TWI510296B - 介質上電潤濕微電極陣列結構上的液滴處理方法 - Google Patents

Description

介質上電潤濕微電極陣列結構上的液滴處理方法

本發明係關於一種基於介質上電潤濕(EWOD)的微流體系統和方法。更具體地，本發明特別係關於一種利用EWOD微電極陣列結構技術進行液滴處理的方法和系統。

相關申請的交叉參考

本申請通過參照的方式併入2011年2月17日提交的名稱為“Droplet Manipulations on EWOD Microelectrode Array Architecture”的聯合待審美國專利申請No.13,029,137＿ 、2011年2月17日提交的名稱為“Field-Programmable Lab-on-a-Chip and Droplet Manipulations Based on EWOD Micro-Electrode Array Architecture”的聯合待審美國專利申請No.13,029,138＿ 以及2011年2月17日提交的名稱為“Microelectrode Array Architecture”的聯合待審美國專利申請No.13,029,140＿ 的全部內容。

為了實現某些化學、物理或生物技術處理技術的可能性，微流體技術在過去十年間迅速成長。微流體指的是通常在微升到毫微升範圍內的微量流體的操縱。用於實施小容量化學的平面流體裝置的使用由分析化學家首次提出，為了這一概念，生物化學家使用了術語“小型化總化學分析系統”(μTAS)。來自分析化學以外的很多學科的越來越多的研究者採納了μTAS的基礎流體原理，作為一種開發化學和生物學應用的新研究工具的方式。為了反映出這種擴展了的範圍，除了μTAS之外，現今經常使用更廣義的術語“微流體”和“晶片實驗室(LOC)”。

第一代微流體技術基於流經微細加工的通道的連續液體流的操縱。液體流的激勵由外部壓力源、集成機械微型泵或由電動結構來實現。連續流系統能滿足很多明確定義的、簡單的生物化學應用的需要，但是它們不適於需要高程度的靈活性或複雜的流體操縱的更複雜的任務。基於液滴的微流體是連續流系統的替代方式，其中液體被分成離散的、獨立可控的液滴，並且這些液滴可被操縱為在通道中或在襯底上移動。通過利用離散的單位體積的液滴，微流體功能可以被簡化為一組重複的基本操作，即，一個單位的情況下移動一個單位的流體。在文獻中已經提出了很多用於操縱微液滴的方法。這些技術可被分類成化學方法、熱測學、聲學方法和電學方法。在所有方法中，用以激勵液滴的電學方法近年來受到了廣泛關注。

介質上電潤濕(EWOD)是最常見的電學方法之一。諸如晶片實驗室(LOC)之類的數位微流體通常是指利用EWOD技術的液滴操縱。傳統的基於EWOD的LOC裝置通常包括兩個平行玻璃板。底板包含單獨可控電極的圖案化陣列，頂板塗覆有連續的地電極。優選地通過類似氧化銦錫(ITO)的材料形成電極，使其在薄層中具有導電性和透光性的組合特徵。塗覆有疏水膜的介電絕緣體被添加到板上，以降低表面的潤濕性並增加液滴與控制電極之間的電容。含有生物化學樣品的液滴和填充媒介夾在板之間，同時液滴在填充媒介內部移動。為了移動液滴，向鄰近於液滴的電極施加激勵控制電壓，同時在液滴正下方的電極去除激勵。

然而，常規的利用EWOD技術的LOC系統至今仍然高度專用於特定的應用。現有的LOC系統極其依賴於人工控制和生物測定優化。並且，現有的EWOD-LOC系統中的應用和功能非常耗費時間並且需要昂貴的硬體設計、測試以及維護程式。現有的EWOD-LOC系統的最大缺點是硬連線電極的設計。“硬連線”是指電極控制器的形狀、尺寸、位置以及電子佈線軌跡都完全受限於永久性蝕刻的結構。一旦電極被製造出，它們的形狀、尺寸、位置和軌跡就不能改變，而與它們的功能無關。因此，這可能導致高昂的臨時工程造價，以及限制更新推出或部分改裝LOC設計後的功能的能力。

本領域存在對用於減少與利用液滴操縱產生數位微流體系統相關聯的人力和成本的系統和方法的需要。EWOD微電極陣列結構技術能夠提供現場可程式設計能力，即所述電極和該LOC的整體佈局為可軟體程式設計的。如果其固件(存儲在非易失性記憶體，例如ROM)能夠被現場修改而無需拆卸或將其返回其製造商，據稱微流體元件或嵌入式系統可以通過現場程式設計或線上程式設計。由於能夠降低更換有問題或廢棄固件的費用和周轉時間，這往往是一種極其理想的特性。在輸送、局部重新配置設計的部分之後更新功能的能力以及相對於LOC設計的較低的偶生工程費用將為很多應用提供優勢。

本領域將LOC設計提高到應用級，從而將LOC設計者們從手動優化生物測定、耗時的硬體設計、費錢的測試和維護程式中解放出來。

並且，基於新穎的EWOD微電極陣列結構，可以顯著改進LOC系統中的操縱液滴的技術。在基於EWOD微電極陣列結構的產生、輸送、混合和切割過程中的先進的液滴操縱方面，本發明提供了各種實施方式。

本發明公開了一種在包括多個微電極的可程式設計EWOD微電極陣列中操縱液滴的方法。在一實施方式中，該方法包括：(a)構建包括多個微電極構成的陣列的底板，所述微電極設置在由介電絕緣層覆蓋的基板的頂表面；其中，每個微電極與接地機構中的至少一個接地元件連接；其中在介電絕緣層和接地元件的上部設置有疏水層，以形成與液滴疏水的表面；(b)操縱所述多個微電極以配置一組配置電極來產生微流體元件，並且按照選定的形狀和大小佈局，其中所述一組配置電極包括：第一配置電極，其包括陣列佈置的多個微電極；以及至少一個第二相鄰配置電極，其與該第一配置電極相鄰；所述液滴設置在第一配置電極的頂部並且與第二相鄰配置電極的部分重疊；以及(c)通過順序地施加驅動電壓激勵或去除激勵一個或多個選定的配置電極來順序地激勵或去除激勵所選定的配置電極以驅動液滴沿選定的路徑移動，來操縱多個配置電極之間的一個或多個液滴。

在另一實施方式中，一種在包括多個微電極的可程式設計EWOD微電極陣列中操縱液滴的方法，該方法包括：(a)構建包括多個微電極構成的陣列的底板，所述微電極設置在由介電絕緣層覆蓋的基板的頂表面；其中，每個微電極與接地機構中的至少一個接地元件連接；其中在介電絕緣層和接地元件的上部設置有疏水層，以形成與液滴疏水的表面；(b)操縱所述多個微電極以配置一組配置電極來產生微流體元件，並且按照選定的形狀和大小佈局，其中所述一組配置電極包括：第一配置電極，其包括陣列佈置的多個微電極；以及至少一個第二相鄰配置電極，其與該第一配置電極相鄰；所述液滴設置在第一配置電極的頂部並且與第二相鄰配置電極的部分重疊；(c)對第一配置電極去除激勵，及對第二相鄰配置電極進行激勵以將液滴從第一配置電極拉動到第二配置電極上；以及(d)通過順序地施加驅動電壓激勵或去除激勵一個或多個選定的配置電極來順序地激勵或去除激勵所選定的配置電極以驅動液滴沿選定的路徑移動，來操縱多個配置電極之間的一個或多個液滴。

再一實施方式中，一種在包括多個微電極的可程式設計EWOD微電極陣列中操縱液滴的方法，該方法包括：(a)構建包括多個微電極構成的陣列的底板，所述微電極設置在由介電絕緣層覆蓋的基板的頂表面；其中，每個微電極與接地機構中的至少一個接地元件連接；其中在介電絕緣層和接地元件的上部設置有疏水層，以形成與液滴疏水的表面；(b)操縱所述多個微電極以配置一組配置電極來產生微流體元件，並且按照選定的形狀和大小佈局，其中所述一組配置電極包括：第一配置電極，其包括陣列佈置的多個微電極；以及至少一個第二相鄰配置電極，其與該第一配置電極相鄰；所述液滴設置在第一配置電極的頂部並且與第二相鄰配置電極的部分重疊；(c)配置不與該第一配置電極上的液滴重疊的第三相鄰配置電極；以及(d)通過順序地施加驅動電壓激勵或去除激勵一個或多個選定的配置電極來順序地激勵或去除激勵所選定的配置電極以驅動液滴沿選定的路徑移動，來操縱多個配置電極之間的一個或多個液滴。

在另一實施方式中，本發明中的EWOD微電極陣列結構應用了“點矩陣印刷機”的概念，即，多個微電極(即“點”)是成組的(grouped)並且可被同時被激勵/去除激勵以形成不同形狀和尺寸的電極來符合場應用中的流體操作功能的需求。

在另一實施方式中，所有的EWOD微流體元件可以通過分組多個微電極產生，包括但不現定於：貯液器(reservoir)、電極、混合室、液滴路徑以及其他。此外，用於I/O埠、貯液器、電極、路徑以及電極網路的位置的LOC的物理佈局都可以通過配置微電極實現。成組的微電極在配置電極配置後區別於常規的電極。

在另一實施方式中，例如貯液器、電極、混合室、液滴路徑的配置電極的多種形狀和尺寸，以及用於微流體系統的I/O埠、貯液器、電極、路徑和電極網路的位置的LOC的物理佈局均能軟體程式設計、重複配置以及現場程式設計以滿足場應用中的操作功能的需求。

在一實施方式中，在液滴操縱中的EWOD微電極陣列結構設計中可以應用雙平面結構，其中，由上頂板在系統中執行。

在另一實施方式中，在液滴操縱中的EWOD微電極陣列結構的設計可基於共面結構，其中EWOD激勵可在一個板配置中發生，無需頂板。

在另一實施方式中，在EWOD微陣列結構下通過共面結構利用不可拆卸的、自我調整的、透明頂板來容納最寬範圍的液滴尺寸和體積來產生以容納最寬範圍的液滴尺寸和體積的LOC結構的方法。

在一實施方式中，所有的典型的EWOD微流體操作都能夠在EWOD微電極陣列結構下配置和控制“配置電極”來實現。“微流體操作”是指在液滴微驅動器上任何的液滴操縱。例如，微流體操作可以包括：將液滴裝載到液滴微激勵器中；從源液滴分配一個或多個液滴；分裂、分離或分割一個液滴為兩個或更多個液滴；將液滴沿任何方向從一個位置輸送到另一位置；將兩個或更多個液滴合併或組合為單個液滴；稀釋液滴；混合液滴；攪拌液滴；將液滴變形；將液滴保持在適當的位置上；培育(incubating)液滴；佈置液滴；將液滴輸送出液滴微激勵器；和/或上述的任何組合。

在另一實施方式中，除了“配置電極”的用以執行典型微流體操作的常規控制之外，微電極的具體控制順序(sequence)能夠提供在操縱液滴時的先進的微流體操作。基於EWOD微電極陣列結構的先進的微流體操作可包括：沿對角線或沿任何方向輸送液滴；利用“臨時橋接”技術輸送液滴；利用電極列激勵輸送液滴；清除殘留液滴(dead volume)；在較低驅動電壓的情形下輸送液滴；以受控的低速度輸送液滴；執行精確的切割；執行對角線切割；執行共面切割；沿對角線合併液滴；使液滴變形以加速混合；通過不均勻往復混合器改進混合速度；通過迴圈混合器改進混合速度；通過多層混合器改進混合速度；和/或上述的任何組合。

儘管公開了多個實施方式，但是本發明的其它實施方式對於所屬領域的技術人員來說自下述的詳細說明是顯而易見的，所述詳細說明並描述了本發明的示例性實施方式。應意識到，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，本發明在多個方面能夠有多種改型。因此，附圖和詳細說明在性質上應當被視為示例性的而非限制性的。

請參照圖1A，其圖示了現有的電潤濕微激勵結構(大小僅僅為了圖示的目的)。基於EWOD的數位微流體元件100包括兩個平行的玻璃底板120和121，下底板121包括多個獨立可控電極130的圖案化陣列，並且上底板塗覆有一連續的地電極140。優選地通過諸如氧化銦錫(ITO)之類的材料形成電極，使其在薄層中具有導電性和透光性的組合特徵。將塗覆有諸如聚四氟乙烯AF之類的疏水膜160的介電絕緣體170(例如聚對二甲苯C)添加到底板上，以降低表面的潤濕性並增加在液滴與控制電極之間的電容。含有生物化學樣品的液滴150和諸如矽油或空氣之類的填充媒介夾在板之間，以有助於液滴150在填充媒介內部的輸送。為了移動液滴150，向鄰近於液滴的電極180施加控制電壓，同時在液滴150正下方的電極被去除激勵。

圖1B是概括說明在二維電極陣列190上的常規EWOD的頂視圖。液滴150從電極130移動到被激勵的電極180中。電極180呈黑色表明施加有控制電壓。EWOD作用使得電荷積聚在液滴/絕緣體介面中，導致在相鄰電極130和180之間的間隙135上產生介面張力梯度，由此實現液滴150的輸送。通過改變沿著線性電極陣列的電位，可利用電潤濕來沿著此電極線移動毫微升體積的液滴。可通過在0-90V的範圍內調節控制電壓來控制液滴的速率，並且液滴可以以高達20cm/s的速度移動。液滴151和152也可在無需微型泵和微型閥的條件下，通過二維電極陣列以使用者限定的圖案在時鐘電壓控制下輸送。

基於EWOD的微流體元件使用相鄰電極之間的間隙上產生的介面張力梯度以激勵液滴。電極的設計包括每個電極的期望形狀、尺寸以及兩電極之間的間隙。在基於EWOD的設計中，液滴的路徑通常由在設計中連接不同區域的多個電極組成。這些電極可以被用於輸送過程或者更複雜的操作，例如在液滴操縱中的混合和切割過程。

本發明採用了“點矩陣印刷機”的概念，即，EWOD微電極陣列結構中的每個微電極是可用於形成所有EWOD微流體組件的“點”。換言之，微電極陣列中的每個微電極可被配置為以不同的形狀和尺寸形成各種微流體元件。根據客戶的需求，多個微電極可被視為成組的(grouped)並且可被同時激勵以形成不同配置電極並執行微流體操作的“點”。“激勵”指的是向電極施加所需的電壓，從而EWOD作用使得電荷積聚在液滴/絕緣體介面中，導致在相鄰電極之間的間隙上產生介面張力梯度，由此實現液滴的輸送；或者DEP作用使得液體變得可極化並朝著較強電場強度的區域流動。“去除激勵”指的是去除施加到電極的電壓。

圖2描述了本發明EWOD微電極陣列結構技術的一個實施方式。在本實施方式中，微電極陣列200包括多個(30×23個)同樣的微電極210。此微電極陣列200是基於標準微電極規範(這裡表示為微電極210)以及獨立於最終的LOC應用和具體微流體操作規範的製造技術製造的。換言之，此微電極陣列200是“空白”或“預配置”LOC。然後，基於應用需要，此微電極陣列可被配置或軟體程式設計到期望的LOC中。如圖2所示，每個配置電極220包括100個微電極210(即10×10個微電極)。“配置電極”指的是10×10個微電極210組合在一起以用作集成電極220，並且將一起被同時激勵或去除激勵。通常來說，配置資料存儲在非易失性記憶體(比如ROM)中，並且可“在場中”或在任何指定位置的“現場”中被修改，而無需拆解裝置或將裝置返回其製造商。圖2說明液滴250位於中心配置電極220。

如圖2所示，本發明配置電極的尺寸和形狀可基於應用需要而設計。尺寸受到控制的配置電極的例子是配置電極220和240。配置電極220具有10×10個微電極的尺寸，而配置電極240具有4×4個微電極的尺寸。除了配置電極尺寸的配置，還可通過利用微電極陣列來配置所述配置電極的不同形狀。盡配置管電極220是方形的，配置電極230是包括2×4個微電極的矩形。配置電極260是左側齒狀的方形，而配置電極270是圓形。

另外，如圖2所示，液滴250的體積與配置電極220的尺寸成比例。換言之，通過控制配置電極220的尺寸，液滴250的體積也被限制以與配置電極220的設計尺寸相適應，因此“配置電極”的形狀和尺寸的現場可程式設計性指的是對液滴體積的控制。不同的LOC應用和微流體操作將需要不同的液滴體積，並且對於LOC設計者來說，液滴體積的動態可程式設計控制是高度期望的功能。

如圖3A所示，本發明配置電極的形狀可基於應用需要而設計。配置電極的形狀可由多個微電極產生。根據設計需要，一組微電極作為組被配置和激勵，以形成期望形狀的配置電極。在本發明中，配置電極的形狀可以是方形、具有齒狀邊緣的方形、六邊形或任何其它形狀。參照圖3A，輸送路徑340、檢測視窗350和混合室360的配置電極的形狀為方形。貯液器330是確定形狀的大尺寸配置電極。廢棄物貯存器320是四角形。

圖3B和圖3C說明圖3A中貯液器330的放大部分。圖3B說明由傳統的EWOD-LOC系統製造的物理蝕刻貯液器結構331。該元件說明永久性蝕刻的貯液器331和4個永久性蝕刻的電極371。與圖3B(傳統設計)相比，圖3C說明場程式設計LOC結構，其具有類似尺寸的配置貯液器332以及成組的電極372。配置貯液器332可通過將多個微電極311組合成期望的尺寸和形狀來製造。成組的電極372包含4×4個微電極311。

在限定了所需微流體組件的形狀和尺寸之後，還很重要的是限定微流體元件的位置以及如何將這些微流體元件連接在一起作為電路或網路。圖3A說明這些微流體元件所處的物理位置以及這些微流體元件如何連接在一起以用作功能LOC。這些微流體組件為：配置電極370、貯液器330、廢棄物貯存器320、混合室360、檢測視窗350以及連接LOC的不同區域的輸送路徑340。如果是現場可程式設計LOC，則在佈局設計之後，會有一些未使用的微電極310。在FPLOC被充分檢驗合格之後，設計者可以嘗試硬連線版本以節約成本，然後未使用的微電極310可被移除。

常規的基於EWOD的LOC設計基於雙平面結構，其具有包含圖案化電極陣列的底板以及塗覆有連續地電極的頂板。在本發明的一個實施方式中，採用EWOD微電極陣列結構技術的LOC裝置是基於共面結構，其中激勵可發生在不具有頂板的單板配置中。共面設計可適應更寬範圍的不同體積尺寸的液滴，而不受頂板的限制。雙平面結構在頂板之間具有固定間隙，並且在適應寬範圍的體積尺寸的液滴方面存在限制。再在另一實施方式中，基於共面結構的、採用EWOD微電極陣列結構技術的LOC裝置仍可以增加用於密封測試表面的無源頂板，以保護流體操作或者為了保護測試媒介具有更長的上架保存(shelf storage)壽命的目的。

如圖4所示，在另一實施方式中，在用於EWOD微電極陣列的共面結構中採用可拆卸的、可調節的和透明的頂板，以優化在如圖4所示的頂板410與電極板420之間的間隙距離。電極板420通過該EWOD微電極陣列結構技術來實現，其中用於液滴430的配置電極的側視圖包括三個微電極(顯示為黑色)。用於液滴440的配置電極包括六個微電極，用於液滴450的配置電極包括十一個微電極。本實施方式在諸如FPLOC之類的應用中尤其有用。儘管EWOD微電極陣列結構在配置所述配置電極的形狀和尺寸時提供了現場可程式設計性，但是仍然高度需要能夠適應最寬範圍的尺寸和體積的液滴的系統結構。這是因為FPLOC可適應的液滴的尺寸和體積的範圍越寬，就可實現越多的應用。優化的間隙距離可被調節為適合期望尺寸的液滴。在本發明中，優化的間隙可通過三種方式實現：首先，所有的液滴可在不接觸頂板410的條件下被操縱。這種方式通常應用於共面結構中。在第二種方式中，所有的液滴可通過接觸頂板410被操縱，其中液滴夾在頂板410與電極板420之間。第二種方式通常應用於雙平面結構中。第三種方式或混合方式合併了共面結構以及在頂板410與共面電極板420之間的可調節間隙的功能。這種混合方式可用於提供具有最寬範圍的液滴。如圖4所示，位於間隙內的液滴430和液滴440可在不接觸頂板410的條件下被操縱。液滴450被操縱為夾在頂板410與電極板420之間。本發明不限於EWOD微電極陣列結構技術，也可在液滴尺寸的可應用範圍可被限制的同時應用於其它常規的電極板。

微電極陣列結構的微電極的板結構可以通過使用縮小比例的、基於目前流行配置的EWOD晶片的雙平面結構來設計。圖1A描述了一種基於微電極結構(大小僅是為了示例的目的)的雙平面EWOD。圖中說明三個微電極130和兩個平行的板120和121。底板121包含了一組圖案化的單個可控電極130的陣列。頂板120則塗覆有連續地電極140。塗覆有疏水膜160的介電絕緣層170被添加在板上，以降低表面的可潤濕性並增加液滴和控制電極之間的電容。液滴150包含被夾在板之間的生化樣品和填充介質，例如矽油或者空氣，以便於液滴在填充介質內輸送。

在本發明的一實施方式中，採用EWOD微電極陣列結構技術的LOC裝置是基於共面結構，其中激勵可發生在不具有頂板的單板配置中。共面設計可適應更寬範圍的不同體積尺寸的液滴，而不受頂板的限制。雙平面結構在頂板之間具有固定間隙，並且在適應寬範圍的體積尺寸的液滴方面存在限制。再在另一實施方式中，基於共面結構的、採用EWOD微電極陣列結構技術的LOC裝置仍可以增加用於密封測試表面的無源頂板，以保護流體操作或者為了保護測試媒介具有更長的上架保存壽命的目的。

在本發明中，微電極板結構可以以很多方式尤其在共面結構中物理地實現。圖5A說明“接地網”共面微電極結構，其包括一個驅動微電極510、地線511以及在驅動微電極510與地線511之間的間隙515。當電極被激勵時，驅動微電極510由DC或方波驅動電壓充電。地線511與驅動微電極510處於相同的板上以實現共面結構。間隙515用以確保在510與511之間無垂直重疊。

圖5B說明常規液滴操作單元，其包括永久性蝕刻的電極520和521、地線531(在垂直和水準方向上)。這兩個蝕刻的電極520和521分別由水準和垂直方向上的地線531分離。液滴540位於電極520中。如圖5B所示，液滴540太小以至於不能接觸周圍的地線531，並且不能執行液滴540的激勵。這可能是在常規液滴系統中經常觀察到的液滴操縱中的潛在問題。通常的補救措施是裝載更大尺寸的液滴550，但是往往難以手動控制期望的液滴尺寸。此外，受常規系統中的地線531的限制，電極520和521不能具有用於改善液滴操縱的交叉指型周邊。

圖5C說明在共面結構中的本發明的改進的液滴操作單元。配置電極520’包括多個現場可程式設計微電極510。配置電極可根據液滴的尺寸通過軟體程式設計。在此實例中，配置電極520’包括9個(3×3個)微電極510。在圖5C中，液滴541位於配置電極520’上。為了比較的目的，液滴541類似於液滴540(圖5B)的尺寸。在圖5C中，配置電極520’包括多條具有橫截面的地線511。在本發明中，由於液滴541與配置電極520’和多條地線511物理重疊，因此可實現有效的液滴操縱。

圖6A說明“接地焊盤”共面微電極的另一實施方式。驅動微電極610位於中部，接地焊盤611位於四個角處，並且間隙615位於610與611之間。代替圖5A中所示的實施方式中的地線，本實施方式使用接地焊盤來實現共面結構。與常規的實施方式相比，從根本上講，本發明提供了群組接地(group grounding)(在圖6B中有21個接地焊盤611與液滴651重疊)，其比常規實施方式的基本一對一的關係更為可靠。如果一個液滴僅依賴一個接地焊盤，則液滴的尺寸對於確保可靠的液滴操縱來說很關鍵，因為在液滴與接地焊盤之間的重疊是必需的。大量的接地焊盤不存在這種限制；不管液滴的尺寸如何，很多接地焊盤將與液滴發生重疊，如圖6B所示。用於液滴的驅動力基本與在偏置的激勵電極和接地焊盤上積聚的電荷成比例。通常，電荷積聚也與電極和接地焊盤的表面積成比例。小尺寸接地焊盤將對驅動力產生顯著的降低作用，除非應用接地焊盤的專門處理以改善其它物理參數，這將使製造工藝複雜化。在本發明中，可容易地調節一組接地焊盤，以優化接地焊盤的整個表面積。此外，用於共面結構的液滴的驅動力最終將在接地焊盤和驅動電極的中點附近達到均衡。因此，存在液滴永遠也不能到達第二接地焊盤以導致不可靠的液滴操縱的可能性。這尤其體現在較小的液滴上。本發明利用群組接地，由此接地焊盤、微電極和液滴的一致重疊保證了可靠的液滴操作。此外，在本發明中，微型微電極(通常小於100×100 μm² )超出了PCB技術的可行性，因此需要源自半導體積體電路製造的微細加工技術。

圖7A說明“程式設計接地焊盤”共面微電極結構的另一實施方式。在與微電極相同的板上不具有地線或接地焊盤。而是，一些微電極用作接地焊盤以實現共面電極結構。圖7A說明4×4個同樣的方形微電極710，在微電極之間具有間隙715。在本實施方式中，任一個微電極710可被配置為通過物理連接為電性接地而用作地電極。在本實施方式中，四個角的微電極710被配置為地電極711。相比常規實施方式中的一對一的電極和接地機構，本發明具有群組接地的優點。此外，現場可程式設計性以及微型微電極對“配置電極”以及“配置接地焊盤”的動態配置提供了更高的靈活性和更高的細微性。如圖7B所示，由於現有技術中的一對一的電極和接地機構，液滴750只能在x軸方向上移動，且液滴751只能在y軸方向上移動。在這種常規共面結構配置中，由於在電極720與接地焊盤之間的積聚電荷的分佈，液滴750將位於被激勵的電極720與標記為黑色的地電極之間的中心。移動液滴750的唯一方式是對電極720去除激勵，並對相鄰電極730進行激勵；以這種方式，液滴750將被拉到沿著箭頭740所示的線的方向上。與此相對照，液滴752位於採用EWOD微電極陣列結構的共面表面上，並且可以在任何方向上移動，如圖7C所示。當“配置電極”760被激勵時，液滴752向上移動。同樣地，當“配置電極”761被激勵時，液滴752向左移動。當臨時“配置電極”762被激勵時，液滴752沿對角線移動，“配置電極”763的激勵(以及“配置電極”762的去除激勵)將液滴752沿對角線拉到“配置電極”763上。為了例示的目的，每個“配置電極”790具有在四個角上的地微電極，但這不是固定佈局。可以實施包括對地電極或激勵電極的改變的臨時步驟，以達到液滴操縱的最佳結果。

在本發明的另一實施方式中，採用EWOD微電極陣列結構技術的LOC裝置是基於混合板結構，其中激勵可發生在共面配置或雙平面配置中。圖8說明開關810，其可被控制為在共面模式和雙平面模式之間切換該EWOD微電極結構。在共面模式中，在蓋板820上的連續地電極840連接到地，並且在電極板821上的接地網880與地斷開連接。另一方面，在雙平面模式中，電極板821上的接地網880連接到地，而在蓋板820上的地電極840與地斷開連接。在另一實施方式中，“接地網”可被如前面的段落中描述的“接地焊盤”或“程式設計接地焊盤”代替。此外，在一個實施方式中，共面接地方案可以不斷開連接，只要額外的接地不會給雙平面結構操作帶來任何問題即可。

此處公開液滴操縱中的液滴產生過程。樣品和試劑從輸入埠載入到貯液器中，然後液滴從貯液器中擠出。貯液器可以按照使得液滴可進入或者可流出的形式構建。在基於EWOD的微流體系統中，液滴的產生過程是最關鍵的元件。該系統由於在流體輸入埠的實施受到來自於毫升量與微升量甚至毫微升量規模的樣品之間的巨大差異的挑戰，因此可以改善液滴產生過程的設計。將樣品和試劑載入到晶片上需要位於微流體裝置和外部大規模裝置之間的介面。如圖9A所示，通常該介面由安裝在頂板915和貯液器920的通孔上的輸入埠910組成。樣品和試劑930從此輸入埠裝入到貯液器中，之後樣品和試劑組成的液滴940在貯液器中產生。在圖9A中，樣品輸入埠910必須適當的配合貯液器920的位置以使得樣品930定位準確。這種傳統的方法可能由於人為失誤引入錯誤的或者髒的樣品。

本發明的一個實施方式是基於共面結構，其中在樣品或試劑裝載到LOC上之後可添加蓋，因而不需要固定的輸入埠。這對於該EWOD微電極陣列結構尤其重要，因為該結構的現場可程式設計性能配置貯液器和該固定的輸入埠的形狀、尺寸和位置。圖9B說明通過針960將樣品950直接裝載到共面電極板970上。樣品的裝載不必非常精確，因為貯液器的位置可根據需要由軟體程式設計進行調節，以補償物理裝載偏差。圖9C表示在將樣品950裝載至電極970之後添加無源蓋980。

在另一實施方式中，EWOD微電極陣列結構的靈活性使得自調節所裝載的樣品或試劑相對於貯液器的位置的成為可能。這意味著可以避免對精確定位輸入埠的需要以及避免經輸入埠將樣品和試劑傳遞到貯液器的困難操作。圖9D說明裝載的樣品斷開成液滴951和液滴952，它們都未精確定位於貯液器941的頂部。在一個實施方式中，液滴952不必能與貯液器941重疊。對於常規的LOC，難以將液滴952重定位到貯液器941中。

在一實施方式中，即使樣品液滴952被裝載遠離貯液器941，仍然可以自動定位。這可以通過激勵臨時配置電極961來將液滴952拉動到與貯液器941重疊來實現。接下來，去除激勵臨時配置電極961並激勵貯液器941。在圖9E中，樣品液滴953可以被準確定位到貯液器941內。圖10代表在EWOD微電極陣列結構下的液滴產生過程。在通常的過程中，特殊形狀的貯液器1030和重疊的電極1035必須存在以形成液滴。在本發明中，重疊的電極1035不必存在。貯液器1030的形狀可為方形的貯液器1015，而不需要重疊的電極1035。在另一實施方式中，貯液器1015的形狀可以通過設計微電極陣列根據設計需要而為任何其它形狀。如圖10所示，液滴的產生是指從方形貯液器1015產生出液滴1050的過程。為了啟動液滴產生過程，首先激勵臨時電極1030作為拉回(pull-back)電極，然後激勵另一臨時電極1035以拉出液體。隨後，通過激勵相鄰序號的配置電極1040，從貯液器1015提取出液體指狀物(liquid finger)，最終產生液滴1050。每個配置電極1040由配置的4×4個微電極方形組成。在一個實施方式中，配置電極1040的尺寸可以在從幾十微米到幾毫米的範圍，但不限於此範圍。配置電極的形狀可以為方形或其它形狀。在一個實施方式中，貯液器可以是方形、圓形或其它具體形狀。

圖11A描述了“液滴等分”產生過程的實施方式。通過操縱微電極，激勵配置電極1120。每個小液滴1115都大約與配置電極的大小相當，以至於能夠從貯液器1110中提取出。如圖11A所示，因此包括一組微電極的配置電極1120被激勵以收集所需量的液滴。常規地，液滴尺寸近似於電極的尺寸，並不存在用以控制液滴體積的更精確的方式。本發明中，液滴等分產生系統可用於實現對液滴體積的更精確的控制。此外，在另一實施方式中，通過測量更大液滴1130的體積來計算從液滴1130產生的更小的液滴1115的數量。

圖11B描述了採用液滴等分工藝來製備樣品的另一實施方式。共用樣品製備步驟之一是從全血中去除血細胞，以獲取用於免疫測定的等離子體。如圖11B所示，經由微電極1140利用液滴等分技術，產生更小的液滴(此液滴太小以至於不能承載一些或任一血細胞1180)，然後經由小尺寸的垂直間隙1170移動小液滴1145，以形成期望液滴1150。液滴等分技術和小間隙1170的組合可有效地將小液滴1145從貯液器/液滴1160經通道1170移動，以形成更大的液滴1150，同時阻擋血細胞1180。這裡的物理阻擋主要用於說明液滴等分技術，並且可以採用除了方形之外的不同形狀來利用微電極產生更小的液滴。它並不用作去除血細胞的主要原因。通過利用液滴等分技術，此樣品製備發明不僅能從液滴去除顆粒，而且能夠製備用於診斷測試的合適尺寸的液滴。

圖12說明採用EWOD微電極陣列結構的液滴輸送。在一實施方式中，有9個相鄰的配置電極1231，1232到1239。每個配置電極包括配置的10×10個微電極，因而為方形。液滴1250位於中心配置電極1235的頂部。在本系統的一個實施方式中，通過操縱配置電極，液滴可沿南北和東西方向輸送。例如，通過激勵配置電極1234並對配置電極1235去除激勵，將使液滴從配置電極1235移動到配置電極1234上。在另一個實施方式中，根據使用者的需求，液滴可沿對角線輸送。例如，液滴1250可沿對角線從配置電極1235輸送到任一個配置電極1231、1233、1237或1239上，即使這四個配置電極1231、1233、1237或1239與液滴1250不具有物理重疊。為了沿對角線移動液滴1250，一個實施方式是作為臨時步驟激勵配置電極1260，然後激勵期望的配置電極1233並對臨時配置電極1260去除激勵，因而可將液滴1250沿對角線移動到期望的配置電極1233中。如圖12所示，液滴1250可在方形電極設置中沿所有8個方向移動，即南北、東西、西北、東北、東南、西南。在另一個實施方式中，臨時配置電極1260的形狀可以改變以便於液滴的輸送。此外，在另一個實施方式中，液滴的輸送方向不限於8個方向。如果相鄰配置電極處於這8個方向之外，則仍可產生和激勵臨時配置電極以將液滴輸送到目的地。

圖13A-13C描述了採用包含臨時橋接技術的EWOD微電極陣列結構的液滴輸送和移動的另一實施方式。通過液滴切割和液滴自然蒸發，液滴太小而不能夠被電極可靠地驅動。圖13A說明由間隙1360彼此分離的兩個配置電極1330、1340。液滴1350位於配置電極1330的左側。兩配置電極1330和1340之間的間隙1360足夠寬，能夠將兩配置電極1330和1340隔開。液滴1350位於配置電極1330左側，將不會接觸到接下來相鄰的配置電極1340。

在圖13A中，由於在液滴1350和電極1340之間沒有物理重疊來改變表面張力，因此液滴1350不能直接從電極1330移動到接下來相鄰的電極1340。這種問題在現有的EWOD輸送中經常看到。圖13B描述了將圖13A中的液滴1350輸送到期望的配置電極1340的一實施方式。在該過程中，被“齒狀”區域覆蓋的電極1370被激勵。齒狀配置電極1370局部覆蓋左側配置電極1330、間隙1360以及整個相鄰配置電極1340。如圖13B所示，“齒狀”配置電極1370與液滴1350具有物理重疊。觸發配置電極1370的激勵將使液滴1350在配置電極1370的頂部移動。圖13C描述了完成向期望的配置電極1340的液滴輸送。在液滴1350輸送到期望的配置電極1370之後，“齒狀”配置電極1370被去除激勵。然後，配置電極1340被激勵，以將液滴1350佈置和定位到期望的方形配置電極1340中。

採用EWOD微電極陣列結構來進行液滴輸送和移動的另一個實施方式包括電極列激勵操縱。通過液滴切割和蒸發，液滴可能太小而不能可靠地被電極激勵。如圖14A所示，液滴1450比電極1410要小得多，並且在液滴1450和相鄰電極1411之間沒有物理重疊。在這種情況下，即使電極1411被激勵，液滴1450仍不能被移動到電極1411中，因此液滴容易粘留在系統中。有效地沖走粘留液滴的一個實施方式是利用電極列激勵。在圖14B中，激勵電極佈置成多列以執行電極列激勵。在一個實施方式中，每列配置電極列1420包括1×10個微電極。三列配置電極列組合在一起以執行電極列激勵，如圖14B中標記為黑色的部分所示。默認的列寬度是一個微電極，但是取決於應用也可以是其它數量。在另一個實施方式中，最有效的電極列激勵是具有一組電極列，其寬度稍大於液滴1450的半徑。在另一個實施方式中，列的長度取決於應用，通常情況下越長越好。

圖14B說明三列配置電極列如何被操縱以促進液滴的輸送。在首位的配置電極列1420之前，配置電極列1421被激勵，尾隨的配置電極列1422被去除激勵。在此實施方式中，不管液滴的尺寸如何，三列配置電極列總是提供最大有效長度的接觸線。結果，液滴1450能夠有效、平滑地移動，因為液滴1450上的毛細力是一致的並且被最大化。因此，液滴1450能在比常規EWOD液滴操作中的驅動電壓低得多的驅動電壓下移動。這種電極列驅動技術可用於通過在低得多的驅動電壓下的平滑移動來輸送液滴。此外，由於這種技術的一致的毛細力，通過以低速推進配置電極列，可以實現對液滴速度(尤其在低速情形中)的控制。在另一實施方式中，在臨界驅動電壓下，可應用電極列驅動以驅動液滴。再在另一實施方式中，已經觀察到：在低於8Vp-p 1kHz方波驅動電壓並且在80μm的間隙的條件下，在10cSt矽油中緩慢但平穩地移動DI水滴(1.1mm直徑)。再在另一實施方式中，配置的電極列的長度可以被配置為LOC的總長度。電極列驅動的單次沖刷可以洗刷掉LOC中的所有無效液滴(dead droplet)。圖14C說明在激勵配置的電極列(以黑色表示)保持朝右移動並最終移出配置電極1410時，小液滴1450也移出配置電極1410。

圖15A-15C說明在EWOD微電極陣列結構下執行液滴的典型的三電極切割的一個實施方式。圖15A說明水準排列的三個配置電極1510、1511和1512。待切割的液滴1550位於中心的配置電極1511。在圖15A中，配置電極1511被激勵以控制住液滴1550。液滴1550與部分的相鄰配置電極1510和1512重疊。圖15B說明通過同時激勵配置電極1510和1512，而對配置電極1511去除激勵來切割液滴的階段。通過電極操縱，液滴1550朝著左右方向被拉至電極1510和1512。在一個實施方式中，兩個外部配置電極1510和1512引發的親水力拉伸液滴，同時中央的疏水力將液體夾斷為兩個子液滴1551’和1552’，如圖15C所示。

圖16A-16C描述了液滴切割的一個實施方式。圖16A-16C中說明三個水準排列在一起的配置電極1610、1611和1612。待切割的液滴1650位於中心配置電極1611上。代替使用兩個外部的配置電極1610和1612來切割液滴1650，利用電極列驅動技術來朝著配置電極1610和1612緩慢但穩固地拉動液滴1650，如圖16A所示。在此實施方式中，使用並激勵兩組配置電極列1615和1616(在圖16A中標記為黑色)來拉開液滴。兩組配置電極列中的每一組包含5列電極。圖16B描述了通過一次推進一個微電極列，使得兩組電極列組保持相分離地移動，因此以緩慢拉動液滴1650並使液滴1650朝向相反方向移動。兩組電極列組1615和1616引發的親水力被用於拉伸液滴1650。當電極列1615和1616到達配置電極1610和1612的外緣時，所有配置電極列1615和1616被去除激勵。配置電極1610和1612被激勵，以將液體夾斷為兩個子液滴1651和1652，如圖16C所示。

圖17A-17C描述了採用EWOD微電極陣列結構執行對角線切割的一個實施方式。對角線切割起始於將待切割液滴移動到臨時配置電極1712上，且臨時配置電極1712位於圖17A中的四個配置電極1710、1711、1713和1714的接合角(joint corner)的中心。通過激勵電極，可實現液滴1750的移動。在液滴完全位於四個配置電極的接合角的中心之後，臨時配置電極1712被去除激勵，並且配置電極1710和配置電極1711被激勵，因此將液滴1750拉伸到液體柱中，如圖17B所示。為了將液體夾斷為兩個子液滴，配置電極1710和1711的內角去除激勵，以在液滴1750的中部產生必要的疏水力。圖17C說明L形臨時配置電極1715和1716被激勵，以進一步拉伸液滴1750使其間僅具有薄的頸部。在中部的疏水力隨後有助於將液滴1750夾斷為兩個子液滴1751和1752。最後，配置電極1710和1711被再次激勵，以將子液滴1751和1752中心定位，如圖17D所示。

由於兩個拉動電極擁有較長的電極接觸，因此液滴的對角線切割是高效和有利的。液滴上的拉動毛細力比傳統的切割要大。因此，可以降低切割電壓並且可以實現更均勻的液滴切割。對於傳統的切割，需要超過飽和電壓的電壓(例如對應接觸角飽和度的電壓)。為了獲得更可靠的EWOD液滴操作，在為均勻切割設置條件時需要更加小心，所以不要超過飽和電壓。因此，對角線切割是一種好的切割候選方案，以保持切割電壓低於飽和電壓。此外，對角線切割不那麼受液滴尺寸的限制。傳統的切割要求能夠與外部的兩個電極物理重疊的更大液滴，而對角線切割幾乎可以切割任何大小的液滴。

在一實施方式中，在EWOD微電極陣列結構下，在敞開的表面執行液滴切割時，液滴切割過程可以被應用到共面結構中。圖18A-18C描述了在EWOD微電極陣列結構下，在敞開的表面切割液滴的過程。圖18A描述了位於左側配置電極1840的液滴1850。液滴1850將被切割成圖18C所示的兩個子液滴1870。液體切割過程大致包含接下來的兩個過程。首先，通過在適當的電壓下激勵配置電極1830，將待切割液滴1850拉伸為薄的液體柱1860。這可以從圖18B中看出。這種“薄的”液體柱通常是指具有小於起始液滴直徑的寬度的液體柱。接下來，激勵兩個預選的配置電極1840和1820，以切割液滴1870並將其中心定位到這兩個配置電極1840和1820中，如圖18C所示。共面切割的關鍵在於在液滴與外部的兩個配置電極之間具有足夠的重疊，以便具有足夠的毛細力來克服液滴的曲率以執行切割。在一個實施方式中，當液體柱1860由於水動力不穩定性而被切割成多個液滴時，發生被動切割。在另一實施方式中，被動和主動切割都被本發明採用。在液滴被拉伸成薄的液體柱的同時，可利用被動力或主動力來將起始液滴斷開成兩個更小的液滴。當利用被動力時，對液體柱長度的計算很重要。當利用主動力時，優化的長度並不重要。不管是被動切割還是主動切割，在切割過程的最後步驟，配置電極1840和1820被正常地激勵，以便將液滴定位到期望的配置電極中。在另一實施方式中，被動或主動切割過程通過利用EWOD微電極陣列結構在敞開的表面下進行。圖18C說明當液滴1850被切割成兩個子液滴1870時完成切割。

圖19A-19B說明在EWOD微電極陣列結構下執行基本合併和混合操作的一個實施方式。在本發明中，術語“合併”和“混合”可互換地使用，用以表示兩個或更多個液滴的組合。這是因為合併兩個液滴並不總是直接或立即地導致初始分離的液滴的成分的完全混合。在圖19A中，兩個液滴1950和1951初始分別位於每個對應的配置電極1910和1912上，並由至少一個位於其間的配置電極1911分離。兩個液滴1950和1951與中心配置電極1911部分重疊。如圖19B所示，通過對兩個配置電極1910和1912去除激勵，對中心配置電極進行激勵，液滴1950和1951在中心配置電極1911上相互移動，然後合併成一個更大的液滴1953。

在EWOD微電極陣列結構中，分析物和試劑混合是一個決定性的步驟。液滴充當實體混合室，通過將兩個液滴輸送到同一個電極來產生混合。利用最小的空間迅速混合液滴大大提高了生產能力。通常地，有效的液滴混合需要8(2 x 4)個電極以在這8個電極之間沿確定的路徑移動該混合的液滴，以加速混合。因此混合操作中，急需一種不需要大的、用於混合操作的場所的、有效混合液滴的方式。然而，隨著微流體裝置正在接近該替代的毫微升模式，降低的體積流速和非常低的雷諾數將難以在合理的時間範圍內實現液體混合。改善混合取決於兩個原則：在如此小的範圍內產生渦流的能力，或者可選擇地，產生多層以實現快速混合的能力。該EWOD微電極陣列結構可提供比通過擴散的被動混合至少快一個數量級的基於液滴主動的混合。

圖20A-20C描述了基於EWOD微電極陣列結構通過不均勻幾何運動以產生渦流來實現液滴操縱的主動混合過程。如圖20A所示，液滴2050、2070可通過操縱配置電極而變形為所需的形狀。如圖20B所示，通過激勵配置電極2051和2071，液滴說明為液滴2051’和液滴2070’。然後，激勵中心配置電極2060以將液滴2050’、2070’拉到混合配置電極2060(標記為黑色)中，如圖20C所示。在圖20B中，黑色區域表示兩個被激勵的配置電極2051和2071。這些被激勵的電極可用於使這兩個液滴2050’和2070’變形，並且將它們拉動到中心配置電極2060中。圖20B所示的這種臨時激勵步驟也有助於兩個液滴的平滑混合移動。圖20B-20C中的黑色區域和變形液滴的形狀僅為例示的目的。在另一個實施方式中，這些形狀根據需要可以為任意類型。

圖21A和21B描述了用於改善混合速度的微電極陣列混合器。在一實施方式中，可使用不均勻的往復混合器來加速液滴的混合。這可通過激勵一組微電極以產生不可逆轉圖案來實現，其中不可逆轉圖案破壞了兩個迴圈的對稱性以改進混合速度。初始狀態在圖21A中說明，其中液滴2150包含樣品和試劑，並位於配置電極2140的頂部。用於不均勻往復混合的第一個步驟是激勵配置電極2160以使液滴2150朝著圖21B中所示的箭頭方向變形。然後，配置電極2160被去除激勵，並且配置電極2140被激勵以將液滴拉回到圖21A所示的初始位置。往復混合可執行多次，以實現優化的混合效果。此外，圖21A和圖21B中的配置電極2140和變形液滴的形狀僅為例示的目的。在一個實施方式中，這些形狀可以為任意類型的設計，只要它們具有產生渦流的能力，或可選地，具有產生多層的能力。

在基於EWOD的液滴混合過程的另一實施方式中，圖22說明用於改善混合速度的迴圈混合器。這可通過激勵更小的微電極組的序列以產生不可逆轉水準迴圈來實現，其中不可逆轉水準迴圈破壞了垂直層迴圈的對稱性以加速混合。如圖22所示的一個實施方式是形成包圍液滴2290的八個配置電極(2210、2220、2230、2240、2250、2260、2270和2280)，然後以迴圈的方式順序地逐個激勵配置電極。例如，在第一步驟中，配置電極2210被激勵較短的時間段，以導致表面張力改變並且在配置電極2210上的液滴2290的內部產生迴圈。接下來，配置電極2210被去除激勵，隨後激勵下一個相鄰配置電極2220。通過全部八個配置電極(2210到2280)重複迴圈激勵過程，以在液滴2290內部產生水準迴圈。此迴圈流激勵可根據需要執行多次。在另一個實施方式中，迴圈流可按照順時針、逆時針或者這兩種方式的交替混合來執行，以實現最佳混合效果。再在另一個實施方式中，配置電極2210到2280的形狀可為其他類型以及迴圈的形狀僅為例示的目的。再在另一個實施方式中，這種迴圈混合可以是任何類型的設計，只要它們具有產生渦流的能力，或可選地，具有產生多層的能力。

在一個實施方式中，在EWOD微電極陣列結構中實現小尺寸(2×2個配置電極)的混合器產生多層以加速混合的過程。這種多層混合器對於低縱橫比(aspect ratio)(<1)的情形尤其有用。縱橫比是指電極板和接地板之間的間隙與電極尺寸的比。低縱橫比意味著更難以在液滴內部產生渦流，因而產生多層的能力變得更加重要。圖23A-23E說明一個實施方式，在此具體混合器中利用對角線混合和對角線切割。在圖23A中，在配置電極2314處的黑色液滴2351與在配置電極2311處的白色液滴2350混合。臨時配置電極2310將成為混合室，並將被激勵以拉入兩液滴2351和2350。為了啟動多層混合，第一個步驟是沿對角線合併兩個液滴。液滴合併的對角線方向可以是45度或135度，但是隨後對角線切割的方向需要垂直於合併操作。圖23B表示將液滴2351和液滴2350第一次合併成為黑白液滴2352。由於低雷諾數和低縱橫比，液滴2352具有單純基於擴散的靜態混合，其導致較長的混合時間，因此混合的液滴顯示為一半為白色，一半為黑色。第二個步驟是要執行對角線切割，如圖23C所示，與起始的液滴2352的對角線混合呈90度。在臨時配置電極2310被去除激勵的同時，配置電極2312和2313以及其它臨時配置電極被激勵，以將液滴2352沿對角線切割成兩個子液滴2353和2354，如圖23C所示。對角線切割的細節已在前面的對角線切割過程中討論。由於低混合率，因此兩個子液滴2353和2354在對角線切割之後以相同的方位保持黑/白疊層。然後，多層混合的第三個步驟是將兩個液滴移回到起始配置電極上，以重複對角線混合和切割。在圖23D中，液滴2354從配置電極2312移動到下一個相鄰配置電極2311上。液滴2353從配置電極2313移動到下一個相鄰配置電極2314上。可對電極2311和2314進行激勵並對電極2312和2313去除激勵。需要考慮的是在移動的同時避免液滴2353和2354的合併。例如，對電極去除激勵以及對電極進行激勵可能會導致兩個液滴2353和2354在移動的同時發生物理接觸，然後兩個液滴可能會合並在一起。在一個實施方式中，臨時配置電極2315和2316首先被激勵，以在兩個液滴之間產生保護區，用以在兩個液滴朝著期望的電極移動的同時防止出現任何意外合併。在液滴2353和2354移動到配置電極2316和2315中之後，將兩個液滴移動到配置電極2311和2314中。此過程可以重複，以產生用以加速混合的必要數量的多層。作為重複從第一個步驟到將(圖23D 中的)液滴2353和2354沿對角線合併成為液滴2355的結果，圖23E說明四層液滴2355。圖23F說明在重複多層混合的迴圈之後得到的八層液滴2356。

在變型的實施方式中，EWOD微電極陣列結構可執行連續流微流體操作代替基於液滴的微流體操作。連續微流體操作在控制方面非常簡單，但在進行微流體操作方面提供非常有效的途徑。圖24A-24C描述了自貯液器2410中產生確定體積的液體2430。如圖24A所示，細的微電極線形成了在目標配置電極2460與貯液器2410之間的橋2415。當橋2415和目標配置電極2460被激勵時，使液體從貯液器流到目標配置電極2460中。2430表示液體從橋流到配置電極2460中。這裡橋是一條微電極線。這種橋配置具有連續流和基於液滴的系統的特點。它具有通道的所有優點，即，一旦橋配置電極被激勵，液體就將通過它流動，而無需對激勵時序和速度進行額外控制和考慮。同時它也具有基於液滴的系統的所有優點，即，一旦橋2415被去除激勵，則所有的液體都將被拉回到貯液器或者目標配置電極2460，並且在通道中不存在殘留液滴(dead volume)。一旦目標配置電極2460被填滿，則橋2415被去除激勵，以將來自貯液器2410的液體2430切斷，如圖24B所示。配置電極2460的液體填滿是自動化的，即，一旦橋和配置電極的所有微電極被液體填滿，則將停止從貯液器2410流出液體，因此這個過程的時序控制並不重要。可通過激勵適當的微電極2460以及橋的中斷點來精確地控制液體2430的產生。如圖24B所示，首先通過對微電極2416去除激勵然後對橋去除激勵，液體2430從貯液器2410斷開。這個過程將確保形成橋的大部分液體將被拉回到貯液器2410，並且液體2430將通過配置電極2460的微電極的數量而被精確地控制。在圖24B中，配置電極2460包括10×10個微電極。可定義配置電極的其它尺寸和形狀以產生不同的液體尺寸和形狀。圖24C說明液體橋的消失，並且通過激勵貯液器2410和配置電極2460產生液體2430。

如圖24D所示，在一實施方式中，可利用液體的相同產生過程來將液體切割成兩種子液體，如圖24D所示。在對配置電極2460去除激勵之後，橋配置電極2417和目標配置電極2471被激勵，液體從橋流到2470的區域中。對橋配置電極2417去除激勵，然後對配置電極2461和2471進行激勵，使得液體斷裂並形成兩種子液體2470和2430，如圖24E所示。只要配置電極2461和2471的尺寸被預先計算為期望的尺寸，這種切割處理就可產生不同尺寸的兩種子液體。

在另一實施方式中，圖25A-25C說明通過連續流微流體操作實施的混合過程。圖25A說明通過激勵橋2515和2525以及激勵配置電極2516和2526，液體從貯液器2510和2520經橋流到混合室2530中。這裡，與配置電極2516和2526相關聯的液體在形狀上發生改變以便進行更好的混合，此外液體的尺寸也不同以便進行比例混合(ratio mixing)。在配置電極2516和2526之間具有間隙，以防止過早混合。一旦液體填滿了配置電極2516和2526，則配置電極2530(10×10個微電極)被激勵，兩種液體將被混合，如圖25B所示。然後，兩個橋電極被去除激勵，如圖25C所示。

在這種簡單的混合微流體操作中，實際上所有的基礎微流體操作被解釋為：(1)產生：液體2516和2526以精確的方式自貯液器2510和2520產生；(2)切割：液體2516與液體2510被切斷，液體2526與液體2520被切斷；(3)輸送：橋2515和2525將液體輸送到混合室；以及(4)混合：液體2516和2526在2530處混合。很明顯，這種連續流技術不僅可用以執行所有的微流體操作，而且可以以更精確的方式執行，因為精度的解析度取決於小尺寸微電極。

在FPLOC中的微電極的形狀在物理上可以不同的方式實施。在本發明的一實施方式中，圖26A描述了方形微電極陣列，且其中之一被突出顯示為2601。6 x 6的微電極形成了配置電極2602。圖26A總共包括3 x 2個配置電極。在另一實施方式中，圖26B說明六邊形微電極陣列，且其中之一被突出顯示為2603。且6 x 6個微電極形成配置電極2604，在圖26B中有3 x 2個配置電極。六邊形微電極的交叉指型邊緣在沿著配置電極之間的間隙移動液滴時具有優勢。在又一實施方式中，圖26C說明佈置在牆磚佈局中的方形微電極的陣列，其中的一個微電極被突出顯示為2605。6×6個微電極構成配置電極2606，圖26C中有3×2個配置電極。六邊形微電極的交叉指型邊緣在沿著配置電極之間的間隙移動液滴時具有優勢，但這只發生在x軸上。還可實現很多其它形狀的微電極，而不僅限於這裡所討論的三種形狀。

儘管已經參照優選實施方式描述了本發明，所屬領域的技術人員將意識到，在不脫離本發明的精神和範圍的條件下可在形式和細節上作出各種改變。

100．．．微流體元件

120、121．．．玻璃底板

121．．．下底板

130．．．可控電極

140．．．地電極

160．．．疏水膜

170．．．介電絕緣體

180、371、372、720、730、1030、1035、1410、1411、2604、2606．．．電極

200．．．電極陣列200

210、311、510、520、521、610、710、1140、2416、2605．．．微電極

220、230、240、260、270、760、761、762、763、790、1040、1120、1231、1232、1233、1234、1235、1237、1239、1260、1330、1340、1370、1510、1511、1512、1610、1611、1612、1615、1616、1710、1711、1712、1713、1714、1715、1716、1820、1840、1910、1911、1912、2051、2071、2060、2140、2160、2210-2280、2310、2311、2312、2313、2314、2315、2316、2417、2460、2461、2471、2516、2526、2530、2601、2602．．．配置電極

150、151、152、250、430、440、450、540、541、550、651、750、751、752、940、951、952、953、1050、1115、1130、1145、1150、1160、1250、1350、1450、1550、1551’、1552’、1650、1651、1652、1750、1751、1752、1850、1870、1950、1951、1953、2050、2070、2050’、2051’、2060、2070’、2150、2290、2350、2351、2352、2353、2354、2355、2356．．．液滴

320、330、331、332、920、941、1015、1030、2410、2510、2520．．．貯液器

340．．．輸送路徑

350．．．檢測視窗

360、2530．．．混合室

410．．．頂板

420．．．電極板

511、531．．．地線

515、615、715、1170、1360．．．間隙

611．．．接地焊盤

711、840．．．地電極

740．．．箭頭

810．．．開關

820．．．蓋板

821．．．電極板

880．．．接地網

915．．．頂板

910．．．輸入埠

930．．．試劑

950．．．樣品

970．．．共面電極板

980．．．無源蓋

1180．．．血細胞

1420、1421、1422、1615、1616．．．電極列

1860．．．液體柱

2470、2430、2516、2526．．．液體

2415、2515、2525．．．橋

2603．．．微電極陣列

圖1A是概括說明常規的夾置的EWOD系統的橫截面視圖。

圖1B是概括說明在二維電極陣列上的常規EWOD的頂視圖。

圖2是說明微電極陣列的圖，其中微電極陣列中的配置電極(configured-electrode)可被配置成各種形狀和尺寸。

圖3A是不同形狀的配置電極和利用微電極陣列結構的LOC佈局的示意圖；

圖3B是傳統的物理蝕刻的結構的圖；

圖3C是配置電極的圖，其中說明貯液器和配置電極的放大部分。

圖4是說明混合系統結構的圖，其中混合系統結構具有可拆卸的、可調節的並且透明的頂板，用以適應最寬範圍的液滴尺寸和體積。

圖5A、5B和5C是說明接地網(ground grid)共面結構的圖；

圖6A和6B是接地焊盤(ground pad)的共面結構的圖；

圖7A、7B和7C是可程式設計接地焊盤的共面結構的圖；

圖8是說明混合板的圖；

圖9A、9B和9C說明樣品的載入；

圖9D和9E說明載入的樣品在貯液器上自定位(或自行定位)；

圖10是說明在EWOD微電極陣列結構下產生液滴的圖；

圖11A是說明利用液滴等分技術產生液滴的圖；

圖11B是說明通過液滴等分技術製備樣品的圖；

圖12是說明基於EWOD微電極陣列結構進行液滴輸送和沿所有方向被激勵的能力的圖；

圖13A、13B和13C是說明利用基於EWOD微電極陣列結構的臨時橋接技術輸送液滴的圖；

圖14A、14B和14C是說明在EWOD微電極陣列結構之下的電極列激勵的圖；

圖15A、15B和15C是說明基於EWOD微電極陣列結構的液滴切割的圖；

圖16A、16B和16C說明基於EWOD微電極陣列結構的液滴的精確切割的圖；

圖17A、17B、17C和17D是說明基於EWOD微電極陣列結構的液滴的對角線切割的圖；

圖18A、18B和18C是說明基於EWOD微電極陣列結構的液滴共面切割的圖；

圖19A和19B是說明基於EWOD微電極陣列結構的兩液滴合併/混合的圖；

圖20A、20B和20C是說明基於EWOD微電極陣列結構通過非均勻幾何移動來實現液滴快速混合的圖；

圖21A和21B是說明基於EWOD微電極陣列結構的非均勻往復混合器的簡圖；

圖22是顯示基於EWOD微電極陣列結構的迴圈混合器是示意圖；

圖23A、23B、23C、23D、23E和23F是說明基於EWOD微電極陣列結構的多層混合器的圖；

圖24A、24B和24C是通過連續流的激勵以說明產生液滴的圖；

圖24D和24E是通過練習流驅動切割流體的說明圖示；

圖25A、25B和25C是通過連續流驅動的液滴合併/混合的圖示；

圖26A說明方形微電極陣列；圖26B說明六邊形微電極陣列；以及

圖26C說明佈置在牆磚佈局中的方形微電極的陣列。

1231-1239、1260．．．配置電極

1250．．．液滴

Claims (39)

1. 一種在包括多個微電極的可程式設計EWOD微電極陣列中操縱液滴的方法，該方法包括：(a)構建包括多個微電極構成的陣列的底板，所述微電極設置在由介電絕緣層覆蓋的基板的頂表面；其中，每個微電極與接地機構中的至少一個接地元件連接；其中在介電絕緣層和接地元件的上部設置有疏水層，以形成與液滴疏水的表面；(b)操縱所述多個微電極以配置一組配置電極來產生微流體元件，並且按照選定的形狀和大小佈局，其中所述一組配置電極包括：第一配置電極，其包括陣列佈置的多個微電極；以及至少一個第二相鄰配置電極，其與該第一配置電極相鄰；所述液滴設置在第一配置電極的頂部並且與第二相鄰配置電極的部分重疊；以及(c)通過順序地施加驅動電壓激勵或去除激勵一個或多個選定的配置電極來順序地激勵或去除激勵所選定的配置電極以驅動液滴沿選定的路徑移動，來操縱多個配置電極之間的一個或多個液滴，其中所述接地機構為具有接地網、接地焊盤、或程式設計的接地焊盤的共面結構，以提供群組接地。
2. 如請求項1所述的方法，更包括操縱配置電極的多個微電極的數量，以控制液滴的尺寸和形狀。
3. 如請求項2所述的方法，其中所述配置電極包括至少一微電極。
4. 如請求項3所述的方法，其中所述一組配置電極的微流體元件包括貯液器、電極、混合室、檢測視窗、廢棄物貯存器、液滴路徑和指定功能電極。
5. 如請求項4所述的方法，其中所述微流體元件的佈 局包括輸入/輸出埠、貯液器、電極、混合室、檢測窗口、廢棄物貯存器、液滴路徑和電極網路的物理分配。
6. 如請求項1所述的方法，其中所述接地機構在雙平面結構的頂板上製造，所述頂板位於底板上方並且在所述頂板與所述底板之間具有間隙。
7. 如請求項1所述的方法，其中所述接地機構為具有無源頂蓋或不具有頂蓋的共面結構。
8. 如請求項1所述的方法，其中所述接地機構為利用可選擇開關將雙平面結構與共面結構組合的混合結構。
9. 如請求項1所述的方法，更包括適應寬範圍的、具有不同尺寸的液滴的方法，其中該接地機構在雙平面結構的頂板上製造，該頂板位於底板的上方且它們之間具有間隙；包括：(i)配置在所述頂板與所述底板之間的間隙距離的高度；(ii)配置所述配置電極的尺寸，以控制液滴的尺寸，使液滴接觸所述頂板和所述底板；以及(iii)配置所述配置電極的尺寸，以控制液滴的尺寸，使液滴僅接觸所述底板。
10. 如請求項1所述的方法，其中所述微電極可以以陣列形式佈置為圓形、方形、六邊蜂窩狀或疊磚形。
11. 一種在包括多個微電極的可程式設計EWOD微電極陣列中操縱液滴的方法，該方法包括：(a)構建包括多個微電極構成的陣列的底板，所述微電極設置在由介電絕緣層覆蓋的基板的頂表面；其中，每個微電極與接地機構中的至少一個接地元件連接；其中在介電絕緣層和接地元件的上部設置有疏水層，以形成與液滴疏水的表面； (b)操縱所述多個微電極以配置一組配置電極來產生微流體元件，並且按照選定的形狀和大小佈局，其中所述一組配置電極包括：第一配置電極，其包括陣列佈置的多個微電極；以及至少一個第二相鄰配置電極，其與該第一配置電極相鄰；所述液滴設置在第一配置電極的頂部並且與第二相鄰配置電極的部分重疊；(c)對第一配置電極去除激勵，及對第二相鄰配置電極進行激勵以將液滴從第一配置電極拉動到第二配置電極；以及(d)通過順序地施加驅動電壓激勵或去除激勵一個或多個選定的配置電極來順序地激勵或去除激勵所選定的配置電極以驅動液滴沿選定的路徑移動，來操縱多個配置電極之間的一個或多個液滴，其中所述接地機構為具有接地網、接地焊盤、或程式設計的接地焊盤的共面結構，以提供群組接地。
12. 如請求項11所述的方法，更包括通過利用三個配置電極分裂所述液滴，其中在處於中心的第一配置電極上裝載的液滴與兩個第二相鄰配置電極重疊，包括：(i)配置兩個臨時配置電極，所述臨時配置電極包括覆蓋裝載於該第一配置電極上的液滴的多條微電極線；(ii)激勵所述的兩個臨時配置電極；(iii)逐行地激勵以朝著所述兩個第二相鄰配置電極方向移動，並且對與中心最接近的線去除激勵，以朝著所述兩個第二相鄰配置電極拉動液滴；以及(iv)去除激勵兩個臨時配置電極，激勵所述兩個第二相鄰配置電極。
13. 如請求項11所述的方法，更包括通過利用三個配置電極分裂所述液滴，其中液滴裝載在處於中心的第一配置電極上，並且兩個相鄰配置電極不與液滴重疊，包括：(a)配置兩個臨時配置電極，所述臨時配置電極包括覆蓋裝載於該第一配置電極上的液滴的多條微電極線；(b)激勵所述的兩個臨時配置電極；(c)逐行地激勵以朝著兩個所述第二相鄰配置電極移動，並且對與中心最接近的線去除激勵，以朝著兩個所述第二相鄰配置電極拉動液滴；以及(d)去除激勵兩個臨時配置電極，激勵所述兩個第二相鄰配置電極。
14. 如請求項11所述的方法，更包括通過利用三個配置電極分裂所述液滴，其中在處於中心的第一配置電極上設置的液滴與兩個第二相鄰配置電極部分地重疊，包括：(i)去除激勵第一配置電極；以及(ii)激勵所述兩個第二相鄰配置電極從而拉動和切割液滴。
15. 如請求項12所述的方法，更包括沿對角線分裂液滴，包括：(i)將液滴設置在第一配置電極上；(ii)對所述第一配置電極去除激勵，並對與所述第一配置電極重疊的兩個沿對角線佈置的第二相鄰配置電極進行激勵，以朝著兩個沿對角線佈置的所述第二相鄰配置電極拉動液滴；以及(iii)對所述第一配置電極與兩個沿對角線佈置的所述第二相鄰配置電極之間的重疊區域去除激勵，以將液滴夾斷為兩個子液滴。
16. 如請求項11所述的方法，更包括將液滴重定位到 貯液器中，包括：(i)產生臨時配置電極，其中該臨時配置電極與貯液器的一部分重疊，並且液滴的一部分不與所述貯液器重疊；(ii)激勵該臨時配置電極，以拖動液滴，使液滴與所述貯液器至少部分地重疊；以及(iii)去除激勵該臨時配置電極，並對所述貯液器進行激勵，以將液滴拉到所述貯液器中。
17. 如請求項11所述的方法，更包括共面分裂的方法，其中包括：(i)配置與液滴重疊的薄帶式臨時配置電極；(ii)去除激勵該第一配置電極並激勵該薄帶式臨時配置電極；(iii)去除激勵該臨時配置電極；以及(iv)激勵第一配置電極和該第二相鄰配置電極。
18. 如請求項11所述的方法，更包括通過利用三個配置電極將兩液滴合併的方法，其中兩個第一配置電極被該第二相鄰配置電極分隔開，包括：(i)去除激勵所述兩個第一配置電極；以及(ii)激勵中間的該第二相鄰配置電極。
19. 如請求項18所述的方法，更包括變形混合的方法，包括：(i)產生兩個臨時配置電極以使兩個液滴的形狀變形；(ii)去除激勵所述兩個第一配置電極，並激勵所述兩個臨時配置電極；以及(iii)去除激勵所述兩個臨時配置電極並激勵中間的該第二相鄰配置電極。
20. 如請求項11所述的方法，更包括通過使液滴形狀變形來加速液滴內部混合的方法，其中包括：(i)產生臨時配置電極以使液滴形狀變形；(ii)去除激勵該第一配置電極並激勵該臨時配置電極；(iii)去除激勵該臨時配置電極並激勵該第一配置電極；以及(iv)重複對該臨時配置電極和該第一配置電極的去除激勵和激勵。
21. 如請求項11所述的方法，更包括通過使液滴內部迴圈來加速液滴內部的混合的方法，其中包括；(i)產生多個臨時配置電極以環繞液滴；以及(ii)沿順時針方向一次一個地激勵和去除激勵所述臨時配置電極中的每一個，以在迴圈運動中混合液滴。
22. 如請求項21所述的方法，更包括：沿逆時針方向一次一個地激勵和去除激勵所述臨時配置電極中的每一個。
23. 如請求項11所述的方法，更包括產生液滴的多層混合的方法，包括：(i)配置2×2陣列的配置電極，包括在第一對角位置上的兩個第一配置電極；(ii)產生位於所述2×2陣列的配置電極的中心的臨時配置電極；(iii)對所述臨時配置電極進行激勵，以合併來自所述兩個第一配置電極的兩個第一液滴；(iv)對所述臨時配置電極去除激勵，並對在第二對角位置上的兩個配置電極進行激勵；(v)對所述臨時配置電極去除激勵，以將液滴切割成 兩個第二液滴；(vi)通過對兩個額外的臨時配置電極進行激勵將兩個所述第二液滴輸送回在所述第一對角位置上的第一配置電極，然後對兩個所述額外的臨時配置電極去除激勵並對在所述第一對角位置上的兩個第一配置電極進行激勵，以完成輸送；(vii)對所述臨時配置電極進行激勵，以合併來自兩個所述第一配置電極的兩個第二液滴；以及(viii)重複對角線分裂、輸送和對角線合併。
24. 如請求項11所述的方法，更包括塑造液滴的方法，包括：(i)在貯液器中配置第一臨時配置電極；(ii)自裝載有液體的貯液器配置相鄰配置電極線；(iii)產生與所述貯液器中的液體重疊的、並與最近的相鄰配置電極重疊的第二臨時配置電極；(iv)對所述第一臨時配置電極進行激勵；(v)對所述第二臨時配置電極去除激勵，並對最近的相鄰配置電極進行激勵；以及(vi)對前一被激勵的相鄰配置電極去除激勵，並對線序列中的後一相鄰配置電極進行激勵，直到產生液滴為止。
25. 如請求項11所述的方法，更包括利用液滴等分技術來產生液滴的方法，包括：(i)產生用於期望液滴尺寸的目標配置電極；(ii)自裝載有液體的貯液器配置小尺寸相鄰配置電極線，所述液體連接到所述目標配置電極，其中所述小尺寸相鄰配置電極線的兩端與所述貯液器和所述目 標配置電極重疊；(iii)對所述目標配置電極進行激勵；(iv)沿著從貯液器側到所述目標配置電極的路徑，一次一個地對順序地裝載有微等分液滴的每一個小尺寸相鄰配置電極進行激勵和去除激勵；以及(v)重複小尺寸相鄰配置電極的激勵和去除激勵順序，以在所述目標配置電極中產生期望的液滴。
26. 如請求項25所述的方法，更包括執行預先計算所述微等分液滴的數量的步驟。
27. 如請求項11所述的方法，更包括利用液滴等分技術計算裝載在所述第一配置電極上的液滴的體積的方法，包括：(i)產生存儲配置電極；(ii)在所述第一配置電極的內部配置臨時配置電極；(iii)自裝載有與所述存儲配置電極連接的液滴的第一配置電極配置小尺寸相鄰配置電極線，其中所述小尺寸相鄰配置電極線的兩端與所述第一配置電極和所述存儲配置電極重疊；(iv)對所述臨時配置電極進行激勵；(v)對所述存儲配置電極進行激勵；(vi)沿著從第一配置電極側到所述存儲配置電極的路徑，一次一個地對順序地裝載有微等分液滴的每一個小尺寸相鄰配置電極進行激勵和去除激勵；以及(vii)重複小尺寸相鄰配置電極的激勵和去除激勵順序，以計算所述微等分液滴的總數。
28. 如請求項11所述的方法，更包括利用列激勵來移動液滴的方法，包括：(i)配置包括多列微電極的列配置電極；以及 (ii)通過沿著目標方向對所述列配置電極的子列進行激勵和去除激勵，來沖刷所述列配置電極上的液滴。
29. 如請求項11所述的方法，更包括沖刷電極表面上的殘留液滴的方法，包括：(i)配置列配置電極，所述列配置電極包括多列微電極並具有覆蓋所有殘留液滴的長度；以及(ii)通過沿著目標方向對所述列配置電極的子列進行激勵和去除激勵，來沖刷所述列配置電極上的所有殘留液滴。
30. 如請求項11所述的方法，其中貯液器裝有液體。
31. 如請求項11所述的方法，更包括利用連續流來產生不同形狀和尺寸的液體的方法，其中貯液器裝載有液體，包括：(i)配置用於期望液體尺寸和形狀的目標配置電極(ii)配置橋配置電極，所述橋配置電極包括微電極線並連接到所述貯液器和所述目標配置電極；(iii)對所述橋配置電極和所述目標配置電極進行激勵；以及(iv)通過首先對所述橋配置電極的、與所述目標配置電極最近的一組微電極去除激勵，來對所述橋配置電極去除激勵。
32. 如請求項11所述的方法，更包括利用連續流以受控尺寸和分裂比將液體分裂成兩種子液體的方法，其中貯液器裝載有液體，包括：(i)配置與液體重疊的、具有預定義的第一子液體 尺寸和形狀的第一目標配置電極；(ii)配置具有預定義的第二子液體尺寸和形狀的、第二目標配置電極；(iii)配置橋配置電極，所述橋配置電極包括微電極線並連接到所述第一目標配置電極和所述第二目標配置電極；(iv)對所述橋配置電極和所述第二目標配置電極進行激勵；(v)對所述橋配置電極去除激勵；以及(vi)對所述第一目標配置電極進行激勵。
33. 如請求項11所述的方法，更包括利用連續流以受控尺寸、形狀和合併比來合併兩種液體的方法，其中貯液器裝載有液體，包括：(i)配置混合配置電極；(ii)配置與所述混合配置電極重疊的第一目標配置電極和第二目標配置電極；(iii)配置第一橋配置電極，所述第一橋配置電極包括微電極線並連接到所述第一目標配置電極和第一液體源；(iv)配置第二橋配置電極，所述第二橋配置電極包括微電極線並連接到所述第二目標配置電極和第二液體源；(v)對所述第一橋配置電極和所述第二橋配置電極以及所述第一目標配置電極和所述第二目標配置電極進行激勵；(vi)對所述第一橋配置電極和所述第二橋配置電極去除激勵；以及(vii)對所述混合配置電極進行激勵。
34. 如請求項11所述的方法，更包括將液體裝載到貯 液器中的方法，包括：(i)將液體裝載到共面結構上；以及(ii)在液體上放置無源蓋。
35. 一種在包括多個微電極的可程式設計EWOD微電極陣列中操縱液滴的方法，該方法包括：(a)構建包括多個微電極構成的陣列的底板，所述微電極設置在由介電絕緣層覆蓋的基板的頂表面；其中，每個微電極與接地機構中的至少一個接地元件連接；其中在介電絕緣層和接地元件的上部設置有疏水層，以形成與液滴疏水的表面；(b)操縱所述多個微電極以配置一組配置電極來產生微流體元件，並且按照選定的形狀和大小佈局，其中所述一組配置電極包括：第一配置電極，其包括陣列佈置的多個微電極；以及至少一個第二相鄰配置電極，其與該第一配置電極相鄰；所述液滴設置在第一配置電極的頂部並且與第二相鄰配置電極的部分重疊；(c)配置不與該第一配置電極上的液滴重疊的第三相鄰配置電極；以及(d)通過順序地施加驅動電壓激勵或去除激勵一個或多個選定的配置電極來順序地激勵或去除激勵所選定的配置電極以驅動液滴沿選定的路徑移動，來操縱多個配置電極之間的一個或多個液滴。
36. 如請求項35所述的方法，其中該第三相鄰配置電極包括陣列排布的多個微電極。
37. 如請求項35所述的方法，更包括沿對角線移動液滴的方法，其中包括：(i)產生與部分液滴重疊的臨時配置電極，和產生第三相鄰配置電極； (ii)通過去除激勵該第一配置電極和激勵該臨時配置電極來將液滴從所述第一配置電極沿對角線輸送到所述第三相鄰配置電極上；以及(iii)去除激勵該臨時配置電極，並激勵該第三相鄰配置電極。
38. 如請求項35所述的方法，更包括沿所有方向移動液滴的方法，其中包括：(i)產生與部分液滴重疊的臨時配置電極，和產生第三相鄰配置電極；(ii)通過去除激勵該第一配置電極和激勵該臨時配置電極來將液滴從該第一配置電極輸送到該第三相鄰配置電極上；以及(iii)去除激勵該臨時配置電極，並激勵該第三相鄰配置電極。
39. 如請求項35所述的方法，更包括利用所述第一配置電極和與所述第一配置電極對齊的第三相鄰配置電極之間的橋接來移動液滴的方法，包括：(i)產生橋配置電極，所述橋配置電極包括所述第三相鄰配置電極以及與液滴重疊的延伸橋接區域；(ii)對所述第一配置電極去除激勵，並對所述橋配置電極進行激勵；以及(iii)對所述橋配置電極去除激勵，並對所述第三相鄰配置電極進行激勵。