用于高吞吐量微滴操纵的方法和设备与流程

1.本公开涉及用于操纵微滴的方法和设备，并且具体地涉及应用光学介导的器件上电润湿/介质上光学电润湿(oewod)技术来并行地操纵和查询微流体芯片的表面上的大量微滴的内容物。


背景技术：

2.介质上电润湿(ewod)是众所周知的效应，其中施加在液体和基板之间的电场使液体在表面上比在自然状态下更润湿。电润湿的效应可以用于通过在基板上施加一系列空间变化的电场来操纵流体(例如，移动、划分或改变流体的形状)，以在按序列的空间变化之后增加表面润湿性。在基于电润湿的装置中操纵的液滴通常被夹在两个平行板之间且由数字电极致动。像素化电极的尺寸限制了可以被操纵的最小液滴尺寸以及可以并行地处理液滴的速率和规模。
3.在我们的公开申请wo2018/234445(其全部内容通过引用并入本文)中，我们已经描述了用于操纵微滴的装置，所述装置使用光电润湿来提供原动力。在该光学介导的电润湿(oewod)装置中，微滴通过由容纳壁限定的微流体空间；例如具有夹在其间的微流体空间的一对平行板，而被转移。这些容纳壁中的至少一个容纳壁包括在下文中被称为“虚拟”电润湿电极位置的容纳壁，其通过选择性地照射被掩埋在其中的半导体层的区域而生成。通过选择性地照射具有来自由光学组件控制的单独的光源的光的层，可以瞬时地生成虚拟电润湿电极位置的虚拟路径，可以使微滴沿着该路径移动。因此，省去了导电单元并且放弃了永久的液滴接收位置，这有利于均匀的电介质表面，在该电介质表面上，通过使用例如像素化光源选择性地且变化地照射光电导层上的点来短暂地生成液滴接收位置。这使得能够通过在介电层上的任何地方建立感应的毛细型作用力；可选地，与其中例如通过乳化分散微滴的载体介质的任何定向微流体流相关联；使微滴在表面上移动的高度局部化电润湿场。
4.oewod的另一公开是park、sung-yong、michael a.teitell和eric py chiou在lab on a chip 10.13(2010)第1655-1661页的“single-sided continuous optoelectrowetting(scoew)for droplet manipulation with light patterns”的单侧开放配置平台。
5.虽然这些现有平台允许细粒度微滴运动控制，但是由于使用显微镜光学器件来寻址样本，因此在单个视场内可以被并行地处理的微滴的数量存在实际限制(几千个)。然而，对于一些应用，特别是对于大规模筛选应用，例如制药行业中通常必需的那些大规模筛选应用，需要处理106或更多数量级的液滴数。
6.例如，在细胞系发育和抗体发育的领域中，需要允许大量生物试剂(多达数百万)的初始筛选，以使得能够将试剂的数量减少到可感测的数量(数千)。为了实现有效的工作流程，该初始筛选需要以多路复用方式在大量生物制剂中进行。


技术实现要素：

7.本公开提供了方法和相关设备，其中oewod微流体芯片的灵活性与两个可单独控制的光学组件组合，这两个光学组件都能够在oewod芯片的表面上产生固定但可切换的光斑阵列。这样的配置实现了微滴的高吞吐量以及灵活的加载和处理，从而解决了对筛选应用中的多路复用处理的需要。
8.根据本发明，提供了一种通过光学介导的电润湿(oewod)来检查和/或选择微流体芯片上的微滴的方法，该方法包括：在芯片的表面上临时形成多个oewod陷阱，以使芯片表面上的多个微滴形成微滴的阵列；在检查所述阵列的至少一个子集的同时保持微滴的整个阵列。
9.本发明的方法的典型实现方式是循环和分层的。至少，该方法必须涉及对微滴的检查或者对微滴的子集的选择。在存在跨微滴的子集的均匀性并且因此可以自动选择该子集而不检查的情况下，选择而没有检查可以是适当的。检查而没有选择适合于监测多个微滴的状态。典型的操作模式将是检查微滴，然后基于从检查步骤收集的信息来选择所检查的微滴的子集。一旦被选择，微滴的子集就可以被保持和/或操纵。然后可以重复检查和选择的循环，并且随后的保持和/或操纵步骤可以基于在检查时收集的数据来进行。
10.部署oewod陷阱以创建瞬态阵列提供了与依赖于用于容纳微滴的物理结构的相关技术相比相当大的优点。瞬态结构引入了相当大的灵活性以实时创建不同结构并修改结构。
11.本文使用的术语oewod陷阱也可以称为子画面或碎片(sprite)。它是投射到表面上的光，并且它不包含永久地位于表面上的围栏或井。碎片可以形成阵列，移动该阵列的一部分并且在随后的时刻重建不同的阵列。因此，其上投影有碎片的表面实际上是空白画布，不受定位多个微滴的永久物理几何形状的约束。
12.在检查阵列的子集的同时保持微滴的整个阵列的能力允许按微滴水平顺序地、详细地检查阵列，直到微滴，而不失去与整个阵列的接触。通过检查阵列的子集，可以部署具有不同视场的光学组件，而不丢失不位于检查视场内的微滴。
13.保持微滴的整个阵列的步骤可以包括将整个阵列保持成静止配置。可替换地，保持步骤可以包括保持运动中的阵列中的一些或全部。可以横越芯片的表面执行行进的同时保持一些或全部所述阵列。该行进可以处于基本上恒定的速度，或者它可以包括在一些或全部微滴达到静止配置时的减速，在该静止配置中这些微滴随后被保持。该步骤可以包括捕获未附接或锁定到碎片或oewod陷阱上的液滴。
14.可以通过以下子步骤来促进保持微滴的整个阵列的步骤：在芯片的表面上临时形成oewod陷阱的第二阵列；以及将第二阵列的一个或多个oewod陷阱与第一阵列的oewod陷阱对准。
15.oewod陷阱的第一阵列和第二阵列的对准使得能够在形成对应阵列的第一光学组件和第二光学组件之间进行切换，使得每个光学组件能够在整个阵列被保持就位的同时检查或操纵微滴的阵列的子集。在一些实施例中，仅第二光学组件可以保持整个阵列，而两个光学组件都可以检查和保持阵列的子集。
16.因为两个组件中的任一组件可以保持、检查和操纵阵列的至少一个子集，所以可以在两个组件之间切换保持微滴的责任，以便优化承担微滴的子集的详细检查和/或操纵
的光学组件的光学性能。
17.通常，光学组件中的一个具有比另一个更小的视场，并且因此能够仅保持、检查和操纵阵列的子集。具有较小视场的光学组件将能够提供对由于对光碎片的改善的分辨率而选择的子集内的液滴的更精细操纵。
18.临时形成多个oewod陷阱的步骤可以由光学组件执行，并且在表面上临时形成oewod陷阱的第二阵列的步骤可以由第二光学组件执行。
19.将第二阵列的一个或多个oewod陷阱与第一阵列的oewod陷阱对准的步骤可以实现在第一光学组件和第二光学组件之间切换地保持微滴的整个阵列的步骤。
20.在该上下文中，短语整个阵列是指当前正被保持、检查和/或操纵的所有微滴。这些液滴可以是占据芯片的整个表面的均匀直线阵列。然而，当微滴被检查、合并、分离和以其他方式被操纵时，阵列可以仅覆盖芯片的一部分。此外，液滴可以不是直线阵列，但可以被图案化。此外，短语整个阵列是指在该时间起作用的所有微滴，使得如果取消选择并去除微滴的子集，则其余微滴在随后的时间是整个阵列。
21.此外，根据本发明的一个方面，提供了一种通过光学介导的电润湿(oewod)来操纵和检查微流体芯片上的微滴的方法，该方法包括：使用第一光学组件在芯片的表面上形成多个oewod陷阱，以使芯片的表面上的多个微滴形成与oewod陷阱的第一阵列相对应的微滴的阵列；使用第二光学组件在芯片的表面上形成oewod陷阱的第二阵列，第二阵列的一个或多个oewod陷阱与第一阵列的oewod陷阱对准；检查微滴的阵列的内容物；以及在一个或多个微滴由oewod陷阱的第二阵列保持就位的同时对第一光学组件进行调整。
22.具有能够形成用于保持和操纵芯片的表面上的微滴的oewod陷阱阵列的第一光学组件和第二光学组件两者大大增强了微流体芯片的操作灵活性，因为这些光学组件中的一个光学组件可以用于使微滴的全部或所选的部分在表面上保持就位，而另一个组件被停用或调整，这意味着数千个微滴可以使用不同参数被操纵或被移动到不同位置，而在调整这些组件中的一个组件所需的中断期间不会损失微滴。
23.在一些实施例中，该方法还包括：基于对微滴的内容物的检查来从微滴的阵列中选择微滴的子集；停用除了捕获所选的微滴的子集的那些oewod陷阱之外的所有oewod陷阱；以及执行冲洗操作以从微滴的阵列中去除不在所选的子集中的微滴。
24.对未被选择的微滴(例如在分选操作期间确定为不期望的那些微滴)停用oewod陷阱以及执行冲洗操作以去除不需要的微滴的步骤可以以非常大的规模执行，而几乎没有困难，例如在初始筛选测定中。例如，对微滴的内容物的检查可以是用于确定哪些微滴是空的以及哪些包含将要经历进一步观察的单元的检查，并且要被冲洗的未被选择的微滴可以是不包含单元的那些微滴。在一些实施例中，冲洗操作包括使用第一光学组件的oewod陷阱对微滴的阵列进行重新排序，使得不在该子集中的微滴的去除不受该子集中的微滴的阻碍，和/或当相关联的oewod陷阱已经被停用时，允许连续相通过多个流体入口进入微流体芯片中以去除不在所选的子集中的微滴。
25.对阵列进行重新排序的冲洗操作中的初始步骤确保不想要的液滴的去除不受所选的子集中的液滴的阻碍，并且特别是不想要的微滴不与在去除期间被标记用于进一步检查的液滴碰撞。这样的重新排序可以包括例如将在阵列的中心中的不想要的微滴与在阵列的外边缘上的被选择用于进一步检查的那些微滴切换。此外，使用连续相来冲洗掉未被选
择的微滴进一步减少了在大规模操作中对微滴的细粒度控制的需要，这是因为不需要使用光学组件横越芯片的表面操纵未被选择的液滴，而是仅仅通过不是停用对应的oewod陷阱来维持微滴在所选的子集中的位置。连续相可以由硅油、矿物油和氟碳油中的任一种组成。
附图说明
26.图1示出了如wo2018/234445中所描述的示例微流体芯片的横截面视图；
27.图2示出了适于执行本发明的方法的示例微流体芯片的截面图；
28.图3示出了微流体空间的表面的俯视图；
29.图4a至图4e示出了装载操作和液滴查询工作流程的过程的示例；
30.图5a和图5b提供了根据本发明的具有液滴的合并操作的图示；
31.图5c和图5d提供了根据本发明的液滴的分裂操作的图示；
32.图6a和图6b提供了根据本发明的具有液滴的合并操作的替代图示；以及
33.图6c和图6d提供了根据本发明的液滴的分裂操作的替代图示。
具体实施方式
34.为了进一步解释本公开的各个方面，现在将结合附图详细描述本公开的具体实施例。
35.参考图1，示出了包括适于快速操纵水性微滴的oewod结构的(如wo2018/234445中所述的)示例性微流体芯片装置的横截面视图。
36.该装置包括顶部玻璃板13和底部玻璃板14，每个500μm厚且涂覆有厚度为130nm的透明导电氧化铟锡(ito)层15。每个ito层15被连接到a/c源16，其中底部玻璃板14上的ito层接地。底部玻璃板14涂覆有800nm厚的非晶硅层17。顶部玻璃板13和非晶硅层17各自涂覆有160nm厚的高纯度氧化铝或二氧化铪层18，该高纯度氧化铝或二氧化铪层18又涂覆二氧化硅填隙层，该二氧化硅填隙层支撑三氯(1h,1h,2h,2h-全氟辛基)硅烷层19以使氧化铝/二氧化铪层18的表面疏水。顶部玻璃板13和非晶硅层17使用间隔物被间隔开80μm，使得微滴在被引入到该装置中时受到一定程度的压缩。
37.由第一光学组件(在该示例中为led光源)20照射的反射像素化屏幕的图像通常被设置在底部玻璃板14下方，并且从每个二极管21发射0.01wcm-2的水平的可见光(波长660nm或830nm)并且通过在通过底部层14和15的多个向上箭头的方向上传播而使所述可见光照射在非晶硅层17上。在各个入射点处，在非晶硅层17中产生电荷的光激发区域22，这在相应的电润湿位置23处的氧化铝/二氧化铪层18中引起修改的液-固接触角，以在这些位置处产生oewod陷阱。oewod陷阱位置的修改特性提供了将微滴2保持就位或将微滴2从一个点23推进到另一个点23所需的毛细作用力。光学组件20由微处理器24控制，微处理器24通过预编程算法确定在任何给定时间阵列中的哪些二极管21被照亮。
38.参考图2，示出了具有与图1的芯片相同或相似的堆叠结构的微流体芯片的横截面视图，其中除了第一光学组件20之外，已经引入了可单独控制的第二光学组件25，以便为涉及处理大量微滴2的操作提供增加的灵活性和能力。
39.来自第二光学组件的光源可以在装载选项期间被激活并对准到由第一光源保持的微滴的位置，和/或可以在对第一光学组件的调整期间，例如在切换第一光源中的透镜期
间、在查询期间、或在微滴阵列平移横越微流体空间的表面期间，充当保持光源。
40.光学组件的光源不需要总是led光源。可以用于在光活性层中投射可编程光斑的阵列的任何光学布置将是合适的。例如，投影光学器件可以由与微透镜阵列布置或fly'eye布置组合的led或lcd屏幕组成。在本公开的示例中，使用例如数字微镜器件、lcd显示器、空间光调制器或led阵列，跨物平面(即，其上形成有oewod陷阱的表面的平面)对光电润湿的照射图案进行空间调制。示例投射的斑阵列可以由具有直径为50um的点以100um的节距(即，斑之间的中心距)组成。
41.在一些示例中，图2的装置包括组合后的检查和操纵光学组件，其中适于光电润湿操纵的光与适于荧光激发的光复用。替代地，检查和操纵部件可以在物理上分离，例如如果查询部件不是电磁辐射源而是被动收集系统的话是这样。
42.参考图3，图示了已经装载有大量微滴的微流体空间的表面的俯视图。在该示例中，第一光学组件20的视场(即，在表面上的微滴2上施加的影响区域)由第一边界26示出，并且第二光学组件25的视场由第二边界27示出。在图3的示例配置中，可以看到，第一光学组件具有窄得多的视场，并且因此更适于对较小数目的微滴进行精细操纵，而第二光学组件具有宽得多的视场以适于将横越大部分所述表面的大量微滴保持就位。
43.通常，检查部件具有物镜，所述物镜具有适于使光收集效率和荧光成像的分辨率最大化的高数值孔径。通过切换该物镜，可以在检查芯片中微滴的内容物的测定期间增大或减小成像放大率并且伴随地增大或减小分辨率和收集效率。增大放大率可能需要减小成像系统的视场。
44.在检查光学系统和光电润湿操纵光学系统被复用的情况下，视场的减小将导致由操纵图案保持就位的液滴变成在光学元件的视场之外；在此期间，它们可以通过扩散或流体流动而移开。
45.类似地，更换物镜的过程导致操纵图案的暂时中断，在此期间，液滴可能流走并丢失。另外，在一些情况下，可能需要在荧光成像期间中断光学操纵光，以防止来自操纵图案的光与荧光图像干涉；在这种长时间中断期间，液滴可能再次以不受控的方式移动。
46.通过将低分辨率斑生成光学组件与高分辨率检查和操纵组件组合，可以克服这些限制。
47.在示例过程中，使用高分辨率光学组件将液滴定位成微流体芯片中的特定布局，然后对液滴进行成像。然后在低分辨率斑产生组件上产生与液滴位置对准的图案。然后，当更换检查组件的物镜时，来自低分辨率组件的该图案可以作为保持图案被激活；该图案也可以用于保持最终在视场之外的液滴，并且该图案可以用于在荧光采集期间保持液滴。替代地，在一些实施例中，液滴可以由低分辨率光学组件定位到特定布局并且由高分辨率光学组件检查。
48.可以通过软件从两个照射源在目标表面上生成像素图来控制该过程，以在两个源之间创建2d坐标变换，然后将其应用于高分辨率源。坐标变换考虑了两个投影仪之间的像素缩放和位移以及用于高分辨率源的不同物镜范围。
49.如果为低分辨率光学组件选择宽带光源，则可以通过对输入光应用阻挡“陷波”滤波器来消除与用于荧光成像的光的干涉，这在去除光谱的频带的同时允许该频带之外的光用于保持图案。
50.此外，低分辨率光学组件可以用作保持机构以在样品被移动时保持液滴之间的相对位置。例如，如果需要使用机械机动化运动平台来平移样品，则可以移动所述图案配准，使得液滴以逐步方式与平台几乎一致地移动，使得它们的相对位置保持不变。
51.为了使两个光电润湿控制图案(来自高分辨率组件和低分辨率组件)重叠，优选地使用基本上透明的光电润湿装置，使得可以从装置的每一侧投影一个图案。替代地，可以从与高分辨率图案相同的侧但以倾斜角施加低分辨率图案，使得光进入高分辨率组件的物镜的数值孔径之外。在这种情况下，优选地将补偿光学元件添加到低分辨率投影仪以调整投射图案的形状和焦距，从而避免由以倾斜角投影所引起的图像变形。
52.参考图4a至图4e，示出了装载操作和液滴查询工作流程的另一示例过程，该示例过程适于处理大量微滴，例如超过一百万个微粒，而不需要精确的逐液滴控制。
53.参考图4a，在第一步骤中，由光学组件以阵列的形状投影的光斑引起光活性层的光激发，从而导致电荷积聚在介电层的表面上，其用作微流体芯片内的微流体空间的表面上的微滴的光学陷阱(oewod陷阱)。
54.参见图4b，在第二步骤中，在流动下将滴落的生物制剂(例如细胞)以可以由油(例如硅油、矿物油或氟碳油)组成的连续相引入装置中。包含生物制剂的微滴与光学陷阱之间的相互作用使微滴自布置并合并成与投影光学器件(光学组件)的阵列图案相匹配的图案。
55.参考图4c，通过微流体芯片的透明基板随后查询所捕获的微滴的阵列，其中查询的结果用于基于预定指标来选择微滴的子集。该指标可以是例如金属纳米颗粒上的荧光成像或表面等离子体共振检测。
56.参考图4d，当微滴的子集已经被选择时，关闭与不在所选的子集中的不想要的微滴相对应的光斑，并且从芯片的表面的查询区域去除相应的微滴，可选地，在出于该目的而通过一系列泵和阀被引入到微流体芯片的连续流下，从微流体芯片完全去除所述相应的微滴。
57.参考图4e，所选的微滴的集合随后在流出芯片以用于进一步后处理或分析，或者被保持在芯片上以用于使用先前描述的使用微镜阵列来控制光斑和微滴运动的布置进行进一步处理和分析。
58.除了图1提供和图示的具体示例之外，现在将描述适于执行本发明的方法的oewod微流体芯片的一般特性和可选特征、以及其中包括的复合结构。
59.oewod结构包括：第一复合壁，所述第一复合壁由第一基板和基板上的第一透明导体层组成，第一透明导体层具有在70nm至250nm范围内的厚度；光活性层，所述光活性层由导体层上的波长范围为400nm至850nm的电磁辐射激活，光活性层具有在300nm至1500nm范围内的厚度并且第一介电层位于光活性层上，第一介电层具有在30nm至160nm范围内的厚度；第二复合壁，所述第二复合壁由以下各项组成：第二基板；在第二基板上的第二导体层，第二导体层具有在70至250nm范围内的厚度，以及可选地在第二导体层上的第二介电层，第二介电层具有在30nm至160nm范围内的厚度，其中第一介电层和第二介电层的暴露表面被设置成被分开20μm至180μm以限定适于包含微滴的微流体空间；a/c源，所述a/c源用于在连接第一导体层和第二导体层的第一复合壁和第二复合壁之间提供电压；第一电磁辐射源和第二电磁辐射源，所述第一电磁辐射源和第二电磁辐射源具有比适于入射到光活性层上的光活性层的带隙更高的能量，以在第一介电层的表面上引起相应的虚拟电润湿位置；以及
用于操纵电磁辐射在光活性层上的入射点以改变虚拟电润湿位置的布置从而创建至少一个电润湿路径的装置，可以使微滴沿该电润湿路径移动。这些结构的第一壁和第二壁是透明的，其中微流体空间夹在第一壁和第二壁之间。
60.合适地，第一基板和第二基板由机械上较强的材料制成，例如玻璃金属或工程塑料。在一些实施例中，基板可以具有一定程度的柔韧度。在又一实施例中，第一和第二基板具有在100μm至1000μm范围内的厚度。在一些实施例中，第一基板包含硅、熔融石英和玻璃中的一种。在一些实施例中，第二基板包含熔融石英和玻璃中的一个。
61.第一导体层和第二导体层位于第一基板和第二基板的一个表面上，并且通常具有在70nm至250nm(优选地为70nm至150nm)范围内的厚度。这些层中的至少一个由透明导电材料(例如氧化铟锡(ito))、非常薄的导电金属膜(例如银)或导电聚合物(例如pedot)等制成。这些层可以被形成为连续的片或一系列离散的结构，例如线。替代性地，导体层可以是导电材料的网格，其中电磁辐射被引导在该网格的空隙之间。
62.光活性层适当地包含半导体材料，该半导体材料可以响应于由第二电磁辐射源进行的刺激而生成局部电荷区域。实例包括厚度在300nm至1500nm范围内的氢化非晶硅层。在一些实施例中，通过使用可见光来激活光活性层。在第一壁的情况下的光活性层以及可选地在第二壁的情况下的导电层涂覆有介电层，通常该介电层的厚度范围是从30nm至160nm。这个层的介电性能优选地包括》10^7v/m的高介电强度和》3的介电常数。优选地，它在避免介电击穿的同时尽可能薄。在一些实施例中，介电层选自氧化铝、二氧化硅、氧化铪或薄的不导电聚合物膜。
63.在这些结构的另一个实施例中，至少第一介电层(优选地两者)涂覆有防污层以帮助在各种虚拟电润湿电极位置处建立期望的微滴/载体流体/表面接触角，并且另外防止微滴的内容物粘附到表面并且随着微滴移动通过芯片而减少。如果第二壁不包括第二介电层，则可以将第二防污层直接施加到第二导体层上。
64.为了获得最佳性能，防污层应该有助于建立这样微滴/载体流体/表面接触角，该角当在250c作为空气-液体-表面三点界面测量时应该在50至180范围内。在一些实施例中，这些层具有小于10nm的厚度，并且通常是单分子层。在另一实施例中，这些层包含丙烯酸酯(诸如甲基丙烯酸甲酯或其被亲水基团(例如烷氧基甲硅烷基)取代的衍生物)的聚合物。防污层中的一层或两层是疏水的，以确保最佳性能。在一些实施例中，厚度小于20nm的二氧化硅的间隙层可以置于防污涂层和介电层之间，以便提供化学相容的桥接部。
65.第一介电层和第二介电层以及因此第一壁和第二壁限定了微流体空间，该微流体空间的宽度至少为10μm，并且优选地在20μm至180μm的范围内，并且微滴包含在该微流体空间。优选地，在微滴被包含之前，微滴本身具有比微滴空间的宽度大10％以上，合适地大20％以上的固有直径。因而，在进入芯片时，使微滴经受压缩，从而通过例如更好的微滴合并能力导致增强的电润湿性能。在一些实施例中，第一介电层和第二介电层涂覆有疏水涂层，例如氟硅烷。
66.在另一实施例中，微流体空间包括一个或多个间隔物，用于将第一壁和第二壁隔开预定的量。间隔物的选项包括珠或柱状物、由已经通过光图案化产生的中间抗蚀剂层产生的脊部。替代性地，沉积材料(例如氧化硅或氮化硅)可以用于创建间隔物。替代性地，薄膜层(包括具有或不具有粘合剂涂层的柔性塑料膜)可以用于形成间隔物层。各种间隔物几
何形状可以用于形成由柱状物的行限定的窄通道、锥形通道或部分封闭的通道。通过精心设计，可以使用这些间隔物来帮助微滴的变形，随后对变形的微滴进行微滴分裂和效果操作。类似地，当在液压下装载芯片时，这些隔离物可以用于物理地分离芯片的各个区，以防止液滴群体之间的交叉污染并促进液滴在正确的方向上流动。
67.使用附接到导体层的ac电源偏压第一壁和第二壁，以在其间提供电压电势差；合适地在10至50伏的范围内。这些oewod结构通常与波长在400nm至850nm的范围内(优选为660nm)且能量超过光活性层的带隙的第二电磁辐射源关联使用。合适地，光活性层将在虚拟电润湿电极位置被激活，在这些位置处，所使用的辐射的入射强度在0.01至0.2wcm-2的范围内。
68.在电磁辐射源被像素化的情况下，使用反射屏(诸如由来自led或其他灯的光照射的数字微镜器件(dmd)直接或间接地供应电磁辐射。这使得虚拟电润湿电极位置的高度复杂的图案能够在第一介电层上被快速创建和破坏，从而使得微滴能够使用紧密控制的电润湿力沿着基本上任何虚拟路径被精确操控。这种电润湿路径可以被视为由第一介电层上的虚拟电润湿电极位置的连续体构成。
69.电磁辐射源在光活性层上的入射点可以是任何方便的形状，包括常规圆形或环形。在一些实施例中，这些点的形态由相对应的像素的形态确定，而在另一实施例中，一旦微滴进入微流体空间，这些点的形态全部或部分对应于微滴的形态。在一个实施例中，入射点以及因此电润湿电极位置可以是新月形的，并且被定向在微滴的预期行进方向上。合适的是，电润湿电极位置本身小于粘附到第一壁上的微滴表面，并且在微滴和表面电介质之间形成的接触线上给出最大的场强梯度。
70.在oewod结构的一些实施例中，第二壁还包括光活性层，该光活性层使得能够通过相同或不同的电磁辐射源在第二介电层上感应出虚拟电润湿电极位置。添加第二介电层使得微滴的润湿边缘能够从该结构的上表面过渡到下表面，并且向每个微滴施加更多的电润湿力。
71.第一介电层和第二介电层可以由单一介电材料构成，或者它可以是两种或更多种介电材料的复合物。介电层可以由但不限于al2o3和sio2制成。
72.可以在第一介电层和第二介电层之间提供结构。第一介电层和第二介电层之间的结构可以由但不限于环氧树脂、聚合物、硅或玻璃或其混合物或复合物制成，具有直的、倾斜的、弯曲的或微结构的壁/面。第一介电层和第二介电层之间的结构可以连接到顶部复合壁和底部复合壁，以产生密封的微流体装置并限定装置内的通道和区域。该结构可以占据两个复合壁之间的间隙。替代地或此外，导体和电介质可以沉积在已经具有壁的成形基板上。
73.本发明的方法和设备的一些方面适于应用于不同于电润湿装置的光学激活装置，例如被配置为通过介电泳或光学镊子操纵微粒的装置。在这种装置中，使用功能相同的光学仪器来操纵和检查细胞或颗粒以产生虚拟光学介电泳梯度。如本文所定义的微粒可以指如生物细胞、由包括聚苯乙烯和胶乳的材料制成的微珠、水凝胶、磁性微珠或胶体等微粒。介电泳和光学镊子机构在本领域中是公知的，并且可以容易地由本领域技术人员实现。
74.类似于上述用于光学电润湿的方法，第一高分辨率光学组件用于通过光学介导的介电泳的组合来执行颗粒和/或细胞的精细操纵和详细检查。粗略的第二光学组件用于形
成介电泳陷阱的阵列。这两个组件的组合为该方法提供了在使用粗略光学组件保持和运输非常大量的颗粒和/或细胞的同时使用精细光学组件执行精细操纵和检查操作的能力。
75.参考图5a和图5b，提供了使用如本文所述的第二光学装置将液滴保持在大区域52内并且使用如本文所公开的第一光学装置将液滴合并在较小视场54内的合并操作的图示。图5a示出了合并之前的液滴。如图5a所示的箭头图示了液滴被合并在一起的方向。图5b示出了合并操作之后的合并后的液滴。
76.参考图5c和图5d，提供了使用如本文所述的第二光学装置在大区域52内保持液滴并且使用如本文所述的第一光学装置在较小视场54内分裂液滴的分裂操作的图示。如图5c所示的箭头图示了液滴提供另外的液滴的分裂方向。图5d示出分裂操作之后的分裂后事件。
77.参考图6a和图6b，提供了合并操作的图示，其中如本文所公开的，在第二光学装置52的操作之间保持液滴并且在使用第二光学装置52的操作期间合并液滴。图6a中指示的箭头图示了在合并操作期间液滴的方向。图6b示出了合并操作之后的合并后的液滴。
78.参考图6c和图6d，提供了在第二光学组件52的操作之间保持的液滴的分裂操作的图示，并且使用第二光学组件在分裂操作期间分裂液滴。图6c中指示的箭头示出了在分裂操作期间液滴分裂以形成另外的液滴的方向。图6d示出了在分裂操作之后形成的多个液滴。
79.检查阵列的子集的光学组件具有比将阵列保持就位的光学组件小得多的视场。在减小的视场内，可以存在仅一个微滴。替代地，在检查光学组件的视场中可以存在24、48、256、1048或任何合适数量的微滴。检查可以逐个微滴地进行，其中光学组件扫描通过其视场以顺序地检查每个微滴。这可以涉及光学器件处于单个位置，并且扫描涉及通过处理来自落在成像传感器(例如构成光学组件的一部分的相机)上的图像的一部分的信息来检查fov的一部分。替代地或另外，光学组件可以在其整个视场上集成以获取微滴发射的比例的概览。该粗粒度数据可以通过微滴复查而与微滴组合，以便快速聚焦到阵列的最富含信息的部分上。
80.鉴于本公开，本领域技术人员将明白本发明的各个另外的方面和实施例。
81.本文使用的“和/或”应被视为具有或不具有另一个的两个指定特征或部件中的每一个的具体公开内容。例如，“a和/或b”应被视为(i)a、(ii)b和(iii)a和b中的每一个的具体公开内容，就像每个在本文中单独阐述每一个一样。
82.除非上下文另有规定，否则上述特征的描述和定义不限于本发明的任何具体方面或实施例，并且同样适用于所描述的所有方面和实施例。
83.本领域技术人员还将理解，虽然已经通过示例的方式参考若干实施例描述了本发明，但是本发明不限于所公开的实施例，并且可以在不脱离如所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下构造替代实施例。