TW202024627A - 基板上的數位微流體的多層電氣連接 - Google Patents

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Abstract

用於從液滴形成多個微滴的裝置包括：基底；在基底上並且具有通過疏水表面彼此間隔開的多個親水表面區域的介電層；以及被介電層覆蓋的多個電極。電極被配置為回應於由控制電路提供的電壓而在整個液滴上形成電場，以使液滴在橫向方向上跨越電介質層移動，同時將液滴的一部分留在親水性表面區域上以在親水表面區域上形成多個微滴。

Description

基板上的數位微流體的多層電氣連接
本發明的實施方案總體上涉及電介質上電潤濕（EWOD）技術，並且更具體地涉及用於使用多層陶瓷基板操縱液滴的裝置和方法，可與多層陶瓷基板一起操作的一次性基板以及帶有用於積體電路包裝的插座的一次性基板。
電介質上電潤濕（EWOD）是一種液體驅動機制，其用於改變疏水表面上兩個電極之間的水滴的接觸角。可以通過設置在基板（例如無機基板（例如，矽/玻璃基板）或有機基板（例如，環烯烴聚合物/聚碳酸酯基板）上的電極陣列來移動大至幾毫米（即，體積為幾微升）的主體液滴。
圖1A是示出可用於解釋本公開的實施方案的EWOD設備10的示意圖的透視圖。EWOD設備包括具有基板12、在基板上的絕緣層13以及在絕緣層之內或之下的電極陣列14的基板結構11。電極陣列14包括彼此平行佈置並在第一方向上彼此隔開的第一組電極14a，以及彼此平行佈置並在基本垂直於第一方向的第二方向上彼此隔開的第二組電極。第一組電極和第二組電極在絕緣層13內彼此間隔開，絕緣層13可以包括具有相同材料或不同材料的多個介電層。EWOD設備還包括在基板中的輸入-輸出電路15，該輸入-輸出電路15與可集成在EWOD裝置中或EWOD裝置外部的控制電路對接，以向電極陣列14提供具有時變電壓波形的控制電壓。
參照圖1A，通過關閉/關斷位於液滴下方的電極和相鄰電極處的控制電壓，可以使佈置在絕緣層13的表面上的液滴16沿特定方向移動。
圖1B是圖1A所示的EWOD設備沿B-B’線截取的剖視圖。示出了第二組電極14b的截面圖。第一組電極14a（未示出）可以設置在第二組電極14b的上方、下方或與第二組電極14b在同一平面中，並且通過一個或多個介電層與第二組電極間隔開。
本公開的實施方案提供了裝置、系統和方法，其用於操縱具有試劑的液滴以獲得混合液滴，從混合液滴中形成大量極小滴（顆粒、微滴或樣品），通過光學檢測讀取樣品（微滴）的DNA濃度或通過集成的離子敏感場效應電晶體（ISFET）感測器測量每個樣品的pH值，從而計算液滴的DNA濃度。應當注意，儘管實施方案描述了測量液滴的pH值的裝置和工藝，但是本公開不受限於此。本領域技術人員應理解，基於極小滴（微滴）內的pH變化，本文所述的裝置和方法可應用於任何水性和非水性液體的pH測量。
在本公開的一個方面的實施方案中，一種用於操縱液滴的裝置可以包括：陶瓷基板，其具有第一表面和第二表面；第一電極陣列，其設置在所述第一表面上；多個接觸焊墊，其彼此隔開並且設置在所述第二表面上；以及一個或多個互連層，其設置在所述第一表面和所述第二表面之間，並且被配置為將所述多個接觸焊墊中的一個或多個與所述第一電極陣列中的一個電耦合。在一些實施方案中，陶瓷基板是多層陶瓷基板，其包含在第一表面上的無機介電層（例如，二氧化矽、氮化矽）和在無機介電層上的疏水層。在其他實施方案中，陶瓷基板是多層陶瓷基板，其包括在第一表面上的有機介電層（例如，聚醯亞胺）和在無機介電層上的疏水層。
在一些實施方案中，所述裝置還可以包括：單層基板，其具有第三表面和第四表面以及從所述第三表面延伸到所述第四表面的多個通孔；第二電極陣列，其在所述陶瓷基板的所述第三表面上；和多個導電特徵，其耦合到所述第二電極陣列並填充所述通孔。所述導電特徵中的每一個可以包括從所述單層基板的所述第四表面突出並與所述第一電極陣列中的一個對準的凸起部分。所述通孔與所述第一電極陣列對準。在一些實施方案中，所述單層基板是一次性基板，並且可以包括玻璃、陶瓷、有機材料、塑膠等。
在另一方面，一種用於操縱液滴的裝置可以包括：用於支撐積體電路包裝的插座，其包括：佈置在所述插座的平坦表面上並被配置為接收來自所述積體電路的電信號的多個接觸焊墊；和單層基板，其具有第一表面、第二表面以及延伸穿過所述單層基板的多個通孔；以及多個電極，其在所述單層基板的所述第一表面上，並通過所述通孔電耦合到所述多個接觸焊墊，且被配置為通過由所述積體電路提供的所述電信號來操縱設置在所述單層基板的所述第一表面上的所述液滴。在一些實施方案中，所述插座是球柵陣列插座。在其他實施方案中，所述插座是焊墊柵格陣列插座。在一些實施方案中，所述單層基板是一次性基板，並且可以包括玻璃、陶瓷、有機材料或塑膠。
在又一方面，一種用於操縱液滴的裝置可以包括：具有第一表面和第二表面的多層陶瓷基板，所述多層陶瓷基板包括多個電絕緣層和在所述電絕緣層之間的多個電導體（金屬導線）；多個驅動電極，其在所述第一表面上，並被配置為執行所述液滴的多個操縱操作；多個接觸焊墊，其在所述第二表面上並且電耦合到所述驅動電極中的一個或多個以提供參考電壓；介電層，其覆蓋包括所述驅動電極的所述第一表面；和所述介電層上的疏水層。在一些實施方案中，所述驅動電極中的每一個具有小於所述液滴的佔用面積的尺寸。在一些實施方案中，所述多個操縱操作包括：沿著所述第一表面上的行進路徑輸送所述液滴；將所述液滴與一種或多種試劑混合以獲得混合液滴；將所述混合液滴分成多個微滴以用於檢測，並在所述檢測後在廢物區域中收集所述微滴。在一些實施方案中，所述多層陶瓷基板的所述第一表面包括：第一區域，其具有用於接收所述液滴的入口；第二區域，其具有用於存儲一種或多種試劑的一個或多個貯存器；第三區域，其與所述第一區域和所述第二區域連通，並配置為將所述液滴與所述一種或多種試劑混合以獲得混合液滴；第四區域，其與所述第三區域連通，並被配置為將所述混合液滴分成多個相等大小的微滴以進行分析；以及第五區域，其與所述第四區域連通，並被配置為在被分析之後收集所述微滴。在一些實施方案中，所述裝置進一步包括與所述多層陶瓷基板相對並與所述多層陶瓷基板一起形成用於所述液滴和所述微滴的通道的第二基板，所述第二基板包括面對所述第四區域的第六區域，所述第六區域包括與所述微滴相關聯的多個感測器。在一些實施方案中，所述感測器中的每一個可以包括：離子敏感場效應電晶體，其包括離子感測膜，所述離子感測膜被配置為暴露於包含於微滴的溶液並且提供與所述微滴的所述溶液的濃度位準相關的信號；和參考電壓電極，其被配置為向所述溶液施加參考電壓。
在又一個方面，一種製造用於操縱液滴的裝置的方法可以包括：提供一種多層陶瓷基板，其具有第一表面和第二表面，所述第一表面包括驅動電極陣列，所述第二表面與所述第一表面相對，並且包括與所述驅動電極陣列中的一個或多個驅動電極電接觸的多個接觸焊墊；在所述多層陶瓷基板的所述第一表面上塗覆介電層；以及在所述介電層上塗覆所述疏水層。在一些實施方案中，所述方法還可以包括：提供第二基板，所述第二基板包括第三表面、與所述第三表面相對的第四表面以及延伸穿過所述第二基板的多個通孔。所述第二基板包括設置在所述第三表面上的電極焊墊陣列以及填充所述通孔的多個導電特徵。所述導電特徵中的每一個包括從所述第四表面突出並與所述驅動電極陣列中的一個對準的凸起部分。在一些實施方案中，所述方法還可以包括：在所述第二基板的所述第三表面上形成疏水介電層。在一些實施方案中，所述方法還可以包括：使用緊固構件將所述第二基板附接至所述多層陶瓷基板上，使得所述電極焊墊陣列與所述驅動電極陣列電氣且物理接觸。
在又一個方面，一種製造用於操縱液滴的裝置的方法可以包括：提供一種用於支撐包含積體電路的包裝的插座，所述插座包括佈置在所述插座的平坦表面上並配置為從所述積體電路接收電信號的多個接觸焊墊；提供單層基板，所述單層基板具有第一表面、第二表面和延伸穿過所述單層基板的多個通孔，以及多個電極，所述電極在所述單層基板的所述第一表面上，並且穿過所述通孔電氣耦合至所述多個接觸焊墊，並且被配置成通過由所述積體電路提供的所述電信號來操縱佈置在所述單層基板的所述第一表面上的所述液滴。
在又一個方面，一種用於操縱液滴的裝置可以包括：陶瓷基板，其具有用於接收所述液滴的第一表面；介電層，其設置在所述陶瓷基板的所述第一表面上；多個電極，其被所述介電層覆蓋並且被配置為回應於提供給所述多個電極的電信號來操縱所述液滴。在一實施方案中，所述裝置還可以包括相對基板，所述相對基板具有面對所述陶瓷基板的所述第一表面並與所述陶瓷基板間隔開以形成用於所述液滴的氣隙的第二面。所述相對基板包括設置在所述第二面上的公共電極。所述相對基板還可以包括被配置為檢測所述液滴的特性的多個感測器。
提供本發明內容以便以簡化形式介紹本公開的不同實施方案，下面將對其進行詳細描述。本發明內容並非旨在用於限制要求保護的主題的範圍。根據以下詳細描述，所要求保護的主題的其他特徵、細節、效用和優點將顯而易見。
定義
術語“晶片”和“基板”應被理解為包括絕緣體上矽（SOI）或藍寶石上矽（SOS）技術、經摻雜和未經摻雜的半導體，由基底半導體基礎支撐的矽的外延層和其他半導體結構。此外，當在以下描述中提及“晶片”或“基板”時，先前的工藝可能已被用來在基底半導體結構或基礎中形成區域或結。另外，半導體不必是基於矽的，而是可以基於矽鍺、鍺或砷化鎵。
如本文所使用的，術語“電腦可讀介質”是指參與向控制器的處理器提供指令以供執行的任何介質。電腦可讀介質可以採用許多形式，包括但不限於非揮發性介質、揮發性介質和傳輸介質。非揮發性介質包括例如光碟、磁片和磁光碟，諸如硬碟或可移動介質驅動器。揮發性介質包括動態記憶體，例如主記憶體。此外，在控制器的處理器執行一個或多個指令的一個或多個序列時，可能涉及各種形式的電腦可讀介質。例如，指令最初可以被攜帶在遠端電腦的磁片上。遠端電腦可以將用於實現本發明的全部或一部分的指令遠端載入到動態存儲器中，並通過網路將指令發送給控制器。
術語“疏水的”是指在空氣中與水的接觸角大於或等於90度的材料。在某些實施方案中，疏水性表面可具有大於90度的接觸角，例如120度、150度的接觸角等。相反，術語“親水性”是指在空氣或諸如油之類的不混溶的液體中與水具有小於90度的接觸角的材料。
術語“液滴”在本技術領域中具有其正常含義，並且是指具有至少部分由表面張力形成的邊界的具有一定體積（例如，約幾毫升（10-3 ）至約幾微升（10-6 ））的液體。液滴可以是水基（水性）液滴，其包括任何有機或無機物質，例如生物分子、蛋白質、活的或死的生物、試劑及其任意組合。液滴可以是非水性液體。液滴可以是球形或非球形的，並且大小範圍從1微米到大約幾毫米。液滴可被劃分為彼此間隔開且具有基本均勻的尺寸的多個非常小的部分（小的液滴）。非常小的部分的體積可以在1微升（10-6 L或mL）和100納升（10-9 升或nL）之間，100 nL和10 10 nL之間，10 nL和100 pL（10-12 升）之間，100 pL和10 pL之間。在某些實施方案中，非常小的部分可以具有幾皮升的體積。在本公開中，非常小的部分可替代地被稱為微滴。
術語“試劑”是指能夠誘導與液滴中存在的物質進行特異性反應的分子或不同分子的化合物。
應當理解，為了圖示的簡單和清楚起見，圖中所示的元件未必按比例繪製。例如，為了清楚起見，一些元件的尺寸相對於彼此被放大。此外，在認為適當的情況下，在附圖之間重複參考數字以指示相應的元件。
在下面的詳細描述中，參考形成其一部分的附圖，並且在附圖中通過圖示的方式示出了可以實現本發明的特定實施方案。參考所描述的附圖的方位使用術語“上部”，“下部”，“豎直”，“水平”，“深度”，“高度”，“寬度”，“頂部”，“底部”等。因為本發明的實施方案的元件可以以許多不同的方向定位，所以該術語用於說明的目的而不是限制性的。
使用的術語第一、第二等不表示任何順序，而是使用術語第一、第二等將一個元件與另一個元件區分開。此外，術語“一 (a) ”、“一(an)”等的使用並不表示數量的限制，而是表示存在至少一個所引用的項目。
如本文所使用的，關閉電極是指將該電極的電壓降低至低於通用電壓的位準，諸如將電極連接至地電位。替代地，關閉電極也可以指將該電極設置為浮置狀態。相反，接通致動電極是指將該致動電極的電壓增加到高於通用電壓的位準。通用電壓可以是由EWOD設備的多個電路元件共用的任何電壓，例如，地電位。
如本文所使用的，液滴是包囊的液體。液滴可以是球形或非球形的。液滴可被分成彼此分開並具有基本均勻尺寸的多個非常小的部分（微滴）。在本公開中，液滴的非常小的部分可替代地稱為微滴。
圖2A是根據本公開的實施方案的EWOD設備20A的一部分的簡化截面圖。參照圖2A，EWOD設備20A包括第一基板22、在基板21上的介電層23、在介電層23內的成組的致動電極24（例如24a、24b、24c）、附接到第二基板28並面向致動電極24的公共電極27。公共電極27可以接地或具有其他通用電壓。介電層23和公共電極27通過間隔物29彼此間隔開。參考圖2A，液滴26設置在致動電極24和公共電極27之間，並通過相對於公共電極改變或變更施加到致動電極上的電壓電位而沿橫向方向移動通過介電層23的表面。在一實施方案中，EWOD設備20A可以進一步包括控制電路（未示出），該控制電路被配置為向公共電極和致動電極提供控制電壓。通過接通和關斷施加到致動電極的電壓，控制電路可以使液滴26沿橫向方向移動通過介電層23的表面。例如，通過向在液滴26下方的致動電極24a施加第一電壓並且向相鄰的致動電極24b施加第二電壓來產生電場，所產生的電場使液滴26向致動電極24b移動。液滴26的移動速度可以通過相鄰的致動電極之間的電壓差的大小來控制。在一實施方案中，在液滴26佈置在所述致動電極24與公共電極27之間的情況下，可以通過改變致動電極24與公共電極27之間的電壓差來改變液滴26的形式。應當理解，在成組致動電極中的致動電極的數量可以是任何整數。在圖2A所示的示例中，在成組致動電極中使用了三個致動電極。但是應當理解，該數目是任意選擇的以用於描述示例實施方案，並且不應該是限制性的。
參照圖2A，可以分別形成兩個基板結構。例如，可以形成第一基板結構，該第一基板結構包括基板22、介電層23和介電層23內的致動電極24。基板22可以是通過常規的薄膜電晶體（TFT）製造工藝形成的薄膜電晶體陣列基板。第二基板結構可以包括基板28和在基板28上的公共電極27層。可以在第一基板結構或第二基板結構上形成間隔物29。在某些實施方案中，間隔物29的高度在幾微米到幾毫米之間的範圍內。通常，間隔物29的高度小於液滴的直徑，使得佈置在介電層23上的液滴與第二基板結構物理接觸。然後將第一基板結構和第二基板結構結合在一起以形成EWOD設備20A。換句話說，第一基板結構和第二基板結構之間的空間或空氣間隙由間隔物29的高度或厚度確定。該空間或空氣間隙形成用於液滴的通道。
在圖2A所示的實施方案中，公共電極27和成組致動電極24（例如24a、24b、24c）通過圖1 A所示的輸入-輸出電路15連接到由控制電路（未示出）提供的電壓。在一些實施方案中，公共電極可以連接到接地電位或穩定的DC電壓。控制電路經由輸入-輸出電路將時變電壓通過相應的電子開關（其可以是例如基板或晶片外的薄膜電晶體或MOS電路）施加到成組致動電極，以產生跨液滴的電場，從而使液滴沿著路徑移動。在一些實施方案中，公共電極27的表面被由疏水材料製成的絕緣層覆蓋。在其他實施方案中，介電層23的表面塗覆有具有亞微米厚度的疏水性薄膜。
圖2B是根據本公開的另一實施方案的EWOD設備20B的一部分的簡化截面圖。參考圖2B，EWOD設備20B包括基板22b、基板21b上的介電層23b、介電層23b內的成組致動電極24（24a、24b、24c）以及覆蓋介電層23b的成組公共電極27（僅一個電極27b被示出）。公共電極27b和致動電極通過介電層的一部分彼此間隔開。類似於圖2A，通過在液滴26下方的致動電極（例如24a）處施加第一電壓並且在相鄰致動電極（例如24b）處施加第二電壓，液滴26可沿橫向路徑移動通過介電層23b的表面。液滴26的運動和方向因此由控制電路（未示出）控制，該控制電路通過成組電子開關（基板22b中的MOS電路，未示出）向某些致動電極施加電壓。與圖20A中所示的EWOD 20A不同， EWOD設備20B具有靠近致動電極24的公共電極27b，並且液滴26沒有被夾在公共電極27和致動電極24之間。EWOD設備20B與EWOD 20A的不同之處還在於沒有間隔物29。
參照圖2B，成組致動電極24和成組公共電極27可以是在基板上的不同平面上彼此相交的兩層帶狀電極。致動電極24和公共電極27能運行以使液滴26移動通過介電層23b的表面。在一些實施方案中，公共電極27b具有被由疏水材料製成的絕緣層覆蓋的表面。在其他實施方案中，介電層23的表面塗覆有亞微米厚度的疏水性薄膜。
圖2C是根據本公開的又一個實施方案的EWOD設備20C的一部分的截面圖。參考圖2C，EWOD設備20C包括基板22c、在基板22c上的介電層23c、在介電層23c內的成組致動電極24（例如24a、24b、24c），覆蓋在介電層23c上的成組公共電極（例如示出一個公共電極27c）。公共電極27c和致動電極通過介電層的一部分彼此間隔開。在一些實施方案中，公共電極27c具有由疏水材料製成的絕緣層覆蓋或被介電層23的表面上的亞微米疏水塗層薄膜覆蓋的表面。EWOD設備20C還可包括通過間隔物29c與基板21c間隔開的第二基板28c。類似於圖2A，液滴26可沿著由介電層的表面與第二基板28c之間的空間或氣隙形成的通道內的路徑移動。液滴的移動由控制電路（未示出）通過電子開關施加到電極的電壓控制。
圖2D是根據本公開的又一實施方案的EWOD設備20D的一部分的截面圖。圖2D類似於圖2C，不同之處在於，第二基板28d包括被配置為檢測液滴的特性的多個感測器。
圖2E是根據本公開的又一實施方案的EWOD設備20E的一部分的截面圖。圖2E類似於圖2D，不同之處在於，公共電極27e與被配置為檢測液滴的特性的多個感測器一起集成在第二基板28e中。
圖2F是根據本公開的示例性實施方案的EWOD 20D的簡化平面圖。參考圖2F，致動電極以具有用於將電信號從控制電路28路由到致動電極24和公共電極27c的路由通道的陣列佈置。示出的間隔物29c具有圓形橫截面，但是，圓形橫截面形狀不是限制性的，並且任何其他橫截面形狀同樣適用，例如正方形、矩形、卵圓形、橢圓形和其他形狀。類似地，致動電極被示出為具有正方形形狀，但是正方形形狀不是限制性的，並且其他形狀同樣適用，例如矩形、圓形、卵圓形、橢圓形和其他形狀。在一實施方案中，間隔物29c以一定距離間隔開，以留下足夠的空間以允許液滴自由運動。換句話說，設定間隔物29c的尺寸和間隔使得其不妨礙液滴在整個介電層表面上的移動。應理解的是，儘管將路由通道示出為與電極陣列共面，但是本領域的技術人員應理解，路由通道和控制電路可以設置在基板中以及介電層的不同層中。還應理解，致動電極24和公共電極27c可以使它們的相對位置轉置，即，公共電極可以佈置在致動電極下方。
在另一實施方案中，EWOD設備可以具有單個電極陣列。換句話說，公共電極和致動電極是共面的，即，公共電極和致動電極在介電層內佈置在同一平面內。例如，多個致動電極和多個公共電極交替地彼此相鄰地佈置，控制電路可以將DC或AC電壓和地電位順序地施加到致動電極和公共電極以控制液滴的運動。在又一個實施方案中，電極陣列中的每個電極由控制電路通過成組電子開關單獨地控制，使得每個電極在第一時間段可以是致動電極，而在第二時間段可以是公共電極。
圖2G是示出根據本公開的實施方案的由電極產生的示例性電場E的簡化截面圖。參考圖2G，公共電極27可以由地電位（gnd）驅動，並且致動電極24a、24b、24c可以由DC或AC電壓（Ve）按時間順序驅動。例如，首先將DC電壓施加到電極24a，致動電極24a和公共電極27之間的電壓差產生電場E，該電場使液滴26沿著由電極27和介電層23限定的微通道移動。通過在與液滴26相鄰的電極處設置電壓，可以使液滴26沿著介電層23和公共電極27之間的橫向方向移動到該電極。該結構與圖2A所示的EWOD設備相似或相同。在一實施方案中，DC電壓可以由控制電路通過圖1 A所示的輸入-輸出電路15提供。主電場垂直於介電層23的表面。
圖2H是示出根據本公開的另一實施方案的由電極產生的示例性電場的簡化截面圖。參考圖2H，控制電路（未示出）可以以時間順序的方式將DC或AC電壓施加到電極24a、24b、24c和27b，以產生控制液滴26的運動的電場圖案。例如，在與液滴相鄰的電極上設置的電壓會將液滴移動到該電極上。該結構與圖2B或2C所示的EWOD設備相同或相似。
圖2I是示出根據本公開的另一實施方案的由電極產生的電場29I的簡化截面圖。參考圖2I，控制電路（未示出）可以以時間順序的方式將DC或AC電壓施加到電極24a、24b和24c，以產生控制液滴26的運動的電場圖案。在該實施方案中，電極圖24a、24b和24c可替代地用作致動電極和公共電極。在電極24a和24b之間形成半圓柱形場。參考圖2G、2H和2I，電場E和所產生的電力F是電極之間的電壓差和電極尺寸的函數。通過以時間順序的方式改變相鄰電極之間的電壓差，產生電場和合力，從而引起液滴26沿電力方向輸送。在一些實施方案中，對液滴的移動（或輸送）沒有貢獻的非有源電極（例如，電極24c）可以保持浮動，即，不連接。在圖2I所示的示例中，液滴26將停留在電極24a和24b之間，即，在電壓Ve和地之間。
圖3A至圖3C是根據本公開的實施方案的在整個介電層的表面上移動的液滴的頂部順序視圖。參考圖3A，液滴26被佈置EWOD設備上，如上文在EWOD設備20A、20B和20C中的任何一個中所述的。EWOD設備包括具有薄膜電晶體陣列或MOS電路的基板、在基板上的介電層以及介電層內的致動電極（和/或公共電極）陣列，致動電極和公共電極通過路由通道中的導線連接到控制電路，並通過薄膜電晶體從控制電路接收控制信號。液滴26被設置在第一致動電極34a上方的介電層的表面上。通過關閉（或浮動）液滴下方的第一驅動電極並打開與其靠近的下一個驅動電極，液滴可以移向該下一個電極。在一實施方案中，可以利用預定特徵來修改致動電極陣列上方的介電層的表面部分，該預定特徵比疏水表面對液體（例如，液滴）的吸引力更大。該特徵可以具有分別對應於體積的微升和納升的從微米到納米的範圍內的尺寸。可以使用當前可用的亞微米半導體製造工藝在介電層上精確地將特徵35製造數千或上百萬次。
如本文所使用的，關閉致動電極是指將所述致動電極的電壓降低到與施加到公共電極的通用電壓相同的電位。相反，接通致動電極是指將該致動電極的電壓增加到高於通用電壓的電位。EWOD設備可以在DC（DC電潤濕）或AC（AC電潤濕）電壓下運行，只要電極之間的電位處於DC電壓電位以形成用於移動液滴的電場即可。在某些實施方案中，當相鄰電極完全或部分接通時，與其相鄰設置的液滴將被移動到該接通電極上並潤濕置於接通電極上的特徵。如本文所使用的，術語“特徵”是指在其中沉積或形成液體材料（例如，滴劑）的區域或結構。通過使用由控制電路提供的隨時間變化的電壓波形將液滴移動到下一個接通的電極，液滴將在電極之間移動，從而在特徵中或特徵上留下殘留的微液滴劑（非常小或微小的滴劑或微滴）26a。殘留的微液滴劑的體積完全取決於特徵尺寸（大小）以及液體液滴在環境（例如空氣或油）中表面上的接觸角。圖3B是示出根據本公開的實施方案的液滴26從第一電極34a移動到具有九個特徵35的第二電極34b的頂視圖。圖3C是示出根據本公開的實施方案的剩餘液滴26b從第二電極移動到第三電極34c的頂視圖，從而在特徵內或特徵上留下殘餘的微液滴劑（微滴）26a。為防止微滴在空氣中蒸發，可以用其他不混溶的液體（如矽油）包圍微滴。應當理解，電極上的特徵的數量可以是任何整數。在圖3A至3C所示，在第二電極中使用了九個特徵。但是應當理解，該數目是任意選擇的，以用於描述示例實施方案，並且不應該是限制性的。還應理解，每個電極（例如，第一、第二、第三電極）可以具有相同數量的特徵，或者它們可以具有不同數量的特徵。參考圖3A至3C，特徵被示出為具有正方形形狀，但是，應理解，示出的形狀不是限制性的，並且任何其他形狀同樣適用，其他形狀如圓形、矩形、卵圓形、橢圓形、多邊形和其他形狀。
注意，根據本公開的實施方案的電極可以以各種構造佈置，並且電極可以具有許多形狀。例如，電極可以具有多邊形形狀（例如，正方形、矩形、三角形等）、圓形、卵圓形等。該構造可以是棋盤構造或其他幾何構造。
圖案化特徵可以以不同方式實現。在一實施方案中，介電層的表面被選擇性地劃分為疏水區域和親水性區域。在疏水區域和親水性區域之間的表面積比的一定範圍內，以及在液滴與環境（油或空氣）之間的介面張力的一定範圍內，液滴可以從疏水區域移開，而在親水性區域中留下殘留的小滴（微滴）。殘留的小滴（微滴）的體積由親水性特徵的尺寸以及液滴在環境（空氣或油）中表面上的接觸角限定。圖4A是根據本公開的實施方案的EWOD設備40A的一部分的截面圖。參照圖4A，EWOD設備40A包括具有第一基板（未示出）和第二基板（未示出）的基板結構，第一基板上設置有第一介電層43a，第二基板（未示出）上設置有第二電層47a。液滴26設置在具有第一表面44的第一介電層43a和具有面對第一表面的第二表面的第二介電層47a之間。在一實施方案中，第一介電層的第一表面包括在第一介電層43a的表面上方突出的多個親水性區域48a。第一介電層43a的表面塗覆有疏水膜，即，突出的親水性區域48a被間隙性疏水表面區域包圍。突出的親水性區域48a可以以使得設置在每個親水性區域上的液滴的殘留小滴（微滴）具有期望的體積的圖案佈置。每個突出的親水性區域可以具有多邊形形狀（例如，正方形、矩形）、卵圓形、圓形、橢圓形和其他形狀。在本公開中，術語“突出的親水性區域”也可以稱為“斑點”或“島”。在一些實施方案中，第二介電層47a由塗覆有疏水膜的玻璃製成。在一些實施方案中，第一介電層和第二介電層分別形成，並且諸如在圖2A、2C、2D和2E中示出和描述的間隔物之類的間隔物在第一介電層上或在第二介電層上形成。然後將第一介電層和第二介電層結合在一起以形成圖4A所示的結構，該結構具有在第一介電層和第二介電層之間的用作液滴26的通道的空間。在一些實施方案中，第二介電層47a塗覆有用作公共電極（例如，接地電極）的金屬材料的導電層和在導電層上的疏水膜。在一些實施方案中，第二介電層可以包括如圖2D和2E所示和所述的多個感測器。可以使用常規的半導體製造技術在第一介電層43a的表面上形成突出的親水性區域。這些半導體製造技術中的一些將在下面的示例部分中詳細描述。EWOD 40A還包括嵌入第一介電層、第二介電層內或在第一介電層和第二介電層兩者內的電極陣列（未顯示），這些電極陣列回應於由控制電路提供的隨時間變化的電壓而產生移動電場。液滴26通過移動電場在整個第一介電層的表面上移動，同時在突出的親水性區域48a上留下液滴26的殘留小部分（微滴）26’。
圖4B是根據本公開的另一實施方案的EWOD設備40B的一部分的截面圖。參照圖4B，EWOD設備40B包括與圖4A所示的基板結構相似的基板結構，不同之處在於，第一介電層43b包括多個具有一定深度的凹槽（微孔）49而不是突出區域。在一實施方案中，第二介電層的第二表面是疏水的，並且第一介電層包括具有一定深度的多個凹槽（微孔）49。術語“凹槽”、“凹陷”和“微孔”在本文可互換使用。每個凹槽還具有由長度和寬度確定的開口。在一些實施方案中，長度和寬度小於1微米。通過仔細選擇微孔的形狀或/和通過化學（即通過表面處理）或電氣（即通過電潤濕）方式將微孔的內側表面（側壁和/或底部）從疏水性改變為親水性，含水液滴的一部分會自發地浸入微孔中，並且即使在去除電場後，也有保留在微孔中的趨勢。在第一介電層的平坦疏水表面與微孔之間的面積比以及在液滴與環境（油或空氣）之間的介面張力的一定範圍內，液滴可以從微孔中移走，同時在微孔內留下（沉積）殘留的小液滴（微滴）。殘留的小液滴（微滴）的體積由預定的微孔尺寸和液滴在微孔開口上的接觸角確定。與以上結合圖4A描述的結構相似，第二介電層47b可以塗覆有用作公共電極（例如，接地電極）的金屬材料的導電層和在導電層上的疏水膜。可以使用常規的半導體製造技術在第一介電層43b中形成凹陷的親水性區域。EWOD 40B還包括嵌入第一介電層、第二介電層內或在第一介電層和第二介電層兩者中的電極陣列（未顯示），這些電極陣列回應於由控制電路（未顯示）提供的隨時間變化的電壓而產生移動電場。液滴26通過移動電場在第一介電層的整個表面上移動，同時在微孔的表面上留下液滴26的殘留的小部分（微滴）26’。在一些實施方案中，可以使用光刻圖案化和蝕刻工藝來獲得微孔陣列。這些半導體製造技術中的一些將在下面的示例部分中詳細描述。
圖4C是圖4A所示的EWOD設備40A的一部分的透視圖。參考圖4C，成組圓形的圓柱形斑點（突出的親水性區域）48a被佈置成陣列。如本文所使用的，術語“斑點”、“島”、“突出區域”可互換使用。斑點48a通過間隙性疏水性表面44間隔開並且彼此隔離。注意，儘管在所示的示例中斑點48a被顯示為具有圓形的圓柱形狀，但是本領域技術人員應理解斑點48a也可以具有其他形狀，例如矩形、正方形或卵圓形的圓柱形狀。
圖4D是圖4B所示的EWOD設備4B的一部分的透視圖。參考圖4D，成組圓形的圓柱形凹槽（微孔）49被佈置成陣列。微孔49填充有疏水性材料，並且通過間隙性疏水性表面46彼此間隔開。在一些實施方案中，填充微孔49的疏水性材料具有與間隙性疏水性表面46的上表面齊平的上表面。應當注意，儘管微孔49被顯示為圓形的圓柱形孔，但是根據應用，微孔49也可以是矩形、正方形或卵圓形的圓柱形孔。
圖4E是根據本公開的實施方案的EWOD設備的一部分的透視圖。參照圖4E，成組親水性表面491被介電層43的表面上的疏水性間隙區域461包圍（側接），即，親水性表面491與介電層43的表面上的疏水性間隙區域461的表面齊平。
根據本公開，具有均勻大小的大量微滴可用於在微流控晶片上進行液滴數位PCR。由於每個樣品的體積小且低於滿足泊松（Poisson）分佈要求的某些DNA濃度，液滴的每個樣品（微滴）將具有一個DNA分子或沒有DNA分子。通過使用常規PCR對樣品（微滴）進行熱迴圈或通過等溫PCR在一定溫度下孵育它們，可以在環境（例如油）中的每個樣品上擴增目的地區域內的單個DNA分子。通過通過積體的晶片上離子敏感場效應電晶體（ISFET）感測器進行光學檢測或pH測量讀取最終液滴的DNA濃度後，我們可以量化樣品（微滴）陣列中目標DNA的絕對數量，然後使用絕對DNA定量來計算主體液滴中的DNA濃度。術語“樣品”，“殘留的小液滴”、“液滴的小部分”和“微滴”在本文中可互換使用，並且是指根據本公開的實施方案由主體液滴形成的小液滴。
根據本公開，可以將包含多個不同DNA靶標的液滴分配在單個微流體晶片的區域上，然後通過電潤濕將液滴移動至下一區域，在該下一區域從液滴產生大量樣品（ DNA靶標的拷貝）以進行樣品的檢測或測量。在一些實施方案中，液滴被移動到達的下一個區域可以包括由間隙性疏水性表面間隔開的多個親水性區域。多個親水性區域可以是結合圖4A和4B示出和描述的親水性區域。每個親水性區域可以包括被配置為測量設置在其上的樣品的pH值的離子敏感場效應電晶體（ISFET）感測器。即，單個微流體晶片可以包括ISFET感測器陣列，每個ISFET感測器與液滴的樣品之一相關聯。單個微流體晶片的這種佈置能夠通過電潤濕從液滴形成多個樣品（微滴），並通過集成在晶片上的ISFET器件陣列對樣品進行測量。根據本公開，嵌入在親水性區域中的ISFET感測器陣列便於以高靈敏度和準確性同時測量來自液滴的不同靶標。
圖5是根據本公開的實施方案的ISFET器件50的截面圖。參考圖5，ISFET器件50是金屬氧化物半導體（MOS）電晶體，其可以是使用標準CMOS製造工藝製造的p型通道MOS場效應電晶體（MOSFET）或n型通道MOSFET電晶體。在以下描述中，根據本公開的示例性實施方案，使用n型通道MOS電晶體（NMOS）電晶體。然而，應注意，NMOS或PMOS的選擇僅僅是取決於所選擇的工藝或基板的選擇，並且不是限制性的。參考圖5，ISFET器件50具有基板52、在基板中形成的源極區S和汲極區D、在基板上的介電層53、以及在介電層53內或之上形成的浮置閘極G。ISFET器件還包括在浮置閘極G上並且在微滴56下方的感測膜55，以及完全或部分浸入在微滴56中並與感測膜55間隔開的參考電極57。感測膜可以包括對氫離子濃度（pH）提供靈敏度的任何材料，例如氮化矽、氮氧化矽等。如本領域技術人員已知的，可以使用對其他離子敏感的其他感測膜。
仍參考圖5，ISFET器件50還包括被配置為在樣本與源極區S之間提供電壓Vgs的電壓源Vgs，被配置為在源極區與汲極區之間提供電壓Vds的電壓源Vds。當電壓Vgs大於ISFET器件的閾值電壓Vth時，源極和汲極區之間的通道將傳導電流。在源極區和汲極區之間流動的電流Ids的量表示樣品56的濃度或pH值。在一實施方案中，源極區和基板具有相同的電位，例如地電位。
在圖5所示的示例中，一個ISFET器件被用於測量微滴56的離子濃度。但是應當理解，該數目僅被選擇用於描述示例性實施方案，而不應該是限制性的。在一些實施方案中，可以使用一個以上的ISFET器件來測量微滴56的離子濃度。換句話說，每個斑點或微孔可以具有多個ISFET器件。
在一些實施方案中，在相應的附圖4C和4D中示出了斑點陣列的每個斑點或微孔陣列的每個微孔可以具有超過一個的ISFET器件以提高測量靈敏度和準確性。每個斑點或微孔可用的ISFET器件的數量取決於常規CMOS製造工藝和應用要求。通過電連接提供給ISFET器件的電源電壓可以使用常規的CMOS製造工藝來實現，並且為了簡潔起見在此不再描述。在一些實施方案中，ISFET器件可以作為感測器被集成到第二基板28d和28e上分別如圖2D和2E所示。
圖6A是根據本公開的實施方案的積體實驗室晶片設備60A的簡化俯視圖。參考圖6A，積體實驗室晶片設備60A包括基板結構，該基板結構具有：液滴接收區域61，其配置為接收一個或多個液滴26；試劑接收區域62，其配置為接收一種或多種試劑63；混合區域64，其配置為將液滴26與一種或多種試劑63混合以獲得混合液滴263；和EWOD設備陣列，其被配置為將液滴（混合的或未混合的）分成多個微滴並擴增微滴。在一實施方案中，EWOD設備陣列可以具有被配置為將微滴加熱至用於擴增微滴的第一溫度的第一加熱元件和用於使擴增的微滴退火的第二加熱元件。在一個實施方案中，晶片上實驗室設備60還可以包括感測器陣列，每個感測器與樣品相關聯並且被配置為測量微滴的濃度或pH值。在一實施方案中，液滴接收區域61可以具有圖1A和1B所示的設備結構。在一實施方案中，試劑接收區域62可以具有圖1A和1B所示的設備結構。換句話說，積體實驗室晶片設備60可以是能操作的以將一個或多個液滴和一種或多種試劑移向混合區域64，並根據使用者提供的軟體程式控制液滴與試劑的混合。在一實施方案中，EWOD設備陣列可以包括以規則圖案佈置的多個EWOD設備，每個EWOD設備可以具有與圖2A至2C所示的設備結構相似或相同的結構。在一些實施方案中，每個EWOD設備可以包括多個ISFET。ISFET器件的示例在圖5中示出。積體實驗室晶片設備60A還可包括廢物（收集）區域66，其用於在EWOD設備陣列中形成微滴之後收集液滴的殘留部分和/或用於在微滴已經過處理和測量後收集微滴。在圖6A所示的示例中，在液滴接收區域61中使用兩個電極，在試劑接收區域62的上部使用八個電極，在試劑接收區域62的下部使用八個電極，在混合區域64中使用八個電極，並使用四個EWOD設備的陣列。但是應當理解，這些數目是任意選擇的，以用於描述示例性的實施方案，並且不應該是限制性的。
在一些實施方案中，積體實驗室晶片設備60A還可包括控制電路67，其被配置為向液滴接收區域61、試劑接收區域62、混合區域64，EWOD設備陣列，以及用於移動通過EWOD設備陣列之後的液滴61、試劑63、混合液滴263、分割的液滴（即微滴）和液滴的殘留部分的廢物區域66提供控制信號。在一實施方案中，積體實驗室晶片設備60A可以包括被配置為與主機介面的輸入/輸出（IO）埠68。在一實施方案中，主機可以是被配置為向積體實驗室晶片設備60提供控制信號的單獨的或外部的處理器。在另一實施方案中，主機可以與積體實驗室晶片設備60集成在同一包裝中。本領域普通技術人員將認識到許多變型、修改和替代方案。仍然參考圖6A，控制電路67可以設置在遠離積體實驗室晶片設備60A的位置，並且可以經由輸入-輸出埠或序列介面埠與積體實驗室晶片設備60A通信。在一實施方案中，積體實驗室晶片設備60A可以包括樣品入口，其用於接收液體樣品並將樣品傳送到液滴接收區域61上。積體實驗室晶片設備60A可以包括用於接收一種或多種試劑的試劑入口和在試劑接收區域62中的用於存儲所接收的試劑的一個或多個貯存器。在一實施方案中，積體實驗室晶片設備60A還可以包括第一加熱塊“加熱器1”，該第一加熱塊“加熱器1”形成在基板結構內混合區域64的表面下方，以用於維持和/或改變混合液滴263的孵育溫度。在一實施方案中，積體實驗室晶片設備60A還可以包括第二加熱塊“加熱器2”，該第二加熱塊“加熱器2”形成在基板結構內EWOD設備陣列的表面下方，以用於維持和/或改變微滴的孵育溫度。第一加熱塊和第二加熱塊由可以將從控制電路67接收的信號的電能轉換成熱能的金屬或多晶矽線、金屬或多晶矽層、多晶矽層形成。在本公開中，接收液滴、將液滴與試劑混合、加熱液滴、將液滴分成多個微滴、測試微滴以及在測試之後丟棄微滴的所有這些操作統稱為操縱液滴。
圖6B是根據本公開的實施方案的積體實驗室晶片設備60B的電極60B的示例佈置的簡化俯視圖。參考圖6B，圖6A的積體實驗室晶片設備的電極60B包括第一導電條陣列611，其具有例如沿著從第一區域（液滴接收區域）朝向第三區域（EWOD設備陣列）的第一方向彼此平行地佈置的條611a、611b、611c、611d、611e、611f和611g。第一條陣列611由控制電路67控制，並且被配置為產生移動電場以沿著第一方向輸送液滴。電極60B還包括第二平行條陣列612，該第二平行條陣列612具有例如沿著垂直於第一方向的第二方向彼此平行地佈置的條612a、612b、612c、612d。第二條陣列612被配置為產生運動電場，以沿著第二方向朝向第二區域（混合區域）輸送液滴。第一條陣列與第二條陣列相交，並通過絕緣層與第二條陣列間隔開，即，第一條陣列與第二條陣列佈置在由至少一個絕緣層隔開的不同層中。在圖6B所示的示例中，第二條陣列612佈置在試劑接收區域中，以用於將試劑朝向混合區域輸送。但是應當理解，第二條陣列612也可以佈置在液滴接收區域中、在混合區域中以及在EWOD設備陣列中，以產生移動的電場和電力以沿著第二方向移動液滴、混合的液滴和微滴。在一些其他實施方案中，電極60B可包括與結合圖1A和1B示出和描述的電極陣列相似的電極陣列。本領域普通技術人員將認識到許多變型、修改和替代方案。
圖7A是示出根據本公開的實施方案的多層陶瓷基板70A的簡化截面圖。參考圖7A，多層陶瓷基板70A是包括多個層71、72、73、74、75和76的層壓結構。多層陶瓷基板70A具有設置在第一層（頂層）71的第一表面上的多個微焊墊711和設置在第二層（底層）76的第二表面上的多個接觸焊墊761。第一表面和第二表面彼此相對。多層陶瓷基板70A還包括穿過第一層71、內層72至75和第二層76的多個通孔716，所述通孔716被配置為將接觸焊墊與一個或多個微焊墊連接。多層陶瓷基板70A可以進一步包括設置在內層之間的互連層。互連層可以被配置為將一些通孔連接在一起。例如，互連層734將通孔716a、716b和716c連接在一起。在一實施方案中，微焊墊711可以被配置為用於移動或操縱液滴的驅動電極和參考電極的陣列。在一實施方案中，控制焊墊711可以電耦合至控制板，該控制板向微焊墊提供電信號以操縱設置在第一層上的液滴。在一實施方案中，多層陶瓷基板70A可以包括玻璃陶瓷材料。
在一些實施方案中，層71至76可以具有相同的厚度。在其他實施方案中，層71至76可以具有不同的厚度。可以使用相同的製造工藝同時（在相同時間）製造包括互連層和通孔的層，或者可以使用相同的工藝或不同的工藝順序地製造它們。然後在壓力和高溫下將這些層組裝（層壓）在一起以形成多層陶瓷基板70A。
在一實施方案中，多層陶瓷基板70A被配置為EWOD基板，其具有在頂層71上作為驅動電極的微焊墊711和在底層76上的接觸焊墊，所述接觸焊墊連接到控制板上以提供電控制信號到微焊墊。
在一實施方案中，微焊墊711可以突出在第一層（頂層）71的上表面上。在一實施方案中，微焊墊711可以集成在第一層71中並且與第一層71的上表面具有基本上齊平（共面）的上表面。
在一實施方案中，頂層71可以塗覆有無機介電層，例如塗覆有二氧化矽（SiO2 ）、氮化矽（SiN）或SiO2 和SiN的交替層的堆疊。在一實施方案中，頂層71可以塗覆有有機層，例如塗覆有聚醯亞胺。可以通過矽氣相沉積、原子層沉積或可流動膜沉積工藝將二氧化矽和/或氮化矽沉積在頂層71上。有機層或聚醯亞胺層可以通過沉積、塗覆或粘合劑結合工藝形成。然後在無機或有機層上形成疏水層。
圖7B是示出根據本公開的實施方案的構造成用作單層基板71B的插入基板的多層陶瓷基板70B的簡化截面圖。參照圖7B，多層陶瓷基板70B可以與以上參考圖7A示出和描述的多層陶瓷基板70A相同。圖7A和7B之間的不同之處在於，多層陶瓷基板70B不直接用作用於操縱液滴的EWOD設備。相反，多層陶瓷基板70B用作單層基板71B的插入基板。
單層基板71B被設計為一次性的（即，低成本的），並具有第一表面771、與第一表面相對的第二表面772以及從第一表面延伸至第二表面並且與多層陶瓷基板70B的微焊墊711對準的多個接觸孔773。單層基板71B還包括佈置在第一表面771上的電極陣列781和填充接觸孔773的多個導電特徵774。每個導電特徵包括從第二表面772突出的凸起部分775。在一實施方案中，凸起部分的上表面776彼此基本呈共面關係，以便能夠與微焊墊711良好地電接觸。在一實施方案中，單層基板71B的第一表面771可以用無機介電層（例如，二氧化矽（SiO2 ）、氮化矽（SiN）或SiO2 和SiN的交替層的堆疊）塗覆。在一實施方案中，第一表面771可以塗覆有有機層，例如聚醯亞胺。可以通過矽氣相沉積、原子層沉積或可流動膜沉積工藝將二氧化矽和/或氮化矽沉積在單層基板71B的第一表面771上。有機層或聚醯亞胺層可以通過沉積、塗覆或粘合劑結合工藝形成。然後在無機或有機層上形成疏水層。因為多層陶瓷基板70B用作插入基板，所以可以將多層陶瓷基板70B固定或永久地安裝在測試儀器上。
在一實施方案中，一次性單層基板71B可以是包括陶瓷材料的單層基板。圖7C是根據本公開的實施方案的示例性單層陶瓷基板70C的透視圖。參考圖7C，單層基板70C包括被第一銅層782C和第二銅層783C夾在中間的絕緣層（例如，陶瓷層）781C。
在一實施方案中，一次性單層基板71B可以是包括矽和/或玻璃材料的單層基板。在一實施方案中，一次性單層基板71B可以是包括有機或塑膠材料的單層基板。在單層基板包括矽或玻璃或矽和玻璃的組合的情況下，製造成本可能比單層基板由陶瓷製成時要高，但是對於液滴具有表面更平滑（表面粗糙度Ra較小）和間隙公差更好的優點。換句話說，由矽或玻璃或兩者製成的單層基板具有優於由陶瓷、有機材料或塑膠材料製成的單層基板的性能。在一些實施方案中，單層基板由適合於在微焊墊711上提供均勻負載分佈的剛性材料製成。
圖7D是示出根據本公開的實施方案的通過緊固構件79D連接到單層基板71D的多層陶瓷基板70D的簡化截面圖。參考圖7D，用作儀器和單層基板71D之間的插入件的多層陶瓷基板70D和用作用於操縱液滴的EWOD基板的單層基板71D通過機械緊固構件79D機械地連接。多層陶瓷基板70D可以類似於上述插入基板70B，並且單層基板71D可以類似於上述單層基板71B。機械緊固構件79C可包括成組夾具、成組螺釘和螺栓或本領域中已知的其他緊固件。
圖8A是示出根據本公開的實施方案的用於支撐積體電路的包裝的插座80A的簡化截面圖。在一實施方案中，插座80A可以類似地用作結合圖7B所示的多層陶瓷基板70B描述的儀器和一次性基板之間的插入基板。參考圖8A，插座80A可以包括插座主體80，插座主體80具有多個上接觸引腳81、多個下接觸引腳83以及連接上接觸引腳81和下接觸引腳83的多個通孔85。上接觸引腳81對應於圖7B中所示的微焊墊711，下接觸引腳83被配置為與諸如球柵陣列或焊墊柵格陣列之類的高密度電子器件包裝的引腳介面。插座80A構造成容納包含積體電路（例如，將電信號提供給一次性基板以操縱液滴的控制電路）的高密度包裝。換句話說，圖7B中的一次性基板71B的導電特徵774與上接觸引腳81對準。在一個實施方案中，每個上接觸引腳81可以包括球形引腳82。在一個實施方案中，插座80A可以用焊料安裝到印刷電路板（例如控制板） 以用作儀器和一次性基板之間的插入件（互連件）。
圖8B示出了根據本公開的實施方案的示例性球柵陣列插座，其可以用作測試儀器和一次性基板之間的插入件（互連件）。
圖8C示出了根據本公開的實施方案的示例性焊墊柵格陣列插座，其可以用作測試儀器和一次性基板之間的插入件（互連件）。
圖8D示出了示出根據本公開的實施方案的包括多個感測器的單層基板81D的簡化截面圖。單層基板81D包括基板810、佈置在基板的上表面上的電極陣列881，電極陣列中的每個電極包括延伸穿過基板的導電特徵874和從下表面突出的凸起部分875。凸起部分具有彼此基本呈共面關係的上表面。單層基板81D還包括被配置為容納多孔介電層830的凹槽820，該多孔介電層830具有與電極陣列881的上表面齊平的第一表面831和與第一表面831相對的第二表面。單層基板81D還包括與第二表面接觸的多個感測器840、多個致動電極850，致動電極850被配置為產生電場以將液滴的一部分通過多孔介電層輸送到感測器以進行測試或測量。感測器可以是參考圖5描述的MOS感測器或FET感測器。電極陣列881和致動電極850與圖7B的插入基板70B的微焊墊711或圖8A的晶片包裝載體80A的接觸引腳81或接觸球82電接觸和物理接觸。在一實施方案中，電極陣列和致動電極通過包裝在由載體80A支撐的BGA或LGA中的裝置來接收電信號。
圖9是示出根據本公開的實施方案的用於製造用於操縱液滴的裝置的方法90的簡化流程圖。參考圖9，方法90可以包括，在901處，提供具有第一表面和與該第一表面相對的第二表面的多層陶瓷基板，該第一表面包括電極陣列，該第二表面具有與驅動電極中的一個或多個電接觸的多個接觸焊墊。在903處，該方法可以包括在多層陶瓷基板的第一表面上形成介電層。在一實施方案中，介電層可包括無機材料，例如二氧化矽和/或氮化矽。在一實施方案中，介電層可包括有機材料，例如聚醯亞胺。在一實施方案中，形成介電層可包括旋塗或粘合劑結合工藝。在905，該方法可以進一步包括在介電層上形成疏水層。在一些實施方案中，如此形成的多層陶瓷基板可以直接用於操縱液滴。在其他實施方案中，該方法可以進一步包括，在步驟907，提供第二基板，該第二基板具有包括多個電極的第三表面、與第三表面相對的第四表面、從第三表面延伸到第四表面的多個通孔、以及填充通孔的多個導電特徵。每個導電特徵具有在第四表面上方突出並與多個驅動電極之一對準的凸起部分。在這種情況下，第二基板可操作以代替多層陶瓷基板來接收液滴，多層陶瓷基板用作測試儀器和第二基板之間的插入件。在一些實施方案中，第二基板是一次性基板。為了保持第二基板的低成本，第二基板是單層基板。在一實施方案中，第二基板是單層陶瓷基板。在一實施方案中，第二基板包括介電層和在介電層上的疏水層。該方法可以進一步包括，在步驟909，使用諸如夾具、螺釘和螺栓、彈簧等緊固構件將第二基板附接到多層陶瓷基板。
圖10是示出根據本公開的實施方案的用於製造用於操縱液滴的裝置的方法100的簡化流程圖。參考圖10，方法100可以包括，在1001處，提供用於接納包含積體電路的包裝的插座。插座可以包括插座主體，插座主體具有設置在插座主體的平坦的上表面上的多個上接觸引腳，在插座主體的平坦的下表面上的多個下接觸引腳。插座主體的下表面可以通過焊料安裝在控制板上。在1003處，該方法還可以包括提供基板，該基板具有包括多個電極的第一表面、與該第一表面相對的第二表面、延伸穿過該基板的多個通孔、以及填充通孔的多個導電特徵，所述導電特徵各自均包括從第二表面突出的上部和彼此基本呈共面關係的上表面。導電特徵與上接觸引腳基本對準。在1005，該方法可以進一步包括使用緊固構件將基板附接到插座，使得導電特徵與插座的上接觸引腳電接觸和物理接觸。
圖11是根據本公開的實施方案的可用於控制參考圖1A-B、2A-2I、3A-C、4A-B、5、6A-B、7A-D、8A-C、9和10描述的裝置或設備的行動計算裝置110的簡化示意圖。參考圖11，行動計算裝置110可以包括監視器1110、計算電子裝置1120、使用者輸出設備1130、使用者輸入裝置1140、通信介面1150等。
計算電子裝置1120可以包括一個或多個經由匯流排子系統1190與多個週邊設備進行通信的處理器1160。這些週邊設備可以包括使用者輸出設備1130、使用者輸入裝置1140、通信介面1150和存儲子系統，例如隨機存取記憶體（RAM）1170和磁碟機1180。
使用者輸入裝置1140可以包括用於向電腦設備1120輸入資訊的所有任何類型的裝置和介面，例如鍵盤、小鍵盤、觸控式螢幕、滑鼠、軌跡球、軌跡板、操縱杆和其他類型的輸入裝置。
使用者輸出設備1130可以包括用於從計算電子裝置1120輸出資訊的任何類型的裝置，例如，顯示器（例如，監視器1110）。
通信介面1150提供到其他通信網路和設備的介面。通信介面1150可以用作用於從其他系統接收資料以及向其他系統發送資料的介面。例如，通信介面1150可以包括用於與用於操縱液滴的設備通信的USB介面。
RAM 1170和磁碟機1180是被配置為存儲資料的有形介質的示例，例如本公開的實施方案，其包括可執行的電腦代碼、人類可讀的代碼等。其他類型的有形介質包括軟碟、可移動硬碟、光存儲介質（例如CD-ROMS、DVD和條碼）、半導體記憶體（例如快閃記憶體）、非臨時性唯讀記憶體（ROM）、電池支援的揮發性記憶體、網路存儲裝置等。RAM 1170和磁碟機980可以被配置為存儲提供本發明的功能的基本程式設計和資料構造。
提供本公開的功能的軟體代碼模組和指令可以存儲在RAM 1170和磁碟機1180中。這些軟體模組可以由處理器1160執行。
仍然參考圖11，用於操縱液滴的裝置可以包括被配置為提供與行動計算裝置110的通信的介面埠。在一些實施方案中，行動計算裝置110可以經由裝置的介面埠提供指令和控制信號以控制裝置中電極的信號位準。在一些實施方案中，用於操縱液滴的裝置可包括如圖2A-2I、3A-3C、4A-4E中所述的基板結構以及圖5的ISFET器件中的一個或多個。該裝置構造成接收液滴並提供與液滴相關的pH值。
實施例
提供以下實施方案以舉例說明，但不限制要求保護的發明。
實施例1
該實施例公開了介電層內的電極的形成。在一實施方案中，在基板上形成第一介電層。然後在介電層上形成圖案化的光致抗蝕劑層。然後，使用圖案化的光致抗蝕劑層作為掩模，在第一介電層上沉積金屬層或摻雜的多晶矽層。然後去除圖案化的光致抗蝕劑層。此後，在金屬層上形成第二介電層以形成如圖2A至圖2C所示的結構。
在另一實施方案中，在基板上形成第一介電層。然後在第一介電層上沉積金屬層。之後，在金屬層上形成圖案化的光致抗蝕劑層。然後使用圖案化的光致抗蝕劑層作為掩模在金屬層上執行蝕刻工藝。然後去除圖案化的光致抗蝕劑層。此後，在金屬層上形成第二介電層以形成如圖2A至2C所示的結構。
實施例2
該實施例公開了一種新穎的裝置和方法，其通過電潤濕從液滴產生大陣列的具有在納升（10-9 升或nL）和皮升（10-12 升或pL）之間的範圍內的預定體積的極小滴（微滴）。該新穎裝置可以是與圖4A或圖4B所示的EWOD設備相似或相同的設備。參照圖3A至3C，示出了所分配的液滴的輸送機構。液滴在具有凸起的親水性區域（斑點）陣列的介電層的表面上移動，或在具有微孔陣列的介電層的表面上移動，每個微孔均具有親水性底部和側壁。凸起的（突出的）親水性區域（斑點）和/或微孔通過間隙性疏水性表面彼此間隔開。在一實施方案中，凸起的親水性區域和/或微孔具有圓形或卵圓形。在另一實施方案中，凸起的親水性區域和/或微孔具有多邊形（矩形、正方形、六邊形）形狀。在一實施方案中，凸起的親水性區域（斑點）和/或微孔的高度在1納米至100微米之間，優選在1微米至10微米之間，更優選在10納米以下。在一實施方案中，凸起的親水性區域和/或微孔具有正方形的形狀，其寬度或長度在1納米至100微米之間，優選在1微米至10微米之間，更優選在10納米以下。在一實施方案中，凸起的親水性區域和/或微孔具有圓形形狀，其直徑在1納米至100微米之間，優選在1微米至10微米之間的範圍內，更優選在10納米以下。
實施例3
該實施例公開了一種新穎的裝置和方法，其將液滴與一種或多種試劑混合，並將混合的液滴輸送至EWOD陣列以獲得多個極小滴（微滴）。在一實施方案中，由新穎的裝置和方法產生的極小滴（微滴）具有均勻的尺寸。該新穎裝置可以是與圖6所示相似或相同的積體實驗室晶片設備。在一些實施方案中，新穎的裝置可以包括不同的區域，例如用於接收液滴的液滴排出區域、用於接收試劑的試劑排出區域、用於將液滴與試劑混合的混合區域以及用於產生具有均勻大小的多個樣本的IWOD設備的陣列。在一實施方案中，該裝置還可包括溫度調節元件，其用於進行常規PCR或在預定溫度下孵育微滴（等溫PCR）。在一實施方案中，每個IWOD區域可以具有成陣列的凸起的（突出的）親水性表面區域或斑點（如圖4A和4C所示）或成陣列的凹陷的親水性表面區域或微孔（如圖4B和圖4D所示）。在一些實施方案中，每個斑點或微孔包括一個或多個用於測量相關微滴的離子濃度或pH值的ISFET。在一實施方案中，該裝置可以包括介面埠，該介面埠被配置為與外部主機通信，該外部主機收集樣品的測得的pH值並計算液滴的DNA濃度。
實施例4
該實施例公開了多層陶瓷基板的形成，該多層陶瓷基板具有形成在其上的介電層和形成在介電層上的疏水層。圖12是示出製造多層陶瓷基板結構1200的工藝的截面圖。多層陶瓷基板結構1200包括具有多個第一通孔121的第一陶瓷層12a，包括多個第二通孔123和第一圖案化金屬層124的第二陶瓷層12b，包括多個第三通孔125和第二圖案化層126的第三陶瓷層12c。形成多層陶瓷基板的方法可以包括順序地層壓第一陶瓷層12a與第二陶瓷層12b，然後該方法還可包括層壓第三層12c與層壓層12a和12b。該方法可以進一步包括用諸如金屬（Ag、Pd、Cu、Ni等）之類的導電材料填充通孔。該方法可以繼續層壓更多的陶瓷層並填充通孔，直到獲得預定的厚度和可用的基板。然後，將包括接觸焊墊和填充有導電材料的通孔的底層12bb和包括微焊墊和填充有導電材料的通孔的頂層12tt隨後附著在基板的相對側上，以獲得多層陶瓷基板，例如圖7A或圖7B 的多層陶瓷基板70A或70B。
此後，可以通過常規沉積（例如化學氣相沉積）工藝在形成的多層陶瓷基板上沉積介電層。介電層可以包括氧化矽、氮化矽、氟化矽酸鹽玻璃（FSG）或有機矽酸鹽玻璃（OSG）。然後，用疏水材料塗覆介電層。可以使用旋塗工藝來塗覆疏水材料，其中將疏水材料噴塗到介電層的表面上。例如，介電層的表面在一定溫度和一定時間段內暴露於疏水溶液。例如，可以通過沉積（例如化學氣相沉積）工藝在介電層上形成疏水材料。疏水材料可以包括有機或無機材料，例如十八烷基三氯矽烷，全氟癸基三氯矽烷，其他氟化層，例如四氟乙烯等。
實施例5
該實施例公開了單層基板的形成，該單層基板具有設置在上表面上的電極陣列、多個接觸孔以及填充接觸孔的多個導電部件，例如圖7B所示的基板71B。圖13A至圖13H示出了圖解製造單層基板的工藝中的中間步驟的截面圖。在一實施方案中，提供基板130。基板130可以具有在其上設置或生長的絕緣層131（氧化矽、氮化矽或其他絕緣材料），如圖13A所示。參照圖13B，在基板130上形成包括多個開口133的圖案化光致抗蝕劑層132。使用光致抗蝕劑層132作為掩模在基板130上執行深反應離子蝕刻（RIE），以在基板中形成多個溝槽134，然後去除圖案化光致抗蝕劑層和絕緣層（如果存在的話），如圖13C所示。在圖13D中，在基板上沉積金屬層（鎢、鋁、銅等）以形成上金屬層136並填充溝槽以形成多個特徵137。在上金屬層136上執行平坦化（化學機械拋光）工藝，以提供光滑的表面。在圖13E中，在基板的底表面上執行平坦化（例如，化學機械拋光）工藝，使得導電特徵的底表面被暴露並且（以基本共面的關係）彼此齊平。在圖13F中，執行等離子體蝕刻、濕法蝕刻或兩者兼有，以去除暴露出導電特徵137的側表面的一部分的基板130的底部。在圖13G中，將圖案化光致抗蝕劑層138沉積在上金屬層136上，並且使用圖案化光致抗蝕劑層138作為掩模在上金屬表面136上進行等離子體蝕刻或濕法蝕刻工藝，以將上金屬層136分隔成彼此間隔開的多個電極139。圖13H示出了已經執行上述步驟之後形成的單層基板的截面圖。單層基板可以是圖7B所示的一次性基板71B。基板可以包括陶瓷、樹脂、玻璃、塑膠或其他絕緣材料。
儘管相對於以特定循序執行的特定數目的步驟描述了本文描述的工藝，但是可以預期，可以包括未明確示出和/或描述的附加步驟。此外，可以預期的是，可以包括比所示出和描述的步驟更少的步驟，而不背離所描述的實施方案的範圍（即，所描述的步驟中的一個或一些可以是可選的）。另外，預期可以以與所描述的順序不同的循序執行本文描述的步驟。
應當理解，本文描述的實施例和實施方案僅用於說明性目的，並且根據其進行的各種修改或改變將被本領域技術人員建議，並且將被包括在本申請的精神和範圍之內以及所附請求項的範圍內。本文引用的所有出版物、專利和專利申請出於所有目的通過引用整體併入本文。
應當理解，以上描述旨在說明而不是限制。通過閱讀以上描述，許多實施方案對於本領域技術人員將是顯而易見的。因此，本發明的範圍不應參考以上描述來確定，而應參考所附請求項及其等同方案的全部範圍來確定。
雖然前述公開示出了本公開的說明性方面，但是應當注意，在不脫離由所附請求項限定的本公開的範圍的情況下，可以在本文中進行各種改變和修改。根據本文描述的本公開的方面的方法請求項的功能、步驟和/或動作不需要以任何特定循序執行。此外，儘管可以以單數形式描述或要求保護本公開的要素，但是可以想到複數形式，除非明確說明了對單數形式的限制。
對於本文中的所有流程圖，應理解的是，在不影響所實現的功能的情況下，可以組合、並存執行或以不同循序執行許多步驟。
10:EWOD設備
11:基板結構
12:基板
12a:第一陶瓷層
12b:第二陶瓷層
12bb:底層
12c:第三陶瓷層
12tt:頂層
13:絕緣層
14:電極陣列
14a:第一組電極
14b:第二組電極
15:輸入-輸出電路
16:液滴
20A:EWOD設備
20B:EWOD設備
20C:EWOD設備
20D:EWOD設備
20E:EWOD設備
22:第一基板
22b:基板
22c:基板
23:介電層
23b:介電層
23c:介電層
24:致動電極
24a:致動電極
24b:致動電極
24c:致動電極
26:液滴
26’:微滴
26a:微液滴劑
26b:剩餘液滴
27:公共電極
27b:電極、公共電極
27c:公共電極
27e:公共電極
28:第二基板、基板、控制電路
28c:第二基板
28d:第二基板
28e:第二基板
29:間隔物
29c:間隔物
34a:第一致動電極
34b:第二電極
34c:第三電極
35:特徵
40A:EWOD設備
40B:EWOD設備
43:介電層
43a:第一介電層
43b:第一介電層
44:第一表面、間隙性疏水性表面
46:間隙性疏水性表面
47a:第二電層、第二介電層
47b:第二介電層
48a:親水性區域、圓柱形斑點、斑點
49:凹槽、圓柱形凹槽、微孔
50:ISFET器件
52:基板
53:介電層
55:感測膜
56:微滴、樣品
57:參考電極
60A:積體實驗室晶片設備
60B:積體實驗室晶片設備、電極
61:液滴接收區域
62:試劑接收區域
63:試劑
64:混合區域
66:廢物區域
67:控制電路
68:輸入/輸出埠
70A:多層陶瓷基板
70B:多層陶瓷基板、插入基板
70C:單層陶瓷基板、單層基板
70D:多層陶瓷基板
71:層、第一層、頂層
71B:單層基板、一次性基板
71D:單層基板
72:層、內層
73:層、內層
74:層、內層
75:層、內層
76:層、第二層、底層
79D:緊固構件、機械緊固構件
80:插座主體
80A:插座、晶片包裝載體、載體
81:上接觸引腳、接觸引腳
81D:單層基板
82:球形引腳、接觸球
83:下接觸引腳
85:通孔
90:方法
100:方法
110:行動計算裝置
121:第一通孔
123:第二通孔
124:第一圖案化金屬層
125:第三通孔
126:第二圖案化層
130:基板
131:絕緣層
132:圖案化光致抗蝕劑層、光致抗蝕劑層
133:開口
134:溝槽
136:上金屬層
137:特徵
138:圖案化光致抗蝕劑層
139:電極
263:混合液滴
461:疏水性間隙區域
491:親水性表面
611:第一導電條陣列
611a:條
611b:條
611c:條
611d:條
611e:條
611f:條
611g:條
612:第二平行條陣列
612a:條
612b:條
612c:條
612d:條
711:微焊墊
716a:通孔
716b:通孔
716c:通孔
734:互連層
761:接觸焊墊
771:第一表面
772:第二表面
773:接觸孔
774:導電特徵
775:凸起部分
776:上表面
781:電極陣列
781C:絕緣層
782C:第一銅層
783C:第二銅層
810:基板
820:凹槽
830:多孔介電層
831:第一表面
840:感測器
850:致動電極
874:導電特徵
875:凸起部分
881:電極陣列
901:步驟
903:步驟
905步驟
907:步驟
909:步驟
1001:步驟
1003:步驟
1005步驟
1110:監視器
1120:計算電子裝置、電腦設備
1130:使用者輸出設備
1140:使用者輸入裝置
1150:通信介面
1160:處理器
1170:隨機存取記憶體
1180:磁碟機
1190:匯流排子系統
1200:多層陶瓷基板結構
B-B’:線
D:汲極區
E:電場
F:電力
gnd:地電位
Ids:電流
S:源極區
Vds:電壓、電壓源
Ve:DC或AC電壓
Vgs:電壓、電壓源
圖1A是示出可用於解釋本公開的實施方案的EWOD設備的示意圖的簡化透視圖。
圖1B是圖1A中所示的EWOD設備沿B-B’線截取的簡化截面圖。
圖2A是根據本公開的實施方案的EWOD設備的一部分的簡化截面圖。
圖2B是根據本公開的另一實施方案的EWOD設備的一部分的簡化截面圖。
圖2C是根據本公開的又一實施方案的EWOD設備的一部分的簡化截面圖。
圖2D是根據本公開的又一實施方案的具有第二基板的EWOD設備的一部分的截面圖，該第二基板包括多個感測器。
圖2E是根據本公開的又一實施方案的具有第二基板的EWOD設備的一部分的截面圖，該第二基板包括多個感測器和一個或多個參考電極。
圖2F是根據本公開的示例性實施方式的EWOD設備的簡化平面圖。
圖2G是示出根據本公開的實施方案的由電極產生的電場的簡化截面圖。
圖2H是示出根據本公開的另一實施方案的由電極產生的電場的簡化截面圖。
圖2I是示出根據本公開的又一實施方案的由電極產生的電場的簡化截面圖。
圖3A至圖3C是根據本公開的實施方案的在介電層的表面上移動的液滴的簡化俯視圖。圖3A是根據本公開的實施方案示出液滴在電極陣列的第一電極上排出的簡化俯視圖。圖3B是根據本公開的實施方案示出液滴通過EWOD設備在電場的作用下液滴被移動到第二（相鄰）電極的簡化頂視圖。圖3C是根據本公開的實施方案示出液滴從電極陣列移出同時在第二電極上留下殘留物的簡化俯視圖。
圖4A是根據本公開的實施方案的EWOD設備的一部分的截面圖。
圖4B是根據本公開的另一實施方案的EWOD設備的一部分的截面圖。
圖4C是圖4A所示的EWOD設備的一部分的透視圖。
圖4D是圖4B所示的EWOD設備的一部分的透視圖。
圖4E是根據本公開的實施方案的EWOD設備的一部分的透視圖。
圖5是根據本公開的實施方案的ISFET器件的截面圖。
圖6A是根據本公開的實施方案的積體實驗室晶片設備的簡化頂視圖。
圖6B是根據本公開的實施方案的積體實驗室晶片設備的電極的示例性佈置的簡化俯視圖。
圖7A是根據本公開的實施方案示出可用作EWOD的多層陶瓷基板的簡化截面圖。
圖7B是示出根據本公開的實施方案的構造成用作單層基板的插入基板的多層陶瓷基板的簡化截面圖。
圖7C是根據本公開的實施方案的示例性單層基板的透視圖。
圖7D是根據本公開的實施方案示出通過緊固構件耦合至單層基板的多層陶瓷基板的簡化截面圖。
圖8A是根據本公開的實施方案示出用於支撐積體電路的包裝的插座的簡化截面圖。
圖8B示出了根據本公開的實施方案的球柵陣列插座，其可以用作測試儀器和一次性基板之間的仲介層（互連件）。
圖8C示出了根據本公開的實施方案的可以用作測試儀器和一次性基板之間的仲介層（互連件）的焊墊柵格陣列插座。
圖8D示出了根據本公開的實施方案示出包括多個感測器的單層基板的簡化截面圖。
圖9是根據本公開的實施方案示出用於製造用於操縱液滴的裝置的方法的簡化流程圖。
圖10是根據本公開的實施方案示出用於製造用於操縱液滴的裝置的方法的簡化流程圖。
圖11是根據本公開的實施方案的行動計算裝置的簡化示意圖，該行動計算裝置可用於控制參考圖1A、1B、2A-2I、3A-C、4A-B、5、6A-B、7A-D、8A-C、9和10描述的裝置或EWOD設備。
圖12是根據本公開的實施方案示出製造多層陶瓷基板結構的工藝的截面圖。
圖13A至圖13H顯示了根據本公開的實施方案示出製造單層基板的工藝中的中間步驟的截面圖。
根據慣例，所描述的特徵和元件未按比例繪製，而是被繪製為強調與本公開相關的特徵和元件。
70D:多層陶瓷基板
71D:單層基板
79D:緊固構件、機械緊固構件
761:接觸焊墊
774:導電特徵
775:凸起部分
781:電極陣列

Claims (56)

  1. 一種用於操縱液滴的裝置，所述裝置包括： 陶瓷基板，其包含第一表面和第二表面； 第一電極陣列，其在所述第一表面上並且被配置為對所述液滴進行電潤濕操作； 多個接觸焊墊，其彼此隔開並且設置在所述第二表面上；以及 一個或多個互連層，其設置在所述第一表面和所述第二表面之間，並被配置為將所述多個接觸焊墊中的一個或多個與所述第一電極陣列中的一個電耦合。
  2. 根據請求項1所述的裝置，其還包括： 單層基板，其具有第三表面和第四表面以及從所述第三表面延伸到所述第四表面的多個通孔； 第二電極陣列，其在所述陶瓷基板的所述第三表面上；和 多個導電特徵，其耦合到所述第二電極陣列並填充所述通孔；所述導電特徵中的每一個包括從所述單層基板的所述第四表面突出並與所述第一電極陣列中的一個對準的凸起部分， 其中，所述通孔與所述第一電極陣列對準。
  3. 根據請求項2所述的裝置，其中，所述單層基板是被配置為接收所述單層基板的所述第三表面上的所述液滴的一次性基板，並且所述第二電極陣列被配置為接收來自所述第一電極陣列的電信號以電操縱所述液滴。
  4. 根據請求項2所述的裝置，其中，所述第二電極陣列包含銅且所述多個導電特徵包含銅，並且所述凸起部分具有彼此基本呈共面關係的上表面。
  5. 根據請求項2所述的裝置，其還包括緊固構件，所述緊固構件構造成將所述單層基板附接到所述陶瓷基板上。
  6. 根據請求項5所述的裝置，其中，所述緊固構件是夾具。
  7. 根據請求項2所述的裝置，其中，所述第三表面塗覆有疏水介電層。
  8. 根據請求項2至7中任一項所述的裝置，其中，所述單層基板包含陶瓷。
  9. 根據請求項2至7中任一項所述的裝置，其中，所述單層基板包含矽。
  10. 根據請求項2至7中任一項所述的裝置，其中，所述單層基板是玻璃基板。
  11. 根據請求項2至7中的任一項所述的裝置，其中，所述單層基板是包含塑膠的基板。
  12. 根據請求項1所述的裝置，其中，所述陶瓷基板還包括在所述第一表面上的無機介電層和在所述無機介電層上的疏水層。
  13. 根據請求項12所述的裝置，其中，所述無機介電層包含二氧化矽或氮化矽或二氧化矽與氮化矽的組合。
  14. 根據請求項1所述的裝置，其中，所述陶瓷基板還包括在所述第一表面上的有機介電層和在所述有機介電層上的疏水層。
  15. 根據請求項14所述的裝置，其中，所述有機介電層包含聚醯亞胺。
  16. 根據請求項12至15中的任一項所述的裝置，其中，所述陶瓷基板是多層陶瓷基板，其包括彼此附著的多個含陶瓷層以及多個通孔，所述通孔在所述含陶瓷層中並且被構造成將所述多個接觸焊墊中的所述一個或多個與所述第一電極陣列中的所述一個電耦合。
  17. 根據請求項16所述的裝置，其中，所述陶瓷基板的所述第一表面包括： 第一區域，其具有用於接收所述液滴的入口； 第二區域，其具有用於存儲一種或多種試劑的一個或多個貯存器； 第三區域，其與所述第一區域和所述第二區域連通，並配置為將所述液滴與所述一種或多種試劑混合以獲得混合液滴； 第四區域，其與所述第三區域連通，並被配置為將所述混合液滴分成多個相等大小的微滴以進行分析；以及 第五區域，其與所述第四區域連通，並被配置為在被分析之後收集所述微滴。
  18. 根據請求項17所述的裝置，其還包括在所述第四區域中的多個感測器，所述多個感測器被配置為檢測所述液滴的特性。
  19. 一種用於操縱液滴的裝置，所述裝置包括： 用於支撐積體電路包裝的插座，其包括佈置在所述插座的平坦表面上並被配置為接收來自所述積體電路的電信號的多個接觸焊墊；和 單層基板，其具有第一表面、第二表面以及延伸穿過所述單層基板的多個通孔；以及 多個電極，其在所述單層基板的所述第一表面上，並通過所述通孔電耦合到所述多個接觸焊墊，且被配置為通過由所述積體電路提供的所述電信號來操縱設置在所述單層基板的所述第一表面上的所述液滴。
  20. 根據請求項19所述的裝置，其中，所述插座是球柵陣列插座。
  21. 根據請求項19所述的裝置，其中，所述插座是焊墊柵格陣列插座。
  22. 根據請求項19所述的裝置，其中，所述單層基板是一次性基板，所述電極和所述通孔包含相同的導電材料。
  23. 根據請求項22所述的裝置，其中，所述導電材料包含銅。
  24. 根據請求項19所述的裝置，其中，所述單層基板包括被配置為檢測所述液滴的特性的多個感測器。
  25. 如請求項19所述的裝置，其還包括面對所述單層基板並與所述單層基板間隔開的相對基板，所述相對基板和所述單層基板形成用於所述液滴的通道。
  26. 根據請求項25所述的裝置，其中，所述相對基板包括被配置為檢測所述液滴的特性的多個感測器。
  27. 一種用於操縱液滴的裝置，其包括： 具有第一表面和第二表面的多層陶瓷基板，所述多層陶瓷基板包括多個電絕緣層和在所述電絕緣層之間的多個電導體； 多個驅動電極，其在所述第一表面上，並被配置為執行所述液滴的多個操縱操作； 多個接觸焊墊，其在所述第二表面上並且電耦合到所述驅動電極中的一個或多個以提供參考電壓； 介電層，其覆蓋包括所述驅動電極的所述第一表面；和 所述介電層上的疏水層。
  28. 根據請求項27所述的裝置，其中，所述驅動電極中的每一個具有小於所述液滴的佔用面積的尺寸。
  29. 根據請求項27所述的裝置，其中，所述多個操縱操作包括：沿著所述第一表面上的路徑輸送所述液滴；將所述液滴與一種或多種試劑混合以獲得混合液滴；將所述混合液滴分成多個微滴以用於檢測，並在所述檢測後在廢物區域中收集所述微滴。
  30. 根據請求項27所述的裝置，其中，所述多層陶瓷基板的所述第一表面包括： 第一區域，其具有用於接收所述液滴的入口； 第二區域，其具有用於存儲一種或多種試劑的一個或多個貯存器； 第三區域，其與所述第一區域和所述第二區域連通，並配置為將所述液滴與所述一種或多種試劑混合以獲得混合液滴； 第四區域，其與所述第三區域連通，並被配置為將所述混合液滴分成多個相等大小的微滴以進行分析；以及 第五區域，其與所述第四區域連通，並被配置為在被分析之後收集所述微滴。
  31. 根據請求項30所述的裝置，其進一步包括與所述多層陶瓷基板相對並形成用於所述液滴和所述微滴的通道的第二基板，所述第二基板包括面對所述第四區域的第六區域，所述第六區域包括與所述微滴相關聯的多個感測器。
  32. 根據請求項31所述的裝置，其中，所述感測器中的每一個包括： 離子敏感場效應電晶體，其包括離子感測膜，所述離子感測膜被配置為暴露於包含於微滴的溶液並且提供與所述微滴的所述溶液的濃度位準相關的信號；和 參考電壓電極，其被配置為向所述溶液施加參考電壓。
  33. 一種製造用於操縱液滴的裝置的方法，所述方法包括： 提供一種多層陶瓷基板，其具有第一表面和第二表面，所述第一表面包括驅動電極陣列，所述第二表面與所述第一表面相對，並且包括與所述驅動電極陣列中的一個或多個驅動電極電接觸的多個接觸焊墊； 在所述多層陶瓷基板的所述第一表面上塗覆介電層；以及 在所述介電層上塗覆所述疏水層。
  34. 根據請求項33所述的方法，其中，所述介電層包含無機材料。
  35. 根據請求項34所述的方法，其中，所述無機材料包含二氧化矽和/或氮化矽。
  36. 根據請求項33所述的方法，其中，所述介電層包括聚醯亞胺。
  37. 根據請求項36所述的方法，其中，塗覆所述介電層包括旋轉塗覆或粘合劑粘合。
  38. 根據請求項33所述的方法，其還包括： 提供第二基板，所述第二基板包括第三表面、與所述第三表面相對的第四表面以及延伸穿過所述第二基板的多個通孔，所述第二基板包括設置在所述第三表面上的電極焊墊陣列以及填充所述通孔的多個導電特徵，所述導電特徵中的每一個包括從所述第四表面突出並與所述驅動電極陣列中的一個對準的凸起部分。
  39. 根據請求項38所述的方法，其還包括： 在所述第二基板的所述第三表面上形成疏水介電層。
  40. 根據請求項39所述的方法，其還包括： 使用緊固構件將所述第二基板附接至所述多層陶瓷基板上，使得所述電極焊墊陣列與所述驅動電極陣列電接觸。
  41. 根據請求項40所述的方法，其中，所述緊固構件是夾具。
  42. 根據請求項38所述的方法，其中，所述第二基板是被配置為將所述液滴接收在所述第二基板的所述第三表面上的一次性基板，並且所述電極焊墊陣列被配置為接收來自所述驅動電極陣列的電信號以通過電氣方式操縱所述液滴。
  43. 根據請求項35-39中任一項所述的方法，其中，所述第二基板包含陶瓷和/或玻璃。
  44. 根據請求項35-39中任一項所述的方法，其中，所述第二基板包含塑膠。
  45. 一種製造用於操縱液滴的裝置的方法，所述方法包括： 提供一種用於容納包含積體電路的包裝的插座，所述插座包括插座主體，所述插座主體包括佈置在所述插座主體的平坦表面上並配置為從所述積體電路接收電信號的多個上接觸引腳； 提供單層基板，所述單層基板具有包括多個電極的第一表面、與所述第一表面相對的第二表面、延伸穿過所述單層基板的多個通孔，以及多個導電特徵，所述導電特徵中的每一個均具有從所述第二表面電極突出的凸起部分；以及 將所述單層基板附接到所述插座主體的所述平坦表面，以使所述導電特徵與所述上接觸引腳電接觸且物理接觸，以將所述電信號提供給所述電極以用於操縱所述液滴。
  46. 根據請求項45所述的方法，其中，所述插座是球柵陣列插座。
  47. 根據請求項45所述的方法，其中，所述插座是焊墊柵格陣列插座。
  48. 根據請求項45所述的方法，其中，所述單層基板是一次性基板，所述電極和所述通孔包含相同的導電材料。
  49. 根據請求項48所述的方法，其中，所述導電材料包含銅。
  50. 根據請求項45所述的方法，其中，所述導電特徵與所述上接觸引腳對準。
  51. 一種用於操縱液滴的裝置，其包括： 陶瓷基板，其具有用於接收所述液滴的第一表面； 介電層，其設置在所述陶瓷基板的所述第一表面上； 多個電極，其被所述介電層覆蓋並且被配置為回應於提供給所述多個電極的電信號來操縱所述液滴。
  52. 根據請求項51所述的裝置，其還包括相對基板，所述相對基板具有面對所述陶瓷基板的所述第一表面並與所述陶瓷基板間隔開以形成用於所述液滴的氣隙的第二面。
  53. 根據請求項52所述的裝置，其中，所述相對基板包括設置在所述第二面上的公共電極。
  54. 根據請求項53所述的裝置，其中，所述相對基板還包括被配置為檢測所述液滴的特性的多個感測器。
  55. 根據請求項51所述的裝置，其還包括： 所述介電層上的公共電極；以及 相對基板，其具有第二表面，所述第二表面面對所述陶瓷基板的所述第一表面並且與陶瓷基板間隔開以形成用於所述液滴的氣隙。
  56. 根據請求項55所述的裝置，其中，所述相對基板包括被配置為檢測所述液滴的特性的多個感測器。
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