用于微流体器件的导电间隔物的制作方法

1.本发明涉及微流体器件和使用这种器件的方法。本发明的方面涉及在流体的液滴被转移到微流体器件中时或在流体的液滴被转移到微流体器件中之后的某个时间点对流体的液滴进行预充电。本发明的另外的方面涉及用于询问微流体器件内的一个或多个液滴的属性的导电电路。


背景技术：

2.申请人的共同未决的欧洲专利申请no.18182737.9、18182772.6、18194096.6和18194098.2公开了微流体系统的多个方面，该微流体系统包括用于微流体元件的侧面填充配置和模制外壳，其内容通过引用并入本文。
3.us9,019,200公开了一种用于驱动电润湿显示面板的方法和用于执行该方法的电润湿显示装置。
4.choi，k.，im，m.，choi，jm等人的微流体纳米流体(2012)12：821(https：//link.springer.com/article/10.1007/s10404-011-0921-3)描述了“使用用于数字微流体的预充电方法的液滴运输”。作者描述了通过在液滴与掩埋在介电层下方的电极之间施加“预充电”电压来对液滴进行初始充电。然后通过在两个相邻的掩埋电极之间施加“驱动”电压，将液滴驱动到下一个电极。通过液滴中存储的电荷的极性，证明了预充电的概念。当液滴用正电压进行预充电时，它由负电压进行驱动，反之亦然。choi等人还公开了“在本文中，通过使用“对液滴进行预充电”方法，我们针对单板结构数字微流体器件提出了一种新的液滴驱动方案。”choi等人未公开一种封闭的微流体器件，其中存在限定其上具有导电电路的板元件之间的间隙距离的垫圈(其可以是导电垫圈)。
5.图1是以示意性透视描绘了示例性有源矩阵电介质上电润湿(am-ewod)器件10的细节的透视图。am-ewod器件10具有下衬底12，其中薄膜电子器件14设置在下衬底12上；参考电极(未示出)合并到上衬底16中。下衬底12和上衬底16在其间限定通道或间隙(也称为“流体室”)。电极配置可以颠倒，其中薄膜电子器件合并到上衬底中而参考电极合并到下衬底中。薄膜电子器件14布置成驱动阵列元件电极18。多个阵列元件电极118布置在电极或元件阵列120中，具有x乘y个阵列元件，其中x和y可以是任何整数。术语“板元件”可以用于表示衬底与设置在该衬底上的各种组件例如任何电极和/或任何薄膜电子器件的组合。
6.可以包括任何极性液体且通常可以是水性的液滴122被封装在由间隔物124分离的下衬底14和上衬底16之间，但是应当理解，可以存在多个液滴122。液滴122通常可以存在于一层非极性液体内，该非极性液体可以是通常填充下衬底12与上衬底16之间的通道的油(未示出)。
7.包括极性材料的液滴122，即通过am-ewod器件的操作而操纵的液滴，必须从流体的外部“储存器”输入到am-ewod通道中。外部储存器可以例如是移液管，或者可以是合并到器件外壳中的结构。当来自储存器的流体进入am-ewod时，油通常被替换并且可以从am-ewod通道中去除。
8.可以以自动方式操纵液滴(122)，以便执行某种协议或测试。在测试的情况下，可以在液滴保留在器件内部时对它们执行测试。可以以包括电方式和光学方式的多种方式询问液滴。在电询问的情况下，可能需要比不进行电询问时更复杂的器件配置。
9.当液滴与参考电极完美或紧密地电接触时，诸如电介质上电润湿(ewod)器件的微流体器件最有效地发挥作用。在许多器件中，参考电极由与包含ewod电极的其他(更复杂的)衬底相对的简单导电衬底提供，并且因此也用于物理地包含器件的流体，并限定了器件的单元间隙。
10.该参考电极最理想地连接到与向主ewod衬底提供信号的驱动电子板相同的驱动电子板，使得如果使用ac电压(通常是这种情况)，则施加到参考电极的信号的频率与应用到ewod元件的信号的频率匹配。这允许ewod衬底所需的最大电压信号减半，并且这使tft电子器件可以用作ewod器件的衬底上的驱动电子器件。
11.从主驱动电子器件到参考电极的连接可以在外部实现(例如，通过使用重叠的衬底和电缆，如图12a示意性所示)，但通过以下方式更巧妙地实现：通过包括位于衬底上并处于期望参考电压的焊盘，并且例如通过使用大块焊膏或其他导电材料与跨越器件的单元间隙的相对(上)衬底上的参考电极进行内部连接。类似的技术用于在液晶显示器(lcd)中提供电连接。这种内部连接如图12b所示。这种连接结构可以称为“顶板通孔”。
12.在一些器件中，期望顶衬底电极比单个参考电极更复杂，使得必须与顶衬底进行多个独立的电连接。要做到这一点，必须要么回到图12a的粗糙悬垂技术，要么面临产生多个顶板通孔的技术挑战。用简单的焊膏团产生多个顶板通孔对于几个电极可以是可能的，但随着所需的与顶板电连接的数量的增加，很快就会变得更具挑战性。在极端情况下，顶板需要与ewod衬底一样多或者可能更多例如几十甚至几百的单独电连接，并且所需的连接的间距变得太小而不允许使用多个焊膏团。
13.正在解决的问题的陈述
14.本发明提供了一种微流体器件，例如电介质上电润湿(ewod)器件，例如有源矩阵电介质上电润湿(amewod)器件，其允许更复杂的电路配置。用于将顶板元件和底板元件保持为固定间隙距离的间隔物或垫圈也用于在第二衬底的面向流体室的表面上设置的电路元件与相关联的端子之间提供导电路径。一方面，在底板元件与顶板元件之间形成导电桥的垫圈用作间隔物以将顶板元件和底板元件保持为固定间隙距离。在另外的实施例中，提供了包括多个导电电路元件的间隔物，该间隔物有助于对位于amewod器件内的器件的流体室中的液滴执行更复杂的电测量。


技术实现要素：

15.本发明的第一方面提供了一种微流体器件，包括：第一衬底和第二衬底；垫圈，将所述第一衬底与所述第二衬底间隔开以在所述第一衬底与所述第二衬底之间限定流体室，所述垫圈的内边缘面限定所述流体室的横向边界；多个可独立寻址的阵列元件，设置在所述第一衬底的面向流体室的表面上；至少一个电路元件，设置在所述第二衬底的面向所述流体室的表面上；以及至少一个端口，用于将流体样本引入到所述流体室中；其中，所述垫圈被配置为在第二衬底的面向流体室的表面上设置的电路元件与相关联的端子之间提供导电路径。
16.在实施例中，该端子设置在第一衬底上，并且其中，垫圈设置了至少沿垫圈的厚度方向延伸的导电路径。
17.在实施例中，垫圈提供了在垫圈的平面中进一步延伸的导电路径。
18.在实施例中，该端子设置在垫圈上与垫圈的内边缘面间隔开的位置处，并且其中，该垫圈提供至少在垫圈的平面中延伸的导电路径。
19.在实施例中，垫圈整体导电。
20.在实施例中，多个电路元件设置在第二衬底的面向流体室的表面上，并且垫圈被配置为提供多个独立的导电路径，每个导电路径位于电路元件中的相应一个与相应的相关联端子之间。
21.在实施例中，垫圈包括伸出第一衬底和第二衬底之外的伸出部分，并且其中，导电路径延伸到垫圈的伸出部分。
22.在实施例中，在第二衬底的面向流体室层的表面上提供导电层，该电路元件被限定在导电层中。
23.在实施例中，垫圈还提供了在垫圈的内边缘面的一部分中设置的导电构件与相关联的端子之间的导电路径。
24.在实施例中，垫圈包括具有各向异性导电率的材料，并且可选地，其中垫圈包括在垫圈的厚度方向上导电并且在垂直于厚度方向的方向上基本不导电的材料。(“厚度方向”意指下面提到的厚度“h”，其限定了第一衬底与第二衬底之间的分离。)
25.在实施例中，垫圈的内边缘面成形为限定至少一个端口。
26.本发明的另一方面提供了一种方法，包括：将流体样本引入到由权利要求1至11中任一项限定的器件的流体室中；控制设置在器件的第一衬底上的阵列元件，以便将流体样本移动到与电路元件相邻，或移动到与电路元件中选定的一个相邻，电路元件设置在第二衬底上；以及将电压施加到与所述电路元件或与所选定的电路元件相关联的端子。
27.在实施例中，该方法包括施加电压从而对流体样本进行充电。
28.在实施例中，该方法包括对已充电流体样本执行一种或多种另外的流体操作。对已充电流体样本执行一种或多种另外的流体操作可以例如包括从流体样本中分离至少一个流体液滴。
29.在实施例中，该方法包括施加电压从而使测量信号通过流体样本。
30.如在实施例的描述中进一步详细阐述的，本发明的多个方面可以提供许多优点。在一些实施例中，垫圈(其也用作间隔物)可以是各向同性垫圈/间隔物，因为在垫圈中的某个点处，垫圈的电导率在每个方向上具有相同的值。本实施例使得可以在加载到微流体器件之后立即使用间隔物对液滴进行预充电，从而获得更好的液滴分配。它还使得可以检测间隔物相对于器件阵列元件的位置，从而检查器件是否正确制造。
31.在其他实施例中，垫圈/间隔物是各向异性间隔物。在一种情况下，间隔物可以是仅或至少优选地在一个方向上导电的间隔物，例如z-导电间隔物(可能通过厚acf膜实现)，或者它可以是更复杂的电路，例如使用fpc制造方法产生的垫圈。针对各向同性垫圈/间隔物描述的优点适用于各向异性间隔物，但各向异性提供了另外的优点。例如，可以向间隔物提供多点电连接，并进行可能的顶板电阻检查(这不能通过完全各向同性的间隔物来完成，因为会存在通过间隔物的电流路径，这将使这种测量变得不可能——尽管可以使用具有两
个或多个单独地各向同性导电但彼此绝缘的部分的间隔物来实现)。另外的优点是可以经由顶板衬底向液滴传送以及从液滴携带多对感测信号。
32.在另外的实施例中，垫圈/间隔物同样是各向异性的间隔物，并且用于感测目的(即，用于感测微流体器件中液滴的位置和/或属性)。去往/来自液滴的信号可以直接经由间隔物而不是经由顶板电极传送，从而避免需要在顶板上提供合适的电路或迹线。
33.在另外的实施例中，垫圈/间隔物是屏蔽间隔物。间隔物在x-y平面上未进行图案化，但在微流体器件的边缘周围提供了导电屏蔽，以屏蔽器件内的液滴。这可以例如使用多层间隔物来完成，该多层间隔物由例如胶带、导电层、导电胶带形成。
附图说明
34.图1描绘了电介质器件上的现有技术电润湿。
35.图2a至图2g描绘了本发明的一个方面的平面图，其表示液滴从流体储存器的加载和随后分配，其中样本沿上衬底的边缘加载。
36.图3a至图3e描绘了本发明的一个方面的平面图，其表示液滴从流体储存器的加载和随后分配，其中样本通过上衬底的表面中的孔进行加载。
37.图4a至图4f描绘了本发明的一个方面的平面图，其中附加导电电路设置在上衬底上并且被跟踪通过上衬底到下衬底上的对应电极焊盘。
38.图5a至图5e描绘了本发明的一个方面的平面图，其除了跟踪发生在器件的垫圈内而不是通过上衬底之外类似于图4所示的平面图。
39.图6a和图6b描绘了本发明的另一方面的平面图，其中垫圈内的导电路径不通向下衬底上的电极焊盘而是直接从器件中引出到外部连接器。
40.图7a至图7b描绘了本发明的另一方面的平面图，其中各向异性垫圈提供与下衬底和上衬底两者的电接触。
41.图8a至图8d描绘了本发明的另一方面的平面图，其中图案化的顶衬底悬垂在器件的边缘，并且其中，顶衬底与仪器之间经由柔性印刷电路元件进行电接触。
42.图9a至图9b描绘了本发明的另一个方面的平面图，其中在上衬底上没有电极图案，因为去往/来自液滴的电信号直接经由垫圈而不是经由上衬底电极携带。
43.图10a和图10d描绘了本发明的另一方面的平面图，其中垫圈是多层的以允许对器件内的液滴进行预充电或用于将上衬底电极与下衬底上的电路电屏蔽，或两者兼而有之。
44.图10b和图10c描绘了通过图10a的ewod的部分横截面。
45.图11a和图11b是根据本发明的另外实施例的通过ewod器件的示意性截面图。
46.图12a和图12b是用于与微流体器件的上衬底进行电连接的两种已知技术的示意图。
47.图13示出了根据本发明的ewod器件的另一种应用。
具体实施方式
48.图2a至图2g表示本发明一个方面的平面图，其中各向同性垫圈用于在amewod器件的上板与下板之间产生间隙。
49.图2a示出了根据本发明一个方面的示例性amewod器件(10)的平面图，其中液体样
本沿上衬底的边缘被引入到器件中。amewod器件(10)包括下衬底(12)、垫圈(14)、上衬底(16)、端h(18、28)、边缘连接器(20)和接触焊盘(22)。为了清楚起见，图2b仅示出了垫圈(14)和上衬底(16)，而图2c仅示出了下衬底。图2c中的线23表示器件有源区的边界。
50.ewod器件的流体室与垫圈的内部中的孔或钻孔相对应。流体室的边界由下衬底、上衬底、以及垫圈的内边缘面限定。
51.边缘连接器(20)包括多个接触部(24)。通常，amewod器件(10)包括通过其可以施加液体样本(通常是极性液体样本)的多个端口(18)以及通过其可以施加填料流体(未示出)的单个端口(28)。填料流体通常是非极性流体，其非限制性实例包括硅油、氟硅油、戊烷、己烷、辛烷、癸烷、十二烷、十五烷、十六烷，它们通常称为油。根据图2的方面，端口(18，28)由垫圈(14)的边缘轮廓特征和上衬底(16)的边缘(16a)限定。端口(18、28)因此允许将液体样本装载到限定在下衬底(12)与上衬底(16)之间的腔体(26)中，该间隙的高度由垫圈(14)的厚度限定。因此，液体样本通过其进入的孔由垫圈的内边缘面14a和上衬底(16)的外边缘16a限定。
52.在图2a至图2c的实施例中，如图2b所示，垫圈14的内边缘面14a被上衬底16覆盖，该内边缘面14a当am-ewod器件被组装时被提供有包括向内(即，朝向流体室的内部)指向的突起14b的边缘轮廓特征，而垫圈的两个相邻突起之间的区域未被上衬底16覆盖，从而形成流体输入端口18、28。(备选地，垫圈可以被认为具有限定在其内边缘14a中的凹口14c。)垫圈的内边缘14a和上衬底的边缘16a不限于图2a或图2b所示的具体布置，并且可以使用其他布置，只要垫圈的内边缘14a和衬底的边缘中的至少一个不是直的，使得垫圈存在未被上衬底16覆盖的至少一个区域，从而形成端口18。图2b将流体室示出为大体上矩形，其中垫圈的内边缘面14a限定流体室的大体上矩形周边，但本发明原则上不限于矩形流体室。
53.下衬底(12)、垫圈(14)的内边缘面14a、以及上衬底(16)在其间限定了腔体(26)，该腔体的高度h由垫圈(14)的厚度确定，而宽度w和长度l由内边缘长度尺寸限定。其中，h优选为至少约25um、至少约50um、至少约75umm、至少约100um、至少约150um、至少约200um、至少约250umm、至少约300um、至少约400um、至少约500um、至少约600um、至少约700um、至少约800um、至少约900um、至少约1000um；w优选为至少约5mm、至少约7.5mm、至少约10mm、至少约12.5mm、至少约15mm、至少约17.5mm、至少约20mm、至少约22.5mm、至少约25mm、至少约27.5mm、至少约30mm、至少约32.5mm、至少约35mm、至少约37.5mm、至少约40mm、至少约50mm；至少约55mm、至少约60mm、至少约65mm、至少约70mm、至少约75mm、至少约80mm、至少约85mm、至少约90mm、至少约95mm、至少约100mm、至少约125mm、至少约150mm、至少约175mm、至少约200mm。1优选为至少约10mm、至少约15mm、至少约20mm、至少约25mm、至少约30mm、至少约35mm、至少约40mm、至少约45mm、至少约50mm、至少约55mm、至少约60mm、至少约65mm、至少约70mm、至少约75mm、至少约80mm、至少约85mm、至少约90mm、至少约95mm、至少约100mm、至少约125mm、至少约150mm、至少约175mm、至少约200mm。在使用中，腔体(26)通常在将极性液体样本施加到器件之前被填充油。
54.在本实施例中，垫圈14是各向同性导电垫圈(14)。垫圈由导电材料形成，其示例包括金属或碳、或者包含金属或碳颗粒的材料。通常，为了在上衬底与下衬底之间进行电接触，必须存在一些介质将大块垫圈材料连接到表面。例如，垫圈可以是双面碳带，其在带的两侧包括用于安装样本以进行sem测量的导电粘合剂。备选地，垫圈可以由非粘性金属层组
成，该非粘性金属层经由诸如载银涂料或胶水的导电粘合剂或导电膏与上衬底和下衬底进行电接触。垫圈就其结构组成而言，特别是就其导电组件的分布而言，通常是均匀的，使得电流能够自由地通过其整个厚度。各向同性垫圈(14)在接触焊盘(22)与位于上衬底(16)上的至少一个导电元件(未示出)之间形成导电路径。
55.下衬底(12)具有其上设置有至少一个导电元件的第一主表面，该第一主表面被介电绝缘层和疏水层(未示出)覆盖。至少一个导电元件连接到边缘连接器(20)的至少一个接触部(24)。(在am-ewod器件的情况下，多个阵列元件通常设置在下衬底上，每个阵列元件具有相关联的元件电极。每个阵列元件连接到边缘连接器20的一个或多个接触部。)未被介电层和疏水层覆盖的接触焊盘(22)导电地连接到边缘连接器(20)例如pcb(印刷电路板)连接器的接触部(24)。上衬底(16)具有其上设置有至少一个导电元件的主表面，该主表面被一层疏水材料(未示出)覆盖。上衬底(16)上的至少一个导电元件在与各向同性垫圈(14)接触的点处缺少疏水层。各向同性垫圈(14)因此形成在下衬底上的边缘连接器20的接触部(24)之间通过接触焊盘(22)到上衬底(16)上的至少一个导电元件的导电路径。(如图2a所示，垫圈14不覆盖边缘连接器24的其他连接器20中的任何一个。)其上具有导电元件的下衬底(12)和上衬底(16)的相应表面保持在相对的面向布置中，间隙距离由各向同性垫圈(14)限定。这在图2d中被示出，图2d是通过图2a的器件的部分横截面图(为了便于解释，图2d中省略了介电层、绝缘层和接触部24、边缘连接器20)。
56.当液滴例如极性液体例如盐溶液存在于腔体(26)内时，在液滴在下衬底(12)上的相应导电元件与上衬底(16)之间形成桥时，形成电容耦合电路。这种液滴可以因此易于通过如例如美国专利公开2018/0284423(其内容通过引用并入本文)中所述的电润湿来控制。
57.图2e至图2g示出了图2a的am-ewod器件，在通过amewod器件(10)的端口(18或类似的)将液体样本(30)引入到流体室26中之后，流体室先前已经经由端口(28)至少部分地被填充有油。例如，液体样本(30)可以使用移液管或注射器(未示出)通过端口(18)引入。最初(图2e)，在通过端口(18)施加液体样本(30)之后，可以通过电润湿将液体样本(30)转移到腔体(26)中。微处理器(未示出)可以使用脚本来配置以操作旨在通过电润湿来控制极性液体样本的移动的协议。
58.一旦液体样本(30)已经进入腔体(26)，它可以通过电润湿被移动以与暴露在腔体(26)内的各向同性垫圈(14)的边缘元件(32)接触(图2f)。当充电电压与各向同性垫圈(14)的边缘元件(32)接触时，充电电压可施加到液体样本(30)。这种充电电压可以施加在下衬底(12)的导电元件(例如，阵列元件电极)与各向同性垫圈(14)的边缘元件(32)之间。一旦液体样本(30)在与边缘元件(32)接触之后已经开始充电，就可以通过电润湿将其移动到腔体(26)内的另一个位置。申请人在2017年7月27日提交的序列号为us15/661，609的共同未决申请描述了一种具有用于对流体储存器进行预充电的预充电结构的电介质上电润湿(ewod)器件，该申请通过引用并入本文。
59.图2g表示在与边缘元件(32)接触时对液体样本(30)进行充电之后从液体样本(30)分配各个液滴(34)。通过与边缘元件(32)接触对液体样本(30)充电可以改变液体样本(30)与用于填充腔体(26)的油之间的界面的表面张力特性。当通过由脚本配置的微处理器(未示出)将电润湿“分配”序列应用于amewod器件(10)时，当与在接触边缘元件(32)时尚未充电的液体样本相比，提高了从液体样本(30)分离液滴(34)的效率。液体样本充电的有益
效果可以基于液体样本的成分而变化。
60.在变体(未示出)中，图2b所示的垫圈在其器件周边周围不是电连续的，而是由彼此绝缘(例如，使用非导电粘合剂)的两个导电部分组成，其中每个部分附接到下衬底上的顶板通孔结构22之一。在本实施例中，仍然可以从边缘连接器远程执行连续性测试——通过一个通孔，通过公共电极，以及通过其他通孔22返回到边缘连接器的另一端子——使得可以测试与顶板的电连接。
61.图3a至图3e表示本发明的另一方面，其中液体样本通过上衬底的表面中的一个或多个孔施加到amewod器件(10)。在这一方面，一个或多个孔18设置在与沿各向同性垫圈(14)的内周边的边缘轮廓特征对齐的上衬底(16)内。图3a是根据本实施例的器件的平面图，并且为了便于说明，图3b单独地示出了上衬底。本实施例的垫圈14和下衬底通常分别与图2c和图2b的垫圈14和下衬底相对应。
62.液体样本因此可以通过上衬底(16)中的孔进入amewod器件(10)(当与图2所描绘方面的端口(18、28)相比时)。如图2a至图2c所描绘，上衬底(16)的长度和宽度小于各向同性垫圈(14)的长度和宽度，使得上衬底(16)的边缘将各向同性垫圈(14)的围绕限定腔体(26)的垫圈的内边缘的边缘轮廓特征一分为二。根据图3所示的本发明的方面，上衬底(16)的长度和宽度与各向同性垫圈(14)的长度和宽度相等或基本相等。
63.图3a描绘了在引入液体样本之前根据本发明的该另一方面的amewod器件(10)的平面图。端口(18、28)围绕上衬底(16)的周边设置，以这样的方式它们与位于各向同性垫圈(14)的相邻边缘轮廓特征之间的区域重合。端口(18、28)通常通过在衬底上钻孔来设置。在组装器件中与垫圈(14)重合的至少一个区域中去除施加到上衬底(16)的疏水涂层(未示出)，从而形成从下衬底(16)上的接触部(22)(其与边缘连接器的相应端子连接)到上衬底(16)的表面上与各向同性垫圈(14)接触的至少一个导电元件的导电路径。
64.图3c至图3e描绘了通过上衬底(16)的表面中的孔(18或类似的)引入amewod器件(10)的液滴(30)的进程。在将液滴(30)移动到接触各向同性垫圈(14)(图3d)的边缘元件(32)之前，一旦通过端口(18)(图3c)已经施加了液滴(30)，液滴(30)最初就被ewod移动到腔体(26)中。在与边缘元件(32)接触时，将电压施加到液滴(30)以对液滴进行充电。一旦液滴(30)已经充电，在与边缘元件(32)接触之后，它再次被ewod移动到腔体(26)内的另一位置(图3e)。被配置为操作脚本(未示出)的微处理器使液滴(34)从液体样本(30)中被分配。根据液滴(34)的预期用途，液滴(34)然后可以用于amewod器件(10)内的另外的反应过程或方案。
65.在图2和图3的实施例中，垫圈14是“各向同性的”，因为它由大块导电材料制成，使得垫圈中某一点处的电导率在每个方向上具有相同的值或基本相同的值(并且通常也可以在整个垫圈上是均匀的，或大体上是均匀的)。(材料的“大块”属性，也称为“密集属性”，是材料的局部物理属性，其值不取决于被测量的材料的数量。)在其他实施例中，垫圈不是各向同性的，并且垫圈的电导率在某种意义上是各向异性的——例如，电导率可以随垫圈的体积而变化以便限定由绝缘区域分离的独立导电路径，或者垫圈可由仅或至少优先在一个方向上导电的材料制成。
66.图11a是通过微流体器件的横截面图，该器件具有由沿z方向(图11a中的竖直方向)导电但不沿x和y方向导电的材料制成的垫圈——这被称为“z-导电间隔物”。上衬底上
有多个电极，这些电极由下衬底(在图11a中称为“ewod衬底”)上的相应电极集合寻址，该相应电极集合可以连接到下衬底上的连接器(例如类似于图2和图3中的边缘连接器)的相应端子。垫圈在垂直于z方向的方向上具有最小的导电率，否则它将使电极一起短路。垫圈因此在确保上衬底上的电极与下衬底上的其他电极绝缘的同时，设置了将上衬底上的电极与下衬底上的对应电极电连接的通孔区域。这种各向异性垫圈可以通过使用各向异性导电薄膜(acf)或导电膏(acp)来实现，所述各向异性导电薄膜(acf)或导电膏(acp)被单独使用(因此垫圈由各向异性导电材料的块体形成)或结合垫圈的结构特征一起使用，该结构特征仅允许在一个方向上导电。制造各向异性垫圈的另一种方法可以是通过用于制造fpc(平面印刷电路)的传统方法，其中通孔由铜制成，而中间的绝缘部分由kapton
tm
制成。
67.图11b示出了这样的实施例，即其中两个相对衬底上的电极的“x-y”位置不匹配，并且因此垫圈需要更复杂的设计以提供沿垫圈的平面(x-y平面)延伸的连接的导电路径“x-y”路由，以便在一个衬底上的电极与其他衬底上的电极之间提供也沿z方向(垫圈的厚度方向)延伸的电连接。这可以例如通过提供诸如fpc的图案化导电层来实现，该导电层提供从下衬底上的电极到下衬底上的位于上衬底上的相应电极下方的点的电连接。与上衬底上的电极的电连接通过设置在垫圈中的通孔来完成，例如通过使用由沿z方向导电但不沿x和y方向导电的材料形成的垫圈或通过本文描述的其他技术。
68.在本发明的又另一方面，在相对于图4a至图4f的平面图中描绘了amewod器件(10)。图4a大体上描绘了类似于图3中描绘的方面的amewod器件(10)，其中具有某些修改。图4b是沿图4a所示的虚线通过图4a的器件的横截面。如图4a所示，上衬底(16)延伸到各向同性垫圈(14)的外部尺寸。
69.上衬底(16)在图4c中单独地示出。如图4a和图4c所示，上衬底包括可以设置在其边缘周围的电极对(36、38)的阵列。如图4b所示，导电层41可以沉积在上衬底16的表面之上，并且该导电层可以被图案化以限定电极对。导电层的剩余部分可以用于提供连续导电元件，例如公共电极。如图4a和图4c所示，电极对的电极伸出垫圈之外进入流体室。图4a和图4c示出了大致垂直于流体室的边界延伸的电极对的电极，但实施例不限于此。电极对的电极还包括(或连接到)相应的导电迹线，该导电迹线延伸到上衬底的边缘。在图4a的描绘中，为简单起见，示出了两对电极(36、38)，但应当理解，可以提供更少或更多对电极(36、38)。例如，一对电极可以设置为与垫圈(14)的每个边缘轮廓元件(32)重合。还应当理解，多对电极(36、38)可以设置在单个边缘轮廓元件(32)上，或者以其排列设置，其中，例如边缘轮廓元件可以包括单对电极，边缘轮廓元件可以包括两对或更多对电极，而另一个边缘轮廓元件可以没有电极对。在又另一方面，可以实现公共端子例如负端子，其充当多个分离的正端子的配对端子。
70.如图4d所示，垫圈设置有导电部分22
′
，当器件进行组装时，该导电部分22’接触上衬底上的导电迹线中的相应导电迹线，并且也接触下衬底上的对应导电迹线(在图4e中分离地示出)。因此，电极对(36、38)的电极可以通过相应的导电桥(22
′
)与下衬底(12)的边缘上的延伸的边缘连接器(20
′
)的接触部电接合，以连接到控制仪器(未示出)。除了电极对(36、38)周围的区域可以包括绝缘区域(40)使得电极的电极对彼此电隔离并且与连续导电元件电隔离之外，腔体(26)附近的上衬底(16)可以包括如上文所述的连续导电元件。
71.每个相应的电极对(36、38)可以用于多种目的，包括但不限于i)对液滴进行电化
学测量，例如电流测量或电位测量；ii)对液滴施加充电电压；iii)确定液滴的阻抗特性。图4f描绘了在电极(36、38)对的每个相应电极处存在液滴(42)。可以通过适当的测量过程相应地确定每个液滴(42)的特性，或者可以将充电电压施加到这种液滴。
72.施利赫特等人(scientific reports，(2015)v5pp9951)描述了“微流体无源网络中的液滴界面双层测定”。在本发明的另一方面，相应的液滴对(42)可以由ewod操纵以接触并此后形成稳定的液滴界面双层(dib)。这种液滴对然后可以被ewod移动以接触相应的电极对(36、38)。一旦已经形成dib的液滴(42)对保持与电极(42)对接触，其中相应的液滴与相应的电极接触，则横跨dib界面形成电路。电极对(36、38)因此用于监测溶质从一个液滴横跨dib界面转移到另一个液滴，检测为在电极(36、38)对之间施加固定电压时流动的电流的变化。
73.在备选实施例中，上衬底(与液滴接触)上的测量焊盘与下衬底上的对应焊盘之间的电极的必要导电路径经由垫圈内提供的导电迹线形成，与上衬底内到在上衬底与下衬底之间竖直对齐的焊盘的迹线相对(如图4所示)。在图5a至图5e中示出了本实施例。图5a是根据本实施例的上面的ewod器件的平面图，其示出了上衬底(16)设置为长度和宽度尺寸小于各向同性垫圈(14)的情况，如关于图2所述，使得上衬底(16)的边缘在限定腔体(26)的垫圈的内边缘的周围将各向同性垫圈(14)的边缘轮廓特征一分为二。端口(18)因此由上衬底(16)的边缘和各向同性垫圈(14)的边缘特征限定。
74.如图5a中描绘的电极对(36、38)构造得与图4中描绘的方面不同。每对电极(36、38)的在延伸到腔体(26)中的上衬底(16)上暴露的部分与图4的那些部分类似地产生，只要它们被限定导电层内，该导电层设置在面向下衬底(12)的上衬底(16)的表面之上，如作为上衬底的平面图的图5c所示。然而，电极对迹线(36
′
、38
′
)设置在垫圈(14)中/上，如作为垫圈的平面图的图5d所示。当器件被组装时，设置在垫圈中/上的电极迹线与上衬底(16)上的电极对(36、38)电接触，并且通过导电桥(22
′
)电接触到下衬底(12)上的延伸的边缘连接器(20
′
)的端子。(如果期望各个部分可以直接接合在一起，但只要它们之间存在导电路径，它们就不需要物理地接合在一起。下衬底在图5e中以平面图被示出(图5e中的内部矩形表示流体室的边界)。垫圈中/上设置的电极迹线、上衬底(16)上的电极对(36、38)和下衬底上的延伸的边缘连接器(20
′
)的端子之间的电连接也在图5b中被示出，图5b是沿图5a所示虚线通过ewod器件的部分横截面。
75.在到目前为止所描述的结构中，目标是将上衬底上的一个或多个电极连接到下衬底上的对应端子，并这已经通过不同类型的垫圈来实现。这样做的一个原因是，可以在驱动该器件的仪器内的电子板与下衬底之间进行单一电连接——与上衬底上的组件的电连接经由垫圈从下衬底上的端子进行，并且不需要在上衬底上设置用于仪器连接的端子。这种电连接可以通过多种方式进行，包括柔性印刷电路(fpc)连接器或印刷电路板(pcb)连接器。如果边缘连接器(20)内的接触部(24)的数量如此之多以至于每个相应接触部(24)的宽度和它们之间的空间变得太窄，则仪器(未示出)中位于每个相应接触部(24)与接收连接器之间的成功电接触可能受到影响。在这种情况下，一个或多个附加边缘连接器(未示出)可以设置在下衬底(12)的另一边缘(例如，长边缘)上。
76.备选地，与上衬底上的组件的电连接可以直接通过各向异性垫圈(14
′
)内的导电路径完成。不是将电路从上衬底(16)通过导电焊盘(22
′
、40)连通到下衬底(12)，再到下衬
底上的边缘连接器(20)，边缘连接器(未示出)可以备选地沿垫圈(14
′
)的外边缘设置。直接形成从垫圈(14
′
)到上衬底(16)的电连接的潜在好处是下衬底(12)的外部尺寸可以保持最小。此外，衬底层之间的损坏的导电路径的可能性降低。在这种情况下，可以采用比较简单的垫圈，例如图6a所示，图6a是根据本实施例的ewod器件的平面图，而图6b是图6a的ewod器件的垫圈的平面图。ewod器件的上衬底对应于图5c的上衬底，并设置有公共电极和一对或多对电极36、38。垫圈设置有导电路径25，并且当器件被组装时，公共电极和一对或多对电极36、38与垫圈中/上的相应导电路径电接触。对于主要部件，此处所示的垫圈可能不导电，但例如仅在一个表面上具有印刷电路，不需要任何在“z”方向上产生局部电导的“通孔”结构。
77.图6a的器件将需要两个独立的边缘连接器，或具有两个部分的边缘连接器，以提供器件与仪器之间的电气接口；一个连接器(或部分)用于与组件进行连接且设置在上衬底上，而另一连接器(或部分)用于与任何组件进行电连接且设置在下衬底上。这由图6a中的线20a指示，该线20a表示边缘连接器20有两个部分。一部分仅与下衬底上的组件连接，而另一部分仅与上衬底连接，包括与导电迹线36
′
和38
′
的连接。(在本实施例中，下衬底通常可以是传统的，例如tft下衬底)。
78.备选布置是具有单个fpc连接器，该连接器提供与下衬底和上衬底两者的电连接，如图7a和图7b所示——图7a是根据本实施例的ewod器件的平面图，而图7b是垫圈14
′
的平面图。(仅描绘了来自上衬底的迹线，并且除了边缘连接器20之外未描绘下衬底上的导电迹线。)这里各向异性垫圈14
′
延伸超出下衬底(12)的边界。这种各向异性垫圈(14
′
)可以由绝缘层组成，其中在两侧具有印刷电路(分别为：一侧的印刷电路向/从下衬底提供信号，而另一侧的印刷电路向/从上衬底提供信号)。各向异性垫圈(14
′
)的厚度确定了电润湿器件的腔体(26)的高度。备选地，可以经由导电迹线36
′
、38
′
直接与顶板电极36、38进行外部电连接，而不是将连接追溯回边缘连接器20。
79.图8a描绘了根据本发明的另一实施例的ewod器件，其中上衬底(16
′
)(在图8b中单独地示出)包括延伸的长边缘轮廓，其悬垂在下衬底(12)的长边缘之上。电极对(36、38)被蚀刻到上衬底(16)的主表面上设置的导电层(例如，ito层)中，该导电层面向腔体(26)。在图8a的上下文中，用于将上衬底(16
′
)与下衬底(12)分离的垫圈不会在相应衬底之间产生电桥。相反，fpc或pcb连接器可以直接接合到相应衬底上的导电迹线以连接到仪器。图8c描绘了在设置有连接器之后的ewod器件，(图8d所示)在该示例中为fpc(60)，其限定了电接合到上衬底(16
′
)的相应元件的导电路径(36
′
、38
′
、40
′
)。即，连接器上的导电路径36
′
、38
′
与限定在上衬底上的ito层中的电极对36、38的电极接合，并且剩余的导电路径(40
′
)形成通向上衬底(16
′
)上的ito层的主要部分的电路径，其充当下衬底(12)上的tft层的电路的反电极或接地电极。对于图7a的实施例，可以经由导电迹线直接与顶板电极36、38进行外部电连接，而不是将连接追溯回边缘连接器20。
80.在本发明的另一方面，如关于图9a至图9b所描绘，分立的导电电路设置在各向异性垫圈(14
′
)内，但不在上衬底(16)的面向腔体(26)的内表面上。在这样的方面，单个导电层设置为横跨上衬底(16)的面向腔体(26)的整个表面，例如以形成公共电极。垫圈14
′
设置有导电路径/焊盘40，当器件被组装时，该导电路径/焊盘40接触下衬底上的焊盘22并且还接触上衬底的内表面上的导电层。各向异性垫圈(14
′
)还包括一对或多对电极(36
″
、38
″
)，
其边缘可以被液滴(42)对接触。除了导电路径36
′
、38
′
在器件被组装时不接触上衬底的内表面的导电层而是可以接触流体室中的流体液滴42(例如，导电路径36
′
、38
′
可以形成如下图10c所示)之外，根据本实施例的ewod的垫圈在平面图中看时可以大体上对应于图5d的垫圈。
81.在一些方面，各向异性垫圈(14
′
)可以包括多于一对堆叠配置的电极(36”、38”)，其中多个导电层彼此重叠设置，绝缘层位于其间。例如，垫圈可能是多层的，这是柔性印刷电路中使用的常见结构-参见https：//kenvins.wordpress.com/2014/07/25/next-up-flexible-stackup-type-pcb/为例。相应的电极对可以相应地在相对于腔体(26)的x平面或z平面中被致动。如图9a所示，导电路径以图4和图5所述的方式通过垫圈到达下衬底。然而，应当理解，它们也可以例如以针对图6描述的方式直接跟踪到外部连接器。
82.如图10a至图10d所示，当使用各向异性垫圈(14
′
)时，可以在垫圈的内边缘周围提供导电边缘(50)，该内边缘限定下衬底(12)和上衬底之间的间隙(16)。导电边缘(50)可以以与参考图2e和图2f描述的类似的方式用于实现与其接触的液体样本的电压设置。延伸的边缘连接器(20
′
)可以设置在边缘连接器(20)的任一侧，以将电极对迹线(36
′
、38
′
)馈送到amewod器件(10)的边缘以连接到仪器(未示出)。注意，为了确保导电边缘(5)不接触电极(36、38)并在它们之间形成短路，导电边缘必须不接触上衬底。出于类似的原因，接触下衬底也可能是不利的。因此，合适的结构可以是分层的垫圈，其包括至少3层，其中外层是非导电的，并在图10b中示出，图10b是沿图10a中的虚线通过图10a的ewod的横截面。(除了存在电极对36、38的边缘轮廓特征进一步朝向垫圈的内部伸出之外，根据本实施例的ewod的垫圈在平面图中看时可以再次大体上对应于图5d的垫圈。)
83.在本发明的另一方面，前述实施例的垫圈内的导电层可以延伸超过图10a至图10b所示的程度，使得如果导电层不是覆盖了围绕下衬底上的有源区的全部区域，则导电层覆盖了大部分区域，如图10c的备选第二横截面所示。这种结构可以具有降低来自amewod器件(10)的用户或环境的静电放电损坏存在于下衬底(12)的面向腔体(26)的表面上的灵敏薄膜晶体管(tft)电路的可能性的优点。垫圈有效地在tft电路周围提供导电环，该导电环与边缘连接器(20)上的接触部(24)连接。导电边缘50连接到垫圈中的另一迹线(未示出)，该迹线与下衬底接触；因此，到器件上的任何静电放电都可以在垫圈周围进行，而不是通过tft层。
84.在图10a至图10d的另外修改中，垫圈可以简单地提供电屏蔽，以限制对围绕tft电子器件的驱动电子器件的ewod衬底的影响。驱动电子器件可以对器件性能产生不良影响。在这种情况下，垫圈可以具有如图10b或图10c所示的横截面——即，垫圈内存在导电层或导电边缘50，使得垫圈在其整个厚度上不导电。在图10c的“三明治结构”中，例如两个外层51可以是非导电粘合层，并且仅内导电层或导电边缘50是导电的。内导电层或导电边缘50可以接地、连接到备选参考电极或悬置。
85.图13是本发明器件的另一种应用的示意图。在该应用中，电极对的电极用作能够向相邻液滴以及从相邻液滴传递电信号的感测电极。图13的方法可以例如使用通常如图4a所示的器件来实现，但是其中电极对的电极之间的间距使得当两个液滴与该对的两个电极接触时，两个液滴也如图13所示进行彼此接触(而不是如图4f所示分离)。电极对的电极可以连接到合适的驱动/测量电子器件，以允许监测液滴的属性，例如它们的电阻率。
86.在使用各向异性垫圈(14
′
)的某些方面，这种垫圈可以使用各向异性导电膜(acf)(例如，美国明尼苏达州明尼苏达矿业和制造公司的3m acf7303或日立的日立ac-7106u-25)来实现。这种各向异性材料包括分散在非导电载体中的导电颗粒。当这种acf薄膜被压缩时，它会通过层厚度变得导电，但沿其长度和宽度保持绝缘。由于使用acf材料时可能实现的导电路径有限，因此多层柔性电路可以用于产生允许在amewod器件(10)内限定更复杂的电路的各向异性垫圈(14
′
)。(参见例如https：//www.flexiblecircuit.com/products/multi-layer-flex/)。这种电路通常由绝缘层(例如聚酰亚胺，例如kapton
tm
)以及诸如铜和金之类的导体制成。