TWI512383B - 光學感應式介電泳裝置 - Google Patents
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Description
本發明是關於一種光學感應式介電泳裝置。
在生物醫學科學之領域中，有效率地分離生物細胞而不傷害牠為關鍵技術，對於偵測腫瘤細胞、幹細胞、胚胎、細菌等尤其如此。然而，諸如光學鑷子(optical tweezers)、電泳、介電泳(dielectrophoresis)、行波介電泳(travelling-wave dielectrophoresis)、電旋轉、磁性鑷子、聲學捕集器以及流體動力流之習知細胞控制技術無法同時達成高解析度與高通量兩者，其中雖然光學鑷子可達成高解析度以捕獲單個粒子，但其僅具有約100 μm2
之控制面積。此外，光學鑷子達成107
W/cm2
之光強度，其易於造成局部過熱，易於造成細胞死亡或失活。因此，光學鑷子不適宜於長期手術。
此外，雖然電泳以及介電泳可達成高通量，但其不能達成高空間解析度，且其不能控制單個細胞。此外，介電泳流場(flow field)晶片通常具有單一功能，諸如，傳輸功能或分離功能。若
需要不同流場，則需要重新設計新的光罩以及執行塗佈、光微影以及蝕刻以產生固定電極，其成本較多且花費大量時間與精力。
本發明的一實施例提出一種光學感應式介電泳裝置。光學感應式介電泳裝置包括第一基板、第一導電層、第一圖案化光導體層、第一圖案化層、第二基板、第二導電層以及間隔物。第一導電層配置於第一基板上。第一圖案化光導體層配置於第一導電層上。第一圖案化層配置於第一導電層上。第一圖案化光導體層與第一圖案化層交替地分佈於第一導電層上。第一圖案化光導體層的電阻率不等於第一圖案化層的電阻率。第一基板以及第二基板中之至少一者對一光而言為可透光的。第二導電層配置於第二基板上且在第一基板與第二基板之間。當在第一導電層與第二導電層之間產生電壓差時，且當光照射於第一圖案化光導體層的一部分時，第一圖案化光導體層的此部分之導電率增大。間隔物連接第一基板與第二基板，其中包容空間形成於第一基板與第二基板之間。
本發明之一實施例提出一種光學感應式介電泳裝置。光學感應式介電泳裝置包括第一基板、第一導電層、第一光導體層、第一透鏡陣列、第二基板、第二導電層以及間隔物。第一基板對第一光而言為可透光的。第一導電層配置於第一基板上。第一光導體層配置於第一導電層上。第一透鏡陣列配置於第一基板上，且用以使第一光聚集至第一光導體層上。第二導電層配置於第二基板上且在第一基板與第二基板之間。當在第一導電層與第二導
電層之間產生電壓差時，且當第一光照射於第一光導體層的一部分時，第一光導體層的此部分之導電率增大。間隔物連接第一基板與第二基板，其中包容空間形成於第一基板與第二基板之間。
本發明的一實施例提出一種光學感應式介電泳裝置。光學感應式介電泳裝置包括第一基板、第一導電層、第一光導體層、第一圖案化遮罩、第二基板、第二導電層以及間隔物。第一基板對第一光而言為可透光的。第一導電層配置於第一基板上。第一光導體層配置於第一導電層上。第一圖案化遮罩配置於第一基板上，且用以屏蔽第一光之一部分。第二導電層配置於第二基板上且在第一基板與第二基板之間。當在第一導電層與第二導電層之間產生電壓差時，且當第一光之另一部分穿過第一圖案化遮罩且照射於第一光導體層的一部分時，第一光導體層的此部分之導電率增大。間隔物連接第一基板與第二基板，其中包容空間形成於第一基板與第二基板之間。
本發明之一實施例提出一種光學感應式介電泳裝置。光學感應式介電泳裝置包括第一基板、第一導電層、第一圖案化光導體層、第二基板、第二導電層以及間隔物。第一導電層配置於第一基板上。第一圖案化光導體層配置於第一導電層上，且與第一導電層直接接觸。第一基板以及第二基板中之至少一者對一光而言為可透光。第二導電層配置於第二基板上且在第一基板與第二基板之間。當在第一導電層與第二導電層之間產生電壓差時，且當此光照射於第一圖案化光導體層的一部分時，第一圖案化光導體層的此部分之導電率增大。間隔物連接第一基板與第二基板，其中包容空間形成於第一基板與第二基板之間。
為讓本發明的上述特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
50‧‧‧流體
60‧‧‧粒子
70‧‧‧樣本
100、100a~100j‧‧‧光學感應式介電泳裝置
110‧‧‧第一基板
120‧‧‧第一導電層
130、130a、130b、130c、130e、130k‧‧‧第一圖案化光導體層
132、132a‧‧‧光導體島狀物
132k‧‧‧光導體條
133b‧‧‧柵格形凹陷
133c‧‧‧圖案化凹陷
135b‧‧‧底表面
137b‧‧‧側表面
140、140a、140b、140c、140k‧‧‧第一圖案化層
142k‧‧‧條形結構
150‧‧‧第二基板
152‧‧‧入口
154‧‧‧出口
160‧‧‧第二導電層
170‧‧‧間隔物
180‧‧‧電源
190‧‧‧第一投影機
191‧‧‧光
192‧‧‧影像源
194‧‧‧投影鏡頭
210‧‧‧第二圖案化光導體層
210f‧‧‧第二光導體層
212‧‧‧光導體島狀物
220‧‧‧第二圖案化層
230‧‧‧第二投影機
231‧‧‧光
232‧‧‧影像源
234‧‧‧投影鏡頭
240、240n‧‧‧第一圖案化遮罩
242n‧‧‧屏蔽條
250‧‧‧第二圖案化遮罩
310、310m‧‧‧第一透鏡陣列
312、312m‧‧‧透鏡
320‧‧‧第二透鏡陣列
1911、1912、2311、2312‧‧‧光之部分
C‧‧‧包容空間
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
E‧‧‧電場
A‧‧‧區域
F‧‧‧界面
R‧‧‧電阻
r‧‧‧電阻
B‧‧‧凹陷部分
圖1A為根據例示性實施例的光學感應式介電泳裝置之立體示意圖。
圖1B為根據圖1A的光學感應式介電泳裝置之剖面示意圖。
圖1C繪示在圖1A中的光學感應式介電泳裝置中用光控制粒子。
圖1D為圖1A中的第一圖案化光導體層及第一圖案化層的另一變化之俯視示意圖。
圖2為根據另一例示性實施例的光學感應式介電泳裝置之剖面示意圖。
圖3為根據另一例示性實施例的光學感應式介電泳裝置之剖面示意圖。
圖4為根據另一例示性實施例的光學感應式介電泳裝置之剖面示意圖。
圖5為根據另一例示性實施例的光學感應式介電泳裝置之剖面示意圖。
圖6A為根據另一例示性實施例的光學感應式介電泳裝置之剖面示意圖。
圖6B為圖6A中的透鏡陣列之俯視圖。
圖6C為圖6A中的透鏡陣列之變化之俯視圖。
圖7為根據另一例示性實施例的光學感應式介電泳裝置之剖面示意圖。
圖8為根據另一例示性實施例的光學感應式介電泳裝置之剖面示意圖。
圖9為根據另一例示性實施例的光學感應式介電泳裝置之剖面示意圖。
圖10A為根據另一例示性實施例的光學感應式介電泳裝置之剖面示意圖。
圖10B為圖10A中的第一圖案化遮罩之俯視圖。
圖10C為圖10B中所繪示的第一圖案化遮罩之變化之俯視圖。
圖10D繪示在不受圖10A中繪示的第一圖案化遮罩屏蔽的情況下由光在連續光導體層上形成之光強度分佈。
圖10E繪示由光在圖10A中之第一光導體層上形成之光強度分佈。
圖11為根據另一例示性實施例的光學感應式介電泳裝置之剖面示意圖。
圖12繪示圖4中之光學感應式介電泳裝置以及具有連續且均勻光導體層且不具有透鏡陣列或圖案化遮罩的光學感應式介電泳裝置之粒子捕獲率。
圖1A為根據例示性實施例的光學感應式介電泳裝置之立體示意圖，圖1B為根據圖1A的光學感應式介電泳裝置之剖面
示意圖，圖1C繪示在圖1A中的光學感應式介電泳裝置中用光控制粒子，且圖1D為圖1A中的第一圖案化光導體層及第一圖案化層的另一變化之俯視示意圖。首先參看圖1A及圖1B，在此實施例中之光學感應式介電泳裝置100包括第一基板110、第一導電層120、第一圖案化光導體層130、第一圖案化層140、第二基板150、第二導電層160以及間隔物170。第一基板110以及第二基板150中之至少一者對光191而言為可透光的。在此實施例中，第一基板110以及第二基板150例如為對可見光透光之透明基板，且光191可為可見光。然而，在其他實施例中，光191可為不可見光，例如紅外(IR)光或紫外(UV)光。在此實施例中，第一基板110以及第二基板150可為玻璃基板或塑膠基板。
第一導電層120配置於第一基板110上。在此實施例中，第一導電層120為透明導電層，例如氧化銦錫(indium tin oxide；ITO)層。第一圖案化光導體層130配置於第一導電層120上。在此實施例中，第一圖案化光導體層130由氫化非晶矽(a-Si：H)、非晶硒(a：Se)或任何其他光導材料製成。此外，在一實施例中，第一圖案化光導體層130之厚度大於或等於500 nm且小於或等於2000 nm，使得第一圖案化光導體層130具有良好的光透射性質及良好的品質，且可產生較強電場E。第一圖案化層140配置於第一導電層120上。在此實施例中，第一圖案化層140為絕緣層。絕緣層可由氟化鋰或二氧化矽製成。第一圖案化光導體層130與第一圖案化層140交替地分佈於第一導電層120上。在此實施例中，第一圖案化光導體層130包括分離地分佈於第一導電層120上之多個光導體島狀物132，且第一圖案化層140為將光
導體島狀物132彼此分離之柵格形絕緣層。第一圖案化光導體層130的電阻率不等於第一圖案化層140的電阻率。在此實施例中，由於第一圖案化層140為絕緣層，因此第一圖案化光導體層130的電阻率小於第一圖案化層140的電阻率。第二導電層160配置於第二基板150上且在第一基板110與第二基板150之間。在此實施例中，第二導電層160為透明導電層，例如氧化銦錫(ITO)層。在此實施例中，可將黏著層(例如，緩衝層)配置於第一導電層120與第一圖案化光導體層130之間以改良第一圖案化光導體層130的品質。
間隔物170連接第一基板110與第二基板150，且包容空間C形成於第一基板110與第二基板150之間。在此實施例中，間隔物170為包圍包容空間且結合第一基板110與第二基板150之密封劑。在圖1A中，間隔物170被繪示為透明的，使讀者能看到光學感應式介電泳裝置100之內部。然而，在此實施例中，間隔物170為不透明的。在其他實施例中，間隔物170可為透明或半透明的。在此實施例中，第一基板110、第一導電層120、第一圖案化光導體層130、第一圖案化層140、第二基板150、第二導電層160以及間隔物170形成光學感應式介電泳晶片。
當在第一導電層120與第二導電層160之間產生電壓差時，且當光191照射於第一圖案化光導體層130的一部分時，第一圖案化光導體層130的此部分之導電率增大。具體而言，光學感應式介電泳裝置100可更包括第一投影機190，且光191為自第一投影機190投射出之影像光束。在此實施例中，第一投影機190包括用以發射影像光束(即光191)之影像源192，以及將影像光
束投射至第一圖案化光導體層130上之投影鏡頭194。影像源192可包括光閥以及照明系統，其中照明系統提供照射於光閥之照明光束，且光閥將照明光束轉換成影像光束。光閥可為數位微鏡裝置(digital micro-mirror device；DMD)、矽上液晶(liquid crystal on silicon；LCOS)、液晶(LC)面板或任一其他空間光調變器。然而，在其他實施例中，影像源192可為自發光顯示面板，例如發光二極體(light-emitting diode；LED)顯示面板或有機發光二極體(organic light-emitting diode；OLED)顯示面板。
此外，光學感應式介電泳裝置100亦可具有電源180，其用以施加第一導電層120與第二導電層160之間的電壓差。當光191照射於區域A時，且當在第一導電層120與第二導電層160之間產生電壓差時，光電效應使得在區域A內的第一圖案化光導體層130之部分的導電率增大。因此，源自第一導電層120、穿透第一圖案化光導體層130且到達包容空間C的電場E得以增強。光學感應式介電泳裝置100可具有入口152以及出口154。入口152以及出口154穿透第二基板150以及第二導電層160。樣本70可經由入口152輸入至包容空間C。樣本70可包括流體50及在流體50內含有之粒子60。在此實施例中，流體50為介質，且粒子60為細胞。由於在區域A上方的包容空間C之部分中存在較強電場E，因此在區域A周圍的電場E之梯度可推動在區域A周圍之粒子60(在圖1A以及圖1B中例示性地繪示了一粒子60，且在圖1C中繪示了多個粒子60)。影像光束(即光191)可由第一投影機190改變，以便改變投射至第一圖案化光導體層130上的影像。因此，被光191照射於之區域A產生變化。舉例而言，參看
圖1C，當改變區域A以使區域A向右移動時，在區域A附近之粒子60與區域A一起向右移動。在圖1C中將被光191照射於之區域A例示性地繪示為條形。然而，第一投影機190可自由地改變區域A之形狀以滿足各種要求。舉例而言，區域A可為圓形，且圓形之半徑隨時間減小，使得粒子60可被聚集。區域A之形狀可為包括任一規則形狀或任一不規則形狀之任一形狀，因此，可單一地移動或共同地移動粒子60。因此，光學感應式介電泳裝置可達成各種粒子控制(例如，細胞控制)。換言之，第一圖案化光導體層130可作為虛擬電極，且虛擬電極之形狀可被光191自由地改變，以便達成各種粒子控制。
在此實施例中，由於第一圖案化光導體層130經圖案化，例如，包括多個被第一圖案化層140(亦即，柵格形絕緣層)分離之光導體島狀物132，因此，在第一圖案化層140上方的電場E比在第一圖案化光導體層130上方的電場E小得多。結果，電場E之梯度得以增強，且由於梯度愈大，施加至粒子60之力愈大，故由光191照射於之區域A之改變可因此更有效率地控制粒子60。
攝影機可配置於第二基板150或第一基板110旁以監視粒子60以及區域A之改變，因此可良好地控制粒子60之移動。
在另一實施例中，參看圖1D，第一圖案化光導體層130k包括多個光導體條132k，且第一圖案化層140k包括多個條形結構142k。光導體條132k與條形結構142k是沿著第一方向D1交替地排列，且光導體條132k以及條形結構142k沿著第二方向D2延伸。在此實施例中，第一方向D1實質上與第二方向D2垂直。
圖2為根據另一例示性實施例的光學感應式介電泳裝置
之剖面示意圖。參看圖2，在此實施例中之光學感應式介電泳裝置100a類似於圖1B中之光學感應式介電泳裝置100，且其間之主要差異為如下。在光學感應式介電泳裝置100a中，第一圖案化光導體層130a與第一圖案化層140a的界面F相對於第一導電層120傾斜。舉例而言，在此實施例中，光導體島狀物132a具有傾斜之側表面。然而，在圖1B中，光導體島狀物132可具有鉛直側表面。
圖3為根據另一例示性實施例的光學感應式介電泳裝置之剖面示意圖。參看圖3，在此實施例中之光學感應式介電泳裝置100b類似於圖1B中之光學感應式介電泳裝置100，且其間之主要差異為如下。在光學感應式介電泳裝置100b中，第一圖案化光導體層130b為具有柵格形凹陷133b之連續層，且第一圖案化層140b為嵌入於柵格形凹陷133b中之柵格形絕緣層。柵格形凹陷133b以及第一圖案化層140b之柵格形狀的俯視圖與圖1A中繪示之柵格形狀相同或類似。然而，在另一實施例中，第一圖案化光導體層130b可為具有多個條紋形凹陷之連續層，且第一圖案化層140b可為嵌入於條紋形凹陷中之條紋形絕緣層。條紋形凹陷以及條紋形絕緣層之條紋形狀的俯視圖與圖1D中的第一圖案化層140k之條紋形狀相同或類似。
圖4為根據另一例示性實施例的光學感應式介電泳裝置之剖面示意圖。參看圖4，在此實施例中之光學感應式介電泳裝置100c類似於圖3中之光學感應式介電泳裝置100b，且其間之主要差異為如下。在光學感應式介電泳裝置100c中，第一圖案化光導體層130c為具有圖案化凹陷133c的連續層，且第一圖案化層140c為配置於圖案化凹陷133c內部的金屬層。金屬層可由具有良好導
電率之金或任何其他金屬製成。在此實施例中，圖案化凹陷133c包括多個彼此分離之點凹陷。點凹陷之形狀之俯視圖與圖1A中繪示的光導體島狀物132之形狀之俯視圖相同或類似。然而，在其他實施例中，圖案化凹陷133可為柵格形凹陷，且柵格形凹陷之柵格形狀與圖1A中的第一圖案化層140之柵格形狀相同或類似。或者，圖案化凹陷133可包括多個條紋形凹陷，且條紋形凹陷之條紋形狀與圖1D中展示的第一圖案化光導體層130k之形狀相同或類似。在此實施例中，將金屬層(即第一圖案化層140c)配置於圖案化凹陷133c的側表面137b與底表面135b上。然而，在另一實施例中，可將金屬層(即第一圖案化層)配置於圖案化凹陷133c的底表面135b上，而不配置於圖案化凹陷133c的側表面137b上。
在此實施例中，圖案化光導體層13oc的電阻率小於第一圖案化層140c的電阻率。此外，在此實施例中，在垂直於第一導電層120之方向上未被第一圖案化層140c覆蓋的圖案化光導體層130c的部分之電阻為R，且在垂直於第一導電層120之方向上第一圖案化層140c之電阻加上圖案化光導體層130c的在第一圖案化層140c下的部分之電阻為r，如在圖4中之放大圖中所繪示。
由於電阻R與電阻r為並聯，故電阻R與電阻r之等效電阻為，其小於R且小於r。因此，圖案化光導體層130c與第一
圖案化層140c的等效電阻有效地減少，使得光學感應式介電泳裝置適用於具有較高導電率之介質。
圖5為根據另一例示性實施例的光學感應式介電泳裝置之剖面示意圖。參看圖5，在此實施例中之光學感應式介電泳裝置
100d類似於圖1B中之光學感應式介電泳裝置100，且其間之主要差異為如下。在此實施例中，光學感應式介電泳裝置100d更包括第二圖案化光導體層210以及第二圖案化層220。第二圖案化光導體層210配置於第二導電層160上，且第二圖案化層220配置於第二導電層160上。第二圖案化光導體層210與第二圖案化層220交替地分佈於第二導電層160上，且第二圖案化光導體層210的電阻率不等於第二圖案化層220的電阻率。第二圖案化光導體層210與第二圖案化層220配置於第二導電層160與第一圖案化光導體層130之間。當在第一導電層120與第二導電層160之間產生電壓差時，且當光231照射於第二圖案化光導體層210的一部分時，第二圖案化光導體層210的此部分之導電率增大。第二圖案化光導體層210的形狀以及材料可與第一圖案化光導體層130的形狀以及材料相同或類似。舉例而言，第二圖案化光導體層210亦可包括彼此分離之多個光導體島狀物212。第二圖案化層220的形狀以及材料可與第一圖案化層140的形狀以及材料相同或類似。
在此實施例中，光學感應式介電泳裝置100d更包括第二投影機230，且光231(即影像光束)自第二投影機230投射至第二圖案化光導體層210上。第二投影機230之類型以及組態與第一投影機190之類型以及組態相同或類似。舉例而言，第二投影機230亦可包括影像源232以及投影鏡頭234。由於光學感應式介電泳裝置100d具有作為兩個相對的虛擬電極之第一圖案化光導體層130與第二圖案化光導體層210，因此在區域A周圍之電場E較強，且在區域A周圍之電場E之梯度較大。因此，光學感應式
介電泳裝置100d可達成較好的粒子控制。
在其他實施例中，圖2中之光學感應式介電泳裝置100a亦可經修改以具有與第一圖案化光導體層130a相同或類似但配置於第二導電層160上的第二圖案化光導體層，且具有與第一圖案化層140a相同或類似但配置於第二導電層160上的第二圖案化層，且具有與第一投影機190相同或類似但配置於第二基板150旁之第二投影機。圖3中之光學感應式介電泳裝置100b亦可經修改以具有與第一圖案化光導體層130b相同或類似但配置於第二導電層160上的第二圖案化光導體層，且具有與第一圖案化層140b相同或類似但配置於第二導電層160上的第二圖案化層，且具有與第一投影機190相同或類似但配置於第二基板150旁之第二投影機。此外，圖4中之光學感應式介電泳裝置100c亦可經修改以具有與第一圖案化光導體層130c相同或類似但配置於第二導電層160上的第二圖案化光導體層，且具有與第一圖案化層140c相同或類似但配置於第二導電層160上的第二圖案化層，且具有與第一投影機190相同或類似但配置於第二基板150旁之第二投影機。
圖6A為根據另一例示性實施例的光學感應式介電泳裝置之剖面示意圖，圖6B為圖6A中的第一透鏡陣列之俯視圖，且圖6C為圖6A中的第一透鏡陣列之變化之俯視圖。首先參看圖6A以及圖6B，在此實施例中之光學感應式介電泳裝置100e類似於圖1B中之光學感應式介電泳裝置100，且其間之主要差異為如下。在光學感應式介電泳裝置100e中，配置於第一導電層120上之第一光導體層130e為未被圖案化之連續層，且光學感應式介電泳裝置100e不具有圖1B中繪示之第一圖案化層140。然而，光
學感應式介電泳裝置100e更包括配置於第一基板上且用以將光191聚集至第一光導體層130e上之第一透鏡陣列310。在此實施例中，第一透鏡陣列310包括排列成二維陣列之多個透鏡312，且透鏡312可為凸透鏡。然而，在如圖6C中繪示之另一實施例中，第一透鏡陣列310m包括排列成一維陣列之多個透鏡312m，且透鏡312m可為具有在單一方向(例如第一方向D1)上彎曲之凸表面的雙凸透鏡。透鏡312m可沿著第一方向D1排列，且每一透鏡312m可沿著第二方向D2延伸。在此實施例中，第一光導體層130e之材料可與第一圖案化光導體層130之材料相同或類似。
在光191穿過第一透鏡陣列310後，透鏡312在第一光導體層130e上形成多個分離光點，使得第一光導體層130e之發生光電效應的部分彼此分離，其類似於由光191照射於分離的多個光導體島狀物132之情形。因此，在區域A周圍之電場E之梯度得以增強，使得光學感應式介電泳裝置100e可達成較好的粒子控制。
圖7為根據另一例示性實施例的光學感應式介電泳裝置之剖面示意圖。參看圖7，在此實施例中之光學感應式介電泳裝置100f類似於圖6A中之光學感應式介電泳裝置100e，且其間之主要差異為如下。在此實施例中，光學感應式介電泳裝置100f更包括第二光導體層210f以及第二透鏡陣列320。第二光導體層210f配置於第二導電層160上，且第二光導體層210f配置於第二導電層160與第一光導體層130e之間。第二透鏡陣列320配置於第二基板150上，且用以將光231聚集至第二光導體層210f上。當在第一導電層120與第二導電層160之間產生電壓差時，且當光231
照射於第二光導體層210f之一部分時，第二光導體層210f之此部分之導電率增大。光學感應式介電泳裝置100f亦包括如圖5中繪示之第二投影機230。第二光導體層210f之材料可與第一光導體層130e之材料相同或類似。
圖8為根據另一例示性實施例的光學感應式介電泳裝置之剖面示意圖。參看圖8，在此實施例中之光學感應式介電泳裝置100g類似於圖6A中之光學感應式介電泳裝置100e且類似於圖1B中之光學感應式介電泳裝置100，且其間之主要差異為如下。圖8中之光學感應式介電泳裝置100g採用圖6A中繪示之第一透鏡陣列310，且採用圖1B中繪示之第一圖案化光導體層130以及第一圖案化層140。由於第一透鏡陣列310以及第一圖案化光導體層130增大了在區域周圍的電場E之梯度，因此使得光學感應式介電泳裝置可達成改良之粒子控制。
在此實施例中，兩個鄰近光導體島狀物132之間的間隙之寬度小於第一透鏡陣列310之間距。
圖9為根據另一例示性實施例的光學感應式介電泳裝置之剖面示意圖。參看圖9，在圖9中之此實施例中之光學感應式介電泳裝置100h類似於圖7中之光學感應式介電泳裝置100f，且類似於圖5中之光學感應式介電泳裝置100d，且其間之主要差異為如下。光學感應式介電泳裝置100h採用圖7中繪示之第一透鏡陣列310、第二透鏡陣列320、第一投影機190以及第二投影機230，且採用圖5中繪示之第一圖案化光導體層130、第一圖案化層140、第二圖案化光導體層210以及第二圖案化層220。
圖10A為根據另一例示性實施例的光學感應式介電泳
裝置之剖面示意圖，圖10B為圖10A中的第一圖案化遮罩之俯視圖，圖10C為圖10B中的第一圖案化遮罩之變化之俯視圖，圖10D繪示在不受圖10A中繪示的第一圖案化遮罩屏蔽的情況下由光在連續光導體層上形成之光強度分佈，且圖10E繪示由光在10A中之第一光導體層上形成之光強度分佈。首先參看圖10A至圖10E，在此實施例中之光學感應式介電泳裝置100i類似於圖7中之光學感應式介電泳裝置100f，且其間之主要差異為如下。在光學感應式介電泳裝置100i中，第一透鏡陣列310以及第二透鏡陣列320分別被第一圖案化遮罩240以及第二圖案化遮罩250取代。第一圖案化遮罩240配置於第一基板110上，且用以屏蔽光191之一部分，且第二圖案化遮罩250配置於第二基板150上且用以屏蔽光231之一部分。具體而言，光191之部分1911由第一圖案化遮罩240屏蔽，且光191之部分1912穿過第一圖案化遮罩240以照射於第一光導體層130e。此外，光231之部分2311由第二圖案化遮罩250屏蔽，且光231之部分2312穿過第二圖案化遮罩250以照射於第二光導體層210f。在此實施例中，第一圖案化遮罩240為柵格形，如圖10B中所繪示。然而，在另一實施例中，第一圖案化遮罩240n可為條紋形。具體而言，第一圖案化遮罩240n可包括沿著第一方向D1排列且沿著第二方向D2延伸之多個屏蔽條242n。此外，第二圖案化遮罩250可為柵格形(如圖10B中所繪示)或條紋形(如圖10C中所繪示)。
當不使用第一圖案化遮罩240時，由光191沿著第一方向D1在第一光導體層130e上形成之光分佈如圖10D中所繪示。在此實施例中，由光191在第一光導體層130e上形成之沿著第一
方向D1的光分佈如圖10E中所繪示。圖10E中的光分佈之凹陷部分B由屏蔽光191之部分1911的第一圖案化遮罩240造成。結果，在圖10E中之凹陷部分B周圍的光強度之斜率大於圖10D中的在相對兩側的光強度分佈之斜率。因此，圖10E中之光強度分佈可造成在由光191照射於的區域A'周圍之電場E之較大梯度，使得在此實施例中之光學感應式介電泳裝置100i可達成較好的粒子控制。
在另一實施例中，亦可以不使用第二圖案化遮罩250、第二光導體層210f以及第二投影機230。
在此實施例中，第一圖案化遮罩240配置於第一基板110之背對第一導電層120的表面上。然而，在另一實施例中，第一圖案化遮罩240可配置於第一導電層120與第一基板110之間或第一導電層120與第一光導體層130e之間。在此實施例中，第二圖案化遮罩250配置於第二基板150之背對第二導電層160的表面上。然而，在另一實施例中，第二圖案化遮罩250可配置於第二導電層160與第二基板150之間或第二導電層160與第二光導體層210f之間。
圖11為根據另一例示性實施例的光學感應式介電泳裝置之剖面示意圖。參看圖11，在此實施例中之光學感應式介電泳裝置100j類似於圖5中之光學感應式介電泳裝置100d，且其間之主要差異為如下。在此實施例中，光學感應式介電泳裝置100j不具有圖5中之第一圖案化層140以及第二圖案化層220。此外，第一圖案化光導體層130與第一導電層120直接接觸，且第二圖案化光導體層210與第二導電層160直接接觸。當樣本70之導電率
低時，填充於兩個鄰近的光導體島狀物132之間的間隙中之樣本70類似絕緣體，如同圖1B中繪示之第一圖案化層。因此，電場E之梯度增大，使得光學感應式介電泳裝置100j亦可達成良好的粒子控制。
在另一實施例中，可自圖11移除第二圖案化光導體層210以及第二投影機230。
圖12繪示圖4中之光學感應式介電泳裝置以及具有連續且均勻光導體層且不具有透鏡陣列或圖案化遮罩的光學感應式介電泳裝置之粒子捕獲率。參看圖4以及圖12，圖12中之光掃描速率是指區域A之移動速率。圖12中之粒子捕獲率是指粒子60成功地隨區域A之移動而移動之百分比。空白非晶矽是指自具有連續且均勻的光導體層且不具有透鏡陣列或圖案化遮罩的光學感應式介電泳裝置獲得之資料。6 μm金點意謂自在具有6 μm之寬度之點凹陷且其內部具有由金(Au)製成的第一圖案化層140c的圖4中之光學感應式介電泳裝置100c所獲得的資料。3 μm Au點意謂自在具有3 μm之寬度之點凹陷且其內部具有由金(Au)製成的第一圖案化層140c的圖4中之光學感應式介電泳裝置100c所獲得的資料。自圖12可知，圖4中之光學感應式介電泳裝置100c具有比具有連續且均勻的光導體層且不具有透鏡陣列或圖案化遮罩的光學感應式介電泳裝置之粒子捕獲率好的粒子捕獲率。
可按各種方式組合以上實施例(圖1A至圖11中所繪示)之至少部分以形成各種其他實施例。
綜上所述，由於根據例示性實施例之光學感應式介電泳裝置具有圖案化光導體層、透鏡陣列或圖案化遮罩，因此在由光
照射於之區域周圍的電場之梯度得以增大。所以，光學感應式介電泳裝置達成良好的粒子控制。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
50‧‧‧流體
60‧‧‧粒子
70‧‧‧樣本
100‧‧‧光學感應式介電泳裝置
110‧‧‧第一基板
120‧‧‧第一導電層
130‧‧‧第一圖案化光導體層
132‧‧‧光導體島狀物
140‧‧‧第一圖案化層
150‧‧‧第二基板
152‧‧‧入口
154‧‧‧出口
160‧‧‧第二導電層
170‧‧‧間隔物
180‧‧‧電源
190‧‧‧第一投影機
191‧‧‧光
192‧‧‧影像源
194‧‧‧投影鏡頭
C‧‧‧包容空間
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
Claims (35)
- 一種光學感應式介電泳裝置，包括：一第一基板；一第一導電層，配置於該第一基板上；一第一圖案化光導體層，配置於該第一導電層上；一第一圖案化層，配置於該第一導電層上，其中該第一圖案化光導體層及該第一圖案化層交替地分佈於該第一導電層上，且該第一圖案化光導體層的電阻率不等於該第一圖案化層的電阻率；一第二基板，其中該第一基板以及該第二基板中之至少一者對一光而言為可透光的；一第二導電層，配置於該第二基板上且在該第一基板與該第二基板之間，其中當在該第一導電層與該第二導電層之間產生電壓差時，且當該光照射於該第一圖案化光導體層的一部分時，該第一圖案化光導體層的該部分之導電率增大；以及一間隔物，連接該第一基板與該第二基板，其中一包容空間形成於該第一基板與該第二基板之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學感應式介電泳裝置，其中該第一圖案化光導體層包括分離地分佈於該第一導電層上之多個光導體島狀物，且該第一圖案化層為將該光導體島狀物彼此分離之柵格形絕緣層。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學感應式介電泳裝置，其中該第一圖案化光導體層為具有一柵格形凹陷或多個條紋形凹陷之連續層，且該第一圖案化層為嵌入於該柵格形凹陷或該些條形 凹陷中之柵格形或條紋形絕緣層。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學感應式介電泳裝置，其中該第一圖案化光導體層與該第一圖案化層的界面相對於該第一導電層傾斜。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學感應式介電泳裝置，其中該第一圖案化光導體層具有圖案化凹陷，且該第一圖案化層為配置於該圖案化凹陷內部的金屬層。
- 如申請專利範圍第5項所述之光學感應式介電泳裝置，其中該金屬層配置於該圖案化凹陷的底表面上。
- 如申請專利範圍第5項所述之光學感應式介電泳裝置，其中該金屬層配置於該圖案化凹陷的側表面以及底表面上。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學感應式介電泳裝置，更包括一第一投影機，其中該光為從該第一投影機投射出之一影像光束。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學感應式介電泳裝置，其中該第一圖案化光導體層包括多個光導體條，該第一圖案化層包括多個條形結構，該些光導體條與該些條形結構沿著一第一方向交替排列，且該些光導體條以及該些條形結構沿著一第二方向延伸。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學感應式介電泳裝置，更包括：一第二圖案化光導體層，配置於該第二導電層上；以及一第二圖案化層，配置於該第二導電層上，其中該第二圖案化光導體層與該第二圖案化層交替地分佈於該第二導電層上，該 第二圖案化光導體層的電阻率不等於該第二圖案化層的電阻率，該第二圖案化光導體層以及該第二圖案化層配置於該第二導電層與該第一圖案化光導體層之間，其中當在該第一導電層與該第二導電層之間產生該電壓差時，且當該光照射於該第二圖案化光導體層之一部分時，該第二圖案化光導體層之該部分的導電率增大。
- 如申請專利範圍第10項所述之光學感應式介電泳裝置，其中該第二圖案化光導體層包括分離地分佈於該第二導電層上之多個光導體島狀物，且該第二圖案化層為將該光導體島狀物彼此分離之柵格形絕緣層。
- 如申請專利範圍第10項所述之光學感應式介電泳裝置，其中該第二圖案化光導體層為具有一柵格形凹陷或多個條紋形凹陷之連續層，且該第二圖案化層為嵌入於該柵格形凹陷或該些條形凹陷中之柵格形或條紋形絕緣層。
- 如申請專利範圍第10項所述之光學感應式介電泳裝置，其中該第二圖案化光導體層與該第二圖案化層的界面相對於該第二導電層傾斜。
- 如申請專利範圍第10項所述之光學感應式介電泳裝置，其中該第二圖案化光導體層具有圖案化凹陷，且該第二圖案化層為配置於該圖案化凹陷內部的金屬層。
- 如申請專利範圍第14項所述之光學感應式介電泳裝置，其中該金屬層配置於該圖案化凹陷的底表面上。
- 如申請專利範圍第14項所述之光學感應式介電泳裝置，其中該金屬層配置於該圖案化凹陷的側表面以及底表面上。
- 如申請專利範圍第10項所述之光學感應式介電泳裝置， 更包括一第一投影機以及一第二投影機，其中該光包括一第一影像光束以及一第二影像光束，該第一影像光束自該第一投影機投射至該第一圖案化光導體層上，且該第二影像光束自該第二投影機投射至該第二圖案化光導體層上。
- 如申請專利範圍第10項所述之光學感應式介電泳裝置，其中該第二圖案化光導體層包括多個光導體條，該第二圖案化層包括多個條形結構，該些光導體條與該些條形結構沿著一第一方向交替地排列，且該些光導體條以及該些條形結構沿著一第二方向延伸。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學感應式介電泳裝置，更包括配置於該第一基板上之一透鏡陣列，其中該第一基板對該光而言為可透光的，且該透鏡陣列用以將該光聚集至該第一圖案化光導體層上。
- 一種光學感應式介電泳裝置，包括：一第一基板，其對一第一光而言為可透光的；一第一導電層，配置於該第一基板上；一第一光導體層，配置於該第一導電層上；一第一透鏡陣列，配置於該第一基板上，且用以使該第一光聚集至該第一光導體層上；一第二基板；一第二導電層，配置於該第二基板上且在該第一基板與該第二基板之間，其中當在該第一導電層與該第二導電層之間產生電壓差時，且當該第一光照射於該第一光導體層的部分時，該第一光導體層的該部分之導電率增大；以及 一間隔物，連接該第一基板與該第二基板，其中一包容空間形成於該第一基板與該第二基板之間。
- 如申請專利範圍第20項所述之光學感應式介電泳裝置，其中該第一透鏡陣列包括排列成一維陣列或按二維陣列配置之多個透鏡。
- 如申請專利範圍第20項所述之光學感應式介電泳裝置，更包括一第一投影機，其中該第一光為自該第一投影機投射出之影像光束。
- 如申請專利範圍第20項所述之光學感應式介電泳裝置，更包括：一第二光導體層，配置於該第二導電層上，其中該第二光導體層配置於該第二導電層與該第一光導體層之間，且該第二基板對一第二光而言為可透光的；以及一第二透鏡陣列，配置於該第二基板上且用以將該第二光聚集至該第二光導體層上，其中當在該第一導電層與該第二導電層之間產生該電壓差時，且當該第二光照射於該第二光導體層之一部分時，該第二光導體層之該部分的導電率增大。
- 如申請專利範圍第23項所述之光學感應式介電泳裝置，其中該第二透鏡陣列包括排列成一維陣列或按二維陣列配置之多個透鏡。
- 如申請專利範圍第23項所述之光學感應式介電泳裝置，更包括一第一投影機以及一第二投影機，其中該第一光自該第一投影機投射至該第一光導體層上，且該第二光自該第二投影機投射至該第二光導體層上。
- 一種光學感應式介電泳裝置，包括：一第一基板，其對一第一光而言為可透光的；一第一導電層，配置於該第一基板上；一第一光導體層，配置於該第一導電層上；一第一圖案化遮罩，配置於該第一基板上，且用以屏蔽該第一光之一部分；一第二基板；一第二導電層，配置於該第二基板上且在該第一基板與該第二基板之間，其中當在該第一導電層與該第二導電層之間產生電壓差時，且當該第一光之另一部分穿過該第一圖案化遮罩且照射於該第一光導體層之一部分時，該第一光導體層的該部分之導電率增大；以及一間隔物，連接該第一基板與該第二基板，其中一包容空間形成於該第一基板與該第二基板之間。
- 如申請專利範圍第26項所述之光學感應式介電泳裝置，其中該第一圖案化遮罩為柵格形或條形。
- 如申請專利範圍第26項所述之光學感應式介電泳裝置，更包括一第一投影機，其中該第一光為從該第一投影機投射出之影像光束。
- 如申請專利範圍第26項所述之光學感應式介電泳裝置，更包括：一第二光導體層，配置於該第二導電層上，其中該第二光導體層配置於該第二導電層與該第一光導體層之間，且該第二基板對一第二光而言為可透光的；以及 一第二圖案化遮罩，配置於該第二基板上且用以屏蔽該第二光之一部分，其中當在該第一導電層與該第二導電層之間產生該電壓差時，且當該第二光之另一部分穿過該第二圖案化遮罩且照射於該第二圖案化光導體層的一部分時，該第二圖案化光導體層的該部分之導電率增大。
- 如申請專利範圍第29項所述之光學感應式介電泳裝置，其中該第二圖案化遮罩為柵格形或條形。
- 如申請專利範圍第29項所述之光學感應式介電泳裝置，更包括一第一投影機以及一第二投影機，其中該第一光自該第一投影機投射至該第一光導體層上，且該第二光自該第二投影機投射至該第二光導體層上。
- 一種光學感應式介電泳裝置，包括：一第一基板；一第一導電層，配置於該第一基板上；一第一圖案化光導體層，配置於該第一導體層上且與該第一導體層直接接觸；一第二基板，其中該第一基板以及該第二基板中之至少一者對於一光而言為可透光的；一第二導電層，配置於該第二基板上且在該第一基板與該第二基板之間，其中當在該第一導電層與該第二導電層之間產生電壓差時，且當該光照射於該第一圖案化光導體層的一部分時，該第一圖案化光導體層的該部分之導電率增大；以及一間隔物，連接該第一基板與該第二基板，其中一包容空間形成於該第一基板與該第二基板之間。
- 如申請專利範圍第32項所述之光學感應式介電泳裝置，其中該第一圖案化光導體層包括分離地分佈於該第一導電層上之多個光導體島狀物。
- 如申請專利範圍第32項所述之光學感應式介電泳裝置，其中該第一圖案化光導體層為具有一柵格形凹陷或多個條紋形凹陷之一連續層。
- 如申請專利範圍第32項所述之光學感應式介電泳裝置，其中該第一圖案化光導體層包括多個光導體條，該些光導體條沿著一第一方向分離地排列，且每一該光導體條中沿著一第二方向延伸。
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