特開 2022-58180 誘電湿潤装置及び液滴検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022058180

(43)【公開日】2022-04-11

(54)【発明の名称】誘電湿潤装置及び液滴検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/00 20060101AFI20220404BHJP

   G01N 27/22 20060101ALI20220404BHJP

   G01N 35/08 20060101ALI20220404BHJP

   G01N 37/00 20060101ALI20220404BHJP

   C12M 1/34 20060101ALI20220404BHJP

【ＦＩ】

G01N27/00 Z

G01N27/22 B

G01N35/08 B

G01N37/00 101

C12M1/34 Z

【審査請求】有

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021127840

(22)【出願日】2021-08-03

(31)【優先権主張番号】63/085385

(32)【優先日】2020-09-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/085368

(32)【優先日】2020-09-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/137597

(32)【優先日】2021-01-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】520480382

【氏名又は名称】富佳生技股▲ふん▼有限公司

(71)【出願人】

【識別番号】520352481

【氏名又は名称】深超光電（深セン）有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】110002848

【氏名又は名称】特許業務法人ＳＢＰＪ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】黄 鴻運

(72)【発明者】

【氏名】黄 志倫

(72)【発明者】

【氏名】謝 仁欽

(72)【発明者】

【氏名】李 俊畿

(72)【発明者】

【氏名】翁 裕復

【テーマコード（参考）】

2G058

2G060

4B029

【Ｆターム（参考）】

2G058DA02

2G058DA09

2G058EA14

2G058GE10

2G060AA05

2G060AA15

2G060AA19

2G060AD06

2G060AF10

2G060AG11

2G060AG14

2G060FA10

2G060HC10

2G060KA05

4B029AA07

4B029BB20

4B029CC01

4B029FA12

4B029HA05

(57)【要約】

【課題】持参する回路により液滴の位置及び大きさを正確に判断することができる誘電湿潤装置及び液滴検出方法を提供する。
【解決手段】前記誘電湿潤装置は、検出チップと、電源切換モジュールと、検出モジュールと、判断モジュールと、を備える。検出チップは、複数の駆動電極及び検出電極を含み、各駆動電極は、検出電極と結合して駆動回路を構成する可能である。電源切換モジュールは、第１電圧、第２電圧及び第３電圧の中の少なくとも１つを指定された駆動電極に出力する。検出モジュールは、検出電圧をリアルタイムに取得し、且つ１つの電圧サイクルにおいて検出電圧がピーク電圧から基準電圧に回復するまでの回復時間を算出する。判断モジュールは、前記回復時間を取得し、且つ前記回復時間に基づいて液滴の位置及び大きさを判断する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

検出チップと、電源切換モジュールと、検出モジュールと、判断モジュールと、を備え、
前記検出チップは、液滴を担持するためのチャンネルと、前記チャンネルの対向する両側に設けられる駆動回路と、を含み、
前記駆動回路は、前記チャンネルの一方側に設けられた複数の駆動電極と、前記チャンネルの前記駆動電極と反対する側に設けられる検出電極とを含み、
各前記駆動電極は、前記検出電極と結合して、前記駆動回路を形成することが可能であり、
前記電源切換モジュールは、複数の前記駆動電極と電気的に接続され、指定された前記駆動電極に対して第１電圧、第２電圧及び第３電圧の中の少なくとも１つを出力し、
前記第１電圧と前記第２電圧とは、前記液滴の移動を駆動するためのものであり、
前記第３電圧は、前記駆動電極と前記検出電極との間を結合させて、前記検出電極に検出電圧を出力させ、
前記検出モジュールは、前記検出電極に電気的に接続され、前記検出電圧をリアルタイムに取得し、且つ１つの電圧サイクル内において、前記検出電圧がピーク電圧から基準電圧に回復するまでの回復時間を算出し、
前記判断モジュールは、前記検出モジュールと通信可能に接続されて、前記回復時間を取得し、且つ前記回復時間の長短に基づいて前記液滴の位置を判断することを特徴とする誘電湿潤装置。

【請求項2】

前記判断モジュールは、前記液滴の位置を判断する時に、さらに前記液滴の大きさを確定することを特徴とする請求項１に記載の誘電湿潤装置。

【請求項3】

前記第１電圧は、正の電圧であり、前記第２電圧は、負の電圧であり、前記第３電圧は、連続四角波パルス電圧であることを特徴とする請求項１に記載の誘電湿潤装置。

【請求項4】

前記駆動電極のそれぞれは、第１タイミング、第２タイミング及び第３タイミングのいずれか１つにあり、
前記電源切換モジュールは、前記第１タイミングにある前記駆動電極に前記第１電圧を出力し、前記電源切換モジュールは、前記第２タイミングにある前記駆動電極に前記第２電圧を出力し、前記電源切換モジュールは、前記第３タイミングにある前記駆動電極に前記第３電圧を出力することを特徴とする請求項３に記載の誘電湿潤装置。

【請求項5】

各々の前記駆動電極は、第４タイミング又は第５タイミングにあり、前記電源切換モジュールは、前記第４タイミングにある前記駆動電極に前記第１電圧及び前記第３電圧を出力し、前記電源切換モジュールは、前記第５タイミングにある前記駆動電極に前記第２電圧及び前記第３電圧を出力することを特徴とする請求項３に記載の誘電湿潤装置。

【請求項6】

前記駆動回路は、前記駆動電極の前記検出電極に近い側に設けられる第１誘電層と、前記検出電極の前記駆動電極に近い側に設けられる第２誘電層と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の誘電湿潤装置。

【請求項7】

前記検出チップは、チップケースをさらに含み、前記チップケースは、第１蓋板と、スペーサー層と、第２蓋板とを含み、前記スペーサー層の対向する両面は、それぞれ、前記第１蓋板と前記第２蓋板とに隣接しており、前記第１蓋板と、前記スペーサー層と、前記第２蓋板とは、共同で前記チャンネルを取り囲むように形成し、
複数の前記駆動回路は、前記第２蓋板における前記チャンネルに近い側の表面にアレイ状に配列され、
前記検出電極は、前記第２蓋板における前記チャンネルに近い側の表面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の誘電湿潤装置。

【請求項8】

請求項１～７の何れか一項に記載の誘電湿潤装置の液滴検出方法であって、
前記液滴検出方法は、液滴移動の制御ステップと液滴検出の制御ステップとを含み、
前記液滴移動の制御ステップは、前記駆動電極の各々に前記第１電圧及び前記第２電圧を供給し、前記第１電圧及び前記第２電圧によって前記液滴を移動させることを含み、
前記液滴検出の制御ステップは、前記検出電極と前記駆動電極とが結合するように指定された前記駆動電極に第３電圧を供給し、且つ前記検出電極を介して検出電圧を出力すること、
前記検出電圧をリアルタイムに取得し、且つ１つの電圧サイクル内において、前記検出電圧がピーク電圧から基準電圧に回復するまでの回復時間を算出すること、及び
前記回復時間を取得し、且つ前記回復時間の長短に基づいて前記液滴の位置を判断することを含むことを特徴とする液滴検出方法。

【請求項9】

前記液滴の位置を判断する時に、さらに前記液滴の大きさを確定することを特徴とする請求項８に記載の液滴検出方法。

【請求項10】

前記第１電圧は、正の電圧であり、前記第２電圧は、負の電圧であり、前記第３電圧は、連続四角波パルス電圧であることを特徴とする請求項８に記載の液滴検出方法。

【請求項11】

前記駆動電極の各々は、第１タイミングと、第２タイミングと、第３タイミングとのいずれかにあり、前記液滴移動の制御ステップと前記液滴検出の制御ステップとが時間分けに行われ、
前記液滴移動の制御ステップは、前記第１タイミングにある前記駆動電極に前記第１電圧を出力し、前記第２タイミングにある前記駆動電極に前記第２電圧を出力して、前記液滴が前記第２タイミングにある前記駆動電極から前記第１タイミングにある前記駆動電極まで移動するように前記液滴を駆動し、
前記液滴検出の制御ステップは、
前記検出電極と前記駆動電極とが結合するように、前記第３タイミングにある前記駆動電極に前記第３電圧を供給し、且つ前記検出電極を介して検出電圧を出力することと、
前記検出電圧をリアルタイムに取得し、且つ１つの電圧サイクル内において、前記検出電圧がピーク電圧から基準電圧に回復するまでの回復時間を算出することと、
前記回復時間を取得し、且つ前記回復時間の長短に基づいて前記液滴の移動が成功したか否かを判断することと、
を含むことを特徴とする請求項１０に記載の液滴検出方法。

【請求項12】

前記駆動電極の各々は、第４タイミングまたは第５タイミングにあり、前記液滴移動の制御ステップと前記液滴検出の制御ステップとが同時に行われ、
前記液滴移動の制御ステップは、前記第４タイミングにある前記駆動電極に前記第１電圧と前記第３電圧とを出力し、前記第５タイミングにある前記駆動電極に前記第２電圧と前記第３電圧とを出力して、前記液滴が前記第５タイミングにある前記駆動電極から前記第４タイミングにある前記駆動電極まで移動するように前記液滴を駆動し、
前記液滴検出の制御ステップは、
前記検出電極と前記駆動電極とが結合するように、前記第４タイミングにある前記駆動電極と前記第５タイミングにある前記駆動電極とにそれぞれ前記第３電圧を出力し、且つ前記検出電極を介して検出電圧を出力することと、
前記検出電圧をリアルタイムに取得し、且つ１つの電圧サイクル内において、前記検出電圧がピーク電圧から基準電圧に回復するまでの回復時間を算出することと
前記回復時間を取得し、且つ前記回復時間の長短に基づいて前記液滴が前記第５タイミングにある前記駆動電極から前記第４タイミングにある前記駆動電極まで移動されたか否かを判断することと、
を含むことを特徴とする請求項１０に記載の液滴検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、核酸検出の技術分野に関し、特に、誘電湿潤装置及び液滴検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

現在の核酸拡張反応は、通常、誘電湿潤（Ｅｌｅｃｔｒｏｗｅｔｔｉｎｇ－Ｏｎ－Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）原理を用いて検査待ちの液体の移動を実現している。ＥＷＯＤ装置における検体を含む液滴は、電極により駆動されて所定の経路で移動し、核酸拡張などの関連措置を完了する。

【0003】

従来のＥＷＯＤ装置は、使用過程において、液滴の位置をモニタリングすることができず、液滴が所定経路で移動しているか否かを確保できない。ＥＷＯＤ装置に異常状況（例えば、液滴のサイズが大きすぎたり、小さすぎたり、異常電荷が持ち込まれたり、環境への不純物導入や静電気、温湿度の変化など）が発生して、液滴が所定の経路で移動できなくなるが、オペレータが知ることができず、ＥＷＯＤ装置が運転し続けると、核酸拡張反応が完了せず、デバイスの信頼性が低下することを招く。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

そこで、上記欠陥の少なくともいずれかを克服するために、誘電湿潤装置を提供する必要がある。

【0005】

また、本発明は、上記の誘電湿潤装置を用いた液滴検出方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る誘電湿潤装置は、検出チップと、電源切換モジュールと、検出モジュールと、判断モジュールと、を備え、前記検出チップは、液滴を担持するためのチャンネルと、前記チャンネルの対向する両側に設けられる駆動回路と、を含み、前記駆動回路は、前記チャンネルの一方側に設けられた複数の駆動電極と、前記チャンネルの前記駆動電極と反対する側に設けられる検出電極とを含み、各前記駆動電極は、前記検出電極と結合して、前記駆動回路を形成することが可能であり、前記電源切換モジュールは、複数の前記駆動電極と電気的に接続され、指定された前記駆動電極に対して第１電圧、第２電圧及び第３電圧の中の少なくとも１つを出力し、前記第１電圧と前記第２電圧とは、前記液滴の移動を駆動するためのものであり、前記第３電圧は、前記駆動電極と前記検出電極との間を結合させて、前記検出電極に検出電圧を出力させる。前記検出モジュールは、前記検出電極に電気的に接続され、前記検出電圧をリアルタイムに取得し、且つ１つの電圧サイクル内において、前記検出電圧がピーク電圧から基準電圧に回復するまでの回復時間を算出し、前記判断モジュールは、前記検出モジュールと通信可能に接続されて、前記回復時間を取得し、且つ前記回復時間の長短に基づいて前記液滴の位置を判断する。

【0007】

本願の実施形態では、前記判断モジュールは、前記液滴の位置を判断する時に、さらに前記液滴の大きさを確定する。

【0008】

本願の実施形態では、前記第１電圧は、正の電圧であり、前記第２電圧は、負の電圧であり、前記第３電圧は、連続四角波パルス電圧である。

【0009】

本願の実施形態では、前記駆動電極のそれぞれは、第１タイミング、第２タイミング及び第３タイミングのいずれか１つにあり、
前記電源切換モジュールは、前記第１タイミングにある前記駆動電極に前記第１電圧を出力し、前記電源切換モジュールは、前記第２タイミングにある前記駆動電極に前記第２電圧を出力し、前記電源切換モジュールは、前記第３タイミングにある前記駆動電極に前記第３電圧を出力する。

【0010】

本願の実施形態では、各々の前記駆動電極は、第４タイミング又は第５タイミングにあり、前記電源切換モジュールは、前記第４タイミングにある前記駆動電極に前記第１電圧及び前記第３電圧を出力し、前記電源切換モジュールは、前記第５タイミングにある前記駆動電極に前記第２電圧及び前記第３電圧を出力する。

【0011】

本願の実施形態では、前記駆動回路は、前記駆動電極の前記検出電極に近い側に設けられる第１誘電層と、前記検出電極の前記駆動電極に近い側に設けられる第２誘電層と、を含む。

【0012】

本願の実施形態では、前記検出チップは、チップケースをさらに含み、前記チップケースは、第１蓋板と、スペーサー層と、第２蓋板とを含み、前記スペーサー層の対向する両面は、それぞれ、前記第１蓋板と前記第２蓋板とに隣接しており、前記第１蓋板と、前記スペーサー層と、前記第２蓋板とは、共同で前記チャンネルを取り囲むように形成し、
複数の前記駆動回路は、前記第１蓋板における前記チャンネルに近い側の表面にアレイ状に配列され、
前記検出電極は、前記第２蓋板における前記チャンネルに近い側の表面に設けられる。

【0013】

また、本発明に係る上述したような誘電湿潤装置の液滴検出方法は、液滴移動の制御ステップと液滴検出の制御ステップとを含み、
前記液滴移動の制御ステップは、前記駆動電極の各々に前記第１電圧及び前記第２電圧を供給し、前記第１電圧及び前記第２電圧によって前記液滴を移動させることを含み、
前記液滴検出の制御ステップは、前記検出電極と前記駆動電極とが結合するように指定された前記駆動電極に第３電圧を供給し、且つ前記検出電極を介して検出電圧を出力すること、
前記検出電圧をリアルタイムに取得し、且つ１つの電圧サイクル内において、前記検出電圧がピーク電圧から基準電圧に回復するまでの回復時間を算出すること、及び
前記回復時間を取得し、且つ前記回復時間の長短に基づいて前記液滴の位置を判断する。

【0014】

本願の実施形態では、前記液滴検出方法は、前記液滴の位置を判断する時に、さらに前記液滴の大きさを確定する。

【0015】

本願の実施形態では、前記第１電圧は、正の電圧であり、前記第２電圧は、負の電圧であり、前記第３電圧は、連続四角波パルス電圧である。

【0016】

本願の実施形態では、前記駆動電極の各々は、第１タイミングと、第２タイミングと、第３タイミングとのいずれかにあり、前記液滴移動の制御ステップと前記液滴検出の制御ステップとが時間分けに行われ、
前記液滴移動の制御ステップは、前記第１タイミングにある前記駆動電極に前記第１電圧を出力し、前記第２タイミングにある前記駆動電極に前記第２電圧を出力して、前記液滴が前記第２タイミングにある前記駆動電極から前記第１タイミングにある前記駆動電極まで移動するように前記液滴を駆動し、
前記液滴検出の制御ステップは、前記検出電極と前記駆動電極とが結合するように、前記第３タイミングにある前記駆動電極に前記第３電圧を供給し、且つ前記検出電極を介して検出電圧を出力することと、
前記検出電圧をリアルタイムに取得し、且つ１つの電圧サイクル内において、前記検出電圧がピーク電圧から基準電圧に回復するまでの回復時間を算出することと、
前記回復時間を取得し、且つ前記回復時間の長短に基づいて前記液滴の移動が成功したか否かを判断することと、を含む。

【0017】

本願の実施形態では、前記駆動電極の各々は、第４タイミングまたは第５タイミングにあり、前記液滴移動の制御ステップと前記液滴検出の制御ステップとが同時に行われ、
前記液滴移動の制御ステップは、前記第４タイミングにある前記駆動電極に前記第１電圧と前記第３電圧とを出力し、前記第５タイミングにある前記駆動電極に前記第２電圧と前記第３電圧とを出力して、前記液滴が前記第５タイミングにある前記駆動電極から前記第４タイミングにある前記駆動電極まで移動するように前記液滴を駆動し、
前記液滴検出の制御ステップは、
前記検出電極と前記駆動電極とが結合するように、前記第４タイミングにある前記駆動電極と前記第５タイミングにある前記駆動電極とにそれぞれ前記第３電圧を出力し、且つ前記検出電極を介して検出電圧を出力することと、
前記検出電圧をリアルタイムに取得し、且つ１つの電圧サイクル内において、前記検出電圧がピーク電圧から基準電圧に回復するまでの回復時間を算出することと、
前記回復時間を取得し、且つ前記回復時間の長短に基づいて前記液滴が前記第５タイミングにある前記駆動電極から前記第４タイミングにある前記駆動電極まで移動されたか否かを判断することと、を含む。

【発明の効果】

【0018】

本発明によって提供される誘電湿潤装置１００は、従来技術に比べ、持参する回路によって、自容式容量誘導技術を用いてチャンネル内の液滴ａを自分で検出する。具体的には、駆動回路３における検出電圧Ｖ_ｏｕｔの回復時間Ｔの長短に基づいて、検出チップ１０における液滴ａが所定の経路に沿って移動に成功したか否か、及び、液滴ａの具体的な位置や液滴の大きさを正確に判定することができる。この誘電湿潤装置１００の液滴検出原理が簡単であり、検出方法が簡単であり、操作し易く、検査が精確であり、効率が高い。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係る検出チップの概略構成図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る誘電湿潤装置の回路構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る誘電湿潤装置の電気回路の模式図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る誘電湿潤装置における駆動回路の等価回路の模式図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る誘電湿潤装置における駆動回路の電圧が時間とともに変化する曲線図である。

【図6】本発明の一実施形態に係る電源電圧がそれぞれ第１タイミング、第２タイミング及び第３タイミングにあるときの電源電圧の曲線図である。

【図7】本発明の一実施形態による液滴駆動と液滴検出との過程を示す模式図である。

【図8】本発明の他の実施形態による液滴駆動と液滴検出との過程を示す模式図である。

【図9】本発明の一実施形態に係る電源電圧がそれぞれ第４タイミング及び第５タイミングにある時の電源電圧の曲線図である。

【図10】本発明のさらに別の実施形態による液滴駆動及び液滴検出の過程を示す模式図である。

【図11】本発明の一実施形態による液滴の大きさを検出する場合の模式図である。

【図12】本発明の一実施形態による液滴の大きさを検出する場合の模式図である。

【図13】本発明の一実施形態による液滴の大きさを検出する場合の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態における図面を参照しながら、本発明の実施形態における技術的な態様を明確にし、完全に説明するが、説明した実施形態は、全ての実施形態ではなく、本発明の一部の実施形態にすぎないことは明らかである。

【0021】

あるコンポーネントが他のコンポーネントに「固定される」と称される場合、それは他のコンポーネントに直接に存在してもよく、中間媒体が存在してもよい。あるコンポーネントが他のコンポーネントに「接続」と見なされる場合、それは直接に他のコンポーネントに接続されてもよく、同時に中間媒体が存在してもよい。あるコンポーネントが他のコンポーネントに「設けられる」と見なされる場合、それは直接に他のコンポーネントに設けられてもよく、同時に中間媒体が存在してもよい。本明細書で使用される用語「垂直」、「水平」、「左」、「右」及びそれに類似する表現は、説明の目的のためだけに使用される。

【0022】

以下に説明するシステムの実施形態は、単に概略的であり、前述のモジュールまたは回路の区分は、単なる論理的な機能の区分であり、実際に実現する場合は別の区分があってもよい。また、「含む」という語は他のユニットやステップを排除せず、単数は複数を排除しない。システム請求項に記載の複数のユニットまたは装置は、ソフトウェアまたはハードウェアを介して同じユニットまたはデバイスによっても実現されうる。第１、第２などの言葉は名前を表しているが、特定の順序を表していない。

【0023】

別段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての技術及び科学用語は、本発明の技術分野に属する技術者が一般的に理解する意味と同じである。本明細書で使用される用語は、具体的な実施形態を説明する目的だけであり、本発明を限定することを意味するものではない。本明細書で使用される用語「及び／または」は、1つまたは複数の関連する列項目の任意及びすべての組み合わせを含む。

【0024】

図１に示すように、本発明の検出チップ１０は、チップケース１と、チャンネル２と、駆動回路３と、を備える。チャンネル２は、チップケース１内に設けられて、検体（例えば核酸サンプル）を含む液滴ａを載置するためのものである。液滴ａは、チャンネル２内で核酸拡張反応を行なうことができる。チップケース１は、第１蓋板１１と、スペーサー層１２と、第２蓋板１３と、を備える。スペーサー層１２の対向する両面は、それぞれ、第１蓋板１１と第２蓋板１３とに隣接している。第１蓋板１１と、スペーサー層１２と、第２蓋板１３とは、共同でチャンネル２を取り囲むように形成する。駆動回路３は、液滴ａが所定の経路に沿って移動して、チャンネル２内で核酸拡張反応が完了するように、駆動する。

【0025】

駆動回路３は、第１蓋板１１におけるチャンネル２に近い側の表面に設けられた複数の駆動電極３１と、駆動電極３１の第２蓋板１３に近接する側に設けられる第１誘電層３３と、第２蓋板１３におけるチャンネル２に近い側の表面に設けられた検出電極３２と、検出電極３２の第１蓋板１１に近接する側に設けられる第２誘電層３４と、を含む。明らかに、駆動電極３１と検出電極３２とは、チャンネル２の両側に対向するように設けられている。駆動電極３１と検出電極３２とをオンまたはオフさせることにより、液滴ａがチャンネル２内で所定の経路に沿って移動することを実現できる。

【0026】

本実施形態では、図１に示すように、駆動回路３は、アレイ状に配列された複数の駆動電極３１と、第２蓋板１３におけるチャンネル２に近い側の表面に設けられる導電層と、を含む。前述の導電層は、検出電極３２として機能する。

【0027】

本実施形態では、駆動電極３１は、第１蓋板１１のチャンネル２に近い側に設けられている。具体的には、金属エッチング方法またはメッキの手法を用いて駆動電極３１を形成することができる。

【0028】

具体的には、駆動回路３は、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＴＦＴ）駆動回路である。また、液滴ａが導電性であるため、誘電濡れの原理を併せて、液滴ａがチャンネル２内を所定の経路で移動することができる。ＴＦＴの原理により、ある駆動電極３１と検出電極３２との間の回路を選択的にオンまたはオフすることにより、駆動電極３１と検出電極３２との間の電圧を変化させ、さらに、液滴ａと、第１誘電層３３及び第２誘電層３４との間の濡れ特性を変化させ、液滴ａがチャンネル２内を所定の経路で移動するように制御する。以下の実施例においては、説明の便宜上、駆動電極３１が３つの電極、例えば電極Ａ、電極Ｂ及び電極Ｃを含むことを例として、液滴ａがチャンネル２内を所定の経路で移動する原理について説明する。

【0029】

図１に示すように、液滴ａは、電極Ａ、電極Ｂ及び電極Ｃを移動することができる。液滴ａが電極Ａにある場合、電極Ｂと検出電極３２との間に電圧が印加されることにより、電極Ａと検出電極３２との間の電圧を遮断するとともに、電極Ｂに電圧を印加する。このとき、液滴ａと、第１誘電層３３及び第２誘電層３４との間の濡れ特性は変化し、電極Ａと液滴ａとの間の液－固接触角が大きくなり、電極Ｂと液滴ａとの間の液－固接触角が小さくなり、電極Ａから電極Ｂへの液滴ａの移動を促す。

【0030】

明らかに、検出チップ１０における液滴駆動の原理は、電圧によって誘電層の親疎水性を変化させ、さらに誘電層上の液滴ａが誘電層を吸着する能力を変化させることにより、液滴ａの移動を促す。従って、検出チップ１０が使用中に、液滴ａが所定の経路で移動すること及び液滴ａの大きさを確保するために、液滴ａを検出して液滴ａの具体的な位置を特定する必要がある。

【0031】

なお、図２及び図３に示すように、本発明の実施形態に係る誘電湿潤装置１００は、検出チップ１０と、電源切換モジュール２０と、検出モジュール３０と、判断モジュール４０と、を備える。

【0032】

電源切換モジュール２０は、複数の駆動電極３１に電気的に接続されており、指定された駆動電極３１に対して、第１電圧Ｖ_１、第２電圧Ｖ_２及び第３電圧Ｖ_３の少なくとも１つを含む電源電圧Ｖ_ｉｎを出力する。第１電圧Ｖ_１及び第２電圧Ｖ_２は、液滴ａを移動させるために駆動する。第３電圧Ｖ_３は、検出電極３２が検出電圧Ｖ_ｏｕｔ（即ち、結合電圧）を出力するように、駆動電極３１と検出電極３２との間にカップリングが発生させる。

【0033】

検出モジュール３０は、検出電極３２と電気的に接続され、検出電圧Ｖ_ｏｕｔをリアルタイムで取得し、且つ１つの電圧サイクル内で検出電圧Ｖ_ｏｕｔがピーク電圧Ｖ_Ｐから基準電圧Ｖ_ｒに回復するまでの回復時間Ｔを算出する。

【0034】

判断モジュール４０は、検出モジュール３０と通信可能に接続されて、繰り返し時間Ｔを取得し、且つ繰り返し時間Ｔの長短に基づいて、液滴ａの位置を判断する。判断モジュール４０は、検出チップ１０における液滴ａの位置を判断する時に、液滴ａの大きさをさらに判定してもよい（後に詳述する）。

【0035】

図４は、図３に示した回路の等価回路図である。勿論、本願では、誘電湿潤装置１００は、上記した電源切換モジュール２０、検出モジュール３０、判断モジュール４０を含む他に、検出チップ１０内の第１誘電層３３、第２誘電層３４、及びチャンネル２内の空気が何れも駆動回路３において等価容量を形成する。具体的には、第１誘電層３３は、駆動回路３において等価な第１誘電層容量Ｃｄｉ－Ｂを形成する。第２誘電層３４は、駆動回路３において等価な第２誘電層容量Ｃｄｉ－Ｔを形成する。第１誘電層３３と第２誘電層３４との間のチャンネル２内にシリコーンオイルが充填されると、シリコーンオイルの添加により、形成された等価な液体容量Ｃ_{ｌｉｑｕｉｄ－１}の値が変化する。駆動電極３１に液滴ａが存在すると、形成された等価な液体容量Ｃ_{１ｉｑｕｉｄ－２}の値は、液滴ａの添加に応じて変化する。ここで、各々の駆動電極３１が所在する駆動回路３において、第１誘電層容量Ｃ_ｄｉ－Ｂ、空気容量Ｃ_ａｉｒ、及び第２誘電層容量Ｃ_ｄｉ－Ｔがこの順に直列に接続される。第１誘電層容量Ｃｄｉ－Ｂの空気容量Ｃ_ａｉｒから遠い方の一端には、駆動電極３１が接続される。第２誘電層容量Ｃ_ｄｉ－Ｔの空気容量Ｃ_ａｉｒから遠い方の一端には、検出電極３２が接続されている。

【0036】

本実施形態では、第１電圧Ｖ_１は正の電圧であり、第２電圧Ｖ_２は負の電圧である。液滴ａが位置する駆動電極３１に負の電圧を印加し、液滴ａが位置する駆動電極３１の次の駆動電極３１に正の電圧を印加すると、誘電濡れの原理により、液滴ａが所定の経路に従って移動する。第３電圧Ｖ_３は、連続四角波パルス電圧であり、ある駆動電極３１に連続四角波パルス電圧を印加することで、液滴ａが駆動電極３１にあるか否かを判断し、さらに、液滴ａの位置及び大きさを確定することができる。

【0037】

なお、本願実施例では、電源切換モジュール２０が、コントローラ（図示せず）の制御下で、いずれかの駆動電極３１をＯＮにすることで、全ての駆動電極３１について逐次に検出し、正確な検出を行い、液滴ａの位置及び液滴ａの大きさを精確に判断することができる。

【0038】

なお、検出電極３２が検出電圧Ｖ_ｏｕｔを検出モジュール３０に出力する時に、検出モジュール３０は、リアルタイムに取得される検出電圧Ｖ_ｏｕｔの相対時間を曲線とし、１つの電圧サイクル（パルス周期）において、検出電圧Ｖ_ｏｕｔがピーク電圧Ｖ_Ｐから基準電圧Ｖ_ｒに回復するまでの回復時間Ｔを算出する。次に、検出モジュール３０は、回復時間Ｔを判断モジュール４０に出力する。判断モジュール４０は、回復時間Ｔの長短に基づいて、チャンネル２内の液滴ａが具体的にどの駆動電極３１にあるかを判定し、且つ液滴ａの大きさをさらに特定することができる。

【0039】

以下、図２～５を併せて参照しながら、本発明が提供する液滴検出の原理を詳細に説明する。

【0040】

本発明は、異なる駆動電極３１に対応する駆動回路３の容量の差異を検知することで、容量の差異に基づいて液滴ａの位置及び大きさを判断することができる自己内蔵容量の容量感応技術を採用している。

【0041】

具体的な容量の計算式は、以下の通りである。

【0042】

そのうち、Ｃ１ｉｑｕｉｄはチャンネル２内の液体の容量であり、Ｄ_{１ｉｑｕｉｄ}はチャンネル２内の液体の誘電率であり、Ｓは単一の駆動電極３１の面積であり、ｄは、液体の厚さであり、通常、チャンネル２の高さである。Ｄ_{１ｉｑｕｉｄ－１}は、シリコーンオイルの誘電率であり、通常２．８程度である。Ｄ_{１ｉｑｕｉｄ－２}は、液滴ａの誘電率であり、一般的な核酸液滴のＤ２は８５程度である。Ｃは、異なる駆動電極３１の総容量である。

【0043】

本発明は、異なる駆動電極３１の総容量Ｃの差異に基づいて、駆動電極３１には液滴ａの有無を判断することができる。電極Ａと電極Ｂを例にとると、電極Ａにはシリコーンオイルがあり、電極Ｂには液滴ａがあると、電極Ａが位置する回路総容量ＣＡ＝Ｃｄｉ－Ｂ＋Ｃｄｉ－Ｔ＋２．８であり、電極Ｂが位置する回路総容量ＣＢ＝Ｃｄｉ－Ｂ＋Ｃｄｉ－Ｔ＋８５であり、ＣＡとＣＢとの間に大きな差があるため、電極Ａと電極Ｂとが位置する回路の総容量の差を比較すれば、液滴ａの具体的な位置を判定することができる。一方、総容量の間の差は、第３電圧Ｖ_３が駆動電極３１と検出電極３２との結合を経て形成された検出電圧Ｖ_ｏｕｔが、１つの電圧サイクル内にピーク電圧Ｖ_Ｐから基準電圧Ｖ_ｒに回復するまでの回復時間Ｔによって判断してもよい。液滴ａの誘電係数がシリコーンオイルよりも大きく、液滴ａが存在する駆動電極３１が位置する回路総容量は大きく、検出電圧Ｖ_ｏｕｔがピーク電圧Ｖ_Ｐから基準電圧Ｖ_ｒに回復するまでの回復時間Ｔが長いため、液滴ａが存在する駆動回路３に対応する回復時間Ｔと、液滴ａが存在しない駆動回路３に対応する回復時間Ｔとの間には、時間差ΔＴが１つ存在するため、回復時間Ｔを比較すれば、液滴ａの位置を判断することができる。また、回路総容量により、液滴ａが占める駆動電極３１の数をさらに判定し、単一の駆動電極３１の面積Ｓ及びチャンネル２の高さｄを合わせて、液滴ａの体積の大きさを算出することもできる。

【0044】

なお、図３、図４及び図６を参照しながら、誘電湿潤装置１００内において液滴移動ステップと液滴検出ステップとを時間に分けて行なうように制御する際の原理を紹介する。

【0045】

ここで、複数の駆動電極３１を３種類の電極に分け、３種類の電極がそれぞれ第１タイミングＴ１、第２タイミングＴ２及び第３タイミングＴ３にある。この３つのタイミングは、固定的である。第１タイミングＴ１にある時、電源切換モジュール２０は駆動電極３１に正の電圧（即ち、第１電圧Ｖ_１）を印加する。第２タイミングＴ２にある時、電源切換モジュール２０は、駆動電極３１に負の電圧（即ち、第２電圧Ｖ_２）を印加する。第３タイミングＴ３にある時、電源切換モジュール２０は、駆動電極３１に連続四角波パルス電圧（即ち、第３電圧Ｖ_３）を印加する。しかし、液滴ａの移動に伴って、各タイミングにある駆動電極３１は、変化している。液滴ａの直下にある駆動電極３１は、第２タイミングＴ２にあり、液滴ａの移動経路の前方と後方にある２つの駆動電極３１は、それぞれ第１タイミングＴ１と第３タイミングＴ３にある。説明の便宜上、以下の実施形態では、駆動電極３１が電極Ａ、電極Ｂ、電極Ｃ、電極Ｄ、電極Ｅ及び電極Ｆを含む場合を例にして、液滴ａがチャンネル２内を所定の経路で移動する原理を説明する。

【0046】

図４、図６及び図７に示すように、一実施形態では、全ての駆動電極３１に対してグループ分けを行わず、駆動電極３１ごとに個別に駆動される。例えば、駆動電極３１は、電極Ａと、電極Ｂと、電極Ｃと、電極Ｄと、電極Ｅと、電極Ｆとを含む。開始時に、液滴ａが電極Ａに位置すると、電極Ａ、電極Ｃ、電極Ｄ、電極Ｅ及び電極Ｆはともに第２タイミングＴ２にあり、電極Ｂは第１タイミングＴ１にあり、電源切換モジュール２０が電極Ｂに正の電圧を印加しながら電極Ａ、電極Ｃ、電極Ｄ、電極Ｅ及び電極Ｆに負の電圧を印加すると、液滴ａは電極Ａから電極Ｂに移動する。さらに、電源切換モジュール２０が電極Ｃに正の電圧を印加しながら、電極Ｂ、電極Ｄ、電極Ｅ及び電極Ｆに負の電圧を印加すると、液滴は電極Ｂから電極Ｃに移動する。その後、電源切換モジュール２０は、電極Ａに切り換えて、電極Ａに対して連続四角波パルス電圧を印加する。上記の液滴検出原理により、回復時間Ｔにより、液滴ａが電極Ａにあるか否かを判断し、さらに液滴ａが移動に成功したか否かを判断することができる。こうして、液滴aが所定の経路に従って移動して、核酸拡張反応を完了するまで終わる。図４、図６及び図８に示すように、他の実施形態では、全ての駆動電極３１に対してグループ分けし、各グループの駆動電極３１ごとに３つの電極を含んでいる。例えば、各グループの駆動電極３１は、電極Ａ、電極Ｂ及び電極Ｃを含む。開始時に、液滴ａが電極Ａに位置すると、電極Ａと電極Ｃが第２タイミングＴ２にあり、電極Ｂが第１タイミングＴ１にあり、電源切換モジュール２０が電極Ｂに正の電圧を印加しながら電極Ａと電極Ｃに負の電圧を印加すると、液滴ａは電極Ａから電極Ｂまで移動する。さらに、電源切換モジュール２０が電極Ｂに負の電圧を印加しながら電極Ｃに正の電圧を印加すると、液滴は電極Ｂから電極Ｃに移動する。その後、電源切換モジュール２０は、電極Ａに切り換えて、電極Ａに対して連続四角波パルス電圧を印加する。上述した液滴検出原理に基づいて、回復時間Ｔを利用して液滴ａが電極Ａにあるか否かを判断し、さらに液滴ａが移動に成功したか否かを判断することができる。液滴ａが次のグループの駆動電極３１に移動する際に上記の処理を繰り返す。複数グループの駆動電極３１におけるすべての電極Ａ、すべての電極Ｂ及びすべての電極Ｃが同期してオンまたはオフされるので、制御端のピン数を削減し、コストを低減することができる。

【0047】

以下、図４、図９及び図１０を参照しながら、誘電湿潤装置１００内において液滴移動ステップと液滴検出ステップとが同時に行われるように制御する原理を説明する。

【0048】

ここで、複数の駆動電極３１を２種類の電極に分ける。この２種類の電極は、それぞれ第４タイミングＴ４及び第５タイミングＴ５にある。第４タイミングＴ４にある時、電源切換モジュール２０は、駆動電極３１に正の電圧（即ち、第１電圧Ｖ_１）と連続四角波パルス電圧（即ち、第３電圧Ｖ_３）とを同時に印加する。第５タイミングＴ５にある時、電源切換モジュール２０は、駆動電極３１に負の電圧（即ち、第２電圧Ｖ_２）と連続四角波パルス電圧（即ち、第３電圧Ｖ_３）とを同時に印加する。例えば、図１０に示すように、駆動電極３１は、電極Ａと、電極Ｂと、電極Ｃと、電極Ｄと、電極Ｅと、電極Ｆとを含む。開始時に、液滴ａが電極Ａに位置すると、電極Ａ、電極Ｃ、電極Ｄ、電極Ｅ及び電極Ｆはそれぞれ第５タイミングＴ５にあり、電極Ｂは第４タイミングＴ４にある。電源切換モジュール２０が電極Ｂに正の電圧と連続四角波パルス電圧とを同時に印加しながら、電極Ａ、電極Ｃ、電極Ｄ、電極Ｅ及び電極Ｆに負の電圧と連続四角波パルス電圧を印加すると、液滴ａは電極Ａから電極Ｂまで移動する。上記の液滴検出原理に基づいて、回復時間Ｔを利用して液滴ａが移動に成功したか否かを判定することができる。こうして、液滴ａが所定の経路で移動して、核酸拡張反応を完成するまで終わる。本実施形態によれば、液滴ａの移動と検出とを同時に行うことができ、検出効率と検出精度とを効果的に高めることができる。

【0049】

最後に、図４、図１１～図１３を参照しながら、誘電湿潤装置１００内の液滴ａの体積の大きさを検出する原理を説明する。

【0050】

ここで、駆動電極３１毎に連続四角波パルス電圧（即ち、第３電圧Ｖ_３）を印加することで、前述した液滴検出原理から、回復時間Ｔを利用して液滴ａが位置する駆動電極３１の具体的な数を判断することができ、単一の駆動電極３１の面積Ｓとチャンネル２の高さｄとから、液滴ａの体積の大きさを算出することができる。例えば、駆動電極３１は、電極Ａ、電極Ｂ、電極Ｃ、電極Ｄ、電極Ｅ及び電極Ｆを含む。そして、各駆動電極３１の面積Ｓは、等しい。

【0051】

第１実施形態は、図１１に示すように、液滴ａが電極Ｃのみにあり、他の電極が液滴ａを検出しなければ、液滴ａの体積ｖ＝１Ｓ×ｄである。第２実施形態は、図１２に示すように、液滴ａが電極Ｃと電極Ｄとにあり、他の電極が液滴ａを検出しなければ、液滴ａの体積ｖ＝２Ｓ×ｄである。

【0052】

第３実施形態は、図１３に示すように、液滴ａの位置を検出する際に、対応する駆動電極３１が位置する駆動回路３の総容量変化状況が得られ、総容量の変化状況（回復時間Ｔにより反映される）に応じて、駆動電極３１に占める液滴ａの面積の大きさを確定することができる。例えば、液滴ａが電極Ｃ、電極Ｄ及び電極Ｅにあるが、電極Ｅにおける総容量の変化値が完全な液滴ａの容量の半分程度であることを検出し、回復時間Ｔに反映されると、電極Ｅに対応する駆動回路３において、検出電圧Ｖ_ｏｕｔのピーク電圧Ｖ_Ｐが基準電圧Ｖ_ｒに回復するまでの回復時間Ｔは、電極Ｃ又は電極Ｄに対応する回復時間Ｔの半分であり、液滴ａの体積ｖ＝２．５Ｓ×ｄとなる。

【0053】

なお、液滴移動と液滴検出とが同時に行われる過程において、液滴ａの体積の大きさを同期して確定でき、液滴ａの体積の大きさを個別に検出する必要がなく、検出効率が高い。

【0054】

本願において、誘電湿潤装置１００は、検出チップ１０内の液滴ａを自帯の回路で自己検出することができ、別途に検出装置を設ける必要がない。検出方法は簡単で、操作しやすく、検査が正確で、効率が高い。しかも、液滴ａの具体的な位置及び液滴ａの大きさの判断は、正確である。

【0055】

他の実施形態では、前述の液滴検出過程を実現可能な検出デバイスを単独で採用して、検出チップ１０に対して液滴検出を行うことができる。

【0056】

また、本発明は、誘電湿潤装置１００の液滴ａを検出するための液滴検出方法をさらに提供する。検出する際に、液滴移動と液滴検出とが時間分けにまたは同時に行われるが、具体的な検出過程は、前述した液滴移動と液滴検出との原理説明を参照する。

【0057】

ここで、前述の液滴移動の制御ステップは、駆動電極３１のそれぞれに第１電圧Ｖ_１及び第２電圧Ｖ_２が供給されるように、電源切換モジュール２０が制御され、前記第１電圧Ｖ_１及び第２電圧Ｖ_２によって、チャンネル２内に位置する液滴ａが移動するように制御することを含む。

【0058】

ここで、第１電圧Ｖ_１は正の電圧、第２電圧Ｖ_２は負の電圧である。電源切換モジュール２０は、液滴ａが位置する駆動電極３１に負の電圧を供給し、液滴ａの移動経路の次の駆動電極３１に正の電圧を供給するとともに、他の駆動電極３１に負の電圧を供給することにより、液滴ａを移動させる。

【0059】

前述の液滴検出の制御ステップは、具体的に以下のステップを含む。

【0060】

第１ステップでは、検出電極３２と駆動電極３１とが結合するように電源切換モジュール２０を制御して、指定された駆動電極３１に第３電圧Ｖ_３を供給し、且つ検出電極３２を介して検出電圧Ｖ_ｏｕｔを出力する。

【0061】

第２ステップでは、検出モジュール３０は、検出電極３２が出力した検出電圧Ｖ_ｏｕｔをリアルタイムに取得し、且つ１つの電圧サイクル内において、検出電圧Ｖ_ｏｕｔがピーク電圧Ｖ_Ｐから基準電圧Ｖ_ｒに回復するまでの回復時間Ｔを算出する。

【0062】

第３ステップでは、判断モジュール４０は、回復時間Ｔを取得し、且つ回復時間Ｔの長短に基づいて、液滴ａの位置を判断する。また、液滴ａの位置を判断する際に、液滴ａの大きさをさらに確定する。

【0063】

本発明によって提供される誘電湿潤装置１００は、従来技術に比べ、持参する回路によって、自容式容量誘導技術を用いてチャンネル内の液滴ａを自分で検出する。具体的には、駆動回路３における検出電圧Ｖ_ｏｕｔの回復時間Ｔの長短に基づいて、検出チップ１０における液滴ａが所定の経路に沿って移動に成功したか否か、及び、液滴ａの具体的な位置や液滴の大きさを正確に判定することができる。この誘電湿潤装置１００の液滴検出原理が簡単であり、検出方法が簡単であり、操作し易く、検査が精確であり、効率が高い。

【符号の説明】

【0064】

１００ 誘電湿潤装置
１０ 検出チップ
１ チップケース
１１ 第２蓋板
１２ スペーサー層
１３ 第２蓋板
２ チャンネル
３ 駆動回路
３１ 駆動電極
３２ 検出電極
３３ 第１誘電層
３４ 第２誘電層
２０ 電源切換モジュール
３０ 検出モジュール
４０ 判断モジュール
ａ 液滴
ｄ 高さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】