可作為超微孔分析板的微池陣列晶片加工方法
2024-01-24 04:55:15
專利名稱：可作為超微孔分析板的微池陣列晶片加工方法
技術領域：
本發明涉及一種超微孔分析板的加工方法，特別涉及一種可作為超微孔分析板的微池陣列晶片加工方法。
背景技術：
目前，在醫學上和生物分析化學領域對生化樣品進行高通量篩選特別是酶催化底物的篩選主要依賴96孔板(96-well plates)，在孔板上有96個孔，將96個樣品加到96個孔中，再向各個孔中加入試劑進行顯色反應，產生具有顏色或者螢光性質的產物，再把加樣品的多孔板放置到96孔板分析儀中，一次完成對96個樣品的分析。孔板分析儀實際上是一臺比色計或者螢光計，檢測96孔板上各個孔內液體的吸光度或者螢光強度對孔內被測物質的濃度進行定量。
目前，隨著生命科學研究的深入，一些新的生化樣品需要檢驗。這些樣品往往數量少，難以提取，所以價格昂貴。96孔板上每個孔需要加入大約0.5mL樣品，樣品量較大，這對於測量痕量生物樣品是不利的。此外，醫藥學家需要從幾十萬種化合物中篩選出可供用作藥用的化合物，需要在一個批次內測定儘可能多的樣品。為了解決這個問題，國外推出了384孔板和1536孔板，樣品量分別降到了10μL和1μL左右，但是這些產品價格昂貴，而且需要從國外進貨，進口一箱德國Greiner公司384孔板(40塊)需要17000元左右(2007年2月中國市場售價)，1536孔板價格就更高。
目前世界上生產微孔板的工藝如下美國Matrical，Inc的96孔板和384孔板，是採用模具將聚丙烯成型，並且在成型過程中填充陶瓷玻璃微珠以增強剛性。該公司生產的1536孔板，採用聚丙烯成型，並配以玻璃底或透明塑料底。
這些工藝已被國外生產廠家申請了專利，如果我國國內廠家按照此工藝生產的話，要向國外商家支付高額專利使用費，大大增加了成本，因此這些微孔板我國基本不生產，醫學和生命科學領域用到的微孔板大量依賴進口。
發明內容本發明為了克服以上技術的不足，提供了一種可作為超微孔分析板的微池陣列晶片加工方法，具有加工微孔尺寸穩定，加工方法適合於工業化，加工成本低。
本發明是通過以下措施來實現的本發明涉及一種可作為超微孔分析板的微池陣列晶片加工方法，其特徵在於採用以下步驟(1)製片選取透明材料，製成尺寸相同的兩塊薄片；(2)打孔取1片薄片，用雷射打孔機在薄片上均勻打上若干通孔；(3)封合將打孔的薄片和未打孔的薄片對齊夾緊，封合為一體，即得。
本發明所述的加工方法，所述的透明材料最好為有機玻璃。有機玻璃最好採為加熱封合的方法，加熱溫度為106～110℃，加熱時間為5-15min。
採用本發明的加工方法，具有加工微孔尺寸穩定，加工方法適合於工業化，加工成本低。
附圖1為本發明的加工示意中，1-打孔的薄片，2-未打孔的薄片，3-載玻片，4-微池陣列晶片。
具體實施方式
1.採用本發明的加工方法，製備樣品量小於1μL的超微孔分析板，比國外1536孔板更加節省試劑，而成本卻非常低廉。
2.製作工藝2.1材料的選擇和切割。
選擇厚度為1.4mm的有機玻璃板，用數控雕刻機將其切割為長度為5.0cm，寬度2.5cm的矩形片，這樣切割幾片打孔的薄片1；2.2矩形片打孔選1片切割好的打孔的薄片1，用工業用數控雷射切割機在片上雷射打孔，孔直徑0.80mm，孔中心距離都是2.5mm，形成17×6的陣列，每個晶片上有102個微孔。
2.3微陣列池的熱封合將打孔的薄片1與未打孔的薄片2貼在一起，用兩片玻璃載玻片3(顯微鏡用)將它們夾緊(如圖1所示)，在烘箱中106℃保溫10min，兩片有機玻璃矩形片就緊密結合在一起。一片上有孔，另一片沒有孔，就得到了微池陣列晶片4。
3.微池陣列晶片的指標3.1基本數據晶片長度50.0mm，寬度25.0mm，厚度2.80mm
102個微池，直徑0.80mm，深度1.40mm計算出每個微池的容積為0.70μL3.2微池底部透明度的一致性為了比色和螢光分析的需要，晶片上微池的底部需要保持透明，而且各池底透明的程度相同。在加工過程中，微池的底是同一塊有機玻璃板，厚度、透明度都是相同的。在封合過程中，作為微池底的部分未被覆蓋，保持了原有的透明度。因此各個微池底的透明度保持高度一致。
3.3微池體積的一致性我們得到的微池是一個圓柱形的空間，圓柱的高度(微池的深度)就是被穿孔的矩形有機玻璃板的厚度，由於有機玻璃板的厚度均勻，因此所有微池的深度都是一致的。
在雷射打孔過程中，由於光束直徑恆定，燒蝕出的孔徑也保持恆定，微池的直徑恆定。微池的容積可以用圓柱體積公式V＝πr2h來加以計算，其中r為微池半徑，h為微池深度。而各個微池的半徑和深度一致，則各個微池的容積有很高的一致性。
4.討論4.1晶片材料的選擇我們需要選擇透明的材料來製作晶片。易得的硬質透明材料有玻璃、有機玻璃等。在287-2600nm的光波長範圍內，玻璃的透光率為89-92％，有機玻璃(PMMA)的透光率大於92％。因此，我們決定選用有機玻璃來加工晶片。
4.2有機玻璃加工工藝的選擇4.2.1是否將有機玻璃板鑿穿用有機玻璃加工微池陣列晶片，有兩種選擇。一種是在一塊有機玻璃上開鑿出凹坑，但是不把有機玻璃鑿穿，留下一部分作為池底。另一種有機玻璃鑿穿，另外再用一塊透明有機玻璃板作池底。前一種方法，難於控制開鑿的深度，難於保持上百個凹坑有相同的深度。後一種方法，可以保證所有凹坑的深度相同。
4.2.2鑿孔方式我們需要開鑿出上下直徑一般粗(0.80mm)的圓孔，而且要求這些圓孔整齊排列成陣列形。由於要求這些孔整齊排列，所以需要用數控加工方式。普通的數控雕刻機的刻針是尖錐形，無法開鑿出上下一般粗的圓孔，只能開出錐形孔，所以我們選擇雷射加工手段。
4.3超微孔分析板尺寸的選擇我們選用有機玻璃薄板作為製作分析板的材料。我們將一塊有機玻璃板用雷射鑿穿，其板厚就是微池深度，由於我們希望取得小的微池體積以儘可能減少樣品消耗量，需要有機玻璃板儘可能的薄。此外，另一塊有機玻璃板作為微池的底部，底板越薄則透光性越好。我們從市場上買到的有機玻璃板最薄的是1.4mm，所以我們的超微孔板厚度為2.8mm。
超微孔板的板材面積尺寸越大，可以在上面加工出的微池就越多，在一個批次能測量的樣品就越多。但是，由於我們採用了薄有機玻璃板來加工，材質不夠堅硬，如果有機玻璃板尺寸過大的話，容易彎曲，難於保證得到的超微孔板的平整。而且，在熱封合過程中，需要將兩塊有機玻璃板夾持在一起，在夾持過程中，如果晶片面積過大，就難於保證在整個面積上受力均勻。我們選擇長50mm，寬25mm的尺寸，便於用載玻片夾持。
4.4微池的直徑就加工工藝而言，加工大直徑的微孔更為容易，而加工均勻一致的小直徑微孔更為困難。採用雷射切割機在我們購置的有機玻璃板上打孔，雷射束能打出的微孔最小直徑經測量為0.80mm。
4.5晶片封合手段的選擇有機玻璃是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的俗稱，人們通常利用丙酮等有機溶劑能溶解PMMA的特點，利用有機溶劑對有機玻璃進行粘接。目前市場上銷售的有機玻璃粘接劑主要成分也是有機溶劑。Zhou等利用混合有機溶劑實現了PMMA微流控晶片的低溫常壓封接。由於有機溶劑能夠部分溶解PMMA，溶劑揮發後析出的PMMA附著在有機玻璃板表面，會影響透明度，因此我們不準備使用溶劑封接。同樣，為了避免引入雜質影響透明度，我們也不準備採用其它的粘合劑。
PMMA是一種熱塑性塑料，軟化溫度為105℃，我們在106℃下對孔板和底板進行加熱封合，取得了良好的效果。這樣的封合方式不引入任何雜質，微池形狀均勻一致，池底保持了原有的透明度。
4.6封合過程中微孔的變形及及對分析測定的影響我們測量了封合前後的微孔直徑和深度，發現封合後微孔直徑變化和深度變化都在1％以內，經計算可知封合前後體積變化在3％以內((1.01)3-1≈3％)。
需要說明的是，光分析方法，不論是比色法還是螢光法，都是相對測量方法，其測量值的取得依賴於標準溶液的測定值與被測溶液的測定值之比較，因此只要封合後同一晶片上各個微池的形狀、體積、尺寸保持一致，微池對標準樣品和被測樣品的影響就是相同的，就不會影響最終測定值。通過測量，我們發現，封合後微池的深度和直徑都均勻一致。
4.7晶片上微池密度的確定人們希望在一塊分析板上有儘可能多的微池，這樣可以在一個批次分析對儘可能多的樣品進行測量。但是我們採用了加熱封合手段，如果微池密度過大，則孔板上空隙所佔面積大，而有機玻璃所佔空間小，在夾持加熱過程中可能會產生形變，不利於微孔形狀的保持。所以，微池間應當保留足夠的間隔，通過實驗我們選擇2.5mm的微池中心間距。
4.8同現有的微孔分析板的比較樣品消耗量我們製作的超微孔分析板，其微池的全容積為0.70微升(樣品池一般不加滿，可方便地測定0.2-0.6微升樣品)，其消耗樣品量少於目前的1536孔板、384孔板和96孔板。
分析通量我們製作的微孔分析板上有102個微池，分析通量略高於96孔板，但是低於384孔板和1536孔板。
透光率由於我們採用的PMMA的透光率高於玻璃和聚丙烯，而聚丙烯和玻璃是商品化微孔分析板的材料，因此我們製作的微孔分析板透光率略高於目前商品化的96孔板，384孔板和1536孔板。
5.結論我們摸索出微孔分析板的製作工藝，製得的微孔分析板有較高的分析通量(102樣品/塊)和非常低的樣品消耗量(小於0.70微升)。利用這種工藝，可以生產出規格與商業化產品相同規格的產品。
權利要求
1.一種可作為超微孔分析板的微池陣列晶片加工方法，其特徵在於採用以下步驟(1)製片選取透明材料，製成尺寸相同的兩塊薄片；(2)打孔取1片薄片，用雷射打孔機在薄片上均勻打上若干通孔；(3)封合將打孔的薄片和未打孔的薄片對齊夾緊，封合為一體，即得。
2.根據權利要求1所述的加工方法，其特徵在於所述的透明材料為有機玻璃。
3.根據權利要求2所述的加工方法，其特徵在於所述的封合為加熱封合，加熱溫度為106～110℃，加熱時間為5-15min。
全文摘要
本發明涉及一種超微孔分析板的加工方法，特別涉及一種可作為超微孔分析板的微池陣列晶片加工方法。本發明的加工方法，其特徵在於採用以下步驟(1)製片選取透明材料，製成尺寸相同的兩塊薄片；(2)打孔取1片薄片，用雷射打孔機在薄片上均勻打上若干通孔；(3)封合將打孔的薄片和未打孔的薄片對齊夾緊，封合為一體，即得。採用本發明的加工方法，具有加工微孔尺寸穩定，加工方法適合於工業化，加工成本低。
文檔編號G01N21/00GK101021525SQ20071001387
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月28日 優先權日2007年3月28日
發明者李文鵬, 劉慧玲, 張碩 申請人:李文鵬