(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１〜第Ｎ番目のアレイ素子（Ｎは、２以上の整数である）の順に空間的に配置されたＮ個のアレイ素子を備えており、
上記Ｎ個のアレイ素子は、上記アレイ素子の動作を制御する、対応する書き込み入力信号の受信のための書き込み入力と、上記アレイ素子の特性を検知し、検知された上記特性に基づきセンサ出力を与える検知回路とを備えており、さらに、
上記順の中の第ｎ番目のアレイ素子からのセンサ出力を第（ｎ＋１）番目のアレイ素子の書き込み入力へ直接接続している論理回路を備えているとともに、上記第ｎ番目のアレイ素子からの上記センサ出力に基づいて、上記書き込み入力信号を上記第（ｎ＋１）番目のアレイ素子の書き込み入力へ与えるように設定された操作回路を備えていることを特徴とするアクティブマトリクス装置。
【請求項２】
各アレイ素子は、その疎水性が上記対応する書き込み入力信号により制御される表面を備えている疎水性のセルであるとともに、上記検知回路により検知される上記特性は、各アレイ素子に存在する液滴に関連する特性であることを特徴とする請求項１に記載のアクティブマトリクス装置。
【請求項３】
上記特性は、上記液滴のインピーダンスであることを特徴とする請求項２に記載のアクティブマトリクス装置。
【請求項４】
上記第ｎ番目のアレイ素子の上記センサ出力は、上記液滴が上記第ｎ番目のアレイ素子に存在していることを示しており、上記論理回路は、上記第（ｎ＋１）番目のアレイ素子の上記疎水性を変化させるために、上記第（ｎ＋１）番目のアレイ素子へ上記書き込み入力信号を与えるように構成されることを特徴とする請求項２または３に記載のアクティブマトリクス装置。
【請求項５】
上記液滴が最初は上記アレイ素子の中の第１番目のアレイ素子に存在する場合、上記論理回路は、書き込み入力信号を上記順の中の残りのアレイ素子へ与えることで、上記液滴を上記アレイ素子の順の間で移動するようにさせることを特徴とする請求項４に記載のアクティブマトリクス装置。
【請求項６】
上記論理回路は、上記書き込み入力信号を上記順の中の上記残りのアレイ素子へ順番に与えるように設定されていることで、２個以上の隣接したアレイ素子が、常に上記液滴を受け取るまたは保持する状態であることを特徴とする請求項５に記載のアクティブマトリクス装置。
【請求項７】
上記操作回路は、上記第ｎ番目のアレイ素子の上記センサ出力における変化に従って、上記第ｎ番目のアレイ素子を以前の状態に戻すために、上記第ｎ番目のアレイ素子の上記センサ出力を上記第ｎ番目のアレイ素子の上記書き込み入力へ直接的に接続する論理回路を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス装置。
【請求項８】
各アレイ素子と関連付けられた、ＡＮＤゲートおよびインバータを備え、
第ｎ番目のアレイ素子の上記センサ出力は、第（ｎ＋１）番目のアレイ素子と関連付けられた上記ＡＮＤゲートの第１の入力と、上記第ｎ番目のアレイ素子と関連付けられた上記インバータの入力とへ接続されるとともに、
上記第（ｎ＋１）番目のアレイ素子と関連付けられた上記インバータの出力は、上記第（ｎ＋１）番目のアレイ素子と関連付けられた上記ＡＮＤゲートの第２の入力へ接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス装置。
【請求項９】
上記論理回路は、各アレイ素子と関連付けられた、ＡＮＤゲート、ＯＲゲート、およびインバータを備え、
第ｎ番目のアレイ素子の上記センサ出力は、第（ｎ＋１）番目のアレイ素子と関連付けられたＯＲゲートの第１の入力と、上記第ｎ番目のアレイ素子と関連付けられたＯＲゲートの第２の入力とへ接続されており、
上記第ｎ番目のアレイ素子と関連付けられた上記ＯＲゲートの出力は、上記第ｎ番目のアレイ素子と関連付けられた上記ＡＮＤゲートの第１の入力へ接続されており、
上記第ｎ番目のアレイ素子と関連付けられた上記インバータの入力は、上記アレイ素子の中の第（ｎ＋２）番目のアレイ素子の上記センサ出力へ接続されており、
上記第ｎ番目のアレイ素子と関連付けられた上記インバータの出力は、上記第ｎ番目のアレイ素子と関連付けられた上記ＡＮＤゲートの第２の入力へ接続されており、
上記第ｎ番目のアレイ素子と関連付けられた上記ＡＮＤゲートの出力は、上記第ｎ番目のアレイ素子の上記書き込み入力へ接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス装置。
【請求項１０】
液滴を各アレイ素子の間で分離するべく、上記論理回路が、複数の書き込み入力信号を上記順の中の各アレイ素子へ与えるように設定されていることを特徴とする請求項２に記載のアクティブマトリクス装置。
【請求項１１】
複数の液滴を上記複数のアレイ素子の中で結合または混合すべく、上記論理回路が、複数の書き込み入力信号を上記順の中の上記複数のアレイ素子へ与えるように設定されていることを特徴とする請求項２に記載のアクティブマトリクス装置。
【請求項１２】
液滴をリザーバーから抽出すべく、上記論理回路が、複数の書き込み入力信号を上記順の中の各アレイ素子へ与えるように設定されていることを特徴とする請求項２に記載のアクティブマトリクス装置。
【請求項１３】
各アレイ素子は、リセット操作を初期化するためのリセット入力を備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス装置。
【請求項１４】
各アレイ素子は、低消費電力状態を初期化するためのパワーダウン入力を備えることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス装置。
【請求項１５】
上記順における前段のアレイ素子のセンサ出力は、上記順における後段のアレイ素子のパワーダウン入力へ接続されており、
上記順における前段の上記アレイ素子の上記センサ出力が変化すると、上記順における後段のアレイ素子が低消費電力状態から復帰することを特徴とする請求項１４に記載のアクティブマトリクス装置。
【請求項１６】
上記順における第ｎ番目のアレイ素子と空間的に隣接している付属的なアレイ素子をさらに備え、
上記操作回路は、所定の分析機能に応じて、複数の書き込み入力信号を上記第（ｎ＋１）番目のアレイ素子および上記付属的なアレイ素子へ選択的に与えるように設定されている論理回路を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス装置。
【請求項１７】
上記複数の書き込み入力信号を選択的に与えるように設定されている上記論理回路は、タイマ制御回路を備え、
上記所定の分析機能は、タイムアウト条件を組み込んだものであることを特徴とする請求項１６に記載のアクティブマトリクス装置。
【請求項１８】
少なくとも上記第１番目のアレイ素子は、上記第１番目のアレイ素子の上記書き込み入力を初期化するための初期化回路を備えることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス装置。
【請求項１９】
上記検知回路は、インピーダンス検知、光学的検知、または熱的検知のうちの少なくともいずれか一つを利用して上記アレイ素子の特性を検知することを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス装置。
【請求項２０】
Ｎ個のアレイ素子からなる複数のセットのそれぞれが、対応する操作回路を備えていることを特徴とする請求項２〜１９のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス装置。
【請求項２１】
上記Ｎ個のアレイ素子からなる複数のセットは、複数の液滴の制御に同時に影響するように構成されることを特徴とする請求項２０に記載のアクティブマトリクス装置。
【請求項２２】
上記Ｎ個のアレイ素子からなる複数のセットは、複数のアレイ素子に亘って空間的に伸張されている液滴の制御に同時に影響するように配置されることを特徴とする請求項２０に記載のアクティブマトリクス装置。
【請求項２３】
上記Ｎ個のアレイ素子からなる複数のセットは、液滴の制御に順番に影響するように配置されることを特徴とする請求項２０に記載のアクティブマトリクス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルマイクロ流体工学の分野に適用されるものであり、より詳細には、アクティブマトリクス型の誘電体エレクトロウェッティング（ＡＭ−ＥＷＯＤ：active matrix electrowetting-on-dielectric）に適用されるものである。誘電体エレクトロウェッティング（ＥＯＤ）とは、アレイ上の液滴を操作する公知の技術である。ＡＭ−ＥＷＯＤは、ＥＷＯＤを、アクティブマトリクスアレイにおいて、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いることによって実施することを指す。さらに、本発明は、このような装置を操作する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘電体エレクトロウェッティング（EWOD）は、電場を適用することにより流体の液滴を操作する広く公知の技術である。したがって、ラボオンチップ技術に用いられるディジタルマイクロフルイディクスの候補技術である。当該技術の基本的概念に係る序論は、“Digital microfluidics: is a true lab-on-a-chip possible?”, R.B. Fair, Microfluid Nanofluid（2007年）第３章２４５〜２８１ページに記載されている。
【０００３】
米国特許公報第６５６５７２７号（A. Shenderov；２００３年５月２０日発行）には、アレイを介して液滴を移動させるパッシブ・マトリクスＥＷＯＤ装置が、開示されている。
【０００４】
米国特許公報第６９１１１３２号（Pamula et al；２００５年６月２８日発行）には、二次元における液滴の位置および移動を制御する二次元ＥＷＯＤアレイが開示されている。
【０００５】
ＥＷＯＤ装置は、ラボ・オン・チップ（ＬｏａＣ：Lab-on-a-chip）技術の有望なプラットフォームと位置づけられてきた。ＬｏａＣ技術は、幾つかの化学または生化学実験室機能を単一の微細な装置上に統合しようとする装置に関する。この技術には、幅広い応用分野があり、健康医療、エネルギーおよび材料の合成など分野が挙げられる。具体例としては、ポイント・オブ・ケア診断における体液の解析、薬物合成、プロテオミクスなどが挙げられる。
【０００６】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴｓ）ベースの薄膜電子部品は、例えば、液晶（ＬＣ）ディスプレイの制御に用いることが可能である。
【０００７】
最近の多くのディスプレイは、ディスプレイの各画素においてスイッチトランジスタを用いるアクティブマトリクス（ＡＭ）構成を利用している。このようなディスプレイは、複数の電圧パルスを複数の行および列ラインに（つまり、これによりアレイの中の複数のピクセルに複数のプログラム電圧を）与えるための集積された駆動回路も備えていることが多い。これらは、薄膜電子部品および集積されたＴＦＴ基板として実現される。
【０００８】
米国特許公報第７１６３６１２号（J. Sterling et al.；２００７年１月１６日発行）には、ＴＦＴベースの電子部品を利用して、ＡＭディスプレイ技術において用いられる回路配置に極めて類似した回路配置を用いることによって、どのようにＥＷＯＤアレイへの電圧パルスのアドレスを制御すればよいかについて記載されている。このような手法は、「アクティブマトリクス型の誘電体エレクトロウェッティング」（ＡＭ−ＥＷＯＤ）と呼ばれることもある。
【０００９】
一般的に、液滴操作は、液滴の位置、サイズおよび組成の検知に好適である。このような液滴操作を実現する方法は幾つか挙げられる。例えば、光学的手法として、顕微鏡を用いた液滴の位置観測方法を挙げることが可能である。ＥＷＯＤ基板に配したＬＥＤおよびフォトセンサを用いた方法が、“Lab Chip”（2004年4月）の３１０〜３１５ページに記載されている。上述の米国特許公報第７１６３６１２号（J. Sterling et al.；２００７年１月１６日発行）には、例えば、液滴の位置を決定のためのＡＭ−ＥＷＯＤにおける、ＴＦＴベースのセンサ回路の利用形態も記載されている。その構成においては、２つのＴＦＴ基板が存在し、下側のＴＦＴ基板はＥＷＯＤ電圧の制御に用いられており、上側の基板はセンサ機能に用いられている。
【００１０】
“Sensors and Actuators B”, Vol. 98（2004年）の３１９〜３２７ページには、外部ＰＣＢ電子機器をＥＷＯＤアレイの中の電極に接続することにより、液滴のインピーダンスを測定する方法が記載されている。しかしながら、この方法には欠点があり、それは、装置に供給することが可能である接続の数に、インピーダンスを測定することが可能であるアレイ素子の数が限定されてしまうことである。さらには、これは、要求されている外部センサ電子部品による統合的な解決策ではない。この論文は、液滴のサイズを測定するために、測定されたインピーダンスをどのように用いることが可能であるかについて記載しているとともに、ＥＷＯＤ装置を利用する化学的または生化学的な反応量を正確に制御するために、測定した液滴をどのように使用可能であるかについて記載している。１つまたはそれ以上の数の位置におけるインピーダンス測定も用いられ得る。この測定は、
・アレイ中の液滴の位置のモニタに用いられる。
・前述の液滴操作のいずれかが適切に実施されているかを検証する手段として、アレイ中の液滴の位置の決定に用いられる。
・例えば、導電性といった、液滴の組成に関する情報を決定するための液滴のインピーダンスの測定に用いられる。
・化学または生化学的反応の量を検出するための液滴のインピーダンス特性の測定に用いられる。
【００１１】
光学的検知方法については、例えば、“A Continuous Grain Silicon System LCD with Optical Input Function”, Brown et al. IEEE Journal of Solid State Circuits, Vol. 42, （2007年12月12日発行）の２９０４〜２９１２ページに記載されているように、ＴＦＴ基板上において実施することが可能であることも知られている。センサデータを読み取るためのセンサ駆動回路および出力増幅器が、同一のＴＦＴ基板上においてどのように集積され得るのかについても、当該文献に記載されている。
【００１２】
ＴＦＴ基板内に集積された検知手段の他の形態も知られている。例えば、国際公開第２００８／１１７２１０号（D. Fish et al.；２００８年１０月２日発行）に、ＴＦＴ基板上において温度センサを集積する方法が記載されている。
【００１３】
デジタルマイクロ流体工学は、ＥＷＯＤ以外の技術を用いても実施することが可能である。例えば、“Lab Chip”, Thomas P Hunt et al（2008年8月）８１〜８７ページに記載されているように、誘電泳動は、利用可能な技術の一つである。当該文献には、デジタルマイクロ流体工学を実施するために誘電泳動アレイを駆動するシリコン集積回路（ＩＣ）バックプレーンが記載されている。
【００１４】
上述した従来技術によるシステムにおいては、センサ機能と液滴制御機能との間でフィードバックを実施することが可能である。このようなシステムは、装置へ書き込まれる一連の制御データを決定するために、センサデータを処理する何らかの外部手段が必要となる。このような外部手段（例えば、追加の電気回路、コンピュータなど）が必要であることにより、システム全体のコストおよび複雑性が増して、その結果として、システム全体の電力消費量が増大し得る。また、更なる欠点として、センサデータの読み取りおよび処理を行い、後続の制御信号を決定および記述するのに時間がかかるために、フィードバックが遅延し得ることが挙げられる。
【発明の概要】
【００１５】
［発明の目的］
本発明の目的は、１つのアレイ素子のセンサ機能から、１つまたはそれ以上の数の連結した素子の書き込み機能へ、局所的フィードバックを提供することである。
・フィードバックは、非常に高速に実行することが可能である。センサ機能を、隣接するアレイ素子の書き込み機能に対するトリガとして利用することにより、アレイにおける液滴の移動速度を最大化することが可能である。
・フィードバックは、非常に効率的に実行することが可能である。局所的にフィードバック手段を実施することにより、フィードバックを実行するために、センサデータをオフチップ処理する必要性を減らし、あるいは無くすことができる。
・本発明の一実施形態によれば、システムの消費電力を、非常に小さくすることが可能である。システムは、液滴の位置に直近したアレイ素子のみ「起動すること」が必要となり、相当の電力を消費するだけとなるように設定され得る。
・本発明の一実施形態によれば、より複雑な機能は、完全に集積された機能を利用することが可能である。例えば、
・センサにより決定された測定精度により、液滴が経由する一連の経路に関して決定することができる。
【００１６】
・センサにより決定された測定精度により、エラーを検出し（例えば、所望の通りに液滴が移動しなかった場合）、局所的にエラーを訂正する。
【００１７】
［発明の概要］
本発明の基本的な態様によると、第１〜第Ｎ番目のアレイ素子（Ｎは、２以上の整数である）の順に空間的に配置されたＮ個のアレイ素子を備えており、上記Ｎ個のアレイ素子は、上記アレイ素子の動作を制御する、対応する書き込み入力信号の受信のための書き込み入力と、上記アレイ素子の特性を検知し、検知された上記特性に基づきセンサ出力を与える検知回路とを備えており、さらに、上記順の中の第ｎ番目のアレイ素子からのセンサ出力を第（ｎ＋１）番目のアレイ素子の書き込み入力へ直接接続している論理回路を備えているとともに、上記第ｎ番目のアレイ素子からの上記センサ出力に基づいて、上記書き込み入力信号を上記第（ｎ＋１）番目のアレイ素子の書き込み入力へ与えるように設定された操作回路を備えていることを特徴とするアクティブマトリクス装置が提供される。
【００１８】
本発明の他の一態様によれば、各アレイ素子は、その疎水性が上記対応する書き込み入力信号により制御される表面を備えている疎水性のセルであるとともに、上記検知回路により検知される上記特性は、各アレイ素子に存在する液滴に関連する特性である。
【００１９】
他の一態様によれば、上記特性は、上記液滴のインピーダンスである。
【００２０】
さらに他の一態様によれば、上記第ｎ番目のアレイ素子の上記センサ出力は、上記液滴が上記第ｎ番目のアレイ素子に存在していることを示しており、上記論理回路は、上記第（ｎ＋１）番目のアレイ素子の上記疎水性を変化させるために、上記第（ｎ＋１）番目のアレイ素子へ上記書き込み入力信号を与えるように構成される。
【００２１】
他の一態様によれば、上記液滴が最初は上記アレイ素子の中の第１番目のアレイ素子に存在する場合、上記論理回路は、書き込み入力信号を上記順の中の残りのアレイ素子へ与えることで、上記液滴をアレイ素子からなる上記順の間で移動するようにさせる。
【００２２】
本発明の他の一態様によれば、上記論理回路は、上記書き込み入力信号を上記順の中の上記残りのアレイ素子へ順番に与えるように設定されていることで、２個以上の隣接したアレイ素子が、常に上記液滴を受け取るまたは保持する状態である。
【００２３】
他の一態様によれば、上記操作回路は、上記第ｎ番目のアレイ素子の上記センサ出力における変化に従って、上記第ｎ番目のアレイ素子を以前の状態に戻すために、上記第ｎ番目のアレイ素子の上記センサ出力を上記第ｎ番目のアレイ素子の上記書き込み入力へ直接的に接続する論理回路を備える。
【００２４】
さらに他の一態様によれば、各アレイ素子と関連付けられた、ＡＮＤゲートおよびインバータを備え、第ｎ番目のアレイ素子の上記センサ出力は、第（ｎ＋１）番目のアレイ素子と関連付けられた上記ＡＮＤゲートの第１の入力と、上記第ｎ番目のアレイ素子と関連付けられた上記インバータの入力とへ接続されるとともに、上記第（ｎ＋１）番目のアレイ素子と関連付けられた上記インバータの出力は、上記第（ｎ＋１）番目のアレイ素子と関連付けられた上記ＡＮＤゲートの第２の入力へ接続されている。
【００２５】
他の一態様によれば、上記論理回路は、各アレイ素子と関連付けられた、ＡＮＤゲート、ＯＲゲート、およびインバータを備え、第ｎ番目のアレイ素子の上記センサ出力は、第（ｎ＋１）番目のアレイ素子と関連付けられたＯＲゲートの第１の入力と、上記第ｎ番目のアレイ素子と関連付けられたＯＲゲートの第２の入力とへ接続されており、上記第ｎ番目のアレイ素子と関連付けられた上記ＯＲゲートの出力は、上記第ｎ番目のアレイ素子と関連付けられた上記ＡＮＤゲートの第１の入力へ接続されており、上記第ｎ番目のアレイ素子と関連付けられた上記インバータの入力は、上記アレイ素子の中の第（ｎ＋２）番目のアレイ素子の上記センサ出力へ接続されており、上記第ｎ番目のアレイ素子と関連付けられた上記インバータの出力は、上記第ｎ番目のアレイ素子と関連付けられた上記ＡＮＤゲートの第２の入力へ接続されており、上記第ｎ番目のアレイ素子と関連付けられた上記ＡＮＤゲートの出力は、上記第ｎ番目のアレイ素子の上記書き込み入力へ接続されている。
【００２６】
他の一態様によれば、液滴を各アレイ素子の間で分離するべく、上記論理回路が、複数の書き込み入力信号を上記順の中の各アレイ素子へ与えるように設定されている。
【００２７】
さらに他の一態様によれば、複数の液滴を上記複数のアレイ素子の中で結合または混合すべく、上記論理回路が、複数の書き込み入力信号を上記順の中の上記複数のアレイ素子へ与えるように設定されている。
【００２８】
さらに他の一態様によれば、液滴をリザーバーから抽出すべく、上記論理回路が、複数の書き込み入力信号を上記順の中の各アレイ素子へ与えるように設定されている。
【００２９】
さらに他の一態様によれば、各アレイ素子は、リセット操作を初期化するためのリセット入力を備える。
【００３０】
他の一態様によれば、各アレイ素子は、低消費電力状態を初期化するためのパワーダウン入力を備える。
【００３１】
さらに他の一態様によれば、上記順における前段のアレイ素子のセンサ出力は、上記順における後段のアレイ素子のパワーダウン入力へ接続されており、上記順における前段の上記アレイ素子の上記センサ出力が変化すると、上記順における後段のアレイ素子が低消費電力状態から復帰する。
【００３２】
他の一態様によれば、上記順における第ｎ番目のアレイ素子と空間的に隣接している付属的なアレイ素子をさらに備え、上記操作回路は、所定の分析機能に応じて、複数の書き込み入力信号を上記第（ｎ＋１）番目のアレイ素子および上記付属的なアレイ素子へ選択的に与えるように設定されている論理回路を備えている。
【００３３】
他の一態様によれば、上記複数の書き込み入力信号を選択的に与えるように設定されている上記論理回路は、タイマ制御回路を備え、上記所定の分析機能は、タイムアウト条件を組み込んだものである。
【００３４】
他の一態様によれば、少なくとも上記第１番目のアレイ素子は、上記第１番目のアレイ素子の上記書き込み入力を初期化するための初期化回路を備える。
【００３５】
さらに他の一態様によれば、上記検知回路は、インピーダンス検知、光学的検知、または熱的検知のうちの少なくともいずれか一つを利用して上記アレイ素子の特性を検知する。
【００３６】
他の一態様によれば、Ｎ個のアレイ素子からなる複数のセットのそれぞれが、対応する操作回路を備えている。
【００３７】
さらに他の一態様によれば、上記Ｎ個のアレイ素子からなる複数のセットは、複数の液滴の制御に同時に影響するように構成される。
【００３８】
他の一態様によれば、上記Ｎ個のアレイ素子からなる複数のセットは、複数のアレイ素子に亘って空間的に伸張されている液滴の制御に同時に影響するように配置される。
【００３９】
さらに他の一態様によれば、上記Ｎ個のアレイ素子からなる複数のセットは、液滴の制御に順番に影響するように配置される。
【００４０】
従って、上述および関連する目的を達成するために、本発明は、本明細書において十分に説明され、特に特許請求の範囲において指摘される特徴を含む。以下の説明および添付の図面は、本発明の特定の典型的な実施形態を詳細に示すものである。これらの実施形態は、説明のためのであるが、本発明の原理を用いることが可能である様々な方法のうちの幾つかに過ぎない。本発明の他の目的、利点、および新規の特徴は、以下の発明の詳細な説明を図面とともに考慮することによって、明らかとなろう。また、添付の図面では、同様の参照番号は、同様の部材または特徴を示すものである。
【００４１】
［発明の効果］
個々のアレイ素子は、１つまたはそれ以上の数の隣接した素子へ接続されている。この接続においては、アレイ素子のセンサ出力が、隣接したアレイ素子の書き込み入力を（少なくとも部分的に）決定するように用いられている。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
添付の図面においては、同様の部材あるいは特徴点に同様の参照符号を付している。
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るＡＭ−ＥＷＯＤ装置を示す図である。
【図２】図２は、ＡＭ−ＥＷＯＤ装置の複数のアレイ素子に亘る断面を示す図である。
【図３】ＡＭ−ＥＷＯＤ装置の薄膜電子部品の構成を示す図である。
【図４】図４は、液滴操作回路を示す図である。本発明の実施の形態１に係るＡＭ−ＥＷＯＤ装置の内部の複数のアレイ素子回路の接続構成である。
【図４ａ】図４ａは、本発明の実施の形態１に係るＡＭ−ＥＷＯＤ装置の内部における初期化回路および液滴操作回路を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１に係る第１番目のアレイ素子回路の実施の一例を示す図である。
【図６】図６は、液滴が存在するときの、ＥＷＯＤ駆動電極と上部基板の導電性層との間におけるインピーダンスのモデルを示す図である。
【図７】図７は、液滴が存在しないときの、ＥＷＯＤ駆動電極と上部基板の導電性層との間におけるインピーダンスのモデルを示す図である。
【図８】図８は、液滴が存在する場合と存在しない場合とにおける、インピーダンスの虚数成分の周波数特性のグラフを示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態１に係る、第１番目のアレイ素子回路のＥＷ書き込み・検知回路を示す図である。
【図９ａ】図９ａは、本発明の実施の形態１に係る、第１番目のアレイ素子回路のＥＷ書き込み・検知回路の他の態様を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態１に係る、第１番目のアレイ素子回路のバイアス・サンプル回路を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態１に係る、複数のアレイ素子回路の複数の書き込み入力において生成された複数の電圧のタイミングシーケンスを示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態１に係る、供給される電圧および液滴の移動により生成される電圧のタイミングシーケンスを示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態２に係る、ＡＭ−ＥＷＯＤ装置の内部の複数のアレイ素子回路の接続構成を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態２に係る、複数のアレイ素子回路の複数の書き込み入力において生成された複数の電圧のタイミングシーケンスを示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態３に係る、ＡＭ−ＥＷＯＤ装置の内部の複数のアレイ素子回路の接続構成を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態３に係る、複数のアレイ素子回路の複数の書き込み入力において生成された複数の電圧のタイミングシーケンスを示す図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態４に係る、ＡＭ−ＥＷＯＤ装置の内部の複数のアレイ素子回路の接続構成を示す図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施の形態４に係る、第１番目のアレイ素子回路の実施の一例を示す図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態５に係る、ＡＭ−ＥＷＯＤ装置の内部の複数のアレイ素子回路の接続構成を示す図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態５に係る、第１番目のアレイ素子回路の実施の一例を示す図である。
【図２１】図２１は、実施の形態５に係る、変更されたバイアス・サンプル回路の実施の一例を示す図である。
【図２２】図２２は、本発明の実施の形態６に係る、ＡＭ−ＥＷＯＤ装置の内部の複数のアレイ素子回路の接続構成を示す図である。
【図２３】図２３は、本発明の実施の形態６に係る、センサデータ処理回路の実施の一例を示す図である。
【図２４】図２４は、本発明の実施の形態６に係る、第１番目のアレイ素子回路の実施の一例を示す図である。
【図２５】図２５は、本発明の実施の形態６に係る、ＡＭ−ＥＷＯＤ装置の内部の複数のアレイ素子回路の接続構成を示す図である。
【図２６】図２６は、本発明の実施の形態７に係る、タイマ制御回路の可能な実施態様を示す図である。
【図２７】図２７は、本発明の実施の形態７に係る、一つのアレイ素子が完全に機能していない場合のアレイにおいて液滴が経るアレイ上の経路の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本発明の基本的な態様は、ＡＭ−ＥＷＯＤ装置であって、少なくとも次に挙げる幾つかのアレイ素子を備える。
・少なくとも一つの書き込み入力信号により制御される、ＡＭ−ＥＷＯＤ電圧の書き込み手段。
・少なくとも一つのセンサ出力を生成している液滴の特性の検知（例えば、インピーダンスの検知）を行うための検知手段。
【００４４】
まず、図１を参照する。図１は、本発明の実施の形態１を示す図である。ＡＭ−ＥＷＯＤ装置は、薄膜電子部品７４とともに下部基板７２を備えている。薄膜電子部品７４は、下部基板７２の上に配置されている。薄膜電子部品７４は、例えば、３８に示すアレイ素子電極を駆動するために配置されている。複数の電極３８が電極アレイ４２の中に配置されており、これにより、Ｍ×Ｎ個の素子が備えられている（ＭおよびＮは任意の数字）。
【００４５】
液滴４は基板７２と上部基板３６との間に封止されている。しかしながら、複数の液滴４が封止されていてもよいことは、本発明の範囲を逸脱しない範囲で理解されるであろう。図２は、複数のアレイ素子を示す断面図である。ＡＭ−ＥＷＯＤ装置は、下部基板７２を含んでおり、当該下部基板７２の上部には薄膜電子部品７４が備えられている。下部基板７２の最も上部の層（薄膜電子部品層７４の一部と考えてもよい）は、複数の電極３８（例えば、電極３８Ａおよび３８Ｂ）が実現されるように、パターン形成されている。これらは、ＥＷ駆動素子と呼んでよい。「ＥＷ駆動素子」とは、特定のアレイ素子と関連づけられた電極３８、および電極３８へ直接接続された電子回路のノードを意味し得る。イオン材料を含む液滴４は、下部基板７２と上部基板３６とにより構成される平面に束縛されている。液滴４は、各種の材料であってもよく、例えば、血漿、その他の人の体液、牛血清アルブミン（ＢＳＡ）溶液、緩衝液、例えば、血漿緩衝液（ＰＢＳ）、酵素の溶液、細胞を含む食塩水、ＤＮＡまたはＲＮＡ断片、一般的な生化学における免疫学的検定を含む定量に用いられる試薬を含有する溶液などであってもよい。
【００４６】
上記２つの基板の間には、スペーサ３２を利用する方法により適切な間隙が設けることが可能であるとともに、当該間隙において液滴４に占められていない部分を占めるよう、非イオン液体３４（例えば、油）を用いることが可能である。下部基板７２の上に設けられた絶縁体層２０は、導電性電極３８Ａ、３８Ｂを、θで表される接触角６にて液滴４が乗せられた疎水性層１６から分離している。上部基板３６の上には、液滴４が接触することが可能である他の疎水性層２６が存在している。上部基板電極２８は、上部基板３６と疎水性層２６との間に挟まれている。薄膜電子部品７４を適切に設計および操作することにより、差分電圧、いわゆるＥＷ駆動電圧（例えば、ＶＴ、Ｖ０およびＶ００）を、異なる電極（例えば、駆動電極２８、３８Ａ、および３８Ｂのそれぞれ）により与えてもよい。疎水性層１６の疎水性を変更または制御することも可能であり、これにより、基板７２と基板３６との間の側面平面における液滴の移動を促進させることができる。
【００４７】
基板上の薄膜電子部品７４の構成を、図３に示す。電極アレイ４２のそれぞれの素子は、対応する電極３８の電極電位を制御するためのアレイ素子回路８４を備えている。集積されたロウドライバ回路７６およびカラムドライバ回路７８は、薄膜電子部品として実装することが可能であるともに、アレイ素子回路８４の一部または全てに対して制御信号を与えるために利用することが可能である。シリアルインターフェース８０は、シリアル入力データストリームを処理するとともに、電極アレイ４２へ所望の電圧を書き込むために設けられてもよい。電圧供給インターフェース８３は、ここに記載しているような、対応する複数の供給電圧、複数の上部基板駆動電圧などを与える。アレイ基板７２と外部駆動電子部品との間の複数の接続線８２、パワーサプライなどの数は、大きなアレイサイズにおいても、比較的少なくすることが可能である。
【００４８】
幾つかのアレイ素子を隣接するアレイ素子と直接接続することによって、Ｎ個のアレイ素子が連続して接続されるよう、薄膜電子部品７４内において補助回路を実現してもよい。ここで、Ｎは２以上の任意の整数であってよい。例えば、本発明の一実施形態に係る液滴操作回路１６０は、図４に示すように、空間的に隣接したアレイ素子２０２、２０４、および２０６を備えている。これらのアレイ素子は、他のアレイ素子のように、ロウドライバ回路７６およびカラムドライバ回路７８と接続されている必要は必ずしもない。その替わりに、論理回路は、隣接するアレイ素子間における所望の操作を“ハードコードする”ように提供される。論理回路は、複数の外部制御信号を要求しないように、一つまたはそれ以上のＮ個のアレイ素子センサ出力を、他のＮ個のアレイ素子の複数の書き込み入力へ直接接続する。例えば、３個の隣接するアレイ素子２０２、２０４、および２０６（例えば、ｎ番目、（ｎ＋１）番目、および（ｎ＋２）番目のアレイ素子のそれぞれ）の接続構成は、図４に示す実施の形態１のようになってもよい。
【００４９】
アレイ素子２０２、２０４、および２０６に接続された液滴操作回路１６０は、次の構成要素を備えている。
・第１番目のアレイ素子２０２
・第２番目のアレイ素子２０４
・第３番目のアレイ素子２０６
・ＡＮＤゲート２２２
・ＡＮＤゲート２２４
・論理インバータ２２６、２２８、および２３０
回路は、次のように接続されている。
【００５０】
第１番目のアレイ素子２０２のセンサ出力Ｓは、インバータ２２６の入力とＡＮＤゲート２２２の第１の入力とへ接続されている。インバータ２２６の出力は、ＡＮＤゲート２２５の第１の入力へ接続されている。ＡＮＤゲート２２５の出力は、第１番目のアレイ素子２０２の書き込み入力Ｗへ接続されている。外部入力ＩＮＩは、第１番目のアレイ素子２０２の上書き入力Ｏへ接続されている。第２番目のアレイ素子２０４および第３番目のアレイ素子２０６の上書き入力は、接続されておらず、図面を明瞭なものとするため、図４からは省略されている。ＡＮＤゲート２２２の出力は、第２番目のアレイ素子２０４の書き込み入力Ｗへ接続されている。第２番目のアレイ素子２０４のセンサ出力Ｓは、インバータ２２８とＡＮＤゲート２２４の第１の入力とへ接続されている。インバータ２２８の出力は、ＡＮＤゲート２２２の第２の入力へ接続されている。ＡＮＤゲート２２４の出力は、第３番目のアレイ素子２０６の書き込み入力Ｗへ接続されている。第３番目のアレイ素子２０６のセンサ出力Ｓは、インバータ２３０の入力へ接続されており、インバータ２３０の出力は、ＡＮＤゲート２２４の第２の入力へ接続されている。インバータ２３０の入力は、ＡＮＤゲート２２５の第２の入力へも接続されている。第３番目のアレイ素子２０６のセンサ出力Ｓは、図４において３個の点２２０により示されるように、他の回路、または、さらに接続された複数のアレイ素子への出力として接続されていてもよい。付属的な複数の接続されたアレイ素子（図示しない）は、Ｎ番目のアレイ素子のセンサ出力Ｓが、インバータおよびＡＮＤゲートを介してＮ番目のアレイ素子の書き込み入力へフィードバックされるように、構成されている。
【００５１】
図４ａに示すように、補助回路は、一つまたはそれ以上のアレイ素子の書き込み入力を初期化するとともに、それによって液滴操作回路１６０のスタートアップシーケンスを制御するように、初期化回路１６６を備えていてもよい。
【００５２】
初期化回路１６６は、次のように接続されている。
【００５３】
アナログスイッチ（ＡＳＷ）１６２は、液滴操作回路１６０のＶＤＤパワーサプライと外部ＶＤＤサプライとの間に接続されている。第２のアナログスイッチ１６４は、液滴操作回路１６０のＩＮＩ入力と外部サプライＩＮＩＴＩＡＬとの間に接続されている。制御パルスＳＴＡＲＴは、アナログスイッチ１６４のｎ型トランジスタのゲートと、アナログスイッチ１６２のｐ型トランジスタのゲートとへ接続されている。制御パルスＳＴＡＲＴＢは、アナログスイッチ１６２のｎ型トランジスタのゲートとアナログスイッチ１６４のｐ型トランジスタのゲートとへ接続されている。
【００５４】
アレイ素子２０２、２０４、および２０６のそれぞれは、Ａ〜Ｅの制御入力と上書き入力Ｏとを備えている。上書き入力Ｏは、第１番目のアレイ素子２０２の場合においてのみ、外部と接続されている。外部接続されていない場合には、図面を明瞭なものとするために、この入力は省略されている。アレイ素子２０２、２０４、および２０６、の制御入力Ａは、すべて一緒に接続されている。アレイ素子２０２、２０４、および２０６、の制御入力Ｂは、すべて一緒に接続されている。アレイ素子２０２、２０４、および２０６、の制御入力Ｃは、すべて一緒に接続されている。アレイ素子２０２、２０４、および２０６、の制御入力Ｄは、すべて一緒に接続されている。アレイ素子２０２、２０４、および２０６、の制御入力Ｅは、すべて一緒に接続されている。
【００５５】
第１番目のアレイ素子２０２の設計例を、図５に示す。第２番目のアレイ素子２０４および第３番目のアレイ素子２０６は、２０２と同一のまたは類似している構造であってもよいとともに、類似のまたは同一の動作を行ってよい。
【００５６】
第１番目のアレイ素子２０２は、上述の、書き込み入力Ｗ、センサ出力Ｓ、制御入力Ａ〜Ｅ、およびＯを備えるとともに、次の構成要素を備えていてもよい。
・入力ＩＮおよび出力ＯＵＴを有する一般的な設計のレベルシフタ２３４
・後述するＥＷ書き込み・検知回路２３６
・後述する一般的な構成のバイアス・サンプル回路２３８
・デジタル化・ラッチ回路２４０。この回路は、例えば、一般的な構成のＤ型フリップフロップから成っていてもよい。
【００５７】
加えて、液滴４の特性（例えば、インピーダンス）を検知するための第１番目のアレイ素子のセンサ機能は、公知の変換または検知メカニズムを用いることが可能であるとともに、本発明の範囲内で種々の方法により実施可能である。特に有益な検知方法の一つは、下部（パターン化された）基板７２の電極３８（例えば、３８Ａ、３８Ｂなど）と上部基板３６の電極２８との間における電気的なインピーダンスを測定することである。図６は、液滴が存在する場合の、インピーダンスの近似回路表現５２を示す図である。絶縁体層（疎水性層１６および疎水性層２６を有する）の静電容量Ｃｉにより表されるキャパシタ４６は、液滴４のインピーダンスと直列に接続されており、当該インピーダンスは、キャパシタ４８（静電容量Ｃｄｒｏｐを有する）と並列に接続されている抵抗体５０（抵抗値Ｒｄｒｏｐを有する）としてモデル化可能である。図７は、液滴が存在しない場合に対応する近似回路表現５３を示している。この例では、インピーダンスは、キャパシタ５４（セルギャップの静電容量Ｃｇａｐで表される）と直接に接続されている絶縁体層のキャパシタ４６のインピーダンスとなる。
【００５８】
説明を簡略化するために、所定のアレイ素子に設けられる電極２８と電極３８との間の上述の電気的インピーダンスは、静電容量ＣＬを有している負荷キャパシタ１５４として表すことが可能である。
【００５９】
図８は、液滴４が存在する場合５２および液滴が存在しないの場合５３に関する、負荷キャパシタ１５４の値ＣＬの周波数特性の概略を示す図である。液滴が存在しない場合には、図７に示したインピーダンスは実部の（つまり、抵抗の）成分を有していないとともに、負荷キャパシタ１５４のインピーダンスは、周波数に依存していないインピーダンスとなる。図６に示したような抵抗としての要素および静電容量としての要素を有する液滴が存在する場合には、値ＣＬは、周波数と相関を有している。つまり、インピーダンスを測定することによって、本発明は、所定の書き込みノードにおいて液滴４が存在するかしないかを検知可能であることが、容易に理解され得る。さらには、パラメータＣｄｒｏｐおよびＲｄｒｏｐの値は、液滴のサイズおよび液滴の導電性と相関を有している。つまり、インピーダンスを測定することによって、液滴のサイズや液滴の組成に関する情報を検知することが可能である。
【００６０】
図５のＥＷ書き込み・検知回路２３６およびバイアス・サンプル回路２３８は、図９のように示される。当該回路２３６は、電圧を書き込む機能を実行し、さらには、書き込みノードに存在するインピーダンスを検知する手段を導入するものである。
【００６１】
ＥＷ書き込み・検知回路２３６は、次の部品を備えている。
・スイッチトランジスタ６８
・キャパシタＣＳ５８
・カップリングキャパシタＣＣ１４６
・ダイオード１４８
・ダイオード１４７
・トランジスタ９４
複数のアレイ素子に提供される接続は、次のような要素から構成されている。
・ソース接続
・ゲート接続
・センサロウ選択ラインＲＷＳ
・リセットラインＲＳＴ
・第２リセットラインＲＳＴＢ
・パワーサプライ線ＶＤＤ（アレイのすべての素子に共通であってもよい）
・センサ出力ラインＣＯＬ
・外部上書きＯ
ＥＷ書き込み・検知回路２３６は、電圧ＶＷＲＩＴＥをプログラム可能なＥＷ駆動電極３８から成っている。キャパシタＣＬとして表される負荷素子１５４も示されている。特に、負荷キャパシタ１５４は、上述のように、ＥＷ駆動電極３８と上部基板３６の電極２８との間のインピーダンスを表しており、従って、アレイ素子内に含まれる疎水性セルに起因して生じるインピーダンスを表している。負荷キャパシタ１５４の値ＣＬは、アレイの中の特定のアレイ素子の中の疎水性セルに位置する液滴４の存在、サイズ、および組成に依存している。
【００６２】
ＥＷ書き込み・検知回路２３６は、次のように接続されている。
【００６３】
ソースアドレスラインＳＯＵＲＣＥは、トランジスタ６８のドレインへ接続されている。ゲートアドレスラインＧＡＴＥは、トランジスタ６８のゲートへ接続されている。トランジスタ６８のソースは、ＥＷ駆動電極３８と静電容量ＣＳを有している容量キャパシタ５８とへ接続されている。ソースアドレスラインＳＯＵＲＣＥ、トランジスタ６８、ゲートアドレスラインＧＡＴＥ、および容量キャパシタ５８は、後述するように、駆動電圧をＥＷ駆動電極３８へ書き込むための書き込み回路を形成している。容量キャパシタ５８は、ＥＷ駆動電極３８とセンサロウ選択ラインＲＷＳとの間に接続されている。静電容量ＣＣを有するカップリングキャパシタ１４６は、ＥＷ駆動電極３８とトランジスタ９４のゲートとの間に接続されている。ダイオード１４８のアノードは、リセットラインＲＳＴへ接続されている。ダイオード１４８のカソードは、トランジスタ９４のゲートとダイオード１４７のアノードとへ接続されている。ダイオード１４７のカソードは、リセットラインＲＳＴＢへ接続されている。トランジスタ９４のドレインは、ＶＤＤパワーサプライラインへ接続されている。トランジスタ９４のソースは、同じカラムの複数のアレイ素子の間で共有されているセンサ出力ラインＣＯＬへ接続されている。外部上書きＯは、ＥＷ駆動電極３８へ接続されている。
【００６４】
ＥＷ書き込み・検知回路２３６の操作は、以下のようになされている。
【００６５】
ＥＷ書き込み・検知回路２３６は、２つの基本的な機能を実行する。すなわち、（ｉ）アレイ素子の中の疎水性セルの疎水性を制御するためにＥＷ駆動電極３８を備えている駆動素子へ電圧を書き込むとともに、（ｉｉ）ＥＷ駆動電極３８を備えている駆動素子における疎水性セルに起因して生じるインピーダンスの検知を行う。
【００６６】
電圧を書き込むためには、ソースアドレスラインＳＯＵＲＣＥにおいて、所望の書き込み電圧ＶＷＲＩＴＥがプログラムされている必要がある。図５に示すように、電圧ＶＷＲＩＴＥは、アレイ素子回路のレベルシフタ回路２３４の出力により決定され得る。
【００６７】
その後、ゲートアドレスラインＧＡＴＥが、高電圧になる（図５に示すように、アレイ素子の制御入力Ｂを介して）ことにより、トランジスタ６８は、オンされる。電圧ＶＷＲＩＴＥは、その後、ＥＷ駆動電極３８に書き込まれるとともに、この書き込みノードにおいて生じる静電容量、特にキャパシタ５８に蓄積される。なお、キャパシタ５８は、一般的に、カップリングキャパシタ１４６よりも静電容量値が相当大きい。その後、ゲートアドレスラインＧＡＴＥは、トランジスタ６８をオフにして書き込み操作を完了するために、制御入力Ｂを介して低レベルとされる。
【００６８】
電圧ＶＷＲＩＴＥの書き込みによりＥＷ駆動電極３８に表れるインピーダンスを測定するために、ＥＷ書き込み・検知回路２３６の中の検知ノード１０２が、最初にリセット状態になる。
【００６９】
特に、回路２３６の中に備えられている検知回路は、リセット操作を実行するリセット回路を備えている。リセット回路は、例えば、その間に検知ノード１０２を直接に接続されている、ダイオード１４８およびダイオード１４７を備えている。上述のように、ダイオード１４８およびダイオード１４７の、反対側の終端は、リセットラインＲＳＴおよびリセットラインＲＳＴＢへそれぞれ接続されており、この順に、図５に示すように、制御入力ＣおよびＤへそれぞれ接続されている。リセット動作が実行される場合は、リセットラインＲＳＴを論理ハイレベルにして、リセットラインＲＳＴＢを論理ロウレベルにすることにより、リセット動作が発生する。リセットラインＲＳＴおよびリセットラインＲＳＴＢの電圧レベルは、リセットラインＲＳＴＢの論理ロウレベルおよびリセットラインＲＳＴの論理ハイレベルが同じ値（ＶＲＳＴ）となるように定められる。値ＶＲＳＴは、この電圧においてトランジスタ９４が確実にオフされるのに十分なように選択される。リセット動作がなされるとき、ダイオード１４８またはダイオード１４７は、正にバイアスされ、検知ノード１０２は、電圧レベルＶＲＳＴまで充電／放電される。リセット動作の完了により、リセットラインＲＳＴは論理ロウレベルになり、リセットラインＲＳＴＢは論理ハイレベルになる。リセットラインＲＳＴのロウ論理レベルおよびリセットラインＲＳＴＢのハイ論理レベルに係る電圧レベルは、残りの検知動作を実行するために、ダイオード１４８およびダイオード１４７の両方が逆バイアス状態にて保持されるのに十分なよう定められる。
【００７０】
図９の実施形態に係る検知回路は、センサロウ選択ラインＲＷＳ、カップリングキャパシタ１４６、トランジスタ９４、およびセンサ出力ラインＣＯＬを備えている。アレイ素子の中の疎水性セルにより駆動素子の位置に表れるインピーダンスを検知するために、振幅ΔＶＲＷＳの電圧パルスは、その後、制御入力Ａを介してセンサロウ選択ラインＲＷＳへ与えられる（図５）。パルスは、容量キャパシタ５８を介してＥＷ駆動電極３８へ印加される。その後、トランジスタ６８がオフにされることにより、ＥＷ駆動電極３８における電圧ＶＷＲＩＴＥは、値（ΔＶＷＲＩＴＥ）だけ摂動が与えられる。なお、値（ΔＶＷＲＩＴＥ）は、ΔＶＲＷＳに比例するとともに、センサロウ選択ラインＲＷＳ上の電圧パルスの大きさと、カップリングキャパシタ１４６の容量ＣＣ、容量キャパシタ５８の容量Ｃｓ、および負荷キャパシタ１５４の容量ＣＬとに依存している。さらに、値（ΔＶＷＲＩＴＥ）は、トランジスタ９４、トランジスタ６８、ダイオード１４８、および１４７の寄生静電容量とにも依存している。寄生成分は小さいと仮定すると、上記摂動は次のように与えられる。
【００７１】
【数１】
0005345714.tif 000002
【００７２】
上記の式は、ＣＴＯＴＡＬが次の場合に成り立つ。
【００７３】
【数２】
0005345714.tif 000003
【００７４】
一般的に、静電容量成分は、次のようにサイズが規定される。すなわち、容量キャパシタ５８は、液滴４が存在する場合の負荷キャパシタ１５４として表される負荷インピーダンスと同様のオーダーの値となる。また、容量キャパシタ５８は、カップリングキャパシタ１４６よりオーダーが１〜２桁大きな値となる。その後、センサロウ選択ラインＲＷＳ１０４上のパルスΔＶＲＷＳに起因したＥＷ駆動電極３８の電圧における摂動成分ΔＶＷＲＩＴＥは、カップリングキャパシタ１４６の影響に起因した検知ノード１０２の位置における電位の摂動成分ΔＶＳＥＮＳＥに帰結される。検知ノード１０２の位置における電位の摂動成分ΔＶＳＥＮＳＥは、おおよそ次の式により与えられる。
【００７５】
【数３】
0005345714.tif 000004
【００７６】
ＣＤＩＯＤＥは、ダイオード１４８により表れる静電容量を表しており、ＣＴは、トランジスタ９４の寄生静電容量を表す。一般的に、回路は、カップリングキャパシタ１４６が寄生静電容量ＣＤＩＯＤＥおよびＣＴより大きくなるように設計される。その結果、検知ノード１０２における電圧の摂動成分ΔＶＳＥＮＳＥは、一般的に、ＥＷ駆動電極３８における書き込みノード電圧の摂動成分ΔＶＷＲＩＴＥと同様になるが、そのような場合が必須であるわけではない。容量キャパシタ５８は、二重の機能を有している。容量キャパシタ５８は、アレイ素子へ書き込まれたエレクトロウェッティング電圧を蓄積する容量キャパシタとして機能する。容量キャパシタ５８は、インピーダンスを検知するときの参照キャパシタとしても機能する。上記インピーダンスは、値ＣＳと液滴の静電容量Ｃｄｒｏｐとを比較することにより、本質的に測定される。
【００７７】
センサロウ選択ラインＲＷＳへパルスを印加したことによる全体的な結果として、検知ノード１０２における電圧電位は、量ΔＶＳＥＮＳＥだけ摂動される。そして、量ΔＶＳＥＮＳＥは、ＲＷＳパルス継続する時間に負荷キャパシタ１５４により表されるインピーダンスＣＬに依存する。なお、インピーダンスＣＬは、繰り返しの説明になるが、特定のアレイ素子に位置する任意の液滴４の、存在、サイズ、および組成に依存している。その結果、トランジスタ９４は、ＲＷＳパルスがセンサロウ選択ラインＲＷＳに付与されるＲＷＳ動作の過程において、ある程度までオン状態とされることが可能となる。センサ出力線ＣＯＬは、後述ように、適切なバイアス・サンプル回路２３８（図５）によりロードされる。このように、トランジスタ９４は、ソースフォロワとして働くとともに、ロウ選択動作中にセンサ出力ラインＣＯＬにおいて発生する出力電圧は、負荷キャパシタ１５４によるインピーダンスＣＬの関数となる。このように、図９のＥＷ書き込み・検知回路２３６は、ＣＬの値を検知および測定するように動作する。
【００７８】
外部上書き入力Ｏは、外部接続信号をＥＷ駆動電極３８へ直接印加するために用いられてもよい。これは、例えば回路の残りがパワーダウンしているときに、回路の動作前に初期状態を提供するために利用することが可能である。
【００７９】
図９に示すＥＷ書き込み・検知回路２３６の構成により、ＥＷ書き込み機能は、事実上、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）セル（トランジスタ６８およびキャパシタＣＳ５８を備える）として実施される。代替的な構成としては、ＥＷ書き込み機能の実施のために、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）セルを利用することが可能である。
【００８０】
図９ａは、ＥＷ書き込み・検知回路２３６（図９参照）の変形例であるＥＷ書き込み・検知回路２３６ａを示している。ＥＷ書き込み・検知回路２３６ａは、ＥＷ書き込み・検知回路２３６の替わりに用いられ得る。
【００８１】
変形例に係るＥＷ書き込み・検知回路２３６ａにおいては、スイッチトランジスタ６８は、標準的な構成のＳＲＡＭセル４７０により置換されている。ＳＲＡＭセル４７０のビットライン（ＢＬ）は、入力ＳＯＵＲＣＥへ接続されている。ＳＲＡＭセル４７０のワードライン（ＷＬ）は、入力ＧＡＴＥへ接続されている。ＳＲＡＭ４７０の出力ＯＵＴは、追加部品であるセンサイネーブルスイッチトランジスタ４６８のドレインへ接続されている。センサイネーブルスイッチトランジスタ４６８のソースは、ＥＷ駆動電極３８へ接続されている。センサイネーブルスイッチトランジスタ４６８のゲートは、追加入力ＳＥＮへ接続されている。入力ＳＥＮは、通常は、センサイネーブルスイッチトランジスタ４６８がオンになるようにハイレベルに維持されている。このように、ＳＲＡＭの出力は、このノードの電位を制御するように、ＥＷ駆動電極３８へ接続されている。ＥＷ駆動電極３８の電位は、入力ＧＡＴＥに高電圧を印加することにより上書きされる。これにより、ＳＲＡＭセル４７０の出力は、公知の標準的なＳＲＡＭ動作に従って、ＳＲＡＭセル４７０のビットライン（ＢＬ）入力の論理状態を規定する。
【００８２】
後述の説明において、図９のＥＷ書き込み・検知回路２３６は、実施の形態を実現するために用いられることが想定されている。しかしながら、２３６ａのような代替回路構成を替わりに用いることが可能であることは、当業者には理解されよう。また、２３６を特定の実施態様で用いることは、本発明の本質および範囲を限定することを意図したものではない。
【００８３】
図１０は、バイアス・サンプル回路２３８がとり得る構成を示す図である。ＥＷ書き込み・検知回路２３６（破線で示されている）の出力ＣＯＬは、バイアス・サンプル回路２３８の入力ＩＮへ接続されている。バイアス・サンプル回路２３８の入力ＩＮは、トランジスタ４０８のドレインとトランジスタ３０６のドレインとへ接続されている。トランジスタ３０６のソースは、出力ＯＵＴへ接続されている。キャパシタ３０８は、出力ＯＵＴとグランドサプライＶＳＳとの間に接続されている。サンプル入力信号ＳＡＭは、制御入力Ｅ（図５）を介してトランジスタ３０６のゲートへ接続されている。トランジスタ４０８のソースは、ＶＳＳへ接続されている。トランジスタ４０８のゲートは、バイアスサプライＶＢ１へ接続されている。トランジスタ４０８は、アレイ素子回路のトランジスタ９４と結合されることで、センサのソースフォロワ構成におけるバイアス装置として機能する。トランジスタ３０６は、キャパシタ３０８上のＣＯＬに生じているセンサ出力電圧をサンプリングするための手段を提供するためのスイッチとして機能し、それにより出力ＯＵＴを提供する。
【００８４】
ここで図５を再度参照すると、第１番目のアレイ素子２０２は、次のように接続されている。
【００８５】
第１番目のアレイ素子２０２の書き込み入力Ｗは、レベルシフタ２３４の入力へ接続されている。レベルシフタ２３４の出力ＯＵＴは、ＥＷ書き込み・検知回路２３６の入力ラインＳＯＵＲＣＥへ接続されている。回路２３６の出力ＣＯＬは、バイアス・サンプル回路２３８の入力ＩＮへ接続されている。入力ＲＷＳは、制御信号Ａへ接続されている。入力ＧＡＴＥは、制御信号Ｂへ接続されている。入力ＲＳＴは、制御信号Ｃへ接続されている。入力ＲＳＴＢは、制御信号Ｄへ接続されている。
【００８６】
バイアス・サンプル回路２３８の出力ＯＵＴは、デジタル化・ラッチ回路２４０の入力ＩＮへ接続されている。制御信号ＳＡＭは、入力信号Ｅへ接続されている。
【００８７】
デジタル化・ラッチ回路２４０の出力ＯＵＴは、第１番目のアレイ素子２０２のセンサ出力Ｓへ接続されている。
【００８８】
レベルシフタ２３４の目的は、電圧出力レベルが、エレクトロウェッティング駆動電圧になるように、書き込み電圧を遷移させることにある。上述のように、ＥＷ書き込み・検知回路２３６は、エレクトロウェッティング電圧をアレイ素子書き込みノードへ書き込むとともに、上記ノードのインピーダンスを検知する。
【００８９】
バイアス・サンプル回路２３８は、ＥＷ書き込み・検知回路２３６のセンサ出力をバイアスするとともに、それが正常であるときのセンサ出力Ｓをサンプルする。デジタル化・ラッチ回路２４０は、その入力における電圧を適切な論理レベルへデジタル化するとともに、このレベルにおけるデジタル化した出力をラッチする。
【００９０】
この回路構成は、ＡＭ−ＥＷＯＤ書き込み電圧を駆動素子へ書き込むとともに、そこに存在する液滴４の特性（例えば、インピーダンス）を検知する所望のアレイ素子機能を実現するために、多くの想到可能な回路の一例であることは、当業者には明らかであろう。
【００９１】
アレイ素子２０２、２０４、および２０６は、上記アレイ素子のＥＷ駆動電極３８が、電気的な接続の意味でも空間的にも隣接するように配置されている。このようにして、隣接する複数の素子の複数の書き込み入力Ｗへ与えられる複数の書き込み入力信号が、それぞれ「１」および「０」である状況において、複数のＥＷ駆動電極３８は、それぞれハイおよびロウ電圧になるように書き込まれる。そして、ロウ電圧が書き込まれた電極３８に配された液滴は、従来技術に開示されたようなエレクトロウェッティング力が作用して、ハイ電圧が書き込まれた隣接電極３８に移動する。
【００９２】
実施の形態１における基本的な動作は、以下に説明するとおりである。
【００９３】
第１番目のアレイ素子２０２のＥＷ駆動電極３８の位置において、最初から液体の液滴４が存在している状況を想定されたい。
【００９４】
操作の前に、液滴操作回路１６０は、パワーダウン状態になっている。これは、図４ａに示す初期化回路１６６を用いることで実現され得る。入力信号ＳＴＡＲＴは、論理ロウレベルであるとともに、ＳＴＡＲＴＢは、論理ハイレベルになっている。その結果、アナログスイッチ１６２はオフとなり、液滴操作回路１６０のパワーサプライ入力ＶＤＤが、外部ＶＤＤパワーサプライから切断されている。アナログスイッチ１６４をオンにすると、液滴操作回路１６０の入力ＩＮＩは、外部入力ＩＮＩＴＩＡＬへ接続される。ＩＮＩＴＩＡＬを論理ハイレベルに設定することにより、ハイ電圧レベルが、第１番目のアレイ素子２０２の外部上書き入力Ｏへ与えられる。これにより、第１番目のアレイ素子２０２のＥＷ駆動電極３８をハイ電圧に設定され、これにより液体の液滴４が初期位置に保持される。
【００９５】
操作を始めるために、入力信号ＳＴＡＲＴは、ハイにされるとともに、入力信号ＳＴＡＲＴＢは、ロウにされる。これは、入力ＩＮＩＴＩＡＬを第１番目のアレイ素子２０２の上書き入力Ｏから切断することに相当する。これは、また、外部パワーサプライＶＤＤを液滴操作回路１６０へ接続したことに相当する。液滴操作回路１６０は、これにより、電源が供給される（powered up）とともに、動作を始めることが可能になる。
【００９６】
図４を再度参照すると、論理ハイレベルである書き込み入力信号がその書き込み入力Ｗへ付与される場合は、ハイ電圧レベルがＥＷ駆動電極３８へ書き込まれるよう、各アレイ素子は構成されている。アレイ素子２０２、２０４、および２０６の回路の操作により、液滴の位置が検知される場合には、それぞれ、第１番目のアレイ素子２０２のセンサ出力に論理レベル「１」が表れるとともに、第２番目のアレイ素子２０４および第３番目のアレイ素子２０６のセンサ出力に論理レベル「０」が表れる。第１番目のアレイ素子２０２のセンサ出力Ｓにおいて「１」であると、インバータ２２６の出力は、そのあと、「０」になるとともに、これにより、論理信号「０」が第１番目のアレイ素子２０２の書き込み入力Ｗへ与えられ、これにより第１番目のアレイ素子２０２を前の状態に戻される。同時に、第１番目のアレイ素子２０２のセンサ出力Ｓにおいて、「１」であることにより、ＡＮＤゲート２２２の出力が、論理「１」が第２番目のアレイ素子２０４の書き込み入力へ与えられるように、ハイになっている。第２番目のアレイ素子２０４の入力Ｗがハイであるとともに、第１番目のアレイ素子２０２の入力Ｗがロウであることにより、複数のＥＷ駆動電極３８へ書き込まれる対応する複数の電圧は、液滴４を、第１番目のアレイ素子２０２から第２番目のアレイ素子２０４へ移動させる。液滴４の移動操作が完了すると、第２番目のアレイ素子２０４のセンサは、液滴４の新しい位置を検知する。上述と同様の理由により、第２番目のアレイ素子２０４の出力Ｓは「１」になると、第３番目のアレイ素子２０６の書き込み入力Ｗは「１」になるとともに、第２番目のアレイ素子２０４の書き込み入力Ｗは、「０」に戻る。その後、液滴４は、第２番目のアレイ素子２０４から第３番目のアレイ素子２０６へ移動する。
【００９７】
図１１は、上述のような操作により、第１、第２、および第３番目のアレイ素子のそれぞれの書き込み入力Ｗに生じる典型的な電圧レベルのシーケンスを示す図である。なお、第１番目のアレイ素子における電圧レベルはＶ１により示されており、第２番目のアレイ素子における電圧レベルはＶ２により示されており、第３番目のアレイ素子における電圧レベルはＶ３により示されている。また、液滴操作回路１６０の動作を初期化するために付与される信号ＳＴＡＲＴおよびＳＴＡＲＴＢも図示されている。
【００９８】
図１２は、Ｖ２がロウになり、Ｖ３がハイに遷移する付近のタイミングを詳細に示している。図９に示される回路のように、Ｂへ与えられたパルスは、書き込み入力における電圧をＡＭ−ＥＷＯＤ駆動電極３８へ移送するように機能する。これにより、Ｂがハイになるとき、Ｖ１がロウになるとともにＶ２がハイになる遷移が発生する。信号Ａ、Ｃ、Ｄは、上述のように、ＡＭ−ＥＷＯＤアレイ素子のセンサ機能の動作を制御する。Ｅ上のパルスにより、センサ出力がサンプリングされる。
【００９９】
なお、液滴４が、第３番目のアレイ素子２０６のＥＷ駆動電極３８へ到達することにより、第３番目のアレイ素子のセンサ出力は、論理ハイになる。これにより、ＡＮＤゲート２２５の論理出力は、論理ハイになるとともに、第１番目のアレイ素子２０２の書き込み入力は、ハイになる。このことは、第１番目の素子の書き込み状態を、（ＳＴＡＲＴにおける遷移より前に）初期状態にリストアするように働く。しかしながら、現在第３番目のアレイ素子２０６の位置にある液滴であって、空間的に隣接していないことにより第１番目のアレイ素子２０２の位置へ戻ることができない液滴の動きには影響を与えない。
【０１００】
典型的ではあっても必須というわけではないが、複数の電気的論理段階の動作と関連する複数の時間遅延は、液滴の移動に要求される時間と比較して、より少ないであろう。また、典型的ではあっても必須というわけではないが、制御・サンプルパルスＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＥのタイミングは、複数のアレイを亘る液滴の移送に関連する周波数を大幅に超える周波数で、センサ出力が測定およびサンプルされるように取り決められてもよい。ここでは、ロウドライバ回路７６およびカラムドライバ回路７８は、制御・サンプルパルスＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＥを複数のアレイ素子へ与えるように構成される。
【０１０１】
この実施形態は、アレイが３個のアレイ素子および関連した論理回路からなる場合について記載した。付属的な素子および論理部品を順に追加することで、アレイ素子の総数がどのような数になってもよいことは、当業者には明らかであろう。
【０１０２】
本質的には、本実施形態は、隣接した素子の書き込み入力を制御するためにアレイ素子のセンサ出力を用いるといった、「インサイツ」で局所的なフィードバックのための手段を提供することにある。
【０１０３】
この動作のモードは、次の優位な点を備えている。
・フィードバックが非常に速く実行され得る点。近隣の複数のアレイ素子の書き込み機能のトリガとなるセンサ機能の利用により、一つのアレイを通過する液滴の移送速度を最大化することが可能である。
・フィードバックが非常に効率的に実施され得る点。局所フィードバック手段を実施することにより、センサデータのオフチップ処理の必要性が排除される。
【０１０４】
任意の個数のアレイ素子に亘って液滴を移動させる場合に本実施形態を拡張し得ることは、当業者には明らかであろう。さらには、近隣の複数のアレイ素子は、ここでは、線状に隣接しているように記載されてきたが、本発明の範囲を逸脱することなく、非線状のパスに沿って隣接していてもよいことは、明らかであろう。
【０１０５】
また、例えば、“Digital microfluidics: is a true lab-on-a-chip possible?”, R.B. Fair, Micofluid Nanofluid（2007年3月）２４５〜２８１ページに記載されているように、上述のデバイスを１つの完全なシステムに組み込むことで、完全なＬｏａＣシステムを実現し得る。そのようなシステムは、たとえば以下のような素子を含むことが可能である。
・上述の、一つまたはそれ以上のＡＭ−ＥＷＯＤアレイ
・ＡＭ−ＥＷＯＤアレイに液体サンプルおよび試薬を提供するとともに前処理を実行するための水路マイクロフルイディクス機能（channel microfluidics capability）
・流体サンプルおよび試薬を入力する手段
・化学または生化学における試験、または、化学または生化学における分析のための手段
・制御電子部品、例えば、チップリーダーまたはＰＣ
本発明の実施の形態２は、実施の形態１に記載のＡＭ−ＥＷＯＤを備えている。実施の形態２が、実施の形態１と異なる点は、代替的な液滴操作回路１６０ａが、複数のアレイ素子を接続するために利用されている点である。より詳細には、複数のアレイ素子と論理回路（インバータ、ＡＮＤゲート、およびＯＲゲート）との間が、異なる態様で接続されている点である。本実施形態に係る液滴操作回路を、図１３に示す。また、図１３は、４個のアレイ素子を示している。説明を簡潔なものとするために、実施の形態１と本実施の形態との間で異なる部分のみを説明する。
【０１０６】
第１番目のアレイ素子２０２のセンサ出力Ｓは、ＯＲゲート１８０の第２の入力へ接続されている。ＯＲゲート１８０の出力は、ＡＮＤゲート２２２の第１の入力へ接続されている。ＡＮＤゲート２２２の出力は、第２番目のアレイ素子２０４の書き込み入力Ｗへ接続されている。第２番目のアレイ素子２０４のセンサ出力Ｓは、ＯＲゲート１８０の第１の入力とＯＲゲート１８２の第２の入力とへ接続されている。ＯＲゲート１８２の出力は、ＡＮＤゲート２２４の第１の入力へ接続されている。ＡＮＤゲート２２４の出力は、第３番目のアレイ素子２０６の書き込み入力Ｗへ接続されている。第３番目のアレイ素子２０６のセンサ出力Ｓは、ＯＲゲート１８４の第２の入力とＯＲゲート１８２の第１の入力とへ接続されている。ＯＲゲート１８４の出力は、ＡＮＤゲート２２５の第１の入力へ接続されている。ＡＮＤゲート２２５の出力は、第４番目のアレイ素子２１９の書き込み入力Ｗへ接続されている。第４番目のアレイ素子２１９のセンサ出力Ｓは、ＯＲゲート１８４の第１の入力とインバータ２３０の入力へ接続されている。インバータ２３０の出力は、ＡＮＤゲート２２２の第２の入力へ接続されている。複数の付属的なアレイ素子および論理部品（図１３に図示していない）は、第２〜第４番目のアレイ素子の接続構成を繰り返すために存在している。第５番目のアレイ素子のセンサ出力Sは、インバータ２２６の入力へ接続されている。インバータ２２６の出力は、ＡＮＤゲート２２４の第２の入力へ接続されている。第６番目のアレイ素子のセンサ出力Ｓは、インバータ２３１の入力へ接続されている。インバータ２３１の出力は、ＡＮＤゲート２２５の第２の入力に接続されており、インバータ２２８の入力にも接続されている。インバータ２２８の出力は、第１番目のアレイ素子２０２の書き込み入力Ｗへ接続されている。
【０１０７】
一般的に、Ｎ個の素子の連鎖におけるｎ番目の素子に関しては、当該ｎ番目の素子は関連するＯＲゲートを具備しており、当該ＯＲゲートの出力は、関連するＡＮＤゲートの第１の入力へ接続されおり、当該ＡＮＤゲートの出力はｎ番目の素子の書き込み入力へ接続されている。ｎ番目の素子のセンサ出力Ｓは、関連するＯＲゲートの第１の入力へフィードバックされている。（ｎ−１）番目の素子のセンサ出力は、Ｎ番目の素子と関連付けられているＯＲゲートの第２の入力へ接続されている。（ｎ＋２）番目の素子のセンサ出力は、ｎ番目の素子と関連付けられているＡＮＤゲートの第２の入力へインバータを介してフィードバックされている。
【０１０８】
本実施の形態および後掲する実施の形態の、図１３に示すダイアグラムにおいて、アレイ素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＯへの入力制御信号は、図面を明瞭にするために省略されているが、第１の実施の形態のように配置されていてもよい。
【０１０９】
実施の形態２の動作は、第１の実施の形態に類似している。ただし、書き込み電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、およびＶ４が、図１４に概略的に示すタイミングにより、それぞれのアレイ素子の書き込み入力Ｗにおいて生じている点が異なる。この制御ロジックの構成により、複数のＥＷ駆動電極に与えられる複数の電位は、任意の時点で、２個の隣接するＥＷ駆動電極３８が、液滴の受け取りおよび／または保持が可能であるように、ハイ電位で維持させられるように、設定されている。
【０１１０】
本実施の形態の利点は、生成されたタイミングスキーム（図１４に示される）により、実施の形態１の構成と比較して、液滴の変化過程（dynamics）および移動スピードをより向上させることができる点にある。更なる利点は、本構成を、より信頼性の高い液滴の移動に利用することができる点である。
【０１１１】
本実施の形態のさらなる利点は、２個のアレイ素子を占有する程度の空間的な広さを有する大きな液滴の移送に利用することができる点にある。
【０１１２】
実施の形態１および実施の形態２の変形例においては、異なる数の隣接したアレイ素子（例えば、２個またはそれ以上の数の）が、任意の時点においてハイレベルになるように構成可能であることは、当業者には明らかであろう。これは、回路における論理部品の接続態様を変更することによって実現可能である点については、当業者には明白である。
【０１１３】
図１５に、本発明に係る実施の形態３を示す。この実施の形態は、液滴操作回路１６０ｂが導入されていることを除いて、実施の形態１と類似している。
【０１１４】
この実施の形態の液滴操作回路１６０ｂは、次のように接続されている。
【０１１５】
インバータ２２６の出力は、第１番目のアレイ素子２０２の書き込み入力Ｗへ接続されている。第１番目のアレイ素子２０２のセンサ出力Ｓは、ＡＮＤゲート２２２の第１の入力へ接続されている。ＡＮＤゲート２２２の出力は、第２番目のアレイ素子２０４の書き込み入力Ｗへ接続されている。第２番目のアレイ素子２０４のセンサ出力Ｓは、ＡＮＤゲート２２４の第１の入力に接続されており、インバータ２２８の入力にも接続されている。インバータ２２８の出力は、ＡＮＤゲート２２２の第２の入力へ接続されている。ＡＮＤゲート２２４の出力は、第３番目のアレイ素子２０６の書き込み入力Ｗへ接続されている。第３番目のアレイ素子２０６のセンサ出力Ｓは、第４番目のアレイ素子２１９の書き込み入力Ｗとインバータ２３０の入力とへも接続されている。インバータ２３０の出力は、ＡＮＤゲート２２４の第２の入力へ接続されている。第４番目のアレイ素子２１９のセンサ出力Ｓは、インバータ２２６の入力へ接続されている。それぞれのアレイ素子への制御信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＯは、実施の形態１のように接続されているとともに、図面を明瞭にするために省略されている。
【０１１６】
回路の動作に関しては、図１６に示されるように、第１〜第４番目のアレイ素子のそれぞれのアレイ素子の書き込み入力Ｗにおいて生じる論理信号電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、およびＶ４が異なるシーケンスに従う点を除いて、実施の形態１に類似している。当該シーケンスは、１つの液滴を２つの独立した液滴に分割したり、あるいは大きな液滴の“リザーバー”から、小さな液滴を抽出するのに用いることができる。
【０１１７】
本実施の形態を変形させて、異なる論理回路の接続構成を構成可能であることは、当業者には明らかであろう。例えば、上記回路は、任意のハードコードされた書き込み電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、およびＶ４のタイミングシーケンスを実施するように設定され得る。このように、分割したり、結合させたり、および混合させたりするような液滴の操作を実行するために、複数のタイミングシーケンスは、従来技術に記載されているような一般的な液滴プロトコルを実施するべく考案および設計されてもよい。
【０１１８】
本実施の形態の利点は、分離したり、結合したり、およびリザーバーから抽出するといった液滴の操作を、この操作を行う目的に特化したアレイ素子の所定順において「ハードコードさせる」ことができる点にある。これにより、必要とされるドライバインタフェースの複雑さを低減することができ、さらに、所望の液滴の操作を、全ての制御信号がアレイの外部で生成される場合よりも、より厳密、確実、かつ迅速に実行することができる。
【０１１９】
図１７は、実施の形態４に係る液滴操作回路１６０ｃを示す図である。上述のように、制御信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＯは、実施の形態１のように接続されており、図面を明瞭にするために省略されている。本実施の形態は、リセット機能を実行するために、付属的な入力Ｒが、それぞれのアレイ素子へ追加されていることを除いて、実施の形態１と類似している。したがって、第１番目のアレイ素子２０３、第２番目のアレイ素子２０５、および第３番目のアレイ素子２０７は、上述の実施の形態に係る２０２、２０４、および２０６とは、異なった設計のものであって、その違いは、付属的な複数のリセット入力Ｒが、グローバルリセット接続ＲＥへ接続されている点と関連する部分に存在する。
【０１２０】
図１８は、改良された第１番目のアレイ素子２０３について想定可能な設計を示す図である。追加論理リセット回路２４３が、２０３の書き込み入力Ｗと、レベルシフタ２３４の入力ＩＮとの間に設けられている。この追加論理リセット回路２４３は、入力ＩＮ、出力ＯＵＴ、およびリセット入力ＲＥＳＥＴを備えている。また、この論理リセット回路２４３は、以下の機能を実行するように構成されている。
・リセット入力Ｒが、論理ハイレベルであるとき、論理状態の出力が、Ｗ入力に係らず、デフォルトレベル（つまり、論理ロウ）に設定される。
・リセット入力Ｒが、論理ロウレベルであるとき、論理ステージの出力は、入力Ｗにおける値に従って設定されるとともに、操作は、実施の形態１と同様に行われる。
【０１２１】
上述の操作を実施するには、論理リセット回路２４３は、例えば、一つのＡＮＤゲートにより実装され得る。本実施の形態に係る操作により、複数のＥＷ駆動電極３８に書き込まれる複数の電圧は、リセットシグナルの適用によりあらかじめ定められた値へリセットされ得る。他の実施態様も可能であり、例えば、リセットステージは、一般的な構成のフリップフロップによって実装され得るとともに、付属的な外部サンプルクロック入力により制御され得る。
【０１２２】
本実施の形態の変形においては、論理リセット回路２４３の設計は、異なるアレイ素子において異なり得る。例えば、リセット操作を実行しているときに、異なるアレイ素子のＥＷ駆動電極３８は、異なる値に設定され得る。また、例えば、異なるアレイ素子の論理リセット回路２４３は、ＡＮＤゲートおよびインバータの異なる組合せにより実施され得る。
【０１２３】
これは、例えば、アレイにおける液滴の位置を固定することに利用し得る。より複雑な構成において、論理リセット回路２４３は、リセット起動パルスに係るあらかじめ定義されたタイムシーケンスを生成するように設計され得る。これは、例えば、アレイの中で固定された位置に液滴を巧みに配するために、または、“上書き”機能を提供するために利用されうる。なお、“上書き”機能においては、ＥＷ駆動電極３８へ書き込まれる複数のパルスの入力波形が、外部から与えられた複数のパルスのシーケンスにより定義されている。
【０１２４】
本実施の形態の変形例において、第１番目のアレイ素子２０３は、複数のリセット入力の複数の値により複数の機能を実行するべく、複数のリセット入力を有し得る。
【０１２５】
本実施の形態の利点は、次に挙げる点にある。
・リセット機能の追加により、液滴の複数の位置をあらかじめ定義された複数の位置へリセット可能である点。
・リセット機能の追加により、試験シーケンスまたは液滴プロトコルを停止するための手段を提供可能である点。これば、たとえば手作業による上書きによって引き継がれることも可能であるし、アレイ素子のセンサ出力からの予期しない出力に応じて実行されることも可能である。
・リセットおよび手作業による上書き機能の追加により、操作のモードを、自動化された液滴操作（例えば上述のような本発明に係る最初の３個の実施の形態）と、通常のＡＭ−ＥＷＯＤ操作に類似した操作の手動モードとの間で切り替えることが可能である点。
【０１２６】
図１９は、本発明に係る実施の形態５における、液滴操作回路１６０ｄを示す図である。本実施の形態は、第１の実施形態の変形例であり、液滴操作回路１６０の複数のアレイ素子が、付属的なパワーダウン機能とともに提供されている。第１番目のアレイ素子２４４は、パワーサプライＶＤＤへ接続されている付属的なパワーダウン入力（ＰＯＷ）を備えている。第２番目のアレイ素子２４６および第３番目のアレイ素子２４８も、ＡＮＤゲート２２２の第１の入力へ接続された入力ＰＯＷを備えている。上述のように、制御信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＯは、図面を明瞭にするために省略している。
【０１２７】
第２番目のアレイ素子２４６および第３番目のアレイ素子２４８は、同一の、または類似した設計を有している。
【０１２８】
図２０は、付属的なパワーダウン機能を有している改良された第１番目のアレイ素子２４４について取り得る実装例を示す図である。アレイ素子回路は、改良されたバイアス・サンプル回路２３９が、パワーダウン機能を有効化するための付属的な入力ＰＯＷを有するように利用されていることを除いて、実施の形態１と同様である。
【０１２９】
図２１は、改良されたバイアス・サンプル回路２３９の設計例を示す図である。この回路は、付属的なトランジスタ２０９が追加されていることを除いて、上述した回路と同様である。トランジスタ４０８のソースは、ＶＳＳへ接続されていないが、その代わりに、トランジスタ２０９のドレインへ接続されている。トランジスタ２０９のソースは、ＶＳＳへ接続されている。トランジスタ２０９のゲートは、入力ＰＯＷへ接続されている。入力ＰＯＷが論理ハイレベルであるとき、トランジスタ２０９は、オンとなるとともに、回路は、上述のように動作する。入力ＰＯＷがロウであるとき、回路は、パワーダウンとなるとともに、ＶＤＤとＶＳＳとの間に最小の定電流が流れる。アレイ素子は、このように、実施の形態１において上述したような同様の機能を有している。さらに、論理信号ＰＯＷがロウであるとき、センサ出力回路が操作を行わないとともにほぼ電力を消費しない低消費電力状態（例えば、スリープモード）に遷移するという付属的な機能を、アレイ素子は有する。アレイ素子回路の消費電力をより低減させるために、一般的な回路設計技術を利用して、アレイ素子（例えば、レベルシフタ２３４およびデジタル化・ラッチ回路２４０）の他の回路部品に付属的なパワーダウン機能を追加可能であることは、当業者には明らかであろう。同じ機能を奏するように代替回路を構成可能であることは当業者には明らかである。例えば、トランジスタ４０８を省略するとともに、ゲート４０８の入力接続を、バイアス電圧ＶＢ１と、４０８をオフにするとともに回路をパワーダウンするためのロウ電圧との間で切り替えることができるように構成してもよいことは、当業者には明らかであろう。
【０１３０】
本実施の形態の実装では、第２番目のアレイ素子２４６および第３番目のアレイ素子２４８（つまり、連続した素子における、後のアレイ素子）は、入力ＰＯＷを備えており、この入力ＰＯＷは、第１番目のアレイ素子（つまり、連続した素子における、前のアレイ素子）のセンサ出力Ｓへ接続されている。
このように、第２番目のアレイ素子２４６および第３番目のアレイ素子２４８は、第１番目のアレイ素子２４４において液滴が検知される時点まで、パワーダウン状態のままである。ここで、液滴が検知されるような時点とは、第１番目のアレイ素子のセンサ出力Ｓが変化する（例えば、ハイになる）とともに、第２および第３番目のアレイ素子が、パワーアップされる（例えば、低消費電力状態から復帰させられる）状態である。
【０１３１】
複数の回路がパワーアップさせられるとともに操作可能になるポイントにおいて、液滴が近接に検知されるような時点まで、複数のアレイ素子をパワーダウン状態にしておく上述の基本的なアイデアを用いることにより、本実施形態については多くの変形例を取り得ることは、当業者には明らかあろう。
【０１３２】
本実施の形態の利点は、ＡＭ−ＥＷＯＤシステムの電力消費量を大きく低減できる点にある。なぜなら、駆動されたり検知されたりする必要があるアレイの一部（すなわち、液滴の位置または液滴の近傍の位置）のみが、多くの電力を消費するからである。
【０１３３】
本実施の形態を、任意の上述の実施の形態と組み合わせることが可能であることは、当業者には明らかであろう。
【０１３４】
本発明に係る実施の形態６は、通常の手段により構成されたＡＭ−ＥＷＯＤであるとともに、図２２に示す液滴操作回路１６０ｅを備えているものである。
【０１３５】
液滴操作回路１６０ｅは、次の部品を備えている。
・第１番目のアレイ素子２４９
・第２番目のアレイ素子２０４
・第３番目のアレイ素子２０６
・ＡＮＤゲート２２２
・ＡＮＤゲート２２４
・ＡＮＤゲート２５２
・論理インバータ２２６、２２８、および２３０
・センサデータ処理回路２４２
複数の素子および論理部品の順は、次のように接続され得る。
【０１３６】
第１番目のアレイ素子２４９のセンサ出力Ｓは、インバータ２２６の入力と、センサデータ処理回路２４２の入力ＳＥとに接続されている。インバータ２２６の出力は、ＡＮＤゲート２５２の第２の入力へ接続されている。ＡＮＤゲート２５２の出力は、第１番目のアレイ素子２４９の書き込み入力Ｗへ接続されている。センサデータ処理回路２４２の出力Ｄ１は、ＡＮＤゲート２２４の第１の入力へ接続されている。センサデータ処理回路２４２の出力Ｄ２は、ＡＮＤゲート２２２の第１の入力へ接続されている。ＡＮＤゲート２２２の出力は、第２番目のアレイ素子２０４の書き込み入力Ｗへ接続されている。第２番目のアレイ素子２０４のセンサ出力Ｓは、インバータ２２８の入力へ接続されている。インバータ２２８の出力は、ＡＮＤゲート２２２の第２の入力へ接続されている。ＡＮＤゲート２２４の出力は、第３番目のアレイ素子２０６の書き込み入力Ｗへ接続されている。第３番目のアレイ素子２０６のセンサ出力Ｓは、インバータ２３０の入力へ接続されている。インバータ２３０の出力は、ＡＮＤゲート２２４の第２の入力へ接続されている。
【０１３７】
上述のように、制御入力Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＯは、図面を明瞭にするために省略されているとともに、実施の形態１に示されているように接続されていてもよい。
【０１３８】
本実施の形態によれば、初めに液滴４を第１番目のアレイ素子２４９の位置へ移動させる付属的な幾つかの手段が存在する。これは、例えば、１つまたはそれ以上の数の上述のアレイ素子により成され得る。例えば、上述の実施の形態に記載され、図２２において３つの点２２０により示されているように、ＡＮＤゲート２５２の第１の入力への電気的接続を、本実施形態に係る操作を初期化するために用いることができる。
【０１３９】
図２３は、センサデータ処理回路２４２について取り得る構成を示す図である。上記回路は、次の部品から構成されている。
・一般的な設計による比較器２４７
・参照電圧信号ＶＲＥＦ
・論理回路２４５
センサデータ処理回路２４２は、次のように接続されていてもよい。
【０１４０】
入力ＳＥは、比較器２４７の第１の入力へ接続されている。参照信号ＶＲＥＦは、比較器２４７の第２の入力へ接続されている。比較器の出力は、論理回路２４５の入力へ接続されている。第１の論理回路出力は出力Ｄ１であるとともに、第２の論理状態出力はＤ２である。この回路は、入力ＳＥにおいて電圧を解析するとともに、測定された入力レベルに応じて、Ｄ１およびＤ２においてデジタル出力信号を生成する機能を実行する。例えば、回路は、ＳＥにおける入力電圧がＶＲＥＦを越えたとき、Ｄ１＝“１”およびＤ２＝“０”となり、それ以外の場合はＤ１＝“０”およびＤ２＝“１”となるように設定され得る。この場合、論理回路２４５は、Ｄ１への入力と、Ｄ２における入力の間に接続されたインバータとの間の短絡回路（short circuit）として実現される。他の論理部品の構成を利用して、入力の代替的な機能である出力Ｄ１およびＤ２を実現可能であることは、当業者には明らかであろう。
【０１４１】
第１番目のアレイ素子２４９は、上述のように設計されたものであってよい。また、第１番目のアレイ素子２４９は、センサ出力Ｓがアナログ（デジタルではない）信号の形態をとるように、改良して設計してもよい。図２４は、設計の一例を示す図である。この回路は、実施の形態１の第１番目のアレイ素子２０２に類似している。ただし、デジタル化・ラッチ回路２４０がアナログバッファ回路２５４により置換されている点が、実施の形態１とは異なる。この置換は、アナログ電圧入力ＩＮのバッファされた出力ＯＵＴを生成するために行われている。アナログバッファ回路２５３は、たとえば、単一ゲイン増幅器として実装される。その結果、２４９からのセンサ出力Ｓが、アナログ信号となる。
【０１４２】
本実施の形態においては、第２番目のアレイ素子２０４および第３番目のアレイ素子２０６は、双方が第１番目のアレイ素子２４９と空間的に近接するように配置されていてもよい。これにより、液滴を、第１番目のアレイ素子２４９から、第２番目のアレイ素子２０４または第３番目のアレイ素子２０６のどちらかへ移動する、つまり、どちらか一方に枝分かれさせることが可能となる。このような移動は、各アレイ素子に書き込み信号を入力することにより行われる。
【０１４３】
本実施の形態の動作においては、センサデータ処理回路２４２は、検知された液滴のインピーダンスについて所定の分析機能を実行する。当該インピーダンスは、液滴４が、第１番目のアレイ素子２４９に存在するときのインピーダンスである。その結果、得られたハイレベル電圧出力が、Ｄ１へまたはＤ２へ与えられる。これは、上記回路が、決定能力を有しているということである。例えば、第１番目のアレイ素子２４９のセンサ出力Ｓにより、液滴４は、第２番目のアレイ素子２０４に移送され得る（この場合、センサデータ処理回路２４２を操作した結果、Ｄ１がロウになっているとともにＤ２がハイになっている）、または第３番目のアレイ素子２０６に移送され得る（この場合、センサデータ処理回路２４２を操作した結果、Ｄ２がロウになっているとともにＤ１がハイになっている）。他に、センサデータ処理回路２４２は、次のように設定されてもよい。つまり、入力ＳＥにおける電圧が所定の値であることにより、Ｄ１およびＤ２の両方がハイになるように設定されてもよい。これにより液滴４が２個のサブ液滴に分割される。
【０１４４】
この回路は、正確な検知機能に従って、液滴がアレイをたどるパスを決定するために利用されてもよい。更なる液滴操作を定めるために、検知操作の結果を利用することで、本実施の形態を化学または生化学の液滴に係る試験の全体または一部分の実施に利用することもできる。
【０１４５】
本実施の形態の利点は、決定機能を提供することにある。つまり、ＡＭ−ＥＷＯＤ装置を通過する液滴４の経路は、「インサイツの」検知、センサデータの処理、および決定機能により、局所的に定められてもよい。
【０１４６】
本発明に係る実施の形態７は、通常の手段により構成されたＡＭ−ＥＷＯＤであるとともに、図２５に示す液滴操作回路１６０ｆを備えているものである。
【０１４７】
液滴操作回路１６０ｆは、次の部品を備えていてもよい。
・第１番目のアレイ素子２０２
・第２番目のアレイ素子２０４
・第３番目のアレイ素子２０６
・ＡＮＤゲート２２２
・ＡＮＤゲート２２４
・ＡＮＤゲート２５２
・論理インバータ２２６、２２８、および２３０
・タイマ制御回路２６０
・ＯＲゲート２６２
アレイ素子および論理部品の順は、次のように接続されていてもよい。
【０１４８】
第１番目のアレイ素子２０２のセンサ出力Ｓは、インバータ２２６の入力とＡＮＤゲート２２４の第１の入力に接続されているとともに、タイマ制御回路２６０のタイマ制御入力Ｔへ接続されている。インバータ２２６の出力は、ＡＮＤゲート２５２の第２の入力へ接続されている。ＡＮＤゲート２５２の出力は、第１番目のアレイ素子２０２の書き込み入力Ｗへ接続されている。ＡＮＤゲート２２２の出力は、第２番目のアレイ素子２０４の書き込み入力Ｗへ接続されている。第２番目のアレイ素子２０４のセンサ出力Ｓは、インバータ２２８の入力へ接続されている。インバータ２２８の出力は、ＡＮＤゲート２２２の第２の入力へ接続されている。ＡＮＤゲート２２４の出力は、第３番目のアレイ素子２０６の書き込み入力Ｗへ接続されている。第３番目のアレイ素子２０６のセンサ出力Ｓは、ＯＲゲート２６２の第１の入力とタイマ制御回路２６０の入力ＩＮとへ接続されている。ＯＲゲート２６２の出力は、インバータ２３０の入力へ接続されている。インバータ２３０の出力は、ＡＮＤゲート２２４の第２の入力へ接続されている。タイマ制御回路２６０の出力ＯＵＴは、ＡＮＤゲート２２２の第１の入力とＯＲゲート２６２の第２の入力へ接続されている。上述のように、制御信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、およびＯは、図面を明瞭にするために省略されているとともに、実施の形態１のように接続されていてもよい。
【０１４９】
本実施の形態においては、さらに、初めに液滴４を第１番目のアレイ素子２０２の位置へ動かす種々の手段が存在する。上記の手段は、例えば、一つまたはそれ以上の数の前述のアレイ素子により実施できる。例えば、上述の実施の形態に記載された、図２２において３つの点２２０により示されているように、ＡＮＤゲート２５２の第１の入力への電気的接続を、本実施形態に係る操作を初期化するために用いることができる。
【０１５０】
タイマ制御回路２６０は、標準的なデジタル回路素子（例えば、フリップフロップ、カウンタ、ラッチおよび論理状態）を用いて実装されてもよい。このタイマ制御回路２６０は、次の機能を実施する。
・入力Ｔがハイになるとき、タイマ機能がスタートされる機能。
・Ｔがハイになってから所定の時間Ｔ０以内に入力ＩＮがハイになることができなかった場合、出力ＯＵＴがハイになる。全ての他の状況において、出力ＯＵＴは、ロウを維持する機能。
【０１５１】
図２６は、タイマ制御回路２６０の可能な設計を示す図である。当該回路は、次の要素からなる。
・一般的な設計のフリップフロップ４６０
・アクティブハイリセットを備えている一般的な設計のカウンタ４６２
・ＡＮＤゲート４６４
・ＯＲゲート４６６
入力ＴおよびＩＮ、および出力ＯＵＴに加えて、上記回路は、クロック信号が与えられる入力ＭＣＫも備えている。
【０１５２】
入力ＩＮは、ＯＲゲート４６６の第１の入力へ接続されている。入力Ｔは、フリップフロップ４６０の入力へ接続されている。フリップフロップ４６０のＱ出力は、ＡＮＤゲート４６４の第１の入力へ接続されている。フリップフロップのＱＢ（Ｑ−ｂａｒ）出力は、ＯＲゲート４６６の第２の入力へ接続されている。ＯＲゲート４６６の出力は、カウンタ４６２のリセット入力へ接続されている。ＭＣＫ入力は、ＡＮＤゲート４６４の第２の入力へ接続されている。ＡＮＤゲート４６４の出力は、カウンタ４６２のクロック入力ＣＫへ接続されている。カウンタの最上位ビット（ＭＳＢ）出力は、ＯＵＴへ接続されている。
【０１５３】
この回路の操作により、入力Ｔがハイになるとき、フリップフロップ４６０の出力Ｑはハイになるとともにラッチされる。カウンタの出力リセット入力は、これによりロウになる（入力Ｎがロウである間）。ＡＮＤゲートの出力は、信号ＭＣＫになるとともに、カウンタ４６２は、これにより、ＭＣＫのクロックパルスの数のカウントを始める。カウンタのＭＳＢ出力が１になるために必要とされるＭＣＫのサイクルの所定回数（時間Ｔ０と設定してよい）以内に、入力ＩＮがハイにならない場合には、タイムアウト条件に達するとともに、タイマ制御回路の出力は、１になる。時間Ｔ０以内にＩＮがハイになる場合には、ＯＲゲート４６６の出力は１になるとともに、カウンタは初期値にリセットされる。この場合には、出力ＯＵＴがロウに維持される。タイマ制御回路２６０の形態には、実現し得る多くの他の実施例が存在することが、当業者には明らかであろう。
【０１５４】
本実施の形態においては、第２番目のアレイ素子２０４および第３番目のアレイ素子２０６は、その双方が、第１番目のアレイ素子２０２と空間的に近接するように構成され得る。これは、液滴を、第１番目のアレイ素子から、第２番目のアレイ素子２０４または第３番目のアレイ素子２０６のいずれにも移送することを可能にするためである。この移送は、それぞれのアレイ素子に選択的に与えられる書き込み信号に従って行われる。
【０１５５】
本実施の形態の操作により、液滴が、第１番目のアレイ素子２０２の位置に存在するときに、第１番目のアレイ素子２０２のセンサ出力Ｓはハイになる。その結果、第３番目のアレイ素子２０６の書き込み入力Ｗはオンとなり、第１番目のアレイ素子２０２の書き込み入力Ｗはオフになる。液滴は、その後、第１番目のアレイ素子２０２から第３番目のアレイ素子２０６へ移送される。液滴が、時間Ｔ０以内に移送されない場合には、第３番目のアレイ素子２０６の出力Ｓはハイにならず、タイマ制御回路２６０の出力がハイになる。この結果、第３番目のアレイ素子２０６の書き込み入力Ｗはオフになるとともに、第２番目のアレイ素子２０４の書き込み入力Ｗはオンになる。これにより、液滴は、第１番目のアレイ素子から第２番目のアレイ素子２０４へ移送される。
【０１５６】
本実施の形態は、このように、インサイツのエラー訂正の実施方法を記載している。上述の操作では、液滴を、アレイ素子２０２からアレイ素子２０６へ移送しようとしていた。この移送が、“タイムアウト”時間Ｔ０以内に起こらなかった場合、液滴は、代わりに、アレイ素子２０４へ移送される。この種の構成を用いて訂正され得ることが想定されるエラーとしては、電子回路におけるエラー（例えば、不完全な生産技術に起因するもの）または、液滴の移動を停止させるような物理構成における機械的なエラー（例えば、ＡＭ−ＥＷＯＤの疎水性層における欠陥）が挙げられる。
【０１５７】
図２７は、本実施の形態を実施するために用いられ得るアレイ素子の構成を示す図である。アレイ素子は、液滴をアレイ素子Ａ２６４からアレイ素子Ｂ２６６へ移送するように設定され得る。アレイ素子Ｃ２６８が機能していない場合、液滴は、アレイ素子Ｄ２７０およびアレイ素子Ｅ２７２を経由する代替的な経路により移送される。この経路は、矢印２６５で示されている。
【０１５８】
本実施の形態の利点としては、製造時の歩留まりを改善できる点にある。なぜなら、上述のように装置を内部的に再構成することで小さな部分欠陥であれば訂正され得るからである。
【０１５９】
同一のアレイ内において上述の実施の形態を任意に組み合わせて実施することにより、どのようにＡＭ−ＥＷＯＤを実現可能であるかということは、当業者には明らかであろう。加えて、同一のアレイ素子内において複数の実施の形態をどのように組み合わせるかということは、当業者には理解されるであろう。例えば、実施の形態４のリセット機能は、アレイの全部または一部において、実施の形態５のパワーダウン機能と組み合わせ得る。同様に、液滴の操作の制御について記載している実施の形態は、直接または並列にお互いを組み合わせ得る。これにより、複数の液滴を同時に制御したり、あるいは幾つかのアレイ素子に亘って空間的に伸張した大きな液滴を同時に制御することに対応した操作回路を具備する、Ｎ個のアレイ素子からなる複数のセットを構成することができる。本発明は、そのような組合せの全てを考慮したものである。
【０１６０】
並列に構成されたときには、液滴操作は、複数のアレイ素子を取り囲む液滴について実行されるとともに、液滴が移動する方向と垂直に構成される。直列に配置する場合は、液滴は、１つの液滴操作（例えば、リザーバからの抽出）を実行するアレイの領域から、異なる操作（例えば、他の液滴との合体）を実行するアレイの領域へ移動し得る。
【０１６１】
このように、複数の液滴の操作からなる完全なシステムは、上述の実施の形態に記載された利点を実現するように、インサイツフィードバックのコンセプトを用いて実施し得る。
【０１６２】
本発明の実施の形態８では、上述の実施の形態のいずれかであって、液滴の位置および／または組成を決定するために代替的な検知手段が用いられる。代表的なセンサ手段は、光学検知、熱的検知、または従来技術において公知の他の検知方法を含んでいる。異なるタイプのセンサ（例えば、光学センサおよびインピーダンスセンサ）の組合せの出力を利用することで、隣接したアレイ素子（前述の実施形態のいずれかに係るアレイ素子）に局所的なフィードバックを与えることができる点は、当業者には明らかであろう。
【０１６３】
本発明の実施の形態９は、上述のいずれかの実施の形態において、例えば誘電泳動のようなＥＷＯＤではない公知の方法により液滴の操作が実施されるものである。本実施の形態によれば、“書き込み”および／または“検知”操作と関連付けられた電子回路は、公知の手法により変更されてよい。その他、本実施形態は、前述の実施形態に記載の手段と同様の手段により機能するものであるとともに、本発明の基本的な思想によれば、センサ出力は、近隣のアレイ素子への書き込み入力を決定するために用いられる。
【０１６４】
前述のいずれかの実施形態に係る液滴マイクロ流体工学装置が、従来技術に記載されているような１個またはそれ以上の数の液滴の操作を実行するように構成され得ることは、当業者には明らかであろう。
【０１６５】
本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、任意の個々の実施の形態に多くの変更をなし得るとともに、任意の個々の実施の形態を１個のＡＭ−ＥＷＯＤ装置へと組み合わせる手法に多くの変更をなし得ることは、当業者には明らかであろう。
【０１６６】
任意の上述の実施の形態を、１つのＬｏａＣシステムに組み込み得ることは、当業者には明らかであろう。このようなシステムにおいて、検知および／または液滴マイクロ流体工学により操作を行う対象となる液滴は、化学または生化学における流体、例えば、血液、唾液、尿などであってよい。さらに、化学または生化学試験を実施したり、化学または生化学化合物を合成できるように、全体配置を構成してもよい。
【０１６７】
本発明を、特定の１つのまたは複数の実施形態を参照しながら図示するとともに説明したが、当業者は、本明細書および添付の図面を読解することによって、同等の代替例および変形例に想到可能であろう。特に、上述の素子（構成部品、アセンブリ、装置、構造など）によって実行される様々な機能に関して、このような素子を説明するために用いられる用語（「手段」への言及を含む）は、他に記載がない限り、開示される、本発明の典型的な１つまたは複数の実施形態における機能を実行する構成と、構造的に同等でなくても、当該特定の機能を実行する任意の素子（すなわち、機能的に同等の素子）に対応することが意図される。さらに、本発明の特定の特徴を、１つまたは複数の実施形態だけを参照して説明してきたが、このような特徴は、他の実施形態の１つまたは複数の他の特徴と、所定のまたは特定の用途について必要とされかつ有利となるように、組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１６８】
ＡＭ−ＥＷＯＤ装置は、ＬｏａＣの一部に適用することが可能である。このような装置は、化学、生化学、または物理学における材料の操作、反応、および検知に利用され得る。応用分野としては、健康管理診断、検査、化学または生化学における材料の合成、プロテオミクス、ライフサイエンスおよび科学捜査における研究ツールを含む。
【符号の説明】
【０１６９】
４  液滴
６  接触角θ
１６  疎水性層
２０  絶縁体層
２６  疎水性層
２８  電極
３２  スペーサ
３４  非イオン液体
３６  上部基板
３８  電極
４２  電極アレイ
５２  液滴が存在している
５３  液滴が存在していない
５４  キャパシタ
５４  キャパシタＣＳ
６０  対向基板
６８  スイッチトランジスタ
７２  下部基板
７４  薄膜電子部品
７６  ロウドライバ回路
７８  カラムドライバ回路
８０  シリアルインターフェース
８２  接続線
８４  アレイ素子回路
９４  トランジスタ
１０２  検知ノード
１４６  キャパシタＣＣ
１４７  ダイオード
１４８  ダイオード
１５４  負荷素子ＣＬ
１６０  液滴操作回路
１６２  アナログスイッチ
１６４  アナログスイッチ
１６６  初期化回路
１８０  ＯＲゲート
１８２  ＯＲゲート
１８４  ＯＲゲート
２０２  第１番目のアレイ素子
２０３  第１番目のアレイ素子
２０４  第２番目のアレイ素子
２０５  第２番目のアレイ素子
２０６  第３番目のアレイ素子
２０７  第３番目のアレイ素子
２０８  第４番目のアレイ素子
２０９  トランジスタ
２１９  第４番目のアレイ素子
２２０  ３個の点
２２２  ＡＮＤゲート
２２４  ＡＮＤゲート
２２５  ＡＮＤゲート
２２６  インバータ
２２８  インバータ
２３０  インバータ
２３１  インバータ
２３４  レベルシフタ
２３５  アレイ素子
２３６  ＥＷ書き込み・検知回路
２３８  バイアス・サンプル回路
２３９  改良されたバイアス・サンプル回路
２４０  デジタル化・ラッチ回路
２４２  センサデータ処理回路
２４３  論理リセット回路
２４４  第１番目のアレイ素子
２４５  論理回路
２４６  第２番目のアレイ素子
２４７  比較器
２４８  第３番目のアレイ素子
２４９  第１番目のアレイ素子
２５２  ＡＮＤゲート
２５３  アナログバッファ回路
２６０  タイマ制御回路
２６２  ＯＲゲート
２６４  アレイ素子Ａ
２６５  矢印
２６６  アレイ素子Ｂ
２６８  アレイ素子Ｃ
２７０  アレイ素子Ｄ
２７２  アレイ素子Ｅ
３０６  トランジスタ
３０８  キャパシタ
４０８  トランジスタ
４６０  フリップフロップ
４６２  カウンタ
４６４  ＡＮＤゲート
４６６  ＯＲゲート
４６８  センサイネーブルスイッチトランジスタ
４７０  ＳＲＡＭセル
【図１】
0005345714.tif 000005
【図２】
0005345714.tif 000006
【図３】
0005345714.tif 000007
【図４】
0005345714.tif 000008
【図４ａ】
0005345714.tif 000009
【図５】
0005345714.tif 000010
【図６】
0005345714.tif 000011
【図７】
0005345714.tif 000012
【図８】
0005345714.tif 000013
【図９】
0005345714.tif 000014
【図９ａ】
0005345714.tif 000015
【図１０】
0005345714.tif 000016
【図１１】
0005345714.tif 000017
【図１２】
0005345714.tif 000018
【図１３】
0005345714.tif 000019
【図１４】
0005345714.tif 000020
【図１５】
0005345714.tif 000021
【図１６】
0005345714.tif 000022
【図１７】
0005345714.tif 000023
【図１８】
0005345714.tif 000024
【図１９】
0005345714.tif 000025
【図２０】
0005345714.tif 000026
【図２１】
0005345714.tif 000027
【図２２】
0005345714.tif 000028
【図２３】
0005345714.tif 000029
【図２４】
0005345714.tif 000030
【図２５】
0005345714.tif 000031
【図２６】
0005345714.tif 000032
【図２７】
0005345714.tif 000033