(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
小液滴の形成時に液滴の端部の位置を制御する方法であって、該方法は、
（ａ）液滴動作表面と関連付けられた液滴形成する電極構成部を含む液滴アクチュエータを提供するステップであって、前記電極構成部は、前記液滴動作表面での前記小液滴の形成時に前記液滴の端部の位置を制御するように構成された１以上の電極を含む、ステップと、
（ｂ）前記電極構成部を用いて前記液滴の狭隘部領域の端部を制御しながら、前記小液滴を形成するステップと、を含み、
前記電極構成部は、
（１）１以上の内側電極及び（２）前記１以上の内側電極に対して側方向に配置された２以上の外側電極を含む（ｉ）中間電極構成部と、
（ｉｉ）前記中間電極構成部と隣り合う電極と、を含み、
前記中間電極構成部及び前記中間電極構成部と隣り合う電極は、前記液滴の存在下で前記中間電極構成部及び前記中間電極構成部と隣り合う電極が作動すると、前記液滴が前記液滴形成する電極構成部を横断する細長の液滴となるように配置されている
ことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記小液滴を形成するステップは、前記電極構成部に印可された電圧を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電極構成部は、小液滴の形成時に前記液滴の端部の位置を制御する電場勾配を生成する電極を含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項４】
小液滴の形成時に前記液滴の狭隘部領域の端部の位置を制御する電場勾配を確立する前記電極構成部を使用することによって、前記液滴の端部の位置を制御するステップを含むことを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
（ａ）液滴の狭隘部を導く第１の電圧の電場勾配と、（ｂ）液滴の分割を導く第２の電圧の電場勾配と、を前記電極構成部に印可する電圧を制御して確立するステップを含むことを特徴とする、請求項４記載の方法。
【請求項６】
液滴の拡張部を導く第１の電圧の電場勾配と、液滴の狭隘部を導く第２の電圧の電場勾配と、液滴の分割を導く第３の電圧の電場勾配と、を前記電極構成部に印可する電圧を制御して確立するステップを含むことを特徴とする、請求項４記載の方法。
【請求項７】
前記電場勾配は、前記電極の上部の組成物の電気的特性によりもたらされることを特徴とする、請求項３から６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記組成物が誘電体組成物を含むことを特徴とする、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記組成物が、異なる複数の厚さを有する領域を含むパターン化された材料を含むことを特徴とする、請求項７記載の方法。
【請求項１０】
前記組成物が、異なる静的比誘電率又は誘電率を有する領域を含むパターン化された材料を含むことを特徴とする、請求項７記載の方法。
【請求項１１】
前記組成物が、２以上のパターン化された材料を含み、
前記２以上のパターン化された材料は各々、異なる静的比誘電率又は誘電率を有することを特徴とする、請求項７記載の方法。
【請求項１２】
前記組成物が、（ａ）第１の誘電率を有する誘電材料と、（ｂ）前記第１の誘電率とは異なる第２の誘電率を有する誘電材料とを含むことを特徴とする、請求項７記載の方法。
【請求項１３】
前記組成物が、誘電率を変化させる１以上の物質を用いてパターン化してドープされた誘電材料を含むことを特徴とする、請求項７記載の方法。
【請求項１４】
前記電場勾配が、前記電場勾配を生成する電極の形状を含む手段によって確立されることを特徴とする、請求項３から１３の何れか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記電場勾配が、前記電場勾配を生成する電極の電極厚さの変化を含む手段によって確立されることを特徴とする、請求項３から１４の何れか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記電場勾配が、液滴アクチュエータの液滴動作表面に対する前記電極のｚ方向の空間的指向性を含む手段によって確立されることを特徴とする、請求項３から１５の何れか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記電場勾配を生成する電極は、前記電極の内部に確立される導電率パターンを含むことを特徴とする、請求項３から１６の何れか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記電場勾配を生成する電極は、所定の電場勾配を生成するようにパターン化された２以上の異なる導電材料を含むことを特徴とする、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記電場勾配を生成する電極は、
前記電場勾配を生成する電極が、異なる領域において、異なるワイヤの空間密度を有する、ワイヤトレースを含むことを特徴とする、請求項３から１８の何れか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴動作を電極によって調整する液滴アクチュエータに関し、より詳細には、液滴の充填、調剤（ｄｉｓｐｅｎｓｅ）、分割、及び／又は、処理を高度化する、液滴アクチュエータの変更、及び、液滴アクチュエータの電極構成に関する。本発明は、また、電場勾配を用いて液滴動作を導く、又は高度化する、変更型アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
［関連出願についてのクロス・リファレンス］
本出願は、２００７年１２月２３日出願の「段階的及びアナログ調剤」と題する米国仮特許出願番号第６０／９８８，１３８号、及び、２００７年１２月２６日出願の「液滴アクチュエータの容器構成」と題する米国仮特許出願番号第６１／０１６，６１８号の優先権を主張する。
【０００３】
［連邦政府支援の声明］
本発明は、米国国立衛生研究所の助成によるＧＭ０７２１５５及びＤＫ０６６９５６の支援によりなされた。米国政府は本発明に対して所定の権利を主張するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
様々な液滴動作を導くために液滴アクチュエータが使用されている。液滴アクチュエータは、通常、ある隙間をもって隔たれた２つの基板を含む。この基板は、液滴動作を導く電極を有する。空間には通常、液滴アクチュエータで操作される流体とは混和しない充填剤流体で満たされている。液滴の輸送、液滴の調剤など、様々な液滴動作を導くために、電極によって液滴の生成及び運動が制御される。試料及び試薬の両方のため、液滴は、正確、及び／又は、高精度の量の体積を有するように生成する必要がある。したがって、液滴アクチュエータには液滴を計測する代替のアプローチが必須となる。さらに、試料、及び／又は、試薬などの液滴動作流体の液滴アクチュエータへの充填、及び液滴アクチュエータからかかる流体を除去するための改善した手法も必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、液滴形成電極構成部を備えた液滴アクチュエータを提供する。液滴形成電極構成部は、液滴動作表面と関連付けてもよい。前記電極構成部は、液滴動作表面で小液滴の形成時に液滴の端部の位置を制御するように構成された１以上の電極を含むことができる。前記電極構成部は、液滴動作表面で小液滴の形成時に液滴の体積を制御するように構成された１以上の電極を含むことができる。前記電極構成部は、液滴動作表面で小液滴の形成時に液滴のフットプリントを制御するように構成された１以上の電極を含むことができる。
【０００６】
液滴形成時に制御される前記液滴の端部は、前記液滴の狭隘部領域の端部を含むことができる。液滴形成時に制御される前記液滴の端部は、形成中の小液滴の端部を含むことができる。前記液滴の端部の位置を制御することは、前記小液滴の体積を制御することであってもよい。前記液滴のフットプリントを制御することは、前記小液滴の体積を制御することであってもよい。前記液滴の領域のフットプリントを制御することは、前記小液滴の体積を制御することであってもよい。前記液滴のフットプリントの狭隘部領域を制御することは、前記小液滴の体積を制御することであってもよい。前記制御は、前記電極に印可される電圧を制御することによる制御によって実行することができる。
【０００７】
前記電極構成部が中間電極構成部と）前記中間電極構成部と隣り合う電極と、を含むことができる。前記中間電極構成部は１以上の内側電極と、前記１以上の内側電極に対して側方向に配置された２以上の外側電極とを、含むことができる。前記中間電極構成部と前記中間電極構成部と隣り合う電極とが、前記液滴の存在下で前記中間電極構成部と前記中間電極構成部と隣り合う電極とが作動すると、前記液滴が前記液滴形成電極構成部を横断する細長の液滴となるように配置することができる。前記細長の液滴の存在下、前記２以上の外側電極の２以上に印可される電圧が低下すると、前記細長の液滴の狭隘部形成が開始するようにしてもよい。前記２以上の外側電極に印可される電圧の低下に続いて、前記１以上の内側電極に印可される電圧が低下すると、前記細長の液滴は分断し、１以上の小液滴を形成するようにしてもよい。前記細長の液滴の存在下、前記２以上の外側電極が非作動になると、前記細長の液滴の狭隘部形成が開始するようにしてもよい。全ての外側電極が非作動になるに続いて、前記１以上の内側電極が非作動になると、前記細長の液滴は分断し、１以上の小液滴を形成するようにしてもよい。前記１以上の内側電極に対して側方向に配置された２以上の外側電極は、電気的に結合して単一の電極として機能することができる。
【０００８】
液滴アクチュエータは、前記液滴形成電極構成部に隣接する容器電極を含むことができる。
【０００９】
前記電極構成部は、１以上の中央に位置する電極と、前記液滴形成電極構成部の端部に隣接する１以上のネッキング電極と、を含むことができる。前記中央に位置する電極と前記ネッキング電極とが、前記ネッキング電極から始めて前記中央に位置する電極に続く電極群を順次非作動にすることにより行われる液滴分割処理における液滴の狭隘部形成と分割を制御するように構成することができる。
【００１０】
上述の液滴アクチュエータにおいて、前記電極構成部は略Ｉ形状、及び／又は、砂時計形状の中央に位置する電極を含むことができる。前記電極構成部は、電極群の経路に間に配置することができる。前記電極構成部と前記電極群の経路とが共通軸に沿って配置することができる。前記電極構成部は、前記共通軸について対称に配置された中央電極と、前記中央電極に隣り合うネッキング電極と、を含むことができる。
【００１１】
ネッキング電極の第１の群に隣り合うネッキング電極の第２の群をさらに含むことができる。前記ネッキング電極は、前記共通軸から離れる方向に凸形の形状を有することができる。前記ネッキング電極は、前記中央電極に対して略平行の指向性を有する電極棒を含むことができる。前記電極構成部は、前記電極群の経路において１以上の隣接する電極の寸法と略同一の寸法を有することができる。前記電極構成部が、正方形又は長方形を形成するように配置された４つの三角形を含むことができる。
【００１２】
前記電極構成部は、小液滴の形成時に前記液滴の端部の位置を制御する電場勾配を生成する電極を含むことができる。前記電場勾配を生成する電極は、小液滴の形成時に前記液滴の狭隘部領域の端部の位置を制御することができる。前記電場勾配を生成する電極は、小液滴の形成時に前記液滴の狭隘部領域の端部の径を制御することができる。前記電場勾配を生成する電極は、小液滴の形成時に前記液滴の狭隘部領域のフットプリントを制御することができる。
【００１３】
前記電極は、液滴の狭隘部を導く第１の電圧の電場勾配と、液滴の分割を導く第２の電圧の電場勾配と、を生成することができる。前記電極は、液滴の拡張部を導く第１の電圧の電場勾配と、液滴の狭隘部を導く第２の電圧の電場勾配と、液滴の分割を導く第３の電圧の電場勾配と、を生成することができる。
【００１４】
前記場の勾配は、前記電極の上部の組成物により確立されることができる。前記組成物が誘電体組成物を含むことができる。前記組成物は、異なる複数の厚さを有する領域を含むパターン化された材料を含むことができる。前記組成物は、異なる静的比誘電率（ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｓｔｔｉｃ  ｐｅｒｍｉｔｉｖｉｔｙ）又は誘電率を有する領域を含むパターン化された材料を含むことができる。前記組成物が、２以上のパターン化された材料を含み、前記２以上のパターン化された材料は各々、異なる静的比誘電率又は誘電率を有することができる。前記組成物が、（ａ）第１の誘電率を有する誘電材料と、（ｂ）前記第１の誘電率とは異なる第２の誘電率を有する誘電材料とを含むことができる。前記組成物が、前記誘電材料の前記誘電率を変化させる１以上の物質を用いてパターン化してドープされた誘電材料を含むことができる。
【００１５】
前記場の勾配が、前記電場勾配を生成する電極の形状を含む手段によって確立してもよい。前記場の勾配が、前記電場勾配を生成する電極の電極厚さの変化を含む手段によって確立してもよい。前記場の勾配が、液滴アクチュエータの液滴動作表面に対する前記電極のｚ方向の空間的指向性を含む手段によって確立してもよい。前記電場勾配を生成する電極は、前記電極の内部に確立される導電率パターンを含むことができる。前記電場勾配を生成する電極は、所定の場の勾配を生成するようにパターン化された２以上の異なる導電材料を含むことができる。前記電場勾配を生成する電極は、前記電場勾配を生成する電極が、異なる領域において、異なるワイヤの空間密度を有する、ワイヤトレースを含むことができる。
【００１６】
本発明は、上述の液滴アクチュエータと、前記小液滴の形成時に液滴の端部の位置を制御するように構成された１以上の電極への電圧供給を制御するようにプログラムされたプロセッサと、を含むシステムを提供する。上記システムは、前記小液滴の形成時に液滴の端部を監視するセンサを含むことができる。上記システムは、前記小液滴の形成時に液滴の端部のフットプリントを監視するセンサを含むことができる。上記システムは、前記小液滴の形成時に液滴の領域のフットプリントを監視するセンサを含むことができる。システムによって監視される液滴の領域は、調剤される小液滴の体積に対応する。センサは、小液滴の体積に関連するパラメータを検出してもよい。前記センサは、前記液滴の電気的特性、化学的特性、及び／又は、物理的特性の１以上を検出するように選択することができる。前記センサは、前記液滴を撮像するように構成された撮像装置を含むことができる。プロセッサは、前記小液滴の形成時に液滴の端部の位置を制御するように構成された前記１以上の電極の１以上に印加される電圧を調整するように構成されていてもよい。プロセッサは、前記小液滴の形成時に液滴の端部の位置を制御するように構成された１以上の電極への電圧供給を制御するように構成されていてもよい。
【００１７】
本発明は、電極の経路又はアレイを有する基板を含み、前記経路又はアレイは、ワイヤトレースを用いて形成された１以上の電極を含む、液滴アクチュエータを提供する。前記ワイヤトレースの構成部は、曲折した経路のワイヤを含み、前記曲折した経路における曲部は各々、経路の他の曲部と略同一であることができる。前記ワイヤトレースの構成部は、ワイヤの密度の異なる領域を有することができる。前記ワイヤトレースの構成部は、外側領域より高いワイヤの密度を有する中央軸領域を有することができる。前記ワイヤトレースの構成部は、第１の端部領域と第２の端部領域とを有する細長電極を含むことができる。前記第１の端部領域は、前記第２の端部領域より高いワイヤの密度を有することができる。ワイヤの密度は、前記第２の端部領域から前記第１の端部領域への細長の長さに沿って次第に増加することができる。
【００１８】
本発明は、液滴を形成する液滴形成電極構成部を含む液滴アクチュエータを提供することができる。前記液滴形成電極構成部は、（ｉ）液滴源と、（ｉｉ）中間電極と、（ｉｉｉ）端子電極と、を含むことができる。前記液滴源に液体が存在する場合、前記中間電極及び前記端子電極は作動して、液滴拡張部を前記中間電極を横断して前記端子電極の上部に流すことができる。前記端子電極に印加される電圧が増加すると、前記液滴拡張部の長さを増加は増加することができる。前記中間電極を非作動とすると、前記液滴を２つの小液滴に分割することができる。
【００１９】
前記液滴源は、液滴源電極を有することができる。前記液滴源電極は、容器電極を有することができる。前記液滴源電極は、液滴動作電極を有することができる。前記端子電極は、前記中間電極に対して細長であってもよい。前記端子電極は、略先細の形状を有することができる。前記端子電極は、前記液滴源電極から離れる方向に先細であってもよい。前記端子電極は、前記液滴源電極に向かって先細であってもよい。前記端子電極は、略三角形の形状であってもよい。前記端子電極の頂点は、前記中間電極の切り欠き部に挿入されてもよい。前記端子電極は、前記中間電極に対して遠端を向いた最大幅領域から、前記中間電極に対して近端を向いた狭窄領域へ、先細となってもよい。前記端子電極は、前記中間電極に対して近端を向いた最大幅領域から、前記中間電極に対して遠端を向いた狭窄領域へ、先細となってもよい。前記最大幅領域は、前記電極構成部の軸に沿って切り取った前記中間電極の径と略同一の幅を有してもよい。前記狭窄領域は、前記電極構成部の軸に沿って切り取った前記中間電極の径よりも狭くてもよい。
【００２０】
前記液滴アクチュエータは、システムの構成要素として、液滴アクチュエータと、プロセッサと、を備えることができる。前記プロセッサは、前記電極構成部の電極に印加される電圧を制御するようにプログラムすることができる。前記プロセッサは、前記端子電極に印加される電圧を調整することによって、液滴体積を制御するようにプログラムすることができる。
【００２１】
本発明は、液滴動作を導くように構成された電極を備えた液滴アクチュエータを提供する。前記電極を、前記電極に印加される電圧を変化させることによって、液滴動作を行う電場の勾配を生成するように構成することができる。液滴アクチュエータは、前記電極に印加される電圧を変化する際に、前記液滴動作を制御する誘電トポグラフィーを確立ように構成された、誘電材料を前記電極の上部に含むことができる。
【００２２】
前記場の勾配は、前記電極の上部にパターン化された材料を備えることによって確立することができる。前記電極の上部にパターン化された材料は、異なる厚さを有する複数の領域を含む誘電材料を有することができる。前記電極の上部にパターン化された材料は、異なる誘電率を有する複数の領域を含む誘電材料を有してもよい。前記電極の上部にパターン化された材料は、２以上のパターン化された材料を含む誘電材料を有し、前記２以上のパターン化された材料の各々は、異なる誘電率を有してもよい。前記電極の上部にパターン化された材料は、前記電場の勾配を生成するように変化された組成物を有する誘電材料を含んでもよい。前記電極の上部のパターン化された材料は、（ａ）前記電極にパターン化された第１の誘電率の第１の誘電材料と、（ｂ）前記第１の誘電材料に積層された第２の誘電率の第２の誘電材料と、を含んでもよい。
【００２３】
前記場の勾配は、前記電極に印加される電圧の低下時に、前記液滴の狭隘部形成及び分割を制御するように構成してもよい。狭隘部形成が前記電極構成部に印加される電圧の第１の低下により導かれ、分断が前記電極構成部に印加される電圧の第２の低下により導かれるようにしてもよい。前記場の勾配は、電極形状を含む手段により確立してもよい。前記場の勾配は、電極の厚さを含む手段により確立してもよい。前記場の勾配は、前記電極の内部で確立される導電率パターンを含む手段により確立してもよい。前記電極は、所定の場の勾配を生成するようにパターン化された２以上の異なる導電材料を含んでもよい。前記場の勾配は、前記電極構成部の異なる領域が異なるワイヤ空間密度を有する、ワイヤトレースを含む手段により確立してもよい。前記場の勾配は、前記電極の内部の導電材料のパターンを含む手段により確立してもよい。前記場の勾配は、前記電極の内部の非導電材料のパターンを含む手段により確立してもよい。前記場の勾配は、前記電極の内部の導電性の異なる材料のパターンを含む手段により確立してもよい。
【００２４】
前記電極は、作動、非作動、又は電圧の調整時に、液滴動作に作用するパターン化された場の勾配を生成してもよい。電圧の低下が液滴の動作に作用することができる。電圧の増加が液滴の拡張部を生成することができる。液滴の存在下における前記電極の電圧の増加が前記液滴の拡張部を生成することができる。
【００２５】
本発明は、小液滴の形成時に液滴の端部の位置を制御する方法を提供する。本発明は、小液滴の形成時に液滴のフットプリントを制御する方法を提供する。本発明は、小液滴の形成時に液滴の領域のフットプリントを制御する方法を提供する。
【００２６】
本発明の方法は、液滴動作表面と関連付けられた液滴形成電極構成部を含む液滴アクチュエータを提供するステップと、前記電極構成部を用いて前記液滴の端部を制御しながら、前記小液滴を形成するステップと、を含む。前記電極構成部は、前記液滴動作表面で前記小液滴の形成時に前記液滴の端部の位置を制御するように構成された１以上の電極を含む。
【００２７】
本方法は、前記小液滴を形成しながら、前記液滴の狭隘部領域の端部を制御するステップを含むことができる。本方法は、前記小液滴を形成しながら、前記液滴の狭隘部領域のフットプリントを制御するステップを含むことができる。本方法は、前記小液滴を形成しながら、前記液滴の狭隘部領域のフットプリントの領域を制御するステップを含むことができる。本方法は、前記小液滴を形成しながら、前記狭隘部領域の径を制御するステップを含むことができる。本方法は、前記小液滴を形成しながら、前記狭隘部領域の体積を制御するステップを含むことができる。本方法は、前記小液滴を形成しながら、前記狭隘部領域の排出を制御するステップを含むことができる。
【００２８】
本方法は、前記小液滴を形成しながら、前記小液滴の端部を制御するステップを含むことができる。本方法は、前記小液滴を形成しながら、前記小液滴の体積を制御するステップを含むことができる。
【００２９】
本方法は、前記小液滴を形成しながら、前記小液滴のフットプリントを制御するステップを含むことができる。本方法は、前記小液滴を形成しながら、前記小液滴の領域のフットプリントを制御するステップを含むことができる。
【００３０】
前記小液滴を形成するステップは、前記電極構成部に印可された電圧を含むことができる。前記小液滴を形成するステップは、中間電極構成部に印可された電圧を含むことができる。前記小液滴を形成するステップは、端子電極構成部に印可された電圧を含むことができる。前記小液滴を形成するステップは、電極構成部の中間電極に印可された電圧を含むことができる。前記小液滴を形成するステップは、電極構成部の端子電極に印可された電圧を含むことができる。
【００３１】
前記電極構成部は、中間電極構成部と、前記中間電極構成部と隣り合う電極と、を含んでもよい。前記中間電極構成部が１以上の内側電極と、前記１以上の内側電極に対して側方向に配置された２以上の外側電極とを、含むことができる。前記中間電極構成部と前記中間電極構成部と隣り合う電極とは、前記液滴の存在下で前記中間電極構成部と前記中間電極構成部と隣り合う電極とが作動すると、前記液滴が前記液滴形成電極構成部を横断する細長の液滴となるように配置することができる。前記細長の液滴の存在下、前記２以上の外側電極の２以上に印可される電圧が低下すると、前記細長の液滴の狭隘部形成を開始することができる。前記２以上の外側電極に印可される電圧の低下に続いて、前記１以上の内側電極に印可される電圧が低下すると、前記細長の液滴は分断し、１以上の小液滴を形成することができる。前記細長の液滴の存在下、前記２以上の外側電極が非作動になると、前記細長の液滴の狭隘部形成が開始することができる。全ての外側電極が非作動になるに続いて、前記１以上の内側電極が非作動になると、前記細長の液滴は分断し、１以上の小液滴を形成することができる。前記１以上の内側電極に対して側方向に配置された２以上の外側電極は、電気的に結合して単一の電極として機能することができる。
【００３２】
前記電極構成部は、前記液滴形成電極構成部に隣接する容器電極を含むことができる。前記小液滴を形成するステップが、より大きな体積の液滴から、より小さな体積の液滴を調剤するステップを含むことができる。前記液滴形成電極構成部に隣接する液滴動作電極を含むことができる。前記電極構成部が、１以上の中央に位置する電極と、前記液滴形成電極構成部の端部に隣接する１以上のネッキング電極と、を含むことができる。前記小液滴を形成するステップが、前記ネッキング電極から始めて前記中央に位置する電極に続く電極群を順次非作動にするステップを含むことができる。前記電極構成部は略Ｉ形状、及び／又は、砂時計形状の中央に位置する電極を含むことができる。
【００３３】
前記電極構成部は、電極群の経路に間に配置することができる。前記電極構成部と前記電極群の経路とを共通軸に沿って配置することができる。前記電極構成部は、前記共通軸について対称に配置された中央電極と、前記中央電極に隣り合うネッキング電極と、を含むことができる。ネッキング電極の第１の群に隣り合うネッキング電極の第２の群をさらに含んでもよい。前記ネッキング電極は、前記共通軸から離れる方向に凸形の形状を有することができる。前記ネッキング電極は、前記中央電極に対して略平行の指向性を有する電極棒を含むことができる。前記電極構成部は、前記電極群の経路において１以上の隣接する電極の寸法と略同一の寸法を有することができる。前記電極構成部が、正方形又は長方形を形成するように配置された４つの三角形を含むことができる。前記電極構成部は、小液滴の形成時に前記液滴の端部の位置を制御する電場勾配を生成する電極を含むことができる。
【００３４】
本方法は、小液滴の形成時に前記液滴の狭隘部領域の端部の位置を制御する電場勾配を確立する前記電極構成部を使用することによって、前記液滴の端部の位置を制御するステップを含むことができる。本方法は、液滴の狭隘部を導く第１の電圧の電場勾配と、液滴の分割を導く第２の電圧の電場勾配と、を前記電極構成部に印可する電圧を制御して確立するステップを含むことができる。本方法は、液滴のフットプリントを制御するステップを含むことができる。電極構成部は、小液滴形成時に液滴の狭隘部領域のフットプリントを制御する電場勾配を確立することができる。フットプリントは、電極構成部に印可される電圧を制御して、液滴の狭隘部形成を導く第１の電圧の電場勾配と、液滴の分割を導く第２の電圧の電場勾配を確立することによって、制御することができる。
【００３５】
本方法は、液滴の拡張部を導く第１の電圧の電場勾配と、液滴の狭隘部を導く第２の電圧の電場勾配と、液滴の分割を導く第３の電圧の電場勾配と、を前記電極構成部に印可する電圧を制御して確立するステップを含むことができる。
【００３６】
前記場の勾配は、前記電極の上部の組成物により確立することができる。前記組成物は誘電体組成物を含むことができる。前記組成物が、異なる複数の厚さを有する領域を含むパターン化された材料を含むことができる。前記組成物が、異なる静的比誘電率又は誘電率を有する領域を含むパターン化された材料を含むことができる。前記組成物が、２以上のパターン化された材料を含み、前記２以上のパターン化された材料は各々、異なる静的比誘電率又は誘電率を有するようにしてもよい。前記組成物が、第１の誘電率を有する誘電材料と、前記第１の誘電率とは異なる第２の誘電率を有する誘電材料とを含むようにしてもよい。異なる誘電率を有する材料が、電極に印可される電圧が変化する際に、液滴動作に影響を与える場の勾配を導くようにパターン化してもよい。前記組成物が、前記誘電材料の前記誘電率を変化させる１以上の物質を用いてパターン化してドープされた誘電材料を含んでもよい。前記場の勾配は、前記電場勾配を生成する電極の形状を含む手段によって確立してもよい。前記場の勾配は、前記電場勾配を生成する電極の電極厚さの変化を含む手段によって確立してもよい。前記場の勾配は、液滴アクチュエータの液滴動作表面に対する前記電極のｚ方向の空間的指向性を含む手段によって確立してもよい。
【００３７】
既に説明したように、前記電場勾配を生成する電極は、前記電極の内部に確立される導電率パターンを含んでもよい。前記電場勾配を生成する電極は、所定の場の勾配を生成するようにパターン化された２以上の異なる導電材料を含んでもよい。前記電場勾配を生成する電極は、前記電場勾配を生成する電極は、異なる領域において、異なるワイヤの空間密度を有する、ワイヤトレースを含んでもよい。
【００３８】
本方法は、システムによって制御することができる。システムは、小液滴を形成するステップを制御してもよい。システムが、液滴の狭隘部領域の径を制御するようにしてもよい。システムは、液滴の狭隘部領域のフットプリントを制御してもよい。システムは、液滴の狭隘部領域の一部のフットプリントを制御してもよい。システムは、前記電極構成部の１以上の電極の電圧の供給を制御するようにプログラムされたプロセッサを含むことができる。システムは、プロセッサと連結したセンサを含んでもよい。本方法は、プロセッサに連結されたセンサを用いて、小液滴の形成時に液滴の幹部を監視するステップを含むことができる。本方法は、センサによって検知されたパラメータに基づいて、電極又は電極構成部に印可される電圧を調整してもよい。プロセッサは、前記プロセッサは、前記小液滴を形成しながら、検知された前記液滴の端部の位置に応じて、所望の小液滴の体積を表す所定の位置に前記液滴の端部が位置するように前記電極構成部の１以上の電極に印加される電圧を調整することによって、調剤される小液滴の体積を制御するように構成することができる。
【００３９】
本発明は、液滴から小液滴を形成する方法を提供する。該方法は、狭隘部形成及び分割処理において、液滴の狭隘部領域の径を制御可能に削減するステップを含むことができる。
【００４０】
本発明は、液滴から小液滴を形成する方法を提供する。該方法は、端子電極の上部の液滴の体積を制御可能に拡張するステップと、前記端子電極の上部が所望の体積に到達すると、中間電極で液滴分割処理を開始するステップと、を含むことができる。小液滴は所定の体積を有することができる。
【００４１】
本発明は、小液滴を形成する方法を提供する。該方法は、第１の電極と第２の電極を含む電極構成部にわたる細長の液滴を提供するステップを含む。前記細長の液滴は、前記第１の電極の上部の液体の体積と、前記第２の電極の上部の液体の体積とを含む。本発明はさらに、前記第２の電極の上部の前記細長の液滴の体積を制御可能に拡張するステップと、前記第１の電極の液滴を分割して、小液滴を生成するステップと、を含む。小液滴は所定の体積を有することができる。
【００４２】
本発明は、小液滴を形成する方法を提供する。該方法は、中間領域を含む場の勾配を生成するように構成された電極にわたる細長の液滴を提供するステップを含む。前記中間領域の上部ではエレクトロウェッティングを行うために比較的高い電圧を必要とする。本方法は、また、液滴が前記中間領域を横断して拡張するために十分な電圧を前記電極に印可するステップと、前記液滴が前記中間領域で分断するために十分に電圧を低下させるステップと、を含む。前記場の勾配は、電極形状を含む手段によって確立してもよい。前記場の勾配は、電極の厚さを含む手段によって確立してもよい。前記場の勾配は、前記電極の内部で確立される導電率パターンを含む手段によって確立してもよい。前記電極は、所定の場の勾配を生成するようにパターン化された２以上の異なる導電材料を含んでもよい。前記場の勾配は、前記電極構成部の異なる領域が異なるワイヤ空間密度を有する、ワイヤトレースを含む手段により確立してもよい。前記場の勾配は、前記電極の内部の導電材料のパターンを含む手段により確立してもよい。前記場の勾配は、前記電極の内部の非導電材料のパターンを含む手段により確立してもよい。前記場の勾配は、前記電極の内部の導電性の異なる材料のパターンを含む手段により確立してもよい。前記電極又は電極構成部は、作動、非作動、又は電圧の調整時に、液滴動作に作用するパターン化された場の勾配を生成してもよい。
【００４３】
本発明は、小液滴を形成する方法を提供する。該方法は、場の勾配を生成するように構成された端子電極領域を含む、電極構成部にわたる細長の液滴を提供するステップを含む。前記端子電極領域の上部の液滴体積は、前記端子電極領域に印可される電圧が上昇すると徐々に増加することができる。本方法は、液滴が前記端子電極領域の上部において所定の体積までに拡張するための十分な電圧を前記電極に印可するステップを含むことができる。本方法は、前記液滴を分断して、前記端子電極領域の上部に小液滴を形成するステップと、を含むことができる。前記端子電極領域は、前記端子電極領域の上部の液滴体積が、隣接する単位寸法（ａｄｊａｃｅｎｔ  ｕｎｉｔ  ｓｉｚｅｄ）の液滴動作電極の体積より大きくなることを可能にするように構成することができる。前記場の勾配は、電極形状を含む手段によって確立してもよい。前記場の勾配は、電極の厚さを含む手段によって確立してもよい。前記場の勾配は、前記電極の内部で確立される導電率パターンを含む手段によって確立してもよい。前記電極は、所定の場の勾配を生成するようにパターン化された２以上の異なる導電材料を含んでもよい。前記場の勾配は、前記電極構成部の異なる領域が異なるワイヤ空間密度を有する、ワイヤトレースを含む手段により確立してもよい。前記場の勾配は、前記電極の内部の導電材料のパターンを含む手段により確立してもよい。前記場の勾配は、前記電極の内部の非導電材料のパターンを含む手段により確立してもよい。前記場の勾配は、前記電極の内部の導電性の異なる材料のパターンを含む手段により確立してもよい。
【００４４】
本発明は、容器を含む頂部基板アセンブリと、頂部基板から離間して隙間を形成する底部基板アセンブリと、前記頂部基板アセンブリ及び／又は底部基板アセンブリと関連付けられて、１以上の液滴動作を導くように構成された電極と、経路流体と、を含む液滴アクチュエータを提供する。前記経路流体は、前記容器から前記隙間へ流体が流れ、前記電極の１以上により調整される１以上の液滴動作を液滴に行うように構成されている、及び／又は、前記電極を用いて流体を輸送して開口部に接触させ、前記流体を前記隙間から略排出し、前記容器に入るように構成されていてもよい。
【００４５】
前記頂部基板アセンブリは、頂部基板と、前記頂部基板に関連付けられ、前記容器を内部に形成した容器基板と、を含んでもよい。液滴アクチュエータは、前記底部基板に関連付けられた容器電極を含むことができる。前記開口部は前記容器電極の端部と重なり合ってもよい。液滴アクチュエータは、前記底部基板に関連付けられ、前記容器電極と隣接する第１液滴動作電極をさらに含み、前記開口部が、前記第１の電極の端部と前記液滴動作電極の端部と重なり合うようにしてもよい。液滴アクチュエータは、前記底部基板に関連付けられ、少なくとも部分的に前記容器電極に挿入されている第１液滴動作電極をさらに含み、前記開口部が、前記第１の電極の端部と前記液滴動作電極の端部と重なり合うようにしてもよい。液滴アクチュエータは、前記隙間から前記容器への液滴の流れを容易にするように構成することができる。前記容器は、略１ｍｍより大きい径を有してもよい。容器は、略２ｍｍより大きい径を有してもよい。前記容器は、略１００から略３００ｍｌの範囲の体積の液体を保持するために十分な容積を有してもよい。前記容器は、略５μｌから略５０００μｌの範囲の体積の液体を保持するために十分な容積を有してもよい。前記容器は、略１０μｌから略２０００μｌの範囲の体積の液体を保持するために十分な容積を有すしてもよい。前記容器は、略５０μｌから略１５００μｌの範囲の体積の液体を保持するために十分な容積を有してもよい。前記容器は、略円筒形の寸法（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）を有してもよい。前記開口部を、前記容器の円筒形の寸法の軸について略一直線上に配置してもよい。前記隙間が充填剤流体を含んでもよい。前記充填剤流体は油を含んでもよい。前記容器は、前記容器の主容積部分に対して削減した径を有する領域と、前記容器の主容積部分と前記開口部との間に流体経路を提供する削減した径を有する領域と、を含むことができる。前記容器の制限領域は、前記容器の制限領域のデッドボリュームに対応するデッドハイトを超える、前記底部基板の上方の高さを有してもよい。前記容器の主容積部は、前記容器の主容積部のデッドボリュームに対応するデッドハイトを超える、前記底部基板の上方の高さを有してもよい。前記容器の制限領域は、第１の径と、前記底部基板の上方の第１の高さとを有し、前記容器の主容積領域は、第２の径と、前記底部基板の上方の第２の高さとを有し、前記第１の径、前記第１の高さ、前記第２の径、及び前記第２の高さは、前記容器の主容積部の全容積と略同一の体積の液体を調剤できるように、選択するようにしてもよい。前記容器の主容積部は、円筒形の主容積部に対して、対応する円筒形の主容積部に対するデッドボリュームをほぼ増加させることのないように、細長としてもよい。
【００４６】
本発明は、液滴アクチュエータ間隙から液滴を輸送する方法を提供する。該方法は、容器を含む頂部基板アセンブリと、頂部基板から離間して隙間を形成する底部基板アセンブリと、前記頂部基板アセンブリ及び／又は底部基板アセンブリと関連付けられて、１以上の液滴動作を導くように構成された電極と、（ｄ）前記隙間から流体を前記容器に流すように構成された経路流体と、を有する液滴アクチュエータを提供するステップを含む。本方法は、前記電極を用いて流体を輸送して開口部に接触させ、前記流体を前記隙間から略排出し、前記容器に入れるステップを含む。前記頂部基板アセンブリは、頂部基板と、前記頂部基板に関連付けられ、前記容器を内部に形成した容器基板と、を含むことができる。容器は、底部基板に関連付けてもよい。前記開口部は前記容器電極の端部と重なり合ってもよい。第１液滴動作電極は、前記底部基板に関連付けられ、前記容器電極と隣接してもよい。前記開口部は、前記第１の電極の端部と前記液滴動作電極の端部と重なり合ってもよい。第１液滴動作電極は、前記底部基板に関連付けられ、少なくとも部分的に前記容器電極に挿入されていてもよい。前記開口部は、前記第１の電極の端部と前記液滴動作電極の端部と重なり合ってもよい。
【００４７】
上述の実施形態は例示的なものにすぎない。当業者であれば、上述の記載、続く説明、及び特許請求の範囲を参照することにより、さらなる実施形態が可能である。
＜定義＞
【００４８】
本書で使用する以下の用語の意味について説明する。
【００４９】
１以上の電極に関連する「作動」とは、１以上の状態の電気的状態に変化をもたらすことを意味する。液体の存在下では液滴動作が行われる。
【００５０】
液滴アクチュエータのビーズに関連する「ビーズ」とは、液滴アクチュエータ上の、又は液滴アクチュエータの近傍の液滴と相互作用をすることが可能なビーズ又は粒子を意味する。ビーズは、球状、略球状、略卵形、ディスク形、又はその他の三次元形状など、様々な形状の中の任意の形状でよい。ビーズは、例えば、液滴アクチュエータの液滴の中で運ばれることが可能である、又は、液滴アクチュエータ上で、及び／又は、液滴アクチュエータから離れて、液滴アクチュエータの液滴がビーズと接触できるように液滴アクチュエータについて構成されてもよい。ビーズは、例えば、樹脂及びポリマーなど幅広い材料を用いて製造することができる。ビーズは、例えば、マイクロビーズ、マイクロ粒子、ナノビーズ、ナノ粒子を含む、任意の適当な寸法でよい。いくつかのケースでは、ビーズは、磁気応答性である。他のケースでは、ビーズは、特に磁気応答性ではない。磁気応答性ビーズの場合、磁気応答性材料は、ビーズの略全てを構成してもよく、あるいは、ビーズの一成分のみを構成してもよい。ビーズの残りは、特に、ポリマー材料、被膜、及び、分析用試薬の付着物となり得るものの一部を含むことができる。好適な磁気応答性ビーズの例については、磁気応答性材料とビーズに関する教示のために参照により本書に組み込まれる、「Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ  ｆｌｏｗ  ａｓｓａｙｓ  ｐｒｅｆｅｒａｂｌｙ  ｗｉｔｈ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｓ  ｓｏｌｉｄ  ｐｈａｓｅ」と題する２００５年１１月２４日公開の米国特許公報第２００５−０２６０６８６号に記載されている。流体は、１以上の磁気応答性、及び／又は、非磁気応答性ビーズを含んでもよい。磁気応答性ビーズ及び／又は非磁気応答性ビーズの固定化、及び／又は、ビーズを用いた液滴動作実行プロトコルに関する液滴アクチュエータ技術の例については、参照により本書に組み込まれる、「Ｄｒｏｐｌｅｔ−Ｂａｓｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｓｏｒｔｉｎｇ」と題する２００６年１２月１５日出願の米国特許出願第１１／６３９，５６６号、「Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  Ｂｅａｄ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ａ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｄｒｏｐｌｅｔ」と題する２００８年３月２５日出願の米国特許出願第６１／０３９，１８３号、「Ｄｒｏｐｌｅｔ  Ａｃｔｕａｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ｄｒｏｐｌｅｔ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｂｅａｄｓ」と題する２００８年４月２５日出願の米国特許出願第Ｎｏ．６１／０４７，７８９号、「Ｄｒｏｐｌｅｔ  Ａｃｔｕａｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｎｇ  Ｂｅａｄｓ」と題する２００８年８月５日出願の米国特許出願第Ｎｏ．６１／０８６，１８３号、「Ｄｒｏｐｌｅｔ  Ａｃｔｕａｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｂｅａｄｓ」と題する２００８年２月１１日出願の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０５３５４５号、「Ｂｅａｄ−ｂａｓｅｄ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ」と題する２００８年３月２４日出願の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０５８０１８号、「Ｂｅａｄ  ��ｏｒｔｉｎｇ  ｏｎ  ａ  Ｄｒｏｐｌｅｔ  Ａｃｔｕａｔｏｒ」と題する２００８年３月２３日出願の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０５８０４７号、及び「Ｄｒｏｐｌｅｔ−ｂａｓｅｄ  Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」と題する２００６年１２月１１日出願の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０４７４８６号に記載されている。
【００５１】
「液滴」とは、充填剤流体（ｆｉｌｌｅｒ  ｆｌｕｉｄ）と少なくとも部分的に結びついた、液滴アクチュエータ上のある体積の液体を意味する。例えば、液滴は、液滴アクチュエータの１以上の表面において、充填剤流体によって完全に囲繞されている、又は、充填剤流体によって化合されていてもよい。液滴は、例えば、水性又は非水性でもよく、水性成分と非水性成分を含む混合体又はエマルジョンでもよい。液滴は、液滴アクチュエータの隙間の中に完全に又は部分的に存在してもよい。液滴は、様々な形状をとってもよい。この非限定的な例として、ディスク形状、スラグ形状、不完全球体、楕円、部分的に圧縮された球体、半球体、卵形、円筒形が含まれる。さらに、上記非限定的な例として、結合又は分割などの液滴動作時、又は、液滴アクチュエータの１以上の表面とかかる形状物が接触した結果に形成される様々な形状が含まれる。本発明の手法を用いた液滴動作を実行することのできる液滴流体の例については、「Ｄｒｏｐｌｅｔ−ｂａｓｅｄ  Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」と題する２００６年１２月１１日出願の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０４７４８６号を参照されたい。様々な実施形態では、液滴は、全血、リンパ液、血清、血漿、汗、涙、唾液、痰、脳脊髄液、羊水、精液、膣排泄物、漿液、滑液、心膜液、腹水、胸膜液、浸出液、滲出液、嚢胞液、胆液、尿、胃液、腸液、糞試料、単一又は複数の細胞を含む液体、細胞小器官を含む液体、流体化組織、流体化器官、複数細胞器官を含む液体、生物学的スワブ、バイオ廃棄物などの生体試料を含むことができる。さらに、液滴は、水、脱イオン水、食塩水、酸性溶液、塩基性溶液、洗浄液、及び／又は、緩衝剤などの試薬を含むことができる。液滴含有物の他の例は、核酸増幅プロトコル、親和性に基づくアッセイプロトコル、酵素アッセイプロトコル、シークエンシングプロトコル、及び／又は生体液分析プロトコルなどの生物学的プロトコル用の試薬などの試薬を含む。
【００５２】
「液滴アクチュエータ」は、液滴を操作するためのデバイスを意味する。液滴アクチュエータの例については、参照により開示内容が本書に組み込まれる、「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｎｇ  Ｄｒｏｐｌｅｔｓ  ｂｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｗｅｔｔｉｎｇ−  Ｂａｓｅｄ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」と題する２００５年６月２８日にＰａｍｕｌａ  ｅｔ  ａｌに発行された米国特許第６，９１１，１３２号、「Ａｐｐａｒａｔｕｓｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｎｇ  Ｄｒｏｐｌｅｔｓ  ｏｎ  ａ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ」と題する２００６年１月３０日に出願された米国特許出願第１１／３４３，２８４号、「Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏ  ｆｌｕｉｄｉｃｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓａｍｅ」と題する２００４年８月１０日に発行された米国特許第６，７７３，５６６号、「Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ  Ｗｉｔｈｏｕｔ  Ｍｏｖｉｎｇ  Ｐａｒｔｓ」と題する２０００年１月２４日にＳｈｅｎｄｅｒｏｖ  ｅｔ  ａｌ．、Ｐｏｌｌａｃｋ  ｅｔ  ａｌに発行された米国特許第６，５６５，７２７号、「Ｄｒｏｐｌｅｔ−Ｂａｓｅｄ  Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」と題する２００６年１２月１１日出願の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０４７４８６号を参照されたい。本発明の方法は、例えば、「Ｄｒｏｐｌｅｔ  ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍｓ」と題する２００７年５月９日に発行された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００７／００９３７９号に記載の液滴アクチュエータシステムを用いて実行することができる。様々な実施形態では、液滴アクチュエータによる液滴の操作は、電極の調整、例えば、エレクトロウェッティングの調整又は誘電泳動の調整である。本発明の液滴アクチュエータを使用して流体の流れを制御する他の方法の例は、機械的原理（例えば、外的注射ポンプ、空気膜ポンプ、振動膜ポンプ、真空装置、遠心力、及び毛管効果）、電気又は電磁的原理（例えば、電気浸透流、導電ポンプ、圧電／超音波ポンプ、磁性流体プラグ、電気流体力学ポンプ、電磁流体力学ポンプ）、熱力学原理（例えば、気泡生成／相変化を誘導する体積膨張）、他の種類の表面湿潤原理（例えば、エレクトロウェッティング、オプトエレクトロウェッティング、及び、化学的、熱的、放射線により誘導される表面張力勾配）、重力、表面張力（例えば、毛管効果）、静電気力（例えば、電気浸透流）、遠心力流（コンパクトディスクに配置され、回転する基板）、磁気力（例えば、振動するイオンにより生じる流れ）、電磁流体力学的力、及び真空又は圧力差に基づいて動作するものなどの、流体力学的流体圧力を導く装置を含む。特定の実施形態では、上述の技術の２つ以上の組み合せについて本発明の液滴アクチュエータを使用することができる。
【００５３】
「液滴動作」とは、液滴アクチュエータ上の液滴の任意の操作を意味する。液滴動作は、例えば、液滴の液滴アクチュエータへの充填、源液滴から１以上の液滴の調剤、液滴の２以上の液滴への分割、分離、又は分裂、ある場所から他の場所への任意の方向の液滴の輸送、２以上の液滴の一つの液滴への統合、混合、液滴の希釈、液滴の混ぜ合わせ、液滴の撹拌、液滴の変形、液滴をある位置に保持、液滴の培養、液滴の加熱、液滴の気化、液滴の冷却、液滴の処分、液滴の液滴アクチュエータからの輸送、本書に記載されているその他の液滴動作、及び／又は、これらの任意の組み合わせを含むことができる。「統合」、「統合する」、「混合（ｃｏｍｂｉｎｅ）」「混合する（ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）」などの用語は、２以上の液滴から一つの液滴を生成することを説明するために使用されている。このような用語を、２以上の液滴について使用した場合、２以上の液滴を一つの液滴に混合するために十分な任意の組み合わせの液滴動作を使用し得ると理解されたい。例えば、「液滴Ａを液滴Ｂに統合する」ことは、液滴Ａを輸送して、液滴Ａを静止した液滴Ｂに接触さる、液滴Ｂを輸送して、液滴Ｂを静止した液滴Ａに接触させる、又は、液滴Ａ、Ｂを輸送して、相互に接触させることによって実現することができる。用語「分割」「分離」「分裂」は、結果として得られる液滴の体積に関する特定の結果の（例えば、結果として得られる液滴の体積が同一であってもよく異なってもよい）、又は、結果として得られる液滴の数に関する特定の結果（例えば、結果として得られる液滴の数が２、３、４、５又はそれ以上であってもよい）の示唆を意図するものではない。用語「混ぜ合わせる（ｍｉｘｉｎｇ）」は、液滴の内部の１以上の成分をより均一に分布させる液滴動作を意味する。「充填」液滴動作の例として、マイクロダイアリシス充填、圧力支援充填、ロボット充填、受動充填、ピペット充填が含まれる。液滴動作は、電極調整してもよい。いくつかのケースでは、液滴動作は、表面の親水性、及び／又は、疎水性領域を用いることによって、及び／又は、物理的障害物によってさらに容易になる。
【００５４】
「充填剤流体」は、液滴アクチュエータの液滴動作基板に関連する流体を意味し、該流体は、液滴相とは十分な非混和性を有し、液滴相が電極調整による液滴動作をするようにしている。充填剤流体は、例えば、シリコンオイルなどの低粘度の油でもよい。充填剤流体の他の例については、「Ｄｒｏｐｌｅｔ−ｂａｓｅｄ  Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」と題する２００６年１２月１１日出願の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０４７４８６号、及び、「Ｕｓｅ  ｏｆ  ａｄｄｉｔｉｖｅｓ  ｆｏｒ  ｅｎｈａｎｃｉｎｇ  ｄｒｏｐｅｔ  ａｃｔｕａｔｉｏｎ」と題する２００８年８月８日出願の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０７２６０４号に記載されている。充填剤流体は、液滴アクチュエータの隙間全体を充填してもよいし、液滴アクチュエータの１以上の表面を覆ってもよい。
【００５５】
磁気応答性ビーズについて「固定」するとは、ビーズを、液滴アクチュエータの液体の中の位置に、又は、充填剤流体の中の位置に略保持することを意味する。例えば、一実施形態では、固定されたビーズは、液滴の分割動作の実行を可能して、ビーズのほぼ全てを有する一つの液滴と、ビーズがほぼ存在しない一つの液滴とを生成することができる位置に十分に保持される。
【００５６】
「磁気応答性」とは、磁場に対する応答性を意味する。「磁気応答性ビーズ」は、磁気応答性材料を含む、又は、磁気応答性材料からなる。磁気応答性材料の例として、常磁性体材料、強磁性体材料、フェリ磁性体材料、メタ磁性体材料が含まれる。好適な常磁性体材料の例として、鉄、ニッケル、コバルト、及び、Ｆｅ３Ｏ４、ＢａＦｅ１２Ｏ１９、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｍｎ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｏＭｎＰなどの金属酸化物が含まれる。
【００５７】
磁気応答性ビーズの洗浄の「洗浄」とは、磁気応答性ビーズと接触する、又は、磁気応答性ビーズと接触する液滴から磁気応答性ビーズに露出した１以上の物質の量、及び／又は、濃度を低下することを意味する。上記物質の量、及び／又は、濃度を低下することは、部分的なものでもよく、ほぼ全体的なものでもよく、又は、全体的なものであってもよい。上記物質として、様々な任意の物質が可能であり、例えば、さらなる分析のための目標物質、及び、試料の成分、汚染物質及び／又は、試薬の超過分などの不要な物質でもよい。いくつかの実施形態では、洗浄動作は、最初に液滴を磁気応答性ビーズに接触させて開始する。液滴は、初期量と初期濃度の上記物質を含む。洗浄動作は、様々な液滴動作を用いて実行することができる。洗浄動作は、磁気応答性ビーズを含み、初期量及び／又は初期濃度よりも少ない合計量及び／又は濃度の上記物質を有する液滴を生成することができる。好適な洗浄技術の例については、参照により、本書に前開示内容が組み込まれる、「Ｄｒｏｐｌｅｔ−Ｂａｓｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｗａｓｈｉｎｇ」と題する２００８年１０月２１日公開の米国特許番号第７，４３９，０１４号に開示されている。
【００５８】
本書に使用される「頂部」、「底部」、「上方」、「上部」、「下方」、「上に」という用語は、液滴アクチュエータの頂部基板及び底部基板の相対的な位置など、液滴アクチュエータの構成部の対応する位置に基づくものである。液滴アクチュエータの機能は、空間的指向性とは無関係である。
【００５９】
任意の形状の液体（例えば、液滴、即ち、移動又は静止状態の連続体）が、電極、アレイ、マトリクス又は表面の「上」、「において」、又は「上方」にあるとして記載する場合、かかる液体は、電極／アレイ／マトリクス／表面と直接接触している、又は、液体と電極／アレイ／マトリクス／表面との間に挿入された１以上の層又は膜と接触していることがあり得る。
【００６０】
液滴が、液滴アクチュエータの「上」、「上に充填されて」いるとして記載されている場合、液滴アクチュエータを用いて液滴の１以上の液滴動作を導くことが容易なように液滴が液滴アクチュエータの上に配置されている、液滴の特性、又は、液滴からの信号を検知すること、及び／又は、液滴に液滴アクチュエータ上で液滴動作を行うことが容易となるように、液滴が液滴アクチュエータの上に配置されていると理解するべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１Ａ】電極構成部の上面図、及び、所定の体積を有する液滴の調剤処理を説明する図である。
【図１Ｂ】電極構成部の上面図、及び、所定の体積を有する液滴の調剤処理を説明する図である。
【図１Ｃ】電極構成部の上面図、及び、所定の体積を有する液滴の調剤処理を説明する図である。
【図１Ｄ】電極構成部の上面図であり、所定の体積を有する液滴の調剤処理を説明する図である。
【図１Ｅ】電極構成部の上面図であり、所定の体積を有する液滴の調剤処理を説明する図である。
【図２Ａ】電極構成部の上面図であり、液滴形成処理時に液滴の排出を制御することによって、より正確、及び／又は、高精度な体積を有する液滴の調剤処理を説明する図である。
【図２Ｂ】電極構成部の上面図であり、液滴形成処理時に液滴の排出を制御することによって、より正確、及び／又は、高精度な体積を有する液滴の調剤処理を説明する図である。
【図２Ｃ】電極構成部の上面図であり、液滴形成処理時に液滴の排出を制御することによって、より正確、及び／又は、高精度な体積を有する液滴の調剤処理を説明する図である。
【図３Ａ】より正確、及び／又は、高精度な体積を有する液滴を制御可能に調剤するための中間電極又は電極構成部を備えた電極構成図の上面図である。
【図３Ｂ】より正確、及び／又は、高精度な体積を有する液滴を制御可能に調剤するための中間電極又は電極構成部を備えた電極構成図の上面図である。
【図３Ｃ】より正確、及び／又は、高精度な体積を有する液滴を制御可能に調剤するための中間電極又は電極構成部を備えた電極構成図の上面図である。
【図４Ａ】液滴アクチュエータの電極構成部の上面図であり、段階的な液滴の調剤処理におけるその使用を説明する図である。
【図４Ｂ】液滴アクチュエータの電極構成部の側面図であり、段階的な液滴の調剤処理におけるその使用を説明する図である。
【図５】液滴アクチュエータにおいて液滴分割処理を支援するための物理的構造体を用いた電極構成部の上面図である。
【図６Ａ】液滴アクチュエータにおいて改善した液滴の調剤を行うための電極構成部の上面図である。
【図６Ｂ】液滴アクチュエータにおいて改善した液滴の調剤を行うための電極構成部の上面図である。
【図７Ａ】指定された目的電極で隙間トポロジーを再構成することによって、改善した液滴の調整を行うように構成された液滴アクチュエータの側面図である。
【図７Ｂ】指定された目的電極で隙間トポロジーを再構成することによって、改善した液滴の調整を行うように構成された液滴アクチュエータの側面図である。
【図８】ネッキング及び分割電極がワイヤトレースを有する、液滴の分割又は調剤処理時にネッキング及び分割を制御する本発明の他の実施形態を示す図である。
【図９】液滴動作電極と隣り合う中間ネッキング及び分割電極構成部を含む電極構成部を示す図である。
【図１０】液滴動作電極と隣り合う中間ネッキング及び分割電極構成部を含む電極構成部を示す図である。
【図１１Ａ】流体の充填／排出のための頂部基板に関連付けられた容器を含むように構成された液滴アクチュエータの側部断面図である。
【図１１Ｂ】流体の充填／排出のための頂部基板に関連付けられた容器を含むように構成された液滴アクチュエータの上部断面図である。
【図１２Ａ】動作流体の注入／排出のための容器を含む他の液滴アクチュエータ構成部の側面図である。
【図１２Ｂ】動作流体の注入／排出のための容器を含む他の液滴アクチュエータ構成部の側面図である。
【図１２Ｃ】動作流体の注入／排出のための容器を含む他の液滴アクチュエータ構成部の側面図である。
【図１２Ｄ】動作流体の注入／排出のための容器を含む他の液滴アクチュエータ構成部の側面図である。
【図１３】動作流体の注入／排出のための容器を含む他の液滴アクチュエータ構成部の側面図である。
【図１４Ａ】動作流体の注入／排出のための容器を含む他の液滴アクチュエータ構成部の側面図である。
【図１４Ｂ】動作流体の注入／排出のための容器を含む他の液滴アクチュエータ構成部の上面図である。
【図１５】動作流体の注入／排出のための容器を含む他の液滴アクチュエータ構成部の上面図である。
【図１６】容器井戸の径が変化した場合の水圧ヘッドの要件の一般的な挙動を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
本発明は、液滴アクチュエータの液滴動作を導く液滴アクチュエータ及び方法を提供する。例えば、本発明は、液滴アクチュエータの液滴の充填、分割、及び／又は、調剤を改善する液滴アクチュエータの構成及び技術を提供する。本発明の液滴アクチュエータは、いくつかのケースでは、様々な改変された電極構成を含むことができる。いくつかの実施形態では、本発明の液滴アクチュエータ及び方法は、体積を変化させた液滴の調剤（例えば、液滴のアナログ計量）のために使用できる。いくつかの実施形態では、本発明の液滴アクチュエータは、液滴形成処理時に液滴の排出を制御することによって、液滴が有する体積をより正確、及び／又は、高精度にして液滴を調剤するために使用される。いくつかの実施形態では、本発明の液滴アクチュエータ及び方法は、段階的な液滴の調剤を容易にするために有益である。特定の実施形態では、液滴の分割動作を支援する１以上の物理的構造部を採用した電極構成を利用する。プライミング動作も提供される。本発明はまた、流体の充填（ｉｎｐｕｔ）／排出（ｏｕｔｐｕｔ）（ＩＯ）のための頂部基板と関連付けられた容器を使用する液滴アクチュエータも提供する。本発明の実施形態の動作流体Ｉ／Ｏ機構の例として、電極（例えば、エレクトロウェッティング電極）の配列と、容器電極に対して位置する開口部を有する頂部基板と、頂部基板の開口部に対して位置する容器を有する容器基板と、に給電を行う容器電極を有する液滴アクチュエータを含むことができる。本発明の他の実施形態は、上記記載の定義を考慮して考察することにより明らかになる。
【００６３】
＜１．  液滴のアナログ計量のための電極構成＞
図１Ａ及び１Ｂに、電極構成部１００の上面図と、所定の体積を有する液滴の調剤処理を示す。調剤後の液滴の体積は、アナログの方式又はデジタルの方式により選択することができる。電極構成部１００の電極を用いて、液滴動作表面の液滴動作を導くことができるように、電極構成部１００は、液滴動作表面に対して構成されている。電極構成部１００は、調剤電極１１４、１１８、１２２の構成部に近接した位置に、液滴調剤動作のための液体源として機能する容器電極１１０を含む。
【００６４】
調剤電極１１４、１１８、１２２は、特定の範囲内の液滴体積で、液滴を調剤するように構成することができる。図示の実施形態では、調剤電極は、標準液滴動作の電極形状（ｇｅｏｍｅｔｏｒｙ）を有する電極１１４と、Ｖ字型の切り込み又は凹部の形成された標準液滴動作の形状（ｇｅｏｍｅｔｏｒｙ）を有する電極１１８と、略三角形形状の電極１２２と、を含む。三角形形状の電極１２２の狭端部は、容器電極１１０の方向を向き、電極１１８のＶ字型の切り込み又は凹部の内部に着座する。三角形形状の電極１２２の幅広端部は、電極１２６、１３０などの液滴動作電極（例えば、誘電泳動又はエレクトロウェッティング電極）の経路の近傍にある。電極構成部は、構成する電極の各々の中心を貫通する軸に沿って配置される。一直線状の軸が有益であるが、本発明の動作には必須ではない。
【００６５】
図１Ａに、容器電極１１０の上部に配置された液体１３４の体積を示す。電極１１４、電極１１８、及び三角形形状の電極１２２が作動すると、容器電極１１０の液体１３４の体積から、作動した電極に液滴拡張部１３８が流出する。液滴拡張部１３８は、作動した電極の形状にほぼ順応する。
【００６６】
液滴拡張部１３８の長さは、三角形形状の電極１２２に印可される電圧に依存する。印可電圧を高くすると、液滴拡張部１３８の長さは増加する。例えば、電圧Ｖ１が三角形形状の電極１２２に印可された場合、液滴拡張部１３８は、特定の距離、伸張する。電圧Ｖ１より高い電圧Ｖ２が三角形形状の電極１２２に印可された場合、液滴拡張部１３８は、より長い特定の距離、伸張する。電圧Ｖ２より高い電圧Ｖ３が三角形形状の電極１２２に印可された場合、液滴拡張部１３８は、さらにより長い特定の距離、伸張する。電圧は、段階的に、及び／又は、アナログ的に変化させることができる。
【００６７】
図１Ｂに示すように、液滴拡張部１３８が、液滴動作表面を所望の距離、伸張すると、電極１１４、１１８の一方、又は両方は、非作動となる。一方で、三角形形状の電極１１２は作動したまま保たれる。中間の電極が非作動となると、液滴１３８が、三角形形状の電極１２２の上部に形成される。液滴１３８の体積は、三角形形状の電極１２２に印可される電圧に依存する。例えば、電圧Ｖ１が三角形形状の電極１２２に印可された場合、液滴１３８は、特定の体積となる。電圧Ｖ１より高い電圧Ｖ２が三角形形状の電極１２２に印可された場合、液滴１３８は、より大きい特定の体積となる。電圧Ｖ２より高い電圧Ｖ３が三角形形状の電極１２２に印可された場合、液滴１３８は、さらにより大きい特定の体積となる。
【００６８】
図１Ａ、１Ｂに示す本発明の態様は、液滴アクチュエータの調剤された液滴の体積を変化させる方法を提供する。体積は、アナログの方式又はデジタルの方式により変化させることができる。本方法は、１以上の中間電極と、細長端子電極と、を含む液滴調剤電極の群を使用する。細長電極端子電極に印可する電圧を変化させることにより、調剤された液滴の体積を制御して変化させるようにしてもよい。細長端子電極は、細長電極の上部で液滴拡張部の長さを制御することを可能とする任意の様式で構成することができる。例えば、制御は、細長電極に印可する電圧を制御することによって行うことができる。代替の実施形態では、端子電極は、側方に伸張してもよく、あるいは、側方と軸方向（電極経路の軸に対して）の両方に伸張してもよい。
【００６９】
細長電極は、頂点が、調剤時に親の液滴から液滴が分裂する領域を指し示す、略三角形であってもよい。台形（例えば、当脚台形）、不等辺四角形、細長の五角形、細長の六角形、他の細長の多角形（例えば、細長の多角形であって、細長の多角形の長さ方向に沿って延在する中央の軸に対して、略対称の細長の多角形）形状など、他の先細の電極形状を使用してもよい。図示の三角形の実施形態では、三角形形状の電極に印可する電圧を上げると、液滴拡張部は、三角形の頂点から、幅広端部に向かうように拡張する。このように、その調剤電極の電圧を単純に制御することによって、液滴拡張部を長く形成する、又は、短く形成することができ、調剤された液滴の体積を制御することができる。
【００７０】
図１Ｃは、先細の電極を一連の電極棒に代えた代替図である。電極構成部１０１は、調剤電極と、液滴動作電極１１４、１１８と、一連の電極棒１２４からなる棒構成部１２３と、を含む。電極棒１２４は、電極１１８に対して近端の棒から開始して、電極１１８に対して末端の電極棒１２４の方向に継続して、電極棒を順に作動して、電極構成部１２３の上部の体積を徐々に拡張する、任意の様式で配設することができる。電極構成部１２３の上部が所定の体積に到達すると、電極１１８又は電極１１４などの中間の液滴動作電極を非作動とすることによって、液滴を形成してもよい。一実施形態では、電極棒１２４が有する軸に対する側方の寸法は、隣接する液滴動作電極１１８の側方の寸法と類似している。一実施形態では、電極棒１２４が有する軸に対する側方の寸法は、隣接する液滴動作電極１１８の側方の寸法と略同一である。一実施形態では、電極棒の軸方向の寸法は、隣接する液滴動作電極１１８の軸方向の寸法の略０．７５〜略０．０１％の範囲である。他の実施形態では、電極棒の軸方向の寸法は、隣接する液滴動作電極１１８の軸方向の寸法の略０．５〜略０．１％の範囲である。他の実施形態では、電極棒の軸方向の寸法は、隣接する液滴動作電極１１８の軸方向の寸法の略０．２５〜略０．０１％の範囲である。
【００７１】
いくつかのケースでは、制御は、電極を横断して生成される場の勾配によって行うことができる。例えば、場の勾配は、電圧の増加に伴って、液滴拡張部を伸張させることができる。電極を横断する場の勾配を確立する他の技術の例では、様々な電極パターン又は電極形状を用いた、誘電材料のドーピング又は誘電材料による電極の上部の誘電材料の誘電率の勾配である。これらの例については後述する。端子電極は、液滴拡張部の長さを、端子電極に印可される電圧などの端子電極の特性に依存させるのであれば、いかなる構成でもよく、又は、いかなる構造又は形状を含んでもよい。例えば、電極は、一方の終端の垂直方向の厚さを他方の終端よりも厚くしてもよい。さらに、１以上の対電極も利用して、端子電極を横断する液滴拡張部の長さを制御する、様々な実施形態を提供することもできる。
【００７２】
本明細書に記載する新規の調剤技術により容易となる体積制御は、幅広い用途を有する。一例では、液滴体積制御は、可変比混ぜ合わせを容易にする。所望の比を有する液滴を生成するためにバイナリ混ぜ合わせツリーで複数の複雑な液滴動作を実行する代わりに、所望の体積を有する液滴を単純に調合して混合するだけでよい。例えば、１．７対１の混ぜ合わせ比を所望する場合、１．７単位の体積を有する液滴を、１単位の体積を有する液滴と調合して混合すればよい。
【００７３】
いくつかの実施形態では、液滴拡張部の細長電極に沿った拡張部は、さらに、液滴拡張部の広がりを検出して、液滴拡張部が特定の所定の長さに達した時に、液滴形成を行うようにして制御してもよい。かかる検出モダリティの例として、視覚的検出、画像に基づく検出、液滴拡張部の電気的特性に基づく様々な検出技術（例えば、周囲の充填剤流体に対する液滴拡張部の電気的特性）が含まれる。液滴拡張部の長さを測定又は監視するいくつかの実施形態では、例えば、キャパシタンス検出技術を用いてもよい。
【００７４】
フィードバック機構を使用して、液滴の分割又は調剤などの液滴の形成を制御してもよい。例えば、フィードバック機構を液滴形成処理で使用して、小液滴の体積を制御してもよい。新たな液滴を形成するためには、本明細書では、それぞれ「ネッキング」（狭隘部形成）と「分割」と呼ぶ、二つの液体を繋ぐメニスカスの形成と分断が必要となる。フィードバック機構を使用して、液滴及び／又はメニスカスの形状と位置を監視し、分断により、不均衡又は規格外の液滴体積が生じないかを判定してもよい。続いて、電圧及び／又は電圧調整のタイミングに調整を行うことができる。例えば、インピーダンス検出を使用して、エレクトロウェッティング電極の容量性負荷を監視して、液滴の重なりを推定し、推定によって、電極分割処理で各電極により支持される体積を見積もってもよい。画像解析などの他のフィードバック機構もまた、本発明の用途に好適である。フィードバックを使用して、印可する電圧の大きさ、周波数、及び／又は、形状を動的に変化させることにより、結果として、液滴の形成をより制御するようにしてもよい。
【００７５】
一実施形態では、細長端子電極のキャパシタンスをモニタして、液滴拡張部の体積を測定し、拡張部が所望の液滴体積を有する液滴を生成するために十分な所定の長さに到達すると、１以上の中間電極を非作動とすることができる。好適なキャパシタンス検出技術の例として、参照により本明細書に包括される、Ｓｔｕｒｍｅｒ  ｅｔ  ａｌ．の２００８年８月２１日に公開された「液滴アクチュエータのキャパシタンス検出」と題する国際特許出願ＷＯ／２００８／１０１１９４号、及びＫａｌｅ  ｅｔ  ａｌ．，の２００２年１０月１７日に公開された「液体の調剤システム及び方法」と題する国際特許出願ＷＯ／２００２／０８０８２２号を参照されたい。他の実施形態では、液滴操作のために使用する電極とは別の電極を使用して進行するコンタクトラインのインピーダンスを監視することができる。例えば、電極１１４、１１８、１２２、１２６の側方に沿った細長電極を使用して、進行する液滴のインピーダンスを監視することができる。これらの細長のインピーダンス測定電極は、インピーダンス測定専用としてもよく、液滴動作電極と厳密に同一の平面上にあってもよく、又は、略同一平面上でもよく、あるいは、頂部プレート上などの、他の平面にあってもよい。
【００７６】
いくつかの実施形態では、液滴体積の可変性は、端子電極よりもむしろ中間電極、又は電極アセンブリを用いて確立される。例えば、図１Ｄ及び図１Ｅに示すように、調剤構成部１５０又は１５１は、調剤電極１５５と、液滴を分割する中間電極１６０（他の実施形態では、本明細書に記載の他の中間電極又は液滴分割電極構成部のいずれかを有してもよい）と、側方に延在する電極１６７又は電極構成部１６５と、端子電極１７０と、を含む。電極１６７又は電極構成部１６５は、調剤構成部１５０又は１５１の他の電極に対して側方に延在している。調剤構成部１５０は、１以上の追加の液滴動作電極１７５と関連付けられてもよい。代替の実施形態では、電極１２２の向きは反対でもよく、すなわち、頂点が容器電極１１０に対して遠端を向き、幅広端部が容器電極１１０に対して近端を向くようにしてもよい。
【００７７】
図示の実施形態では、電極は群で作動して、液滴を調剤構成部１５０の電極に沿って端子電極１７０の上部に延伸させる。調剤構成部１５０では、液滴体積は、電極構成部１６５の１以上の小電極１６６に選択的に電圧を印可することによって制御することができる。調剤構成部１５１では、液滴体積は、電極１６７に印可する電圧を変化させることによって制御することができる。例えば、電圧を上昇させると、液滴によって覆われる側方に延在する電極の領域は増加する。例えば、観察により、算出により、所定の体積に到達すると、中間電極１６０は非作動となり、液滴が側方に延在する電極１６７又は電極構成部１６５と端子電極１７０に形成される。側方に延在する電極は、任意の様々な形状を有することができる。例えば、円形、卵形、長方形、ひし形、星形、砂時計の形状などでもよい。本明細書で説明する端子電極に対して場の勾配を生成する様々な技術のいずれかを、側方に延在する中間電極に対して使用してもよい。様々な技術を、一つの電極構成部に組み合わせる、及び／又は、一つの電極に対して組み合わせてもよい。例えば、電場は、誘電体のドーピング、誘電体の厚さ、電極のドーピング、電極の厚さ、及び／又は、電極の形状によって制御することもできる。側方に延在する中間電極は、電極群の軸に対して片方向又は両方向に延在してもよい。本発明から逸脱することなく、具体的に図示の例で説明した電極の間に追加の電極を挿入することもできる。
【００７８】
他の代替の実施形態では、電極の電圧を変化させて電場の勾配を生成するのではなく、所定の時間期間、所定の電圧を印可することによって、勾配を生成する。当然のことながら、二つの手法の組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。この手法は、細長い端子電極の技術にも、側方に延在する中間電極の技術にも好適である。印可電圧のタイミングによって、液滴を形成する前に特定の液滴拡張部の長さを確立することができる。この手法によって、所定の体積を有する液滴を調剤することができる。液滴拡張部の輸送時間を所定とすることができるので、タイミングを用いて所定の体積を有する液滴を調剤することができる。一例として、細長電極又は側方に延在する電極に印可する電圧のタイミングを、液滴拡張部の測定、液滴体積の測定に使用することができる。細長電極の一端から他の端への液滴拡張部の輸送時間を所定とすることができるので、タイミングを用いて、所定の体積を有する液滴を調剤することができる。同様に、液滴が側方に延在する電極を覆うために要する時間は時間とともに変化するので、電極の作動時間に基づいて体積を予測することができる。他の様々な実施形態では、液滴拡張部の長さを測定し、調剤する液滴の体積を測定するために、印可電圧のタイミングを電圧の変化と組み合わせることができる。
【００７９】
本発明は、電場の勾配を、電極の形状、及び／又は、電極形状の他の手段によって確立する、関連する実施形態を提供する。形状に加えて、パターン化された場の勾配も、電極の電気的特性、及び／又は、電極の上部の誘電体、及び／又は、他の被膜など、電極に関連する材料の電気的特性によって調整することができる。電極自体は、例えば、図８の電極８０５に示すように、パターン化されてもよい。電極は、所望のパターン化された場の勾配を提供するようにパターン化された複数の異なる導電材料から構成することができる。導電率の異なる、導電材料及び／又は非導電材料をパターン化して、パターン化された場の勾配を生成する一つの電極を形成してもよい。同様に、導電率の異なる導電材料をパターン化してパターン化された場の勾配を生成する一つの電極を形成してもよい。
【００８０】
電極に関連する材料を、パターン化された場の勾配を生成するようにパターン化してもよい。電極の上部に配設された誘電材料をパターン化して、電極の上部の様々な領域が異なる誘電率を有する、誘電トポグラフィーを電極の上部に確立することもできる。誘電トポグラフィーは、パターン化された場の勾配を生成することができる。電極の上部の誘電材料をパターン化することは、誘電材料で確立される厚さのパターンをベースとしてもよい。異なる誘電率を有する材料を電極の上部でパターン化して、誘電トポロジーを確立してもよい。
【００８１】
とりわけ、パターン化された場の勾配を確立する技術を用いて、電極のグループで導かれる液滴動作、又は、専用に成形された電極により生成される液滴動作の効果を模倣してもよい。パターン化された場の勾配は、非限定的な例として、図１Ａの電極１２２、図１Ｃの電極１２３、図１Ｄの電極１６６、図１Ｅの電極１６７、図８の電極８０５を含む、特定の形状を有する電極により生成される電場を模倣する特性を有することができる。パターン化された場の勾配は、図１Ｃの電極構成部１６５、図２Ａの電極構成部２１４、図３Ａの電極構成部３１４、図３Ｂの電極構成部３５６、電極３Ｃの電極構成部１６５などの電極構成部、及び図６Ａの電極６１４ａ、６１４ｂ、６１４ｃ、６１８の様々な組み合わせを模倣する特性を有することができる。同様に、本書に記載する当業者に公知の液滴動作を導く様々な標準的な電極構成部を、本書に記載の技術などの、パターン化された場の勾配をもたらす技術に代えてもよく、本書に記載の技術などのパターン化された場の勾配をもたらす技術で補足してもよい。例えば、液滴アクチュエータへの液滴の充填、源液滴から１以上の液滴の調剤、一つの液滴から２以上の液滴への分割、分離、分裂、ある場所から他の場所へ任意の方向の液滴の輸送、２以上の液滴を一つの液滴に統合する、液滴の希釈、液滴の混ぜ合わせ、液滴の撹拌、液滴の改質、液滴を特定の位置に保持する、液滴の培養、液滴の加熱、液滴の気化、液滴の冷却、液滴の処分、液滴アクチュエータからの液滴の輸送、及び上述の様々な組み合わせなどを行う、場の勾配を生成することができる。例えば、液滴分割動作では、第１の高電圧では、細長の液滴が細長電極に沿って形成され、第２の低電圧では、液滴が分裂して、２つの子液滴が生成されるように、３つの電極を横断する場の勾配を形成してもよい。
【００８２】
一実施形態では、場の勾配は、時間をかけて、又は、例えば、図１Ａ、１Ｂの電極１２２を参照して説明したように、電極に印可される電圧の変化によって制御可能な液滴拡張部を生じるようにパターン化されている。例えば、端子電極の場の勾配は、制御可能な液滴拡張部に、時間をかけて、又は、電極に印可される電圧の変化によって変化することができる。他の例では、時間をかけて、又は、電極に印可される電圧の変化によって制御可能な液滴拡張部を生じる、図８の電極８０５を参照して説明したものなどの端子電極を、トレース技術を用いて構成してもよい。
【００８３】
図２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、電極構成部２００の上面図であり、液滴形成処理時に液滴の排出を制御することによって、より正確、及び／又は、高精度の体積を有する液滴の調剤処理を説明する図である。電極構成部２００は、間に中間液滴分割電極構成部２１４を有する電極２１０ａ、２１０ｂ（例えば、エレクトロウェッティング電極）を含む。図示の実施形態では、中間電極構成部２１４は、２つの側方電極２１８（例えば、半円ジオメトリを有する側方電極２１８ａ、２１８ｂ）と、側方電極の間に配設された、例えば、図２Ａ、２Ｂ、２Ｃに示す（例えば、砂時計型のジオメトリを有する）ネッキング電極２２２とから形成されている。
【００８４】
図２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、電極構成部２００を用いた液滴分割動作を実行する一連のステップを説明している。第１に、図２Ａに示すように、電極２１０ａ、電極構成部２１４の全ての部分、及び電極２１０ｂを作動することによって、細長の液滴２３０が電極構成部２００を横断して形成される。第２に、図２Ｂに示すように、電極２１８ａと電極２１８ｂを非作動にして、電極構成部２００の他の部分を全て作動したままにする。電極２１８ａと電極２１８ｂを非作動にすることによって、中間電極構成部２１４の上部の液滴２３０の中間領域の幅が縮小するネッキング処理が開始する。液滴２３０は、電極構成部２００を電極２１８ａから電極２１８ｂに延在したままであるが、スラグ２３０のネック（狭隘部）２３４の幅は制御可能に縮小し、ネッキング電極２２２の形状にほぼ適合する。第３に、図２Ｃに示すように、ネッキング電極２２２を非作動として、電極２１８ａと電極２１８ｂを作動したままにする。処理のこの時点で、全ての中間電極２１４は非作動となっているので、ネック２３４（狭隘部）は分断し、２つの子液滴２３０ａ、２３０ｂが生成される。電極２１０ａと電極２１０ｂの何れかを、より大きな容器電極に代えてもよい。本発明から逸脱することなく、例示的に説明した電極の間に追加の電極を挿入してもよい。
【００８５】
図２に示す実施形態は、所定の体積を有する１以上の子液滴を生成するために、液滴調剤時にネッキングを制御する様々な実施形態を例示している。これらの実施形態では、液滴動作電極の経路がもうけられている。経路は、１以上の中間電極構成部を含む。液滴分割は、中間電極構成部で行われる。中間電極構成部は、複数段階の液滴のネッキング及び分割動作を行えるように構成されている。一般的に、制御されたネッキング及び分割は、電極２１８ａ、２１８ｂなどの液滴の端部に隣接した電極から電極２２２などの中央に位置する電極へ、連続する電極を順番に非作動にすることによって行われる。
【００８６】
本発明は、電場が、液滴のネックの領域の外側端部から、液滴のネックの中央領域へ電場を縮小するように制御操作して、ネッキングと分割処理を同様に制御する関連実施形態を提供する。例えば、いくつかの実施形態では、単一の中間電極を設け、中間電極の電圧が低下すると中間電極の上部の誘電材料が制御可能なネッキングと分割を行う誘電トポグラフィーを確立するようにしてもよい。他の実施形態では、単一の中間電極を設け、中間電極の電圧が下がると制御可能なネッキングと分割を行うように、電極自体をドープする、パターン化する、成形する、及び／又は、空間的指向性を持たせてもよい。さらに他の技術では、分割電極を、図８を参照して説明したもののように、トレース技術を用いて構成して、電極の電圧が下がると制御可能なネッキングが行われるようにしてもよい。
【００８７】
本書で説明するパターン化された場の勾配技術を用いて、電極構成部２１４により行われる処理と同様の、段階的に制御可能なネッキング及び分割処理を行ってもよい。例えば、電極２１４を、電極２１０ａなどの標準的な液滴動作電極に代えてもよい。パターン化された場の勾配技術は、第１の高い電圧で液滴を、図２Ａに示すように、３つの電極を横断するように細長にする場を生成する。第２の低い電圧で液滴を、図２Ｂに示すパターンのように、第２のエレクトロウェッティングのパターンに合わせる。さらに低くした、又は、非作動とした第３の電圧によって、ネック（狭隘部）は分断し、図２Ｃに示すように、隣接する電極に２つの子液滴を形成する。同様に、パターン化された場の勾配技術を用いて、同様又は略同様の手法で、電極への電圧が低下すると、液滴のネックが次第に狭くなり分割する、同様の又は略同様のネッキング及び分割処理を行うことができる。
【００８８】
図３Ａに、より正確、及び／又は、高精度の体積を有する液滴を制御可能に調剤するための中間電極構成部３１４を含む電極構成部３００の上面図を示す。中間電極構成部３１４は、液滴形成処理時に細長の液滴のネック領域から液滴の排出を制御することによって、液滴体積の正確さ、及び／又は、精度を高める。電極構成部３００は、電極３１０ａ、３１０ｂ（例えば、エレクトロウェッティング電極）と、それらの間に配設された中間液滴分割電極構成部３１４とを含む。中間電極構成部３１４は、ネッキング電極３２２群を含む。
【００８９】
ネッキング電極３２２群は、分割動作時の液滴のネックの端部の曲線をほぼ模倣できうるように形成されている。図示の実施形態では、３つのネッキング電極３２２Ａ、３２２Ｂ、３２２Ｃが中央ネッキング電極３１８の両端に設けられている。ネッキング電極３２２は、液滴のネックの端部の方向に略凸形状である。中央ネッキング電極３１８が存在する場合、ネッキング電極３２２は、ネッキング電極３１８から離れる方向に略凸形状とすることができる。中央ネッキング電極３１８が存在しない場合、ネッキング電極３２２は、電極３１０Ａの中央に位置する点から電極３１０Ｂの中央に位置する点へ延在する中心軸から離れる方向に略凸形状とすることができる。中央ネッキング電極３１８は、ネッキング略対称形で、電極３２２に対して略中心に位置する。図示の実施形態では、中央ネッキング電極３１８は略線形としているが、他のジオメトリも本発明の範囲で可能である。例えば、中央ネッキング電極３１８は、図２の電極３２２と類似した砂時計形状でもよい。中央ネッキング電極３１８は、例えば、以下の図９に示すように、Ｉ型の形状でもよい。
【００９０】
図２の中間電極構成部２１４と比較して、図３Ａの中間電極構成部３１４は、より繊細なパターン（すなわち、より繊細な勾配）の電極を示している。中間電極構成部３１４の電極部分ごとに独立して制御してもよく、あるいは、マッチする群を独立して一緒に制御してもよい。例えば、中間電極３１８の両側の電極３２２Ａを一緒に制御してもよく、電極３２２Ｂを一緒に制御してもよく、電極３２２Ｃを一緒に制御してもよい。このように、液滴形成時には電極の組ごとに、細長の液滴（図示していない）のネックの体積（即ち、排出）を制御するように選択した非作動の順番で、非作動とすることができる。
【００９１】
動作時には、電極構成部３００を横断して液滴が細長となるように、電極３１０Ａ、３１０Ｂの全てと、中間電極３１４の一部又は全てを作動することができる。中間電極は、ネックと分割の液滴形成動作を制御するために、順に非作動とすることができる。例えば、電極３２２Ａを非作動とし、続いて電極３２２Ｂ、続いて電極３２２Ｃ、続いて中央ネッキング電極３１８を非作動としてもよい。電極群ごとに順に非作動となるに従って、細長の液滴のネックの径は次第に狭くしなり、分断する。液滴分割動作時に液滴のネックから液体の排出を制御することによって、調剤する液滴体積の正確さ、及び／又は、精度を高めることができる。電極３１０ａ、３１０ｂの何れかをより大きな容器電極に代えてもよい。本発明の範囲から逸脱せずに、具体例で説明した電極の間に追加の電極を挿入することができる。
【００９２】
図３Ｂに、液滴の調剤を行うように構成された中間電極構成部３５４を含む電極構成部３５０の上面図を示す。電極構成部３５０を用いて調剤された液滴は、液滴形成時に中間電極３５４が実行するネッキング処理の制御により、より正確、及び／又は、高精度の体積を有することができる。
【００９３】
電極構成部３５０は、電極３１０Ａ、３１０Ｂ（例えば、エレクトロウェッティング電極）を含む。中間電極構成部３５４は、電極３１０Ａ、３１０Ｂの間に配設される。中間電極構成部３５４は、ジオメトリ（形状）が類似した三角形形状の電極３５４群を含む。電極３５４群は、正方形を形成するように配設されている。様々な代替の構成が可能である。４個以上の三角形の電極を用いてもよい。三角形の電極は、図３Ｂに示す三角形電極よりも細長でもよく、又は、短くてもよく、例えば、例えば、図３Ｃに示す細長の電極構成部３５６でもよい。
【００９４】
図示のように、中間電極構成部３５４は、電極３５４Ａと電極３５４Ｂとを含む。電極３５４Ａは、液滴分割動作時に細長の液滴のネッキングの制御を支援するように構成されている。電極３５４Ａは相互に略平行で、細長の液滴の外側端部と略方向な、又は、連続する、外側端部を有する。電極３５４Ａは各々、中間電極構成部３５４の内部の略中心点に向いた頂点を有する。電極３５４Ｂは、電極３５４Ｂが電極３５４Ａに対して直角に配置されている点を除くと、電極３５４Ａと略同一の構成である。電極３５４Ａと電極３５４Ｂは合わせて、略正方形の形状である中間電極構成部３５４を形成する。代替の実施形態では、構成部の全体の形状は、（図２Ａの電極２２２と類似の）砂時計の形状、又は、（図９の電極９０５ａと類似の）Ｈ型の形状であってもよい。
【００９５】
中間電極構成部３５４の電極の各々を独立して制御するようにしてもよい。あるいは、電極３５４Ａを一緒に制御し、電極３５４Ｂを一緒に制御するようにしてもよい。液滴形成時に電極３５４を非作動にすることは、液滴のネッキングと分割の制御を支援する。分割動作時、電極３１０Ａ、３１０Ｂと、電極構成部３５４とを作動して、細長の液滴が電極構成部３５０を横断して延在するようにする。電極３５４Ａを非作動としてネッキングを開始する。電極３５４Ｂを非作動として、液滴を分割し、２つの子液滴を生成する。当業者であれば、本開示を暗証することによって、より多くの数の三角形の電極を有する類似の実施形態を容易に想到することができる。
【００９６】
図３Ｃに、中間電極構成部３５４は液滴経路の方向に沿って細長であることを除いて、図３Ａに示した構成と略同一の電極構成部を示す。
【００９７】
他の例では、液滴が形成される体積、ネッキングの範囲、又は、その他のパラメータを検出し、最終的な液滴の体積を正確に制御するように液滴形成を行うことによって、側方の排水及び液滴形成をさらに制御することができる。かかる検出モダリティの例として、視覚的検出、画像化に基づく検出、又は、液滴拡張部の電気的特性（例えば、周囲の充填剤流体に対する液滴拡張部の電気的特性）に基づく様々な検出技術が含まれる。側方の排出及び／又は液滴形成の測定又は監視するいくつかの実施形態では例えば、キャパシタンス検出技術を用いることができる。ネッキング電極又は電極構成部に対する電圧は、例えば、調剤される液滴の検出された体積に基づいて制御してもよい。
【００９８】
略同等の体積を有する二つの子液滴を形成する液滴分割動作について図３に示す構成を用いて説明したが、液滴調剤動作のために同様の構成を用いてもよい。一般的に、液滴調剤動作では、側方電極（例えば、３１０Ａ、３１０Ｂ）は異なる寸法を有する。例えば、一方の外側電極は、容器電極の寸法及び形状を有し、他方は、標準的な液滴動作電極であってもよい。
【００９９】
さらに、単一の中間電極構成部を有する例について示したが、複数の中間電極構成部でも可能である。例えば、一実施形態では、電極経路は、１以上の中間電極構成部が組み込まれた複数の液滴動作電極を有する。あるグループの中の全ての電極は液滴を電極経路に沿って伸張するように作動することができる。続いて、図３を参照して説明したような中間電極構成部を、複数の液滴の形成を制御可能なように段階的に非作動とすることができる。他の構成、電極のドーピング、誘電体のドーピング、電極の厚さ、誘電体の厚さ、トレース電極、対電極及びその他の技術などの代替の技術を用いて、ここに記載の電極構成部により行われる制御可能な分割を模倣してもよい。
【０１００】
図４Ａ、４Ｂはそれぞれ、液滴アクチュエータの電極構成部４００の上面図と側面図である。電極構成部４００は、「段階的」液滴調剤処理を行う。液滴アクチュエータ４００は、底部基板４１０と頂部基板４１４を含む。
【０１０１】
基板４１０、４１４は略平行に配設され、隙間４１６をもって離間している。調剤電極４２６（例えば、エレクトロウェッティング電極）群と近接する容器電極４２２を含む第１液滴調剤構成部４１８は、底部基板４１０と関連付けられている。第１液滴調剤構成部４１８の電極４２６は、第１液滴調剤構成部４１８により調剤された液滴が液滴動作を用いて、第２液滴調剤構成部４３０に輸送されるように、第２液滴調剤構成部４３０と近接して配設されている。追加の液滴動作電極（図示されていない）を位置Ｂに挿入してもよい。
【０１０２】
一実施形態では、第２液滴調剤構成部４３０は、第１液滴調剤構成部４１８の特徴とは異なる１以上の特徴を有する。例えば、第２液滴調剤構成部４３０は、第１液滴調剤構成部４１８の容器電極の寸法とは異なる寸法を有する容器電極を含むことができる。同様に、第２液滴調剤構成部４３０は、第１液滴調剤構成部４１８の液滴動作電極の寸法とは異なる寸法を有する液滴動作電極を含むことができる。他の例として、第２液滴調剤構成部４３０は、第１液滴調剤構成部４１８の隙間の高さとは異なる高さを有する隙間を４１７含むことができる。様々な実施形態では、これらの寸法のいくつか、又は全ては異なる。
【０１０３】
同様に、特定の実施形態では、第２液滴調剤構成部４３０は、第１液滴調剤構成部４１８の特徴とは異なる１以上の特徴を有する。例えば、第２液滴調剤構成部４３０は、第１液滴調剤構成部４１８の容器電極の寸法と比較して小さい寸法を有する容器電極を含むことができる。同様に、第２液滴調剤構成部４３０は、第１液滴調剤構成部４１８の液滴動作電極の寸法と比較して小さい寸法を有する液滴動作電極を含むことができる。他の例として、第２液滴調剤構成部４３０は、第１液滴調剤構成部４１８の隙間の高さと比較して低い高さを有する隙間を４１７含むことができる。様々な実施形態では、これらの寸法のいくつか、又は全ては異なる。
【０１０４】
他の実施形態では、第２液滴調剤構成部４３０は、第１液滴調剤構成部４１８の特徴と略同一の特徴を有する。
【０１０５】
第２液滴調剤構成部４３０の隙間の高さを第１液滴調剤構成部４１８の隙間の高さと異ならせる場合、高さの差違は、様々な手段を用いて実現することができる。一例では、隙間４１６のトポロジーは、頂部基板４１４のトポロジーを変化することによって、変化させることができる。例えば、頂部基板４１４の厚さは、頂部基板４１４が第１液滴調剤構成部４１８の領域の特定の厚さを有し、第２液滴調剤構成部４３０の領域で異なる厚さを有するように、移行部分４４２（例えば、段）で変化させてもよい。この例では、隙間４１６の高さは、頂部基板４１４の厚さに対して反比例の関係であってもよい。この結果、隙間４１６は、第１液滴調剤構成部４１８の領域では特定の高さを有し、第２液滴調剤構成部４３０の領域では異なる高さを有する。
【０１０６】
液滴アクチュエータ４００の内部で調剤される液滴の体積は、液滴動作電極の寸法、及び／又は、隙間の高さなどの液滴調剤構成部の特徴に比例するので、異なる体積を有する液滴は、異なる寸法の液滴調剤構成部から調剤することができる。例えば、一実施形態では、第１液滴調剤構成部４１８は、第２液滴調剤構成部４３０から調剤される液滴より大きな体積を有する液滴を調剤するように構成されている。このため、大きな液滴は第１液滴調剤構成部４１８から調剤し、第２液滴調剤構成部４３０の容器電極４３４に輸送することができる。比較的小さい液滴は第２液滴調剤構成部４３０から調剤することができる。
【０１０７】
このようにして、液滴アクチュエータ４００は、この例では、前の段よりも小さい液滴を生成する連続する各段による、「段階的」液滴調剤機構を提供する。液滴アクチュエータ４００は、２つの液滴調剤用の段のみに限定されない。液滴アクチュエータ４００は、任意の数の液滴調剤用の段を含むことができるので、処理を進めるごとに液滴を小さくしていく複数の段が提供される。このため、同一の液滴アクチュエータの内部で、より大きな流体体積、より大きな液滴から、より小さな流体体積、より小さな液滴へと寸法を調整することが達成できる。
【０１０８】
さらに、調剤する液滴の体積は、調剤電極の上部の液体の体積に依存することができる。第２の調剤電極から調剤される液滴を所定の液滴体積の範囲内に維持するために、本発明の段階的調剤手法を用いて、第２の調剤電極の上部の液体体積の体積を所定の範囲内に維持することができる。第２の調剤電極から調剤される液滴を所定の液滴体積の範囲内に維持することにより、第２の調剤構成部４３０を用いた液滴の調剤をより正確に、及び／又は、精度を高くすることができる。
【０１０９】
動作時には、電極４２２、４２６を用いて、液滴４５０から第１の体積を有する子液滴を調剤することができる。容器電極と液滴調剤電極による親液滴から子液滴を調剤する様々な技術を使用することができる。かかる技術の一つでは、電極４２２、４２６を作動して親液滴を電極４２６の経路に沿って伸張する。中間の１以上の電極４２６を非作動として、電極４２６の経路に子液滴を生成することができる。制御可能なネッキングと分割のために設計された中間電極を本実施形態でも使用することができる。調剤体積を制御するために設計された端子電極も含むことができる。子液滴は容器電極４３４への液滴動作を用いて輸送することができる。
【０１１０】
このように、容器電極４３４には液体を制御可能に供給することがきる。こうして、液滴調剤構成部４３８からの液滴調剤の正確さ、及び／又は、精度を向上するため、液滴４５４の体積を所定の範囲内に確立することができる。同様に、液滴調剤構成部４１８に沿った液滴動作電極４２６よりも、第２液滴調剤構成部４３０に沿った隙間４１６及び／又は液滴動作電極４３８が小さい実施形態では、液滴調剤構成部４３０からのより少ない体積の液滴を調剤することができる。一例では、第１液滴調剤構成部４１８に沿って形成される液滴をマイクロリットルの体積とし、第２液滴調剤構成部４３０に沿って形成される液滴をナノリットルの体積とすることができる。
【０１１１】
図５に、液滴アクチュエータの液滴分割動作を支援する物理的構成を採用した電極構成部５００の上面図を示す。電極構成部５００は、アレイ又はグリッドなどの電極５１０（例えば、エレクトロウェッティング電極）の構成部を含むことができる。図示のように、電極構成部５００は、電極５１０のレーン１、レーン２、レーン３を含む。電極構成部５００にはレーン２に、レーン２の電極５１０の代わりに、物理的障害物５１４が追加的に組み込まれている。一例では、障害物５１４は、例えば、ドライフィルムソルダーマスクなどのガスケット材料で形成することができる。
【０１１２】
動作時には、細長の液滴５１８が電極５１０のグリッドに沿って輸送される際に、障害物５１４が細長の液滴５１８と交差して、細長の液滴５１８を２つの液滴５２２に分割する。より詳細には、第１のステップで、細長の液滴５１８が、３つの電極５１０を横断して形成される。第２のステップで、細長の液滴５１８がエレクトロウェッティング動作により電極５１０を介して障害物５１４に向かって輸送される。第３のステップで、障害物５１４が細長の液滴５１８と交差する。第４のステップで、継続して細長の液滴５１８は電極５１０に沿って輸送され、障害物５１４の作用により分割され、２つの子液滴５２２が形成される。障害物５１４は、再現可能な分割作用を行い、各々が略同一の体積を有する子液滴を生成する。
【０１１３】
代替の実施形態では、細長の液滴５１８を、任意の数の電極５１０にわたって延在させる、及び／又は、電極が任意の様々な寸法を有するようにして、細長の液滴を細長の液滴５１８に沿った任意の範囲のポイントで障害物５１４によって分割するようにしてもよい。換言すると、液滴を分割するポイントを変化させて子液滴を、例えば、２：１の分割比、３：１の分割比、４：１の分割比などで生成するようにしてもよい。物理的障壁は、図５に図示したもののように細長の障壁でもよく、又は、液滴アクチュエータの底部基板から頂部基板へ延在するカラムなどのより短い障壁でもよい。物理的障壁は、物理的障壁の頂部基板まで底部基板から延在するようにしてもよく、又は、それらの間で、液滴分割を起こすために十分な任意のスペースを満たせばよい。電極は、図５に示す物理的障壁の領域から省略してもよく、又は他のケースでは、電極は物理的障壁の下方に設けてもよい。
【０１１４】
図６Ａは、液滴アクチュエータの液滴の調剤と組み合わせたプライミング動作を使用した電極構成部６００の上面図を示す。図６Ａは、電極６１４（例えば、エレクトロウェッティング電極）の経路に近接した、容器電極６１０で液体６０８を充填するように配置されたプライミング注入口６０６を示す。さらに、電極６１４の経路に沿って、図６Ａに示すように二つの側方電極６１８が配設されている。二つの側方電極６１８を使用して、（１）液滴分割動作時に液滴の後方への「牽引」を支援する、（２）液滴ネッキング及び分割動作時に排出を向上する。あるいは、電極６１４を液滴の分割に使用する一方で、電極６１８を使用して、調剤された液滴の体積を制御することができることも明かである。
【０１１５】
動作時に、最初に、電極６１４（例えば、電極６１４ａ、６１４ｂ、６１４ｃ、６１４ｄ）の経路を全て作動して、液滴拡張部６０８を容器電極６１０から電極６１４ａ、６１４ｂ、６１４ｃ、６１４ｄに沿って流す。側方電極６１８は、最初は非作動にする。液滴拡張部が形成されると、中間電極である中間電極６１４ｃを作動し、二つの側方電極６１８を作動して、液滴を電極６１４ｄに調剤することができる。様々な作動順序が可能である。側方電極６１８を作動した後、中間電極６１４ｃを非作動としてもよい。中間電極６１４ｃを非作動とすると同時に、側方電極６１８を続けて作動するようにしてもよい。本発明によると、電極６３０で信頼性をもって液滴を生成する任意の作動順序を使用することができる。
【０１１６】
側方電極６１８は、電極６１４ｃにおける液滴形成を支援する「牽引」作用を行うことができる。側方電極６１８を液体を排出可能な場所に設けて、液滴分割動作も支援するようにしてもよい。液滴分割動作時に液滴のネックから液体の排出を継続することにより、調剤する液滴体積の正確さ、及び／又は、精度を高めることができる。代替の構成では、電極６１８を電極６１４ｂと結合し、単一の側方排出電極とすることができる。
【０１１７】
他の例のように、側方排出電極を横断して生成される場の勾配によって排出の制御を行うことができる。例えば、電圧が上昇すると場の勾配により、液滴拡張部を側方排出電極を横断して伸ばすようにしてもよい。側方電極を横断する場の勾配を確立する他の技術の例として、様々な電極パターン又は形状を利用した、誘電材料のドーピング又は厚さによる電極上部の誘電材料の誘電率の勾配がある。側方排出電極は、液滴拡張部の長さを、端子電極に印可される電圧などの端子電極の特性に依存させる、任意の構成で配設することができる、又は、任意の構造又は形状を含んでもよい。例えば、電極は、垂直方向中央に厚く、側方拡張部に向かって薄くなるようにすることができる。さらに、１以上の対電極も使用して端子電極を横断する液滴拡張部の長さを制御する、様々な実施形態を提供することができる。
【０１１８】
他の例のように、側方の排出及び液滴形成は、さらに、液滴拡張部の広がりを検出し、液滴拡張部が所定の長さに達した時に、液滴形成を行うように制御してもよい。かかる検出モダリティの例として、視覚的検出、画像に基づく検出、液滴拡張部の電気的特性に基づく様々な検出技術（例えば、周囲の充填剤流体に対する液滴拡張部の電気的特性）が含まれる。側方の排出及び／又は液滴形成を測定又は監視するいくつかの実施形態では、例えば、キャパシタンス検出技術を用いてもよい。１以上の側方排出電極に対する電圧は、例えば、調剤される液滴の検出された体積に基づいて制御してもよい。
【０１１９】
図６Ｂは、電極構成部６４０の上面図を示す。図６Ｂは、容器電極６５０で液体６４８を充填するように構成されたプライミング注入口６４６を示す。プライミング注入口は、例えば、液滴アクチュエータの頂部基板に設けることができる。容器電極６５０は第２の容器電極６５４に近接して、容器電極の対を形成している。いくつかの実施形態では、容器電極６５０、６５４は、それぞれの共通の境界に沿って相互連結用の舌部（６５６）と切り欠き部（６５７）のジオメトリ（形状部分）又は相互嵌合部を有することができる。容器電極６５４は、容器電極６４５からの液滴を調剤するために配設された電極６５８（例えば、エレクトロウェッティング電極）の経路に近接する。
【０１２０】
動作時に、電極６５８（例えば、電極６５８ａ、６５８ｂ、６５８ｃ）は作動して、容器電極６５０と容器電極６５４からの液体が電極６５８ａ、６５８ｂ、６５８ｃを沿って流れ、液滴拡張部６４８を形成する。液滴拡張部が形成されると、液滴は、中間電極６５８ａを非作動とすることにより、電極６５８ｂで調剤することができる。電極６５８ｃは作動したままの状態に保ち、液滴分割動作を支援する「牽引」作用を提供することができる。この結果、液滴（図示していない）を電極６５８ｂ、６５８ｃで形成することができる。
【０１２１】
図７Ａに、指定された目的電極で隙間トポロジーを修正することによって、改善された液滴の調剤を行うように構成された液滴アクチュエータ７００の側面図を示す。液滴アクチュエータ７００は、頂部基板７１０と底部基板７２２を含む。頂部基板７１０は、底部基板７２２と隙間７２３によって離間している。頂部基板７１０は、隙間により提供される液滴の接地として機能するように構成された接地電極７１４と関連付けられている。底部基板７２２は、隙間で１以上の液滴動作を導くために適切であるように構成された、液滴動作電極７２６を含む。二つの基板は、隙間に対向する誘電体層７１８を含む。液滴アクチュエータには典型的であるが、誘電体層は疎水性でもよく、又は、疎水性被膜（図示されていない）でコーティングされていてもよい。隙間７２３に位置する液滴７４０（図７Ｂ）は、液滴動作表面７１９で液滴動作の対象となる。
【０１２２】
本発明は、液滴動作表面７１９及び／又は表面７２０の上部にくぼみなどの凹部領域７３４を提供する。凹部領域７３４は、１以上の液滴動作電極の上部に位置することができる。例えば、図示のように、凹部領域７３４は、電極７２６ｄの上部に位置する。凹部領域７３４は、電極の上部の液滴を安定化させるように構成することができる。例えば、凹部領域７３４は、液滴分割動作時に電極の上部の液滴を安定化させるように構成してもよい。
【０１２３】
凹部領域７３４は、凹部領域のない対応する構成と比較して電極の液滴の安定性を高める、電極の略上部の基板の表面の物理的トポロジーの変化となる。電極の液滴の安定性を向上するために十分な凹部領域を形成するのならばいかなる構成でもよい。凹部領域の寸法及び形状は変化してもよい。凹部領域は、関連する電極の形状及び寸法に略対応してもよいが、凹部領域の形状及び寸法は、関連する電極の形状及び寸法と正確に対応する必要はない。電極において液滴の安定性を向上させるために十分に重なるのであればよい。凹部領域の寸法及び形状は、調剤される液滴の体積の正確さ及び／又は精度を向上するために選択してもよい。
【０１２４】
図７Ｂに、液滴調剤動作時に使用中の液滴アクチュエータ７００の側面図を示す。動作時には、凹部領域と関連する電極に隣接する電極が作動し、中間電極が非作動となり、凹部領域の位置で液滴の形成が行われる。図示のように、電極７２６ａ、７２６ｂ、７２６ｃ、７２６ｄが作動して、液滴拡張部が作動している電極を横断して流れる。電極７２６ｃは非作動となり、電極７２６ｄ上部の凹部領域７３４に液滴が形成される。凹入部７３４の隙間が大きいため、液体は本質的に凹入部７２４に留まろうとする。凹入部７３４における圧力差から、凹入部７３４は液滴を牽引する、又は、液滴は凹入部７３４に流れ込もうとする。
【０１２５】
複数の凹部領域を備えてもよい。例えば、凹部領域を電極７２６ｂ（図示していない）、７２６ｄ（図示していない）の上部に設けてもよい。液滴を作動した電極７２６ｂ、７２６ｃ、７２６ｄの上部に設けることができる。電極７２６ｃが非作動となると、液滴は分割し、１つは電極７２６ｄの上部の凹部領域７３４に、他方は電極７２６ｂの上部の凹部領域（図示していない）と、子液滴が生成される。凹部領域の寸法及び形状は、子液滴の体積の正確さ及び／又は精度を高めるために選択することができる。
【０１２６】
本書に開示された内容から当業者には様々な代替の構成が想到可能である。例えば、凹部領域は、いくつかの実施形態では、複数の電極と関連付けることができる。１つの凹部領域は２個、３個、４個以上の電極と関連付けてもよい。液滴分割動作は、上記の拡張された凹部領域の内部において２個、３個、４個以上の電極の上部に液滴を生成することができる。他の実施形態では、一つの液滴アクチュエータが、複数の異なる電極と関連付けられた、及び／又は、複数の異なる寸法を有する、様々な凹部領域を含むことができる。凹部領域は、誘電体層のくぼみとして形成してもよい。前記領域は、誘電体層及び電極のくぼみとして形成してもよい。前記領域は、誘電体層、電極、及び基板材料のくぼみとして形成してもよい。凹部領域は底部基板、頂部基板、又は頂部基板と底部基板の両方に形成してもよい。
【０１２７】
図８に、液滴分割又は調剤処理時にネッキング及び分割を制御する他の実施形態を示す。この実施形態では、ネッキング及び分割電極は、ワイヤを中央領域により密に配置し、外側領域にはより疎に配置するワイヤトレースを含む。ネッキング及び分割電極に印可した電圧が低下すると、ネックの径は制御可能に小さくなるので、子液滴体積の正確さ及び／又は精度を高める。図はまた、本書の他の実施形態の何れかでも使用することができる、中間ネッキング及び分割電極を配置した代替の構成を示している。電極は、トレースに沿った任意のポイントに印可することができる。一実施形態では、トレースに印可する電圧の接点は、略中央に配置する。
【０１２８】
図８Ａに、液滴分割に好適な配置を示す。電極構成部８００は、液滴動作電極８１０ａ、８１０ｂと、それらに隣り合うネッキング及び分割電極８０５とを含む。動作時には、３つの電極は作動し、液滴が電極構成部８００を横断するように伸張することができる。電極８０５に印可される電圧は、液滴のネッキング及び分割を制御するために次第に減少し、電極８１０ａ、８１０ｂの上部に二つの子液滴が生成される。
【０１２９】
図８Ｂに、液滴分割に好適な配置を示す。電極構成部８４０は、液滴動作電極８１６と、挿入された液滴動作電極８１０ａと、ネッキング及び分割電極８０５と、対の動作電極８１０ｂと、を含む。容器電極８１６は、液滴動作電極８１０ｂと隣接する、ネッキング及び分割電極８０５と隣接する、液滴動作電極８１０ａと隣接する。動作時に、液滴を容器電極８１６の上部に供給することができる。構成部８４０の全ての電極が作動すると、液滴拡張部は容器電極８１６から伸張し、電極８０５、８１０ｂを横断して流れる。電極８０５に印可した電圧を次第に減少させると、液滴のネッキング及び分割が制御され、電極７１０ｂの上部に液滴を生成することができる。
【０１３０】
これらの構成のトレース電極は、ネッキング及び分割を制御する本書に記載の他の電極に代えることもできる。場の勾配を生成する、本書に記載の他の技術を使用して、トレース電極に代えてもよい。さらに、他の実施形態によると、液滴形成、及び関連するパラメータを監視して、分割電極に印可する電圧を制御して、調剤される液滴体積の精度及び／又は精度を向上することができる。
【０１３１】
図９に、図２に図示した電極構成部２００と類似の電極構成部９００を示す。構成部９００は、２つの液滴動作電極９１０と隣り合う中間ネッキング及び分割電極構成部９０５を含む。ネッキング及び分割電極構成部９０５は、内側Ｉ形状電極９０５ａと、外側電極９０５ｂとを含む。動作時には、電極構成部９００の全ての電極が作動して、電極構成部の上部を横断する細長の液滴を形成することができる。電極９０５ｂが非作動となると、細長の液滴のネッキングを開始することができる。電極９０５ａが非作動となると、細長の液滴の分割が開始し、電極９１０（２個）の上部に二つの子液滴が生成される。液滴分割動作時に液滴のネックからの液体の排出を制御することにより、液滴体積の正確さ及び／又は精度を向上することができる。
【０１３２】
図１０に、図３に図示した電極構成部３００と類似の電極構成部１０００を示す。構成部１０００は、二つの液滴動作電極１０１０と隣り合う中間ネッキング及び分割電極構成部１００５を含む。ネッキング及び分割電極構成部は、中央電極１００５ａ、中間側部電極１００５ｂ、外側側部電極１００５ｃを含む、略線状又は細長の一連の電極を含む。動作時に、電極構成部１０００の全ての電極は作動して、電極構成部の上部を横断する細長の液滴を形成することができる。外側側部電極１００５ｃを非作動として、ネッキング処理を開始することができる。中間側部電極１００５ｂを非作動として、ネッキング処理を継続することができる。中央電極１００５ａを非作動（ｉｎｉｔｉａｔｅｄ）として、分割処理を完了し、電極１０１０の上部に二つの液滴を生成することができる。液滴分割動作時に液滴のネックから液体の排出を継続することにより、液滴体積の正確さ及び／又は精度を向上することができる。
【０１３３】
図１１Ａ、１１Ｂはそれぞれ、液滴アクチュエータ１１００の側部断面図及び上部断面図である。液滴アクチュエータ１１００は、動作流体Ｉ／Ｏのための頂部基板１１２２と関連付けられた容器基板１１３０を含む。容器基板１１３０は、頂部基板１１２２と一体でもよいし、又は、連結していてもよい。液滴アクチュエータ１１００は、容器電極１１１４を含む底部基板１１１０を含む。容器電極１１１４は、電極１１１８（例えば、エレクトロウェッティング電極１１１８ａ、１１１８ｂ）の配列に給電する。頂部基板１１２２は、容器１１３４からの流体を電極１１１４の近傍又は電極１１１４に接触するように輸送するために好適な経路となる開口部１１２５を含む。容器電極１１３０は、（閉鎖されてもよく、部分的に閉鎖されてもよく、あるいは開いていてもよい）容器１１３４を含む。ある量の試料流体１１３８、動作流体１１３８を容器に保持することができる。
【０１３４】
調剤結果を制御するために、構成の様々なパラメータを調整してもよい。かかるパラメータの例として、底部基板１１０と頂部基板１２２との間の隙間ｈ、容器電極１１１４の幅ｗ、頂部基板１１２２の開口部１１２６の直径Ｄ１、容器１１３４の直径Ｄ２、容器の概要ジオメトリ、容器１１３４の動作流体１１３８の高さＨ、充填剤流体の表面張力γ０、動作流体１１３８の表面張力Γ１、充填剤流体を加えた動作流体１１３８の界面張力γＬ０、液滴アクチュエータ表面の臨界表面張力γ固体、液滴アクチュエータ表面の液体接触角度θｓ、容器基板壁の臨界表面張力γ井戸（ｗｅｌｌ）、容器基板壁の液体接触角度θｗ、印可電圧Ｖ、電圧印可時の接触角度θＶ、印可電圧の種別、即ち、ＡＣ又はＤＣ、油メニスカスのレベル、容器電極に対する頂部基板の開口部の位置、電極切り替え順序が含まれる。
【０１３５】
容器の関数（すなわち、インプット又はアウトプット）に応じて、容器電極に対して頂部基板（及び容器）の開口部を調整することは有益である。例えば、廃棄物容器として作用するためには、開口部は、図１２に示すように、容器電極と隣接する第１の電極と重なり合うように配置することが好ましい。「処分」動作で使用する電極の切り替え順序とこの開口部の位置との組み合わせがこの容器から意図せぬ分流を防止する。
【０１３６】
廃棄物容器は、大量の廃棄物を収容するために可能な限り大きくすることができる。容器を大きくすると、容器の圧力は低下し、廃棄液体が容易に容器に流れ込むことができ、廃棄物容器からの意図せぬ分流を防止することができる。容器の位置のより詳細については、図１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを参照して説明する。
【０１３７】
図１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄは、液滴アクチュエータ１２００の側面図である。液滴アクチュエータ１２００は、動作流体のＩ／Ｏのために、頂部基板の上に容器基板を含む。液滴アクチュエータ１２００は、液滴アクチュエータ１２００が、特定の電極切り替え順序を使用して液滴（例えば、液滴１２１０）を調剤するために好適な特定の容器（１１３４）〜開口部（１１２６）位置を有する点を除くと、図１Ａ、１Ｂの液滴アクチュエータ１１００と略同一である。廃棄物液滴は、（単位電極の寸法の公称の直径）寸法の単位（ｕｎｉｔ）、又は、単位寸法（ｕｎｉｔ  ｓｉｚｅ）の２倍（２Ｘ）が好ましい。廃棄物液滴は、いくつかの実施形態では、単位寸法の数倍とすることができる。２倍の液滴を調剤する場合、切り替え順序は、２つの電極を一度にオンに保ち、「オフ、オン、オン」、「オン、オン、オフ」、「オン、オフ、オフ」、「オフ、オフ、オフ」と変化させる。
【０１３８】
より単純な実施形態では、頂部基板の開口部が第１の電極とほぼ重なり合うようにする。容器電極は必須ではない。この場合、１倍の切り替え順序は、「オフ、オン」、「オン、オフ」、「オン、オフ」で、２倍の切り替え順序は「オン、オン」、「オン、オフ」、「オフ、オフ」である。あるいは、より大きな液滴には１倍又は２倍の液滴切り替え順序を用いることができる。本実施形態は、例えば、「オン、オン、オフ、オフ」、「オン、オン、オン、オフ」、「オン、オフ、オフ、オン」の切り替え順序を用いて、液滴を調剤する４つの電極（図示していない）とともに用いてもよい。
【０１３９】
図１２Ａは、容器電極１１１４をオフとし、電極１１１８ａをオフとし、電極１１１８ｂをオフとする、上記順序の第１のステップを示す。このステップでは、動作流体１１３８の量は容器１１３４に保持される。図１２Ｂは、容器電極１１１４をオンとし、電極１１１８ａをオフとし、電極１１１８ｂをオフとする、上記順序の第２のステップを示す。このステップでは、ある量の動作流体１１３８が容器１１３４から開口部１１２６を介して容器電極１１１４に牽引される。図１２Ｃは、容器電極１１１４をオフとし、電極１１１８ａをオンとし、電極１１１８ｂをオフとする、上記順序の第３のステップを示す。このステップでは、電極１１１８ａの牽引する作用により、液滴１２１０が容器電極１１１４から電極１１１８ａに調剤される。図１２Ｄは、容器電極１１１４をオフとし、電極１１１８ａをオフとし、電極１１１８ｂをオンとする、上記順序の第４のステップを示す。このステップでは、電極１１１８ｂの牽引する作用により、液滴１２１０が容器電極１１１８ａから電極１１１８ｂに調剤される。
【０１４０】
他の代表的な切り替え順序は、「オン、オン、オフ、オフ」、「オン、オン、オン、オフ」、「オフ、オン、オン、オン」、「オン、オフ、オフ、オン」である。第３段階では、容器電極をオフとして「オフ、オン、オン、オン」とすることにより、指（ｆｉｎｇｅｒ）を容易に第４の電極まで伸ばすことができる。典型的な動作では、この段階は、１秒の数分の一（例えば、約４分の一又は約８分の一秒）の間のみ維持される。
【０１４１】
廃棄物井戸１１３４に入るためには、液滴は最初に容器と頂部基板開口部との間の圧力差を克服し、続いて、開口部と液滴アクチュエータの内部との圧力差を克服する必要がある。これらの圧力差は、液滴が生成する水圧ヘッドにより克服する必要がある。
【０１４２】
本発明はまた、専用の小径のゲル充填用先端部を使用する必要のないように、容器の径が、小容量、中容量、大容量のピペットの先端部を受け入れることができる十分に大きい実施形態も提供する。いくつかの実施形態では、容器の径は、略１ミリメートル（ｍｍ）より大きい。さらに、容器基板の頂部表面が濡れることを防止するため、例えば、充填する液体の体積に応じて、容器の径は大きくてもよい。略２ｍｍ以上の容器の径は、例えば、略５μｌから略５０００μｌ、又は、略１０μｌから略２０００μｌ、又は、略５０μｌから略１５００μｌの範囲の投入量に対して十分に大きい。
【０１４３】
ある構成では、容器は円筒形である。図１１Ａ、１１Ｂの液滴アクチュエータ１１００に示すように、容器は、頂部基板の開口部を中心とすることができる。頂部基板の開口部の径は一般的には略１ｍｍ乃至略２ｍｍである。容器基板の径は一般的には、略１．５ｍｍ以上である。必要とする水圧ヘッドは、径に応じて増加するが、液体と油の界面張力、液体と固体の接触角度、印可電圧、頂部基板と底部基板との間の隙間、の関数である一定の値に漸近的に近づく。超えると、液体を自発的に底部基板と頂部基板との間の隙間に流すことができる水圧ヘッドもある。ヘッドはこの値を下回るように保つことが好ましい。
【０１４４】
図１６のグラフは、容器井戸の径が変化した場合の水圧ヘッドの要件の一般的な挙動を示す。必要とするヘッドは、径が増加すると一定の値に漸近的に近づく。２つの曲線（電圧を印可した場合と印可しない場合）の間の領域が、調剤に好ましい領域である。下方の曲線を下回るヘッドは、液滴アクチュエータへの液体の充填を干渉する可能性があり、上方の曲線を上回るヘッドは液体が自然に流れ込む可能性がある。径とともにデッドボリュームは増加するが、液体の追加分（ｍｍ）当たりの液滴の数も対応して増加する。これは、所与の容器基板高さについて、液滴の数が増加することを意味する。
【０１４５】
以下の表１に、免疫測定洗浄緩衝剤（ｉｍｍｕｎｏａｓｓａｙ  ｗａｓｈ  ｂｕｆｆｅｒ）（例えば、ビーズ洗浄動作を導くための）の２つの二つの異なる開口部の径に対する実験データを示す。頂部基板の開口部は略２ｍｍであった。頂部基板と底部基板の間の隙間は略２００ｕｍであった。油は略０．１％のＴｒｉｔｏｎＸ−１５を含む２ｃＳｔシリコンオイルで、過剰に加えた。容器基板は略０．２５０インチの厚さであった。
【表１】
0005462183.tif 000002
【０１４６】
図１３に、液滴アクチュエータ１３００の側面図を示す。液滴アクチュエータ１３００は図１１Ａ、１１Ｂの液滴アクチュエータ１１００と略同一であるが、液滴アクチュエータ１１００の容器基板１１３０が容器基板１３１０に代わった点が異なる。容器基板１３１０は、径Ｄ１を有するより大きな径の領域と、制限された径Ｄ２を有する制限された径の領域とを有する容器１３１８を含む。容器１３１８はまた、容器の径が径Ｄ３から径Ｄ２へと次第に細くなる先細の移行領域１３１９も含む。
【０１４７】
制限領域１３１４の高さ（Ｈ１）は、径Ｄ２を有する容器のデッドボリュームに対応する「デッドハイト」（Ｈ２）より高くすることができる。容器基板１３１０の高さ（Ｈ３）は、径Ｄ３を有する容器についてデッドハイト（Ｈ２）より高くすることができる。Ｄ２はＤ３より小さいので、全デッドボリュームは小さい。Ｄ３は大きいので、生成される液滴の数は多くすることができる。例えば、Ｈ１＝０．１２５インチ、Ｈ３＝０．２５０インチ、Ｄ１＝１．５ｍｍ、Ｄ３＝４ｍｍを用いて、最終デッドボリュームを略５μＬ乃至略１０μＬとしながら、略４０μＬの初期動作流体体積から略１００個の液滴を調剤することができる。
【０１４８】
最終デッドボリュームを略５μＬ乃至略１０μＬとしても、液体の初期「作動」体積は、Ｄ３とＤ２の間の圧力差を克服する必要がありうる。Ｄ３＝４ｍｍ、Ｄ１＝１．５ｍｍとした場合、この「作動」体積は略１５μＬ乃至略２０μＬであることがわかった。この「作動体積」は、Ｄ３を減少する、又はＤ２を増加することによって減少することができる。
【０１４９】
図１３を再び参照すると、本設計の特定の実施形態では、Ｈ１を、より大きな径の容器１３１８が必要とする「デッドハイト」Ｈ２と略同一である。すると、より大きな径の容器１３１８の全容量が調剤液滴に利用可能となる。他の実施形態では、Ｈ１は上述の「デッドハイト」の漸近的な値と等しい。
【０１５０】
図１４Ａ、１４Ｂはそれぞれ、液滴アクチュエータ１４００の側面図と上面図を示す。液滴アクチュエータ１４００は、図１３の液滴アクチュエータ１４００と略同一であるが、液滴アクチュエータ１３００の容器基板１３１０が、狭窄開口部１４１４によって容器の主容積部分１１３８と開口部１１２６とを流体連通させる容器基板１４１０に代わった点が異なる。開口部１４１４は、いくつかの実施形態では、径Ｄ２の円筒形であってもよい。容器１４１８は、いくつかの実施形態では、図４Ａ、４Ｂに示すように、第１の寸法Ｄ３ａと第２の寸法Ｄ３ｂを有する細長（楕円形）でもよい。この構成により、デッドボリュームを大幅に増加することなく、井戸の容量と、利用可能な液滴の数を増加することができる。図１３の液滴アクチュエータ１３００と比較すると、大きな容器の寸法は、一つの寸法（例えばＤ３ｂ）を増加させながらも、他の寸法（例えばＤ３ａ）は液滴アクチュエータ１３００のＤ３と略同一に保っている。
【０１５１】
図１５は、液滴アクチュエータ１５００の上面図を示す。液滴アクチュエータ１５００は図１４Ａ、１４Ｂの液滴アクチュエータ１４００と略同一であるが、液滴アクチュエータ１４００の容器基板１４１０が容器基板１５１０に代わっている点が異なる。容器基板１５１０は、制限容積領域１５１４と、制限容積領域１５１４に対して遠端の方向に容積領域の断面が先細くなるように細長い主容積領域とを含む。制限容積領域１５１４は、容器１５１８から開口部１５１４を介して、液滴アクチュエータの隙間への流体経路を形成する。
【０１５２】
図１１Ａ乃至１５を参照するに、スペーサを使用することにより、液滴アクチュエータに自然と液体が流れ込むことを防止することができる。例えば、略１電極の開口部に向けて狭まる、容器の周囲のスペーサのパターンが、液体が制御できない状態で自然に液滴アクチュエータに流れ込む可能性を減らしている。頂部基板と容器基板は別々に製造してもよいし、一体の材料として製造してもよい。本発明の代替の実施形態は、液体をガラスの端部の周りに充填する「ハイブリッド」頂部基板を用いて実施することができる。
【０１５３】
隙間ｈを増加すると「デッドハイト」は減少し、結果としてデッドボリュームは減少する。しかしながら、隙間が増加することは、分割などの他の処理に意図せぬ影響を与え、液滴体積が増加する原因となりえる。容器の幅ｗは単位電極（ｕｎｉｔ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）より大きいことが好ましい。隙間の高さは、液滴アクチュエータが目的とする液滴調剤及び液滴分割などの液滴動作に、必要以上に干渉する程度にまで大きくてはいけない。
【０１５４】
充填剤流体の表面張力γ０を低くすると、充填剤流体を有する液体の界面張力が低下することによって、充填処理を大幅に改善することが可能になり得る。動作流体の全ての充填を改善することから、これがデッドボリュームを削減する最も効果的な方法である。しかしながら、表面張力を極めて低い値にすると、充填剤流体の液滴の乳化が起こり得る。結果として生じる充填剤流体の液滴の乳化が液滴アクチュエータが意図する液滴動作に必要以上に干渉し得る程度までに、充填剤流体の表面張力は低くなるべきではない。
【０１５５】
液滴の表面張力γＬを低くすると、油を有する液体の界面張力が低下することによって、充填処理は大幅に改善する。しかしながら、低い表面張力はまた、液体が固体表面をより湿らす原因となり得る。液滴の表面張力は、液滴アクチュエータが意図する液滴動作に必要以上に干渉する原因となり得る程度までに、低くすべきではない。
【０１５６】
容器基板壁の接触角度θｗが高くなると、充填が増進する。低い接触角度は処分に好ましい。印可電圧θＶが高くなると、接触角度の変化が大きくなり、充填を支援する。ＡＣ電源を用いて接触角度ヒステリシスを削減し、充填を増進する。
【０１５７】
油メニスカスのレベルは充填処理に著しい影響を及ぼす。容器の液体が空気との界面を有するポイントまで井戸の油のレベルが減少すると、充填は著しく改善する。これは、液体と空気との界面の界面張力が高くなり、対応するラプラス圧力が液体と油との界面より高くなるためである。容器のラプラス圧力が高くなると、克服する必要のある圧力差は減少する。
【０１５８】
＜結辞＞
上述の詳細な実施形態の記載は、本発明の個別の実施形態を例示する添付の図面を参照する。異なる構造及び動作を有する他の実施形態も本発明の範囲から逸脱することはない。本明細書は、読者の利便性のためのみに複数の章に分割されている。項目は、本発明の範囲を限定するものではない。定義は、本発明の記載の一部として意図されている。本発明の様々な詳細は、本発明の範囲を逸脱することのない限りにおいて変更可能であることを理解されたい。さらに、上述の記載は、例示のみを目的とするものであって、限定を意図するものではない。本発明は、以下に記載する特許請求の範囲によって画定される。
【図１Ａ】
0005462183.tif 000003
【図１Ｂ】
0005462183.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２】
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【図３】
0005462183.tif 000009
【図４Ａ−４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ−１】
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【図１４Ａ−２】
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【図１５】
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【図１６】
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