CN114127531A - 使用柔性电子平台的可折叠数字微流体装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种使用柔性电子平台的可折叠数字微流体(Digital Microfluidic，DMF)装置及其制造方法。可折叠数字微流体装置包括具有薄铜特征的柔性聚酰亚胺基板，柔性聚酰亚胺基板可进行折叠以提供相对的多个基板。可折叠数字微流体装置还包括同样具有薄铜特征的柔性聚酰亚胺介电层。在一些实施例中，用于形成本公开的可折叠数字微流体装置的结构是基于使用盲孔。在一些实施例中，可折叠数字微流体装置包括一个液滴致动层。在其他实施例中，可折叠数字微流体装置包括多个液滴致动层。此外，本申请公开了一种制造可折叠数字微流体装置的方法。

Description

使用柔性电子平台的可折叠数字微流体装置及其制造方法
技术领域
本发明公开的主题一般涉及用于执行分析的微流控装置，更具体地，涉及使用柔性电子平台的可折叠数字微流体(Digital Microfluidic，DMF)装置及其制造方法。
背景技术
在数字微流体技术中，数字微流体(Digital Microfluidic，DMF)装置通常是基于印刷电路板(PCB)的数字微流体装置或暗盒(cartridge)(也称为液滴操纵装置)。例如，基于印刷电路板的基板相对于玻璃或塑料基板设置。基于印刷电路板的基板可包括液滴操作电极(例如，电润湿(electrowetting)电极的设置。玻璃或塑料基板可包括基本上光学透明的接地参考电极，例如氧化铟锡(ITO)接地参考电极。基于印刷电路板的基板与玻璃或塑料基板之间存在间隙。间隙可能充满填充液(例如硅油(silicone oil))，或者间隙中可能发生空气和液滴操作。液滴操作的示例可包括但不限于液滴输送、液滴分离、液滴合并、液滴混合、液滴搅拌、液滴稀释等。
传统数字微流体装置或暗盒或液滴操纵装置存在某些缺陷。例如，它们可能很复杂，制造成本也很高。也就是说，传统的数字微流体装置或可以包括两个必须精确组装在一起并且还电连接的基板。此外，基于印刷电路板的基板可能在介电均匀性和表面平整度方面存在限制。这些限制可能导致性能问题，如液滴传输速度受限、液滴驱动可靠性降低以及需要更高的电润湿电压。
发明内容
本发明涉及柔性数字微流体(Digital Microfluidic，DMF)装置。本文所述的数字微流体装置可利用柔性电子平台或基板，其可促进与数字微流体装置的制造及/或操作相关的优点。
在一些实施例中，本公开主题提供了一种使用柔性电子平台的可折叠数字微流体装置及其制造方法。也就是说，本发明公开的可折叠数字微流体装置可包括柔性基板，其可进行折叠以提供相对的多个基板。在某些实施例中，柔性基板可包括柔性聚酰亚胺基板。因此，数字微流体装置的“底部”基板(及其特征)和“顶部”基板(及其特征)可以共享公共基板，所述公共基板可以是柔性且可折叠的聚酰亚胺基板。这使得在制造期间能够同时处理数字微流体装置的“顶部”或“底部”方面。此外，本发明公开的可折叠数字微流体装置可包括柔性聚酰亚胺基板以及柔性聚酰亚胺介电层。此外，柔性聚酰亚胺基板和柔性聚酰亚胺介电层中的任一者或两者可包括薄铜特征。此外，本发明公开的可折叠数字微流体装置可包括多个具有铜的柔性聚酰亚胺层，以提供例如多个走线、布线及/或屏蔽层。具体而言，液滴致动电极及其操作所需的电气连接可在导电材料(例如铜)中形成，以在数字微流体装置折叠成所需配置后促进液滴操作。此外，可促进液滴致动电极的操作的一个或多个接地平面电极可被形成。在任何方面，多个铜层通过聚酰亚胺和粘合剂提供、隔开。
在一些实施例中，本公开的可折叠数字微流体装置可以是具有一个液滴致动层的U形可折叠数字微流体装置。
在一些实施例中，本公开的可折叠数字微流体装置可以是具有多个液滴致动层的蜿蜒形(serpentine-shaped)可折叠数字微流体装置。
在一些实施例中，本公开的可折叠数字微流体装置可以是具有多个液滴致动层的蜿蜒形可折叠数字微流体装置，且所述多个液滴致动层具有与单室U形可折叠数字微流体装置基本相同的占地面积(footprint)。
在一些实施例中，用于形成本公开的可折叠数字微流体装置的结构可以是基于盲孔的使用。在其它实施例中，用于形成本公开的可折叠数字微流体装置的结构可以是基于通孔的使用。
此外，与传统数字微流体装置相比，本公开的具有基于盲孔结构的可折叠数字微流体装置可包括较薄的铜层(例如，约为2微米，与传统数字微流体装置的35+微米相比)、较薄的电介体(例如，约为12.7微米(0.5毫英寸)厚的聚酰亚胺层)、仅一个介电层，及/或更平坦的表面。
此外，与传统数字微流体装置相比，本公开的可折叠数字微流体装置通过促进更薄、更均匀的电介体和更平坦的表面，很好地改善了数字微流体液滴运动(更高的速度、更可靠的驱动、更低的电润湿电压)。也就是说，一种制造本公开的可折叠数字微流体装置的方法被公开，所述方法可以是自上而下的工艺(top-down process)，所述工艺可以从没有粘合剂的薄聚酰亚胺基版(亦即，电介体)开始，并产生具有更薄的电介体和更好性能的较平坦数字微流体装置(与传统数字微流体装置相比)。
此外，与传统数字微流体装置相比，本发明公开的可折叠数字微流体装置可包括可减少每个装置的部件数量、简化制造并降低装置成本的折叠机构。
本公开内容的第一个方面包括…[[待权利要求确定后填写]]
附图说明
通过以下结合附图的描述，可以更清楚地理解本发明的特征和优点，附图不一定按比例绘制，其中：
图1示出了本公开的可折叠数字微流体装置所基于的数字微流体结构的示例的侧视图；
图2示出了折叠前用于形成本公开的可折叠数字微流体装置的柔性结构示例的侧视图；
图3示出了图2所示的柔性结构在折叠后并形成具有一个液滴致动层的U形可折叠数字微流体装置的俯视图和侧视图；
图4示出了本公开的可折叠数字微流体装置在使用时的一个示例的侧视图；
图5示出了本公开的安装了加强件的可折叠数字微流体装置示例的侧视图；
图6示出了图1所示的数字微流体结构的侧视图，以及当存在加强件时，电性接入所述数字微流体结构的任何电极的方法；
图7示出了在折叠以形成本公开的可折叠数字微流体装置之前的柔性结构的另一示例的侧视图；
图8示出了图5所示的柔性结构在折叠后并形成具有两个液滴致动层的蜿蜒形可折叠数字微流体装置的侧视图；
图9示出了具有多个液滴致动层的蜿蜒形可折叠数字微流体装置的另一示例的侧视图；
图10示出了制造本公开的可折叠数字微流体装置的方法的示例的流程图；以及
图11示出了用于形成本公开的可折叠数字微流体装置的数字微流体结构的另一示例的侧视图。
具体实施方式
图1示出了本公开的可折叠数字微流体(Digital Microfluidic，DMF)装置所基于的数字微流体结构100的示例的侧视图。在本示例中，数字微流体结构100是基于盲孔使用的结构。例如，数字微流体结构100可以是形成图2到图9所示的本公开的可折叠数字微流体装置200的基础。
数字微流体结构100可包括聚酰亚胺基板110，所述聚酰亚胺基板110可进一步包括可使用盲孔技术所形成的多个液滴操作电极112的设置。例如，所述多个液滴操作电极112可包括位于聚酰亚胺基板110的一侧上的致动电极114和位于聚酰亚胺基板110的另一侧上的外电极116。然后，致动电极114和外电极116中的各个电极可以使用穿过聚酰亚胺基板110厚度的盲孔118进行电连接。在一个示例中，聚酰亚胺基板110约为12.7微米(0.5毫英寸)厚。致动电极114和外电极116例如可以是约2微米厚的铜电极。类似地，盲孔118可以是直径例如约为100毫米的铜柱。液滴操作电极112不限于铜。液滴操作电极112可以例如由铜、金、银、铝等所形成。
与通孔(见图11)相比，盲孔118的使用允许致动电极114和外电极116的表面在高度上平坦的、均匀的且平面的。实现这一点的机制是，盲孔(例如盲孔118)意味着顶部电极(例如致动电极114)在通孔电镀过程中不会被电镀。在数字微流体结构100中的致动电极114的顶部是聚酰亚胺介电层120，其例如约12.7微米(0.5毫英寸)厚。聚酰亚胺介电层120可以是柔性的，因此在本文中可替换地称为柔性聚酰亚胺介电层120。具有粘合层122的聚酰亚胺介电层120可以层压在致动电极114的顶部。一般来说，聚酰亚胺基板110和聚酰亚胺介电层120的厚度可以相同也可以不同。在一个示例中，聚酰亚胺基板110及聚酰亚胺介电层120两者均为约12.7微米厚。在另一示例中，聚酰亚胺基板110较聚酰亚胺介电层120厚。例如，聚酰亚胺基板110的厚度约为25微米，而聚酰亚胺介电层120的厚度约为12.7微米。
在本公开的可折叠数字微流体装置200中，数字微流体结构100可促进(1)由于平坦和薄电极的存在而形成高度均匀的表面，以及(2)与传统数字微流体装置或暗盒或液滴操纵装置相比，由于薄介电层而造成较低的电润湿电压。由于施加在电润湿装置中的液滴上的力与电介体的厚度成反比，并且与电压的平方成正比，因此与传统数字微流体装置相比，本公开的可折叠数字微流体装置200可以使用更低的电压来执行液滴操作。此外，与传统数字微流体装置相比，本公开的可折叠数字微流体装置200中的较低电润湿电压降低了电复杂性并增加了数字微流体装置和仪器电子装置的使用期限。使用数字微流体结构100的本公开的可折叠数字微流体装置的示例的更多细节在下文的图2至图9所示出和描述。
图2示出了在折叠以形成本公开的可折叠数字微流体装置200之前的柔性结构105的示例的侧视图。柔性结构105可包括柔性聚酰亚胺基板110，其例如为厚度约为12.7微米(0.5毫英寸)的聚酰亚胺片材。液滴操作电极112可设置在柔性结构105的一部分(例如，一端部)。此外，聚酰亚胺介电层120可以使用粘合层122层压在液滴操作电极112的顶部。接地参考电极(或平面)124可设置在柔性结构105的另一部分(例如，在另一端部及/或与图2所示的展开配置中的液滴操作电极112不重叠)和聚酰亚胺介电层120的顶部。接地接触器126可设置以用于与接地参考电极124进行电连接。疏水层128可设置在接地参考电极124和聚酰亚胺介电层120的任何暴露部分的顶部。疏水层128例如可以是可用于形成本公开的可折叠数字微流体装置200的单个疏水喷涂涂层。
柔性结构105可具有在液滴操作电极112和接地参考电极124的设置之间的折叠区域138。例如，为了形成可折叠数字微流体装置200，柔性聚酰亚胺基板110可折叠，液滴操作电极112和接地参考电极124彼此朝向对方折叠。因此，当柔性结构105在折叠区域138处折叠时，液滴操作电极112可以与接地参考电极124相对设置，如图3所示。
图3显示了图2所示的柔性结构105在折叠后并形成具有一个液滴致动层的U形可折叠数字微流体装置200的俯视图和侧视图。例如，在可折叠数字微流体装置200中，液滴操作电极112可设置在基本上与接地参考电极124相对的位置。此外，液滴操作电极112的平面可以基本上平行于接地参考电极124的平面。在一个示例中，可折叠数字微流体装置200的下部140可包括液滴操作电极112，而可折叠数字微流体装置200的上部142可包括接地参考电极124。可折叠数字微流体装置200的下部140和上部142可通过液滴操作间隙130而分离，以形成液滴致动层154。液滴操作间隙130的高度可通过折叠区域138中的弯曲及/或柔性结构105现在相对的两端之间的间隔物(spacer)132来设置。在一个示例中，间隔物132可为一个或多个传统柱体，其例如由聚酰亚胺的附加层或作为塑料模板所形成。在另一示例中，间隔物132可以是精密焊接垫片盘(solder spacer disk)，例如可从Alpha AssemblySolutions(新泽西州萨默塞特)所获得的
Figure BDA0003363477210000071
垫片块。在可折叠数字微流体装置200中，间隙高度可为约10微米到100微米。
可折叠数字微流体装置200的侧面可例如通过粘合剂或将下部140和上部142固定在一起的机械力进行密封。在一个示例中，粘合剂为紫外线(UV)固化粘合剂，可折叠数字微流体装置200在三个侧面上进行密封。例如，粘合层144可从可折叠数字微流体装置200的第一侧开始，接着是与折叠区域相对的非折叠端，然后是与第一侧相对的第二侧，“缠绕”(wrapped)在可折叠数字微流体装置200的周围，如图3的俯视图所示。
术语“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“上方”、“下方”、“在里面”和“在上面”在参考本公开的可折叠数字微流体装置的部件的相对位置的整个描述中使用，例如可折叠数字微流体装置200的下部140和上部142的相对位置。应当理解，可折叠数字微流体装置无论其在空间中的方向如何都是能运作的。
图4示出了图3所示的可折叠数字微流体装置200在使用时的侧视图。在此示例中，液滴致动层154可填充有填充流体134。填充流体134例如可以是或包括低粘度油，例如硅油(silicone oil)或十六烷填充液。一个或多个液滴136可位于液滴致动层154中的液滴操作间隙130中。液滴136例如可以是水性或非水性的，或者可以是包括水性和非水性成分的混合物或乳状液(emulsion)。液滴操作可在液滴操作表面上的液滴操作电极112的顶部上进行。在此示例中，液滴操作在填充流体134中进行。在另一个示例中，液滴致动层154填充的可以是空气而不是填充流体134，且液滴操作在空气中进行。此外，液滴136可以设置在致动层154中的“油壳”(oil shell)中。也就是说，诸如油的填充流体134可以提供在关于液滴136的至少一部分(如果不是基本上围绕的话)的涂层中。
图5显示了本公开的安装有加强件的可折叠数字微流体装置200的示例的侧视图。为了帮助保持平整度及/或刚度，公开的可折叠数字微流体装置200可包括紧靠一侧或两侧的加强件150。例如，一个加强件150可设置在可折叠数字微流体装置200的下部140上，另一个加强件150可设置在可折叠数字微流体装置200的上部142上。加强件150可以例如由玻璃或塑料形成。在另一个示例中，加强件150可以是标准刚性PCB材料，例如FR4。进一步地示例，图6示出了当存在加强件150时电性接入可折叠数字微流体装置200的任何电极的方法。例如，数字微流体结构100再次示出，液滴操作电极112的外电极116的一部分可延伸超出加强件150的边缘或进入加强件150的开口。因此，提供了外电极116的电极接入部分152。
图7示出了在折叠以形成本公开的可折叠数字微流体装置200之前的柔性结构105的另一示例的侧视图。在本示例中，柔性结构105可包括具有重复图案160的多个片段和在具有重复图案160的多个片段的相邻实例之间的多个折叠区域138，以形成图8所示的蜿蜒形(serpentine-shaped)可折叠数字微流体装置200。也就是说，图8示出了具有三个液滴致动层154(例如，液滴致动层154a、154b、154b)的蜿蜒形可折叠数字微流体装置200的侧视图。蜿蜒形可折叠数字微流体装置200还可包括在三个液滴致动层154之间提供流体连接的一个或多个流体通道158。也就是说，一个或多个液滴致动层可通过流体通道连接，以在它们之间建立流体通信。例如，流体通道158a可将液滴致动层154a流体连接至液滴致动层154b。此外，流体通道158b将液滴致动层154b流体连接至液滴致动层154b。多个间隔物132可提供以设置各种液滴致动层的反应(或分析)室的间隙并限定其边界。
蜿蜒形可折叠数字微流体装置200可促进特定有益特征。在一个示例中，流体通道158可允许流体在层(例如，液滴致动层154a、154b、154b)之间传输。因此，蜿蜒形可折叠数字微流体装置200可用于有效地将活动区域的量变成两倍或三倍，并同时保持与如图3、图4和图5所示的单层U形可折叠数字微流体装置200相同的占地面积(footprint)。在另一示例中，在液滴致动层154a和液滴致动层154b之间共享的镜像液滴操作电极112允许实验的复用(例如，用于替代调查及/或用于参考传感器)。在另一个示例中，传感器点(未显示)可以重叠，以便一个检测位置可以提供多个分析。
图9显示了具有多个液滴致动层154的蜿蜒形可折叠数字微流体装置200的另一示例的侧视图。蜿蜒形可折叠数字微流体装置200可包括通过流体通道158流体连接的任意数量的液滴致动层154。
在上文参考图1至图9描述的本公开的可折叠数字微流体装置200中，聚酰亚胺层和铜层可能不是光学透明的。因此，光学检测方法可能不适用于可折叠数字微流体装置200。然而，对于可折叠数字微流体装置200，其他检测方法是可行的。在这方面，可以提供相对于可折叠数字微流体装置定位的传感器，使得传感器被设置以测量可折叠数字微流体装置。在一个示例中，可使用包括能够穿过聚酰亚胺层及/或铜层进行成像的红外(IR)相机的传感器来实现检测。在另一示例中，传感器可包括用于监测液滴运动的电容反馈(capacitive feedback)。另一种检测方法可以是将传感器与装置的侧面或边缘的流体进行接合(interface)。例如，包括光纤的传感器与尖端上的化学传感器可从边缘侧引入至流体中以执行如表面等离子体共振的分析。
传统数字微流体装置通常采自下而上工艺(bottom-up process)(亦即，从底部基板到顶部基板)制造，其中介电层(例如聚酰亚胺)在工艺结束时进行层压。然而，所述工艺需要厚的粘合层来执行介电层的层压。较厚的介电层/粘合层会导致一定程度的介电不均匀性和表面粗糙度，从而对性能产生不利影响。相比之下，一种制造本公开的可折叠数字微流体装置的方法被公开，所述方法可以是自上而下工艺(up-bottom process)，所述工艺从没有粘合剂的薄聚酰亚胺基板(亦即，电介体)开始，与传统数字微流体装置相比，有助于形成具有更薄的电介体和更好性能的较平坦数字微流体装置。作为示例，图10示出了制造本公开的可折叠数字微流体装置200的方法300的示例的流程图。方法300的主要优点是，它能够同时处理本公开的可折叠数字微流体装置200的“顶部”及/或“底部”方面的其中一者或是两者。方法300可包括但不限于以下步骤。
在步骤310，可与方法300中描述的自上而下工艺一起使用的片材。所述片材可包括基板层和导电材料层。例如，基板层可包括柔性基板层，其可为聚酰亚胺片材。导电材料层可包括在聚酰亚胺片材的至少一侧上的薄铜层。例如，聚酰亚胺片材可从松下公司、杜邦公司和许多其他供应商所获得。在一个示例中，12.7微米(0.5毫英寸)厚的聚酰亚胺片材被提供，其一侧具有5微米厚的铜层。在另一个示例中，12.7微米(0.5毫英寸)厚的聚酰亚胺片被提供，其两侧具有2微米厚的铜层。在此示例中，可移除一个2微米铜层。例如，可使用蚀刻工艺去除此铜层。这样，仅在一侧具有2微米厚的铜层的聚酰亚胺片材被提供。所得片材的聚酰亚胺部分是可折叠数字微流体装置200的柔性聚酰亚胺介电层120。
在步骤315，对在步骤310中所提供的聚酰亚胺片材的一侧上的薄铜层里的电极及/或任何其他特征进行图案化。例如，使用标准光刻及/或蚀刻工艺，液滴操作电极112的致动电极114在所述聚酰亚胺片材(柔性聚酰亚胺介电层120)的一侧上的2微米厚或5微米厚的铜层中被图案化。
在步骤320，可提供另一个片材。所述片材还可包括基板层，所述基板层包括在其至少一侧上具有导电材料层(例如，薄铜层)的聚酰亚胺片材。同样地，聚酰亚胺片材可从松下公司和杜邦公司以及其他供应商所获得。在一个示例中，12.7微米(0.5毫英寸)厚的聚酰亚胺片材被提供，其一侧具有5微米厚的铜层。在另一个示例中，12.7微米(0.5毫英寸)厚的聚酰亚胺片材被提供，其两侧具有2微米厚的铜层。在此示例中，可移除一个2微米铜层。例如，可使用蚀刻工艺去除此铜层。这样，仅在一侧具有2微米厚的铜层的聚酰亚胺片材被提供。在另一个例子中，这种聚酰亚胺片材的厚度约为25微米。所得到的片材的聚酰亚胺部分是可折叠数字微流体装置200的柔性聚酰亚胺基板110。在可折叠数字微流体装置200中，所述聚酰亚胺片材(亦即，聚酰亚胺基板110)的暴露侧(非铜侧)面对在步骤310中所提供的第一聚酰亚胺片材(亦即，聚酰亚胺介电层120)的图案化侧(铜侧)。
在步骤325，对在步骤320中所提供的聚酰亚胺片材的一侧上的薄铜层里的电极及/或任何其他特征进行图案化。例如，使用标准光刻及/或蚀刻工艺，液滴操作电极112的外电极116在所述聚酰亚胺片材(柔性聚酰亚胺基板110)的一侧上的2微米厚或5微米厚的铜层中被图案化。
在步骤330，将步骤320和325中所提供的聚酰亚胺片材(亦即，聚酰亚胺基板110)层压到任何先前提供的聚酰亚胺片材，例如步骤310和315中所提供的聚酰亚胺片材(亦即，聚酰亚胺介电层120)。例如，聚酰亚胺基板110的暴露侧(亦即，非铜侧)具有粘合层122，所述粘合层122层压到具有致动电极114的聚酰亚胺介电层120的侧面。
此外，步骤320、325和330可以重复多次，以形成多个铜层的任意堆叠，例如，用于走线、布线及/或屏蔽目的，其中，这些层通过相应的粘合层(例如，粘合层122)进行层压。
在步骤335，在液滴操作电极112中形成盲孔。例如，在外电极116、聚酰亚胺基板110和致动电极114(参见图1)的堆叠中图案化与盲孔118的位置相关的开口或柱体，但不穿过聚酰亚胺介电层120。此外，开口或柱体可到达但不穿透致动电极114。例如，使用标准光刻、蚀刻及/或使用常规或激光钻孔的钻孔工艺，在外电极116、聚酰亚胺基板110和致动电极114的堆栈中图案化与盲孔118的位置相关的开口或柱体。然后，使用标准PCB工艺，可在开口中沉积、电镀或以其他方式提供铜以形成盲孔118，从而将外电极116的各个盲孔选择性地连接到相应的致动电极114以形成液滴操作电极112。
在步骤340，在聚酰亚胺介电层及其任何特征的顶部提供疏水层。例如，疏水层128设置在接地参考电极124和聚酰亚胺介电层120的任何暴露部分的顶部。也就是说，疏水层128可通过疏水喷涂涂覆进行施加。本公开的可折叠数字微流体装置200的优点在于，对于完成的可折叠数字微流体装置200的“底部”和“顶部”基板，可以仅使用一次喷涂。在此步骤完成时，形成如图2和图7所示的柔性结构105。
在步骤345，折叠柔性结构并安装间隔物。例如，再次参考图2和图7，柔性结构105于折叠区域138的任何一个或多个中在其自身上进行折叠。也就是说，通过将液滴操作电极112的设置朝着其对应的接地参考电极124进行折叠的任何折叠发生时，使得液滴操作电极112的设置一被折叠就朝着其对应的接地参考电极124，如图3和图8所示。接着，安装一个或多个间隔物132以设置各种液滴致动层(例如，一个或多个液滴致动层154)的反应(或分析)室的间隙并定义其边界。
在步骤350，密封可折叠数字微流体装置的侧面。例如，图3或图8所示的可折叠数字微流体装置200的侧面使用粘合剂或通过将下部140和上部142固定在一起的机械手段进行密封。在一个示例中，粘合剂为UV固化粘合剂，且可折叠数字微流体装置200在三个侧面上被密封。例如，再次参考图3的俯视图，粘合层144从可折叠数字微流体装置200的一侧开始，接着其非折叠端，然后其另一侧，“缠绕”(wrappred)在可折叠数字微流体装置200的周围。适用于粘合层144的UV固化环氧树脂的一个示例是
Figure BDA0003363477210000131
其可从环氧树脂技术公司(马萨诸塞州比勒里卡)所获得。粘合层144的厚度可为例如约300微米。
图11示出了用于形成本公开的可折叠数字微流体装置200的数字微流体结构400的另一示例的侧视图。在此示例中，数字微流体结构400可以是基于通孔使用的结构。例如，数字微流体结构400可以是形成本公开的可折叠数字微流体装置的基础。数字微流体结构400可包括如参考图1的数字微流体结构100所述的聚酰亚胺基板110。在数字微流体结构400中，聚酰亚胺基板110可包括液滴操作电极412的设置，其可使用通孔形成。聚酰亚胺基板110在本文中可替换地称为柔性聚酰亚胺基板110。例如，液滴操作电极412可包括位于聚酰亚胺基板110的一侧上的致动电极414和位于聚酰亚胺基板110的另一侧上的外电极416。然后，使用穿过聚酰亚胺基板110厚度的通孔418电连接致动电极414和外电极416。液滴操作电极412可以例如由铜形成。
形成数字微流体结构400的方法可包括层压聚酰亚胺层与铜层、钻通孔，然后电镀电极和通孔。最后，可使用粘合层122层压薄聚酰亚胺介电层120在致动电极414的顶部。也就是说，数字微流体结构400可以使用传统的自下向上工艺(亦即，底部基板到顶部基板)来形成，其中聚酰亚胺介电层120在所述工艺结束时进行层压。然而，所述工艺需要厚粘合层122来执行聚酰亚胺介电层120的层压。
虽然本公开的可折叠数字微流体装置，例如图2至图9所示的可折叠数字微流体装置200，可以使用数字微流体结构400形成，但与图1的数字微流体结构100相比，存在某些差异。例如，数字微流体结构400的致动电极414比数字微流体结构100的致动电极114大及/或厚得多。与数字微流体结构100的表面相比，这增加了表面粗糙度及/或表面不均匀性。这可进一步导致数字微流体结构400的粘合层122显著厚于数字微流体结构100的粘合层122。这反过来会影响电润湿行为。例如，与数字微流体结构100相比，数字微流体结构400要使用更高的电润湿电压。
综上所述，现在再次参考图1至图11，可折叠数字微流体装置200被公开，其使用柔性电子平台(例如柔性聚酰亚胺基板110结合柔性聚酰亚胺介电层120)根据图10的方法300所形成。在本可折叠数字微流体装置200中，柔性聚酰亚胺基板110和柔性聚酰亚胺介电层120可进行折叠以提供相对的多个基板。也就是说，数字微流体装置200的下部140(或“底部”基板)和上部142(或“顶部”基板)共享公共基板(即柔性聚酰亚胺基板110)。也就是说，方法300能够同时处理本公开的可折叠数字微流体装置200的“顶部”及/或“底部”方面的其中一者或两者。
此外，柔性聚酰亚胺基板110和柔性聚酰亚胺介电层120中的一个或两者可包括薄铜特征。

Claims (23)

1.一种可折叠数字微流体(DMF)装置，其特征在于，包括：
柔性基板；
多个液滴操作电极，设置在所述柔性基板的第一部分处的所述柔性基板的至少第一侧上；
接地参考电极，设置在所述柔性基板的第二部分处的所述柔性基板的至少所述第一侧上；以及
折叠区域，设置在所述柔性基板的所述第一部分和所述柔性基板的所述第二部分之间。
2.根据权利要求1所述的可折叠数字微流体装置，其特征在于，还包括：
在所述柔性基板的至少所述第一侧上的介电层，所述介电层在所述多个液滴操作电极的致动电极部分顶端上相对于所述第一部分进行延伸。
3.根据权利要求2所述的可折叠数字微流体装置，其特征在于，所述接地参考电极设置在所述介电层的顶端上。
4.根据权利要求1所述的可折叠数字微流体装置，其特征在于，还包括：
疏水层，设置在所述柔性基板的所述第一侧上，所述疏水层至少相对于所述柔性基板的所述第一部分和所述第二部分进行延伸。
5.根据权利要求1所述的可折叠数字微流体装置，其特征在于，所述装置可配置为以下其中一者：
所述第一部分和所述第二部分基本上共平面的第一配置；以及
所述折叠区域被弯曲以对与所述第二部分相对的所述第一部分进行定位的第二配置，使得所述第一部分通过液滴操作间隙与所述第二部分分离以形成液滴致动层。
6.根据权利要求5所述的可折叠数字微流体装置，其特征在于，当处于所述第二配置时，所述第一部分的所述多个液滴操作电极和所述第二部分的所述接地参考电极基本上平行。
7.根据权利要求5所述的可折叠数字微流体装置，其特征在于，当处于所述第二配置时，所述可折叠数字微流体装置在三个侧面上被密封，所述三个侧面包括在处于所述第二配置中的所述可折叠数字微流体装置的相对侧上的第一侧部分和第二侧部分以及与所述折叠区域相对的端部分。
8.根据权利要求5所述的可折叠数字微流体装置，其特征在于，所述液滴致动层包含填充流体且液滴可在所述填充流体移动。
9.根据权利要求5所述的可折叠数字微流体装置，其特征在于，所述液滴致动层包括气隙且液滴可在所述气隙移动。
10.根据权利要求5所述的可折叠数字微流体装置，其特征在于，在所述液滴致动层中的液滴包括围绕所述液滴的至少一部分的油壳。
11.根据权利要求5所述的可折叠数字微流体装置，其特征在于，还包括：
传感器，用于当处于所述第二配置时测量所述可折叠数字微流体装置中的流体。
12.根据权利要求11所述的可折叠数字微流体装置，其特征在于，所述传感器可操作为监测在所述液滴致动层中的液滴移动。
13.根据权利要求11所述的可折叠数字微流体装置，其特征在于，所述传感器包括表面等离子体共振(SPR)传感器。
14.根据权利要求13所述的可折叠数字微流体装置，其特征在于，所述表面等离子体共振传感器设置在设置于所述液滴致动层中的光纤的尖端。
15.根据权利要求1所述的可折叠数字微流体装置，其特征在于，所述柔性基板包括：
多个片段的重复图案，所述多个片段的每一个包括通过所述折叠区域分隔的所述第一部分的实例和所述第二部分的实例；以及
蜿蜒折叠区域，介于所述多个片段之间。
16.根据权利要求15所述的可折叠数字微流体装置，其特征在于，所述重复图案的每个实例在介于所述第一部分的所述实例和所述第二部分的所述实例之间的锁述折叠区域是可折叠的，使得所述第一部分通过液滴操作间隙与所述第二部分分离以形成液滴致动层，其中所述蜿蜒折叠区域是可折叠的，使得所述重复图案的相邻的所述实例通过液滴操作间隙分离以形成多个液滴致动层。
17.根据权利要求16所述的可折叠数字微流体装置，其特征在于，所述多个液滴致动层中的每一层通过建立流体通信的流体通道在所述个液滴致动层之间进行连接。
18.根据权利要求1所述的可折叠数字微流体装置，其特征在于，所述柔性基板包含聚酰亚胺。
19.根据权利要求1所述的可折叠数字微流体装置，其特征在于，所述多个液滴操作电极包括在所述柔性基板的所述第一侧上的致动电极和在所述柔性基板的所述第二侧上的外电极，所述第二侧与所述第一侧相对，所述致动电极通过盲孔与所述外电极电连接。
20.一种用于从上向下制造可折叠数字微流体(DMF)装置的方法，其特征在于，包括：
提供介电层，所述介电层具有在所述介电层的至少第一侧上的第一导电材料层；
从所述第一导电材料层形成多个致动电极；
提供柔性基板，所述柔性基板具有在所述柔性基板的至少第一侧上的第二导电材料层；
从所述第二导电材料层形成多个外电极；
将所述介电层层压到所述柔性基板，使得与所述柔性基板的所述第一侧相对的所述柔性基板的第二侧与所述介电层的所述第一侧进行接触以形成可折叠数字微流体结构；以及
将所述可折叠数字微流体结构于界定在接地平面电极和多个液滴操作电极之间的折叠区域进行折叠，以将所述接地平面电极和所述多个液滴操作电极设置在液滴操作间隙的相对侧上以形成液滴致动层，所述多个液滴操作电极包括所述多个致动电极和所述多个外电极。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述多个致动电极和所述多个外部电极的相应者之间形成盲孔，以在所述多个致动电极和所述多个外部电极的所述相应者之间建立电通信。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括：
将疏水层施加到与所述介电层的所述第一侧相对的所述介电层的第二侧，其中所述疏水层在所述折叠步骤之后设置在所述液滴致动层的相对侧上。
23.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述介电层包括在所述介电层的所述第二侧上的第三导电材料层，且所述方法还包括：
从所述第三导电材料层形成接地平面电极。
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