KR20160147925A - 동일한 미세유체 장치에의 dep 처리 디바이스들 및 제어가능 전기습윤 디바이스들의 제공 - Google Patents

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Abstract

각각이 외측 표면을 갖는 유전영동 (DEP) 구성부들 및 각각이 전기습윤 표면을 갖는 전기습윤 (EW) 구성부들의 조합을 포함하는 미세유체 장치가 제공된다. DEP 구성부들은 DEP 구성부들의 외측 표면들에 대한 순 DEP 힘들을 생성하여 외측 표면들 상에서 미세-물체들을 이동시키는 것을 용이하게 할 수 있고, EW 구성부들은 전기습윤 표면들의 습윤 특성들을 변화시켜서 전기습윤 표면들 상에서 액체 매질의 액적들을 이동시키는 것을 용이하게 할 수 있다. EW 구성부들은 액체 매질의 액적의 제 1 부분을 액적의 제 2 부분으로부터 분리시키기 위해 이용될 수 있는 한편, DEP 구성부들은, 액적의 분리가 발생하기 전에, 선택된 미세-물체들을 액적의 제 1 부분으로 이동시키기 위해 이용될 수 있다.

Description

동일한 미세유체 장치에의 DEP 처리 디바이스들 및 제어가능 전기습윤 디바이스들의 제공{PROVIDING DEP MANIPULATION DEVICES AND CONTROLLABLE ELECTROWETTING DEVICES IN THE SAME MICROFLUIDIC APPARATUS}
관련 출원(들) 에 대한 상호 참조
본 출원은 2014년 4월 25일자로 출원된 미국 특허 출원 제14/262,200호, 및 2014년 4월 25일자로 출원된 미국 특허 출원 제14/262,140호에 대한 우선권을 주장하고, 이 미국 특허 출원들 각각은 본 명세서에 그 전체가 참조로 포함된다.
생물학적 세포들과 같은 미세-물체 (micro-object) 들은 미세유체 장치 (microfluidic apparatus) 에서 프로세싱될 수 있다. 예를 들어, 미세유체 장치에서 액체에 현탁된 미세-물체들은 그 장치에서 소팅되고, 선택되며, 이동될 수 있다. 액체는 또한 디바이스에서 처리 (manipulate) 될 수 있다. 본 발명의 실시형태들은 동일한 미세유체 장치에서 미세-물체들 및 액체를 처리함에 있어서의 개선들에 관한 것이다.
일부 실시형태들에서, 구조체는 외측 표면을 포함하는 유전영동 (dielectrophoresis; DEP) 구성부 및 전기습윤 (electrowetting) 표면을 포함하는 전기습윤 (EW) 구성부를 포함할 수 있다. DEP 구성부는 DEP 구성부의 외측 표면이 전기습윤 표면에 인접하도록 EW 구성부에 인접하게 배치될 수 있다.
본 발명의 일부 실시형태들은 챔버, 유전영동 (DEP) 디바이스들, 및 전기습윤 (EW) 디바이스들을 포함하는 미세유체 장치를 동작시키는 방법에 관한 것일 수 있다. 이 방법은 DEP 디바이스들 중 제 1 DEP 디바이스의 외측 표면으로부터 DEP 디바이스들 중 제 2 DEP 디바이스의 외측 표면으로 미세-물체를 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 이것은, 예를 들어, 제 2 DEP 디바이스를 활성화시키고 그에 의해 미세-물체에 대해 제 2 DEP 디바이스의 방향으로 순 DEP 힘 (net DEP force) 을 생성하는 것에 의해, 달성될 수 있다. 이 방법은 EW 디바이스들 중 제 2 EW 디바이스를 활성화시키고 그에 의해 제 2 EW 디바이스의 전기습윤 표면의 습윤 특성을 변화시키는 것에 의해 챔버에서 제 1 위치로부터 제 2 위치로 액체 매질 (liquid medium) 의 액적 (droplet) 을 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 제 1 위치에서, 액적은, 제 2 EW 디바이스의 전기습윤 표면 상이 아닌, EW 디바이스들 중 제 1 EW 디바이스의 전기습윤 표면 상에 부분적으로 배치될 수 있다. 제 2 위치에서, 액적은, 제 1 EW 디바이스의 전기습윤 표면 상이 아닌, 제 2 EW 디바이스의 전기습윤 표면 상에 부분적으로 배치될 수 있다.
본 발명의 일부 실시형태들은 DEP 디바이스들의 제 1 세트의 외측 표면들 및 EW 디바이스들의 제 1 세트의 전기습윤 표면들 상에 제 1 액체 매질의 액적을 배치시키는 단계를 포함하는 방법에 관한 것일 수 있다. 이 방법은 또한, EW 디바이스들의 제 2 세트의 전기습윤 표면들을 활성화시키고 그에 의해 제 2 세트의 전기습윤 표면들의 습윤 특성을 변화시키는 것에 의해 액적의 제 1 부분을 액적의 제 2 부분으로부터 분리시키는 단계를 포함할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일부 실시형태들에 따른, 유전영동 (DEP) 구성부들 및 전기습윤 (EW) 구성부들을 포함하는 구조체를 갖는 미세유체 장치의 일 예의 사시도를 예시한다.
도 2a 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른, 도 1 의 DEP 구성부들 중 하나를 포함하는 DEP 디바이스의 일 예의 부분적인, 단면의, 측면도이다.
도 2b 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른, 광 빔으로 저임피던스 전기 경로들이 생성될 수 있는 광전도성 재료를 포함하는 도 2a 의 DEP 디바이스의 스위칭가능 엘리먼트의 일 실시형태를 도시한다.
도 3 은 본 발명의 일부 실시형태들에 따른, 스위칭가능 엘리먼트의 외측 표면과 바이어싱 전극 사이의 저임피던스 전기 경로들을 일시적으로 생성하기 위한 스위치들을 포함하는 도 2a 의 DEP 디바이스의 스위칭가능 엘리먼트의 일 실시형태의 일 예이다.
도 4 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른, 도 3 의 스위치들이 BJT 트랜지스터들로서 구현되는 일 예를 도시한다.
도 5a 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른, 도 1 의 EW 구성부들 중 하나를 포함하는 EW 디바이스의 일 예의 부분적인, 단면의, 측면도이다.
도 5b 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른, 광 빔으로 저임피던스 전기 경로가 생성될 수 있는 광전도성 재료를 포함하는 도 5a 의 EW 디바이스의 스위칭가능 엘리먼트의 일 실시형태를 도시한다.
도 6 은 본 발명의 일부 실시형태들에 따른, 스위칭가능 엘리먼트의 외측 표면과 바이어싱 전극 사이의 저임피던스 전기 경로들을 일시적으로 생성하기 위한 스위치들을 포함하는 도 5a 의 EW 디바이스의 스위칭가능 엘리먼트의 일 실시형태의 일 예이다.
도 7 은 본 발명의 일부 실시형태들에 따른, 도 1 의 미세유체 장치의 구조체가 단일의 모놀리식 (monolithic) 스위칭가능 엘리먼트에 통합된 DEP 구성부들 및 EW 구성부들을 포함하는 일 예를 예시한다.
도 8 은 본 발명의 일부 실시형태들에 따른, 도 1 의 미세유체 장치의 구조체가 구조적으로 별개의 DEP 구성부들 및 구조적으로 별개의 EW 구성부들을 포함하는 일 예를 도시한다.
도 9 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른, 도 1 의 미세유체 장치의 구조체가 지지 구조체를 포함하는 일 예로서, 여기서 DEP 구성부들은 지지 구조체의 섹션들에 통합되고, 독립형 (stand alone) 의 별개의 EW 구성부들은 지지 구조체에서의 캐비티들에 배치된다.
도 10 은 본 발명의 일부 실시형태들에 따른, 도 1 의 미세유체 장치의 구조체가 스위치들이 스위칭가능 엘리먼트에 내장되는 DEP 구성부들, 및 DEP 구성부들을 분리시키는 격리 장벽 (isolation barrier) 들에 내장된 광전도성 재료를 포함하는 EW 구성부들을 포함하는 일 예를 도시한다.
도 11 은 본 발명의 일부 실시형태들에 따른, 교호 패턴들로 배치된 DEP 디바이스들 및 EW 디바이스들을 포함하는 도 1 의 미세유체 장치의 일 실시형태를 예시한다.
도 12a 내지 도 12c 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른, 도 11 의 인클로저의 부분적인, 단면의, 측면도들을 도시하고 도 11 의 미세유체 장치의 동작의 일 예를 예시한다.
도 13 은 본 발명의 일부 실시형태들에 따른, 도 12a 내지 도 12c 에 예시된 동작들에 따라 도 11 의 장치를 동작시키기 위한 프로세스의 일 예이다.
도 14a 내지 도 14c 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른, 커버가 제거된 도 11 의 인클로저의 상면도들을 도시하고 도 11 의 미세유체 장치의 동작의 다른 예를 예시한다.
도 15 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른, 도 14a 내지 도 14c 에 예시된 동작들에 따라 도 11 의 장치를 동작시키기 위한 프로세스의 일 예이다.
본 명세서는 본 발명의 예시적인 실시형태들 및 애플리케이션들을 설명한다. 그러나, 본 발명은 이들 예시적인 실시형태들 및 애플리케이션들로, 또는 예시적인 실시형태들 및 애플리케이션들이 본 명세서에서 동작하거나 또는 설명되는 방식으로 제한되지 않는다. 더욱이, 도면들은 단순화된 또는 부분적인 뷰들을 도시할 수도 있고, 도면들에서의 엘리먼트들의 치수들은 과장되거나 또는 그렇지 않으면 비례적이지 않을 수도 있다. 부가적으로, 용어들 "상에 (on)", "에 부착된", 또는 "에 커플링된" 이 본 명세서에서 사용될 때, 하나의 엘리먼트 (예를 들어, 재료, 층, 기판 등) 는 하나의 엘리먼트가 바로 다른 엘리먼트 상에 있거나, 그에 부착되거나, 또는 그에 커플링되든지 또는 하나의 엘리먼트와 다른 엘리먼트 사이에 하나 이상의 개재된 엘리먼트들이 존재하든지 여부에 관계없이 다른 엘리먼트 "상에" 있거나, "그에 부착되거나", 또는 "그에 커플링될" 수 있다. 또한, 방향들 (예를 들어, 위 (above), 아래 (below), 상부 (top), 저부 (bottom), 측면 (side), 위로 (up), 아래로 (down), 아래에 (under), 위에 (over), 보다 높게 (upper), 보다 낮게 (lower), 수평, 수직, "x", "y", "z" 등) 은, 제공되는 경우, 상대적이고, 단지 예로서 그리고 설명 및 논의의 용이를 위해 제공되고 제한으로서 제공되지 않는다. 부가적으로, 엘리먼트들 (예를 들어, 엘리먼트들 a, b, c) 의 리스트에 대해 참조가 이루어지는 경우, 이러한 참조는 리스팅된 엘리먼트들 중 임의의 하나 그 자체만, 리스팅된 엘리먼트들 모두보다 더 적은 엘리먼트의 임의의 조합, 및/또는 리스팅된 엘리먼트들 모두의 조합을 포함하도록 의도된다. 동일한 엘리먼트를 지칭하기 위해 도면들 및 명세서 전반에 걸쳐 동일한 참조 번호들이 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "실질적으로" 는 의도된 목적으로 작용하기에 충분하다는 것을 의미한다. 용어 "실질적으로" 는 그에 따라, 예컨대 당업자에 의해 예상되지만 전체 성능에 눈에 띄게 영향을 주지 않을, 절대적 또는 완전한 상태, 치수, 측정, 결과 등으로부터의 작고 사소한 변형들을 가능하게 한다. 수치 값들 또는 그 수치 값들로서 표현될 수 있는 파라미터들 또는 특성들에 대해 사용될 때, "실질적으로" 는 10 퍼센트 이내를 의미한다. 용어 "것들 (ones)" 은 하나보다 더 많은 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "미세-물체 (micro-object)" 는, 미세입자들, 미세비드들 (예를 들어, 폴리스티렌 비드들, Luminex™ 비드들 등), 자성 또는 상자성 비드들 (예를 들어, 고체 상태 가역 부동화 (solid phase reversible immobilization; SPRI) 비드들), 미세로드들, 미세와이어들, 퀀텀 도트들 등과 같은 무생물 미세-물체들; 세포들 (예를 들어, 배아들, 난모세포들, 정자들, 조직으로부터 분리된 세포들, 혈액 세포들, 하이브리도마들, 배양된 세포들, 세포계로부터의 세포들, 암 세포들, 감염된 세포들, 형질감염된 (transfected) 및/또는 형질전환된 세포들, 리포터 세포들 등), (예를 들어, 합성의 또는 막 표본들로부터 도출된) 리포좀들, 지질 나노래프트 (lipid nanoraft) 들 등과 같은 생물학적 미세-물체들; 또는 무생물 미세-물체들과 생물학적 미세-물체들의 조합 (예를 들어, 세포들에 부착된 미세비드들, 리포좀-코팅된 미세-비드들, 리포좀-코팅된 자기 비드들 등) 중 하나 이상을 포괄할 수 있다. 지질 나노래프트들은, 예를 들어, 『Ritchie 외 (2009) "Reconstitution of Membrane Proteins in Phospholipid Bilayer Nanodiscs", Methods Enzymol., 464:211-231』에 설명되어 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "세포" 는 식물 세포, 동물 세포 (예를 들어, 포유류 세포), 박테리아 세포, 균류 세포 등일 수 있는 생물학적 세포를 지칭한다. 포유류 세포는, 예를 들어, 인간, 생쥐, 쥐, 말, 염소, 양, 소, 영장류 등으로부터의 것일 수 있고, 다음 세포 타입들 중 임의의 것을 포함할 수 있다: 난모세포들, 정자들, 배아들, 혈액 세포들, 면역 세포들, 대식세포들, NK 세포들, T 세포들, B 세포들, 하이브리도마들, 암 세포들, 줄기 세포들, 정상 세포들, 감염된 (예를 들어, 바이러스 또는 다른 기생충으로 감염된) 세포들, 조직으로부터 분리된 세포들, 배양된 세포들, 세포계로부터의 세포들, 형질감염된 및/또는 형질전환된 세포들, 리포터 세포들 등.
어구 "비교적 높은 전기 전도성" 은 본 명세서에서 어구 "비교적 낮은 전기 임피던스" 와 동의어로 사용되고, 전술한 어구들은 상호교환가능하다. 이와 유사하게, 어구 "비교적 낮은 전기 전도성" 은 어구 "비교적 높은 전기 임피던스" 와 동의어로 사용되고, 전술한 어구들은 상호교환가능하다.
"유체 회로" 는 상호연결될 수 있는 하나 이상의 유체 구조체들 (예를 들어, 챔버들, 채널들, 펜들, 리저버들 등) 을 의미한다. "유체 회로 프레임" 은 유체 회로의 전부 또는 일부를 정의하는 하나 이상의 벽들을 의미한다. 액체 매질 (liquid medium) 의 "액적 (droplet)" 은 액체 매질의 단일 체적을 함께 형성하는 복수의 액적들 또는 단일 액적을 포함한다.
본 발명의 일부 실시형태들은 미세유체 장치 (microfluidic apparatus) 에 챔버 또는 다른 유체 구조체의 하나 이상의 구조적 경계들 (예를 들어, 바닥, 천장, 및/또는 측면) 을 포함하는 구조체를 포함한다. 구조체는 각각이 외측 표면을 갖는 하나 이상의 유전영동 (dielectrophoresis; DEP) 구성부들 및 각각이 전기습윤 (electrowetting) 표면을 갖는 하나 이상의 전기습윤 (EW) 구성부들을 포함할 수 있다. 경계는 DEP 구성부들의 외측 표면들 및 EW 구성부들의 전기습윤 표면들을 포함할 수 있다. DEP 구성부들은 DEP 구성부들의 외측 표면들에 대한 순 DEP 힘 (net DEP force) 들을 생성하여 미세-물체들을 (예를 들어, 외측 표면들과 일반적으로 평행한 방향으로) 이동시키는 것을 용이하게 할 수 있고, EW 구성부들은 전기습윤 표면들의 습윤 특성을 변화시켜서 액체 매질의 액적들을 이동시키는 것을 용이하게 할 수 있다. 이러한 구조체는 미세유체 장치의 부분일 수 있고, 그에 따라 DEP 구성부들의 외측 표면들에 대해 미세-물체들을 처리 (manipulate) 하는 것과 EW 구성부들의 전기습윤 표면들 상에서 매질의 액적들을 처리하는 것 양쪽을 행하는 능력을 하나의 미세유체 장치에 제공할 수 있다.
도 1 은 DEP 구성부들 (122) 과 EW 구성부들 (126) 양쪽을 포함하는 구조체 (104) 를 포함할 수 있는 미세유체 장치 (100) 의 일 예를 예시한다. 또한 장치 (100) 의 동작을 제어하기 위한 제어 장비 (132) 의 예들이 도시된다. 장치 (100) 가 많은 상이한 방법들로 물리적으로 구조화될 수 있지만, 도 1 에 도시된 예에서, 장치 (100) 는, 하나 이상의 액체 매질들이 배치될 수 있는 유체 챔버 (112) 를 정의하는, 구조체 (104) (예를 들어, 베이스), 유체 회로 프레임 (108), 및 커버 (110) 를 포함하는 인클로저 (102) 를 포함하는 것으로서 도시된다.
언급된 바와 같이, 구조체 (104) 는 하나 이상의 DEP 구성된 섹션들 (122) (이하 "DEP 구성부들") 및 하나 이상의 EW 구성된 섹션들 (126) (이하 "EW 구성부들") 을 포함할 수 있다. 각각의 DEP 구성부 (122) 는 외측 표면 (124) 을 포함할 수 있고, 외측 표면 (124) 상에 배치된 액체 매질 (도 1 에 미도시) 에서 미세-물체 (도 1 에 미도시) 에 대한 순 DEP 힘을 일시적으로 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 외측 표면 (124) 은 친수성일 수 있다. 각각의 EW 구성부 (126) 는 전기습윤 표면 (128) 을 포함할 수 있고, 전기습윤 표면 (128) 의 습윤 특성 또는 전기습윤 표면 (128) 의 영역을 일시적으로 변화시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전기습윤 표면 (128) 은 소수성일 수 있지만 EW 구성부 (126) 는, 전기습윤 표면 (128) 상에 머물러 있는 수성 매질의 액적에 의해 관측되는 바와 같이, 전기습윤 표면 (128) 의 소수성에 적어도 부분적으로 대응하는 쿨롱 힘 (Coulombic force) 을 전기습윤 표면 (128) 에 걸쳐 생성하는 것으로 구성될 수 있다.
도 1 은 하나의 비교적 큰 DEP 구성부 (122) 를 포함하고 다수의 EW 구성부들 (126) 이 DEP 구성부 (122) 내에 배치된 것으로서 구조체 (104) 를 예시하지만, 전술한 것은 단지 일 예이다. 다른 예로서, 구조체 (104) 는 (예를 들어, 도 1 의 DEP 구성부 (122) 를 대신하여) 하나의 비교적 큰 EW 구성부 (126) 를 그리고 (예를 들어, 도 1 의 EW 구성부들 (126) 을 대신하여) 다수의 DEP 구성부들 (122) 을 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 구조체 (104) 는 다수의 DEP 구성부들 (122) 및 다수의 EW 구성부들 (126) 을 포함할 수 있다.
이에 관계없이, 구조체 (104) 는 유체 회로 프레임 (108) 에 의해 정의된 유체 회로의 하나 이상의 유체 부분들의 하나 이상의 구조적 경계들 (106) (예를 들어, 바닥, 천장, 및/또는 측면) 을 포함할 수 있다. 도 1 에 도시된 예에서, 구조적 경계 (106) 는 챔버 (112) 의 바닥일 수 있다. 구조적 경계 (106) 는 DEP 구성부들 (122) 의 외측 표면들 (124) 및 EW 구성부들 (126) 의 전기습윤 표면들 (128) 을 포함할 수 있다. 구조체 (104) 의 구조적 경계 (106) 는 그에 따라 하나 이상의 DEP 구성부들 (122) 의 하나 이상의 외측 표면들 (124) 및 하나 이상의 EW 구성부들 (126) 의 하나 이상의 전기습윤 표면들 (128) 의 복합 표면일 수 있다.
외측 표면들 (124) 및 전기습윤 표면들 (128) 은 실질적으로 평행할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 외측 표면들 (124) 및 전기습윤 표면들 (128) 은 또한 (예를 들어, 도 1 및 도 8 에 예시된 바와 같이) 실질적으로 동일한 평면에 있을 수 있고, 구조체 (104) 의 구조적 경계 (106) 는 그에 따라 실질적으로 평면적일 수 있다. 다른 실시형태들에서, 외측 표면들 (124) 및 전기습윤 표면들 (128) 은 동일한 평면에 있지 않지만 그럼에도 불구하고 (예를 들어, 도 7 에 도시된 예에서처럼) 실질적으로 평행할 수 있다.
각각의 DEP 구성부 (122) (그리고 그에 따라 각각의 외측 표면 (124)) 및 각각의 EW 구성부 (126) (그리고 그에 따라 각각의 전기습윤 표면 (128)) 는 임의의 원하는 형상을 가질 수 있다. 더욱이, DEP 구성부들 (122) (그리고 그에 따라 외측 표면들 (124)) 및 EW 구성부들 (126) (그리고 그에 따라 전기습윤 표면들 (128)) 은 임의의 원하는 패턴으로 배치될 수 있다. (아래에 논의되는) 도 11 은 구조체 (104) 가 교호 패턴들 (예를 들어, 체커보드 패턴) 로 배치된 다수의 DEP 구성부들 (122) 및 다수의 EW 구성부들 (126) 을 포함하는 일 예를 예시한다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 유체 회로 프레임 (108) 은 구조체 (104) 상에 (예를 들어, 구조체 (104) 의 경계 (106) 상에) 배치될 수 있고, 커버 (110) 는 유체 회로 프레임 (108) 위에 배치될 수 있다. 구조체 (104) 의 경계 (106) 를 저부로서 그리고 커버를 상부 (110) 로서 이용하여, 유체 회로 프레임 (108) 은, 예를 들어, 상호연결된 유체 챔버들, 채널들, 펜들, 리저버들 등을 포함하는 유체 회로를 정의할 수 있다. 도 1 에 예시된 예에서, 유체 회로 프레임 (108) 은 챔버 (112) 를 정의하고, 구조체 (104) 의 경계 (106) 는, 예를 들어, 챔버 (112) 의 보다 낮은 경계일 수 있다. 구조체 (104) 가 도 1 에 장치 (100) 의 저부를 포함하는 것으로서 도시되고 커버 (110) 가 상부로서 예시되지만, 구조체 (104) 가 상부일 수 있고 커버 (110) 가 장치 (100) 의 저부일 수 있다. 또한 도시된 바와 같이, 챔버 (112) 는 하나 이상의 유입구들 (114) 및 하나 이상의 유사한 유출구들 (미도시) 을 포함할 수 있다.
구조체 (104) 는, 예를 들어, 기판 또는 복수의 상호연결된 기판들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 구조체 (104) 는 반도체 기판, 인쇄 회로 보드 기판 등을 포함할 수 있다. 유체 회로 프레임 (108) 은 가요성 (flexible) 또는 가스 투과성일 수 있는 재료를 포함할 수 있다. 대안적으로, 재료는 가요성 및/또는 가스 투과성일 필요는 없다. 회로 프레임 (108) 이 포함할 수 있는 재료들의 적합한 예들로는 고무, 플라스틱, 탄성중합체, 실리콘, 광-패터닝가능 규소 (photo-patternable silicon; PPS), 폴리디메틸실록산 ("PDMS") 등을 포함할 수 있다. 커버 (110) 는 유체 회로 프레임 (108) 의 일체화된 부분일 수 있거나, 또는 커버 (110) 는 (도 1 에 예시된 바와 같이) 구조적으로 별개의 엘리먼트일 수 있다. 커버 (110) 는 유체 회로 프레임 (108) 과 동일한 또는 상이한 재료들을 포함할 수 있다. 따라서, 커버 (110) 는, 위에서 논의된 바와 같이, 가요성 재료로 이루어지거나 또는 가요성 재료를 포함할 수 있다. 대안적으로, 커버 (110) 는 강성 재료 (예를 들어, ITO-코팅된 유리를 포함하는, 유리) 로 이루어지거나 또는 강성 재료를 포함할 수 있다. 이에 관계없이, 커버 (110) 및/또는 구조체 (104) 는 광에 투명할 수 있다.
도 1 은 또한 미세유체 장치 (100) 로 활용될 수 있는 제어 장비 (132) 의 예들을 예시한다. 이러한 제어 장비 (132) 의 예들로는 마스터 제어기 (134), 구조체 (104) 의 DEP 구성부들 (122) 이 일 부분인 DEP 디바이스들 (120) 을 제어하기 위한 DEP 모듈 (142), 및 구조체 (104) 의 EW 구성부들 (126) 이 일 부분인 EW 디바이스들 (130) 을 제어하기 위한 EW 모듈 (144) 을 포함한다. 제어 장비 (132) 는 또한, 미세유체 장치 (100) 의 안팎으로 유체의 유동을 제어하는 것을 포함하는 그러나 이로 제한되지 않는, 다른 기능들을 제어, 모니터링, 또는 수행하기 위한 다른 모듈들 (140) 을 포함할 수 있다.
마스터 제어기 (134) 는 제어 모듈 (136) 및 디지털 메모리 (138) 를 포함할 수 있다. 제어 모듈 (136) 은, 예를 들어, 메모리 (138) 에 저장된 머신 실행가능 명령들 (예를 들어, 소프트웨어, 펌웨어, 마이크로코드 등) 에 따라 동작하도록 구성된 디지털 프로세서를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 제어 모듈 (136) 은 하드와이어드 디지털 회로부 및/또는 아날로그 회로부를 포함할 수 있다. DEP 모듈 (142), EW 모듈 (144), 및/또는 다른 모듈들 (140) 은 이와 유사하게 구성될 수 있다. 따라서, 장치 (100) 에 대해 수행되는 것으로서 본 명세서에서 논의된 프로세스의 기능들, 프로세스들, 액트들, 액션들, 또는 단계들은 위에서 논의된 바와 같이 구성된 마스터 제어기 (134), DEP 모듈 (142), EW 모듈 (144), 또는 다른 모듈들 (140) 중 하나 이상에 의해 수행될 수 있다.
또한 도 1 에 도시된 바와 같이, 전기 바이어싱 디바이스 (118) 는 장치 (100) 에 연결될 수 있다. 전기 바이어싱 디바이스 (118) 는, 예를 들어, 하나 이상의 전압 또는 전류 소스들을 포함할 수 있다.
도 1 에 도시될 수 있는 바와 같이, 구조체 (104) 의 각각의 DEP 구성부 (122) 는 DEP 구성부 (122) 의 외측 표면 (124) 상의 액체 매질 (도 1 에 미도시) 에서 미세-물체들 (도 1 에 미도시) 에 대한 순 DEP 힘들을 일시적으로 생성하기 위해 인클로저 (102) 내에 구축된 상이한 DEP 디바이스 (120) 의 부분일 수 있다. 바이어싱 디바이스 (예를 들어, 도 2 의 206) 의 주파수와 같은 특성들, 액체 매질 (예를 들어, 도 2 의 222) 의 유전 성질들, 및/또는 미세-물체들 (예를 들어, 224, 226) 에 의존하여, DEP 힘은 인근의 미세-물체들을 끌어당기거나 또는 밀어낼 수 있다. 이와 유사하게, 구조체 (104) 의 각각의 EW 구성부 (126) 는 EW 구성부 (126) 의 전기습윤 표면 (128) 의 영역 또는 전기습윤 표면 (128) 의 습윤 특성을 일시적으로 변화시키기 위해 인클로저 (102) 내에 구축된 상이한 EW 디바이스 (130) 의 부분일 수 있다.
(도 1 의 인클로저 (102) 의 부분적인, 단면의, 측면도들을 도시하는) 도 2a 및 도 2b 는 DEP 디바이스 (120) 의 일 예를 예시한다. 도 1 의 DEP 디바이스 (120) 및 임의의 도면 (예를 들어, 도 11) 의 각각의 DEP 디바이스 (120) 는 도 2a 및 도 2b 에 도시된 DEP 디바이스 (120) 또는 (예를 들어, 도 3 또는 도 4 에 예시된 바와 같은) 그의 임의의 변형처럼 구성될 수 있다.
도시된 바와 같이, DEP 디바이스 (120) 는 바이어싱 전극 (202), 스위칭가능 엘리먼트 (212), 및 (제 1 전극 또는 제 2 전극의 일 예일 수 있는) 다른 바이어싱 전극 (204) 을 포함할 수 있다. 바이어싱 전극 (202) 은 커버 (102) 의 부분일 수 있고, 스위칭가능 엘리먼트 (212) 및 다른 바이어싱 전극 (204) 은 구조체 (104) 의 부분일 수 있다. 대안적으로, 바이어싱 전극 (202) 은 또한 구조체 (104) 의 부분일 수 있다. 챔버 (112) 는 바이어싱 전극 (202) 과 스위칭가능 엘리먼트 (212) 사이에 있을 수 있고, 이 스위칭가능 엘리먼트는 챔버 (112) 와 다른 바이어싱 전극 (204) 사이에 위치될 수 있다. 미세-물체들 (224, 226) (2 개가 도시되지만 더 많이 있을 수 있음) 이 배치되는 제 1 액체 매질 (222) 을 포함하는 챔버 (112) 가 도 2a 에 예시된다. 도시된 바와 같이, 외측 표면 (124) 은 스위칭가능 엘리먼트 (212) 의 외측 표면일 수 있다. 대안적으로, 재료의 층 (미도시) 은 스위칭가능 엘리먼트 (212) 의 표면 상에 배치될 수 있고, 그 재료의 층의 외측 표면 (124) 은 외측 표면 (124) 을 포함할 수 있다. 언급된 바와 같이, 외측 표면 (124) 은 친수성일 수 있다. 외측 표면 (124) 이 포함할 수 있는 적합한 재료들로는 규소 (예를 들어, 도펀트들을 포함할 수도 있는 결정질 규소 또는 비정질 규소), 규소 산화물, 이들의 화합물들 등을 포함한다. 외측 표면 (124) 이 스위칭 엘리먼트 (212) 그 자체의 외측 표면인지 또는 스위칭 엘리먼트 (212) 상에 배치된 재료의 층 (예를 들어, 코팅) (미도시) 의 외측 표면인지 여부에 관계없이, 스위칭 엘리먼트 (212) 는 외측 표면 (124) 과 전극 (204) 사이에 배치된다고 말할 수 있다.
(도 1 의 바이어싱 디바이스 (118) 의 부분일 수 있는) 제 1 전력 소스 (206) 는 전극들 (202, 204) 에 연결될 수 있다. 제 1 전력 소스 (206) 는, 예를 들어, 교류 (AC) 전압 또는 전류 소스일 수 있다. 제 1 전력 소스 (206) 는 전극들 (202, 204) 사이에서 일반적으로 균일한 전기장을 생성할 수 있는데, 스위칭 엘리먼트 (212) 가 인액티브 (inactive) 모드에 있을 때 챔버 (112) 에 약한 장을 생성하고, 이는 DEP 구성부 (122) 의 외측 표면 (124) 상의 매질 (222) 에서 각각의 미세-물체 (224, 226) 에 대해 무시해도 될 정도의 DEP 힘들을 발생시킬 수 있다.
스위칭가능 엘리먼트 (212) 가 인액티브 (예를 들어, 개방) 모드에 있을 때, 스위칭가능 엘리먼트 (212) 의 전기 임피던스가 챔버 (112) 에서의 매질 (222) 의 전기 임피던스보다 더 클 수 있어서, 바이어싱 전극 (202) 에서부터 다른 바이어싱 전극 (204) 까지의 제 1 전력 소스 (206) 로 인한 전압 강하는 매질 (222) 에 걸친 전압 강하보다 스위칭가능 엘리먼트 (212) 에 걸쳐 더 크다. 그러나, 도 2b 에 도시된 바와 같이, 스위칭가능 엘리먼트 (212) 가 액티브 (예를 들어, 폐쇄) 모드에서 구성될 수 있고, 그 동안 스위칭가능 엘리먼트 (212) 의 외측 표면 (124) 에서의 또는 그에 인접한 영역 (230) 에서부터 다른 바이어싱 전극 (204) 까지 저임피던스 경로 (232) (예를 들어, 전기 전도성 경로) 가 일시적으로 생성된다. 저임피던스 경로 (232) 의 전기 임피던스는 매질 (222) 의 전기 임피던스보다 더 작을 수 있다. 다시 말해, 바이어싱 전극 (202) 에서부터 영역 (230) 까지의 매질 (222) 에 걸친 제 1 전력 소스 (206) 로 인한 전압 강하는 영역 (230) 에서부터 저임피던스 경로 (232) 를 통해 다른 바이어싱 전극 (204) 까지의 전압 강하보다 더 클 수 있지만, 스위칭가능 엘리먼트 (212) (즉, 영역 (230) 으로부터 멀리 있음) 에 걸친 전압 강하는 이와 달리 일반적으로 매질 (222) 에 걸친 전압 강하보다 더 크게 유지된다. 이것은 영역 (230) 부근의 매질 (222) 에서의 전기장을 변경시킬 수 있고, 이는 인근의 미세-물체 (224) 에 대한 순 DEP 힘 (F) 을 생성할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이 대안적으로 인근의 미세-물체 (224) 를 끌어당기거나 또는 밀어내도록 구성될 수 있는 힘 (F) 은, 외측 표면 (124) 상의 미세-물체 (224) 를 이동시키기에 충분할 수 있다. 표면 (124) 상의 다수의 영역들 (230) 을 순차적으로 활성화시키고 비활성화시키는 것에 의해, 미세-물체 (224) 는 표면 (124) 을 따라 이동될 수 있다. 도 12a 에 대해 더 상세히 논의되는 바와 같이, 미세-물체 (224) 는 또한 하나의 DEP 구성부 (122) 의 외측 표면 (124) 으로부터 다른 DEP 구성부 (122) 의 외측 표면 (124) 으로 이동될 수 있다.
도 2a 및 도 2b 에 도시된 스위칭가능 엘리먼트 (212) 의 예에서, 스위칭가능 엘리먼트 (212) 는 광 빔 (242) 으로 직접적으로 조사 (illuminate) 될 때를 제외하고는 비교적 높은 전기 임피던스를 갖는 광전도성 재료 (예를 들어, 비정질 규소) 를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 외측 표면 (124) 상의 또는 그에 인접한 비교적 작은 영역 (230) 위로 디렉팅되는 좁은 광 빔 (242) 은 스위칭가능 엘리먼트 (212) 의 조사된 부분의 임피던스를 상당히 감소시켜서, 그에 의해 저임피던스 경로 (232) 를 생성할 수 있다. 스위칭가능 엘리먼트 (212) 의 이러한 실시형태에서, 원하는 위치에 광 빔 (242) 을 디렉팅시키는 것에 의해 스위칭가능 엘리먼트 (212) 의 표면 (124) 상의 임의의 위치에서의 또는 그에 인접한 임의의 영역 (230) 에서부터 다른 바이어싱 전극 (204) 까지 저임피던스 경로 (232) 가 생성될 수 있다. 광 (242) 이 도 2b 에 도시된 바와 같이 저부로부터 및/또는 위로부터 (미도시) 그리고 그에 따라 전극 (202) 및 제 1 매질 (222) 을 통해 디렉팅될 수 있다.
도 3 은 DEP 디바이스 (120) 의 다른 예 (300) 를 예시한다. 즉, 도 3 의 예시적인 DEP 디바이스 (300) 는 도면들 중 임의의 도면의 DEP 디바이스 (120) 의 임의의 인스턴스를 대신할 수 있다.
도시된 바와 같이, 광전도성 재료를 포함하기보다는, 도 3 의 DEP 디바이스 (120) 의 스위칭가능 엘리먼트 (212) 는, 스위칭 엘리먼트 (212) 의 표면 (124) 상의 또는 그에 인접한 고정된 영역 (330) 을 바이어싱 전극 (204) 에 전기적으로 연결하도록 일시적으로 활성화될 수 있는 하나 이상 (6 개가 도시되지만 더 적게 또는 더 많이 있을 수 있음) 의 스위치들 (302) 을 포함한다. 스위치 (302) 를 활성화시키는 것은 그에 따라 스위칭가능 엘리먼트 (212) 의 표면 (124) 상의 또는 그에 인접한 고정된 영역 (330) 에서부터 다른 바이어싱 전극 (204) 까지 (도 2b 의 경로 (232) 와 같은) 저임피던스 전기 경로를 생성할 수 있다. 그렇지 않다면, DEP 디바이스 (120) 는 도 2b 의 DEP 디바이스 (120) 와 동일할 수 있고 동일하게 넘버링된 엘리먼트들은 동일한 것일 수 있다.
도 3 에서, 표면 (124) 의 다수의 비교적 작은 영역들 (330) 을 전극 (204) 에 연결하는 다수의 스위치들 (302) 이 도시된다. 이러한 실시형태에서, 도 2b 의 경로 (232) 와 같은 저임피던스 전기 경로는 대응하는 스위치 (302) 를 활성화시키는 것에 의해 영역들 (330) 중 임의의 영역에서부터 전극 (204) 까지 일시적으로 생성될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 순 DEP 힘들 (F) (도 2b 참조) 은 개개의 영역들 (330) 또는 영역들 (330) 의 서브세트들에 대해 선택적으로 생성될 수 있다. 대안적으로, 표면 (124) 을 전극 (204) 에 연결하는 하나의 스위치 (302) 가 존재할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 표면 (124) 은 하나의 영역 (330) 이고, 스위치 (302) 를 활성화시키는 것은 본질적으로 전체 표면 (124) 에 대한 순 DEP 힘을 일시적으로 생성할 수 있다.
각각의 스위치 (302) 는 스위치 (302) 를 활성화시키고 (예를 들어, 폐쇄하고) 비활성화시키기 (예를 들어, 개방하기) 위한 제어부 (304) 를 포함할 수 있다. 스위치들 (302) 은 임의의 방식으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 스위치들 (302) 은 제어부 (304) 상의 광 빔의 존재 또는 부존재에 의해 제어될 수 있다. 다른 예로서, 스위치들 (302) 은 제어부 (304) 위로 광 빔의 디렉팅시키는 것에 의해 토글링될 수 있다. 또 다른 예로서, 스위치들 (302) 은 광 제어되기보다는 전자적으로 제어될 수 있다. 스위치들 (302) 은 그에 따라 대안적으로, 제어 신호들을 제어부들 (304) 에 제공하는 것에 의해 제어될 수 있다.
도 4 는 도 3 의 스위치들 (302) 의 예시적인 구성을 예시한다. 도 4 에 예시된 예에서, 스위칭가능 엘리먼트 (212) 는 반도체 재료를 포함할 수 있고, 각각의 스위치 (302) 는 스위칭 엘리먼트 (212) 의 반도체 재료에 통합된 바이폴라 트랜지스터 (BJT; 410) 일 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 각각의 바이폴라 트랜지스터 (410) 는 외측 표면 (124) 에서의 제 1 영역 (402), 바이어싱 전극 (204) 과 접촉하는 제 2 영역 (406), 및 제어 영역 (404) 을 포함할 수 있다. 바이폴라 트랜지스터 (410) 는 제어 영역 (404) 이 활성화될 때에만 표면 (124) 의 고정된 영역 (330) 에서부터 바이어싱 전극 (204) 까지 (도 2b 의 경로 (232) 와 같은) 저임피던스 전기 경로를 생성하기 위해 제 1 영역 (402) 이 제 2 영역 (406) 에 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 각각의 바이폴라 트랜지스터 (410) 는 광 빔들에 의해 활성화 및 비활성화될 수 있다. 예를 들어, 각각의 바이폴라 트랜지스터 (410) 는 광 빔의 존재 또는 부존재에 의해 제어 영역 (404) 이 활성화 또는 비활성화되는 포토트랜지스터일 수 있다. 대안적으로, 각각의 트랜지스터의 제어 영역 (404) 은 하드와이어링되고 그에 따라 전자적으로 활성화 및 비활성화될 수 있다.
스위칭 엘리먼트 (212) 의 보디 (body) 그리고 그에 따라 각각의 바이폴라 트랜지스터 (410) 의 제 2 영역 (406) 은 제 1 타입의 도펀트 (예를 들어, n 또는 p 타입 도펀트) 로 도핑될 수 있고, 제 1 영역 (402) 도 또한 제 1 타입의 도펀트로 도핑될 수 있다. 그러나, 제어 영역 (404) 은 제 2 타입의 도펀트 (예를 들어, p 또는 n 타입 도펀트 중 다른 하나) 로 도핑될 수 있다. 각각의 트랜지스터 (410) 의 제 1 영역 (402) 은 전하 캐리어 (즉, 홀들 또는 전자들 중 어느 하나) 의 싱크 또는 소스이도록 구성될 수 있고, 스위칭 엘리먼트 (212) 의 보디 그리고 그에 따라 각각의 트랜지스터 (410) 의 제 2 영역 (406) 은 전하 캐리어에 대한 싱크 또는 소스의 다른 하나이도록 구성될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 제 1 영역들 (402) 은 이미터들 또는 콜렉터들일 수 있고, 제 2 영역들 (406) 은 콜렉터들 또는 이미터들 중 다른 하나일 수 있으며, 제어 영역들 (404) 은 트랜지스터들 (410) 의 베이스들일 수 있다.
도 3 의 스위치들 (302) 은 대안적으로 전계 효과 트랜지스터 (field effect transistor; FET) 들로서 구성될 수 있다. 각각의 FET 에 대해, 소스들 또는 드레인들을 제공하는 제 1 영역, 드레인들 또는 소스들 중 다른 하나를 제공하는 제 2 영역, 및 트랜지스터를 게이팅하는 제어 영역이 존재할 수 있다.
도 4 에 또한 도시된 바와 같이, 격리 장벽들 (isolation barriers; 408) 은 BJT 트랜지스터들 (410) 사이의 스위칭 엘리먼트 (212) 에 배치될 수 있다. 이와 유사하게, 격리 장벽들은 스위칭 엘리먼트 (212) 에서 FET 트랜지스터들 (미도시) 을 분리시킬 수 있다. 격리 장벽들 (408) 은, 예를 들어, 스위칭 엘리먼트 (212) 에서의 트렌치들을 포함할 수 있고, 트렌치들은 스위칭가능 엘리먼트로 채워질 수 있다.
도 2a 내지 도 4 에 예시된 DEP 디바이스들 (120, 300) 은 단지 장치 (100) 에서의 DEP 디바이스들 (120) 의 가능한 구성부들의 예들이다. 일반적으로 말하면, DEP 디바이스들 (120) 은 광전자 핀셋 (optoelectronic tweezers; OET) 디바이스들일 수 있고 그 예들은 미국 특허 제7,612,355호 (현재는 RE44,711), 미국 특허 제7,956,339호, 및 미국 특허 출원 공보 제2014/0124370호에 개시되고, 이들 각각의 내용은 본 명세서에 그 전체가 참조로 포함된다. DEP 구성부들의 다른 예들은 임의의 종류의 전자적으로 제어되는 전자 핀셋들을 포함하고, 그 예는 미국 특허 제6,942,776호에 개시되고, 그 내용은 본 명세서에 그 전체가 참조로 포함된다.
(도 1 의 인클로저 (102) 의 부분적인, 단면의, 측면도들을 도시하는) 도 5a 및 도 5b 는 EW 디바이스 (130) 의 일 예를 예시한다. 도 1 (또는 임의의 다른 도면 (예를 들어, 도 11)) 의 각각의 EW 디바이스 (130) 는 도 5a 및 도 5b 에 도시된 EW 디바이스 (130) 또는 (예를 들어, 도 6 에 예시된 바와 같은) 그의 임의의 변형처럼 구성될 수 있다.
도시된 바와 같이, EW 디바이스 (130) 는 바이어싱 전극 (502), 유전체 재료 (514), 스위칭가능 엘리먼트 (512), 및 (제 1 전극 또는 제 2 전극의 일 예일 수 있는) 다른 바이어싱 전극 (504) 을 포함할 수 있다. 바이어싱 전극 (502) 은 커버 (102) 의 부분일 수 있고, 유전체 재료 (514), 스위칭가능 엘리먼트 (512), 및 다른 바이어싱 전극 (504) 은 구조체 (104) 의 부분일 수 있다. 대안적으로, 바이어싱 전극 (502) 은 또한 구조체 (104) 의 부분일 수 있다. 챔버 (112) 는 바이어싱 전극 (502) 과 유전체 재료 (514) 사이에 있을 수 있고, 스위칭가능 엘리먼트 (512) 는 유전체 재료 (514) 와 바이어싱 전극 (504) 사이에 배치될 수 있다. 챔버 (112) 는 제 3 액체 매질 (522) 에 제 2 액체 매질의 액적 (524) 을 포함하는 것으로서 도 5a 에 예시된다. 제 1 액체 매질 (222) (도 2a 참조), 제 2 액체 매질, 및 제 3 액체 매질 (522) 은 많은 타입들의 매질들 중 임의의 것일 수 있다. 예를 들어, 액적 (524) 의 제 2 매질은 수성 매질, 예컨대 물, 수성 완충액 (예를 들어, 인산 완충액, 트리스(하이드록시메틸)아미온메탄 (트리스) 완충액 등), 수성 용액 (예를 들어, 하나 이상의 가용성 활성제들을 포함함), 세포 배양 매질 등일 수 있다. 제 2 매질은 제 3 매질 (522) 에 비혼성일 수 있다. 따라서, 예를 들어, 제 3 매질 (522) 은 오일계 매질을 포함할 수 있다. 적합한 오일들의 예들로는 플루오르화 오일들과 같은 가스 투과성 오일들을 포함한다. 플루오로카본계 오일들도 또한 적합한 오일들의 예들이다. 다른 예로서, 액적 (524) 의 제 1 매질 (222) 및 제 2 매질은 동일한 타입의 매질, 예컨대 수성 매질일 수 있다.
유전체 층 (514) 은 친수성 재료 및/또는 소수성 재료를 포함할 수 있다. 친수성 재료는, 예를 들어, 규소 산화물 (SiO2), 알루미늄 산화물 (Al3O2) 등일 수 있다. 소수성 재료는, 예를 들어, 소수성 폴리머 (예를 들어, 퍼플루오로-폴리머, 예컨대 CYTOP, 또는 폴리(p-크실릴렌) 폴리머, 예컨대 파릴렌) 일 수 있다. (예를 들어, 유전체 재료 (514) 의 외측 표면이 소수성이었다면, 적합한) 유전체 재료 (514) 의 외측 표면으로서 도시되었지만, 전기습윤 표면 (128) 은 그 대신에 유전체 재료 (514) 상에 배치된 재료 (예를 들어, 코팅) (미도시) 의 외측 표면일 수 있다. 이러한 코팅은 소수성일 수 있다. 예를 들어, 코팅은 소수성 폴리머, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE, Dupont™ 에 의한 aka Teflon®) 을 포함할 수 있다. 이에 관계없이, 유전체 재료 (514) 는 전기습윤 표면 (128) 과 스위칭 엘리먼트 (512) 사이에 있다고 말할 수 있다.
도시된 바와 같이, (도 1 의 바이어싱 디바이스 (118) 의 부분일 수 있는) 제 2 전력 소스 (506) 는 전극들 (502, 504) 에 연결될 수 있다. 제 2 전력 소스 (506) 는, 예를 들어, 교류 (AC) 전압 또는 전류 소스일 수 있다. 제 2 전력 소스 (506) 는 전극들 (502, 504) 사이에서 일반적으로 균일한 전기장을 생성할 수 있는데, 이는 스위칭 엘리먼트 (212) 가 인액티브 (예를 들어, 개방) 모드에 있을 때 전기습윤 표면 (128) 의 습윤 특성에 있어서의 무시해도 될 정도의 변화를 발생시켜서, 그에 따라 EW 구성부 (126) 의 전기습윤 표면 (128) 상의 액적 (524) 의 접촉각의 무시해도 될 정도의 변화를 발생시킬 수 있다.
스위칭가능 엘리먼트 (512) 가 인액티브 (예를 들어, 개방) 모드에 있는 위치들에서, 스위칭가능 엘리먼트 (512) 의 전기 임피던스가 유전체 재료 (514) 의 임피던스보다 더 클 수 있어서, 바이어싱 전극 (502) 에서부터 다른 바이어싱 전극 (504) 까지의 제 2 전력 소스 (506) 로 인한 전압 강하는 유전체 재료 (514) 에 걸친 전압 강하보다 스위칭가능 엘리먼트 (512) 에 걸쳐 더 크다. 도 5b 에 도시된 바와 같이, 스위칭가능 엘리먼트 (512) 가 선택 영역들에서 액티브 (예를 들어, 폐쇄) 모드에서 구성되어, 그에 의해 스위칭가능 엘리먼트 (512) 와 유전체 재료 (514) 사이의 계면에서의 영역 (528) 에서부터 다른 바이어싱 전극 (504) 까지 저임피던스 경로 (532) (예를 들어, 전기 전도성 경로) 를 일시적으로 생성할 수 있다. 저임피던스 경로 (532) 의 전기 임피던스는 유전체 재료 (514) 의 임피던스보다 더 작을 수 있다. 따라서, 스위칭가능 엘리먼트 (512) 가 액티브 모드에 있을 때, 유전체 재료 (514) 에 걸친 제 2 전력 소스 (506) 로 인한 전압 강하는 영역 (528) 에서부터 저임피던스 경로 (532) 를 통해 다른 바이어싱 전극 (504) 까지의 전압 강하보다 더 클 수 있지만, 스위칭가능 엘리먼트 (512) 의 다른 부분들 (예를 들어, 영역 (528) 이외의 부분들) 에 걸친 전압 강하는 유전체 재료 (514) 에 걸친 전압 강하보다 더 크도록 유지된다. 이것은 영역 (528) 부근의 전극들 (502, 504) 사이의 전기장을 변경시킬 수 있고, 이는 영역 (528) 에 인접한 표면 (128) 의 영역 (530) 에서 전기습윤 표면 (128) 의 습윤 특성을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 전술한 것은 영역 (530) 에서 전기습윤 표면 (128) 의 습윤 특성을 증가시킬 수 있고, 이는 액적 (524) 이 영역 (530) 으로 M 을 이동시키게 할 수 있다. 언급된 바와 같이, 전기습윤 표면 (128) 은 소수성일 수 있지만, 저임피던스 경로 (532) 를 생성하는 것은, 전기습윤 표면 (128) 상에 머물러 있는 수성 매질의 액적에 의해 관측되는 바와 같이, 전기습윤 표면 (128) 의 소수성에 적어도 부분적으로 대응하는 쿨롱 힘을 전기습윤 표면 (128) 에 걸쳐 일시적으로 생성할 수 있다. 전기습윤 표면 (128) 을 따라 영역들 (530) 을 순차적으로 활성화시키고 비활성화시키는 것에 의해, 액적 (524) 은 전기습윤 표면 (128) 을 따라 이동될 수 있다. 도 12a 내지 도 12c 에 대해 더 상세히 논의되는 바와 같이, 액적 (524) 은 또한 하나의 EW 디바이스 (130) 의 전기습윤 표면 (128) 으로부터 다른 EW 디바이스 (130) 의 전기습윤 표면 (128) 으로 이동될 수 있다.
스위칭가능 엘리먼트 (512) 는 도 2a 및 도 2b 의 스위칭가능 엘리먼트 (212) 가 구성될 수 있는 방법들 중 임의의 방법으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 5a 및 도 5b 에 도시된 스위칭가능 엘리먼트 (512) 는 직접적인 광 빔 (542) 으로 조사될 때를 제외하고는 비교적 높은 전기 임피던스를 갖는 광전도성 재료 (예를 들어, 비정질 규소) 를 포함할 수 있다. 도 5b 에 도시된 바와 같이, 영역 (528) 위로 디렉팅되는 좁은 광 빔 (542) 은 스위칭가능 엘리먼트 (512) 의 조사된 부분의 임피던스를 상당히 감소시켜서, 그에 의해 저임피던스 경로 (532) 를 생성할 수 있다. 스위칭가능 엘리먼트 (512) 의 이러한 실시형태에서, 영역 (528) 위로 광 빔 (542) 을 디렉팅시키는 것에 의해 스위칭가능 엘리먼트 (512) 와 유전체 재료 (514) 사이의 계면에서의 임의의 곳에서의 임의의 영역 (528) 에서부터 제 2 전극 (504) 까지 저임피던스 경로 (532) 가 생성될 수 있다. 전기습윤 표면 (128) 상의 대응하는 영역 (530) 의 습윤 특성은 그에 따라 전기습윤 표면 (128) 상의 어디서든지 변화될 수 있다.
도 6 은 EW 디바이스 (130) 의 다른 예 (600) 를 예시한다. 즉, 도 6 의 예시적인 EW 디바이스 (600) 는 도면들 중 임의의 도면의 EW 디바이스 (130) 의 임의의 인스턴스를 대신할 수 있다.
도시된 바와 같이, 광전도성 재료를 포함하기보다는, 도 6 의 EW 디바이스 (600) 의 스위칭가능 엘리먼트 (512) 는, 스위칭가능 엘리먼트 (512) 와 유전체 재료 (514) 사이의 계면에서의 고정된 영역 (628) 을 바이어싱 전극 (504) 에 전기적으로 연결하도록 일시적으로 활성화될 수 있는 하나 이상 (6 개가 도시되지만 더 적게 또는 더 많이 있을 수 있음) 의 스위치들 (602) 을 포함할 수 있다. 스위치 (602) 를 활성화시키는 것은 그에 따라 스위칭가능 엘리먼트 (512) 와 유전체 재료 (514) 사이의 계면에서의 고정된 영역 (628) 에서부터 바이어싱 전극 (504) 까지 (도 5b 의 경로 (532) 와 같은) 저임피던스 경로를 생성할 수 있고, 이는 전기습윤 표면 (128) 상의 대응하는 고정된 영역 (630) 에서의 습윤 특성을 변화시킬 수 있다. 그렇지 않다면, EW 디바이스 (600) 는 도 5b 의 EW 디바이스 (130) 와 동일할 수 있고 동일하게 넘버링된 엘리먼트들은 동일한 것일 수 있다. 스위칭가능 엘리먼트 (512) 에서의 스위치들 (602) 각각은, 예를 들어, FET 트랜지스터들 또는 일반적으로 도 4 에 예시된 BJT 트랜지스터들 (410) 과 같은 트랜지스터들로서 구성될 수 있고, 이들 모두는 위에서 논의되었다.
도 6 에는, (전기습윤 표면 (128) 에서의 또는 그에 인접한 다수의 비교적 작은 고정된 영역들 (630) 에 대응하는) 유전체 재료 (514) 에 대한 스위칭가능 엘리먼트 (512) 의 계면의 다수의 비교적 작은 영역들 (628) 을 전극 (504) 에 연결하는 다수의 스위치들 (602) 이 도시된다. 이러한 실시형태에서, 전기습윤 표면 (128) 상의 영역들 (630) 중 임의의 하나의 영역 (또는 이들의 서브세트) 의 습윤 특성은 대응하는 스위치 (602) 를 활성화시키는 것에 의해 일시적으로 변화될 수 있다. 대안적으로, 유전체 재료 (514) 에 대한 스위칭가능 엘리먼트 (512) 의 계면을 전극 (504) 에 연결하는 하나의 스위치 (602) 가 존재할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 전기습윤 표면 (128) 은 하나의 영역 (630) 이고, 스위치 (602) 를 활성화시키는 것은 본질적으로 전체 전기습윤 표면 (128) 의 습윤 특성을 일시적으로 변화시킬 수 있다.
도 5a 내지 도 6 에 예시된 EW 디바이스들 (130, 600) 은 단지 장치 (100) 에서의 EW 디바이스들 (130) 의 가능한 구성부들의 예들이다. 일반적으로 말하면, EW 디바이스들 (130) 은 광전자 습윤 (optoelectronic wetting; OEW) 디바이스들일 수 있고, 그 예들은 미국 특허 제6,958,132호에 개시되고, 그 내용은 본 명세서에 그 전체가 참조로 포함된다. EW 디바이스들 (130) 의 다른 예들은 전자적으로 제어될 수 있는 유전체 상의 전기습윤 (electrowetting on dielectric; EWOD) 디바이스들을 포함하고, 그 예는 미국 특허 제8,685,344호에 개시되고, 그 내용은 본 명세서에 그 전체가 참조로 포함된다.
도 1 의 구조체 (104) 는 다양한 방법들 중 임의의 방법으로 하나 이상의 DEP 구성부들 (122) 및 하나 이상의 EW 구성부들 (126) 을 포함하도록 물리적으로 구성될 수 있다. 도 7 내지 도 9 는 예들을 예시한다.
도 7 에 도시된 예에서, 다수의 DEP 구성부들 (122) 및 다수의 EW 구성부들 (126) 은 단일의 모놀리식 (monolithic) 컴포넌트 (702) 에 통합될 수 있다. 도시된 바와 같이, 구조체 (104) 는 모놀리식 컴포넌트 (702) 를 포함할 수 있고, DEP 구성부들 (122) 및 EW 구성부들 (126) 은 모놀리식 컴포넌트 (702) 의 섹션들 (704 내지 710) 을 포함할 수 있다. 모놀리식 컴포넌트 (702) 는 반도체 재료를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도시된 바와 같이, 제 1 EW 구성부 (126a) 는 모놀리식 컴포넌트 (702) 의 제 1 섹션 (704) 의 한 측 상에 배치된 유전체 재료 (514) 및 제 1 섹션 (704) 의 다른 측 상에 배치된 전극 (504) 을 포함할 수 있는데, 여기서 섹션 (704) 은 도 5a 내지 도 6 에 예시된 스위칭가능 엘리먼트 (512) 처럼 구성된다. 예를 들어, 제 1 섹션 (704) 은 일반적으로 도 5b 에 도시된 스위칭가능 엘리먼트 (512) 와 같은 광전도성 재료를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 제 1 섹션 (704) 은 도 6 의 스위치들 (602) 과 같은 하나 이상의 스위치들을 포함할 수 있고, 이 스위치들은, 위에서 논의된 바와 같이, 트랜지스터들 (예를 들어, 도 4 의 BJT 트랜지스터들 (410) 또는 FET 트랜지스터들) 로서 구성될 수 있다. 이와 유사하게, 제 2 EW 구성부 (126b) 는 모놀리식 컴포넌트 (702) 의 제 3 섹션 (708) 의 한 측 상에 배치된 다른 유전체 재료 (514) 및 제 3 섹션 (708) 의 다른 측 상에 배치된 다른 전극 (504) 을 포함할 수 있는데, 여기서 섹션 (708) 은 도 5a 내지 도 6 중 임의의 것에 예시된 스위칭가능 엘리먼트 (512) 처럼 구성된다.
제 1 DEP 구성부 (122a) 는 모놀리식 컴포넌트 (702) 의 제 2 섹션 (706) 및 그 제 2 섹션 (706) 에 인접하게 배치된 전극 (204) 을 포함할 수 있는데, 여기서 섹션 (706) 은 도 2a 내지 도 4 에 예시된 스위칭가능 엘리먼트 (212) 처럼 구성된다. 예를 들어, 제 2 섹션 (706) 은 일반적으로 도 2b 에 도시된 스위칭가능 엘리먼트 (212) 와 같은 광전도성 재료를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 제 2 섹션 (706) 은 도 3 의 스위치들 (302) 과 같은 하나 이상의 스위치들을 포함할 수 있고, 이 스위치들은, 위에서 논의된 바와 같이, 트랜지스터들 (예를 들어, 도 4 의 BJT 트랜지스터들 (410) 또는 FET 트랜지스터들) 로서 구성될 수 있다. 이와 유사하게, 제 2 DEP 구성부 (122b) 는 모놀리식 컴포넌트 (702) 의 제 4 섹션 (710) 및 그 제 4 섹션 (710) 에 인접하게 배치된 다른 전극 (204) 을 포함할 수 있는데, 여기서 섹션 (706) 은 도 2a 내지 도 4 중 임의의 것에 예시된 스위칭가능 엘리먼트 (212) 처럼 구성된다.
도 8 에 도시된 예에서, DEP 구성부들 (122) 및 EW 구성부들 (126) 은 별개의 구조체들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 제 1 EW 구성부 (126a) 는 제 1 EW 구성부 스위칭 엘리먼트 (804) 의 한 측 상에 배치된 유전체 재료 (514) 및 그 스위칭 엘리먼트 (804) 의 다른 측 상의 전극 (504) 을 포함하는 별개의 구조체일 수 있다. 스위칭 엘리먼트 (804) 는, 예를 들어, 반도체 재료, 인쇄 회로 보드 등을 포함할 수 있다. 스위칭 엘리먼트 (804) 는 도 5a 내지 도 6 중 임의의 것에 예시된 스위칭가능 엘리먼트 (512) 처럼 구성될 수 있다. 예를 들어, 스위칭 엘리먼트 (804) 는 일반적으로 도 5b 에 도시된 스위칭가능 엘리먼트 (512) 와 같은 광전도성 재료를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 스위칭 엘리먼트 (804) 는 도 6 의 스위치들 (602) 과 같은 하나 이상의 스위치들을 포함할 수 있고, 이 스위치들은, 위에서 논의된 바와 같이, 트랜지스터들 (예를 들어, 도 4 의 BJT 트랜지스터들 (410) 또는 FET 트랜지스터들) 로서 구성될 수 있다. 제 2 EW 구성부 (126b) 는 또한 제 2 EW 구성부 스위칭 엘리먼트 (808) 의 한 측 상에 배치된 다른 유전체 재료 (514) 및 그 스위칭 엘리먼트 (808) 의 다른 측 상의 다른 전극 (504) 을 포함하는 별개의 구조체일 수 있다. 스위칭 엘리먼트 (808) 는 위에서 논의된 바와 같이 스위칭 엘리먼트 (804) 와 동일하거나 또는 유사할 수 있다.
제 1 DEP 구성부 (122a) 는 제 1 DEP 구성부 스위칭 엘리먼트 (806) 및 전극 (204) 을 포함하는 별개의 구조체일 수 있다. 스위칭 엘리먼트 (806) 는, 예를 들어, 반도체 재료, 인쇄 회로 보드 등을 포함할 수 있다. 스위칭 엘리먼트 (806) 는 도 2a 내지 도 4 중 임의의 것에 예시된 스위칭가능 엘리먼트 (212) 처럼 구성될 수 있다. 예를 들어, 스위칭 엘리먼트 (806) 는 일반적으로 도 2b 에 도시된 스위칭가능 엘리먼트 (212) 의 구성과 같은 광전도성 재료를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 스위칭 엘리먼트 (806) 는 도 3 의 스위치들 (302) 과 같은 하나 이상의 스위치들을 포함할 수 있고, 이 스위치들은, 위에서 논의된 바와 같이, 트랜지스터들 (예를 들어, 도 4 의 BJT 트랜지스터들 (410) 또는 FET 트랜지스터들) 로서 구성될 수 있다. 제 2 DEP 구성부 (122b) 는 또한 제 2 DEP 구성부 스위칭 엘리먼트 (810) 및 다른 전극 (204) 을 포함하는 별개의 구조체일 수 있다. 스위칭 엘리먼트 (810) 는 위에서 논의된 바와 같이 스위칭 엘리먼트 (806) 와 동일할 수 있다.
도 8 에 도시된 바와 같이, EW 구성부들 (126a, 126b) 및 DEP 구성부들 (122a, 122b) 은 마스터 구조체 (814) 상에 배치될 수 있다. EW 구성부들 (126a, 126b) 및 DEP 구성부들 (122a, 122b) 은 마스터 구조체 (814) 상에 임의의 패턴으로 배열될 수 있다. 예를 들어, EW 구성부들 (126a, 126b) 및 DEP 구성부들 (122a, 122b) 은 예시된 바와 같이 나란히 배치되고 스페이서들 (812) 에 의해 이격될 수 있다. 다른 예로서, 일부 실시형태들에서, 어떠한 스페이서들 (812) 도 존재하지 않고, 인접한 EW 구성부들 (126a, 126b) 및 DEP 구성부들 (122a, 122b) 은 서로에 대해 접해 있을 수 있다.
일부 실시형태들은 마스터 구조체 (814) 를 포함하지 않는다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, 마스터 구조체 (814) 가 존재하지 않지만, EW 구성부들 (126a, 126b) 및 DEP 구성부들 (122a, 122b) 이 서로 부착된다. 예를 들어, 도 8 에 예시된 스페이서들 (812) 은 인접한 EW 구성부들 (126a, 126b) 및 DEP 구성부들 (122a, 122b) 의 측면들을 서로 부착시키는 접착제일 수 있다.
도시되지 않았지만, 파워 서플라이들 (예를 들어, 도 2a 및 도 5a 의 206 및 506) 을 전극들 (204, 504) 에 연결하기 위한 프로비전들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 마스터 구조체 (814) 는 전극들 (204) 에 대한 하나 이상의 전기 전도성 커넥터들 (미도시) 및 전극들 (504) 에 대한 하나 이상의 전기 전도성 커넥터들 (미도시) 을 포함할 수 있다. 이러한 커넥터들의 예들로는 마스터 구조체 (814) 를 통한 전기 전도성 비아들 (미도시) 을 포함한다.
이에 관계없이, EW 구성부들 (126a, 126b) 의 전기습윤 표면들 (128) 및 DEP 구성부들 (122a, 122b) 의 외측 표면들 (124) 이 실질적으로 평행하거나 및/또는 실질적으로 동일한 평면에 있도록 EW 구성부들 (126a, 126b) 및 DEP 구성부들 (122a, 122b) 이 포지셔닝될 수 있다. 전기습윤 표면들 (128) 및 외측 표면들 (124) 은 그에 따라 구조체 (104) 의 경계 (106) 를 형성할 수 있다. 경계 (106) 는 그에 따라 다수의 DEP 구성부들 (122) 의 다수의 외측 표면들 (124) 및 다수의 EW 구성부들 (126) 의 다수의 전기습윤 표면들 (128) 을 포함하는 복합 표면일 수 있다.
도 9 에 도시된 예에서, DEP 구성부들 (122a, 122b) 은 마스터 스위칭 엘리먼트 (902) 의 섹션들을 포함할 수 있고, EW 구성부들 (126a, 126b) 은 마스터 스위칭 엘리먼트 (902) 에서의 캐비티들 (916, 918) 에 배치된 독립형 (stand alone) 의 별개의 구조체들을 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 제 1 EW 구성부 (126a) 는 제 1 EW 구성부 스위칭 엘리먼트 (904) 의 한 측 상에 배치된 유전체 재료 (514) 및 그 스위칭 엘리먼트 (904) 의 다른 측 상의 전극 (504) 을 포함하는 독립형의 별개의 구조체일 수 있다. 스위칭 엘리먼트 (904) 는, 예를 들어, 반도체 재료를 포함할 수 있다. 스위칭 엘리먼트 (904) 는 도 5a 내지 도 6 중 임의의 것에 예시된 스위칭가능 엘리먼트 (512) 처럼 구성될 수 있다. 예를 들어, 스위칭 엘리먼트 (904) 는 일반적으로 도 5b 에 도시된 스위칭가능 엘리먼트 (512) 와 같은 광전도성 재료를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 스위칭 엘리먼트 (904) 는 도 6 의 스위치들 (602) 과 같은 하나 이상의 스위치들을 포함할 수 있고, 이 스위치들은, 위에서 논의된 바와 같이, 트랜지스터들 (예를 들어, 도 4 의 BJT 트랜지스터들 (410) 또는 FET 트랜지스터들) 로서 구성될 수 있다. 제 2 EW 구성부 (126b) 는 또한 제 2 EW 구성부 스위칭 엘리먼트 (908) 의 한 측 상에 배치된 다른 유전체 재료 (514) 및 그 스위칭 엘리먼트 (908) 의 다른 측 상의 다른 전극 (504) 을 포함하는 독립형의 별개의 구조체일 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이 스위칭 엘리먼트 (904) 처럼 구성될 수 있는 스위칭 엘리먼트 (908) 는, 예를 들어, 반도체 재료를 포함할 수 있다. EW 구성부들 (126a, 126b) 은 마스터 스위칭 엘리먼트 (902) 에서의 캐비티들 (916, 918) 에 배치될 수 있다.
제 1 DEP 구성부 (122a) 는 마스터 스위칭 엘리먼트 (902) 의 제 1 섹션 (906) 및 그 제 1 섹션 (906) 에 인접하게 배치된 전극 (204) 을 포함할 수 있고, 이 제 1 섹션은 도 2a 내지 도 4 중 임의의 것에 예시된 스위칭가능 엘리먼트 (212) 처럼 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 섹션 (906) 은 일반적으로 도 2b 에 도시된 스위칭가능 엘리먼트 (212) 와 같은 광전도성 재료를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 제 1 섹션 (906) 은 도 3 의 스위치들 (302) 과 같은 하나 이상의 스위치들을 포함할 수 있고, 이 스위치들은 트랜지스터들 (예를 들어, 도 4 의 BJT 트랜지스터들 (410) 또는 FET 트랜지스터들) 로서 구성될 수 있다. 이와 유사하게, 제 2 DEP 구성부 (122b) 는 마스터 스위칭 엘리먼트 (902) 의 제 2 섹션 (910) 및 그 제 2 섹션 (910) 에 인접하게 배치된 다른 전극 (204) 을 포함할 수 있고, 이 제 2 섹션은 도 2a 내지 도 4 에 예시된 스위칭가능 엘리먼트 (212) 처럼 구성될 수 있다.
도시된 바와 같이, DEP 구성부들 (122a, 122b) 에 대응하는 마스터 스위칭 엘리먼트 (902) 의 섹션들 (906, 910) 은 EW 구성부들 (126a, 126b) 이 배치되는 캐비티들 (916, 918) 사이에 배치될 수 있다. DEP 구성부들 (122a, 122b) 의 외측 표면들 (124) 및 EW 구성부들 (126a, 126b) 의 전기습윤 표면들 (128) 이 실질적으로 평행하거나 및/또는 실질적으로 동일한 평면에 있도록 캐비티들 (916, 918) 및 EW 구성부들 (126a, 126b) 이 사이징되고 포지셔닝될 수 있다. 외측 표면들 (124) 및 전기습윤 표면들 (128) 은 그에 따라 구조체 (104) 의 경계 (106) 를 형성할 수 있다.
도 9 에 도시된 예에서, DEP 구성부들 (122) 은 마스터 스위칭 엘리먼트 (902) 의 섹션들 (906, 910) 을 포함하고, EW 구성부들 (126) 은 마스터 스위칭 엘리먼트 (902) 에서의 캐비티들 (916, 918) 에 배치된 독립형의 별개의 구조체들이다. 대안적으로, EW 구성부들 (126) 은 마스터 스위칭 엘리먼트 (902) 의 (예를 들어, 섹션들 (906, 910) 과 같은) 섹션들을 포함할 수 있고, DEP 구성부들 (122) 은 마스터 스위칭 엘리먼트 (902) 의 캐비티들 (916, 918) 에 배치된 (예를 들어, 도 9 에 도시된 EW 구성부들 (126) 과 같은) 독립형의 별개의 구조체들일 수 있다.
도 7 내지 도 9 에 예시된 실시형태들 중 임의의 실시형태에서, 제 1 전력 소스 (206) 는 일반적으로 도 2a 내지 도 3 에 도시된 바와 같이 전극들 (204) 및 대응하는 전극들 (202) (도 7 내지 도 9 에 미도시) 각각에 연결될 수 있다. 도 7 및 도 8 의 전극들 (204) 모두는, 예를 들어, 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 유사하게, 제 2 전력 소스 (506) 는 도 7 및 도 8 의 실시형태들에서 전극들 (504) 및 대응하는 전극들 (502) (도 7 및 도 8 에 미도시) 에 연결될 수 있다. 도 9 의 실시형태는 또한 제 2 전력 소스 (506) 를 EW 구성부들 (126) 의 전극들 (504) 에 연결하는 것을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 도 9 에 도시된 바와 같이, 제 2 전력 소스 (506) 는 전극들 (914) 에 연결할 수 있고, 이 전극들은 (예를 들어, 비아들, 전기 전도성 접착제 등과 같은 전기적 커넥션들 (912) 에 의해) EW 구성부들 (126a, 126b) 의 전극들 (504) 에 연결된다.
도 10 은 어느 정도는 도 3 에 도시된 바와 같이 구성되는 스위칭가능 엘리먼트 (212) 를 포함하는 구조체 (104) 의 일 예를 예시하고, 도 3 및 도 10 의 동일하게 넘버링된 엘리먼트들은 동일한 것일 수 있다. 도시된 바와 같이, 스위칭 엘리먼트 (212) 는 다수의 DEP 구성부들 (122) 및 다수의 EW 구성부들 (126) 을 포함할 수 있다. DEP 구성부들 (122) 각각은, 외측 표면 (124) 을 포함하는 친수성 층 (1002) 으로서, 그 외측 표면은 그에 따라 친수성으로 될 수 있는, 그 친수성 층 (1002); 전극 (204); 및 위에서 논의된 바와 같이, 스위칭가능 엘리먼트 (212) 를 통해 전극 (204) 까지 (예를 들어, 도 2b 의 경로 (232) 와 같은) 저임피던스 전기 경로를 선택적으로 생성하기 위한 스위치 (302) 를 포함할 수 있다.
또한 도시된 바와 같이, 스위칭 엘리먼트 (212) 는, EW 구성부들 (126) 의 부분일 수 있는, DEP 구성부들 (122) 사이의 격리 장벽들 (408) 을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 EW 구성부 (126) 는 전기습윤 표면 (128) 을 포함하는 유전체 재료 (514), 격리 장벽들 (408) 중 하나에 배치된 광전도성 재료, 및 전극 (504) 을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 전기적 커넥터 (1004) (예를 들어, 비아) 는 격리 장벽 (408) 에서의 광전도성 재료를 대응하는 전극 (504) 에 전기적으로 연결할 수 있다. 격리 장벽들 (408) 중 하나에서의 광전도성 재료 위로 디렉팅된 광은, 일반적으로 도 5b 에 대해 위에서 논의된 바와 같이, 전극 (504) 까지의 조사된 장벽 (408) 에서의 광전도성 재료를 통해 (도 5b 의 경로 (532) 와 같은) 저임피던스 경로를 생성하고 그에 의해 EW 구성부 (126) 의 전기습윤 표면 (128) 의 습윤 특성을 변화시킬 수 있다.
위에서 논의되었거나 또는 도 2a 내지 도 10 에 예시된 임의의 변형을 포함하여, 도 1 의 장치 (100) 는 단지 일 예이다. 도 11 은 장치 (100) 의 다른 예시적인 구성을 예시한다.
도 11 의 장치 (100') 는 도 1 의 장치 (100) 와 일반적으로 유사할 수 있고, 동일하게 넘버링된 엘리먼트들은 동일한 것일 수 있다. 그러나, 도시된 바와 같이, 도 11 의 구조체 (104') 는 다수의 DEP 디바이스들 (120) (각각은 예시된 DEP 구성부들 (122) 중 하나에 대응함) 및 다수의 EW 디바이스들 (130) (각각은 EW 구성부들 (126) 중 하나에 대응함) 을 포함한다. 구조체 (104') 의 DEP 구성부들 (122) 의 외측 표면들 (124) 및 EW 구성부들 (126) 의 전기습윤 표면들 (128) 이 교호 패턴으로 배치되도록 DEP 디바이스들 (120) 및 EW 디바이스들 (130) 의 일부 또는 전부가 포지셔닝될 수 있다. 예를 들어, DEP 디바이스들 (120) 및 EW 디바이스들 (130) 의 패턴의 모든 부분들 또는 하나 이상의 부분들은, 일반적으로 도 11 에 도시된 바와 같이, 패턴의 로우 (row) 들 및 컬럼 (column) 들이 교호하는 외측 표면들 (124) 및 전기습윤 표면들 (128) 을 포함하도록 배열될 수 있다.
도 12a 내지 도 12c 는 도 11 의 장치 (100') 의 인클로저 (102) 의 부분적인, 단면의, 측면도들을 도시하고 또한 장치 (100') 의 동작의 일 예를 예시한다.
도 12a 에 도시된 바와 같이, 각각의 DEP 디바이스 (120) 는 커버 (110) 의 부분일 수 있는 전극 (202) 을 포함할 수 있다. 도 12a 에서, 커버 (110) 는 전극들 (202) 에 대한 지지 구조체 (1202) 를 또한 포함하는 것으로서 예시된다. 각각의 DEP 디바이스 (120) 는 또한, 일반적으로 도 2a 에 대해 위에서 논의된 바와 같이 스위칭가능 엘리먼트 (212) 및 다른 전극 (204) 을 포함할 수 있다. 각각의 DEP 디바이스 (120) 는 또한 외측 표면 (124) 을 포함하는 친수성 재료 (1002) 를 포함할 수 있고, 이 외측 표면은 그에 따라 친수성으로 될 수 있다. 그렇지 않다면, 각각의 DEP 디바이스 (120) 는 도 2a 내지 도 4 에 도시된 예들을 포함하여 본 명세서에 개시된 임의의 방식으로 구성되고 동작될 수 있다. 제 1 전력 소스 (206) 는 바이어싱 전극들 (202 및 204) 에 연결될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 지지체 (1202) 상의 바이어싱 전극들 (202) 은 서로 상호연결될 수 있고, 이와 유사하게 스위칭 엘리먼트 (1204) 상의 바이어싱 전극들 (204) 은 서로 상호연결될 수 있다.
각각의 EW 디바이스 (130) 는 도시된 바와 같이 커버 (110) 의 부분일 수 있는 전극 (502) 을 포함할 수 있다. 각각의 EW 디바이스 (130) 는 또한, 일반적으로 도 5a 에 대해 위에서 논의된 바와 같이, 유전체 재료 (514), 스위칭가능 엘리먼트 (512), 및 다른 전극 (504) 을 포함할 수 있다. 제 2 전력 소스 (506) 는 바이어싱 전극들 (502 및 504) 에 연결될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 지지체 (1202) 상의 바이어싱 전극들 (502) 은 서로 상호연결될 수 있고, 이와 유사하게 스위칭 엘리먼트 (1204) 상의 바이어싱 전극들 (504) 은 서로 상호연결될 수 있다. 각각의 EW 디바이스 (130) 는 도 5a 내지 도 6 에 도시된 예들을 포함하여 본 명세서에 개시된 임의의 방식으로 구성되고 동작할 수 있다.
장치 (100') 의 동작의 예들은 도 12a 내지 도 12c 및 도 14a 내지 도 14c 에 예시된다.
도 12a 에 도시된 바와 같이, 제 1 DEP 디바이스 (120a) 의 외측 표면 (124a) 상에 초기에 배치된 미세-물체 (224) 는 제 1 DEP 디바이스 (120a) 를 또한 활성화시키는 일 없이 일반적으로 상술된 바와 같이 인근의 DEP 디바이스 (120b) 를 활성화시키는 것 (예를 들어, 인근의 DEP 구성부 (122b) 의 스위칭가능 엘리먼트 (212b) 를 통해 도 2b 의 경로 (232) 와 같은 전기 전도성 경로를 생성하는 것) 에 의해 인근의 DEP 디바이스 (120b) (예를 들어, 제 2 DEP 디바이스) 의 외측 표면 (124b) 으로 이동될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 전술한 것은 미세-물체 (224) 를 제 1 DEP 디바이스 (120a) 의 외측 표면 (124a) 으로부터 인근의 DEP 디바이스 (120b) 의 외측 표면 (124b) 으로 이동시키기에 충분한 미세-물체 (224) 에 대한 순 DEP 힘을 생성할 수 있다. 도시된 바와 같이, 미세-물체 (224) 는 인접한 EW 디바이스 (130b) 의 개재된 전기습윤 표면 (128b) 을 가로질러 외측 표면 (124a) 으로부터 이동될 수 있다. 또한 도시된 바와 같이, 미세-물체 (224) 는, 제 2 매질 (522) 에 배치될 수 있는, 제 1 매질 (222) 의 액적 (524) 내부에 있는 동안 이동될 수 있다.
또한 도 12a 내지 도 12c 에 예시된 바와 같이, 액적 (524) 은 구조적 경계 (106) 상에서 이동될 수 있다. 예를 들어, 제 1 위치에 (예를 들어, 도 12a 에 도시된 예에서 DEP 디바이스들 (120a, 120b) 의 외측 표면들 (124a, 124b) 및 제 1 EW 디바이스 (130b) 의 전기습윤 표면 (128b) 상에) 초기에 배치된 액적 (524) 은, 일반적으로 상술된 바와 같이 인근의 EW 디바이스 (130c) 를 활성화시키는 것 (예를 들어, 인근의 EW 디바이스 (130c) 의 스위칭가능 엘리먼트 (512c) 를 통해 도 5b 의 경로 (532) 와 같은 전기 전도성 경로를 생성하는 것) 그리고 그에 의해, 도 12b 에 예시된 바와 같이, 인근의 EW 디바이스 (130c) 의 전기습윤 표면 (128c) 의 습윤도를, 전기습윤 표면 (128c) 을 가로질러 EW 디바이스 (130c) 에 인접한 DEP 디바이스 (120c) 의 외측 표면 (124c) 으로 액적 (524) 의 에지를 끌어당기기에 충분히 증가시키는 것에 의해, 제 2 위치로 이동될 수 있다. 전술한 것은 전기습윤 표면 (128b) 을 또한 활성화시키는 일 없이 행해질 수 있다. 액적 (524) 은 그에 따라, 도 12c 에 도시된 바와 같이, 도 12a 에 도시된 표면들 (124a, 128b, 124b) 상의 제 1 포지션으로부터 표면들 (124b, 128c, 124c) 상의 제 2 포지션으로 이동될 수 있다. 도 12b 에 예시된 바와 같이, (예를 들어, 챔버 (112) 에서의 압력 디바이스 (미도시) 에 의해 또는 유입구 (114) 를 통해 인가된) 액체 압력 (P) 은 액적 (524) 을 이동시키는 것을 도울 수 있다. 또한 도 12b 및 도 12c 에 도시된 바와 같이, 미세-물체 (224) 는 DEP 디바이스들 (122) 중 임의의 것을 활성화시키는 일 없이 액적 (524) 과 함께 이동할 수 있다. 그러나, 액적 (524) 과 같은 액적들은 액적 (524) 이 미세-물체 (224) 와 같은 하나 이상의 미세-물체들을 포함하든지 아니든지 간에 이동될 수 있다.
도 12a 내지 도 12c 에 도시되지 않았지만, 미세-물체 (224) 및 액적 (524) 을 이동시키는 전술한 동작들은 도 11 및 도 12a 내지 도 12c 의 장치 (100') 에서 동시에 수행될 수 있다. 예를 들어, 미세-물체 (224) 가 도 12a 에 예시된 바와 같이 하나의 액적 (524) 에서 이동될 수 있는 한편 다른 액적 (도 12a 내지 도 12c 에 도시되지 않았지만 액적 (524) 과 같은 것일 수 있음) 은 일반적으로 도 12a 내지 도 12c 에서 액적 (524) 이 이동되는 동일한 방법으로 이동될 수 있다.
도 13 은 도 11 의 장치 (100') 가 일반적으로 도 12a 내지 도 12c 에 도시된 예들에 따라 동작될 수 있게 하는 프로세스 (1300) 의 일 예를 도시한다. 단계 1302 에 도시된 바와 같이, 프로세스 (1300) 는 하나 이상의 DEP 디바이스들을 (필요에 따라) 선택적으로 활성화시키고 비활성화시키는 것에 의해 미세-물체를 하나의 DEP 디바이스로부터 다른 DEP 디바이스로 이동시킬 수 있고, 이는 일반적으로 위에서 논의된 바와 같이 (예를 들어, 도 12a 에 예시된 바와 같이) 수행될 수 있다. 단계 1304 에서, 프로세스 (1300) 는 액적을 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동시킬 수 있고, 이는 또한 일반적으로 위에서 논의된 바와 같이 (예를 들어, 도 12a 내지 도 12c 에 도시된 바와 같이) 수행될 수 있다. 실제로, 프로세스 (1300) 는 도 12a 내지 도 12c 에 대해 위에서 논의된 프로세싱 또는 임의의 변형 또는 부가적인 단계들을 포함하여 도 12a 내지 도 12c 에 예시된 예들에 따라 수행될 수 있다.
도 14a 내지 도 14c 는 도 11 의 미세유체 디바이스 (100') 의 동작의 다른 예를 예시한다. 도 14a 내지 도 14c 는 커버 (110) 가 제거된 장치 (100') 의 상면도를 도시한다. 바이어싱 디바이스들 (206, 506) 이 도시되어 있지 않지만 일반적으로 도 12a 내지 도 12c 에 도시된 바와 같이 장치 (100') 에 연결될 수 있다.
도 14a 에 도시된 예에서, 제 1 매질 (222) 의 액적 (524) 은 챔버 (112) 에서의 제 2 매질 (522) 에 배치되고, 미세-물체들 (224) 은 액적 (524) 내부에 배치될 수 있다. 도 14b 에 도시된 바와 같이, 액적 (524) 에서의 미세-물체들 (224) 중 하나 이상은 액적 (524) 의 서브-영역 (1402) 에 미세-물체들의 선택된 그룹 (1404) 이 존재할 때까지 액적 (524) 의 선택된 서브-영역 (1402) 안팎으로 이동될 수 있다. 도 14c 에 도시된 바와 같이, 액적 (524) 의 서브-영역 (1402) 이 멀리 이동되고 그에 따라 액적 (524) 으로부터 분리되어 미세-물체들 (224) 의 선택된 그룹 (1404) 을 포함하는 새로운 액적 (1406) 을 형성할 수 있다. 미세-물체들 (224) 은 (도 14b 에 도시된 바와 같이) 일반적으로 위에서 논의된 바와 같이 (예를 들어, 하나의 DEP 디바이스 (120) (도 14a 내지 도 14c 에 미도시) 의 외측 표면 (124) 으로부터 인근의 DEP 디바이스 (120) (도 14a 내지 도 14c 에 미도시) 의 외측 표면 (124) 으로) 이동될 수 있고, 서브-영역 (1404) 은 일반적으로 위에서 논의된 바와 같이 (예를 들어, EW 디바이스들 (130) (도 14a 내지 도 14c 에 미도시) 중 인접한 것들의 전기습윤 표면들 (128) 의 것들의 습윤 특성을 선택적으로 변화시키는 것에 의해) 이동되고 그에 따라 액적 (524) 으로부터 멀어지고 분리되어 새로운 액적 (1406) 을 형성할 수 있다.
예를 들어, 액적 (524) 의 서브-영역 (1402) 은 초기에는 도 14b 에 도시된 바와 같이 챔버 (112) 에서의 제 1 위치 (1418) 에 배치될 수 있다. 그 위치 (1418) 는 DEP 디바이스들 (122) 의 제 1 세트의 제 1 외측 표면들 (124) 및 EW 디바이스들 (130) 의 제 1 세트의 제 1 전기습윤 표면들 (128) 을 포함할 수 있고, 그 위치 상에서 서브-영역 (1402) 이 초기에는 도 14b 에 도시된 바와 같이 배치된다. 일반적으로 액적들을 이동시키는 것의 위의 논의에 따라, 도 14c 에 도시된 바와 같이 액적의 서브-영역 (1402) 을 제 2 위치 (1420) 로 이동시키는 것에 의해, 서브-영역 (1402) 은 액적 (524) 으로부터 분리되어, 새로운 액적 (1406) 을 형성할 수 있다. 제 2 위치 (1420) 는 DEP 디바이스들 (122) 의 제 2 세트의 제 2 외측 표면들 (124) 및 EW 디바이스들 (130) 의 제 2 세트의 제 2 전기습윤 표면들 (128) 을 포함할 수 있다. 서브-영역 (1402) 은, 예를 들어, 제 3 위치 (1422) 에서 EW 디바이스들 (130) 중 하나 이상 (하나가 도시되지만 더 많이 있을 수 있음) 을 순차적으로 활성화시키는 것에 의해 제 1 위치 (1418) 로부터 제 2 위치 (1420) 로 이동될 수 있다. (제 3 위치 (1422) 에서의 EW 디바이스들 (130) 은 EW 디바이스들 (130) 의 제 3 세트의 일 예일 수 있고 이들의 전기습윤 표면들 (128) 은 제 3 전기습윤 표면들의 일 예일 수 있다.) 이것은, 예를 들어, 서브-영역 (1402) 을 제외한 액적 (524) 의 전기습윤 표면들 (128) 모두가 배치되는 EW 디바이스들 (130) 을 또한 활성화시키는 일 없이 행해질 수 있다. 일반적으로 위에서 논의된 바와 같이, 이것은 액적 (524) 의 서브-영역 (1402) 을 제 3 위치 (1422) 위로 이동시킬 수 있다. 그 후, 제 3 위치 (1422) 에서의 EW 디바이스들 (128) 은 비활성화될 수 있고, 제 2 위치에서의 EW 디바이스들 (130) 중 하나 이상은 활성화될 수 있는데, 이는, 일반적으로 위에서 논의된 바와 같이, 서브-영역 (1402) (현재는 새로운 액적 (1406)) 을 도 14c 에 도시된 제 2 위치 (1420) 로 추가로 이동시킬 수 있다. 새로운 액적 (1406) 의 형성을 용이하게 하는 수단으로서, 제 3 위치 (1422) 에서의 EW 디바이스들 (130) 의 비활성화 및 제 2 위치 (1420) 에서의 EW 디바이스들 (130) 의 활성화는 액적 (524) 의 나머지 부분에 의해 커버되는 서브-영역 (1416) 에서의 EW 디바이스들 (130) 중 적어도 일부의 EW 디바이스의 활성화에 의해 달성될 수 있다.
새로운 액적 (1406) 은 새로운 액적 (1406) 또는 기존 액적 (524) 에 임의의 미세-물체들 (224) 이 존재하는지 여부에 관계없이 도 14a 내지 도 14c 에 예시된 바와 같이 기존 액적 (524) 으로부터 생성될 수 있다. 더욱이, 하나보다 더 많은 새로운 액적 (도시되지 않았지만, 새로운 액적 (1406) 과 같은 것일 수 있음) 이 기존 액적 (524) 으로부터 생성될 수 있다.
도 15 는 도 11 의 장치 (100') 가 일반적으로 도 14a 내지 도 14c 에 도시된 예들에 따라 동작될 수 있게 하는 프로세스 (1500) 의 일 예를 예시한다. 단계 1502 에 도시된 바와 같이, 프로세스 (1500) 는 액적의 서브-영역에 미세-물체들의 선택된 그룹을 배치시킬 수 있고, 이는 일반적으로 위에서 논의된 바와 같이 (예를 들어, 도 14a 및 도 14b 에 예시된 바와 같이) 수행될 수 있다. 단계 1504 에서, 프로세스 (1500) 는 액적의 서브-영역을 액적으로부터 멀리 이동시켜서, 서브-영역을 액적으로부터 분리시키고 그에 의해 새로운 액적을 형성할 수 있고, 이는 또한 일반적으로 위에서 논의된 바와 같이 (예를 들어, 도 14c 에 도시된 바와 같이) 수행될 수 있다. 실제로, 프로세스 (1500) 는 도 14a 내지 도 14c 에 대해 위에서 논의된 프로세싱 또는 임의의 변형 또는 부가적인 단계들을 포함하여 도 14a 내지 도 14c 에 예시된 예들 중 임의의 예에 따라 수행될 수 있다.
본 발명의 특정 실시형태들 및 애플리케이션들이 본 명세서에 설명되었지만, 이들 실시형태들 및 애플리케이션들은 단지 예시적인 것이고, 많은 변형들이 가능하다. 예를 들어, DEP 구성부들을 이용하여 미세-물체들을 이동시키는 것에 대해 (예를 들어, 도 2b 및 도 12a 와 관련되어) 위에서 제공된 설명들은 미세-물체들에 대해 인력이 있는 것으로서 DEP 힘을 논의하였다 (즉, 포지티브 DEP). 그러나, 당업계에 잘 알려져 있는 바와 같이, 다른 것들 중에서도, 미세-입자들의 성질, 매질의 전도성, 및 전력 소스의 전압 전위 및 주파수가 조정되어 미세-물체들의 반발 (repulsion) 을 달성할 수 있다 (즉, 네거티브 DEP).
게다가, 본 명세서에서 설명된 구조체들 및 미세유체 디바이스들은 구조체들/디바이스들에서의 챔버 또는 다른 영역에 유체 액적들을 제공하기 위한 액적 생성기를 포함할 수 있다. 액적 생성기는 챔버 또는 다른 영역에 연결될 수 있는 유체 출력 및 하나 이상의 유체 입력들을 포함할 수 있다. 수성 매질, 비혼성 매질, 생물학적 미세-물체들, 시약들, 및/또는 다른 생물학적 매질들은 입력들을 통해 액적 생성기에 로딩될 수 있다. 액적 생성기는 수성 매질 (하나 이상의 생물학적 미세-물체들을 포함할 수 있지만, 포함할 필요는 없음), 시약들, 또는 다른 생물학적 매질의 액적들을 생성하고 출력할 수 있다. 이러한 액적들은 구조체들/디바이스들에 이미 존재하는 액적들과 혼합되어, 그에 의해 생물학적 미세-물체들의 그룹화, (예를 들어, 생화학적 및/또는 분자 생물학적 반응들을 통한) 생물학적 미세-물체들의 프로세싱, (예를 들어, 포획 비드들 및/또는 검출가능한 결합제들을 이용하는) 생물학적 미세-물체들의 분석 등을 가능하게 할 수 있다. 액적 생성기는 구조체들/디바이스들과 일체화되거나 또는 이들에 연결될 수 있다. 예를 들어, 액적 생성기는 미세유체 디바이스의 전기습윤 섹션의 부분일 수 있고, 그에 따라 (예를 들어, 미국 특허 제6,958,132호에 예시된 바와 같은) 광전도성 기판, (예를 들어, 미국 특허 출원 공보 제2014/0124370호 (대리인 사건관리 번호 BL9-US) 에 예시된 바와 같은) 광-작동식 회로 기판, (예를 들어, 미국 특허 제7,956,339호에 예시된 바와 같은) 포토트랜지스터-기반 기판, 또는 (예를 들어, 미국 특허 제8,685,344호에 예시된 바와 같은) 전기 작동식 회로 기판을 갖는 전기습윤 구성부를 포함할 수 있다. 대안적으로, 액적 생성기는 (예를 들어, 미국 특허 및 특허 출원 공보 제7,708,949호, 제7,041,481호 (RE41,780 으로서 재발행됨), 제2008/0014589호, 제2008/0003142호, 제2010/0137163호, 및 제2010/0172803호에 예시된 바와 같은) T- 또는 Y-형상의 유체역학 구조체를 가질 수 있다. 전술한 미국 특허 문헌들 (즉, 미국 특허 제6,958,132호; 제7,956,339호; 제8,685,344호; 제7,708,949호; 및 제7,041,481호 (RE41,780 으로서 재발행됨); 및 미국 특허 출원 공보 제2014/0124370호; 제2008/0014589호, 제2008/0003142호, 제2010/0137163호, 및 제2010/0172803호) 모두는 본 명세서에 그 전체가 참조로 포함된다.

Claims (38)

  1. 구조체로서,
    외측 표면을 포함하는 유전영동 (dielectrophoresis; DEP) 구성부; 및
    전기습윤 (electrowetting) 표면을 포함하는 전기습윤 (EW) 구성부
    을 포함하고,
    상기 DEP 구성부는 상기 DEP 구성부의 상기 외측 표면이 상기 전기습윤 표면에 인접하도록 상기 EW 구성부에 인접하게 배치되는, 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 DEP 구성부는,
    제 1 전극; 및
    상기 외측 표면과 상기 제 1 전극 사이에 배치된 스위칭가능 엘리먼트
    를 포함하고,
    상기 스위칭가능 엘리먼트는 상기 외측 표면의 제 1 영역에서부터 상기 스위칭가능 엘리먼트를 통해 상기 제 1 전극까지의 전기 전도성의 제 1 경로를 일시적으로 생성하도록 구성되는, 구조체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 EW 구성부는,
    제 2 전극,
    상기 전기습윤 표면과 상기 제 2 전극 사이에 배치된 유전체 층, 및
    상기 유전체 층과 상기 제 2 전극 사이에 배치된 스위칭가능 엘리먼트
    를 포함하고,
    상기 스위칭가능 엘리먼트는 상기 스위칭가능 엘리먼트를 통한 전기 전도성의 제 2 경로를 일시적으로 생성하고 그에 의해 상기 경로에 인접한 상기 전기습윤 표면의 제 2 영역의 습윤 특성을 변화시키도록 구성되는, 구조체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 DEP 구성부의 상기 스위칭가능 엘리먼트는 광전도성 재료를 포함하고,
    상기 제 1 영역에 인접한 상기 광전도성 재료의 일 부분을 선택적으로 조사 (illuminate) 하는 것은 상기 부분의 전기 임피던스를 감소시켜서, 그에 의해 상기 제 1 경로를 생성하는, 구조체.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 DEP 구성부의 상기 스위칭가능 엘리먼트는, 상기 외측 표면의 상기 제 1 영역에서부터 상기 스위칭가능 엘리먼트를 통해 상기 제 1 전극까지의 스위치를 포함하는, 구조체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 스위치는 광 활성화되는, 구조체.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 스위치는, 상기 스위칭가능 엘리먼트에 내장된 트랜지스터를 포함하는, 구조체.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 DEP 구성부의 상기 스위칭가능 엘리먼트는 상기 스위치 주위의 격리 장벽 (isolation barrier) 들을 더 포함하는, 구조체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 EW 구성부의 상기 스위칭가능 엘리먼트는, 상기 격리 장벽들에 배치된 광전도성 재료를 포함하는, 구조체.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 DEP 구성부의 상기 외측 표면은 상기 EW 구성부의 상기 전기습윤 표면과 실질적으로 평행한, 구조체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    모놀리식 (monolithic) 컴포넌트를 더 포함하고,
    상기 모놀리식 컴포넌트의 제 1 섹션은 상기 DEP 구성부의 상기 스위칭가능 엘리먼트를 포함하고,
    상기 모놀리식 컴포넌트의 제 2 섹션은 상기 EW 구성부의 상기 스위칭가능 엘리먼트를 포함하는, 구조체.
  12. 제 10 항에 있어서,
    지지 구조체를 더 포함하고,
    상기 지지 구조체의 제 1 섹션은 상기 DEP 구성부의 상기 스위칭가능 엘리먼트를 포함하고,
    상기 EW 구성부는 상기 제 1 섹션에 인접한 상기 지지 구조체의 제 2 섹션에서의 캐비티에 배치되는, 구조체.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 DEP 구성부는 제 1 별개의 디바이스이고,
    상기 EW 구성부는 상기 DEP 구성부에 인접하게 배치된 제 2 별개의 디바이스이며,
    상기 DEP 구성부의 상기 외측 표면은 상기 EW 구성부의 상기 전기습윤 표면과 실질적으로 평행한, 구조체.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 EW 구성부는,
    제 1 전극,
    상기 전기습윤 표면과 상기 제 1 전극 사이에 배치된 유전체 층, 및
    상기 유전체 층과 상기 제 1 전극 사이에 배치된 스위칭가능 엘리먼트
    를 포함하고,
    상기 스위칭가능 엘리먼트는 상기 스위칭가능 엘리먼트를 통한 전기 전도성의 경로를 일시적으로 생성하고 그에 의해 상기 경로에 인접한 상기 전기습윤 표면의 영역의 습윤 특성을 변화시키도록 구성되는, 구조체.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 EW 구성부의 상기 스위칭가능 엘리먼트는 광전도성 재료를 포함하는, 구조체.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 EW 구성부의 상기 스위칭가능 엘리먼트는, 상기 제 1 전극까지의 상기 스위칭가능 엘리먼트를 통한 스위치를 포함하는, 구조체.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 DEP 구성부의 상기 외측 표면 및 상기 EW 구성부의 상기 전기습윤 표면은 실질적으로 평행한, 구조체.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 DEP 구성부의 상기 외측 표면 및 상기 EW 구성부의 상기 전기습윤 표면은 실질적으로 동일한 평면에 있는, 구조체.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 DEP 구성부의 상기 외측 표면 및 상기 EW 구성부의 상기 전기습윤 표면은 실질적으로 연속적인 복합 표면을 형성하는, 구조체.
  20. 제 1 항에 있어서,
    각각이 외측 표면을 포함하는 복수의 상기 DEP 구성부들, 및
    각각이 전기습윤 표면을 포함하는 복수의 상기 EW 구성부들
    을 더 포함하고,
    상기 DEP 구성부들 및 상기 EW 구성부들 중 적어도 일부는 상기 외측 표면들 및 상기 전기습윤 표면들이 교호 패턴들로 되도록 배치되는, 구조체.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 DEP 구성부들의 상기 외측 표면들 및 상기 EW 구성부들의 상기 전기습윤 표면들은 실질적으로 동일한 평면에 있는, 구조체.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 DEP 구성부들의 상기 외측 표면들 및 상기 EW 구성부들의 상기 전기습윤 표면들은 실질적으로 연속적인 복합 표면을 형성하는, 구조체.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 DEP 구성부들의 상기 외측 표면들은 친수성이고,
    상기 EW 구성부들의 상기 전기습윤 표면들은 소수성인, 구조체.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    액적 (droplet) 생성기를 더 포함하는, 구조체.
  25. 챔버, 유전영동 (DEP) 디바이스들, 및 전기습윤 (EW) 디바이스들을 포함하는 미세유체 장치 (microfluidic apparatus) 를 동작시키는 방법으로서,
    상기 방법은,
    상기 DEP 디바이스들 중 제 2 DEP 디바이스를 활성화시키고 그에 의해 미세-물체 (micro-object) 에 대해 상기 제 2 DEP 디바이스의 방향으로 순 DEP 힘 (net DEP force) 을 생성하는 것에 의해 상기 DEP 디바이스들 중 제 1 DEP 디바이스의 제 1 외측 표면으로부터 상기 DEP 디바이스들 중 상기 제 2 DEP 디바이스의 제 2 외측 표면으로 상기 미세-물체를 이동시키는 단계; 및
    상기 EW 디바이스들 중 제 2 EW 디바이스를 활성화시키고 그에 의해 상기 제 2 EW 디바이스의 제 2 전기습윤 표면의 습윤 특성을 변화시키는 것에 의해 상기 챔버에서 제 1 위치로부터 제 2 위치로 액체 매질 (liquid medium) 의 액적을 이동시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 제 1 위치에서, 상기 액적은, 상기 제 2 EW 디바이스의 상기 제 2 전기습윤 표면 상이 아닌, 상기 EW 디바이스들 중 제 1 EW 디바이스의 제 1 전기습윤 표면 상에 부분적으로 배치되며,
    상기 제 2 위치에서, 상기 액적은, 상기 제 1 EW 디바이스의 상기 제 1 전기습윤 표면 상이 아닌, 상기 제 2 EW 디바이스의 상기 제 2 전기습윤 표면 상에 부분적으로 배치되는, 미세유체 장치를 동작시키는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 액적을 상기 이동시키는 단계는, 상기 제 1 EW 디바이스와 상기 제 2 EW 디바이스 사이에 배치된 상기 DEP 디바이스들 중 하나의 DEP 디바이스의 외측 표면 위로 상기 액적의 부분을 이동시키는 단계를 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 DEP 디바이스들 중 상기 하나의 DEP 디바이스의 상기 외측 표면은 친수성이고,
    상기 제 1 전기습윤 표면 및 상기 제 2 전기습윤 표면은 소수성인, 미세유체 장치를 동작시키는 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 제 2 전기습윤 표면의 상기 습윤 특성을 상기 변화시키는 것은, 수성 매질의 액적에 대한 상기 제 2 전기습윤 표면의 소수성 레벨에 적어도 부분적으로 대응하는 쿨롱 힘 (Coulombic force) 을 생성하는 것을 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 방법.
  29. 제 25 항에 있어서,
    상기 미세-물체를 상기 이동시키는 단계는, 상기 제 1 외측 표면으로부터, 상기 EW 디바이스들 중 인접한 하나의 EW 디바이스의 전기습윤 표면을 가로질러, 상기 제 2 외측 표면으로 상기 미세-물체를 이동시키는 단계를 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 방법.
  30. 제 25 항에 있어서,
    상기 챔버의 구조적 경계는 상기 제 1 외측 표면, 상기 제 2 외측 표면, 상기 제 1 전기습윤 표면, 및 상기 제 2 전기습윤 표면을 포함하고,
    상기 방법은, 상기 이동시키는 단계들 양쪽을 동시에 수행하는 단계를 더 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 방법.
  31. 제 25 항에 있어서,
    미세-물체가 상기 액적에 배치되고,
    상기 액적을 상기 이동시키는 단계는, 상기 미세-물체를 상기 액적과 함께 이동시키는 단계를 더 포함하는, 미세유체 장치를 동작시키는 방법.
  32. 챔버, 유전영동 (DEP) 디바이스들, 및 전기습윤 (EW) 디바이스들을 포함하는 미세유체 장치에서 액체 매질의 액적을 처리 (manipulate) 하는 방법으로서,
    상기 DEP 디바이스들의 제 1 세트의 외측 표면들 및 상기 EW 디바이스들의 제 1 세트의 전기습윤 표면들 상에 제 1 액체 매질의 액적을 배치시키는 단계;
    상기 EW 디바이스들의 제 2 세트의 전기습윤 표면들을 활성화시키고 그에 의해 상기 제 2 세트의 상기 전기습윤 표면들의 습윤 특성을 변화시키는 것에 의해 상기 액적의 제 2 부분으로부터 상기 액적의 제 1 부분을 분리시키는 단계
    를 포함하는, 미세유체 장치에서 액체 매질의 액적을 처리하는 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 분리시키는 단계는, 상기 액적의 상기 제 1 부분을, 상기 제 1 DEP 디바이스들의 상기 외측 표면들 및 상기 제 1 EW 디바이스들의 상기 전기습윤 표면들을 포함하는 제 1 위치로부터, 상기 DEP 디바이스들의 제 2 세트의 외측 표면들 및 상기 EW 디바이스들의 상기 제 2 세트의 상기 전기습윤 표면들을 포함하는 제 2 위치로 이동시키는 단계를 포함하는, 미세유체 장치에서 액체 매질의 액적을 처리하는 방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 분리시키는 단계는,
    상기 EW 디바이스들의 상기 제 1 세트와 상기 EW 디바이스들의 상기 제 2 세트 사이에 배치된 상기 EW 디바이스들의 제 3 세트의 전기습윤 표면들을 활성화시키는 단계, 및
    그 후 상기 EW 디바이스들의 제 2 세트의 상기 전기습윤 표면들을 활성화시키는 단계
    를 포함하는, 미세유체 장치에서 액체 매질의 액적을 처리하는 방법.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 DEP 디바이스들의 제 2 세트에서의 상기 DEP 디바이스들 중 어느 것도 상기 DEP 디바이스들의 제 1 세트에 또한 있지 않고,
    상기 EW 디바이스들의 제 2 세트에서의 상기 EW 디바이스들 중 어느 것도 상기 EW 디바이스들의 제 1 세트 또는 상기 EW 디바이스들의 제 3 세트에 또한 있지 않으며,
    상기 EW 디바이스들의 제 1 세트에서의 상기 EW 디바이스들 중 어느 것도 상기 EW 디바이스들의 제 3 세트에 또한 있지 않는, 미세유체 장치에서 액체 매질의 액적을 처리하는 방법.
  36. 제 34 항에 있어서,
    상기 제 2 위치는 상기 제 1 위치로부터 분리되고 상기 제 1 위치와 오버랩되지 않는, 미세유체 장치에서 액체 매질의 액적을 처리하는 방법.
  37. 제 33 항에 있어서,
    상기 액적의 상기 제 1 부분을 상기 분리시키는 단계는, 상기 액적의 상기 제 1 부분에 배치된 미세-물체들의 제 1 그룹을 상기 액적의 상기 제 1 부분과 함께 상기 제 1 위치로부터 상기 제 2 위치로 이동시키는 단계를 포함하는, 미세유체 장치에서 액체 매질의 액적을 처리하는 방법.
  38. 제 33 항에 있어서,
    상기 액적의 상기 제 1 부분을 상기 분리시키는 단계에 앞서, 상기 액적에서의 미세-물체들의 보다 큰 그룹으로부터 상기 미세-물체들의 제 1 그룹을 선택하는 단계를 더 포함하는, 미세유체 장치에서 액체 매질의 액적을 처리하는 방법.
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