專利名稱：芯片毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種芯片或一種生物芯片毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)方法。本發(fā)明還 涉及包括有毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)的芯片，其中毛細(xì)管中固定有組織成探針矩陣的化學(xué) 或生物分子。本發(fā)明還涉及帶有電泳和/或色譜毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)的芯片。
在本申請(qǐng)中，用語(yǔ)"芯片"或"生物芯片"具有相同的意義，表示一個(gè) 帶有毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)的元件，可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域，如微流體、毛細(xì)電泳、色譜、 電色譜等，具有不同的用途，如生物分析、醫(yī)學(xué)分析、藥物分析、農(nóng)業(yè)食品 分析、環(huán)境分析等。
在靶多核苷酸分子混合物的分析中， 一個(gè)芯片或生物芯片包括一組毛細(xì) 管網(wǎng)絡(luò)和毛細(xì)管中固定的組織成光點(diǎn)狀的分子探針矩陣，這些分子矩陣屬于 不同的種類(lèi)，當(dāng)靶分子混合物與分子探針接觸時(shí)，每種矩陣都有一個(gè)通過(guò)分 子雜化而與靶分子中 一個(gè)類(lèi)型的混合物特定連接的核苷S吏序列。
輩巴分子混合物在芯片的毛細(xì)管中循環(huán)，如通過(guò)簡(jiǎn)單的混合物擴(kuò)散，與分 子探針接觸，特定連接形成探針-靶混合物，例如，通過(guò)對(duì)預(yù)先固定在靶分子 上的熒光標(biāo)記發(fā)出的熒光進(jìn)行沖全測(cè)和/或定量分析。
可以通過(guò)芯片上拼接或沉積的薄層電極在毛細(xì)管中施加的電場(chǎng)，使靶分 子在毛細(xì)管中交替循環(huán)。當(dāng)每個(gè)分子探針與一對(duì)電極結(jié)合后，可以通過(guò)測(cè)定 每對(duì)電極間的阻抗，測(cè)定和/或量化探針-靶混合物。
背景技術(shù)：
已知一種通過(guò)激光加工塑料片制備毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)芯片的技術(shù)，該技術(shù)在于 在塑料片表面聚焦和移動(dòng)激光束，消融塑料材料形成毛細(xì)管。然而，這 種技術(shù)實(shí)施復(fù)雜，而且成本太高，要在塑料片上拼接或沉積電極和固定 分子矩陣前實(shí)現(xiàn)，以避免將其損毀或破壞。另外，激光加工塑料片還會(huì) 形成缺陷，如沿毛細(xì)管的外側(cè)長(zhǎng)邊緣形成凸邊。
還可以用適宜的材料片制備毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)，如硅片，通過(guò)在材料片表面上使用化學(xué)腐蝕劑，如一種酸或堿，通過(guò)化學(xué)侵蝕方式形成毛細(xì)管。 然而，這些化學(xué)試劑還會(huì)有與生物材料不相容的情況，必需用于無(wú)分子 探針矩陣的薄片以避免將其損毀。但是，這種技術(shù)效果有限，并且實(shí)施 成本高。另外，化學(xué)侵蝕形成毛細(xì)管還不能保證其尺寸準(zhǔn)確、均勻，這 樣，就限制了用這種技術(shù)得到的毛細(xì)管的應(yīng)用。
總的來(lái)講，已知的生產(chǎn)方法不能或很難生產(chǎn)復(fù)雜的毛細(xì)管，如容納 大量不同的化學(xué)或生物分子，如容納成千上萬(wàn)個(gè)分子的毛細(xì)管。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)單、有效、經(jīng)濟(jì)的解決這些問(wèn)題的方法。
本發(fā)明建議一種芯片毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)方法，該方法在于包括下列步驟 a)在一個(gè)載體薄片上放置至少一層可熔化或可聚合的工程材料以形成毛 細(xì)管的底部，
別引發(fā)材料在所述區(qū)域熔化或聚合以形成毛細(xì)管的側(cè)壁，和
c)在毛細(xì)管的側(cè)壁上固定一個(gè)封口薄片，固化后，封口薄片形成毛細(xì)管 的頂部，
該方法還在于在步驟a)和/或c)前，在至少一個(gè)毛細(xì)管的底部和/或頂 部的位置，在載體薄片和/或封口薄片上固定化學(xué)或生物分子，并給所述分子 覆蓋 一層可溶解的保護(hù)材料層。
本發(fā)明方法比目前使用的技術(shù)實(shí)施更簡(jiǎn)單，所生產(chǎn)的芯片或生物芯片毛 細(xì)管網(wǎng)絡(luò)既沒(méi)有缺陷，尺寸又精確、均勻。本發(fā)明方法所生產(chǎn)的復(fù)雜的毛細(xì) 管網(wǎng)絡(luò)，可以容納大量的(如成千不同種類(lèi)的矩陣分子)固定在毛細(xì)管中的 化學(xué)或生物分子，毛細(xì)管的復(fù)雜性取決于用途。
本發(fā)明方法生產(chǎn)的毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)位于形成毛細(xì)管底部的下薄片和形成毛細(xì) 管頂部的上薄片之間?？梢酝ㄟ^(guò)激光束在載體薄片上形成一或多層可熔化或 可聚合的工程材料層的毛細(xì)管側(cè)壁。
在本申請(qǐng)中，壁或側(cè)壁表示將每個(gè)毛細(xì)管中的介質(zhì)與其他毛細(xì)管中的介 質(zhì)并且必要時(shí)與芯片中的其他部件進(jìn)行隔離的隔膜。尤其是，例如，該壁能 隔離兩個(gè)相臨的毛細(xì)管，或隔離芯片邊緣的毛細(xì)管。另外，限定一個(gè)毛細(xì)管
的側(cè)壁可以與相臨毛細(xì)管的側(cè)壁重合或分開(kāi)。
本發(fā)明方法所使用的工程材料包括能用激光束熔化或聚合的所有類(lèi)型的 材料。
在使用能熔化的工程材料時(shí)，用激光束加熱材料和提供讓其熔化所必需 的能量。工程材料的熔化所需要的能量取決于該材料的熔點(diǎn)溫度。最好，從
熔點(diǎn)相對(duì)低(如約150°C-300°C )的材料中選取可熔化的工程材料，以限制 激光能量的消耗和避免熱傳導(dǎo)給載體薄片造成的損毀，和/或給薄片上固定的 分子可能帶來(lái)的損毀。當(dāng)載體薄片能承受很高的溫度，而且不帶有生物材料 時(shí)，工程材料的熔點(diǎn)溫度可以達(dá)到IOO(TC，或更高的熔點(diǎn)溫度。
作為變換方式，可以預(yù)加熱可熔化的工程材料至低于其熔點(diǎn)溫度，激光 只提供讓其熔化的能量。
在本申請(qǐng)中，用語(yǔ)"可熔化的"表示激光束照射后可以熔化的一種化合物。
用激光束熔化工程材料比將其置于容器內(nèi)加熱，如烤箱具有很多的優(yōu)點(diǎn)。 由于小截面的激光束可以產(chǎn)生高密度的能量，這樣用激光束就能得到快速、 準(zhǔn)確地熔化工程材料的效果。
在使用可聚合的工程材料時(shí)，用激光束引發(fā)或促使材料的聚合。在這種 情況下，工程材料包括至少一種類(lèi)型的單體和在一定波長(zhǎng)的激光束照射下能 自分解并能引發(fā)材料聚合反應(yīng)的光化學(xué)引發(fā)劑。激光束照射下，光化學(xué)引發(fā) 劑可以，如自分解成游離基，引發(fā)工程材料進(jìn)行游離基聚合反應(yīng)。
在本申請(qǐng)中，用語(yǔ)"可聚合的"表示在激光束照射下能引發(fā)或進(jìn)行聚合 反應(yīng)的一種方法。
通過(guò)激光束引發(fā)工程材料的聚合反應(yīng)比用其他光源，如某種燈光引發(fā)的 聚合反應(yīng)更具有很多優(yōu)點(diǎn)。使用激光束能在材料層中增加聚合深度、提高聚 合度和縮短材料的聚合時(shí)間。另外，不需要在材料層上放置一個(gè)不透明殼， 讓燈光穿過(guò)應(yīng)該發(fā)生聚合的表面。另外，那種類(lèi)型殼的制作需要的時(shí)間長(zhǎng)， 實(shí)施成本高，只能放置在薄膜式工程材料上，并且不能用于凝膠或粉狀的工 程材料上。
通常，本發(fā)明方法在于用工程材料和借助于激光束的能量形成毛細(xì)管網(wǎng)
絡(luò)的側(cè)壁，所使用的能量或用于可熔化的工程材料的熔化，或用于可聚合的 工程材料的聚合。
根據(jù)本發(fā)明，步驟a)在于在一個(gè)栽體薄片上放置至少一層可熔化或可 聚合的工程材料層。
用語(yǔ)材料"層"表示材料的量，其足夠充分以能全部或部分覆蓋載體薄 片的表面以形成毛細(xì)管的底部。載體薄片表面全部覆蓋工程材料層，或覆蓋 兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立或非獨(dú)立的共面材料層。
在第一個(gè)實(shí)施例中，載體薄片完全覆蓋一層工程材料層，在這些層中形 成毛細(xì)管側(cè)壁。
在第二個(gè)實(shí)施例中，載體薄片覆蓋二層獨(dú)立的工程材料共面層，在每個(gè) 材料層中，形成至少一個(gè)毛細(xì)管的側(cè)壁。
在第三個(gè)實(shí)施例中，載體薄片覆蓋二層材料層，兩層相互連接，并且在 載體的至少一個(gè)區(qū)域疊置，在每個(gè)材料層中，形成至少一個(gè)毛細(xì)管的側(cè)壁， 在上述區(qū)域，與另一個(gè)材料層中形成的至少一個(gè)毛細(xì)管的側(cè)壁連接，以在這
些毛細(xì)管間建立流體if關(guān)系。
根據(jù)本發(fā)明，步驟b)在于在工程材料層或每個(gè)工程材料層的預(yù)定區(qū)域 上聚焦和移動(dòng)激光束以分別引發(fā)材料在所述區(qū)域熔化或聚合形成毛細(xì)管的側(cè)壁。
這些區(qū)域的每個(gè)區(qū)域相當(dāng)于全部或部分工程材料層。
作為示例，當(dāng)工程材料層完全覆蓋載體薄片的表面時(shí)，只在未來(lái)毛細(xì)管 位置鄰接區(qū)域、或在未來(lái)毛細(xì)管位置之間的區(qū)域、以及這些位置和載體薄片 邊緣之間的位置聚焦和移動(dòng)激光束。
在載體薄片表面有兩或多層材料層時(shí)，通常，只在鄰接未來(lái)毛細(xì)管位置
的區(qū)域或更廣泛的區(qū)域聚焦和移動(dòng)激光束。如果這些材料層放置在未來(lái)毛細(xì) 管位置之外，要在整個(gè)材料層上聚焦和移動(dòng)激光束。
例如，用電流計(jì)量控制或壓電控制透鏡保證激光束的聚焦和移動(dòng)。所使 用的激光可以是脈沖型，激光束的接觸點(diǎn)尺寸的直徑小于50Mm,如介于20 Mm-30 jum之間。
根據(jù)本發(fā)明，步驟c)在于在毛細(xì)管的側(cè)壁固化后，固定一個(gè)封口薄片。
毛細(xì)管側(cè)壁的固化表明可聚合的工程材料的聚合已經(jīng)結(jié)束，或可熔化的 工程材料已經(jīng)冷卻至環(huán)境溫度。
封口薄片或載體薄片可以是相同或不同類(lèi)型。
本發(fā)明方法在步驟c)前還包括一次或多次重復(fù)步驟a)和b)直到毛細(xì) 管的側(cè)壁達(dá)到預(yù)定的高度。
步驟a)沉積的工程材料層的厚度或沉積的每個(gè)工程材料層的厚度約為1 H m-2000 M m之間，毛細(xì)管的高度典型的為1 M m -2000 ju m之間。毛細(xì)管側(cè) 壁的形成可能需要放置一或多層工程材料層(一或多步驟a))，在放置外層 工程材料層前要對(duì)里層的材料層進(jìn)行激光束照射(既步驟a)后直接進(jìn)行步 驟b))。
本發(fā)明方法還包括一個(gè)用于去除未熔化或未聚合的工程材料的去除步 驟，該步驟在步驟c)前或每個(gè)步驟b)后進(jìn)行，既在將封口薄片固定在毛細(xì) 管側(cè)壁前進(jìn)行，或在載體薄片放置一層工程材料層后并且激光束照射該層的 區(qū)域后，并在下一層疊置該層前進(jìn)行。
將載體薄片浸漬在一個(gè)專用于分解所述材料的適宜浴槽中，通過(guò)激光消
融、機(jī)械抽取、給載體薄片噴灑壓力液體或氣體吹掃等去除未熔化或未聚合 的工程材料。
在步驟c)前，這些分子可以在毛細(xì)管中固定，或在步驟a)前，在未來(lái)毛細(xì) 管底部的位置固定。
可以用任何適宜的方法，如偶合方法將化學(xué)或生物分子固定在載體薄片 上，例如聚合、電聚合，或現(xiàn)場(chǎng)合成，用配備有針閥和/或壓電型噴嘴的自動(dòng) 系統(tǒng)等進(jìn)行機(jī)械沉積。
通常，所有類(lèi)型的偶合，如化學(xué)化合和色譜柱中用的強(qiáng)交互作用比較適 宜使用。載體薄片上固定的分子應(yīng)該足夠牢固，以耐受不同的處理，以及耐 受可能時(shí)為了在毛細(xì)管中遷移其他分子如靶分子而采用的電場(chǎng)。
化學(xué)或生物分子可以從下述核酸中，尤其從下述分子中選取ADN (脫氧 核糖核酸)、RNA (核糖核酸)，、或PNA (核苷酸肽)、或可能附有標(biāo)記的ADN /PNA混合物、或可能附有標(biāo)記的RM / PNA混合物，、聚肽化合物、化學(xué)
或生物配位體、抗體或抗體片段等。
本發(fā)明方法還包括在將化學(xué)或生物分子固定在載體薄片上后，在步驟C) .前，將化學(xué)或生物分子固定在封口薄片在未來(lái)毛細(xì)管頂部的位置上的一個(gè)固 定步驟。
載體薄片上固定的分子與封口薄片上固定的分子可以是獨(dú)立的，但這些
分子間要相互作用。
作為變換方式，可以在載體薄片的一端固定分子，當(dāng)封口薄片固定到毛 細(xì)管的側(cè)壁時(shí)，另 一端固定在封口薄片上或至少與封口薄片相互作用。
在另一個(gè)變換方式中，只在封口薄片上固定化學(xué)或生物分子。
最好，分子組織成光點(diǎn)狀，相互均勻分布以形成光點(diǎn)矩陣。該矩陣由N 光點(diǎn)的P行或P光點(diǎn)的N列組成，每個(gè)光點(diǎn)行都位于一個(gè)毛細(xì)管的網(wǎng)絡(luò)中， 光點(diǎn)行數(shù)相當(dāng)于毛細(xì)管數(shù)(或每個(gè)光點(diǎn)列都位于毛細(xì)管的網(wǎng)絡(luò)中，光點(diǎn)列數(shù) 相當(dāng)于毛細(xì)管數(shù))。
本發(fā)明方法在步驟c)前，還包括給至少一個(gè)毛細(xì)管充滿一種能形成穩(wěn) 定相的多孔單塊物質(zhì)的填充步驟，以形成色譜毛細(xì)管。
任何類(lèi)型的適用于色語(yǔ)的多孔單塊物質(zhì)都可以使用，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)聚合或其 他適宜的技術(shù)給色譜毛細(xì)管或每個(gè)色譜毛細(xì)管充滿這種物質(zhì)。
本發(fā)明方法在步驟c),還包括將封口薄片，如用粘貼薄膜或拼接劑(如 聚二曱基硅氧烷-PDMS)活動(dòng)固定到毛細(xì)管的側(cè)壁上，以實(shí)現(xiàn)按意愿開(kāi)啟和關(guān) 閉毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，方法在于，步驟a)用于在載體薄片上 放置至少一層可聚合的凝膠或薄膜狀的工程材料，步驟b)用于在工程材料 層或每個(gè)工程材料層的預(yù)定區(qū)域聚焦和移動(dòng)激光束，以在所述區(qū)域引發(fā)材料
的聚合形成毛細(xì)管的側(cè)壁。
該方法還在于在步驟a)和/或c)前，在至少一個(gè)毛細(xì)管的底部和/或頂 部位置，給載體薄片和/或封口薄片固定化學(xué)或生物分子，并可選擇給所述分 子覆蓋 一層可溶解的保護(hù)材料層。
用任何適宜的技術(shù)，如自動(dòng)系統(tǒng)給載體薄片放置凝膠或薄膜狀工程材料 層或每個(gè)工程材料層。
聚合這種類(lèi)型的材料可以得到防水、密封和光滑的毛細(xì)管側(cè)壁。
如DuPont公司以VACREL 或RIST0N⑧出售的光影j象薄膜特別適于生產(chǎn) 本發(fā)明方法的毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)。用可見(jiàn)光照射引發(fā)這種類(lèi)型薄膜發(fā)生聚合反應(yīng)。 本發(fā)明方法在于在步驟b)使用能發(fā)射可見(jiàn)光(波長(zhǎng)約為532腿)的激光。
工程材料聚合結(jié)束和毛細(xì)管側(cè)壁硬化后，可以從載體薄片上除去未聚合 的工程材料。當(dāng)載體薄片完全覆蓋一層工程材料層時(shí)，更有必要從載體薄片 中除去未聚合的工程材料，以顯露出毛細(xì)管。
在步驟c)將封口薄片固定到毛細(xì)管側(cè)壁前，只要需要，可以一次或多 次重復(fù)步驟a)和步驟b)。
本發(fā)明方法還可以包括一個(gè)未熔化或未聚合的工程材料的清除步驟，該 步驟在步驟c)前或每個(gè)步驟b)后進(jìn)行。
本發(fā)明方法還于在步驟c)前，還包括給至少一個(gè)毛細(xì)管充滿一種能形 成穩(wěn)定相的多孔單塊物質(zhì)的填充步驟，以形成色譜毛細(xì)管。
本發(fā)明方法在步驟c ),如用粘貼薄膜或拼接劑將封口薄片活動(dòng)固定到毛 細(xì)管的側(cè)壁上，按意愿開(kāi)啟和關(guān)閉毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)。 本發(fā)明方法在于步驟c)用于
Cl)給毛細(xì)管的側(cè)壁覆蓋一層低熔點(diǎn)溫度材料的薄膜，固化后， c5)在材料薄膜上放置封口薄片，和
c6)在毛細(xì)管的側(cè)壁的位置上聚焦和移動(dòng)激光束，使薄膜在所述側(cè)壁上熔 化，通過(guò)粘接方式將封口薄片固定到毛細(xì)管的側(cè)壁上。
lMm-2jam厚的材料薄月莫，如石蠟或EVA (乙烯-醋酸乙烯酯)薄膜，激光 照射后就地熔化，將封口薄片粘貼固定在毛細(xì)管側(cè)壁上。用熔化材料膜粘貼 封口薄片優(yōu)于用液體膠或凝膠式膠，因?yàn)楹笳邇A向滲入毛細(xì)管，并將其堵塞。
優(yōu)越地，該方法在于將封口薄片活動(dòng)固定到毛細(xì)管側(cè)壁上，按意愿開(kāi)啟 和關(guān)閉毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)?？梢允謩?dòng)或用適宜的工具將封口薄片從毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)中拆 除，還可以通過(guò)熔化另 一個(gè)置于毛細(xì)管側(cè)壁上的可熔化薄膜或使用能滿足多 次熔化都不會(huì)毀壞的舊薄膜，將封口薄片重新固定到毛細(xì)管側(cè)壁上。
用于材料膜熔化而提供必要能量用的激光的類(lèi)型可以與用于工程材料 (薄膜型)聚合用激光的類(lèi)型相同或不同。
材料薄膜具有低熔點(diǎn)溫度，既熔點(diǎn)溫度足夠低以避免熱傳導(dǎo)給毛細(xì)管側(cè)
壁造成損壞。EVA共聚物(乙烯-醋酸乙烯酯)薄膜的熔點(diǎn)溫度約為176°C。 激光束在毛細(xì)管側(cè)壁的位置上聚焦和移動(dòng)，穿過(guò)封口薄片，所選封口薄
片能通過(guò)這種波長(zhǎng)的激光束。
可以沿毛細(xì)管的側(cè)壁斷續(xù)或連續(xù)熔化材料薄膜，《1發(fā)材料薄膜熔化的激
光可以是脈沖型。
當(dāng)材料薄膜覆蓋毛細(xì)管并將其封堵時(shí)，本發(fā)明方法在于上述步驟c,)后， 還包括步驟
c2)沿毛細(xì)管聚焦和移動(dòng)激光束，在毛細(xì)管頂部位置去除材料薄膜，重 新顯露毛細(xì)管。
例如為了避免材料薄膜和固定在載體薄片的毛細(xì)管中的化學(xué)或生物分子 和/或其他流動(dòng)在毛細(xì)管中的分子相互干擾，有必要進(jìn)行該步驟。為了避免材 料薄膜覆蓋封口薄片上的電極而影響在毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)中施加電場(chǎng)時(shí)，也同樣需 要進(jìn)行該步驟。
為了給毛細(xì)管固定化學(xué)或生物分子(如前所述)，帔可熔化的材料薄膜
覆蓋和堵塞的毛細(xì)管也必須重新顯露出來(lái)。
去除材料薄膜用的激光與引發(fā)薄膜熔化用的激光可以是相同的類(lèi)型，激 光束在每個(gè)毛細(xì)管中部聚焦，沿毛細(xì)管長(zhǎng)邊移動(dòng)，引發(fā)薄膜熔化，從毛細(xì)管 的外側(cè)長(zhǎng)邊清除熔化的薄膜。
可替代地，通過(guò)激光消融清除材料薄膜，既用適宜的激光來(lái)升華薄膜。
本發(fā)明方法在步驟C,)或C2)后和步驟C5)前，還包括步驟 c3)將化學(xué)或生物分子固定在毛細(xì)管中的載體薄片上，和 c4)給所述分子覆蓋一層可溶解的保護(hù)材料層。
保護(hù)材料用于包裹毛細(xì)管中的分子，以保護(hù)其不受任何物理、化學(xué)或熱 侵蝕，尤其是保護(hù)其不受為將封口薄片粘貼固定到毛細(xì)管側(cè)壁上而在毛細(xì)管 側(cè)壁的位置上聚焦激光束所產(chǎn)生的光線和熱量的影響。毛細(xì)管可以全部或部 分填充這種保護(hù)材料。
在本發(fā)明申請(qǐng)中，"溶解"表示化合物可以溶解在一種溶劑中，這種溶 劑要與毛細(xì)管中所用的化學(xué)或生物分子相兼容。
封口薄片 一旦固定到毛細(xì)管側(cè)壁上，保護(hù)材料可以作為毛細(xì)管中分子的 擴(kuò)散介質(zhì)使用，并且通過(guò)保護(hù)材料溶解在通過(guò)在載體薄片和/或封口薄片內(nèi)形 成的溝槽或孔而注射給毛細(xì)管的適宜的溶劑中，并且通過(guò)所述溝槽或孔將溶 劑從毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)排出，來(lái)去除保護(hù)材料。
在載體薄片和/或封口薄片內(nèi)形成的這些溝槽或孔可以直接連通毛細(xì)管 或與毛細(xì)管連接的儲(chǔ)存腔連通。
例如，可以使用聚丙烯酰胺或瓊脂糖凝膠作為保護(hù)材料，毛細(xì)管封口后 保存在毛細(xì)管中，在分子通過(guò)簡(jiǎn)單擴(kuò)散或通過(guò)電泳電場(chǎng)擴(kuò)散時(shí)，這種類(lèi)型的 凝膠特別適于調(diào)節(jié)和控制毛細(xì)管中分子的擴(kuò)散。
作為變換或附加特征，在上述步驟C》和Q之間，用放置在封口薄片上 的攝影石印罩殼保護(hù)載體薄片上固定的化學(xué)或生物分子，罩殼具有毛細(xì)管網(wǎng) 絡(luò)的形狀，對(duì)穿過(guò)封口薄片來(lái)引發(fā)材料薄膜熔化的激光束形成不透明的屏障。 罩殼可以通過(guò)激光束熔化一種適宜的粉末在封口薄片上直接形成，如前所述， 例如打印機(jī)黑色調(diào)色劑。然后，噴射壓縮空氣，將未熔化的粉末清除出封口 薄片。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)具體實(shí)施例，本發(fā)明方法在于，步驟a)用于在 載體薄片上放置至少一層粉末狀的可熔化工程材料，和步驟b)用于在工程
材料層或每個(gè)工程材料層的預(yù)定區(qū)域聚焦和移動(dòng)激光束，以在所述區(qū)域引發(fā) 材料的熔化形成毛細(xì)管的側(cè)壁。
用任何適宜的技術(shù)，如自動(dòng)系統(tǒng)將一層或每層粉狀工程材料層放置在載 體薄片上。
作為變換方式，工程材料粉帶有靜電，載體薄片在未來(lái)毛細(xì)管側(cè)壁位置 上帶有電極，形成與工程材料粉相反電荷的靜電場(chǎng)，以將粉末保持在載體薄 片上。步驟a)用于在整個(gè)載體薄片上放置一層工程材料粉，然后，很容易 如用壓縮空氣吹掃清除去受靜電作用而未保持在載體薄片上的粉末。
當(dāng)工程材料粉帶有靜電時(shí)，還可以通過(guò)一個(gè)鼓形的或平面的光電導(dǎo)部件 將其放置在載體薄片上的毛細(xì)管側(cè)壁位置。該部件的待處理表面用激光束掃 描，用于在未來(lái)毛細(xì)管側(cè)壁的位置形成靜電荷。帶有與該部件的待處理表面 相反電荷的粉末層放置在該表面，并通過(guò)該部位已經(jīng)形成的靜電荷保持在該
表面。然后，將該粉末層放置在載體薄片上，如上所述，通過(guò)在載體薄片上 形成的靜電場(chǎng)將粉末層轉(zhuǎn)移到載體薄片上。
可熔化的工程材料是有機(jī)、金屬、塑料或陶瓷材料。工程材料粉的粒徑
相對(duì)均勻，粒徑最好約為0. 1 p m -20 ju m，如約0. 5 y m -10 ju m之間。熔化 這種粉末可以得到防水、密封并相對(duì)光滑的毛細(xì)管側(cè)壁。
激光波長(zhǎng)選擇在能與工程材料吸收光譜相協(xié)調(diào)即可，如波長(zhǎng)位于紅外光 (IR : 0， 75 nm-300 ym)、可見(jiàn)光(400 nm -綱nm)或紫外光(UV : 190 nm -400nm)。
作為可熔化的有機(jī)材料，如可以使用糖粉(用激光引發(fā)糖的熔化和/ 或炭化)；作為可熔化的塑料材料聚曱基丙烯酸曱酯粉末、聚氯乙烯粉末、 聚乙烯粉末、聚氨酯粉末、EVA共聚物粉末(乙烯-醋酸乙烯酯)，ABS共聚物 粉末(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)等；作為可熔化的陶瓷材料氧化鋁粉。
本發(fā)明方法還能制作毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)的金屬側(cè)壁。用激光將金屬片熔化形成 毛細(xì)管側(cè)壁需要一定量的能量，生成大量的熱量，熱傳導(dǎo)很可能造成載有金 屬片的載體薄片的損毀，甚至造成該薄片上拼接或載帶電極的損毀。相比之 下，用激光熔化金屬粉，如鈦合金粉，不需要太大的能量，減少了對(duì)載體薄 片或所載電極損毀的潛在危險(xiǎn)。
當(dāng)通過(guò)熔化載有電極的載體薄片上的金屬粉形成毛細(xì)管側(cè)壁時(shí)，本方法 包括一個(gè)附加步驟，用于給載體薄片(和封口薄片如果封口薄片也載有電極) 覆蓋一層電絕緣材料材料薄膜，將電極與毛細(xì)管側(cè)壁隔離。如該薄膜是以EVA 共聚物和/或聚酰亞胺，如Kapton 為主的薄膜，如前所述，可以像清除材料 薄膜一樣，這些薄膜可以從毛細(xì)管的底部或頂部清除。還要說(shuō)明的是該薄膜 既不能自毀，又能耐受步驟a)放置其上的工程材料粉的熔點(diǎn)溫度。
在將封口薄片固定在毛細(xì)管側(cè)壁的步驟c)完成前，如果需要，可以重
復(fù)一次或多次步驟a)和b)。
本發(fā)明方法還包括一個(gè)未熔化或未聚合的工程材料的清除步驟，該步驟 在步驟c)前或每個(gè)步驟b)后進(jìn)行。
本發(fā)明方法還可以包括在步驟c)前，給至少一個(gè)毛細(xì)管充滿一種能形 成穩(wěn)定相的多孔單塊物質(zhì)的填充步驟，以形成色譜毛細(xì)管。
本發(fā)明方法在步驟C ),如用粘貼薄膜或拼接劑將封口薄片活動(dòng)固定到毛 細(xì)管的側(cè)壁上，按意愿開(kāi)啟和關(guān)閉毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)。
最好，在可熔化的工程材料放置載體薄片前，或激光照射前，本發(fā)明方 法還包括一個(gè)預(yù)加熱可熔化的工程材料的附加步驟，以限制激光能量的消耗， 降低熱傳導(dǎo)對(duì)載體薄片的損壞。
作為示例，聚乙烯粉的粒徑為ljum-10jum之間(如約3nm),熔點(diǎn)溫 度約為49(TC,被放置在載體薄片前和被激光熔化前預(yù)加熱至190°C,再用激 光升高粉末的溫度至300°C，既從190。C升高至粉末的熔點(diǎn)溫度(490°C)。
毛細(xì)管側(cè)壁固化后，從載體薄片中清除未熔化的工程材料。當(dāng)載體薄片 完全覆蓋一層工程材料層時(shí)，更需要清除未熔化的工程材料，以便露出毛細(xì) 管。
封口薄片固定在毛細(xì)管側(cè)壁前，如果需要，可以重復(fù)一次或多次步驟a) 和b)。
該方法還包括在步驟c)前，給毛細(xì)管中的載體薄片和/或封口薄片上固 定化學(xué)或生物分子，然后給所述分子覆蓋一層可溶解的保護(hù)材料層。上述和
如前所述，保護(hù)材料用于包裹分子，尤其保護(hù)其在毛細(xì)管位置上不受為 在毛細(xì)管側(cè)壁上粘貼封口薄片聚焦和移動(dòng)激光束時(shí)發(fā)出的光線和帶來(lái)的熱量 的侵害。保護(hù)材料可以是聚丙烯酰胺或瓊脂糖凝膠。也可以是糖或粉狀或凝 膠狀EDTA。
該方法還包括在步驟a)前，在未來(lái)毛細(xì)管底部的位置，在載體薄片上 固定化學(xué)或生物分子，然后給所述分子覆蓋一層可溶解的保護(hù)材料層。
與前述的其他一些實(shí)施例有所不同，在毛細(xì)管側(cè)壁形成前將化學(xué)或生物 分子固定在載體薄片上，要保護(hù)這些分子，以避免尤其是給載體薄片放置可 熔化工程材料的步驟時(shí)對(duì)分子的損毀。
因此，給所述分子覆蓋一層可溶解的保護(hù)材料層。通過(guò)預(yù)先設(shè)置在載體 薄片上有預(yù)定形狀、能接觸分子的模具或罩殼給分子覆蓋一層保護(hù)材料層。 用適宜的材料制備模具或罩殼，如用任何一種塑料，如聚酰亞胺(Kapton 等)。
在使用罩殼時(shí)，罩殼放在載體薄片上，并有間隙或透光部位，該部位相 當(dāng)于載體薄片放置保護(hù)材料層即薄片固定有分子的部位。這時(shí)，保護(hù)材料層
放到了罩殼上，該保護(hù)材料層的一部分就通過(guò)罩殼的縫隙或透光部位覆蓋載 體薄片上固定的分子。然后，去掉罩殼。
罩殼可以固定安裝在載體薄片上，步驟a)用于給罩殼放置至少一層工
程材料層。罩殼可以由Kapton⑧片制成，至少一面覆蓋有一層EVA共聚物， 如前所述，用于通過(guò)激光粘接固定在載體薄片上。罩殼的透光部位或間隙可 以預(yù)先用激光切割，形成獨(dú)立的毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)，如下詳述，用于流體連4妄通過(guò) 熔化或聚合罩殼上的工程材料而形成的毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)。
在使用模具時(shí)，模具帶有一個(gè)平面，用于與固定有分子的載體薄片的表 面接觸，相當(dāng)于覆蓋有保護(hù)材料層的載體薄片的位置帶有溝紋或凹槽。模具 的溝紋或凹槽充滿保護(hù)材料，有溝紋或凹槽的這面與覆蓋有分子的載體薄片 表面接觸，以給這些分子覆蓋一層保護(hù)材料層。然后，從載體薄片上去除模 具。
本發(fā)明方法還包括通過(guò)激光消融或任何其他適宜的技術(shù)去除那些多余的 未覆蓋化學(xué)或生物分子的保護(hù)材料的步驟。
多余的保護(hù)材料指一定量的不能覆蓋化學(xué)或生物分子、不再需要或可能 妨礙或影響毛細(xì)管側(cè)壁形成的材料。
消融保護(hù)材料用激光的波長(zhǎng)應(yīng)確定為既不要給載體薄片，又不要給薄片 上可能載帶的電極帶來(lái)潛在的危險(xiǎn)。
該步驟可以在用適宜的模具或罩殼放置保護(hù)材料層后進(jìn)行，或在如用自 動(dòng)系統(tǒng)放置保護(hù)材料層后進(jìn)行。
當(dāng)保護(hù)材料是可熔化的材料時(shí)，本發(fā)明方法還包括一個(gè)在全部或部分保 護(hù)材料層上聚焦和移動(dòng)激光束使材料熔化的步驟。熔化保護(hù)材料后通過(guò)冷卻 從而固化能穩(wěn)定有效地保護(hù)載體薄片上固定的分子。
如上所述，熔化后多余的材料可以通過(guò)激光消融去除。
當(dāng)可熔化保護(hù)材料的折射指數(shù)和顏色與載體薄片的指數(shù)和顏色接近時(shí)， 可以給保護(hù)材料混合一種顏料，以在特定的波長(zhǎng)補(bǔ)償光的吸收，這樣就可以 避免載體薄片吸收激光發(fā)出的部分光。
在這種情況下，保護(hù)材料最好是粉狀或凝膠狀，如與生物或化學(xué)材津+具
有良好親水性和兼容性的糖或EDTA (乙二胺四乙酸)。保護(hù)材料顆粒沒(méi)必要 均勻，其粒徑約為1 iam -10 jum。
作為變換方式，當(dāng)保護(hù)材料是可聚合的材料時(shí)，在全部或部分保護(hù)材料 層上聚焦和移動(dòng)激光束引發(fā)材料進(jìn)行聚合反應(yīng)。
還可以通過(guò)載體薄片上載帶的電極施加電場(chǎng)來(lái)引發(fā)保護(hù)材料的聚合反 應(yīng)。在這種情況下，保護(hù)材料以吡咯(pyrole)為主。
在另一個(gè)變換方式中，本方法在于在適宜的溶劑中溶解保護(hù)材料，然后 放置在載體薄片上的分子位置。溶劑的自然或強(qiáng)迫蒸發(fā)附加步驟保證了保護(hù) 材料的干燥和固化。
保護(hù)材料通過(guò)冷卻、聚合或蒸發(fā)而固化的優(yōu)點(diǎn)是，這樣處理的材料可以 作為步驟a)中用于放置工程材料的模具使用。
本發(fā)明方法在于，步驟a)用于
cl)在毛細(xì)管的側(cè)壁放置另一層可熔化的工程材料層，固化后， c2 )給所述材料層放置封口薄片，和
c3)在毛細(xì)管的側(cè)壁位置聚焦和移動(dòng)激光束，使薄膜在所述側(cè)壁位置熔 化，用粘接方式將封口薄片固定到毛細(xì)管的側(cè)壁上。
放置在毛細(xì)管側(cè)壁上的工程材料層的厚度，例如可以約為ljum -2jum。 封口薄片固定到毛細(xì)管壁上后，如上所述，保護(hù)材料可以保存在毛細(xì)管
中，并和/或通過(guò)將保護(hù)材料溶解在通過(guò)載體薄片和/或封口薄片內(nèi)形成的溝 槽或孔而注射到毛細(xì)管中的適宜的溶劑如水中，再通過(guò)這些同樣的溝槽或孔 排出，來(lái)將保護(hù)材料從毛細(xì)管去除。
如上所述，封口薄片可以活動(dòng)固定在毛細(xì)管側(cè)壁上。
本發(fā)明還涉及包括具有毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)的芯片，其特征在于包括一個(gè)載體薄 片和一個(gè)封口薄片，兩薄片明顯相互平行，中間延伸有通過(guò)激光熔化或聚合 工程材料而形成的毛細(xì)管側(cè)壁，通過(guò)粘接層將封口薄片固定在毛細(xì)管側(cè)壁上。
可以用粘貼薄膜、或拼接劑、或使用激光來(lái)熔化或聚合薄膜狀或粉狀材 料而形成該粘接層。最好，封口薄片活動(dòng)固定在毛細(xì)管側(cè)壁上。
芯片的載體薄片和封口薄片最好用與生物或化學(xué)分子相容的材料制成，
包括一個(gè)如玻璃、石英、塑料、或其他任何適宜材料制作的隔片。
封口薄片的材料選自透明的材料，至少具有激光的波長(zhǎng)，激光用于引發(fā)
形成粘貼層的材料的熔化或聚合。
這些薄片可以帶有如在隔片上刻制或沉積而成的薄層電極，相互隔離有
電介質(zhì)部件，如氧化硅(Si02)。在隔片上刻制電極在于如在隔片上放置一個(gè)
金屬片，用石印、光石印或激光消融該金屬片。
芯片電極能在毛細(xì)管中產(chǎn)生電場(chǎng)，通過(guò)電泳讓分子在網(wǎng)絡(luò)中從這點(diǎn)移向
另一點(diǎn)。這些電極還可以用于將分子關(guān)閉在毛細(xì)管中的某一區(qū)域，用來(lái)測(cè)定
阻抗的變化等。
電極可以用如氧化錫或氧化鋅合金，如ITO (Indium Tin Oxyde)， ATO (Antimony Tin 0xyde)、 FTO (Fluorine Tin 0xyde)、 ZnO (Zinc Oxyde)。 載體薄片和封口薄片中的每個(gè)薄片都可以覆蓋一層電絕緣材料層，將電
極和可能用金屬制作的毛細(xì)管側(cè)壁進(jìn)行電隔離。
例如在分析耙分子(molecular target)混合物時(shí)，這些薄片中的至少一 個(gè)薄片要覆蓋一層薄膜，以利于機(jī)械放置或現(xiàn)場(chǎng)聚合固定生物或化學(xué)分子， 如用于和靶分子雜化的分子探針，當(dāng)混合物與探針接觸時(shí)，形成探針-靶混合 物。該薄膜可以覆蓋上述電極，以避免電極進(jìn)行氧化-還原反應(yīng)的潛在危險(xiǎn)。
至少可以在一個(gè)毛細(xì)管中的載體薄片和/或封口薄片上固定化學(xué)或生物分子。
作為實(shí)施例，芯片上的薄片或每個(gè)薄片都可以覆蓋一層聚酰亞胺薄膜， 以利于化學(xué)或生物分子的固定。
至少一個(gè)薄片可以帶有多種化學(xué)或生物分子，組織成光點(diǎn)狀，相互分布 均勻，形成一個(gè)光點(diǎn)矩陣。
芯片的毛細(xì)管的典型高度和寬度為1 nm-2000jam之間。在一個(gè)具體的 實(shí)施例中，毛細(xì)管具有方形截面，其高度和寬度為lOOjutn。
芯片的毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)可以連接至少一個(gè)存儲(chǔ)腔，存儲(chǔ)腔的側(cè)壁在芯片的載 體薄片和封口薄片中間延伸?？梢杂帽景l(fā)明方法形成存儲(chǔ)腔或每個(gè)存儲(chǔ)腔的 側(cè)壁。
在一個(gè)實(shí)施例中，毛細(xì)管壁明顯相互平行，其中每個(gè)毛細(xì)管的一端都連
接一個(gè)存儲(chǔ)腔。這些存儲(chǔ)腔，如可以與將靶分子混合物注入到毛細(xì)管網(wǎng)和將 靶分子混合物從毛細(xì)管網(wǎng)去除的裝置相連。
芯片毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)，如可以包括至少一個(gè)色譜毛細(xì)管，其裝滿多孔單塊物
質(zhì)(porous monolithic substance),以形成穩(wěn)定相，和至少一個(gè)電泳毛細(xì)管，其 與色譜毛細(xì)管明顯垂直連接。
最好，芯片的毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)至少連接于一個(gè)LIBS (Laser Induced Breackdown Spectroscopy)作用的分析室，其側(cè)壁在芯片的載體薄片和封口 薄片之間延伸。分析室或每個(gè)分析室的側(cè)壁可以用本發(fā)明方法制作。
LIBS作用分析是對(duì)激光產(chǎn)生的原生質(zhì)(plasma)所發(fā)射出光譜的一種分 析技術(shù)，用如脈沖型激光束在待分析樣品表面上聚焦，產(chǎn)生構(gòu)成樣品特征組 成的原生質(zhì)。所述原生質(zhì)發(fā)出一種光線，分析這些原子和離子光線能分別知 道樣品不同組分的濃度。
最后，本發(fā)明還涉及LIBS作用分析裝置，包括一個(gè)上述芯片、激光束發(fā) 射裝置(激光穿過(guò)芯片透明壁照射芯片分析室中的樣品，在分析室中形成和 增加原生質(zhì))、對(duì)原生質(zhì)從分析室透明壁發(fā)射的光進(jìn)行測(cè)定和色譜分析的裝 置(如該透明壁是石英透鏡)。
本發(fā)明裝置最好包括向分析室注射氣體的裝置，該氣體最好是放大原生 質(zhì)發(fā)射光學(xué)信號(hào)用的氬氣或氮?dú)狻?br>
通過(guò)下述介紹和作為示例的非限制性附圖，就能更清楚地理解本發(fā)明的 其他細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖中
圖1表示本發(fā)明芯片的分解透視圖； 圖2表示沿圖1中II-II線剖開(kāi)的剖面圖3-10表示用本發(fā)明方法生產(chǎn)一個(gè)芯片毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)實(shí)施例所用 步驟的透視圖11-17表示本發(fā)明一種變換實(shí)施方法中所用步驟的透視圖18表示一個(gè)芯片的色譜毛細(xì)管和電泳毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)所用實(shí)施方式的簡(jiǎn)
圖19表示圖18的部分放大比例圖。
具體實(shí)》包方式
圖1和2表示的本發(fā)明芯片10具有矩形棱柱面(rectangular parallelepiped) 形狀，包括一個(gè)毛細(xì)管12網(wǎng)絡(luò)，位于稱為載體薄片并能形成毛細(xì)管12底部 的下薄片14和稱為封口薄片并能形成毛細(xì)管12頂部的上薄片16之間。薄片 14、 16明顯相互平行延伸。
毛細(xì)管12本身相互隔開(kāi)，通過(guò)壁18與芯片IO的邊緣隔開(kāi)，壁與薄片 14、 16明顯垂直延伸，如下所詳述，通過(guò)激光聚合或熔化至少一層放置在薄 片14上的工程材料在載體薄片14上直接形成壁18。
通過(guò)激光聚合或熔化至少一層放置在薄片14上的工程材料在載體薄片 14上直接形成側(cè)壁18,固化后，通過(guò)簡(jiǎn)單的粘接或錨固將側(cè)壁18固定在薄 片14上。
而封口薄片16則通過(guò)粘接膜或拼接膜形成的粘接層20，或通過(guò)粉狀或 薄膜狀材料用激光熔化或聚合，將封口薄片16粘接在毛細(xì)管側(cè)壁18上。
在所示的實(shí)施例中，毛細(xì)管12是4根，明顯相互平行延伸，位于薄片 14、 16之間形成的2個(gè)圓柱形存儲(chǔ)腔22之間，薄片14構(gòu)成存儲(chǔ)腔的底部， 薄片16構(gòu)成存儲(chǔ)腔的頂部。存儲(chǔ)腔22的側(cè)壁18與毛細(xì)管12的側(cè)壁18用相 同的材料并同時(shí)形成，如下詳述。
存儲(chǔ)腔22，如連接于給毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)或注入靶分子混合物的裝置，和 檢測(cè)裝置，如質(zhì)譜檢測(cè)裝置。
載體薄片14和封口薄片16用與化學(xué)或生物分子相容的材料制成，每個(gè) 薄片在其表面上都具有電介質(zhì)材料如玻璃、石英、氧化硅、塑料等制成的隔 片24，與毛細(xì)管接觸(直接或間接)毛細(xì)管具有刻制或放置有用適宜技術(shù)制 作的薄層電極26、 28、 30。
這些電極26、 28、 30，例如可以在網(wǎng)絡(luò)毛細(xì)管12中產(chǎn)生電場(chǎng)，通過(guò)電 泳使裝載的分子在網(wǎng)絡(luò)中從這點(diǎn)移向另一點(diǎn)，將分子封閉在毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)的某 一區(qū)域，以測(cè)定不同的阻抗等。
例如，用金或氧化錫或氧化鋅合金，如IT0 (Indium Tin Oxyde), ATO (Antimony Tin 0xyde)、 FTO (Fluorine Tin Oxyde)、 ZnO (Zinc 0xyde)制 成這些電極，用電介質(zhì)，如硅部件(圖中未表示)相互隔離這些電極。
在所介紹的實(shí)施例中，每個(gè)薄片14、 16包括4個(gè)平行的直線電極26， 其刻制或放置在薄片14和16的中間部位，這些電極26與芯片毛細(xì)管12明 顯垂直延伸。
每個(gè)薄片14、 16還包括2對(duì)電極28、 30,其刻制或放置在薄片14和16 的端部。這些對(duì)電極的每對(duì)電極包括一個(gè)環(huán)形電極28，該環(huán)形電極28明顯 位于存儲(chǔ)腔22的底部或頂部的中間位置，和一個(gè)曲形電極30，該曲形電;f及 30位于環(huán)形電極28和直線電極26之間并繞存儲(chǔ)腔的一部分延伸。
電極26、 28、 30在薄片14或16的邊緣與適宜的裝置連接，如與電流產(chǎn) 生裝置、電阻抗測(cè)定等裝置連接。
每個(gè)薄片14或16還包括一個(gè)薄膜32，以利于機(jī)械放置或現(xiàn)場(chǎng)聚合而在 毛細(xì)管中的薄片上固定化學(xué)或生物分子，該薄膜覆蓋電極26、 28、 30，并用 于形成毛細(xì)管12和存儲(chǔ)腔22的底部或頂部。
分子34可以固定在毛細(xì)管中的薄片14、 16的一個(gè)或另一個(gè)上或兩個(gè)薄 片上?？梢愿鶕?jù)情況，在電極26的位置或這些電極之間固定化學(xué)或生物分子。
薄片14、 16的典型厚度約為lOOOiam,毛細(xì)管壁12和存儲(chǔ)腔22的壁的 厚度約為1 jum-2000jum，如約為100jum。毛細(xì)管的截面為正方形或長(zhǎng)方形。
圖3-10表示本發(fā)明生產(chǎn)一個(gè)芯片毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)的第一個(gè)實(shí)施方式這所采 用的步驟，該方法在于在載體薄片14上放置至少一層可聚合的凝膠或薄膜狀 的工程材料而形成芯片的毛細(xì)管側(cè)壁12和存儲(chǔ)腔22的側(cè)壁。
在圖4表示方法中的第一個(gè)步驟中， 一種厚度約為75|atn-150jam的 VACREL⑧或RIST0N⑥型光-影像薄膜50通過(guò)適宜的技術(shù)，如手動(dòng)、或自動(dòng)系 統(tǒng)放置在載體薄片14的表面上，從而薄膜覆蓋整個(gè)表面。
本發(fā)明方法的第二個(gè)步驟在于在薄膜50的預(yù)定區(qū)域54聚焦和移動(dòng)激光 束52,以引發(fā)薄膜在所述區(qū)域聚合形成毛細(xì)管12和存儲(chǔ)腔22的側(cè)壁。
通過(guò)一個(gè)激光發(fā)生器(未表示)發(fā)射激光束52，波長(zhǎng)約532nm(可見(jiàn)光)， 如脈沖型，重復(fù)頻率約10 kHz -50kHz，功率約1 Watts -lOWatts。在薄膜 50上，激光束的接觸點(diǎn)尺寸典型的為直徑20jum -30jum。
用電流計(jì)量控制或壓電控制透鏡保證激光束52在薄膜50的區(qū)域54移 動(dòng)，這些區(qū)域在圖4中用虛線和剖面線外的薄膜部分簡(jiǎn)示。
毛細(xì)管和存儲(chǔ)腔的側(cè)壁18固化后，本方法的第三步驟在于將載體薄片浸
入有0.1mol丄"的堿液浴槽中，使未聚合的薄膜50材料溶解，并使毛細(xì)管12 和存儲(chǔ)腔22顯露(圖5 )。這些毛細(xì)管和存儲(chǔ)腔形成在未受激光束52照射的 薄膜50上的那些部位，既相當(dāng)于圖4中虛線和剖面線部位。
在本發(fā)明方法的另一個(gè)步驟中，側(cè)壁18覆蓋一層低熔點(diǎn)溫度的粘才妄層 55,由石蠟?zāi)せ駿VA共聚物(乙烯-醋酸乙烯酯)構(gòu)成，其厚度約為lum-2 iam (圖6)。
激光束56沿毛細(xì)管12,在EVA膜上的存儲(chǔ)腔22位置上聚焦和移動(dòng)，以 清除毛細(xì)管和存儲(chǔ)腔頂部的EVA膜，既圖6的虛線和剖面線部位。
用脈沖式激光發(fā)生器發(fā)射激光束56，波長(zhǎng)為532nm (綠光)，重復(fù)頻率 約10kHz，功率約lWatt，以引發(fā)EVA膜的熔化。激光束在毛細(xì)管中部聚焦， 沿毛細(xì)管長(zhǎng)邊移動(dòng)，以引發(fā)膜的熔化和使熔化的膜在毛細(xì)管12的外側(cè)長(zhǎng)邊收 縮(圖7) 。 EVA膜的熔點(diǎn)溫度約為176°C。
還可以發(fā)射1064nm波長(zhǎng)的激光束56,以引發(fā)石蠟或EVA膜的熔化，既 為了消融該薄月莫。
在圖8所示的下一個(gè)步驟中，組織成光點(diǎn)狀的化學(xué)或生物分子58固定在 毛細(xì)管中的載體薄片上，位于電極26的位置。每個(gè)毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)包括一條線， 均勻分布著4個(gè)光點(diǎn)，每個(gè)毛細(xì)管的光點(diǎn)與另一個(gè)毛細(xì)管的光點(diǎn)對(duì)齊，以形 成一個(gè)4排4光點(diǎn)的矩陣。
然后，分子被覆蓋聚丙烯酰胺或瓊脂糖或EDTA凝膠(圖9)，以在最后 步驟中保護(hù)分子，該方法的最后步驟在于在石蠟?zāi)?5上放置封口薄片16, 然后穿過(guò)封口薄片16,在毛細(xì)管和存儲(chǔ)腔的側(cè)壁18的位置上聚焦和移動(dòng)激 光束62,以在這些側(cè)壁上使薄膜熔化，以在側(cè)壁18上粘接固定封口薄片16 (圖10)。
用激光發(fā)生器發(fā)射激光束62，波長(zhǎng)為532nm(綠光)，在毛細(xì)管和存儲(chǔ) 腔的側(cè)壁18的位置上聚焦和移動(dòng)，即圖10所示的虛線和剖面線外。
聚丙烯酰胺或瓊脂糖凝膠最好保存在毛細(xì)管12和存儲(chǔ)腔22中，當(dāng)靶分 子通過(guò)簡(jiǎn)單的擴(kuò)散或電泳施加電場(chǎng)遷移時(shí)，以形成其他分子如靶分子的擴(kuò)散 介質(zhì)。
凝膠如EDTA可以通過(guò)在毛細(xì)管中循環(huán)一種溶劑如水-故清除出毛細(xì)管，該
溶劑用于溶解凝膠，然后排出毛細(xì)管。該溶劑通過(guò)至少一個(gè)薄片14、 16內(nèi)形
成的溝槽(圖中未表示)注射到毛細(xì)管中或排出毛細(xì)管外，這些溝槽的一端 連通毛細(xì)管或存儲(chǔ)腔，另一端連接溶劑的適宜噴射和排出裝置。
圖11-17表示本發(fā)明方法第二個(gè)實(shí)施例中的步驟，該方法在于在一個(gè)載 體薄片14上通過(guò)熔化至少一層粉末狀的工程材料層形成芯片的毛細(xì)管12和 存儲(chǔ)腔22的側(cè)壁。
在圖12所示方法的第一個(gè)步驟中，組織成光點(diǎn)的化學(xué)或生物分子70固 定在一個(gè)載體薄片14的表面，位于電極26和未來(lái)毛細(xì)管12的位置。
這些分子被覆蓋一層EDTA粉層72 (圖13 )以在形成毛細(xì)管和存儲(chǔ)腔 側(cè)壁時(shí)保護(hù)這些分子。
可以預(yù)先將EDTA溶解在水中形成凝膠，用適宜的技術(shù)覆蓋在未來(lái)毛細(xì) 管底部位置的分子上。然后，載體薄片放在一個(gè)干燥箱中，蒸發(fā)EDTA的水 分，干燥和硬化。也可以自然蒸發(fā)水分。
如上所示，作為變換方式，用預(yù)先放在載體薄片表面上的適宜形狀的模 具74將EDTA粉放置在載體薄片14的表面上，位于未來(lái)毛細(xì)管和存儲(chǔ)腔的 底部的位置。
該方法的下一個(gè)步驟在于在層72上聚焦和移動(dòng)激光束76,引發(fā)EDTA 熔化，形成一層硬化后相對(duì)堅(jiān)硬、密實(shí)的層(圖13)。激光發(fā)生器發(fā)射激光 束76，波長(zhǎng)約為532 nm或1064nm，功率約5Watts。
將約lOOjum-200)am厚的聚甲基丙烯酸曱酯(P畫(huà)A )粉或過(guò)氯化聚氯乙 烯(CPVC )層78放置在載體薄片14上未覆蓋有熔化有EDTA的部位?？梢?用預(yù)先放置在熔化的EDTA層上的適宜形狀的模具79實(shí)現(xiàn)該步驟(圖14)。
屆時(shí)，激光束80在整個(gè)層78上聚焦和移動(dòng)，引發(fā)PMMA或CPVC粉熔化， 形成毛細(xì)管12和存儲(chǔ)腔22的側(cè)壁18 (圖15)。用激光發(fā)生器發(fā)射激光束 80，波長(zhǎng)約為1064nm (IR),功率約20 Watts -200Watts。
然后，該方法在于重復(fù)圖14、 15的步驟，既在層78上放置一層約100 jim-200jam厚的P腦A或CPVC粉的附加層78'，固化后，再用激光束80' 在整個(gè)層78'上聚焦和移動(dòng)，引發(fā)其熔化，形成側(cè)壁18。
在本發(fā)明方法的另一個(gè)步驟中，側(cè)壁18覆蓋一層低熔點(diǎn)溫度的粘4妄層
84,形成另一個(gè)約ljLim-3jLim厚的P畫(huà)A或CPVC粉層。也可以用上述罩殼79 實(shí)現(xiàn)該步驟(圖16)。
該方法的最后步驟在于在層84上放置封口薄片16，然后激光束86穿過(guò) 封口薄片16在毛細(xì)管和存儲(chǔ)腔側(cè)壁18的位置上聚焦和移動(dòng)，在這些側(cè)壁上 引發(fā)P薩A或CPVC粉熔化，將封口薄片16粘接固定在側(cè)壁18上(圖17)。
用激光發(fā)生器發(fā)射激光束86,波長(zhǎng)約為1064nm (紫外)，在圖17的虛 線和剖面線外的區(qū)域移動(dòng)。
通過(guò)在毛細(xì)管中循環(huán)一種溶劑如水，將熔化的EDTA清除出毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)。 如上所述，通過(guò)至少一個(gè)薄片14、 16內(nèi)形成的孔給毛細(xì)管注射該溶劑，孔的 另 一端至少連通一個(gè)存4渚腔。
在一個(gè)未表示的變換方式中，在給載體薄片14固定化學(xué)或生物分子前， 本發(fā)明方法在于通過(guò)熔化至少一層粉狀工程材料在載體薄片4上形成毛細(xì)管 12和存儲(chǔ)腔22的側(cè)壁18。
在該方法的第一個(gè)步驟中，約300nm厚的P畫(huà)A或CPVC粉層放在載體薄 片14的整個(gè)表面(如圖4所示)，然后激光束在該表面的上述區(qū)域聚焦和移 動(dòng)。
通過(guò)循環(huán)液體如水將未熔化的粉清除出載體薄片14,或通過(guò)給載體薄片 14噴射壓縮氣體如空氣將未熔化的粉去除。
在下一個(gè)步驟中，如圖8所示，化學(xué)或生物分子被組織成光點(diǎn)狀固定在 毛細(xì)管中的載體薄片上。
然后，給這些分子覆蓋一層EDTA粉層，以便在最后一個(gè)將封口薄片16 固定在毛細(xì)管和存儲(chǔ)腔壁時(shí)的步驟中保護(hù)這些分子。
為此，形成的1 |am-3 iam厚的EVA膜放置在毛細(xì)管和存儲(chǔ)腔的壁上。
然后，薄片16放在薄膜上，激光束穿過(guò)薄片16在毛細(xì)管和存儲(chǔ)腔壁的 位置上聚焦和移動(dòng)，引發(fā)EVA粉在上述這些壁的位置上熔化，將封口薄片粘 接固定在壁18上。
用激光發(fā)生器發(fā)射激光束，波長(zhǎng)約為532 nm或1064nm，功率約1 Watts 一50Watts。
在該方法的最后步驟中，如上所述，在毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)中循環(huán)一種溶劑，以
清除EDTA凝膠。
在本發(fā)明的另一個(gè)變換實(shí)施方式中，用上述罩殼74將EDTA粉放置在 固定于載體薄片14的分子70上，通過(guò)罩殼的透光部位或縫隙放置EDTA粉， 這些透光部位或縫隙形成第二個(gè)毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)和/或存儲(chǔ)腔，用于使用激光熔化 或聚合工程材料而形成的毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)建立流體聯(lián)系。
罩殼可以制成三明治形狀，包括一個(gè)Kapton⑧片，位于兩個(gè)EVA或 PDMS(聚二甲基硅氧烷)共聚物膜之間，總厚度約為10juni-2000jum, EVA 或PDMS的厚度約為1 m m -2 ja m。
用激光切割(既消融結(jié)構(gòu)片材津+)在該結(jié)構(gòu)片中形成第二個(gè)網(wǎng)絡(luò)的毛細(xì) 管和/或存儲(chǔ)腔，該網(wǎng)絡(luò)可以在結(jié)構(gòu)片的整個(gè)或部分厚度上形成。作為示例，
在結(jié)構(gòu)片的整個(gè)厚度上形成存儲(chǔ)腔22和毛細(xì)管12的中間部位，在結(jié)構(gòu)片的 深度上形成的連接存儲(chǔ)腔的毛細(xì)管端部占Kapton⑥片厚度的95%;延伸在相 鄰的兩個(gè)毛細(xì)管之間的毛細(xì)管側(cè)壁，通過(guò)Kapton⑥片的剩余厚度(約5%), 與結(jié)構(gòu)片的剩余部分相連。
可以用激光消融Kapton⑥片形成毛細(xì)管和存儲(chǔ)腔，然后，給每個(gè)表面覆 蓋一層EVA或PDMS月莫。
在下述步驟中，結(jié)構(gòu)片放置在載體薄片上，Kapton 片的薄面(5%)位 于載體薄片這面。然后，激光穿過(guò)載體薄片，在EVA膜上聚焦和移動(dòng)，膜熔 化將結(jié)構(gòu)片固定在載體薄片上。在Kapton⑧片覆蓋有PDMS膜時(shí)，將Kapton 片壓在載體薄片上固定。
片相對(duì)的一面至少穿透一個(gè)孔，在第二個(gè)網(wǎng)絡(luò)和毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)(如存儲(chǔ)腔位置) 之間形成流體循環(huán)通道，毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)通過(guò)放置和熔化或聚合該薄膜上放置的 工程材料層形成。
作為變換方式，通過(guò)罩殼形成的毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)的形狀與激光熔化或聚合而 形成的毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)形狀不同。
在上述實(shí)施例中，封口薄片可以通過(guò)插入封口薄片和網(wǎng)絡(luò)側(cè)壁之間的粘
接層或拼接劑如PDMS膜活動(dòng)固定在毛細(xì)管的側(cè)壁上。給封口薄片施加壓 力，將膜和薄片與側(cè)壁壓緊，通過(guò)簡(jiǎn)單的粘接或機(jī)械錨固，在側(cè)壁和封口薄 片的粗糙處將其相互固定。
圖18簡(jiǎn)示了一個(gè)芯片的毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施方式，該毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè) 色^普毛纟田管90、 一個(gè)電^^毛纟田管92禾口一些LIBS (Laser Induced Breackdown Spectroscopy)作用的色譜分析室94,用本發(fā)明方法在載體薄片和封口薄片 之間形成毛細(xì)管和分析室側(cè)壁。
色譜毛細(xì)管卯裝滿多單塊物質(zhì)，形成穩(wěn)定相， 一端連接至少一種樣品的 流動(dòng)相供給裝置(means for supplying it with a moving phase)和噴射裝置，另一 端連接一個(gè)LIBS作用的分析室94。在分析室中，根據(jù)時(shí)間的推移，以已知 方式，該毛細(xì)管用于樣品中各組分的分離、測(cè)定和定量。
在所示的實(shí)施例中，電泳毛細(xì)管92明顯呈S形，包括一個(gè)垂直連接于色 譜毛細(xì)管90的中間部位，電泳毛細(xì)管92的端部分別連接一個(gè)陰極和一個(gè)陽(yáng) 極，以在毛細(xì)管中形成電場(chǎng)。電泳毛細(xì)管92的末端也連接于LIBS作用的分 析室94。
根據(jù)分子在這些餾分中帶正電荷還是帶負(fù)電荷，噴射到色譜毛細(xì)管90 的樣品洗提餾分被引導(dǎo)進(jìn)一個(gè)或另一個(gè)電泳毛細(xì)管92的分析室94。含有大 部分負(fù)電荷的分子餾分進(jìn)入與正極(+ )連接的毛細(xì)管92端部的分析室94， 含有正電荷的分子餾分進(jìn)入與正極(-)連接的毛細(xì)管92端部的分析室94。 沒(méi)有帶電分子的餾分會(huì)繼續(xù)在色譜毛細(xì)管90洗提，并在毛細(xì)管分析室94中 被測(cè)定和定量分析。
圖19簡(jiǎn)示了一個(gè)LIBS作用的分析室94,該分析室一端連接于電泳毛細(xì) 管92 (或色譜毛細(xì)管90)的開(kāi)口段，另一端連接一個(gè)石英透鏡106,通過(guò)透 鏡和毛細(xì)管的開(kāi)口，激光束98在毛細(xì)管中餾分的遷移介質(zhì)表面上聚焦。透鏡 可以用透過(guò)一定波長(zhǎng)的激光束，如紫外光的塑料材料制成。
當(dāng)樣品的一個(gè)餾分經(jīng)過(guò)分析室透鏡106前時(shí)，激光束98通過(guò)透鏡聚焦在 遷移介質(zhì)表面上，在分析室中產(chǎn)生一種該餾分的特殊組成原生質(zhì)100。該原 生質(zhì)(plasma)發(fā)出一種光線，供適宜的裝置104分析和檢測(cè)，以分別測(cè)定該 餾分的不同組分的濃度。作為示例，在樣品中含有核酸時(shí)，檢測(cè)裝置104用
于測(cè)定樣品餾分中磷的濃度。
分析室還與向室內(nèi)噴射氣體如氬氣或氮?dú)獾膰娚溲b置102連接，以避免 遷移介質(zhì)從毛細(xì)管的開(kāi)口段進(jìn)入分析室。
作為變換方式，毛細(xì)管卯或92的開(kāi)口段充滿多孔單塊物質(zhì)，如金屬或
多孔礦物質(zhì)，以減少遷移介質(zhì)在毛細(xì)管開(kāi)口段占據(jù)的空間，并提高在該開(kāi)口 段餾分中分子的濃度，以有利于檢測(cè)和分析。
另外，分析室94還可以帶有一對(duì)連接一個(gè)電源的電極，適當(dāng)?shù)匕仓迷诜?析室中，以在毛細(xì)管的(開(kāi)口)段產(chǎn)生電場(chǎng)，該電場(chǎng)最好垂直于毛細(xì)管中餾 分的遷移方向，，，以將餾分中帶電的分子引向激光聚焦的遷移介質(zhì)的表面。 這樣，有利于增加被通過(guò)透鏡發(fā)射的激光所照射的分子數(shù)量，因而，改善了 樣品的分析和測(cè)定質(zhì)量。
通過(guò)熱泵送作用，在遷移介質(zhì)表面進(jìn)行激光束照射同樣也能加速毛細(xì)管 中餾分的遷移。
權(quán)利要求
1. 一種芯片(10)的毛細(xì)管(12)網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)方法，其特征在于，包括下列步驟a)在一個(gè)載體薄片(14)上放置至少一層可熔化或可聚合的工程材料以形成毛細(xì)管(12)的底部，b)在工程材料層或每個(gè)工程材料層的預(yù)定區(qū)域上聚焦和移動(dòng)激光束以分別引發(fā)材料在所述區(qū)域熔化或聚合以形成毛細(xì)管(12)的側(cè)壁(18)，和c)在毛細(xì)管(12)的側(cè)壁(18)上固定一個(gè)封口薄片(16)，固化后，所述封口薄片形成毛細(xì)管(12)的頂部，該方法進(jìn)一步包括，在步驟a)和/或c)前，至少在一個(gè)毛細(xì)管的位置，在載體薄片(14)和/或封口薄片(16)上固定化學(xué)或生物分子(34、58)，并給所述分子覆蓋一層可溶解的保護(hù)材料層(60)。
2. —種芯片(10)的毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)(12)的生產(chǎn)方法，其特征在于， 包括下列步驟a)在載體薄片(14)上放置至少一層可熔化的工程材料以形成毛細(xì) 管(12)的底部，以引發(fā)材料在所述區(qū)域熔化以形成毛細(xì)管(12)的側(cè)壁(18),和c) 在毛細(xì)管(12)的側(cè)壁(18)上固定一個(gè)封口薄片(16),固化后， 所述封口薄片形成毛細(xì)管(12)的頂部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟c )前還包括 一次或多次重復(fù)步驟a)和b)直到毛細(xì)管(12)的側(cè)壁(18)達(dá)到預(yù)定 的高度。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在 步驟c)前或每個(gè)步驟b)后，還包括清除未熔化或未聚合的工程材料的 步驟。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，步驟c)前，還包括至少給一個(gè)毛細(xì)管充滿一種能形成穩(wěn)定相的多孔單塊物質(zhì)的填充步驟，以形成色譜毛細(xì)管(90)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在 步驟c)中，將封口薄片(16)活動(dòng)固定到毛細(xì)管(12)的側(cè)壁(18)上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1和3-6中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于， 步驟a)中包括在載體薄片(14)上放置至少一層可聚合的凝膠或薄膜狀 的工程材料層(50)，和步驟b)中包括在工程材料層或每個(gè)工程材料層 的預(yù)定區(qū)域(54)上聚焦和移動(dòng)激光束，以在所述區(qū)域引發(fā)材料的聚合以 形成毛細(xì)管(12)的側(cè)壁(18)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在步驟c)中包括 cl )給毛細(xì)管(12 )的側(cè)壁(18 )覆蓋一層低熔點(diǎn)溫度的材料薄膜(55 ),固化后，c5)在材料薄膜上放置封口薄片(16)，和c6)在毛細(xì)管的側(cè)壁位置上聚焦和移動(dòng)激光束(62),使薄膜在所述 側(cè)壁位置熔化，以通過(guò)粘接將封口薄片(16)固定在毛細(xì)管(12)的側(cè)壁 (18)上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在步驟cl)后，還包 括步驟c2)沿毛細(xì)管(12)長(zhǎng)邊聚焦和移動(dòng)激光束(56),通過(guò)在毛細(xì)管頂 部位置去除材料薄膜(55 ),給毛細(xì)管開(kāi)口 。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，在步驟cl )或c 2)后和步驟c5)前，還包括步驟c3)在毛細(xì)管(12)中給載體薄片(14)上固定化學(xué)或生物分子(58),和c4)給所述分子覆蓋一層可溶解的保護(hù)材料層(60)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，在步驟c6)后，還 包括步驟c7)通過(guò)溶解通過(guò)在載體薄片(14)和/或封口薄片(16)內(nèi)形成的 溝槽而注射給毛細(xì)管的適宜的溶劑中的材料，并且通過(guò)所述溝槽排除溶 劑，來(lái)去除保護(hù)材料層(60)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8-11中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于， 材料薄膜(55 )是一種石蠟薄膜或一種EVA共聚物薄膜。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在 步驟a)中包括在載體薄片(14)上放置至少一層可熔化的粉狀工程材料 層(78),和在步驟c)中包括在工程材料層或每個(gè)工程材料層(78)的 預(yù)定區(qū)域聚焦和移動(dòng)激光束(80),以在所述區(qū)域引發(fā)材料的熔化，以形 成毛細(xì)管(12)的側(cè)壁(18)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在步驟a)或步驟b) 前還包括預(yù)加熱可熔化的工程材料的步驟。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于，在步驟c)前， 還包括在毛細(xì)管(12)內(nèi)在載體薄片(14)和/或封口薄片(16)上固定 化學(xué)或生物分子，然后給所述分子覆蓋一層可溶解的保護(hù)材料層。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1和3-15中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在 于，所述保護(hù)材料是聚丙烯酰胺凝膠或瓊脂糖凝膠。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13-16中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于， 在步驟a)前，還包括在未來(lái)毛細(xì)管(12)底部的位置上，給載體薄片(14) 固定化學(xué)或生物分子(70)，然后給所述分子覆蓋一層可溶解的保護(hù)材料 層(72)的步驟。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述分子用預(yù)先設(shè) 置在載體薄片(14)上的具有預(yù)定形狀的模具或罩殼(74)覆蓋一層可溶 解的保護(hù)材料層(72)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述方法還包 括通過(guò)激光消融去除那些多余的未覆蓋化學(xué)或生物分子(70)的保護(hù)材料 的步驟。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17-19中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于， 如果所述保護(hù)材料是可熔化的，則所述方法還包括在全部或部分保護(hù)材料 層(72)上聚焦和移動(dòng)激光束(76)，以引發(fā)保護(hù)材料的熔化的步驟。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述保護(hù)材料與一 種顏料混合，以補(bǔ)償在某確定波長(zhǎng)所吸收的光。
22. 根據(jù)權(quán)利要求l、 3-15和17-21中任一權(quán)利要求所述的方法，其 特征在于，所述保護(hù)材料是粉狀或凝膠狀，如糖或EDTA。
23. 根據(jù)權(quán)利要求13-22中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于， 在步驟c)中，還包括步驟cl )在毛細(xì)管(12)的側(cè)壁(18)放置另一層可熔化的工程材料層(24), 固化后，和c2)在所述材料層上放置封口薄片(16),和c3 )在毛細(xì)管的側(cè)壁位置上聚焦和移動(dòng)激光束(86 ),使所述層(84 ) 在所述側(cè)壁位置上熔化，用粘接方式將封口薄片固定到毛細(xì)管(12)的側(cè) 壁(18)上。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，在步驟c3)后，還 包括步驟c4)通過(guò)使用通過(guò)在載體薄片(14)和/或封口薄片(16)內(nèi)形成的 溝槽而注射給毛細(xì)管(12)的溶劑而溶解所述材料，并且通過(guò)所述溝槽排 除溶劑，來(lái)除去保護(hù)材料層。
25. 根據(jù)權(quán)利要求13-24中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于， 所述工程材料并分粒的顆粒尺寸約為0.1 m m -20 n m,如約為0.5 m m -10 ju m。
26. 根據(jù)權(quán)利要求13-25中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于， 所述可熔化的工程材料是有機(jī)、金屬、塑料或陶瓷材料。
27. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所 述工程材料層或每個(gè)工程材料層的厚度約為1 ju m - 2000 ju m。
28. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，用 于形成毛細(xì)管側(cè)壁的激光束接觸點(diǎn)尺寸的直徑小于50jum，如約20jLim -30 y m。
29. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，用 于形成毛細(xì)管側(cè)壁的激光束是脈沖型。
30. 根據(jù)權(quán)利要求1和3-29中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在 于，所述化學(xué)或生物分子選自可能有標(biāo)記的核酸、多肽化合物、化學(xué)或生 物配位體和抗體或抗體片斷。
31. —種帶有毛細(xì)管(12)網(wǎng)絡(luò)的芯片，其特征在于，包括一個(gè)載體 薄片(14)、 一個(gè)封口薄片(16),兩薄片明顯平行，中間延伸有通過(guò)激光 熔化或聚合工程材料而形成的毛細(xì)管(12 )的側(cè)壁(18 ),通過(guò)粘接層(20 ) 將封口薄片(16)固定在毛細(xì)管側(cè)壁上，化學(xué)或生物分子(34、 58)固定 在至少一個(gè)毛細(xì)管中的載體薄片和/或封口薄片上。
32. —種帶有毛細(xì)管(12)網(wǎng)絡(luò)的芯片，其特征在于，包括一個(gè)載體 薄片(14)、 一個(gè)封口薄片(16)，兩薄片明顯平行，中間延伸有通過(guò)激光 熔化工程材料而形成的毛細(xì)管(12)的側(cè)壁(18),通過(guò)粘接層(20)將 封口薄片(16)固定在毛細(xì)管側(cè)壁上。
33. 根據(jù)權(quán)利要求31或32所述的芯片，其特征在于，所述粘接層(20 ) 由粘貼膜形成。
34. 根據(jù)權(quán)利要求31或32所述的芯片，其特征在于，所述粘接層(20 ) 由激光熔化或聚合粉狀或膜狀材料而形成。
35. 根據(jù)權(quán)利要求31或32所述的芯片，其特征在于，所述載體薄片 (14)和封口薄片(16)中的至少一個(gè)薄片帶有一個(gè)由玻璃、石英或塑料制成的隔片(24)。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的芯片，其特征在于，所述載體薄片(14) 和封口薄片(16)中的至少一個(gè)薄片包括在隔片(24)上刻制或沉積的薄 層狀電極(26、 38、 30), —個(gè)介電部件將所述電極相互隔離。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的芯片，其特征在于，所述載體薄片(14) 和封口薄片(16)中的至少一個(gè)薄片覆蓋有電絕緣材料膜，用于隔片(24) 上的電極和毛細(xì)管(12)的側(cè)壁(18)之間的電絕緣。
38. 根據(jù)權(quán)利要求31-37中任一權(quán)利要求所述的芯片，其特征在于， 包括固定在載體薄片和/或封口薄片上的多種化學(xué)或生物分子(34),所述 分子組織成光點(diǎn)狀，并且相互間分布均勻形成一個(gè)矩陣。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的芯片，其特征在于，所述載體薄片(14) 和封口薄片(16)中的至少一個(gè)薄片覆蓋有薄膜(32),以利于化學(xué)或生物分子(34)機(jī)械放置或原位聚合固定在薄片上。
40. 根據(jù)權(quán)利要求31-39中任一權(quán)利要求所述的芯片，其特征在于， 毛細(xì)管(12)的高度和/或?qū)挾燃s為1 jum-2000 jam,如約100jam。
41. 根據(jù)權(quán)利要求31-40中任一權(quán)利要求所述的芯片，其特征在于， 毛細(xì)管(12)網(wǎng)絡(luò)連接至少一個(gè)儲(chǔ)存腔(22)，儲(chǔ)存腔或每個(gè)儲(chǔ)存腔的側(cè) 壁(18)在載體薄片(14)和封口薄片(16)之間延伸。
42. 根據(jù)權(quán)利要求31-41中任一權(quán)利要求所述的芯片，其特征在于， 毛細(xì)管(12)網(wǎng)絡(luò)包括至少一個(gè)色譜毛細(xì)管(90),該色譜毛細(xì)管(90) 充滿形成穩(wěn)定相的多孔單塊物質(zhì)。
43. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的芯片，其特征在于，所述毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)包 括至少一個(gè)電泳毛細(xì)管(94)，該電泳毛細(xì)管(94)明顯垂直連接于色i普 毛細(xì)管(90)。
44. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的芯片，其特征在于，所述毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)連 接至少一個(gè)由于LIBS分析作用的分析室(94)，分析室或每個(gè)分析室的 側(cè)壁在載體薄片(14)和封口薄片(16)之間延伸。
45. —種LIBS作用分析裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求44所述的 至少一個(gè)芯片、透過(guò)分析室透明壁向芯片分析室(94)中所裝的樣品表面 發(fā)射激光束從而在分析室內(nèi)形成和增加原生質(zhì)(100)的激光發(fā)射裝置(98)、和透過(guò)分析室透明壁對(duì)原生質(zhì)(100)所發(fā)出的光進(jìn)行色譜測(cè)定和 分析的測(cè)定和分析裝置(104)。
46. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，包括給芯片分析室 (94)注射氣體如氬氣的注射裝置(102)。
47. 根據(jù)權(quán)利要求45或46所述的裝置，其特征在于，所述芯片分析 室(94)的透明壁是石英透鏡(106)。
48. 根據(jù)權(quán)利要求45或46所述的裝置，其特征在于，所述芯片分析 室(94)的透明壁是透UV光的塑料透鏡(106)。
49. 根據(jù)權(quán)利要求45-48中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于， 所述分析室(94)包括一對(duì)電極，用于在分析室內(nèi)施加電場(chǎng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種芯片(10)的毛細(xì)管(12)網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)方法，該方法包括下述步驟在一個(gè)載體薄片(14)上放置至少一層可熔化或可聚合的工程材料，在材料層上聚焦和移動(dòng)激光束，分別引發(fā)材料熔化或聚合形成毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)側(cè)壁(18)，然后在毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)側(cè)壁上固定封口薄片(16)。本發(fā)明還涉及一種固定有化學(xué)或生物分子的毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)的芯片，以及一個(gè)包括有色譜和/或電泳毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)的芯片。
文檔編號(hào)B01L3/00GK101389408SQ200780006794
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2007年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月27日
發(fā)明者尼古拉·于戈林, 帕斯卡爾·沃德蘭, 朱利安·勒默爾, 皮埃爾-伊夫·特羅, 西爾維·舍維拉爾 申請(qǐng)人:原子能委員會(huì)