CN117615851A - 涉及微流体装置的改进 - Google Patents

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Abstract

提供了一种使用光学介导的电润湿来操纵微液滴的装置。所述装置包括由第一复合壁和第二复合壁界定的微流体空间，所述第一复合壁包括：第一基底；在该基底上的第一导体层；在所述第一导体层上的光激活层；以及在所述光激活层上的具有小于20nm的厚度的连续的第一介电层，所述第二复合壁包括第二基底和在该基底上的第二导体层。

Description

涉及微流体装置的改进
技术领域
本公开涉及微流体装置，并且特别地，涉及使用光学介导的电润湿(oEWOD)来操纵微液滴的装置。
背景技术
使用光学介导的电润湿来操纵微液滴的装置的设计是由许多竞争效应和观察到的现象驱动的。
当聚焦于微液滴的操纵效率时，在许多设计中优选的是最大程度增加可以操纵微液滴的速度。液滴操纵速度的改进可以允许生物实验跟高的通量。oEWOD装置的效率的另一方面是液滴可以在装置内保持静止的可靠性，其中丢失或从其保持位置移动的液滴的数量最少。微液滴可以被操纵的速度与所施加的电压呈超线性相关。可以施加的最大电压决定了用于确保装置在介电层的击穿电压以下操作所需的介电厚度。因此，文献教导了需要厚介电层以便在最大化速度所需的高电压下安全地操作。液滴保持的可靠性由液滴保持力与可能将液滴从其保持位置移开的任何外力的强度之间的复杂相互作用确定，特别是介电泳效应和周围载体相的运动以及载体相的成分。
本发明就是在这种背景下产生的。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种使用光学介导的电润湿来操纵微液滴的装置，所述装置包括由以下复合壁界定的微流体空间：
·第一复合壁，所述第一复合壁包括：
·第一基底；
·在所述基底上的第一导体层；
·在所述第一导体层上的光激活层；和
·在所述光激活层上的具有小于20nm厚度的连续的第一介电层；
·第二复合壁，所述第二复合壁包括：
·第二基底；和
·在所述基底上的第二导体层。
在一些实施例中，所述第二复合壁还包括在所述第二导体层上的具有小于20nm厚度的连续的第二介电层。
在一些实施例中，第一复合壁和第二复合壁保持分隔开以在两者之间形成微流体空间。这些壁可以由间隔物结构分离开，该间隔物结构可以由第一基底和第二基底之间的插入结构形成，或者它可以由第一复合壁或第二复合壁的基底形成。
间隔物可以由光致抗蚀剂的层、压敏粘合剂的层和/或干膜抗蚀剂的层形成。附加地或替代性地，间隔物可以通过在形成第一复合壁或第二复合壁的玻璃、熔融石英或透明塑料的基底中蚀刻结构和/或腔来形成。
根据本发明的另一方面，提供了一种使用光学介导的电润湿来操纵微液滴的装置，所述装置包括：
·第一复合壁，所述第一复合壁包括：
·第一基底；
·在所述基底上的第一导体层；
·在所述导体层上的光激活层；和
·在所述光激活层上的具有小于20nm厚度的连续的第一介电层；
·第二复合壁，所述第二复合壁包括：
·第二基底；
·在所述基底上的第二导体层；和
·在所述第二导体层上的具有小于20nm的厚度的连续的第二介电层。
使用光学介导的电润湿来操纵微液滴的装置的设计是由许多竞争效应和观察到的现象驱动的。微液滴的速度与所施加的电压之间存在众所周知的超线性相关性。所施加的最大电压则决定了所需的介电厚度。为了优化微液滴的速度，因此预期将最大程度增加所施加的电压，并且因此增加电介质的厚度以适应这一点。然而，发明人已经发现，高电压具有与实际输送相关的其自身的相关问题。
发明人通过实验发现，当增加所施加的电压时，可实现的最大oEWOD速度如预期那样快速地增加。然而，发明人还观察到，由于先前未观察到的驱动力，保持液滴静止的能力随着电压的增加而快速降低。最初，这表现为液滴围绕其目标位置的有特点的随机运动，随着电压进一步增加，这种随机运动的速度增加，直到这种随机运动超过oEWOD保持力并且失去对液滴的控制。这有效地施加最大电压，从而将最大速度降低到远低于文献中最初预期和预测的速度。
存在决定oEWOD系统的电压驱动响应的两种状态，即对应于装置的被照明区域和未照明区域的“接通”状态和“关断”状态。在理想化的oEWOD装置中，施加在装置的接通区域的电压将完全为零，并且只有“接通”状态区域会施加电压。在oEWOD装置中，表面上的空间变化的光学控制的电压改变液滴与表面之间的接触角度，并且因此对液滴施加驱动力或保持力。当保持液滴时，该液滴将部分地处于“接通”状态，并且部分地处于“关断”状态，每种状态的空间范围由被照明区域的尺寸决定。“接通”状态和“关断”状态之间的电压的对比度创建保持力。随着所施加的电压增加，两种状态的场强度都会增加。“接通”状态的场强度的增加会导致装置性能的提高，因为它增加了电润湿力。“关断”状态的场强度的增加将部分地抵消这种力的增加。然而，由于这两种状态之间的比率保持恒定，并且力取决于场的平方，因此oEWOD力总体增加。因此，文献教导了，随着电压的增加，技术人员将期望看到保持和液滴移动两者的改进。
这明显与发明人的观察相反，发明人观察到，随着电压增加，移动速度增加，但是保持液滴静止的能力降低。因此，发明人推测，这种现象只能通过不希望的驱动力对“关断”状态的场强度的超线性(比平方更快的)依赖性来解释。因此，如本文所公开的，可以通过设计装置的结构来降低“关断”状态的强度，而不是通过最大程度增加“接通”状态的强度(这是本领域的文献的焦点)来改进装置的性能。
实现这一点的合理途径是增加光激活层的厚度。然而，这不适用于需要同时操纵大量液滴的应用，因为它大大增加了光功率要求。此外，增加光激活层的厚度不足以促进同时并行操纵数千个液滴。因此，发明人不是通过改变光激活层来最大程度减小“关断”状态，而是探索了介电层的电容的影响。在这种对“关断”状态的反直觉关注中，发明人发现，通过减小介电层的厚度，横跨光电导层的电压的较高部分下降，并且因此介电表面处的场强度会降低。因此，发明人已经将装置的介电厚度减小了比文献中推荐的厚度低大约五倍。通过减轻“关断”状态液滴保持故障模式，从而允许达到更高的操作电压，并且因此允许更高的oEWOD力，同时需要相同水平的照明，从而使装置性能得到大幅提高。
通过原子层沉积可以将第一介电层沉积到光激活层上。附加地或替代性地，第二介电层可以沉积到光激活层上。
令人惊奇地发现，通过提供厚度小于20nm的连续层的第一介电层和/或第二介电层导致液滴更加稳定，并且因此液滴在基底上静止。相反，发明人发现，将第一介电层和/或第二介电层增加到高于20nm的厚度会导致在基底上更不受控制的液滴移动，并且因此液滴更有可能表现出偏离被照明区域的不受控制的运动。因此，不受控制的液滴会使准确且有效的oEWOD操作(例如，液滴的合并或分裂)变得更加困难。在一些实施例中，第一介电层和/或第二介电层的厚度可以介于1nm至20nm之间，或者厚度可以是2nm至20nm、3nm至20nm、4nm至20nm、5nm至20nm、6nm至20nm、7nm至20nm、8nm至20nm、9nm至20nm、10nm至20nm、12m至20nm、14nm至20nm、15nm至20m、或18nm至20nm。厚度还可以是1nm至15nm、1nm至10nm、1nm至5nm、5nm至10nm、5nm至15nm、或10nm至15nm。
第一基底和/或第二基底可以是透明的。第一导体层和/或第二导体层可以是透明的。
该装置还可以包括：交流(AC)源，所述AC源用于横跨连接所述第一导体层和所述第二导体层的所述第一复合壁和所述第二复合壁提供电压；至少一个电磁辐射源，所述电磁辐射具有高于第一光可激发层的带隙的能量，适于撞击在所述光激活层上，以在所述第一介电层的表面上诱发相应的短暂电润湿位置；和微处理器，所述微处理器用于控制所述电磁辐射源，以操纵所述电磁辐射在所述光激活层上的撞击点，从而改变所述短暂电润湿位置的布置，由此创建至少一个电润湿路径，能够促使所述微液滴沿着所述至少一个电润湿路径移动。
该装置还可以包括氧化硅的填隙层。氧化硅的填隙层设置在第一介电层和/或第二介电层上。填隙层的优点是，它可以被用作用于防污层或不污层的结合层。填隙层设置在介电层与疏水层之间。填隙层的厚度可以在0.1nm至5nm之间。填隙层的厚度可以大于0.1nm、0.25nm、0.5nm、0.75nm、1nm、1.5nm、2nm、2.5nm、3nm、3.5nm、4nm或4.5nm，或填隙层的厚度可以小于5nm、4.5nm、4nm、3.5nm、3nm、2.5nm、2nm、1.5nm、1nm、0.75nm、0.5nm或0.25nm。
第一复合壁的暴露表面和第二复合壁的暴露表面可以被设置成分隔开小于200μm，以限定适于容纳所述微液滴的微流体空间。微流体空间在宽度上可以介于2μm与50μm之间。在一些实施例中，微流体空间大于2μm、4μm、6μm、8μm、10μm、12μm、14μm、16μm、18μm、20μm、22μm、24μm、26μm、28μm、30μm、32μm、34μm、36μm、38μm、40μm、42μm、44μm、46μm或48μm。在一些实施例中，微流体空间可以小于50μm、48μm、46μm、44μm、42μm、40μm、38μm、36μm、34μm、32μm、30μm、28μm、26μm、24μm、22μm、20μm、18μm、16μm、14μm、12μm、10μm、8μm、6μm或4μm。
所述第一复合壁的暴露表面和所述第二复合壁的暴露表面可以包括一个或多个间隔物，所述一个或多个间隔物用于将第一壁和第二壁保持分隔开预定量，以限定适于容纳所述微液滴的微流体空间。间隔物的物理形状可以用于帮助微液滴在装置中的分裂、合并和伸长。间隔物可以是但不限于刀片状结构、楔形结构、柱、亲水贴片、窄通道，或者其可以是表面凹坑。
在一些实施例中，微液滴可以容纳一个或多个细胞。微液滴还可以容纳介质，例如细胞介质和/或缓冲溶液。
所述AC源可以被配置为横跨连接所述第一导体层和所述第二导体层的所述第一复合壁和所述第二复合壁提供在0V与100V之间的电压。在一些实施例中，所提供的电压可以在0V至50V之间、0.1V、0.1V至2V、3V至4V，或者所提供的电压可以在0V至10V之间。在一些实施例中，A/C源可以被配置为提供大于0V、5V、10V、15V、20V、25V、30V、35V、40V、50V、60V、70V、80V或90V的电压，或者该电压可以小于90V、80V、70V、60V、50V、45V、40V、35V、30V、25V、20V、15V、10V或5V。
所述第一复合壁和所述第二复合壁还可以包括分别位于所述第一介电层和所述第二介电层上的第一防污层和第二防污层。第二介电层上的防污层可以是疏水性的。
(多个)电磁辐射源可以包括像素化的阵列，光从所述阵列反射或投射穿过所述阵列。
电润湿位置可以在微液滴的行进方向上是新月形的。
该装置还可以包括光电检测器，所述光电检测器用于检测位于所述装置内的微液滴中的光学信号或所述装置下游的微液滴中的光学信号。光学信号可以是荧光信号。
该装置还可以包括用于生成包含水性微液滴在不混溶的载体流体中的乳化液的介质的上游入口。载体流体可选地是惰性的。
该装置还可以包括用于诱导包含水性微液滴在不混溶的载体流体中的乳化液的介质经由进入所述微流体空间的入口端口流动通过所述微流体空间的上游入口。
限定其间的微流体空间的第一复合壁和第二复合壁可以形成盒或芯片的外围。
该装置还可以包括彼此并行延伸的多个第一电润湿路径。
该装置还可以包括多个第二电润湿路径，所述多个第二电润湿路径适于与所述第一电润湿路径相交以创建至少一个微液滴聚结位置。
该装置还可以包括用于将所述微液滴引入到所述微流体空间中的上游入口，其中，所述微液滴的直径比所述微流体空间的宽度大20％以上。
所述第二复合壁还可以包括第二光可激发层，并且所述电磁辐射源还撞击在所述第二光可激发层上，以创建也能够变化的短暂电润湿位置的第二图案。
所述电磁辐射源可以是LED光源，其可以提供0.005W cm-2至0.1W cm-2水平的电磁辐射。在一些实施例中，电磁辐射源为0.005W cm-2至0.1W cm-2的水平，或者电磁辐射源可以大于0.005W cm-2、0.0075Wcm-2、0.01W cm-2、0.025W cm-2、0.05W cm-2或0.075W cm-2。在一些实施例中，电磁辐射源的水平可以小于0.1W cm-2、0.075W cm-2、0.05W cm-2、0.025W cm-2、0.01W cm-2、0.0075W cm-2、0.005W cm-2或0.0025W cm-2。
基底上的透明的第一导体层的厚度可以在70nm至250nm的范围内。光激活层在导体层上可以通过波长范围为400nm至1000nm的电磁辐射来激活，导体层可以具有在300nm至1000nm的范围内的厚度。
在一些实施例中，光激活层可以由非晶硅制成。
在一些实施例中，微液滴可以行进穿过由两个相对的壁限定的微流体空间，其中，每个壁包括介电层，其中，横跨介电层施加足够低的电压，以便低于介电层的介电击穿电压。使用横跨介电层具有足够低电压的两个介电层不仅防止了导电的液滴的破坏性电离，而且基本上消除了介电针孔缺陷对液滴的不利影响，这意外地提高了性能，尽管由于使用两个介电层导致电润湿力的降低。因此，使用低功率的照明源(例如，产生低至0.01W cm-2的LED)可以实现光学介导的电润湿，以便同时操纵数千个液滴。在包括面积大于1cm×1cm的大面积的微流体装置的实施例的情况下，该装置适合于并行地操纵多于10,000个液滴、多于50,000个液滴、多于100,000个液滴，或者在面积非常大的装置的情况下并行地操纵多于1,000,000个液滴。
在一些实施例中，可以利用大面积装置来处理数千个液滴。发明人之前曾尝试使用单个介电层来构建较大的装置来并行地处理液滴，然而发明人遇到了液滴无法移动的缺陷区域。通过实验和测试，发明人发现针孔缺陷是装置性能的重要限制，尤其是当装置变得更大时。
介电层总是具有稀疏的针孔缺陷，因此它们在一小隔离区域中变得导电。已知的优化工艺可以提供每平方厘米约38个针孔的密度。针孔缺陷会捕获液滴并使该液滴无法移动。当使用诸如缓冲溶液之类的导电媒介的液滴时，效果更为深远。
在一些实施例中，提供了可以在介电击穿以下使用的双介电层结构。当低于击穿电压运行时，两侧的介电层结构可以提供很大程度上抵消针孔缺陷影响的新颖效果。当电介质设置在液滴的顶部和底部上方时，仅仅在第一介电层中的针孔缺陷与第二介电层中的针孔缺陷直接对准的情况下才能形成导电路径。这种情况发生的概率非常非常小。通过第二介电层的存在所实现的这种针孔缓解特征是允许在相对大的面积内同时操纵数千个液滴的关键。
在适合于并行地操纵超过100，000个液滴或甚至超过1，000，000个液滴的大面积装置或非常大面积装置的情况下，针孔缺陷的数量成为装置性能的重要限制，这是因为单个液滴接触针孔缺陷的可能性变得异常高。被捕获在针孔缺陷上的单个液滴可能会阻碍装置中的其他液滴的运动，并且因此损害或中断系统的操作。因此，本发明的消除针孔缺陷影响的优点在包含大量微液滴的非常大面积装置的操作中异常重要。
根据本发明的另一方面，提供了一种盒，所述盒包括：储存器，所述储存器容纳液体样品；乳化器，所述乳化器位于具有所述储存器的流体回路中，所述乳化器被配置为生成包含水性微液滴在不混溶的载体流体中的乳化液的介质；入口通道，所述入口通道设置在所述乳化器的下游，其中，所述入口通道被配置为从所述乳化器接收包含水性微液滴在所述不混溶的载体流体中的所述乳化液的所述介质；根据本发明的任一个方面所述的装置，其中，所述装置至少包括入口端口，并且所述装置与所述入口通道流体连通；和泵送系统，所述泵送系统被设置为用于诱导所述液体样品流动到所述乳化器、和/或用于诱导包含水性微液滴在所述不混溶的载体流体中的所述乳化液的所述介质流动通过所述装置。
适当地，盒内的水性流体可以是生物流体，诸如细胞培养基，并且它们可以包含细胞、珠、颗粒、药物、生物分子或其他生物实体。这些实体可以是病毒、DNA或RNA分子、兴奋剂、细胞因子、营养物和溶解气体。因此，可以优化盒的通道和结构的设计，从而保持生物流体的分散性和完整性，特别是通过选择具有均匀的水力直径和最小流体剪切的良好匹配的通道。
在一些实施例中，盒还可以包括设置在所述装置的所述入口端口处的一个或多个阀，其中，所述阀控制包含水性微液滴在所述不混溶的载体流体中的所述乳化液的所述介质流动通过所述装置。
在一些实施例中，所述乳化器可以是分级乳化器(step emulsifier)。在一些实施例中，可以提供多个乳化器，每个乳化器均设置有入口通道。
在一些实施例中，泵送系统可以包括但不限于泵、头部储存器、蓄存器和/或压力源。还应当理解的是，本领域技术人员会知道可以用于诱导液体样品流动到乳化器和/或诱导介质流动通过装置的其他泵送系统。
本领域已知许多用于形成被不混溶的载体相包围的微液滴的水性乳化液的技术。这些技术包括错流乳化液生成器、T形接合部生成器和分级乳化装置。错流乳化液生成器、T形接合部乳化液生成器和其他相关装置通常用于制造不同尺寸的微液滴。微液滴的尺寸分布取决于油和水性材料相交的接合部处形成的流动条件。此外，微液滴尺寸取决于流体属性，例如运行流体的界面张力和粘度。因此，有必要精确地控制和调节进入这些类型的乳化液生成器的流体的流速，以便提供进入oEWOD装置的液滴的均匀且可重复的尺寸分布。
有利地，分级乳化器生成具有对乳化接合部处的流速具有最小依赖性的微液滴尺寸分布的乳化液。微液滴的尺寸主要由乳化喷嘴的物理规格以及运行流体的材料属性决定。虽然分级乳化器和其他乳化器都对运行流体的属性敏感，但是对界面张力和粘度的依赖性程度在分级乳化器装置中显着降低。因此，无需精确控制和调节流动参数来校正从乳化器中排出的微液滴尺寸分布。它可以通过简单的固定流量或固定压力系统进行操作。它特别适合与oEWOD装置一起操作，因为它避免了对某一位置处的乳化器装置进行检查和光学访问的要求，否则其可能与用于操作oEWOD装置的光学组件重叠。它避免了引入多个检查和微液滴尺寸监测装置以监测和控制在一个盒组件内操作的多个乳化器的复杂性和成本。因此，多个独立的分级乳化器可以连接到oEWOD装置上的不同入口，以在水性输入和oEWOD装置之间提供流体隔离的乳化液生成输入路径。使用流体隔离的输入路径允许oEWOD装置接收由不同的水性输入材料形成的一组独立的乳化液输入，并且在它们之间不存在交叉污染的可能性。
在一些实施例中，盒组件可以容纳多达八个乳化器。在一些实施例中，盒组件可以容纳至少1个、2个、3个、4个、5个、6个或7个乳化器。在一些实施例中，盒组件可以容纳8个与12个之间的乳化器。在一些实施例中，盒组件可以容纳12个至20个、20个至30个、30个至50个、或50个至100个之间的乳化器。
乳化器可以由用户互换，使得用户可以针对其预期目的选择合适类型的乳化器。例如，用户可以用提供特定微液滴尺寸范围的乳化器配置盒。用户可以选择一组乳化器，每个乳化器提供具有不同尺寸范围或尺寸范围的子集的微液滴。在一些实施例中，乳化器可以被配置成生成体积在14pL至180pL范围内的微液滴、或在180pL至500pL范围内的微液滴、或在500pL至1.2nL范围内的微液滴。乳化器还可以被配置为提供体积小于14pL的微液滴，特别是尺寸范围为10fL至50fL的微液滴或在50fL至14pL之间的微液滴。在一些实施例中，乳化器可以被配置为产生大于1.2nL的微液滴，至少包括1.2nL至4nL的范围。在乳化器是分级乳化器的情况下，可以通过改变乳化喷嘴的几何形状(特别是改变矩形喷嘴的短轴上的喷嘴高度)来改变微液滴的体积。
此外，可以使单个乳化器装置内的一组分级乳化器喷嘴并行操作，使得多个乳化喷嘴连接至单个水性输入。被连接的喷嘴可以独立地运行，速度变化由相互连接的接合部之间复杂的相互作用决定。乳化器都可以生成由喷嘴的物理尺寸决定的基本均匀尺寸的微液滴。这允许大量生成器以低流速并行地运行，从而消除了可能损坏细胞和其他生物材料的剪切的有害影响。它还允许乳化器继续生成乳化液，尽管有一些喷嘴部分闭塞或堵塞，这是使包含颗粒的生物材料穿过窄喷嘴孔口的偶然结果。
根据本发明的一方面，提供了通过本文所公开的装置、设备、盒或方法筛选的物种。
根据本发明的一方面，提供了通过本文所公开的装置、设备、盒或方法选择的种类。
根据本发明的一方面，提供了通过本文所公开的装置、设备、盒或方法分离的物种。
根据本发明的一方面，提供了通过本文所公开的装置、设备、盒或方法制成的物种。
该物种在本质上可以是化学的、生物化学的或生物的。
例如，本发明可以提供对通过本文所公开的筛选、选择和/或分离方法鉴定的实体的激动剂/拮抗剂。本发明可以提供对通过本文所公开的筛选、选择和/或分离方法鉴定的实体的激动剂/拮抗剂以用于治疗。该实体在本质上可以是化学的、生物化学的或生物的。
根据本发明的一方面，提供了本文所公开的装置、设备、盒、方法或物种的用途。
根据本发明的一方面，提供了本文所公开的装置、设备、盒、方法或物种在治疗中的用途。
本发明可以提供本文所公开的装置、设备、盒、方法或物种在制造产品中的用途。所制造的产品在本质上可以是化学的、生化的或生物的。
该用途可以是肽合成。该用途可以是合成生物学。该用途可以是细胞系工程或开发。该用途可以是细胞疗法。该用途可以是药物发现。该用途可以是抗体发现。
根据本发明的一方面，提供了本文所公开的装置、设备、盒、方法或物种在分析中的用途。
该分析可以是物理的、化学的或生物的。
该用途可以是亚细胞成像。该用途可以是高内容物成像。
该用途可以是诊断。
该用途可以是生物测定。生物测定可以是高通量筛选。生物测定可以是ELISA。
该用途可以是细胞分泌。
该用途可以是QC安全评估。
附图说明
现在将仅通过示例的方式并且参考随附的附图进一步且更具体地描述本发明，在附图中：
图1A和图1B示出了根据本发明的两种oEWOD装置的配置；
图2提供了图1A和图1B中示意性示出的oEWOD配置的等效电路图；
图3示出了具有不同介电层厚度的oEWOD装置内的临界电压的电压图；
图4示出了oEWOD装置内表面活性剂在不同状态之间的平衡的流动图；并且
图5A和图5B示出了当oEWOD装置内的液滴保持接近静止时不期望的运动。
具体实施方式
参考图1A，提供了一种微流体装置，并且特别地是oEWOD装置100。如图1A所图示的，oEWOD装置包括第一复合壁102，该第一复合壁102包括：可以由玻璃制成的第一基底104；在基底104上的第一导体层106，该第一导体层106具有在70nm至250nm范围内的厚度；光激活层108，该光激活层108位于导体层106上由400nm至850nm波长范围内的电磁辐射激活，该光激活层108具有在300nm至1500nm范围内的厚度；以及在光激活层108上的第一介电层110。第一介电层110被形成为具有小于20nm的厚度的连续层。层厚度的下限将至少部分地由提供必须是连续的薄层的方法决定。然而，理论上它可以具有在0.1nm到20nm之间的厚度。第一导体可以是透明的。
设备100还包括第二复合壁112，该第二复合壁112包括可以由玻璃制成的第二基底114和在该基底114上的第二导体层116。第二导体可以是透明的。第二导体层116可以具有介于70nm至250nm范围内的厚度。第二介电层118可以位于第二导体层116上，其中第二介电层118具有低于20nm的厚度。与第一介电层一样，第二介电层必须是连续的，并且厚度的实际下限由制造限制决定，然而该厚度可以介于1nm至20nm之间。连续的第一介电层110和连续的第二介电层118的暴露表面间隔20μm至180μm设置，以限定适于容纳微液滴122的微流体空间121。
光激活层108由非晶硅制成。第一导体层和第二导体层由ITO制成。
填隙结合层124设置在第一介电层110上，并且也可以设置在第二介电层118上。填隙层的厚度可以在0.1nm至5nm之间。填隙层的厚度可以大于0.1nm、0.25nm、0.5nm、0.75nm、1nm、1.5nm、2nm、2.5nm、3nm、3.5nm、4nm或4.5nm，或者该填隙层的厚度可以小于5nm、4.5nm、4nm、3.5nm、3nm、2.5nm、2nm、1.5nm、1nm、0.75nm、0.5nm或0.25nm。填隙层的优点是，它可以被用作用于防污层或不污层的结合层，防污层或不污层可以是疏水性的。在附图中未图示的一些实施例中，可以省略填隙结合层。在此类实施例中，疏水层直接施加到第一介电层。
疏水层126设置在填隙结合层124上。疏水层的示例可以是氟硅烷或氟硅氧烷。填隙结合层124是可选的，并且通道壁120可以由SU8制成，或者通道壁120可以是玻璃结构的一部分。填隙层124设置在介电层110、118和疏水层126之间。
如图1A所图示的，可以使用入射光130来提供光子画面图案(light spritepattern)131，其中入射光130将光提供到光激活层110的一部分上以将该微液滴122保持在微流体空间121内的静止位置中。可以通过装置中的孔136向微液滴122提供油载体相134，以补充关键营养物和成分，从而保持该微液滴122内的内容物(例如，一个或多个细胞)存活和健康。在一些情况下，油相134可以提供用于细胞生长、活力和/或生产能力的关键营养物、介质、培养基和内容物。
第一基底104和第二基底114由机械强度高的材料制成。例如，第一基底和第二基底可以由玻璃金属或工程塑料制成。在一些实施例中，基底可以具有一定程度的柔性。在一些实施例中，第一基底和第二基底具有至少100μm的厚度。在一些实施例中，第一基底和第二基底的厚度可以大于2500μm，例如3000μm、3500μm或4000μm。在一些实施例中，第一基底和第二基底可以具有在100μm至2500μm范围内的厚度。在一些实施例中，第一基底和第二基底可以具有大于100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1000μm、1100μm、1200μm、1300μm、1400μm、1500μm、1600μm、1700μm、1800μm、1900μm、2000μm、2100μm、2200μm、2300μm或2400μm的厚度。在一些实施例中，第一基底和第二基底的厚度可以小于2500μm、2400μm、2300μm、2200μm、2100μm、2000μm、1900μm、1800μm、1700μm、1600μm、1500μm、1400μm、1300μm、1200μm、1100μm、1000μm、900μm、800μm、700μm、600μm、500μm、400μm、300μm或200μm的厚度。在一些实施例中，第一基底具有大约1100μm的厚度，并且第二基底具有大约700μm的厚度。在另一实施例中，第一基底和第二基底可以具有800微米的厚度。在一些实施例中，第一基底是硅、熔融石英或玻璃。在一些实施例中，第二基底是熔融石英和/或玻璃。玻璃可以是但不限于钠钙玻璃或浮法玻璃。
第一导体层106和第二导体层116位于第一基底104和第二基底114的一个表面上，并且典型地具有70nm至250nm范围内的厚度，优选地70nm至150nm范围内的厚度。这些层中的至少一层由诸如氧化铟锡(ITO)之类的透明导电材料、诸如银之类的导电金属的非常薄的膜、或者诸如PEDOT之类的导电聚合物等制成。这些层可以被形成为连续的片或一系列的离散结构，例如线。替代性地，导体层可以是导电材料的网，其中在网的间隙之间引导电磁辐射。
光激活层108由半导体材料形成，该半导体材料可以响应于电磁辐射源的刺激而生成局部电荷区域。示例包括具有在300nm至1500nm范围内的厚度的氢化非晶硅层。在一些实施例中，光激活层通过使用可见光来被激活。该层的介电属性优选地包括>10^7V/m的高介电强度和>3的介电常数。在一些实施例中，介电层选自氧化铝、二氧化硅、氧化铪或不导电聚合物的薄膜。
替代性地，至少第一介电层，优选地两个介电层，可以涂覆有防污层，以有助于在各种不同的虚拟电润湿电极位置处建立期望的微液滴/载体流体/表面接触角度。附加地，防污层旨在防止微液滴的内容物附着到表面并随着微液滴移动穿过芯片而减少。
为了获得最佳性能，防污层应有助于建立微液滴/载体流体/表面接触角度，该微液滴/载体流体/表面接触角度在25℃下作为空气-液体-表面三点界面测量时应该在50°至180°的范围内。在一些实施例中，这些层具有小于10nm的厚度，并且典型地被形成为单分子层。替代性地，这些层可以包含丙烯酸酯的聚合物，诸如甲基丙烯酸甲酯或其被疏水基团(例如，烷氧基甲硅烷基)取代的衍生物。这些防污层中的一个或两个是疏水性的，以确保最佳性能。在一些实施例中，厚度小于20nm的二氧化硅的填隙层可以插入防污涂层与介电层之间，以提供化学相容的桥接部。
第一介电层和第二介电层并因此第一壁和第二壁限定微流体空间，该微流体空间的宽度为至少10μm，并且优选地在20μm至180μm的范围内，并且微液滴被容纳在该微流体空间中。优选地，在容纳微液滴之前，微液滴本身具有一固有直径，该固有直径比微流体空间的宽度大10％或大20％。因此，在进入芯片时，促使微液滴受到压缩，从而导致球形的微液滴变形，从而通过例如更好的微液滴分裂能力而得到增强的电润湿性能。在一些情况下，第一介电层和第二介电层可以涂覆有疏水涂层，例如氟硅烷。
在一些实施例中，微流体空间包括一个或多个间隔物，该一个或多个间隔物用于将第一壁和第二壁保持分隔开一预定量。间隔物的选项包括珠或柱、由通过光图案化而已经产生的中间抗蚀层创建的脊。替代性地，可以使用诸如氧化硅或氮化硅之类的沉积材料来创建间隔物。替代性地，可以使用膜层(包括带有或不带有粘合剂涂层的柔性塑料膜)来形成间隔物层。可以使用各种不同的间隔物几何形状来形成由成行的柱限定的窄通道、锥形通道或部分封闭的通道。通过精心设计，可以使用这些间隔物来帮助微液滴的变形，随后对变形的微液滴进行微液滴分裂以及作用操作。类似地，这些间隔物可以被用于物理地分离芯片的区，以防止液滴群之间的交叉污染，并且在液压压力下加载芯片时促进液滴沿正确的方向流动。
使用附接到导体层的A/C电力源对第一壁和第二壁进行偏置，以在第一壁和第二壁之间提供电压电势差；适当地在0至50伏的范围内。这些oEWOD结构典型地与电磁辐射源相关联地使用，该第二电磁辐射具有400nm至850nm范围内(例如，550nm、620nm和660nm)的波长且超过光激活层的带隙的能量。适当地，光激活层将在虚拟电润湿电极位置处被激活，其中所采用的辐射的入射强度在0.005W cm-2至0.1W cm-2的范围内。电磁辐射源处于0.005W cm-2至0.1W cm-2的水平，或者可能大于0.005W cm-2、0.0075W cm-2、0.01W cm-2、0.025W cm-2、0.05W cm-2或0.075W cm-2。在一些实施例中，电磁辐射源处于可以小于0.1Wcm-2、0.075W cm-2、0.05W cm-2、0.025W cm-2、0.01W cm-2、0.0075W cm-2、0.005W cm-2或0.0025W cm-2的水平。
在电磁辐射源是像素化的情况下，使用反射屏直接地或间接地适当供应它们，反射屏例如是由来自LED或其他灯的光照明的数字微反射镜装置(DMD)。这使得能够在第一介电层上快速地创建和破坏虚拟电润湿电极位置的高度复杂图案，从而使得能够使用受严格控制的电润湿力来使微液滴沿着基本上任何虚拟路径精确地转向。这种电润湿途径可以被视为由第一介电层上的虚拟电润湿电极位置的连续体构成的。
第一介电层和第二介电层可以包含单一介电材料，或者其可以是两种或更多种介电材料的组合物或复合材料。介电层可以由但不限于Al2O3和SiO2制成。
可以在第一介电层与第二介电层之间提供一结构。第一介电层与第二介电层之间的结构可以由但不限于环氧树脂、聚合物、硅或玻璃、或其混合物或组合物或复合材料制成，具有笔直的、成角度的、弯曲的或微结构化的壁/面。第一介电层与第二介电层之间的结构可以连接到顶复合壁和底复合壁，以创建密封的微流体装置，并且限定该装置内的通道和区域。该结构可以占据两个复合壁之间的间隙。替代地或附加地，导体和电介质可以沉积在已经具有壁的经成形的基底上。
如图1B所图示的oEWOD装置100提供了可替代的oEWOD配置。如图1B所示，oEWOD装置包括第一复合壁102，该第一复合壁102包括：可以由玻璃制成的第一基底104；在基底104上的第一导体层106，该第一导体层106具有在70nm至250nm的范围内的厚度；光激活层108，该光激活层108位于导体层106上由400nm至850nm的波长范围内的电磁辐射激活，该光激活层108具有在300nm至1500nm范围内的厚度；以及在光激活层108上的第一介电层110。第一介电层110被形成为具有小于20nm的厚度的连续层。
如图1B所示的装置100还包括第二复合壁112，该第二复合壁112包括可以由玻璃制成的第二基底114以及在该基底114上的第二导体层116。第二导体可以是透明的。第二导体层116可以具有在70nm至250nm范围内的厚度。第二介电层118可以在第二导体层116上，其中第二介电层118具有小于20nm的厚度。与第一介电层一样，第二介电层必须是连续的，并且厚度的实际下限由制造限制决定，然而该厚度可以在1nm至20nm之间。连续的第一介电层110和第二介电层118的暴露表面隔开20μm至180μm设置，以限定适于容纳微液滴122的微流体空间121。
图1B示出了oEWOD装置100的可替代实施例，其中间隔物层不是由单独的材料形成，而是被形成为第一(有源)基底104内的结构的一部分。由第一导体层106、光激活层108、第一介电层110、填隙结合层124和疏水层126形成的oEWOD装置的子层可以部分地或完全地覆盖间隔物结构的壁。另一实施例是装置100的可替代配置，其中通过第二(无源)基底114的结构化来形成间隔物层。
在一些情况下，可以通过结构化第一基底104和/或第二基底114两者，或者通过使用第一基底104和/或第二基底114中的结构与诸如通道壁120之类的插入材料的组合来形成间隔物，如图1A所图示的。
如图1B所图示的，可以使用入射光130来提供光子画面图案131，其中入射光130对光激活层108的一部分进行照明，以将微液滴122保持在微流体空间121内的静止位置。可以通过装置中的孔136向微液滴122提供油载体相134，以补充关键营养物和成分，从而保持该微液滴122内的内容物(例如，一个或多个细胞)存活和健康。在一些情况下，油相134可以提供用于细胞生长、活力和/或生产能力的关键营养物、培养基、介质和内容物。
参考图2，示出了图1A和图1B的装置的等效电路图。图2表示使用依赖光的电阻器128和电容器129的光激活层。照明降低了电阻器128的电阻，使得电阻器形成导电路径。在光激活层未被照明的“关断”状态区域中，电阻器形成基本上不导电的路径。理想地，在“关断”状态期间向介电层118施加零电压，或者所施加的电压尽可能地接近于零。作为结果，在图2的等效电路图中，光激活层108对电路贡献了相当大的电阻和电容。在理想化的光激活层的情况下，在“关断”状态下，电阻将无限高，并且将留下纯电容元件作为光激活层的代表。实际上，所有的光激活材料在不存在照明的情况下将具有一些电阻，如图2所指示的。相反，在图2所指示的“接通”状态下，对光激活层的照明理想地导致横穿光激活层108的导电路径。这应当有效地消除作为电阻和电容元件的光激活层，并且因此使它们下面的介电层110经受完全施加的电压。在现实的、非理想的光激活层的情况下，因为光激活层108的电阻不会降至零，因此在光激活层的被照明部分中将存在残余电阻。
当在“接通”状态期间施加非零电压时，该电压用于将微液滴122保持在它们的撞击点上，或者驱动微液滴沿着预限定的电润湿路径移动。“接通”状态的电压与“关断”状态的电压之间的差影响可以操纵微液滴的最大速度。
在“接通”状态期间，光激活层108可以向介电层110提供施加的电压，该施加的电压仅通过被照明的光激活层108的残余电阻而衰减，而“关断”状态提供基本上通过未照明的光激活层的电阻而衰减的电压。施加在每个液滴上的电润湿力被微液滴的被照明部分与未照明部分之间的接触角度的差所支配。进而，这些区域中的每一个区域中的接触角度由到达介电层110的施加电压所确定。如此，处于“关断”状态的光激活层108中的残余电阻将直接改变微液滴122的该部分中的接触角度，并且因此改变电润湿力。在等效电路模型中，横跨介电层的所产生的电压降是光激活层108的复阻抗与介电层110的阻抗之间相互作用的结果。在“接通”状态下，为了操纵微液滴的目的，向微液滴提供光。操纵可以包括但不限于微液滴的保持、移动、分裂和合并。电压源140可以向微液滴122提供电压以影响该微液滴122的移动。
图2图示了对“关断”状态的控制及其在图1A和图1B所示的装置的设计优化中的作用。对“关断”状态电压的优化是仅与光学介导的电润湿系统相关的考虑因素。微液滴122的速度至少部分地由“接通”状态电压与“关断”状态电压之间的差决定。理想地，对于光学介导系统，“关断”状态应趋于0V。移动效率还将取决于“接通”状态和“关断”状态中的每个状态期间的绝对电压。在“接通”状态与“关断”状态之间的电压差覆盖润湿程度的相当大的变化的情况下，移动将更加有效。例如，如果“接通”状态为11V，大部分将会被润湿，相比之下，在1V的“关断”状态下，其中阵列完全不润湿。这可以与以下情况形成对比，其中“关断”状态为100V并且阵列被完全润湿，并且因此在110V的“接通”状态下，润湿程度没有变化。这两种情况在“接通”状态电压和“关断”状态电压之间都具有10V的差，但是润湿程度在1V至11V的范围内变化更大。因此，在光学介导系统中，期望最大程度减小“关断”电压，使得可以在“关断”阶段期间进行成像。在该电压范围内，最佳的介电厚度要非常薄。
在优化该装置的设计时已经观察到的另一实验现象是，微液滴在其撞击点周围的随机移动。不希望受到理论的束缚，呈现出当“接通”状态电压与“关断”状态电压之间的对比度减小时，微液滴随机地移动。在“关断”状态电压趋于零(0V)的系统中，随机运动呈现被最大程度减小。这可以结合减小系统的电容并因此提供薄介电层而不是提供现有技术中所教导的非常厚的介电层来实现。
参考图3，示出了电场梯度图，其指示了场的尺寸以及在包括光激活层108的oEWOD装置100内的横跨各个位置的场梯度，如图3所示。特别地，对于装置具有120nm厚度的氧化铝的介电层111的情况、以及对于装置具有小于20nm厚度的氧化铝的介电层110的情况，在被照明区域132、134和未照明区域136、138之间示出电压的大小。电压图是1D模型的输出，该1D模型是通过计算在系统内每个材料边界处的施加电压并且计算横跨每个材料块的电势以及因此场降来构建的。已经横跨装置的子区域在如图1A所示的透明的导体层116与如图1A所示的微液滴122的基部之间的区域中计算该模型，其中，一装置包括具有20nm厚度的介电层110(薄介电装置)，以及一装置包括具有120nm厚度的介电层111(厚介电装置)。
当期望使用全性能的oEWOD装置时，以尽可能高的运动速度和对液滴施加最高水平的力，有必要增加驱动电压，如以下等式所支配：
其中，电润湿力F与装置的电容Cd和接通状态电压Von，d的平方成正比。
用于任何给定装置的最大实际运行电压Vmax受到绝缘层的介电击穿的限制；当高于击穿阈值时，包含液滴的水性材料将发生不期望的电解。
Vmax＝dEBD (等式2)
上面的等式2指示了该最大电压Vmax是介电厚度d和介电击穿强度EBD的乘积。
因此，oEWOD装置可以在略低于击穿阈值的电压下以最大力Fmax最佳地运行：
/>
因此，可以被施加到液滴的最大水平的电润湿力将遵循等式3的比例关系。
然而，对于使用oEWOD驱动液滴运动的特定情况，还存在另一预料外的因素，即液滴运动的速度不是由总的电润湿力决定的，而是由液滴下方的横跨电介质的局部场梯度决定的，特别是在液滴、载体相和活性oEWOD表面之间的三向接触线的附近。oEWOD装置中的液滴运动是由液滴的被照明区域与未照明区域之间的表面能量的不对称性所驱动的；运动是液滴将其表面能量释放到尽可能低的能量状态的结果。因此，被照明区域与未照明区域之间的最大可能的表面能量差确定了液滴运动的速度，该最大可能的表面能量差通过最大程度增加液滴下方的介电层内的场梯度而增加。
对于本领域已知的厚介电装置111和本文公开的薄介电装置110，如之前在图2中所指示的那样，可以计算该局部接触线区域内的场梯度。当两个装置以相同的电压运行时，例如以远低于两个装置的击穿阈值的电压运行时，对于具有薄介电层110的装置来说，横跨微液滴的场梯度实际上更高，尽管在厚介电装置111中存在相同的绝对场。这种横跨微液滴的增加的场梯度导致在固定的运行电压下更快且更受控的液滴运动，这意味着包括如本文所公开的薄介电层110的装置可以在较低的操作电压下有效地运行。
此外，在装置内似乎还存在由场梯度驱动的其他混杂效应。因此，有利的是具有在较低电压下运行的装置，以便减少这些混杂效应，现在将更详细地公开。
除了横跨微液滴的场梯度之外，在周围的载体相中还可能生成电场梯度。载体相是氟碳油(例如，HFE7500)和基于PEG-PFPE的三嵌段表面活性剂的混合物。众所周知，此类表面活性剂可以在芯片的表面上和载体相内形成复杂的分子结构。这些结构将包括芯片界面上的Langmuir-Blodgett膜，并且它将包括二聚体(dimers)、胶束(micelles)、囊泡(Vesicles)和表面活性剂在载体相内的其他超分子结构(SUMO)。在微液滴表面层处和在芯片表面耗尽层处作为游离表面活性剂、作为低聚物(oligomer)存在的表面活性剂分子之间将在载体相内形成多向平衡条件。这些状态中的任何一种状态与任何其他状态之间的转换都是可能的，因为它们都处于直接流体连通。在图4中通过框图图示说明了这种平衡以及状态之间的相关联的交互。
如图4所示，图示示出了包括表面层142的芯片表面140、表面活性剂胶束144、游离表面活性剂146和微液滴表面层148之间的界面的图。如图4中的箭头所指示的，表面活性剂分子141可以在芯片界面142上的状态、液滴界面148上的状态、和在溶液中的两种状态(以游离表面活性剂的形式，作为分离的分子146和作为诸如胶束和二聚体之类的超分子结构144)之间转换。
载体相内场梯度的存在引起第二种预料外的效应，即非液滴化材料的介电泳，特别是由载体相中的表面活性剂形成的超分子结构(例如，胶束144、囊泡和低聚物)的介电泳。在液滴1 48和液滴表面150之间的接触线周围，水性液滴148将扭曲局部场，从而提供梯度，并且使得该梯度内的超分子结构将被快速添加到液滴表面150。还可能存在SUMO朝向芯片表面140的较慢漂移。鉴于液滴已经被电润湿力扭曲，迫使表面活性剂表面扭曲并可能起皱，诱导超载的表面活性剂层聚结成胶束，该胶束将通过毛细管折断而被排出，从而提供推力。一旦液滴开始移动，它就会通过平流遇到胶束，并且相同的DEP力迅速将它们分层到前导表面上。在微液滴的后表面处，表面活性剂由于液滴表面流动而积聚，导致表面推力。这是反馈循环，其可以给出数cm s-1的速度。在去除施力场之后，微液滴的后表面将在表面活性剂中保持各向异性分层持续相当长的时间。
这种场梯度驱动加速的结果是，微液滴将通过不由光学电润湿控制确定的力移动；它在未照明区域和部分照明的微液滴中引起。它可以表现为微液滴以不受控制的方式移动。在极端情况下，这种不受控制的运动可能会使微液滴从其保持子画面脱离，并将它们在芯片内移动相当长的距离。由于这种不希望的效应而移动的微液滴会破坏装置内其他微液滴的保留。
在图5A和图5B进一步图示该效应以及本发明为了减轻该效应而采取的最佳行为，图5A和图5B示出了一系列延时显微照片，其图示了两个不同装置上的液滴运动。薄介电装置(图5A)和厚介电装置(图5B)两者已经被填充有直径为约70um的水性液滴152，然后该水性液滴152被捕获在oEWOD照明点或子画面154上，并且通过光和施加到装置的导体层的外部电压(附图中未示出)的组合而被保持在装置内。
图5A中的液滴152在具有大约20nm的介电层厚度的薄介电装置中在5V的电压下保持静止。在这些条件下，可以使装置在oEWOD控制下横跨表面以超过4mm/s移动液滴152。延时序列中的三幅图像相隔1秒拍摄，并且在该时间间隔中，液滴移动距离子画面154的距离小于其直径的1/10。当液滴152被保留时，液滴152围绕中心光保持点或子画面154几乎没有运动。
图5B示出了在如本领域已知的具有120nm的介电层厚度的厚介电装置上运行类似测试的结果。该装置在10V的AC偏压下运行，并且液滴运动速度可以高达3mm/s。然而，在这些条件下，当使用oEWOD力将液滴152保留在静止位置时，在保持子画面154周围存在相当大程度的液滴运动。图5B的延时图像再次以1秒的间隔拍摄，但是在该时间帧内，液滴152已经通过周围载体相中所包含的超分子表面活性剂结构的介电泳效应而基本上从其保持点154移位。在运动的最末端，液滴152远离子画面154移位多达其直径的一半。如图5B所图示的在具有厚介电层的装置上的这种有害影响没有在如图5A所图示的具有薄介电层(即，小于20nm的厚度)的装置中观察到。
鉴于本公开，本发明的各种其他方面和实施例对于本领域技术人员来说将是明显的。
本文使用的“和/或”应被视为两个指定特征或部件中的每一个带有其他特征或不带有其他特征的具体公开。例如，“A和/或B”应被视为(i)A、(ii)B、以及(iii)A和B中的每一个的具体公开，就像每一个在本文中被单独列出一样。
除非上下文另有指示，否则上述特征的描述和限定不限于本发明的任何特定方面或实施例，并且同样适用于所描述的所有方面和实施例。
本领域技术人员还应当理解，虽然已经参考若干实施例通过示例的方式描述了本发明，但是本发明不限于所公开的实施例，并且可以在不脱离如所附权利要求所限定的本发明范围的情况下构建替代性的实施例。

Claims (30)

1.一种使用光学介导的电润湿来操纵微液滴的装置，所述装置包括由以下复合壁界定的微流体空间：
·第一复合壁，所述第一复合壁包括：
·第一基底；
·在所述基底上的第一导体层；
·在所述第一导体层上的光激活层；和
·在所述光激活层上的具有小于20nm厚度的连续的第一介电层；
·第二复合壁，所述第二复合壁包括：
·第二基底；和
·在所述基底上的第二导体层。
2.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述第二复合壁还包括在所述第二导体层上的具有小于20nm厚度的连续的第二介电层。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括：
·AC源，所述AC源用于横跨连接所述第一导体层和所述第二导体层的所述第一复合壁和所述第二复合壁提供电压；
·至少一个电磁辐射源，所述电磁辐射具有高于第一光可激发层的带隙的能量，适于撞击在所述光激活层上，以在所述第一介电层的表面上诱发相应的短暂电润湿位置；和
·微处理器，所述微处理器用于控制所述电磁辐射源，以操纵所述电磁辐射在所述光激活层上的撞击点，从而改变所述短暂电润湿位置的布置，由此创建至少一个电润湿路径，能够促使所述微液滴沿着所述至少一个电润湿路径移动。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括设置在所述第一介电层和/或所述第二介电层上的氧化硅的填隙层。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述填隙层的厚度在0.1nm至5nm之间。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述第一复合壁的暴露表面和所述第二复合壁的暴露表面被设置成分隔开小于200μm，以限定适于容纳所述微液滴的微流体空间。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述微流体空间为从2μm至50μm。
8.根据权利要求1至7所述的装置，其中，所述第一复合壁的暴露表面和所述第二复合壁的暴露表面包括一个或多个间隔物，所述一个或多个间隔物用于将所述第一壁和所述第二壁保持分隔开预定量，以限定适于容纳所述微液滴的微流体空间。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述AC源被配置为横跨连接所述第一导体层和所述第二导体层的所述第一复合壁和所述第二复合壁提供在0V与50V之间的电压。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述第一复合壁和所述第二复合壁还包括分别位于所述第一介电层和所述第二介电层上的第一防污层和第二防污层。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述第一介电层上的防污层和所述第二介电层上的防污层是疏水性的。
12.根据权利要求3至11中的任一项所述的装置，其中，所述一个或多个电磁辐射源包括像素化的阵列，光从所述阵列反射或投射穿过所述阵列。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括光电检测器，所述光电检测器用于检测位于所述装置内的微液滴中的光学信号或所述装置下游的微液滴中的光学信号。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括用于生成包含水性微液滴在不混溶的载体流体中的乳化液的介质的上游入口。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括用于诱导包含水性微液滴在不混溶的载体流体中的乳化液的介质经由进入所述微流体空间的入口端口流动通过所述微流体空间的上游入口。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述第一复合壁和所述第二复合壁限定两者之间的所述微流体空间，并且形成盒或芯片的外围。
17.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括彼此并行延伸的多个第一电润湿路径。
18.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括多个第二电润湿路径，所述多个第二电润湿路径适于与所述第一电润湿路径相交以创建至少一个微液滴聚结位置。
19.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括用于将所述微液滴引入到所述微流体空间中的上游入口，其中，所述微液滴的直径比所述微流体空间的宽度大20％以上。
20.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述第二复合壁还包括第二光可激发层，并且所述电磁辐射源还撞击在所述第二光可激发层上，以创建也能够变化的短暂电润湿位置的第二图案。
21.根据权利要求8所述的装置，其中，所述间隔物的物理形状用于帮助微液滴在所述装置中的分裂、合并和伸长。
22.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述电磁辐射源是LED光源。
23.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述电磁辐射源为0.005W cm-2至0.1W cm-2的水平。
24.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述第一基底上的所述第一导体层是透明的，并且具有在70nm至250nm范围内的厚度。
25.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述光激活层由波长范围为400nm至1000nm的电磁辐射激活。
26.一种盒，包括：
储存器，所述储存器容纳液体样品；
乳化器，所述乳化器位于具有所述储存器的流体回路中，所述乳化器被配置为生成包含水性微液滴在不混溶的载体流体中的乳化液的介质；
入口通道，所述入口通道设置在所述乳化器的下游，其中，所述入口通道被配置为从所述乳化器接收包含水性微液滴在所述不混溶的载体流体中的所述乳化液的所述介质；
根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述装置至少包括入口端口，并且所述装置与所述入口通道流体连通；和
泵送系统，所述泵送系统被设置为用于诱导所述液体样品流动到所述乳化器、和/或用于诱导包含水性微液滴在所述不混溶的载体流体中的所述乳化液的所述介质流动通过所述装置。
27.根据权利要求26所述的盒，还包括设置在所述装置的所述入口端口处的一个或多个阀，其中，所述阀控制包含水性微液滴在所述不混溶的载体流体中的所述乳化液的所述介质流动通过所述装置。
28.根据权利要求27所述的盒，其中，所述乳化器是分级乳化器。
29.根据权利要求26、27或28所述的盒，其中，设置多个乳化器，每个乳化器均设置有相应的入口通道。
30.一种根据前述权利要求中的任一项所述的装置或盒的用途。
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