以在施加其它力之后施加DEP和/或OEW力。在其它情况下，可以在施加其它力的同时或者以与其它力交替地的方式施加DEP和/或OEW力。
本领域已知多种光致动的电动力学装置，包括具有光电镊(OET)配置的装置和具有光电润湿(OEW)配置的装置。在以下美国专利文献中示出了合适的OET配置的示例，其均通过引用整体并入本文：专利号号为RE 44,711的美国专利(最初以美国专利号7,612,355颁发)；和专利号为7,956,339的美国专利。专利号为6,958,132的美国专利和公开号为2012/0024708的美国专利申请中示出了OEW配置的示例，上述两者都通过引用整体并入本文。光致动的电动力学装置的另一个示例包括组合的OET/OEW配置，在公开号为20150306598和20150306599的美国专利申请以及其对应的PCT公布WO2015/164846和WO2015/164847中示出其示例，其均通过引用整体并入本文。
已经在例如美国专利公开文本US2014/0116881、US2015/0151298和US2015/0165436中描述了具有可以放置、培养和/或监测生物微物体的坞的微流体装置的示例，这些申请中的每一个都通过引用整体并入本文。美国专利公开文本US2015/0151298和US2015/0165436也描述了分析在微流体装置中培养的细胞的分泌物的示例性方法。前述申请中的每一个还描述了微流体装置，其被配置为产生介电泳(DEP)力，例如光电镊(OET)，或被配置为提供光电润湿(OEW)。例如，美国专利公开文本US2014/0116881的图2中所示的光电镊装置是可以应用在本公开的实施例中以选择和移动单个生物微物体或一组生物微物体的装置的示例。
现在参考图3A-3C，将描述使微流体装置300(其可以是微流体装置100或其变型，例如微流体装置230、250、280和290)作为光学致动的电动力学装置的特征。为了简单和简洁的目的，图3A-3C中仅示出了与微流体装置300的光致动的电动力学功能相关的微流体装置300的特征。
微流体装置300一般包括包含流体介质304的室302(例如，分别对应于图1中的微流体装置100的室102和流体介质180)。虽然微流体装置300的室302的一部分被简单地示出，但应当理解，室302可以是具有更详细结构的流体回路元素的一部分，例如生长室、隔绝坞、流动区域或流动通道。DEP配置可以并入微流体装置300的任何这样的流体回路元素中，或选择其部分。
微流体装置300包括至少部分地形成室302的印刷电路板组件(“PCBA”)308(对应于图1的微流体装置100的支撑结构104)和侧壁306。PCBA 308包括其上或其中可以形成电路元件的电路基板310。电路基板310包括表面312，表面312至少部分地形成包含流体介质304的室302。电路基板310可以包括具有相对高的电阻抗的材料。例如，电路基板310的阻抗一般可以大于室302中流体介质304的电阻抗。例如，电路基板310的阻抗可以是室302中的流体介质304的阻抗的二、三、四、五或更多倍。在一些实施例中，电路基板310可以包括未掺杂的具有相对高的电阻抗的半导体材料。
如下文将进一步详细描述的，PCBA 308包括嵌入在电路基板310中以形成电路的电路元件。例如，这样的电路可以是以电路基板310的半导体材料形成的集成电路。因此，电路基板310可以包括多层不同材料，例如未掺杂的半导体材料、金属层、电绝缘层等，如在形成集成到半导体材料中的微电子电路领域中所公知的。在一些实施例中，电路基板310可以包括对应于许多已知的半导体技术(例如，互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路技术、双极集成电路技术或双MOS集成电路技术)中的任何一种的集成电路。
微流体装置300还包括设置为与室302中的流体介质304电耦接的第一电极314和设置为与室302中的流体介质304电绝缘的第二电极316。电源318(下面进一步详细描述)连接在第一电极314和第二电极316之间以在电极314、316之间产生偏置电压，如在室302中产生DEP力所需要的。电源318可以是例如交流(AC)电源。
在一些实施例中，第一电极314的全部或部分可以基本上是透光的，使得光子束(beamlet)356(图3B示出一个光子束356)可以穿过第一电极314。第一电极314可以设置在图1所示的盖110上或以其它方式形成盖110的一部分。第二电极316可以包括在电路基板310之上或之中的一个或多个金属层，因此可以形成PCBA 308的一部分。如图所示，第二电极316包括嵌入在电路基板310中的金属层，尽管在替代实施例中，第二电极316可以包括在电路基板310的表面312上的金属层。无论如何，这样的金属层可以包括板、金属走线图案等。电极314、316可以包括导电氧化物(例如，氧化铟锡(ITO))，其可以涂覆在玻璃或类似的绝缘材料上。或者，电极314、316中的一个或两个可为嵌入可变形材料(例如，聚合物(例如，PDMS))中的柔性电极，例如单壁纳米管、多壁纳米管、纳米线、导电纳米粒子簇或其组合。可以在微流体装置中使用的柔性电极已经在例如美国专利公开文本US2012/0325665中进行了描述，其内容通过引用并入本文。
微流体装置100还包括在电路基板310的表面312上的不同位置处或靠近电路基板310的表面312的介电泳(DEP)电极320，DEP电极320与流体介质304电接触。因此，室302中包含的流体介质304在第一电极314和DEP电极320之间提供电阻连接。如图3C中最佳示出的，DEP电极320彼此不同并且彼此不直接电连接。
微流体装置300还包括可编程控制模块322，每个可编程控制模块与相应的一个DEP电极320相关联，并且被配置为编程有从微流体控制系统150的控制和监测设备(下文将更详细地描述)接收的切换指令，并且根据编程的切换指令选择性地将相应的DEP电极320与第二电极316电绝缘或将相应的DEP电极320电连接到第二电极316。
为此，每个控制模块322包括：开关机构324，其设置在第二电极316与DEP电极320中的对应的一个不同DEP电极之间。每个开关机构324可以将对应的DEP电极320连接到第二电极316。例如，每个开关机构324可以与DEP电极320中对应的一个DEP电极或第二电极316或这两者直接电连通。在一些示例中，每个开关机构324可以与DEP电极320中对应的一个DEP电极或第二电极316或这两者间接电连通(即，经由中间电组件)。在一些示例中，每个开关机构324可以与DEP电极320中对应的一个DEP电极或第二电极316中的任一者直接电连通，并且与DEP电极320中对应的一个DEP电极或第二电极316中的另一者间接电连通。特别地，每个开关机构324在至少两个不同的状态之间是可切换的。例如，开关机构324可以在关断状态和导通状态之间切换。在关断状态下，开关机构324不将对应的DEP电极320连接到第二电极316，因此对应的DEP电极320与第二电极316电绝缘。换言之，开关机构324仅提供从对应的DEP电极320到第二电极316的高阻抗电路径。此外，电路基板310不以其它方式提供从对应的DEP电极320到第二电极316的电连接，因此，在开关机构324处于关断状态期间，从对应的DEP电极320到第二电极316只有高阻抗连接。在导通状态下，开关机构324将对应的DEP电极320电连接到第二电极316，从而提供从对应的DEP电极320到第二电极316的低阻抗路径。开关机构324处于关断状态期间从对应的DEP电极320到第二电极316的高阻抗连接的阻抗可以是大于室302中的流体介质304的阻抗，例如高阻抗连接可以具有比室302中的流体介质304的阻抗大至少5倍、至少10倍、至少20倍或至少100倍(或更多倍)的阻抗。在导通状态下由开关机构324提供的从对应的DEP电极320到第二电极316的低阻抗连接的阻抗可以具有小于流体介质304的阻抗，例如室302中的流体介质304可以具有比低阻抗连接的阻抗大至少2倍、至少3倍、至少4倍、至少5倍、至少10倍、至少20倍或至少100倍(或更多倍)的阻抗。
进一步参考图4，现在将描述第一电极314、第二电极316、DEP电极320、流体介质304和开关机构324的示意模型电路。第一电阻器350表示室302中的流体介质304的阻抗，第二电阻器352表示开关机构324的阻抗，从而也为电路基板310的内表面312上的DEP电极320之一与第二电极316之间的阻抗。如上所述，在开关机构324处于关断状态期间，对应的DEP电极320和第二电极316之间的阻抗(由第二电阻器352表示)大于流体介质304的阻抗(由第一电阻器350表示)，而在开关机构324处于导通状态期间，对应的DEP电极320和第二电极316之间的阻抗(由第二电阻器352表示)变得小于流体介质304的阻抗(由第一电阻器350表示)。将开关机构324转至导通状态，从而在流体介质304中建立通常从DEP电极320到第一电极314上的对应区域的局部非均匀电场。该非均匀电场可在流体介质304中附近的微物体348(例如，微颗粒或生物物体(例如细胞等))上产生DEP力。开关机构324在关断状态下的阻抗可以是开关机构324在导通状态下的阻抗的二倍、三倍、四倍、五倍、十倍、二十倍、50倍、100倍、1000倍、5000倍、10000倍或更多倍。此外，在一些实施例中，开关机构324在关断状态下的阻抗可以是流体介质304的阻抗的两倍、三倍、四倍、五倍、十倍、二十倍、五十倍或更多倍，流体介质304的阻抗可以是开关机构324在导通状态下的阻抗的两倍、三倍、四倍、五倍、十倍、二十倍、五十倍或更多倍。
重要的是，微流体装置100还包括：附加的电路元件，被配置为基于所生成的或通过调制光束354从微流体控制系统150接收的指令，控制开关机构324中的每一个在连续时间间隔中的每个时间间隔内处于关断状态还是导通状态。
为此，每个控制模块322包括光敏元件326，该光敏元件326被配置为响应于被引导到光敏元件326上的调制光束354生成输出信号，该输出信号包括用于控制相应的开关机构324的指令。光敏元件326分别与DEP电极320相关联。各光敏元件326可以设置在电路基板310的内表面312上的区域处。光敏元件326可以与相应的DEP电极320间隔开或者可以在相应的DEP电极320下方。例如，如图3C中中间列的DEP电极320所示，每个DEP电极320可以与相应的光敏元件326间隔开。作为另一个示例，如图3C中左列和右列的DEP电极320所示，每个DEP电极320可以设置在开口328周围(如图所示完全地或部分底(未示出))并且包括开口328(例如，窗口)，光束354可以穿过该开口以达到光敏元件326。或者，每个DEP电极320的一部分可以是透光的，因此可以覆盖对应的光敏元件326。
为此，每个控制模块322还包括控制电路330和对应的存储器单元332。存储器单元332可以形成控制电路330的一部分或以其它方式与控制电路330相关联，该控制电路330形成在电路基板310中。每个控制电路330可操作性地连接到对应的一个光敏元件326以从相应的光敏元件326接收包括切换指令的输出信号，并且可操作性地连接到对应的一个存储器单元332以至少暂时地将包括切换指令的输出信号存储在相应的存储器单元332中，并后续从相应的存储器单元332中检索该切换指令。每个控制电路330还可操作地连接到对应的一个开关机构324，以基于从相应的存储器单元332检索的所存储的输出信号中的切换指令，根据切换控制信号(在下面进一步详细描述)来控制开关机构324在连续时间间隔中的每个时间间隔内的导通状态和关断状态。
切换控制信号具有切换控制信号频率，该频率限定开关机构324可以被切换的时间间隔。优选地，切换控制信号频率比光束354的调制频率慢，如下文将更详细地描述的。每个控制电路330可以包括模拟电路、数字电路、根据存储在对应的存储器单元332或其它存储器中的机器可读指令(例如，软件、固件、微代码等)操作的数字处理器，或上述一个或多个的组合。每个存储器单元332可以是例如寄存器。
虽然微流体装置100的每个控制模块322在图3B中示出为具有专用存储器单元332，但是应当理解，替代地，微流体装置100可以具有在多个控制模块322之间共享的存储器单元332'，如图3D所示。在这种情况下，各控制电路330可操作性地连接到对应的一个光敏元件326以从相应的光敏元件326接收包括切换指令的输出信号，并且可操作性地连接到共享的存储器单元332'以至少暂时地将包括切换指令的输出信号存储在共享的存储器单元332'中，并随后从共享的存储器单元332'中检索切换指令。还应该理解的是，这种配置需要更多的电走线以并入电路基板310中，以便将各控制电路330连接到共享的存储器单元332'，从而需要在电路基板310内分配额外的空间。
虽然微流体装置100的每个控制模块322在图3B中示出为具有由单个控制电路330控制的单个开关机构324，但是应当理解，在一些实施例中，控制模块322可以包括由单个控制电路330'控制的多个开关机构324，如图3E所示(只示出了单个控制电路330'控制两个开关机构324，尽管单个控制电路330'可控制多于两个的开关机构324)。在一些实施例中，每个控制模块322可以包括单个控制电路330和由单个控制电路控制的至少2、3、4、5、10、15、20、25、30、50、100或更多个开关机构324，每个开关机构可操作用于将对应的DEP电极320电连接到第二电极316。在这种情况下，控制多个开关机构324的每个控制电路330'可操作地连接到对应的一个光敏元件326以从对应的光敏元件326接收包括切换指令的输出信号，以控制多个开关机构324。这些控制电路330'中的每一个也可操作地连接到对应的一个存储器单元332中(或替代地，共享的存储器单元332'，例如图3D中所示)以至少暂时地将包括切换指令的输出信号存储在存储器单元332(或共享的存储器单元332')中，以随后从存储器单元332(或共享的存储器单元332')中检索切换指令，并且还可操作性地连接到多个开关机构324，以基于从相应的存储器单元332(或共享的存储器单元332')检索的所存储的输出信号中的切换指令，根据切换控制信号控制开关机构324在连续时间间隔的每个时间间隔内的导通状态和关断状态。还应该理解的是，这种配置需要更多的电走线以并入电路基板310中，以便将控制电路330连接到远程开关机构324，从而需要在电路基板310内分配额外的空间。
不管微流体装置100中的控制模块322的配置如何，各光敏元件326和各开关机构324均可以具有多种合适的配置中的任何一个。例如，参考图5，光敏元件326可以包括光电二极管362，开关机构324可以包括晶体管366。如上所述，电路基板310可以包括半导体材料，光电二极管362和晶体管366可以形成在电路基板310的层中，如半导体制造领域中已知的。光电二极管362的输入364可以通过直流(DC)电源(未示出)偏置。光电二极管362可以被配置和定位成使得指向内表面312上对应于光电二极管362的位置的光子束356可以激活该光电二极管362，使该光电二极管362向控制电路330输出信号。光子束356的强度的变化可以使光电二极管改变到控制电路330的信号。晶体管366可以是任何类型的晶体管，不一定是光电晶体管。例如，晶体管366可以是场效应晶体管(FET)(例如，互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管)、双极晶体管或双MOS晶体管。如果晶体管366是如图5所示的FET晶体管，则漏极或源极可以连接到电路基板310的内表面312上的DEP电极320，而漏极或源极中的另一个可以连接到第二电极316。控制电路330的输出可以连接到晶体管366的栅极。可以偏置晶体管366，使得提供给栅极的信号关断或接通晶体管366。如果晶体管366是双极晶体管，则集电极或发射极可以连接到电路基板310的内表面312上的DEP电极320，而集电极或发射极中的另一个可以连接到第二电极316。控制电路330的输出可以连接到晶体管366的基极。无论如何，晶体管366可以被偏置，使得提供给基极的信号关断或接通晶体管366。不管晶体管366是FET晶体管还是双极晶体管，晶体管366都可以如上文关于图3A-3C的开关机构324所讨论的那样工作。也就是说，控制电路330可以被配置为根据存储在存储器单元332中的切换指令来控制晶体管366是接通还是关断。当晶体管366接通时，其可以提供从DEP电极320到第二电极316的低阻抗电路径，如上面关于图3A-3C中的开关机构324所讨论的。相反，当晶体管366关断时，其可以提供从DEP电极320到第二电极316的高阻抗电路径，如上面关于开关机构324所讨论的。
参考图6，替代地，开关机构324可以包括放大器368，其可以是例如运算放大器、被配置为用作放大器的一个或多个晶体管等。如图所示，控制电路330可以利用光电二极管362的输出来控制放大器368的放大水平。例如，控制电路330可以如上关于图3A-3C的开关机构324所讨论的那样控制放大器368工作。也就是说，控制电路330可以被配置为根据存储在存储器单元332中的切换指令来控制放大器368是接通还是关闭。控制电路330可以关闭放大器368或者将放大器368的增益设置为零，有效地使放大器368提供从DEP电极320到第二电极316的高阻抗电连接，如上文关于开关机构324所讨论的。相反地，控制电路330可以接通放大器368或将放大器368的增益设置为非零值，有效地使放大器368提供从DEP电极320到第二电极316的低阻抗电连接，如上文关于开关机构324所讨论的。
参考图7，替代地，开关机构324可包括与放大器372串联的开关374。开关374可包括任何种类的包括晶体管(例如图5的晶体管362)的电气开关。放大器372可以类似于图6的放大器368。开关374和放大器372可以形成在大体上如上所述的电路基板310中。控制电路330可以被配置为根据光电二极管362的输出来控制开关374是接通还是关断。无论如何，控制电路330可以被配置为根据存储器单元332中存储的切换指令控制放大器372是接通还是关断。当开关374断开时，开关374和放大器372可以提供从DEP电极320到第二电极316的高阻抗电连接，如上所述。相反，当开关374闭合时，开关374和放大器372可以提供从DEP电极320到第二电极316的低阻抗电连接，如上所述。在其它实施例中，除了与放大器372串联的开关374之外或代替开关374，开关机构324可以包括其它电路元件，前提是开关机构324被配置为从DEP电极320到第二电极316的低阻抗电连接和高阻抗电连接之间切换，如上所述。
现在参考图8，一个或多个(例如，所有)光敏元件326中的每一个可以用颜色检测器元件382代替。图8中示出了一个颜色检测器元件382，但是光敏元件元件326中的每一个均可以用这样的元件382代替。颜色检测器元件382可以包括多个颜色光电检测器384、386(示出了两个，但可以有更多个)。每个颜色检测器384、386可以被配置为响应于光子束356的不同颜色向控制电路330提供正信号。例如，光电检测器384可以被配置为当第一颜色的光子束356被引导到光电检测器384、386上时向控制电路330提供正信号，光电检测器386可以被配置为当第二不同颜色的光子束356被引导到光电检测器384、386上时向控制电路330提供正信号。如图所示，每个光电检测器384、386可以包括滤色器388和光敏元件390。每个过滤器388可以被配置为仅通过特定颜色。例如，第一光电检测器384的过滤器388可以基本上仅通过第一颜色，而第二光电检测器386的过滤器388可以基本上仅通过第二颜色。光敏元件390可以与图3A-3C中的如上所述的光敏元件326相似或相同。图8中所示的颜色光电检测器384、386的配置仅是示例，可以考虑变化。例如，颜色光电检测器384、386中的一个或两个可以包括光电二极管而不是包括过滤器388和光敏元件390，该光电二极管被配置为仅响应于特定颜色的光而接通。
现在参考图9，微流体装置100可以包括可选的指示器元件392。如图所示，指示器元件392可以连接到控制电路330的输出，该控制电路330可以用于设置指示器元件392为不同的状态，每个状态对应于开关机构324的可能状态之一。因此，例如，控制电路330可以在开关机构324处于导通状态时接通指示器元件392，而在开关机构324处于关断状态时关闭指示器元件392。因此，在前述示例中，指示器元件392可以在开关机构324处于导通状态时处于接通状态，而在开关机构324处于关断状态时处于关闭状态。控制电路330还可以接通或关闭指示器元件392以向微流体控制系统150提供信号。提供给微流体控制系统的信号可以对应于例如微流体装置100的状态、可编程控制模块322的状态、存储器332中存储的信息或从传感器接收的信息。例如，控制电路330可以基于存储在相应的存储器单元332中的切换指令接通或关闭指示器元件392(或以其它方式调制指示器元件392)，以提供开关机构324是导通状态或关断状态的信号。指示器元件392可以仅在接通时提供视觉指示(例如，发出光394)。指示器元件392的非限制性示例包括诸如发光二极管(其可以形成在电路基板310中)、灯泡等的光源。如图所示，DEP电极320可以包括用于指示器元件392的第二开口396(例如，窗口)。替代地，指示器元件392可以与DEP电极320间隔开，因此不被DEP电极320覆盖，在这种情况下，DEP电极320中不需要存在第二窗口396。作为另一种替代方案，DEP电极320可以透光，在这种情况下，即使DEP电极320覆盖了指示器元件392，也不需要第二窗口396。
参考图10，微流体装置100不仅可以包括第二电极316a，还可以包括一个或多个附加的第三电极316b和第四电极316c(示出了两个，但可以有一个或多于两个)和对应的多个附加电源318a、318b、318c。如图所示，每个开关机构324可以被配置为将对应的DEP电极320电连接到电极316a、316b、316c中的一个。因此，开关机构324可以被配置为将对应的DEP电极320选择性地连接到电极316a、316b、316c中的任何一个。每个开关机构324还可以被配置为将第一电极314与所有电极316a、316b、316c断开。还如图所示，电源318a可以连接到第一电极314和第二电极316a(并因此在它们之间提供功率)，如上所述。电源318b可连接到第一电极314与第三电极316b(并因此在它们之间提供功率)，电源316c可连接到第一电极314与第四电极316c(并因此在它们之间提供功率)。电极316a、316b、316c中的每一个可以总体上类似于如上所述的第二电极316。例如，每个电极316a、316b、316c可以与室302中的介质304电绝缘。作为另一示例，每个电极316a、316b、316c可以是电路基板310的表面312上或电路基板310内部的金属层的一部分。每个电源318a、318b、318c可以如上面讨论的电源318那样为交流(AC)电源。然而，电源318a、318b、318c可以不同地被配置。例如，每个电源318a、318b、318c可以被配置为提供不同水平的电压和/或电流。因此，在这样的示例中，每个开关机构324可以在以下状态间切换来自对应的DEP电极320的电连接：关断状态，其中，DEP电极320不连接到电极316a、316b、316c中的任何一个；以及多个导通状态中的任何一个，其中，DEP电极320连接到电极316a、316b、316c中的任何一个。作为如何不同地配置电源318a、318b、318c的另一示例，每个电源318a、318b、318c可以被配置为提供具有不同相移的功率。例如，在包括电极316a、316b和电源318a、318b(但不包括电极316c和电源318c)的实施例中，电源316a可以提供与电源316b所提供的功率相差大约(例如，正负百分之十)一百八十(180)度相位的功率。在这样的实施例中，每个开关机构324可以被配置为在将对应的DEP电极320连接到第二电极316a和第三电极316b之间进行切换。当DEP电极320连接到电极316a、316b中的一个(例如，316a)时，对应的DEP电极320可以被激活(因此被接通)，而在DEP电极320连接到电极316a、316b中的另一个(例如，316b)时，对应的DEP电极320被去激活(因此被关闭)。与图3A-3C的微流体装置100相比，这样的实施例可以减少来自关闭的DEP电极320的泄漏电流。
因此，从上文可以理解，代替对于每个时间间隔实时地将各开关机构324设置为接通状态或关断状态，用于在连续时间间隔上将各开关机构324设置为接通状态或关断状态的指令被存储在存储器单元332中，其随后可以由相应的控制电路330访问以根据切换指令将相应的开关机构324主动设置为接通状态或关断状态。还可以理解的是，通过利用经切换指令调制的光束354(如图11A所示)曝光对应的光敏元件326可以将指令发送到控制电路330以存储在对应的存储器单元332中。因此，如图11A和11B所示，光束354的调制可以生成指令，该指令选择性地激活和去激活由光束354的外周限定的视场(FOV)358中的DEP电极320的变化模式。因此，被引导到电路基板310的内表面312上的光束354可以照射FOV 358中选定的DEP电极320a(以白色示出)，而不照射FOV 358之外的DEP电极320b(以黑色示出)。虽然在示出的实施例中FOV 358的形状为方形，但是FOV 358可以具有任何合适的形状，包括圆形、矩形、椭圆形、三角形等。在优选的实施例中，光束354包括对应于FOV 358中的DEP电极320a的光子束356(图3B中示出的)的阵列，使得指令可以独立地发送到对应于相应的DEP电极320a的各个控制电路330。如下文将进一步详细描述的，光束354以及因此FOV 358可能在微流体装置100电路基板310的内表面312或甚至其它微流体装置上移动，以将指令发送到先前未被照射的DEP电极320b。
可以以任何多种方式调制每个光子束356，以便在相应的光敏元件326的输出信号内编码切换指令。
在一种实现方式中，光敏元件326的激活(例如，接通)可以表示将开关机构324设置为导通状态的指令，而光敏元件326的去激活(例如，关闭)可以表示将开关机构324设置为关断状态的指令。例如，光子束356可以被选择性地引导到光敏元件326上以激活它，然后可以将光子束356从光敏元件326移除以去激活它。因此，光敏元件326上的光子束356的第一脉冲，从而光敏元件326输出的正信号的第一脉冲，可以表示将对应的开关机构324切换或保持在导通状态的指令，而光敏元件326上没有光子束356的脉冲，从而没有光敏元件326输出的正信号的脉冲，可以表示将开关机构324切换或保持在关断状态的指令，反之亦然。
在另一实现方式中，光敏元件326的激活可以表示在导通状态和关断状态之间切换开关机构324的指令。例如，光敏元件326上的光子束356的第一脉冲，从而光敏元件326输出的正信号的第一脉冲，可以表示将开关机构324从关断状态切换到导通状态的指令。开关机构324可以保持在导通状态直到另有指示为止。也就是说，光敏元件326上的光子束356的下一个脉冲，从而光敏元件326输出的正信号的下一个脉冲，表示将开关机构324从导通状态切换到关断状态的指令。光敏元件326上的光子束356的后续脉冲，从而光敏元件326输出的正信号的后续脉冲，可以生成在关断状态和导通状态之间切换开关机构324的指令。
在又一实现方式中，光敏元件326的不同激活模式可以表示将开关机构324设置为导通状态或关断状态的指令。例如，光敏元件326上的光子束356的具有第一特性的n个脉冲的序列，从而光敏元件326输出的正信号的具有第一特性的n个脉冲的序列，可以表示将开关机构设置为导通状态的指令，而光敏元件326上的光子束356的具有第二特性的k个脉冲的序列，从而光敏元件326输出的正信号的具有第二特性的k个脉冲的序列,可以表示将开关机构设置为关断状态的指令，其中，n和k可以是相等或不相等的整数。第一特性和第二特性的示例可以包括以下：第一特性可以是n个脉冲以第一频率出现，第二特性可以是k个脉冲以不同于第一频率的第二频率出现。作为另一示例，脉冲可以具有不同的宽度(例如，短宽度和长宽度)，例如摩尔斯电码。第一特性可以是光子束356的n个短和/或长宽度脉冲的构成预定的导通状态代码的特定模式，而第二特性可以是光子束356的k个短和/或长宽度脉冲的构成预定的关断状态代码的不同模式，或反之亦然。实际上，在前述示例中，光子束356的脉冲可以被配置为指示开关机构324被设置在多于两个的状态之间。因此，开关机构324可以具有比仅仅为导通状态和关断状态更多和/或不同的状态。
在又一实现方式中，可以由光子束356的特性(因此从光敏元件326输出的正信号的对应的脉冲)表示将开关机构324设置为导通状态或关断状态的指令，而不仅仅是由子束356的存在与否表示。例如，可以根据光子束356的亮度(从而根据光敏元件326输出的对应的脉冲的水平)来生成切换指令326。因此，例如，光敏元件326上的光子束356的大于第一阈值但小于第二阈值的检测亮度水平(从而光敏元件326输出的正信号的对应的脉冲的水平)可以表示将开关机构324设置为导通状态的指令，以及光敏元件326上的光子束356的大于第二阈值的检测到亮度水平(从而光敏元件326输出的正信号的对应的脉冲的水平)可以表示将开关机构324设置为关断状态的指令，反之亦然。
在又一实现方式中，用于将开关机构324设置为导通状态或关断状态的指令可以由光子束356的不同颜色(从而由从光敏元件326输出的正信号的对应的脉冲的强度)表示，如将在下面更详细地描述的。
在又一实现方式中，将开关机构324设置为导通状态或关断状态的指令可以由光子束356的前述特性的任意组合来表示。例如，光敏元件326上检测到的特定频率的光子束356的脉冲序列(从而由光敏元件326输出的特定频率的正信号的对应脉冲序列)可以表示将开关机构设置为导通状态的指令，而光敏元件326上光子束356的检测到的亮度水平(从而由光敏元件326输出的正信号的对应的脉冲的水平)可以表示将开关机构设置为关断状态的指令。
每个控制电路330被配置为从控制和监测设备152(下面进一步详细描述)接收系统时钟/定时信号，以协调由相应的光敏元件326生成的输出信号在相应的存储器单元332中的存储。为此，微流体装置100还可以包括一个或多个导电引线(未示出)，例如并入电路基板310中的一个或多个金属层中，使得各控制电路330可以经由导电引线接收系统时钟/定时信号。各控制电路330还被配置为从控制和监测设备152接收或以其它方式生成或导出切换控制信号(如上所述)，并基于存储的输出信号中的指令协调对于连续时间间隔的每个时间间隔相应的开关机构324是处于导通状态还是处于关断状态的后续控制。各控制电路330还被配置为从控制和监测设备152接收或以其它方式生成或导出初始化脉冲/信号，响应于初始化脉冲/信号，相应的控制电路330开始将来自对应的光敏元件326的输出信号存储在对应的存储器单元332中。
例如，参考图12A和12B，在微流体装置400a的一个实施例中，每个控制电路330被配置为在第一导电引线402a上接收系统时钟/定时信号404a、在第二导电引线402b上接收切换控制信号404b、以及在第三导电引线402c上接收初始化脉冲404c。微流体装置400a还包括第四导电引线402d和第五导电引线402e，该第四导电引线402d被配置为从控制和监测设备152接收功率，该第五导电引线402e用于将微流体装置400a接地到控制和监测设备152。如下文将进一步详细描述的，信号和功率可经由巢500(在图16中示出)提供给微流体装置400a的电引线，在巢500中，微流体装置400a的端子可设置为电接触。应当理解，仅出于说明的目的，导电引线402a-402e被示为在微流体装置400a的外部。在使用巢500的实施例中，导电引线402a-402e将在微流体装置400a的内部，并且将电连接到微流体装置400a的外表面上的电端子，如将在下文中进一步详细描述的。
系统时钟/定时信号404a用于同步每个光敏元件326响应于调制光束354(或子束356)而生成的输出数据信号404d(包括用于控制相应的开关机构324的切换指令)在存储器单元332内的存储。光束354(或子束356)的调制频率，即由每个光敏元件326生成的输出数据信号404d的频率，可被设置为等于系统时钟/定时信号404a或为系统时钟/定时信号404a的一部分(即，较慢)。在示出的实施例中，光束354的调制频率是系统时钟/定时信号频率的两倍，因此，对于系统时钟/定时信号404a的每两个脉冲，每个控制电路330可以分别将由相应的光敏元件326生成的高或低(1或0)的输出数据信号404d放入相应的存储器单元(例如，寄存器)332。
切换控制信号404b用于根据存储的输出数据信号404d同步每个开关机构324在导通状态和关断状态之间的切换，因此可以具有被设置为等于控制电路330的切换频率的频率。因此，对于切换控制信号404b的每个脉冲，每个控制电路330可以从相应的存储器单元(例如，寄存器)332检索(即，读取)每个指令(即，每位)。一般而言，切换控制信号404b的频率低于系统时钟/时序信号404a的频率。在一些实施例中，系统时钟/定时信号404a的频率是切换控制信号404b的频率的整数倍。例如，系统时钟/定时信号404a的频率可以在1000Hz～20kHz的范围内，或者在10kHz～200kHz的范围内，或者在100kHz～2MHz的范围内，或者可以具有这些范围之外的值，而切换控制信号404b的频率可以例如在0.1Hz～100Hz的范围内，例如在0.25Hz～20Hz的范围内或在0.5Hz～8Hz的范围内，或者可以具有这些范围之外的值。在某些实施例中，系统时钟/定时信号404a的频率可以高于切换控制信号404b的频率。例如，系统时钟/定时信号404a的频率可以在比切换控制信号404b的频率大至少50～100,000倍的范围内，或者甚至更高。在其它示例中，系统时钟/定时信号404a的频率可以在比切换控制信号404b的频率大50～500倍、100～1000倍、200～2000倍、500～5000倍、1000～10,000倍、2000～20,000倍、5000～50,000倍或10,000～100,000倍的范围内，或在所列的任何两个端点之间，例如在比切换控制信号404b的频率大50～5000倍、100～2000倍或2000～100,000倍的范围内。
初始化脉冲404c(在这种情况下为帧脉冲)用于通知控制电路330开始接收来自相应的光敏元件326的输出数据信号404d并将其存储在相应的存储器单元332中，即，开始侦听从监测和控制设备152(下面进一步详细描述)发送的切换指令。每个控制电路330将以系统时钟/定时信号的频率(或其整数倍)从相应的光敏元件326接收包括切换指令的输出数据信号404d，并将切换指令(作为1和0)存储在相应的寄存器332中，直到寄存器332被填满为止。例如，对于1024比特的数据，接收和存储切换指令的总时间可能远小于1秒。一旦寄存器332被填满，则相应的控制电路330可以从寄存器332检索切换指令并且以切换控制信号404b的频率控制相应的开关机构324。例如，在2Hz的切换控制信号频率下，对于1024比特的数据，从相应的寄存器332检索所有切换指令并根据这些指令控制开关机构324所需的时间可能是8.5分钟。
参考图13A和13B，微流体装置400b的另一个实施例与图12A和12B中所示的微流体装置400a的相似之处在于每个控制电路330被配置为接收第一导电引线402a上的系统时钟/定时信号404a、以及第二导电引线402b上的切换控制信号404b。然而，微流体装置400b与微流体装置400a的不同之处在于微流体装置400b的每个控制电路330不经由第三电引线接收初始化脉冲404c。相反，每个控制电路330被配置为从对应的光敏元件326接收初始化信号(未示出)。也就是说，代替电接收初始化脉冲404c，而是将初始化信号并入调制光束354(或子束356)，在这种情况下，由每个光敏元件326生成的输出数据信号404d最初将包括由相应的控制电路330接收的初始化信号(未示出)。初始化信号可以是例如特殊的数据序列或签名(例如，0101101010110)。一旦相应的控制电路330从相应的光敏元件326接收到具有该特殊数据序列的输出数据信号404d，将通知控制电路330开始接收和存储嵌入在由相应的光敏元件326生成的的下一个输出数据信号404d中的切换指令，从而以系统时钟/定时信号404a的频率(或其整数倍)存储在相应的寄存器332内，直到寄存器332被填满为止。
参考图14A和14B，另一个实施例的微流体装置400c与图12A和12B中所示的微流体装置400b的相似之处在于每个控制电路330被配置为接收第一导电引线402a上的系统时钟/定时信号404a，以及来自对应的光敏元件326的输出数据信号404d中的初始化信号。然而，微流控装置400c与微流控装置400a的不同之处在于微流控装置400c的每个控制电路330不经由第二导电引线402b接收切换控制信号404b。相反，控制电路330被配置为在相应的控制电路330在其上接收系统时钟/定时信号404a的同一导电引线402a上接收切换控制信号404b。在这种情况下，每个控制电路330对系统时钟/定时信号404a和切换控制信号404b的接收可以是时间复用的，使得相应的控制电路330可以首先在第一导电引线402a上接收系统时钟/定时信号404a，以同步由光敏元件326响应于调制光束354(或子束356)生成的输出数据信号404d(包括用于控制相应的开关机构324的切换指令)在存储器单元332内的存储，然后可以在第一导电引线402a上接收切换控制信号404b(例如，通过减慢系统时钟/定时信号404a)以根据存储的输出数据信号404d同步相应的开关机构324在导通状态和关断状态之间的切换。
或者，每个控制电路330从在第一导电引线402a上接收到的系统时钟/定时信号404a导出切换控制信号404b。例如，每个控制电路330可以将系统时钟/定时信号404a的每第n个脉冲视为切换控制信号404b，使得每个控制电路330在系统时钟/定时信号404a的每第n个脉冲处从相应的寄存器332检索每个指令以控制相应的开关机构324。在另一个替代实施例中，每个控制电路330被配置为在微流体装置100c在其上接收功率的同一导电引线402d上接收切换控制信号404b。在这种情况下，可以使用“单线串行”、“I2C”、“SPI”或“微传线”或“位拆裂(Bit Banging)”类型的方法或电源信号之上的载波信号。在实施例中，在系统时钟/定时信号404a的上升沿或下降沿对调制数据进行采样。使用单独的电路来解调电力线顶部的数据，以便将原始数据呈现给控制电路330和/或存储器单元332。
参考图15A和15B，又一实施例的微流体装置400d与图14A和14B中所示的微流体装置400c的相似之处在于每个控制电路330被配置为接收系统时钟/定时信号404a、切换控制信号404b，以及来自相应的光敏元件326的输出数据信号404d和初始化信号404c。然而，微流体装置400d与微流体装置400c的不同之处在于微流体装置400d的每个控制电路330不在任何导电引线上接收系统时钟/定时信号404a和切换控制信号404b。相反，每个控制电路330被配置为从附加的光敏元件326'(在图15A中示出)接收系统时钟/定时信号404a和切换控制信号404b。即，系统时钟/定时信号404a和切换控制信号404b被并入调制光束354(或子束356)中，在这种情况下，每个控制电路330对系统时钟/定时信号404a和切换控制信号404b的接收可以是时间复用的。也就是说，每个控制电路330可以首先从光敏元件326接收初始化信号，以通知控制电路330开始接收和存储嵌入在由相应的光敏元件326生成的输出数据信号404d中的切换指令，从而以系统时钟/定时信号404a的频率(或其整数倍)存储在相应的寄存器332中，直到寄存器332满为止。在首先接收到初始化信号后，然后每个控制电路330可以接收来自附加的光敏元件326'的系统时钟/时序信号404a，以同步由光敏元件326响应于调制光束354(或子束356)生成的输出数据信号404d(包括用于控制相应的开关机构324的切换指令)在存储器单元332内的存储。然后每个控制电路330可以从附加的光敏元件326'接收切换控制信号404b，以根据存储的输出数据信号404d同步相应的开关机构324在导通状态和关断状态之间的切换。
在替代实施例中，初始化信号可以由附加的光敏元件326'生成。在这种情况下，每个控制电路330对系统时钟/定时信号404a、切换控制信号404b和初始化信号404c的接收可以是时间复用的，使得相应的控制电路330可以首先从附加的光敏元件326'接收初始化信号，以通知控制电路330开始接收和存储嵌入在由相应的光敏元件326生成的输出数据信号404d中的切换指令，从而以系统时钟/定时信号404a的频率(或其整数倍)存储在相应的寄存器332中，直到寄存器332满为止。然后相应的控制电路330可以从附加的光敏元件326'接收系统时钟/定时信号404a，以同步由光敏元件326响应于调制光束354(或子束356)生成的输出数据信号404d(包括用于控制相应的开关机构324的切换指令)在存储器单元332内的存储。然后相应的控制电路330可以从附加的光敏元件326'接收切换控制信号404b，以根据存储的输出数据信号404d同步相应的开关机构324在导通状态和关断状态之间的切换。在替代实施例中，初始化信号可以被并入由相应的光敏元件326生成的输出数据信号404d中，如上文关于图14A和14B的微流体装置400c所描述的。在具有光敏元件326和附加的光敏元件326'的一些实施例中，光敏元件326和附加的光敏元件326'响应于不同的波长并且能够同时从单个调制光束354(或子束356)接收两个不同的信号，该单个调制光束354(或子束356)具有在对应于相应的光敏元件326、326'的波长处波长复用的两个不同的信号。在具有光敏元件326和附加的光敏元件326'的其它实施例中，光敏元件326和附加的光敏元件326'在空间上足够隔离以能够各自从两个不同的相应的光束356接收不同的信号。在上述任一情况下，例如，由光敏元件326、326'中的任一个或两个接收到的信号也可以如上所述进行时间复用，例如，相应的控制电路330可首先从附加的光敏元件326'接收初始化信号，然后相应的控制电路330可从附加的光敏元件326'接收系统时钟/定时信号404a。
现在参考图16，支撑结构(“巢”)500被配置为保持本文所述的微流体装置100(图16中未示出)或微流体装置100的任何变型(例如，微流体装置230、250以及280、290、300、400a～400d)。巢500包括能够与微流体装置100接口并提供从电源192(图1中示出)到微流体装置100的电连接的插座502。例如，巢500可以包括导电巢触点(未示出)，其被配置为当微流体装置100安装在巢500上时，接触位于微流体装置100上的导电装置触点(未示出)中对应的导电装置触点。微流体装置100的导电装置触点可以电连接位于电路基板310内的导电装置引线中对应的导电装置引线。
巢500还可以包括集成的电信号生成子系统504，其被配置为向插座502提供偏置电压，使得当插座502保持微流体装置100时，在微流体装置100的电极314、316(如图3B所示)两端施加偏置电压。因此，电信号生成子系统504可以是电源192的一部分。将偏置电压施加到微流体装置100的能力并不意味着当插座502保持微流体装置100时会一直施加偏置电压。相反，在大多数情况下，将间歇地施加偏置电压，例如，仅在需要在微流体装置100中便于生成动电力(例如介电泳或电润湿)时，才施加偏置电压。
巢500可以包括印刷电路板组件(PCBA)522，插座502和电信号生成子系统504安装并电集成在PCBA 522中。通常，电信号生成子系统504可以包括波形发生器(未示出)、示波器(未示出)和/或被配置为放大从波形发生器接收到的波形的波形放大电路(未示出)。示波器(如果有的话)可以被配置为测量提供给插座502所保持的微流体装置100的波形。在一些实施例中，示波器测量在接近微流体装置100(和远离波形发生器)位置处的波形，从而确保更准确地测量实际施加到装置的波形。例如，从示波器测量值获得的数据可以被提供为对波形发生器的反馈，并且波形发生器可以被配置为基于这种反馈来调节其输出。
合适的组合的波形发生器和示波器的示例包括Red PitayaTM波形发生器/示波器单元(“Red Pitaya单元”)。波形放大电路将Red PitayaTM单元生成的波形放大并且将放大的电压传递给微流体装置100。Red Pitaya单元可以被配置为测量微流体装置100处的放大电压，然后根据需要调节其自身的输出电压，使得在微流体装置100处测量到的电压是期望值。波形放大电路可以具有由安装在PCBA 322上的一对DC-DC转换器产生的+6.5V至-6.5V的电源，从而在微流体装置100处产生高达13Vpp的信号。
巢500还可以包括控制器508(例如，微处理器)，用于感测和/或控制电信号生成子系统504。合适的微处理器的示例包括Arduino(注册商标)微处理器，例如Arduino Nano。控制器508可用于执行功能和分析或可以经由接口510(例如，插头或连接器)与控制和监测设备152(在图1中示出)通信以执行功能和分析。
在微流体装置100的控制电路330经由导电引线接收系统时钟/定时信号并接收或导出切换控制信号(例如，图12A～12B、13A～13B和14A～14B的微流体装置400a～400c中的系统时钟/定时信号404a和切换控制信号404b)的配置中，控制器508可以发送系统时钟/定时信号，并且如果切换控制信号不是从系统时钟/定时信号导出的，则控制器508也经由巢500的导电触点将切换控制信号发送到微流体装置100的导电引线，使得微流体装置100的控制电路330可以经由导电引线接收系统时钟/定时信号。在微流体装置的控制电路330还经由导电引线接收初始化脉冲(例如，图12A-12B的微流体装置400a中的初始化脉冲404c)的配置中，控制器508还可以经由巢500的导电触点向微流体装置100的导电引线发送初始化脉冲，使得微流体装置100的控制电路330可以经由导电引线接收初始化脉冲。
巢500还可以包括热控制子系统506，其被配置为调节由巢500保持的微流体装置100的温度。例如，热控制子系统506可以包括珀尔帖热电装置(未示出)和冷却单元(未示出)。珀尔帖热电装置可以具有被配置为与微流体装置100的至少一个表面相交界的第一表面。例如，冷却单元可以是冷却块(未示出)，诸如液体冷却铝块。珀尔帖热电装置的第二表面(例如，与第一表面相对的表面)可以被配置为与这种冷却块的表面交界。冷却块可以被连接到流体路径514，流体路径514被配置为通过冷却块循环冷却的流体。在图16所示的实施例中，巢500包括入口516和出口518，以从外部贮液器(未示出)接收冷却的流体，将冷却的流体引入流体路径514并通过冷却块，然后将冷却的流体返回到外部贮液器。在一些实施例中，珀尔帖热电装置、冷却单元和/或流体路径514可以安装在巢500的壳体512上。
在一些实施例中，热控制子系统506被配置为调节珀尔帖热电成装置的温度，以便实现微流体装置100的目标温度。珀尔帖热电装置的温度调节可以例如通过诸如Pololu(注册商标)热电电源(Pololu机器人技术和电子集团)的热电电源来实现。热控制子系统506可以包括反馈电路，诸如由模拟电路提供的温度值。或者，反馈电路可以由数字电路提供。反馈电路可以是例如包括电阻器(例如，电阻为1kΩ+/-0.1％，温度系数+/-0.02ppm/C0)和负温度系数(NTC)热敏电阻(例如，标称电阻为1kΩ+/-0.01％)的模拟分压器电路(未示出)。在一些示例中，热控制子系统506测量来自反馈电路的电压，然后使用计算出的温度值作为主板PID控制环路算法的输入。例如，来自PID控制环路算法的输出可以驱动Pololu(注册商标)马达驱动器(未示出)上的定向和脉冲宽度调制的信号引脚，以致动热电电源，从而控制珀尔帖热电装置。
巢500还可以包括串行端口524，其允许控制器508的微处理器经由接口510与控制和监测设备152进行通信。另外，控制器508的微处理器可以(例如，经由Plink工具(未示出))与电信号生成子系统504和热控制子系统506进行通信。因此，经由控制器508、接口510和串行端口524的组合，电信号生成子系统504和热控制子系统506可以与控制和监测设备152通信进行通信。
返回参考图1，电源192向本文所述的微流体装置100或微流体装置100的任何变型(例如，微流体装置230、250和280、290、300、400a-400d)以及微流体控制系统150的各种控制模块提供功率，从而根据需要提供偏置电压或电流。例如，电源192可以包括一个或多个交流(AC)和/或直流(DC)电压或电流源。介质源178(例如，容器、贮液器等)可以包括多个部分(section)或容器，每个部分或容器用于保持不同的流体介质180。因此，介质源178可以是位于微流体装置100外部并与其独立的装置，如图1所示。或者，介质源178可以整体或部分位于微流体装置100的室102的内部。例如，介质源178可包括作为微流体装置100的一部分的贮液器。
发光和/或成像装置148捕捉本文所述的微流体装置100或微流体装置100的任何变型(例如，微流体装置230、250和280、290、300、400a～400d)的微流体回路120内部的图像。例如，这种发光和/或成像装置148可以将受激辐射和/或光束引导到微流体回路120中并收集从微流体回路120(或包含在其中的微物体)反射或发射的辐射和/或光束。发射的光束可以在可见光谱中，并且可以例如包括荧光发射。反射的光束可以包括源自LED或诸如汞灯(例如高压汞灯)或氙弧灯的宽光谱灯的反射的发射。
作为一个示例，参考图17，发光和/或成像装置148包括光调制子系统602、光源604和显微镜606，该显微镜606可以包括或不包括目镜。图17中所示的光学系统的表示仅是示意性表示，发光和/或成像装置148可以包括附加的过滤器、陷波过滤器、透镜等。
光调制子系统602被配置为：例如以上述方式，通过用于控制开关机构324的切换指令来调制从光源604发射的光。光调制子系统602可包括数字微镜器件(DMD)或微快门阵列系统(MSA)，其中任一个可以被配置为接收来自光源608光并将接收到的光的一部分发送到发光和/或成像装置148的光学系统学系统中。可替代地，光调制子系统602可以包括产生其自身光的装置(因此无需光源608)，诸如有机发光二极管显示器(OLED)、硅基液晶(LCOS)器件、铁电硅基液晶(FLCOS)或透射液晶显示器(LCD)。例如，光调制子系统602可以是投影仪。因此，光调制子系统602能够发射结构化的光和非结构化的光。
巢500和光调制子系统602可以被单独地配置为安装在显微镜606上。显微镜606可以是例如标准研究级别的光学显微镜或荧光显微镜。因此，巢500可以被配置为安装在显微镜606的载物台608上，和/或光调制子系统602可以被配置成安装在显微镜606的端口上。在其它实施例中，本文描述的巢500和光调制子系统602可以是显微镜606的集成组件。
在某些实施例中，显微镜606还可以包括一个或多个检测器610。检测器610可以包括目镜、电荷耦合器件(CCD)、摄像头(例如，数码摄像头)或其任何组合。如果存在至少两个检测器610，则一个检测器可以是例如快速帧率摄像头，而另一个检测器可以是高灵敏度摄像头。此外，显微镜606可以包括光学系统，其被配置为接收从微流体装置100反射和/或发射的光并且将反射和/或发射的光的至少一部分聚焦在检测器610上。显微镜的光学系统还可以包括用于不同检测器的不同镜筒透镜(未示出)，使得每个检测器上的最终放大率可以不同。
在某些实施例中，发光和/或成像装置148被配置为使用至少两个光源。例如，可以使用作为第一光源的光源604来产生结构化的光(例如，经由光调制子系统602)，并且可以使用第二光源612来提供非结构化的光。第一光源604可以产生用于光学致动的电运动和/或荧光激发的结构化光，并且第二光源612可以用于提供亮视场照明。显微镜606的光学系统可以被配置为(1)从光调制子系统602接收结构化的光，并且当微流体装置被巢500保持时，将结构化的光聚焦在微流体装置(诸如光学致动的动电装置)中的至少第一区域上，以及(2)接收从微流体装置反射和/或发射的光并将这种反射和/或发射的光的至少一部分聚焦到检测器610上。
显微镜606的光学系统还可以被配置为从第二光源612接收非结构化的光，并且当该微流体装置100被巢500保持时，将非结构化的光聚焦在微流体装置100的至少第二区域上。在某些实施例中，微流体装置100的第一区域和第二区域可以是重叠区域。例如，第一区域可以是第二区域的子集。附加地或替代地，在其它实施例中，第二光源612可以包括激光器，其可以具有任何合适波长的光。当第二光源612包括用于明场和/或荧光激发以及激光照射的一个或多个光源时，光源的物理布置可以不同于图17中所示的布置，并且可以在光学系统内的任何合适的物理位置处引入激光照射。光源612和光源604/光调制子系统602的示意性位置也可以互换。
在图17中，第一光源604被示为将光提供给光调制子系统602，其将结构化的光提供给显微镜606的光学系统。第二光源612被示为经由分束器614将非结构化的光向提供给光学系统。来自光调制子系统602的结构化光和来自第二光源612的非结构化光从分束器614行进一起通过光学系统到达第二分束器(或二向色过滤器616，取决于光调制子系统602提供的光)，其中光通过物镜618向下反射到样本平面620。然后来自样本平面620的被反射和/或发射的光通过物镜618、通过分束器和/或二向色过滤器616返回至二向色过滤器622。到达二向色过滤器622的仅仅一部分光穿过并到达检测器610。
在一些实施例中，第二光源612发射蓝光。利用适当的二向色过滤器622，从样本平面620反射的蓝光能够穿过二向色过滤器622并到达检测器610。相反地，来自光调制子系统602的结构化的光从样本平面620反射，但不穿过二向色过滤器622。在该示例中，二向色过滤器622滤除波长长于495nm的可见光。只有从光调制子系统606发射的光不包括短于495nm的任何波长时，对来自光调制子系统602的光的这种滤除才算完成(如图所示)。在实践中，如果来自光调制子系统602的光包括短于495nm的波长(例如，蓝色波长)，则来自光调制子系统602的一些光将穿过滤波器622以到达检测器610。在这种实施例中，滤波器622作用为改变从第一光源604和第二光源612到达检测器610的光量之间的平衡。如果第一光源604明显强于第二光源612，则这是有益的。在其它实施例中，第二光源612可以发射红光，并且二向色过滤器622可以滤除除了红光之外的可见光(例如，波长短于650nm的可见光)。
因此，可以理解，发光和/或成像装置148用作成像装置并且还用作发光装置(因此在本文中被称为发光和/或成像装置148)。如本文所用，发光和/或成像装置148包括其中存在发光装置和成像装置两者(单独存在或作为一个单元一起存在)的实施例和其中存在发光装置或成像装置中的任意一个(但不是两者都不存在)的实施例。在一些情况下，上下文可以指示哪个发光和/或成像装置148用于通过来自光调制子系统602的调制光束(即，结构化的光)照射微流体装置100的选定的区域，从而控制开关机构324(例如，光电晶体管)以选择和移动流路106和/或隔绝坞124、126、128、130中的微物体(图1中未示出)和/或介质的液滴(图1中未示出)。如下文将进一步详细描述的，发光和/或成像装置148和巢500(以及因此巢500中的微流体装置100)可以相对于彼此移动，使得发光和/或成像装置148可以选择性地定位在电路基板310的表面312(图3B中示出)的多个视场(FOV)的每一个处，以便控制在选择性定位的FOV内的开关机构324。发光和/或成像装置148可以包括发光元件624(例如，发光二极管LED)，每个发光元件被配置为将相应的调制光子束356引导到位于选择性地定位的FOV内的光敏元件326中的对应的一个上。这样的发光元件624可以例如位于光源604和光调制子系统602之间。在这种情况下，发光元件624将光子束356发送到光调制子系统602，该光调制子系统602通过用于控制与光子束356被引导到的相应的光敏元件326关联的开关机构324的指令调制光子束356。因此，发光元件624可以同时将调制光子束356引导到FOV内相应的光敏元件326上。
返回参考图1，倾斜装置190被配置为围绕一个或多个旋转轴旋转本文所述的微流体装置100或微流体装置100的任何变型(例如，微流体装置230、250和280、290、300、400a～400d)。在一些实施例中，倾斜装置190被配置为关于至少一个轴支撑和/或保持包括微流体回路120的室102，使得微流体装置100(以及因此微流体回路120)可以被保持在水平取向(即，相对于x轴和y轴为0°)、垂直取向(即，相对于x轴和/或y轴为90°)或其间的任何取向。微流体装置100(和微流体回路120)相对于轴的取向在本文中被称为微流体装置100(和微流体回路120)的“倾斜”。例如，倾斜装置190可以使微流体装置100相对于x轴倾斜0.1°、0.2°、0.3°、0.4°、0.5°、0.6°、0.7°、0.8°、0.9°、1°、2°、3°、4°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°、90°或其间的任何角度。水平取向(以及因此x轴和y轴)被定义为垂直于由重力限定的垂直轴。倾斜装置还可以使微流体装置100(和微流体回路120)相对于x轴和/或y轴倾斜任何大于90°的程度，或者使微流体装置100(和微流体回路120)相对于x轴或y轴倾斜180°，以完全反转微流体装置100(和微流体回路120)。类似地，在一些实施例中，倾斜装置190使微流体装置100(和微流体回路120)围绕由流动路径106或微流体回路120的一些其它部分限定的旋转轴倾斜。
在一些情况下，将微流体装置100倾斜成垂直取向，使得流动路径106位于一个或多个隔绝坞的上方或下方。如本文所用的术语“上方”表示流动路径106被定位为在由重力限定的垂直轴上高于一个或多个隔绝坞(即，在流动路径106下方的隔绝坞中的物体会具有比流动路径中的物体更低的重力势能)。如本文所用的术语“下方”表示流动路径106被定位为在由重力限定的垂直轴上低于一个或多个隔绝坞(即，在流动路径106上方的隔绝坞中的物体会具有比流动路径中的物体更高的重力势能)。
在一些情况下，倾斜装置190使微流体装置100围绕平行于流动路径106的轴倾斜。此外，微流体装置100可以被倾斜至小于90°的角度，使得流动路径106位于一个或多个隔绝坞的上方或下方，而不是位于隔绝坞的正上方或正下方。在其它情况下，倾斜装置190使微流体装置100围绕垂直于流动路径106的轴倾斜。在另外其它情况下，倾斜装置190使微流体装置100围绕既不平行也不垂直于流动路径106的轴倾斜。
仍然参考图1，控制和监测设备152包括主控制器154，其包括：介质模块160，用于控制介质源178；运动模块162，用于控制微流体装置100的微流体回路120中的微物体(未示出)和/或介质(例如，介质的液滴)的移动和/或选择；成像模块164，用于控制发光和/或成像装置148以捕捉微流体装置100的图像(例如，数字图像)；以及倾斜模块166，用于控制倾斜装置190，用于替代地控制微流体装置100的微流体回路120中的微物体(未示出)和/或介质(例如，介质的液滴)的移动和/或选择。控制设备152还可以包括其它模块168，用于控制、监测或执行关于微流体装置100的其它功能。如图所示，设备152还可以包括显示装置170和输入/输出装置172。
主控制器154、介质模块160、运动模块162、成像模块164、倾斜模块166和/或其它模块168中的任一个可以包括控制模块(CM)156和数字存储器158(图1中仅在主控制器154中示出)，例如数字处理器，其被配置为根据被存储为存储器158中的非暂态数据或信号的机器可执行指令(例如，软件、固件、源代码等)进行操作。替代地或另外地，控制模块156可以包括硬连线数字电路和/或模拟电路。因此，可以由如上文所讨论地配置的主控制器154、介质模块160、运动模块162、成像模块164、倾斜模块166和/或其它模块168中的任意一个或多个来实施本文所讨论的针对微流体装置100或任何其它微流体设备所执行的功能、过程、动作、行动或过程的步骤。类似地，主控制器154、介质模块160、运动模块162、成像模块164、倾斜模块166和/或其它模块168可以通信地耦接，以发送和接收本文所讨论的任何功能、过程、动作、行动或步骤中使用的数据。
主控制器154还可以通过执行用于输出电压调节的缩放计算来辅助巢500的电信号生成子系统504(图16中示出)。经由耦接到外部主控制器154的显示装置170提供的图形用户界面(GUI)(未示出)可以被配置为绘制分别从热控制子系统506和电信号生成子系统504获得的温度和波形数据。替代地或另外地，GUI可以允许更新巢500的控制器508、热控制子系统506和电信号生成子系统504(图16中示出)。
介质模块160控制介质源178。例如，介质模块160可以控制介质源178以将选定的流体介质180输入到微流体装置100的室102中(例如，通过入口端口107)。介质模块160还可以控制从室102中移除介质108(例如，通过出口端口(未示出))。因此，可以将一种或多种介质选择性地输入到微流体回路120中以及从其中移除。介质模块160还可以控制微流体回路120内的流动路径106中的流体介质180的流动。例如，在一些实施例中，在倾斜模块166使倾斜装置190将微流体装置100倾斜到期望的倾斜角度之前，介质模块160停止介质180在流动路径106中和通过室102的流动。
成像模块164可以控制发光和/或成像装置148。例如，成像模块164可以接收和处理来自发光和/或成像装置148的图像数据。来自成像装置194的图像数据可以包括由发光和/或成像装置148捕捉的任何类型的信息(例如，存在或不存在微物体、介质的液滴、标记物(例如荧光标记物)的累积等)。使用由发光和/或成像装置148捕捉的信息，成像模块164还可以计算微流体装置100内物体(例如，微物体、介质的液滴)的位置和/或这些物体的运动速率。
倾斜模块166可以控制倾斜装置190的倾斜运动。替代地或另外地，倾斜模块166可以控制倾斜速率和定时，以优化微物体经由重力向一个或多个隔绝坞124、126、138、130的转移。倾斜模块166与成像模块164通信地耦接，以接收描述微流体回路120中的微物体和/或介质的液滴的运动的数据。使用该数据，倾斜模块166可以调节微流体回路120的倾斜，以便调节微物体和/或介质的液滴在微流体回路120中移动的速率。倾斜模块166还可以使用该数据来迭代地调节微流体回路120中的微物体和/或介质的液滴的位置。
运动模块162可以被配置为控制微流体回路120中的微物体(未示出)的选择、捕捉和移动。如上面关于图3A-3E所讨论的，室102可以包括介电泳(DEP)配置(图1中未示出)，并且运动模块162可以控制DEP电极320和/或开关机构324(例如，光电晶体管)的激活以选择和移动流动路径106和/或隔绝坞124、126、128、130中的微物体(图1中未示出)和/或介质的液滴(图1中未示出)。运动模块162通过经由发光和/或成像装置148的调制光束有利地生成和发送指令来实现这一点，该指令至少暂时地存储在微流体装置100中(例如，在存储器装置332中)，其随后由控制电路330使用来控制开关机构324，以便选择和移动相应的微流体装置100内的微物体和/或介质的液滴，如上所述。
因此，如以上简要讨论的，经由DEP电极320(在图3B中示出)将介电泳(DEP)力施加在微流体装置100中(例如，在流动路径中和/或在隔绝坞中)的流体介质180上，以操纵、运输、分离和分类位于其中的微物体。例如，在一些实施例中，将DEP力施加到微流体装置100的微流体回路120的一个或多个部分，以便将单个微物体从流动路径106转移到期望的一个微流体隔绝坞124、126、128或130中。在一些实施例中，使用DEP力来防止微流体隔绝坞124、126、128或130中的一个内的微物体离开隔绝坞124、126、128、130。此外，在一些实施例中，使用DEP力来从微流体隔绝坞124、126、128或130中的一个中选择性地移除先前收集的微物体。
在一些实施例中，DEP力包括光电镊(OET)力。在其它实施例中，通过一个或多个电极(未示出)将光电润湿(OEW)力施加到微流体装置100的支撑结构104(和/或盖110)中的一个或多个位置(例如，有助于限定流动路径106和/或隔绝坞124、126、128、130的位置)，以操纵、运输、分离和分类位于微流体回路120中的液滴。例如，在一些实施例中，将OEW力施加到支撑结构104(和/或盖110)中的一个或多个位置，以将单个液滴从流动路径106转移到期望的微流体隔绝坞中。在一些实施例中，使用OEW力来防止微流体隔绝坞124、126、128或130中的一个内的液滴从其中被转移。此外，在一些实施例中，使用OEW力来从微流体隔绝坞124、126、128或130中的一个中选择性地去除先前收集的液滴。
在一些实施例中，将DEP和/或OEW力与其它力(例如流动和/或重力)组合，以便操纵、运输、分离和分类微流体回路120内的微物体和/或液滴。例如，可以将室102倾斜(例如，通过倾斜装置190)，以将流动路径106和位于其中的微物体定位在微流体隔绝坞124、126、128、130的上方，并且重力可以将微物体和/或液滴运输到微流体隔绝坞124、126、128、130中。在一些实施例中，可以在施加其它力之前施加DEP和/或OEW力。在其它实施例中，可以在施加其它力之后施加DEP和/或OEW力。在其它情况下，可以在施加其它力的同时或者以与其它力交替地的方式施加DEP和/或OEW力。
微流体控制系统150(例如，运动模块162)被配置成相对于发光和/或成像装置148移动巢500，从而移动巢500内的微流体装置100，使得发光和/或成像装置148可以选择性地定位在电路基板310的表面312的多个FOV中的每一个处。例如，如图18中的箭头所示，微流体控制系统150可以依次相对于发光和/或成像装置148移动巢500，使得发光和/或成像装置148定位在电路基板310的表面312的第一FOV 650a处；然后定位在电路基板310的表面312的第二FOV 650b处；然后定位在电路基板310的表面312的第三FOV 650c处，依此类推，直到发光和/或成像装置148已经定位在电路基板310的表面312的所有FOV 650a～650t处。应当理解，只要将发光和/或成像装置148定位在电路基板310的表面312的所有FOV 650a～650t上，巢500可以以不同于图18所示的模式的任何模式相对于发光和/或成像装置148移动。
已经描述了微流体控制系统150和微流体装置100的结构和布置，现在将关于图19描述操作微流体控制系统150以控制微流体装置100操纵、运输、分离和分类微流体装置100的微流体回路120内的微物体和/或液滴的方法700。首先，获得微流体装置100(步骤702)，尽管可以获得任何其它微流体装置(例如，微流体装置230、250、280、290、300、400a、400b、400c和400d)。接下来，将微流体装置100放置在巢500(在图16中示出)内(步骤704)，并且具有微流体装置100的巢500在例如显微镜606的载物台608(在图17中示出)上被放置成与微流体控制系统150可操作地通信(步骤706)。然后，微流体控制系统150(例如，经由运动模块162)生成切换指令，其用于控制与电路基板310的选定的视场(FOV)650(例如，图18中的FOV650a)内的光敏元件326关联的DEP电极320，以便操纵、运输、分离和分类微流体装置100的微流体回路120内的微物体和/或液滴(步骤708)。接下来，微流体控制系统150(例如，经由运动模块162)选择性地将发光和/或成像装置148定位在电路基板310的表面312的选定的FOV 650处(步骤710)。微流体控制系统150(例如，经由电源192)向与室178中的流体介质180电接触的第一电极314和与室178中的流体介质180绝缘的微流体装置100的第二电极316施加功率(步骤712)。
微流体控制系统150(例如，经由巢500的电生成子系统504)将系统时钟/定时信号404a电发送到与电路基板310的表面312的FOV 650内的光敏元件326相关联的控制电路330(例如，经由导电引线402a(图12A、13A或14A))(步骤714)。或者，微流体控制系统150(例如，经由光源604和光调制子系统602)将系统时钟/定时信号404a光发送到控制电路330(例如，经由光敏元件326'(图15A))。微流体控制系统150(例如，经由巢500的电生成子系统504)将初始化脉冲/信号404c电发送到控制电路330(例如，经由导电引线402c(图12A))(步骤716)。或者，微流体控制系统150(例如，经由光源604和光调制子系统602)将初始化脉冲/信号404c光发送到与电路基板310的表面312的FOV 650内的光敏元件326相关联的控制电路330(例如，经由光敏元件326或326'(图13A、14A或15A))。于是，通知这些控制电路330开始从相应的光敏元件326接收切换指令并将其存储到相应的存储器单元332中(步骤718)。
然后，微流体控制系统150生成光子束356(例如，经由光源604)(步骤720)，并利用切换指令调制(例如，经由光调制子系统602)光子束356(步骤722)。然后，微流体控制系统150(例如，经由发光和/或成像装置148)将调制光子束356引导到电路基板310的表面312的FOV 650内的光敏元件320(例如，图5、6和7的光电二极管362)上(步骤724)。作为响应，光敏元件326生成输出信号404d(与系统时钟/定时信号同步)，该输出信号404d包括用于控制与电路基板310的表面312的FOV 650内的光敏元件326相关联的DEP电极320的指令(步骤726)。接下来，控制电路330分别从光敏元件326接收包括指令的输出信号404d，并将包括指令的输出信号至少暂时地存储在位于电路基板310内的存储器中(在这种情况下，与光敏元件326相关联的存储装置332)(步骤728)。
微流体控制系统150(例如，经由巢500的电生成子系统504)将切换控制信号404b电发送到与控制电路330(例如，经由与电路基板310的表面312的FOV 650内的光敏元件326相关联的导电引线402b(图12A或13A))(步骤730)。或者，每个控制电路330从系统时钟/定时信号404a导出切换控制信号(参见图14B或15B)。
然后，控制电路330基于包含在存储的输出信号中的指令控制(与切换控制信号404b同步)位于电路基板310内的相应的开关机构324(例如，图5的晶体管366、图6的放大器368、以及图7的开关374和放大器372)，使得对于由切换控制信号404b限定的连续时间间隔中的每个时间间隔，开关机构324中的每一个处于导通状态或关断状态之一(在关断状态下，关联的DEP电极320与第二电极316绝缘，在导通状态下，关联的DEP电极320与第二电极316电连接)，从而操纵、运输、分离和分类微流体装置100的微流体回路120内的微物体和/或液滴(步骤732)。因此，DEP电极320中的每一个通过切换开关机构324的阻抗状态而被选择性地激活和去激活，如上面关于图4所讨论的。也就是说，当开关机构324中的每一个处于导通状态时，对应的DEP电极320和第二电极316之间的电阻抗从大于流体介质180的阻抗的高阻抗改变为小于流体介质180的所述阻抗的低阻抗。优选地，连续时间间隔在输出信号被存储在存储器中之后开始。
可选地，微流体装置100(经由指示器元件392)提供光信号以指示开关机构324何时处于导通状态(步骤734)。在某些实施例中，关于装置的其它信息可以经由指示器元件392传送到微流体控制系统150。如果发光和/或成像装置148没有被定位在电路基板310的表面312的所有FOV 650处(步骤736)，则微流体控制系统150(例如，经由运动模块162)在步骤708处将发光和/或成像装置148定位在电路基板310的表面312的下一个视场(FOV)650(例如，图18中的FOV 650b)处，并重复步骤710～736，直到发光和/或成像装置148已经定位在电路基板310的表面312的所有FOV650处。在各种实施例中，图19中描述的步骤可以按所示顺序执行或以任何顺序(包括同时发生的步骤)执行，微流体系统通过该顺序操作以提供微物体的处理、选择、捕捉和/或移动。例如，如果发光和/或成像装置148没有被定位在电路基板310的表面312的所有FOV 650处(步骤736)，则微流体控制系统150可以在将切换控制信号404b发送到与在较早的视场(650)内的光敏元件326相关联的控制电路330之前，将发光和/或成像装置148定位在下一个视场(FOV)650处。
本文参考附图描述了各种实施例。应该注意的是，这些图不是按比例绘制的，并且在所有图中，相似结构或功能的元件由相似的附图标记表示。还应当指出的是，附图只是为了便于实施例的描述，并不旨在作为对本公开的详尽描述或对公开的发明范围的限制，本发明的范围仅由所附权利要求及其等同物限定。此外，各个示出的实施例不需要每个均具有本文描述的特征的所有方面或优点。结合本公开的特定实施例描述的方面或优点不一定限于该实施例，因此可以在任何其它实施例中实践，即使未如此示出。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。
本发明的编号实施例
1、一种微流体装置，包括：由半导体材料制成的电路基板，在电路基板中可以形成电路元件，该电路基板包括表面；室，部分由所述电路基板表面限定，其中，所述室被配置为容纳流体介质；第一电极，设置为与所述流体介质电接触；第二电极，设置为与所述流体介质电绝缘；介电泳(DEP)电极，在所述电路基板表面上或靠近所述电路基板表面的不同位置处，每个DEP电极设置为与所述流体介质电接触；开关机构，每个开关机构设置在所述DEP电极中的对应的一个不同的DEP电极和所述第二电极之间，其中，每个所述开关机构能够在关断状态和导通状态之间切换，在关断状态下，所述对应的DEP电极与所述第二电极电绝缘，在导通状态下，所述对应的DEP电极与所述第二电极电连接；光敏元件；以及控制电路，每个控制电路与所述光敏元件中对应的一个和所述开关机构中对应的一个或多个操作地连接，其中，每个所述对应的光敏元件被配置为响应于引导到所述光敏元件上的调制光束，生成包括输出信号，该输出信号包括用于控制所述开关机构中所述对应的一个或多个的指令，并且，每个所述控制电路包括存储器或与存储器相关联，该存储器被配置为至少暂时地存储来自所述光敏元件中的所述对应的一个的所述输出信号，并且其中每个所述控制电路被配置为对于连续时间间隔中的每个时间间隔，基于存储的输出信号中的所述指令，控制每个所述一个或多个对应的开关机构是处于所述关断状态还是所述导通状态。
2、根据实施例1所述的微流体装置，其中，所述开关机构包括互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管，其将所述对应的DEP电极连接到所述第二电极。
3、根据实施例1或2所述的微流体装置，其中，所述光敏元件包括光电二极管。
4、根据实施例1-3中任一项所述的微流体装置，还包括指示器元件，每个指示器元件被配置为指示所述开关机构中对应的一个是处于所述导通状态还是处于所述关断状态。
5、根据实施例1-4中任一项所述的微流体装置，还包括在电路基板中的一个或多个导电引线，其中，每个控制电路与一个或多个导电引线中的至少一个可操作地耦接。
6、根据实施例1-5中任一项所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为接收系统时钟/定时信号。
7、根据实施例6所述的微流体装置，其中，相应的调制光束和由所述光敏元件生成的输出信号与系统时钟/定时信号同步。
8、根据实施例6或7所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电引线之一上接收系统时钟/定时信号。
9、根据实施例1-8中任一项所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为接收初始化脉冲/信号，响应于该初始化脉冲/信号，所述控制电路开始在所述存储器中存储由所述光敏元件中对应的一个光敏元件生成的输出信号。
10、根据实施例9所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电引线中的如下导电引线上接收初始化脉冲/信号：所述控制电路在其上接收系统时钟/定时信号的同一导电引线，并且，可选地，其中，初始化脉冲/信号包括或被并入系统时钟/定时信号。
11、根据实施例8所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电引线中的第一个导电引线上接收系统时钟/定时信号，并且被配置为在所述一个或多个导电引线中的第二个导电引线上接收初始化脉冲/信号。
12、根据实施例8所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为从所述光敏元件中所述对应的一个光敏元件接收初始化脉冲/信号。
13、根据实施例5-12中任一项所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为接收或以其它方式生成切换控制信号，该切换控制信号具有低于系统时钟/定时信号的频率的切换控制信号频率。
14、根据实施例13所述的微流体装置，其中，切换控制信号从所述系统时钟/定时信号导出。
15、实施例13所述的微流体装置，其中，系统时钟/定时信号的频率是切换控制信号频率的整数倍。
16、实施例7所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电引线之一上接收切换控制信号，该切换控制信号具有低于系统时钟/定时信号的频率的切换控制信号频率。
17、根据实施例16所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电引线中的如下导电引线上接收切换控制信号：所述控制电路在其上接收系统时钟/定时信号的同一导电引线。
18、根据实施例16所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电引线的第一个导电引线上接收系统时钟/定时信号，并且被配置为在所述一个或多个导电引线的第二个导电引线上接收切换控制信号。
19、根据实施例13-18中任一项所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为从对应的存储器检索相应的存储的指令，并且被配置为对于连续时间间隔中的每个时间间隔，以切换控制信号频率控制所述一个或多个对应的开关机构的每一个分别是处于所述关断状态还是所述导通状态。
20、根据实施例1-19中任一项所述的微流体装置，其中，所述控制电路中的至少一个被配置为控制两个或更多个对应的开关机构。
21、根据实施例20所述的微流体装置，其中，由对应于所述至少一个控制电路的所述光敏元件之一生成的输出信号包括用于控制所述开关机构中的所述两个或更多个中的每一个的指令。
22、根据实施例1-21中任一项所述的微流体装置，其中，所述控制电路中的两个或更多个共享存储器。
23、根据实施例1-22中任一项所述的微流体装置，其中，所述存储器是共享的存储器，其被配置为存储由所述光敏元件中的两个或更多个中的每一个生成的输出信号。
24、一种系统，包括如实施例1-23中任一项所述的微流体装置，并且还包括发光装置，其中，发光装置和微流体装置中的一个或两个相对于彼此是可移动的，使得发光装置可以选择性地定位在电路基板表面的多个视场中的每一个视场处。
25、根据实施例24所述的系统，其中，发光装置包括发光元件，每个发光元件被配置为将相应的调制光束引导到位于电路基板表面的、发光装置被定位的给定视场内的所述光敏元件中对应的一个光敏元件上。
26、根据实施例25所述的系统，其中，发光装置被配置为使得调制光束可以同时被所述发光元件发射到并且引导到位于给定视场内的所述光敏元件中所述对应的光敏元件中的每一个光敏元件上。
27、根据实施例25所述的系统，其中，所述系统被配置为自动地：(a)将微流体装置和发光装置中的一个或两个相对于彼此移动，以便将发光装置定位在电路基板表面的第一视场处，(b)将由所述发光元件发射的相应的调制光束引导到位于第一视场内的所述光敏元件中的所述对应的光敏元件上，(c)将初始化脉冲/信号传送到对应于位于第一视场内的所述光敏元件的控制电路，从而使所述对应的控制电路与由所述光敏元件生成的相应的输出信号同步，(d)将微流体装置和发光装置中的一个或两个相对于彼此移动以便将发光装置定位在电路基板表面的下一个视场处，(e)将由所述发光元件发射的相应的调制光束引导到位于下一个视场内的所述光敏元件中的所述对应的光敏元件上，(f)将初始化脉冲/信号传送到对应于位于下一个视场内的所述光敏元件的控制电路，从而使所述对应的控制电路与由所述光敏元件生成的相应的输出信号同步，以及(g)重复(d)到(f)，直到各个调制光束已经被引导到位于电路基板表面的所有视场中的所述对应的光敏元件上为止。
28、根据实施例27所述的系统，包括如实施例1-23中任一项所述的多个微流体装置，其中，该系统被配置为使用同一发光装置对每个微流体装置自动执行(a)至(g)。
29、根据实施例24-28中任一项所述的系统，其中，该系统包括：巢，其被配置为具有在其上安装有微流体装置，该巢包括一个或多个导电巢触点，导电巢触点被配置为当微流体装置安装在巢上时，接触位于微流体装置上的对应的一个或多个导电装置触点，其中，微流体装置上的一个或多个导电装置触点与位于电路基板内的对应的一个或多个导电装置引线电连接，并且其中，系统被配置为经由一个或多个导电巢触点将系统时钟/定时信号发送到一个或多个导电装置引线，并且每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电引线中的一个上接收发送的系统时钟/定时信号。
30、根据实施例29所述的系统，其中，该系统被配置为经由一个或多个导电巢触点向一个或多个导电装置引线发送初始化脉冲/信号，并且其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电装置引线中的一个上接收所发送的初始化脉冲/信号，响应于初始化脉冲/信号，所述控制电路开始在所述存储器中存储由所述光敏元件中所述对应的一个光敏元件生成的输出信号。
31、根据实施例30所述的系统，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电装置引线中的如下导电装置引线上接收初始化脉冲/信号：所述控制电路在其上接收系统时钟/定时信号的导电装置引线。
32、根据实施例31所述的系统，其中，初始化脉冲/信号分别包括：被并入系统时钟/定时信号或从系统时钟/定时信号导出。
33、根据实施例30所述的系统，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电装置引线中的第一个引线上接收系统时钟/定时信号，并且被配置为在所述一个或多个导电装置引线中的第二个引线上接收初始化脉冲/信号。
34、根据实施例29-33中任一项所述的系统，其中，该系统被配置为经由一个或多个导电巢触点向一个或多个导电装置引线发送切换控制信号，并且其中，每个所述控制电路被配置为在一个或多个导电装置引线中的一个上接收所发送的切换控制信号，并且其中，连续时间间隔由切换控制信号限定。
35、根据实施例34所述的系统，其中，所述切换控制信号具有低于系统时钟/定时信号的频率的切换控制信号频率。
36、根据实施例34或35所述的系统，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电装置引线中的如下引线上接收切换控制信号：所述控制电路在其上接收系统时钟/定时信号的同一导电装置引线。
37、根据实施例34或35所述的系统，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电装置引线的第一个导电装置引线上接收系统时钟/定时信号，并且被配置为在所述一个或多个导电装置引线的第二个导电装置引线上接收切换控制信号。
38、根据实施例34-37中任一项所述的系统，其中，每个所述控制电路被配置为从对应的存储器检索存储的相应指令，并且被配置为对于连续时间间隔中的每个时间间隔，以切换控制信号频率控制每个所述一个或多个对应的开关机构分别是处于所述关断状态还是所述导通状态。
39、一种控制微流体装置的方法，该微流体装置包括半导体电路基板和设置在所述电路基板的表面上的包含流体介质的室，其中，介电泳(DEP)电极设置在所述电路基板表面上或靠近所述电路基板表面，与所述流体介质电接触，该方法包括：向所述微流体装置的第一电极和第二电极施加交流(AC)功率，其中，所述第一电极与所述流体介质电接触，而所述第二电极与所述流体介质电绝缘；将调制光束引导到所述电路基板中的光敏元件上，其中，所述光敏元件响应于所述光束生成输出信号，该输出信号包括用于控制所述DEP的指令；至少暂时地将所述输出信号存储在位于所述电路基板内的存储器中，以及基于包含在所存储的输出信号中的所述指令，控制位于所述电路基板内的开关机构，使得对于连续时间间隔中的每个时间间隔，所述开关处于关断状态或导通装置之一，其中，在所述关断状态下，所述DEP电极与所述第二电极电绝缘，在所述导通状态下，所述DEP电极与所述第二电极电连接。
40、根据实施例39所述的方法，其中，所述连续时间间隔在所述输出信号被存储在所述存储器中之后开始。
41、根据实施例39或40所述的方法，其中，所述开关机构是形成在所述半导体电路基板中的CMOS晶体管，并且其中，所述控制所述开关机构包括：对于连续时间间隔中的每个所述时间间隔，根据所述指令，在所述关断状态和所述导通状态之间切换所述CMOS晶体管。
42、根据实施例39-41中任一项所述的方法，其中，所述光敏元件是形成在所述半导体电路基板中的光电二极管。
43、根据实施例39-42中任一项所述的方法，还包括提供光信号以指示所述开关机构何时处于所述导通状态。
44、根据实施例39-43中任一项所述的方法，其中，所述存储器是形成在所述半导体电路基板中的控制电路的一部分或以其它方式与形成在所述半导体电路基板中的控制电路相关联，所述控制电路被配置为控制所述开关机构。
45、根据实施例44所述的方法，还包括：将系统时钟/定时信号发送到所述控制电路。
46、根据实施例45所述的方法，其中，所述系统时钟/定时信号与由所述光敏元件生成的所述输出信号同步。
47、根据实施例46所述的方法，还包括：向所述控制电路发送初始化脉冲/信号，其中，响应于接收到所述初始化脉冲/信号，所述控制电路开始将输出信号存储在所述存储器中。
48、根据实施例47所述的方法，其中，所述初始化脉冲/信号由所述光敏元件响应于调制光束而生成。
49、根据实施例47所述的方法，其中，所述初始化脉冲/信号包括所述系统时钟/定时信号或被并入所述系统时钟/定时信号。
50、根据实施例45-49中任一项所述的方法，其中，所述控制电路被配置为生成切换控制信号，并且其中，连续时间间隔由切换控制信号限定。
51、根据实施例50所述的方法，其中，所述切换控制信号具有低于系统时钟/定时信号的频率的切换控制信号频率。
52、根据实施例51所述的方法，其中，系统时钟/定时信号频率是切换控制信号频率的整数倍。
53、根据实施例50-52中任一项所述的方法，其中，所述切换控制信号是从系统时钟/定时信号导出的。
54、一种控制微流体装置的方法，该微流体装置包括电路基板和设置在所述电路基板的表面上的包含流体介质的室，其中，介电泳(DEP)电极设置在所述电路基板表面上或靠近所述电路基板表面，与所述流体介质电接触，该方法包括：(a)将发光装置定位在电路基板表面的第一视场处，该发光装置包括发光元件；(b)将来自所述发光元件的相应的调制光束引导到对应的光敏元件上，该对应的光敏元件位于第一视场内的电路基板表面上或靠近第一视场内的电路基板表面，其中，每个所述光敏元件响应于相应的调制光束生成输出信号，该输出信号包括用于控制对应的DEP电极的指令；(c)向相应的控制电路传送初始化脉冲/信号，从而使所述控制电路与由所述光敏元件生成的输出信号同步，该相应的控制电路对应于位于所述第一视场中的所述光敏元件；(d)至少暂时地将所述输出信号存储在所述控制电路的相应的存储器中或与所述控制电路相关联的相应的存储器中。
55、根据实施例54所述的方法，还包括：将系统时钟信号发送到所述控制电路，其中所述系统时钟信号与由所述光敏元件生成的所述输出信号同步。
56、根据实施例55所述的方法，其中，初始化脉冲/信号由所述光敏元件响应于调制光束而生成。
57、根据实施例55所述的方法，其中，所述初始化脉冲/信号在与所述输入时钟信号相同的导体上发送，或被并入所述输入时钟信号中。
58、根据实施例54所述的方法，还包括：(e)将交流(AC)功率施加到所述微流体装置的第一电极和第二电极，其中，所述第一电极与所述流体介质电接触，而所述第二电极与所述流体介质电绝缘；以及(f)基于包含在所述相应的存储的输出信号中的所述指令，控制位于所述电路基板内的开关机构，使得对于连续时间间隔中的每个时间间隔，每个所述开关机构处于关断状态或导通状态之一，其中，在所述关断状态下，与所述开关机构对应的DEP电极与所述第二电极绝缘，在所述导通状态下，与所述开关机构对应的DEP电极与所述第二电极电连接。
59、根据实施例58所述的方法，还包括：(g)将发光装置定位在电路基板表面的下一个视场处；(h)将来自所述发光元件的相应的调制光束引导到对应的光敏元件上，该对应的光敏元件位于下一个视场内的电路基板表面上或靠近下一个视场内的电路基板表面，其中每个所述光敏元件响应于相应的调制光束，生成输出信号，该成输出信号包括用于控制对应的DEP电极的指令；(i)向相应的控制电路递送初始化脉冲/信号，从而使所述控制电路与由所述光敏元件生成的输出信号同步，该相应的控制电路对应于位于所述下一个视场中的所述光敏元件；(j)至少暂时地将所述输出信号存储在所述控制电路的相应的存储器中或与所述控制电路相关联的相应的存储器中；以及(k)重复步骤(g)-(j)，直到各个调制光束已经被引导到位于电路基板表面的所有视场中的所述对应的光敏元件上为止。
60、一种控制微流体装置的方法，该微流体装置包括电路基板和设置在所述电路基板的表面上的室，所述室包含流体介质和微物体，其中，介电泳(DEP)电极设置在所述电路基板表面上或靠近所述电路基板表面，与所述流体介质电接触，该方法包括(a)将图像获取装置定位在电路基板表面的第一视场(FOV)处；(b)使用图像获取装置获取包括设置在其上的微物体的基板的第一FOV的图像数据；(c)处理图像数据以生成用于选择性地激活DEP电极以便移动在第一FOV中成像的微物体的计划；(d)将发光装置定位在第一FOV处，该发光装置包括发光元件；(e)将来自所述发光元件的相应的调制光束引导到对应的光敏元件上，该对应的光敏元件位于第一FOV内的电路基板表面上或靠近第一视场内的电路基板表面，其中每个所述光敏元件响应于相应的调制光束生成输出信号，所述输出信号包括用于根据确定的计划控制位于第一FOV内的对应的DEP电极的选择性激活的指令；(f)向相应的控制电路传送初始化脉冲/信号，从而使所述控制电路与由所述光敏元件生成的输出信号同步，该相应的控制电路对应于位于所述第一FOV中的所述光敏元件；(g)响应于所述初始化脉冲/信号，至少暂时地将所述输出信号存储在所述控制电路的相应的存储器中或与所述控制电路相关联的相应的存储器中，所述控制电路对应于位于所述第一FOV中的所述光敏元件。
61、根据实施例60的方法，其中，(a)和(d)同时进行。
62、根据实施例60或61所述的方法，还包括：将输入时钟信号发送到所述控制电路，其中，所述系统时钟信号与由所述光敏元件产生的所述输出信号同步。
63、根据实施例62所述的方法，其中，初始化脉冲/信号由所述光敏元件响应于调制光束而生成。
64、根据实施例62所述的方法，其中，所述初始化脉冲/信号在与所述输入时钟信号相同的导体上发送，或被并入所述输入时钟信号中。
65、根据实施例60-64中任一项所述的方法，还包括：(h)基于包含在所述相应的存储的输出信号中的所述指令控制位于所述电路基板内的开关机构，该开关机构激活位于所述第一FOV内的所述DEP电极，使得对于连续时间间隔中的每个时间间隔，每个所述开关机构处于导通状态或关断状态之一，其中，在所述导通状态下，与所述开关机构对应的DEP电极被激活，在关断状态下，所述对应的DEP电极未被激活。
66、根据实施例65所述的方法，还包括：(i)将图像获取装置定位在电路基板表面的第二FOV处；(j)使用图像获取装置获取包括设置在其上的微物体的基板的第二FOV的图像数据；(k)处理图像数据以生成用于选择性地激活DEP电极以便移动在第二FOV中成像的微物体的计划；(l)将发光装置定位在第二FOV处；(m)将来自所述发光元件的相应的调制光束引导到对应的光敏元件上，该对应的光敏元件位于第二FOV内的电路基板表面上或靠近第二视场内的电路基板表面，其中每个所述光敏元件响应于相应的调制光束生成输出信号，所述输出信号包括用于根据确定的计划控制位于第二FOV内的对应的DEP电极的选择性激活的指令；(n)向相应的控制电路递送初始化脉冲/信号，从而使所述控制电路与由所述光敏元件生成的输出信号同步，该相应的控制电路对应于位于所述第二FOV中的所述光敏元件；以及(o)响应于所述初始化脉冲/信号，至少暂时地将所述输出信号存储在所述控制电路的相应的存储器中或与所述控制电路相关联的相应的存储器中，所述控制电路对应于位于所述第二FOV中的所述光敏元件。
67、根据实施例66所述的方法，其中，(i)至(o)在完成(h)之前进行。
68、一种微流体装置，包括：
电路基板，包括表面；
室，部分地由所述电路基板表面限定并且被配置为容纳流体介质；
装置，用于响应于在引导到光敏元件上的相应的调制光束中发送的指令，选择性地激活设置在所述电路基板表面上或靠近所述电路基板表面的相应的介电泳(DEP)电极，每个光敏元件对应于所述DEP电极中相应的一个或多个，所述装置被配置为使得所述DEP电极的激活在调制光束的发送完成之后开始。

Claims (56)

1.一种微流体装置，包括：
电路基板，其由半导体材料制成，在所述电路基板中能够形成电路元件，所述电路基板包括表面；
室，部分由所述电路基板表面限定，其中，所述室被配置为容纳流体介质；
第一电极，设置为与所述流体介质电接触；
第二电极，设置为与所述流体介质电绝缘；
介电泳DEP电极，位于所述电路基板表面上的或靠近所述电路基板表面的不同位置处，每个DEP电极设置为与所述流体介质电接触；
开关机构，每个开关机构设置在所述DEP电极中的对应的一个不同的DEP电极和所述第二电极之间，其中，每个所述开关机构能够在关断状态和导通状态之间切换，在所述关断状态下，所述对应的DEP电极与所述第二电极电隔离，在所述导通状态下，所述对应的DEP电极与所述第二电极电连接；
光敏元件；以及
控制电路，每个控制电路与所述光敏元件中对应的一个光敏元件和所述开关机构中对应的一个或多个开关机构可操作地连接，其中，每个所述对应的光敏元件被配置为响应于引导到所述光敏元件上的调制光束生成输出信号，所述输出信号包括用于控制所述对应的一个或多个所述开关机构的指令，并且，每个所述控制电路包括存储器或与存储器相关联，所述存储器被配置为至少暂时地存储来自所述光敏元件中的所述对应的一个光敏元件的所述输出信号，以及
其中，每个所述控制电路被配置为：基于所存储的输出信号中的所述指令，控制所述一个或多个对应的开关机构中的每一个开关机构对于连续时间间隔中的每个时间间隔是处于所述关断状态还是所述导通状态。
2.根据权利要求1所述的微流体装置，其中，所述开关机构包括互补金属氧化物半导体CMOS晶体管，所述CMOS晶体管将所述对应的DEP电极连接到所述第二电极和/或包括光电二极管的所述光敏元件。
3.根据权利要求1所述的微流体装置，还包括所述电路基板中的一个或多个导电引线，其中，每个控制电路与所述一个或多个导电引线中的至少一个可操作地耦接。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为接收系统时钟/定时信号。
5.根据权利要求4所述的微流体装置，其中，由所述光敏元件生成的输出信号和相应的调制光束与所述系统时钟/定时信号同步。
6.根据权利要求4所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电引线之一上接收所述系统时钟/定时信号。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为接收初始化脉冲/信号，响应于所述初始化脉冲/信号，所述控制电路开始在所述存储器中存储由所述光敏元件中所述对应的光敏元件生成的输出信号。
8.根据权利要求7所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导线引线中的如下导电引线上接收所述初始化脉冲/信号：所述控制电路在该同一导电引线上接收所述系统时钟/定时信号，并且，可选地，其中，所述初始化脉冲/信号包括或被并入所述系统时钟/定时信号。
9.根据权利要求4所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电引线中的第一个导电引线上接收所述系统时钟/定时信号，并且被配置为在所述一个或多个导电引线中的第二个导电引线上接收初始化脉冲/信号。
10.根据权利要求7所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为从所述光敏元件中所述对应的光敏元件接收所述初始化脉冲/信号。
11.根据权利要求4所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为接收或另外生成切换控制信号，所述切换控制信号具有低于所述系统时钟/定时信号的频率的切换控制信号频率。
12.根据权利要求11所述的微流体装置，其中，所述切换控制信号从所述系统时钟/定时信号导出的，并且可选地，其中所述系统时钟/定时信号的频率是所述切换控制信号频率的整数倍。
13.根据权利要求4所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电引线之一上接收切换控制信号，所述切换控制信号具有低于所述系统时钟/定时信号的频率的切换控制信号频率。
14.根据权利要求13所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电引线中的如下导电引线上接收所述切换控制信号：所述控制电路在该同一导电引线上接收所述系统时钟/定时信号。
15.根据权利要求13所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电引线的第一个导电引线上接收所述系统时钟/定时信号，并且被配置为在所述一个或多个导电引线的第二个导电引线上接收所述切换控制信号。
16.根据权利要求11所述的微流体装置，其中，每个所述控制电路被配置为从对应的存储器检索相应的存储的指令，并且被配置为：以切换控制信号频率分别控制所述一个或多个对应的开关机构中的每个开关机构对于连续时间间隔中的每个时间间隔是处于所述关断状态还是所述导通状态。
17.根据权利要求1-3中任一项所述的微流体装置，其中，所述控制电路中的至少一个被配置为控制两个或更多个对应的开关机构。
18.根据权利要求17所述的微流体装置，其中，由对应于所述至少一个控制电路的所述光敏元件中的所述光敏元件生成的所述输出信号包括用于控制所述两个或更多个所述开关机构中的每一个开关机构的指令。
19.根据权利要求1-3中任一项所述的微流体装置，其中，所述控制电路中的两个或更多个控制电路共享存储器。
20.根据权利要求1-3中任一项所述的微流体装置，其中，所述存储器是共享的存储器，其被配置为存储由所述光敏元件中的两个或更多个光敏元件中的每一个生成的所述输出信号。
21.一种系统，包括根据权利要求4所述的微流体装置，并且还包括发光装置，其中，所述发光装置和所述微流体装置之一或两者相对于彼此是可移动的，使得所述发光装置选择性地定位在所述电路基板表面的多个视场中的每个视场处。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述发光装置包括发光元件，每个发光元件被配置为将相应的调制光束引导到位于所述电路基板表面的给定视场内的所述光敏元件中对应的一个光敏元件上，其中所述发光装置被定位在所述给定视场内，并且可选地，其中，所述发光装置被配置为使得调制光束能够同时被所述发光元件发射到并且引导到位于所述给定视场内的所述光敏元件中所述对应的光敏元件中的每一个上。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述系统被配置为自动地：
(a)将所述微流体装置和所述发光装置之一或两者相对于彼此移动，以便将所述发光装置定位在所述电路基板表面的第一视场处，
(b)将由所述发光元件发射的相应的调制光束引导到位于第一视场内的所述光敏元件中的所述对应的光敏元件上，
(c)将初始化脉冲/信号传送到对应于位于第一视场内的所述光敏元件的控制电路，从而使所述对应的控制电路与由所述光敏元件生成的相应的输出信号同步，
(d)将所述微流体装置和所述发光装置之一或两者相对于彼此移动，以便将所述发光装置定位在所述电路基板表面的下一个视场处，
(e)将由所述发光元件发射的相应的调制光束引导到位于下一第一视场内的所述光敏元件中的所述对应的光敏元件上，
(f)将初始化脉冲/信号传送到对应于位于所述下一个视场内的所述光敏元件的控制电路，从而使所述对应的控制电路与由所述光敏元件生成的相应的输出信号同步，以及
(g)重复(d)到(f)，直到各个调制光束已经被引导到位于所述电路基板表面的所有视场中的所述对应的光敏元件上为止。
24.根据权利要求23所述的系统，包括根据权利要求5所述的多个微流体装置，其中，所述系统被配置为使用同一发光装置对所述微流体装置中的每一个自动执行(a)至(g)。
25.根据权利要求21-24中任一项所述的系统，其中，所述系统包括：巢，被配置为在其上安装有微流体装置，所述巢包括一个或多个导电巢触点，所述导电巢触点被配置为：当微流体装置安装在所述巢上时，接触位于所述微流体装置上的对应的一个或多个导电装置触点，
其中，所述微流体装置上的一个或多个导电装置触点与位于所述电路基板内的对应的一个或多个导电装置引线电连接，并且
其中，所述系统被配置为经由一个或多个导电巢触点向一个或多个导电装置引线发送所述系统时钟/定时信号，并且每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电引线之一上接收所发送的系统时钟/定时信号。
26.根据权利要求25所述的系统，其中，所述系统被配置为经由一个或多个导电巢触点向一个或多个导电装置引线发送初始化脉冲/信号，并且其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电装置引线之一上接收所发送的初始化脉冲/信号，响应于所述初始化脉冲/信号，所述控制电路开始在所述存储器中存储由所述光敏元件中所述对应的光敏元件生成的所述输出信号。
27.根据权利要求26所述的系统，其中，每个所述控制电路被配置为所述一个或多个导电装置引线中的如下导电装置引线上接收所述初始化脉冲/信号：所述控制电路在该同一导电装置引线上接收所述系统时钟/定时信号，并且，可选地，其中，所述初始化脉冲/信号分别包括所述系统时钟/定时信号、被并入所述系统时钟/定时信号或从所述系统时钟/定时信号导出。
28.根据权利要求26所述的系统，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电装置引线中的第一个导电装置引线上接收所述系统时钟/定时信号，并且被配置为在所述一个或多个导电装置引线中的第二个导电装置引线上接收所述初始化脉冲/信号。
29.根据权利要求25所述的系统，其中，所述系统被配置为经由一个或多个导电巢触点向一个或多个导电装置引线发送切换控制信号，并且其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电装置引线之一上接收所发送的切换控制信号，并且其中，所述时间间隔由所述切换控制信号限定。
30.根据权利要求29所述的系统，其中，所述切换控制信号具有低于所述系统时钟/定时信号的频率的切换控制信号频率。
31.根据权利要求29所述的系统，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电装置引线中的如下导电装置引线上接收所述切换控制信号：所述控制电路在该同一导电装置引线上接收所述系统时钟/定时信号。
32.根据权利要求29所述的系统，其中，每个所述控制电路被配置为在所述一个或多个导电装置引线的第一个导电装置引线上接收所述系统时钟/定时信号，并且被配置为在所述一个或多个导电装置引线的第二个导电装置引线上接收所述切换控制信号。
33.根据权利要求29所述的系统，其中，每个所述控制电路被配置为从对应的存储器检索相应的存储的指令，并且被配置为：以切换控制信号频率，分别控制所述一个或多个对应的开关机构中的每个开关机构对于连续时间间隔中的每个时间间隔是处于所述关断状态还是所述导通状态。
34.一种控制微流体装置的方法，所述微流体装置包括半导体电路基板和设置在所述电路基板的表面上的室，其中，所述室包含流体介质，在所述电路基板表面上或靠近所述电路基板表面设置介电泳DEP电极，所述电泳DEP电极与所述流体介质电接触，所述方法包括：
向所述微流体装置的第一电极和第二电极施加交流AC功率，其中，所述第一电极与所述流体介质电接触，而所述第二电极与所述流体介质电绝缘；
将调制光束引导到所述电路基板中的光敏元件上，其中，所述光敏元件响应于所述光束生成输出信号，所述输出信号包括用于控制所述DEP的指令；
至少暂时地将所述输出信号存储在位于所述电路基板内的存储器中，以及
基于包含在所述存储的输出信号中的所述指令，控制位于所述电路基板内的开关机构，使得所述开关机构对于连续时间间隔中的每个时间间隔处于关断状态和导通状态之一，其中，在所述关断状态下，所述DEP电极与所述第二电极电隔离，在所述导通状态下，所述DEP电极与所述第二电极电连接。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，所述连续时间间隔在所述输出信号被存储在所述存储器中之后开始。
36.根据权利要求34所述的方法，其中，所述开关机构是形成在所述半导体电路基板中的CMOS晶体管，并且，控制所述开关机构包括：根据所述指令，对于连续时间间隔中的每个所述时间间隔，在所述关断状态和所述导通状态之间切换所述CMOS晶体管；和/或其中，所述光敏元件是形成在所述半导体电路基板中的光电二极管。
37.根据权利要求34-36中任一项所述的方法，其中，所述存储器是形成在所述半导体电路基板中的控制电路的一部分或以其它方式与形成在所述半导体电路基板中的控制电路相关联，所述控制电路被配置为控制所述开关机构。
38.根据权利要求37所述的方法，还包括：将系统时钟/定时信号发送到所述控制电路，并且可选地，其中，所述系统时钟/定时信号与由所述光敏元件生成的所述输出信号同步。
39.根据权利要求37所述的方法，还包括：向所述控制电路发送初始化脉冲/信号，其中，响应于接收到所述初始化脉冲/信号，所述控制电路开始将输出信号存储在所述存储器中。
40.根据权利要求39所述的方法，其中，所述初始化脉冲/信号由所述光敏元件响应于调制光束而生成；或者其中，所述初始化脉冲/信号包括所述系统时钟/定时信号或被并入所述系统时钟/定时信号。
41.根据权利要求37所述的方法，其中，所述控制电路被配置为生成切换控制信号，并且其中，所述时间间隔由所述切换控制信号限定。
42.根据权利要求41所述的方法，其中，所述切换控制信号具有低于所述系统时钟/定时信号的频率的切换控制信号频率，并且可选地，其中，系统时钟/定时信号频率是切换控制信号频率的整数倍。
43.根据权利要求41所述的方法，其中，所述切换控制信号是从所述系统时钟/定时信号导出的。
44.一种控制微流体装置的方法，所述微流体装置包括电路基板和设置在所述电路基板的表面上的室，其中所述室包含流体介质，在所述电路基板表面上或靠近所述电路基板表面设置介电泳DEP电极，所述DEP电极与所述流体介质电接触，所述方法包括：
(a)将发光装置定位在所述电路基板表面的第一视场处，所述发光装置包括发光元件；
(b)将来自所述发光元件的相应的调制光束引导到对应的光敏元件上，所述对应的光敏元件位于第一视场内的电路基板表面上或靠近第一视场内的电路基板表面，其中，每个所述光敏元件响应于相应的调制光束生成输出信号，所述输出信号包括用于控制对应的DEP电极的指令；
(c)将初始化脉冲/信号传送到对应于位于所述第一视场内的所述光敏元件的控制电路，从而使所述控制电路与由所述光敏元件生成的输出信号同步，以及
(d)至少暂时地将所述输出信号存储在所述控制电路的相应的存储器中或与所述控制电路相关联的相应的存储器中。
45.根据权利要求44所述的方法，还包括：将系统时钟信号发送到所述控制电路，其中所述系统时钟信号与由所述光敏元件生成的所述输出信号同步。
46.根据权利要求44所述的方法，其中，所述初始化脉冲/信号由所述光敏元件响应于调制光束而生成。
47.根据权利要求45所述的方法，其中，所述初始化脉冲/信号在与所述输入时钟信号相同的导线上发送，或被并入所述输入时钟信号中。
48.根据权利要求61所述的方法，还包括：
(e)将交流AC功率施加到所述微流体装置的第一电极和第二电极，其中，所述第一电极与所述流体介质电接触，而所述第二电极与所述流体介质电绝缘；以及
(f)基于包含在所述相应的存储的输出信号中的所述指令，控制位于所述电路基板内的开关机构，使得对于连续时间间隔中的每个时间间隔，每个所述开关机构处于关断状态和导通状态之一，其中，在所述关断状态下，与所述开关机构对应的DEP电极与所述第二电极隔离，在所述导通状态下，所述对应的DEP电极与所述第二电极电连接。
49.根据权利要求48所述的方法，还包括：
(g)将所述发光装置定位在所述电路基板表面的下一个视场处；
(h)将来自所述发光元件的相应的调制光束引导到位于下一个视场内的电路基板表面上或靠近下一个视场内的电路基板表面的对应的光敏元件上，其中每个所述光敏元件响应于相应的调制光束生成输出信号，所述输出信号包括用于控制对应的DEP电极的指令；
(i)向对应于位于所述下一个视场中的所述光敏元件的相应的控制电路传送初始化脉冲/信号，从而使所述控制电路与由所述光敏元件生成的输出信号同步；
(j)至少暂时地将所述输出信号存储在所述控制电路的相应的存储器中或与所述控制电路相关联的相应的存储器中；以及
(k)重复步骤(g)-(j)，直到各个调制光束已经被引导到位于电路基板表面的所有视场中的所述对应的光敏元件上为止。
50.一种控制微流体装置的方法，所述微流体装置包括电路基板和设置在所述电路基板的表面上的室，其中，所述室包含流体介质和微物体，其中，在所述电路基板表面上或靠近所述电路基板表面设置介电泳DEP电极，所述DEP电极与所述流体介质电接触，所述方法包括：
(a)将图像获取装置定位在电路基板表面的第一视场FOV处；
(b)使用图像获取装置获取基板的第一FOV的图像数据，其中，在所述第一FOV上设置有微物体；
(c)处理所述图像数据以生成用于选择性地激活DEP电极以便移动在第一FOV中成像的微物体的计划；
(d)将发光装置定位在第一FOV处，所述发光装置包括发光元件；
(e)将来自所述发光元件的相应的调制光束引导到位于第一FOV内的电路基板表面上或靠近第一视场内的电路基板表面的对应的光敏元件上，其中，每个所述光敏元件响应于相应的调制光束生成输出信号，所述输出信号包括用于根据确定的计划控制位于第一FOV内的对应的DEP电极的选择性激活的指令；
(f)向对应于位于所述第一FOV中的所述光敏元件的相应的控制电路传送初始化脉冲/信号，从而使所述控制电路与由所述光敏元件生成的输出信号同步；以及
(g)响应于所述初始化脉冲/信号，至少暂时地将所述输出信号存储在所述控制电路的相应的存储器中或与对应于位于所述第一FOV中的所述光敏元件的所述控制电路相关联的存储器中。
51.根据权利要求50所述的方法，还包括：将输入时钟信号发送到所述控制电路，其中，所述系统时钟信号与由所述光敏元件产生的所述输出信号同步。
52.根据权利要求50所述的方法，其中，所述初始化脉冲/信号由所述光敏元件响应于调制光束而生成。
53.根据权利要求51所述的方法，其中，所述初始化脉冲/信号在与所述输入时钟信号相同的导线上发送，或被并入所述输入时钟信号中。
54.根据权利要求50-53中任一项所述的方法，还包括：
(h)基于包含在所述相应的存储的输出信号中的所述指令，控制位于所述电路基板内的开关机构，所述开关机构激活位于所述第一FOV内的所述DEP电极，使得对于连续时间间隔中的每个时间间隔，每个所述开关机构处于关断状态和导通状态之一，其中，在所述导通状态下，与所述开关机构对应的DEP电极被激活，在所述关断状态下，所述对应的DEP电极未被激活。
55.根据权利要求55所述的方法，还包括：
(i)将图像获取装置定位在所述电路基板表面的第二FOV处；
(j)使用图像获取装置获取基板的第二FOV的图像数据，其中，在第二FOV上设置有微物体；
(k)处理所述图像数据以生成用于选择性地激活DEP电极以便移动在第二FOV中成像的微物体的计划；
(l)将所述发光装置定位在第二FOV处；
(m)将来自所述发光元件的相应的调制光束引导到位于第二FOV内的电路基板表面上或靠近第二视场内的电路基板表面的对应的光敏元件上，其中，每个所述光敏元件响应于相应的调制光束生成输出信号，所述输出信号包括用于根据确定的计划控制位于第二FOV内的对应的DEP电极的选择性激活的指令；
(n)向对应于位于所述第二FOV中的所述光敏元件的相应的控制电路传送初始化脉冲/信号，从而使所述控制电路与由所述光敏元件生成的输出信号同步；以及
(o)响应于所述初始化脉冲/信号，至少暂时地将所述输出信号存储在所述控制电路的相应的存储器中或与对应于位于所述第二FOV中的所述光敏元件的所述控制电路相关联的相应的存储器中。
56.一种微流体装置，包括：
电路基板，包括表面；
室，部分地由所述电路基板表面限定并且被配置为容纳流体介质；
装置，用于响应于在引导到光敏元件上的相应的调制光束中发送的指令，选择性地激活设置在所述电路基板表面上或靠近所述电路基板表面的相应的介电泳DEP电极，每个光敏元件对应于所述DEP电极中相应的一个或多个，所述装置被配置为使得所述DEP电极的激活在调制光束的发送完成之后开始。
CN201980089554.4A 2018-11-19 2019-11-18 具有可编程开关元件的微流体装置 Pending CN113348036A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862769482P 2018-11-19 2018-11-19
US62/769,482 2018-11-19
PCT/US2019/062063 WO2020106646A1 (en) 2018-11-19 2019-11-18 Microfluidic device with programmable switching elements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113348036A true CN113348036A (zh) 2021-09-03

Family

ID=70773330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980089554.4A Pending CN113348036A (zh) 2018-11-19 2019-11-18 具有可编程开关元件的微流体装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20210339249A1 (zh)
EP (1) EP3883692A4 (zh)
CN (1) CN113348036A (zh)
CA (1) CA3119355A1 (zh)
SG (1) SG11202104544WA (zh)
WO (1) WO2020106646A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112090456B (zh) * 2020-09-11 2021-10-15 厦门大学 一种平面双微带微线圈探头
TWI837762B (zh) * 2022-08-10 2024-04-01 醫華生技股份有限公司 非接觸式分選裝置與其光感應結構、及生物微粒分選設備

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101405083A (zh) * 2006-03-21 2009-04-08 皇家飞利浦电子股份有限公司 具有场电极的微电子装置
US20110096331A1 (en) * 2009-10-27 2011-04-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for controlling quality of a microfluidic device
KR20130128937A (ko) * 2012-05-18 2013-11-27 삼성전자주식회사 미세 유체 소자 내의 유체를 감지 및 제어하는 장치 및 방법
US20140124370A1 (en) * 2012-11-08 2014-05-08 Berkeley Lights, Inc. Circuit Based Optoelectronic Tweezers
CN106255888A (zh) * 2014-04-25 2016-12-21 伯克利照明有限公司 在同一微流体装置的不同部分中的dep力控制和电润湿控制
CN107257711A (zh) * 2014-12-05 2017-10-17 加利福尼亚大学董事会 具有集成网状地线的单面光致动微流体器件

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3060926B1 (en) * 2013-10-22 2018-12-19 Berkeley Lights, Inc. Exporting a selected group of micro-objects from a micro-fluidic device
US20150166326A1 (en) * 2013-12-18 2015-06-18 Berkeley Lights, Inc. Capturing Specific Nucleic Acid Materials From Individual Biological Cells In A Micro-Fluidic Device
US20150306599A1 (en) * 2014-04-25 2015-10-29 Berkeley Lights, Inc. Providing DEP Manipulation Devices And Controllable Electrowetting Devices In The Same Microfluidic Apparatus
EP3180418A4 (en) * 2014-08-15 2018-04-18 The Regents of The University of California Self-locking optoelectronic tweezer and its fabrication
US10050722B2 (en) * 2014-10-17 2018-08-14 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Commerce Signal generator, process for making and using same
KR102322180B1 (ko) * 2014-12-08 2021-11-05 버클리 라잇츠, 인크. 측방향/수직 트랜지스터 구조들을 포함하는 미세유체 디바이스 및 그 제조 및 사용 프로세스
FR3039928B1 (fr) * 2015-08-03 2019-06-07 Teledyne E2V Semiconductors Sas Procede de commande d'un capteur d'image a pixels actifs

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101405083A (zh) * 2006-03-21 2009-04-08 皇家飞利浦电子股份有限公司 具有场电极的微电子装置
US20110096331A1 (en) * 2009-10-27 2011-04-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for controlling quality of a microfluidic device
KR20130128937A (ko) * 2012-05-18 2013-11-27 삼성전자주식회사 미세 유체 소자 내의 유체를 감지 및 제어하는 장치 및 방법
US20140124370A1 (en) * 2012-11-08 2014-05-08 Berkeley Lights, Inc. Circuit Based Optoelectronic Tweezers
CN106255888A (zh) * 2014-04-25 2016-12-21 伯克利照明有限公司 在同一微流体装置的不同部分中的dep力控制和电润湿控制
CN107257711A (zh) * 2014-12-05 2017-10-17 加利福尼亚大学董事会 具有集成网状地线的单面光致动微流体器件

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020106646A1 (en) 2020-05-28
EP3883692A1 (en) 2021-09-29
SG11202104544WA (en) 2021-06-29
CA3119355A1 (en) 2020-05-28
US20210339249A1 (en) 2021-11-04
EP3883692A4 (en) 2022-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220143612A1 (en) Movement and Selection of Micro-Objects in a Microfluidic Apparatus
US11376591B2 (en) Light sequencing and patterns for dielectrophoretic transport
US20230182136A1 (en) In situ-generated microfluidic isolation structures, kits and methods of use thereof
US11802264B2 (en) Microfluidic devices for optically-driven convection and displacement, kits and methods thereof
US10578630B2 (en) Automated identification of assay areas in a microfluidic device and detection of assay positive areas based on rate of change of image light intensity
EP3387438B1 (en) Microfluidic devices and kits and methods for use thereof
IL293366A (en) Kits and methods for preparing a microfluidic device for cell culture
CN110799840B (zh) 筛选b细胞淋巴细胞的方法
CN115354025A (zh) 微流体装置中t淋巴细胞的选择和克隆
US20210339249A1 (en) Microfluidic device with programmable switching elements
US20210270817A1 (en) Methods for Assaying Binding Affinity
IL296312A (en) Methods, systems and kits for tests to be performed inside a pen

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 40048614

Country of ref document: HK

SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination