DE102014100871A1

DE102014100871A1 - Digital microfluidic platform

Info

Publication number: DE102014100871A1
Application number: DE102014100871.5A
Authority: DE
Inventors: Ralf Ahrens; Andreas Guber; Sebastian von der Ecken
Original assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2015-07-30
Anticipated expiration: 2034-01-28
Also published as: DE102014100871B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine digitale Mikrofluidikplattform (1), die zumindest eine Funktionsgruppe mit einer Vielzahl an Elektroden (2, 3, 4) mit zumindest zwei Elektroden (2, 3, 4) unterschiedlichen elektrischen Potentials aufweist. Die Elektroden (2, 3, 4) sind entlang einer Fluidtransportrichtung linear angeordnet und jeweils mit einer Zuleitung (5, 6, 7) verbunden, wobei die Zuleitungen (5, 6, 7) mit Kontakten (8, 9, 10) zum Anlegen der Potentiale verbunden sind. Erfindungsgemäß sind die Zuleitungen (5, 6, 7) zu den Elektroden (2, 3, 4) so angeordnet, dass mehrere Elektroden (2, 3, 4) gleichen Potentials mittels einer gemeinsamen Zuleitung (5, 6, 7) über einen gemeinsamen Kontakt (8, 9, 10) operativ verbunden sind, so dass die Anzahl der Kontakte (8, 9, 10) nur durch die Anzahl der benötigten Potentiale bestimmt ist.The present invention relates to a digital microfluidic platform (1) which has at least one functional group with a plurality of electrodes (2, 3, 4) with at least two electrodes (2, 3, 4) of different electrical potential. The electrodes (2, 3, 4) are arranged linearly along a fluid transport direction and in each case connected to a supply line (5, 6, 7), wherein the supply lines (5, 6, 7) with contacts (8, 9, 10) for applying the potentials are connected. According to the invention, the feed lines (5, 6, 7) to the electrodes (2, 3, 4) are arranged so that a plurality of electrodes (2, 3, 4) of the same potential by means of a common feed line (5, 6, 7) via a common Contact (8, 9, 10) are operatively connected, so that the number of contacts (8, 9, 10) is determined only by the number of potentials required.

Description

Die Erfindung betrifft eine digitale Mikrofluidikplattform. The invention relates to a digital microfluidic platform.

Aus dem Stand der Technik sind digitale Mikrofluidikplattformen (auch DMF-Chips genannt) bekannt, die in der Flüssigkeitsanalytik, Bio-Synthese, Biologie, insbesondere der DNA-Analyse sowie in der Chemie eingesetzt werden. Sie nutzen den Effekt der Elektrobenetzung, um Flüssigkeitstropfen innerhalb des Chips zu bewegen, zu trennen und zusammenführen zu können. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung wird zwischen zwei Elektroden oder zwischen einem Tropfen und einer Elektrode ein elektrisches Feld induziert. Dies führt abhängig von der Flüssigkeit zu einer Änderung des Kontaktwinkels zwischen Flüssigkeit und Elektrode. Wird ein lokales Feld induziert, ändert sich am Ort des Feldes der Kontaktwinkel der Flüssigkeit. Für die Flüssigkeit ist der Bereich des elektrischen Feldes „hydrophil“. Der Flüssigkeitstropfen versucht ein Energieminimum anzunehmen, indem er sich zu den aktivierten Elektroden bewegt. From the state of the art, digital microfluidic platforms (also called DMF chips) are known, which are used in fluid analysis, biosynthesis, biology, in particular DNA analysis and in chemistry. They use the effect of electrowetting to move, separate and merge liquid drops within the chip. By applying an electrical voltage, an electric field is induced between two electrodes or between a drop and an electrode. Depending on the liquid, this leads to a change in the contact angle between the liquid and the electrode. When a local field is induced, the contact angle of the liquid changes at the site of the field. For the fluid, the area of the electric field is "hydrophilic". The drop of liquid attempts to accept an energy minimum by moving to the activated electrodes.

Die Elektroden liegen zweidimensional auf einem Chip vor und bilden, linear hintereinander angeordnet, eine Funktionsgruppe, die einen Fluidkanal abbildet und als Transportweg für die Flüssigkeit dient. Dieser Fluidkanal kann auch dreidimensional aus aneinandergereihten Boden- und Deckenelektroden als Funktionszellen aufgebaut sein, die dann – untereinander verschaltet – eine dreidimensionale Funktionsgruppe bilden. Damit ein Tropfen transportiert werden kann, besitzt jede Elektrode ein eigenes elektrisches Potential, d. h. jede Elektrode benötigt eine Zuleitung zum Rand des Chips und dort einen eigenen Kontakt zur Kontaktierung mit einem externen Interface bzw. einer Stromversorgung. The electrodes are present in two dimensions on a chip and, arranged linearly one after the other, form a functional group which images a fluid channel and serves as a transport path for the liquid. This fluid channel can also be constructed three-dimensionally from lined floor and ceiling electrodes as function cells, which then - interconnected - form a three-dimensional functional group. For a drop to be transported, each electrode has its own electrical potential, i. H. Each electrode requires a lead to the edge of the chip and there own contact for contacting with an external interface or a power supply.

Mit den Kontakten ist in der Regel über Kontaktpins, Lötstellen, Flachbandkabel, Adapterplatine etc. eine (Steuer-)Elektronik verbunden, die jede Elektrode ansteuert. Ein herkömmlicher Chip besitzt meist über 50 Kontakte, die voneinander elektrisch getrennt sind. Dabei kann ein Chip in etwa 10 Tropfen gleichzeitig verwalten, so dass die meisten der 50 Elektroden inaktiv sind, während 10–20 Elektroden die Tropfen aktiv steuern. With the contacts is usually via contact pins, solder joints, ribbon cable, adapter board, etc., a (control) electronics connected, which controls each electrode. A conventional chip usually has over 50 contacts, which are electrically isolated from each other. In this case, a chip can manage in about 10 drops simultaneously, so that most of the 50 electrodes are inactive, while 10-20 electrodes actively control the drops.

Solche Plattformen und deren Herstellung sind bspw. aus F. Mugele et al. „Electrowetting: from basics to applications“, Journal of Physics: Condensed Matter, 17 R705–R774, 2013 , sowie Y. Y. Lin et al. „Low voltage picoliter droplet manipulation utilizing electrowetting-on-dielectric platforms“, Sensor Actuat B-Chem, 173, 338–345, 2012 und S. C. Shih et al. “Digital microfluidics with impedance sensing for integrated cell culture and analysis”, Biosensors & Bioelectronics, 42, 314–320, 2013 bekannt, die die generelle Funktionsweise von Mikrofluidikplattformen erläutern. Such platforms and their production are, for example, from F. Mugele et al. "Electrowetting: from basics to applications", Journal of Physics: Condensed Matter, 17 R705-R774, 2013 , such as YY Lin et al. "Low voltage picoliter droplet manipulation using electrowetting-on-dielectric platforms", Sensor Actuat B-Chem, 173, 338-345, 2012 and SC Shih et al. "Digital microfluidics with impedance sensing for integrated cell culture and analysis", Biosensors & Bioelectronics, 42, 314-320, 2013 which explain the general functioning of microfluidic platforms.

Die DE 60 20 250 053 337 T2 offenbart eine elektrofluidische Vorrichtung mit n Elektroden, die in Zeilen angeordnet sind. Jede Zeile n weist Selektionselektroden auf, die mit 2n Selektionsleitern verbunden sind, um einzelne Tropfen gezielt steuern zu können. Jede Elektrode ist somit mit einer eigenen Zuleitung verbunden. Ferner werden Verfahren zur Bildung von Tropfen, Verschiebung und Modifizierung der Tropfen beschrieben. The DE 60 20 250 053 337 T2 discloses an electrofluidic device having n electrodes arranged in rows. Each row n has selection electrodes which are connected to 2n selection conductors in order to be able to control individual drops in a targeted manner. Each electrode is thus connected to its own supply line. Furthermore, methods for the formation of droplets, displacement and modification of the droplets are described.

In US 8 394 249 B2 sind Verfahren zur Manipulation von Tropfen beschrieben, wobei ein Feld von Elektroden und ein co-planares Feld von Referenzelementen bereitgestellt werden. Ein Tropfen wird auf einer ersten Elektrode angeordnet, wobei der Tropfen mit einer zweiten Elektrode überlappen kann und zwischen den Elektroden ein Referenzelement angeordnet ist. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes kann der Tropfen von einer Elektrode zur nächsten bewegt werden. Jede Elektrode ist zum Anlegen eines Potentials einzeln mit einer Zuleitung und einem Kontakt verbunden. In US 8 394 249 B2 For example, methods for manipulating drops are described wherein an array of electrodes and a co-planar array of reference elements are provided. A drop is arranged on a first electrode, wherein the drop can overlap with a second electrode and a reference element is arranged between the electrodes. By applying an electric field, the drop can be moved from one electrode to the next. Each electrode is individually connected to a lead and a contact for applying a potential.

Die hohe Zahl an benötigten Kontakten für in der Regel lange Transportwege nimmt viel Raum ein und führt zu sehr komplexen Chips mit großer Fläche. Jede Lötstelle bzw. jeder Kontakt bedeutet elektrische Verluste und birgt folglich auch ein hohes Fehlerpotential. Die Chips sind dadurch aufwändig und teuer in der Herstellung. The high number of contacts required for usually long transport routes takes up a lot of space and leads to very complex chips with a large area. Each solder joint or each contact means electrical losses and therefore also carries a high potential for failure. The chips are thus complex and expensive to manufacture.

T. Yasuda et al., Beitrag auf der International Conference on Miniturized Systems for Chemistry and Life Sciences, Groningen, 3.–7.10.2010 , schlagen vor, längere Strecken für die Tropfenbewegung mit Hilfe eines Gradientenfeldes zu realisieren. Es werden zwei Elektroden auf einem Boden und eine Deckelelektrode benötigt, die untereinander verzahnt sind. Zwar ist die Anzahl der benötigten Kontakte dadurch reduziert, jedoch je länger die Strecke, desto geringer ist der Gradient, der über die Elektroden abfällt. Der Transportweg kann dadurch nicht beliebig lang sein. Zudem muss jede Elektrode einzeln kontaktiert werden. T. Yasuda et al., Contribution to the International Conference on Miniturized Systems for Chemistry and Life Sciences, Groningen, October 3-7, 2010 , suggest to realize longer distances for the drop movement by means of a gradient field. Two electrodes on a bottom and a cover electrode are needed, which are interlocked with each other. Although the number of contacts required is thereby reduced, the longer the distance, the lower the gradient that drops across the electrodes. The transport path can not be arbitrarily long. In addition, each electrode must be contacted individually.

Aus der WO 2011 029 57 ist ein DMF-Chip bekannt, der im Wesentlichen eine dreidimensionale Elektrodenanordnung zeigt. Tropfen können hängend, liegend entlang eines Bodens oder eines Deckels der Elektrodenanordnung oder zwischen gegenüberliegenden Boden- und Deckelelektroden bewegt werden. Ferner werden Rampen zur Verbindung von Tropfentransportwegen über verschiedene Ebenen geschaffen, so dass die Tropfen verschiedenen Funktionen zugeführt werden können. Elektroden können auf einer Ebene linear hintereinander angeordnet werden und über eine spiralförmige Zuleitung miteinander in Kontakt gebracht werden, um die Anzahl der benötigten Kontakte zu reduzieren. Jedoch kann dadurch nur ein Transport von außen nach innen erfolgen, so dass nur eine Transportrichtung vorgegeben ist. Die Zuleitungen benötigen allerdings sehr viel Platz, wodurch die Länge der Elektrodenstrecke sehr begrenzt ist. From the WO 2011 029 57 For example, a DMF chip is known which essentially exhibits a three-dimensional electrode arrangement. Drops may be suspended, lying down along a bottom or lid of the electrode assembly or moved between opposing bottom and top electrodes. Furthermore, ramps for connecting drop transport paths over different levels are created, so that the drops can be supplied to different functions. Electrodes can be arranged linearly one behind the other on a plane and be brought into contact with one another via a spiral feed line in order to reduce the number of contacts required. However, this can only be done by a transport from the outside to the inside, so that only one transport direction is specified. However, the leads require a lot of space, whereby the length of the electrode path is very limited.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, für eine Mikrofluidikplattform einen maximal langen Transportweg mit einer minimalen Anzahl an Kontakten zu ermöglichen, wobei die Mikrofluidikplattform kompakt und kostengünstig hergestellt werden kann. Based on this prior art, the present invention has the object to provide for a microfluidic platform a maximum long transport path with a minimum number of contacts, the microfluidic platform can be made compact and inexpensive.

Diese Aufgabe wird durch eine digitale Mikrofluidikplattform mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved by a digital microfluidic platform having the features of independent claim 1.

Bevorzugte Ausführungsformen der Mikrofluidikplattform werden durch die Unteransprüche beschrieben. Preferred embodiments of the microfluidic platform are described by the subclaims.

Eine erfindungsgemäße digitale Mikrofluidikplattform weist eine oder mehrere Funktionsgruppe(n) mit einer Vielzahl an Elektroden mit zwei oder mehreren Elektroden unterschiedlichen elektrischen Potentials auf. Die Elektroden sind entlang einer Fluidtransportrichtung linear angeordnet und jeweils mit einer Zuleitung verbunden. Die Zuleitungen sind ferner mit Kontakten zum Anlegen der Potentiale verbunden. Erfindungsgemäß sind die Zuleitungen zu den Elektroden so angeordnet, dass mehrere Elektroden gleichen Potentials mittels einer gemeinsamen Zuleitung über einen gemeinsamen Kontakt operativ verbunden sind, so dass die Anzahl der Kontakte nur durch die Anzahl der benötigten Potentiale bestimmt ist. A digital microfluidic platform according to the invention has one or more functional groups with a plurality of electrodes with two or more electrodes of different electrical potential. The electrodes are arranged linearly along a fluid transport direction and in each case connected to a supply line. The leads are also connected to contacts for applying the potentials. According to the invention, the supply lines to the electrodes are arranged so that a plurality of electrodes of the same potential are operatively connected by means of a common supply line via a common contact, so that the number of contacts is determined only by the number of required potentials.

Die vorgenannte Mikrofluidikplattform kann aufgrund der gemeinsamen Zuleitungen günstig hergestellt werden. Sie kann zudem leicht ausgetauscht werden. Durch die im Vergleich zum Stand der Technik geringe Kontaktanzahl können elektrische Verbindungen des Chips zu einer Strom- bzw. Spannungsversorgung schnell und einfach gelöst bzw. neu verbunden werden. Mikrofluidikplattformen können durch die vorgestellte topologische Lösung der Elektrodenanordnung optimiert werden und über eine entsprechend angepasste Ansteuerung und Ansteuerungslogik einfacher genutzt werden. The aforementioned microfluidic platform can be produced cheaply due to the common supply lines. It can also be easily replaced. Due to the low number of contacts compared to the prior art, electrical connections of the chip to a power supply can be quickly and easily released or reconnected. Microfluidic platforms can be optimized by the presented topological solution of the electrode arrangement and can be used more easily via a correspondingly adapted control and control logic.

Die Erfindung kann dabei vorsehen, dass eine oder mehrere Startelektrode(n), oder auch eine oder mehrere Endelektrode(n) mit einem oder mehreren Fluidreservoir(s) operativ verbunden ist. Die Mikrofluidikplattform ist damit in der Lage eine vollwertige Miniaturisierung eines Laborvorganges zu bieten und als „Lab-on-a-Chip“ (LOC) zu dienen. The invention may provide that one or more starting electrode (s), or one or more end electrode (s) is operatively connected to one or more fluid reservoir (s). The microfluidic platform is thus able to offer a complete miniaturization of a laboratory process and to serve as a "lab-on-a-chip" (LOC).

Ferner kann das Fluidreservoir über eine oder mehrere Funktionsgruppe(n) mit einer Probenkammer verbunden sein. Je nach Anwendung können auch mehrere Probenkammern vorgesehen sein. Furthermore, the fluid reservoir can be connected to a sample chamber via one or more functional groups. Depending on the application, a plurality of sample chambers may be provided.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Mikrofluidikplattform drei oder mehr Elektroden unterschiedlichen Potentials mit ebenfalls drei oder mehr Zuleitungen aufweisen, wobei die vorgenannten Elektroden auf einem Bodensubstrat angeordnet werden. Ein Deckel kann eine weitere Gegenelektrode umfassen. Erfindungsgemäß können eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode in Reihe geschaltet sein, wobei sie linear angrenzend aneinander gereiht sind. Eine dritte Elektrode kann ferner benachbart zu der zweiten Elektrode angeordnet sein, wobei zwischen der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode eine erste Zuleitung der ersten Elektrode geführt ist. In a preferred embodiment, the microfluidic platform can have three or more electrodes of different potential, also with three or more leads, wherein the aforementioned electrodes are arranged on a bottom substrate. A lid may include another counter electrode. According to the invention, a first electrode and a second electrode may be connected in series, wherein they are lined up linearly adjacent to each other. A third electrode can also be arranged adjacent to the second electrode, wherein a first supply line of the first electrode is guided between the second electrode and the third electrode.

Vorteilhaft erhöht sich bei steigender Elektrodenzahl nicht die Anzahl der notwendigen Kontakte, sondern kann konstant gehalten werden. Bei einer zweidimensionalen Ausführungsform reicht es, ein Bodensubstrat zu strukturieren und ein Deckelsubstrat bereitzustellen, das Gegenelektroden aufweist. Für einen schnelleren und besseren Transport kann hierzu ein Deckelsubstrat strukturiert werden, das aber nur den vorliegenden Funktionszellen, beziehungsweise den Elektroden als Gegenelektrode dient. Advantageously, the number of contacts required does not increase as the number of electrodes increases, but can be kept constant. In a two-dimensional embodiment, it is sufficient to pattern a bottom substrate and provide a lid substrate having counter electrodes. For a faster and better transport, a lid substrate can be structured for this, but this serves only the present functional cells, or the electrodes as a counter electrode.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann die Mikrofluidikplattform ungedeckelt oder gedeckelt sein. Eine einfache und kostengünstige Mikrofluidikplattform kann zweidimensional, d. h. ungedeckelt, sein, wobei sie leicht zu reinigen ist. Eine dreidimensionale bzw. gedeckelte Ausgestaltung mit einem Deckel kann einen definierten und schnellen Tropfentransport ermöglichen. In one development of the invention, the microfluidic platform can be uncovered or capped. A simple and inexpensive microfluidic platform can be two-dimensional, ie uncovered, wherein it is easy to clean. A three-dimensional or capped design with a lid can allow a defined and rapid drop transport.

Auch kann die Erfindung vorsehen, dass die erste Zuleitung in dem Bereich zwischen der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode gerade ist. Eine gerade Ausführungsform ist besonders leicht herzustellen und für große Tropfengrößen gut geeignet. Ein kleiner Tropfen kann, wenn er auf der zweiten Elektrode zu liegen kommt, eventuell nicht die dritte Elektrode oder die erste Zuleitung überlappen. Ein Weitertransport wäre dann nicht möglich, da der Tropfen nicht mit dem elektrischen Feld der dritten Elektrode wechselwirken würde. Dazu kann alternativ die Zuleitung in dem benannten Bereich zwischen zweiter und dritter Elektrode kurvenförmig, bevorzugt sinusförmig, sein. Hierdurch ist auch bei kleiner Tropfengröße gegeben, dass der Tropfen in einem kleinen Bereich mit der nächsten benachbarten Elektrode überlappt und weiter transportiert werden kann. Die Funktion der Funktionsgruppe insgesamt kann dadurch verbessert werden. Also, the invention may provide that the first lead in the area between the second electrode and the third electrode is straight. A straight embodiment is particularly easy to manufacture and well suited for large drop sizes. A small drop may not overlap the third electrode or the first lead when it comes to rest on the second electrode. Further transport would not be possible because the droplet would not interact with the electric field of the third electrode. For this purpose, alternatively, the supply line in the designated area between the second and third electrodes curved, preferably sinusoidal be. As a result, even with a small droplet size, the droplet overlaps in a small area with the next adjacent electrode and can be transported further. The function of the function group as a whole can be improved thereby.

Die Erfindung sieht ferner vor, dass die Mikrofluidikplattform drei Kontakte aufweisen kann, wobei jeder Kontakt zum Anlegen des elektrischen Potentials mit einer der drei Zuleitungen operativ verbunden ist. Im Sinne der Erfindung heißt „operativ“ unter Bezug auf „Operation“, nämlich Vorgang oder Arbeitsvorgang zur Ausführung eines Vorgangs oder Arbeitsvorgangs, so dass die Zuleitungen mit den Kontakten in elektrischer und thermischer Verbindung stehen. Die minimale Anzahl von drei Kontakten ermöglicht eine sehr lange Transportstrecke, bei gleichbleibender Transportgeschwindigkeit. The invention further provides that the microfluidic platform can have three contacts, each contact being operatively connected to one of the three supply lines for application of the electrical potential. For the purposes of the invention, "operative" means with reference to "operation", namely operation or operation for carrying out a process or operation, so that the supply lines are in electrical and thermal connection with the contacts. The minimum number of three contacts allows a very long transport distance, at constant transport speed.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kann vorsehen, dass die Mikrofluidikplattform auf einem Bodensubstrat eine oder mehrere Bodenfunktionsgruppe(n) und auf einem Deckelsubstrat eine oder mehrere Deckelfunktionsgruppe(n) aufweist. Erfindungsgemäß kann die Deckelfunktionsgruppe zu der Bodenfunktionsgruppe um eine halbe Länge einer Elektrode längs der Fluidtransportrichtung verschoben sein. Hierbei ist gemeint, dass Deckelelektroden der Funktionsgruppe oder bodenseitige Elektroden der Funktionsgruppe zueinander verschoben sind und die Funktionsgruppe dann den Transportweg bildet. Die Elektroden „überlappen“ sich daher in einer (dreidimensionalen) Draufsicht. Diese Ausführungsform bietet eine optimale Flächenausnutzung, um Elektroden- und Zuleitungsstrukturen zu platzieren. A further preferred embodiment of the invention can provide that the microfluidic platform has one or more bottom functional groups on a bottom substrate and one or more cover functional groups on a cover substrate. According to the invention, the cover function group may be shifted to the floor function group by half a length of an electrode along the fluid transport direction. In this case, it is meant that cover electrodes of the functional group or bottom-side electrodes of the functional group are shifted from one another and the functional group then forms the transport path. The electrodes therefore "overlap" in a (three-dimensional) plan view. This embodiment provides optimum area utilization to place electrode and lead structures.

Folglich kann vorgesehen sein, dass die Mikrofluidikplattform insgesamt vier Kontakte aufweist, zwei auf dem Boden-, zwei auf dem Deckelsubstrat. Pro Ebene sind damit nur noch zwei Kontakte notwendig, die auf die jeweiligen Substrate strukturiert werden müssen. Bei der erfindungsgemäßen dreidimensionalen Ausführungsform wird ein sowohl strukturiertes Deckelsubstrat als auch Bodensubstrat benötigt, wobei diese Ausführungsform für kleine Tropfen aufgrund ihres schnelleren Transports und definierter Tropfenlokalisierung besonders geeignet sein kann. Consequently, it can be provided that the microfluidic platform has a total of four contacts, two on the bottom, two on the cover substrate. Only two contacts per level are required, which must be structured on the respective substrates. The three-dimensional embodiment according to the invention requires both a structured lid substrate and a bottom substrate, this embodiment being particularly suitable for small drops because of their faster transport and defined drop localization.

Um eine flexible Gestaltung der Funktionsgruppen auf der Plattform zu erreichen, kann ferner vorgesehen sein, dass eine erste Funktionsgruppe eine zweite Funktionsgruppe kreuzt, wobei eine Kreuzelektrode am Kreuzungspunkt der ersten Funktionsgruppe mit der zweiten Funktionsgruppe T-förmig ist. Die Elektrodenanordnung ermöglicht damit einen flexiblen Tropfentransport in unterschiedliche Richtungen zu unterschiedlichen Probenkammern oder Reservoiren, bevorzugt mehrere Tropfen in eine Richtung zu einem Reservoir zu bringen. Aus jedem Arm einer solchen Kreuzung kann in beide Richtungen transportiert werden. Am Kreuzungspunkt kann eine eindeutige Transportrichtung vorgesehen sein. Die Umsetzung eines Transportweges kann ferner unabhängig von seiner Länge bei gleichbleibender Kontaktanzahl erfolgen. In order to achieve a flexible design of the functional groups on the platform, it may further be provided that a first functional group crosses a second functional group, wherein a cross electrode at the intersection of the first functional group with the second functional group is T-shaped. The electrode arrangement thus enables a flexible droplet transport in different directions to different sample chambers or reservoirs, preferably to bring several drops in one direction to a reservoir. From each arm of such an intersection can be transported in both directions. At the crossing point, a clear transport direction can be provided. The implementation of a transport path can also be carried out regardless of its length with a constant number of contacts.

Die vorgenannte Erfindung stellt damit einen einfachen und kostengünstig herzustellenden Mikrofluidikchip bereit. Die erfindungsgemäßen Anordnungen können Tropfen sowohl vorwärts als auch rückwärts bewegen und an definierten Positionen stoppen lassen. Die Tropfen sind dabei stets eindeutig positioniert, wodurch die vorgenannten erfindungsgemäßen Lösungen für verschiedene Anwendungsbereiche flexibel eingesetzt werden können. The aforementioned invention thus provides a simple and cost-effective to manufacture microfluidic chip. The inventive arrangements can move drops both forward and backward and stop them at defined positions. The drops are always clearly positioned, whereby the aforementioned solutions of the invention for various applications can be used flexibly.

Vorteilhaft können viele Zuleitungen und Elektroden auf einer einzigen Substratebene untergebracht werden, wodurch viele verschiedene Flüssigkeiten einfach auf der Mikrofluidikplattform transportiert werden können. Da mit einschichtigen, elektrischen Schichten auf den Substraten gearbeitet werden kann und nur wenige Kontakte als elektrische Schnittstelle benötigt werden, verringert sich der Produktionsaufwand und somit die Produktionskosten im Gesamten. Dadurch, dass weniger Kontakte beziehungsweise eine definierte Anzahl an Zuleitungen möglich ist, können Mikrofluidikplattformen mit sehr vielen Reservoiren, weitaus über zwanzig, und dementsprechend notwendigen vielen und langen Fluidtransportkanälen hergestellt werden, da nun genügend Platz auf den herkömmlichen Substraten ist. Advantageously, many leads and electrodes can be accommodated on a single substrate level, whereby many different liquids can be easily transported on the microfluidic platform. Since it is possible to work with single-layer, electrical layers on the substrates and only a few contacts are required as an electrical interface, the production costs and thus the production costs as a whole are reduced. The fact that fewer contacts or a defined number of supply lines is possible, microfluidic platforms can be made with a lot of reservoirs, well over twenty, and accordingly necessary many and long fluid transport channels, since there is enough space on the conventional substrates.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Mikrofluidikplattform können üblich verwendete Substrate, insbesondere aus Glas, das vorteilhaft chemisch inert und hochgradig biokompatibel ist. Auch kann harter Kunststoff, z. B. mit Gold oder Kupfer beschichtet werden, um Elektrodenstrukturen zu erhalten. Die Substrate können mit Indiumzinnoxid (ITO) bedampft sein, wobei auch andere aufdampfbare Materialien zur Strukturierung verwendet werden können. Zur Strukturierung der Substrate kann das ITO mit einem Laser abgefahren und damit in den betreffenden Bereichen entfernt werden. Die von den abgefahrenen Linien umschlossenen Flächen bilden dann die Elektroden, die Zuleitungen und weitere Strukturen. Die Abmaße der ITO-Klarsubstrate können variieren und an die jeweilige spätere Anwendung des Chips angepasst werden. Bei der Strukturierung einer dreidimensionalen Struktur sollte darauf geachtet werden, den Bezugspunkt der Strukturierung für das Bodensubstrat und für das Deckelsubstrat entsprechend zu legen, damit die Seiten der Klarsubstrate als Anschlagspunkte bei der späteren Montage bekannt sind. To produce the microfluidic platform of the invention, commonly used substrates, in particular of glass, which is advantageously chemically inert and highly biocompatible. Also, hard plastic, z. B. be coated with gold or copper to obtain electrode structures. The substrates may be vapor-deposited with indium tin oxide (ITO), although other vapor-deposited materials may be used for patterning. For structuring the substrates, the ITO can be scanned with a laser and thus removed in the areas concerned. The enclosed by the worn lines surfaces then form the electrodes, the leads and other structures. The dimensions of the ITO clearing substrates may vary and be adapted to the particular later application of the chip. When structuring a three-dimensional structure, care should be taken to set the reference point of the structuring for the bottom substrate and for the cover substrate so that the sides of the clear substrates are known as attachment points in the subsequent assembly.

Weitere Ausführungsformen, sowie einige der Vorteile, die mit diesen und weiteren Ausführungsformen verbunden sind, werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung deutlich und besser verständlich. Unterstützend hierbei ist auch der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung. Dabei zeigt Other embodiments, as well as some of the advantages associated with these and other embodiments, will become apparent and better understood by the following detailed description. Supporting here is the reference to the figures in the description. It shows

1a eine Ansicht einer erfindungsgemäßen digitalen Mikrofluidikplattform mit einer ersten Ausführungsform einer Elektrodenanordnung, 1a a view of a digital microfluidic platform according to the invention with a first embodiment of an electrode assembly,

1b ein Schema zur Berechnung eines Pitchmaßes p, 1b a scheme for calculating a pitch measure p,

2 eine weitere Ausführungsform einer Elektrodenanordnung, 2 a further embodiment of an electrode arrangement,

3a–d eine dreidimensionale Ansicht der Elektrodenanordnung aus 2 und deren Potentiale, 3a -D is a three-dimensional view of the electrode assembly 2 and their potentials,

4 ein schematisches Bodensubstrat einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mikrofluidikplattform, 4 a schematic bottom substrate of a further embodiment of the microfluidic platform according to the invention,

5 ein schematisches Deckelsubstrat der erfindungsgemäßen Mikrofluidikplattform zu dem Bodensubstrat nach 4, und 5 a schematic cover substrate of the microfluidic platform according to the invention to the bottom substrate according to 4 , and

6a–d unterschiedliche Beschaltungszustände der erfindungsgemäßen Mikrofluidikplattform nach 4 und 5. 6a -D different wiring states of the microfluidic platform according to the invention 4 and 5 ,

Eine erfindungsgemäße Mikrofluidikplattform 1 weist nach 1 Elektroden 2, 3, 4 auf. Ferner sind zu den Elektroden 2, 3, 4 passende Zuleitungen 5, 6, 7 auf dem Substrat 1a strukturiert. Dabei ist eine erste Zuleitung 5 einer ersten Elektrode 2, eine zweite Zuleitung 6 einer zweiten Elektrode 3 sowie eine dritte Zuleitung 7 einer dritten Elektrode 4 zugeordnet. Die Elektrodenflächen der Elektroden 2, 3, 4 können hierbei quadratisch sein (1), aber auch jede andere Grundform wie auch rechteckig, elliptisch oder ein komplexes Polygon haben. A microfluidic platform according to the invention 1 points to 1 electrodes 2 . 3 . 4 on. Further, to the electrodes 2 . 3 . 4 suitable supply lines 5 . 6 . 7 on the substrate 1a structured. This is a first supply line 5 a first electrode 2 , a second supply line 6 a second electrode 3 and a third supply line 7 a third electrode 4 assigned. The electrode surfaces of the electrodes 2 . 3 . 4 can be square ( 1 ), but also any other basic shape as well as rectangular, elliptical or have a complex polygon.

Wie aus 1 ersichtlich, sind die Zuleitungen 5, 6, 7 jeweils an ihrem freien Ende mit einem Kontakt verbunden, hier ein erster Kontakt 8 zur ersten Zuleitung 5, ein zweiter Kontakt 9 zur zweiten Zuleitung 6 sowie ein dritter Kontakt 10 zur dritten Zuleitung 7. Die erste Elektrode 2, die zweite Elektrode 3 sowie die dritte Elektrode 4 sind elektrisch voneinander isoliert und liegen jeweils auf einem unterschiedlichen Potential. Die Kontakte 8, 9, 10 können mit elektrischen Potentialen U(t), –U(t) und Erde für die Elektroden 2, 3, 4 belegt werden, so dass jede Elektrode 2, 3, 4 auch auf einem unterschiedlichen Potential zu liegen kommt. Die Struktur der Elektroden 2, 3, 4 und Zuleitungen 5, 6, 7 auf der Mikrofluidikplattform 1 ist zweidimensional ausgestaltet. How out 1 can be seen, are the supply lines 5 . 6 . 7 each connected at its free end to a contact, here a first contact 8th to the first supply line 5 , a second contact 9 to the second supply line 6 and a third contact 10 to the third supply line 7 , The first electrode 2 , the second electrode 3 as well as the third electrode 4 are electrically isolated from each other and are each at a different potential. The contacts 8th . 9 . 10 can with electrical potentials U (t), -U (t) and earth for the electrodes 2 . 3 . 4 be occupied, so that each electrode 2 . 3 . 4 also comes at a different potential to lie. The structure of the electrodes 2 . 3 . 4 and supply lines 5 . 6 . 7 on the microfluidic platform 1 is designed two-dimensionally.

Die gestrichelte Linienführung links und rechts der gezeigten Elektrodenanordnung auf dem Substrat 1a verdeutlicht, kann diese beliebig nach links und rechts fortgesetzt werden, wobei sich die Grundstruktur der Elektroden 2, 3, 4 immer wieder wiederholt. Jede lineare oder auch gewinkelte, oder gekreuzte Aneinanderreihung der Elektroden bildet eine Funktionsgruppe, in der ein Tropfen von einem Reservoir 1b in eine Probenkammer 1c, und umgekehrt geführt werden kann. The dashed lines on the left and right of the electrode arrangement shown on the substrate 1a clarified, this can be continued to the left and right, where the basic structure of the electrodes 2 . 3 . 4 repeatedly repeated. Each linear or angled, or crossed array of electrodes forms a functional group in which a drop from a reservoir 1b in a sample chamber 1c , and vice versa.

Die Elektroden 2, 3, 4 sind linear zueinander angeordnet, hier nebeneinander, wobei bei der zweiten Elektrode 3 und der dritten Elektrode 4 die jeweiligen Zuleitungen 6, 7 in der 1 einerseits von den Elektroden 2, 3, 4 nach oben bzw. unten weisen, und ferner parallel zu zwei Rändern des Substrates 1a verlaufen. Die erste Zuleitung 5 der ersten Elektrode 2 knickt, sobald sie die Elektrodenfläche der ersten Elektrode 2 verlässt, rechtwinklig nach rechts ab, verläuft parallel zur zweiten Zuleitung 6 und knickt erneut rechtwinklig in Richtung der zweiten Elektrode 3 und dritten Elektrode 4 ab. Im Weiteren verläuft die erste Zuleitung 5 zwischen der zweiten Elektrode 3 und der dritten Elektrode 4 hindurch, wobei sie an beide Elektroden 3, 4 angrenzt. The electrodes 2 . 3 . 4 are arranged linearly to each other, here next to each other, wherein at the second electrode 3 and the third electrode 4 the respective supply lines 6 . 7 in the 1 on the one hand by the electrodes 2 . 3 . 4 pointing up and down, and also parallel to two edges of the substrate 1a run. The first supply line 5 the first electrode 2 kinks as soon as the electrode surface of the first electrode 2 leaves right-angled to the right, runs parallel to the second supply line 6 and bends again at a right angle the second electrode 3 and third electrode 4 from. In addition, the first supply line runs 5 between the second electrode 3 and the third electrode 4 passing through, being to both electrodes 3 . 4 borders.

Dadurch, dass die erste Zuleitung 5 in einem Bereich zwischen der zweiten Elektrode 3 und der dritten Elektrode 4, also zwischen diesen beiden Elektroden 3, 4 hindurch, geführt ist, lässt sich die Kombination dieser drei Elektroden 2, 3, 4 beliebig oft aneinander reihen. Because of that, the first supply line 5 in a region between the second electrode 3 and the third electrode 4 that is, between these two electrodes 3 . 4 passed through, can be the combination of these three electrodes 2 . 3 . 4 Arrange as often as you like.

Die erste Zuleitung 5 weist im Bereich zwischen der zweiten Elektrode 3 und der dritten Elektrode 4 eine gewisse Breite B auf, die für die Funktionsweise der hier dargestellten Elektrodenanordnung wesentlich ist. Die erste Zuleitung 5 fungiert in diesem Bereich selbst als Elektrode. Die Breite B des Bereiches muss bestimmt bemessen sein, damit ein Tropfen T über die Elektrodenanordnung selbst wandern kann. Aus der Flächenform der Elektroden 2, 3, 4 ergibt sich, dass wenn ein Tropfen T mittig auf beispielsweise der zweiten Elektrode 3 zu liegen kommt, dass er nicht auf die angrenzenden Elektroden, beispielsweise dritte Elektrode 4, überlappt. Würde diese Elektrode 4 aktiviert, so würde der Tropfen keine Wechselwirkung mit dem elektrischen Feld dort eingehen können und auf seiner Position verharren. Hierzu kann die erste Zuleitung 5 im Bereich zwischen der zweiten Elektrode 3 und der dritten Elektrode 4 nicht gerade ausgebildet sein, sondern kurvenförmig, bspw. sinusförmig sein. The first supply line 5 points in the area between the second electrode 3 and the third electrode 4 a certain width B, which is essential for the operation of the electrode arrangement shown here. The first supply line 5 acts as an electrode in this area. The width B of the region must be determined so that a drop T can travel across the electrode assembly itself. From the surface shape of the electrodes 2 . 3 . 4 It follows that if a drop T is centered on, for example, the second electrode 3 it does not lie on the adjacent electrodes, for example third electrode 4 , overlaps. Would this electrode 4 activated, the drop would be unable to interact with the electric field and remain in place. For this purpose, the first supply line 5 in the area between the second electrode 3 and the third electrode 4 not be straight, but curved, for example. Sinusoidal.

Zu beachten ist, dass die erste Zuleitung 5 im Bereich zwischen der zweiten Elektrode 3 und der dritten Elektrode 4 ein (Stör-)Feld erzeugen kann, das je nach Geometrie und Abmessung der Elektroden und Zuleitungen den Tropfentransport stören kann. Wenn die erste Zuleitung 5 sehr schmal im Vergleich zu den Elektroden 2, 3, 4 ist, wird sich der Effekt nicht auswirken. Zur Optimierung der Mikrofluidikplattform 1 kann ein Deckelsubstrat vorgesehen sein, das im einfachsten Fall eine einzige große Gegenelektrode bildet, wobei im Bereich der ersten Zuleitung 5 im Bereich zwischen der zweiten Elektrode 3 und der dritten Elektrode 4 die Gegenelektrode kein Elektrodenmaterial aufweisen kann und damit eine oder mehrere ITO-freie Abschnitte aufweist, wodurch das störende elektrische Feld verringert wird. It should be noted that the first supply line 5 in the area between the second electrode 3 and the third electrode 4 can produce a (interfering) field, which can interfere with the drop transport depending on the geometry and dimension of the electrodes and leads. If the first supply line 5 very narrow compared to the electrodes 2 . 3 . 4 is, the effect will not affect. To optimize the microfluidic platform 1 a lid substrate may be provided, which in the simplest case forms a single large counterelectrode, wherein in the region of the first feed line 5 in the area between the second electrode 3 and the third electrode 4 the counterelectrode can not have any electrode material and thus has one or more ITO-free sections, whereby the disturbing electric field is reduced.

Die Breite B der ersten Zuleitung 5 ist so zu bestimmen, dass ein exaktes Pitchmaß p zwischen den Flächenschwerpunkten (gekennzeichnet durch schwarze Punkte) der Elektroden 2, 3, 4 erreicht wird, wie in 1b skizziert ist. So kann es passieren, dass ein Tropfen so klein ist, dass er nicht von einer Elektrode zur nächsten wandern kann. Hierzu kann eine Anpassung der Breiten der Elektroden 3, 4, 5 vorgenommen werden. Das Pitchmaß p definiert sich als konstanter Abstand zwischen den Flächenschwerpunkten der Elektroden:
Mit x + y + B + z = 3·p sowie 0,5·x + 0,5·y = p sowie 0,5·y + B + 0,5·z = p ergibt sich als Lösung für ein gleichbleibendes Pitchmaß p: p = 4·B. The width B of the first supply line 5 is to be determined such that an exact pitch p between the centroids (indicated by black dots) of the electrodes 2 . 3 . 4 is achieved, as in 1b outlined. So it can happen that a drop is so small that it can not move from one electrode to the next. For this purpose, an adaptation of the widths of the electrodes 3 . 4 . 5 be made. The pitch dimension p is defined as a constant distance between the centroids of the electrodes:
With x + y + B + z = 3 · p as well as 0.5 · x + 0.5 · y = p as well as 0.5 · y + B + 0.5 · z = p the solution for a constant pitch is obtained p: p = 4 · B.

Ein Einbringen von Tropfen T geschieht in der Regel von dem Reservoir 1b aus, das sich an eine Endelektrode oder eine Startelektrode der jeweiligen Funktionsgruppe anschließt. Ein Tropfentransport der dargestellten Elektrodenanordnung erfolgt durch Aktivieren der einzelnen Elektroden nacheinander. Ist ein Flüssigkeitstropfen auf der Elektrode 2, so bewirkt das Aktivieren der zweiten Elektrode 3 ein Wandern des Tropfens zu dieser Elektrode. Die anderen Elektroden 2, 4 sind dabei nicht aktiviert. Wird hiernach die dritte Elektrode 4 aktiviert und direkt oder kurze Zeit hiernach die zweite Elektrode 3 deaktiviert, so wandert der Tropfen zur dritten Elektrode 4. Damit wird der Tropfen in der 1 von links nach rechts gepumpt. Wird dieses Aktivierungsmuster umgekehrt befolgt, lässt sich der Tropfen in die Gegenrichtung, das heißt von rechts nach links, pumpen. An introduction of drops T is usually done by the reservoir 1b from, which adjoins an end electrode or a starting electrode of the respective functional group. A drop transport of the illustrated electrode arrangement takes place by activating the individual electrodes in succession. Is a drop of liquid on the electrode 2 , then activating the second electrode 3 a migration of the drop to this electrode. The other electrodes 2 . 4 are not activated. Becomes the third electrode after this 4 activated and then, or shortly thereafter, the second electrode 3 deactivated, the drop travels to the third electrode 4 , This will make the drop in the 1 pumped from left to right. If this activation pattern is followed in reverse, the drop can be pumped in the opposite direction, ie from right to left.

Für die komplette Elektrodenanordnung, auch wenn mehrere Elektroden nun hintereinander geschaltet werden, werden nicht mehr als drei Kontakte 8, 9, 10 maximal benötigt, da die Anzahl nur durch die benötigten elektrischen Potentiale bedingt ist. For the complete electrode arrangement, even if several electrodes are now connected in series, no more than three contacts 8th . 9 . 10 maximum required, since the number is only due to the required electrical potentials.

2 bis 6d zeigen weitere Möglichkeiten für eine Mikrofluidikplattform 1. Zunächst ergibt sich gemäß 2 eine einfache Aneinanderreihung von einer ersten Elektrode 12 und einer zweiten Elektrode 13, dazu sind sie jeweils mit seitlich geführten Zuleitungen, einer ersten Zuleitung 14 sowie einer zweiten Zuleitung 15, elektrisch verbunden, wie durch die gestrichelte Linien gekennzeichnet ist. 2 to 6d show further possibilities for a microfluidic platform 1 , First, according to 2 a simple juxtaposition of a first electrode 12 and a second electrode 13 , they are each with laterally led supply lines, a first supply line 14 and a second supply line 15 , electrically connected, as indicated by the dashed lines.

Die Mikrofluidikplattform 1 ist in diesem Fall ein gedeckelter Mikrofluidikchip mit dreidimensionaler Elektrodenanordnung. Mit einem gedeckelten Chip kann ein Tropfen kontrollierter bewegt werden, als mit einem offenen, wie es in 1 gezeigt ist. Dies liegt daran, dass bei gleicher Spannung ein weitaus stärkeres elektrisches Feld durch gegenüberliegende Elektroden induziert werden kann, als es nebeneinander liegende Elektrode im Stande sind. Jedoch ist es schwieriger zu reinigen, als zweidimensionale Chips. The microfluidic platform 1 in this case is a capped microfluidic chip with a three-dimensional electrode arrangement. With a capped chip, a drop can be moved more controlled than with an open as it is in 1 is shown. This is because at the same voltage a much stronger electric field can be induced by opposing electrodes, as it adjacent electrode are capable of. However, it is more difficult to clean than two-dimensional chips.

Es liegt gemäß 3a ein Bodensubstrat 16 und Deckelsubstrat 17 vor. Die erste Elektrode 12 und zweite Elektrode 13 bzw. 13’ sind mehrfach aneinander gereiht, wobei eine erste Funktionsgruppe auf dem Deckelsubstrat 16 zu einer zweiten Funktionsgruppe auf dem Deckel 17 um eine halbe Länge einer beispielhaften Elektrode gegeneinander verschoben sind. Damit ergibt sich ein überlappendes Bild (vergleiche 3a bis 3d), so dass sich jeweils aus einer halben Elektrode auf Boden 16 und Deckel 17 einzelne Funktionszellen FZ ergeben, die einen Tropfen T halten bzw. bewegen können. Die Aufteilung der Funktionszellen FZ ist durch den Überlapp der jeweiligen Elektroden von Deckel 17 und Boden 16 gegeben. In 3d ist ein Tropfen T zwischen den Elektroden 12, 13, 13’ und seine Transportrichtung (schwarzer Pfeil) dargestellt. It is according to 3a a soil substrate 16 and lid substrate 17 in front. The first electrode 12 and second electrode 13 respectively. 13 ' are lined up several times, with a first functional group on the lid substrate 16 to a second function group on the lid 17 are shifted by half a length of an exemplary electrode against each other. This results in an overlapping image (compare 3a to 3d ), so each one half electrode on the ground 16 and lid 17 result in individual functional cells FZ that can hold or move a drop T. The division of the functional cells FZ is due to the overlap of the respective electrodes of the lid 17 and soil 16 given. In 3d is a drop of T between the electrodes 12 . 13 . 13 ' and its transport direction (black arrow) shown.

Tropfen T können entweder aus einem Reservoir 1b oder aus einer anderen Funktionsgruppe in eine Kreuzung von zwei anderen Funktionsgruppen eingebracht werden. Hierzu wird auf 4 und 5 verwiesen, die eine beispielhafte mögliche Kreuzung von Funktionsgruppen zeigt. Hierbei sind auf dem Bodensubstrat 16 in 4 zwei Kreuzungen von drei Funktionsgruppen (eine längs waagrecht, zwei quer) gezeigt, wobei an den Kreuzungen eine Kreuzelektrode 20 vorliegt, die im Wesentlichen T-förmig ist. Das zugehörige Deckelsubstrat 17 in 5 ist korrespondierend zu dem Bodensubstrat 16 ausgebildet, wobei auf die Verschiebung der halben Elektrodenlänge zu achten ist. 5 zeigt hierbei lediglich eine Kreuzung beispielhaft, die als Kreuzungselektrode eine verlängerte Kreuzungselektrode 21 aufweist, um der Kreuzungselektrode 20 des Bodensubstrats 16 als Gegenelektrode zu dienen. Die Kreuzung aus 5 kann, um als Gegenelektrodenanordnung zu dem des Bodensubstrates zu dienen, einfach gedoppelt werden. Dabei sind auf dem Bodensubstrat 16 zwei Kontakte 18, 19 und auf dem Deckelsubstrat 17 ebenfalls nur zwei Kontakte 18’, 19’ vorliegend, die in dieser Konstellation ausreichen, die Elektroden auf unterschiedliche Potentiale zu legen und damit anzusteuern. Insofern kann eine Mikrofluidikplattform 1 mit nur vier Kontakten realisiert werden. Drops T can either come from a reservoir 1b or from another functional group into an intersection of two other functional groups. This is on 4 and 5 which shows an exemplary possible intersection of functional groups. Here are on the soil substrate 16 in 4 two intersections of three functional groups (one longitudinal horizontal, two transverse) are shown, with at the intersections a cross electrode 20 present, which is substantially T-shaped. The associated lid substrate 17 in 5 is corresponding to the bottom substrate 16 formed, is to pay attention to the displacement of half the electrode length. 5 in this case only shows an intersection by way of example, which as an intersection electrode has an extended crossing electrode 21 to the crossing electrode 20 of the soil substrate 16 to serve as a counter electrode. The intersection 5 may simply be doubled to serve as a counter electrode arrangement to that of the bottom substrate. Here are on the soil substrate 16 two contacts 18 . 19 and on the lid substrate 17 also only two contacts 18 ' . 19 ' present, which are sufficient in this constellation to place the electrodes at different potentials and thus to control. In this respect, a microfluidic platform 1 be realized with only four contacts.

Die Zuleitungen 14, 15 können dabei sowohl auf dem Deckelsubstrat 17 und dem Bodensubstrat 16 gerade oder bogenförmig geführt werden, um alle Elektroden auf dem Substrat zu erreichen und gleichzeitig keine Kurzschlüsse zu generieren. The supply lines 14 . 15 can do this both on the lid substrate 17 and the soil substrate 16 be guided straight or arcuate in order to reach all the electrodes on the substrate and at the same time generate no short circuits.

Zu beachten ist, dass an der Kreuzung, die durch die Kreuzungselektrode 20 und verlängerte Elektrode 21 gebildet wird, eine eindeutige Wanderungs- bzw. Transportrichtung eines eingesetzten Tropfens vorliegt. Um eine andere Transportrichtung zu definieren, können alle Arme der Kreuzungen als einzelne Transportwege beschaltet werden, wobei mehr Kontakte benötigt werden. Wird jedoch im Falle eines DNA-Synthese-Systems nur das Pumpen aus vielen anzuschließenden Reservoiren in eine am Ende der Elektroden liegenden Kammer benötigt, so reicht eine Kontaktierung, wie sie in 4 und 5 gezeigt ist, aus. Of note is that at the intersection, passing through the crossing electrode 20 and extended electrode 21 is formed, there is a clear migration or transport direction of a drop used. In order to define another direction of transport, all the arms of the intersections can be connected as individual transport paths, with more contacts being needed. However, in the case of a DNA synthesis system, only the pumping of many reservoirs to be connected into a chamber located at the end of the electrodes is required, so a contacting, as in 4 and 5 is shown off.

In 6 sind verschiedene Beschaltungszustände der vorbeschriebenen Elektrodenanordnung dargestellt. Das Deckelsubstrat 17 hält dabei die Elektroden 12, 13, die auf unterschiedlichem elektrischem Potential liegen, wobei die erste Elektrode 12 bspw. auf Erde und die zweite Elektrode 13 auf dem Potenzial –U(t) liegt. Im Gegensatz dazu liegt am Bodensubstrat 16 die erste Elektrode 12 wiederum auf Erd-Potential und eine Elektrode 13’ auf +U(t). Daraus wird auch ersichtlich, dass insgesamt maximal vier Kontakte für eine theoretisch unendlich lange Strecke an aneinander gereihten Elektroden nötig sind. Die Zahlen zwischen Deckel und Boden geben die relative Feldstärke an, die sich zwischen Deckel und Boden ergibt, abhängig von der Beschaltung der Elektroden. Die Beschaltungszustände sind hierbei in einzelne Schritte (6a bis 6b) aufgeteilt, wobei sich ein Tropfen T eindeutig innerhalb der hier dargestellten sieben Funktionszellen positionieren lässt. Diese Anordnung wiederholt sich in einer unendlichen Anzahl aneinander Reihungen, alle vier Funktionszellen. Die einzige uneindeutige Position eines Tropfens in dieser Anordnung wäre eine mittlere Funktionszelle FZ1, die zu beiden Seiten auf Erdpotential liegt. Diese Fließrichtung ist an der mittleren Funktionszelle FZ1 dadurch nicht festgelegt, so dass es zu vermeiden gilt, den oder die Tropfen T an dieser Position in den Transportweg einzubringen. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Mikrofluidikplattform 1a Substrat 2 Erste Elektrode 3 Zweite Elektrode 4 Dritte Elektrode 5 Erste Zuleitung 6 Zweite Zuleitung 7 Dritte Zuleitung 8 Kontakt erste Zuleitung 9 Kontakt zweite Zuleitung 10 Kontakt dritte Zuleitung 12 Erste Elektrode 13 Zweite Elektrode Deckelsubstrat 13’ Zweite Elektrode Bodensubstrat 14 Erste Zuleitung 15 Zweite Zuleitung 16 Bodensubstrat 17 Deckelsubstrat 18, 18’ Kontakt erste Elektrode 19, 19’ Kontakt zweite Elektrode 20 Kreuzelektrode 21 Verlängerte Elektrode B Breite der ersten Zuleitung x, y, z Breite erste, zweite, dritte Elektrode T Tropfen FZ Funktionszellen FZ1 Mittlere Funktionszelle In 6 different Beschaltungszustände the above-described electrode assembly are shown. The lid substrate 17 holds the electrodes 12 . 13 which are at different electrical potential, wherein the first electrode 12 for example, on earth and the second electrode 13 on the potential -U (t). In contrast, lies on the soil substrate 16 the first electrode 12 again to earth potential and an electrode 13 ' on + U (t). It can also be seen that a total of four contacts are needed for a theoretically infinitely long distance at strung electrodes. The numbers between lid and bottom indicate the relative field strength that results between lid and bottom, depending on the wiring of the electrodes. The wiring states are hereby divided into individual steps ( 6a to 6b ), wherein a drop T can be clearly positioned within the seven function cells shown here. This arrangement is repeated in an infinite number of rows, all four functional cells. The only ambiguous position of a drop in this arrangement would be a middle function cell FZ1, which is at ground potential on both sides. This flow direction is not fixed at the middle functional cell FZ1, so that it is to be avoided to introduce the drop or drops T into the transport path at this position. LIST OF REFERENCE NUMBERS 1 microfluidic platform 1a substratum 2 First electrode 3 Second electrode 4 Third electrode 5 First supply line 6 Second supply line 7 Third supply line 8th Contact first supply line 9 Contact second supply line 10 Contact third supply line 12 First electrode 13 Second electrode cover substrate 13 ' Second electrode bottom substrate 14 First supply line 15 Second supply line 16 soil substrate 17 cover substrate 18 . 18 ' Contact first electrode 19 . 19 ' Contact second electrode 20 cross electrode 21 Extended electrode B Width of the first supply line x, y, z Width first, second, third electrode T drops FZ functional cells FZ1 Middle function cell

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 6020250053337 T2 [0006]
US 8394249 B2 [0007]
WO 201102957 [0010]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

F. Mugele et al. "Electrowetting: from basics to applications", Journal of Physics: Condensed Matter, 17 R705-R774, 2013 [0005]
YY Lin et al. Actuat B-Chem, 173, 338-345, 2012 [0005]
SC Shih et al. "Digital microfluidics with impedance sensing for integrated cell culture and analysis", Biosensors & Bioelectronics, 42, 314-320, 2013 [0005]
T. Yasuda et al., Contribution to the International Conference on Miniturized Systems for Chemistry and Life Sciences, Groningen, 3-7 Oct. 2010 [0009]

Claims

Digital microfluidic platform ( 1 ) comprising at least one functional group with a multiplicity of electrodes ( 2 . 3 . 4 ) with at least two electrodes ( 2 . 3 . 4 ) has a different electrical potential, which is arranged linearly along a fluid transport direction and in each case with a supply line ( 5 . 6 . 7 ), the supply lines ( 5 . 6 . 7 ) with contacts ( 8th . 9 . 10 ) are connected for applying the potentials, characterized in that the supply lines ( 5 . 6 . 7 ) to the electrodes ( 2 . 3 . 4 ) are arranged so that a plurality of electrodes ( 2 . 3 . 4 ) of the same potential by means of a common supply line ( 5 . 6 . 7 ) via a common contact ( 8th . 9 . 10 ) are operatively connected so that the number of contacts ( 8th . 9 . 10 ) is determined only by the number of required potentials.

Digital microfluidic platform ( 1 ) according to claim 1, characterized in that at least one start electrode and / or an end electrode with at least one fluid reservoir ( 1b ) is operatively connected.

Digital microfluidic platform ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the fluid reservoir ( 1b ) via the at least one functional group with a sample chamber ( 1c ) connected is.

Digital microfluidic platform ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the microfluidic platform ( 1 ) at least three electrodes ( 2 . 3 . 4 ) of different potential with at least three supply lines ( 5 . 6 . 7 ), wherein a first electrode ( 2 ) and a second electrode ( 3 ) are connected in series and a third electrode ( 4 ) adjacent to the second electrode ( 3 ), wherein between the second electrode ( 3 ) and the third electrode ( 4 ) a first supply line ( 5 ) of the first electrode ( 3 ) is guided.

Digital microfluidic platform ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the microfluidic platform ( 1 ) is uncovered or capped.

Digital microfluidic platform ( 1 ) according to claim 4 or 5, characterized in that the first supply line ( 5 ) in the region between the second electrode ( 3 ) and the third electrode ( 4 ) is straight or curved, preferably sinusoidal.

Digital microfluidic platform ( 1 ) according to at least one of claims 4 to 6, characterized in that the microfluidic platform ( 1 ) at least three contacts ( 8th . 9 . 10 ) having.

Digital microfluidic platform ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the microfluidic platform ( 1 ) on a soil substrate ( 16 ) at least one soil functional group and on a lid substrate ( 17 ) has at least one cover function group, and that the cover function group to the soil functional group by half a length of an electrode ( 12 . 13 ) is displaced along the fluid transport direction.

Digital microfluidic platform ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the microfluidic platform ( 1 ) four contacts ( 18 . 18 ' . 19 . 19 ' ) having

Digital microfluidic platform ( 1 ) according to claim 8 or 9, characterized in that a first functional group ( 13 ) a second function group ( 14 ), whereby a cross electrode ( 15 ) at the crossing point of the first function group ( 13 ) with the second function group ( 14 ) Is T-shaped.