DE102008020132A1 - Device for unidirectional movement of fluids or fluid drops by effect of electrowetting, comprises electrode, entry area, main area and exit area, where main area expands for moving fluid drops - Google Patents
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft Elektroden zum unidirektionalen Bewegen von Flüssigkeitstropfen unter Benutzung des Effektes der Elektrobenetzung. Mit Hilfe dieses Effektes können Flüssigkeitstropfen, welche eine definierte Oberflächenspannung und Oberflächenenergie besitzen, die in einem elektrischen Feld eine Änderung erfährt, bewegt und ggf. transportiert werden.The The invention relates to electrodes for unidirectionally moving liquid drops using the effect of electrowetting. With the help of this Effect can Liquid drops, which defines a defined surface tension and surface energy own, which undergoes a change in an electric field, moves and possibly transported become.
Genauer betrifft die Erfindung geometrische Ausgestaltungen von Elektroden, die dazu geeignet sind, der Bewegungs- bzw. Transportrichtung von Flüssigkeitstropfen unter Benutzung des Effektes der Elektrobenetzung eine Vorzugsrichtung zu geben, wobei die Bewegung lediglich unidirektional, also in eine Richtung, möglich sein soll.More accurate the invention relates to geometric configurations of electrodes, which are suitable for the movement or transport direction of liquid droplets using the effect of electrowetting a preferred direction to give, the movement only unidirectional, ie in one Direction, possible should be.
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 steigt die Oberflächenenergie bei steigender Feldstärke (die kleinste Oberflächenenergie besitzt ein absolut runder Tropfen). Durch Vergrößerung der Oberflächenenergie breitet sich die Flüssigkeit auf einer den Tropfen zunächst abstoßenden Oberfläche aus, die bevorzugt gleichzeitig eine Elektrode darstellt.Under the term "electrowetting" the impact of the effect of an electric field on the surface energy of a liquid Understood. Liquids, the for this Effect usable, have the property, their surface energy to change when an electric field occurs. Normally increases the surface energy with increasing field strength (the smallest surface energy has an absolutely round drop). By increasing the surface energy the liquid spreads on a the drop first repellent surface which preferably simultaneously represents an electrode.
Die Änderung der Oberflächenenergie zieht im Falle eines einzelnen Tropfens eine Änderung des Kontaktwinkels nach sich, mit welchem der Tropfen die Unterlage benetzt. Der Zusammenhang zwischen der Feldstärke und der Änderung des Kontaktwin kels wird durch die Lippmann-Young-Gleichung beschrieben und ist dem Fachmann bekannt.The change the surface energy pulls a change in the contact angle in the case of a single drop by itself with which of the drops wets the pad. The relationship between the field strength and the change the contact angle is described by the Lippmann-Young equation and is known in the art.
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 Erzeugen einer lokal erhöhten 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 geringerer Oberflächenenergie herausgedrückt, 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.By a local variation of the electric field strength from zero to a maximum value can therefore the local surface energy the liquid modified and thus the geometry of a drop can be changed locally. In particular, by generating a locally increased surface energy a movement of the drop made by this preferred in the corresponding, by the presence of an electric Fields featured area stretches. Conversely, liquid becomes from the area of unaffected and thus lower surface energy pushed out because in this area the drop of the lowest energy geometry, namely the a spherical shape, aspires. This results in a net transport of liquid from the low range to the high field strength range.
Stand der Technik und NachteileState of the art and disadvantages
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 Flüssigkeitstropfens benetzten Flächen. Hierzu können beispielsweise streifenförmige Elektroden benutzt werden, die in ihrer Längserstreckung quer zur gewünschten Bewegungsrichtung des Tropfens verlaufen. Sie 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 (vergrößert), so dass sich der Tropfen in die Richtung dieser erhöhten Oberflächenenergie bewegt.Around the transport of liquid to achieve the effect of electrowetting, must be a local Variation of surface energy to be available. For this purpose, the electric field in turn must be local be variable. This, in turn, is usually achieved by: a plurality of electrodes in the vicinity of the liquid or of the liquid drop in question arranged is that the surfaces the individual electrodes are smaller than those of the liquid or the respective wetted liquid drop to be moved Surfaces. You can do this For example, strip-shaped electrodes used in their longitudinal extension across to the desired Moving direction of the drop run. They are dimensioned so that she in her in the desired Moving direction extending extent are significantly narrower than the drop to be moved in its length, ie in its direction of movement Extension. This ensures at all times that a part like z. B. one end of the liquid drop near a first electrode, whereas other parts of the liquid drop near a second or further electrode are arranged. Through targeted Actuation of the exact electrode, which is at that end of the liquid drop is in the direction of the movement, the Surface energy accordingly locally changed (enlarged), so that the drop moves in the direction of this increased surface energy.
Andere Vorrichtungen des Standes der Technik benutzen anstelle streifenförmiger Elektroden Anordnungen derselben in einer meist regelmäßigen Matrix, so genannte Elektrodenarrays. Dabei ist 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 möglich.Other Prior art devices use instead of strip-shaped electrodes Arrangements of the same in a mostly regular matrix, so-called electrode arrays. In this case, each individual electrode of the matrix can be controlled individually, so that very sensitive and geometrically more elaborate Movements or changes in geometry of the to moving liquid drop be possible. Thus, in addition to the linear movement of the drop, an extension, Compression, flattening and the like can be achieved. That too Conducting an oblong Drop along certain lanes that are not bounded by side walls have to, is possible.
Die beschriebenen Beispiele aus dem Stand der Technik eignen sich insbesondere für den Fall, dass die Bewegung des Flüssigkeitstropfens in mindestens zwei Richtungen (bidirektional), oder gar auf der Oberfläche einer Ebene in beliebige Richtungen erfolgen soll. Dementsprechend groß ist daher sowohl die Anzahl der einzelnen Elektroden, die dabei auch einzeln anzusteuern sind, als auch der für diese Ansteuerung zu betreibende schaltungstechnische Aufwand. Derartige Aufbauten sind jedoch für den einfachsten Fall, nach dem ein Flüssigkeitstropfen immer in die gleiche Richtung bewegt bzw. transportiert werden soll (unidirektionaler Transport), unnötig komplex. Im erstbeschriebenen Fall der streifenförmigen Elektroden müssen mindestens drei elektrisch miteinander gleichgeschaltete Gruppen gebildet werden, damit eine gerichtete Bewegung des Flüssigkeitstropfens möglich ist. Diese Elektroden dieser Gruppen müssen aufeinander folgend angeordnet und verschaltet sein, und je nach gewünschter Bewegungsrichtung muss die Ansteuerung mittels geeigneter elektronischer Schaltungen bewerkstelligt werden. 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 erhöhte 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.The examples described in the prior art are particularly suitable for the case in which the movement of the liquid drop is to take place in at least two directions (bidirectionally), or even on the surface of a plane in any direction. Accordingly, therefore, both the number of individual electrodes, which are to be controlled individually, as well as the circuit complexity to be operated for this control, are correspondingly high. However, such structures are for the simplest case, after a drop of liquid always to be moved or transported in the same direction (unidirectional transport), unnecessarily complex. In the first described case of the strip-shaped electrodes, at least three groups connected in series with each other electrically must be formed, so that a directed movement of the liquid drop is possible. These electrodes of these groups must be sequentially arranged and interconnected, and depending on the desired direction of movement, the control must be accomplished by means of suitable electronic circuits. In the second described case, even a control of the individual electrodes that is based on the screen technology is required to carry out the complex movements, since hardly any or no usable effect can be observed when a single electrode, often much smaller than the drop of liquid, is triggered. These circuits as well as the increased number of electrodes and leads are too complex for simple cases and associated with unnecessarily high costs in the manufacture of the components (electrodes, circuit, leads).
Aufgabe der Erfindung und LösungObject of the invention and solution
Die Aufgabe der Erfindung ist demnach die Bereitstellung einer Vorrichtung zum unidirektionalen 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.The The object of the invention is therefore to provide a device for unidirectional movement of liquids or liquid droplets with Help of the effect of electric wetting, in which the design the local change The electrodes causing the electric field as simple as possible is, and at that as well one possible easy control of the electrodes to the desired movement or the desired Transport of the liquid or of the liquid drop leads.
Die Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 vorgeschlagene Vorrichtung gelöst. Dementsprechend wird eine Vorrichtung mit Elektroden vorgeschlagen, die so aufgebaut sind, dass lediglich ein einziger Elektrodentyp benötigt wird, der derart ausgestaltet ist, dass jede Elektrode einen Eingangsbereich, einen Hauptbereich und einen Ausgangsbereich aufweist, wobei der Hauptbereich in seiner Ausdehnung im Wesentlichen derjenigen des zu bewegenden Flüssigkeitstropfens entspricht, und wobei der Eingangsbereich durch mindestens einen aus dem Hauptbereich herausragenden Überstand gekennzeichnet ist, und wobei der Ausgangsbereich durch mindestens eine Ausnehmung gekennzeichnet ist, die besonders bevorzugt dem Negativ des Überstandes entspricht, so dass eine Reihe von ineinander greifenden einzelnen Elektroden gebildet werden kann.The The object is achieved by the device proposed in claim 1 solved. Accordingly, a device with electrodes is proposed, which are constructed so that only a single type of electrode needed is configured such that each electrode has an input area, a Main area and an exit area, the main area in its extent, essentially that of the one to be moved liquid drop corresponds, and wherein the input area by at least one characterized from the main area outstanding supernatant and wherein the exit region is characterized by at least one recess, which particularly preferably corresponds to the negative of the supernatant, so that formed a series of interlocking individual electrodes can be.
Außerdem wird ein Verfahren zum unidirektionalen Bewegen bzw. Transportieren von Flüssigkeitstropfen unter Benutzung des Effektes der Elektrobenetzung und unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgeschlagen.In addition, will a method for unidirectionally moving or transporting liquid drops using the effect of electrowetting and using the device according to the invention proposed.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden detaillierten Beschreibung zu entnehmen.Further preferred embodiments are the dependent claims as well as the following detailed description.
Beschreibungdescription
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zum unidirektionalen, also in eine festgelegte Richtung stattfindenden Bewegen von Flüssigkeiten bzw. Flüssigkeitstropfen mit Hilfe des Effektes der Elektrobenetzung. Unter Flüssigkeitstropfen sind insbesondere abgegrenzte Volumina flüssigen Materials zu verstehen, die von einem Gas (oder Vakuum) umgeben sind. Alternativ können diese Flüssigkeitstropfen auch in einer Trägerflüssigkeit eingebettet sein, mit welcher sie sich jedoch unter normalen Betriebsbedingungen nicht vermischen, also ein Zweiphasengemisch bilden. Unter Flüssigkeiten sind insbesondere solche Flüssigkeitsgemische zu verstehen, die sich sowohl aus Bestandteilen, welche ihre Oberflächenenergie durch den Elektrobenetzungseffekt verändern, als auch aus solchen, die von dem Effekt unbeeinflusst bleiben (Trägerflüssigkeit), zusammensetzen.The inventive device serves for unidirectional, ie in a fixed direction Moving liquids or liquid drops by means of electric wetting effect. Under drops of liquid in particular, defined volumes of liquid material are to be understood, which are surrounded by a gas (or vacuum). Alternatively, these can Liquid drops too in a carrier liquid embedded, but with which they are under normal operating conditions do not mix, so form a two-phase mixture. Under liquids are in particular such liquid mixtures to understand, both from constituents, which their surface energy through the electrowetting effect as well as from such which are unaffected by the effect (carrier liquid).
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie Elektroden umfasst, die so aufgebaut sind, dass lediglich ein einziger Elektrodentyp benötigt wird, der derart ausgestaltet ist, dass er einen Eingangsbereich, einen Hauptbereich und einen Ausgangsbereich aufweist. Der Hauptbereich entspricht in seiner Ausdehnung im Wesentlichen derjenigen des zu bewegenden Flüssigkeitstropfens, wobei mit „Ausdehnung” sowohl die Länge des Flüssigkeitstropfens (in Bewegungsrichtung) als auch die Breite desselben (quer zur Bewegungsrichtung) gemeint ist. Im Falle einer zu bewegenden Flüssigkeit beziehen sich diese Maße auf einen typischen, in der Trägerflüssigkeit eingebetteten Flüssigkeitstropfen. Der Eingangsbereich ist durch mindestens einen aus dem Hauptbereich herausragenden überstehenden Überstand, und der Ausgangsbereich durch mindestens eine in den Hauptbereich hineinragende Ausnehmung gekennzeichnet.The inventive device is characterized in that it comprises electrodes which are so are constructed so that only one type of electrode is needed, which is configured such that it has an entrance area, a Main area and an exit area. The main area Its extent is essentially the same as that of moving liquid drop, where with "expansion" both the length of the liquid drop (in the direction of movement) and the width of the same (transverse to the direction of movement) is meant. In the case of a liquid to be moved, these relate Dimensions on a typical, in the carrier liquid embedded liquid drop. The entrance area is through at least one of the main area outstanding supernatant supernatant, and the exit area through at least one in the main area protruding recess marked.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung bildet die Ausnehmung gerade das Negativ des Überstandes. Sofern die einzelnen Elektroden in ein und derselben Ebene liegen, befindet sich zwischen den einzelnen Elektroden ein Spalt, so dass die einzelnen Elektroden voneinander elektrisch isoliert sind.To a preferred embodiment of Device, the recess forms just the negative of the supernatant. If the individual electrodes lie in one and the same plane, there is a gap between the individual electrodes, so that the individual electrodes are electrically isolated from each other.
Alternativ können sich die Elektroden auch in nah beieinander liegenden, jedoch durch eine Isolationsschicht voneinander getrennten Schichten angeordnet sein, so dass auch ein geringfügiges Überlappen der Bereiche denkbar ist, ohne dass sich die Elektroden elektrisch berühren. Besonders bevorzugt überlappen sich die einzelnen Elektroden jedoch nicht.Alternatively, the electrodes may also be arranged in layers lying close to each other, but separated by an insulating layer, so that even a slight overlap pen of the areas is conceivable without the electrodes touch electrically. However, particularly preferably, the individual electrodes do not overlap.
Durch die Übereinstimmung der Formen von Überstand und Ausnehmung ist es dabei möglich, eine ineinander greifende Reihe direkt aneinander angrenzender und/oder ineinander übergehender Elektroden zu bilden. Eine derartige Reihe kann demnach mindestens zwei Elektroden umfassen, die Elektrodenan zahl ist nach oben nicht begrenzt, so dass beliebig lange Reihen hergestellt werden können.By agreement the forms of supernatant and recess it is possible, a interlocking row directly adjacent and / or in each other passing electrodes to build. Such a row can therefore at least two electrodes include, the number of electrodes is not limited to the top, so that As long as desired rows can be produced.
Die Form der erfindungsgemäßen Anordnung von Elektroden kann nach einer Ausführungsform linear, also geradlinig sein. Nach einer anderen Ausführungsform kann die Reihe eine beliebige Form aufweisen.The Form of the arrangement according to the invention of electrodes according to one embodiment can be linear, ie rectilinear be. According to another embodiment The row can have any shape.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Ende der Reihe mit ihrem Anfang verbunden, so dass sich eine geschlossene Bahn von Elektroden ergibt. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist diese geschlossene Bahn als Kreisbahn, als Rechteckbahn, oder länglich mit entsprechenden Kurvenstücken zum Richtungswechsel ausgebildet.To a preferred embodiment is the end of the series connected with their beginning, so that gives a closed path of electrodes. After a special preferred embodiment is this closed train as a circular path, as a rectangular train, or elongated with corresponding curved pieces designed to change direction.
Nach einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese einen Überstand und/oder eine Ausnehmung auf, welche(r) eine im Wesentlichen dreieckige Form besitzt. Diese dreieckige Form kamen beispielsweise ein gleichschenkliges Dreieck, ein spitzwinkliges Dreieck, oder ein stumpfwinkliges Dreieck sein. Bevorzugterweise ist derjenige Schenkel, welcher an den Hauptbereich angrenzt, gleich groß oder kleiner als die Breite des Hauptbereiches.To a first embodiment the device according to the invention this has a supernatant and / or a recess, which is a substantially triangular Owns shape. For example, this triangular shape was an isosceles shape Triangle, an acute-angled triangle, or an obtuse-angled triangle be. Preferably, that leg which is adjacent to the main area is the same size or smaller than the width of the main area.
Nach einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese einen Überstand und/oder eine Ausnehmung auf, welche(r) eine im Wesentlichen rechteckige Form besitzt. Auch hier ist bevorzugterweise diejenige Kante, welche direkt an den Hauptbereich angrenzt, gleich groß oder kleiner als die Breite des Hauptbereiches.To a second embodiment the device according to the invention this has a supernatant and / or a recess, which is a substantially rectangular Owns shape. Also here is preferably the edge, which directly adjacent to the main area, equal to or smaller than the width of the main area.
Nach einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese einen Überstand und/oder eine Ausnehmung auf, welche(r) eine im Wesentlichen halbovale Form besitzt. Wiederum ist bevorzugterweise diejenige Kante des Halbovals, welche direkt an den Hauptbereich angrenzt, gleich groß oder kleiner als die Breite des Hauptbereiches. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform besitzen der überstand und die Ausnehmung jeweils die gleiche Form.To a third embodiment the device according to the invention this has a supernatant and / or a recess, which is a substantially semi-oval Owns shape. Again, preferably that edge of the Halbovals, which is directly adjacent to the main area, the same size or smaller as the width of the main area. After a particularly preferred embodiment own the supernatant and the recess each have the same shape.
Besonders
bevorzugt weisen die Elektroden der Vorrichtung jeweils eine Länge von
Im Falle jeweils mehrerer Ausnehmungen beziehungsweise Überstände müssen die Prozentangaben durch die jeweilige Anzahl der Ausnehmungen beziehungsweise Überstände dividiert werden.in the Traps of several recesses or projections must the Percentages divided by the number of recesses or supernatants become.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung verläuft die Änderung der jeweiligen Breite des Überstands und/oder der Ausnehmung in Abhängigkeit des Abstandes vom Hauptbereich nach einer linearen Funktion, einer Sinusfunktion oder einer e-Funktion. Das bedeutet, dass beispielsweise im Falle einer linearen Funktion die Breite des Überstandes linear mit zunehmendem Abstand vom Rand des Hauptbereiches der Elektrode abnimmt, beziehungsweise die Breite der Ausnehmung linear mit zunehmendem Abstand vom Rand des Hauptbereiches der Elektrode zunimmt.To a particularly preferred embodiment the device according to the invention extends the change the respective width of the supernatant and / or the recess depending on Distance from the main area to a linear function, a sine function or an e-function. That means, for example, in the case a linear function, the width of the supernatant increases linearly with increasing Distance from the edge of the main area of the electrode decreases, respectively the width of the recess is linear with increasing distance from the edge of the main area of the electrode increases.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Elektroden ganz oder teilweise zusätzlich mit einer dielektrischen Schicht und/oder einer haftvermittelnden Schicht sowie einer flüssigkeitsabstoßenden oder flüssigkeits anziehenden Schicht versehen. Die dielektrische Schicht kann unter Umständen zur Erhöhung des Elektrobenetzungseffektes hilfreich sein. Die haftvermittelnde Schicht kann notwendig sein, um den Zusammenhalt beispielsweise der dielektrischen Schicht und der Elektroden zu gewährleisten. Die flüssigkeitsabstoßenden bzw. flüssigkeitsanziehenden Schichten können unter Umständen dazu beitragen, die zu bewegende Flüssigkeit leichter an bestimmte Stellen zu lenken oder von diesen fernzuhalten.To a further preferred embodiment the electrodes are wholly or partly additionally with a dielectric Layer and / or an adhesion-promoting layer and a liquid-repellent or liquid-attracting layer Mistake. The dielectric layer may under circumstances increase the electrowetting effect. The adhesion-promoting layer may be necessary to keep the cohesion of, for example, the dielectric Layer and the electrodes to ensure. The liquid repellent or liquid attracting Layers can in certain circumstances help to move the liquid to be moved more easily to certain Steer or steer clear of these places.
Besonders bevorzugt besteht die dielektrische Schicht aus Tantal-Pentoxid (Ta2O5), die haftvermittelnde Schicht aus Silan, und die flüssigkeitsabstoßende Schicht aus Polytetrafluorethylen.Particularly preferably, the dielectric layer consists of tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ), the adhesion-promoting layer of silane, and the liquid-repellent layer of polytetrafluoroethylene.
Ebenfalls besonders bevorzugt werden die Elektroden und ggf. weitere Schichten auf einem Substrat aus Glas oder Kunststoff mittels Bedampfen oder durch Bedrucken aufgebracht. Weiterhin bevorzugt sind auch andere Herstellungstechniken, welche zur Fertigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in großen Stückzahlen geeignet sind.Likewise particularly preferably, the electrodes and optionally further layers are applied to a substrate made of glass or plastic by vapor deposition or by printing. Continue before zugt are also other production techniques, which are suitable for the production of the device according to the invention in large quantities.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist diese dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden mindestens zwei Elektrodengruppen bilden, in denen sie elektrisch derart miteinander verbunden sind, so dass sich die einzelnen Elektroden der jeweiligen Gruppen einander abwechseln. Existieren beispielsweise zwei Elektrodengruppen, so wechselt jeweils eine Elektrode der ersten mit einer Elektrode der zweiten Gruppe ab, worauf wiederum eine Elektrode der ersten Gruppe folgt und so fort. Die elektrische Verbindung der jeweiligen Elektrodengruppen kann beispielsweise mittels Anbringung zusätzlicher elektrischer Leitungen im Nachhinein, oder durch während der Elektrodenherstellung aufgedruckte entsprechende Leiterbahnen erreicht werden. Jede der entsprechenden Elektrodengruppen benötigt ferner eine entsprechende Verbindung zu einer Spannungsquelle beziehungsweise einem Massepol.To a particularly preferred embodiment the device according to the invention this is characterized in that the electrodes at least form two electrode groups, in which they electrically together are connected so that the individual electrodes of the respective groups alternate each other. For example, if there are two electrode groups, in each case one electrode of the first one changes with an electrode the second group, which in turn an electrode of the first Group follows and so on. The electrical connection of the respective Electrode groups, for example, by attaching additional electrical cables in retrospect, or through during the Electrode production printed corresponding printed conductors become. Each of the corresponding electrode groups also requires one corresponding connection to a voltage source or a ground pole.
Die Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zum Ansteuern von Elektroden zwecks Bewegens von Flüssigkeiten bzw. Flüssigkeitstropfen. Dies geschieht mit Hilfe des Effektes der Elektrobenetzung unter Benutzung von Elektrodengruppen bestehend aus Elektroden, wie sie bereits in den vorhergehenden Ansprüchen dargelegt wurden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodengruppen zur Erzeugung einer Bewegung der Flüssigkeitstropfen so angesteuert werden, dass die einzelnen Elektroden der jeweiligen Gruppen einander abwechselnd bzw. aufeinander folgend angesteuert werden. Das bedeutet, dass für das Beispiel zweier Elektrodengruppen erst sämtliche Elektroden der ersten, und anschließend sämtliche Elektroden der zweiten Elektrodengruppe angesteuert werden, worauf wiederum eine Ansteuerung der Elektroden der ersten Elektrodengruppe erfolgt, und so fort. Unter Ansteuerung ist die Ausbildung eines elektrischen Feldes von den betreffenden Elektroden entweder in Richtung der Umgebung oder zu den die Elektrode benachbarten, beispielsweise auf Masse geschalteten Elektroden zu verstehen. Die angesteuerten Elektroden weisen dann ein von der Umgebung bzw. den benachbarten Elektroden unterschiedliches Potenzial auf. Der zu bewegende Flüssigkeitstropfen bewegt sich beim Ansteuern der jeweiligen Elektrodengruppe auf eine Elektrode der entsprechend angesteuerten Elektrodengruppe zu. Da die entsprechend andere Elektrodengruppe nicht angesteuert wird, verlässt der zu bewegende Flüssigkeitstropfen die angesteuerte Elektrode auch nicht. Bei Ansteuerung der jeweils anderen Elektrodengruppe wird er sich auf eine Elektrode dieser Elektrodengruppe zu bewegen, wobei diese Bewegung erfindungsgemäß nur in die durch die Elektrodengeometrie bestimmte Vorzugsrichtung stattfindet. Durch einen erfindungsgemäßen Wechsel der Ansteuerung der jeweiligen Elektrodengruppen bewegt sich so der zu bewegende Tropfen immer in die Vorzugsrichtung fort. Im Falle dreier Elektrodengruppen erfolgt die Ansteuerung erfindungsgemäß so, dass zunächst die erste, dann die zweite, schließlich die dritte, und dann wieder die erste Elektrodengruppe usf. angesteuert wird. Alternativ ist es auch möglich, zunächst die erste Elektrodengruppe, dann die erste und zweite, dann die zweite, die zweite und dritte, die dritte und die erste, dann wieder die erste, und so fort anzusteuern. Wesentlich ist dabei lediglich, dass das Maximum des elektrischen Feldes in Vorzugsrichtung wandert.The Invention also includes a method of driving electrodes to move liquids or liquid drops. This happens with the help of the effect of electrowetting under use of electrode groups consisting of electrodes, as they already are in the preceding claims were set out. The method according to the invention is characterized that the electrode groups for generating a movement of the liquid droplets be controlled so that the individual electrodes of the respective Groups alternately or sequentially controlled become. That means that for the example of two groups of electrodes first of all the electrodes of the first, and subsequently all Electrodes of the second electrode group are driven, whereupon in turn, a control of the electrodes of the first electrode group done, and so on. Under control is the training of a electric field from the respective electrodes either in Direction of the environment or to the adjacent electrode, for example To understand grounded electrodes. The driven Electrodes then indicate one of the environment or the adjacent one Electrodes have different potential. The liquid drop to be moved moves when driving the respective electrode group on one Electrode of the appropriately driven electrode group too. There the corresponding other electrode group is not activated, leaves the liquid drop to be moved the driven electrode also not. When controlling each other electrode group he will be on an electrode of this electrode group to move, this movement according to the invention only in the by the electrode geometry certain preferred direction takes place. By a change of the invention the control of the respective electrode groups moves so the drop to be moved always in the preferred direction away. In the event of According to the invention, the control takes place in three electrode groups in such a way that the first first, then the second, finally the third, and then again the first electrode group, etc. driven becomes. Alternatively, it is also possible, first the first electrode group, then the first and second, then the second, the second and third, the third and the first, then again the first, and so on. It is essential, that the maximum of the electric field migrates in the preferred direction.
FigurenübersichtLIST OF FIGURES
Figurenbeschreibungfigure description
Die
In
der
In
der
Die
In
der
In
der
Um
ein Weiterbewegen des Flüssigkeitstropfens
- AA
- Elektrodenform Aelectrode shape A
- BB
- Elektrodenform Belectrode shape B
- CC
- Elektrodenform Celectrode shape C
- 11
- erfindungsgemäße Elektrodeelectrode according to the invention
- 1'1'
- ersten Elektrodefirst electrode
- 1''1''
- zweite Elektrodesecond electrode
- 1'''1'''
- dritte Elektrodethird electrode
- 22
- ÜberstandGot over
- 33
- Ausnehmungrecess
- 44
- Flüssigkeitstropfenliquid drops
- 4'4 '
- schraffierter Bereichhatched Area
- 55
- Bewegungsrichtungmovement direction
- 66
- Breite des Hauptbereicheswidth of the main area
- 77
- Breite des Überstands/Breite der Ausnehmungwidth of the supernatant / width the recess
- 88th
- Abstand vom Hauptbereichdistance from the main area
- 1010
- erste Elektrodengruppefirst electrode group
- 2020
- zweite Elektrodengruppesecond electrode group
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200810020132 DE102008020132A1 (en) | 2008-04-22 | 2008-04-22 | Device for unidirectional movement of fluids or fluid drops by effect of electrowetting, comprises electrode, entry area, main area and exit area, where main area expands for moving fluid drops |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200810020132 DE102008020132A1 (en) | 2008-04-22 | 2008-04-22 | Device for unidirectional movement of fluids or fluid drops by effect of electrowetting, comprises electrode, entry area, main area and exit area, where main area expands for moving fluid drops |
Publications (1)
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---|---|
DE102008020132A1 true DE102008020132A1 (en) | 2009-11-19 |
Family
ID=41180253
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE200810020132 Ceased DE102008020132A1 (en) | 2008-04-22 | 2008-04-22 | Device for unidirectional movement of fluids or fluid drops by effect of electrowetting, comprises electrode, entry area, main area and exit area, where main area expands for moving fluid drops |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102008020132A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4569575A (en) * | 1983-06-30 | 1986-02-11 | Thomson-Csf | Electrodes for a device operating by electrically controlled fluid displacement |
US6565727B1 (en) * | 1999-01-25 | 2003-05-20 | Nanolytics, Inc. | Actuators for microfluidics without moving parts |
FR2887983A1 (en) * | 2005-06-30 | 2007-01-05 | Commissariat Energie Atomique | Microfluid preparation device comprising a distributor to distribute liquid in droplets to first concentration, a droplet displacer with electro wetting comprising a substrate with hydrophobic surface, and a droplet evaporator |
-
2008
- 2008-04-22 DE DE200810020132 patent/DE102008020132A1/en not_active Ceased
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---|---|---|---|
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8131 | Rejection |