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特許6802709同じマイクロ流体装置におけるＤＥＰ操作デバイスおよび制御可能なエレクトロウェッティングデバイスの提供
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6802709
(24)【登録日】2020年12月1日
(45)【発行日】2020年12月16日
(54)【発明の名称】同じマイクロ流体装置におけるＤＥＰ操作デバイスおよび制御可能なエレクトロウェッティングデバイスの提供
(51)【国際特許分類】
B01J 19/00 20060101AFI20201207BHJP
G01N 27/447 20060101ALI20201207BHJP
G01N 35/08 20060101ALI20201207BHJP
G01N 37/00 20060101ALI20201207BHJP
C12M 1/34 20060101ALI20201207BHJP
【ＦＩ】
B01J19/00 321
G01N27/447 331A
G01N35/08 A
G01N37/00 101
C12M1/34 B
【請求項の数】35
【全頁数】28
(21)【出願番号】特願2016-561772(P2016-561772)
(86)(22)【出願日】2015年4月25日
(65)【公表番号】特表2017-519618(P2017-519618A)
(43)【公表日】2017年7月20日
(86)【国際出願番号】US2015027680
(87)【国際公開番号】WO2015164847
(87)【国際公開日】20151029
【審査請求日】2018年3月30日
(31)【優先権主張番号】14/262,200
(32)【優先日】2014年4月25日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】14/262,140
(32)【優先日】2014年4月25日
(33)【優先権主張国】US
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】514304762
【氏名又は名称】バークレー ライツ，インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】カンドロス，イゴール ワイ．
(72)【発明者】
【氏名】マレオ，ダニエル
(72)【発明者】
【氏名】ネビル，ジェイ． タナー
(72)【発明者】
【氏名】ショート，スティーブン ダブリュー．
(72)【発明者】
【氏名】ウー，ミン シー．
【審査官】
中村 泰三
(56)【参考文献】
【文献】
国際公開第２０１４／０３６９１５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２０１３−０７８７５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００７−５３７７２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１１−５２３０６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００６−２２０６０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１２−５２２５１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００５−５３１４０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２００６／００９１０１５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
Shih-Kang Fan et al.，Cross-scale electric manipulations of cells and droplets by frequency-modulated dielectrophoresis and electrowetting，Lab on a Chip，英国，２００８年 ８月 １日，Vol.8, No.8，1325-1331，ＵＲＬ，www..rsc.org/loc
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｂ０１Ｊ １９／００
Ｃ１２Ｍ １／３４
Ｇ０１Ｎ ２７／４４７
Ｇ０１Ｎ ３５／０８
Ｇ０１Ｎ ３７／００
ＷＰＩ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
外側表面と、第１の電極と、前記外側表面と前記第１の電極の間に配置された第１の切換可能要素と、を含む誘電泳動（ＤＥＰ）部と、
エレクトロウェッティング表面と、第２の電極と、、前記エレクトロウェッティング表面と前記第２の電極の間に配置された誘電体層と、前記誘電体層と前記第２の電極の間に配置された第２の切換可能要素と、を含むエレクトロウェッティング（ＥＷ）部と、
を含み、
前記第１の切換可能要素が、前記外側表面の第１の領域から前記第１の切換可能要素を通って前記第１の電極への導電性の第１の経路を一時的に生じさせるように構成され、
前記第２の切換可能要素が、前記第２の切換可能要素を通って導電性の第２の経路を一時的に生じさせ、それによって前記エレクトロウェッティング表面のうち前記第２の経路に隣接する第２の領域の濡れ特性を変化させるように構成され、
前記ＤＥＰ部が、前記ＤＥＰ部の前記外側表面が前記エレクトロウェッティング表面に隣接するように、前記ＥＷ部に隣接して配置され、
前記ＤＥＰ部の前記第１の切換可能要素が、前記外側表面の前記第１の領域から前記第１の切換可能要素を通って前記第１の電極への第１のスイッチを含み、および／または、前記ＥＷ部の前記第２の切換可能要素が、前記エレクトロウェッティング表面の前記第２の領域から前記第２の切換可能要素を通って前記第２の電極への第２のスイッチを含む、
構造。
エレクトロウェッティング表面と、第２の電極と、、前記エレクトロウェッティング表面と前記第２の電極の間に配置された誘電体層と、前記誘電体層と前記第２の電極の間に配置された第２の切換可能要素と、を含むエレクトロウェッティング（ＥＷ）部と、
を含み、
前記第１の切換可能要素が、前記外側表面の第１の領域から前記第１の切換可能要素を通って前記第１の電極への導電性の第１の経路を一時的に生じさせるように構成され、
前記第２の切換可能要素が、前記第２の切換可能要素を通って導電性の第２の経路を一時的に生じさせ、それによって前記エレクトロウェッティング表面のうち前記第２の経路に隣接する第２の領域の濡れ特性を変化させるように構成され、
前記ＤＥＰ部が、前記ＤＥＰ部の前記外側表面が前記エレクトロウェッティング表面に隣接するように、前記ＥＷ部に隣接して配置され、
前記ＤＥＰ部の前記第１の切換可能要素が、前記外側表面の前記第１の領域から前記第１の切換可能要素を通って前記第１の電極への第１のスイッチを含み、および／または、前記ＥＷ部の前記第２の切換可能要素が、前記エレクトロウェッティング表面の前記第２の領域から前記第２の切換可能要素を通って前記第２の電極への第２のスイッチを含む、
構造。
【請求項2】
前記ＤＥＰ部の前記第１の切換可能要素が、光導電性材料を含み、
前記光導電性材料のうち前記第１の領域に隣接する部分を選択的に照射することで、前記部分の電気インピーダンスを低減させ、それによって前記第１の経路を生じさせ、および／または、
前記ＥＷ部の前記第２の切換可能要素が、光導電性材料を含み、
前記光導電性材料のうち前記第２の領域に隣接する部分を選択的に照射することで、前記エレクトロウェッティング表面のうち前記第２の経路に隣接する前記第２の領域の前記濡れ特性を変化させる、
請求項１に記載の構造。
前記光導電性材料のうち前記第１の領域に隣接する部分を選択的に照射することで、前記部分の電気インピーダンスを低減させ、それによって前記第１の経路を生じさせ、および／または、
前記ＥＷ部の前記第２の切換可能要素が、光導電性材料を含み、
前記光導電性材料のうち前記第２の領域に隣接する部分を選択的に照射することで、前記エレクトロウェッティング表面のうち前記第２の経路に隣接する前記第２の領域の前記濡れ特性を変化させる、
請求項１に記載の構造。
【請求項3】
前記ＤＥＰ部の前記第１の切換可能要素が、光で活動化される、請求項２に記載の構造。
【請求項4】
前記ＥＷ部の前記第２の切換可能要素が、光で活動化される、請求項２に記載の構造。
【請求項5】
前記第１のスイッチおよび／または前記第２のスイッチが、光で活動化される、請求項１に記載の構造。
【請求項6】
前記第１のスイッチが、前記第１の切換可能要素内に埋め込まれた第１のトランジスタを含み、および／または、
前記第２のスイッチが、前記第２の切換可能要素内に埋め込まれた第２のトランジスタを含む、請求項１に記載の構造。
前記第２のスイッチが、前記第２の切換可能要素内に埋め込まれた第２のトランジスタを含む、請求項１に記載の構造。
【請求項7】
前記ＤＥＰ部の前記第１の切換可能要素が、前記第１のスイッチの周りに前記第１の切換可能要素内の隔離障壁をさらに含み、および／または、
前記第２の切換可能要素が、前記第２のスイッチの周りに前記第２の切換可能要素内の隔離障壁をさらに含む、請求項１に記載の構造。
前記第２の切換可能要素が、前記第２のスイッチの周りに前記第２の切換可能要素内の隔離障壁をさらに含む、請求項１に記載の構造。
【請求項8】
前記ＥＷ部の前記第２の切換可能要素が、前記隔離障壁内に配置された光導電性材料を含む、請求項７に記載の構造。
【請求項9】
前記ＤＥＰ部の前記外側表面が、前記ＥＷ部の前記エレクトロウェッティング表面に対して実質的に平行である、請求項１に記載の構造。
【請求項10】
モノリシック構成要素をさらに含み、
前記モノリシック構成要素の第１のセクションが、前記ＤＥＰ部の前記第１の切換可能要素を含み、
前記モノリシック構成要素の第２のセクションが、前記ＥＷ部の前記第２の切換可能要素を含む、請求項９に記載の構造。
前記モノリシック構成要素の第１のセクションが、前記ＤＥＰ部の前記第１の切換可能要素を含み、
前記モノリシック構成要素の第２のセクションが、前記ＥＷ部の前記第２の切換可能要素を含む、請求項９に記載の構造。
【請求項11】
支持構造をさらに含み、
前記支持構造が、第１のセクションと、前記第１のセクションに隣接する第２のセクションと、を含み、
前記支持構造の前記第１のセクションが、前記ＤＥＰ部の前記第１の切換可能要素を含み、
前記ＥＷ部が、前記支持構造の少なくとも前記第２のセクションに設けられた空胴内に配置される、請求項９に記載の構造。
前記支持構造が、第１のセクションと、前記第１のセクションに隣接する第２のセクションと、を含み、
前記支持構造の前記第１のセクションが、前記ＤＥＰ部の前記第１の切換可能要素を含み、
前記ＥＷ部が、前記支持構造の少なくとも前記第２のセクションに設けられた空胴内に配置される、請求項９に記載の構造。
【請求項12】
前記ＤＥＰ部が、第１の別個のデバイスであり、
前記ＥＷ部が、前記ＤＥＰ部に隣接して配置された第２の別個のデバイスであり、
前記ＤＥＰ部の前記外側表面が、前記ＥＷ部の前記エレクトロウェッティング表面に対して実質的に平行である、
請求項１に記載の構造。
前記ＥＷ部が、前記ＤＥＰ部に隣接して配置された第２の別個のデバイスであり、
前記ＤＥＰ部の前記外側表面が、前記ＥＷ部の前記エレクトロウェッティング表面に対して実質的に平行である、
請求項１に記載の構造。
【請求項13】
前記ＤＥＰ部の前記外側表面および前記ＥＷ部の前記エレクトロウェッティング表面が、実質的に平行である、請求項１に記載の構造。
【請求項14】
前記ＤＥＰ部の前記外側表面および前記ＥＷ部の前記エレクトロウェッティング表面が、実質的に同じ平面内にある、請求項１３に記載の構造。
【請求項15】
前記ＤＥＰ部の前記外側表面および前記ＥＷ部の前記エレクトロウェッティング表面が、実質的に連続する複合表面を形成する、請求項１３に記載の構造。
【請求項16】
それぞれ外側表面を含む複数の前記ＤＥＰ部と、
それぞれエレクトロウェッティング表面を含む複数の前記ＥＷ部とをさらに含み、
前記ＤＥＰ部の少なくともいつかおよび前記ＥＷ部の少なくともいくつかが、前記外側表面および前記エレクトロウェッティング表面が交互のパターンになるように配置される、
請求項１に記載の構造。
それぞれエレクトロウェッティング表面を含む複数の前記ＥＷ部とをさらに含み、
前記ＤＥＰ部の少なくともいつかおよび前記ＥＷ部の少なくともいくつかが、前記外側表面および前記エレクトロウェッティング表面が交互のパターンになるように配置される、
請求項１に記載の構造。
【請求項17】
前記ＤＥＰ部の前記外側表面および前記ＥＷ部の前記エレクトロウェッティング表面が、実質的に同じ平面内にある、請求項１６に記載の構造。
【請求項18】
前記ＤＥＰ部の前記外側表面および前記ＥＷ部の前記エレクトロウェッティング表面が、実質的に連続する複合表面を形成する、請求項１６に記載の構造。
【請求項19】
前記ＤＥＰ部の前記外側表面が親水性であり、
前記ＥＷ部の前記エレクトロウェッティング表面が疎水性である、
請求項１６に記載の構造。
前記ＥＷ部の前記エレクトロウェッティング表面が疎水性である、
請求項１６に記載の構造。
【請求項20】
チャンバと、誘電泳動（ＤＥＰ）デバイスと、エレクトロウェッティング（ＥＷ）デバイスとを含むマイクロ流体装置を動作させる方法であって、
前記ＤＥＰデバイスが、第１のＤＥＰデバイスと、第２のＤＥＰデバイスと、を備え、
前記ＥＷデバイスが、第１の組のＥＷデバイスと、第２の組のＥＷデバイスと、を備え、
前記ＤＥＰデバイスのうち前記第２のＤＥＰデバイスを活動化させ、それによって微小物体にかかる前記第２のＤＥＰデバイスの方向の誘電泳動力を生じさせることによって、前記微小物体を前記第１のＤＥＰデバイスの第１の外側表面から前記第２のＤＥＰデバイスの第２の外側表面へ移動させるステップと、
前記第２の組のＥＷデバイスを活動化させ、それによって前記第２の組のＥＷデバイスの第２のエレクトロウェッティング表面の濡れ特性を変化させることによって、液体媒質の液滴を前記チャンバ内で第１の位置から第２の位置へ移動させるステップと、
を含み、
前記第１の位置で、前記液滴が、前記第１の組のＥＷデバイスの第１のエレクトロウェッティング表面上に部分的に配置されるが、前記第２の組のＥＷデバイスの前記第２のエレクトロウェッティング表面上には配置されず、
前記第２の位置で、前記液滴が、前記第２の組のＥＷデバイスの前記第２のエレクトロウェッティング表面上に部分的に配置されるが、前記第１の組のＥＷデバイスの前記第１のエレクトロウェッティング表面上には配置されない、
方法。
前記ＤＥＰデバイスが、第１のＤＥＰデバイスと、第２のＤＥＰデバイスと、を備え、
前記ＥＷデバイスが、第１の組のＥＷデバイスと、第２の組のＥＷデバイスと、を備え、
前記ＤＥＰデバイスのうち前記第２のＤＥＰデバイスを活動化させ、それによって微小物体にかかる前記第２のＤＥＰデバイスの方向の誘電泳動力を生じさせることによって、前記微小物体を前記第１のＤＥＰデバイスの第１の外側表面から前記第２のＤＥＰデバイスの第２の外側表面へ移動させるステップと、
前記第２の組のＥＷデバイスを活動化させ、それによって前記第２の組のＥＷデバイスの第２のエレクトロウェッティング表面の濡れ特性を変化させることによって、液体媒質の液滴を前記チャンバ内で第１の位置から第２の位置へ移動させるステップと、
を含み、
前記第１の位置で、前記液滴が、前記第１の組のＥＷデバイスの第１のエレクトロウェッティング表面上に部分的に配置されるが、前記第２の組のＥＷデバイスの前記第２のエレクトロウェッティング表面上には配置されず、
前記第２の位置で、前記液滴が、前記第２の組のＥＷデバイスの前記第２のエレクトロウェッティング表面上に部分的に配置されるが、前記第１の組のＥＷデバイスの前記第１のエレクトロウェッティング表面上には配置されない、
方法。
【請求項21】
前記液滴を移動させるステップが、前記第１の組のＥＷデバイスと前記第２の組のＥＷデバイスとの間に配置された前記ＤＥＰデバイスの１つの外側表面の上で前記液滴の一部を移動させるステップを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項22】
前記ＤＥＰデバイスの前記１つの前記外側表面が親水性であり、
前記第１のエレクトロウェッティング表面および前記第２のエレクトロウェッティング表面が疎水性である、
請求項２１に記載の方法。
前記第１のエレクトロウェッティング表面および前記第２のエレクトロウェッティング表面が疎水性である、
請求項２１に記載の方法。
【請求項23】
前記第２のエレクトロウェッティング表面の前記濡れ特性を変化させるステップが、前記第２のエレクトロウェッティング表面の疎水性を一時的に減らすステップを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項24】
前記第２のエレクトロウェッティング表面の前記濡れ特性を変化させるステップが、前記第２のエレクトロウェッティング表面を疎水性から親水性に一時的に変化させるステップを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項25】
前記微小物体を移動させる前記ステップが、前記微小物体を前記第１の外側表面から前記ＥＷデバイスの隣接する１つのエレクトロウェッティング表面を横切って前記第２の外側表面へ移動させるステップを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項26】
前記チャンバの構造境界が、前記第１の外側表面と、前記第２の外側表面と、前記第１のエレクトロウェッティング表面と、前記第２のエレクトロウェッティング表面とを含む、
請求項２０に記載の方法。
請求項２０に記載の方法。
【請求項27】
前記液滴内に微小物体が配置され、
前記液滴を移動させる前記ステップが、前記微小物体が前記液滴とともに移動することをさらに含む、
請求項２０に記載の方法。
前記液滴を移動させる前記ステップが、前記微小物体が前記液滴とともに移動することをさらに含む、
請求項２０に記載の方法。
【請求項28】
チャンバと、誘電泳動（ＤＥＰ）デバイスと、エレクトロウェッティング（ＥＷ）デバイスとを含むマイクロ流体装置内で液体媒質の液滴を操作する方法であって、
第１の組の前記ＤＥＰデバイスの第１の外側表面および第１の組の前記ＥＷデバイスの第１のエレクトロウェッティング表面上に第１の液体媒質の液滴を配置するステップと、
第２の組の前記ＥＷデバイスの第２のエレクトロウェッティング表面を活動化させ、それによって前記第２のエレクトロウェッティング表面の濡れ特性を変化させることによって、前記液滴の第１の部分を前記液滴の第２の部分から分離するステップと、
を含む、方法。
第１の組の前記ＤＥＰデバイスの第１の外側表面および第１の組の前記ＥＷデバイスの第１のエレクトロウェッティング表面上に第１の液体媒質の液滴を配置するステップと、
第２の組の前記ＥＷデバイスの第２のエレクトロウェッティング表面を活動化させ、それによって前記第２のエレクトロウェッティング表面の濡れ特性を変化させることによって、前記液滴の第１の部分を前記液滴の第２の部分から分離するステップと、
を含む、方法。
【請求項29】
前記分離するステップが、前記液滴の前記第１の部分を、前記第１の組の前記ＤＥＰデバイスの前記第１の外側表面および前記第１の組のＥＷデバイスの前記第１のエレクトロウェッティング表面を含む第１の位置から、第２の組の前記ＤＥＰデバイスの第２の外側表面および前記第２の組の前記ＥＷデバイスの前記第２のエレクトロウェッティング表面を含む第２の位置へ移動させるステップを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項30】
前記分離ステップが、
前記第１の組の前記ＥＷデバイスと前記第２の組の前記ＥＷデバイスとの間に配置された第３の組の前記ＥＷデバイスの第３のエレクトロウェッティング表面を活動化させるステップと、
その後、前記第２の組のＥＷデバイスの前記第２のエレクトロウェッティング表面を活動化させるステップと、
を含む、請求項２９に記載の方法。
前記第１の組の前記ＥＷデバイスと前記第２の組の前記ＥＷデバイスとの間に配置された第３の組の前記ＥＷデバイスの第３のエレクトロウェッティング表面を活動化させるステップと、
その後、前記第２の組のＥＷデバイスの前記第２のエレクトロウェッティング表面を活動化させるステップと、
を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項31】
前記第２の組の前記ＤＥＰデバイスのうちの前記ＤＥＰデバイスがいずれも、前記第１の組の前記ＤＥＰデバイス内には位置せず、
前記第２の組の前記ＥＷデバイスのうちの前記ＥＷデバイスがいずれも、前記第１の組の前記ＥＷデバイスまたは前記第３の組の前記ＥＷデバイス内には位置せず、
前記第１の組の前記ＥＷデバイスのうちの前記ＥＷデバイスがいずれも、前記第３の組の前記ＥＷデバイス内には位置しない、
請求項３０に記載の方法。
前記第２の組の前記ＥＷデバイスのうちの前記ＥＷデバイスがいずれも、前記第１の組の前記ＥＷデバイスまたは前記第３の組の前記ＥＷデバイス内には位置せず、
前記第１の組の前記ＥＷデバイスのうちの前記ＥＷデバイスがいずれも、前記第３の組の前記ＥＷデバイス内には位置しない、
請求項３０に記載の方法。
【請求項32】
前記第２の位置が、前記第１の位置から分離され、前記第１の位置に重複しない、請求項３０に記載の方法。
【請求項33】
前記液滴の前記第１の部分を分離するステップが、前記液滴の前記第１の部分内に配置された微小物体の第１の群が、前記液滴の前記第１の部分とともに前記第１の位置から前記第２の位置へ移動することを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項34】
前記液滴の前記第１の部分を分離する前記ステップの前に、前記液滴内の微小物体のより大きい群から微小物体の前記第１の群を選択するステップをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項35】
前記微小物体を移動させるステップおよび前記液滴を移動させるステップの両方を同時に実行するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照[0001] 本出願は、それぞれ全体として参照により本明細書に組み込まれている、２０１４年４月２５日出願の米国特許出願第１４／２６２，２００号および２０１４年４月２５日出願の米国特許出願第１４／２６２，１４０号の優先権を主張する。
【背景技術】
【0002】
[0002] 生物細胞などの微小物体は、マイクロ流体装置内で処理することができる。たとえば装置内で、マイクロ流体装置内の液体中に懸濁させた微小物体を分類し、選択して移動させることができる。またデバイス内で、液体を操作することができる。本発明の実施形態は、このマイクロ流体装置における微小物体および液体の操作の改善を対象とする。
【発明の概要】
【0003】
[0003] いくつかの実施形態では、構造は、外側表面を含む誘電泳動（ＤＥＰ）部と、エレクトロウェッティング表面を含むエレクトロウェッティング（ＥＷ）部とを含むことができる。ＤＥＰ部は、ＤＥＰ部の外側表面がエレクトロウェッティング表面に隣接するように、ＥＷ部に隣接して配置することができる。
【0004】
[0004] 本発明のいくつかの実施形態は、チャンバと、誘電泳動（ＤＥＰ）デバイスと、エレクトロウェッティング（ＥＷ）デバイスとを含むマイクロ流体装置を動作させる方法を対象とすることができる。この方法は、微小物体をＤＥＰデバイスのうち第１のＤＥＰデバイスの外側表面からＤＥＰデバイスのうち第２のＤＥＰデバイスの外側表面へ移動させることを含むことができる。これは、第２のＤＥＰデバイスを活動化させ、それによって微小物体にかかる第２のＤＥＰデバイスの方向の正味ＤＥＰ力を生じさせることによって実現することができる。この方法は、ＥＷデバイスのうち第２のＥＷデバイスを活動化させ、それによって第２のＥＷデバイスのエレクトロウェッティング表面の濡れ特性を変化させることによって、液体媒質の液滴をチャンバ内で第１の位置から第２の位置へ移動させることをさらに含むことができる。第１の位置で、液滴は、ＥＷデバイスのうち第１のＥＷデバイスのエレクトロウェッティング表面上に部分的に配置することができるが、第２のＥＷデバイスのエレクトロウェッティング表面上には配置されない。第２の位置で、液滴は、第２のＥＷデバイスのエレクトロウェッティング表面上に部分的に配置することができるが、第１のＥＷデバイスのエレクトロウェッティング表面上には配置されない。
【0005】
[0005] 本発明のいくつかの実施形態は、第１の組のＤＥＰデバイスの外側表面および第１の組のＥＷデバイスのエレクトロウェッティング表面上に第１の液体媒質の液滴を配置することを含む方法を対象とすることができる。この方法はまた、第２の組のＥＷデバイスのエレクトロウェッティング表面を活動化させ、それによって第２の組のエレクトロウェッティング表面の濡れ特性を変化させることによって、液滴の第１の部分を液滴の第２の部分から分離することを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】[0006]本発明のいくつかの実施形態による誘電泳動（ＤＥＰ）部およびエレクトロウェッティング（ＥＷ）部を含む構造を有するマイクロ流体装置の一例の斜視図である。
【図2B】[0008]本発明のいくつかの実施形態による光ビームによって低インピーダンス電気経路を生じさせることができる光導電性材料を含む図２ＡのＤＥＰデバイスの切換可能要素の一実施形態を示す図である。
【図3】[0009]本発明のいくつかの実施形態によるバイアス電極と切換可能要素の外側表面との間に低インピーダンス電気経路を一時的に生じさせるスイッチを含む図２ＡのＤＥＰデバイスの切換可能要素の一実施形態の一例の図である。
【図6】[0013]本発明のいくつかの実施形態によるバイアス電極と切換可能要素の外側表面との間に低インピーダンス電気経路を一時的に生じさせるスイッチを含む図５ＡのＥＷデバイスの切換可能要素の一実施形態の一例の図である。
【図9】[0016]本発明のいくつかの実施形態による図１のマイクロ流体装置の構造が支持構造を含み、ＤＥＰ部が支持構造のセクション内へ一体化され、独立型の別個のＥＷ部が支持構造内の空胴内に配置される一例の図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
[0023] 本明細書は、本発明の例示的な実施形態および応用例について説明する。しかし本発明は、これらの例示的な実施形態および応用例に限定されるものではなく、または例示的な実施形態および応用例が本明細書で動作するもしくは説明される方法に限定されるものでもない。さらに、図は、簡略化されたまたは部分的な図を示し、図中の要素の寸法は、強調されていることがあり、またはその他の形で原寸に比例していないことがある。加えて、「上（on）」、「取り付けられる（attached to）」、または「結合される（coupled to）」という用語が本明細書で使用されるとき、１つの要素（たとえば、材料、層、基板など）が別の要素「上（on）」に位置する、「取り付けられる（attached to）」、または「結合される（coupled to）」ことが可能であり、これは一方の要素が直接他方の要素上に位置し、取り付けられ、または結合されるか、それとも一方の要素と他方の要素との間に１つまたは複数の介在要素が存在するかにかかわらず可能である。また、方向（たとえば、上（above）、下（below）、頂部（top）、底部（bottom）、側（side）、上（up）、下（down）、下（under）、上（over）、上部（upper）、下部（lower）、水平（horizontal）、垂直（vertical）、「ｘ」、「ｙ」、「ｚ」など）は、提供される場合、相対的であり、限定のためではなく、例示のみを目的として、説明および議論を簡単にするために提供される。加えて、要素のリスト（たとえば、要素ａ、ｂ、ｃ）を参照するとき、そのような参照は、列挙された要素のいずれか１つのみ、列挙された要素のすべてではないがいくつかの任意の組合せ、および／または列挙された要素のすべての組合せを含むことが意図される。図面および明細書全体にわたって、同じ参照番号を使用して同じ要素を参照する。
【0008】
[0024] 本明細書では、「実質的に（substantially）」は、意図される目的を果たすのに十分であることを意味する。したがって、「実質的に」という用語は、全体的な性能に明らかに影響を及ぼすものを除いて、当業者には予期されるような絶対または完全な状態、寸法、測定、結果などからの取るに足らない軽微な変動を許容する。数値もしくはパラメータ、または数値として表すことができる特徴に対して使用されるとき、「実質的に」とは、１０パーセントの範囲内であることを意味する。「ｏｎｅｓ」という用語は、２つ以上であることを意味する。
【0009】
[0025] 本明細書では、「微小物体」という用語は、微小粒子、マイクロビーズ（たとえば、ポリスチレンビーズ、Luminex（商標）ビーズなど）、磁性もしくは常磁性ビーズ（たとえば、固相可逆的固定（SPRI）ビーズ）、マイクロロッド、マイクロワイヤ、量子ドットなどの無生物の微小物体、細胞（たとえば、胚、卵母細胞、精子、組織から解離された細胞、血液細胞、ハイブリドーマ、培養細胞、細胞系からの細胞、癌細胞、感染細胞、トランスフェクトおよび／もしくは形質転換細胞、レポータ細胞など）、リポソーム（たとえば、合成もしくは膜画分から導出）、脂質ナノラフトなどの生物の微小物体、または無生物の微小物体および生物の微小物体の組合せ（たとえば、細胞に取り付けられたマイクロビーズ、リポソームで被覆されたマイクロビーズ、リポソームで被覆された磁性ビーズなど）の１つまたは複数を包含することができる。脂質ナノラフトは、たとえば、Ｒｉｔｃｈｉｅら（2009）、「Ｒｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｉｎ Ｐｈｏｓｐｈｏｌｉｐｉｄ Ｂｉｌａｙｅｒ Ｎａｎｏｄｉｓｃｓ」、Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｅｎｚｙｍｏｌ．、４６４：２１１〜２３１に記載されている。
【0010】
[0026] 本明細書では、「細胞」という用語は生物細胞を指し、植物細胞、動物細胞（たとえば、哺乳類細胞）、細菌細胞、真菌細胞などとすることができる。哺乳類細胞は、たとえば、ヒト、マウス、ネズミ、ウマ、ヤギ、ヒツジ、雌牛、霊長類などとすることができ、卵母細胞、精子、胚、血液細胞、免疫細胞、大食細胞、ＮＫ細胞、Ｔ細胞、Ｂ細胞、ハイブリドーマ、癌細胞、幹細胞、正常細胞、感染細胞（たとえば、ウイルスまたは他の寄生生物に感染）、組織から解離された細胞、培養細胞、細胞系からの細胞、トランスフェクトおよび／または形質転換細胞、レポータ細胞などの細胞型のいずれかを含むことができる。
【0011】
[0027] 本明細書では、「比較的高い導電率」という語句は、「比較的低い電気インピーダンス」という語句と同義に使用され、これらの語句は交換可能である。同様に、「比較的低い導電率」という語句は、「比較的高い電気インピーダンス」という語句と同義に使用され、これらの語句は交換可能である。
【0012】
[0028] 「流体回路」は、１つまたは複数の流体構造（たとえば、チャンバ、チャネル、ペン、リザーバなど）を意味し、これらは相互接続することができる。「流体回路フレーム」は、流体回路のすべてまたは一部を画定する１つまたは複数の壁を意味する。液体媒質の「液滴」は、単一の液滴、または単一量の液体媒質をともに形成する複数の液滴を含む。
【0013】
[0029] 本発明のいくつかの実施形態は、マイクロ流体装置内のチャンバまたは他の流体構造の１つまたは複数の構造境界（たとえば、床、天井、および／または側面）を含む構造を含む。構造は、それぞれ外側表面を有する１つまたは複数の誘電泳動（ＤＥＰ）部と、それぞれエレクトロウェッティング表面を有する１つまたは複数のエレクトロウェッティング（ＥＷ）部とを含むことができる。境界は、ＤＥＰ部の外側表面と、ＥＷ部のエレクトロウェッティング表面とを含むことができる。ＤＥＰ部は、ＤＥＰ部の外側表面に対して正味ＤＥＰ力を生成して、微小物体を（たとえば、外側表面に対して略平行の方向に）移動させることを容易にすることができ、ＥＷ部は、エレクトロウェッティング表面の濡れ特性を変化させて、液体媒質の液滴を移動させることを容易にすることができる。そのような構造は、マイクロ流体装置の一部とすることができ、したがって、ＤＥＰ部の外側表面に対して微小物体を操作する能力と、ＥＷ部のエレクトロウェッティング表面上で媒質の液滴を操作する能力との両方を、１つのマイクロ流体装置内に提供することができる。
【0014】
[0030] 図１は、ＤＥＰ部１２２およびＥＷ部１２６の両方を含む構造１０４を含むことができるマイクロ流体装置１００の一例を示す。また、装置１００の動作を制御する制御機器１３２の例も示す。装置１００は、多くの異なる方法で物理的に構築することができるが、図１に示す例では、装置１００は、構造１０４（たとえば、基礎）と、流体回路フレーム１０８と、カバー１１０とを含む筐体１０２を含むものとして示されており、これらが流体チャンバ１１２を画定し、流体チャンバ１１２内に１つまたは複数の液体媒質を配置することができる。
【0015】
[0031] 上述したように、構造１０４は、１つまたは複数のＤＥＰで構成されたセクション１２２（以下、「ＤＥＰ部」）と、１つまたは複数のＥＷで構成されたセクション１２６（以下、「ＥＷ部」）とを含むことができる。各ＤＥＰ部１２２は、外側表面１２４を含むことができ、外側表面１２４上に配置された液体媒質（図１には図示せず）中の微小物体（図１には図示せず）にかかる正味ＤＥＰ力を一時的に生じさせるように構成することができる。いくつかの実施形態では、外側表面１２４は、親水性とすることができる。各ＥＷ部１２６は、エレクトロウェッティング表面１２８を含むことができ、エレクトロウェッティング表面１２８またはエレクトロウェッティング表面１２８の一領域の濡れ特性を一時的に変化させるように構成することができる。たとえば、エレクトロウェッティング表面１２８は、疎水性とすることができるが、ＥＷ部１２６は、エレクトロウェッティング表面１２８の疎水性に少なくとも部分的に反対に作用するクーロン力をエレクトロウェッティング表面１２８に生じさせるように構成することができ、これは、エレクトロウェッティング表面１２８上に位置する水性媒質の液滴によって観察される。
【0016】
[0032] 図１は、１つの比較的大きいＤＥＰ部１２２を含み、ＤＥＰ部１２２内に複数のＥＷ部１２６が配置されるものとして構造１０４を示すが、これはほんの一例である。別の例として、構造１０４は、１つの比較的大きいＥＷ部１２６（たとえば、図１のＤＥＰ部１２２の代わり）と、複数のＤＥＰ部１２２（たとえば、図１のＥＷ部１２６の代わり）とを含むことができる。さらに別の例として、構造１０４は、複数のＤＥＰ部１２２と、複数のＥＷ部１２６とを含むことができる。
【0017】
[0033] とにかく、構造１０４は、流体回路フレーム１０８によって画定された流体回路の１つまたは複数の流体部分の１つまたは複数の構造境界１０６（たとえば、床、天井、および／または側面）を含むことができる。図１に示す例では、構造境界１０６は、チャンバ１１２の床とすることができる。構造境界１０６は、ＤＥＰ部１２２の外側表面１２４と、ＥＷ部１２６のエレクトロウェッティング表面１２８とを含むことができる。したがって、構造１０４の構造境界１０６は、１つまたは複数のＤＥＰ部１２２の１つまたは複数の外側表面１２４と１つまたは複数のＥＷ部１２６の１つまたは複数のエレクトロウェッティング表面１２８との複合表面とすることができる。
【0018】
[0034] 外側表面１２４およびエレクトロウェッティング表面１２８は、実質的に平行とすることができる。いくつかの実施形態では、外側表面１２４およびエレクトロウェッティング表面１２８はまた、実質的に同じ平面内に位置することができ（たとえば、図１および図８に示す）、したがって構造１０４の構造境界１０６は、実質的に平面とすることができる。他の実施形態では、外側表面１２４およびエレクトロウェッティング表面１２８は、同じ平面内に位置しないが、それにもかかわらず実質的に平行とすることができる（たとえば、図７に示す例）。
【0019】
[0035] 各ＤＥＰ部１２２（したがって、各外側表面１２４）および各ＥＷ部１２６（したがって、各エレクトロウェッティング表面１２８）は、任意の所望の形状を有することができる。さらに、ＤＥＰ部１２２（したがって、外側表面１２４）およびＥＷ部１２６（したがって、エレクトロウェッティング表面１２８）は、任意の所望のパターンで配置することができる。図１１（以下に論じる）は、構造１０４が交互のパターン（たとえば、チェッカ盤パターン）で配置された複数のＤＥＰ部１２２および複数のＥＷ部１２６を含む一例を示す。
【0020】
[0036] 図１に示すように、構造１０４上（たとえば、構造１０４の境界１０６上）に流体回路フレーム１０８を配置することができ、流体回路フレーム１０８の上にカバー１１０を配置することができる。構造１０４の境界１０６が底部であり、カバー１１０が頂部であるとき、流体回路フレーム１０８は、たとえば相互接続された流体チャンバ、チャネル、ペン、リザーバなどを含む流体回路を画定することができる。図１に示す例では、流体回路フレーム１０８はチャンバ１１２を画定し、構造１０４の境界１０６は、たとえばチャンバ１１２の下部境界とすることができる。構造１０４は、装置１００の底部を含むものとして図１に示され、カバー１１０は頂部として示されているが、構造１０４を頂部とすることができ、カバー１１０を装置１００の底部とすることもできる。やはり図示のように、チャンバ１１２は、１つまたは複数の入口１１４と、１つまたは複数の類似の出口（図示せず）とを含むことができる。
【0021】
[0037] 構造１０４は、たとえば、基板、または複数の相互接続された基板を含むことができる。たとえば、構造１０４は、半導体基板、プリント回路基板などを含むことができる。流体回路フレーム１０８は、可撓性または通気性とすることができる材料を含むことができる。別法として、材料は、可撓性および／または通気性とする必要はない。回路フレーム１０８が含むことができる材料の好適な例には、ゴム、プラスチック、エラストマー、シリコン、フォトパターナブルシリコン（PPS）、ポリジメチルシロキサン（「PDMS」）などが含まれる。カバー１１０は、流体回路フレーム１０８の一体部分とすることができ、またはカバー１１０は、構造的に別個の要素（図１に示す）とすることができる。カバー１１０は、流体回路フレーム１０８と同じ材料または流体回路フレーム１０８とは異なる材料を含むことができる。したがって、カバー１１０は、上記で論じたように、可撓性材料から作ることができ、または可撓性材料を含むことができる。別法として、カバー１１０は、硬質材料（たとえば、ITO被覆ガラスを含むガラス）から作ることができ、または硬質材料を含むことができる。とにかく、カバー１１０および／または構造１０４は、光に対して透過性とすることができる。
【0022】
[0038] 図１はまた、マイクロ流体装置１００とともに利用することができる制御機器１３２の例を示す。そのような制御機器１３２の例は、マスタコントローラ１３４と、構造１０４のＤＥＰ部１２２のＤＥＰデバイス１２０がその一部であるＤＥＰデバイス１２０を制御するＤＥＰモジュール１４２と、構造１０４のＥＷ部１２６のＥＷデバイス１３０がその一部であるＥＷデバイス１３０を制御するＥＷモジュール１４４とを含む。制御機器１３２はまた、それだけに限定されるものではないがマイクロ流体装置１００との間の流体の流れを制御することを含む他の機能を制御、監視、または実行する他のモジュール１４０を含むことができる。
【0023】
[0039] マスタコントローラ１３４は、制御モジュール１３６およびデジタルメモリ１３８を含むことができる。制御モジュール１３６は、たとえば、メモリ１３８内に記憶された機械実行可能命令（たとえば、ソフトウェア、ファームウェア、マイクロコードなど）に従って動作するように構成されたデジタルプロセッサを含むことができる。別法または追加として、制御モジュール１３６は、ハードワイヤード式のデジタル回路および／またはアナログ回路を含むことができる。ＤＥＰモジュール１４２、ＥＷモジュール１４４、および／または他のモジュール１４０も同様に構成することができる。したがって、装置１００に対して実行されるものとして本明細書に論じる方法の機能、方法、行為、動作、またはステップは、上記で論じたように構成されたマスタコントローラ１３４、ＤＥＰモジュール１４２、ＥＷモジュール１４４、または他のモジュール１４０の１つまたは複数によって実行することができる。
【0024】
[0040] 図１にやはり示すように、電気バイアスデバイス１１８を装置１００に接続することができる。電気バイアスデバイス１１８は、たとえば、１つまたは複数の電圧源または電流源を含むことができる。
【0025】
[0041] 図１に見ることができるように、構造１０４の各ＤＥＰ部１２２は、ＤＥＰ部１２２の外側表面１２４上の液体媒質（図１には図示せず）中の微小物体（図１には図示せず）にかかる正味ＤＥＰ力を一時的に生成するように筐体１０２内に構築された異なるＤＥＰデバイス１２０の一部とすることができる。バイアスデバイス（たとえば、図２の２０６）の周波数、液体媒質（たとえば、図２の２２２）および／または微小物体（たとえば、２２４、２２６）の誘電特性などの特徴に応じて、ＤＥＰ力は、近傍の微小物体を引き付ける、またははね返すことができる。同様に、構造１０４の各ＥＷ部１２６は、ＥＷ部１２６のエレクトロウェッティング表面１２８またはエレクトロウェッティング表面１２８の一領域の濡れ特性を一時的に変化させるように筐体１０２内に構築された異なるＥＷデバイス１３０の一部とすることができる。
【0026】
[0042] 図２Ａおよび図２Ｂ（図１の筐体１０２の部分的な横断面側面図を示す）は、ＤＥＰデバイス１２０の一例を示す。図１のＤＥＰデバイス１２０およびあらゆる図（たとえば、図１１）の各ＤＥＰデバイス１２０は、図２Ａおよび図２Ｂに示すＤＥＰデバイス１２０またはその任意の変形形態（たとえば、図３もしくは図４に示す）と同様に構成することができる。
【0027】
[0043] 図示のように、ＤＥＰデバイス１２０は、バイアス電極２０２と、切換可能要素２１２と、他方のバイアス電極２０４（第１の電極または第２の電極の一例とすることができる）とを含むことができる。バイアス電極２０２は、カバー１１０の一部とすることができ、切換可能要素２１２および他方のバイアス電極２０４は、構造１０４の一部とすることができる。別法として、バイアス電極２０２もまた、構造１０４の一部とすることができる。チャンバ１１２は、バイアス電極２０２と切換可能要素２１２との間に位置することができ、切換可能要素２１２は、チャンバ１１２と他方のバイアス電極２０４との間に位置することができる。チャンバ１１２は、第１の液体媒質２２２を含むものとして図２Ａに示されており、第１の液体媒質２２２中に微小物体２２４、２２６（２つを示すが、より多くてもよい）が配置される。図示のように、外側表面１２４は、切換可能要素２１２の外側表面とすることができる。別法として、切換可能要素２１２の表面上に材料層（図示せず）を配置することができ、その材料層の外側表面１２４が、外側表面１２４を構成することもできる。上述したように、外側表面１２４は、親水性とすることができる。外側表面１２４が含むことができる好適な材料には、シリコン（たとえば、非晶質シリコンまたは結晶シリコンであり、ドーパントを含むこともできる）、酸化ケイ素、これらの組合せなどが含まれる。外側表面１２４が切換要素２１２自体の外側表面であるか、それとも切換要素２１２上に配置された材料層（たとえば、被覆）（図示せず）の外側表面であるかにかかわらず、切換要素２１２は、外側表面１２４と電極２０４との間に配置されるということができる。
【0028】
[0044] 電極２０２、２０４には、第１の電源２０６（図１のバイアスデバイス１１８の一部とすることができる）を接続することができる。第１の電源２０６は、たとえば、交流（AC）電圧または電流源とすることができる。第１の電源２０６は、電極２０２、２０４間に略均一の電界を生じさせることができ、切換要素２１２が非活動モードにあるときは、チャンバ１１２内の電界が弱くなり、その結果、ＤＥＰ部１２２の外側表面１２４上の媒質２２２中の各微小物体２２４、２２６にかかるＤＥＰ力は無視できるほどになる。
【0029】
[0045] 切換可能要素２１２が非活動（たとえば、開放）モードにあるとき、切換可能要素２１２の電気インピーダンスは、チャンバ１１２内の媒質２２２の電気インピーダンスより大きくすることができ、それにより、第１の電源２０６によるバイアス電極２０２から他方のバイアス電極２０４への切換可能要素２１２の両端間の電圧降下は、媒質２２２の両端間の電圧降下より大きくなる。しかし、図２Ｂに示すように、切換可能要素２１２は、活動（たとえば、閉鎖）モードで構成することができ、その間、切換可能要素２１２の外側表面１２４に位置または隣接する領域２３０から他方のバイアス電極２０４への低インピーダンス経路２３２（たとえば、導電性経路）が一時的に生じる。低インピーダンス経路２３２の電気インピーダンスは、媒質２２２の電気インピーダンスより小さくすることができる。言い換えれば、第１の電源２０６によるバイアス電極２０２から領域２３０への媒質２２２の両端間の電圧降下は、低インピーダンス経路２３２を通って領域２３０から他方のバイアス電極２０４への電圧降下より大きくなり得るが、それと異なって、切換可能要素２１２の両端間（すなわち、領域２３０から離れる方へ）の電圧降下は、媒質２２２の両端間の電圧降下より概して大きいままである。これは、領域２３０近傍で媒質２２２内の電界を変えることができ、それにより近傍の微小物体２２４にかかる正味ＤＥＰ力Ｆを生じさせることができる。上述したように別法として近傍の微小物体２２４を引き付ける、またははね返すように構成することができる力Ｆは、外側表面１２４上の微小物体２２４を移動させるのに十分なものとすることができる。表面１２４上の複数の領域２３０を順次活動化および非活動化させることによって、微小物体２２４を表面１２４に沿って移動させることができる。図１２Ａに関してより詳細に論じるように、微小物体２２４はまた、１つのＤＥＰ部１２２の外側表面１２４から別のＤＥＰ部１２２の外側表面１２４へ移動させることができる。
【0030】
[0046] 図２Ａおよび図２Ｂに示す切換可能要素２１２の例では、切換可能要素２１２は、光ビーム２４２で直接照射されたときを除いて比較的高い電気インピーダンスを有する光導電性材料（たとえば、非晶質シリコン）を含むことができる。図示のように、外側表面１２４上に位置または隣接する比較的小さい領域２３０上へ誘導された狭い光ビーム２４２は、切換可能要素２１２のうち照射された部分のインピーダンスを著しく低減させ、それによって低インピーダンス経路２３２を生じさせることができる。切換可能要素２１２のそのような実施形態では、所望の位置に光ビーム２４２を誘導することによって、切換可能要素２１２の表面１２４上の任意の位置に位置または隣接する任意の領域２３０から他方のバイアス電極２０４への低インピーダンス経路２３２を生じさせることができる。光２４２は、図２Ｂに示すように底部から、かつ／または上から（図示せず）、したがって電極２０２および第１の媒質２２２を通って、誘導することができる。
【0031】
[0047] 図３は、ＤＥＰデバイス１２０の別の例３００を示す。すなわち、図３の例示的なＤＥＰデバイス３００は、あらゆる図におけるＤＥＰデバイス１２０の任意の例に取って代わることができる。
【0032】
[0048] 図示のように、光導電性材料を含むのではなく、図３のＤＥＰデバイス１２０の切換可能要素２１２は、切換要素２１２の表面１２４上に位置または隣接する固定の領域３３０をバイアス電極２０４に電気的に接続するために一時的に活動化させることができる１つまたは複数（６つを示すが、より少なくても多くてもよい）のスイッチ３０２を含む。したがって、スイッチ３０２を活動化させることで、切換可能要素２１２の表面１２４上に位置または隣接する固定の領域３３０から他方のバイアス電極２０４への低インピーダンス電気経路（図２Ｂの経路２３２と同様）を生じさせることができる。他の点では、ＤＥＰデバイス１２０は、図２ＢのＤＥＰデバイス１２０と同様とすることができ、符号が付与された同様の要素は同じとすることができる。
【0033】
[0049] 図３には、表面１２４の複数の比較的小さい領域３３０を電極２０４に接続する複数のスイッチ３０２が示されている。そのような実施形態では、対応するスイッチ３０２を活動化させることによって、領域３３０のいずれかから電極２０４への図２Ｂの経路２３２と同様の低インピーダンス電気経路を一時的に生じさせることができる。そのような実施形態では、正味ＤＥＰ力Ｆ（図２Ｂ参照）を個々の領域３３０または領域３３０の部分集合に対して選択的に生じさせることができる。別法として、表面１２４を電極２０４に接続する１つのスイッチ３０２が存在してもよい。そのような実施形態では、表面１２４は１つの領域３３０であり、スイッチ３０２を活動化させることで、本質的に表面１２４全体に対して正味ＤＥＰ力を一時的に生じさせることができる。
【0034】
[0050] 各スイッチ３０２は、スイッチ３０２を活動化（たとえば、閉鎖）および非活動化（たとえば、開放）させる制御部３０４を含むことができる。スイッチ３０２は、任意の方法で制御することができる。たとえば、スイッチ３０２は、制御部３０４にあたる光ビームの有無によって制御することができる。別の例として、スイッチ３０２は、制御部３０４上へ光ビームを誘導することによってトグル式に切り換えることができる。さらに別の例として、スイッチ３０２は、光制御式ではなく、電子制御式とすることができる。したがって、スイッチ３０２は、別法として、制御部３０４へ制御信号を提供することによって制御することができる。
【0035】
[0051] 図４は、図３のスイッチ３０２の例示的な構成を示す。図４に示す例では、切換可能要素２１２は、半導体材料を含むことができ、各スイッチ３０２は、切換要素２１２の半導体材料内に一体化されたバイポーラトランジスタ（BJT）４１０とすることができる。たとえば、図示のように、各バイポーラトランジスタ４１０は、外側表面１２４に位置する第１の領域４０２と、バイアス電極２０４に接触する第２の領域４０６と、制御領域４０４とを含むことができる。バイポーラトランジスタ４１０は、制御領域４０４が活動化されたときのみ、第１の領域４０２が第２の領域４０６に電気的に接続されて、表面１２４の固定の領域３３０からバイアス電極２０４への低インピーダンス電気経路（図２Ｂの経路２３２と同様）を生じさせるように構成することができる。
【0036】
[0052] いくつかの実施形態では、各バイポーラトランジスタ４１０は、光ビームによって活動化および非活動化させることができる。たとえば、各バイポーラトランジスタ４１０はフォトトランジスタとすることができ、フォトトランジスタの制御領域４０４は、光ビームの有無によって活動化または非活動化させられる。別法として、各トランジスタの制御領域４０４は、ハードワイヤード式とすることができ、したがって電子的に活動化および非活動化させることができる。
【0037】
[0053] 切換要素２１２の本体、したがって各バイポーラトランジスタ４１０の第２の領域４０６は、第１の型のドーパント（たとえば、nまたはp型ドーパント）でドープすることができ、第１の領域４０２もまた、第１の型のドーパントでドープすることができる。しかし、制御領域４０４は、第２の型のドーパント（たとえば、pまたはn型ドーパントの他方）でドープすることができる。各トランジスタ４１０の第１の領域４０２は、電荷キャリアのソースまたはシンク（すなわち、正孔または電子のいずれか）となるように構成することができ、切換要素２１２の本体、したがって各トランジスタ４１０の第２の領域４０６は、電荷キャリアに対するシンクまたはソースの他方となるように構成することができる。したがって、たとえば、第１の領域４０２をエミッタまたはコレクタとすることができ、第２の領域４０６をコレクタまたはエミッタの他方とすることができ、制御領域４０４をトランジスタ４１０のベースとすることができる。
【0038】
[0054] 図３のスイッチ３０２は、別法として、電界効果トランジスタ（FET）として構成することができる。各ＦＥＴに対して、ソースまたはドレインを提供する第１の領域と、ドレインまたはソースの他方を提供する第２の領域と、トランジスタをゲート制御する制御領域とが位置することができる。
【0039】
[0055] 図４にやはり示すように、切換要素２１２内でＢＪＴトランジスタ４１０間に隔離障壁４０８を配置することができる。同様に、隔離障壁は、切換要素２１２内のＦＥＴトランジスタ（図示せず）を分離することができる。隔離障壁４０８は、たとえば、切換要素２１２内にトレンチを構成することができ、トレンチは、切換可能要素で充填することができる。
【0040】
[0056] 図２Ａ〜４に示すＤＥＰデバイス１２０、３００は、装置１００内のＤＥＰデバイス１２０の可能な構成の例にすぎない。概して、ＤＥＰデバイス１２０は、光電子ピンセット（OET）デバイスとすることができ、その例は、それぞれの内容が全体として参照により本明細書に組み込まれている、米国特許第７，６１２，３５５号（現在は第ＲＥ４４，７１１号）、米国特許第７，９５６，３３９号、および米国特許出願公開第２０１４／０１２４３７０号に開示されている。ＤＥＰ部の他の例には、あらゆる種類の電子制御式の電子ピンセットが含まれ、その一例は、内容が全体として参照により本明細書に組み込まれている、米国特許第６，９４２，７７６号に開示されている。
【0041】
[0057] 図５Ａおよび図５Ｂ（図１の筐体１０２の部分的な横断面側面図を示す）は、ＥＷデバイス１３０の一例を示す。図１（またはあらゆる他の図（たとえば、図１１））の各ＥＷデバイス１３０は、図５Ａおよび図５Ｂに示すＥＷデバイス１３０またはその任意の変形形態（たとえば、図６に示す）と同様に構成することができる。
【0042】
[0058] 図示のように、ＥＷデバイス１３０は、バイアス電極５０２と、誘電体材料５１４と、切換可能要素５１２と、別のバイアス電極５０４（第１または第２の電極の一例とすることができる）とを含むことができる。バイアス電極５０２は、カバー１１０の一部とすることができ、誘電体材料５１４、切換可能要素５１２、および他方のバイアス電極５０４は、構造１０４の一部とすることができる。別法として、バイアス電極５０２もまた、構造１０４の一部とすることもできる。チャンバ１１２は、バイアス電極５０２と誘電体材料５１４との間に位置することができ、切換可能要素５１２は、誘電体材料５１４とバイアス電極５０４との間に配置することができる。チャンバ１１２は、第３の液体媒質５２２中に第２の液体媒質の液滴５２４を含むものとして図５Ａに示されている。第１の液体媒質２２２（図２Ａ参照）、第２の液体媒質、および第３の液体媒質５２２は、多くのタイプの媒質のいずれかとすることができる。たとえば、液滴５２４の第２の媒質は、水、水性緩衝液（たとえば、リン酸緩衝液、トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン（Tris）緩衝液など）、水溶液（たとえば、１つまたは複数の可溶性活性剤を含有する）、細胞培養培地などの水性媒質とすることができる。第２の媒質は、第３の媒質５２２中で不混和性とすることができる。したがって、たとえば、第３の媒質５２２は、油性の媒質を含むことができる。好適な油の例には、フッ素化油などのガス浸透性油が含まれる。過フッ化炭化水素を基剤とする油も、好適な油の例である。別の例として、第１の媒質２２２および液滴５２４の第２の媒質は、同じタイプの水性媒質などの媒質とすることができる。
【0043】
[0059] 誘電体層５１４は、親水性材料および／または疎水性材料を含むことができる。親水性材料は、たとえば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ３Ｏ２）、などとすることができる。疎水性材料は、たとえば、疎水性ポリマー（たとえば、CYTOPなどのパーフルオロポリマー、またはパリレンなどのポリ（p-キシリレン）ポリマー）とすることができる。誘電体材料５１４の外側表面として示すが（たとえば、誘電体材料５１４の外側表面が疎水性であった場合に適しているはずである）、エレクトロウェッティング表面１２８は、代わりに、誘電体材料５１４上に配置された材料の外側表面（たとえば、被覆）（図示せず）とすることができる。そのような被覆は、疎水性とすることができる。たとえば、被覆は、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE、別称はDupont（商標）によるTeflon（登録商標））などの疎水性ポリマーを含むことができる。とにかく、誘電体材料５１４は、エレクトロウェッティング表面１２８と切換要素５１２との間に位置するということができる。
【0044】
[0060] 図示のように、電極５０２、５０４には、第２の電源５０６（図１のバイアスデバイス１１８の一部とすることができる）を接続することができる。第２の電源５０６は、たとえば、交流（AC）電圧または電流源とすることができる。第２の電源５０６は、電極５０２、５０４間に略均一の電界を生じさせることができ、その結果、切換要素２１２が非活動（たとえば、開放）モードにあるときは、エレクトロウェッティング表面１２８の濡れ特性の変化は無視できるほどになり、したがってＥＷ部１２６のエレクトロウェッティング表面１２８上の液滴５２４の接触角度の変化も無視できるほどになる。
【0045】
[0061] 切換可能要素５１２が非活動（たとえば、開放）モードにある位置で、切換可能要素５１２の電気インピーダンスは、誘電体材料５１４のインピーダンスより大きくすることができ、それにより、第２の電源５０６によるバイアス電極５０２から他方のバイアス電極５０４への切換可能要素５１２の両端間の電圧降下は、誘電体材料５１４の両端間の電圧降下より大きくなる。図５Ｂに示すように、切換可能要素５１２は、選択された領域において活動（たとえば、閉鎖）モードで構成することができ、それによって切換可能要素５１２と誘電体材料５１４との間のインターフェースにおける領域５２８から他方のバイアス電極５０４への低インピーダンス経路５３２（たとえば、導電性経路）を一時的に生じさせる。低インピーダンス経路５３２の電気インピーダンスは、誘電体材料５１４のインピーダンスより小さくすることができる。したがって、切換可能要素５１２が活動モードにあるとき、第２の電源５０６による誘電体材料５１４の両端間の電圧降下は、低インピーダンス経路５３２を通って領域５２８から他方のバイアス電極５０４への電圧降下より大きくなり得るが、切換可能要素５１２の他の部分（たとえば、領域５２８以外の部分）の両端間の電圧降下は、誘電体材料５１４の両端間の電圧降下より大きいままである。これは、領域５２８近傍で電極５０２、５０４間の電界を変えることができ、それにより表面１２８のうち領域５２８に隣接する領域５３０におけるエレクトロウェッティング表面１２８の濡れ特性を変化させることができる。たとえば、上記は、領域５３０におけるエレクトロウェッティング表面１２８の濡れ特性を増大させることができ、それにより液滴５２４は領域５３０へ移動することができる（M）。上述したように、エレクトロウェッティング表面１２８は、疎水性とすることができるが、低インピーダンス経路５３２を生じさせることで、エレクトロウェッティング表面１２８の疎水性に少なくとも部分的に反対に作用するクーロン力をエレクトロウェッティング表面１２８に一時的に生成することができ、これは、エレクトロウェッティング表面１２８上に位置する水性媒質の液滴によって観察される。エレクトロウェッティング表面１２８に沿って領域５３０を順次活動化および非活動化させることによって、液滴５２４をエレクトロウェッティング表面１２８に沿って移動させることができる。図１２Ａ〜１２Ｃに関してより詳細に論じるように、液滴５２４はまた、１つのＥＷデバイス１３０のエレクトロウェッティング表面１２８から別のＥＷデバイス１３０のエレクトロウェッティング表面１２８へ移動させることができる。
【0046】
[0062] 切換可能要素５１２は、図２Ａおよび図２Ｂの切換可能要素２１２を構成することができる方法のいずれかで構成することができる。たとえば、図５Ａおよび図５Ｂに示す切換可能要素５１２は、直接光ビーム５４２で照射されたときを除いて比較的高い電気インピーダンスを有する光導電性材料（たとえば、非晶質シリコン）を含むことができる。図５Ｂに示すように、領域５２８上へ誘導された狭い光ビーム５４２は、切換可能要素５１２のうち照射された部分のインピーダンスを著しく低減させ、それによって低インピーダンス経路５３２を生じさせることができる。切換可能要素５１２のそのような実施形態では、領域５２８上へ光ビーム５４２を誘導することによって、切換可能要素５１２と誘電体材料５１４との間のインターフェースにおける任意の場所の任意の領域５２８から第２の電極５０４への低インピーダンス経路５３２を生じさせることができる。したがって、エレクトロウェッティング表面１２８上の任意の場所で、エレクトロウェッティング表面１２８上の対応する領域５３０の濡れ特性を変化させることができる。
【0048】
[0064] 図示のように、光導電性材料を含むのではなく、図６のＥＷデバイス６００の切換可能要素５１２は、切換可能要素５１２と誘電体材料５１４との間のインターフェースに位置する固定の領域６２８をバイアス電極５０４に電気的に接続するために一時的に活動化させることができる１つまたは複数（６つを示すが、より少なくても多くてもよい）のスイッチ６０２を含むことができる。したがって、スイッチ６０２を活動化させることで、切換可能要素５１２と誘電体材料５１４との間のインターフェースに位置する固定の領域６２８からバイアス電極５０４への低インピーダンス経路（図５Ｂの経路５３２と同様）を生じさせることができ、それによりエレクトロウェッティング表面１２８上の対応する固定の領域６３０における濡れ特性を変化させることができる。他の点では、ＥＷデバイス６００は、図５ＢのＥＷデバイス１３０と同様とすることができ、符号が付与された同様の要素は同じとすることができる。切換可能要素５１２内のスイッチ６０２はそれぞれ、たとえば、すべて上記で論じたように、図４に示すＢＪＴトランジスタ４１０またはＦＥＴトランジスタと概して同様のトランジスタとして構成することができる。
【0049】
[0065] 図６には、切換可能要素５１２と誘電体材料５１４とのインターフェースの複数の比較的小さい領域６２８（エレクトロウェッティング表面１２８に位置または隣接する複数の比較的小さい固定の領域６３０に対応する）を電極５０４に接続する複数のスイッチ６０２が示されている。そのような実施形態では、対応するスイッチ６０２を活動化させることによって、エレクトロウェッティング表面１２８上の領域６３０（またはその部分集合）のいずれか１つの濡れ特性を一時的に変化させることができる。別法として、切換可能要素５１２と誘電体材料５１４とのインターフェースを電極５０４に接続する１つのスイッチ６０２が存在してもよい。そのような実施形態では、エレクトロウェッティング表面１２８は１つの領域６３０であり、スイッチ６０２を活動化させることで、本質的にエレクトロウェッティング表面１２８全体の濡れ特性を一時的に変化させることができる。
【0050】
[0066] 図５Ａ〜６に示すＥＷデバイス１３０、６００は、装置１００内のＥＷデバイス１３０の可能な構成の例にすぎない。概して、ＥＷデバイス１３０は、光電子ウェッティング（OEW）デバイスとすることができ、その例は、内容が全体として参照により本明細書に組み込まれている、米国特許第６，９５８，１３２号に開示されている。ＥＷデバイス１３０の他の例には、誘電体上のエレクトロウェッティング（EWOD）デバイスが含まれ、これは電子制御式とすることができ、その一例は、内容が全体として参照により本明細書に組み込まれている、米国特許第８，６８５，３４４号に開示されている。
【0052】
[0068] 図７に示す例では、複数のＤＥＰ部１２２および複数のＥＷ部１２６は、単一のモノリシック構成要素７０２に一体化することができる。図示のように、構造１０４は、モノリシック構成要素７０２を含むことができ、ＤＥＰ部１２２およびＥＷ部１２６は、モノリシック構成要素７０２のセクション７０４〜７１０を構成することができる。モノリシック構成要素７０２は、半導体材料を含むことができる。
【0053】
[0069] たとえば、図示のように、第１のＥＷ部１２６ａは、モノリシック構成要素７０２の第１のセクション７０４の一方の側に配置された誘電体材料５１４と、第１のセクション７０４の他方の側に配置された電極５０４とを含むことができ、セクション７０４は、図５Ａ〜６に示す切換可能要素５１２と同様に構成される。たとえば、第１のセクション７０４は、図５Ｂに示す切換可能要素５１２と概して同様の光導電性材料を含むことができる。別の例として、第１のセクション７０４は、図６のスイッチ６０２と同様の１つまたは複数のスイッチを含むことができ、スイッチは、上記で論じたように、トランジスタ（たとえば、図４のBJTトランジスタ４１０またはFETトランジスタ）として構成することができる。第２のＥＷ部１２６ｂは、同様に、モノリシック構成要素７０２の第３のセクション７０８の一方の側に配置された別の誘電体材料５１４と、第３のセクション７０８の他方の側の別の電極５０４とを含むことができ、セクション７０８は、図５Ａ〜６のいずれかに示す切換可能要素５１２と同様に構成される。
【0054】
[0070] 第１のＤＥＰ部１２２ａは、モノリシック構成要素７０２の第２のセクション７０６と、第２のセクション７０６に隣接して配置された電極２０４とを含むことができ、セクション７０６は、図２Ａ〜４に示す切換可能要素２１２と同様に構成される。たとえば、第２のセクション７０６は、図２Ｂに示す切換可能要素２１２と概して同様の光導電性材料を含むことができる。別の例として、第２のセクション７０６は、図３のスイッチ３０２と同様の１つまたは複数のスイッチを含むことができ、スイッチは、上記で論じたように、トランジスタ（たとえば、図４のBJTトランジスタ４１０またはFETトランジスタ）として構成することができる。第２のＤＥＰ部１２２ｂは、同様に、モノリシック構成要素７０２の第４のセクション７１０と、第４のセクション７１０に隣接して配置された別の電極２０４とを含むことができ、セクション７０６は、図２Ａ〜４のいずれかに示す切換可能要素２１２と同様に構成される。
【0055】
[0071] 図８に示す例では、ＤＥＰ部１２２およびＥＷ部１２６は、別個の構造を含むことができる。たとえば、図示のように、第１のＥＷ部１２６ａは、第１のＥＷ部切換要素８０４の一方の側に配置された誘電体材料５１４と、切換要素８０４の他方の側の電極５０４とを含む別個の構造とすることができる。切換要素８０４は、たとえば、半導体材料、プリント回路基板などを含むことができる。切換要素８０４は、図５Ａ〜６のいずれかに示す切換可能要素５１２と同様に構成することができる。たとえば、切換要素８０４は、図５Ｂに示す切換可能要素５１２と概して同様の光導電性材料を含むことができる。別の例として、切換要素８０４は、図６のスイッチ６０２と同様の１つまたは複数のスイッチを含むことができ、スイッチは、上記で論じたように、トランジスタ（たとえば、図４のBJTトランジスタ４１０またはFETトランジスタ）として構成することができる。第２のＥＷ部１２６ｂはまた、第２のＥＷ部切換要素８０８の一方の側に配置された別の誘電体材料５１４と、切換要素８０８の他方の側の別の電極５０４とを含む別個の構造とすることができる。切換要素８０８は、上記で論じた切換要素８０４と同じまたは類似のものとすることができる。
【0056】
[0072] 第１のＤＥＰ部１２２ａは、第１のＤＥＰ部切換要素８０６と電極２０４とを含む別個の構造とすることができる。切換要素８０６は、たとえば、半導体材料、プリント回路基板などを含むことができる。切換要素８０６は、図２Ａ〜４のいずれかに示す切換可能要素２１２と同様に構成することができる。たとえば、切換要素８０６は、図２Ｂに示す切換可能要素２１２の構成と概して同様の光導電性材料を含むことができる。別の例として、切換要素８０６は、図３のスイッチ３０２と同様の１つまたは複数のスイッチを含むことができ、スイッチは、上記で論じたように、トランジスタ（たとえば、図４のBJTトランジスタ４１０またはFETトランジスタ）として構成することができる。第２のＤＥＰ部１２２ｂはまた、第２のＤＥＰ部切換要素８１０と別の電極２０４とを含む別個の構造とすることができる。切換要素８１０は、上記で論じた切換要素８０６と同様とすることができる。
【0057】
[0073] 図８に示すように、ＥＷ部１２６ａ、１２６ｂおよびＤＥＰ部１２２ａ、１２２ｂは、マスタ構造８１４上に配置することができる。ＥＷ部１２６ａ、１２６ｂおよびＤＥＰ部１２２ａ、１２２ｂは、マスタ構造８１４上に任意のパターンで配置することができる。たとえば、ＥＷ部１２６ａ、１２６ｂおよびＤＥＰ部１２２ａ、１２２ｂは、図示のように、横に並べて配置することができ、スペーサ８１２によって隔置することができる。別の例として、いくつかの実施形態では、スペーサ８１２が存在しておらず、隣接するＥＷ部１２６ａ、１２６ｂおよびＤＥＰ部１２２ａ、１２２ｂは互いに当接することができる。
【0058】
[0074] いくつかの実施形態は、マスタ構造８１４を含まない。たとえば、いくつかの実施形態では、マスタ構造８１４が存在しておらず、ＥＷ部１２６ａ、１２６ｂおよびＤＥＰ部１２２ａ、１２２ｂは互いに付着される。たとえば、図８に示すスペーサ８１２は、隣接するＥＷ部１２６ａ、１２６ｂおよびＤＥＰ部１２２ａ、１２２ｂの側面に互いに付着する接着剤とすることができる。
【0059】
[0075] 図示しないが、電源（たとえば、図２Ａおよび図５Ａの２０６および５０６）を電極２０４、５０４に接続する設備を提供することができる。たとえば、マスタ構造８１４は、電極２０４への１つまたは複数の導電コネクタ（図示せず）と、電極５０４への１つまたは複数の導電コネクタ（図示せず）とを含むことができる。そのようなコネクタの例には、マスタ構造８１４を通る導電ビア（図示せず）が含まれる。
【0060】
[0076] とにかく、ＥＷ部１２６ａ、１２６ｂおよびＤＥＰ部１２２ａ、１２２ｂは、ＥＷ部１２６ａ、１２６ｂのエレクトロウェッティング表面１２８およびＤＥＰ部１２２ａ、１２２ｂの外側表面１２４が実質的に平行になりかつ／または実質的に同じ平面内に位置するように位置決めすることができる。したがって、エレクトロウェッティング表面１２８および外側表面１２４は、構造１０４の境界１０６を形成することができる。したがって、境界１０６は、複数のＤＥＰ部１２２の複数の外側表面１２４および複数のＥＷ部１２６の複数のエレクトロウェッティング表面１２８を含む複合表面とすることができる。
【0061】
[0077] 図９に示す例では、ＤＥＰ部１２２ａ、１２２ｂは、マスタ切換要素９０２のセクションを構成することができ、ＥＷ部１２６ａ、１２６ｂは、マスタ切換要素９０２内の空胴９１６、９１８内に配置された独立型の別個の構造を構成することができる。
【0062】
[0078] 図示のように、第１のＥＷ部１２６ａは、第１のＥＷ部切換要素９０４の一方の側に配置された誘電体材料５１４と、切換要素９０４の他方の側の電極５０４とを含む独立型の別個の構造とすることができる。切換要素９０４は、たとえば、半導体材料を含むことができる。切換要素９０４は、図５Ａ〜６のいずれかに示す切換可能要素５１２と同様に構成することができる。たとえば、切換要素９０４は、図５Ｂに示す切換可能要素５１２と概して同様の光導電性材料を含むことができる。別の例として、切換要素９０４は、図６のスイッチ６０２と同様の１つまたは複数のスイッチを含むことができ、スイッチは、上記で論じたように、トランジスタ（たとえば、図４のBJTトランジスタ４１０またはFETトランジスタ）として構成することができる。第２のＥＷ部１２６ｂはまた、第２のＥＷ部切換要素９０８の一方の側に配置された別の誘電体材料５１４と、切換要素９０８の他方の側の別の電極５０４とを含む独立型の別個の構造とすることができる。切換要素９０８は、たとえば、半導体材料を含むことができ、上記で論じた切換要素９０４と同様に構成することができる。ＥＷ部１２６ａ、１２６ｂは、マスタ切換要素９０２内の空胴９１６、９１８内に配置することができる。
【0063】
[0079] 第１のＤＥＰ部１２２ａは、マスタ切換要素９０２の第１のセクション９０６と、第１のセクション９０６に隣接して配置された電極２０４とを含むことができ、第１のセクション９０６は、図２Ａ〜４のいずれかに示す切換可能要素２１２と同様に構成することができる。たとえば、第１のセクション９０６は、図２Ｂに示す切換可能要素２１２と概して同様の光導電性材料を含むことができる。別の例として、第１のセクション９０６は、図３のスイッチ３０２と同様の１つまたは複数のスイッチを含むことができ、スイッチは、トランジスタ（たとえば、図４のBJTトランジスタ４１０またはFETトランジスタ）として構成することができる。第２のＤＥＰ部１２２ｂは、同様に、マスタ切換要素９０２の第２のセクション９１０と、第２のセクション９１０に隣接して配置された別の電極２０４とを含むことができ、第２のセクション９１０は、図２Ａ〜４に示す切換可能要素２１２と同様に構成することができる。
【0064】
[0080] 図示のように、ＤＥＰ部１２２ａ、１２２ｂに対応するマスタ切換要素９０２のセクション９０６、９１０は空胴９１６、９１８間に配置することができ、ＥＷ部１２６ａ、１２６ｂは空胴９１６、９１８内に配置される。空胴９１６、９１８およびＥＷ部１２６ａ、１２６ｂは、ＤＥＰ部１２２ａ、１２２ｂの外側表面１２４およびＥＷ部１２６ａ、１２６ｂのエレクトロウェッティング表面１２８が実質的に平行になりかつ／または実質的に同じ平面内に位置するように寸法設定および位置決めすることができる。したがって、外側表面１２４およびエレクトロウェッティング表面１２８は、構造１０４の境界１０６を形成することができる。
【0065】
[0081] 図９に示す例では、ＤＥＰ部１２２は、マスタ切換要素９０２のセクション９０６、９１０を構成し、ＥＷ部１２６は、マスタ切換要素９０２内の空胴９１６、９１８内に配置された独立型の別個の構造である。別法として、ＥＷ部１２６は、マスタ切換要素９０２のセクション（たとえば、セクション９０６、９１０と同様）を構成することができ、ＤＥＰ部１２２は、マスタ切換要素９０２の空胴９１６、９１８内に配置された独立型の別個の構造（たとえば、図９に示すＥＷ部１２６と同様）とすることができる。
【0066】
[0082] 図７〜９に示す実施形態のいずれかでは、第１の電源２０６は、概して図２Ａ〜３に示すように、電極２０４および対応する電極２０２（図７〜９には図示せず）のそれぞれに接続することができる。図７および図８の電極２０４はすべて、たとえば互いに電気的に接続することができる。同様に、図７および図８の実施形態では、第２の電源５０６は、電極５０４および対応する電極５０２（図７および図８には図示せず）に接続することができる。図９の実施形態はまた、第２の電源５０６をＥＷ部１２６の電極５０４に接続することを容易にすることができる。たとえば、図９に示すように、第２の電源５０６は、電極９１４に接続することができ、電極９１４は、ＥＷ部１２６ａ、１２６ｂの電極５０４に（たとえば、ビア、導電性接着剤などの電気的接続９１２によって）接続される。
【0067】
[0083] 図１０は、図３に示すようにある程度構成された切換可能要素２１２を含む構造１０４の一例を示し、図３および図１０の符号が付与された同様の要素は同じとすることができる。図示のように、切換要素２１２は、複数のＤＥＰ部１２２および複数のＥＷ部１２６を含むことができる。ＤＥＰ部１２２はそれぞれ、上記で論じたように、外側表面１２４を含む親水性層１００２であり、したがって外側表面１２４を親水性とすることができる親水性層１００２と、電極２０４と、切換可能要素２１２を通る電極２０４への低インピーダンス電気経路（たとえば、図２Ｂの経路２３２と同様）を選択的に生じさせるスイッチ３０２とを含むことができる。
【0068】
[0084] やはり図示のように、切換要素２１２は、ＤＥＰ部１２２間に隔離障壁４０８を含むことができ、隔離障壁４０８は、ＥＷ部１２６の一部とすることができる。たとえば、各ＥＷ部１２６は、エレクトロウェッティング表面１２８を含む誘電体材料５１４と、隔離障壁４０８の１つの上に配置された光導電性材料と、電極５０４とを含むことができる。図示のように、電気コネクタ１００４（たとえば、ビア）は、隔離障壁４０８内の光導電性材料を対応する電極５０４に電気的に接続することができる。概して図５Ｂに関して上記で論じたように、隔離障壁４０８の１つの中の光導電性材料上へ誘導された光は、照射された障壁４０８内の光導電性材料を通って電極５０４への低インピーダンス経路（図５Ｂの経路５３２と同様）を生じさせることができ、それによってＥＷ部１２６のエレクトロウェッティング表面１２８の濡れ特性を変化させることができる。
【0070】
[0086] 図１１の装置１００’は、図１の装置１００に概して類似したものとすることができ、符号が付与された同様の要素は同じとすることができる。しかし、図示のように、図１１の構造１０４’は、複数のＤＥＰデバイス１２０（それぞれ図示のＤＥＰ部１２２の１つに対応する）と、複数のＥＷデバイス１３０（それぞれＥＷ部１２６の１つに対応する）とを含む。ＤＥＰデバイス１２０およびＥＷデバイス１３０のいくつかまたはすべては、構造１０４’のＤＥＰ部１２２の外側表面１２４およびＥＷ部１２６のエレクトロウェッティング表面１２８が交互のパターンで配置されるように位置決めすることができる。たとえば、ＤＥＰデバイス１２０およびＥＷデバイス１３０のパターンのすべてまたは１つもしくは複数の部分は、概して図１１に示すように、パターンの行および列が交互の外側表面１２４およびエレクトロウェッティング表面１２８を含むように配置することができる。
【0072】
[0088] 図１２Ａに示すように、各ＤＥＰデバイス１２０は、カバー１１０の一部とすることができる電極２０２を含むことができる。図１２Ａで、カバー１１０は、電極２０２に対する支持構造１２０２も含むものとして示されている。各ＤＥＰデバイス１２０はまた、概して図２Ａに関して上記で論じたように、切換可能要素２１２と別の電極２０４とを含むことができる。各ＤＥＰデバイス１２０はまた、外側表面１２４を含む親水性材料１００２を含むことができ、したがって外側表面１２４は親水性とすることができる。他の点では、各ＤＥＰデバイス１２０は、図２Ａ〜４に示す例を含む本明細書に開示する任意の方法で構成しかつ動作させることができる。第１の電源２０６は、バイアス電極２０２および２０４に接続することができる。いくつかの実施形態では、支持体１２０２上のバイアス電極２０２を互いに相互接続することができ、同様に切換要素１２０４上のバイアス電極２０４を互いに相互接続することができる。
【0073】
[0089] 各ＥＷデバイス１３０は、図示のように、カバー１１０の一部とすることができる電極５０２を含むことができる。各ＥＷデバイス１３０はまた、概して図５Ａに関して上記で論じたように、誘電体材料５１４と、切換可能要素５１２と、別の電極５０４とを含むことができる。第２の電源５０６は、バイアス電極５０２および５０４に接続することができる。いくつかの実施形態では、支持体１２０２上のバイアス電極５０２を互いに相互接続することができ、同様に切換要素１２０４上のバイアス電極５０４を互いに相互接続することができる。各ＥＷデバイス１３０は、図５Ａ〜６に示す例を含む本明細書に開示する任意の方法で構成しかつ動作させることができる。
【0075】
[0091] 図１２Ａに示すように、概して上述したように、近傍のＤＥＰデバイス１２０ｂを活動化させる（たとえば、近傍のＤＥＰ部１２２ｂの切換可能要素２１２ｂを通って図２Ｂの経路２３２と同様の導電性経路を生じさせる）が、第１のＤＥＰデバイス１２０ａは活動化させないことによって、第１のＤＥＰデバイス１２０ａの外側表面１２４ａ上に最初に配置された微小物体２２４を、近傍のＤＥＰデバイス１２０ｂ（たとえば、第２のDEPデバイス）の外側表面１２４ｂへ移動させることができる。上記で論じたように、上記は、微小物体２２４を第１のＤＥＰデバイス１２０ａの外側表面１２４ａから近傍のＤＥＰデバイス１２０ｂの外側表面１２４ｂへ移動させるのに十分な微小物体２２４にかかる正味ＤＥＰ力を生じさせることができる。図示のように、微小物体２２４は、外側表面１２４ａから、隣接するＥＷデバイス１３０ｂの介在するエレクトロウェッティング表面１２８ｂを横切って移動させることができる。やはり図示のように、微小物体２２４は、第２の媒質５２２内に配置することができる第１の媒質２２２の液滴５２４の内側に位置したまま移動させることができる。
【0076】
[0092] 図１２Ａ〜１２Ｃにやはり示すように、液滴５２４は、構造境界１０６上で移動させることができる。たとえば、第１の位置（たとえば、図１２Ａに示す例ではDEPデバイス１２０ａ、１２０ｂの外側表面１２４ａ、１２４ｂおよび第１のEWデバイス１３０ｂのエレクトロウェッティング表面１２８ｂ上）に最初に配置された液滴５２４は、図１２Ｂに示すように、概して上述したように、近傍のＥＷデバイス１３０ｃを活動化させ（たとえば、近傍のEWデバイス１３０ｃの切換可能要素５１２ｃを通って図５Ｂの経路５３２と同様の導電性経路を生じさせる）、それによって、エレクトロウェッティング表面１２８ｃを横切ってＥＷデバイス１３０ｃに隣接するＤＥＰデバイス１２０ｃの外側表面１２４ｃへ液滴５２４の縁部を引き込むのに十分なほど、近傍のＥＷデバイス１３０ｃのエレクトロウェッティング表面１２８ｃ濡れ性を増大させることによって、第２の位置へ移動させることができる。上記は、エレクトロウェッティング表面１２８ｂは活動化させることなく行うことができる。したがって、液滴５２４は、図１２Ｃに示すように、図１２Ａに示す表面１２４ａ、１２８ｂ、１２４ｂ上の第１の位置から表面１２４ｂ、１２８ｃ、１２４ｃに示す第２の位置へ移動させることができる。図１２Ｂに示すように、液体圧力Ｐ（たとえば、入口１１４を通ってまたはチャンバ１１２内の圧力デバイス（図示せず）によって印加される）が、液滴５２４を移動させるのを助けることができる。図１２Ｂおよび図１２Ｃにやはり示すように、微小物体２２４は、ＤＥＰデバイス１２０をいずれも活動化させることなく、液滴５２４とともに移動させることができる。しかし、液滴５２４と同様の液滴は、液滴５２４が微小物体２２４と同様の１つまたは複数の微小物体を含むか否かにかかわらず、移動させることができる。
【0077】
[0093] 図１２Ａ〜１２Ｃには図示しないが、微小物体２２４および液滴５２４を移動させる上記の動作は、図１１および図１２Ａ〜１２Ｃの装置１００’内で同時に実行することができる。たとえば、図１２Ａに示すように、１つの液滴５２４内で微小物体２２４を移動させながら、図１２Ａ〜１２Ｃで液滴５２４が移動されるのと概して同じ方法で、別の液滴（図１２Ａ〜１２Ｃには図示しないが、液滴５２４と同様のものとすることができる）を移動させることができる。
【0078】
[0094] 図１３は、概して図１２Ａ〜１２Ｃに示す例に従って図１１の装置１００’を動作させることができる方法１３００の一例を示す。ステップ１３０２に示すように、方法１３００は、１つまたは複数のＤＥＰデバイスを選択的に活動化および非活動化（必要に応じて）させることによって、微小物体を１つのＤＥＰデバイスから別のＤＥＰデバイスへ移動させることができ、これは、概して上記で論じたように（たとえば、図１２Ａに示すように）実行することができる。ステップ１３０４で、方法１３００は、液滴を第１の位置から第２の位置へ移動させることができ、これもまた、概して上記で論じたように（たとえば、図１２Ａ〜１２Ｃに示すように）実行することができる。実際には、方法１３００は、図１２Ａ〜１２Ｃに関して上記で論じた任意の変形形態または追加のステップもしくは処理を含む図１２Ａ〜１２Ｃに示す例に従って実行することができる。
【0079】
[0095] 図１４Ａ〜１４Ｃは、図１１のマイクロ流体デバイス１００’の動作の別の例を示す。図１４Ａ〜１４Ｃは、そのカバー１１０が除去された装置１００’の上面図を示す。バイアスデバイス２０６、５０６は図示しないが、概して図１２Ａ〜１２Ｃに示すように装置１００’に接続することができる。
【0080】
[0096] 図１４Ａに示す例では、チャンバ１１２内の第２の媒質５２２内に第１の媒質２２２の液滴５２４が配置されており、液滴５２４内に微小物体２２４を配置することができる。図１４Ｂに示すように、液滴５２４内の微小物体２２４の１つまたは複数は、微小物体の選択された群１４０４が液滴５２４の小領域１４０２に入るまで、液滴５２４の選択された小領域１４０２の中または外へ移動させることができる。図１４Ｃに示すように、液滴５２４の小領域１４０２を液滴５２４から離れるように移動させ、したがって液滴５２４から分離して、微小物体２２４の選択された群１４０４を含む新しい液滴１４０６を形成することができる。微小物体２２４は、概して上記で論じたように、移動させることができ（図１４Ｂに示す）（たとえば、１つのDEPデバイス１２０（図１４Ａ〜１４Ｃには図示せず）の外側表面１２４から近傍のＤＥＰデバイス１２０（図１４Ａ〜１４Ｃには図示せず）の外側表面１２４へ）、小領域１４０４は、概して上記で論じたように、液滴５２４から移動させ、したがって引き離して分離し、新しい液滴１４０６を形成することができる（たとえば、EWデバイス１３０（図１４Ａ〜１４Ｃには図示せず）の隣接する１つのエレクトロウェッティング表面１２８の１つの濡れ特性を選択的に変化させることによる。）。
【0081】
[0097] たとえば、液滴５２４の小領域１４０２は、最初、図１４Ｂに示すように、チャンバ１１２内の第１の位置１４１８内に配置することができる。位置１４１８は、第１の組のＤＥＰデバイス１２０の第１の外側表面１２４と、第１の組のＥＷデバイス１３０の第１のエレクトロウェッティング表面１２８とを含むことができ、小領域１４０２は、最初、図１４Ｂに示すように、位置１４１８上に配置されている。概して液滴を移動させる上記の議論に従って、図１４Ｃに示すように、液滴の小領域１４０２を第２の位置１４２０へ移動させることによって、小領域１４０２を液滴５２４から分離し、新しい液滴１４０６を形成することができる。第２の位置１４２０は、第２の組のＤＥＰデバイス１２０の第２の外側表面１２４と、第２の組のＥＷデバイス１３０の第２のエレクトロウェッティング表面１２８とを含むことができる。小領域１４０２は、たとえば第３の位置１４２２内のＥＷデバイス１３０の１つまたは複数（１つを示すが、より多くてもよい）を順次活動化させることによって、第１の位置１４１８から第２の位置１４２０へ移動させることができる（第３の位置１４２２内のEWデバイス１３０は、第３の組のEWデバイス１３０の一例とすることができ、それらのエレクトロウェッティング表面１２８は、第３のエレクトロウェッティング表面の一例とすることができる）。これは、たとえば、小領域１４０２を除く液滴５２４がすべてそのエレクトロウェッティング表面１２８上に配置されているＥＷデバイス１３０は活動化させることなく行うことができる。概して上記で論じたように、これにより、液滴５２４の小領域１４０２を第３の位置１４２２の上へ移動させることができる。その後、第３の位置１４２２内のＥＷデバイス１３０を非活動化させることができ、第２の位置内のＥＷデバイス１３０の１つまたは複数を活動化させることができ、これにより、概して上記で論じたように、小領域１４０２（ここでは新しい液滴１４０６）を図１４Ｃに示す第２の位置１４２０へさらに移動させることができる。新しい液滴１４０６の形成を容易にする手段として、第３の位置１４２２内のＥＷデバイス１３０の非活動化および第２の位置１４２０内のＥＷデバイス１３０の活動化とともに、液滴５２４の残りの部分によって覆われている小領域１４１６内のＥＷデバイス１３０の少なくともいくつかの活動化を行うことができる。
【0082】
[0098] 新しい液滴１４０６は、何らかの微小物体２２４が既存の液滴５２４内にあるか、それとも新しい液滴１４０６内にあるかにかかわらず、図１４Ａ〜１４Ｃに示す既存の液滴５２４から生じさせることができる。さらに、既存の液滴５２４から２つ以上の新しい液滴（図示しないが、新しい液滴１４０６と同様とすることができる）を生じさせることもできる。
【0083】
[0099] 図１５は、概して図１４Ａ〜１４Ｃに示す例に従って図１１の装置１００’を動作させることができる方法１５００の一例を示す。ステップ１５０２に示すように、方法１５００は、微小物体の選択された群を液滴の小領域内に配置することができ、これは、概して上記で論じたように（たとえば、図１４Ａおよび図１４Ｂに示すように）実行することができる。ステップ１５０４で、方法１５００は、液滴の小領域を液滴から離れるように移動させ、小領域を液滴から分離し、それによって新しい液滴を形成することができ、これもまた、概して上記で論じたように（たとえば、図１４Ｃに示すように）実行することができる。実際には、方法１５００は、図１４Ａ〜１４Ｃに関して上記で論じた任意の変形形態または追加のステップもしくは処理を含む図１４Ａ〜１４Ｃに示す例のいずれかに従って実行することができる。
【0084】
[00100] 本発明の特有の実施形態および応用例について本明細書で説明したが、これらの実施形態および応用例は例示のみを目的とし、多くの変形形態が可能である。たとえば、ＤＥＰ部を使用して微小物体を移動させることに関して上記に提供した説明（たとえば、図２ｂおよび図１２Ａに関する）は、ＤＥＰ力について、微小物体に対して引き付けるものとして論じている（すなわち、正のDEP）。しかし、当技術分野ではよく知られているように、中でも微小粒子の性質、媒質の伝導率、ならびに電源の電圧電位および周波数は、微小物体の反発作用を実現するように調整することができる（すなわち、負のDEP）。
【0085】
[00101] さらに、本明細書に記載する構造およびマイクロ流体デバイスは、構造／デバイス内のチャンバまたは他の領域に流体の液滴を提供する液滴生成器を含むことができる。液滴生成器は、１つまたは複数の流体入力部および流体出力部を含むことができ、これらはチャンバまたは他の領域に接続することができる。これらの入力部を通して、水性媒質、不混和性媒質、生物の微小物体、試薬、および／または他の生物媒質を液滴生成器内へ装入することができる。液滴生成器は、水性媒質（１つもしくは複数の生物の微小物体を含有することができるが、必ずしも必要でない）、試薬、または他の生物媒質の液滴を生成および出力することができる。そのような液滴は、構造／デバイス内にすでに存在する液滴に溶け込ませることができ、それによって生物の微小物体の分類、生物の微小物体の処理（たとえば、生化学的および／または分子生物学的反応による）、生物の微小物体の分析（たとえば、キャプチャビーズおよび／または検出可能な結着材を使用する）などを可能にする。液滴生成器は、構造／デバイスに一体とすることができ、またはそれに接続することができる。たとえば、液滴生成器は、マイクロ流体デバイスのエレクトロウェッティング部の一部とすることができ、したがって、光導電性基板を有するエレクトロウェッティング部（たとえば、米国特許第６，９５８，１３２号に記載）、光作動式の回路基板（たとえば、米国特許出願公開第２０１４／０１２４３７０号（代理人整理番号ＢＬ９−ＵＳ）に記載）、フォトトランジスタベースの基板（たとえば、米国特許第７，９５６，３３９号に記載）、または電気作動式の回路基板（たとえば、米国特許第８，６８５，３４４号に記載）を含むことができる。別法として、液滴生成器は、Ｔ字状またはＹ字状の流体力学構造（たとえば、米国特許および特許出願公開第７，７０８，９４９号、第７，０４１，４８１号（ＲＥ４１．７８０として再発行）、第２００８／００１４５８９号、第２００８／０００３１４２号、第２０１０／０１３７１６３号、および第２０１０／０１７２８０３号に記載）を有することができる。上記の米国特許文献（すなわち、米国特許第６，９５８，１３２号、第７，９５６，３３９号、第８，６８５，３４４号、第７，７０８，９４９号、および第７，０４１，４８１号（ＲＥ４１．７８０として再発行）、ならびに米国特許出願公開第２０１４／０１２４３７０号、第２００８／００１４５８９号、第２００８／０００３１４２号、第２０１０／０１３７１６３号、および第２０１０／０１７２８０３号）はすべて、全体として参照により本明細書に組み込まれている。