JP4814230B2 - 電極を扱う方法 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロシステムにおける複数の滴下の操作のための電気流体多重化に関する。

特に本発明は、多種の液体、例えば高速分析又はコンビナトリアル化学に関する検査で必要なラボチップに適している。

反応体積は、電極系上のエレクトロウェッティングによって操作される滴下である。

移動又は操作に最も一般的に使用される方法の１つは、Lab Chip 2 (1) (2002)96-101におけるM.G. Pollack, A.D. Shendorov, R.B. Fairらによる論文“Electro-wetting-based actuation of droplets for integrated microfluidics”に記載されている、誘電体上のエレクトロウェッティングの原理に基づく。

移動に用いる力は、静電気力である。

文献FR 2 841 063は、移動のために活性化された電極に対向するカテナリーを使用する装置について説明する。

この移動様式の原理は、図１Ａから図１Ｃに示される。

滴下２は、それが誘電層６と疎水性層８とによって隔離された電極アレー４上にある（図１Ａ）。

各電極は、スイッチを介して、というより電気リレー１１によって個々の制御のためのシステムを介して共通電極に接続される。

初めに、対極だけでなく全ての電極は、基準電位Ｖ０に置かれる。

滴下２の近くの電極４−１が活性化された時（リレー１１の作動によってＶ０とは異なる電位Ｖ１に置かれた時）、対極１０によって分極され、この活性化された電極と滴下との間にある誘電層６及び疎水性層８は、キャパシタンスの機能を果たし、帯電の効果は、活性化された電極上での滴下の移動をもたらす。対極１０は、制限されたシステムの場合においてキャップ上に、FR 2 841 063（図２Ａ）で説明されるカテナリー、埋め込みワイヤー、又は平面電極にすることができる。

故に、疎水性層は、より局所的に疎水性となる。

故に、滴下は、引続き電極４−１、４−２等の活性化によって、及びカテナリー１０に沿って疎水性表面８上で、より近接して移動されうる。

上記引用文献は、平面における滴下の操作のための隣接電極系の使用例を提供する。

この様式の装置に関する２つの生成分類が存在する。

第１の場合において、滴下は、図１Ａ及びFR2 841 063に示されるように、電極アレーを含む基板の表面上にある。

第２の生成分類は、例えば既に上記引用されたM.G. POLLAK et alの文献において説明されたような、２個の基板間の滴下を制限することからなる。

第１の場合において、それは、開放型システムであり、第２の場合において、それは、制限されたシステムである。

一般に、システムは、チップ及び制御システムからなる。

チップは、上述のように、電極を含む。

電気制御システムは、リレーのスイッチングをプログラムすることを可能にするリレーのセット１１と自動システム、即ちＰＣとを含む。

チップは、制御システムに電気的に接続され、故に各リレーは、１個以上の電極を制御することを可能にする。

リレーによって、全ての電極は、電位Ｖ０及びＶ１に置かれる。

一般に、制御システムとチップとの間にある電気的接続の数は、リレーの数に等しい。

電極ライン上で滴下を移動するために、全ての電極をリレーに接続することと、図１Ａから図１Ｃで説明されたように、引続きそれらを活性化することとを単に行うだけでよい。

図２は、電極のＮ本のラインからなるアレーの場合を示す。

その後、これらのＮ本のライン上にＮ個の滴下を（並行に）同時に移動するのが望ましい。

このため、電極はコラムに接続され、各電極コラムは、並行リレー２０と呼ばれるリレーに接続される。

ラインの動作は、例えば単独の所定の滴下を一端にもたらすために、及びラインの始めで他の滴下を残すために、順番に分離される。

ラインを分離するために、ライン選択電極と呼ばれる電極の少なくとも１個のコラムが決められ、このコラムの各電極は、導体２１−ｉを介してリレー２２−ｉに接続され、この同じコラムの他の電極が接続されるリレーから独立している。これらの各種リレーは、図２において参照２２−１、２２−６、２２−７、２２−８によって示され、ライン選択リレーと呼ばれる。

全ての滴下は、ライン選択電極ＥＳＬのコラムに先行する電極コラムまで、並行リレー２０によってＮ本のライン上で移動される。

各種ライン選択リレー２２−ｉを制御することによって、停止されるべき滴下と、所定の電極ラインに沿ってそれらの移動を継続すべき滴下とを選択することを可能にする。

故に、選択された滴下は、その後リレー２０の制御によってそれらの移動を継続することができる。

この実施形態において、導電体２１−ｉ及びリレー２２−ｉの数は、ラインの数に比例する。多数のライン（Ｎ＝２０、５０、１００等）に対し、多数の導体及びリレーにすると、技術的に複雑となって、費用がかなり高くなる。

故に、電極の各ラインに対し選択の可能性を維持する一方で、電気的接続を単純化することを可能にする方法及び装置を見出すという課題がある。

まず、本発明は、電気流体装置の２^ｎ本のラインからなる電極アレーを扱うための装置であって、Ｎ個（ｎ＜Ｎ）の電極を有する各ラインは、
− 各ライン上に、ｎ個のいわゆる選択電極であって、全てのこれらのライン選択電極は、２ｎ個のライン選択導体に接続され、２^ｎ―１本のラインの２^ｎ―１個のライン選択電極は、各ライン選択導体に接続される、電極と、
− 一つ以上のライン選択導体を選択するための選択手段と
を具備することを特徴とする装置に関する。

本発明は、ライン選択導体の数を低減することを可能にし、故に電気流体を扱うアレーにおいてライン選択手段を単純化することを可能にする。

本発明によって、故に２ｎ個の入力信号のみに対して２^ｎ個の滴下を操作することを可能にする。

故に、本発明は、２ｎ個のリレーのみでライン選択電極を制御することを可能にする。

例えば、本発明は、それぞれ６、８、１０、１２、１４、１６、１８、２０個のライン選択導体とそれと同じ数のライン選択リレーとで８、１６、３２、６４、１２８、２５６、５１２、１０２４個のライン選択電極を制御することを可能にする。

特に、本発明は、ラインの数が多い時に適している（例えば、１６又は３２よりも多い）。

所定値“ｋ”に対し、異なるラインを選択するための電極ＥＳＬ−ｋは、２個のライン選択導体に接続され、電極ＥＳＬ−ｋは、導体Ｃｋ及び導体Ｃｋ´に関して二者択一的に２^ｋ−１のパケットによって接続される。

１個以上のライン選択導体を選択するための選択手段は、電気的選択リレーを含むことができる。

一実施形態によると、当該装置において、ライン選択導体を選択するための手段は、２ｎ個の電気的選択リレーを含み、各リレーは、単独のライン選択導体に接続される。

一実施形態によると、当該装置において、ライン選択導体を選択するための手段は、ｎ個の電気的選択リレーを含み、各リレーは、２個のライン選択導体に接続される。

その後、各ライン選択リレーは、入力信号に加えて、相補的信号を生成するための手段に結合されうる。

ライン選択電極は、各ラインに沿って引続き、又は少なくとも１本のラインに沿って引続かずに配列される。

少なくとも１本のラインのライン選択電極は、長方形の形状にすることができ、各長方形の大きい側は、ラインに対して垂直に配列される。

少なくとも１本のラインのライン選択電極は、代替に従って正方形の形状にすることができる。

特定の実施形態によると、アレーの少なくとも１本の電極ラインは、切断電極（Ｅｃ）を有する。

デジタルライン選択手段は、本発明に従って装置を制御するために提供されうる。

これらのデジタルライン選択手段は、２進コードに従って電極アレーのラインを選択するようプログラムされうる。

本発明によると、その後コンビナトリロジックが使用され、チップのレベルで又は装置のレベルで複数の電極間における相互接続の適切な方法によって得られる。

これらのデジタルライン選択手段は、アレーの１本以上のラインを選択するための手段と、選択された（複数の）ラインに従ってライン選択導体を制御するための命令を形成するための手段とを含むことができる。

また、これらのデジタルライン選択手段は、選択されたラインのライン選択電極を連続的に活性化するための、及び／又は選択されたラインのライン選択電極を同時に活性化するための手段を含むことができる。

また、本発明は、上述のような装置を含む、液滴を形成するための装置に関し、手段は、液体のためのコンテナを形成し、アレーの各ラインは、コンテナに接続される。

また、本発明による当該装置は、液体のための２^ｎ個のコンテナを形成する手段を含むことができ、アレーの各ラインは、単独のコンテナに接続される。

各ラインは、異なるライン上に形成された液滴を混合するために、電極の共通ラインに接続されうる。

また、本発明は、上述のような２^ｎ本のラインを備えた装置を含む、電気流体装置の、２^ｎ＜ｐ＜２^ｎ＋１である、ｐ本のラインからなる電極アレーを扱うための装置に関する。

また、本発明は、前記ラインの電極の活性化によってアレーの少なくとも１本のラインに沿う液量の移動を含む、上述のような装置を用いる、少なくとも１つの液体体積を移動するための方法に関する。

前記ラインのライン選択電極は、連続的又は引続き活性化されうる。

また、本発明は、上記のような液体体積の移動と、これらの電極の同時選択による前記ラインの複数の電極上での前記体積の拡散と、切断電極（Ｅｃ）を用いた拡散体積の切断とを含む液滴を形成するための方法に関する。

本発明の使用は、単独のチップ生成技術でかなり多数の滴下を制御することと、チップ及び制御システムの間における電気的接続の数を最小にすることと、電気制御システムの単純化とを行い、故にチップ生成、電気的接続、及び制御システムの費用を最小にすることができる。

本発明の一実施形態は、図３に関して提供される。

この例において、装置は、電極の８本のライン（Ｎ゜０からＮ゜７）、即ち２^３本のラインを有する。

各ラインは、少なくとも３個、図３の例では６個の電極を有する。

各ラインの電極のうち、３個のいわば選択電極Ｅｓｌ１、Ｅｓｌ２及びＥｓｌ３が選択される。より一般に、Ｎ＝２^ｎ本のラインに対し、ｎ個の選択電極Ｅｓｌ−ｉ、ｉ＝１−ｎ、ｎ＞０が各ライン上に選択される。

ライン選択電極Ｅｓｌ−ｉは、以下に詳述されるように、ライン選択リレーに、即ちライン選択リレーに自身が接続されるライン選択導体Ｃ１、Ｃ１´、Ｃ２、Ｃ２´、Ｃ３、Ｃ３´に接続される。

図３において、６（＝２×３）本のライン選択導体が使用される。これらの導体は、この図では、ふたつひと組でグループ化される。

一般に、Ｎ＝２^ｎ本のラインに対し、２ｎ個のライン選択導体が存在する。

各ラインのｎ個のライン選択電極、ひいては２^ｎ×ｎ個のライン選択電極は、ｎ組のライン選択導体Ｃｋ、Ｃｋ´（ｋ＝１、．．．ｎ ｅｔ ｋ´＝１、．．．ｎ）の導体のどれか一方に接続される。

各ライン選択導体は、ライン選択リレーＲｓｌ−ｋ、Ｒｓｌ−ｋ´（ｋ＝１−３、ｋ´＝１−３）によって制御される。故に、この実施形態では総計で、２ｎ個のライン選択リレーが存在する。

ライン選択電極以外の他の電極は、上記で説明したように、並行リレー３０に接続され、即ち各電極カラムは、並行リレーに接続される。

所定のラインに対し、電極Ｅｓｌ−ｉは、必ずしも連続的ではなく、即ち少なくとも１本のラインに対し、２個の選択電極Ｅｓｌ−ｉ間に“標準”電極（選択電極ではない）が存在しうる。以下、当該装置の使用について説明する。

また、慣例により、全てのラインに共通している番号方向を採用するのが好ましく、即ち例えば各ライン上で、ライン上の右端の選択電極がＥｓｌ−１で、（たとえＥｓｌ−１がそれに対して並列でなくても）Ｅｓｌ−１の左側の選択電極がＥｓｌ−２であり、より一般に、（たとえＥｓｌ−（ｋ−１）がそれに対して並列でなくても）Ｅｓｌ−（ｋ−１）の左側の選択電極がＥｓｌ−ｋであるのが適している。

図３は、各ラインｊ＝０及び１に対しＥｓｌ−１、Ｅｓｌ−２及びＥｓｌ−３を示す。しかし、上記で説明したように、この条件のみに限定されない。

ｉ＝１に対し、異なるラインの電極Ｅｓｌ−１は、交互様式でＣ１及びＣ１´に（その後Ｒｓｌ−１及びＲｓｌ−１´に）接続され、即ち電極Ｅｓｌ−１は、Ｃ１及びＣ１´に交互に接続される（故に、２^{（１−１）}ライン毎に、即ちラインごとに変更が存在する）。

ｉ＝２に対し、異なるラインの電極Ｅｓｌ−２は、再び交互にＣ２及びＣ２´に（その後Ｒｓｌ−２及びＲｓｌ−２´に）接続されるが、２^{（２−１）}ライン毎に、即ち２本のライン毎に変更が存在する。即ち、２^１個の電極Ｅｓｌ−２のグループは、Ｃ２そしてＣ２´に交互に接続される。

ｉ＝３に対し、異なるラインの電極Ｅｓｌ−３は、再び交互様式でＣ３及びＣ３´に（その後Ｒｓｌ−３及びＲｓｌ−３´に）接続されるが、２^{（３−１）}＝２^２ライン毎に変更が存在する。即ち、２^２個の電極Ｅｓｌ−３のグループは、Ｃ３そしてＣ３´に交互に接続される。

より一般に、Ｎ＝２^ｎ本のラインに対し、全てのラインの全ての２^ｎ×ｎ個の電極Ｅｓｌ−ｋのうち２^ｋ−１個の電極Ｅｓｌ−ｋ（ｋ＝１、．．．Ｎ）は、（リレーＲｓｌ＝ｋに接続された）ライン選択導体Ｃｋに接続され、次の２^ｋ−１個の電極は、（リレーＲｓｌ−ｋ´に接続された）ライン選択導体Ｃｋ´に接続される。これらの２つの割り当ての後にさらなる電極Ｅｓｌ−ｋが存在する場合、それらは、次の２^ｋ−１個の電極に対しＣｋ（ひいてはＲｓｌ−ｋ）に、その後次の２^ｋ−１個の電極に対しＣｋ´（ひいてはＲｓｌ−ｋ´）に再び割り当てられてもよい。２^ｋ−１個の電極未満からなる１つのグループのみが存在する場合、それらは、以前の電極Ｅｓｌ−ｋがＣｋ´又はＣｋに接続されるか否かに依存して、Ｃｋ又はＣｋ´の何れかに割り当てられる。

所定の値“ｋ”に対し、異なるラインの電極ＥＳＬ−ｋは、２個のライン選択導体Ｃｋ又はＣｋ´に（及び対応するリレーＲＳＬ−ｋ又はＲＳＬ−ｋ´に）接続することができ、電極ＥＳＬ−ｋは、導体Ｃｋ及び導体Ｃｋ´に交互に、２^ｋ−１個のパケットによって接続される。

所定のラインに対し、このラインのライン選択電極は、異なる組Ｃｋ、Ｃｋ´に割り当てられ、ひいては図３の配置において、異なるリレーの組Ｒｓｌ−ｋ、Ｒｓｌ−ｋ´に割り当てられる。また、図３のように、ライン選択電極が一組にされる場合、同じラインの２個のライン選択電極は、同じ組Ｃｋ（Ｒｓｌ−ｋ）、Ｃｋ´（Ｒｓｌ−ｋ´）に割り当てられない。

最後に、２^ｎ本のラインの一般的な場合に対し、２^ｎ―１本のラインの２^ｎ―１個のライン選択電極は、各ライン選択導体Ｃｋに割り当てられるか、又は接続される。

図３の場合において、ｋ＝１、２、３に対しリレーＲＳＬ−ｋ及びＲＳＬ−ｋ´による電極ＥＳＬ−ｋの扱いは、以下の表１に要約される。Ｒｓｌ−ｋ及びＲｓｌ−ｋ´に各々接続される導体Ｃｋ、Ｃｋ´の扱いは、そこから導出される。

例えば、ラインｊ＝０に対し、Ｒｓｌ−３´も活性化され、ひいては胴体Ｃ３´も活性化された場合、Ｅｓｌ−３は、活性化される（図３）。

ライン及びライン選択電極の数にかかわらず、各ライン選択導体及び各リレーは、２つの異なる状態を有することができる。

第１状態は、“０”と呼ばれる状態である。このリレーが制御する導体Ｃｋと電極とはその後、電位Ｖ０に（又は浮遊電位に）接続され、即ちエレクトロウェッティングは、これらの電極上で作用しない。これらの電極上での滴下の移動又は拡散が存在しない。

第２状態は、“１”と呼ばれる状態である。このリレーが制御する導体Ｃｋと電極とはその後、電位Ｖ１に接続され、即ちエレクトロウェッティングは、これらの電極上で滴下を移動又は拡散させるためにこれらの電極上で作用することができる。

同じラインのライン選択電極ＥＳＬ１、ＥＳＬ２．．．、ＥＳＬｎを滴下が横切るために、これらの異なる電極が接続される全てのライン選択導体と全てのリレーとは、“１”の状態でなければならない。

これらのライン選択導体又はリレーの１つのみが“０”の状態である場合、“０”の状態であるライン選択導体とリレーとに接続された電極ライン上を液体が横切る可能性は、存在しない。

全ての導体Ｃｉ及びＣｉ´と全てのリレーＲＳＬｉ及びＲＳＬｉ´とがｉ＝１から２ｎに対し“０”の状態である場合、任意のライン上を液体が横切る可能性は、存在しない。

しかし、全てのリレーＲＳＬｉ及びＲＳＬｉ´が“１”の状態である場合、全ての滴下は、各ライン上、即ち全ての電極ＥＳＬ−１からＥＳＬ−ｎ上で移動又は拡散されうる。

本発明のこの実施形態は、ｎ個のライン選択電極が各ライン上にある全てのラインの２^ｎ×ｎ個のライン選択電極を、２ｎ個のライン選択導体及び同じ数の制御リレーで作動することを可能にする。

一方、公知の装置はせいぜい、２^ｎ個のライン選択電極を、ただ２^ｎ個の導体及び同じ数のリレーで使用する（図２を参照）。故に、本発明によって得られる利益は、導体及びリレーの数の点で、特にラインの数が約２^ｎ（ｎ≧４、８又は１６等）である場合、重要である。

また、リレー制御手段４０、例えばリレーが接続され、これらのリレーを制御することができるデジタルプログラム可能な手段（ＰＣその他）が提供されうる。

これらの手段は、滴下を移すことができなければならないラインをユーザーが選択できるようにする画面４２を備えることができる。例えば、アレーは、この画面上に示され、ユーザーは、画面上で直接選択された（複数の）ラインを前記ユーザーが指定できるようにするカーソル又はペンを用いて、１つ以上の滴下移動ラインを選択する。

また、自動プログラムは、ラインを選択し、対応する制御信号を電極に送信することができる。

手段４０を記憶するための手段は、所定のラインが選択されるようにする情報を記憶することを可能にする。この情報は、例えば、８本のラインを扱うためのアレーの場合における表１のことである。その情報は、表１の形式又は他の形式で記憶又は保存される。

操作者による命令で、例えば、上述のような選択で、即ち自動プログラムの命令で、デジタル手段は記憶手段において、必要なリレーＲｓｌ−ｋ、Ｒｓｌ−ｋ´を開閉すること、ひいては必要な電極Ｃｋ、Ｃｋ´を活性化することを可能にするデータを選択する。

以前の実施形態において、ライン選択導体Ｃｋ、Ｃｋ´は、同じ数のライン選択リレーＲｓｌ−ｋ、Ｒｓｌ−ｋ´に接続される。

もう１つの実施形態に従って、このライン選択リレーの数を低減することが可能である。

故に、図４に示された本発明のもう１つの実施形態によると、各リレーＲｓｌ−ｋに対し、第１状態（“１”の状態）である出口と相補的状態（“０”の状態）である出口とを形成することを可能にする単独のリレー及び論理ゲート手段によって、リレーＲｓｌ−ｋ、Ｒｓｌ−ｋ´の各組が置換される場合、２ｎ個のリレーは、ｎ個に低減されうる。

リレーＲｓｌ−ｋのｎ個の入力の各組み合わせ、ひいてはライン選択導体Ｃｋ、Ｃｋ´の対応する組み合わせは、このラインへ滴下を移すことを目的として、アレーの１本以上のラインの選択又は開放をすることになる。

例えば、図３の実施形態において、２個のリレーＲＳＬ−ｉ及びＲＳＬ−ｉ´は、相補的な論理関数を用いて単独のリレーＲＳＬ−ｉ´によって置換される（図４）。これは、リレーの数を１／２にすることを可能にする。

この実施形態において、ｎ個のリレーのみが存在する。

また、ｎ桁の２進コードによってアレーの２^ｎ本のラインを暗号化又は識別することを可能にし、各ラインは、このラインへの符号化の、ｎ個のリレーＲｓｌ−ｋの入力への割り当てによって選択されうる。

故にこの場合、２進数としてラインを暗号化するための論理を使用すること、及びライン選択リレー制御にこの暗号化を割り当てること、ひいてはそれ自身のラインの選択への割当てを可能にする。ラインを選択するために、その２進符号は、ライン選択リレーの入力に割り当てられる。

例えば、８本の電極ラインの場合に相当し、ラインごとに３個のライン選択電極と、６個のライン選択導体Ｃ１からＣ６とを有するが、３個のライン選択リレーのみを有する図４を参照することができる。

この例において、リレーの状態を用いるラインの暗号化は、以下の表２に要約される。

所定の２進数に対し、単独のラインは、電位Ｖ１で３個のライン選択電極を有し、単独のラインが選択される。

例えば、数１０１は、ライン５の３個の電極ＥＳＬ−１、ＥＳＬ−２、ＥＳＬ−３が電位Ｖ１であるようにする３個のリレーの状態を決定することを可能にする。

このライン上に置かれた滴下のみが循環することができる。

他の滴下は、電極ＥＳＬのうち少なくとも一つの電極が電位Ｖ０なので、電極ＥＳＬを横切ることができない。

ライン選択導体Ｃｋ、Ｃｋ´へのライン選択電極の割り当て又は接続は、この実施形態において、第１実施形態のものと同じである。

同様に、この実施形態においても、リレー制御手段４０、例えばｎ個のリレーが接続され、これらのリレーを制御することができるデジタルプログラム可能な手段（ＰＣその他）が提供されうる。

これらの手段は、滴下を移すことができなければならないラインをユーザーが選択できるようにする画面４２を備えることができる。例えば、アレーがこの画面上に示され、ユーザーは、画面上で直接選択された（複数の）ラインを前記ユーザーが指定できるようなカーソル又はペンを用いて、滴下移動ラインを選択する。

代替として、自動プログラムは、ラインを選択し、対応する制御信号を電極に送信することができる。

手段４０の記憶手段は、所定のラインが選択されるようにする情報、例えば上記の表２の情報を、この表の形式又は等価な形式で記憶することを可能にする。

操作者による命令で、例えば、上述のような選択で、即ち自動プログラムの命令で、デジタル手段は記憶手段において、必要なリレーＲｓｌ−ｋを開閉すること、ひいては必要な電極Ｃｋを活性化することを可能にするデータを選択する。

一般に、想定された実施形態にかかわらず、２つの動作モードに分類することができる。

第１の場合、所定のラインに対し、滴下は、このラインの全てのライン選択電極上で同時に拡散され、第２の場合、滴下は、この同じラインのライン選択電極に渡って引続き移動される。

第１の動作モードで、同じラインの異なるライン選択電極は、同時に活性化される。例えば、制御手段４０は、これらのライン選択電極を同時に活性化するため特別にプログラムされる。即ち操作者は、同時の活性化と引続きの活性化とを臨機応変に選択することができる。

このため、使用された液体及び技術は（制限されたシステム又は開放型システム）、これらのライン選択電極の全ての系上で滴下が拡散されるようにする。

一般に、これは、制限されたシステムの場合である。制限されたシステムは、図１に示された基板に加えて、図９に示された、又は本出願の序章部分で引用されたMG Pollackの文献に開示されるように、第１基板に対向する第２基板１１を有する。図９において、参照１３及び１５はそれぞれ、疎水性層及び基盤電極を示す。参照１７は、上部基板１１（又はキャップ）に形成される開口部を示し、液体を案内するためのウェルとして機能を果たすことを可能にする。

開放型システムに対し、低表面張力液体を使用するのが好ましい（例えば、界面活性剤を含む水）。

液体の表面張力と電極のサイズとに依存して、数ｎが高い（例えば、ｎ＞３又は４）時に同時に活性化された同じラインの全てのｎ個のライン選択電極上での液体の完全な拡散を達成することは困難になりうる。

この問題を克服するため、異なるライン選択電極の全長を最小化するように電極の形状を変更し、ひいては滴下の拡散長さを限定することを可能にする。

例えばこれは、図５に示されるように、長方形のライン選択電極を用いることによって得られる。各長方形の大きい側は、ラインの方向に対して垂直に配列される。

第２の動作モードで、ライン選択電極は、引続き制御される。

実際、同じ配置に対して（例えば、高い表面張力の滴下を備えた開放型システムにおいて）、同じラインの全てのライン選択電極上で同時に滴下を拡散することは困難になりうる。

同じラインのライン選択電極（ＥＳＬ−１そしてＥＳＬ−２の後にＥＳＰ−ｎまで、即ち電極が反対方向に数えられる場合の逆）を連続して制御することによって、選択された滴下は、電位Ｖ１で連続して置かれた異なるライン選択電極上で、ラインに沿ってより近接して移動される。

ライン選択電極の１つが電位Ｖ０で置かれた場合、滴下が停止される。

新たな滴下を選択するため、ゼロへリセットすることが実行され、それは、ライン選択電極の１つの上で停止された全ての滴下を、ラインの始めにおいて置き換えることからなる。例えば、滴下が位置する一つの電極に先行する電極は、滴下をラインに沿って上へ移動させるために再活性化される。

滴下の構成に対する代替は、以下に説明される。

前記コンテナに接続され、それ自体が電極アレーの一部である電極ラインを用いてコンテナＲから滴下を形成することを可能にする。

このため、アレーのラインの一連の電極Ｅ１からＥ４が活性化され、前記ラインは、図６Ａに示されるようにコンテナＲに接続され、滴下が拡散することになり、ひいては図６Ｂに示されるように液体部分５０に至る。

その後、得られた液体部分は、活性化された電極の１つ（図６Ｃの電極Ｅｃ）を非活性化することによって切断される。故に、滴下５２は、図６Ｄに示されるように得られる。

切断電極として言及される一つ以上の（複数の）電極Ｅｃ（図６Ｃ）とコンテナＲとの間に選択電極を挿入することによって本発明による方法を適用することを可能にする。

本発明によると、選択電極は、滴下を形成するよう切断電極まで液体を拡散させるために、滴下が形成されなければならないラインを選択することを可能にする。

ここで、適用例が図７Ａから図７Ｄに関して説明される。

それは、コンビナトリ化学のための流体処理機に関する。

この例において、チップは、２×２^ｎ個のコンテナＲｋ、ｋ＝１、．．．、２^ｎ＋１と、対応する数の電極ラインとを有する。

各コンテナは、滴下を生成することを可能にする電極ラインに関連付けられる。故に、ラインは全体的に、既に上述したようにアレーを形成する。

ｎ個のライン選択電極は、上記のように、各ライン上に位置する。

図７Ｂは、そのライン選択電極ＥｓｌとコンテナＲ１とを備えた第１ラインを示す。他のラインは、同様な構造を有する。

コンテナから始まる全ての電極ラインは、共通電極ライン６０に終わり、またライン選択電極を含むことができる。異なる試薬は、混合されるように滴下の形式で、このライン６０に提供される。

図７Ａの構造は、前記ライン６０に関して対称であり、ひいては２×２^ｎ個のラインを有する。しかし、本発明による構造は、やはり非対称で２^ｎ本のラインのみ有するか、全て同側面に位置させるか、又は共通ライン６０に関して９０°にすることができる。

本発明の１つの実施形態に従って配列されたライン選択導体は、図７Ａ及び図７Ｂに示されないが、図１Ａに示されるように、疎水性絶縁層の下部にある。

これらのライン選択導体は、図４の手段４０及び４２のような制御手段に接続される。

代替によると、ラインを有することを可能にし、各々は、ライン選択電極を備え、図７Ｃに示されるような配列に従って、垂直な構造でコンテナＲ１、．．．Ｒｋ、Ｒ´１、．．．Ｒ´ｋに接続される。ラインは、共通ライン１６０、１６２に対して垂直である。

さらにもう１つの代替によると、ラインを有することを可能にし、各々は、ライン選択電極を備え、図７Ｄに示されるような配列に従って、正方形の構成でコンテナＲ１、．．．Ｒｋ、Ｒ´１、．．．Ｒ´ｋ´、Ｒ１、．．．Ｒｊ、Ｒ´１、．．．Ｒ´ｊ´に接続される。ラインは、正方形を形成する共通ライン２６０、２６２に対して垂直である。

他の条件が想定でき、任意の様式の液体処理機又は回路を生成することを可能にする。

本発明の１つの実施形態に従って配列されたライン選択導体は、図７Ｃ及び図７Ｄに示されないが、図１Ａに示されるように、疎水性絶縁層の下部にある。

これらのライン選択導体は、図４の手段４０及び４２のような制御手段に接続される。

本発明のおかげで、各種試薬間の混合について多数の可能な組合せをプログラムすることを可能にする。

結果の分析を実行するために、チップは、例えば比色分析、蛍光又は電気化学によって検出が実行される検出領域（図示せず）を含むことができる。

チップは、異なる試薬の組合せで引続き混合されるべきサンプルを注入するための他の入／出口又はコンテナ６２を任意に含むことができ、異なる試薬の各々は、電極ラインへ、即ち分析の後に液体を除去するための廃棄貯蔵領域と呼ばれる領域６４へ接続されたコンテナから到来する。

本発明は、２^ｎ本（ｎ＞０又は１）のラインを含むアレーだけでなく、２^ｎ＜ｐ＜２^ｎ＋１でｎが整数のｐ本のライン（ｐは整数）からなる任意のアレーにも適用される。この場合、２^ｎ＋１本のラインからなるアレーは、上記の一実施形態に従って処理され、その後このパターンにおける過剰ラインは、抑制される。

図８は、本発明による８個のライン選択導体に接続する１６個のラインアレー（ｊ＝０、．．．１５）の一例を示す。

スイッチ又はリレーは、４個のブロックＲｓｌ−ｉ（ｉ＝１−４）によって図式化され、本発明の一実施形態に従って上述された形式のうち１つをとることができる。

例えば、３本のラインの抑制は、破線７０によって表される。ラインｊ＝１３、１４、１５が除去され、８本のラインｊ＝０−７を含む１５本のラインを含む配置が存在し、これら８本の各ラインは、本発明による導体Ｃ１、Ｃ１´、Ｃ２、Ｃ２´、Ｃ３、Ｃ３´に接続された少なくとも３本（実際には４本）のライン選択電極Ｅｓｌ−１、２、３を含む（図８のブロック７２は、これらの接続をグループ化する）。

また、装置は、ライン０から７までに対し、それぞれが完全に占有又は空白にされ、ひいてはラインの識別に含まれない２個の追加のライン選択導体Ｃ４及びＣ４´を含む。

故に、２^ｎ＜ｐ＜２^ｎ＋１であるｐ本のラインを含む装置は、本発明による２^ｎ本のラインを備えた装置を含む。これらのラインの各々は、ｎ個ではなくｎ＋１個のライン選択電極を含み、そのうちｎ個は、図３及び図４に関して既に上述したように接続されている。

故に、本発明は、任意数のラインを有する電気流体アレーを扱うための方法及びシステムを達成することを可能にする。

本発明による装置は、図１Ａから図１Ｃに示されるような構造で提供することができ、電極は、アレー状に配列され、絶縁層６及び疎水性層８の下に位置する。

例えば、基板１は、シリコーン、ガラス又はプラスチックで作られる。

通常、例えば導体１０（図１Ａから図１Ｃ）と疎水性表面８との間の距離は、１μｍと１００μｍ若しくは５００μｍとの間である。

例えば、導体１０は、１０μｍと数百μｍとの間の直径を備えるワイヤの形式で、例えば２００μｍである。このワイヤは、金、アルミニウム又はタングステンワイヤにすることができ、即ち他の導電体でもよい。

２個の基板１、１１が使用される時、限定された構造の場合（図９）、例えばそれらは、１０μｍと１００μｍ若しくは５００μｍとの間の距離によって分離される。

この場合、第２基板は、滴下の液体に接触することが意図されるその表面で疎水性層１３を含む。対極１５は、第２基板に埋め込むことができ、即ち平面電極は、キャップの表面の大部分を覆うことができる。カテナリーも使用されうる。

検討された実施形態にかかわらず、例えば液滴２は、１ナノリットルと数マイクロリットルとの間の量、例えば１ｎｌと５μｌとの間の量を有する。

また、例えばアレーのラインの各電極は、移されるべき滴下のサイズに従って、約数１０μｍ^２（例えば１０μｍ^２）から１ｍｍ^２までの表面を有し、近傍の電極間の間隙は、例えば１μｍと１０μｍとの間である。

アレーの電極の構造は、従来のマイクロ技術の方法によって、例えばフォトリソグラフィによって得ることができ、例えば電極は、金属層（ＡＵ、ＡＬ、ＩＴＯ、Ｃｒ又はＣｕ）を堆積することによって生成され、その後フォトリソグラフィに至る。

その後、基板は、Ｓｉ３Ｎ４又はＳｉＯ２の誘電層で覆われる。最後に、疎水性層は、例えばスピナーを用いてテフロン（登録商標）で堆積されうる。

同じ技術は、限定された装置の場合において、図９の第２基板の生成に適用される。

また、本発明による装置を組込むチップを生成するための方法は、文献FR 2 841 063に記載された方法から直接導き出すことができる。

実施形態にかかわらず、少なくとも１本のラインの電極は、図１０に示されるような鋸歯外形を有するのが好ましい。連続した電極の鋸歯は、互いに係合する。これは、一つの電極から他の電極への凹凸移動を容易にすることを可能にする。

本発明による装置の代替実施形態は、図１１Ａに関して説明される。

これは、電極アレー構成、即ち複数の多重の直列配列である。

実際、図３、図４又は図８の１つに若しくは既に上述した本発明の代替の１つに関して上述したように直列に複数の電極システムを配列することが可能である。マトリクスタイプの構造が得られる。この配置は、２つの並行な電極カラムＥＰＩ、ＥＰ２、ＥＰ３、．．．ＥＰｎ間で滴下を選択的に移動することを可能にする。また、アレーの１つ以上の場所において、電極の１つ以上の（複数の）カラム２００は、１本の電極ラインから他の電極ラインへ滴下を移動させることを可能にする。

ライン選択電極Ｅｓｌ−ｉ（ｉ＝１−３）、Ｅｓｌ−ｉ´（ｉ´＝１−３）、Ｅｓｌ−ｉ´´（ｉ´´＝１−３）が電極の各ライン上に配列される。３個のライン選択電極の数は、一例として示され、任意の数にすることができる。

ライン選択電極以外の他の電極は、既に上述したように、並行リレー３００に接続され、即ち各電極カラムは、並行リレーに接続される。

導体Ｃｉ、Ｃｉ´は、図１１Ｂに示されるように配列され、即ち図３又は図４と同じ数のこれら導体が存在し、図３又は図４と同じ数のリレー（図１１Ｂに図示せず）が存在する。各ライン選択電極Ｅｓｌ−１、Ｅｓｌ−２、Ｅｓｌ−３は、図３又は図４にあるようなこれら導体に接続される。同じことが、電極Ｅｓｌ−１´、Ｅｓｌ−２´、Ｅｓｌ−３´、Ｅｓｌ−１´´、Ｅｓｌ−２´´、Ｅｓｌ−３´´についてもいえる。

この場合、同じラインの電極Ｅｓｌ−１、Ｅｓｌ−１´及びＥｓｌ−１´´は、同時に活性化される。１本のライン上に置かれた滴下は、１個の電極システムからそれに直列に配列されたもう１個の電極システムへより近接して移動する。

図示されないが、代替によると、図３、図４又は図８の１つに若しくは既に上述された本発明の代替の１つに関して上述されたような電極の各セットは、６個の導体Ｃｋ、Ｃｋ´（ｋ＝１、２、３）のセットに関連付けられる。図１１Ａの装置のセットに対し、その時３×６個の導体と、それと同数の制御されるべきリレー手段Ｒｓｌ−ｉ（ｉ＝１−３）とが存在する。

同じ数のライン選択電極を含むのが好ましい複数の電極システムからなる直列配列は、図１１Ａ及び図１１Ｂの例に関して上述したような８本のラインを各々が有する３個の電極システムだけでなく、本発明による電気流体装置の２^ｎ本のラインからなるｋ個（ｋは任意の整数）のシステムにも適用され、各ラインは、Ｎ個の電極（ｎ＜Ｎ）を有し、前記装置は、
− 各ライン上で、ｎ個のいわゆる選択電極（Ｅｓｌ−ｉ）であって、全てのこれらライン選択電極が２ｎ個のライン選択導体（Ｃ１、Ｃ１´、Ｃ２、Ｃ２´、Ｃ３、Ｃ３´）に接続され、２^ｎ―１本のラインからなる２^ｎ―１個のライン選択電極が各ライン選択導体に接続される、電極と、
− 一つ以上のライン選択導体を選択するための選択手段（Ｒｓｌ−ｋ、Ｒｓｌ−ｋ´）と
を含む。

また、この様式の直列配列は、電気流体装置の、２^ｎ＜ｐ＜２^ｎ＋１であるｐ本のラインからなる電極アレーを扱うための装置に適用でき、本発明による２^ｎ本のラインからなる装置を含む。

記憶及び／又は混合及び／又は希釈動作を実行することを可能にする本発明によるチップのもう一つの例は、図１２に関して説明される。

それは、図示された配置において以下の態様で分布されたｎ個のコンテナＲ_１−Ｒ_１６を有し（ここでは一例として、ｎ＝１６であり、ｎ≧２である任意の数ｎのコンテナを有することが可能である）、
− ２個のメインコンテナＲ_１及びＲ_１６は、例えば図９のウェル１７と同様に、ウェル３１７及び４１７によって外側に開放し、
− １４個の第２コンテナＲ_２からＲ_１５である。

ｎ個のコンテナは、電極のラインによって構成されたバス３０１によって互いに連通する（例えば、液体量は、これらのコンテナ間を移動することができる）。滴下は、本発明に従ってライン選択電極Ｅｓｌ−ｉ、Ｅｓｌ−ｉ´のラインを用いてこのバス３０１上に設置又は分配される。例えば、これらのラインの制御は、本発明に照らして上述した制御モードの１つである。導体Ｃｋ、Ｃｋ´もリレーＲｓｌも、明確にするためにこの図に示されない。また、一つ以上の電極ラインを備えるコンテナの各種動作モードは、図６Ａから図７Ｄに関して上述され、この実施形態に適用可能である。

図１２のこの装置で、第２コンテナＲ２からＲ１５までのうち一つのコンテナの少なくとも一つの滴下だけでなく、コンテナＲ_１又はＲ_１６からの液体の滴下が選択でき、これらの滴下は、電極経路３０１上でエレクトロウェッティングによって移すことで混合されうる。

電極の電気レベルのフォトリソグラフィに使用されるマスクレイアウトの一例が図１３Ａに示される。この図は、電極の構造、特に各コンテナからバスライン３０１へのそれらの案内の構造を示す。この場合のチップは、１６個のコンテナを含み、８個の電気的接続を必要とし（図８に示される）、図１３Ａには示されない。

バス３０１は、活性化された電極３から３までのラインによって構成される。３個のリレーは、全部のバス上に滴下を移動することを可能にする。リレーによって制御されたバスと導体３３０、３３１、３３２へのその接続とは、図１３Ｂに詳細に示され、即ち電極３０１−１、３０１−４、３０１−７は、同時に活性化され、その後電極３０１−２、３０１−５等が同時に活性化等される。

図１３Ａの参照３２０及び３２１は、バス３０１から導体３２０へ電極を接続するラインの通路を示す。ラインは、導体３３１、３３２の下を通過し、それは、３２０において基板を介して通過することを意味し、その後導体３３０に接触するよう３２１に出る。同じ原理が、この図における他の接続全てに適用される。故に、第２電気レベル（図１３Ａに図示せず）は、所定の接続ラインを電気的に相互接続するために生成される。最も近接した導体への接続（例えば、バス３０１から導体３３２への電極の接続）だけは、他の導体の下でこの通路を必要としない。

参照４００は、導体４０１を介してライン選択電極４１１から導体４１０への他の接続を示す。

コーム３４０は、全ての接触をグループ化する。参照３４１及び３４２は、カバーのレベルで接触を可能にする電極を示す。

全てのライン選択導体は、明確にするためにこの図に示されない。

また、導電ライン３４３は、ライン選択導体の接続を生成するためにコーム３４０から到来するだけでなく、導体は、チップ上で他の機能を実行する（図示又は図示せず）。また、この場合において、図を明確にするために、導体３４３は、完全ではなく不完全な態様で示される（それらは、破線の図に至る。）。

全体で、限定された数のリレーで作動する制御システムで、この場合においては１６個のリレーのみで、１６個のコンテナにおける液体を操作するために約１００個の電極を制御することが可能である。実際、リレーの数は、コンテナの数だけでなく、チップ上で活性化されるべき他の機能にも依存する。

電極は、厚さ０．３μｍの導電層（例えば金）によって形成される。電極と接続ラインとのパターンは、従来のフォトリソグラフィ技術によってエッチング処理される。例えば、厚さ０．３μｍの窒化ケイ素で絶縁層の堆積が実行される。この層は、電気的接触を占有することができるよう局所的にエッチング処理される。

上述した第２電気レベルに対し、使用された技術は、電極レベルに対する技術と同じである（即ち、金属堆積及びフォトリソグラフィ）。相互接続（いくつかの相互間のみ）は、図１３Ａにおいて参照４００によって示される。

例えば、チップは、シリコーンから作成され、サイズが４ｃｍ^２から５ｃｍ^２まである。バス３０１の各電極とコンテナＲ_２からＲ_１５までの電極との表面は、１．４ｍｍ^２である。各選択電極ＥＳＬの表面は、０．２４ｍｍ^２である。

一つ以上のコンテナにおいて、及び特にコンテナＲ１及びＲ１６において、液体は、コンテナの出口に向かって、即ち前記コンテナへ接続された電極ラインの電極の１つに向かって、エレクトロウェッティングによって移動されうる。

特に、図１３Ａにおいて、コンテナＲ１（Ｒ２に対応）は、２個のエレクトロウェッティング電極４４８、４４８´（４４９、４４９´ に対応）を含む。

図１３Ａにおいて、コンテナＲ１からＲ１６にそれぞれ対応する電極４４８及び４４９の形状は、星型であることが分かる。コンテナ電極のこの形状は、滴下形成電極へ液体を常に取得又は案内することを可能にし、コンテナの出口には、それぞれ第１の電極４５０及び４５１がある。これは、図６Ａから図６Ｄに関して上述したように、滴下が分配される時に液体の指（finger）を形成するための過程を開始することを可能にする。

図１３に示された代替によると、コームの形状で電極４４８（及び同じ形状で任意に電極４４９）を使用することが可能であり、半分の星の場合のように、電極表面勾配を確実にする。実際、絶縁体上のエレクトロウェッティングは、活性化された電極のレベルで液体を拡散する効果を有し、この場合、電極に対向する表面を最大化することを可能にする液体位置をもたらす。その結果は、第１の滴下形成電極４５０の近傍で液体の“集合”効果になる。

また、この改善は、コンテナを完全に空白にすることを可能にする。

コームの指（図３Ｃ）又は半分の星（図１３Ａ）は、正方形又は先細にすることができる点に留意すべきである。

コンテナＲ１のレベルで切り抜き、動作中のチップを図式的に示す図１３Ｄは、技術的装置を示す。参照４６０、４６１、４６２、４６３は、エレクトロウェッティング電極を示す。

参照４７０は、異なるライン間におけるエレクトロウェッティング電極の相互接続を示す。参照４７１は、コーム３４０の電極を示す（図１３Ａ）。

厚樹脂（例えば、厚さ１００μｍ）が巻かれ、その後フォトリソグラフィによって構築され、疎水処理が実行される（例えば、Dupontによるテフロン（登録商標）AF）。この樹脂フィルムは、下盤１と上盤１１との間の間隔３５０、３５１を定義するのに使用される（図９及び図１３Ｄ）。また、この樹脂フィルムは、コンテナを制限することと、各種コンテナに置かれた滴下間の汚染又は結合の危険性を避けることとを可能にする。チップは、接着され、その後プリント回路板へ電気的に配線される。チップは、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）電極１５と薄い疎水性層１３とを備えたポリカーボネートカバー（基板１１）で被覆される。故に、形成された流体コンポーネントは、シリコーンオイルで充満される。

この装置の動作の一例、即ち流体に関する手順が以下に示される。

上述したチップで、引続き希釈化を実行することを可能にする手順を実行することが可能である。希釈化されるべき溶液を含む液体（試薬、及び／又は生物サンプル、及び／又はビーズ、及び／又は細胞等を含む液体）は、コンテナＲ_１６へ分配される。手順の目的は、試薬（サンプル、ビーズ、細胞、それぞれ）を希釈化することにある。このため、コンテナＲ１は、希釈緩衝液（水、生理的緩衝液）で充満される。チップは、図３及び図４の手段４０、４２のような手段（通常、本発明による方法を実行するようプログラムされたＰＣ）によって制御され、そして実行すべき希釈化方法に対応する命令のリストが実行される。各命令は、基本操作に対応する。

例えば、４つのタイプの基本命令でもよい。
− OUT 1 or OUT 16： コンテナＲ_１又はＲ_１６から滴下を分配する。
− BUS (m,n): バス３０１上で滴下の移動。ｍ及びｎは、開始コンテナの数及び終了コンテナの数に対応する。
− STORE (n): コンテナＲ_２からＲ_１５のうち１つにおける滴下の記憶。
− DISP (n): 本発明に従って、前記コンテナの選択電極によってコンテナＲ_２からＲ_１５のうち１つから滴下を分配する。

故に（図１４Ａから図１４Ｄ）、希釈化されるべき構成要素を含む液滴を形成するため、OUT（１６）命令が実行される。コンテナＲ_２にこの滴下を置くため、命令BUS（１６、２）及びSTORE（２）は、引続き実行される。その後、滴下“ｇ２”は、コンテナＲ２から分配される（図１４Ｂ）。滴下ｇ２は、バス側で最後のライン選択電極上で生成され（図１４Ｂ）、また滴下“ｇ１”は、コンテナＲ_１から形成される。この滴下ｇ１は、コンテナＲ２に対向するバス３０１によってもたらされる（図１４Ｃ）。故に、ｇ１及びｇ２は、２個の隣り合う電極上に置かれ、２つの滴下ｇ１及びｇ２を滴下ｇ３にする結合を必然的に引起す（図１４Ｄ）。電極の形状に起因して、ｇ１は、ｇ２よりも大きく、例えばｇ１及びｇ２の量は、それぞれ１４１ｎｌ及び２４ｎｌである。故に、（１４４＋２４）／２４、即ち約７の希釈率が得られる。

故に、形成された新たな滴下ｇ３を、例えばコンテナＲ_３に記憶できる。希釈化動作は、Ｒ_２から滴下ｇ４とＲ_１から新たな滴下ｇ５とを形成するよう繰り返され、結果としてコンテナＲ４に記憶される。この動作は、濃縮Ｃ１、Ｃ１／７、Ｃ１／４９、Ｃｉ／７^ｎが各コンテナＲ２からＲｎで得られるまで繰り返される。

この状況は、図１５に示され、図１２及び１３Ａの装置を図式的に示し、コンテナＲ_２からＲ_６までの各種濃縮が示される。

つまり、コンテナＲ２からＲ１６における液体の記憶で引続き４回の希釈化を実行するために液体コンポーネントの制御システム４０、４２に提供されるべき命令は、以下の表に示される。

過程は、全ての１４個のコンテナＲ２からＲ１５に対し繰り返すことができる。また、複数の滴下を同じ濃縮で形成することが可能である。

例えば、濃縮Ｃ１／２４０１を得るために引続き４回の希釈化を実行し、その後常に同じコンテナＲ５からであるが希釈化を繰り返すことを可能にする。故に、他のコンテナＲ７、Ｒ８及びＲ９等は、同じ濃縮Ｃ１／２４０１を備えた液体量で充満される。

結合の後、滴下は、液体を均質化及び／又は混合するためにバス３０１上で移動されうる。通常、バスの電極上での１２から２０の移動は、効率的な混合に対し十分である。また、液体を攪拌するために、ライン選択電極を使用してコンテナとバス３０１との間で滴下の双方向移動を実行することを可能にする。

図１６は、蛍光ビーズ（水中で直径２０μｍ）で実行された希釈化に対応する。４回の希釈化で、高いビーズ濃縮（コンテナＲ２：１４０ｎｌに対し４００ビーズ）からいくつかのビーズ（１４０ｎｌに対してそれぞれ、コンテナＲ３：８０ビーズ、コンテナＲ４：２７ビーズ、コンテナＲ５：８ビーズ）への変化が存在する。

同じ手順は、細胞で実行されうる。本発明を実行することによって、少ない細胞、即ち単独の細胞のみを含む滴下を操作することを可能にする。その後、細胞のふるまいを観察及び分析するためにこの滴下上で生物的手順を適用することを可能にする。この手順は、かなり多数の滴下上で並行して実行されうる。用途の１つは、薬剤スクリーニングである。

図１７は、図４の装置の代替又は改良を示し、単独のリレー装置Ｒｓｌ−ｋが２本の電極ラインＣｋ、Ｃｋ´に必要である。参照は、図４のそれらと同じである。

マイクロ流体スイッチ装置５０１、５０２、５０３は、各リレーと組み合わせて使用される。

当該マイクロ液体スイッチ装置は、以下の規則に従って動作し、開放された構成という状況で最初に説明される。故に、図１８に示され、導体１０が遮断されている、図１Ａから図１Ｃに示された場合と同じ場合を検討する。浮遊電位になりうる第２導体１２の端３３は、第１導体１０の端１１から短い距離に位置する。この距離は、電極４−１、４−２及び４−３の同時の活性化によって、滴下２が導体１０の端１１へもたらされた後に伸張される場合、図１８における破線で示されたその位置２´で、２つの端１１及び３３を接触させ、導体１２を導体１０と同一の電位にする。

その後、逆動作が実行でき、その後適下は、その初期位置２へ戻り、導体１２は、もはや導体１０の電位ではない。

この動作において、滴下２が伸張されるが移動はされない。また、接触は、平面８上で滴下を伸張することによって達成される。故に、状態におけるスイッチ又は変化は、２本のライン１０、１２が接触するような滴下の伸張に起因する。

初期状態において、滴下２は、コンテナ電極上に形成され、もう１つの近傍の電極４−３上で伸張されうる。

図１９Ａに見られるように、ライン１２の状態は、電極４−３上でコマンドＶａによって変更される。Ｖａ＝１の場合、滴下は、この電極上に拡散されない。故に、ライン１２は、浮遊電位である。Ｖａ＝０の場合、その後滴下は、２個の電極４−２及び４−３上に拡散され、滴下は、ライン１２を接続し、カテナリー１０と同じ状態であり、状態が“１”である（図１９Ｂ）。

故に、マイクロ流体論理スイッチが生成される。

他の実施形態は、図１９Ｃに示され、即ち第２導体１２、１２´への滴下のスイッチは、エレクトロウェッティング電極の活性化によって滴下上に課された変形方向に従って変わる。

また、本発明による装置は、図９に示された様式の、閉められた構成を有することができる。

図２０に示される場合において、滴下２は、前回の場合のような伸張又は変形によって、第１状態と第２状態との間でスイッチングされる。この場合、滴下２の反応又は過熱の任意の危険性を回避するために、導体１５と導体１０及び１２との間の伸張において小さいか又は０の差を有するのが好ましい。

既に説明された実施形態において、滴下は、伸張又は変形によって、基板１に並行に位置するか又は基板１とキャップ１１との間に位置する２個の導体への接触をもたらす。

本発明のもう１つの実施形態によると（図２１）、閉められた構成において、第２基板又はキャップ１１は、２個の電極又は２個の導体１１−２、１１−２´を含む。これらの各導体に対し、疎水性材料の層１３は、疎水性材料の層が０（その後、キャップの対応する導体１１−２、１１−２´は、空洞から明らかになる）の領域、又は電流又は電荷を通過させうるのに十分な小さい領域１０７、１０７´を有する。

キャップ１１の層１３の部分１０７及び１０７´はそれぞれ、導電性液体の滴下２がキャップの各導体１１−２及び１１−２´への接触をなすことを可能にするようエッチング処理される（伸張された位置２´における滴下）。また、例えばテフロン（登録商標）に対し約数十ｎｍの微細疎水性層を領域１０７及び／又は領域１０７´に残存させることが可能であり、その後電荷に対する多孔性となる。その後、この場合において、この領域において疎水性層１３を完全にエッチング処理する必要がない。

対極１１−２及び１１−２´での電流の循環に十分な、電荷に対し一定の多孔率を許容する疎水性層の厚さはそれぞれ、層１３の材料に依存する。テフロン（登録商標）の場合において、２００１年１１月１１日〜１６日、ニューヨークにおけるＡＳＭＥ国際機械工学会議・展示会での、S.-K. Cho et alの文献“Splitting a liquid droplet for electrowetting-based microfluidics”にこの課題が示されている。テフロン（登録商標）に関して、２０ｎｍ、即ち例えば３０ｎｍ未満の層は、電荷を通過させるのに十分である。各疎水性及び／又は絶縁材料に対し、所望の電位が電極１５に関して到達されたか否かを判断するために堆積された厚さに従って検査を行うことができる。

本発明によると、一つの状態から他の状態へのスイッチは、後者が不在又は弱い層１３の領域を備えた滴下の接触から後者が不在又は弱いこの層の２つの領域を備えた滴下の接触へのスイッチングによって制御されうる。

本発明のさらにもう一つの実施形態によると（図２２）、開放された構成において（一方、閉じられた構成にすることもできる）、基板１の２個の電極４−２及び４−４は、疎水性層８によって動態化及び非被覆化される。第１基板の動態化領域は、参照１７及び１７´によって示される。

故に、２個の電極４−２及び４−４は、２つの状態に対する接触領域として使用され、１つは、滴下２が電極４−２に接触するのみで、もう１つは、滴下２が２個の電極４−２及び４−２及び４−４に接触する。一方からもう一方へのスイッチは、動態化された（depassivated）電極間に位置する電極の活性化によるエレクトロウェッティングによって実行される。

最後に、上述した各種実施形態を組み合わせることが可能である。例えば、図２３において、本発明による装置は、領域又は部分１０７が疎水性層を有さないか又はかなり細い厚さの疎水性層を有する電極１３と、空洞の範囲を定める２個の基板の表面に並行な前記２個の基板間の前記空洞に配列された２個の導体１０、１２とに、キャップを組み合わせる。

故に、スイッチングは、領域１０７と導体１２との間で行うことができる。

複雑な機能は、上述した基本構成の１つから開発されうる。

図２４Ａは、出力１２が決して浮遊電位ではないような“相補的”機能を示す。

この図において、少なくとも４個の電極４−１、４−２、４−１´、４−２´が考慮される。電極４−１及び４−１´はそれぞれ、状態１及び０であり、電極４−２及び４−２´は初期において、任意の電位Ｖａである。

２個のカテナリー１０及び１０´の各々は、電極４−１に関してカテナリー１０について既に上述したように、電極４−１及び電極４−１´に対しそれぞれ、同じ役割を果たす。

故に、２つの状態にすることが可能である。

Ｖａ＝１の時（図２４Ｂ）、電極４−１上に位置した滴下２_１は、この電極上に残存する一方、滴下２_１´は、カテナリー１２の枝１２_１へ伸張される。その後、カテナリー１２は、電位Ｖｃ＝０であり、Ｖａ＝１に対して相補的である。

Ｖａ＝０の時（図２４Ｃ）、電極４−１´上に位置した滴下２_１´は、この電極上に残存する一方、滴下２_１は、カテナリー１２の枝１２_１へ伸張される。その後、カテナリー１２は、電位Ｖｃ＝１であり、Ｖａ＝０に対して相補的である。

図２４Ａ及び図２４Ｃに関して上述した相補的機能は、図２４Ｄに示されるように、単独ブロックＩによって示すことができ、故に、電圧Ｖａをその相補であるＶａに変換する。

この装置は、本発明による装置に有利に使用されうる。

図１７の図表において、各導体Ｃｋ´のブロックＩ５０１、５０２、５０３の使用は、導体Ｃｋに割り当てられた状態に対して相補的又は逆である状態を、この導体に割り当てることを可能にする。リレーＲｓｌ−１、Ｒｓｌ−２、Ｒｓｌ−３は、図４の場合と同じ機能を有する。しかし、マイクロ流体スイッチ要素の使用は、図４の構造を単純化することを可能にする。各マイクロ流体要素を活性化するための電極の制御は、この場合において、手段４０、４２によって再び実行されうる。

故に、各ユニット５０１、５０２、５０３は、いわば入力電圧である電圧の相補的機能を形成することを可能にする。当該装置は、２個のスイッチ装置を含み、各スイッチ装置は、
− 疎水性基板８と少なくとも２個のエレクトロウェッティング電極４−１、４−２、４−３、４−４とを含む、エレクトロウェッティングによって液滴を移動するための手段と、
− 滴下が第１導体のみに電気的接触する第１状態と滴下が第１及び第２導体に電気的接触する第２状態とにおいて、導電性液体の滴下２が電気的接触状態になりうる、いわば接触導体である第１及び少なくとも１個の第２導体１０、３１、１２、１０７、１０７´、１７、１７´と、
− 第１状態と第２状態との間の滴下をエレクトロウェッティングによってスイッチングするための手段とを含む。

スイッチ装置の２個の接触導体の少なくとも１つは、動態化されたエレクトロウェッティング電極４−２、４−４を含むことができる。

また、スイッチ装置は、基板の疎水性層に対向する疎水性表面１３を備えたキャップ１１を含むことができ、２個の接触導体の少なくとも１つは、キャップに配列された電極１１−２、１１−２´を含み、キャップの疎水性表面の部分１０７、１０７´は、電荷が通過できるような十分薄い厚さでエッチング処理されるか又は有する。

滴下をスイッチングするための手段は、滴下が第２導体に接触していない第１値と滴下が第２導体に接触している第２値との間で、いわばスイッチ電極である少なくとも１つのエレクトロウェッティング電極に適用された電圧をスイッチングするための手段を含むことができる。

故に、いわば入力電圧である電圧（Ｖａ）の相補的機能を形成するための装置は、
− 上述のような第１及び第２スイッチ装置であって、２個の第２導体１２_１、１２´_１は、いわば出力導体である単独の導体１２に接続された、装置と、
− ２個のスイッチ装置の２個のスイッチ電極４−２、４−２´上で入力電圧（Ｖａ）を適用するための手段とを含む。

スイッチ装置に使用される滴下２´、２_１に対し使用される導電性液体は、液体、導電性ジェル又は低融点を備えた材料にすることができ（例えば、鉛、スズ、インジウム、銀又はこれらの少なくとも２つの材料の合金）、相変化によって、恒常的又は一時的に固定された接触を引起し（実際に相変化が可逆である）、又は導電性の接着剤にすることができる（例えば、重合によって硬化又は凝固化する）。恒常的な接触を生成すること、即ち実際にスイッチの閉塞は、接触器又は論理機能に電気供給を提供しないように役立ちうる一方、滴下の拡散を維持する。故に、スイッチ又は論理機能は、状態変化の間にのみエネルギーを消費する。

図１Ａは、絶縁されているエレクトロウェッティングによる滴下操作の原理を示す図である。 図１Ｂは、絶縁されているエレクトロウェッティングによる滴下操作の原理を示す図である。 図１Ｃは、絶縁されているエレクトロウェッティングによる滴下操作の原理を示す図である。 図２は、リレーＲｐによる滴下コラムの操作と、リレーＲｓ１による滴下の選択とを示す図である。 図３は、３本の電極ラインを備えた電気流体多重化の一例を示す図である。 図４は、８本の電極ラインを備えた２進コードを使用する、本発明の実施形態の一例を示す図である。 図５は、電極ＥＳＬの実施形態の一例を示す図である。 図６Ａは、電極ライン上で滴下を生成するための段階を示す図である。 図６Ｂは、電極ライン上で滴下を生成するための段階を示す図である。 図６Ｃは、電極ライン上で滴下を生成するための段階を示す図である。 図７Ａは、本発明を用いる流体プロセッサの例を示す図である。 図７Ｂは、本発明を用いる流体プロセッサの例を示す図である。 図７Ｃは、本発明を用いる流体プロセッサの例を示す図である。 図７Ｄは、本発明を用いる流体プロセッサの例を示す図である。 図８は、本発明による接続された１６本のラインを備えた装置を示す図である。 図９は、制限された装置を示す図である。 図１０は、外形の１つが鋸歯形状を有する電極の構造を示す図である。 図１１Ａは、本発明による電極アレーの直列配列の例を示す図である。 図１１Ｂは、本発明による電極アレーの直列配列の例を示す図である。 異なるコンテナからの液滴の各種動作のためのチップの一例を示す。 図１３Ａは、流体プロセッサの各種実施形態を示す図である。 図１３Ｂは、流体プロセッサの各種実施形態を示す図である。 図１３Ｃは、流体プロセッサの各種実施形態を示す図である。 図１３Ｄは、流体プロセッサの各種実施形態を示す図である。 図１４Ａは、本発明による滴下を混合するための方法の各種段階を示す図である。 図１４Ｂは、本発明による滴下を混合するための方法の各種段階を示す図である。 図１４Ｃは、本発明による滴下を混合するための方法の各種段階を示す図である。 図１４Ｄは、本発明による滴下を混合するための方法の各種段階を示す図である。 図１５は、異なる希釈又は濃縮レベルを備えた流体を含む各種コンテナを備えた、マイクロ流体チップ又はプロセッサの一例を示す図である。 図１６は、異なる希釈又は濃縮レベルを備えた流体を含む４個のコンテナの詳細図である。 図１７は、本発明のもう１つの実施形態を示す図である。 図１８は、本発明の脈絡において使用可能なマイクロ流体接触器を形成するための方法を説明する図である。 図１９Ａは、本発明の脈絡において使用可能なマイクロ流体接触器を形成するための方法を説明する図である。 図１９Ｂは、本発明の脈絡において使用可能なマイクロ流体接触器を形成するための方法を説明する図である。 図１９Ｃは、本発明の脈絡において使用可能なマイクロ流体接触器を形成するための方法を説明する図である。 図２０は、本発明の脈絡において使用可能なマイクロ流体接触器を形成するための方法を説明する図である。 図２１は、本発明の脈絡において使用可能なマイクロ流体接触器を形成するための方法を説明する図である。 図２２は、本発明の脈絡において使用可能なマイクロ流体接触器を形成するための方法を説明する図である。 図２３は、本発明の脈絡において使用可能なマイクロ流体接触器を形成するための方法を説明する図である。 図２４Ａは、本発明の脈絡において使用可能なマイクロ流体接触器を形成するための方法を説明する図である。 図２４Ｂは、本発明の脈絡において使用可能なマイクロ流体接触器を形成するための方法を説明する図である。 図２４Ｃは、本発明の脈絡において使用可能なマイクロ流体接触器を形成するための方法を説明する図である。 図２４Ｄは、本発明の脈絡において使用可能なマイクロ流体接触器を形成するための方法を説明する図である。

符号の説明

３０ 並行リレー
４０ デジタルライン選択手段
４２ 画面

Claims (37)

1. 電気流体装置の２^ｎ本のラインからなる電極アレーを扱う装置であって、Ｎ個（ｎ＜Ｎ）の電極を有する各ラインは、
   − 各ライン上に、ｎ個のいわゆる選択電極（Ｅｓｌ−ｉ）であって、全てのこれらのライン選択電極は、２ｎ個のライン選択導体（Ｃ１、Ｃ１´、Ｃ２、Ｃ２´、Ｃ３、Ｃ３´）に接続され、２^ｎ―１本のラインの２^ｎ―１個のライン選択電極は、各ライン選択導体に接続される、電極と、
   − 一つ以上のライン選択導体を選択するための選択手段（Ｒｓｌ−ｋ、Ｒｓｌ−ｋ´）と
   を具備することを特徴とする装置。
2. 異なるラインを選択するための電極ＥＳＬ−ｋは、所定値“ｋ”（ｋ＝１、．．．Ｎ）に対し、２個のライン選択導体に接続され、電極ＥＳＬ−ｋは、導体Ｃｋ及び導体Ｃｋ´に二者択一的に２^ｋ−１個のパケットによって接続されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 一つ以上のライン選択導体を選択するための選択手段は、電気的選択リレーを具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. ライン選択導体を選択するための手段は、２ｎ個の電気的選択リレー（Ｒｓｌ−１、Ｒｓｌ−２、Ｒｓｌ−３）を具備し、各リレーは、単独のライン選択導体に接続されることを特徴とする請求項１から３のうち何れか１項に記載の装置。
5. ライン選択導体を選択するための手段は、ｎ個の電気的選択リレー（Ｒｓｌ−１、Ｒｓｌ−２、Ｒｓｌ−３）を具備し、各リレーは、２個のライン選択導体に接続されることを特徴とする請求項１から３のうち何れか１項に記載の装置。
6. 各ライン選択リレーは、入力信号に加えて、相補的信号を生成するための手段（３１、３３、３５、５０１、５０２、５０３）に結合されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 入力信号に加えて、相補的信号を、エレクトロウェッティングによって生成するための手段（３１、３３、３５）であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. ライン選択電極は、各ラインに沿って引続き配列されることを特徴とする請求項１から７のうち何れか１項に記載の装置。
9. ライン選択電極は、各ラインに沿って引続かないで配列されることを特徴とする請求項１から８のうち何れか１項に記載の装置。
10. 少なくとも１本のラインのライン選択電極は、長方形の形状であり、各長方形の大きい側は、ラインに対して垂直に配列されることを特徴とする請求項１から９のうち何れか１項に記載の装置。
11. 少なくとも１本のラインのライン選択電極は、正方形の形状であることを特徴とする請求項１から９のうち何れか１項に記載の装置。
12. アレーの少なくとも１本の電極ラインは、切断電極（Ｅｃ）を有することを特徴とする請求項１から１１のうち何れか１項に記載の装置。
13. 基本装置と呼ばれ、直列に配列され、これらの装置のうち１つの各ラインが少なくとも１つの２番目のそのような装置のラインに直列であることを特徴とする請求項１から１２のうち何れか１項に記載の、複数の扱う装置を具備する電極アレーを扱うための装置。
14. 基本装置のうち１つのライン選択導体は、直列に配列された全ての基本装置に共通していることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. デジタルライン選択手段（４０）をさらに具備することを特徴とする請求項１から１４のうち何れか１項に記載の装置。
16. デジタルライン選択手段（４０）は、２進コードに従って電極アレーのラインを選択するようプログラムされることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
17. デジタルライン選択手段（４０）は、アレーの１本以上のラインを選択するための手段と、選択された（複数の）ラインに従ってライン選択導体を制御するための命令を形成するための手段とを具備することを特徴とする請求項１５又は１６に記載の装置。
18. デジタルライン選択手段（４０）は、選択されたラインのライン選択電極を連続的に活性化するための手段を具備することを特徴とする請求項１５から１７のうち何れか１項に記載の装置。
19. デジタルライン選択手段（４０）は、選択されたラインのライン選択電極を同時に活性化するための手段を具備することを特徴とする請求項１５から１７のうち何れか１項に記載の装置。
20. 請求項１から１９のうち何れか１項に記載の装置と、液体のためのコンテナを形成する手段（Ｒ１、Ｒｋ）とを具備し、アレーの各ラインがコンテナに接続されることを特徴とする液滴を形成するための手段。
21. ２^ｎ個の手段は、液体のための２^ｎ個のコンテナを形成し、アレーの各ラインは、単独のコンテナに接続されることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
22. 各ラインは、異なるライン上に形成された液滴を混合するために、電極の共通ライン（６０、３０１）に接続されることを特徴とする請求項２０又は２１に記載の装置。
23. 互いに垂直に又は正方形に配列された複数の共通ライン（１６０、１６２、２６０、２６２、３０１）を具備することを特徴とする請求項２１又は２２に記載の装置。
24. 少なくとも１個のコンテナは、コンテナから対応する電極ラインへ液滴をもたらすためのエレクトロウェッティング電極（４４８、４４８´、４４９、４４９´）を具備することを特徴とする請求項２０から２３のうち何れか１項に記載の装置。
25. コンテナの電極（４４８、４４９）のうち１個は、コーム又は星の形状であることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
26. 星又はコームは、端が正方形又は先細である指を有することを特徴とする請求項２５に記載の装置。
27. 少なくとも１本のラインは、鋸歯外形を備えた電極を具備することを特徴とする請求項１から２６のうち何れか１項に記載の装置。
28. 請求項１から２７のうち何れか１項に記載の２^ｎ本のラインを備えた装置を具備する、電気流体装置の、２^ｎ＜ｐ＜２^ｎ＋１本のラインを備えた、ｐ本のラインからなる電極アレーを扱うための装置。
29. 前記ラインの電極の活性化によるアレーの少なくとも１本のラインに沿った液量の移動を具備する請求項１から２８のうち何れか１項に記載の装置を用いて少なくとも１つの液体体積を移動するための方法。
30. 前記ラインのライン選択電極は、連続して活性化されることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
31. 前記ラインのライン選択電極は、引続き活性化されることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
32. 請求項２９から３１のうち何れか１項に記載の液体体積の移動と、これらの電極の同時選択による前記ラインの複数の電極上での前記体積の拡散と、切断電極（Ｅｃ）を用いた拡散体積の切断とを具備することを特徴とする液滴を形成するための方法。
33. 請求項１から２８のうち何れか１項に記載の装置を用いて、第１濃縮を備えた第１溶液を含む、第１液体の希釈化を変更するための方法であって、手段は、それぞれ前記液体と少なくとも１つの第２液体又は緩衝液とに対して少なくとも１個の第１及び１個の第２コンテナを形成し、各コンテナは、電極アレーのラインに接続され、方法は、
    − 第１コンテナからの第１液体の滴下の形成と、
    − 第２コンテナからの第２液体の滴下の形成と、
    − 第１濃縮とは異なる第２濃縮を備えた、滴下を形成するための２つの滴下の混合と を具備することを特徴とする方法。
34. 第１液体の希釈化の変更は、この希釈化の低減であり、第２濃縮は、第１濃縮未満であることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
35. 第１液体は、試薬、及び／又は生物サンプル、及び／又は細胞を含むことを特徴とする請求項３３又は３４に記載の方法。
36. 第２液体又は緩衝液は、水又は生理的緩衝液であることを特徴とする請求項３３から３５のうち何れか１項に記載の方法。
37. 装置は、電気流体装置のラインを接続して滴下がエレクトロウェッティングによって移動される共通電極ライン（３０１）を具備することを特徴とする請求項３３から３６のうち何れか１項に記載の方法。

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