晶片毛細管網絡的生產方法

2023-09-12 08:16:15 1

專利名稱：晶片毛細管網絡的生產方法
技術領域：
本發明涉及一種晶片或一種生物晶片毛細管網絡的生產方法。本發明還 涉及包括有毛細管網絡的晶片，其中毛細管中固定有組織成探針矩陣的化學 或生物分子。本發明還涉及帶有電泳和/或色譜毛細管網絡的晶片。
在本申請中，用語"晶片"或"生物晶片"具有相同的意義，表示一個 帶有毛細管網絡的元件，可以應用於很多領域，如微流體、毛細電泳、色譜、 電色譜等，具有不同的用途，如生物分析、醫學分析、藥物分析、農業食品 分析、環境分析等。
在靶多核苷酸分子混合物的分析中， 一個晶片或生物晶片包括一組毛細 管網絡和毛細管中固定的組織成光點狀的分子探針矩陣，這些分子矩陣屬於 不同的種類，當靶分子混合物與分子探針接觸時，每種矩陣都有一個通過分 子雜化而與靶分子中 一個類型的混合物特定連接的核苷S吏序列。
輩巴分子混合物在晶片的毛細管中循環，如通過簡單的混合物擴散，與分 子探針接觸，特定連接形成探針-靶混合物，例如，通過對預先固定在靶分子 上的螢光標記發出的螢光進行衝全測和/或定量分析。
可以通過晶片上拼接或沉積的薄層電極在毛細管中施加的電場，使靶分 子在毛細管中交替循環。當每個分子探針與一對電極結合後，可以通過測定 每對電極間的阻抗，測定和/或量化探針-靶混合物。
背景技術：
已知一種通過雷射加工塑料片製備毛細管網絡晶片的技術，該技術在於 在塑料片表面聚焦和移動雷射束，消融塑料材料形成毛細管。然而，這 種技術實施複雜，而且成本太高，要在塑料片上拼接或沉積電極和固定 分子矩陣前實現，以避免將其損毀或破壞。另外，雷射加工塑料片還會 形成缺陷，如沿毛細管的外側長邊緣形成凸邊。
還可以用適宜的材料片製備毛細管網絡，如矽片，通過在材料片表面上使用化學腐蝕劑，如一種酸或鹼，通過化學侵蝕方式形成毛細管。 然而，這些化學試劑還會有與生物材料不相容的情況，必需用於無分子 探針矩陣的薄片以避免將其損毀。但是，這種技術效果有限，並且實施 成本高。另外，化學侵蝕形成毛細管還不能保證其尺寸準確、均勻，這 樣，就限制了用這種技術得到的毛細管的應用。
總的來講，已知的生產方法不能或很難生產複雜的毛細管，如容納 大量不同的化學或生物分子，如容納成千上萬個分子的毛細管。

發明內容
本發明的目的在於提供一種簡單、有效、經濟的解決這些問題的方法。
本發明建議一種晶片毛細管網絡的生產方法，該方法在於包括下列步驟 a)在一個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 細管的底部，
別引發材料在所述區域熔化或聚合以形成毛細管的側壁，和
c)在毛細管的側壁上固定一個封口薄片，固化後，封口薄片形成毛細管 的頂部，
該方法還在於在步驟a)和/或c)前，在至少一個毛細管的底部和/或頂 部的位置，在載體薄片和/或封口薄片上固定化學或生物分子，並給所述分子 覆蓋 一層可溶解的保護材料層。
本發明方法比目前使用的技術實施更簡單，所生產的晶片或生物晶片毛 細管網絡既沒有缺陷，尺寸又精確、均勻。本發明方法所生產的複雜的毛細 管網絡，可以容納大量的(如成千不同種類的矩陣分子)固定在毛細管中的 化學或生物分子，毛細管的複雜性取決於用途。
本發明方法生產的毛細管網絡位於形成毛細管底部的下薄片和形成毛細 管頂部的上薄片之間。可以通過雷射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管側壁。
在本申請中，壁或側壁表示將每個毛細管中的介質與其他毛細管中的介 質並且必要時與晶片中的其他部件進行隔離的隔膜。尤其是，例如，該壁能 隔離兩個相臨的毛細管，或隔離晶片邊緣的毛細管。另外，限定一個毛細管
的側壁可以與相臨毛細管的側壁重合或分開。
本發明方法所使用的工程材料包括能用雷射束熔化或聚合的所有類型的 材料。
在使用能熔化的工程材料時，用雷射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於該材料的熔點溫度。最好，從
熔點相對低(如約150°C-300°C )的材料中選取可熔化的工程材料，以限制 雷射能量的消耗和避免熱傳導給載體薄片造成的損毀，和/或給薄片上固定的 分子可能帶來的損毀。當載體薄片能承受很高的溫度，而且不帶有生物材料 時，工程材料的熔點溫度可以達到IOO(TC，或更高的熔點溫度。
作為變換方式，可以預加熱可熔化的工程材料至低於其熔點溫度，雷射 只提供讓其熔化的能量。
在本申請中，用語"可熔化的"表示雷射束照射後可以熔化的一種化合物。
用雷射束熔化工程材料比將其置於容器內加熱，如烤箱具有很多的優點。 由於小截面的雷射束可以產生高密度的能量，這樣用雷射束就能得到快速、 準確地熔化工程材料的效果。
在使用可聚合的工程材料時，用雷射束引發或促使材料的聚合。在這種 情況下，工程材料包括至少一種類型的單體和在一定波長的雷射束照射下能 自分解並能引發材料聚合反應的光化學引發劑。雷射束照射下，光化學引發 劑可以，如自分解成游離基，引發工程材料進行游離基聚合反應。
在本申請中，用語"可聚合的"表示在雷射束照射下能引發或進行聚合 反應的一種方法。
通過雷射束引發工程材料的聚合反應比用其他光源，如某種燈光引發的 聚合反應更具有很多優點。使用雷射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間。另外，不需要在材料層上放置一個不透明殼， 讓燈光穿過應該發生聚合的表面。另外，那種類型殼的製作需要的時間長， 實施成本高，只能放置在薄膜式工程材料上，並且不能用於凝膠或粉狀的工 程材料上。
通常，本發明方法在於用工程材料和藉助於雷射束的能量形成毛細管網
絡的側壁，所使用的能量或用於可熔化的工程材料的熔化，或用於可聚合的 工程材料的聚合。
根據本發明，步驟a)在於在一個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管的底部。載體薄片表面全部覆蓋工程材料層，或覆蓋 兩個或多個獨立或非獨立的共面材料層。
在第一個實施例中，載體薄片完全覆蓋一層工程材料層，在這些層中形 成毛細管側壁。
在第二個實施例中，載體薄片覆蓋二層獨立的工程材料共面層，在每個 材料層中，形成至少一個毛細管的側壁。
在第三個實施例中，載體薄片覆蓋二層材料層，兩層相互連接，並且在 載體的至少一個區域疊置，在每個材料層中，形成至少一個毛細管的側壁， 在上述區域，與另一個材料層中形成的至少一個毛細管的側壁連接，以在這
些毛細管間建立流體if關係。
根據本發明，步驟b)在於在工程材料層或每個工程材料層的預定區域 上聚焦和移動雷射束以分別引發材料在所述區域熔化或聚合形成毛細管的側壁。
這些區域的每個區域相當於全部或部分工程材料層。
作為示例，當工程材料層完全覆蓋載體薄片的表面時，只在未來毛細管 位置鄰接區域、或在未來毛細管位置之間的區域、以及這些位置和載體薄片 邊緣之間的位置聚焦和移動雷射束。
在載體薄片表面有兩或多層材料層時，通常，只在鄰接未來毛細管位置
的區域或更廣泛的區域聚焦和移動雷射束。如果這些材料層放置在未來毛細 管位置之外，要在整個材料層上聚焦和移動雷射束。
例如，用電流計量控制或壓電控制透鏡保證雷射束的聚焦和移動。所使 用的雷射可以是脈沖型，雷射束的接觸點尺寸的直徑小於50Mm,如介於20 Mm-30 jum之間。
根據本發明，步驟c)在於在毛細管的側壁固化後，固定一個封口薄片。
毛細管側壁的固化表明可聚合的工程材料的聚合已經結束，或可熔化的 工程材料已經冷卻至環境溫度。
封口薄片或載體薄片可以是相同或不同類型。
本發明方法在步驟c)前還包括一次或多次重複步驟a)和b)直到毛細 管的側壁達到預定的高度。
步驟a)沉積的工程材料層的厚度或沉積的每個工程材料層的厚度約為1 H m-2000 M m之間，毛細管的高度典型的為1 M m -2000 ju m之間。毛細管側 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 工程材料層前要對裡層的材料層進行雷射束照射(既步驟a)後直接進行步 驟b))。
本發明方法還包括一個用於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)前或每個步驟b)後進行，既在將封口薄片固定在毛細 管側壁前進行，或在載體薄片放置一層工程材料層後並且雷射束照射該層的 區域後，並在下一層疊置該層前進行。
將載體薄片浸漬在一個專用於分解所述材料的適宜浴槽中，通過雷射消
融、機械抽取、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管中固定，或在步驟a)前，在未來毛細 管底部的位置固定。
可以用任何適宜的方法，如偶合方法將化學或生物分子固定在載體薄片 上，例如聚合、電聚合，或現場合成，用配備有針閥和/或壓電型噴嘴的自動 系統等進行機械沉積。
通常，所有類型的偶合，如化學化合和色譜柱中用的強交互作用比較適 宜使用。載體薄片上固定的分子應該足夠牢固，以耐受不同的處理，以及耐 受可能時為了在毛細管中遷移其他分子如靶分子而採用的電場。
化學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)、或可能附有標記的ADN /PNA混合物、或可能附有標記的RM / PNA混合物，、聚肽化合物、化學
或生物配位體、抗體或抗體片段等。
本發明方法還包括在將化學或生物分子固定在載體薄片上後，在步驟C) .前，將化學或生物分子固定在封口薄片在未來毛細管頂部的位置上的一個固 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，當封口薄片固定到毛 細管的側壁時，另 一端固定在封口薄片上或至少與封口薄片相互作用。
在另一個變換方式中，只在封口薄片上固定化學或生物分子。
最好，分子組織成光點狀，相互均勻分布以形成光點矩陣。該矩陣由N 光點的P行或P光點的N列組成，每個光點行都位於一個毛細管的網絡中， 光點行數相當於毛細管數(或每個光點列都位於毛細管的網絡中，光點列數 相當於毛細管數)。
本發明方法在步驟c)前，還包括給至少一個毛細管充滿一種能形成穩 定相的多孔單塊物質的填充步驟，以形成色譜毛細管。
任何類型的適用於色語的多孔單塊物質都可以使用，通過現場聚合或其 他適宜的技術給色譜毛細管或每個色譜毛細管充滿這種物質。
本發明方法在步驟c),還包括將封口薄片，如用粘貼薄膜或拼接劑(如 聚二曱基矽氧烷-PDMS)活動固定到毛細管的側壁上，以實現按意願開啟和關 閉毛細管網絡。
根據本發明的一個具體實施例，方法在於，步驟a)用於在載體薄片上 放置至少一層可聚合的凝膠或薄膜狀的工程材料，步驟b)用於在工程材料 層或每個工程材料層的預定區域聚焦和移動雷射束，以在所述區域引發材料
的聚合形成毛細管的側壁。
該方法還在於在步驟a)和/或c)前，在至少一個毛細管的底部和/或頂 部位置，給載體薄片和/或封口薄片固定化學或生物分子，並可選擇給所述分 子覆蓋 一層可溶解的保護材料層。
用任何適宜的技術，如自動系統給載體薄片放置凝膠或薄膜狀工程材料 層或每個工程材料層。
聚合這種類型的材料可以得到防水、密封和光滑的毛細管側壁。
如DuPont公司以VACREL 或RIST0N⑧出售的光影j象薄膜特別適於生產 本發明方法的毛細管網絡。用可見光照射引發這種類型薄膜發生聚合反應。 本發明方法在於在步驟b)使用能發射可見光(波長約為532腿)的雷射。
工程材料聚合結束和毛細管側壁硬化後，可以從載體薄片上除去未聚合 的工程材料。當載體薄片完全覆蓋一層工程材料層時，更有必要從載體薄片 中除去未聚合的工程材料，以顯露出毛細管。
在步驟c)將封口薄片固定到毛細管側壁前，只要需要，可以一次或多 次重複步驟a)和步驟b)。
本發明方法還可以包括一個未熔化或未聚合的工程材料的清除步驟，該 步驟在步驟c)前或每個步驟b)後進行。
本發明方法還於在步驟c)前，還包括給至少一個毛細管充滿一種能形 成穩定相的多孔單塊物質的填充步驟，以形成色譜毛細管。
本發明方法在步驟c ),如用粘貼薄膜或拼接劑將封口薄片活動固定到毛 細管的側壁上，按意願開啟和關閉毛細管網絡。 本發明方法在於步驟c)用於
Cl)給毛細管的側壁覆蓋一層低熔點溫度材料的薄膜，固化後， c5)在材料薄膜上放置封口薄片，和
c6)在毛細管的側壁的位置上聚焦和移動雷射束，使薄膜在所述側壁上熔 化，通過粘接方式將封口薄片固定到毛細管的側壁上。
lMm-2jam厚的材料薄月莫，如石蠟或EVA (乙烯-醋酸乙烯酯)薄膜，雷射 照射後就地熔化，將封口薄片粘貼固定在毛細管側壁上。用熔化材料膜粘貼 封口薄片優於用液體膠或凝膠式膠，因為後者傾向滲入毛細管，並將其堵塞。
優越地，該方法在於將封口薄片活動固定到毛細管側壁上，按意願開啟 和關閉毛細管網絡。可以手動或用適宜的工具將封口薄片從毛細管網絡中拆 除，還可以通過熔化另 一個置於毛細管側壁上的可熔化薄膜或使用能滿足多 次熔化都不會毀壞的舊薄膜，將封口薄片重新固定到毛細管側壁上。
用於材料膜熔化而提供必要能量用的雷射的類型可以與用於工程材料 (薄膜型)聚合用雷射的類型相同或不同。
材料薄膜具有低熔點溫度，既熔點溫度足夠低以避免熱傳導給毛細管側
壁造成損壞。EVA共聚物(乙烯-醋酸乙烯酯)薄膜的熔點溫度約為176°C。 雷射束在毛細管側壁的位置上聚焦和移動，穿過封口薄片，所選封口薄
片能通過這種波長的雷射束。
可以沿毛細管的側壁斷續或連續熔化材料薄膜，《1發材料薄膜熔化的激
光可以是脈沖型。
當材料薄膜覆蓋毛細管並將其封堵時，本發明方法在於上述步驟c,)後， 還包括步驟
c2)沿毛細管聚焦和移動雷射束，在毛細管頂部位置去除材料薄膜，重 新顯露毛細管。
例如為了避免材料薄膜和固定在載體薄片的毛細管中的化學或生物分子 和/或其他流動在毛細管中的分子相互幹擾，有必要進行該步驟。為了避免材 料薄膜覆蓋封口薄片上的電極而影響在毛細管網絡中施加電場時，也同樣需 要進行該步驟。
為了給毛細管固定化學或生物分子(如前所述)，帔可熔化的材料薄膜
覆蓋和堵塞的毛細管也必須重新顯露出來。
去除材料薄膜用的雷射與引發薄膜熔化用的雷射可以是相同的類型，激 光束在每個毛細管中部聚焦，沿毛細管長邊移動，引發薄膜熔化，從毛細管 的外側長邊清除熔化的薄膜。
可替代地，通過雷射消融清除材料薄膜，既用適宜的雷射來升華薄膜。
本發明方法在步驟C,)或C2)後和步驟C5)前，還包括步驟 c3)將化學或生物分子固定在毛細管中的載體薄片上，和 c4)給所述分子覆蓋一層可溶解的保護材料層。
保護材料用於包裹毛細管中的分子，以保護其不受任何物理、化學或熱 侵蝕，尤其是保護其不受為將封口薄片粘貼固定到毛細管側壁上而在毛細管 側壁的位置上聚焦雷射束所產生的光線和熱量的影響。毛細管可以全部或部 分填充這種保護材料。
在本發明申請中，"溶解"表示化合物可以溶解在一種溶劑中，這種溶 劑要與毛細管中所用的化學或生物分子相兼容。
封口薄片 一旦固定到毛細管側壁上，保護材料可以作為毛細管中分子的 擴散介質使用，並且通過保護材料溶解在通過在載體薄片和/或封口薄片內形 成的溝槽或孔而注射給毛細管的適宜的溶劑中，並且通過所述溝槽或孔將溶 劑從毛細管網絡排出，來去除保護材料。
在載體薄片和/或封口薄片內形成的這些溝槽或孔可以直接連通毛細管 或與毛細管連接的儲存腔連通。
例如，可以使用聚丙烯醯胺或瓊脂糖凝膠作為保護材料，毛細管封口後 保存在毛細管中，在分子通過簡單擴散或通過電泳電場擴散時，這種類型的 凝膠特別適於調節和控制毛細管中分子的擴散。
作為變換或附加特徵，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載體薄片上固定的化學或生物分子，罩殼具有毛細管網 絡的形狀，對穿過封口薄片來引發材料薄膜熔化的雷射束形成不透明的屏障。 罩殼可以通過雷射束熔化一種適宜的粉末在封口薄片上直接形成，如前所述， 例如印表機黑色調色劑。然後，噴射壓縮空氣，將未熔化的粉末清除出封口 薄片。
根據本發明的另外一個具體實施例，本發明方法在於，步驟a)用於在 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)用於在工程
材料層或每個工程材料層的預定區域聚焦和移動雷射束，以在所述區域引發 材料的熔化形成毛細管的側壁。
用任何適宜的技術，如自動系統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，載體薄片在未來毛細管側壁位置 上帶有電極，形成與工程材料粉相反電荷的靜電場，以將粉末保持在載體薄 片上。步驟a)用於在整個載體薄片上放置一層工程材料粉，然後，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。
當工程材料粉帶有靜電時，還可以通過一個鼓形的或平面的光電導部件 將其放置在載體薄片上的毛細管側壁位置。該部件的待處理表面用雷射束掃 描，用於在未來毛細管側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，並通過該部位已經形成的靜電荷保持在該
表面。然後，將該粉末層放置在載體薄片上，如上所述，通過在載體薄片上 形成的靜電場將粉末層轉移到載體薄片上。
可熔化的工程材料是有機、金屬、塑料或陶瓷材料。工程材料粉的粒徑
相對均勻，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、密封並相對光滑的毛細管側壁。
雷射波長選擇在能與工程材料吸收光譜相協調即可，如波長位於紅外光 (IR : 0， 75 nm-300 ym)、可見光(400 nm -綱nm)或紫外光(UV : 190 nm -400nm)。
作為可熔化的有機材料，如可以使用糖粉(用雷射引發糖的熔化和/ 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。
本發明方法還能製作毛細管網絡的金屬側壁。用雷射將金屬片熔化形成 毛細管側壁需要一定量的能量，生成大量的熱量，熱傳導很可能造成載有金 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，用雷射熔化金屬粉，如鈦合金粉，不需要太大的能量，減少了對載體薄 片或所載電極損毀的潛在危險。
當通過熔化載有電極的載體薄片上的金屬粉形成毛細管側壁時，本方法 包括一個附加步驟，用於給載體薄片(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，將電極與毛細管側壁隔離。如該薄膜是以EVA 共聚物和/或聚醯亞胺，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管的底部或頂部清除。還要說明的是該薄膜 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溫度。
在將封口薄片固定在毛細管側壁的步驟c)完成前，如果需要，可以重
復一次或多次步驟a)和b)。
本發明方法還包括一個未熔化或未聚合的工程材料的清除步驟，該步驟 在步驟c)前或每個步驟b)後進行。
本發明方法還可以包括在步驟c)前，給至少一個毛細管充滿一種能形 成穩定相的多孔單塊物質的填充步驟，以形成色譜毛細管。
本發明方法在步驟C ),如用粘貼薄膜或拼接劑將封口薄片活動固定到毛 細管的側壁上，按意願開啟和關閉毛細管網絡。
最好，在可熔化的工程材料放置載體薄片前，或雷射照射前，本發明方 法還包括一個預加熱可熔化的工程材料的附加步驟，以限制雷射能量的消耗， 降低熱傳導對載體薄片的損壞。
作為示例，聚乙烯粉的粒徑為ljum-10jum之間(如約3nm),熔點溫 度約為49(TC,被放置在載體薄片前和被雷射熔化前預加熱至190°C,再用激 光升高粉末的溫度至300°C，既從190。C升高至粉末的熔點溫度(490°C)。
毛細管側壁固化後，從載體薄片中清除未熔化的工程材料。當載體薄片 完全覆蓋一層工程材料層時，更需要清除未熔化的工程材料，以便露出毛細 管。
封口薄片固定在毛細管側壁前，如果需要，可以重複一次或多次步驟a) 和b)。
該方法還包括在步驟c)前，給毛細管中的載體薄片和/或封口薄片上固 定化學或生物分子，然後給所述分子覆蓋一層可溶解的保護材料層。上述和
如前所述，保護材料用於包裹分子，尤其保護其在毛細管位置上不受為 在毛細管側壁上粘貼封口薄片聚焦和移動雷射束時發出的光線和帶來的熱量 的侵害。保護材料可以是聚丙烯醯胺或瓊脂糖凝膠。也可以是糖或粉狀或凝 膠狀EDTA。
該方法還包括在步驟a)前，在未來毛細管底部的位置，在載體薄片上 固定化學或生物分子，然後給所述分子覆蓋一層可溶解的保護材料層。
與前述的其他一些實施例有所不同，在毛細管側壁形成前將化學或生物 分子固定在載體薄片上，要保護這些分子，以避免尤其是給載體薄片放置可 熔化工程材料的步驟時對分子的損毀。
因此，給所述分子覆蓋一層可溶解的保護材料層。通過預先設置在載體 薄片上有預定形狀、能接觸分子的模具或罩殼給分子覆蓋一層保護材料層。 用適宜的材料製備模具或罩殼，如用任何一種塑料，如聚醯亞胺(Kapton 等)。
在使用罩殼時，罩殼放在載體薄片上，並有間隙或透光部位，該部位相 當於載體薄片放置保護材料層即薄片固定有分子的部位。這時，保護材料層
放到了罩殼上，該保護材料層的一部分就通過罩殼的縫隙或透光部位覆蓋載 體薄片上固定的分子。然後，去掉罩殼。
罩殼可以固定安裝在載體薄片上，步驟a)用於給罩殼放置至少一層工
程材料層。罩殼可以由Kapton⑧片製成，至少一面覆蓋有一層EVA共聚物， 如前所述，用於通過雷射粘接固定在載體薄片上。罩殼的透光部位或間隙可 以預先用雷射切割，形成獨立的毛細管網絡，如下詳述，用於流體連4妄通過 熔化或聚合罩殼上的工程材料而形成的毛細管網絡。
在使用模具時，模具帶有一個平面，用於與固定有分子的載體薄片的表 面接觸，相當於覆蓋有保護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材料層。然後，從載體薄片上去除模 具。
本發明方法還包括通過雷射消融或任何其他適宜的技術去除那些多餘的 未覆蓋化學或生物分子的保護材料的步驟。
多餘的保護材料指一定量的不能覆蓋化學或生物分子、不再需要或可能 妨礙或影響毛細管側壁形成的材料。
消融保護材料用雷射的波長應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潛在的危險。
該步驟可以在用適宜的模具或罩殼放置保護材料層後進行，或在如用自 動系統放置保護材料層後進行。
當保護材料是可熔化的材料時，本發明方法還包括一個在全部或部分保 護材料層上聚焦和移動雷射束使材料熔化的步驟。熔化保護材料後通過冷卻 從而固化能穩定有效地保護載體薄片上固定的分子。
如上所述，熔化後多餘的材料可以通過雷射消融去除。
當可熔化保護材料的折射指數和顏色與載體薄片的指數和顏色接近時， 可以給保護材料混合一種顏料，以在特定的波長補償光的吸收，這樣就可以 避免載體薄片吸收雷射發出的部分光。
在這種情況下，保護材料最好是粉狀或凝膠狀，如與生物或化學材津+具
有良好親水性和兼容性的糖或EDTA (乙二胺四乙酸)。保護材料顆粒沒必要 均勻，其粒徑約為1 iam -10 jum。
作為變換方式，當保護材料是可聚合的材料時，在全部或部分保護材料 層上聚焦和移動雷射束引發材料進行聚合反應。
還可以通過載體薄片上載帶的電極施加電場來引發保護材料的聚合反 應。在這種情況下，保護材料以吡咯(pyrole)為主。
在另一個變換方式中，本方法在於在適宜的溶劑中溶解保護材料，然後 放置在載體薄片上的分子位置。溶劑的自然或強迫蒸發附加步驟保證了保護 材料的乾燥和固化。
保護材料通過冷卻、聚合或蒸發而固化的優點是，這樣處理的材料可以 作為步驟a)中用於放置工程材料的模具使用。
本發明方法在於，步驟a)用於
cl)在毛細管的側壁放置另一層可熔化的工程材料層，固化後， c2 )給所述材料層放置封口薄片，和
c3)在毛細管的側壁位置聚焦和移動雷射束，使薄膜在所述側壁位置熔 化，用粘接方式將封口薄片固定到毛細管的側壁上。
放置在毛細管側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管壁上後，如上所述，保護材料可以保存在毛細管
中，並和/或通過將保護材料溶解在通過載體薄片和/或封口薄片內形成的溝 槽或孔而注射到毛細管中的適宜的溶劑如水中，再通過這些同樣的溝槽或孔 排出，來將保護材料從毛細管去除。
如上所述，封口薄片可以活動固定在毛細管側壁上。
本發明還涉及包括具有毛細管網絡的晶片，其特徵在於包括一個載體薄 片和一個封口薄片，兩薄片明顯相互平行，中間延伸有通過雷射熔化或聚合 工程材料而形成的毛細管側壁，通過粘接層將封口薄片固定在毛細管側壁上。
可以用粘貼薄膜、或拼接劑、或使用雷射來熔化或聚合薄膜狀或粉狀材 料而形成該粘接層。最好，封口薄片活動固定在毛細管側壁上。
晶片的載體薄片和封口薄片最好用與生物或化學分子相容的材料製成，
包括一個如玻璃、石英、塑料、或其他任何適宜材料製作的隔片。
封口薄片的材料選自透明的材料，至少具有雷射的波長，雷射用於引發
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
電介質部件，如氧化矽(Si02)。在隔片上刻制電極在於如在隔片上放置一個
金屬片，用石印、光石印或雷射消融該金屬片。
晶片電極能在毛細管中產生電場，通過電泳讓分子在網絡中從這點移向
另一點。這些電極還可以用於將分子關閉在毛細管中的某一區域，用來測定
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薄片都可以覆蓋一層電絕緣材料層，將電
極和可能用金屬製作的毛細管側壁進行電隔離。
例如在分析耙分子(molecular target)混合物時，這些薄片中的至少一 個薄片要覆蓋一層薄膜，以利於機械放置或現場聚合固定生物或化學分子， 如用於和靶分子雜化的分子探針，當混合物與探針接觸時，形成探針-靶混合 物。該薄膜可以覆蓋上述電極，以避免電極進行氧化-還原反應的潛在危險。
至少可以在一個毛細管中的載體薄片和/或封口薄片上固定化學或生物分子。
作為實施例，晶片上的薄片或每個薄片都可以覆蓋一層聚醯亞胺薄膜， 以利於化學或生物分子的固定。
至少一個薄片可以帶有多種化學或生物分子，組織成光點狀，相互分布 均勻，形成一個光點矩陣。
晶片的毛細管的典型高度和寬度為1 nm-2000jam之間。在一個具體的 實施例中，毛細管具有方形截面，其高度和寬度為lOOjutn。
晶片的毛細管網絡可以連接至少一個存儲腔，存儲腔的側壁在晶片的載 體薄片和封口薄片中間延伸。可以用本發明方法形成存儲腔或每個存儲腔的 側壁。
在一個實施例中，毛細管壁明顯相互平行，其中每個毛細管的一端都連
接一個存儲腔。這些存儲腔，如可以與將靶分子混合物注入到毛細管網和將 靶分子混合物從毛細管網去除的裝置相連。
晶片毛細管網絡，如可以包括至少一個色譜毛細管，其裝滿多孔單塊物
質(porous monolithic substance),以形成穩定相，和至少一個電泳毛細管，其 與色譜毛細管明顯垂直連接。
最好，晶片的毛細管網絡至少連接於一個LIBS (Laser Induced Breackdown Spectroscopy)作用的分析室，其側壁在晶片的載體薄片和封口 薄片之間延伸。分析室或每個分析室的側壁可以用本發明方法製作。
LIBS作用分析是對雷射產生的原生質(plasma)所發射出光譜的一種分 析技術，用如脈沖型雷射束在待分析樣品表面上聚焦，產生構成樣品特徵組 成的原生質。所述原生質發出一種光線，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。
最後，本發明還涉及LIBS作用分析裝置，包括一個上述晶片、雷射束髮 射裝置(雷射穿過晶片透明壁照射晶片分析室中的樣品，在分析室中形成和 增加原生質)、對原生質從分析室透明壁發射的光進行測定和色譜分析的裝 置(如該透明壁是石英透鏡)。
本發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 質發射光學信號用的氬氣或氮氣。
通過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明的 其他細節、特徵和優點，附圖中


圖1表示本發明晶片的分解透視圖； 圖2表示沿圖1中II-II線剖開的剖面圖3-10表示用本發明方法生產一個晶片毛細管網絡的一個實施例所用 步驟的透視圖11-17表示本發明一種變換實施方法中所用步驟的透視圖18表示一個晶片的色譜毛細管和電泳毛細管網絡所用實施方式的簡
圖19表示圖18的部分放大比例圖。
具體實》包方式
圖1和2表示的本發明晶片10具有矩形稜柱面(rectangular parallelepiped) 形狀，包括一個毛細管12網絡，位於稱為載體薄片並能形成毛細管12底部 的下薄片14和稱為封口薄片並能形成毛細管12頂部的上薄片16之間。薄片 14、 16明顯相互平行延伸。
毛細管12本身相互隔開，通過壁18與晶片IO的邊緣隔開，壁與薄片 14、 16明顯垂直延伸，如下所詳述，通過雷射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。
通過雷射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上直接形成側壁18,固化後，通過簡單的粘接或錨固將側壁18固定在薄 片14上。
而封口薄片16則通過粘接膜或拼接膜形成的粘接層20，或通過粉狀或 薄膜狀材料用雷射熔化或聚合，將封口薄片16粘接在毛細管側壁18上。
在所示的實施例中，毛細管12是4根，明顯相互平行延伸，位於薄片 14、 16之間形成的2個圓柱形存儲腔22之間，薄片14構成存儲腔的底部， 薄片16構成存儲腔的頂部。存儲腔22的側壁18與毛細管12的側壁18用相 同的材料並同時形成，如下詳述。
存儲腔22，如連接於給毛細管網絡供應或注入靶分子混合物的裝置，和 檢測裝置，如質譜檢測裝置。
載體薄片14和封口薄片16用與化學或生物分子相容的材料製成，每個 薄片在其表面上都具有電介質材料如玻璃、石英、氧化矽、塑料等製成的隔 片24，與毛細管接觸(直接或間接)毛細管具有刻制或放置有用適宜技術制 作的薄層電極26、 28、 30。
這些電極26、 28、 30，例如可以在網絡毛細管12中產生電場，通過電 泳使裝載的分子在網絡中從這點移向另一點，將分子封閉在毛細管網絡的某 一區域，以測定不同的阻抗等。
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，如矽部件(圖中未表示)相互隔離這些電極。
在所介紹的實施例中，每個薄片14、 16包括4個平行的直線電極26， 其刻制或放置在薄片14和16的中間部位，這些電極26與晶片毛細管12明 顯垂直延伸。
每個薄片14、 16還包括2對電極28、 30,其刻制或放置在薄片14和16 的端部。這些對電極的每對電極包括一個環形電極28，該環形電極28明顯 位於存儲腔22的底部或頂部的中間位置，和一個曲形電極30，該曲形電;f及 30位於環形電極28和直線電極26之間並繞存儲腔的一部分延伸。
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 生裝置、電阻抗測定等裝置連接。
每個薄片14或16還包括一個薄膜32，以利於機械放置或現場聚合而在 毛細管中的薄片上固定化學或生物分子，該薄膜覆蓋電極26、 28、 30，並用 於形成毛細管12和存儲腔22的底部或頂部。
分子34可以固定在毛細管中的薄片14、 16的一個或另一個上或兩個薄 片上。可以根據情況，在電極26的位置或這些電極之間固定化學或生物分子。
薄片14、 16的典型厚度約為lOOOiam,毛細管壁12和存儲腔22的壁的 厚度約為1 jum-2000jum，如約為100jum。毛細管的截面為正方形或長方形。
圖3-10表示本發明生產一個晶片毛細管網絡的第一個實施方式這所採 用的步驟，該方法在於在載體薄片14上放置至少一層可聚合的凝膠或薄膜狀 的工程材料而形成晶片的毛細管側壁12和存儲腔22的側壁。
在圖4表示方法中的第一個步驟中， 一種厚度約為75|atn-150jam的 VACREL⑧或RIST0N⑥型光-影像薄膜50通過適宜的技術，如手動、或自動系 統放置在載體薄片14的表面上，從而薄膜覆蓋整個表面。
本發明方法的第二個步驟在於在薄膜50的預定區域54聚焦和移動雷射 束52,以引發薄膜在所述區域聚合形成毛細管12和存儲腔22的側壁。
通過一個雷射發生器(未表示)發射雷射束52，波長約532nm(可見光)， 如脈沖型，重複頻率約10 kHz -50kHz，功率約1 Watts -lOWatts。在薄膜 50上，雷射束的接觸點尺寸典型的為直徑20jum -30jum。
用電流計量控制或壓電控制透鏡保證雷射束52在薄膜50的區域54移 動，這些區域在圖4中用虛線和剖面線外的薄膜部分簡示。
毛細管和存儲腔的側壁18固化後，本方法的第三步驟在於將載體薄片浸
入有0.1mol丄"的鹼液浴槽中，使未聚合的薄膜50材料溶解，並使毛細管12 和存儲腔22顯露(圖5 )。這些毛細管和存儲腔形成在未受雷射束52照射的 薄膜50上的那些部位，既相當於圖4中虛線和剖面線部位。
在本發明方法的另一個步驟中，側壁18覆蓋一層低熔點溫度的粘才妄層 55,由石蠟膜或EVA共聚物(乙烯-醋酸乙烯酯)構成，其厚度約為lum-2 iam (圖6)。
雷射束56沿毛細管12,在EVA膜上的存儲腔22位置上聚焦和移動，以 清除毛細管和存儲腔頂部的EVA膜，既圖6的虛線和剖面線部位。
用脈衝式雷射發生器發射雷射束56，波長為532nm (綠光)，重複頻率 約10kHz，功率約lWatt，以引發EVA膜的熔化。雷射束在毛細管中部聚焦， 沿毛細管長邊移動，以引發膜的熔化和使熔化的膜在毛細管12的外側長邊收 縮(圖7) 。 EVA膜的熔點溫度約為176°C。
還可以發射1064nm波長的雷射束56,以引發石蠟或EVA膜的熔化，既 為了消融該薄月莫。
在圖8所示的下一個步驟中，組織成光點狀的化學或生物分子58固定在 毛細管中的載體薄片上，位於電極26的位置。每個毛細管網絡包括一條線， 均勻分布著4個光點，每個毛細管的光點與另一個毛細管的光點對齊，以形 成一個4排4光點的矩陣。
然後，分子被覆蓋聚丙烯醯胺或瓊脂糖或EDTA凝膠(圖9)，以在最後 步驟中保護分子，該方法的最後步驟在於在石蠟膜55上放置封口薄片16, 然後穿過封口薄片16,在毛細管和存儲腔的側壁18的位置上聚焦和移動激 光束62,以在這些側壁上使薄膜熔化，以在側壁18上粘接固定封口薄片16 (圖10)。
用雷射發生器發射雷射束62，波長為532nm(綠光)，在毛細管和存儲 腔的側壁18的位置上聚焦和移動，即圖10所示的虛線和剖面線外。
聚丙烯醯胺或瓊脂糖凝膠最好保存在毛細管12和存儲腔22中，當靶分 子通過簡單的擴散或電泳施加電場遷移時，以形成其他分子如靶分子的擴散 介質。
凝膠如EDTA可以通過在毛細管中循環一種溶劑如水-故清除出毛細管，該
溶劑用於溶解凝膠，然後排出毛細管。該溶劑通過至少一個薄片14、 16內形
成的溝槽(圖中未表示)注射到毛細管中或排出毛細管外，這些溝槽的一端 連通毛細管或存儲腔，另一端連接溶劑的適宜噴射和排出裝置。
圖11-17表示本發明方法第二個實施例中的步驟，該方法在於在一個載 體薄片14上通過熔化至少一層粉末狀的工程材料層形成晶片的毛細管12和 存儲腔22的側壁。
在圖12所示方法的第一個步驟中，組織成光點的化學或生物分子70固 定在一個載體薄片14的表面，位於電極26和未來毛細管12的位置。
這些分子被覆蓋一層EDTA粉層72 (圖13 )以在形成毛細管和存儲腔 側壁時保護這些分子。
可以預先將EDTA溶解在水中形成凝膠，用適宜的技術覆蓋在未來毛細 管底部位置的分子上。然後，載體薄片放在一個乾燥箱中，蒸發EDTA的水 分，乾燥和硬化。也可以自然蒸發水分。
如上所示，作為變換方式，用預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，位於未來毛細管和存儲腔的 底部的位置。
該方法的下一個步驟在於在層72上聚焦和移動雷射束76,引發EDTA 熔化，形成一層硬化後相對堅硬、密實的層(圖13)。雷射發生器發射雷射 束76，波長約為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A )粉或過氯化聚氯乙 烯(CPVC )層78放置在載體薄片14上未覆蓋有熔化有EDTA的部位。可以 用預先放置在熔化的EDTA層上的適宜形狀的模具79實現該步驟(圖14)。
屆時，雷射束80在整個層78上聚焦和移動，引發PMMA或CPVC粉熔化， 形成毛細管12和存儲腔22的側壁18 (圖15)。用雷射發生器發射雷射束 80，波長約為1064nm (IR),功率約20 Watts -200Watts。
然後，該方法在於重複圖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'，固化後，再用雷射束80' 在整個層78'上聚焦和移動，引發其熔化，形成側壁18。
在本發明方法的另一個步驟中，側壁18覆蓋一層低熔點溫度的粘4妄層
84,形成另一個約ljLim-3jLim厚的P畫A或CPVC粉層。也可以用上述罩殼79 實現該步驟(圖16)。
該方法的最後步驟在於在層84上放置封口薄片16，然後雷射束86穿過 封口薄片16在毛細管和存儲腔側壁18的位置上聚焦和移動，在這些側壁上 引發P薩A或CPVC粉熔化，將封口薄片16粘接固定在側壁18上(圖17)。
用雷射發生器發射雷射束86,波長約為1064nm (紫外)，在圖17的虛 線和剖面線外的區域移動。
通過在毛細管中循環一種溶劑如水，將熔化的EDTA清除出毛細管網絡。 如上所述，通過至少一個薄片14、 16內形成的孔給毛細管注射該溶劑，孔的 另 一端至少連通一個存4渚腔。
在一個未表示的變換方式中，在給載體薄片14固定化學或生物分子前， 本發明方法在於通過熔化至少一層粉狀工程材料在載體薄片4上形成毛細管 12和存儲腔22的側壁18。
在該方法的第一個步驟中，約300nm厚的P畫A或CPVC粉層放在載體薄 片14的整個表面(如圖4所示)，然後雷射束在該表面的上述區域聚焦和移 動。
通過循環液體如水將未熔化的粉清除出載體薄片14,或通過給載體薄片 14噴射壓縮氣體如空氣將未熔化的粉去除。
在下一個步驟中，如圖8所示，化學或生物分子被組織成光點狀固定在 毛細管中的載體薄片上。
然後，給這些分子覆蓋一層EDTA粉層，以便在最後一個將封口薄片16 固定在毛細管和存儲腔壁時的步驟中保護這些分子。
為此，形成的1 |am-3 iam厚的EVA膜放置在毛細管和存儲腔的壁上。
然後，薄片16放在薄膜上，雷射束穿過薄片16在毛細管和存儲腔壁的 位置上聚焦和移動，引發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。
用雷射發生器發射雷射束，波長約為532 nm或1064nm，功率約1 Watts 一50Watts。
在該方法的最後步驟中，如上所述，在毛細管網絡中循環一種溶劑，以
清除EDTA凝膠。
在本發明的另一個變換實施方式中，用上述罩殼74將EDTA粉放置在 固定於載體薄片14的分子70上，通過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毛細管網絡和/或存儲腔，用於使用雷射熔化 或聚合工程材料而形成的毛細管網絡建立流體聯繫。
罩殼可以製成三明治形狀，包括一個Kapton⑧片，位於兩個EVA或 PDMS(聚二甲基矽氧烷)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。
用雷射切割(既消融結構片材津+)在該結構片中形成第二個網絡的毛細 管和/或存儲腔，該網絡可以在結構片的整個或部分厚度上形成。作為示例，
在結構片的整個厚度上形成存儲腔22和毛細管12的中間部位，在結構片的 深度上形成的連接存儲腔的毛細管端部佔Kapton⑥片厚度的95%;延伸在相 鄰的兩個毛細管之間的毛細管側壁，通過Kapton⑥片的剩餘厚度(約5%), 與結構片的剩餘部分相連。
可以用雷射消融Kapton⑥片形成毛細管和存儲腔，然後，給每個表面覆 蓋一層EVA或PDMS月莫。
在下述步驟中，結構片放置在載體薄片上，Kapton 片的薄面(5%)位 於載體薄片這面。然後，雷射穿過載體薄片，在EVA膜上聚焦和移動，膜熔 化將結構片固定在載體薄片上。在Kapton⑧片覆蓋有PDMS膜時，將Kapton 片壓在載體薄片上固定。
片相對的一面至少穿透一個孔，在第二個網絡和毛細管網絡(如存儲腔位置) 之間形成流體循環通道，毛細管網絡通過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，通過罩殼形成的毛細管網絡的形狀與雷射熔化或聚合而 形成的毛細管網絡形狀不同。
在上述實施例中，封口薄片可以通過插入封口薄片和網絡側壁之間的粘
接層或拼接劑如PDMS膜活動固定在毛細管的側壁上。給封口薄片施加壓 力，將膜和薄片與側壁壓緊，通過簡單的粘接或機械錨固，在側壁和封口薄 片的粗糙處將其相互固定。
圖18簡示了一個晶片的毛細管網絡的實施方式，該毛細管網絡包括一個 色^普毛糹田管90、 一個電^^毛糹田管92禾口一些LIBS (Laser Induced Breackdown Spectroscopy)作用的色譜分析室94,用本發明方法在載體薄片和封口薄片 之間形成毛細管和分析室側壁。
色譜毛細管卯裝滿多單塊物質，形成穩定相， 一端連接至少一種樣品的 流動相供給裝置(means for supplying it with a moving phase)和噴射裝置，另一 端連接一個LIBS作用的分析室94。在分析室中，根據時間的推移，以已知 方式，該毛細管用於樣品中各組分的分離、測定和定量。
在所示的實施例中，電泳毛細管92明顯呈S形，包括一個垂直連接於色 譜毛細管90的中間部位，電泳毛細管92的端部分別連接一個陰極和一個陽 極，以在毛細管中形成電場。電泳毛細管92的末端也連接於LIBS作用的分 析室94。
根據分子在這些餾分中帶正電荷還是帶負電荷，噴射到色譜毛細管90 的樣品洗提餾分被引導進一個或另一個電泳毛細管92的分析室94。含有大 部分負電荷的分子餾分進入與正極(+ )連接的毛細管92端部的分析室94， 含有正電荷的分子餾分進入與正極(-)連接的毛細管92端部的分析室94。 沒有帶電分子的餾分會繼續在色譜毛細管90洗提，並在毛細管分析室94中 被測定和定量分析。
圖19簡示了一個LIBS作用的分析室94,該分析室一端連接於電泳毛細 管92 (或色譜毛細管90)的開口段，另一端連接一個石英透鏡106,通過透 鏡和毛細管的開口，雷射束98在毛細管中餾分的遷移介質表面上聚焦。透鏡 可以用透過一定波長的雷射束，如紫外光的塑料材料製成。
當樣品的一個餾分經過分析室透鏡106前時，雷射束98通過透鏡聚焦在 遷移介質表面上，在分析室中產生一種該餾分的特殊組成原生質100。該原 生質(plasma)發出一種光線，供適宜的裝置104分析和檢測，以分別測定該 餾分的不同組分的濃度。作為示例，在樣品中含有核酸時，檢測裝置104用
於測定樣品餾分中磷的濃度。
分析室還與向室內噴射氣體如氬氣或氮氣的噴射裝置102連接，以避免 遷移介質從毛細管的開口段進入分析室。
作為變換方式，毛細管卯或92的開口段充滿多孔單塊物質，如金屬或
多孔礦物質，以減少遷移介質在毛細管開口段佔據的空間，並提高在該開口 段餾分中分子的濃度，以有利於檢測和分析。
另外，分析室94還可以帶有一對連接一個電源的電極，適當地安置在分 析室中，以在毛細管的(開口)段產生電場，該電場最好垂直於毛細管中餾 分的遷移方向，，，以將餾分中帶電的分子引向雷射聚焦的遷移介質的表面。 這樣，有利於增加被通過透鏡發射的雷射所照射的分子數量，因而，改善了 樣品的分析和測定質量。
通過熱泵送作用，在遷移介質表面進行雷射束照射同樣也能加速毛細管 中餾分的遷移。
權利要求
1. 一種晶片(10)的毛細管(12)網絡的生產方法，其特徵在於，包括下列步驟a)在一個載體薄片(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管(12)的底部，b)在工程材料層或每個工程材料層的預定區域上聚焦和移動雷射束以分別引發材料在所述區域熔化或聚合以形成毛細管(12)的側壁(18)，和c)在毛細管(12)的側壁(18)上固定一個封口薄片(16)，固化後，所述封口薄片形成毛細管(12)的頂部，該方法進一步包括，在步驟a)和/或c)前，至少在一個毛細管的位置，在載體薄片(14)和/或封口薄片(16)上固定化學或生物分子(34、58)，並給所述分子覆蓋一層可溶解的保護材料層(60)。
2. —種晶片(10)的毛細管網絡(12)的生產方法，其特徵在於， 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 管(12)的底部，以引發材料在所述區域熔化以形成毛細管(12)的側壁(18),和c) 在毛細管(12)的側壁(18)上固定一個封口薄片(16),固化後， 所述封口薄片形成毛細管(12)的頂部。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，步驟c )前還包括 一次或多次重複步驟a)和b)直到毛細管(12)的側壁(18)達到預定 的高度。
4. 根據前述權利要求中任一權利要求所述的方法，其特徵在於，在 步驟c)前或每個步驟b)後，還包括清除未熔化或未聚合的工程材料的 步驟。
5. 根據權利要求1-4中任一權利要求所述的方法，其特徵在於，步驟c)前，還包括至少給一個毛細管充滿一種能形成穩定相的多孔單塊物質的填充步驟，以形成色譜毛細管(90)。
6. 根據權利要求1-5中任一權利要求所述的方法，其特徵在於，在 步驟c)中，將封口薄片(16)活動固定到毛細管(12)的側壁(18)上。
7. 根據權利要求1和3-6中任一權利要求所述的方法，其特徵在於， 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工程材料層 的預定區域(54)上聚焦和移動雷射束，以在所述區域引發材料的聚合以 形成毛細管(12)的側壁(18)。
8. 根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，在步驟c)中包括 cl )給毛細管(12 )的側壁(18 )覆蓋一層低熔點溫度的材料薄膜(55 ),固化後，c5)在材料薄膜上放置封口薄片(16)，和c6)在毛細管的側壁位置上聚焦和移動雷射束(62),使薄膜在所述 側壁位置熔化，以通過粘接將封口薄片(16)固定在毛細管(12)的側壁 (18)上。
9. 根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，在步驟cl)後，還包 括步驟c2)沿毛細管(12)長邊聚焦和移動雷射束(56),通過在毛細管頂 部位置去除材料薄膜(55 ),給毛細管開口 。
10. 根據權利要求8或9所述的方法，其特徵在於，在步驟cl )或c 2)後和步驟c5)前，還包括步驟c3)在毛細管(12)中給載體薄片(14)上固定化學或生物分子(58),和c4)給所述分子覆蓋一層可溶解的保護材料層(60)。
11. 根據權利要求IO所述的方法，其特徵在於，在步驟c6)後，還 包括步驟c7)通過溶解通過在載體薄片(14)和/或封口薄片(16)內形成的 溝槽而注射給毛細管的適宜的溶劑中的材料，並且通過所述溝槽排除溶 劑，來去除保護材料層(60)。
12. 根據權利要求8-11中任一權利要求所述的方法，其特徵在於， 材料薄膜(55 )是一種石蠟薄膜或一種EVA共聚物薄膜。
13. 根據權利要求1-6中任一權利要求所述的方法，其特徵在於，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工程材料層(78)的 預定區域聚焦和移動雷射束(80),以在所述區域引發材料的熔化，以形 成毛細管(12)的側壁(18)。
14. 根據權利要求13所述的方法，其特徵在於，在步驟a)或步驟b) 前還包括預加熱可熔化的工程材料的步驟。
15. 根據權利要求13或14所述的方法，其特徵在於，在步驟c)前， 還包括在毛細管(12)內在載體薄片(14)和/或封口薄片(16)上固定 化學或生物分子，然後給所述分子覆蓋一層可溶解的保護材料層。
16. 根據權利要求1和3-15中任一權利要求所述的方法，其特徵在 於，所述保護材料是聚丙烯醯胺凝膠或瓊脂糖凝膠。
17. 根據權利要求13-16中任一權利要求所述的方法，其特徵在於， 在步驟a)前，還包括在未來毛細管(12)底部的位置上，給載體薄片(14) 固定化學或生物分子(70)，然後給所述分子覆蓋一層可溶解的保護材料 層(72)的步驟。
18. 根據權利要求17所述的方法，其特徵在於，所述分子用預先設 置在載體薄片(14)上的具有預定形狀的模具或罩殼(74)覆蓋一層可溶 解的保護材料層(72)。
19. 根據權利要求17或18所述的方法，其特徵在於，所述方法還包 括通過雷射消融去除那些多餘的未覆蓋化學或生物分子(70)的保護材料 的步驟。
20. 根據權利要求17-19中任一權利要求所述的方法，其特徵在於， 如果所述保護材料是可熔化的，則所述方法還包括在全部或部分保護材料 層(72)上聚焦和移動雷射束(76)，以引發保護材料的熔化的步驟。
21. 根據權利要求20所述的方法，其特徵在於，所述保護材料與一 種顏料混合，以補償在某確定波長所吸收的光。
22. 根據權利要求l、 3-15和17-21中任一權利要求所述的方法，其 特徵在於，所述保護材料是粉狀或凝膠狀，如糖或EDTA。
23. 根據權利要求13-22中任一權利要求所述的方法，其特徵在於， 在步驟c)中，還包括步驟cl )在毛細管(12)的側壁(18)放置另一層可熔化的工程材料層(24), 固化後，和c2)在所述材料層上放置封口薄片(16),和c3 )在毛細管的側壁位置上聚焦和移動雷射束(86 ),使所述層(84 ) 在所述側壁位置上熔化，用粘接方式將封口薄片固定到毛細管(12)的側 壁(18)上。
24. 根據權利要求23所述的方法，其特徵在於，在步驟c3)後，還 包括步驟c4)通過使用通過在載體薄片(14)和/或封口薄片(16)內形成的 溝槽而注射給毛細管(12)的溶劑而溶解所述材料，並且通過所述溝槽排 除溶劑，來除去保護材料層。
25. 根據權利要求13-24中任一權利要求所述的方法，其特徵在於， 所述工程材料並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. 根據權利要求13-25中任一權利要求所述的方法，其特徵在於， 所述可熔化的工程材料是有機、金屬、塑料或陶瓷材料。
27. 根據前述權利要求中任一權利要求所述的方法，其特徵在於，所 述工程材料層或每個工程材料層的厚度約為1 ju m - 2000 ju m。
28. 根據前述權利要求中任一權利要求所述的方法，其特徵在於，用 於形成毛細管側壁的雷射束接觸點尺寸的直徑小於50jum，如約20jLim -30 y m。
29. 根據前述權利要求中任一權利要求所述的方法，其特徵在於，用 於形成毛細管側壁的雷射束是脈衝型。
30. 根據權利要求1和3-29中任一權利要求所述的方法，其特徵在 於，所述化學或生物分子選自可能有標記的核酸、多肽化合物、化學或生 物配位體和抗體或抗體片斷。
31. —種帶有毛細管(12)網絡的晶片，其特徵在於，包括一個載體 薄片(14)、 一個封口薄片(16),兩薄片明顯平行，中間延伸有通過雷射 熔化或聚合工程材料而形成的毛細管(12 )的側壁(18 ),通過粘接層(20 ) 將封口薄片(16)固定在毛細管側壁上，化學或生物分子(34、 58)固定 在至少一個毛細管中的載體薄片和/或封口薄片上。
32. —種帶有毛細管(12)網絡的晶片，其特徵在於，包括一個載體 薄片(14)、 一個封口薄片(16)，兩薄片明顯平行，中間延伸有通過雷射 熔化工程材料而形成的毛細管(12)的側壁(18),通過粘接層(20)將 封口薄片(16)固定在毛細管側壁上。
33. 根據權利要求31或32所述的晶片，其特徵在於，所述粘接層(20 ) 由粘貼膜形成。
34. 根據權利要求31或32所述的晶片，其特徵在於，所述粘接層(20 ) 由雷射熔化或聚合粉狀或膜狀材料而形成。
35. 根據權利要求31或32所述的晶片，其特徵在於，所述載體薄片 (14)和封口薄片(16)中的至少一個薄片帶有一個由玻璃、石英或塑料製成的隔片(24)。
36. 根據權利要求35所述的晶片，其特徵在於，所述載體薄片(14) 和封口薄片(16)中的至少一個薄片包括在隔片(24)上刻制或沉積的薄 層狀電極(26、 38、 30), —個介電部件將所述電極相互隔離。
37. 根據權利要求36所述的晶片，其特徵在於，所述載體薄片(14) 和封口薄片(16)中的至少一個薄片覆蓋有電絕緣材料膜，用於隔片(24) 上的電極和毛細管(12)的側壁(18)之間的電絕緣。
38. 根據權利要求31-37中任一權利要求所述的晶片，其特徵在於， 包括固定在載體薄片和/或封口薄片上的多種化學或生物分子(34),所述 分子組織成光點狀，並且相互間分布均勻形成一個矩陣。
39. 根據權利要求38所述的晶片，其特徵在於，所述載體薄片(14) 和封口薄片(16)中的至少一個薄片覆蓋有薄膜(32),以利於化學或生物分子(34)機械放置或原位聚合固定在薄片上。
40. 根據權利要求31-39中任一權利要求所述的晶片，其特徵在於， 毛細管(12)的高度和/或寬度約為1 jum-2000 jam,如約100jam。
41. 根據權利要求31-40中任一權利要求所述的晶片，其特徵在於， 毛細管(12)網絡連接至少一個儲存腔(22)，儲存腔或每個儲存腔的側 壁(18)在載體薄片(14)和封口薄片(16)之間延伸。
42. 根據權利要求31-41中任一權利要求所述的晶片，其特徵在於， 毛細管(12)網絡包括至少一個色譜毛細管(90),該色譜毛細管(90) 充滿形成穩定相的多孔單塊物質。
43. 根據權利要求42所述的晶片，其特徵在於，所述毛細管網絡包 括至少一個電泳毛細管(94)，該電泳毛細管(94)明顯垂直連接於色i普 毛細管(90)。
44. 根據權利要求43所述的晶片，其特徵在於，所述毛細管網絡連 接至少一個由於LIBS分析作用的分析室(94)，分析室或每個分析室的 側壁在載體薄片(14)和封口薄片(16)之間延伸。
45. —種LIBS作用分析裝置，其特徵在於，包括權利要求44所述的 至少一個晶片、透過分析室透明壁向晶片分析室(94)中所裝的樣品表面 發射雷射束從而在分析室內形成和增加原生質(100)的雷射發射裝置(98)、和透過分析室透明壁對原生質(100)所發出的光進行色譜測定和 分析的測定和分析裝置(104)。
46. 根據權利要求45所述的裝置，其特徵在於，包括給晶片分析室 (94)注射氣體如氬氣的注射裝置(102)。
47. 根據權利要求45或46所述的裝置，其特徵在於，所述晶片分析 室(94)的透明壁是石英透鏡(106)。
48. 根據權利要求45或46所述的裝置，其特徵在於，所述晶片分析 室(94)的透明壁是透UV光的塑料透鏡(106)。
49. 根據權利要求45-48中任一權利要求所述的裝置，其特徵在於， 所述分析室(94)包括一對電極，用於在分析室內施加電場。
全文摘要
本發明涉及一種晶片(10)的毛細管(12)網絡的生產方法，該方法包括下述步驟在一個載體薄片(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雷射束，分別引發材料熔化或聚合形成毛細管網絡側壁(18)，然後在毛細管網絡側壁上固定封口薄片(16)。本發明還涉及一種固定有化學或生物分子的毛細管網絡的晶片，以及一個包括有色譜和/或電泳毛細管網絡的晶片。
文檔編號B01L3/00GK101389408SQ200780006794
公開日2009年3月18日 申請日期2007年2月26日 優先權日2006年2月27日
發明者尼古拉·於戈林, 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 申請人:原子能委員會