DE102008019585A1

DE102008019585A1 - Flüssigkeitstransport durch Elektrobenutzung mittels effektiver Elektrodenanordnung

Info

Publication number: DE102008019585A1
Application number: DE200810019585
Authority: DE
Inventors: Frank Bartels; Andriy Bitman; Dieter Jerosch
Original assignee: Advanced Display Technology AG
Current assignee: Advanced Display Technology AG
Priority date: 2008-04-18
Filing date: 2008-04-18
Publication date: 2009-11-19
Anticipated expiration: 2028-04-19
Also published as: DE102008019585B4

Abstract

Die Erfindung betrifft das Bewegen und Transportieren eines Flüssigkeitstropfens mit Hilfe des Effektes der Elektrobenetzung. Kern der Erfindung ist dabei die Anordnung von jeweils mindestens zwei Elektrodengruppen in zwei parallel zueinander verlaufenden Ebenen, wobei die Verschaltung und Ansteuerung der Elektrodengruppen in einer besonders effizienten Art und Weise erfolgt. Dementsprechend wird eine Anordnung von Elektroden vorgeschlagen, bei welcher eine Mehrzahl von in zwei Ebenen (1), (2) in Bewegungsrichtung zueinander versetzt angeordneten Elektroden vorliegt, die innerhalb jeder Ebene in mindestens zwei elektrisch zusammenhängenden und einander abwechselnden Gruppen (X), (Y) bzw. (A), (B) angeordnet sind. Außerdem wird ein Verfahren zum Bewegen bzw. Transportieren von Flüssigkeitstropfen unter Benutzung des Effektes der Elektrobenetzung und unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgeschlagen, welches nach einer ersten Ausführungsform eine besonders glatte Bewegung des Flüssigkeitstropfens ermöglicht und welches nach einer zweiten Ausführungsform durch einen besonders geringen Schaltungsaufwand in der Ansteuerung der Elektroden der Ebene (1) gekennzeichnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Elektroden zum uni- oder bidirektionalen Bewegen von Flüssigkeitstropfen unter Benutzung des Effektes der Elektrobenetzung. Mit Hilfe dieses Effektes können Flüssigkeitstropfen, welche eine definierte Oberflächenenergie besitzen, die durch ein elektrisches Feld eine Änderung erfährt, bewegt und ggf. transportiert werden.
Genauer betrifft die Erfindung geometrische Anordnungen von Elektroden, die dazu geeignet sind, Flüssigkeitstropfen unter Benutzung des Effektes der Elektrobenetzung zu Bewegen bzw. zu transportieren, wobei der hierzu notwendige Schaltungsaufwand minimiert sein soll, und ein Verfahren zum Bewegen von Flüssigkeitstropfen, welches sich durch eine möglichst geringe Anzahl von anzusteuernden Elektroden, also eine effektive Elektrodenanordnung, auszeichnet.
Unter dem Begriff „Elektrobenetzung” (engl. „electrowetting”) wird die Auswirkung des Effektes eines elektrischen Feldes auf die Oberflächenenergie einer Flüssigkeit verstanden. Flüssigkeiten, die für diesen Effekt nutzbar sind, haben die Eigenschaft, ihre Oberflächenenergie bei Auftreten eines elektrischen Feldes zu ändern. Im Normalfall sinkt die Oberflächenenergie bei steigender Feldstärke. Durch Verringerung der Oberflächenenergie breitet sich die Flüssigkeit auf einer den Tropfen zunächst abstoßenden Oberfläche auf, die bevorzugt gleichzeitig eine Elektrode darstellt.
Die Änderung der Oberflächenenergie zieht im Falle eines einzelnen Tropfens eine Änderung des Kontaktwinkels nach sich, mit welchem der Tropfen die Unterlage benetzt. Der Zusammen hang zwischen der Feldstärke und der Änderung des Kontaktwinkels wird durch die Lippmann-Young-Gleichung beschrieben und ist dem Fachmann bekannt.
Durch eine lokale Variation der elektrischen Feldstärke von Null bis zu einem Maximalwert kann demnach die lokale Oberflächenenergie der Flüssigkeit modifiziert und somit die Geometrie eines Tropfens lokal verändert werden. Insbesondere kann durch das Herstellen einer lokal verringerten Oberflächenenergie eine Bewegung des Tropfens erfolgen, indem sich dieser bevorzugt in den entsprechenden, durch das Vorhandensein eines elektrischen Feldes gekennzeichneten Bereich ausdehnt. Umgekehrt wird Flüssigkeit aus dem Bereich unbeeinflusster und somit hoher Oberflächenenergie herausgesogen, da in diesem Bereich der Tropfen der energieärmsten Geometrie, nämlich der einer Kugelform, zustrebt. Daraus resultiert ein Nettotransport von Flüssigkeit aus dem Bereich geringer in den Bereich hoher Feldstärke.
Stand der Technik und Nachteile
Um den Transport von Flüssigkeit nach dem Effekt der Elektrobenetzung zu erreichen, muss eine lokale Variation der Oberflächenenergie vorhanden sein. Hierzu muss das elektrische Feld seinerseits lokal variierbar sein. Dies wiederum wird gewöhnlich dadurch erreicht, dass eine Mehrzahl von Elektroden derart in der Umgebung der Flüssigkeit bzw. des betreffenden Flüssigkeitstropfens angeordnet ist, dass die Flächen der einzelnen Elektroden geringer sind als die von der Flüssigkeit bzw. dem betreffenden, zu bewegenden Flüssigkeitstropfen benetzten Flächen. Hierzu sind sowohl uni- als auch biplanare Anordnungen von Elektroden bekannt.
In einer uniplanaren Anordnung von Elektroden wird die gewünschte Variation des elektrischen Feldes gewöhnlich dadurch erreicht, dass beispielsweise streifenförmige Elektroden benutzt werden, die in ihrer Längserstreckung quer zur gewünschten Bewegungsrichtung des Tropfens verlaufen. Diese sind dabei so bemessen, dass sie in ihrer in die gewünschte Bewegungsrichtung weisenden Erstreckung deutlich schmäler sind als der zu bewegende Tropfen in seiner Länge, also in seiner in Bewegungsrichtung weisenden Erstreckung. Dadurch ist jederzeit gewährleistet, dass ein Teil wie z. B. ein Ende des Flüssigkeitstropfens in der Nähe einer ersten Elektrode angeordnet ist, wohingegen andere Teile des Flüssigkeitstropfens in der Nähe einer zweiten oder weiteren Elektrode angeordnet sind. Durch gezielte Ansteuerung genau der Elektrode, welche sich an demjenigen Ende des Flüssigkeitstropfens befindet, in dessen Richtung die Bewegung erfolgen soll, wird die Oberflächenenergie entsprechend lokal verändert (vermindert), so dass sich der Tropfen in die Richtung dieser verminderten Oberflächenenergie bewegt.
Andere, uniplanare Vorrichtungen des Standes der Technik benutzen anstelle streifenförmiger Elektroden Anordnungen derselben in einer meist regelmäßigen Matrix, so genannte Elektrodenarrays. Dabei ist gewöhnlich jede Einzelelektrode der Matrix einzeln ansteuerbar, so dass besonders feinfühlige und geometrisch aufwändigere Bewegungen bzw. Geometrieveränderungen des zu bewegenden Flüssigkeitstropfens möglich werden. So kann neben der linearen Bewegung des Tropfens auch eine Streckung, Stauchung, Abflachung und dergleichen erreicht werden. Auch das Dirigieren eines länglichen Tropfens entlang bestimmter Bahnen, die nicht durch Seitenwände begrenzt sein müssen, ist so möglich.
Die erfindungsgemäß notwendige Gegenelektrode wird dabei häufig durch die Umgebung gebildet, in welcher die Vorrichtung ausgebaut ist (unipolare Variante). Die Feldlinien verlaufen dabei von den Elektroden der Vorrichtung in den freien Raum und verlassen somit den Innenraum der Vorrichtungen. Alternativ können die Gegenelektroden auch abwechselnd mit den (Haupt-)Elektroden in einer Ebene angeordnet sein, so dass sich die Feldlinien im Bogen von den Elektroden der einen zu den Elektroden der anderen Gruppe spannen (bipolare uniplanare Variante).
Weiterhin sind derartige Vorrichtung bekannt, in denen die Gegenelektroden in einer zweiten Ebene ober- oder unterhalb zu den (Haupt-)Elektroden angeordnet sind (bipolare biplanare Variante). Hier verlaufen die Feldlinien dann im Wesentlichen senkrecht von den Oberflächen der jeweils einen Elektrodengruppe zu den Oberflächen der jeweils anderen Elektrodengruppe, verlassen jedoch im Normalfall das Innere der Vorrichtungen nicht. In diesem zuletzt beschriebenen Fall besitzt jede der Hauptelektroden auch eine eigene entsprechende Gegenelektrode. Zur Beeinflussung des elektrischen Feldes werden die Haupt- und die entsprechende Gegenelektrode so geschaltet, das sich zwischen ihnen ein elektrisches Feld ausbildet. Der zu bewegende bzw. zu transportierende Flüssigkeitstropfen bewegt sich dann aufgrund der verminderten Oberflächenenergie in Richtung dieses lokal erzeugten Feldes.
In den beschriebenen Fällen, in welchen die Feldlinien das Innere der Vorrichtungen verlassen, kann es passieren, dass sich bei Veränderung der Umgebung der Vorrichtungen und somit der entsprechenden Gegenelektrode auch das Feld im Inneren der jeweiligen Vorrichtung ändert. Dies ist insofern nachteilig, als dass eine unkontrollierbare, von außen wirkende und zufällige Veränderung des elektrischen Feldes zu einem unkontrollierten Verhalten bei der gewünschten Bewegung beziehungsweise dem gewünschten Transport der Flüssigkeitstropfen im Inneren der Vorrichtungen führt.
In anderen, oben beschriebenen Beispielfällen ist die Anzahl der Elektroden hoch, die einzeln anzusteuern sind. Gleiches gilt auch für den schaltungstechnischen Aufwand, welcher für diese Ansteuerung zu betreiben ist. Im zweitbeschriebenen Fall wird sogar eine an die Bildschirmtechnologie anlehnende Ansteuerung der einzelnen Elektroden benötigt, um die komplexen Bewegungen auszuführen, da bei Ansteuerung einer einzelnen, oft sehr viel kleiner als der Flüssigkeitstropfen ausfallenden Elektrode kaum ein oder kein nutzbarer Effekt zu beobachten ist. Diese Schaltungen wie auch die hohe Anzahl von Elektroden und Zuleitungen sind für einfache Fälle zu komplex und mit unnötig hohen Kosten in der Herstellung der Komponenten (Elektroden, Schaltung, Zuleitungen) verbunden.
Ebenfalls ein hoher Aufwand ist bei dem oben beschriebenen Fall der biplanaren Elektrodenanordnungen notwendig, sofern die Gegenelektroden einzeln in Verbindung mit den jeweiligen Hauptelektroden angesteuert werden müssen.
Ein weiteres, generelles Problem bei der Anwendung des Effektes der Elektrobenetzung ist die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen einander benachbarter bzw. gegenüberliegender Elektroden. Die Durchschlagfestigkeit der zwischen den jeweiligen Elektroden befindlichen Flüssigkeit ist begrenzt. Die Gefahr eines Durchschlags steigt außerdem mit abnehmendem Elektrodenabstand. Insbesondere in hoch miniaturisierten Anwendungen ist es daher wünschenswert, die zum Betrieb der Vorrichtung notwendige Spannung so gering wie möglich zu halten.
Aufgabe der Erfindung und Lösung
Die Aufgabe der Erfindung ist demnach die Bereitstellung einer Vorrichtung zum uni- oder bidirektionalen Bewegen von Flüssigkeiten bzw. Flüssigkeitstropfen mit Hilfe des Effektes der Elektrobenetzung, bei der die Gestaltung der die lokale Änderung des elektrischen Feldes hervorrufenden Elektroden möglichst einfach ist, und bei der außerdem eine möglichst einfache Ansteuerung der Elektroden zu der gewünschten Bewegung bzw. dem gewünschten Transport der Flüssigkeit bzw. des Flüssigkeitstropfens führt, wobei die zum Betrieb der Vorrichtung notwendigen Spannungen im Vergleich zum Stand der Technik minimiert bzw. die Durchschlagfestigkeit maximiert sind bzw. ist.
Die Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 vorgeschlagene Vorrichtung sowie das in Anspruch 10 bzw. 11 vorgeschlagene Verfahren gelöst.
Dementsprechend wird eine Anordnung von Elektroden vorgeschlagen, bei welcher eine Mehrzahl von in zwei Ebenen 1, 2 in Bewegungsrichtung zueinander versetzt angeordneten Elektroden vorliegt, die innerhalb jeder Ebene in mindestens zwei elektrisch zusammenhängenden und einander abwechselnden Gruppen X, Y bzw. A, B angeordnet sind.
Außerdem wird ein Verfahren zum Bewegen bzw. Transportieren von Flüssigkeitstropfen unter Benutzung des Effektes der Elektrobenetzung und unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgeschlagen, welches nach einer ersten Ausführungsform eine besonders glatte Bewegung des Flüssigkeitstropfens ermöglicht, und welches nach einer zweiter Ausführungsform durch einen besonders geringen Schaltungsaufwand in der Ansteuerung der Elektroden der Ebene 1 gekennzeichnet ist.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den Figuren zu entnehmen.
Beschreibung
Die Erfindung betrifft das Bewegen und Transportieren eines Flüssigkeitstropfens mit Hilfe des Effektes der Elektrobenetzung. Kern der Erfindung ist dabei die Anordnung von jeweils mindestens zwei Elektrodengruppen in zwei parallel zueinander verlaufenden Ebenen, wobei die Verschaltung und Ansteuerung der Elektrodengruppen in einer besonders effizienten Art und Weise erfolgt.
Dementsprechend umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine erste Ebene 1 mit mehreren Gruppen X, Y, ..., jeweils einer Mehrzahl von Basiselektroden X_i, Y_i, ..., wobei der Index i beispielsweise bei 1 beginnt und schrittweise um 1 erhöht wird. Die Elektroden werden Basiselektroden genannt, weil sie je nach Ausführungsform unabhängig von den im folgenden beschriebenen Steuerelektroden angesteuert werden können und daher gewissermaßen die „Basis” der Ansteuerung bilden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst daher weiter eine zweite Ebene 2 mit mehreren Gruppen A, B, ..., jeweils einer Mehrzahl von Steuerelektroden A_i, B_i, .... Diese Elektroden werden Steuerelektroden genannt, weil sie vornehmlich für die eigentliche Steuerung der Bewegung des Flüssigkeitstropfens zuständig sind.
Erfindungsgemäß verlaufen die Ebenen 1 und 2 in einem Ebenenabstand 3 im Wesentlichen parallel zueinander, und alle Elektroden X_i, Y_i, ..., A_i, B_i, ... weisen im Wesentlichen ebene Wirkflächen auf. Im Wesentlichen bedeutet, dass derjenige Teil einer Elektrode, der in Richtung des Flüssigkeitstropfens weist, eine flächige Ausprägung hat, wobei Vertiefungen, Erhöhungen, oder Veränderungen im Querschnitt statthaft sind, solange der flächige Charakter der Elektrode gewahrt bleibt.
Erfindungsgemäß sind nun alle Elektroden einer Gruppe X, Y, ..., A, B, ... elektrisch miteinander verbunden und jeweils gemeinsam ansteuerbar. Elektrisch miteinander verbunden bedeutet, dass alle Elektroden einer bestimmten Gruppe mittels elektrischer Leitungen verbunden sind. Jeweils gemeinsam ansteuerbar bedeutet, dass sie beispielsweise mittels eines gemeinsamen Schalters mit einer Spannungsquelle oder einem Nullleiter verbunden oder davon getrennt werden können.
Erfindungsgemäß ist es außerdem vorgesehen, dass die einzelnen Elektroden der Gruppen innerhalb einer Ebene einander regelmäßig abwechseln. Das bedeutet, dass beispielsweise innerhalb der Ebene 1, in der beispielsweise die Gruppen X und Y angeordnet sind, zunächst eine erste Elektrode X₁ der Gruppe X angeordnet ist, die (in Längserstreckung eines Kanals, in welchem der Transport des Flüssigkeitstropfens erfolgen soll) von einer ersten Elektrode Y₁ der Gruppe Y gefolgt wird. Sodann schließt sich eine zweite Elektrode X₂ der ersten Gruppe X an, welche von einer zweiten Elektrode Y₂ der zweiten Gruppe Y gefolgt wird, usw. Analog dazu sind in der zweiten Ebene 2 die Elektroden beispielsweise nach dem Muster A₁, B₁, A₂, B₂, usw. angeordnet. Es ist klar, dass bei einer größeren Anzahl von Gruppen auch eine entsprechend größere Anzahl von Elektroden aufeinander folgt, bis sich das Muster wiederholt. Umfasst eine Ebene beispielsweise drei Gruppen A, B und C, so ist die entsprechende Abfolge A₁, B₁, C₁, A₂, B₂, C₂, usw..
Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen, dass der Flüssigkeitstropfen und/oder der Elektrodenabstand 4 bzw. 6 der Elektroden der ersten 1 bzw. zweiten 2 Ebene derart bemessen sind bzw. ist, dass der Flüssigkeitstropfen ohne Einwirkung des Elektrobenetzungseffektes mindestens zwei benachbarte Elektroden der zweiten und/oder ersten Ebene gleichzeitig mindestens teilweise überdeckt. Mit anderen Worten muss sichergestellt sein, dass der Tropfen die Möglichkeit hat, innerhalb einer Ebene in den Wirkungsbereich mindestens zweier Elektroden zu gelangen. Andernfalls kann es passieren, dass der Tropfen, wenn er sich in einer ungünstigen Position befindet, nicht ausreichend von dem für die Bewegung zuständigen elektrischen Feld erreicht ist, so dass sich auch keine Bewegung des Flüssigkeitstropfens einstellt. Zur Erreichung dieses Ziels muss der Abstand zweier benachbarter Elektroden in einer Ebene entsprechend klein bemessen sein.
Während prinzipiell innerhalb einer Ebene eine beliebige Anzahl von Gruppen denkbar ist, ist es besonders bevorzugt, dass die erste Ebene 1 genau zwei Gruppen von Basiselektroden X, Y, und die zweite Ebene 2 ebenfalls genau zwei Gruppen von Steuerelektroden A, B umfasst. Diese Anzahlen stellen eine Minimalkonfiguration dar, und es ist klar, dass zur Erreichung des Ziels einer besonders effizienten Ansteuerung und Konstruktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine möglichst geringe Anzahl von anzusteuernden Gruppen von Vorteil ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Breite des Elektrodenzwischenraums 6 bzw. 4 zwischen den Elektroden der ersten bzw. zweiten Ebene 1 bzw. 2 möglichst gering bemessen, während die Elektrodenbreite 7 bzw. 5 der Elektroden derselben Ebene möglichst groß ausfällt. Mit anderen Worten, bevorzugt sind möglichst große Elektroden mit kleinen Zwischenräumen. Auf diese Weise wird eine Auskleidung von nahezu 100% der Fläche einer Ebene mit Elektroden, und von weiteren nahezu 0% der Fläche ohne Elektroden (mit Elektrodenzwischenräumen) erreicht. Selbstverständlich ist dabei sicherzustellen, dass die Zwischenräume noch so groß ausfallen, dass der Tropfen nicht ungewollt durch das elektrische Feld beeinflusst wird. Gleichzeitig muss sichergestellt sein, dass kein Kurzschluss zwischen den Elektroden einer Ebene auftreten kann. Dies wird jedoch bereits dadurch erreicht, dass erfindungsgemäß zu keinem Zeitpunkt nebeneinander liegende Elektroden mit unterschiedlichen Potenzialen beaufschlagt werden. Vielmehr ist die Nachbarelektrode einer eingeschalteten Elektrode dann gerade von jeglichem Potenzial getrennt und insofern als Isolator zu betrachten.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Breite des Elektrodenzwischenraums 6 bzw. 4 und die Elektrodenbreite 7 bzw. 5 aller Elektroden jeweils einer Ebene 1 bzw. 2 im Wesentlichen gleich bleibt. Das bedeutet, dass sich die Breite der Elektroden und der Elektrodenzwischenräume innerhalb einer Ebene nicht ändert. Allerdings kann es in bestimmten Fällen vorteilhaft sein, von dieser Gleichmäßigkeit anzuweichen, insbesondere dann, wenn sich der Kanalquerschnitt ändert, da sich dabei auch die Längsausdehnung des zu transportierenden Flüssigkeitstropfens aufgrund seines unveränderten Volumens ändern wird, was zu einer Änderung des Überdeckungsgrades in Bezug auf die Elektroden führt. In diesem Fall kann beispielsweise bei einer Kanalverbreiterung eine Verringerung der (in Längsausdehnung des Kanals gemessenen) Elektrodenbreite und/oder des Elektrodenzwischenraums von Vorteil sein.
Am meisten bevorzugt ist eine Ausführungsform, nach der die Summe aus Elektrodenzwischenraum 6 und Elektrodenbreite 7 in der ersten Ebene 1 gerade der Summe aus Elektrodenzwischenraum 4 und Elektrodenbreite 5 in der zweiten Ebene 2 entspricht. Das bedeutet, dass der Intervall, der sich aus einer Elektrode und dem darauf folgenden Elektrodenzwischenraum ergibt, in beiden Ebenen gleich bleibt. Auf diese Weise ist eine besonders einfache Ansteuerung der Elektroden zwecks Bewegen und Transportieren des Flüssigkeitstropfens möglich. Dabei ist es ebenfalls besonders bevorzugt, dass die Elektrodenzwischenräume 4 der Elektroden A, B, ... der zweiten Ebene 2 mittig über den Elektroden X, Y, ... der ersten Ebene 1 angeordnet sind. Mit anderen Worten, dort, wo sich in einer Ebene eine Elektrode befindet, ist in der anderen Ebene gerade ein Elektrodenzwischenraum angeordnet, und umgekehrt. Im Falle der Gleichheit des Intervalls in erster und zweiter Ebene bleibt demnach auch die einmal erreichte regelmäßige Anordnung erhalten. Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Flüssigkeitstropfen in eine Trägerflüssigkeit oder in ein Gas bzw. Gasgemisch eingebettet ist, mit welcher bzw. welchem er ein Zweiphasengemisch bildet. Als Trägerflüssigkeit kommt beispielsweise eine wässrige Lösung oder ein Öl in Frage, je nachdem, aus welchem Material der Flüssigkeitstropfen beschaffen ist. Als Gase kommen insbesondere Schutzgase oder Luft in Frage.
Es ist erfindungsgemäß außerdem bevorzugt, dass auf den Elektroden und/oder den Elektrodenzwischenräumen philisierende und/oder phobisierende Beschichtungen angeordnet sind. Für den beispielhaften Fall eines aus einer wässrigen Lösung bestehenden Flüssigkeitstropfens ist es vorteilhaft, wenn sowohl die Elektroden als auch die Elektrodenzwischenräume hydrophob beschichtet sind. Ansonsten würde sich der Flüssigkeitstropfen von vornherein zu leicht auf den Elektroden und -zwischenräumen ausbreiten, so dass eine anschließende, ausreichend starke Beeinflussung durch ein elektrisches Feld bei Einschalten der Elektroden kaum zu erreichen wäre.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass sie eine Mehrzahl paralleler Kanäle umfasst, die in ihrer Längserstreckung Steuerelektroden der Ebene 2 umfassen, und die außerdem streifenförmige Basiselektroden der Ebene 1 umfassen, welche derart angeordnet sind, dass sie senkrecht zur Längserstreckung der Kanäle verlaufen und alle Kanäle gleichzeitig durchziehen. Es handelt sich hierbei also um eine matrixhafte Anordnung der Elektroden der zweiten Ebene, wobei die Matrix aus Zeilen aufgebaut ist, die die Elektroden der zweiten Ebene (Steuerelektroden) beinhalten. Die zur Bewegung ebenfalls nötigen Basiselektroden erstrecken sich nicht nur in einen einzigen Kanal hinein, sondern verlaufen quer zur Längserstreckung der Kanäle durch alle Kanäle hindurch, so dass eine Ansteuerung einer Basiselektrodengruppe sich in allen von ihr durchzogenen Kanälen bemerkbar macht. Trotzdem ist es erfindungsgemäß möglich, nur Tropfen in bestimmten Kanälen zu bewegen, da hierzu auch die entsprechenden Steuerelektroden angesteuert werden müssen, welche für jeden Kanal einzeln ansteuerbar sind. Während also nur zwei Basiselektrodengruppen für die gesamte Vorrichtung nötig sind, sind für jeden Kanal (mindestens) zwei Steuerelektrodengruppen vorzusehen.
Die Erfindung schlägt außerdem ein Verfahren zum Bewegen und Transportieren von Flüssigkeitstropfen mit Hilfe des Effektes der Elektrobenetzung unter Verwendung einer Mehrzahl von in zwei Ebenen 1, 2 in Bewegungsrichtung zueinander versetzt angeordneten Elektroden vor, die innerhalb jeder Ebene in mindestens zwei elektrisch zusammenhängenden und einander abwechselnden Gruppen X, Y bzw. A, B vorliegen. Dies entspricht im Wesentlichen der weiter oben beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung. Um nun die Bewegung eines Flüssigkeitstropfens von einer Elektrode der Gruppe A zu einer Elektrode der Gruppe B zu erreichen, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte:

– Schalten aller Elektroden der ersten Gruppe A der zweiten Ebene 2, so dass sich der Flüssigkeitstropfen im Wesentlichen auf einer Elektrode dieser Gruppe A befindet;
– Schalten aller Elektroden der ersten Gruppe Y der ersten Ebene 1;
– Abschalten der Elektroden der ersten Gruppe A der zweiten Ebene 2;
– Schalten aller Elektroden der zweiten Gruppe B der zweiten Ebene 2;
– Abschalten der Elektroden der ersten Gruppe Y der ersten Ebene 1, so dass sich der Flüssigkeitstropfen im Wesentlichen auf einer Elektrode der Gruppe B befindet.

Durch die erfindungsgemäße Abfolge des Ein- und Ausschaltens der einzelnen Elektrodengruppen bewegt sich der Flüssigkeitstropfen von einer Elektrode der Gruppe A zu einer Elektrode der Gruppe B, wobei beide Elektrodengruppen definitionsgemäß in der Ebene 2 angeordnet sind.
Soll der Flüssigkeitstropfen weiter zu einer nächsten Elektrode der ersten Gruppe A bewegt werden, so ist das Muster zu wiederholen, wobei die entsprechenden Elektrodengruppen zu vertauschen sind. Die Gruppe A wird demnach mit der Gruppe B, und die Gruppe Y mit der Gruppe X vertauscht.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird folgendes Schaltungsschema verwendet, wobei die Bewegung von einer Elektrode der Gruppe A zu einer benachbarten Elektrode derselben Gruppe A erfolgt:

– Schalten aller Elektroden der ersten Gruppe A der zweiten Ebene 2 und aller Elektroden der zweiten Gruppe Y der ersten Ebene 1, so dass sich der Flüssigkeitstropfen im Wesentlichen zwischen den Elektroden dieser beiden Gruppen A, Y befindet;
– Abschalten aller Elektroden der ersten Gruppe A der zweiten Ebene 2 und Anschalten aller Elektroden der zweiten Gruppe B der zweiten Ebene 2;
– Abschalten aller Elektroden der zweiten Gruppe Y der ersten Ebene 2 und Anschalten aller Elektroden der ersten Gruppe X der ersten Ebene 2;
– Abschalten aller Elektroden der zweiten Gruppe B der zweiten Ebene 2 und Anschalten aller Elektroden der ersten Gruppe A der zweiten Ebene 2;
– Abschalten aller Elektroden der zweiten Gruppe X der ersten Ebene 1 und Anschalten aller Elektroden der zweiten Gruppe Y der ersten Ebene 1, so dass sich der Flüssigkeitstropfen wieder im Wesentlichen zwischen den Elektroden der beiden Gruppen A, Y befindet;

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Der Vorteil dieser Vorgehensweise liegt darin begründet, dass abwechselnd die Elektroden der ersten und der zweiten Basiselektrodengruppe (X bzw. Y) eingeschaltet werden. Wenn die Elektroden der einen Gruppe eingeschaltet sind, sind die Elektroden der anderen Gruppe abgeschaltet, und umgekehrt. Im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen Variante wechseln sich die Schaltzyklen also in einem ganz regelmäßigen Muster ab, wobei der Schaltzyklus beider Basiselektrodengruppen jeweils gleich lang ist. Ein weiterer, wichtiger Vorteil ergibt sich aus der Tatsache, dass bei einem kontinuierlichen und alternierenden Schalten der Basiselektrodengruppen erst dann eine Bewegung des Flüssigkeitstropfens erfolgt, wenn zusätzliche die entsprechenden Steuerelektroden angeschaltet werden. Daraus ergibt sich, dass die Basiselektroden im Prinzip dauerhaft alternierend geschaltet werden können, auch wenn gerade gar keine Bewegung des Flüssigkeitstropfens gewünscht wird. Durch die Trennung der Ansteuerung der Basis – von den Steuerelektroden vereinfacht sich der Schaltungsaufwand; lediglich eine Synchronisation der beiden Gruppen ist notwendig, um im Falle einer gewünschten Bewegung zum richtigen Zeitpunkt die Steuerelektroden zuzuschalten.
Besonders bevorzugt ist es außerdem, dass das zweite Potenzial ein Nullpotenzial oder den gleichen Betrag und das umgekehrte Vorzeichen wie das erste Potenzial besitzt. Beispielsweise kann das erste Potenzial durch eine positive Spannungsquelle, und das zweite Potenzial durch eine identische, aber negativ gepolte Spannungsquelle bereitgestellt werden. Alternativ kann das zweite Potenzial auch einfach ein Nullpotenzial sein. Erfindungswesentlich ist lediglich, dass sich zwischen den beiden Potenzialen ein elektrisches Feld ausreichender Stärke ausbilden kann. Es ist dabei sogar unerheblich, ob das positivere Potenzial an der zweiten oder der ersten Ebene anliegt; in den vorangegangenen Beispielen wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit davon ausgegangen, dass das Potenzial der zweiten Ebene positiver als das Potenzial der ersten Ebene ist.
Ebenfalls besonders bevorzugt ist es, dass die Verzögerungszeiten zwischen dem Umschalten jeweils 0 ms betragen. Es hat sich herausgestellt, dass dieser Wert im Falle von Kanälen mit einem Querschnitt von 2 mm zu besonders guten Ergebnissen führt. Selbstverständlich sind jedoch auch andere Werte, in Abhängigkeit von der Geometrie, der Größe der Potenziale und dem Tropfenmaterial möglich.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das elektrische Feld, welches sich aufgrund der Potenzialdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Potenzial einstellt, mindestens kurzzeitig ein elektrisches Wechselfeld. Das bedeutet, dass die weiter oben beschriebenen Potenziale innerhalb kurzer Zeit mehrfach ihr Vorzeichen vertauschen, so dass sich ein elektrisches Wechselfeld bildet. Ein solches Wechselfeld kann in bestimmten Fällen zu verbesserten Ergebnissen in der Bewegung bzw. im Transport des Flüssigkeitstropfens führen.
Nach noch einer weiteren Ausführungsform ändert sich die Polarisation des elektrischen Wechselfeldes mit einer Frequenz von 500 Hz, und der Änderungsverlauf verläuft entsprechend einer Rechteck- oder einer Sinuskurve.
Figurenübersicht
1 zeigt einen schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung.
2A–E zeigt eine erste bevorzugte Vorgehensweise bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
3 zeigt eine tabellarische Übersicht des der 2 zugrundeliegenden Ansteuerungsschemas.
4A–F zeigt eine zweite bevorzugte Vorgehensweise bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
5 zeigt eine tabellarische Übersicht des der 4 zugrundeliegenden Ansteuerungsschemas.
6 zeigt die Draufsicht auf eine Elektrodenanordnung, die nach dem erfindungsgemäßen Prinzip aufgebaut ist.
Figurenbeschreibung
Die 1 zeigt einen schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung. In einer ersten Ebene 1 befinden sich in zwei Gruppen X, Y zusammenfassbare Elektroden X_i, Y_i, die auch als Basiselektroden bezeichnet werden können. Der Index i beginnt dabei bei 1, die nächste Elektrode derselben Gruppe X bzw. Y enthält dann den Index 2 usw.. Diese Basiselektroden X_i, Y_i, bilden demnach zwei Gruppen X, Y, die wiederum aus Elektroden X₁, X₂, ... und Y₁, Y₂, ... bestehen. Innerhalb einer Gruppe sind die Elektroden untereinander mittels elektrischer Leitungen verbunden (dünne Linien). Außerdem ist jede Gruppe über einen Schalter S_X, S_Y mit einer ersten Spannungsquelle Q1 verbunden, die in der 1 als negative Spannungsquelle, symbolisiert durch das Minuszeichen, dargestellt ist. Durch Betätigen des Schalters S_X werden also alle Elektroden der Gruppe X gemeinsam auf das Potenzial der Spannungsquelle Q1 gebracht. Analog dazu werden durch Betätigen des Schalters S_Y alle Elektroden der Gruppe Y gemeinsam auf das Potenzial der Spannungsquelle Q1 gebracht. Die Basiselektroden sind jeweils durch einen Elektrodenzwi schenraum 6 voneinander getrennt und weisen eine Elektrodenbreite 7 auf.
Weiterhin zeigt die 1 eine zweite Ebene 2 mit Elektroden, die analog zu den Elektroden der Ebene 1 in zwei Gruppen zusammengefasst werden können. Zur Unterscheidung werden hier jedoch die Buchstaben A und B verwendet; die zugehörigen Schalter sind mit S_A und S_B bezeichnet, und die entsprechende zweite Spannungsquelle heißt Q2. Diese stellt den Elektroden A_i, B_i der Ebene 2 ein positives Potenzial zur Verfügung, welches durch das Pluszeichen symbolisiert wird. Da diese Elektroden in der dargestellten Ausführungsform zur eigentlichen Steuerung der Tropfenbewegung benutzt werden, können sie auch als Steuerelektroden bezeichnet werden. Die Elektroden der Ebene 2 weisen jeweils einen Elektrodenzwischenraum 6 und eine Elektrodenbreite 5 auf.
Die Elektroden der beiden Ebenen sind versetzt zueinander angeordnet. Das bedeutet, dass in einer (nicht dargestellten) Draufsicht die Elektroden A_i, B_i der zweiten Ebene 2 die Elektroden X_i, Y_i der ersten Ebene 1 nicht oder zumindest nicht vollständig überdecken.
Die 2 zeigt eine erste bevorzugte Vorgehensweise bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde in der Darstellung auf eine Wiedergabe der Schalter und Leitungen verzichtet. Eine eingeschaltete Elektrode wird durch eine dicke Linie, eine abgeschaltete Elektrode durch eine dünne Linie symbolisiert. Der in die Bewegungsrichtung 8 zu bewegende Flüssigkeitstropfen (im Folgenden kurz mit Tropfen bezeichnet) wird durch die schraffierte Kontur dargestellt.
Die in der 2 gezeigte Vorgehensweise zeichnet sich dadurch aus, dass die Elektrodengruppen X, Y keinem festgelegten Ansteuerungsmuster wie insbesondere einer kontinuierlichen Rechteckansteuerung folgen. Auf diese Weise wird eine „glatte” Bewegung des Flüssigkeitstropfens erreicht, im Gegenzug ist die Ansteuerung etwas aufwändiger.
In der 2A befindet sich der Tropfen an der Elektrode A. Diese kann, muss aber nicht eingeschaltet sein. Sofern, wie gezeigt, keine anderen Elektroden in der Nähe eingeschaltet sind, verbleibt ein Tropfen aufgrund der Adhäsion bevorzugt an der Elektrode A. Allerdings kann ein Einschalten der Elektrode A dabei helfen, den Tropfen dort „aktiv” zu halten.
In der 2B wird eine Seitwärtsbewegung in Bewegungsrichtung 8 der Tropfens gezeigt. Hierzu werden die Steuerelektroden der Gruppe A sowie die Basiselektroden der Gruppe Y eingeschaltet. Zwischen diesen baut sich ein elektrisches Feld auf, so dass der Tropfen sich zwischen diesen beiden Elektroden aufspannt. Die Feldlinien des elektrischen Feldes werden durch die Richtung der Schraffur des Tropfens dargestellt. Dieser Zustand ist stabil, solange die beiden Elektroden eingeschaltet bleiben.
In der 2C wird der Zustand dargestellt, nachdem die Elektroden der Gruppe A wieder abgeschaltet werden. Nun ist der Tropfen lediglich an der Basiselektrode Y₁ „gefangen”. Aufgrund des zu großen Abstandes zu den Nachbarelektroden derselben Gruppe (z. B. Y₂) der gleichen Ebene (Ebene 1), welche ebenfalls eingeschaltet sind, kann der Tropfen sich nicht zu den Seiten hin ausbreiten.
Um nun einen weiteren Schritt in die zunächst eingeschlagene Richtung zu machen, werden nun zusätzlich zu den Basiselektroden der Gruppe Y die Steuerelektroden der Gruppe B eingeschaltet. Der Tropfen bildet zwischen den Elektroden Y₁ und B₁ eine Form aus, die ungefähr der in der 2D entspricht. Eine Bewegung in die entgegengesetzte Richtung der Elektrode A₁ tritt nicht auf, da sich in diese Richtung kein elektrisches Feld erstreckt.
Wenn nun, wie in der 2E gezeigt, die Basiselektrode (Gruppe Y) abgeschaltet wird, so bleibt der Tropfen analog zu dem Fall der 2C im Bereich der Elektrode B₁ „gefangen”.
Die hier dargestellte Vorgehensweise wiederholt sich dann analog, wenn der Tropfen einen weiteren Schritt, also von der Elektrode B₁ zur Elektrode A₂, gelangen soll. Insbesondere ist die Abfolge der anzusteuernden Gruppen dieselbe. Diese Folge wird durch die Tabelle der 3 schematisiert.
Die erste Spalte der Tabelle gibt die zugehörige Fig. an, die die entsprechende Schaltungssituation zeigt. Die übrigen Spalten stehen für die einzelnen Elektrodengruppen. Ein ausgefülltes Feld bedeutet, dass die entsprechende Elektrodengruppe eingeschaltet sein muss. Das Schaltungsschema ist demnach wie folgt:

– A alleine
– A und Y
– Y alleine
– Y und B
– B alleine
– B und X
– X alleine
– X und A
– A alleine.

Zu beachten ist, dass die letzte Zeile der Tabelle bereits wieder den gleichen Schaltungszustand wie die erste Zeile zeigt. Die Tabelle zeigt also einen kompletten Bewegungs- und somit Schaltungszyklus, um von einer Elektrode der Gruppe A zur nächsten Elektrode der Gruppe A zu gelangen (z. B. von A₁ zu A₂).
Um den Tropfen in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen, ist der Schaltungszyklus in der umgekehrten Richtung zu durchlaufen (in der Tabelle von unten nach oben).
Die 4 zeigt eine zweite bevorzugte Vorgehensweise bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass die Basiselektroden X, Y in einem festen Rhythmus abwechselnd an- und abgeschaltet werden. Dieser Rhythmus wird auch dann beibehalten, wenn gerade kein Transport des Tropfens erfolgen soll, in diesem Fall bleiben die Steuerelektroden dauernd abgeschaltet, während die Basiselektroden weiterhin alternierend geschaltet werden. Die Feldlinien des elektrischen Feldes werden wie schon in 2 durch die Richtung der Schraffur des Tropfens dargestellt.
In der 4A ist ein Zustand dargestellt, wie er vor dem eigentlichen Betrieb der Vorrichtung herrscht. Der Tropfen befindet sich an einer Elektrode der Gruppe A, die eingeschaltet ist (dicke Linie) und den Tropfen aufgrund des elektrischen Feldes festhält, welches (nicht näher dargestellt) mit der Umgebung wechselwirkt.
Nun startet der eigentliche Betrieb, wie in 4B gezeigt. Zunächst werden die Elektroden der Gruppe Y eingeschaltet. Der Tropfen spannt sich zwischen der Elektrode A₁ und der Elektrode Y₁.
Noch während der Schaltzyklus der Gruppe Y anhält, werden die Steuerelektroden von Gruppe A au Gruppe B umgeschaltet, wie in 4C gezeigt. Der Tropfen wandert demnach von A₁ zu B₁, bleibt aber die ganze Zeit auch mit Y₁ in Kontakt, da diese Elektrodengruppe ebenfalls noch angeschaltet ist.
In der 4D nun endet der Schaltzyklus der Gruppe Y, und der Schaltzyklus der Gruppe X beginnt, die nun eingeschaltet werden. Der Tropfen spannt sich nun zwischen der (ebenfalls noch eingeschalteten) Elektrode B₁ und der dieser Elektrode nächstliegenden Elektrode der (eingeschalteten) Gruppe X (Elektrode X₂). Aufgrund der größeren Entfernung zu einer anderen, ebenfalls eingeschalteten Elektrode der Gruppe X (Elektrode X₁, dicke Linie) wird sich der Tropfen nicht in deren Richtung (zurück-)bewegen.
Auch während dem in 4E gezeigten Zeitpunkt dauert der Schaltungszyklus der Elektroden der Gruppe X noch an. Um den Tropfen nun weiter zu bewegen, wechselt jedoch die Steuerelektrodengruppe von Gruppe B auf Gruppe A.
Schließlich ist der Tropfen ist aus einer ersten, mit der Gruppe A verbundenen Position wie in 4B gezeigt in eine zweite, ebenfalls mit der Gruppe A verbundenen Position, wie in 4F dargestellt, bewegt worden. Hierzu endet der Schaltungszyklus der Gruppe X, und ein neuer Schaltungszyklus der Gruppe Y beginnt.
Soll nun der Tropfen nicht weiterbewegt werden, so kann die Steuerelektrodengruppe A einfach dauerhaft eingeschaltet bleiben. Der Tropfen nimmt dann alternierend eine Position wie in den 4E und 4F dargestellt ein. Soll der Tropfen vollständig ruhig bleiben (s. 4A), so müssen die Basiselektroden hingegen abgeschaltet bleiben.
Analog zur 3 zeigt die 5 noch einmal das Schaltungsschema, wie es in den 4B–F dargestellt ist, und welches einen Tropfen von einer Elektrode der Gruppe A zu einen benachbarten Elektrode derselben Gruppe transportiert. Gut erkennbar ist das alternierende Betreiben erst der Elektroden der Gruppe Y, dann der Gruppe X. Die letzte Zeile der Tabelle zeigt schließlich die gleiche Konfiguration wie die erste Zeile. Zu keinem Zeitpunkt sind beide Basiselektrodengruppen eingeschaltet. Der Vorteil dieses Schaltungsschemas gegenüber dem in 3 gezeigten ist, dass der alternierende Betrieb der Basiselektroden zu keinem Zeitpunkt unterbrochen werden muss. In einer entsprechenden Vorrichtung würden demnach die Basiselektroden unabhängig von einer gewünschten Bewegung des Tropfens mit dem vorbestimmten Schalungszyklus angesteuert werden, der beispielsweise durch einen einfachen Rechteckgenerator bereitgestellt werden kann. Ein ausgefülltes Feld bedeutet, dass die entsprechende Elektrodengruppe eingeschaltet sein muss. Das Schaltungsschema ist demnach wie folgt:

– A und Y
– Y und B
– B und X
– X und A.

In der 6 ist die Draufsicht auf eine Elektrodenanordnung gezeigt, die nach dem erfindungsgemäßen Prinzip aufgebaut ist. Diese besteht aus mehreren parallelen Kanälen, welche durch Kanalwände 9 voneinander getrennt sind. In jedem Kanal befinden sich Steuerelektroden zweier Gruppen A und B bzw. A' und B' sowie A'' und B'', die jeweils einander abwechseln; auf die Elektrode A₁ folgt die Elektrode B₁, darauf die Elektrode A₂ usf.. Quer zu den Kanälen verlaufen streifenförmige Basiselektroden X, Y, gestrichelt dargestellt. Diese Basiselektroden queren sämtliche Kanäle, ohne dabei selber unterbrochen zu werden. Wird also beispielsweise die Basiselektrode X₁ eingeschaltet, so ist deren Potenzial in allen Kanälen vorhanden. Nicht dargestellt sind die entsprechenden elektrischen Leitungen und die Spannungsquellen sowie die Schalter, hierzu wird auf die 1 verwiesen.
Die dargestellte Ausführungsform nutzt bevorzugt die in der 4 und 5 beschriebenen alternierenden Schaltzyklen für die Basiselektroden, d. h., die Basiselektroden werden dauerhaft alternierend und beispielsweise einer Rechteckkurve folgend an- und abgeschaltet.
Um nun einen Tropfen in einem Kanal von einer Position zu einer anderen Position zu bewegen, werden in diesem Kanal die entsprechenden Steuerelektroden geschaltet. In einem Kanal, in welchem kein Transport des Tropfens erfolgen soll, bleiben dessen Steuerelektroden dauerhaft abgeschaltet, so dass sich kein „wanderndes” elektrisches Feld ausbilden kann.
Der Vorteil der dargestellten Ausführungsform liegt darin, dass nur eine geringe Anzahl von Basiselektroden vorgehalten werden muss, deren Steuerung keine Informationen über tatsächlich zu bewegende Tropfen benötigt, da sie gewissermaßen „blind” abläuft. Entsprechend gering ist der konstruktive sowie der Schaltungsaufwand. Die gezeigte Variante stellt demnach eine „passive Matrixansteuerung” dar, im Gegensatz zu „aktiven Matrixansteuerungen”, bei welchen sowohl die Basis- als auch die Steuerelektroden aufeinander abgestimmt betrieben werden müssen, um den gewünschten zielgerichteten Transport von Flüssigkeitstropfen zu erreichen.

1: erste Ebene
2: zweite Ebene
3: Ebenenabstand
4: Elektrodenzwischenraum der zweiten Ebene
5: Elektrodenbreite der zweiten Ebene
6: Elektrodenzwischenraum der ersten Ebene
7: Elektrodenbreite der ersten Ebene
8: Bewegungsrichtung
9: Kanalwand
X_i, Y_i: Elektroden der ersten Ebene, Basiselektroden
A_i, B_i: Elektroden der zweiten Ebene, Steuerelektroden
S_X: Schalter für die Elektroden der Gruppe X
S_Y: Schalter für die Elektroden der Gruppe Y
S_A: Schalter für die Elektroden der Gruppe A
S_B: Schalter für die Elektroden der Gruppe B
Q1: erste Spannungsquelle
Q2: zweite Spannungsquelle

Claims

Vorrichtung zum Bewegen und Transportieren von Flüssigkeitstropfen mit Hilfe des Effektes der Elektrobenetzung, umfassend – eine erste Ebene (1) mit mehreren Gruppen (X), (Y), ..., jeweils einer Mehrzahl von Basiselektroden (X_i), (Y_i), – eine zweite Ebene (2) mit mehreren Gruppen (A), (B), ..., jeweils einer Mehrzahl von Steuerelektroden (A_i), (B_i), ...; bei welcher die Ebenen (1) und (2) in einem Ebenenabstand (3) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und alle Elektroden (X_i), (Y_i), ..., (A_i), (B_i), ... im Wesentlichen ebene Wirkflächen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass – jeweils alle Elektroden einer Gruppe (X), (Y), ..., (A), (B), ... elektrisch miteinander verbunden und jeweils gemeinsam ansteuerbar sind, und – dass die einzelnen Elektroden der Gruppen innerhalb einer Ebene einander regelmäßig abwechseln, und – dass der Elektrodenabstand (4) bzw. (6) der Elektroden der ersten (1) bzw. zweiten (2) Ebene derart bemessen ist, dass der Flüssigkeitstropfen ohne Einwirkung des Elektrobenetzungseffektes mindestens zwei benachbarte Elektroden der zweiten und/oder ersten Ebene gleichzeitig mindestens teilweise überdeckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ebene (1) genau zwei Gruppen von Basiselektroden (X), (Y), und die zweite Ebene (2) genau zwei Gruppen von Steuerelektroden (A), (B) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Elektrodenzwischenraums (6) bzw. (4) zwischen den Elektroden der ersten bzw. zweiten Ebene (1) bzw. (2) möglichst klein und die Elektrodenbreite (7) bzw. (5) der Elektroden derselben Ebene möglichst groß ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Elektrodenzwischenraums (6) bzw. (4) und die Elektrodenbreite (7) bzw. (5) aller Elektroden jeweils einer Ebene (1) bzw. (2) im Wesentlichen gleich bleibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe aus Elektrodenzwischenraum (6) und Elektrodenbreite (7) in der ersten Ebene (1) gerade der Summe aus Elektrodenzwischenraum (4) und Elektrodenbreite (5) in der zweiten Ebene (2) entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenzwischenräume (4) der Elektroden (A), (B), ... der zweiten Ebene (2) mittig über den Elektroden (X), (Y), ... der ersten Ebene (1) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitstropfen in eine Trägerflüssigkeit oder in ein Gas bzw. Gasgemisch eingebettet ist, mit welcher bzw. welchem er ein Zweiphasengemisch bildet.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Elektroden (X_i), (Y_i), ..., (A_i), (B_i), ... und/oder den Elektrodenzwischenräumen (6), (4) philisierende und/oder phobisierende Beschichtungen angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Mehrzahl paralleler Kanäle umfasst, die in ihrer Längserstreckung Steuerelektroden der Ebene (2) umfassen, und die außerdem streifenförmige Basiselektroden der Ebene (1) umfassen, welche derart angeordnet sind, dass sie senkrecht zur Längserstreckung der Kanäle verlaufen und alle Kanäle gleichzeitig durchziehen.
Verfahren zum Bewegen und Transportieren von Flüssigkeitstropfen mit Hilfe des Effektes der Elektrobenetzung unter Verwendung einer Mehrzahl von in zwei Ebenen (1), (2) in Bewegungsrichtung zueinander versetzt angeordneten Elektroden, die innerhalb jeder Ebene in mindestens zwei elektrisch zusammenhängenden und einander abwechselnden Gruppen (X), (Y) bzw. (A), (B) vorliegen, wobei die Bewegung von einer Elektrode der Gruppe (A) zu einer Elektrode der Gruppe (B) erfolgt, umfassend die folgenden Schritte: (a) Schalten aller Elektroden der ersten Gruppe (A) der zweiten Ebene (2), so dass sich der Flüssigkeitstropfen im Wesentlichen auf einer Elektrode dieser Gruppe (A) befindet; (b) Schalten aller Elektroden der ersten Gruppe (Y) der ersten Ebene (1); (c) Abschalten der Elektroden der ersten Gruppe (A) der zweiten Ebene (2); (d) Schalten aller Elektroden der zweiten Gruppe (B) der zweiten Ebene (2); (e) Abschalten der Elektroden der ersten Gruppe (Y) der ersten Ebene (1), so dass sich der Flüssigkeitstropfen im Wesentlichen auf einer Elektrode der Gruppe (B) befindet; wobei im Falle eines Schaltens der Elektroden (A), (B) der Ebene (2) diese mit einem ersten Potenzial und im Falle eines Schaltens der Elektroden (X), (Y) der Ebene (1) diese mit einem zweiten Potenzial verbunden werden.
Verfahren zum Bewegen und Transportieren von Flüssigkeitstropfen mit Hilfe des Effektes der Elektrobenetzung unter Verwendung einer Mehrzahl von in zwei Ebenen (1), (2) in Bewegungsrichtung zueinander versetzt angeordneten Elektroden, die innerhalb jeder Ebene in mindestens zwei elektrisch zusammenhängenden und einander abwechselnden Gruppen (X), (Y) bzw. (A), (B) vorliegen, wobei die Bewegung von einer Elektrode der Gruppe (A) zu einer benachbarten Elektrode derselben Gruppe (A) erfolgt, umfassend die folgenden Schritte: (a) Schalten aller Elektroden der ersten Gruppe (A) der zweiten Ebene (2) und aller Elektroden der zweiten Gruppe (Y) der ersten Ebene (1), so dass sich der Flüssigkeitstropfen im Wesentlichen zwischen den Elektroden dieser beiden Gruppen (A), (Y) befindet; (b) Abschalten aller Elektroden der ersten Gruppe (A) der zweiten Ebene (2) und Anschalten aller Elektroden der zweiten Gruppe (B) der zweiten Ebene (2); (c) Abschalten aller Elektroden der zweiten Gruppe (Y) der ersten Ebene (2) und Anschalten aller Elektroden der ersten Gruppe (X) der ersten Ebene (2); (d) Abschalten aller Elektroden der zweiten Gruppe (B) der zweiten Ebene (2) und Anschalten aller Elektroden der ersten Gruppe (A) der zweiten Ebene (2); (3) Abschalten aller Elektroden der zweiten Gruppe (X) der ersten Ebene (1) und Anschalten aller Elektroden der zweiten Gruppe (Y) der ersten Ebene (1), so dass sich der Flüssigkeitstropfen wieder im Wesentlichen zwischen den Elektroden der beiden Gruppen (A), (Y) befindet; wobei im Falle eines Schaltens der Elektroden (A), (B) der Ebene (2) diese mit einem ersten Potenzial und im Falle eines Schaltens der Elektroden (X), (Y) der Ebene (1) diese mit einem zweiten Potenzial verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Potenzial ein Nullpotenzial oder den gleichen Betrag und das umgekehrte Vorzeichen wie das erste Potenzial besitzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungszeiten zwischen dem Umschalten jeweils XXX ms betragen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Feld, welches sich aufgrund der Potenzialdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Potenzial einstellt, mindestens kurzzeitig ein elektrisches Wechselfeld ist.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das sich die Polarisation des elektrischen Wechselfeldes mit einer Frequenz von 500 Hz ändert und der Änderungsverlauf entsprechend Rechteck- oder einer Sinuskurve verläuft.