KR20100100974A - 액적 작업들을 수행하는 액적 작동기 구성부 및 방법 - Google Patents

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비제이 스리니바산
마이클 폴락
뱀씨 파뮬라
쯔샨 후아
아르준 수다르산
필립 백
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어드밴스드 리퀴드 로직, 아이엔씨.
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Abstract

액적 작업면과 연관된 액적 형성 전극 구성부를 구비한 액적 작동기로서, 해당 전극 구성부는 상기 액적 작업면 상에 서브-액적의 형성 동안 액적의 용적을 제어하도록 구성된 1개 이상의 전극을 포함한다. 상기 액적 작동기의 제조방법 및 해당 액적 작동기의 이용방법도 제공된다.

Description

액적 작업들을 수행하는 액적 작동기 구성부 및 방법{DROPLET ACTUATOR CONFIGURATIONS AND METHODS OF CONDUCTING DROPLET OPERATIONS}
1. 발명의 기술분야
본 발명은 액적 작업들(droplet operations)이 전극들에 의해 매개되는 액적 작동기(droplet actuator), 특히 액적의 반입, 분배, 분리 및/또는 배치를 증강시키기 위한 액적 작동기의 변형 및 해당 해적 작동기 상의 전극 구성부(electrode configuration)에 관한 것이다. 본 발명은 또한 전계 구배(electrical field gradient)를 이용해서 액적 작업들을 수행하거나 증강시키는 변형된 액적 작동기에 관한 것이다.
2. 관련 출원
본 출원은 미국 특허 출원 제60/988,138호(출원일: 2007년 12월 23일, 발명의 명칭: "Staged and Analog Dispensing") 및 미국 특허 출원 제61/016,618호(출원일: 2007년 12월 26일, 발명의 명칭: "Reservoir Configurations for a Droplet Actuator")에 대한 우선권을 주장한다.
3. 정부 권리
본 발명은 미합중국의 국립 보건원(National Institutes of Health of the United states)에 의해 부여된 GM072155 및 DK066956 하의 정부 지원에 의해 행해진 것이다. 미합중국 정부는 본 발명에 있어서 소정의 권리를 가진다.
4. 배경 기술
액적 작동기는 광범위한 액적 작업을 행하는 데 이용된다. 액적 작동기는 전형적으로 간극에 의해 이간된 2개의 기판을 포함한다. 이들 기판은 액적 작업들을 수행하기 위한 전극들을 포함한다. 상기 간극은 전형적으로 상기 액적 작동기 상에서 조작될 유체와 혼화되지 않는 필러 유체(filler fluid)로 채워져 있다. 액적의 형성 및 이동은 각종 액적 작업, 예컨대, 액적 이송 및 액적 분배 등을 행하는 전극에 의해 제어된다. 두 샘플 및 시약에 대해서 더욱 정확하고/하거나 정밀한 용적(즉, 부피)을 지니는 액적을 생성할 필요가 있기 때문에, 액적 작동기에서 액적을 계량(metering)하는 대안적인 접근법에 대한 필요가 있다. 또, 액적 작동기 내에 샘플 및/또는 시약 등의 액적 작업 유체를 반입하고 그러한 유체를 해당 액적 작동기로부터 제거하는 개량된 접근법에 대한 필요도 있다.
5. 발명의 개요
본 발명은 액적 형성 전극 구성부(droplet formation electorde configuration)를 포함하는 액적 작동기를 제공한다. 액적 형성 전극 구성부는 액적 작업면과 연관될 수 있다. 해당 전극 구성부는 상기 액적 작업면 상에 서브-액적(sub-droplet)의 형성 동안 액적의 가장자리부의 위치를 제어하도록 구성된 1개 이상의 전극을 포함할 수 있다. 상기 전극 구성부는 액적 작업면 상에 서브-액적의 형성 동안 액적의 용적을 제어하도록 구성된 1개 이상의 전극을 포함할 수 있다. 상기 전극 구성부는 상기 액적 작업면 상에 서브-액적의 형성 동안 액적의 풋프린트(footprint) 혹은 액적의 영역을 제어하도록 구성된 1개 이상의 전극을 포함할 수 있다.
액적 형성 동안 제어된 액적의 가장자리부는 액적의 네킹 영역(necking region)의 가장자리부를 포함할 수 있다. 상기 액적 형성 동안 제어된 액적의 가장자리부는 형성 중인 서브-액적의 가장자리를 포함할 수 있다. 액적의 가장자리부의 위치의 제어는 서브-액적의 용적일 수 있다. 액적의 풋프린트의 제어는 서브-액적의 용적을 제어할 수 있다. 액적의 풋프린트의 영역의 제어는 서브-액적의 용적을 제어할 수 있다. 액적의 풋프린트의 네킹 영역의 제어는 서브-액적의 용적을 제어할 수 있다. 해당 제어는 전극에 인가되는 전압을 제어함으로써 발휘될 수 있다.
상기 전극 구성부는 중간(intermediate) 전극 구성부를 포함할 수 있다. 이 중간 전극 구성부는 1개 이상의 내부 전극; 상기 내부 전극에 대해서 횡방향으로 배열된 2개 이상의 외부 전극; 및 상기 중간 전극 구성부의 측면에 배치된 전극들을 포함할 수 있다. 상기 중간 전극 구성부 및 상기 중간 전극 구성부의 측면에 배치된 전극들은, 액적의 존재 시 해당 중간 전극 구성부 및 상기 중간 전극 구성부의 측면에 배치된 전극들의 활성화에 의해 상기 액적 형성 전극 구성부를 가로질러 상기 액적이 길에 늘어나도록 배열될 수 있다. 상기 길게 늘어난 액적(elongated droplet)의 존재 시 상기 2개 이상의 외부 전극에 인가된 전압의 감소는 상기 길게 늘어난 액적의 네킹의 개시를 초래할 수 있다. 상기 2개 이상의 외부 전극에 인가된 전압의 감소에 다른 상기 1개 이상의 내부 전극에 인가된 전압의 감소는 상기 길게 늘어난 액적을 분할시켜, 1개 이상의 서브-액적을 형성시킬 수 있다. 상기 길게 늘어난 액적의 존재 시 상기 2개 이상의 외부 전극의 불활성화는 상기 길게 늘어난 액적의 네킹의 개시를 초래할 수 있다. 모든 외부 전극의 불활성화에 따른 1개 이상의 내부 전극의 불활성화는 상기 길게 늘어난 액적을 분할시켜, 1개 이상의 서브-액적을 형성시킬 수 있다. 상기 내부 전극에 대해서 횡방향으로 배열된 상기 외부 전극은 전기적으로 결합되어 단일 전극으로서 기능할 수 있다.
상기 액적 작동기는 상기 액적 형성 전극 구성부에 인접한 저장소 전극(reservoir electrode)을 포함할 수 있다. 상기 액적 작동기는 상기 액적 형성 전극 구성부에 인접한 액적 작업 전극을 포함할 수 있다.
상기 전극 구성부는 1개 이상의 중앙에 위치된 전극; 및 상기 액적 형성 전극 구성부의 가장자리부에 인접한 1개 이상의 네킹 전극을 포함할 수 있다. 상기 중앙에 위치된 전극과 네킹 전극은 해당 네킹 전극에서 시작하여 상기 중앙에 위치된 전극으로 계속되는 전극 세트의 순차적인 불활성화에 의해 초래되는 액적 분할 과정에서 액적 네킹 및 분할을 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 액적 작동기에 있어서, 상기 전극 구성부는 대체로 I자 형상 및/또는 모래시계 형상인 중앙에 위치된 전극들을 포함할 수 있다. 상기 전극 구성부는 전극들의 경로에 개재되어 있을 수 있다. 상기 전극 구성부 및 상기 전극들의 경로는 공통 축을 따라 배열될 수 있다. 상기 전극 구성부는 상기 공통 축을 중심으로 대칭으로 배열된 중앙 전극; 및 상기 중앙 전극의 측면에 배치된 네킹 전극들을 포함할 수 있다. 상기 전극 구성부는 제1세트의 네킹 전극들의 측면에 배치된 제2세트의 네킹 전극들을 포함할 수 있다.
상기 네킹 전극들은 상기 축으로부터 멀어짐에 따라 볼록하게 될 수 있는 형상을 지닌다. 상기 네킹 전극들은 상기 중앙 전극에 대해서 실질적으로 평행한 배향(orientation)으로 배향된 전극봉들(electrode bars)을 포함할 수 있다. 상기 전극 구성부는 상기 전극들의 경로 내에 1개 이상의 인접한 전극들의 크기와 대략 동일한 크기를 지닐 수 있다. 상기 전극 구성부는 정사각형 혹은 직사각형을 형성하도록 배열된 4개의 삼각형을 포함할 수 있다.
상기 전극 구성부는 상기 서브-액적의 형성 동안 상기 액적의 가장자리부의 위치를 제어하는 전계 구배를 발생하는 전극을 포함할 수 있다. 상기 전계 구배를 발생하는 상기 전극은 상기 서브-액적의 형성 동안 상기 액적의 네킹 영역의 가장자리부의 위치를 제어할 수 있다. 상기 전계 구배를 발생하는 상기 전극은 서브-액적의 형성 동안 상기 액적의 네킹 영역의 직경을 제어할 수 있다. 상기 전계 구배를 발생하는 상기 전극은 서브-액적의 형성 동안 상기 액적의 네킹 영역의 풋프린트를 제어할 수 있다.
상기 전극은 액적 네킹을 유발시키는 제1전압에서의 전계 구배; 및 액적 분할을 유발시키는 제2전압에서의 전계 구배를 발생시킬 수 있다. 상기 전극은 액적 신장을 유발시키는 제1전압에서의 전계 구배; 액적 네킹을 유발시키는 제2전압에서의 전계 구배; 및 액적 분할을 유발시키는 제3전압에서의 전계 구배를 발생시킬 수 있다.
상기 전계 구배는 상기 전극의 정상에서의 조성물(composition)에 의해 확립될 수 있다. 상기 조성물은 유전체 조성물을 포함할 수 있다. 상기 조성물은 상이한 두께를 지니는 영역들을 포함할 수 있다. 상기 조성물은 상이한 상대 정적 유전율 혹은 유전 상수(relative static permittivity or dielectric constant)를 지니는 영역들을 포함하는 패턴화된 재료를 포함할 수 있다. 상기 조성물은 2종 이상의 패턴화된 재료를 포함할 수 있고, 각 패턴화된 재료는 상이한 상대 정적 유전율 혹은 유전 상수를 지닌다. 상기 조성물은 제1유전 상수를 지니는 유전체 재료; 및 상기 제1유전 상수와는 다른 제2유전 상수를 지니는 유전체 재료를 포함할 수 있다. 상기 조성물은 유전체 재료의 유전 상수를 변화시키는 하나 이상의 물질이 패턴화된 방식으로 도핑된 해당 유전체 재료를 포함할 수 있다.
상기 전계 구배는 해당 전계 구배를 발생하는 상기 전극의 형상을 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다. 상기 전계 구배는 해당 전계 구배를 발생하는 상기 전극의 전극 두께의 변화를 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다. 상기 전계 구배는 상기 액적 작동기의 액적 작업면에 대한 z 방향에서의 상기 전극의 공간 배향을 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다. 상기 전계 구배를 발생하는 상기 전극은 해당 전극 내에 확립된 전도도 패턴들(conductivity patterns)을 포함할 수 있다. 상기 전계 구배를 발생하는 상기 전극은 미리 결정된 전계 구배를 발생하도록 패턴화된 2종 이상의 상이한 전도성 재료를 포함할 수 있다. 상기 전계 구배를 발생하는 상기 전극은 해당 전계 구배를 발생하는 상기 전극의 상이한 영역이 상이한 밀도의 와이어 간격을 포함하는 와이어 트레이스(wire trace)를 포함할 수 있다.
본 발명은 전술한 액적 작동기; 및 서브-액적의 형성 동안 액적의 가장자리부의 위치를 제어하도록 구성된 1개 이상의 전극에 대해서 전압의 공급을 제어하도록 프로그래밍된 프로세서를 포함하는 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 서브-액적의 형성 동안 상기 액적의 가장자리부를 모니터링하기 위한 센서를 추가로 포함할 수 있다. 상기 시스템은 상기 서브-액적의 형성 동안 상기 액적의 풋프린트를 모니터링하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 상기 서브-액적의 형성 동안 상기 액적의 영역의 풋프린트를 모니터링하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 상시 시스템에 의해 모니터링된 액적의 영역은 분배된 서브-액적의 용적에 대응할 수 있다. 상기 센서는 서브 액적의 용적과 연관된 변수를 검출할 수 있다. 상기 센서는 상기 액적의 하나 이상의 전기적 특성, 화학적 특성 및/또는 물리적 특성을 검출하도록 선택될 수 있다. 상기 센서는 상기 액적을 촬상하도록 구성된 촬상 장치(imaging device)를 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 서브-액적의 형성 동안 상기 액적의 가장자리부의 위치를 제어하도록 구성된 1개 이상의 전극에 대해서 전압을 조정하도록 구성될 수 있다. 상기 프로세서는 상기 서브-액적의 형성 동안 상기 액적의 가장자리부의 위치를 제어하도록 구성된 1개 이상의 전극의 전압을 조정하도록 구성될 수 있다.
본 발명은 전극의 경로 혹은 어레이를 포함하는 기판을 포함하되, 상기 경로 혹은 어레이는 와이어 트레이스를 이용해서 형성되는 1개 이상의 전극을 포함하는 액적 작동기를 제공한다. 상기 와이어 트레이스 구성부는 사행 경로(meandering path)의 와이어들을 포함할 수 있다. 상기 사행 경로의 각 만곡부(turn)는 해당 경로의 다른 만곡부와 실질적으로 동일할 수 있다. 상기 와이어 트레이스 구성부는 상이한 와이어 밀도를 지니는 영역들을 포함할 수 있다. 상기 와이어 트레이스 구성부는 외부 영역보다 큰 와이어 밀도를 지니는 중심축 영역을 포함할 수 있다. 상기 와이어 트레이스 구성부는 제1말단 영역과 제2말단 영역을 지니는 세장형 전극(elongated electrode)을 포함할 수 있다. 상기 제1말단 영역은 상기 제2말단 영역보다 큰 와이어 밀도를 지닐 수 있다. 상기 와이어 밀도는 상기 제2말단 영역으로부터 상기 제1말단 영역까지 상기 세장형 전극의 길이를 따라 점차적으로 증가할 수 있다.
본 발명은 액적을 형성하는 액적 형성 전극 구성부를 포함하는 액적 작동기를 제공한다. 상기 액적 형성 전극 구성부는 액적 공급원; 중간 전극; 및 단말 전극을 포함할 수 있다. 상기 액적 공급원에 액체가 존재할 경우, 상기 중간 전극 및 단말 전극의 활성화에 의해 액적 신장부가 상기 중간 전극을 가로질러 상기 단말 전극 상으로 흐르게 될 수 있다. 상기 단말 전극에 인가된 전압의 증가는 상기 액적 신장부의 길이를 증가시킬 수 있다. 상기 중간 전극의 불활성화는 상기 액적을 2개의 서브-액적으로 분할시킬 수 있다.
상기 액적 공급원은 액적 공급원 전극을 포함할 수 있다. 상기 액적 공급원 전극은 저장소를 포함할 수 있다. 상기 액적 공급원 전극은 저장소 전극을 포함할 수 있다. 상기 단말 전극은 상기 중간 전극에 대해서 연장될 수 있다. 상기 단말 전극은 실질적으로 테이퍼 형상(tapering shape)(즉, 점차로 가늘어지는 형상)을 지닐 수 있다. 상기 단말 전극은 상기 액적 공급원 전극으로부터 멀어짐에 따라 점차로 가늘어질 수 있다. 상기 단말 전극은 상기 액적 공급원 전극을 향해서 점차로 가늘어질 수 있다. 상기 단말 전극은 실질적으로 삼각형 형상일 수 있다. 상기 단말 전극의 정점은 상기 중간 전극의 노치부(notch) 속에 삽입되어 있을 수 있다. 상기 단말 전극은 상기 중간 전극에 대해서 말단 쪽에 배향된 최광폭 영역(widest region)으로부터 상기 중간 전극에 대해서 근접하여 배향된 협폭 영역(narrow region)까지 점차로 가늘어질 수 있다. 상기 단말 전극은 상기 중간 전극에 대해서 근접하여 배향된 최광폭 영역으로부터 상기 중간 영역에 대해서 말단 쪽에 배향된 협폭 영역까지 점차로 가늘어질 수 있다. 상기 최광폭 영역은 상기 액적 형성 전극 구성부의 축을 따라 취한 상기 중간 전극의 직경에 대한 폭이 거의 동일할 수 있다. 상기 협폭 영역은 상기 액적 형성 전극 구성부의 축을 따라 취한 상기 중간 전극의 직경보다 좁을 수 있다.
상기 액적 작동기는 해당 액적 작동기; 및 프로세서를 포함하는 시스템의 구성부품으로서 제공될 수 있다. 상기 프로세서는 상기 전극 구성부의 전극들에 인가된 전압을 제어하도록 프로그래밍될 수 있다. 상기 프로세서는 상기 단말 전극에 인가된 전압을 조정함으로써 액적 용적을 제어하도록 프로그래밍될 수 있다.
본 발명은 액적 작업을 시행하도록 구성된 전극을 포함하는 액적 작동기를 제공한다. 상기 전극은 해당 전극에 인가된 전압의 변화를 시행함으로써 액적 작업을 초래하는 전계 구배를 발생하도록 구성될 수 있다. 상기 액적 작동기는 상기 전극에 인가된 전압의 변화를 시행할 때 상기 액적 작업을 제어하는 유전체 윤곽(dielectric topography)을 확립하도록 구성된 상기 전극의 정상에 유전체 재료를 포함할 수 있다.
상기 전계 구배는 상기 전극의 정상에 패턴화된 재료를 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다. 상기 전극의 정상에 있는 상기 패턴화된 재료는 상이한 두께를 지닌 영역들을 포함하는 유전체 재료를 포함할 수 있다. 상기 전극의 정상에 있는 상기 패턴화된 재료는 상이한 유전 상수를 지니는 영역들을 포함하는 유전체 재료를 포함할 수 있다. 상기 전극의 정상에 있는 상기 패턴화된 재료는 2종 이상의 패턴화된 재료를 포함하는 유전체 재료를 포함할 수 있고, 각 패턴화된 재료는 상이한 유전 상수를 지닐 수 있다. 상기 전극의 정상에 있는 상기 패턴화된 재료는 상기 전계 구배를 발생하도록 변화될 수 있는 조성물을 지니는 유전체 재료를 포함할 수 있다. 상기 전극의 정상에 있는 상기 패턴화된 재료는 상기 전극 상에 패턴화된 제1유전 상수를 지닌 제1유전체 재료; 및 상기 제1유전체 재료 상에 적층된 제2유전 상수를 지닌 제2유전체 재료를 포함할 수 있다.
상기 전계 구배는 상기 전극에 인가된 전압의 감소 시 액적 네킹 및 분할을 제어하도록 구성될 수 있다. 네킹은 상기 전극 구성부에 인가된 전압의 제1감소에 의해 유발될 수 있고, 상기 분할은 상기 전극 구성부에 인가된 전압의 제2감소에 의해 유발될 수 있다. 상기 전계 구배는 전극 형상을 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다. 상기 전계 구배는 전극 두께를 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다. 상기 전계 구배는 상기 전극 내에 확립된 전도도 패턴을 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다. 상기 전극은 미리 결정된 전계 구배를 발생하도록 패턴화된 2종 이상의 상이한 전도성 재료를 포함할 수 있다. 상기 전계 구배는 상기 전극 구성부의 상이한 영역이 상이한 밀도의 와이어 간격을 지니는 와이어 트레이스를 포함할 수 있다. 상기 전계 구배는 상기 전극 내의 전도성 재료의 패턴을 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다. 상기 전계 구배는 상기 전극 내의 비전도성 재료의 패턴을 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다. 상기 전계 구배는 상기 전극 내의 상이한 전도성 재료의 패턴을 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다.
상기 전극은 전압의 활성화, 불활성화 혹은 조정 시 액적 작업을 초래하는 패턴화된 전계 구배를 발생할 수 있다. 전압의 감소는 액적 작업을 초래할 수 있다. 전압의 증가는 액적의 신장(extension)을 초래할 수 있다. 상기 전극들 상에 액적의 존재 시 전압의 증가는 액적의 신장을 초래한다.
본 발명은 서브-액적의 형성 동안 액적의 가장자리부의 위치를 제어하는 방법을 제공한다. 본 발명은 서브-액적의 형성 동안 액적의 풋프린트를 제어하는 방법을 제공한다. 본 발명은 서브-액적의 형성 동안 액적의 영역의 풋프린트를 제어하는 방법을 제공한다.
본 발명의 방법은 액적 작업면과 연관된 액적 형성 전극 구성부를 포함하는 액적 작동기를 제공하는 단계를 포함하되, 상기 전극 구성부는 상기 액적 작업면 상에서 서브-액적의 형성 동안 해당 액적의 가장자리부의 위치를 제어하도록 구성된 1개 이상의 전극을 포함할 수 있다. 본 발명의 방법은 상기 전극 구성부를 이용해서 상기 액적의 가장자리부를 제어하면서 상기 서브-액적을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 상기 액적의 네킹 영역의 가장자리부를 제어하면서 서브-액적을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 액적의 네킹 영역의 풋프린트를 제어하면서 서브-액적을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 액적의 네킹 영역의 풋프린트의 영역을 제어하면서 서브-액적을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 액적의 네킹 영역의 직경을 제어하면서 서브-액적을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 액적의 네킹 영역의 용적을 제어하면서 서브-액적을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 액적의 네킹 영역의 배액(drainage)(즉, 배출)을 제어하면서 서브-액적을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 서브-액적의 가장자리부를 제어하면서 해당 서브-액적을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 서브-액적의 용적을 제어하면서 해당 서브-액적을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 서브-액적의 풋프린트를 제어하면서 해당 서브-액적을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 서브-액적의 영역의 풋프린트를 제어하면서 해당 서브-액적을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 서브-액적을 형성하는 단계는 상기 전극 구성부에 인가된 전압을 포함할 수 있다. 상기 서브-액적을 형성하는 단계는 중간 전극 구성부에 인가된 전압을 포함할 수 있다. 상기 서브-액적을 형성하는 단계는 단말 전극 구성부에 인가된 전압을 포함할 수 있다. 상기 서브-액적을 형성하는 단계는 상기 전극 구성부의 중간 전극에 인가된 전압을 포함할 수 있다. 상기 서브-액적을 형성하는 단계는 상기 전극 구성부의 단말 전극에 인가된 전압을 포함할 수 있다.
상기 전극 구성부는 중간 전극 구성부를 포함할 수 있다. 상기 중간 전극 구성부는 1개 이상의 내부 전극; 상기 내부 전극에 대해서 횡방향으로 배열된 2개 이상의 외부 전극; 및 상기 중간 전극 구성부의 측면에 배치된 전극들을 포함할 수 있다. 상기 중간 전극 구성부 및 상기 중간 전극 구성부의 측면에 배치된 전극들은, 액적의 존재 시 해당 중간 전극 구성부 및 해당 중간 전극 구성부의 측면에 배치된 전극들의 활성화에 의해 상기 액적 형성 전극 구성부를 가로질러 상기 액적이 길게 늘어나도록 배열될 수 있다. 상기 길게 늘어난 액적의 존재 시 상기 2개 이상의 외부 전극에 인가된 전압의 감소는 해당 길게 늘어난 액적의 네킹을 개시시킬 수 있다. 상기 2개 이상의 외부 전극에 인가된 전압의 감소에 따른 상기 1개 이상의 내부 전극에 인가된 전압의 감소는 상기 길게 늘어난 액적을 분할하여 1개 이상의 서브-액적을 형성할 수 있다. 상기 길게 늘어난 액적의 존재 시 상기 2개 이상의 외부 전극의 불활성화는 해당 길게 늘어난 액적의 네킹을 개시시킬 수 있다. 모든 외부 전극의 불활성화에 따른 상기 1개 이상의 내부 전극의 불활성화는 상기 길게 늘어난 액적을 분할하여 1개 이상의 서브-액적을 형성할 수 있다. 상기 내부 전극에 대해서 횡방향으로 배열된 2개 이상의 외부 전극은 전기적으로 결합되어 단일 전극으로서 기능할 수 있다.
상기 액적 형성 전극 구성부는 해당 액적 형성 전극 구성부에 인접한 저장소 전극을 포함할 수 있다. 상기 서브-액적을 형성하는 단계는 보다 큰 용적의 액적으로부터 보다 작은 용적의 액적을 분배하는 단계를 포함할 수 있다. 액적 작업 전극은 상기 액적 형성 전극 구성부에 인접할 수 있다. 상기 전극 구성부는 1개 이상의 중앙에 위치된 전극; 및 상기 액적 형성 전극 구성부의 가장자리부에 인접한 1개 이상의 네킹 전극을 포함할 수 있다. 상기 서브-액적을 형성하는 단계는 상기 네킹 전극들에서 시작해서 상기 중앙에 위치된 전극들로 계속되는 전극 세트를 순차적으로 불활성화시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 전극 구성부는 대체로 I자 형상 및/또는 모래시계 형상인 중앙에 위치된 전극들을 포함할 수 있다.
상기 전극 구성부는 전극들의 경로 내에 개재되어 있을 수 있다. 상기 전극 구성부 및 상기 전극들의 경로는 공통 축을 따라 배열될 수 있다. 상기 전극 구성부는 상기 공통 축을 중심으로 대칭으로 배열된 중앙 전극; 및 상기 중앙 전극의 측면에 배치된 네킹 전극들을 포함할 수 있다. 제1세트의 네킹 전극들의 측면에 배치된 제2세트의 네킹 전극들이 제공될 수 있다. 네킹 전극들은 상기 축으로부터 멀어짐에 따라 볼록하게 될 수 있는 형상을 지닐 수 있다. 상기 네킹 전극들은 상기 중앙 전극에 대해서 실질적으로 평행한 배향으로 배향된 전극봉들을 포함할 수 있다. 상기 전극 구성부는 상기 전극들의 경로 내에 1개 이상의 인접한 전극들의 크기와 대략 동일한 크기를 지닐 수 있다. 상기 전극 구성부는 정사각형 혹은 직사각형을 형성하도록 배열된 4개의 삼각형을 포함할 수 있다. 상기 전극 구성부는 상기 서브-액적의 형성 동안 액적의 가장자리부의 위치를 제어하는 전계 구배를 발생하는 전극을 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 서브-액적의 형성 동안 상기 액적의 네킹 영역의 가장자리부의 위치를 제어하는 전계 구배를 확립하도록 상기 액적 형성 전극 구성부를 이용해서 상기 액적의 가장자리부의 위치를 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 액적의 풋프린트를 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 전극 구성부는 서브-액적의 형성 동안 상기 액적의 네킹 영역의 풋프린트를 제어하는 전계 구배를 확립할 수 있다. 상기 풋프린트는 액적 네킹을 유발시키는 제1전압에서의 전계 구배; 및 액적 분할을 유발시키는 제2전압에서의 전계 구배를 확립하도록 상기 액적 형성 전극 구성부에 인가되는 전압을 제어함으로써 제어될 수 있다.
상기 방법은 액적 신장을 유발시키는 제1전압에서의 전계 구배; 액적 네킹을 유발시키는 제2전압에서의 전계 구배; 및 액적 분할을 유발시키는 제3전압에서의 전계 구배를 확립하도록 상기 액적 형성 전극 구성부에 인가되는 전압을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전계 구배는 상기 전극의 정상에서의 조성물에 의해 확립될 수 있다. 상기 조성물은 유전체 조성물을 포함할 수 있다. 상기 조성물은 상이한 두께를 지니는 영역들을 포함하는 패턴화된 영역을 포함할 수 있다. 상기 조성물은 상이한 상대 정적 유전율 혹은 유전 상수를 지니는 영역들을 포함하는 패턴화된 재료를 포함할 수 있다. 상기 조성물은 2종 이상의 패턴화된 재료를 포함할 수 있고, 각 패턴화된 재료는 상이한 상대 정적 유전율 혹은 유전 상수를 지닐 수 있다. 상기 조성물은 제1유전 상수를 지니는 유전체 재료; 및 상기 제1유전 상수와는 다른 제2유전 상수를 지니는 유전체 재료를 포함할 수 있다. 상이한 유전 상수를 지니는 상기 재료는 상기 전극에 인가되는 전압을 변화시킬 때 액적 작업을 초래하는 전계 구배를 유발하도록 패턴화되어 있을 수 있다. 상기 조성물은 유전체 재료의 유전 상수를 변화시키는 하나 이상의 물질이 패턴화된 방식으로 도핑된 해당 유전체 재료를 포함할 수 있다. 상기 전계 구배는 해당 전계 구배를 발생하는 상기 전극의 형상을 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다. 상기 전계 구배는 해당 전계 구배를 발생하는 상기 전극의 전극 두께의 변화를 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다. 상기 전계 구배는 상기 액적 작동기의 액적 작업면에 대한 z 방향에서의 상기 전극의 공간 배향을 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다.
이미 언급된 바와 같이, 상기 전계 구배를 발생하는 상기 전극은 해당 전극 내에 확립된 전도도 패턴들을 포함할 수 있다. 상기 전계 구배를 발생하는 상기 전극은 미리 결정된 전계 구배를 발생하도록 패턴화된 2종 이상의 상이한 전도성 재료를 포함할 수 있다. 상기 전계 구배를 발생하는 상기 전극은 해당 전계 구배를 발생하는 상기 전극의 상이한 영역이 상이한 밀도의 와이어 간격을 포함할수 있는 와이어 트레이스를 포함할 수 있다.
상기 방법은 시스템에 의해서 제어될 수 있다. 상기 시스템은 서브-액적의 형성을 제어할 수 있다. 상기 시스템은 액적의 네킹 영역의 직경을 제어할 수 있다. 상기 시스템은 액적의 네킹 영역의 풋프린트를 제어할 수 있다. 상기 시스템은 액적의 네킹 영역의 일부의 풋프린트를 제어할 수 있다. 상기 시스템은 상기 전극 구성부의 1개 이상의 전극에 대한 전압의 공급을 제어하도록 프로그래밍된 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 상기 프로세서에 결합된 센서를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 프로세서에 결합된 센서를 이용해서 상기 서브-액적의 형성 동안 상기 액적의 가장자리부를 모니터링하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 센서에 의해 감지된 변수에 의거해서 상기 전극 혹은 전극 구성부에 인가되는 전압을 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 목적으로 하는 서브-액적 용적을 나타내는 미리 결정된 위치에 액적의 가장자리부를 위치시키기 위하여 상기 액적의 가장자리부의 감지된 위치에 응답해서 상기 액적 형성 전극 구성부의 1개 이상의 전극의 전압을 조정함으로써 분배된 서브-액적의 용적을 제어하면서 상기 서브-액적을 형성하도록 구성될 수 있다.
본 발명은 액적으로부터 서브-액적을 형성하는 방법을 제공하되, 해당 방법은 네킹-및-분할 과정에서 액적의 네킹 영역의 직경을 제어가능하게 감소시키는 단계를 포함한다. 상기 서브-액적은 미리 결정된 용적을 지닐 수 있다.
본 발명은 액적으로부터 서브-액적을 형성하는 방법을 제공하되, 해당 방법은 단말 전극의 정상에서 액적의 용적을 제어가능하게 신장시키는 단계; 및 상기 단말 전극의 정상에서 미리 결정된 용적에 도달할 때까지 중간 전극에서 액적 분할 과정을 개시시키는 단계를 포함한다. 상기 서브-액적은 미리 결정된 용적을 지닐 수 있다.
본 발명은 서브-액적을 형성하는 방법을 제공하되, 해당 방법은 제1전극과 제2전극을 포함하는 전극 구성부에 걸쳐서 길게 늘어난 액적을 제공하는 단계를 포함하되, 상기 길게 늘어난 액적은 상기 제1전극의 정상에서의 액체의 용적과 상기 제2전극의 정상에서의 액체의 용적을 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 제2전극의 정상에서 상기 길게 늘어난 액적의 용적을 제어가능하게 신장시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 제1전극에서 액적을 분할하여 서브-액적을 얻는 단계를 포함할 수 있다. 상기 서브-액적은 미리 결정된 용적을 지닐 수 있다.
본 발명은 서브-액적을 형성하는 방법을 제공하되, 해당 방법은 중간 영역의 정상에서 전기습윤(electrowetting)을 초래하도록 상대적으로 높은 전압이 요구되는 해당 중간 영역을 포함하는 전계를 발생하도록 구성된 전극에 걸쳐 길게 늘어난 액적을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 중간 영역을 가로질러 액적을 신장시키기에 충분한 전압을 상기 전극에 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 전압을 충분히 감소시켜 상기 중간 영역에서 상기 액적을 분할시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 전계 구배는 전극 형상을 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다. 상기 전계 구배는 전극 두께를 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다. 상기 전계 구배는 상기 전극 내에 확립된 전도도 패턴들을 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다. 상기 전극은 미리 결정된 전계 구배를 발생하도록 패턴화된 2종 이상의 상이한 전도성 재료를 포함할 수 있다. 상기 전계 구배는 상기 전극 구성부의 상이한 영역이 상이한 밀도의 와이어 간격을 포함하는 와이어 트레이스를 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다. 상기 전계 구배는 상기 전극 내에 전도성 재료의 패턴을 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다. 상기 전계 구배는 상기 전극 내의 비전도성 재료의 패턴을 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다. 상기 전계 구배는 상기 전극 내의 상이한 전도성 재료의 패턴을 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다. 상기 전극 혹은 전극 구성부는 전압의 활성화, 불활성화 혹은 조정 시 액적 작업을 초래하는 패턴화된 전계 구배를 발생할 수 있다.
본 발명은 서브-액적을 형성하는 방법을 제공하되, 해당 방법은 전계를 발생하도록 구성된 단말 전극 영역을 포함하는 전극 구성부에 걸쳐서 길게 늘어난 액적을 제공하는 단계를 포함하며, 이때, 상기 단말 전극 영역의 정상에서의 액적 용적은 해당 단말 전극 영역에 인가된 전압을 증가시킴으로써 점증적으로 증가될 수 있다. 상기 방법은 액적을 상기 단말 전극 영역의 정상에서 미리 결정된 용적으로 신장시키기에 충분한 전압을 상기 전극에 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 액적을 분할시켜서, 상기 단말 전극 영역의 정상에 서브-액적을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 단말 전극 영역은 인접한 단위 크기의 액적 작업 전극의 용적보다 큰 용적으로 상기 단말 전극 영역의 정상에서의 액적 용적의 증가를 허용하도록 구성될 수 있다. 상기 전계 구배는 전극 형상을 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다. 상기 전계 구배는 전극 두께를 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다. 상기 전계 구배는 상기 전극 내에 확립된 전도도 패턴들을 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다. 상기 전극은 미리 결정된 전계 구배를 발생하도록 패턴화된 2종 이상의 상이한 전도성 재료를 포함할 수 있다. 상기 전계 구배는 상기 전극 구성부의 상이한 영역이 상이한 밀도의 와이어 간격을 포함하는 와이어 트레이스를 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다. 상기 전계 구배는 상기 전극 내에 전도성 재료의 패턴을 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다. 상기 전계 구배는 상기 전극 내의 비전도성 재료의 패턴을 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다. 상기 전계 구배는 상기 전극 내의 상이한 전도성 재료의 패턴을 포함하는 수단에 의해 확립될 수 있다.
본 발명은 저장소를 포함하는 상부 기판 조립체; 간극을 형성하도록 상기 상부 기판으로부터 분리되어 있는 하부 기판 조립체; 상기 상부 기판 조립체 및/또는 상기 하부 기판 조립체와 연관되어 하나 이상의 액적 작업을 수행하도록 구성된 전극들; 및 유로를 포함하는 액적 작동기를 제공한다. 상기 유로는 상기 저장소로부터 상기 간극 내로 유체를 흐르게 하기 위하여(이때, 액적에는 상기 전극들 중 간극으로부터 상기 저장소 속으로 유입시키기 위하여 매개되는 하나 이상의 액적 작업이 수행될 수 있음); 및/또는 개구부와 접촉하는 상기 전극을 이용해서 유체를 이송시키고, 해당 유체를 상기 간극에서 실질적으로 유출시켜 상기 저장소로 유입시키기 위하여 구성될 수 있다.
상기 상부 기판 조립체는 상부 기판; 및 상기 상부 기판과 연관되어 내부에 형성된 저장소를 포함하는 저장소 기판을 포함할 수 있다. 상기 액적 작동기는 상기 하부 기판과 연관된 저장소 전극을 포함할 수 있다. 상기 개구부는 상기 저장소 전극의 가장자리부와 중첩될 수 있다. 상기 액적 작동기는 상기 하부 기판과 연관되어 상기 저장소 전극에 인접한 제1액적 작업 전극을 포함할 수 있고, 이때 상기 개구부는 상기 제1전극의 가장자리부 및 해당 액적 작업 전극의 가장자리부와 중첩된다. 상기 액적 작동기는 상기 하부 기판과 연관되어 상기 저장소 전극 속으로 적어도 부분적으로 삽입되어 있는 제1액적 작업 전극을 포함할 수 있고, 이때 상기 개구부는 상기 제1전극의 가장자리부 및 해당 액적 작업 전극의 가장자리부와 중첩된다. 상기 액적 작동기는 상기 간극으로부터 상기 저장소 속으로 액적의 유입을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 상기 저장소는 약 1㎜ 이상일 수 있는 직경을 지닐 수 있다. 상기 저장소는 약 2㎜ 이상일 수 있는 직경을 지닐 수 있다. 상기 저장소는 약 100 내지 약 300㎖ 범위의 액체의 용적을 유지하기에 충분한 용적을 지닐 수 있다. 상기 저장소는 약 5㎕ 내지 약 5000㎕ 범위의 액체의 용적을 유지하기에 충분한 용적을 지닐 수 있다. 상기 저장소는 약 10㎕ 내지 약 2000㎕ 범위의 액체의 용적을 유지하기에 충분한 용적을 지닐 수 있다. 상기 저장소는 약 50㎕ 내지 약 1500㎕ 범위의 액체의 용적을 유지하기에 충분한 용적을 지닐 수 있다. 상기 저장소는 실질적으로 원통형인 크기를 지닐 수 있다. 상기 개구부는 상기 저장소의 원통형 크기의 축을 중심으로 실질적으로 정렬될 수 있다. 상기 간극은 필러 유체를 포함할 수 있다. 상기 필러 유체는 오일을 포함할 수 있다. 상기 저장소는 해당 저장소의 주된 용적(main volume)에 대해서 저감된 직경을 지닌 영역을 포함할 수 있고, 해당 영역은 상기 저장소의 주된 용적과 상기 개구부 사이에 유로를 제공하는 저감된 직경을 지닐 수 있다. 상기 저장소의 제한된 영역은 해당 저장소의 제한된 영역 중 무용 용적(dead volume)에 대응하는 무용 높이(dead height)를 초과하는 상기 하부 기판보다 높은 높이를 지닐 수 있다. 상기 저장소의 주된 용적은 해당 저장소의 주된 용적 중 무용 용적에 대응하는 무용 높이를 초과하는 상기 하부 기판보다 높은 높이를 지닐 수 있다. 상기 저장소의 제한된 영역은 상기 저장소의 제한된 영역은 상기 하부 기판보다 높은 제1높이와 제1직경을 지닐 수 있고; 상기 저장소의 주된 용적은 상기 하부 기판보다 높은 제2높이와 제2직경을 지닐 수 있으며; 상기 제1직경, 제1높이, 제2직경 및 제2높이는, 상기 저장소의 주된 용적의 실질적으로 모든 용적과 동일한 액체 용적이 분배에 이용가능하도록 선택될 수 있다. 상기 저장소의 주된 용적은 원통형 주된 용적에 대해서 무용 용적을 실질적으로 증가시키는 일없이 대응하는 원통형 주된 용적에 대해서 연장될 수 있다.
본 발명은 액적 작동기 간극으로부터 액적을 이송하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 저장소를 포함하는 상부 기판 조립체; 간극을 형성하도록 상기 상부 기판으로부터 분리되어 있는 하부 기판 조립체; 상기 상부 기판 조립체 및/또는 상기 하부 기판 조립체와 연관되어 하나 이상의 액적 작업을 수행하도록 구성된 전극들; 및 유체를 상기 간극으로부터 상기 저장소로 유입시키기 위하여 구성된 유로를 포함하는 액적 작동기를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 개구부와 접촉하는 상기 전극을 이용해서 유체를 이송시키고, 해당 유체를 상기 간극에서 실질적으로 유출시켜 상기 저장소로 유입시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 상부 기판 조립체는 상부 기판; 및 상기 상부 기판과 연관되어 내부에 형성된 저장소를 포함하는 저장소 기판을 포함할 수 있다. 저장소 전극은 상기 하부 기판과 연관될 수 있다. 상기 개구부는 상기 저장소 전극의 가장자리부와 중첩될 수 있다. 제1액적 작업 전극은 하부 기판과 연관되어 상기 저장소 전극에 인접할 수 있다. 상기 개구부는 상기 제1전극의 가장자리부 및 해당 액적 작업 전극의 가장자리부와 중첩될 수 있다. 제1액적 작업 전극은 상기 하부 기판과 연관되어 상기 저장소 전극 속으로 적어도 부분적으로 삽입될 수 있다. 상기 개구부는 상기 제1전극의 가장자리부 및 해당 액적 작업 전극의 가장자리부와 중첩될 수 있다.
상기 발명의 개요에 포함된 실시형태는 단지 예시적인 것이다. 또, 실시형태는 상기 발명의 개요와 이하의 부분 및 특허청구범위의 검토 시 당업자들에게 명백할 것이다.
6. 정의
본 명세서에서 이용되는 바와 같이, 이하의 용어는 표시된 의미를 지닌다.
1개 이상의 전극과 관련해서 "활성화하다"란 액적의 존재에서 액적 작업을 초래하는 1개 이상의 전극의 전기적 상태의 변화를 수행하는 것을 의미한다.
액적 작동기 상의 비즈(비드의 복수형태)와 관련해서 "비드"란, 액적 작동기 상에 혹은 그 근방에 있는 액적과 상호작용할 수 있는 능력을 지닌 비드 혹은 입자라면 어떠한 것이라도 의미한다. 비즈는 구형, 일반적으로는 구형상, 달걀 형상, 원반 형상, 입방체 형상 및 기타 3차원 형상 등의 광범위한 각종 형상의 어느 것일 수도 있다. 비드는, 예를 들어, 액적 작동기 상에서 액적 내에서 이송될 수 있거나, 또는 다르게는, 액적 작동기 상의 액적이 당해 액적 작동기 상에서 및/또는 액적 작동기를 벗어나서 비드와 접촉하게 되는 방식으로 액적 작동기에 대해서 구성될 수 있다. 비즈는 예를 들어, 수지 및 폴리머를 비롯한 각종 광범위한 재료를 이용해서 제조될 수 있다. 비즈는, 예를 들어, 마이크로비즈, 미립자, 나노비즈 및 나노입자를 비롯한 임의의 적절한 크기일 수 있다. 몇몇 경우에 있어서, 비즈는 자기적으로 반응성이고; 다른 경우에는, 비즈는 상당히 자기적으로 반응성이 아니다. 자기 반응성 비즈에 대해서, 자기 반응성 재료는 실질적으로 모두 비드로, 혹은 비드의 단지 1성분을 구성할 수 있다. 비드의 나머지는, 무엇보다도, 중합체 재료, 코팅, 및 분석평가 시약(assay reagent)의 부착을 허용하는 부분을 포함할 수 있다. 적절한 자기 반응성 비즈의 예는 미국 특허 공개 제2005-0260686호 공보(공개일: 2005년 11월 24일, 발명의 명칭: "Multiplex flow assays preferably with magnetic particles as solid phase")에 기재되어 있고, 이 공보의 전체적인 개시내용은 자기 반응성 재료 및 비즈에 관한 그의 교시를 위해 참조로 본원에 포함된다. 유체는 하나 이상의 자기 반응성 및/또는 비자기 반응성 비즈를 포함할 수 있다. 자기 반응성 비즈 및/또는 비자기 반응성 비즈를 고정화시키고/시키거나 비즈를 이용해서 액적 작업 프로토콜을 행하는 액적 작동기 기술의 예가 미국 특허 출원 제11/639,566호(출원일: 2006년 12월 15일, 발명의 명칭: "Droplet-Based Particle Sorting"); 미국 특허 출원 제61/039,183호(출원일: 2008년 3월 25일, 발명의 명칭: "Multiplexing Bead Detection in a Single Droplet"); 미국 특허 출원 제61/047,789호(출원일: 2008년 4월 25일; "Droplet Actuator Devices and Droplet Operations Using Beads"); 미국 특허 출원 제61/086,183호(출원일: 2008년 8월 5일, 발명의 명칭: "Droplet Actuator Devices and Methods for Manipulating Beads"); 국제특허출원 제PCT/US2008/053545호(출원일: 2008년 2월 11일, 발명의 명칭: "Droplet Actuator Devices and Methods Employing Magnetic Beads"); 국제특허출원 제PCT/US2008/058018호(출원일: 2008년 3월 24일, 발명의 명칭: "Bead-based Multiplexed Analytical Methods and Instrumentation"); 국제특허출원 제PCT/US2008/058047호(출원일: 2008년 3월 23일, 발명의 명칭: "Bead Sorting on a Droplet Actuator"); 및 국제특허출원 제PCT/US2006/047486호(출원일: 2006년 12월 11일, 발명의 명칭: "Droplet-based Biochemistry")에 기재되어 있고, 이들 출원의 전체 개시 내용은 참조로 본원에 포함된다.
"액적"이란 필러 유체에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 액적 작동기 상의 소정 부피의 액체를 의미한다. 예를 들어, 액적은 필러 유체에 의해 완전히 둘러싸일 수 있거나, 혹은 필러 유체와 액적 작동기의 1개 이상의 면에 의해 둘러싸일 수 있다. 액적은, 예를 들어, 수성 혹은 비수성일 수 있거나, 또는 수계 및 비수계 성분을 포함하는 혼합물 혹은 에멀젼일 수 있다. 액적은 액적 작동기 간극 내에 전체적으로 혹은 부분적으로 있을 수 있다. 액적은 광범위하게 다양한 형상을 취할 수 있고; 그 형상의 비제한적인 예로는 일반적으로 원반 형상, 슬러그 형상, 절두된 구, 타원체, 구형상, 부분적으로 압착된 구, 반구, 계란형, 원통형 및 액적 작업 동안 형성된 각종 형상, 예컨대, 액적 작동기의 1개 이상의 면과 이러한 형상의 접촉 결과로서 형성되거나 융합되거나 분할된 바와 같은 형상을 들 수 있다. 본 발명의 접근법을 이용한 액적 작업을 받을 수 있는 액적 유체의 예는, 국제특허출원 제PCT/US 06/47486호(출원일: 2006년 12월 11일, 발명의 명칭: "Droplet-Based Biochemistry")를 참조할 수 있다. 각종 실시형태에서, 액적으로는 생물학적 샘플, 예컨대, 전혈(whole blood), 림프 유체, 혈청, 혈장, 땀, 눈물, 타액, 가래, 뇌척수액, 약막액, 정액, 질 분비액, 장액(serous fluid), 윤활액, 심장막액, 복수(peritoneal fluid), 흉수, 누출액, 삼출액, 낭액(cystic fluid), 담즙, 소변, 위액, 장관액(intestinal fluid), 배설물 샘플, 단일 혹은 다수의 세포를 함유하는 액체, 소기관을 함유하는 액체, 유체화된 조직, 유체화된 유기체, 다세포 유기체를 함유하는 액체, 생물학적 약솜 및 생물학적 세정액 등을 들 수 있다. 또한, 액적으로는 물, 탈이온수, 식염 용액, 산성 용액, 염기성 용액, 세척 용액 및/또는 완충제 등의 시약을 들 수 있다. 액적 내용물의 기타 예로는 시약, 예를 들어, 생화학 프로토콜용의 시약, 예컨대, 핵산 증폭 프로토콜, 친화도(affinity)-기반 분석시험 프로토콜, 효소성 측정 프로토콜, 시퀀싱(서열결정) 프로토콜, 및/또는 생물학적 유체의 분석을 위한 프로토콜을 들 수 있다.
"액적 작동기"란 액적을 조작하기 위한 장치를 의미한다. 액적 작동기의 예로는, 미국 특허 제6,911,132호(공고일: 2005년 6월 28일, 발명자: Pamula et al., 발명의 명칭: "Apparatus for Manipulating Droplets by Electrowetting-Based Techniques"; 미국 특허 출원 제11/343,284호(출원일: 2006년 1월 30일, 발명의 명칭: "Apparatuses and Methods for Manipulating Droplets on a Printed Circuit Board"); 미국 특허 제6,773,566호(공고일: 2004년 8월 10일, 발명자: Shenderov et al., 발명의 명칭: "Electrostatic Actuators for Microfluidics and Methods for Using Same"); 미국 특허 제6,565,727호(공고일: 2000년 1월 24일, 발명자: Shenderov et al., 발명의 명칭: "Actuators for Microfluidics Without Moving Parts"); 및 국제 특허 출원 제PCT/US2006/047486호(출원일: 2006년 12월 11일, 발명자: Pollack et al., 발명의 명칭: "Droplet-Based Biochemistry")를 참조할 수 있고, 이들 개시 내용은 참조로 본원에 포함된다. 본 발명의 방법은, 예를 들어, 국제특허출원 제PCT/US2007/009379호(출원일: 2007년 5월 9일, 발명의 명칭: "Droplet manipulation systems")에 기재된 바와 같은 액적 작동기 시스템을 이용해서 수행될 수 있다. 각종 실시형태에 있어서, 액적 작동기에 의한 액적의 조작은 예를 들어 전극 매개(electrode mediated), 예컨대, 전기 습윤 매개 혹은 유전영동 매개(dielectrophoresis mediated)될 수 있다. 본 발명의 액적 작동기에서 이용될 수 있는 유체 흐름을 제어하는 기타 방법의 예로는 유체역학적 유체 압력, 예컨대, 기계적 원리(예를 들어, 외부 시린지 펌프, 공압식 멤브레인 펌프, 진동 멤브레인 펌프, 진공 장치, 원심력, 모세관 작용); 전기 혹은 자기 원리(예를 들어, 전기삽투 흐름, 동전기적 펌프, 압전/초음파 펌프, 자성 유체 플러그(ferrofluid plugs), 전기수력학적 펌프 및 자기수력학적 펌프); 열역학적 원리(예를 들어, 기포 발생/위상변화 유래 체적 팽창); 기타 종류의 표면-습윤 원리(예를 들어, 전기 습윤 및 광전기습윤뿐만 아니라 화학, 열 및 방사성 유래 표면장력 구배); 중력; 표면 장력(예를 들어, 모세관 작용); 정전기력(예를 들어, 전기삼투 흐름); 원심 흐름(컴팩트 디스크 상에 배치되어 회전되는 기판); 자기력(예를 들어, 발진 이온이 흐름을 초래함); 자기수력학적 힘; 및 진공 혹은 압력 차에 의거해서 작동하는 것들을 들 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 전술한 기술의 2가지 이상의 조합이 본 발명의 액적 작동기에 이용될 수 있다.
"액적 작업"은 액적 작동기 상에서의 액적의 조작이면 어느 것이라도 의미한다. 액적 작업은, 예를 들어, 액적을 액적 작동기 속으로 반입(loading)하는 단계; 소스 액적으로부터 1개 이상의 액적을 분배하는 단계; 액적을 2개 이상의 액적으로 분리 혹은 분할 혹은 쪼개는 단계; 액적을 하나의 위치에서부터 임의의 방향의 다른 위치로 이송하는 단계; 2개 이상의 액적을 단일의 액적으로 융합하거나 조합하는 단계; 액적을 희석하는 단계; 액적을 혼합하는 단계; 액적을 교반하는 단계; 액적을 변형시키는 단계; 액적을 적소에 유지시키는 단계; 액적을 배양하는 단계; 액적을 가열하는 단계; 액적을 기화시키는 단계; 액적을 냉각시키는 단계; 액적을 배치시키는 단계; 액적 작동기로부터 액적을 이송하는 단계; 본 명세서에 기재된 기타 액적 작업; 및/또는 이들의 임의의 조합을 들 수 있다. "융합하다"(merge), "융합", "조합하다"(combine), "조합하는" 등의 용어는 2개 이상의 액적으로부터 1개의 액적을 형성하는 것을 기술하는 데 이용된다. 단, 이러한 용어가 2개 이상의 액적과 관련하여 이용될 경우, 2개 이상의 액적을 1개의 액적으로 조합한 결과를 얻는데 충분한 액적 작업의 조합이면 어떠한 것이라도 사용할 수 있음을 이해할 필요가 있다. 예를 들어, "액적 A를 액적 B와 융합"하는 것은 액적 A를 정지 상태의 액적 B와 접촉시켜 이송시키거나, 액적 B를 정지 상태의 액적 A와 접촉시켜 이송시키거나, 또는 액적 A 및 액적 B를 서로 접촉시켜 이송시킴으로써 실현될 수 있다. "분할", "분리" 및 "쪼갬"이란 용어는 얻어지는 액적의 크기(즉, 얻어지는 액적의 크기는 동일하거나 상이할 수 있음) 또는 얻어지는 액적의 개수(얻어지는 액적의 개수는 2, 3, 4, 5 이상일 수 있음)와 관련해서 임의의 특별한 성과를 의미하도록 의도된 것은 아니다. "혼합"이란 용어는 액적 내의 1개 이상의 성분의 더욱 균질한 분포를 가져오는 액적 작업을 의미한다. "반입" 액적 작업의 예로는, 미세 투석 반입, 압력 원조 반입, 로봇 반입, 수동 반입 및 피펫 반입 등을 들 수 있다. 액적 작업은 전극-매개될 수 있다. 몇몇 경우에, 액적 작업은 표면 상의 친수성 및/또는 소수성 영역의 사용에 의해 및/또는 물리적 장애에 의해 더욱 용이해진다.
"필러 유체"란 액적 작동기의 액적 작업 기판과 관련된 유체를 의미하며, 여기서 유체는 액적 상과 충분히 혼합되지 않아 해당 액적 상에 전극-매개된 액적 작업을 부여한다. 상기 필러 유체는, 예를 들어, 실리콘 오일 등의 저점도 오일일 수 있다. 필러 유체의 기타 예는, 국제 특허 출원 제PCT/US2006/047486호(출원일: 2006년 12월 11일, 발명의 명칭: "Droplet-Based Biochemistry"); 및 국제 특허출원 제PCT/US2008/072604호(출원일: 2008년 8월 8일, 발명의 명칭: "Use of additives for enhancing droplet actuation")에서 제공된다. 상기 필러 유체는 액적 작동기의 전체 간극을 채울 수 있거나 혹은 액적 작동기의 하나 이상의 표면을 피복할 수 있다.
자기 반응성 비즈에 관한 "고정화"란, 비즈가 액적 작동기 상의 액적 내 혹은 충전물 유체 내의 적소에 실질적으로 규제되는 것을 의미한다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 고정화된 비즈는 액적의 분할 작업의 수행을 허용하도록 적소에 충분히 규제되어, 실질적으로 모든 비즈를 지닌 하나의 액적 및 실질적으로 비즈가 결여된 하나의 액적이 얻어진다.
"자기 반응성"이란 자계에 대해서 반응성인 것을 의미한다. "자기 반응성 비즈"는 자기 반응성 재료로 구성된다. 자기 반응성 재료의 예로는 상자성 재료, 강자성 재료, 페리 자성 재료 및 준자성 재료를 들 수 있다. 적절한 상자성 재료의 예로는 철, 니켈, 코발트뿐만 아니라, Fe3O4, BaFe12O19, CoO, NiO, Mn2O3, Cr2O3 및 CoMnP 등의 금속 산화물을 들 수 있다.
자기 반응성 비드를 세정하는 것과 관련한 "세정"이란, 자기 반응성 비드와 접촉하는 1종 이상의 물질의 양 및/또는 농도를 저감시키는 것, 또는 자기 반응성 비드와 접촉하는 액적으로부터 당해 자기 반응성 비드에 대해서 노출되는 것을 의미한다. 물질의 양 및/또는 농도의 저감은 부분적으로, 실질적으로 완전히 혹은 심지어 완전히 이루어질 수 있다. 상기 물질은 광범위하게 다양한 임의의 물질일 수 있고; 그 예로는 추가의 분석용의 표적 물질, 바람직스럽지 않은 물질, 예컨대, 샘플, 오염물 및/또는 과잉의 시약의 성분 등을 들 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 세정 작업은 출발 액적을 자기 반응성 비드와 접촉시켜 시작하며, 이때, 액적은 물질의 초기량 및 초기 농도를 포함한다. 세정 작업은 각종 액적 작업을 이용해서 진행될 수 있다. 세정 작업은 자기 반응성 비드를 포함하는 액적을 얻을 수 있고, 이때, 액적은 상기 물질의 초기량 및/또는 농도보다 적은 당해 물질의 전체량 및/또는 농도를 지닌다. 적절한 세정 기술의 예가 미국 특허 제7,439,014호 공보(등록일: 2008년 10월 21일, 발명의 명칭: "Droplet-Based Surface Modification and Washing", 발명자: Pamula et al.)에 기재되어 있고, 이 특허 공보의 전체 내용은 참조로 본원에 포함된다.
"상부", "하부", "..위에", "..밑에" 및 "..상에" 등과 같은 용어가 액적 작동기의 구성 부품의 상대적인 위치, 예컨대, 액적 작동기의 상부 기판 및 하부 기판의 상대적인 위치와 관련한 설명을 통해 이용된다. 액적 작동기는 공간에서의 그의 배향에 관계없이 기능적임을 이해할 수 있을 것이다.
임의의 형태의 액체(예를 들어, 이동 중이든지 정지 상태이든지 간에 액적 혹은 연속체 등)가 전극, 어레이, 기질(matrix) 혹은 표면 "위에"(혹은 "상에"), "에서" 혹은 "위쪽에" 있는 것으로 기술될 경우, 이러한 액체는 전극/어레이/기질/표면과 직접 접촉하고 있을 수 있거나, 혹은, 당해 액체와 전극/어레이/기질/표면 사이에 개입된 1개 이상의 층 혹은 막과 접촉하고 있을 수도 있다.
액적이 액적 작동기 "위에" 있거나 혹은 "위에 반입"되는 것으로 기술될 경우, 액적은 당해 액적에 대해 하나 이상의 액적 작업을 수행하기 위하여 액적 작동기를 이용해서 용이하게 하는 방식으로 액적 작동기 위에 배열되고/되거나, 액적은 당해 액적으로부터 신호의 성질(즉, 특성)의 감지를 용이하게 하는 방식으로 액적 작동기 위에 배열되고/되거나, 액적은 액적 작동기 상에서 액적 작업을 받게 되는 것임을 이해할 필요가 있다.
도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d 및 도 1e는 미리 결정된 용적을 지닌 액적을 분배하는 과정 및 전극 구성부의 평면도;
도 2A, 도 2B 및 도 2C는 액적 형성 과정 동안 액적의 배액을 제어함으로써 더욱 정확한 및/또는 정밀한 용적을 지닌 액적을 분배하는 과정 및 전극 구성부의 평면도;
도 3A 및 도 3B는 더욱 정확한 및/또는 정밀한 용적을 지닌 액적을 제어가능하게 분배하기 위한 중간 전극 혹은 전극 구성부를 포함하는 전극 구성부의 평면도;
도 4A 및 도 4B는 각각 액적 작동기 전극 구성부 및 단계적 액적 분배 과정에서의 그의 이용을 나타낸 평면도 및 측면도;
도 5는 액적 작동기에서의 액적 분할 작업을 원조하기 위한 물리적 구조를 이용하는 전극 구성부의 평면도;
도 6A 및 도 6B는 액적 작동기에서의 액적의 개량된 분배를 위한 전극 구성부의 평면도 및 측면도;
도 7A 및 도 7B는 지정된 표적 전극에서 간극 토폴로지를 재구성함으로써 개량된 액적 분배를 제공하기 위하여 구성된 액적 작동기의 측면도;
도 8A 및 도 8B는 액적 분할 혹은 분배 과정 동안 네킹-및-분할을 제어하기 위한 본 발명의 다른 실시형태를 예시한 것으로, 여기서 네킹-및-분할 전극은 와이어 트레이스를 포함함;
도 9는 액적 작업 전극에 의해 측면에 배치된 중간 네킹-및-분할 전극 구성부를 포함하는 전극 구성부를 예시한 도면;
도 10은 액적 작업 전극에 의해 측면에 배치된 중간 네킹-및-분할 전극 구성부를 포함하는 전극 구성부를 예시한 도면;
도 11A 및 도 11B는 각각 유체의 반입/반출 작업을 위하여 상부 기판에 연관된 저장소를 포함하도록 구성된 액적 작동기의 부분의 측면도 및 평면도;
도 12A, 도 12B, 도 12C 및 도 12D는 유체의 입력/출력 작업을 위하여 저장소를 포함하는 다른 액적 작동기 구성부의 측면도;
도 13은 유체의 입력/출력 작업을 위하여 저장소를 포함하는 또 다른 액적 작동기 구성부의 측면도;
도 14A 및 도 14B는 유체의 입력/출력 작업을 위하여 저장소를 포함하는 또 다른 액적 작동기 구성부의 측면도;
도 15는 유체의 입력/출력 작업을 위하여 저장소를 포함하는 또 다른 액적 작동기 구성부의 평면도;
도 16은 저장소 우물의 직경을 변화시킨 상태에서 정수두 요건(hydrostatic head requirement)의 전형적인 거동을 나타낸 도면.
8. 상세한 설명
본 발명은 액적 작동기 및 액적 작동기 상에서 액적 작업을 수행하기 위한 방법을 제공한다. 예를 들어, 본 발명은 액적 작동기에서 향상된 액적 반입, 분할 및/또는 분배를 위한 액적 작동기 구성부 및 기술을 제공한다. 본 발명의 액적 작동기는 몇몇 경우에 각종 변형된 전극 구성부를 포함할 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 본 발명의 액적 작동기 및 방법은 각종 용적(예를 들어, 액적의 아날로그 계량)을 지닌 액적을 분배하는 데 유용하다. 몇몇 실시형태에 있어서, 본 발명의 액적 작동기는 액적 형성 과정 동안 액적의 배액을 더욱 정확하고/하거나 정밀한 용적을 지니는 액적을 분배하는 데 유용하다. 몇몇 실시형태에 있어서, 본 발명의 액적 작동기 및 방법은 다단계 액적 분배를 용이하게 하는 데 유용하다. 소정의 실시형태는 액적 분할 작업을 원조하기 위하여 하나 이상의 물리적 구조를 채용하는 전극 구성부를 이용한다. 프라이밍 작업(priming operation)도 제공된다. 본 발명은 또한 유체 입/출력(I/O) 작업을 위하여 상부 기판과 연관된 저장소를 이용하는 액적 작동기도 제공한다. 본 발명의 유체 I/O 메커니즘 작업의 실시형태의 예로는, 전극(예컨대, 전기습윤 전극)의 구성을 공급하는 저장소 전극, 상기 저장소 전극과 관하여 위치결정된 개구부를 지니는 상부 기판, 및 상기 상부 기판 내의 상기 개구부에 관하여 위치결정된 저장소를 지닌 저장소 기판을 구비한 액적 작동기를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시형태는 위에서 제공된 정의를 감안한 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.
8.1 액적의 아날로그 계량을 위한 전극 구성부
도 1a 및 도 1b 는 미리 결정된 용적을 지니는 액적을 분배하는 과정 및 전극 구성부(100)의 평면도를 예시하고 있다. 분배된 액적의 용적은 아날로그 혹은 디지털 방식으로 선택될 수 있다. 전극 구성부(100)는, 해당 전극 구성부(100) 내의 전극들이 액적 작업면 상에서 액적 작업을 수행하는 데 이용될 수 있도록 액적 작업면에 관하여 구성되어 있다. 전극 구성부(100)는 분배 전극(114), (118), (122)의 구성부에 근접하여 위치된 액적 분배 작업용의 액적 공급원으로서 역할하는 저장소 전극(110)을 포함한다.
분배 전극(114), (118), (122)은 액적 용적의 소정의 영역 내에 액적을 분배하기 위하여 구성되어 있을 수 있다. 예시된 실시형태에 있어서, 상기 분배 전극은, 표준 액적 작업 전극 형상을 지닌 전극(114), 내부에 노치부 혹은 패인 부분을 지닌 표준 액적 작업 형상을 지닌 전극(118) 및 대체로 삼각형 형상의 전극(122)을 포함한다. 삼각형 형상의 전극(122)의 협폭(즉, 좁은) 단부는 저장소 전극(110)을 향하여 배향되고, 전극(118)의 노치부 혹은 패인 부분 내에 위치된다. 삼각형 형상의 전극(122)의 광폭(즉, 넓은) 단부는, 예컨대, 전극(126), (130) 등과 같은 액적 작업 전극(예컨대, 유전영동 혹은 전기습윤 전극)의 경로의 부근에 있다. 상기 전극 구성부는 해당 구성부에서 각 전극의 중심부를 통해서 통과하는 축을 따라 정렬되어 있지만, 직선의 선형 축이 본 발명의 작업을 위하여 필요하지 않지만 도움이 된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 1a는 저장소 전극(110)의 정상에 위치된 액체(134)의 용적을 도시하고 있다. 전극(114), 전극(118) 및 삼각형 형상의 전극(122)이 활성화된 경우, 액적 신장부(138)는 저장소 전극(110)에서 액체(134)의 체적으로부터 해당 활성화된 전극 상으로 흐른다. 액적 신장부(138)는 상기 활성화된 액적 작업 전극의 형상과 대체로 일치한다.
액적 신장부(138)의 길이는 삼각형 형상의 전극(122)에 인가된 전압에 의존한다. 인가된 전압의 증가는 액적 신장부(138)의 길이를 증가시킨다. 예를 들어, 전압(V1)이 삼각형 형상의 전극(122)에 인가된 경우, 액적 신장부(138)는 소정의 거리 신장된다. 상기 전압(V1)보다 큰 전압(V2)이 삼각형 형상의 전극(122)에 인가되면, 액적 신장부(138)는 소정의 보다 큰 거리 신장된다. 상기 전압(V2)보다 큰 전압(V3)이 삼각형 형상의 전극(122)에 인가되면, 액적 신장부(138)는 소정의 보다 큰 거리만큼 더욱 신장된다. 전압은 개별의 단계 및/또는 아날로그 방식으로 변경가능하다.
도 1b를 참조하면, 일단 액적 신장부(138)가 액적 작업면 상에 소정 거리로 신장되면, 전극(114), (118)의 한쪽 혹은 양쪽이 불활성화될 수 있는 한편, 삼각형 형상의 전극(122)은 활성화된 채로 남게 된다. 중간 전극의 불활성화로 인해, 액적(138)이 삼각형 형상의 전극(122)의 정상에 형성된다. 액적(138)의 체적은 삼각형 형상의 전극(122)에 인가된 전압에 의존한다. 예를 들어, 전압(V1)이 삼각형 형상의 전극(122)에 인가되면, 액적(138)은 소정 체적으로 된다. 상기 전압(V1)보다 큰 전압(V2)이 삼각형 형상의 전극(122)에 인가되면, 액적(138)은 소정의 보다 큰 용적을 가진다. 상기 전압(V2)보다 큰 전압(V3)이 삼각형 형상의 전극(122)에 인가되면, 액적(138)은 소정의 보다 큰 체적을 또한 지닌다.
도 1a 및 도 1b에 예시된 본 발명의 측면은 액적 작동기 상에 분배된 액적의 용적을 변화시키는 방법을 제공한다. 해당 용적은 아날로그 방식 혹은 디지털 방식으로 변화될 수 있다. 해당 방법은 1개 이상의 중간 전극 및 세장형 단말 전극을 비롯한 한 세트의 액적 분배 전극을 이용한다. 세장형 단말 전극에 인가되는 전압을 변화시킴으로써, 분배된 액적의 용적은 제어가능하게 변화될 수 있다. 세장형 단말 전극은 해당 세장형 단말 전극의 정상에서 액적 신장부의 길이의 제어를 허용하는 소정의 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제어는 세장형 단말 전극에 공급되는 전압을 제어함으로써 수행될 수 있다. 대안적인 실시형태에 있어서, 상기 단말 전극은 횡방향으로 세장형으로 될 수 있거나 (전극 경로의 축에 대해서) 횡방향과 축방향의 양쪽 모두로 세장형으로 될 수 있다.
상기 세장형 단말 전극은 분배 동안 모 액적으로부터 멀리 액적이 분할되는 영역을 향하여 지정된 정상부를 지니는 대체로 삼각형일 수 있다. 사다리꼴(예컨대, 등변 사다리꼴), 부등변 사각형, 세장형 오각형, 세장형 육각형 및 기타 세장형 다각형(예컨대, 세장형 다각형의 길이를 따라 연장되는 중앙에 위치된 축에 관하여 대체로 대칭인 세장형 다각형) 형상 등과 같은 기타 점차로 가늘어지는(테이퍼 형상) 전극 형상도 이용될 수 있다. 예시된 삼각형의 실시형태에 있어서, 삼각형 형상의 전극에 인가되는 전압의 증가는 액적 신장부를 삼각형의 정점으로부터 광폭 단부를 향하여 연신되도록 한다. 따라서, 그 분배 전극에 대한 전압을 단순히 제어함으로써, 보다 길거나 보다 짧은 액적 신장부가 형성될 수 있고, 해당 분배된 액적의 용적은 제어될 수 있다.
도 1c 는 테이퍼 형상 전극을 일련의 전극봉들로 대체한 대안적인 예를 예시하고 있다. 전극 구성부(101)는 분배 전극, 액적 작업 전극(114), (118) 및 봉 구성부(123)를 포함하며, 해당 봉 구성부는 일련의 전극봉(124)들로 구성된다. 전극봉(124)들은 전극(118)에 관하여 근접하여 위치된 봉에서 시작해서 전극(118)에 관하여 말단 쪽에 있는 전극봉(124)의 방향으로 계속되는 전극봉의 순차적인 활성화가 전극 구성부(123)의 정점에서 용적을 점증적으로 연신시키는 소정의 방식으로 배향될 수 있다. 일단 전극 구성부(123)의 정상에서 미리 결정된 용적이 달성되면, 액적은 전극(118) 혹은 전극(114) 등과 같은 중간 액적 작업 전극을 불활성화시킴으로써 형성될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 전극봉(124)들은 인접한 액적 작업 전극(118)의 횡방향 치수와 유사한 축에 대한 횡방향 치수를 치수를 지닌다. 일 실시형태에 있어서, 전극봉(124)들은 인접한 액적 작업 전극(118)의 횡방향 치수와 거의 동일한 축에 대한 횡방향 치수를 치수를 지닌다. 일 실시형태에 있어서, 전극봉의 축방향 치수는 인접한 액적 작업 전극(118)의 축방향 치수의 약 0.75 내지 약 0.01%의 범위이다. 다른 실시형태에 있어서, 전극봉의 축방향 치수는 인접한 액적 작업 전극(118)의 축방향 치수의 약 0.5 내지 약 0.1%의 범위이다. 또 다른 실시형태에 있어서, 전극봉의 축방향 치수는 인접한 액적 작업 전극(118)의 축방향 치수의 약 0.25 내지 약 0.1%의 범위이다.
상기 제어는 몇몇 경우에 전극을 가로질러 발생된 전계 구배에 의해 초래될 수 있다. 예를 들어, 상기 전계 구배는 전압이 증가함에 따라 액적 신장부의 연장을 초래할 수 있다. 전극을 가로질러 전계 구배를 확립하기 위한 다른 기술의 예는, 각종 전극 패턴이나 형상을 이용해서, 유전체 재료의 두께 혹은 도핑에 의해 초래되는 전극의 정상에서의 유전체 재료의 유전 상수의 구배이다. 그 예는 이하에 기술되어 있다. 단말 전극은 액적 신장부의 길이가 단말 전극의 특성, 예컨대, 단말 전극에 인가되는 전압에 의존하게 하는 구조나 형상이면 어느 것이라도 포함할 수 있고, 임의의 구성부 내에 제공될 수 있다. 예를 들어, 전극은 한쪽 단말에서보다 다른 쪽 단말에서 수직방향으로 두껍게 되어 있을 수 있다. 또한, 1개 이상의 대향 전극이 단말 전극을 가로질러 액적 신장부의 길이를 제어하는 데도 이용되는 각종 실시형태가 제공될 수 있다.
본 명세서에 기재된 신규의 분배 기술에 의해 용이하게 된 용적 제어는 광범위한 용도를 지닌다. 일례에 있어서, 액적 용적 제어는 가변비 혼합을 용이하게 한다. 목적으로 하는 혼합비를 지닌 액적을 생성하도록 2상 혼합 트리(binary mixing tree)에서 다수의 복합 액적 작업을 수행하는 대신에, 목적으로 하는 용적을 지닌 액적이 단순히 분배되고 조합될 수 있다. 예를 들어, 1.7-대-1의 혼합비가 바람직하다면, 1.7단위의 용적을 지닌 액적이 1단위의 용적을 지닌 액적과 함께 분배되고 조합될 수 있다.
몇몇 실시형태에 있어서, 세장형 전극을 따른 액적 신장부의 연신은, 액적 신장부가 소정의 미리 결정된 길이를 달성한 경우 액적 신장부의 정도를 검출하고 액적 형성을 초래함으로써 더욱 제어될 수 있다. 이러한 검출 방식의 예로는 육안 검출, 촬상에 의거한 검출 및 액적 신장부의 전기적 특성(예컨대, 주위 필러 유체에 대한 액적 신장부의 전기적 특성)에 의거한 각종 검출 기술에 의거한 검출을 들 수 있다. 예를 들어, 용량 검출 기술은 액적 신장부 길이를 결정하거나 모니터링하기 위한 몇몇 실시형태에서 이용될 수 있다.
피드백 메커니즘은 액적의 분할이나 분배 등과 같은 액적의 형성을 제어하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 피드백 메커니즘은 서브-액적의 용적을 제어하도록 액적 형성 과정에서 이용될 수 있다. 새로운 액적의 형성은 두 액체 몸체를 접속하는 메니스커스의 형성과 분리(일반적으로 여기서는 "네킹" 및 "분할"이라 지칭됨)를 필요로 한다. 피드백 메커니즘은 액적의 형상과 위치 및/또는 메니스커스를 모니터링하여, 분할이 특정 액적 용적으로부터 벗어나거나 균일하지 않게 되는지의 여부를 결정하는 데 이용될 수 있다. 이어서 조정은 전압 및/또는 전압에 대한 조정 타이밍에 대해서 실시될 수 있다. 예를 들어, 임피던스 감지는 전기습윤 전극의 용량 부하를 모니터링하여 액적 중첩 및, 추론에 의해서 전극 분할 과정에서 각 전극에 의해 지지되는 용적을 추론하는 데 이용될 수 있다. 화상 분석 등과 같은 기타 피드백 메커니즘은 또한 본 발명에 이용하는 데 적합하다. 피드백은 인가된 전압을 크기, 주파수 및/또는 형상에 있어서 역학적으로 변화시켜 더욱 제어된 액적 형성을 초래하는 데 이용될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 세장형 단말 전극에서의 용량은 액적 신장부의 용적을 결정하도록 모니터될 수 있고, 1개 이상의 중간 전극은 상기 신장부가 목적으로 하는 액적 용적을 지닌 액적을 작성하기에 충분한 미리 결정된 길이에 도달한 때에 불활성화될 수 있다. 적절한 용량 검출 기술의 예로는, 국제 특허 출원 공보 제WO/2008/101194호(공개일: 2008년 8월 21일, 발명의 명칭: "Capacitance Detection in a Droplet Actuator", 발명자: Sturmer et al.) 및 국제 특허 출원 공보 제WO/2002/080822호(공개일: 2002년 10월 17일, 발명의 명칭: "System and Method for Dispensing Liquids", 발명자: Kale et al.)를 참조할 수 있고, 이들에 개시된 전체 내용은 참조로 본원에 포함된다. 다른 실시형태에 있어서, 전진 중인 접촉 라인의 임피던스는 액적의 조작을 위해 이용되는 전극들과는 별개인 전극들을 이용함으로써 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 전극(114), (118), (122), (126)의 측면을 따른 세장형 전극들은 전진 중인 액적의 임피던스를 모니터링하는 데 활용될 수 있다. 이들 세장형 임피던스 측정 전극들은 임피던스의 측정을 위해 전용으로 될 수 있고, 이들은 액적 작업 전극과 엄격하게 공통 평면 혹은 실질적으로 공동 평면에 있을 수 있거나, 상판 위 등과 같은 다른 평면 내에 있을 수 있다.
몇몇 실시형태에 있어서, 액적 용적의 가변성은 단말 전극보다는 오히려 중간 전극 혹은 전극 조립체를 이용해서 확립된다. 예를 들어, 도 1d 및 도 1e 를 참조하면, 분배 구성부(150) 혹은 (151)는 분배 전극(155), 액적을 분할시키기 위한 중간 전극(160)(다른 실시형태에서는 여기에 기재된 다른 중간 혹은 액적 분할 전극 구성부들의 어느 것을 지닐 수 있음), 횡방향으로 연장된 전극(167) 혹은 전극 구성부(165) 및 단말 전극(170)을 포함한다. 전극(167) 혹은 전극 구성부(165)는 분배 구성부(150) 또는 (151) 내의 다른 전극에 대해서 횡방향으로 연장되어 있다. 분배 구성부(150)는 하나 이상의 추가의 액적 작업 전극(175)과 연관되어 있을 수 있다. 대안적인 실시형태에 있어서, 전극(122)의 배향은, 즉, 저장소 전극(110)에 대해서 말단 쪽에 배향된 정점과 해당 저장소 전극(110)에 대해서 근접하여 배향된 광폭 단부를 지닌 상태로 역전되어 있을 수 있다.
예시된 실시형태에 있어서, 당해 세트 내의 전극들은 분배 구성부(150)의 전극들을 따라 그리고 단말 전극(170) 상에 액적을 신장시키기 위하여 활성화된다. 분배 구성부(150)에서, 액적 용적은 전극 구성부(165)의 하나 이상의 서브-전극(166)에 전압을 선택적으로 인가함으로써 제어될 수 있다. 분배 구성부(151)에서, 액적 용적은 전극(167)에 인가되는 전압을 변화시킴으로써 제어될 수 있고; 전압의 증가는 액적에 의해 덮인 횡방향으로 연장된 전극의 면적을 증가시킨다. 미리 결정된 용적이, 예컨대, 관찰된 바와 같이 혹은 계산된 바와 같이 도달되었다면, 중간 전극(160)이 불활성화되어, 액적을 횡방향으로 연장된 전극(167) 혹은 전극 구성부(165) 및 단말 전극(170) 상에 형성시킨다. 횡방향으로 연장된 전극은 임의의 다양한 형상을 지닐 수 있다. 예를 들어, 원형, 타원형, 직사각형, 다이아몬드 형상, 별 형상, 모래시계 형상 등일 수 있다. 단말 전극에 대해서 여기에 기재된 전계 구배를 작성하기 위한 각종 기술의 어느 것이라도 횡방향으로 연장된 중간 전극에 대해서 이용될 수 있다. 각종 기술은 또한 단일의 전극 구성부에 및/또는 단일의 전극에 대해서 조합될 수 있다. 예를 들어, 전계는 유전체 도핑, 유전체 두께, 전극 도핑, 전극 두께 및/또는 전극 형상에 의해 제어될 수 있다. 횡방향으로 연장된 중간 전극은 전극 세트의 축에 관하여 하나의 방향 혹은 양쪽 방향으로 연장될 수 있다. 추가의 전극이 본 발명으로부터 벗어나는 일없이 구체적으로 예시된 실시예에 기재된 전극들 사이에 삽입될 수 있다.
다른 대안적인 실시형태에 있어서, 전계 구배를 형성하기 위하여 전극에 전압을 변화시키는 것보다는 오히려, 해당 구배는 소정 기간 동안 소정의 전압을 인가함으로써 발생된다. 물론, 두 접근법의 조합도 본 발명의 범위 내이다. 이 접근법은 중간의 횡방향으로 연장된 전극 기술뿐만 아니라 말단의 세장형 전극 기술에 대해서도 적합하다. 인가 전압의 타이밍은 액적 형성 전에 특정 액적 신장부 길이를 확립할 수 있다. 이와 같이 해서, 미리 결정된 용적을 지닌 액적은 분배될 수 있다. 액적 신장부의 이송 시간은 미리 결정되어 있을 수 있으므로, 타이밍은 미리 결정된 용적을 지닌 액적을 분배하는 데 이용될 수 있다. 일례로서, 세장형으로 되거나 횡방향으로 연장된 전극에서 인가 전압의 타이밍은 액적 신장부 용적을 결정하는 데 이용될 수 있고, 이것은 액적 용적을 결정한다. 세장형 전극의 일단부로부터 타단부로 액적 신장부의 이송 시간은 미리 결정되어 있을 수 있기 때문에, 타이밍은 미리 결정된 용적을 지닌 액적을 분배하는 데 이용될 수 있다. 마찬가지로, 액적이 횡방향으로 연장된 전극을 피복하는 데 걸리는 시간은 경시적으로 변화되므로, 그 용적은 전극 활성화 기간에 의거해서 예측될 수 있다. 각종 다른 실시형태에 있어서, 전압 인가의 타이밍은 액적 신장부의 길이를 결정하고 이에 따라 분배된 액적의 용적을 결정하기 위하여 전압의 변화와 조합될 수 있다.
본 발명은 전계 구배가 전극 형상 및/또는 전극 형상 이외의 다른 수단(혹은 수법)에 의해 확립되어 있는 관련된 실시형태를 제공한다. 형상에 부가해서, 패턴화된 전계 구배는 전극의 정상에 유전체 및/또는 다른 코팅 등과 같이, 전극의 전기적 특성 및/또는 전극과 연관된 재료의 전기적 특성에 의해 매개될 수 있다. 전극 자체는, 예컨대, 도 8에서 전극(805)으로 예시된 바와 같이, 패턴화될 수 있다. 해당 전극은 목적으로 하는 패턴화된 전계 구배를 제공하도록 패턴화된 상이한 전도성 재료로 구성될 수 있다. 전기 전도도를 달리하는 전도성 및/또는 비전도성 재료는 패턴화된 전계 구배를 발생하는 단일의 전극을 형성하도록 패턴화되어 있을 수 있다. 마찬가지로, 전기 전도도를 달리하는 전도성 재료는 패턴화된 전계 구배를 발생하는 단일의 전극을 형성하도록 패턴화되어 있을 수 있다.
전극과 연관된 재료는 패턴화된 전계 구배를 발생하는 방식으로 패턴화되어 있을 수 있다. 전극의 정상에 위치된 유전체 재료는 전극의 정상에 있는 각종 영역이 상이한 유전 상수를 지니고 있는 유전체 윤곽을 확립하도록 패턴화되어 있을 수 있다. 이와 같이 해서, 유전체 윤곽은 패턴화된 전계 구배를 발생할 수 있다. 전극의 정상에서의 유전체 재료의 패턴화는 유전체 재료에 확립된 두께 패턴에 의거할 수 있다. 상이한 유전 상수를 지닌 재료는 유전체 윤곽을 확립하도록 전극의 정상에 패턴화되어 있을 수 있다.
특히, 패턴화된 전계 구배를 확립하기 위한 기술은 구체적으로 형상화된 전극에 의해 발생되는 액적 작업 혹은 전극 군들에 대해 행해진 액적 작업의 효과를 모방하는 데 이용될 수 있다. 패턴화된 전계 구배는 도 1a의 전극(122), 도 1c의 전극 구성부(123), 도 1d의 전극(166), 도 1e의 전극(167), 도 8의 전극(805)을 포함하는 비제한적인 예인 소정의 형상을 지닌 전극에 의해 발생된 전계를 모방하는 특성을 발휘할 수 있다. 패턴화된 전계 구배는 도 1c의 전극 구성부(165), 도 2A의 전극 구성부(214), 도 3A의 전극 구성부(314), 도 3B의 전극 구성부(356), 도 3C의 전극 구성부(165), 및 도 6A의 전극(614a), (614b), (614c), (618) 등과 같은 전극 구성부를 모방하는 특성을 발휘할 수 있다. 마찬가지로, 여기에 기재되고 당업계에 공지된 액적 작업을 수행하기 위한 각종 표준 전극 구성부는, 여기에 기재된 기술들 등과 같이, 패턴화된 전계 구배를 초래하는 기술로 대체되거나 보충될 수 있다. 예를 들어, 전계 구배가 발생되어, 액적 작동기 속으로의 액적의 반입; 공급원 액적으로부터 하나 이상의 액적의 분재; 액적의 2개 이상의 액적으로의 분리 혹은 분할; 하나의 위치에서 임의의 방향의 다른 위치로의 이송; 2개 이상의 액적의 하나의 액적으로의 합병 혹은 조합; 액적의 희석; 액적의 혼합; 액적의 교반; 액적의 변형; 특정 위치에서의 액적의 보유; 액적의 배양; 액적의 가열; 액적의 기화; 액적의 냉각; 액적의 처분; 액적의 액적 작동기 밖으로의 이송; 및 전술한 것들의 각종 조합을 초래할 수 있다. 일례로서, 액적 분할 작업에 있어서, 3개의 전극에 걸친 전계 구배는, 제1의 보다 높은 전압에서, 길게 늘어난 액적이 세장형 전극을 따라 형성될 것이고, 제2의 보다 낮은 전압에서 해당 액적이 분리되어 2개의 친자 액적(daughter droplet)을 얻도록 확립될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 전계 구배는, 예컨대, 도 1a 및 도 1b의 전극(122)에 대해서 설명된 바와 같이, 전극에 인가된 전압의 변화 혹은 시간 경과에 따라 제어가능한 액적 신장을 행하도록 패턴화된다. 예를 들어, 단말 전극에서의 전계 구배는 전극에 인가된 전압의 변화 혹은 시간 경과에 따라 제어가능한 액적 신장을 행하는 방식으로 변화될 수 있다. 다른 예에서, 단말 전극은, 도 8의 전극(805)에 대해서 설명된 바와 같이, 트레이스 기술을 이용해서 구성될 수 있고, 이것은 전극에 인가된 전압의 변화 혹은 시간 경과에 따라 제어가능한 액적 신장을 행한다.
도 2A, 도 2B 및 도 2C 는 액적 형성 과정 동안 액적의 배액을 제어함으로써 더욱 정확한 및/또는 정밀한 용적을 지니는 액적 분배 과정 및 전극 구성부(200)의 평면도를 예시하고 있다. 전극 구성부(200)는 전극(210a), (210b)(예컨대, 전기습윤 전극들) 및 이들 사이에 배열된 액적 분할 전극 구성부(214)를 포함한다. 예시된 실시형태에 있어서, 중간 전극 구성부(214)는, 예컨대, 도 2A, 도 2B 및 도 2C에 도시된 바와 같이, 2개의 횡방향 전극(218)(예컨대, 반원 형상을 지닌 횡방향 전극(218a), (218b)) 및 이들 2개의 횡방향 전극 사이에 배열된 네킹 전극(222)(예컨대, 모래시계 형식의 형상을 지님)으로 형성되어 있다.
도 2A, 도 2B 및 도 2C는 전극 구성부(200)를 이용해서 액적 분할 작업을 수행하기 위한 단계들의 수순을 예시하고 있다. 첫번째로, 도 2A에 도시된 바와 같이, 길게 늘어난 액적(230)은 전극(210a), 전극 구성부(214)의 모든 부분 및 전극(210b)을 활성화시킴으로써 전극 구성부(200)를 가로질러 형성된다. 두번째로, 도 2B에 도시된 바와 같이, 전극(218a), (218b)이 불활화되는 한편, 전극 구성부(200) 내의 다른 모든 전극들은 활성화된 채로 있다. 전극(218a), (218b)의 불활성화는, 중간 전극 구성부(214)의 정상에서의 액적(230)의 중간 영역의 폭이 감소되는 네킹 과정을 개시시킨다. 액적(230)은 여전히 전극(218a)에서부터 전극(281b)까지 전극 구성부(200)에 걸쳐 있지만; 액적(즉 슬러그 상태)(230)의 넥부(234)의 폭은 네킹 전극(222)의 형상과 대체로 일치하여 제어가능하게 저감된다. 세번째로, 도 2C에 도시된 바와 같이, 네킹 전극(222)이 불활화되는 한편, 전극(218a), (218b)은 활성화된 채로 있다. 이러한 과정에서의 이 시점에서, 전체 중간 전극 구성부(214)는 불활성화되어, 넥부(234)를 분할시켜 2개의 친자 액적(230a), (230b)으로 된다. 전극(210a), (210b)의 어느 한쪽은 보다 큰 저장소 전극으로 대체될 수 있다. 추가의 전극들이 본 발명으로부터 벗어나는 일없이 구체적으로 예시된 실시예에 기재된 전극들 사이에 삽입될 수 있다.
도 2에 도시된 실시형태는 미리 결정된 용적을 지닌 하나 이상의 친자 액적을 생성시키기 위하여 액적 분배 동안 네킹이 제어되고 있는 각종 실시형태를 예시하고 있다. 이들 실시형태에 있어서, 액적 작업 전극들의 경로가 제공된다. 해당 경로는 1개 이상의 중간 전극 구성부를 포함한다. 액적 분할은 중간 전극 구성부들에서 일어난다. 이들 중간 전극 구성부는 다단계 액적 네킹-및-분할 작업을 허용하도록 구성된다. 일반적으로 말해서, 제어된 네킹-및-분할은 전극(218a), (218b) 등과 같은 액적의 가장자리부에 인접한 전극에서 시작해서 전극(222) 등과 같은 중앙에 위치된 전극들로 계속해서 해당 전극들을 순차적으로 불활성화시킴으로써 수행된다.
본 발명은 액적의 넥부의 영역의 외부 가장자리부로부터 액적의 넥부의 중앙 영역을 향해서 전계를 저감시키도록 전계가 제어가능하게 조작됨으로써 마찬가지로 제어된 네킹-및-분할 과정을 얻는 관련된 실시형태를 제공한다. 예를 들어, 몇몇 실시형태에 있어서, 단일의 중간 전극이 제공될 수 있고, 상기 중간 전극의 정상에 있는 유전체 재료는 중간 전극에서의 전압이 감소됨에 따라 제어가능한 네킹-및-분할이 행해지는 유전체 윤곽을 확립할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 단일의 중간 전극이 제공될 수 있고, 해당 전극 자체는 중간 전극에서의 전압이 감소됨에 따라 제어가능한 네킹-및-분할을 초래하는 방식으로 도핑, 패턴화, 정형화 및/또는 공간적으로 배향될 수 있다. 또 다른 기술에서, 분할 전극은 도 8과 관련하여 기술된 것과 같은 트레이스 기술을 이용해서 구성되어, 전압이 전극에 대해 감소됨에 따라 제어가능한 네킹을 제공할 수 있게 된다.
여기에 기재된 패턴화된 전계 구배 기술은 전극 구성부(214)에 의해 시행된 과정과 유사한 단계적으로 제어된 네킹-및-분할 과정을 시행하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 전극(214)은 전극(210a) 등과 같은 표준 액적 작업 전극으로 대체될 수 있다. 패턴화된 전계 구배 기술은 제1의 보다 높은 전압에서 도 2A에 나타낸 바와 같은 3개의 전극을 가로질러 액적을 길게 늘어나게 하는 전계를 발생시킬 수 있다. 제2의 감소된 전압에서, 액적은 도 2B에 나타낸 패턴과 유사한 제2의 전기습윤 패턴과 일치한다. 제3의 더욱 감소되거나 불활성화된 전압에서, 넥부는 분할되어, 도 2C에 나타낸 바와 같이, 측면에 배치된 전극들 상에 2개의 친자 액적을 형성한다. 마찬가지로, 패턴화된 전계 구배 기술은 아날로그 혹은 실질적으로 아날로그 네킹 및 분할 과정을 수행하는 데 이용될 수 있고, 이때, 액적 넥부는 점차로 좁아지고, 이어서 전극에 대한 전압이 아날로그 혹은 실질적으로 아날로그 방식으로 감소됨에 따라 분할된다.
도 3A 는 더욱 정확한 및/또는 정밀한 용적을 지니는 액적을 제어가능하게 분배하기 위한 중간 전극 구성부(314)를 포함하는 전극 구성부(300)의 평면도를 예시하고 있다. 중간 전극 구성부(314)는 액적 형성 과정 동안 길게 늘어난 액적의 넥 영역으로부터 액체의 배액을 제어함으로써 액적 용적의 정확도 및/또는 정밀도를 증강시킨다. 전극 구성부(300)는 전극(310a), (310b)(예컨대, 전기습윤 전극들) 및 이들 사이에 배열된 중간 액적 분할 전극 구성부(314)를 포함한다. 중간 전극 구성부(314)은 네킹 전극(322)의 세트를 포함한다.
네킹 전극(322)들은 분할 작업 동안 액적의 넥부의 가장자리부의 곡선을 모방할 수 있는 방식으로 일반적으로 정형화되어 있다. 예시된 실시형태에 있어서, 3개의 네킹 전극(322A), (322B), (322C)이 중앙의 네킹 전극(318)의 어느 한쪽 상에 제공된다. 네킹 전극(322)은 일반적으로 액적의 넥부의 가장자리부의 방향으로 볼록하다. 중앙의 네킹 전극(318)이 존재할 경우, 네킹 전극(322)은 일반적으로 네킹 전극(318)으로부터 멀어지는 방향으로 볼록할 수 있다. 중앙의 네킹 전극(318)이 존재하지 않을 경우, 네킹 전극(322)은 일반적으로 전극(310A) 상의 중앙에 위치된 지점에서부터 전극(310B) 상의 중앙에 위치된 지점까지 연장되는 중심축으로부터 멀어질수록 볼록할 수 있다. 중앙의 네킹 전극(318)은 네킹 전극(322)에 대해서 대체로 대칭이고 중앙에 위치되어 있다. 예시된 실시형태에 있어서, 중앙의 네킹 전극(318)은 대체로 선형이지만; 본 발명의 범위 내에서 다른 형태도 가능하다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 예를 들어, 중앙의 네킹 전극(318)은 도 2의 전극(322)과 유사한 모래시계 형상을 지닐 수 있다. 중앙의 네킹 전극(318)은 또한, 예컨대, 이하의 도 9에 나타낸 바와 같이 I자 형상으로 정형화되어 있을 수 있다.
도 2의 중간 전극 구성부(214)와 비교해서, 도 3A의 중간 전극 구성부(314)는 전극의 보다 미세한 패턴(즉, 보다 미세한 구배)을 나타내고 있다. 중간 전극 구성부(314)의 각 전극 세그먼트는 독립적으로 제어되거나, 또는 대안적으로 정합하는 세트가 독립적으로 함께 제어될 수 있다. 예를 들어, 중간 전극(318)의 어느 한쪽의 전극(322A)들이 함께 제어될 수 있고; 전극(322B)들이 함께 제어될 수 있으며; 전극(322C)들이 함께 제어될 수 있다. 그 결과, 액적 형성 동안 각 전극쌍의 불활성화는 길게 늘어난 액적(도시 생략)의 넥부 용적(예컨대, 배액)을 제어하도록 선택된 불활성화 수순으로 행해질 수 있다.
작업 시, 전극(310A), (310B)의 모두 및 중간 전극(314)의 일부 혹은 모두가 전극 구성부(300)를 가로질러 액적이 길게 늘어나도록 활성화될 수 있다. 중간 전극은 네킹-및-분할 액적 형성 작업을 제어가능하게 유발시키도록 순차적으로 불활성화될 수 있다. 예를 들어, 전극(322A)들이 불활성화되고, 이어서 전극(322B)들, 그 후 전극(322C)들, 그 다음에 중앙의 네킹 전극(318)이 불활성화될 수 있다. 각 세트의 전극이 순차적인 불활성화됨에 따라, 길게 늘어난 액적의 넥부의 직경이 점차로 좁아져 분할된다. 액적 분할 작업 동안 액적의 넥부로부터의 액체의 배액의 제어는 분배된 액적 용적의 정확도 및/또는 정밀도를 증강시킬 수 있다. 전극(310a), (310b)의 어느 한쪽은 보다 큰 저장소 전극으로 대체될 수 있다. 추가의 전극들이 본 발명으로부터 벗어나는 일없이 구체적으로 예시된 실시예에 기재된 전극들 사이에 삽입될 수 있다.
도 3B 는 액적을 분배하기 위하여 구성된 중간 전극 구성부(354)를 포함하는 전극 구성부(350)의 평면도를 예시하고 있다. 전극 구성부(350)를 이용해서 분배된 액적은 액적 형성 동안 중간 전극(354)들에 의해 행해진 네킹 과정에 대한 제어로 인해 더욱 정확한 및/또는 정밀한 용적을 지닐 수 있다.
전극 구성부(350)는 전극(310A), (310B)(예컨대, 전기습윤 전극들)을 포함한다. 중간 전극 구성부(354)가 전극(310A), (310B) 사이에 배열되어 있다. 중간 전극 구성부(354)는 기하학적으로 유사한 삼각형 형상의 전극(354)들의 세트를 포함한다. 전극(354)들은 정사각형을 형성하도록 배열되어 있다. 각종 대안적인 배열도 가능하다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 4개 이상의 삼각형 전극이 이용될 수도 있다. 해당 삼각형 전극은 도 3B에 도시된 삼각형 전극에 대해서 연신되거나(즉, 세장형으로 되거나) 짧게 되어 있을 수 있고, 예컨대, 세장형의 구성부(356)는 도 3C에 도시되어 있다.
예시된 바와 같이, 중간 전극 구성부(354)는 전극(354A)들 및 전극(354B)들을 포함한다. 전극(354A)들은 액적 분할 작업 동안 길게 늘어난 액적의 네킹을 제어하는 것을 돕도록 구성되어 있다. 전극(354A)들은 서로 대체로 평행하고 또한 길게 늘어난 액적의 외부 가장자리부와 대체로 평행하고도 연속되는 외부 가장자리부를 포함한다. 전극(354A)들은 각각 중간 전극 구성부(354) 내의 대체로 중앙점을 향하여 뾰족하게 되어 있는 정점을 지닌다. 전극(354B)들이 전극(354A)들에 대해서 직각으로 배열된 것을 제외하고, 해당 전극(354B)들의 구성부는 전극(3354A)들의 구성부와과 대체로 동일하다. 전극(354A)과 전극(354B)은 함께 대체로 정사각형으로 형성되어 있다. 대안적인 실시형태에 있어서, 상기 구성부의 전체적인 형상은 모래시계 형상(예컨대, 도 2A의 전극(222)과 유사함) 혹은 H자 형상(예컨대, 도 9의 전극(905a)과 유사함)일 수 있다.
중간 전극 구성부(354)의 각 전극은 독립적으로 제어될 수 있다. 대안적으로, 전극(354A)들은 함께 제어될 수 있는 한편, 전극(354B)들은 함께 제어될 수 있다. 액적 형성 동안 전극(354A)들의 불활성화는 액적 네킹-및-분할의 제어를 돕는다. 분할 작업 시, 전극(310A), (310B) 및 전극 구성부(354)는 길게 늘어난 액적이 전극 구성부(350)를 가로질러 연신되도록 활성화될 수 있다. 전극(354A)들은 네킹을 개시하도록 불활성화될 수 있다. 전극(354B)들은 액적 분할을 초래하여 2개의 친자 액적을 형성하도록 불활성화될 수 있다. 보다 많은 개수의 삼각형 전극들을 지니는 마찬가지의 실시형태도 본 개시 내용을 감안해서 당업자가 용이하게 생각해낼 수 있다.
도 3C 는, 중간 전극 구성부(354)가 액적 경로의 방향을 따라 연장되는 것을 제외하고, 도 3A에 예시된 구성부와 실질적으로 유사한 전극 구성부를 예시하고 있다.
다른 실시예에 의하면, 횡방향 배액 및 액적 형성은, 형성되는 액적의 용적, 네킹의 정도 혹은 기타 변수를 검출하여, 얻어지는 액적의 용적을 정확하게 제어하는 방식으로 액적 형성을 수행함으로써 더욱 제어될 수 있다. 이러한 검출 방식의 예로는 육안 검출, 촬상에 의거한 검출 및 액적 신장부의 전기적 특성(예컨대, 주위 필러 유체에 대한 액적 신장부의 전기적 특성)에 의거한 각종 검출 기술에 의거한 검출을 들 수 있다. 예를 들어, 용량 검출 기술은 횡방향 배액 및/또는 액적 형성을 결정하거나 모니터링하기 위한 몇몇 실시형태에서 이용될 수 있다. 네킹 전극 혹은 전극 구성부에 대한 전압은, 예를 들어, 분배 중인 액적의 검출된 용적에 의거해서 제어될 수 있다.
도 3에 예시된 구성부는, 2개의 친자 액적이 실질적으로 유사한 용적을 지니도록 형성되는 액적 분할 작업에 대해서 설명되어 있지만, 마찬가지 구성부가 액적 분배 작업에 대해서 이용될 수 있다. 일반적으로 말해서, 액적 분배 작업에서, 횡방향 전극(예컨대, (310A), (310B))은 상이한 크기를 지닐 수 있다. 예를 들어, 하나의 외부 전극은 저장소 전극의 크기와 형상을 지닐 수 있는 한편, 다른 외부 전극은 표준 액적 작업 전극일 수 있다.
또한, 실시예는 단일의 중간 전극 구성부를 지니는 것을 도시하고 있지만, 다수의 중간 전극 구성부도 가능하다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 전극 경로는 1개 이상의 중간 전극 구성부가 산재된 다수의 액적 작업 전극을 포함한다. 그룹 내의 모든 전극이 활성화되어, 액적이 전극 경로를 따라 연신되도록 할 수 있다. 도 3을 참조하여 설명된 것과 같은 중간 전극 구성부는, 이어서, 다수의 액적의 형성을 제어가능하게 초래하도록 단계적인 방식으로 불활성화될 수 있다. 다른 구성부에 의하면, 전극 도핑, 유전체 도핑, 전극 두께, 유전체 두께, 트레이스 전극, 대향 전극 등의 대안적인 기술이 기재된 전극 구성부에 의해 초래되는 제어가능한 분할을 모방하기 위하여 이용될 수 있다.
도 4A 및 도 4B 는 각각 액적 작동기 전극 구성부(400)의 평면도 및 측면도를 예시하고 있다. 전극 구성부(400)는 "단계적인" 액적 분배 과정을 제공한다. 액적 작동기(400)는 하부 기판(410)과 상부 기판(414)을 포함한다. 기판(410), (414)은 대체로 평행한 방식으로 배열되어 이들 사이에 간극(416)을 제공하도록 이간되어 있다. 한 세트의 분배 전극(426)(예컨대, 전기습윤 전극) 부근에 있는 저장소 전극(422)을 포함하는 제1액적 분배 구성부(418)는 하부 기판(410)과 연관된다. 제1액적 분배 구성부(481)의 전극(426)은 제2액적 분배 구성부(430)의 부근에 배열되어 있으므로, 제1액적 분배 구성부(418)에 의해 분배된 액적은 액적 작업을 이용해서 제2액적 분배 구성부(430) 내로 이송될 수 있다. 추가의 액적 작업 전극(도시 생략)은 B 위치에 삽입될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 제2액적 분배 구성부(430)는 제1액적 분배 구성부(418)의 특성과는 다른 하나 이상의 특성을 지닌다. 예를 들어, 제2액적 분배 구성부(430)는 제1액적 분배 구성부(418)의 저장소 전극의 크기에 대해서 상이한 크기를 지니는 저장소 전극을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 제2액적 분배 구성부(430)는 제1액적 분배 구성부(418)의 액적 작업 전극의 크기와는 다른 액적 작업 전극을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 제2액적 분배 구성부(430)는 제1액적 분배 구성부(418)의 간극의 높이와는 다른 높이를 지니는 간극(417)을 포함할 수 있다. 각종 실시형태에 있어서, 이들 크기 차의 일부 혹은 전부가 존재한다.
마찬가지로, 소정의 실시형태에 있어서, 제2액적 분배 구성부(430)는 제1액적 분배 구성부(418)의 보다 작은 대응하는 특성인 하나 이상의 특성을 지닌다. 예를 들어, 제2액적 분배 구성부(430)는 제1액적 분배 구성부(418)의 저장소 전극의 크기에 대해서 보다 적은 크기를 지니는 저장소 전극을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 제2액적 분배 구성부(430)는 제1액적 분배 구성부(418)의 액적 작업 전극의 크기에 대해서 보다 작은 크기를 지니는 액적 작업 전극을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 제2액적 분배 구성부(430)는 제1액적 분배 구성부(418)의 간극의 높이에 대해서 보다 작은 높이를 지니는 간극(417)을 포함할 수 있다. 각종 실시형태에 있어서, 이들 크기 차의 일부 혹은 전부가 존재한다.
다른 실시형태에 있어서, 제2액적 분배 구성부(430)는 제1액적 분배 구성부(418)의 특성과 실질적으로 동일한 특성을 지닌다.
제2액적 분배 구성부(430)의 간극 높이가 제1액적 분배 구성부(418)의 간극 높이와 다를 경우, 이 높이차는 다양한 수법을 이용해서 초래될 수 있다. 일례에 있어서, 간극(416)의 토폴로지는 상부 기판(414)의 토폴로지를 변화시킴으로써 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 상부 기판(414)의 두께는 과도점(442)(예컨대, 단차부)에서 변화될 수 있으므로, 상부 기판(414)은 제1액적 분배 구성부(418)의 영역에서 소정의 두께 및 제2액적 분배 구성부(430)에서 다른 두께를 지닌다. 이 실시예에서, 간극(416)의 높이는 상부 기판(414)의 두께와 반비례할 수 있다. 따라서, 간극(416)은 제1액적 분배 구성부(418)의 영역에서 소정의 높이 그리고 제2액적 분배 구성부(430)의 영역에서 다른 높이를 지닌다.
액적 작동기(400) 내에 분배된 액적의 용적은 액적 작업 전극 크기 및/또는 간극 높이 등과 같은 액적 분배 구성부의 특성에 비례하므로, 상이한 용적을 지니는 액적이 상이한 크기로 되어 있는 액적 분배 구성부들로부터 분배될 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 제1액적 분배 구성부(418)는 제2액적 분배 구성부(430)로부터 분배된 액적보다 큰 용적을 지니는 액적을 분배시키도로 구성되어 있다. 이와 같이 해서, 큰 액적은 제1액적 분배 구성부(418)로부터 분배되어 제2액적 분배 구성부(430)의 저장소 전극(434) 상으로 이송될 수 있다. 상대적으로 작은 액적은 제2액적 분배 구성부(430)로부터 분배될 수 있다.
이와 같이 해서, 액적 작동기(400)는 "단계적" 액적 분배를 위한 메커니즘을 제공하며, 이 실시형태에서는 각 연속적인 단계가 이전의 단계보다 더 작은 액적을 생성한다. 액적 작동기(400)는 두 액적 분배 단계만으로 제한되지 않는다. 액적 작동기(400)는 임의의 개수의 액적 분배 단계를 포함할 수 있고, 따라서, 더욱더 작은 액적으로 진행하기 위한 다수의 단계를 제공할 수 있다. 이와 같이 해서, 보다 큰 유체 용적과 보다 큰 액적으로부터 보다 작은 유체 용적과 보다 작은 액적으로의 단계적인 축척이 동일한 액적 작동기에서 달성될 수 있다.
또한, 분배된 액적의 용적은 분배 전극의 정상에 있는 액적의 용적에 의존할 수 있다. 본 발명의 단계적 분배 접근법은 제2분배 전극으로부터 분배된 액적을 미리 결정된 액적 용적 내에 유지시키기 위하여 제2분배 전극의 정상에서의 액체 용적을 미리 결정된 범위 내에 유지시키는데 이용될 수 있다. 제2분배 전극으로부터 분배된 액적을 미리 결정된 액적 용적 내에 유지시키는 것은 제2분배 구성부(430)를 이용해서 분배된 액적의 보다 큰 정확도 및/또는 정밀도를 가져올 수 있다.
작업 시, 전극(422), (426)은 액적(450)으로부터 제1용적을 지니는 친자 액적을 분배시키는데 이용될 수 있다. 저장소 전극 및 액적 분배 전극을 이용해서 모 액적으로부터 친자 액적을 분배시키기 위한 각종 기술이 이용될 수 있다. 하나의 이러한 기술에 있어서, 전극(422), (426)은 전극(426)들의 경로를 따라 모 액적을 연신시키도록 활성화된다. 중간의 1개 이상의 전극(426)이 불활성화되어 전극(426)들의 경로 상에 친자 액적을 얻을 수 있다. 제어가능한 네킹-및-분할을 위하여 설계된 중간 전극은 본 실시형태에서도 이용될 수 있다. 분배된 용적을 제어하기 위하여 설계된 단말 전극도 포함되어 있을 수 있다. 친자 액적은 액적 작업을 이용해서 저장소 전극(434) 상으로 이송될 수 있다.
이와 같이 해서, 저장소 전극(434)은 액적과 함께 제어가능하게 공급될 수 있다. 액적(454)의 용적은 따라서 액적 분배 구성부(438)로부터 액적 분배의 정확도 및/또는 정밀도를 향상시키기 위하여 미리 결정된 범위 내에서 확립될 수 있다. 마찬가지로, 간극(416) 및/또는 액적 작업 전극(438)들이 액적 분배 구성부(418)를 따라 액적 작업 전극(426)들에 대해서 제2액적 분배 구성부(430)를 따라 보다 작은 실시형태에 있어서, 보다 작은 용적의 액적이 액적 분배 구성부(430)로부터 분배될 수 있다. 일례에 있어서, 제1액적 분배 구성부(418)를 따라 형성되는 액적은 마이크로리터 용적을 지닐 수 있고, 제2액적 분배 구성부(430)를 따라 형성되는 액적은 나노리터 용적을 지닐 수 있다.
도 5 는 액적 작동기에서의 액적 분할 작업을 원조하기 위하여 물리적 구조를 이용하는 전극 구성부(500)의 평면도를 예시하고 있다. 전극 구성부(500)는 어레이 혹은 격자 등과 같은 전극(510)들(예컨대, 전기습윤 전극들)의 구성부를 포함할 수 있다. 예시된 바와 같이, 전극 구성부(500)는 전극(510)들의 레인 1, 레인 2 및 레인 3을 포함한다. 부가적으로 물리적 장애물(514)이 레인 2의 전극(510)들 대신에 레인 2에서의 전극 구성부(500) 내에 일체화되어 있다. 일례에 있어서, 장애물(514)은 가스킷 재료, 예컨대, 건조막 땜납 마스크로 형성될 수 있다.
작업 시, 길게 늘어난 액적(518)이 전극(510)들의 격자를 따라 이송될 경우, 장애물(514)은 길게 늘어난 액적(518)과 교차하여, 해당 길게 늘어난 액적(518)을 2개의 액적(522)으로 분할시킨다. 더욱 구체적으로는, 제1단계에서, 길게 늘어난 액적(518)은 3개의 전극(510)을 가로질러 형성된다. 제2단계에서, 길게 늘어난 액적(518)은 전기습윤 작업을 통해서 전극(510)들을 따라 장애물(514)을 향하여 이송된다. 제3단계에서, 장애물(514)은 길게 늘어난 액적(518)과 교차한다. 제4단계에서, 전극(510)들을 따른 길게 늘어난 액적(518)의 이송은 장애물(514)의 작용으로 인해 분할이 일어날 때까지 계속되고, 그 결과 2개의 친자 액적(522)이 형성된다. 장애물(514)은 거의 동일한 용적을 각각 지닌 친자 액적으로 되는 재현가능한 분할 작용을 발생한다.
대안적인 실시형태에 있어서, 길게 늘어난 액적(518)은 임의의 개수의 전극(510)들에 걸쳐 있을 수 있고/있거나 전극들은 임의의 다양한 크기를 지닐 수 있으므로, 길게 늘어난 액적은 해당 길게 늘어난 액적(518)을 따라 임의의 범위의 지점들에서 장애물(514)을 통해서 분할될 수 있다. 즉, 액적이 분할되는 지점이 예컨대, 2:1 분할비, 3:1 분할비, 4:1 분할비 등으로 친자 액적을 얻도록 변화될 수 있다. 물리적 장벽은 도 5에 예시된 것 등과 같은 세장형 장벽 혹은 액적 작동기의 하부 기판으로부터 상부 기판으로 뻗는 기둥 등과 같은 보다 짧은 장벽일 수 있다. 물리적 장벽은 해당 물리적 장벽의 하부 기판으로부터 상부 기판으로 뻗을 수 있거나 혹은 액적 분할을 일으키도록 그 사이의 임의의 충분한 공간을 채울 수 있다. 전극은 도 5에 나타낸 바와 같은 물리적 장벽의 영역으로부터 생략될 수 있고; 다른 경우에는 전극들은 물리적 장벽 밑에 놓일 수 있다.
도 6A 는 액적 작동기에서의 분배 액적과 조합하여 프라이밍 작업을 이용하는 전극 구성부(600)의 평면도를 예시하고 있다. 도 6A는 전극(614)들(예컨대, 전기습윤 전극들)의 경로의 부근에 있는, 저장소 전극(610)에서 액체(608)를 반입하기 위하여 위치결정된 프라이밍 입구(priming inlet)(606)를 도시하고 있다. 또한, 전극(614)들의 경로를 따라, 도 6A에 도시된 바와 같이, 2개의 횡방향 전극(618)이 배열되어 있다. 이 2개의 횡방향 전극(618)은 (1) 액적 분할 작업 동안 액체의 도로 "잡아당김"(pulling)을 돕기 위하여, 그리고 (2) 액적 네킹-및-분할 작업 동안 배액을 증강시키기 위하여 이용된다. 대안적으로, 전극(618)들은 분배된 액적의 용적을 제어하기 위하여 이용될 수 있는 한편, 전극(614a)들은 액적을 분할하는 데 이용될 수 있다는 것을 인지할 수 있을 것이다.
작업 시, 우선 전극(614)들(예컨대, 전극(614a), (614b), (614c), (614d))의 경로가 모두 활성화되고, 액적 신장부(608)는 전극(614a), (614b), (614c), (614d)을 따라 저장소 전극(610)으로부터 흐른다. 횡방향 전극(618)들은 초기에 불활성화된다. 일단 액적 신장부가 형성되면, 액적은 중간 전극인 중간 전극(614c)을 불활성화시키고 2개의 횡방향 전극(618)들을 활성화시킴으로써 전극(614d)에서 분배될 수 있다. 다양한 활성화 수순이 가능하다. 횡방향 전극(618)들이 활성화되고 나서 중간 전극(614c)이 불활성화될 수 있다. 횡방향 전극(618)들은 중간 전극(614c)의 불활성화와 실질적으로 동시에 활성화될 수 있다. 전극(630)에서의 액적을 신뢰성 있게 얻는 임의의 활성화 수순이 본 발명에 따라 이용될 수 있다.
횡방향 전극(618)들은 전극(614c)에서 액적 형성을 원조하는 "잡아당김" 작용을 제공할 수 있다. 횡방향 전극(618)들은 액체가 배액될 수 있는 위치를 제공할 수 있고, 또한 액적 분할 작업을 도울 수 있다. 액적 분할 작업 동안 액적의 넥부로부터 액체의 배액을 제어하는 것은 분배된 액적 용적의 정확도 및/또는 정밀도를 증강시킬 수 있다. 대안적인 구성부에 있어서, 횡방향 전극(618)들은 단일의 횡방향 배액 전극으로서 전극(614b)과 연합될 수 있다.
다른 실시예에 의하면, 배액의 제어는 횡방향 배액 전극을 가로질러 생성된 전계 구배에 의해 행해질 수 있다. 예를 들어, 상기 전계 구배는 전압이 증가함에 따라 횡방향 배액 전극을 가로질러 액적 신장부에서의 연장을 초래할 수 있다. 횡방향 전극을 가로질러 전계 구배를 확립하기 위한 다른 기술의 예는, 각종 전극 패턴 혹은 형상을 이용해서, 유전체 재료의 도핑 혹은 두께에 의해 초래된 전극의 정상에서의 유전체 재료의 유전 상수의 구배이다. 횡방향 배액 전극은, 액적 신장부의 길이를 단말 전극에 인가되는 전압 등과 같은 단말 전극의 특성에 의존하게 하는 임의의 구성 혹은 형상을 포함하거나 임의의 구성부 내에 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 전극은 횡방향 연신부를 향하여 더욱 얇아지고 중앙으로 갈수록 수직방향으로 더욱 두껍게 되어 있을 수 있다. 또한, 하나 이상의 대향 전극도 단말 전극을 가로질러 액적 신장부의 길이를 제어하는 데 이용되는 각종 실시형태도 제공될 수 있다.
다른 실시예에 의하면, 횡방향 배액 및 액적 형성은, 액적 신장부가 소정의 미리 결정된 길이를 달성한 경우 액적 신장부의 정도를 검출하고 액적 형성을 수행함으로써 더욱 제어될 수 있다. 이러한 검출 방식의 예로는 육안 검출, 촬상에 의거한 검출 및 액적 신장부의 전기적 특성(예컨대, 주위 필러 유체에 대한 액적 신장부의 전기적 특성)에 의거한 각종 검출 기술에 의거한 검출을 들 수 있다. 예를 들어, 용량 검출 기술은 몇몇 실시형태에서 횡방향 배액 및/또는 액적 형성을 결정하거나 모니터링하기 위하여 이용될 수 있다. 횡방향 배액 전극 혹은 전극들에 대한 전압은, 예를 들어, 분배 중인 액적의 검출된 용적에 의거해서 제어될 수 있다.
도 6B 는 전극 구성부(640)의 평면도를 예시하고 있다. 도 6B는 저장소 전극(650)에서 액체(648)를 반입하기 위하여 구성된 프라이밍 입구(646)를 도시하고 있다. 프라이밍 입구는, 예를 들어, 액적 작동기의 상부 기판에 제공될 수 있다. 저장소 전극(650)은 저장소 전극쌍을 형성하기 위하여 제2저장소 전극(654)의 부근에 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 저장소 전극(650), (654)은 그들의 공통의 경계를 따른 맞물림 텅(tongue)(656)-및-노치(657) 형태 혹은 상호교합부(interdigitation)를 지닐 수 있다. 저장소 전극(654)은 저장소 전극(645)으로부터 액적을 분배하기 위하여 배열된 전극(658)들(예컨대, 전기습윤 전극들)의 경로 부근에 있다.
작업 시, 전극(658)(예컨대, 전극(658a), (658b), (658c))이 활성화되어, 저장소 전극(650) 및 저장소 전극(654)으로부터의 액적이 전극(658a), (658b), (658c)을 따라서 흐름에 따라, 액적 신장부(648)를 형성한다. 액적 신장부의 형성 시, 액적은 중간 전극(658a)을 불활성화시킴으로써 전극(658b)에서 분배될 수 있다. 전극(658c)은 액적 분할 작업을 돕는 "잡아당김" 작용을 제공하도록 활성화된 채로 있을 수 있다. 결과적으로, 액적(도시 생략)은 전극(658b), (658c)에서 형성될 수 있다.
도 7A 는 지정된 표적 전극에서 간극 토폴로지를 변형시킴으로써 향상된 액적 분배를 제공하기 위하여 구성된 액적 작동기(700)의 측면도를 예시하고 있다. 액적 작동기(700)는 상부 기판(710)과 하부 기판(722)을 포함한다. 상부 기판(710)은 간극(723)만큼 하부 기판(722)으로부터 이간되어 있다. 상부 기판(710)은 간극 내에 제공된 액적을 위하여 접지로서 역할하도록 구성된 접지 전극(714)과 연관되어 있다. 하부 기판(722)은 간극에서 하나 이상의 액적 작업을 행하기 위하여 적절한 방식으로 구성된 액적 작업 전극(726)들을 포함한다. 두 기판은 간극에 대면하는 유전체층(718)을 포함하고, 액적 작동기에 대해서 전형적인 바와 같이, 유전체층은 소수성일 수 있거나 혹은 소수성 코팅(도시 생략)으로 피복되어 있을 수 있다. 간극(723) 내에 위치된 액적(740)(도 7B)은 액적 작업면(719) 상에서 액적 작업을 받을 수 있다.
본 발명은 액적 작업면(719) 내 및/또는 상부 면(720) 내에 디봇(divot) 등과 같은 오목 영역(즉, 패인 부분)(734)을 제공한다. 오목 영역(734)은 하나 이상의 액적 작업 전극의 정상에 위치되어 있을 수 있다. 예를 들어, 예시된 바와 같이, 오목 영역(734)은 전극(726d)의 정상에 위치되어 있다. 오목 영역(734)은 전극의 정상에서 액적을 안정화시키는 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 오목 영역(734)은 액적 분할 작업 동안 전극의 정상에서 액적을 안정화시키는 방식으로 구성될 수 있다.
오목 영역(734)은 오목 영역이 없는 대응하는 구성부에 대한 전극에서 액적의 안정성을 증강시키는 방식으로 일반적으로 전극의 정상에서 기판의 표면에서의 물리적 토폴로지의 임의의 변형일 수 있다. 전극에서 액적의 안정성을 증강시키는데 충분한 오목 영역을 제공하는 구성부이면 어느 것이라도 충분할 것이다. 오목 영역의 크기와 형상은 다양할 수 있다. 오목 영역은 연관된 전극의 형상과 크기에 대체로 대응할 수 있지만; 오목 영역의 형상과 크기를 연관된 전극의 형상과 크기에 정확하게 대응하게 할 필요는 없다. 그 전극에서 액적의 증강된 안정성을 제공하도록 충분한 중첩이 있다면 충분하다. 오목 영역의 크기와 형상은 분배된 액적 용적의 정확도 및/또는 정밀도를 증강시키도록 선택될 수 있다.
도 7B 는 액적 분배 작업 동안에 이용할 경우 액적 작동기(700)의 측면도를 예시하고 있다. 작업 시, 오목 영역에 위치된 액적의 형성을 초래하도록, 오목 영역과 연관된 전극에 인접한 전극이 활성화될 수 있고, 중간 전극이 불활성화될 수도 있다. 예시된 바와 같이, 전극(726a), (726b), (726c), (726d)은 액적 신장부가 활성 상태의 전극을 가로질러 흐르게 하기 위하여 활성화된다. 전극(726c)은 전극(726d)의 정상에서 오목 영역(734) 내의 액적의 형성을 초래하도록 불활성화된다. 패인 부분(734)의 보다 큰 간극 때문에, 액적은 본질적으로 패인 부분(734)에 머무는 경향이 있다. 또한, 패인 부분(734)에서의 압력차는 액적을 잡아당기거나 액적을 패인 부분(734) 내로 유입되도록 하는 경향이 있다.
다수의 오목 영역이 제공될 수 있다. 예를 들어, 오목 영역은 전극(726b)(도시 생략), (726d)(도시됨)의 정상부에 제공될 수 있다. 액적은 활성화된 전극(726b), (726c), (726d)의 정상에서 제공될 수 있다. 전극(726c)은 액적의 분할을 일으켜, 전극(726d) 정상에서 오목 영역(734) 내에 하나, 그리고 전극(726b)의 정상에서 오목 영역(도시 생략) 내에 다른 하나의 친자 액적을 형성하도록 불활성화될 수 있다. 오목 영역의 크기와 형상은 친자 액적 용적의 정확도 및/또는 정밀도를 증강시키도록 선택될 수 있다.
각종 대안적인 구성부가 여기에서 제공되는 개시 내용을 고려해서 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 오목 영역은 몇몇 실시형태에서 다수의 전극과 연관될 수 있다. 오목 영역은 2, 3, 4개 혹은 그 이상의 전극과 연관될 수 있다. 액적 분할 작업은 이러한 연신된 오목 영역 내에 2, 3, 4개 혹은 그 이상의 전극의 정상에 놓인 액적을 생성할 수 있다. 다른 실시형태에서, 단일의 액적 작동기는 상이한 크기를 지니고/지니거나 상이한 개수의 전극과 연관된 다양한 오목 영역을 포함할 수 있다. 오목 영역은 유전체 층 내에 패인 부분으로서 제공될 수도 있다. 이 영역은 유전체 층 및 전극 내에 패인 부분으로서 제공될 수 있다. 상기 영역은 유전체 층, 전극 및 기판 재료 내에 패인 부분으로서 제공될 수 있다. 또, 상기 영역은 유전체 층 및 기판 재료 내에 패인 부분으로서 제공될 수 있다. 오목 영역은 하부 기판에 혹은 상부 기판에, 또는 상부 기판과 하부 기판의 양쪽에 제공될 수 있다.
도 8 은 액적 분할 혹은 분배 과정 동안 네킹-및-분할을 제어하기 위한 다른 실시형태를 예시하고 있다. 본 실시형태에서, 네킹-및-분할 전극은 중앙 영역에서 더욱 치밀하게 이간되고 외부 영역에서 더욱 희박하게 이간된 와이어 트레이스를 포함한다. 네킹-및-분할 전극에 인가되는 전압이 감소됨에 따라, 넥부의 직경은 제어가능하게 저감됨으로써, 친자 액적 용적의 정확도 및/또는 정밀도를 증강시킨다. 도면은 또한 중간 네킹-및-분할 전극을 배열하기 위한 대안적인 구성부도 예시하고 있고, 이것은 여기에 기재된 다른 실시형태의 어느 것에도 이용될 수 있다. 전압은 상기 트레이스를 따라 임의의 지점에서 인가될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 상기 트레이스에 전압을 인가하기 위한 접점은 대체로 중앙에 위치되어 있다.
도 8A는 액적 분할을 위해 적합한 배열을 예시하고 있다. 전극 구성부(800)는 네킹-및-분할 전극(805)의 측면에 배치된 액적 작업 전극(810a), (810b)을 포함한다. 작업 시, 3개의 모든 전극은 활성화되어 전극 구성부(800)를 가로질러 액적을 연신시킬 수 있다. 전극(805)에 인가되는 전압은 점차로 감소되어 액적의 네킹-및-분할을 제어하여 전극(810a), (810b)의 정상에서 2개의 친자 액적을 형성할 수 있다.
도 8B는 액적 분배를 위해 적합한 구성을 예시하고 있다. 전극 구성부(840)는 저장소 전극(816), 삽입 액적 작업 전극(810a), 네킹-및-분할 전극(805) 및 결합 작업 전극(810b)을 포함한다. 저장소 전극(816)는 액적 작업 전극(810a)에 인접하고, 해당 액적 작업 전극(810a)은 네킹-및-분할 전극(805)에 인접하며, 해당 네킹-및-분할 전극(805)은 액적 작업 전극(810b)에 인접하고 있다. 작업 시, 액적은 저장소 전극(816)의 정상에 공급될 수 있다. 전극 구성부(840) 내의 모든 전극은 활성화되어, 액적 신장부를 저장소 전극(816)로부터 연신시켜 전극(805), (810b)을 가로질러 흐를 수 있게 한다. 전극(805)에 인가된 전압은 점차로 감소되어 액적의 네킹-및-분할을 제어하여, 전극(810b)의 정상에 액적을 형성한다.
이들 구성부 내의 트레이스 전극은 네킹 및 분할을 제어하기 위하여 본 명세서에 기재된 다른 전극과 교체될 수도 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 전계 구배를 형성하기 위하여 본 명세서에 기재된 다른 기술도 트레이스 전극을 교체하는 데 이용될 수 있다. 또한, 다른 실시형태와 함께, 액적 형성 및 관련된 변수가 모니터될 수 있고, 분할 전극에 인가되는 전압은 분배된 액적 용적의 정밀도 및/또는 정확도를 증강시키도록 제어될 수 있다.
도 9 는 도 2에 예시된 전극 구성부(200)와 유사한 전극 구성부(900)를 예시하고 있다. 상기 전극 구성부(900)는 두 액적 작업 전극(910)의 측면에 배치된 중간 네킹-및-분할 전극 구성부(905)을 포함한다. 상기 중간 네킹-및-분할 전극 구성부(905)는 내부의 I자 형상 전극(905a)과 외부 전극(905b)들을 포함한다. 작업 시, 전극 구성부(900)의 모든 전극은 전극 구성부의 상부를 가로질러 길게 늘어난 액적을 형성하도록 활성화될 수 있다. 전극(905b)들은 길게 늘어난 액적의 네킹을 개시하도록 불활성화될 수 있다. 전극(905a)은 길게 늘어난 액적의 분할을 개시하여 전극(910)들의 정상에 2개의 친자 액적을 형성하도록 불활성화될 수 있다. 액적 분할 작업 동안 액적의 넥부로부터 액체의 배액을 제어하는 것은 액적 용적의 정확도 및/또는 정밀도를 증강시킬 수 있다.
도 10 은 도 3에 예시된 전극 구성부(300)와 유사한 전극 구성부(1000)를 예시하고 있다. 상기 전극 구성부(1000)는 두 액적 작업 전극(1010)이 측면에 배치된 중간 네킹-및-분할 전극 구성부(1005)를 포함한다. 네킹-및-분할 전극 구성부는 중앙의 전극(1005a), 중간의 개재 전극(1005b)들 및 외측의 개재 전극(1005c)들을 비롯한 일련의 대체로 선형 혹은 세장형 전극들을 포함한다. 작업 시, 전극 구성부(1000)의 모든 전극은 전극 구성부의 상부를 가로질러 길게 늘어난 액적을 형성하도록 활성화될 수 있다. 외측의 개재 전극(1005c)들은 네킹 과정을 개시시키도록 불활성화될 수 있다. 중간의 개재 전극(1005b)들은 네킹 과정을 계속하도록 불활성화될 수 있다. 중앙의 전극(1005a)은 개시되어, 분할 과정을 종료시켜 전극(1010)의 정상에 2개의 액적을 형성하도록 할 수 있다. 액적 분할 작업 동안 액적의 넥부로부터 액체의 배액을 제어하는 것은 액적 용적의 정확도 및/또는 정밀도를 증강시킬 수 있다.
도 11A 및 도 11B 는 각각 액적 작동기(1100)의 부분의 측면도 및 평면도를 예시하고 있다. 해당 액적 작동기(1100)는 작업 유체 I/O용의 상부 기판(1122)과 연관된 저장소 기판(1130)을 포함한다. 저장소 기판(1130)은 상부 기판(1122)과 일체로 되거나 결합될 수 있다. 액적 작동기(1100)는 저장소 전극(1114)을 포함하는 하부 기판(1110)을 포함한다. 저장소 전극(1114)은 전극(1118)들(예컨대, 전기습윤 전극(1118a), (1118b))의 배열을 공급한다. 상부 기판(1122)은 전극(1114)에 근접하거나 접촉하여 저장소(1134)로부터 유체를 이송하는 데 적합한 경로를 제공하는 개구부(1126)를 포함한다. 저장소 기판(1130)은 저장소(1134)(둘러싸이거나 부분적으로 둘러싸이거나 개방될 수 있음)를 포함한다. 유체(1138) 작업 유체(1138)인 샘플 유체(1138)의 양은 저장소(1134) 내에 유지될 수 있다.
상기 구성부 내의 각종 변수는 분배 결과를 제어하도록 조정될 수 있다. 이러한 변수의 예로는 하부 기판(1110)과 상부 기판(1122) 간의 간극(h); 저장소(1114)의 폭(w); 상부 기판(1122) 내의 개구부(1126)의 직경(D1); 저장소(1134)의 직경(D2) 및 저장소의 일반적인 형태; 저장소(1134) 내의 작업 유체(1138)의 높이(H); 필러 유체의 표면 장력(γ0); 작업 유체(1138)의 표면 장력(F1); 작업 유체(1138)의 필러 유체와의 계면 장력(γLO); 액적 작동기 표면의 임계 표면 장력(γsolid); 액적 작동기 표면 상의 액체 접촉각(θs); 저장소 기판 벽의 임계 표면 장력(γwell); 저장소 기판 벽 상의 액체 접촉각(θw); 인가 전압(V); 인가 전압에서의 접촉각(θV); 인가 전압 유형, 즉, AC 혹은 DC; 오일 메니스커스 레벨; 저장소 전극과 관련하여 상부 기판 내의 상기 개구부의 위치; 및 전극 전환 수순을 들 수 있다.
저장소의 기능(예컨대, 입력 혹은 출력)에 따라서, 저장소 전극에 대한 상부 기판(및 저장소)의 상기 개구부를 조정하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 폐 저장소(waste reservoir)로서 작용시키기 위하여, 상기 개구부는, 예컨대, 도 12에 나타낸 바와 같이, 저장소 전극에 인접한 제1전극과 중첩하도록 위치결정되는 것이 바람직하다. "처분" 작업에서 이용되는 이 개방 위치와 전극 전환 수순의 조합은 이 저장소로부터의 어떠한 부주의한 분배도 방지한다.
폐 저장소는 큰 용적의 폐기물을 수용하도록 가능한 한 크게 만들 수 있다. 해당 저장소를 크게 만드는 것은 해당 저장소에서의 압력을 낮추어, 폐기된 액체가 해당 저장소 내로 용이하게 유입되어 폐 저장소로부터 부주의한 분배를 방지하는 것이 가능해진다. 일례로서의 저장소 위치의 보다 상세는 도 2A, 도 2B, 도 2C 및 도 2D를 참조하여 기술된다.
도 12A, 도 12B, 도 12C 및 도 12D 는 액적 작동기(1200)의 측면도를 예시하고 있다. 액적 작동기(1200)는 작업 유체 I/O용의 상부 기판 위쪽에 저장소 기판을 포함한다. 액적 작동기(1200)는, 해당 액적 작동기(1200)가 소정의 전극 전환 수순을 이용해서 액적(예컨대, 액적(1210))을 처분하는 데 적합한 소정의 저장소(1134)-대-개구부(1126) 위치를 지니는 것을 제외하고, 도 11A 및 도 11B의 액적 작동기(1100)와 실질적으로 동일하다. 폐 액적에 대해서는 단위 크기(직경, 단위 전극의 공칭 크기) 혹은 단위 크기의 2배(2×)인 것이 바람직하다. 폐 액적은 몇몇 실시형태에서 단위 크기의 수 배일 수도 있다. 2× 액적을 처분하기 위하여, 전환 수순은 두 전극이 동시에 ON(온) 상태를 유지하도록 변화될 수 있다: 즉, OFF(오프) ON ON; ON ON OFF; ON OFF OFF; OFF OFF OFF.
보다 간단한 실시형태에서, 상부 기판 내의 상기 개구부는 실질적으로 제1전극과 중첩하여, 저장소 전극은 불필요하다. 이 경우, 1× 액적에 대한 전환 수순은 OFF ON; ON OFF; OFF OFF이고; 2× 액적에 대한 전환 수순은 ON ON; ON OFF; OFF OFF이다. 대안적으로, 1× 혹은 2× 액적 전환 수순은 보다 큰 액적에 대해서 이용될 수 있다. 이 실시형태는, 예컨대, ON ON OFF OFF; ON ON ON OFF; ON OFF OFF ON의 전환 수순을 이용해서, 분배 액적을 위한 제4의 전극(도시 생략)과 함께 이용될 수도 있다.
도 12A는 상기 수순의 제1단계를 나타내는 것으로, 여기서 저장소 전극(114)은 OFF 상태로 전환되고, 전극(1118a)은 OFF 상태로 전환되며, 전극(1118b)은 OFF 상태로 전환된다. 이 단계에서, 소정량의 작업 유체(1138)가 저장소(1134) 내에 유지된다. 도 12B는 상기 수순의 제2단계를 나타내는 것으로, 여기서 저장소 전극(1114)은 ON 상태로 전환되고, 전극(1118a)은 OFF 상태로 전환되며, 전극(1118b)은 OFF 상태로 전환된다. 이 단계에서, 소정량의 작업 유체(1138)가 저장소(1134)로부터, 개구부(1126)를 통해서, 저장소 전극(1114) 상으로 잡아 당겨진다. 도 12C는 상기 수순의 제3단계를 나타내는 것으로, 여기서 저장소 전극(1114)은 OFF 상태로 전환되고, 전극(1118a)은 ON 상태로 전환되며, 전극(1118b)은 OFF 상태로 전환된다. 이 단계에서, 액적(1210)은 전극(1118a)의 잡아당김 작용으로 인해 저장소 전극(1114)로부터 전극(1118a) 상으로 분배된다. 도 12D는 상기 수순의 제4단계를 나타내는 것으로, 여기서 저장소 전극(1114)은 OFF 상태로 전환되고, 전극(1118a)은 OFF 상태로 전환되며, 전극(1118b)은 ON 상태로 전환된다. 이 단계에서, 액적(1210)은 전극(1118b)의 잡아당김 작용으로 인해 전극(1118a)으로부터 전극(1118b)으로 이송된다.
전환 수순의 다른 예는 ON ON OFF OFF; ON ON ON OFF; OFF ON ON ON; ON OFF OFF ON이다. 저장소 전극이 OFF인 제3의 상태 "OFF ON ON ON"은 손가락을 제4전극까지 쉽게 뻗을 수 있게 한다. 전형적인 작업에서, 이 상태는 1초의 단지 몇분의 일(약 1/4초 혹은 약 1/8초) 동안만 유지된다.
폐 우물(waste well)(1134)에 유입시키기 위하여, 액적은 우선 저장소와 상부 기판 개구부 사이의 압력 차를 극복하고, 이어서 상기 개구부와 액적 작동기의 내부 사이의 압력차를 극복할 필요가 있다. 이들 압력차는 액적에 의해 생성된 정수두에 의해 극복될 수 있다.
본 발명은 또한, 저장소 직경이, 특정화된 작은 직경의 겔 반입 팁(tip)들을 사용하는 일없이, 소형, 중형 및 대형 용적의 피펫 팁들을 수용하기에 충분히 큰 실시형태를 제공한다. 몇몇 실시형태에 있어서, 저장소 직경은 약 1 밀리미터(㎜)보다 클 필요가 있다. 저장소 기판의 상부면의 젖음을 더욱 피하기 위하여, 저장소의 직경은, 예를 들어, 반입될 액체의 용적에 따라, 보다 클 수 있다. 약 2㎜와 동일 혹은 그보다 큰 저장소 직경은 커다란 범위의 입력 용적, 예컨대, 약 5 ㎕ 내지 약 5000 ㎕ 혹은 약 10 ㎕ 내지 약 2000 ㎕ 혹은 약 50 ㎕ 내지 약 1500 ㎕에 대해 충분하다.
일 구성예에 있어서, 상기 저장소는 원통이다. 상기 저장소는, 도 11A 및 도 11B의 액적 작동기(1100)에 도시된 바와 같이, 상부 기판 내의 개구부 주위에 중심을 맞출 수 있다. 상부 기판 내의 상기 개구부의 직경은 전형적으로 약 1㎜ 내지 약 2㎜이다. 저장소 기판의 직경은 전형적으로 약 1.5㎜와 동일하거나 그 이상이다. 요구되는 정수두는 직경에 따라 증가하지만, 액체-오일 계면 장력, 액체-고체 접촉각, 인가 전압 및 상부 기판과 하부 기판 사이의 간극의 함수인 일정치에 점근적으로 접근하고 있다. 초과될 경우, 상부 기판과 하부 기판 사이의 간극 속으로 자발적으로 액체를 흐르게 할 수 있는 정수두도 있다. 이 값 이하의 정수두를 유지하는 것이 바람직하다.
도 16 에 도시된 그래프는 저장소 우물의 직경을 변화시킨 상태에서 정수두 요건의 전형적인 거동을 나타내고 있다. 요구되는 상기 정수두는 직경의 증가에 따라 일정한 값에 점근적으로 접근한다. 두 곡선(전압 인가 및 전압 무인가) 사이의 영역은 바람직한 분배용 영역이다. 하부의 곡선 보다 작은 정수두는 액적 작동기 속으로 액체의 반입을 간섭할 수 있고, 상부의 곡선보다 큰 정수두는 액체가 자발적으로 흐르는 것을 가능하게 할 수 있다. 무용 용적은 직경에 따라 증가하지만; 액체의 추가의 ㎜당의 액적의 수도 따라서 증가한다. 주어진 저장소 기판 높이에 대해서, 이것은 액적의 개수가 증가하는 것을 의미한다.
이하의 표 1은 면역측정 세정 완충액(예컨대, 비드 세정 작업을 행하기 위한)용의 두 상이한 개구부에 대한 실험 데이터를 나타내고 있다. 상부 기판 내의 상기 개구부는 약 2㎜이었다. 상부 기판과 하부 기판 간의 간극은 약 200 ㎛였다. 오일은 2cSt 실리콘 오일 중의 약 0.1% Triton X-15였고, 과량으로 첨가되었다. 저장소 기판은 약 0.250인치(in) 두께였다.
저장소 직경 반입된 용적 무용 용적 액적 개수
2㎜ 20㎕ 10 - 15 ㎕ 15 - 25
3㎜ 40㎕ 20 - 25 ㎕ 50 - 60
도 13 은 액적 작동기(1300)의 측면도를 예시하고 있다. 해당 액적 작동기(1300)는, 액적 작동기(1100)의 저장소 기판(1130)이 저장소 기판(1310)으로 대체된 것을 제외하고, 도 11A 및 도 11B의 액적 작동기(1100)와 실질적으로 동일하다. 저장소 기판(1310)은 직경(D1)을 지닌 보다 큰 직경 영역과 제한된 직경(D1)을 지닌 제한된 직경 영역을 포함하는 저장소(1318)를 포함한다. 저장소(1318)는 또한 테이퍼링 과도 영역(1319)을 포함하되, 해당 저장소 직경은 직경(D3)으로부터 직경(D2)으로 점차로 가늘어진다.
제한된 영역(1314)의 높이(H1)는 직경(D2)을 지니는 저장소에 대해서 무용 용적에 대응하는 "무용 높이"보다 클 수 있다. 저장소 기판(1310)의 높이(H3)는 직경(D3)을 지니는 저장소에 대해서 "무용 높이"(H2)보다 클 수 있다. (D2)은 (D3)보다 작기 때문에, 전체 무용 용적은 작다. (D3)은 크기 때문에, 발생된 액적의 개수도 클 수 있다. 예를 들어, H1 = 0.125, H3 = 0.250, D1 = I.5 ㎜, 그리고 D3 = 4㎜를 이용하면, 최종 무용 용적은 약 5 ㎕ 내지 약 10 ㎕인 한편, 약 40 ㎕의 초기 작업 유체 용적으로부터 약 100개의 액적을 분배하는 것이 가능할 수 있다.
최종 무용 용적은 약 5 ㎕ 내지 약 10 ㎕이지만, 액체의 초기의 "활성화" 용적은 (D3)과 (D2) 간의 압력차를 극복하도록 요구될 수 있다. D3 = 4㎜이고 D1 = 1.5㎜인 경우, 이 "활성화" 용적은 약 15 ㎕ 내지 약 20 ㎕인 것으로 판명되었다. 이 "활성화" 용적은 (D3)을 감소시킴으로써 혹은 (D2)를 증가시킴으로써 저감될 수 있다.
도 13을 재차 참조하면, 이 설계의 구체적인 실시형태로서, (H1)은 보다 큰 직경 저장소(1318)에 대해서 요구되는 "무용 높이"(H2)와 거의 동등하다. 보다 큰 직경 저장소(1318)의 전체 용량은 이어서 액적을 분배하는 데 이용될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, (H1)은 위에 예시된 바와 같이 "무용 높이"의 점근적인 값과 동등하다.
도 14A 및 도 14B 는 액적 작동기(1400)의 측면도 및 평면도를 예시하고 있다. 액적 작동기(1400)는, 액적 작동기(1300)의 저장소 기판(1310)이 저장소 기판(1410)으로 대체되어, 규제된 개구부(1414)가 저장소 주된 용적(1138)과 개구부(1126) 사이에 유체 연통을 제공하는 것을 제외하고, 도 13의 액적 작동기(1300)와 실질적으로 동일하다. 개구부(1414)는 몇몇 실시형태에서 직경(D2)을 지닌 원통일 수 있다. 저장소(1418)는 몇몇 실시형태에서, 도 4A 및 도 4B에 도시된 바와 같이, 제1치수(D3a) 및 제2치수(D3b)를 지니도록 연신되어(예컨대, 타원형으로 되어) 있을 수 있다. 이 구성부는 무용 용적을 상당히 증가시키는 일없이 우물의 용량 또한 얻어지는 이용가능한 액적의 수를 증가시킬 수 있다. 도 13의 액적 작동기(1300)와 비교할 때, 보다 큰 저장소의 치수는 하나의 치수(예컨대, (D3b))로 증가되는 한편, 액적 작동기(1300)의 (D3)과 실질적으로 동일한 다른 치수(예컨대, (D3a))를 유지한다.
도 15 는 액적 작동기(1500)의 평면도를 예시하고 있다. 해당 액적 작동기(1500)는, 액적 작동기(1400)의 저장소 기판(1410)이 저장소 기판(1510)으로 대체된 것을 제외하고, 도 14A 및 도 14B의 액적 작동기(1400)와 실질적으로 동일하다. 저장소 기판(1510)은 제한된 용적 영역(1514) 및 해당 제한된 용적 영역(1514)에 관하여 말단 쪽 방향으로 용적의 단면이 가늘어지도록 세장형으로 되는 주된 용적 영역을 포함한다. 제한된 용적 영역(1514)은 저장소(1518)로부터 개구부(1514)를 통해서 액적 작동기의 간극 속으로 유로를 제공한다.
도 11A 내지 도 15를 참조하면, 스페이서의 이용은 액체가 액적 작동기 속으로 자발적으로 유입되는 것을 방지하기 위하여 이용될 수 있다. 예를 들어, 대략 1-전극 개구부로 아래쪽으로 좁아지는, 저장소 주위의 스페이서 패턴은 비제어된 방식으로 액적 작동기 속으로 자발적으로 유입되는 기회를 저감시킨다. 상부 기판 및 저장소 기판은 개별적으로 혹은 일체형의 재료로 제작될 수 있다. 본 발명의 대안적인 실시형태는 액체가 유리의 가장자리부 주위에 반입되는 "혼성"(hybrid) 상부 기판을 이용해서 구현될 수 있다.
간극(h)을 증가시키는 것은 "무용 높이", 이에 대응해서, 무용 용적을 저감시킨다. 그러나, 간극을 증가시키는 것은 분할 등과 같은 다른 과정에 역효과를 일으킬 수 있어, 액적 용적의 증가를 초래할 수 있다. 저장소의 폭(w)은 단위 전극보다 큰 것이 바람직하다. 간극 높이는 액적 작동기가 의도하고 있는 액적 분배 및 액적 분할 등과 같은 액적 작업과의 필요 이상의 간섭을 일으킬 정도로 그렇게 클 필요는 없다.
상기 필러 유체의 표면 장력(γ0)을 낮추는 것은 상기 필러 유체를 지닌 액체의 계면 장력을 상당히 낮춤으로써 반입 과정을 향상시킬 수 있다. 이것은 모든 작업 유체의 반입을 향상시키기 때문에 무용 용적을 저감시키는 가장 효과적인 방식이다. 그러나, 매우 낮은 값의 표면 장력은 상기 필러 유체 내의 액적의 에멀전화를 초래할 수 있다. 상기 필러 유체의 표면 장력은, 상기 필러 유체 내의 액적의 임의의 얻어지는 에멀전화가 액적 작동기가 의도하고 있는 액적 작업에 의한 필요 이상의 간섭을 초래하기에 충분한 정도까지 낮출 필요는 없다.
액적의 표면 장력(γL)을 낮추는 것은 액체와 오일의 계면 장력을 충분히 낮춤으로써 반입 과정을 향상시킨다. 그러나, 보다 낮은 표면 장력은 또한 액체가 더욱 고체 표면을 적시게 할 수 있다. 액적의 표면 장력은 액적 작동기가 의도하고 있는 액적 작업과 필요 이상의 간섭을 일으키도록 충분히 감소시킬 필요는 없다.
저장소 기판 벽에 대한 보다 높은 접촉각(θw)은 반입을 증강시킨다. 보다 낮은 접촉각은 배액을 위해 바람직하다. 보다 높은 인가 전압(θv)은 보다 큰 접촉각 변화를 초래하여 반입을 돕는다. 접촉각 이력은 AC 전압을 이용해서 저감되고 반입은 증강된다.
오일 메니스커스 레벨은 반입 과정에 대한 유의한 효과를 지닌다. 저장소 내의 액체가 공기와 간섭하는 지점까지 우물 내의 오일 수준을 저감시키는 것은 공기와의 계면을 지녀 반입을 상당히 향상시킨다. 그 이유는, 액체-공기 계면이 보다 높은 계면 장력, 이에 대응해서 액체-오일 계면보다 높은 라플라스 압력(Laplace pressure)을 지니기 때문이다. 저장소에서의 보다 높은 라플라스 압력은 극복을 요하는 압력차를 저감시킨다.
9. 끝맺는 말
이상의 실시예의 상세한 설명은, 본 발명의 구체적인 실시예를 예시한 첨부도면을 참조하고 있다. 상이한 구조 및 작업을 구비한 기타 실시예는 본 발명의 범주로부터 벗어나는 것은 아니다. 본 명세서는 단지 독자의 편의를 위해 각 부분으로 분할되어 있다. 표제는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주해서는 안된다. 상기 정의는 본 발명의 설명의 일부로서 의도되어 있다. 단, 본 발명의 각종 상세는 본 발명의 범주로부터 벗어나는 일없이 변경될 수 있다. 또한, 위에서 서술된 내용은 단지 설명을 목적으로 한 것일 뿐, 제한의 목적으로 제시된 것은 아니며, 본 발명은 이하의 청구의 범위에 의해 규정된다.

Claims (184)

  1. 액적 작업면과 연관된 액적 형성 전극 구성부(droplet formation electorde configuration)를 포함하되, 해당 액적 형성 전극 구성부는 상기 액적 작업면 상에 서브-액적(sub-droplet)의 형성 동안 액적의 가장자리부의 위치를 제어하도록 구성된 1개 이상의 전극을 포함하는 것인 액적 작동기(droplet actuator).
  2. 제1항에 있어서, 액적 형성 동안 제어된 상기 액적의 가장자리부는 해당 액적의 네킹 영역(necking region)의 가장자리부를 포함하는 것인 액적 작동기.
  3. 제1항에 있어서, 액적 형성 동안 제어된 상기 액적의 가장자리부는 형성 중인 서브-액적의 가장자리부를 포함하는 것인 액적 작동기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 액적의 가장자리부의 위치의 제어는 서브-액적의 용적을 제어하는 것인 액적 작동기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어는 상기 전극에 인가되는 전압을 제어함으로써 발휘되는 것인 액적 작동기.
  6. 제2항에 있어서, (a) 상기 액적 형성 전극 구성부는 (i) 중간 전극 구성부; 및 (ii) 상기 중간 전극 구성부의 측면에 배치된 전극들을 포함하되,
    상기 중간 전극 구성부는 (1) 1개 이상의 내부 전극; 및 (2) 상기 내부 전극에 대해서 횡방향으로 배열된 2개 이상의 외부 전극을 포함하며,
    (b) 상기 중간 전극 구성부 및 상기 중간 전극 구성부의 측면에 배치된 전극들은, 액적의 존재 시 해당 중간 전극 구성부 및 해당 중간 전극 구성부의 측면에 배치된 전극들의 활성화에 의해 상기 액적 형성 전극 구성부를 가로질러 상기 액적이 길게 늘어나도록 배열된 것인 액적 작동기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 길게 늘어난 액적(elongated droplet)의 존재 시 상기 2개 이상의 외부 전극에 인가된 전압의 감소가 해당 길게 늘어난 액적의 네킹을 개시시키는 것인 액적 작동기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 2개 이상의 외부 전극에 인가된 전압의 감소에 따른 상기 1개 이상의 내부 전극에 인가된 전압의 감소는 상기 길게 늘어난 액적을 분할하여 1개 이상의 서브-액적을 형성하는 것인 액적 작동기.
  9. 제6항에 있어서, 상기 길게 늘어난 액적의 존재 시 상기 2개 이상의 외부 전극의 불활성화는 상기 길게 늘어난 액적의 네킹을 개시시키는 것인 액적 작동기.
  10. 제7항에 있어서, 모든 외부 전극의 불활성화에 따른 1개 이상의 내부 전극의 불활성화는 상기 길게 늘어난 액적을 분할하여 1개 이상의 서브-액적을 형성하는 것인 액적 작동기.
  11. 제6항에 있어서, 상기 내부 전극에 대해서 횡방향으로 배열된 2개 이상의 외부 전극은 전기적으로 결합되어 단일 전극으로서 기능하는 것인 액적 작동기.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액적 형성 전극 구성부에 인접한 저장소 전극(reservoir electrode)을 포함하는 액적 작동기.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액적 형성 전극 구성부에 인접한 액적 작업 전극을 포함하는 액적 작동기.
  14. 제2항에 있어서,
    (a) 상기 액적 형성 전극 구성부는
    (i) 1개 이상의 중앙에 위치된 전극; 및
    (ii) 상기 액적 형성 전극 구성부의 가장자리부에 인접한 1개 이상의 네킹 전극을 포함하고;
    (b) 상기 중앙에 위치된 전극과 네킹 전극은 해당 네킹 전극에서 시작하여 상기 중앙에 위치된 전극으로 계속되는 전극 세트의 순차적인 불활성화에 의해 초래되는 액적 분할 과정에서 액적 네킹 및 분할을 제어하도록 구성된 것인 액적 작동기.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액적 형성 전극 구성부는 대체로 I자 형상 및/또는 모래시계 형상인 중앙에 위치된 전극들을 포함하는 것인 액적 작동기.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    (a) 상기 액적 형성 전극 구성부는 전극들의 경로에 개재되어 있고;
    (b) 상기 액적 형성 전극 구성부 및 상기 전극들의 경로는 공통 축을 따라 배열되어 있으며;
    (c) 상기 액적 형성 전극 구성부는
    (i) 상기 공통 축을 중심으로 대칭으로 배열된 중앙 전극; 및
    (ii) 상기 중앙 전극의 측면에 배치된 네킹 전극들을 포함하는 것인 액적 작동기.
  17. 제16항에 있어서, 제1세트의 네킹 전극들의 측면에 배치된 제2세트의 네킹 전극들을 추가로 포함하는 액적 작동기.
  18. 제16항에 있어서, 상기 네킹 전극들은 상기 축으로부터 멀어짐에 따라 볼록한 형상을 지니는 것인 액적 작동기.
  19. 제16항에 있어서, 상기 네킹 전극들은 상기 중앙 전극에 대해서 실질적으로 평행한 배향(orientation)으로 배향된 전극봉들(electrode bars)을 포함하는 것인 액적 작동기.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액적 형성 전극 구성부는 상기 전극들의 경로 내에 1개 이상의 인접한 전극들의 크기와 대략 동일한 크기를 지니는 것인 액적 작동기.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액적 형성 전극 구성부는 정사각형 혹은 직사각형을 형성하도록 배열된 4개의 삼각형을 포함하는 것인 액적 작동기.
  22. 제1항에 있어서, 상기 액적 형성 전극 구성부는 상기 서브-액적의 형성 동안 상기 액적의 가장자리부의 위치를 제어하는 전계 구배(electrical field gradient)를 발생하는 전극을 포함하는 것인 액적 작동기.
  23. 제22항에 있어서, 상기 전계 구배를 발생하는 상기 전극은 상기 서브-액적의 형성 동안 상기 액적의 네킹 영역의 가장자리부의 위치를 제어하는 것인 액적 작동기.
  24. 제23항에 있어서, 상기 전극은
    (a) 액적 네킹을 유발시키는 제1전압에서의 전계 구배; 및
    (b) 액적 분할을 유발시키는 제2전압에서의 전계 구배
    를 발생하는 것인 액적 작동기.
  25. 제23항에 있어서, 상기 전극은
    (a) 액적 신장을 유발시키는 제1전압에서의 전계 구배;
    (b) 액적 네킹을 유발시키는 제2전압에서의 전계 구배; 및
    (c) 액적 분할을 유발시키는 제3전압에서의 전계 구배
    를 발생하는 것인 액적 작동기.
  26. 제22항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는 상기 전극의 정상에서의 조성물(composition)에 의해 확립되는 것인 액적 작동기.
  27. 제26항에 있어서, 상기 조성물은 유전체 조성물을 포함하는 것인 액적 작동기.
  28. 제26항에 있어서, 상기 조성물은 상이한 두께를 지니는 영역들을 포함하는 패턴화된 영역을 포함하는 것인 액적 작동기.
  29. 제26항에 있어서, 상기 조성물은 상이한 상대 정적 유전율 혹은 유전 상수(relative static permittivity or dielectric constant)를 지니는 영역들을 포함하는 패턴화된 재료를 포함하는 것인 액적 작동기.
  30. 제26항에 있어서, 상기 조성물은 2종 이상의 패턴화된 재료를 포함하고, 각 패턴화된 재료는 상이한 상대 정적 유전율 혹은 유전 상수를 지니는 것인 액적 작동기.
  31. 제26항에 있어서, 상기 조성물은
    (a) 제1유전 상수를 지니는 유전체 재료; 및
    (b) 상기 제1유전 상수와는 다른 제2유전 상수를 지니는 유전체 재료
    를 포함하는 것인 액적 작동기.
  32. 제26항에 있어서, 상기 조성물은 유전체 재료의 유전 상수를 변화시키는 하나 이상의 물질이 패턴화된 방식으로 도핑된 해당 유전체 재료를 포함하는 것인 액적 작동기.
  33. 제22항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는 해당 전계 구배를 발생하는 상기 전극의 형상을 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인 액적 작동기.
  34. 제22항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는 해당 전계 구배를 발생하는 상기 전극의 전극 두께의 변화를 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인 액적 작동기.
  35. 제22항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는 상기 액적 작동기의 액적 작업면에 대한 z 방향에서의 상기 전극의 공간 배향을 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인 액적 작동기.
  36. 제22항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배를 발생하는 상기 전극은 해당 전극 내에 확립된 전도도 패턴들(conductivity patterns)을 포함하는 것인 액적 작동기.
  37. 제36항에 있어서, 상기 전계 구배를 발생하는 상기 전극은 미리 결정된 전계 구배를 발생하도록 패턴화된 2종 이상의 상이한 전도성 재료를 포함하는 것인 액적 작동기.
  38. 제22항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배를 발생하는 상기 전극은, 해당 전계 구배를 발생하는 상기 전극의 상이한 영역이 상이한 밀도의 와이어 간격을 포함하는 와이어 트레이스(wire trace)를 포함하는 것인 액적 작동기.
  39. 제1항 내지 제38항 중 어느 한 항의 액적 작동기; 및 서브-액적의 형성 동안 액적의 가장자리부의 위치를 제어하도록 구성된 1개 이상의 전극에 대해서 전압의 공급을 제어하도록 프로그래밍된 프로세서를 포함하는 시스템.
  40. 제39항에 있어서, 상기 서브-액적의 형성 동안 상기 액적의 가장자리부를 모니터링하기 위한 센서를 추가로 포함하는 시스템.
  41. 제40항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 서브-액적의 형성 동안 상기 액적의 가장자리부의 위치를 제어하도록 구성된 1개 이상의 전극의 전압을 조정하도록 추가로 구성된 것인 시스템.
  42. 제39항에 있어서, 상기 서브-액적의 용적과 연관된 변수를 모니터링하기 위한 센서를 추가로 포함하는 시스템.
  43. 제42항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 액적의 가장자리부의 위치를 제어하도록 구성된 1개 이상의 전극의 전압을 조정하도록 추가로 구성된 것인 시스템.
  44. 제40항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서는 상기 액적의 하나 이상의 전기적 특성, 화학적 특성 및/또는 물리적 특성을 검출하도록 선택되는 것인 시스템.
  45. 제40항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서는 상기 액적을 촬상하도록 구성된 촬상 장치(imaging device)를 포함하는 것인 시스템.
  46. 전극의 경로 혹은 어레이를 포함하는 기판을 포함하되, 상기 경로 혹은 어레이는 와이어 트레이스를 이용해서 형성되는 1개 이상의 전극을 포함하는 액적 작동기.
  47. 제45항에 있어서, 상기 와이어 트레이스 구성부는 사행 경로(meandering path)의 와이어들을 포함하며, 상기 사행 경로의 각 만곡부(turn)는 해당 경로의 다른 만곡부와 실질적으로 동일한 것인 액적 작동기.
  48. 제45항에 있어서, 상기 와이어 트레이스 구성부는 상이한 와이어 밀도를 지니는 영역들을 포함하는 것인 액적 작동기.
  49. 제45항에 있어서, 상기 와이어 트레이스 구성부는 외부 영역보다 큰 와이어 밀도를 지니는 중심축 영역을 포함하는 것인 액적 작동기.
  50. 제45항에 있어서,
    (a) 상기 와이어 트레이스 구성부는 제1말단 영역과 제2말단 영역을 지니는 세장형 전극(elongated electrode)을 포함하고;
    (b) 상기 제1말단 영역은 상기 제2말단 영역보다 큰 와이어 밀도를 지니는 것인 액적 작동기.
  51. 제50항에 있어서, 상기 와이어 밀도는 상기 제2말단 영역으로부터 상기 제1말단 영역까지 상기 세장형 전극의 길이를 따라 점차적으로 증가하는 것인 액적 작동기.
  52. 액적을 형성하는 액적 형성 전극 구성부를 포함하는 액적 작동기로서,
    (a) 상기 액적 형성 전극 구성부는
    (i) 액적 공급원;
    (ii) 중간 전극; 및
    (iii) 단말 전극을 포함하고;
    (b) 상기 액적 공급원에 액체가 존재할 경우, 상기 중간 전극 및 단말 전극의 활성화에 의해 액적 신장부가 상기 중간 전극을 가로질러 상기 단말 전극 상으로 흐르게 되며;
    (c) 상기 단말 전극에 인가된 전압의 증가는 상기 액적 신장부의 길이를 증가시키고;
    (d) 상기 중간 전극의 불활성화는 상기 액적을 2개의 서브-액적으로 분할시키는 것인 액적 작동기.
  53. 제52항에 있어서, 상기 액적 공급원은 액적 공급원 전극을 포함하는 것인 액적 작동기.
  54. 제52항에 있어서, 상기 액적 공급원 전극은 저장소 전극을 포함하는 것인 액적 작동기.
  55. 제52항에 있어서, 상기 액적 공급원 전극은 액적 작업 전극을 포함하는 것인 액적 작동기.
  56. 제52항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단말 전극은 상기 중간 전극에 대해서 연장되는 것인 액적 작동기.
  57. 제52항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단말 전극은 실질적으로 점차로 가늘어지는 테이퍼 형상(tapering shape)을 지니는 것인 액적 작동기.
  58. 제56항에 있어서, 상기 단말 전극은 상기 액적 공급원 전극으로부터 멀어짐에 따라 점차로 가늘어지는 것인 액적 작동기.
  59. 제56항에 있어서, 상기 단말 전극은 상기 액적 공급원 전극을 향해서 점차로 가늘어지는 것인 액적 작동기.
  60. 제52항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단말 전극은 실질적으로 삼각형 형상인 것인 액적 작동기.
  61. 제60항에 있어서, 상기 단말 전극의 정점은 상기 중간 전극의 노치부 속에 삽입되어 있는 것인 액적 작동기.
  62. 제52항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단말 전극은 상기 중간 전극에 대해서 말단 쪽에 배향된 최광폭 영역(widest region)으로부터 상기 중간 전극에 대해서 근접하여 배향된 협폭 영역(narrow region)까지 점차로 가늘어지는 것인 액적 작동기.
  63. 제52항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단말 전극은 상기 중간 전극에 대해서 근접하여 배향된 최광폭 영역으로부터 상기 중간 영역에 대해서 말단 쪽에 배향된 협폭 영역까지 점차로 가늘어지는 것인 액적 작동기.
  64. 제62항 또는 제63항에 있어서, 상기 최광폭 영역은 상기 액적 형성 전극 구성부의 축을 따라 취한 상기 중간 전극의 직경에 대한 폭이 거의 동일한 것인 액적 작동기.
  65. 제62항 또는 제63항에 있어서, 상기 협폭 영역은 상기 액적 형성 전극 구성부의 축을 따라 취한 상기 중간 전극의 직경보다 좁은 것인 액적 작동기.
  66. 제62항 내지 제65항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액적 작동기는
    (a) 상기 액적 작동기; 및
    (b) (i) 상기 액적 형성 전극 구성부의 전극들에 인가된 전압을 제어하도록; 그리고
    (ii) 상기 단말 전극에 인가된 전압을 조정함으로써 액적 용적을 제어하도록 프로그래밍된 프로세서
    를 포함하는 시스템의 구성부품으로서 제공되는 것인 액적 작동기.
  67. 액적 작업을 시행하도록 구성된 전극을 포함하되, 상기 전극은 해당 전극에 인가된 전압의 변화를 시행함으로써 액적 작업을 초래하는 전계 구배를 발생하도록 구성된 것인 액적 작동기.
  68. 제67항에 있어서, 상기 전극에 인가된 전압의 변화를 시행할 때 상기 액적 작업을 제어하는 유전체 윤곽(dielectric topography)을 확립하도록 구성된 상기 전극의 정상에 유전체 재료를 포함하는 것인 액적 작동기.
  69. 제67항 또는 제68항에 있어서, 상기 전계 구배는 상기 전극의 정상에 패턴화된 재료를 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인 액적 작동기.
  70. 제69항에 있어서, 상기 전극의 정상에 있는 상기 패턴화된 재료는 상이한 두께를 지닌 영역들을 포함하는 유전체 재료를 포함하는 것인 액적 작동기.
  71. 제69항 또는 제70항에 있어서, 상기 전극의 정상에 있는 상기 패턴화된 재료는 상이한 유전 상수를 지니는 영역들을 포함하는 유전체 재료를 포함하는 것인 액적 작동기.
  72. 제69항 내지 제71항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극의 정상에 있는 상기 패턴화된 재료는 2종 이상의 패턴화된 재료를 포함하는 유전체 재료를 포함하고, 각 패턴화된 재료는 상이한 유전 상수를 지니는 것인 액적 작동기.
  73. 제69항 내지 제72항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극의 정상에 있는 상기 패턴화된 재료는 상기 전계 구배를 발생하도록 변화되는 조성물을 지니는 유전체 재료를 포함하는 액적 작동기.
  74. 제69항 내지 제73항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극의 정상에 있는 상기 패턴화된 재료는
    (a) 상기 전극 상에 패턴화된 제1유전 상수를 지닌 제1유전체 재료; 및
    (b) 상기 제1유전체 재료 상에 적층된 제2유전 상수를 지닌 제2유전체 재료를 포함하는 것인 액적 작동기.
  75. 제69항 내지 제74항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는 상기 전극에 인가된 전압의 감소 시 액적 네킹 및 분할을 제어하도록 구성된 것인 액적 작동기.
  76. 제75항에 있어서, 상기 네킹은 전극 구성부에 인가된 전압의 제1감소에 의해 유발되고, 상기 분할은 상기 전극 구성부에 인가된 전압의 제2감소에 의해 유발되는 것인 액적 작동기.
  77. 제69항 내지 제76항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는 전극 형상을 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인 액적 작동기.
  78. 제69항 내지 제77항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는 전극 두께를 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인 액적 작동기.
  79. 제69항 내지 제78항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는 상기 전극 내에 확립된 전도도 패턴을 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인 액적 작동기.
  80. 제79항에 있어서, 상기 전극은 미리 결정된 전계 구배를 발생하도록 패턴화된 2종 이상의 상이한 전도성 재료를 포함하는 것인 액적 작동기.
  81. 제69항 내지 제80항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는 상기 전극 구성부의 상이한 영역이 상이한 밀도의 와이어 간격을 지니는 와이어 트레이스를 포함하는 것인 액적 작동기.
  82. 제69항 내지 제81항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는 상기 전극 내의 전도성 재료의 패턴을 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인 액적 작동기.
  83. 제69항 내지 제82항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는 상기 전극 내의 비전도성 재료의 패턴을 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인 액적 작동기.
  84. 제69항 내지 제83항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는 상기 전극 내의 상이한 전도성 재료의 패턴을 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인 액적 작동기.
  85. 제69항 내지 제84항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극은 전압의 활성화, 불활성화 혹은 조정 시 액적 작업을 초래하는 패턴화된 전계 구배를 발생하는 것인 액적 작동기.
  86. 제69항 내지 제85항 중 어느 한 항에 있어서, 전압의 감소는 액적 작업을 초래하는 것인 액적 작동기.
  87. 제69항 내지 제86항 중 어느 한 항에 있어서, 전압의 증가는 액적의 신장(extension)을 초래하는 것인 액적 작동기.
  88. 제69항 내지 제87항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극들 상에 액적의 존재 시 전압의 증가는 액적의 신장을 초래하는 것인 액적 작동기.
  89. 서브-액적의 형성 동안 액적의 가장자리부의 위치를 제어하는 방법으로서,
    (a) 액적 작업면과 연관된 액적 형성 전극 구성부를 포함하되, 해당 액적 형성 전극 구성부는 상기 액적 작업면 상에서 서브-액적의 형성 동안 상기 액적의 가장자리부의 위치를 제어하도록 구성된 액적 작동기를 제공하는 단계; 및
    (b) 상기 액적 형성 전극 구성부를 이용해서 상기 액적의 가장자리부를 제어하면서 상기 서브-액적을 형성하는 단계를 포함하는, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  90. 제89항에 있어서, 상기 액적의 네킹 영역의 가장자리부를 제어하면서 서브-액적을 형성하는 단계를 포함하는, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  91. 제89항에 있어서, 상기 서브-액적의 가장자리부를 제어하면서 해당 서브-액적을 형성하는 단계를 포함하는, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  92. 제89항에 있어서, 상기 서브-액적의 용적을 제어하면서 해당 서브-액적을 형성하는 단계를 포함하는, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  93. 제89항에 있어서, 상기 서브-액적을 형성하는 단계는 상기 액적 형성 전극 구성부에 인가된 전압을 포함하는, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  94. 제91항에 있어서,
    (a) 상기 액적 형성 전극 구성부는 (i) 중간 전극 구성부 ; 및 (ii) 상기 중간 전극 구성부의 측면에 배치된 전극들을 포함하되,
    상기 중간 전극 구성부는 (1) 1개 이상의 내부 전극; 및 (2) 상기 내부 전극에 대해서 횡방향으로 배열된 2개 이상의 외부 전극을 포함하며,
    (b) 상기 중간 전극 구성부 및 상기 중간 전극 구성부의 측면에 배치된 전극들은, 액적의 존재 시 해당 중간 전극 구성부 및 해당 중간 전극 구성부의 측면에 배치된 전극들의 활성화에 의해 상기 액적 형성 전극 구성부를 가로질러 상기 액적이 길게 늘어나도록 배열된 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  95. 제94항에 있어서, 상기 길게 늘어난 액적의 존재 시 상기 2개 이상의 외부 전극에 인가된 전압의 감소는 해당 길게 늘어난 액적의 네킹을 개시시키는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  96. 제95항에 있어서, 상기 2개 이상의 외부 전극에 인가된 전압의 감소에 따른 상기 1개 이상의 내부 전극에 인가된 전압의 감소는 상기 길게 늘어난 액적을 분할하여 1개 이상의 서브-액적을 형성하는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  97. 제94항에 있어서, 상기 길게 늘어난 액적의 존재 시 상기 2개 이상의 외부 전극의 불활성화는 해당 길게 늘어난 액적의 네킹을 개시시키는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  98. 제97항에 있어서, 모든 외부 전극의 불활성화에 따른 상기 1개 이상의 내부 전극의 불활성화는 상기 길게 늘어난 액적을 분할하여 1개 이상의 서브-액적을 형성하는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  99. 제94항에 있어서, 상기 내부 전극에 대해서 횡방향으로 배열된 2개 이상의 외부 전극은 전기적으로 결합되어 단일 전극으로서 기능하는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  100. 제89항 내지 제99항 중 어느 한 항에 있어서,
    (a) 상기 액적 형성 전극 구성부는 해당 액적 형성 전극 구성부에 인접한 저장소 전극을 포함하고;
    (b) 상기 서브-액적을 형성하는 단계는 보다 큰 용적의 액적으로부터 보다 작은 용적의 액적을 분배하는 단계를 포함하는, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  101. 제89항 내지 제100항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액적 형성 전극 구성부에 인접한 액적 작업 전극을 포함하는, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  102. 제89항에 있어서,
    (a) 상기 액적 형성 전극 구성부는
    (i) 1개 이상의 중앙에 위치된 전극; 및
    (ii) 상기 액적 형성 전극 구성부의 가장자리부에 인접한 1개 이상의 네킹 전극을 포함하고;
    (b) 상기 서브-액적을 형성하는 단계는 상기 네킹 전극들에서 시작해서 상기 중앙에 위치된 전극들로 계속되는 전극 세트를 순차적으로 불활성화시키는 단계를 포함하는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  103. 제89항 내지 제102항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액적 형성 전극 구성부는 대체로 I자 형상 및/또는 모래시계 형상인 중앙에 위치된 전극들을 포함하는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  104. 제89항 내지 제103항 중 어느 한 항에 있어서,
    (a) 상기 액적 형성 전극 구성부는 전극들의 경로 내에 개재되어 있고;
    (b) 상기 액적 형성 전극 구성부 및 상기 전극들의 경로는 공통 축을 따라 배열되며;
    (c) 상기 액적 형성 전극 구성부는
    (i) 상기 공통 축을 중심으로 대칭으로 배열된 중앙 전극; 및
    (ii) 상기 중앙 전극의 측면에 배치된 네킹 전극들을 포함하는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  105. 제104항에 있어서, 제1세트의 네킹 전극들의 측면에 배치된 제2세트의 네킹 전극들을 추가로 포함하는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  106. 제104항에 있어서, 상기 네킹 전극들은 상기 축으로부터 멀어짐에 따라 볼록한 형상을 지니는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  107. 제104항에 있어서, 상기 네킹 전극들은 상기 중앙 전극에 대해서 실질적으로 평행한 배향으로 배향된 전극봉들을 포함하는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  108. 제104항 내지 제107항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액적 형성 전극 구성부는 상기 전극들의 경로 내에 1개 이상의 인접한 전극들의 크기와 대략 동일한 크기를 지니는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  109. 제89항 내지 제108항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액적 형성 전극 구성부는 정사각형 혹은 직사각형을 형성하도록 배열된 4개의 삼각형을 포함하는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  110. 제89항에 있어서, 상기 액적 형성 전극 구성부는 상기 서브-액적의 형성 동안 상기 액적의 가장자리부의 위치를 제어하는 전계 구배를 발생하는 전극을 포함하는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  111. 제110항에 있어서, 상기 서브-액적의 형성 동안 상기 액적의 네킹 영역의 가장자리부의 위치를 제어하는 전계 구배를 확립하도록 상기 액적 형성 전극 구성부를 이용해서 상기 액적의 가장자리부의 위치를 제어하는 단계를 포함하는, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  112. 제111항에 있어서,
    (a) 액적 네킹을 유발시키는 제1전압에서의 전계 구배; 및
    (b) 액적 분할을 유발시키는 제2전압에서의 전계 구배
    를 확립하도록 상기 액적 형성 전극 구성부에 인가되는 전압을 제어하는 단계를 포함하는, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  113. 제111항에 있어서,
    (a) 액적 신장을 유발시키는 제1전압에서의 전계 구배;
    (b) 액적 네킹을 유발시키는 제2전압에서의 전계 구배; 및
    (c) 액적 분할을 유발시키는 제3전압에서의 전계 구배
    를 확립하도록 상기 액적 형성 전극 구성부에 인가되는 전압을 제어하는 단계를 포함하는, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  114. 제110항 내지 제113항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는 상기 전극의 정상에서의 조성물에 의해 확립되는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  115. 제114항에 있어서, 상기 조성물은 유전체 조성물을 포함하는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  116. 제114항에 있어서, 상기 조성물은 상이한 두께를 지니는 영역들을 포함하는 패턴화된 영역을 포함하는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  117. 제114항에 있어서, 상기 조성물은 상이한 상대 정적 유전율 혹은 유전 상수를 지니는 영역들을 포함하는 패턴화된 재료를 포함하는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  118. 제114항에 있어서, 상기 조성물은 2종 이상의 패턴화된 재료를 포함하고, 각 패턴화된 재료는 상이한 상대 정적 유전율 혹은 유전 상수를 지니는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  119. 제114항에 있어서, 상기 조성물은
    (a) 제1유전 상수를 지니는 유전체 재료; 및
    (b) 상기 제1유전 상수와는 다른 제2유전 상수를 지니는 유전체 재료
    를 포함하는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  120. 제114항에 있어서, 상기 조성물은 유전체 재료의 유전 상수를 변화시키는 하나 이상의 물질이 패턴화된 방식으로 도핑된 해당 유전체 재료를 포함하는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  121. 제110항 내지 제120항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는 해당 전계 구배를 발생하는 상기 전극의 형상을 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  122. 제110항 내지 제121항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는 해당 전계 구배를 발생하는 상기 전극의 전극 두께의 변화를 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  123. 제110항 내지 제122항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는 상기 액적 작동기의 액적 작업면에 대한 z 방향에서의 상기 전극의 공간 배향을 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  124. 제110항 내지 제123항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배를 발생하는 상기 전극은 해당 전극 내에 확립된 전도도 패턴들을 포함하는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  125. 제124항에 있어서, 상기 전계 구배를 발생하는 상기 전극은 미리 결정된 전계 구배를 발생하도록 패턴화된 2종 이상의 상이한 전도성 재료를 포함하는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  126. 제110항 내지 제125항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배를 발생하는 상기 전극은, 해당 전계 구배를 발생하는 상기 전극의 상이한 영역이 상이한 밀도의 와이어 간격을 포함하는 와이어 트레이스를 포함하는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  127. 제89항 내지 제126항 중 어느 한 항에 있어서, 시스템을 이용해서 상기 서브-액적의 형성을 제어하고 상기 액적 형성 전극 구성부를 이용해서 상기 액적의 가장자리부를 제어하는 단계를 포함하는, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  128. 제127항에 있어서, 상기 시스템은 상기 액적 형성 전극 구성부의 1개 이상의 전극에 대한 전압의 공급을 제어하도록 프로그래밍된 프로세서를 포함하는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  129. 제128항에 있어서, 상기 서브-액적의 형성 동안 상기 액적의 가장자리부를 모니터링하기 위하여 상기 프로세서에 결합된 센서를 포함하는 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  130. 제129항에 있어서, 상기 프로세서는 목적으로 하는 서브-액적 용적을 나타내는 미리 결정된 위치에 액적의 가장자리부를 위치시키기 위하여 상기 액적의 가장자리부의 감지된 위치에 응답해서 상기 액적 형성 전극 구성부의 1개 이상의 전극의 전압을 조정함으로써 분배된 서브-액적의 용적을 제어하면서 상기 서브-액적을 형성하도록 구성된 것인, 액적의 가장자리부의 위치제어방법.
  131. 액적으로부터 서브-액적을 형성하는 방법으로서, 네킹-및-분할 과정에서 액적의 네킹 영역의 직경을 제어가능하게 감소시키는 단계를 포함하는, 액적으로부터 서브-액적의 형성방법.
  132. 제131항에 있어서, 상기 서브-액적은 미리 결정된 용적을 지니는 것인, 액적으로부터 서브-액적의 형성방법.
  133. 액적으로부터 서브-액적을 형성하는 방법으로서, 단말 전극의 정상에서 액적의 용적을 제어가능하게 신장시키는 단계; 및 상기 단말 전극의 정상에서 미리 결정된 용적에 도달할 때까지 중간 전극에서 액적 분할 과정을 개시시키는 단계를 포함하는, 액적으로부터 서브-액적의 형성방법.
  134. 제133항에 있어서, 상기 서브-액적은 미리 결정된 용적을 포함하는 것인, 액적으로부터 서브-액적의 형성방법.
  135. (a) 제1전극과 제2전극을 포함하는 전극 구성부에 걸쳐서 길게 늘어난 액적을 제공하는 단계로서, 상기 길게 늘어난 액적이 상기 제1전극의 정상에서의 액체의 용적과 상기 제2전극의 정상에서의 액체의 용적을 포함하는 것인, 해당 길게 늘어난 액적의 제공단계;
    (b) 상기 제2전극의 정상에서 상기 길게 늘어난 액적의 용적을 제어가능하게 신장시키는 단계; 및
    (c) 상기 제1전극에서 액적을 분할하여 서브-액적을 얻는 단계를 포함하는, 서브-액적의 형성방법.
  136. 제135항에 있어서, 상기 서브-액적은 미리 결정된 용적을 포함하는 것인, 서브-액적의 형성방법.
  137. (a) 중간 영역의 정상에서 전기습윤(electrowetting)을 초래하도록 상대적으로 높은 전압이 요구되는 해당 중간 영역을 포함하는 전계를 발생하도록 구성된 전극에 걸쳐 길게 늘어난 액적을 제공하는 단계;
    (b) 상기 중간 영역을 가로질러 액적을 신장시키기에 충분한 전압을 상기 전극에 인가하는 단계; 및
    (c) 상기 전압을 충분히 감소시켜 상기 중간 영역에서 상기 액적을 분할시키는 단계를 포함하는, 서브-액적의 형성방법.
  138. 제137항에 있어서, 상기 전계 구배는 전극 형상을 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인, 서브-액적의 형성방법.
  139. 제137항 또는 제138항에 있어서, 상기 전계 구배는 전극 두께를 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인, 서브-액적의 형성방법.
  140. 제137항 내지 제139항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는 상기 전극 내에 확립된 전도도 패턴들을 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인, 서브-액적의 형성방법.
  141. 제140항에 있어서, 상기 전극은 미리 결정된 전계 구배를 발생하도록 패턴화된 2종 이상의 상이한 전도성 재료를 포함하는 것인, 서브-액적의 형성방법.
  142. 제137항 내지 제141항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는, 상기 전극 구성부의 상이한 영역이 상이한 밀도의 와이어 간격을 포함하는 와이어 트레이스를 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인, 서브-액적의 형성방법.
  143. 제137항 내지 제142항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는 상기 전극 내에 전도성 재료의 패턴을 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인, 서브-액적의 형성방법.
  144. 제137항 내지 제143항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는 상기 전극 내의 비전도성 재료의 패턴을 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인, 서브-액적의 형성방법.
  145. 제137항 내지 제144항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는 상기 전극 내의 상이한 전도성 재료의 패턴을 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인, 서브-액적의 형성방법.
  146. 제137항 내지 제145항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극은 전압의 활성화, 불활성화 혹은 조정 시 액적 작업을 초래하는 패턴화된 전계 구배를 발생하는 것인, 서브-액적의 형성방법.
  147. (a) 전계를 발생하도록 구성된 단말 전극 영역을 포함하는 전극 구성부에 걸쳐서 길게 늘어난 액적을 제공하는 단계로서, 상기 단말 전극 영역의 정상에서의 액적 용적이 해당 단말 전극 영역에 인가된 전압을 증가시킴으로써 점증적으로 증가되는 것인, 해당 길게 늘어난 액적의 제공단계;
    (b) 액적을 상기 단말 전극 영역의 정상에서 미리 결정된 용적으로 신장시키기에 충분한 전압을 상기 전극에 인가하는 단계; 및
    (c) 액적을 분할시켜서, 상기 단말 전극 영역의 정상에 서브-액적을 형성하는 단계를 포함하는, 서브-액적의 형성방법.
  148. 제147항에 있어서, 상기 단말 전극 영역은 인접한 단위 크기의 액적 작업 전극의 용적보다 큰 용적으로 상기 단말 전극 영역의 정상에서의 액적 용적의 증가를 허용하도록 구성된 것인, 서브-액적의 형성방법.
  149. 제147항 또는 제148항에 있어서, 상기 전계 구배는 전극 형상을 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인, 서브-액적의 형성방법.
  150. 제147항 내지 제149항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는 전극 두께를 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인, 서브-액적의 형성방법.
  151. 제147항 내지 제150항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는 상기 전극 내에 확립된 전도도 패턴들을 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인, 서브-액적의 형성방법.
  152. 제151항에 있어서, 상기 전극은 미리 결정된 전계 구배를 발생하도록 패턴화된 2종 이상의 상이한 전도성 재료를 포함하는 것인, 서브-액적의 형성방법.
  153. 제147항 내지 제152항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는, 상기 전극 구성부의 상이한 영역이 상이한 밀도의 와이어 간격을 포함하는 와이어 트레이스를 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인, 서브-액적의 형성방법.
  154. 제147항 내지 제153항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는 상기 전극 내에 전도성 재료의 패턴을 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인, 서브-액적의 형성방법.
  155. 제147항 내지 제154항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는 상기 전극 내의 비전도성 재료의 패턴을 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인, 서브-액적의 형성방법.
  156. 제147항 내지 제155항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 구배는 상기 전극 내의 상이한 전도성 재료의 패턴을 포함하는 수단에 의해 확립되는 것인, 서브-액적의 형성방법.
  157. (a) 저장소를 포함하는 상부 기판 조립체;
    (b) 간극을 형성하도록 상기 상부 기판으로부터 분리되어 있는 하부 기판 조립체;
    (c) 상기 상부 기판 조립체 및/또는 상기 하부 기판 조립체와 연관되어 하나 이상의 액적 작업을 수행하도록 구성된 전극들; 및
    (d) 유로를 포함하되,
    상기 유로는
    (i) 액적에 상기 전극들 중 간극으로부터 상기 저장소 속으로 유입시키기 위하여 하나 이상의 액적 작업이 수행되도록 상기 저장소로부터 상기 간극 내로 유체를 흐르게 하기 위하여; 및/또는
    (ii) 개구부와 접촉하는 상기 전극을 이용해서 유체를 이송시키고, 해당 유체를 상기 간극에서 실질적으로 유출시켜 상기 저장소로 유입시키기 위하여 구성된 것인 액적 작동기.
  158. 제157항에 있어서, 상기 상부 기판 조립체는
    (a) 상부 기판; 및
    (b) 상기 상부 기판과 연관되어 내부에 형성된 저장소를 포함하는 저장소 기판을 포함하는 것인 액적 작동기.
  159. 제157항에 있어서, 상기 하부 기판과 연관된 저장소 전극을 추가로 포함하는 액적 작동기.
  160. 제159항에 있어서, 상기 개구부는 상기 저장소 전극의 가장자리부와 중첩되는 것인 액적 작동기.
  161. 제159항에 있어서, 상기 하부 기판과 연관되어 상기 저장소 전극에 인접한 제1액적 작업 전극을 추가로 포함하고, 상기 개구부는 상기 제1전극의 가장자리부 및 해당 액적 작업 전극의 가장자리부와 중첩되는 것인 액적 작동기.
  162. 제159항에 있어서, 상기 하부 기판과 연관되어 상기 저장소 전극 속으로 적어도 부분적으로 삽입되어 있는 제1액적 작업 전극을 추가로 포함하고, 상기 개구부는 상기 제1전극의 가장자리부 및 해당 액적 작업 전극의 가장자리부와 중첩되는 것인 액적 작동기.
  163. 제157항에 있어서, 상기 간극으로부터 상기 저장소 속으로 액적의 유입을 용이하게 하도록 구성된 것인 액적 작동기.
  164. 제157항에 있어서, 상기 저장소는 약 1㎜ 이상의 직경을 지니는 것인 액적 작동기.
  165. 제157항에 있어서, 상기 저장소는 약 2㎜ 이상의 직경을 지니는 것인 액적 작동기.
  166. 제157항에 있어서, 상기 저장소는 약 100 내지 약 300㎖ 범위의 액체의 용적을 유지하기에 충분한 용적을 지니는 것인 액적 작동기.
  167. 제157항에 있어서, 상기 저장소는 약 5㎕ 내지 약 5000㎕ 범위의 액체의 용적을 유지하기에 충분한 용적을 지니는 것인 액적 작동기.
  168. 제157항에 있어서, 상기 저장소는 약 10㎕ 내지 약 2000㎕ 범위의 액체의 용적을 유지하기에 충분한 용적을 지니는 것인 액적 작동기.
  169. 제157항에 있어서, 상기 저장소는 약 50㎕ 내지 약 1500㎕ 범위의 액체의 용적을 유지하기에 충분한 용적을 지니는 것인 액적 작동기.
  170. 제157항 내지 제169항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저장소는 실질적으로 원통형인 크기를 지니는 것인 액적 작동기.
  171. 제170항에 있어서, 상기 개구부는 상기 저장소의 원통형 크기의 축을 중심으로 실질적으로 정렬되는 것인 액적 작동기.
  172. 제157항 내지 제171항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 간극은 필러 유체(filler fluid)를 포함하는 것인 액적 작동기.
  173. 제172항에 있어서, 상기 필러 유체는 오일을 포함하는 것인 액적 작동기.
  174. 제157항 내지 제173항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저장소는 해당 저장소의 주된 용적(main volume)에 대해서 저감된 직경을 지닌 영역을 포함하되, 해당 영역은 상기 저장소의 주된 용적과 상기 개구부 사이에 유로를 제공하는 저감된 직경을 지니는 것인 액적 작동기.
  175. 제174항에 있어서, 상기 저장소의 제한된 영역은 해당 저장소의 제한된 영역 중 무용 용적(dead volume)에 대응하는 무용 높이(dead height)를 초과하는 상기 하부 기판보다 높은 높이를 지니는 것인 액적 작동기.
  176. 제174항에 있어서, 상기 저장소의 주된 용적은 해당 저장소의 주된 용적 중 무용 용적에 대응하는 무용 높이를 초과하는 상기 하부 기판보다 높은 높이를 지니는 것인 액적 작동기.
  177. 제174항에 있어서,
    (a) 상기 저장소의 제한된 영역은 상기 하부 기판보다 높은 제1높이와 제1직경을 지니고;
    (b) 상기 저장소의 주된 용적은 상기 하부 기판보다 높은 제2높이와 제2직경을 지니며;
    (c) 상기 제1직경, 제1높이, 제2직경 및 제2높이는, 상기 저장소의 주된 용적의 실질적으로 모든 용적과 동일한 액체 용적이 분배에 이용가능하도록 선택되는 것인 액적 작동기.
  178. 제174항 내지 제177항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저장소의 주된 용적은 원통형 주된 용적에 대해서 무용 용적을 실질적으로 증가시키는 일없이 대응하는 원통형 주된 용적에 대해서 연장되는 것인 액적 작동기.
  179. 액적 작동기 간극으로부터 액적을 이송하는 방법으로서,
    (i) (a) 저장소를 포함하는 상부 기판 조립체;
    (b) 간극을 형성하도록 상기 상부 기판으로부터 분리되어 있는 하부 기판 조립체;
    (c) 상기 상부 기판 조립체 및/또는 상기 하부 기판 조립체와 연관되어 하나 이상의 액적 작업을 수행하도록 구성된 전극들; 및
    (d) 유체를 상기 간극으로부터 상기 저장소로 유입시키기 위하여 구성된 유로
    를 포함하는 액적 작동기를 제공하는 단계; 및
    (ii) 개구부와 접촉하는 상기 전극을 이용해서 유체를 이송시키고, 해당 유체를 상기 간극에서 실질적으로 유출시켜 상기 저장소로 유입시키는 단계를 포함하는, 액적 작동기 간극으로부터의 액적의 이송방법.
  180. 제179항에 있어서, 상기 상부 기판 조립체는
    (a) 상부 기판; 및
    (b) 상기 상부 기판과 연관되어 내부에 형성된 저장소를 포함하는 저장소 기판을 포함하는 것인, 액적 작동기 간극으로부터의 액적의 이송방법.
  181. 제179항에 있어서, 상기 하부 기판과 연관된 저장소 전극을 포함하는 것인, 액적 작동기 간극으로부터의 액적의 이송방법.
  182. 제181항에 있어서, 상기 개구부는 상기 저장소 전극의 가장자리부와 중첩되는 것인, 액적 작동기 간극으로부터의 액적의 이송방법.
  183. 제182항에 있어서, 상기 하부 기판과 연관되어 상기 저장소 전극에 인접한 제1액적 작업 전극을 추가로 포함하고, 상기 개구부는 상기 제1전극의 가장자리부 및 해당 액적 작업 전극의 가장자리부와 중첩되는 것인, 액적 작동기 간극으로부터의 액적의 이송방법.
  184. 제182항에 있어서, 상기 하부 기판과 연관되어 상기 저장소 전극 속으로 적어도 부분적으로 삽입되어 있는 제1액적 작업 전극을 추가로 포함하고, 상기 개구부는 상기 제1전극의 가장자리부 및 해당 액적 작업 전극의 가장자리부와 중첩되는 것인, 액적 작동기 간극으로부터의 액적의 이송방법.
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