(57)【要約】  デジタルマイクロ流体デバイスは、薄膜トランジスタ駆動基板を備える。前記薄膜トランジスタ駆動基板は、第１のベース基板と、複数のサンプル作動ユニットと、複数のサンプル位置検出ユニットと、前記複数のサンプル作動ユニット及び前記複数のサンプル位置検出ユニットの前記第１のベース基板から離れた側に位置する誘電絶縁層と、前記誘電絶縁層の前記第１のベース基板から離れた側に位置する第１の疎水層とを備える。前記複数のサンプル作動ユニットの各々は、前記デジタルマイクロ流体デバイス上の液滴の輸送を駆動するように構成された第１の電極を備える。前記複数のサンプル位置検出ユニットの各々は、光センサに対応する位置における前記液滴の有無を検出するように構成された光センサを備える。
2021510196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜トランジスタ駆動基板を備え、
前記薄膜トランジスタ駆動基板は、
第１のベース基板と、
複数のサンプル作動ユニットと、
複数のサンプル位置検出ユニットと、
前記複数のサンプル作動ユニット及び前記複数のサンプル位置検出ユニットの前記第１のベース基板から離れた側に位置する誘電絶縁層と、
前記誘電絶縁層の前記第１のベース基板から離れた側に位置する第１の疎水層とを備え、
前記複数のサンプル作動ユニットの各々は、
前記第１のベース基板上に位置し、第１のゲート電極と、第１のソース電極と、第１のドレイン電極とを備える第１の薄膜トランジスタと、
前記第１のドレイン電極に電気的に接続され、デジタルマイクロ流体デバイス上の液滴の輸送を駆動するように構成された第１の電極とを備え、
前記複数のサンプル位置検出ユニットの各々は、
前記第１のベース基板上に位置し、第２のゲート電極と、第２のソース電極と、第２のドレイン電極とを備える第２の薄膜トランジスタと、
前記第２のソース電極に電気的に接続され、光センサに対応する位置における前記液滴の有無を検出するように構成された光センサとを備える、デジタルマイクロ流体デバイス。
【請求項２】
前記第１のゲート電極及び前記第２のゲート電極に電気的に接続され、前記第１の薄膜トランジスタ及び前記第２の薄膜トランジスタをターンオンするためのゲート走査信号を供給するように構成されたゲート線と、
前記第１のソース電極に電気的に接続され、前記第１の薄膜トランジスタがターンオンすると、前記第１の電極に駆動信号を供給するように構成された第１の電極駆動信号線と、
前記第２のドレイン電極に電気的に接続され、前記光センサによって検出された信号を送信するように構成された読み出し線とをさらに備える、請求項１に記載のデジタルマイクロ流体デバイス。
【請求項３】
前記光センサに電気的に接続された共通電極と、
前記共通電極への共通電圧信号を供給されるように構成された共通電極信号線とをさらに備え、
前記光センサは、
前記共通電極に電気的に接続された第１の極性領域と、
前記第２のソース電極に電気的に接続された第２の極性領域と、
前記第１の極性領域と前記第２の極性領域とを電気的に接続するダイオード接合部とを備える、請求項１から２のいずれか１項に記載のデジタルマイクロ流体デバイス。
【請求項４】
前記第２の極性領域を前記第２のソース電極に電気的に接続するコンタクト電極をさらに備え、
前記コンタクト電極及び前記第２のソース電極は、同一層に位置し、同一の材料を含む、請求項３に記載のデジタルマイクロ流体デバイス。
【請求項５】
前記第２のソース電極の前記第１のベース基板から離れた側に位置する第１の絶縁層をさらに備え、
前記光センサの前記第２のソース電極に隣接する側面は、前記第１の絶縁層を介して前記第２のソース電極から離間されている、請求項１から４のいずれか１項に記載のデジタルマイクロ流体デバイス。
【請求項６】
前記第１の絶縁層は、前記第１のソース電極、前記第１のドレイン電極、前記第２のソース電極及び前記第２のドレイン電極の前記第１のベース基板から離れた側に位置し、
前記薄膜トランジスタ駆動基板は、前記第１の絶縁層を貫通する第１のビアを備え、
前記光センサは、前記第１のビアを介して前記第２のソース電極に電気的に接続される、請求項５に記載のデジタルマイクロ流体デバイス。
【請求項７】
前記光センサに電気的に接続され、前記光センサの前記第１のベース基板から離れた側に位置する共通電極と、
前記共通電極及び前記光センサの前記第１のベース基板から離れた側に位置する第２の絶縁層と、
前記共通電極への共通電圧信号を供給されるように構成され、前記第２の絶縁層の前記第１のベース基板から離れた側に位置する共通電極信号線とをさらに備え、
前記薄膜トランジスタ駆動基板は、前記第２の絶縁層を貫通する第２のビアを備え、
前記共通電極信号線は、前記第２のビアを介して前記共通電極に電気的に接続される、請求項６に記載のデジタルマイクロ流体デバイス。
【請求項８】
前記共通電極信号線の前記第１のベース基板から離れた側に位置する第３の絶縁層をさらに備え、
前記第１の電極は、前記第３の絶縁層の前記第１のベース基板から離れた側、かつ前記誘電絶縁層の前記第１のベース基板に面する側に位置し、
前記薄膜トランジスタ駆動基板は、前記第３の絶縁層及び前記第２の絶縁層を貫通する第３のビアを備え、
前記第１の電極は、前記第３のビアを介して前記第１のドレイン電極に電気的に接続されている、請求項７に記載のデジタルマイクロ流体デバイス。
【請求項９】
前記薄膜トランジスタ駆動基板から離間されている対向基板をさらに備え、
前記対向基板は、
第２のベース基板と、
前記第２のベース基板の前記薄膜トランジスタ駆動基板に面する側に位置する第２の電極と、
前記第２の電極の前記薄膜トランジスタ駆動基板に面する側に位置する第２の疎水層とを備える、請求項１から８のいずれか１項に記載のデジタルマイクロ流体デバイス。
【請求項１０】
前記第１の電極の前記第１のベース基板上の正射影は、前記光センサの前記第１のベース基板上の正射影を覆い、
前記第１の電極は実質的に透明な電極である、請求項１から９のいずれか１項に記載のデジタルマイクロ流体デバイス。
【請求項１１】
複数のサンプル作動及び位置検出ユニットのアレイを備え、
前記複数のサンプル作動及び位置検出ユニットの各々は、前記複数のサンプル作動ユニットのうちの１つと、前記複数のサンプル位置検出ユニットのうちの１つとを備え、
前記複数のサンプル作動ユニットのうちの１つの前記第１の薄膜トランジスタと、前記複数のサンプル位置検出ユニットのうちの１つの前記第２の薄膜トランジスタとは同一のゲート線に電気的に接続され、同時にターンオンするように構成される、請求項１から１０のいずれか１項に記載のデジタルマイクロ流体デバイス。
【請求項１２】
複数のゲート線と、複数の第１の電極駆動信号線と、複数の読み出し線とをさらに備え、
前記複数のゲート線は、前記複数の第１の電極駆動信号線及び前記複数の読み出し線と交差して、複数のサンプル作動及び位置検出領域を形成し、
前記複数のサンプル作動及び位置検出ユニットは、前記複数のサンプル作動及び位置検出領域内にそれぞれ位置する、請求項１１に記載のデジタルマイクロ流体デバイス。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載のデジタルマイクロ流体デバイスを備え、
前記光センサにより検出された信号を受信するように構成された光検出回路と、
前記第１の電極に駆動信号を供給するように構成された電極駆動回路とを備える、マイクロ流体装置。
【請求項１４】
請求項１から１２のいずれか１項に記載のデジタルマイクロ流体デバイスを備える、ラボオンチップデバイス。
【請求項１５】
デジタルマイクロ流体デバイスを用いて液滴を選択的に輸送するステップであって、
前記デジタルマイクロ流体デバイスは、薄膜トランジスタ駆動基板を備え、
前記薄膜トランジスタ駆動基板は、
第１のベース基板と、
複数のサンプル作動ユニットと、
複数のサンプル位置検出ユニットと、
前記複数のサンプル作動ユニット及び前記複数のサンプル位置検出ユニットの前記第１のベース基板から離れた側に位置する誘電絶縁層と、
前記誘電絶縁層の前記第１のベース基板から離れた側に位置する第１の疎水層とを備え、
前記複数のサンプル作動ユニットの各々は、
第１のベース基板と、
前記第１のベース基板上に位置し、第１のゲート電極と、第１のソース電極と、第１のドレイン電極とを備える第１の薄膜トランジスタと、
前記第１のドレイン電極に電気的に接続され、前記デジタルマイクロ流体デバイス上の液滴の輸送を駆動するように構成された第１の電極とを備え、
前記複数のサンプル位置検出ユニットの各々は、
前記第１のベース基板上に位置し、第２のゲート電極と、第２のソース電極と、第２のドレイン電極とを備える第２の薄膜トランジスタと、
前記第２のソース電極に電気的に接続され、光センサに対応する位置における前記液滴の有無を検出するように構成された光センサとを備えるステップと、
前記複数のサンプル位置検出ユニットそれぞれの個々に位置する前記光センサを用いて、前記複数のサンプル位置検出ユニットに対する前記液滴の位置を検出するステップと、
前記複数のサンプル位置検出ユニットに対する前記液滴の位置に基づいて、前記デジタルマイクロ流体デバイス上の前記液滴の輸送を駆動するステップとを含む、デジタルマイクロ流体方法。
【請求項１６】
前記液滴の輸送を駆動するステップは、
前記液滴が少なくとも部分的に位置し前記複数のサンプル作動ユニットのうちの現在のサンプル作動ユニットが位置する、現在のサンプル作動及び位置検出領域を確定するステップと、
次の直接隣接するサンプル作動及び位置検出領域内にある、前記複数のサンプル作動ユニットのうちの次の直接隣接するサンプル作動ユニット内の前記第１の電極を作動させて、前記現在のサンプル作動ユニットから前記次の直接隣接するサンプル作動ユニットの方向に沿って前記液滴を輸送するステップとを含む、請求項１５に記載のデジタルマイクロ流体方法。
【請求項１７】
前記次の直接隣接するサンプル作動ユニット内の前記第１の電極を作動するステップは、
前記次の直接隣接するサンプル作動ユニット内の前記第１の薄膜トランジスタの前記第１のソース電極に駆動信号を供給するステップと、
前記次の直接隣接するサンプル作動ユニット内の前記第１の薄膜トランジスタをターンオンするためのゲート走査信号を供給して、前記次の直接隣接するサンプル作動ユニット内の前記第１の電極に前記駆動信号が供給されるようにするステップとを含む、請求項１６に記載のデジタルマイクロ流体方法。
【請求項１８】
前記複数のサンプル位置検出ユニットに対する前記液滴の位置を検出するステップは、
前記第２の薄膜トランジスタをターンオンするためのゲート走査信号を供給するステップと、
前記光センサにより検出された光検出信号を送信するステップと、
前記光検出信号を参照信号と比較して、前記光センサに対応する位置における前記液滴の有無を確定するステップとを含む、請求項１５から１７のいずれか１項に記載のデジタルマイクロ流体方法。
【請求項１９】
前記デジタルマイクロ流体デバイスは、
行状及び列状に配置された複数のサンプル作動及び位置検出ユニットのアレイと、
複数のゲート線と、
複数の第１の電極駆動信号線と、
複数の読み出し線とを備え、
前記複数のサンプル作動及び位置検出ユニットの各々は、前記複数のサンプル作動ユニットのうちの１つと、前記複数のサンプル位置検出ユニットのうちの１つとを備え、
前記複数のゲート線は、前記複数の第１の電極駆動信号線及び前記複数の読み出し線と交差して、複数のサンプル作動及び位置検出領域を形成し、
前記複数のサンプル作動及び位置検出ユニットは、前記複数のサンプル作動及び位置検出領域内にそれぞれ位置し、
前記方法は、前記複数のゲート線のそれぞれを介して、前記複数のサンプル作動及び位置検出ユニットの複数の行に複数のゲート走査信号をそれぞれ供給するステップを含み、
前記複数のサンプル作動及び位置検出ユニット内の第１の薄膜トランジスタ及び第２の薄膜トランジスタをそれぞれ行単位でターンオンする、請求項１５から１８のいずれか１項に記載のデジタルマイクロ流体方法。
【請求項２０】
薄膜トランジスタ駆動基板を形成するステップを含み、
前記薄膜トランジスタ駆動基板を形成するステップは、
第１のベース基板上に、複数のサンプル作動ユニットと複数のサンプル位置検出ユニットとを形成するステップと、
前記複数のサンプル作動ユニット及び前記複数のサンプル位置検出ユニットの前記第１のベース基板から離れた側に誘電絶縁層を形成するステップと、
前記誘電絶縁層の前記第１のベース基板から離れた側に第１の疎水層を形成するステップとを含み、
前記複数のサンプル作動ユニットの各々を形成するステップは、
前記第１のベース基板上に、第１のゲート電極と、第１のソース電極と、第１のドレイン電極とを備えるように形成される第１の薄膜トランジスタを形成するステップと、
前記第１のドレイン電極に電気的に接続され、デジタルマイクロ流体デバイス上の液滴の輸送を駆動するように構成された第１の電極を形成するステップとを含み、
前記複数のサンプル位置検出ユニットの各々を形成するステップは、
前記第１のベース基板上に、第２のゲート電極と、第２のソース電極と、第２のドレイン電極とを備えるように形成される第２の薄膜トランジスタを形成するステップと、
前記第２のソース電極に電気的に接続され、光センサに対応する位置における前記液滴の有無を検出するように構成された光センサを形成するステップとを含む、デジタルマイクロ流体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１８年１月４日に提出された中国特許出願２０１８１０００８６７５．９号の優先権を主張し、そのすべての内容を参照によりここに援用する。
【０００２】
本発明は、マイクロ流体技術に関し、特に、デジタルマイクロ流体デバイス、マイクロ流体装置、ラボオンチップデバイス、デジタルマイクロ流体方法、及びデジタルマイクロ流体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
マイクロフルイディクスは、小さいボリューム（例えば、マイクロリットルスケール）に幾何学的に制約される流体の正確な制御及び操作を可能にするものである。マイクロフルイディクスは、その迅速な反応及び自動化の可能性から、ルーチンバイオアッセイを迅速かつ信頼性のある試験に転換することができる。デジタルマイクロフルイディクスは、小型化されたバイオアッセイのために開発されてきた。この技術は、パターンニングされた電極の表面における流体の個別の液滴の操作を可能にする。デジタルマイクロフルイディクスを用いることで、それらの液滴を結合し混合させて様々な生化学反応を行うためのアレイベースのバイオアッセイが容易となる。さらに、デジタルマイクロフルイディクスを用いて、大規模、並列スケールで、多重化された解析を行うことができる。デジタルマイクロフルイディクスは、細胞ベースのアッセイ、酵素アッセイ、タンパク質プロファイリング及びポリメラーゼ連鎖反応を含む多種多様な用途を見出している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの側面において、本開示は、薄膜トランジスタ駆動基板を備え、前記薄膜トランジスタ駆動基板は、第１のベース基板と、複数のサンプル作動ユニットと、複数のサンプル位置検出ユニットと、前記複数のサンプル作動ユニット及び前記複数のサンプル位置検出ユニットの前記第１のベース基板から離れた側に位置する誘電絶縁層と、前記誘電絶縁層の前記第１のベース基板から離れた側に位置する第１の疎水層とを備え、前記複数のサンプル作動ユニットの各々は、前記第１のベース基板上に位置し、第１のゲート電極と、第１のソース電極と、第１のドレイン電極とを備える第１の薄膜トランジスタと、前記第１のドレイン電極に電気的に接続され、デジタルマイクロ流体デバイス上の液滴の輸送を駆動するように構成された第１の電極とを備え、前記複数のサンプル位置検出ユニットの各々は、前記第１のベース基板上に位置し、第２のゲート電極と、第２のソース電極と、第２のドレイン電極とを備える第２の薄膜トランジスタと、前記第２のソース電極に電気的に接続され、光センサに対応する位置における前記液滴の有無を検出するように構成された光センサとを備える、デジタルマイクロ流体デバイスを提供する。
【０００５】
或いは、前記デジタルマイクロ流体デバイスは、前記第１のゲート電極及び前記第２のゲート電極に電気的に接続され、前記第１の薄膜トランジスタ及び前記第２の薄膜トランジスタをターンオンするためのゲート走査信号を供給するように構成されたゲート線と、前記第１のソース電極に電気的に接続され、前記第１の薄膜トランジスタがターンオンすると、前記第１の電極に駆動信号を供給するように構成された第１の電極駆動信号線と、前記第２のドレイン電極に電気的に接続され、前記光センサによって検出された信号を送信するように構成された読み出し線とをさらに備えてもよい。
【０００６】
或いは、前記デジタルマイクロ流体デバイスは、前記光センサに電気的に接続された共通電極と、前記共通電極への共通電圧信号を供給されるように構成された共通電極信号線とをさらに備え、前記光センサは、前記共通電極に電気的に接続された第１の極性領域と、前記第２のソース電極に電気的に接続された第２の極性領域と、前記第１の極性領域と前記第２の極性領域とを電気的に接続するダイオード接合部とを備えてもよい。
【０００７】
或いは、前記デジタルマイクロ流体デバイスは、前記第２の極性領域を前記第２のソース電極に電気的に接続するコンタクト電極をさらに備え、前記コンタクト電極及び前記第２のソース電極は、同一層に位置し、同一の材料を含んでもよい。
【０００８】
或いは、前記デジタルマイクロ流体デバイスは、前記第２のソース電極の前記第１のベース基板から離れた側に位置する第１の絶縁層をさらに備え、前記光センサの前記第２のソース電極に隣接する側面は、前記第１の絶縁層を介して前記第２のソース電極から離間されていてもよい。
【０００９】
或いは、前記第１の絶縁層は、前記第１のソース電極、前記第１のドレイン電極、前記第２のソース電極及び前記第２のドレイン電極の前記第１のベース基板から離れた側に位置し、前記薄膜トランジスタ駆動基板は、前記第１の絶縁層を貫通する第１のビアを備え、前記光センサは、前記第１のビアを介して前記第２のソース電極に電気的に接続されてもよい。
【００１０】
或いは、前記デジタルマイクロ流体デバイスは、前記光センサに電気的に接続され、前記光センサの前記第１のベース基板から離れた側に位置する共通電極と、前記共通電極及び前記光センサの前記第１のベース基板から離れた側に位置する第２の絶縁層と、前記共通電極への共通電圧信号を供給されるように構成され、前記第２の絶縁層の前記第１のベース基板から離れた側に位置する共通電極信号線とをさらに備え、前記薄膜トランジスタ駆動基板は、前記第２の絶縁層を貫通する第２のビアを備え、前記共通電極信号線は、前記第２のビアを介して前記共通電極に電気的に接続されてもよい。
【００１１】
或いは、前記デジタルマイクロ流体デバイスは、前記共通電極信号線の前記第１のベース基板から離れた側に位置する第３の絶縁層をさらに備え、前記第１の電極は、前記第３の絶縁層の前記第１のベース基板から離れた側、かつ前記誘電絶縁層の前記第１のベース基板に面する側に位置し、前記薄膜トランジスタ駆動基板は、前記第３の絶縁層及び前記第２の絶縁層を貫通する第３のビアを備え、前記第１の電極は、前記第３のビアを介して前記第１のドレイン電極に電気的に接続されていてもよい。
【００１２】
或いは、前記デジタルマイクロ流体デバイスは、前記薄膜トランジスタ駆動基板から離間されている対向基板をさらに備え、前記対向基板は、第２のベース基板と、前記第２のベース基板の前記薄膜トランジスタ駆動基板に面する側に位置する第２の電極と、前記第２の電極の前記薄膜トランジスタ駆動基板に面する側に位置する第２の疎水層とを備えてもよい。
【００１３】
或いは、前記第１の電極の前記第１のベース基板上の正射影は、前記光センサの前記第１のベース基板上の正射影を覆い、前記第１の電極は実質的に透明な電極であってもよい。
【００１４】
或いは、前記デジタルマイクロ流体デバイスは、複数のサンプル作動及び位置検出ユニットのアレイを備え、前記複数のサンプル作動及び位置検出ユニットの各々は、前記複数のサンプル作動ユニットのうちの１つと、前記複数のサンプル位置検出ユニットのうちの１つとを備え、前記複数のサンプル作動ユニットのうちの１つの前記第１の薄膜トランジスタと、前記複数のサンプル位置検出ユニットのうちの１つの前記第２の薄膜トランジスタとは同一のゲート線に電気的に接続され、同時にターンオンするように構成されてもよい。
【００１５】
或いは、前記デジタルマイクロ流体デバイスは、複数のゲート線と、複数の第１の電極駆動信号線と、複数の読み出し線とをさらに備え、前記複数のゲート線は、前記複数の第１の電極駆動信号線及び前記複数の読み出し線と交差して、複数のサンプル作動及び位置検出領域を形成し、前記複数のサンプル作動及び位置検出ユニットは、前記複数のサンプル作動及び位置検出領域内にそれぞれ位置してもよい。
【００１６】
別の側面において、本開示は、本明細書で述べたデジタルマイクロ流体デバイス又は本明細書で述べた方法により製造されたデジタルマイクロ流体デバイスを備え、前記光センサにより検出された信号を受信するように構成された光検出回路と、前記第１の電極に駆動信号を供給するように構成された電極駆動回路とを備える、マイクロ流体装置を提供する。
【００１７】
別の側面において、本開示は、本明細書で述べたデジタルマイクロ流体デバイス又は本明細書で述べた方法により製造されたデジタルマイクロ流体デバイスを備えるラボオンチップデバイスを提供する。
【００１８】
別の側面において、本開示は、デジタルマイクロ流体デバイスを用いて液滴を選択的に輸送するステップを含み、前記デジタルマイクロ流体デバイスは、薄膜トランジスタ駆動基板を備え、前記薄膜トランジスタ駆動基板は、第１のベース基板と、複数のサンプル作動ユニットと、複数のサンプル位置検出ユニットと、前記複数のサンプル作動ユニット及び前記複数のサンプル位置検出ユニットの前記第１のベース基板から離れた側に位置する誘電絶縁層と、前記誘電絶縁層の前記第１のベース基板から離れた側に位置する第１の疎水層とを備え、前記複数のサンプル作動ユニットの各々は、第１のベース基板と、前記第１のベース基板上に位置し、第１のゲート電極と、第１のソース電極と、第１のドレイン電極とを備える第１の薄膜トランジスタと、前記第１のドレイン電極に電気的に接続され、前記デジタルマイクロ流体デバイス上の液滴の輸送を駆動するように構成された第１の電極とを備え、前記複数のサンプル位置検出ユニットの各々は、前記第１のベース基板上に位置し、第２のゲート電極と、第２のソース電極と、第２のドレイン電極とを備える第２の薄膜トランジスタと、前記第２のソース電極に電気的に接続され、光センサに対応する位置における前記液滴の有無を検出するように構成された光センサとを備えるステップと、前記複数のサンプル位置検出ユニットそれぞれの個々に位置する前記光センサを用いて、前記複数のサンプル位置検出ユニットに対する前記液滴の位置を検出するステップと、前記複数のサンプル位置検出ユニットに対する前記液滴の位置に基づいて、前記デジタルマイクロ流体デバイス上の前記液滴の輸送を駆動するステップとを含む、デジタルマイクロ流体方法を提供する。
【００１９】
或いは、前記液滴の輸送を駆動するステップは、前記液滴が少なくとも部分的に位置し前記複数のサンプル作動ユニットのうちの現在のサンプル作動ユニットが位置する、現在のサンプル作動及び位置検出領域を確定するステップと、次の直接隣接するサンプル作動及び位置検出領域内にある、前記複数のサンプル作動ユニットのうちの次の直接隣接するサンプル作動ユニット内の前記第１の電極を作動させて、前記現在のサンプル作動ユニットから前記次の直接隣接するサンプル作動ユニットの方向に沿って前記液滴を輸送するステップとを含んでもよい。
【００２０】
或いは、前記次の直接隣接するサンプル作動ユニット内の前記第１の電極を作動するステップは、前記次の直接隣接するサンプル作動ユニット内の前記第１の薄膜トランジスタの前記第１のソース電極に駆動信号を供給するステップと、前記次の直接隣接するサンプル作動ユニット内の前記第１の薄膜トランジスタをターンオンするためのゲート走査信号を供給して、前記次の直接隣接するサンプル作動ユニット内の前記第１の電極に前記駆動信号が供給されるようにするステップとを含んでもよい。
【００２１】
或いは、前記複数のサンプル位置検出ユニットに対する前記液滴の位置を検出するステップは、前記第２の薄膜トランジスタをターンオンするためのゲート走査信号を供給するステップと、前記光センサにより検出された光検出信号を送信するステップと、前記光検出信号を参照信号と比較して、前記光センサに対応する位置における前記液滴の有無を確定するステップとを含んでもよい。
【００２２】
或いは、前記デジタルマイクロ流体デバイスは、行状及び列状に配置された複数のサンプル作動及び位置検出ユニットのアレイと、複数のゲート線と、複数の第１の電極駆動信号線と、複数の読み出し線とを備え、前記複数のサンプル作動及び位置検出ユニットの各々は、前記複数のサンプル作動ユニットのうちの１つと、前記複数のサンプル位置検出ユニットのうちの１つとを備え、前記複数のゲート線は、前記複数の第１の電極駆動信号線及び前記複数の読み出し線と交差して、複数のサンプル作動及び位置検出領域を形成し、前記複数のサンプル作動及び位置検出ユニットは、前記複数のサンプル作動及び位置検出領域内にそれぞれ位置し、前記方法は、前記複数のゲート線のそれぞれを介して、前記複数のサンプル作動及び位置検出ユニットの複数の行に複数のゲート走査信号をそれぞれ供給するステップと、前記複数のサンプル作動及び位置検出ユニット内の第１の薄膜トランジスタ及び第２の薄膜トランジスタをそれぞれ行単位でターンオンするステップとを含んでもよい。
【００２３】
別の側面において、本開示は、薄膜トランジスタ駆動基板を形成するステップを含み、前記薄膜トランジスタ駆動基板を形成するステップは、第１のベース基板上に、複数のサンプル作動ユニットと複数のサンプル位置検出ユニットとを形成するステップと、前記複数のサンプル作動ユニット及び前記複数のサンプル位置検出ユニットの前記第１のベース基板から離れた側に誘電絶縁層を形成するステップと、前記誘電絶縁層の前記第１のベース基板から離れた側に第１の疎水層を形成するステップとを含み、前記複数のサンプル作動ユニットの各々を形成するステップは、前記第１のベース基板上に、第１のゲート電極と、第１のソース電極と、第１のドレイン電極とを備えるように形成される第１の薄膜トランジスタを形成するステップと、前記第１のドレイン電極に電気的に接続され、デジタルマイクロ流体デバイス上の液滴の輸送を駆動するように構成された第１の電極を形成するステップとを含み、前記複数のサンプル位置検出ユニットの各々を形成するステップは、前記第１のベース基板上に、第２のゲート電極と、第２のソース電極と、第２のドレイン電極とを備えるように形成される第２の薄膜トランジスタを形成するステップと、前記第２のソース電極に電気的に接続され、光センサに対応する位置における前記液滴の有無を検出するように構成された光センサを形成するステップとを含む、デジタルマイクロ流体デバイスの製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
以下の図面は開示する様々な実施形態による例示を目的とした例にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
【００２５】
【図１】本開示のいくつかの実施形態におけるデジタルマイクロ流体デバイスの一部の構造を示す模式図である。
【図２】本開示のいくつかの実施形態におけるデジタルマイクロ流体デバイスの一部の構造を示す模式図である。
【図３】本開示のいくつかの実施形態におけるデジタルマイクロ流体デバイスの一部の構造を示す模式図である。
【図４】本開示のいくつかの実施形態における光検出器の回路図である。
【図５】本開示のいくつかの実施形態における光センサの構造を示す模式図である。
【図６】本開示のいくつかの実施形態における光センサの構造を示す模式図である。
【図７】本開示のいくつかの実施形態におけるデジタルマイクロ流体デバイスの一部の構造を示す模式図である。
【図８】本開示のいくつかの実施形態におけるデジタルマイクロ流体デバイスの一部の構造を示す模式図である。
【図９】本開示のいくつかの実施形態におけるデジタルマイクロ流体デバイスの一部の構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下では、実施形態を参照しつつ、本開示について具体的に説明する。なお、いくつかの実施形態に関する以下の説明は例示及び説明としてのものにすぎない。それは、網羅的であること、又は開示された正確な形態に限定されることを意図するものではない。
【００２７】
本開示は、特に、関連技術における制限及び欠点に起因する１つ以上の課題を実質的に解消する、デジタルマイクロ流体デバイス、マイクロ流体装置、ラボオンチップデバイス、デジタルマイクロ流体方法、及びデジタルマイクロ流体デバイスの製造方法を提供する。１つの側面において、本開示はデジタルマイクロ流体デバイスを提供する。いくつかの実施形態において、デジタルマイクロ流体デバイスは、薄膜トランジスタ駆動基板を備える。いくつかの実施形態において、薄膜トランジスタ駆動基板は、第１のベース基板と、複数のサンプル作動ユニットと、複数のサンプル位置検出ユニットと、複数のサンプル作動ユニット及び複数のサンプル位置検出ユニットの第１のベース基板から離れた側に位置する誘電絶縁層と、誘電絶縁層の第１のベース基板から離れた側に位置する第１の疎水層とを備える。或いは、複数のサンプル作動ユニットの各々は、第１のベース基板上に位置する第１の薄膜トランジスタと、第１の薄膜トランジスタに電気的に接続されている第１の電極とを備えてもよい。第１の薄膜トランジスタは、第１のゲート電極と、第１のソース電極と、第１のドレイン電極とを備える。第１の電極は、第１のドレイン電極に電気的に接続され、デジタルマイクロ流体デバイス上の液滴の輸送を駆動するように構成される。或いは、複数のサンプル位置検出ユニットの各々は、第１のベース基板上に位置する第２の薄膜トランジスタと、第２の薄膜トランジスタに電気的に接続されている光センサとを備えてもよい。第２の薄膜トランジスタは、第２のゲート電極と、第２のソース電極と、第２のドレイン電極とを備える。光センサは、第２のソース電極に電気的に接続され、光センサに対応する位置における液滴の有無を検出するように構成される。
【００２８】
図１は、本開示のいくつかの実施形態におけるデジタルマイクロ流体デバイスの一部の構造を示す模式図（平面図）である。図２は、本開示のいくつかの実施形態におけるデジタルマイクロ流体デバイスの一部の構造を示す模式図（断面図）である。図１及び図２を参照すると、デジタルマイクロ流体デバイスは、薄膜トランジスタ駆動基板Ａを備えている。薄膜トランジスタ駆動基板Ａは、第１のベース基板１００と、複数のサンプル作動ユニット１と、複数のサンプル位置検出ユニット２と、複数のサンプル作動ユニット１及び複数のサンプル位置検出ユニット２の第１のベース基板１００から離れた側に位置する誘電絶縁層６１５と、誘電絶縁層６１５の第１のベース基板１００から離れた側に位置する第１の疎水層６１６とを備える。第１の疎水層６１６の外面は、液滴１０とその流路において接触するように構成されている。液滴１０に隣接する第１の電極２００に作動電圧が印加されると、液滴１０と、第１の電極２００上方に位置する第１の疎水層６１６の液滴１０に隣接する表面との間のディウェッティング挙動に変化が生じ、例えば、疎水性が低下する。作動電圧が上昇すると、第１の電極２００上方に位置する第１の疎水層６１６の表面における液滴１０の接触角は減少する。ディウェッティング挙動が変化し接触角が減少した結果、液滴１０は、液滴１０に隣接する作動電圧が印加された第１の電極２００に向かって移動するように駆動される。複数の第１の電極にそれぞれ作動電圧を順次印加することにより、作動電圧が印加された方向に沿って液滴１０を輸送することができる。
【００２９】
図２を参照すると、複数のサンプル作動ユニット１の各々は、第１のベース基板１００上に位置する第１の薄膜トランジスタＴＦＴ１と、第１の薄膜トランジスタＴＦＴ１に電気的に接続されている第１の電極２００とを備えている。第１の薄膜トランジスタＴＦＴ１は、第１のゲート電極３０１と、第１のソース電極３０３と、第１のドレイン電極３０２とを備える。第１の電極２００は、第１のドレイン電極３０２に電気的に接続され、デジタルマイクロ流体デバイス上の液滴１０の輸送を駆動するように構成される。
【００３０】
図２を参照すると、複数のサンプル位置検出ユニット２の各々は、第１のベース基板１００上に位置する第２の薄膜トランジスタＴＦＴ２と、第２の薄膜トランジスタＴＦＴ２に電気的に接続されている光センサ９００とを備えている。第２の薄膜トランジスタＴＦＴ２は、第２のゲート電極３１１と、第２のソース電極３１３と、第２のドレイン電極３１２とを備える。光センサ９００は、第２のソース電極３１３に電気的に接続され、光センサ９００に対応する位置における液滴１０の有無を検出するように構成される。
【００３１】
複数のサンプル作動ユニット１及び複数のサンプル位置検出ユニット２の様々な適切な配置を実施してよい。或いは、複数のサンプル位置検出ユニット２の総数に対する複数のサンプル作動ユニット１の総数の比は、１：５０〜５０：１の範囲、例えば、１：２５〜２５：１、１：１０〜１０：１、１：５〜５：１、１：２．５〜２．５：１、１：２〜２：１、１：１．５〜１．５：１の範囲にあってもよい。或いは、複数のサンプル位置検出ユニット２の総数に対する複数のサンプル作動ユニット１の総数の比は、１：１であってもよい。或いは、複数のサンプル作動ユニット１をアレイ状に配置し、複数のサンプル位置検出ユニット２をアレイ状に配置してもよい。或いは、複数のサンプル作動ユニット１及び複数のサンプル位置検出ユニット２は、マイクロ流体装置内における液滴の設計流路に対応するパターンを有するように形成されてもよい。
【００３２】
図１を参照すると、いくつかの実施形態において、デジタルマイクロ流体デバイスは、第１のゲート電極３０１及び第２のゲート電極３１１に電気的に接続され、第１の薄膜トランジスタＴＦＴ１及び第２の薄膜トランジスタＴＦＴ２をターンオンするためのゲート走査信号を供給するように構成されたゲート線６００を備えている。図１において、第１のゲート電極３０１及び第２のゲート電極３１１は同一のゲート線６００に共通接続されている。或いは、第１のゲート電極３０１及び第２のゲート電極３１１は、第１のゲート電極３０１及び第２のゲート電極３１１のそれぞれに２つの異なるゲート走査信号をそれぞれ供給する２本の別々のゲート線によってそれぞれ制御されてもよい。
【００３３】
図１を参照すると、いくつかの実施形態において、デジタルマイクロ流体デバイスは、第１のソース電極３０３に電気的に接続されている第１の電極駆動信号線５００を備えている。第１の電極駆動信号線５００は、第１のソース電極３０３に駆動信号を供給するように構成されている。図１及び図２に示すように、第１の薄膜トランジスタＴＦＴ１がターンオンすると、第１の薄膜トランジスタＴＦＴ１は、第１のソース電極３０３から、第１の電極２００に順に電気的に接続されている第１のドレイン電極３０２へ駆動信号を通過させる。駆動信号を供給された第１の電極２００は、デジタルマイクロ流体デバイス上の液滴１０の輸送を駆動するように構成されており、これについてはデジタルマイクロ流体方法の部分と関連付けて詳しく後述する。
【００３４】
図１を参照すると、いくつかの実施形態において、デジタルマイクロ流体デバイスは、第２のドレイン電極３１２に電気的に接続され、光センサ９００によって検出された信号を、例えば、光検出回路等に送信するように構成された読み出し線７１０を備えている。
【００３５】
図３は、本開示のいくつかの実施形態におけるデジタルマイクロ流体デバイスの一部の構造を示す模式図である。図３を参照すると、いくつかの実施形態において、デジタルマイクロ流体デバイスは、対向基板Ｂをさらに備えている。対向基板Ｂは、薄膜トランジスタ駆動基板Ａから離間されている。いくつかの実施形態において、対向基板Ｂは、第２のベース基板１０１と、第２のベース基板１０１の薄膜トランジスタ駆動基板Ａに面する側に位置する第２の電極４００と、第２の電極４００の薄膜トランジスタ駆動基板Ａに面する側に位置する第２の疎水層１０２とを備えている。或いは、デジタルマイクロ流体デバイスは、第１の疎水層６１６と第２の疎水層１０２との間に挟まれた液滴１０の輸送を駆動するように構成されてもよい。或いは、第２の電極４００は、例えば、接地電圧等の共通電圧が供給されるように構成されるのに対し、第１の電極２００は、流路に沿って液滴１０を輸送するための駆動電圧（例えば、作動電圧）が供給されるように構成されてもよい。
【００３６】
図４は、本開示のいくつかの実施形態における光検出器の回路図である。図１から４を参照すると、光センサ９００は、第２の薄膜トランジスタＴＦＴ２の第２のソース電極３１３に電気的に接続されている。第２の薄膜トランジスタＴＦＴ２の第２のドレイン電極３１２は、光検出回路Ｃ１に順に接続されている読み出し線７１０のうちの１本に電気的に接続されている。
【００３７】
本願のデジタルマイクロ流体デバイスを作製及び使用するにあたり、ダイオード接合部を有する様々な適切なフォトセンサを用いてもよい。ダイオード接合部を有する光センサの例としては、ＰＮフォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、ＭＩＭダイオード接合部、ＭＩＳダイオード接合部、ＭＯＳダイオード接合部、ＳＩＳダイオード接合部及びＭＳダイオード接合部が挙げられるが、これらに限定されない。
【００３８】
図５は、本開示のいくつかの実施形態における光センサの構造を示す模式図である。図５を参照すると、いくつかの実施形態において、光センサ９００は、共通電極８００に接続された第１の極性領域ＰＲ１と、第２の薄膜トランジスタＴＦＴ２の第２のソース電極３１３に接続された第２の極性領域ＰＲ２と、第１の極性領域ＰＲ１と第２の極性領域ＰＲ２とを接続するダイオード接合部Ｊとを備えている。本明細書において「ダイオード接合部」という用語は、例えば、一方のバイアス方向において他方と比較して大幅に異なる導電性を示す接合部等の電流整流を示すことのできる接合部をいう。
【００３９】
或いは、ダイオード接合部を有する光センサは、第１のドーパント部を有する第１の極性領域と、第２のドーパント部を有する第２の極性領域と、第１の極性領域と第２の極性領域とを接続するダイオード接合部とを備えてもよい。或いは、第１の極性領域が低電圧に接続され、第２の極性領域が高電圧に接続されたとき、ダイオード接合部を有する光センサは逆バイアスされてもよい。例えば、第１の極性領域が（低電圧、例えば、−５Ｖ〜０Ｖの）共通電極に接続されているとき、ダイオード接合部を有する光センサは逆バイアス状態にある。いくつかの実施形態において、ダイオード接合部を有する光センサは、第１の極性領域としてＰ＋ドーピング半導体領域を、第２の極性領域としてＮ＋ドーピング半導体領域を有するＰＮ接合部である。いくつかの実施形態において、ダイオード接合部を有する光センサは、第１の極性領域としてのＰ＋ドーピング半導体領域と、第２の極性領域としてのＮ＋ドーピング半導体領域と、Ｐ＋ドーピング半導体領域とＮ＋ドーピング半導体領域との間に位置するアモルファスシリコンの真性領域とを有するＰＩＮフォトダイオードである。
【００４０】
図２及び図３を参照すると、いくつかの実施形態において、デジタルマイクロ流体デバイスは、共通電極８００に電気的に接続され、共通電極８００への共通電圧信号を供給されるように構成された共通電極信号線８１０をさらに備えている。
【００４１】
図２、３及び５を参照すると、いくつかの実施形態において、デジタルマイクロ流体デバイスは、第２の極性領域ＰＲ２を第２のソース電極３１３に電気的に接続するコンタクト電極７００をさらに備えている。或いは、コンタクト電極７００及び第２のソース電極３１３は、同一層に位置し、同一の導電材料により作製されてもよい。コンタクト電極７００及び第２のソース電極３１３は、同一のパターニング処理で、例えば、同一のマスク板を用いてパターニングしてもよい。
【００４２】
図２及び図３を参照すると、いくつかの実施形態において、デジタルマイクロ流体デバイスは、第２のソース電極３１３の第１のベース基板１００から離れた側に位置する第１の絶縁層６１０をさらに備えている。光センサ９００の第２のソース電極３１３に隣接する側面は、第１の絶縁層６１０を介して第２のソース電極３１３から離間されている。図６は、本開示のいくつかの実施形態における光センサの構造を示す模式図である。図２、３及び６を参照すると、いくつかの実施形態において、光センサ９００は、第１のベース基板１００と反対側の第１の側Ｓ１と、第１の側Ｓ１と対向し第１のベース基板１００に面する第２の側Ｓ２と、第１の側Ｓ１と第２の側Ｓ２とを接続する第３の側Ｓ３とを有する。図６に示すように、いくつかの実施形態において、第２のソース電極３１３から離間されている側面は第３の側Ｓ３である。
【００４３】
第１の絶縁層６１０により第２のソース電極３１３からフォトセンサ９００の側面を離間させることで、光センサ９００のパターニング処理の際に（例えば、光センサ９００のエッチング処理の際に）、第２のソース電極３１３の金属材料（及び第２のドレイン電極３１２の金属材料）によるフォトセンサ９００の汚染を回避することができる。
【００４４】
さらに、共通電極８００は、光センサ９００上に形成された後続層をパターニングする際に（例えば、第２の絶縁層６１１をパターニングする際に）、光センサ９００を保護するためのエッチング停止層としても機能する。
【００４５】
図２及び図３を参照すると、いくつかの実施形態において、第１の絶縁層６１０は、第１のソース電極３０３、第１のドレイン電極３０２、第２のソース電極３１３及び第２のドレイン電極３１２の第１のベース基板１００から離れた側に位置している。薄膜トランジスタ駆動基板Ａは、第１の絶縁層６１０を貫通する第１のビアＶ１を備えている。光センサ９００（例えば、第２の極性領域ＰＲ２）は、第１のビアＶ１を介して（例えば、第２の極性領域ＰＲ２を第２のソース電極３１３に電気的に接続するコンタクト電極７００を介して）第２のソース電極３１３に電気的に接続されている。或いは、第１のソース電極３０３と、第１のドレイン電極３０２と、第２のソース電極３１３と、第２のドレイン電極３１２とは、同一層に位置し、同一材料からなり、同一処理で（例えば、同一のマスク板を用いて）パターニングされてもよい。本明細書において「同一層」という用語は、同一のステップで同時に形成された層同士の関係をいう。１つの実施例において、第１のドレイン電極３０２と、第２のソース電極３１３と、第２のドレイン電極３１２とは、同一材料層において行われた同一のパターニング処理の１つ以上のステップの結果として形成されると、同一層に位置する。別の実施例において、第１のドレイン電極３０２と、第２のソース電極３１３と、第２のドレイン電極３１２とは、活性層を形成するステップと第１の電極を形成するステップとを同時に行うことにより同一層に形成することができる。「同一層」という用語は、断面における層の厚み又は層の高さが必ずしも同一であることを意味しない。
【００４６】
図２及び図３を参照すると、いくつかの実施形態において、デジタルマイクロ流体デバイスは、共通電極８００及び光センサ９００の第１のベース基板１００から離れた側に位置する第２の絶縁層６１１と、第２の絶縁層６１１の第１のベース基板１００から離れた側に位置し、共通電極８００への共通電圧信号を供給されるように構成された共通電極信号線８１０とをさらに備えている。或いは、薄膜トランジスタ駆動基板Ａは、第２の絶縁層６１１を貫通する第２のビアＶ２を備え、共通電極信号線８１０は、第２のビアＶ２を介して共通電極８００に電気的に接続されていてもよい。
【００４７】
図２及び図３を参照すると、いくつかの実施形態において、デジタルマイクロ流体デバイスは、共通電極信号線８１０の第１のベース基板１００から離れた側に位置する第３の絶縁層６１３をさらに備えている。第１の電極２００は、第３の絶縁層６１３の第１のベース基板１００から離れた側、かつ誘電絶縁層６１５の第１のベース基板１００に面する側に位置している。或いは、薄膜トランジスタ駆動基板Ａは、第３の絶縁層６１３及び第２の絶縁層６１１を貫通する第３のビアＶ３を備えてもよい。第１の電極２００は、第３のビアＶ３を介して第１のドレイン電極３０２に電気的に接続されている。
【００４８】
図１から３を参照すると、いくつかの実施形態において、第１の電極２００の第１のベース基板１００上の正射影は、光センサ９００の第１のベース基板１００上の正射影を覆っている。或いは、第１の電極２００は実質的に透明な電極であってもよい。本明細書において「実質的に透明」という用語は、可視波長範囲の光が少なくとも５０％（例えば、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、少なくとも９５％）が透過することを意味する。
【００４９】
図７は、本開示のいくつかの実施形態におけるデジタルマイクロ流体デバイスの一部の構造を示す模式図である。図７を参照すると、いくつかの実施形態において、第１の電極２００の第１のベース基板１００上の正射影は、光センサ９００の第１のベース基板１００上の正射影と、第１の薄膜トランジスタＴＦＴ１の第１のベース基板１００上の正射影と、第２の薄膜トランジスタＴＦＴ２の第１のベース基板１００上の正射影との組み合わせを少なくとも覆っている。或いは、さらに図７を参照すると、複数のサンプル作動ユニット１それぞれの個々の第１の電極２００の第１のベース基板１００上の正射影は、複数のサンプル位置検出ユニット２のうちの１つの第１のベース基板１００上の正射影と、複数のサンプル作動ユニット１のうちの１つの他の要素の第１のベース基板１００上の正射影との組み合わせを少なくとも覆ってもよい。
【００５０】
図８は、本開示のいくつかの実施形態におけるデジタルマイクロ流体デバイスの一部の構造を示す模式図である。図９は、本開示のいくつかの実施形態におけるデジタルマイクロ流体デバイスの一部の構造を示す模式図である。図８及び図９を参照すると、いくつかの実施形態において、デジタルマイクロ流体デバイスは、複数のサンプル作動及び位置検出ユニット３のアレイを備えている。或いは、複数のサンプル作動及び位置検出ユニット３の各々は、複数のサンプル作動ユニット１のうちの１つと、複数のサンプル位置検出ユニット２のうちの１つとを備えてもよい。或いは、複数のサンプル作動ユニット１のうちの１つの第１のトランジスタＴＦＴ１と、複数のサンプル位置検出ユニット２のうちの１つの第２のトランジスタＴＦＴ２とは同一のゲート線６００に電気的に接続され、同時にターンオンするように構成されてもよい。図９を参照すると、いくつかの実施形態において、デジタルマイクロ流体デバイスは、複数のゲート線６００と、複数の第１の電極駆動信号線５００と、複数の読み出し線７１０とを備えている。或いは、複数のゲート線６００は、複数の第１の電極駆動信号線５００及び複数の読み出し線７１０と交差して、複数のサンプル作動及び位置検出領域３’を形成してもよい。或いは、複数のサンプル作動及び位置検出ユニット３は、複数のサンプル作動及び位置検出領域３’内にそれぞれ位置してもよい。
【００５１】
別の側面において、本開示はデジタルマイクロ流体方法を提供する。いくつかの実施形態において、デジタルマイクロ流体方法は、本開示に述べるデジタルマイクロ流体デバイスを用いて液滴を選択的に輸送するステップを含む。いくつかの実施形態において、デジタルマイクロ流体方法は、複数のサンプル位置検出ユニットそれぞれの個々に位置する光センサを用いて、複数のサンプル位置検出ユニットに対する液滴の位置を検出するステップと、複数のサンプル位置検出ユニットに対する液滴の位置に基づいて、デジタルマイクロ流体デバイス上の液滴の輸送を駆動するステップとを含む。図８を参照すると、液滴１０は、複数のサンプル作動及び位置検出領域の現在のサンプル作動及び位置検出領域３ａ’における位置に、少なくとも部分的に位置している。複数のサンプル作動ユニット１のうちの現在のサンプル作動ユニットは、現在のサンプル作動及び位置検出領域３ａ’に位置している。いくつかの実施形態において、液滴１０の輸送を駆動するステップは、液滴１０が少なくとも部分的に位置し複数のサンプル作動ユニット１のうちの現在のサンプル作動ユニットが位置する、現在のサンプル作動及び位置検出領域３ａ’を確定するステップと、次の直接隣接するサンプル作動及び位置検出領域３ｂ’内に位置する、複数のサンプル作動ユニット１のうちの次の直接隣接するサンプル作動ユニット内の第１の電極２００を作動させて、現在のサンプル作動ユニットから次の直接隣接するサンプル作動ユニットの方向に沿って（例えば、現在のサンプル作動及び位置検出領域３ａ’から次の直接隣接するサンプル作動及び位置検出領域３ｂ’の方向に沿って）液滴１０を輸送するステップとを含む。
【００５２】
いくつかの実施形態において、複数のサンプル位置検出ユニット２に対する液滴１０の位置を検出するステップは、第２の薄膜トランジスタＴＦＴ２をターンオンするためのゲート走査信号を供給するステップと、光センサ９００により検出された光検出信号を送信するステップと、光検出信号を参照信号と比較して、光センサ９００に対応する位置における液滴１０の有無を確定するステップとを含む。或いは、このステップは、共通電極８００に共通電圧信号Ｖｃｏｍを供給するステップをさらに含んでもよい。光センサ９００に光が照射されると、光センサ９００は光子を電気信号（例えば、光電流）に変換する。第２の薄膜トランジスタＴＦＴ２がターンオンすると、光センサ９００で生成された光検出信号は、コンタクト電極７００を介して第２のソース電極３１３に送信される。そして、第２の薄膜トランジスタＴＦＴ２がターンオンすると、光検出信号は、第２のソース電極３１３から第２のドレイン電極３１２へと通過することができる。そして、光検出信号は、読み出し線７１０を介して光検出回路（例えば、図９に示す光検出回路Ｃ１）へ送信される。入射光と光センサ９００の間に液滴１０があるために、液滴１０を有する現在のサンプル作動及び位置検出領域３ａ’内で光センサ９００によって検出される光検出信号は、液滴１０のないサンプル作動及び位置検出領域内で光センサ９００によって検出される光検出信号と異なる。したがって、光検出信号を参照信号と比較することにより、液滴１０を有する現在のサンプル作動及び位置検出領域３ａ’を容易に確定することができ、複数のサンプル位置検出ユニット２に対する液滴１０の位置を容易に検出することができる。
【００５３】
いくつかの実施形態において、図９に示すように、デジタルマイクロ流体デバイスは、行状及び列状に配置された複数のサンプル作動及び位置検出ユニット３のアレイを備えている。この方法は、或いは、複数のゲート線６００のそれぞれを介して、複数のサンプル作動及び位置検出ユニット３の複数の行に複数のゲート走査信号をそれぞれ供給するステップと、複数のサンプル作動及び位置検出ユニット３内の第２の薄膜トランジスタをそれぞれ行単位でターンオンするステップとを含む。したがって、複数のサンプル作動及び位置検出ユニット３内における液滴１０の有無は、複数のサンプル作動及び位置検出ユニット３内で検出された光検出信号を参照信号とそれぞれ比較することによって確定することができる。
【００５４】
いくつかの実施形態において、この方法は、第１の薄膜トランジスタＴＦＴ１の第１のゲート電極３０１及び第２の薄膜トランジスタＴＦＴ２の第２のゲート電極３１１にゲート走査信号を供給して、第１の薄膜トランジスタＴＦＴ１及び第２の薄膜トランジスタＴＦＴ２をターンオンするステップと、第１の電極駆動信号線５００を介して第１の電極２００に負電圧Ｖ２ｎｄを供給するステップと、共通電極信号線８１０を介して共通電極８００に負電圧Ｖ１ｓｔを供給するステップと、第２の電極４００に負電圧Ｖ２ｎｄを供給するステップとを含む。或いは、Ｖ１ｓｔ及びＶ２ｎｄの電圧レベルは互いに異なってもよい。このとき、第１の電極２００及び第２の電極４００における電圧レベルが同一であるため、液滴１０は複数のサンプル作動ユニット１によって駆動されない。
【００５５】
いくつかの実施形態において、光検出回路は、液滴１０に関連する他の情報を検出するように構成されている。液滴１０に関連する情報の例としては、液滴１０の１つ以上の化学特性、液滴１０の１つ以上の物理特性、及び液滴１０の１つ以上の光学特性が挙げられる。
【００５６】
いくつかの実施形態において、次の直接隣接するサンプル作動ユニット内の第１の電極２００を作動するステップは、次の直接隣接するサンプル作動ユニット内の第１の薄膜トランジスタＴＦＴ１の第１のソース電極３０３に駆動信号を供給するステップと、次の直接隣接するサンプル作動ユニット内の第１の薄膜トランジスタＴＦＴ１をターンオンするためのゲート走査信号を供給して、次の直接隣接するサンプル作動ユニット内の第１の電極２００に駆動信号が供給されるようにするステップとを含む。図８を参照すると、複数のサンプル作動及び位置検出領域のうちの現在のサンプル作動及び位置検出領域３ａ’と次の直接隣接するサンプル作動及び位置検出領域３ｂ’とは、互いに直接隣接している。現在のサンプル作動ユニットは、現在のサンプル作動及び位置検出領域３ａ’内に位置する。次の直接隣接するサンプル作動ユニットは、次の直接隣接するサンプル作動及び位置検出領域３ｂ’内に位置する。液滴１０の位置が検出され、現在のサンプル作動及び位置検出領域３ａ’内に少なくとも部分的に位置することが確定される。第１の疎水層６１６の外面は、液滴１０とその流路において接触するように構成される。次の直接隣接するサンプル作動及び位置検出領域３ｂ’内の第１の薄膜トランジスタＴＦＴ１の第１の電極２００に作動電圧が印加されると、液滴１０と、次の直接隣接するサンプル作動及び位置検出領域３ｂ’内の第１の電極２００上方に位置する第１の疎水層６１６の表面との間のディウェッティング挙動に変化が生じ、例えば、疎水性が低下する。作動電圧が上昇すると、次の直接隣接するサンプル作動及び位置検出領域３ｂ’内の第１の電極２００上方に位置する第１の疎水層６１６の表面における液滴１０の接触角は減少する。ディウェッティング挙動が変化し接触角が減少した結果、液滴１０は、次の直接隣接するサンプル作動及び位置検出領域３ｂ’内の第１の電極２００に向かって移動するように駆動される。液滴１０は、現在のサンプル作動及び位置検出領域３ａ’から次の直接隣接するサンプル作動及び位置検出領域３ｂ’の方向に沿って輸送される。
【００５７】
いくつかの実施形態において、現在のサンプル作動及び位置検出領域３ａ’内の第１の電極２００に、次の直接隣接するサンプル作動及び位置検出領域３ｂ’内の第１の電極２００と異なる電圧信号が印加されて、現在のサンプル作動及び位置検出領域３ａ’と次の直接隣接するサンプル作動及び位置検出領域３ｂ’とにおいて液滴１０のディウェッティング挙動及び接触角が異なるものとなり、これにより液滴１０は、現在のサンプル作動及び位置検出領域３ａ’から次の直接隣接するサンプル作動及び位置検出領域３ｂ’の方向に沿って輸送される。或いは、現在のサンプル作動及び位置検出領域３ａ’内の第１の電極２００に印加された電圧信号は、次の直接隣接するサンプル作動及び位置検出領域３ｂ’内の第１の電極２００に印加された電圧信号と極性が逆であってもよい。或いは、現在のサンプル作動及び位置検出領域３ａ’内の第１の電極２００に接地電圧が印加され、次の直接隣接するサンプル作動及び位置検出領域３ｂ’内の第１の電極２００に作動電圧が供給されてもよい。
【００５８】
１つの実施例において、図８を参照すると、液滴１０の位置が検出され、現在のサンプル作動及び位置検出領域３ａ’内に少なくとも部分的に位置することが確定される。ゲート走査信号は、第１の薄膜トランジスタＴＦＴ１の第１のゲート電極３０１と、第２の薄膜トランジスタＴＦＴ２の第２のゲート電極３１１とに供給されて、第１の薄膜トランジスタＴＦＴ１と第２の薄膜トランジスタＴＦＴ２とがターンオンされる。第２の電極４００に負電圧Ｖ２ｎｄが供給される。負電圧Ｖ２ｎｄは、現在のサンプル作動及び位置検出領域３ａ’内の第１の電極２００にも供給される。次の直接隣接するサンプル作動及び位置検出領域３ｂ’内の第１の電極２００に正電圧Ｖ３ｒｄが供給される。次の直接隣接するサンプル作動及び位置検出領域３ｂ’内の液滴１０のディウェッティング挙動及び接触角の変化のために、液滴１０は、現在のサンプル作動及び位置検出領域３ａ’から次の直接隣接するサンプル作動及び位置検出領域３ｂ’の方向に沿って輸送される。
【００５９】
いくつかの実施形態において、図９に示すように、デジタルマイクロ流体デバイスは、行状及び列状に配置された複数のサンプル作動及び位置検出ユニット３のアレイを備えている。この方法は、或いは、複数のゲート線６００のそれぞれを介して、複数のサンプル作動及び位置検出ユニット３の複数の行にそれぞれ複数のゲート走査信号をそれぞれ供給するステップと、複数のサンプル作動及び位置検出ユニット３内の第１の薄膜トランジスタをそれぞれ行単位でターンオンするステップとを含む。複数の第１の電極駆動信号線５００のうちの１つを介して、次の直接隣接するサンプル作動及び位置検出領域３ｂ’内の第１の電極２００に第１の駆動信号が供給されるのに対し、（現在のサンプル作動及び位置検出領域３ａ’を含む）他のサンプル作動及び位置検出領域内の第１の電極２００に第２の駆動信号が供給される。
【００６０】
別の側面において、本開示はデジタルマイクロ流体デバイスの製造方法を提供する。いくつかの実施形態において、この方法は、薄膜トランジスタ駆動基板を形成するステップを含む。いくつかの実施形態において、薄膜トランジスタ駆動基板を形成するステップは、第１のベース基板上に、複数のサンプル作動ユニットと複数のサンプル位置検出ユニットとを形成するステップと、複数のサンプル作動ユニット及び複数のサンプル位置検出ユニットの第１のベース基板から離れた側に誘電絶縁層を形成するステップと、誘電絶縁層の第１のベース基板から離れた側に第１の疎水層を形成するステップとを含む。或いは、複数のサンプル作動ユニットの各々を形成するステップは、第１のベース基板上に、第１のゲート電極と、第１のソース電極と、第１のドレイン電極とを備えるように形成される第１の薄膜トランジスタを形成するステップと、第１のドレイン電極に電気的に接続され、デジタルマイクロ流体デバイス上の液滴の輸送を駆動するように構成された第１の電極を形成するステップとを含んでもよい。或いは、複数のサンプル位置検出ユニットの各々を形成するステップは、第１のベース基板上に、第２のゲート電極と、第２のソース電極と、第２のドレイン電極とを備えるように形成される第２の薄膜トランジスタを形成するステップと、第２のソース電極に電気的に接続され、光センサに対応する位置における液滴の有無を検出するように構成された光センサを形成するステップとを含んでもよい。
【００６１】
いくつかの実施形態において、この方法は、第１のゲート電極と第２のゲート電極とに電気的に接続され、第１の薄膜トランジスタ及び第２の薄膜トランジスタをターンオンするためのゲート走査信号を供給するように構成されたゲート線を形成するステップと、第１のソース電極に電気的に接続され、第１の薄膜トランジスタがターンオンすると、第１の電極に駆動信号を供給するように構成された第１の電極駆動信号線を形成するステップと、第２のドレイン電極に電気的に接続され、光センサにより検出された信号を送信するように構成された読み出し線を形成するステップとをさらに含む。
【００６２】
いくつかの実施形態において、この方法は、光センサに電気的に接続された共通電極を形成するステップと、共通電極への共通電圧信号を供給された共通電極信号線を形成するステップとをさらに含む。或いは、光センサを形成するステップは、共通電極に電気的に接続された第１の極性領域を形成するステップと、第２のソース電極に電気的に接続された第２の極性領域を形成するステップと、第１の極性領域と第２の極性領域とを電気的に接続するダイオード接合部を形成するステップとを含んでもよい。
【００６３】
いくつかの実施形態において、この方法は、第２の極性領域を第２のソース電極に電気的に接続するコンタクト電極を形成するステップをさらに含む。コンタクト電極及び第２のソース電極は、同一層内に形成され、例えば、同一のパターニング処理で同一のマスク板を用いて、同一の材料を含むように形成される。
【００６４】
いくつかの実施形態において、この方法は、第２のソース電極の第１のベース基板から離れた側に第１の絶縁層を形成するステップをさらに含む。第１の絶縁層は、光センサの第２のソース電極に隣接している側面を第２のソース電極から離間するように形成される。或いは、第１の絶縁層は、第１のソース電極、第１のドレイン電極、第２のソース電極及び第２のドレイン電極の第１のベース基板から離れた側に形成されてもよい。或いは、この方法は、第１の絶縁層を貫通する第１のビアを形成するステップをさらに含んでもよい。光センサは、第１のビアを介して第２のソース電極に電気的に接続されるように形成される。
【００６５】
いくつかの実施形態において、この方法は、光センサに電気的に接続され、光センサの第１のベース基板から離れた側に共通電極を形成するステップと、共通電極及び光センサの第１のベース基板から離れた側に第２の絶縁層を形成するステップと、共通電極への共通電圧信号が供給されるように構成され、第２の絶縁層の第１のベース基板から離れた側に位置する共通電極信号線を形成するステップとをさらに含む。或いは、この方法は、第２の絶縁層を貫通する第２のビアを形成するステップをさらに含んでもよい。共通電極信号線は、第２のビアを介して共通電極に電気的に接続されるように形成される。
【００６６】
いくつかの実施形態において、この方法は、共通電極信号線の第１のベース基板から離れた側に第３の絶縁層を形成するステップをさらに含む。或いは、第１の電極は、第３の絶縁層の第１のベース基板から離れた側、かつ誘電絶縁層の第１のベース基板に面する側に形成されてもよい。或いは、この方法は、第３の絶縁層及び第２の絶縁層を貫通する第３のビアを形成するステップをさらに含んでもよい。第１の電極は、第３のビアを介して第１のドレイン電極に電気的に接続される。
【００６７】
いくつかの実施形態において、この方法は、薄膜トランジスタ駆動基板から離間された対向基板を形成するステップをさらに含む。或いは、対向基板を形成するステップは、第２のベース基板を形成するステップと、第２のベース基板の薄膜トランジスタ駆動基板に面する側に第２の電極を形成するステップと、第２の電極の薄膜トランジスタ駆動基板に面する側に第２の疎水層を形成するステップとを含んでもよい。
【００６８】
或いは、第１の電極及び光センサは、第１の電極の第１のベース基板上の正射影が、光センサのベース基板上の正射影を覆うように形成されてもよい。第１の電極は、実質的に透明な導電材料により形成される。
【００６９】
いくつかの実施形態において、この方法は、複数のサンプル作動及び位置検出ユニットのアレイを形成するステップを含み、複数のサンプル作動及び位置検出ユニットの各々は、複数のサンプル作動ユニットのうちの１つと、複数のサンプル位置検出ユニットのうちの１つとを備えるように形成される。或いは、複数のサンプル作動ユニットのうちの１つの第１のトランジスタと、複数のサンプル位置検出ユニットのうちの１つの第２のトランジスタとは同一のゲート線に電気的に接続されるように形成され、同時にターンオンするように構成されてもよい。或いは、この方法は、複数のゲート線と、複数の第１の電極駆動信号線と、複数の読み出し線とを形成するステップをさらに含んでもよい。或いは、複数のゲート線は、複数の第１の電極駆動信号線及び複数の読み出し線と交差して、複数のサンプル作動及び位置検出領域を形成するように形成されてもよい。複数のサンプル作動及び位置検出ユニットは、複数のサンプル作動及び位置検出領域内にそれぞれ形成されてもよい。
【００７０】
様々な適切な導電材料及び様々な適切な製造方法により、第１のゲート電極と、第１のソース電極と、第１のドレイン電極と、第２のゲート電極と、第２のソース電極と、第２のドレイン電極と、共通電極信号線と、第１の電極駆動信号線とを作製してよい。例えば、プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）処理によって導電材料を基板上に積層してもよい。適切な導電材料の例としては、モリブデン、アルミニウム、銅、銀、クロム、ネオジム、ニッケル、マンガン、チタン、タンタル及びタングステン等の金属材料が挙げられるが、これらに限定されない。
【００７１】
様々な適切な導電材料及び様々な適切な製造方法により、第１の電極と、第２の電極と、共通電極とを作製してよい。例えば、プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）処理によって透明導電材料を基板上に積層してもよい。適切な透明導電材料の例としては、様々な透明金属電極材料、透明金属酸化物電極材料、透明カーボンナノチューブ等が挙げられるが、これらに限定されない。透明金属電極材料としては、銀及びマグネシウム／銀の合金又は積層体が挙げられる。透明金属酸化物電極材料の例としては、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物、インジウムガリウム酸化物及びインジウムガリウム亜鉛酸化物が挙げられるが、これらに限定されない。
【００７２】
様々な適切な絶縁材料及び様々な適切な製造方法により、第１の絶縁層と、第２の絶縁層と、第３の絶縁層と、誘電絶縁層と、第２の誘電絶縁層とを作製してよい。例えば、プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）処理によって絶縁材料を基板上に積層してもよい。適切な絶縁材料の例としては、ポリイミド、樹脂、酸化ケイ素（ＳｉＯｙ）、窒化ケイ素（ＳｉＮｙ、例えばＳｉ３Ｎ４）及び酸窒化ケイ素（ＳｉＯｘＮｙ）が挙げられるが、これらに限定されない。
【００７３】
様々な適切な絶縁材料及び様々な適切な製造方法により第１の疎水層及び第２の疎水層を作製してよい。例えば、疎水性材料は、コーティングにより基板上に積層してもよい。適切な疎水性材料の例としては、テフロン（登録商標）及びＣＹＴＯＰ（登録商標）が挙げられるが、これらに限定されない。
【００７４】
別の側面において、本開示は、本明細書で述べたデジタルマイクロ流体デバイス又は本明細書で述べた方法により製造されたデジタルマイクロ流体デバイスを備えるマイクロ流体装置を提供する。或いは、マイクロ流体装置は、光センサにより検出された信号を受信するように構成された光検出回路と、第１の電極に駆動信号を供給するように構成された電極駆動回路とをさらに備えてもよい。
【００７５】
別の側面において、本開示は本明細書で述べたデジタルマイクロ流体デバイス又は本明細書で述べた方法により製造されたデジタルマイクロ流体デバイスを備えるラボオンチップデバイスを提供する。
【００７６】
本発明の実施形態に関する以上の記述は、例示及び説明を目的とする。以上の説明は、網羅的であること、又は開示された正確な形態或いは例示的な実施形態に本発明を限定することを意図していない。それ故、上記記載は限定ではなく例示を目的としていると見なすべきであり、多くの変更や変形は当業者にとって明らかであろう。これらの実施形態は、本発明の原理及びその最良の態様の実際の適用を説明するために選択及び記載されたものであり、それによって、本発明が特定の用途又は想定される実施形態の様々な実施形態及び様々な変形例に適用可能であることを当業者に理解させることを目的としている。本発明の範囲は、本開示に付した請求項及びその均等物により定義することが意図され、別途示唆しない限り、すべての用語は合理的な範囲内で最も広く解釈される。したがって、「本発明」、「本開示」又はこれに類する用語は請求項を必ずしも特定の実施形態に限定せず、本発明の例示的実施形態に対する参照は本発明への限定を示唆するものではなく、かかる限定を推論すべきではない。本発明は添付する請求項の精神と範囲によってのみ限定される。さらに、これらの請求項では後に名詞又は要素を伴って「第１の」、「第２の」等の表現を用いる場合がある。特定の数量が示されない限り、このような用語は専用語であると理解すべきであり、修飾された要素の数量が上記専用語により限定されると解釈してはならない。記載した効果や利点はいずれも本発明のすべての実施形態にあてはまるとは限らない。当業者であれば、以下の請求項により定義される本発明の範囲から逸脱せずに、記載した実施形態を変形できることが理解されよう。さらに、本開示の要素及び構成要素は、以下の請求項に明記されているか否かを問わず、いずれも公衆に捧げる意図はない。
【符号の説明】
【００７７】
１  サンプル作動ユニット
２  サンプル位置検出ユニット
３ａ’  サンプル作動及び位置検出領域
３ｂ’  サンプル作動及び位置検出領域
１０  液滴
１００  ベース基板
１０１  ベース基板
１０２  疎水層
２００  電極
３０１  ゲート電極
３０２  ドレイン電極
３０３  ソース電極
３１１  ゲート電極
３１２  ドレイン電極
３１３  ソース電極
４００  電極
５００  電極駆動信号線
６００  ゲート線
６１０  絶縁層
６１１  絶縁層
６１３  絶縁層
６１５  誘電絶縁層
６１６  疎水層
７００  コンタクト電極
７１０  読み出し線
８００  共通電極
８１０  共通電極信号線
９００  光センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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】
2021510196.tif 000011
【国際調査報告】
2021510196.tif 000012
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