專利名稱：微芯片和提取樣品方法、分離樣品方法、分析樣品方法及回收樣品方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微芯片以及使用所述微芯片提取樣品的方法、分離樣品的方法、分析樣品的方法和回收樣品的方法。
背景技術(shù)：
最近，將其中分離或分析來(lái)源于活體的物質(zhì)的功能包含在一個(gè)芯片上的微芯片的研究和開(kāi)發(fā)正在活躍進(jìn)行著(專利文件1)。在這些微芯片中，通過(guò)使用精細(xì)處理技術(shù)提供精細(xì)分離通道，并且可以將非常少量的樣品引入到微芯片中進(jìn)行分離和分析。
在其中利用微芯片進(jìn)行蛋白組學(xué)和基因組學(xué)研究的技術(shù)領(lǐng)域中，提出了引入電泳技術(shù)的方法。將蛋白和多肽通過(guò)電泳分離并從凝膠中回收以進(jìn)行分析。在其中使用微芯片的電泳中，如圖13(a)所示，輸入通道302和分離通道304在襯底300中形成十字形。如圖13(b)所示，將樣品從貯液器306輸入，通過(guò)在圖13(b)的橫向上施加電場(chǎng)，使輸入的樣品向右移動(dòng)。如圖13(c)所示，通過(guò)在圖13(c)縱向上施加電場(chǎng)，使處于輸入通道302和分離通道304相互交叉位置中的樣品流到分離通道中。因此，可以分離速度彼此不同的組分。
專利文件1日本專利申請(qǐng)公開(kāi)(JP-A)2002-131280。

發(fā)明內(nèi)容
但是，從輸入通道引入到分離通道的非常少量的樣品在分離過(guò)程中只能獲得非常少量的目標(biāo)組分。因此，不能獲得具有高密度的目標(biāo)組分，并且有時(shí)不能進(jìn)行高精度分析。另一方面，當(dāng)加寬輸入通道的寬度以增加引入的樣品數(shù)量時(shí)，在分離通道中流動(dòng)的樣品的帶寬也變寬，從而降低了分辨率，并且有時(shí)不能進(jìn)行高精度分析。
考慮到上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種通過(guò)簡(jiǎn)單操作將非常少量的樣品有效分離或回收的技術(shù)。本發(fā)明的另一目的是提供一種有效分析非常少量樣品的技術(shù)。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種微芯片，所述微芯片包含其中提供有通道的基層材料，所述微芯片從引入到通道中的復(fù)合物中提取樣品，所述復(fù)合物是樣品和保有所述樣品的載體的復(fù)合物，其中所述通道包括進(jìn)口，通過(guò)所述進(jìn)口將所述復(fù)合物引入；堰塞(damming)部分，所述部分阻擋所述復(fù)合物；引入通道，從所述進(jìn)口到所述堰塞部分提供所述通道，所述復(fù)合物流過(guò)所述引入通道；和位于堰塞部分下游側(cè)的樣品通道，所述樣品通道和引入通道通過(guò)堰塞部分相通，樣品流過(guò)所述樣品通道，從被阻擋在堰塞部分的復(fù)合物中提取樣品。
本發(fā)明中，樣品提取是指將樣品從樣品和保有樣品的載體形成的復(fù)合物中取出。堰塞部分具有通過(guò)防止從引入通道流入的復(fù)合物移動(dòng)進(jìn)入樣品通道而阻擋復(fù)合物的功能。
根據(jù)本發(fā)明的微芯片，在引入通道中流動(dòng)的復(fù)合物不能通過(guò)堰塞部分，并且不能移動(dòng)到和堰塞部分相通的樣品通道中。因此，引入到引入通道中的復(fù)合物在堰塞部分沉積并在阻擋位置中濃縮，從而提高了堰塞部分中的樣品濃度。這是當(dāng)樣品保留在復(fù)合物中的同時(shí)，樣品在堰塞部分沉積。
在將樣品分離、回收和分析的情況下，必須將樣品預(yù)先濃縮。但是，按照常規(guī)方法在濃縮上有限制。在分離樣品以獲得樣品帶時(shí)，存在提高分離效率的余地。另一方面，本發(fā)明中，可以將樣品在堰塞部分濃縮的同時(shí)，為載體所保有，從而在堰塞部分濃縮復(fù)合物。因此，可以在充分濃縮后，將樣品從復(fù)合物中提取出來(lái)。于是，可以使樣品從堰塞部分移動(dòng)到樣品通道，同時(shí)濃縮。因此，可以在樣品通道中以高濃度形式將樣品分離、分析和回收，并且可以有效進(jìn)行這些操作。
可以使用物理方法或者遠(yuǎn)程操作方法作為在堰塞部分阻擋復(fù)合物的方法。例如，當(dāng)用物理方法阻擋復(fù)合物時(shí)，可以這樣形成堰塞部分，使其具有溝通通道，通過(guò)所述溝通通道，引入通道和樣品通道相通。通過(guò)形成其中樣品可以通過(guò)溝通通道而復(fù)合物不能通過(guò)溝通通道的構(gòu)造，可以有效地阻擋復(fù)合物。
當(dāng)樣品可以快速提取時(shí)，可以通過(guò)刺激使復(fù)合物的結(jié)構(gòu)完全崩潰或分解，或者可以使部分結(jié)構(gòu)崩潰或分解。
本發(fā)明的微芯片可以包含刺激施加單元，所述單元向復(fù)合物施加刺激以提取樣品，所述復(fù)合物是被堰塞部分阻擋著的。
同樣，本發(fā)明中，可以在將復(fù)合物阻擋在通道中的預(yù)定位置之后施加刺激。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種提取樣品的方法，其中使用包含其中提供有通道的基層材料的微芯片，將樣品和保有所述樣品的載體的復(fù)合物引入到通道中，并且通過(guò)向復(fù)合物施加刺激，從所述復(fù)合物中提取出樣品。
本發(fā)明中，刺激是指可以從復(fù)合物中提取出樣品的程度大小的刺激。當(dāng)將預(yù)定的刺激施加在沉積在堰塞部分的復(fù)合物上時(shí)，從復(fù)合物中提取出樣品。堰塞部分溝通引入通道和樣品通道，并且復(fù)合物不能通過(guò)堰塞部分，而樣品可以通過(guò)堰塞部分，因?yàn)闃悠繁葟?fù)合物小。因此，本發(fā)明中，提供刺激施加單元，并且可以向沉積在堰塞部分的復(fù)合物施加刺激以提取樣品，因而可以在更優(yōu)選的時(shí)間(timing)安全地進(jìn)行樣品提取。
本發(fā)明的微芯片中，通道可以包括分離樣品中組分的分離部分。
而且，根據(jù)本發(fā)明，提供一種分離樣品的方法，其中，在采用上述提取樣品方法從復(fù)合物中提取樣品之后，在通道的下游側(cè)分離提取出的樣品中的組分。
因此，在樣品含有多種組分的情況下，還可以有效地進(jìn)行組分分離。因?yàn)楫?dāng)將樣品保留在復(fù)合物中的同時(shí)，可以將其在堰塞部分濃縮，可以將樣品以濃縮帶形式引入到樣品通道，從而可以高效地進(jìn)行分離。樣品可以含有一種組分，或者樣品可以含有不少于兩種的組分。
在本發(fā)明的微芯片中，通道可以包括分析樣品的分析部分。
而且，根據(jù)本發(fā)明，提供一種分析樣品的方法，其中在采用上述提取樣品方法從復(fù)合物中提取樣品之后，在通道的下游側(cè)分析提取出的樣品。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)榭梢詫悠窂难呷糠忠苿?dòng)到樣品通道同時(shí)濃縮，樣品具有不低于可以進(jìn)行恒定基準(zhǔn)(constant reference)的濃度。因此可以提高分析精度和靈敏度。
在本發(fā)明的微芯片中，通道可以包括回收樣品的回收部分。
而且，根據(jù)本發(fā)明，提供一種回收樣品的方法，其中在采用上述提取樣品方法從復(fù)合物中提取樣品之后，在通道的下游側(cè)回收提取出的樣品。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)榭梢詫悠窂难呷糠忠苿?dòng)到樣品通道同時(shí)濃縮，可以以高密度方式有效地回收樣品。
在本發(fā)明的微芯片中，堰塞部分具有多個(gè)突起。
在引入到引入通道中的復(fù)合物中，首先到達(dá)堰塞部分的復(fù)合物不能通過(guò)突起之間的縫隙而被堰塞部分所阻擋。然后，隨后到達(dá)堰塞部分的復(fù)合物在堰塞部分沉積。因此，通過(guò)在堰塞部分提供多個(gè)突起，可以將復(fù)合物以物理方式安全地截留在堰塞部分。而且，可以根據(jù)復(fù)合物的形狀和大小以及樣品的形狀和大小，通過(guò)將突起的形狀和之間的間距調(diào)節(jié)到預(yù)定的尺度，選擇最適宜的構(gòu)造。
在本發(fā)明的微芯片中，刺激施加單元可以是加熱元件。
而且，本發(fā)明中，可以通過(guò)加熱復(fù)合物而向復(fù)合物施加刺激。
因而，可以優(yōu)選使用其結(jié)構(gòu)在預(yù)定樣品提取溫度下改變的載體來(lái)提取樣品。而且，可以優(yōu)選將樣品進(jìn)行分離或分析。
在本發(fā)明的微芯片中，刺激施加單元可以是光輻照元件。
用光輻照元件可以將刺激更加快速地施加到復(fù)合物上。因此，通過(guò)使用在光照條件下分解和分裂的復(fù)合物，可以快速開(kāi)始樣品提取和樣品向樣品通道的移動(dòng)。
本發(fā)明中，可以通過(guò)改變通道中的pH向復(fù)合物施加刺激。
因此，可以通過(guò)將用于改變pH的物質(zhì)，例如鹽等，引入到引入通道中，以容易地改變復(fù)合物的結(jié)構(gòu)來(lái)提取樣品。而且，可以優(yōu)選將樣品進(jìn)行分離或分析。
此外，本發(fā)明中，可以通過(guò)稀釋載體的濃度向復(fù)合物施加刺激。
因此，例如，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的方法提取樣品。還可以優(yōu)選將樣品進(jìn)行分離或分析。
本發(fā)明中，可以通過(guò)遠(yuǎn)程操作將復(fù)合物保留在預(yù)定位置來(lái)阻擋復(fù)合物。
本發(fā)明中，“通過(guò)遠(yuǎn)程操作將復(fù)合物保留”是指不是通過(guò)物理干擾元件將復(fù)合物阻擋在堰塞部分，而是從通道外部對(duì)復(fù)合物進(jìn)行預(yù)定的操作，使復(fù)合物選擇性地存在于堰塞部分中。在通過(guò)遠(yuǎn)程操作保留復(fù)合物的情況下，沒(méi)有必要在通道中提供物理干擾元件。因此，在施加刺激后，通過(guò)將樣品以外的組分，例如構(gòu)成載體的分子抑制在堰塞部分，而在堰塞部分產(chǎn)生堵塞以干擾樣品的通過(guò)。
例如，在本發(fā)明的樣品分離方法中，遠(yuǎn)程操作可以是激光阱(以下也稱作“光學(xué)鉗子(optical tweezers)”)。因此，用光照射堰塞部分，通過(guò)使用光學(xué)鉗子功能而安全地保留復(fù)合物。在通過(guò)激光阱將復(fù)合物保留在堰塞部分的情況下，位于保留的復(fù)合物上游側(cè)的復(fù)合物受到保留的復(fù)合物的干擾并且無(wú)法通過(guò)堰塞部分，而將復(fù)合物沉積在堰塞部分。因此，可以將復(fù)合物安全地沉積在堰塞部分而不用提供物理障礙部分。
此外，在制造微芯片之后，可以很容易地在通道中的任意位置形成堰塞部分。因此，擴(kuò)大了微芯片設(shè)計(jì)的自由度，從而可以獲得具有更適合其用途的構(gòu)造的微芯片?？梢园踩焖俚貜妮d體中提取樣品，從載體中提取樣品是通過(guò)施加刺激而實(shí)現(xiàn)的，并且可以開(kāi)始樣品的移動(dòng)。
如上所述，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)這樣一種其中通過(guò)簡(jiǎn)單操作可以有效地分離或回收非常少量的樣品的技術(shù)。而且，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)有效分析非常少量樣品的技術(shù)。


本發(fā)明的上述目的、其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將在如下的實(shí)施方案和附圖中變得更加清晰。
圖1是顯示其中將通用分離裝置應(yīng)用于本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的構(gòu)造的視圖；圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的微芯片構(gòu)造的視圖；圖3是顯示圖2的微芯片的一個(gè)截面的視圖；圖4是用于解釋使用圖2微芯片的方法的視圖；圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的微芯片構(gòu)造的視圖；圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的微芯片構(gòu)造的視圖；圖7是顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的微芯片構(gòu)造的視圖；
圖8是顯示圖2微芯片中樣品引入部分的外周的放大視圖；圖9是沿著圖8的B-B’線的截面圖；圖10是顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案制造微芯片的方法的過(guò)程截面圖；圖11是顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案制造微芯片的方法的過(guò)程截面圖；圖12是顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案制造微芯片的方法的過(guò)程截面圖；圖13是顯示常規(guī)分離裝置的構(gòu)造的頂視圖；圖14是用于解釋在圖5微芯片堰塞部分的阻擋方法的視圖；圖15是顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的微芯片堰塞部分構(gòu)造的頂視圖；圖16是顯示在圖1的微芯片中提供分離單元和分析單元時(shí)通道構(gòu)造的視圖；圖17是用于解釋制造圖15微芯片中堰塞部分的一種方法的視圖；圖18是用于解釋制造圖15微芯片中堰塞部分的一種方法的視圖；和圖19是顯示根據(jù)實(shí)施例的微芯片中第一通道的熒光顯微鏡圖像的頂視圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方案。
(第一實(shí)施方案)本實(shí)施方案涉及一種微芯片，所述微芯片中在提供于通道中的堰塞部分中提供物理堰塞元件。圖1顯示這樣一種構(gòu)造的視圖，所述構(gòu)造中將本實(shí)施方案的微芯片應(yīng)用于分離裝置。構(gòu)成分離裝置100的微芯片101包括樣品引入部分107，第一通道105，第二通道106和樣品回收部分109。在襯底103上形成樣品引入部分107。在第一通道105中提供堰塞部分111，并且堰塞部分阻擋了處于復(fù)合物狀態(tài)的樣品，其中載體保有樣品。在第二通道106的預(yù)定部分提供分離區(qū)域(未顯示)。
在由載體保有樣品，即樣品處于復(fù)合物狀態(tài)的同時(shí)，將其引入到樣品引入部分，并在第一通道105中移動(dòng)。因?yàn)闃悠繁惠d體保有時(shí)不能通過(guò)堰塞部分111，所以樣品在堰塞部分111中沉積。當(dāng)響應(yīng)稍后提及的在預(yù)定時(shí)間施加的外部刺激而從載體中釋放樣品時(shí)，樣品通過(guò)堰塞部分111，并且通過(guò)提供在堰塞部分111下游側(cè)的第二通道106向下游側(cè)移動(dòng)，即向樣品回收部分109側(cè)移動(dòng)。在第二通道106中對(duì)通過(guò)堰塞部分111的樣品進(jìn)行分離和分級(jí)，或者從樣品回收部分109回收樣品。
分離裝置100和微芯片101不限于圖1中的構(gòu)造，而是可以采用任何構(gòu)造。在微芯片101中，分別在樣品引入部分107和樣品回收部分109中提供電極120a和電極120b。將電極120a和電極120b連接到微芯片101外面的電源122上。分離裝置100還包括電源控制單元124。電源控制單元124控制施加到電極120a和電極120b上的電壓施加模式，例如方向、電位和時(shí)間。
此處，可以使用硅襯底，玻璃襯底如石英，或者由塑料材料制成的襯底，作為襯底103?？梢酝ㄟ^(guò)在襯底103中開(kāi)槽來(lái)提供第一通道105或第二通道106。另外，還可以這樣形成第一通道105或第二通道106，例如對(duì)疏水襯底表面進(jìn)行親水處理，或者對(duì)親水襯底103表面中的第一通道105或第二通道106的壁部分進(jìn)行疏水處理。在使用塑料材料作為襯底103的情況下，可以用熟知的適合于這種襯底103材料的方法來(lái)形成第一通道105或第二通道106，所述的方法例如蝕刻，用金屬模壓模如壓花模塑，注射成型，以及光固化成型。
第一通道105和第二通道106的寬度是根據(jù)分離目的而適當(dāng)設(shè)置的。例如，在細(xì)胞的液體部分組分(細(xì)胞質(zhì))中提取大分子組分(DNA、RNA、蛋白、糖鏈)時(shí)，將寬度設(shè)置在5μm到1000μm的范圍內(nèi)。
通過(guò)在微芯片101的第二通道106中提供分析區(qū)，不僅可以進(jìn)行樣品的分離，而且可以進(jìn)行樣品的分析。即，還可以將微芯片101用作樣品分析裝置。當(dāng)從樣品回收部分109回收樣品時(shí)，還可以將其用作樣品回收裝置。
下面將描述微芯片101的詳細(xì)構(gòu)造。在如下實(shí)施方案中，可以將樣品引入部分107或樣品回收部分109用作緩沖溶液等的貯液器。
圖2是顯示根據(jù)本實(shí)施方案的微芯片構(gòu)造的視圖，圖3(a)是沿著圖2微芯片的A-A’線的截面圖，而圖3B是沿著圖2微芯片的B-B’線的截面圖。
微芯片101中，在提供于第一通道105中的堰塞部分111中提供含有多個(gè)柱狀體115的障礙部分113。如圖3(b)所示，用加熱器117從堰塞部分111的底表面加熱所述部分。在圖2中，盡管柱狀體115的一條線在垂直于第一通道105延伸方向的方向上延伸，但是可以在障礙部分113中提供多個(gè)柱狀體115線。
將樣品從樣品引入部分107引入到第一通道105中。此時(shí)，當(dāng)樣品是被載體所保有時(shí)，所述載體具有不能通過(guò)柱狀體115之間縫隙的大小，樣品和載體被堰塞部分111所阻擋，直至所需的時(shí)間。當(dāng)通過(guò)加熱器117將溫度升高到預(yù)定溫度時(shí)，所述的預(yù)定溫度觸發(fā)樣品通過(guò)堰塞部分111，并將樣品引入第二通道106，通過(guò)第二通道106向下游流動(dòng)，即向樣品回收部分109流動(dòng)。然后，將通過(guò)采用如下方法來(lái)詳細(xì)描述所述過(guò)程將樣品提取到第二通道106中，而帶電荷的樣品是由被加熱分解的載體所保有的。
圖4是用于解釋使用微芯片101的方法的視圖。參照?qǐng)D4，樣品提取是按照如下步驟進(jìn)行的(i)通過(guò)電流傳導(dǎo)產(chǎn)生的樣品-載體復(fù)合物119的移動(dòng)，(ii)樣品-載體復(fù)合物119在堰塞部分111的沉積，(iii)樣品-載體復(fù)合物119的移動(dòng)的停止，(iv)通過(guò)加熱產(chǎn)生的樣品121的釋放，(v)加熱的停止，和(vi)樣品121至第二通道106中的移動(dòng)。
在步驟(i)至(vi)之后，可以將樣品121引入到樣品引入部分107中，重復(fù)從步驟(i)開(kāi)始的步驟。
(i)通過(guò)電流傳導(dǎo)產(chǎn)生的樣品-載體復(fù)合物119的移動(dòng)首先將樣品-載體復(fù)合物119引入到樣品引入部分107(圖4(a))。如圖1所示，在樣品引入部分107和樣品回收部分109之間向樣品-載體復(fù)合物119施加電壓，使樣品-載體復(fù)合物119在第一通道105中從樣品引入部分107流向樣品回收部分109。
(ii)樣品-載體復(fù)合物119在堰塞部分111的沉積當(dāng)樣品-載體復(fù)合物119到達(dá)堰塞部分111時(shí)，由于不能通過(guò)柱狀體115之間的縫隙，復(fù)合物119無(wú)法通過(guò)堰塞部分111而被阻擋于在柱狀體115附近。隨后到達(dá)堰塞部分111的樣品-載體復(fù)合物119預(yù)先在已被阻擋的樣品-載體復(fù)合物119附近被阻擋，因?yàn)榈竭_(dá)堰塞部分111的樣品-載體復(fù)合物119已經(jīng)被阻擋于柱狀體115附近。在第一通道105中移動(dòng)的樣品-載體復(fù)合物119被堰塞部分111所阻擋而沉積(圖4(b))。
(iii)樣品-載體復(fù)合物119的移動(dòng)的停止在將預(yù)定數(shù)量的引入到樣品引入部分107中的樣品-載體復(fù)合物119在堰塞部分111沉積的情形下，停止施加電壓。
(iv)通過(guò)加熱產(chǎn)生的樣品121的釋放當(dāng)停止施加電壓時(shí)，打開(kāi)提供于堰塞部分111底部的加熱器(圖2中未顯示)進(jìn)行加熱。當(dāng)將樣品-載體復(fù)合物119加熱到發(fā)生結(jié)構(gòu)改變的溫度時(shí)，樣品-載體復(fù)合物119被分解成樣品121和載體123(圖4(c))。此時(shí)，保有樣品121的載體123可以形成為多分子的簇或者交聯(lián)的大分子(giganticmolecule)。
(v)加熱的停止當(dāng)將樣品-載體復(fù)合物119分解成樣品121和載體123時(shí)，停止加熱器的加熱。
(vi)樣品121至第二通道106中的移動(dòng)再次在樣品引入部分107和樣品回收部分109之間施加電壓，使釋放出的樣品121從堰塞部分111流向樣品回收部分109。因?yàn)獒尫懦龅臉悠?21具有能夠通過(guò)柱狀體115之間的縫隙的大小，所以所述樣品穿過(guò)堰塞部分111并移動(dòng)通過(guò)第二通道106(圖4(d))。當(dāng)在堰塞部分111的下游側(cè)提供分離區(qū)或分析區(qū)(圖4中未顯示)時(shí)，可以對(duì)相對(duì)較大量的樣品121進(jìn)行分離或分析。當(dāng)然，無(wú)疑可以從樣品回收部分109回收樣品121。
因此，在微芯片101中，樣品-載體復(fù)合物119移動(dòng)通過(guò)第一通道105，并且從樣品-載體復(fù)合物119中釋放出的樣品121移動(dòng)通過(guò)第二通道106。由于樣品-載體復(fù)合物119不能通過(guò)堰塞部分111，所述復(fù)合物無(wú)法移動(dòng)到第二通道106中。
因此，直到沉積預(yù)定數(shù)量的樣品-載體復(fù)合物119，樣品121無(wú)法移動(dòng)到第二通道106中，并且在堰塞部分111以樣品-載體復(fù)合物119形式沉積。通過(guò)用加熱器117控制溫度，可以很容易地進(jìn)行從樣品-載體復(fù)合物119中釋放樣品121的過(guò)程。因此，當(dāng)在第二通道106中進(jìn)行分離操作時(shí)，在濃縮更大數(shù)量的樣品的同時(shí)，可以開(kāi)始進(jìn)行分離，即樣品121的移動(dòng)，這使得分離以更高的精度進(jìn)行。而且，當(dāng)進(jìn)行分析操作時(shí)，可以提高測(cè)量精度和靈敏度。
圖16是顯示在微芯片101中提供樣品分離部分149或樣品分析部分151時(shí)通道構(gòu)造的視圖。參照?qǐng)D16(a)，在堰塞部分111的下游側(cè)提供樣品分離部分149。在樣品分離部分149中形成直徑小于柱狀體115直徑的柱狀體。因此，當(dāng)樣品-載體復(fù)合物119升溫到預(yù)定溫度時(shí)，將沉積在堰塞部分111的樣品-載體復(fù)合物119中的樣品121從樣品-載體復(fù)合物119中分離出來(lái)，所述樣品通過(guò)堰塞部分111，并且通過(guò)樣品分離部分149而分離。
此時(shí)，樣品121在堰塞部分111中被濃縮，因而在分離開(kāi)始時(shí)可以提高樣品濃度。由于將預(yù)定數(shù)量的樣品-載體復(fù)合物119儲(chǔ)存在堰塞部分111，可以進(jìn)行樣品分離，同時(shí)確保足夠量的樣品。因此，在微芯片101中，可以在將相對(duì)大量的樣品在堰塞部分111中濃縮之后再分離樣品121中的組分。此時(shí)，還可以提高由樣品分離部分149所分離的每個(gè)部分的濃度。因此，還可以對(duì)少量樣品安全和有效地進(jìn)行分離。
圖16(b)顯示了在第二通道106中形成樣品分析部分151的一個(gè)實(shí)例。將樣品-載體復(fù)合物119中的樣品在堰塞部分111中沉積和濃縮，因此還可以有效地進(jìn)行分析。對(duì)樣品分析部分151中的分析類型沒(méi)有特別限制。例如，用預(yù)定波長(zhǎng)的光從微芯片101的上方照射樣品分析部分151，并且從微芯片101底表面進(jìn)行檢測(cè)，以這種方式可以檢測(cè)或測(cè)定具有特定吸收波長(zhǎng)的物質(zhì)。
對(duì)樣品-載體復(fù)合物119沒(méi)有特別限制，只要能夠安全保有樣品121，將其攜帶至堰塞部分111即可。例如，可以使用其中保有樣品121的脂質(zhì)體，樹(shù)枝狀大分子，微粒等?？梢詮挠糜贒DS(藥物輸送系統(tǒng))的材料中選擇載體。對(duì)樣品-載體復(fù)合物119的大小沒(méi)有特別限制，只要其不能通過(guò)柱狀體115之間的縫隙即可。
此外，對(duì)柱狀體115之間的縫隙沒(méi)有特別限制，只要能讓樣品121通過(guò)而不讓樣品-載體復(fù)合物119通過(guò)即可。盡管微芯片101具有在障礙部分113中提供柱狀體115的構(gòu)造，但構(gòu)成障礙部分113的障礙元件不限于柱狀體115。例如，可以提供形成為裂縫形狀的障礙元件?？梢杂弥荒軡B透直徑不大于預(yù)定大小的粒子的多孔材料形成障礙元件。
接著，將描述制備圖2中所示微芯片101和樣品-載體復(fù)合物119的方法。在這種情況下，示例的是樣品121是DNA，載體123是嵌段共聚物，而樣品-載體復(fù)合物119是由所述嵌段共聚物和樣品形成的膠束，即膠束中包含DNA。
首先，微芯片101的制備進(jìn)行如下可以采用和圖1所示相同的方式在襯底103上形成第一通道105，第二通道106，樣品引入部分107，樣品回收部分109。
例如，可以通過(guò)將襯底103蝕刻為預(yù)定的圖案形狀，而在襯底103上形成柱狀體115。對(duì)其形成方法沒(méi)有特別限制。圖10、11和12是顯示該方法實(shí)例的過(guò)程截面圖。在每個(gè)附圖中，中間是頂視圖，左右兩邊是截面圖。所述方法中，第一通道105堰塞部分111中提供的柱狀體115是采用以杯芳烴作為精細(xì)處理抗蝕劑的電子束光刻技術(shù)形成的。杯芳烴分子結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例顯示如下。使用杯芳烴作為電子束曝光抗蝕劑，并且可以優(yōu)選將杯芳烴用作納米處理抗蝕劑。
在這種情況下，使用具有(100)平面方向的硅襯底作為襯底103。如圖10(a)所示，在襯底103上順序形成氧化硅薄膜185和杯芳烴電子束負(fù)型抗蝕層183。將氧化硅薄膜185和杯芳烴電子束負(fù)型抗蝕層183的最終厚度(file thickness)分別設(shè)置為40nm和55nm。然后，用電子束(EB)將變成柱狀體115的區(qū)域曝光。用二甲苯進(jìn)行顯影，用異丙醇進(jìn)行漂清。如圖10(b)所示，通過(guò)所述方法使杯芳烴電子束負(fù)型抗蝕層183形成圖案。
然后，將正型光致抗蝕劑137涂布在表面上(圖10(c))。將薄膜厚度設(shè)置為1.8μm。然后進(jìn)行掩模曝光，使變成第一通道105和第二通道106的區(qū)域暴露出來(lái)，并且進(jìn)行顯影(圖11(a))。
然后，使用CF4和CHF3混合氣體進(jìn)行氧化硅薄膜185的RIE蝕刻。將蝕刻后(post-etching)的薄膜厚度設(shè)置為40nm(圖11(b))。在用丙酮、醇和水的混合溶液進(jìn)行有機(jī)清洗而除去抗蝕劑后，進(jìn)行氧化等離子體處理(圖11(c))。然后，用HBr氣體進(jìn)行襯底103的ECR蝕刻。將硅襯底103的蝕刻后步驟，即柱狀體115的高度設(shè)置為400nm(圖12(a))。通過(guò)用BHF緩沖氫氟酸進(jìn)行濕法蝕刻，除去氧化硅薄膜185(圖12(b))。從而在襯底103上形成第一通道105、柱狀體115和第二通道106。
此時(shí)，優(yōu)選在(圖12(b))的處理之后對(duì)襯底103表面進(jìn)行親水處理。通過(guò)對(duì)襯底103表面進(jìn)行親水處理，將樣品-載體復(fù)合物119的分散體溶液平穩(wěn)地引入到第一通道105、第二通道106和堰塞部分111中柱狀體115之間的縫隙中。特別是在這樣的堰塞部分111中，其中通過(guò)柱狀體115精密地形成第一通道105，通過(guò)對(duì)第一通道105表面進(jìn)行親水處理，毛細(xì)現(xiàn)象優(yōu)選地促進(jìn)了移動(dòng)相的引入。而且，優(yōu)選抑制如下現(xiàn)象將樣品-載體復(fù)合物119非特異性地吸附到第一通道105表面上以改變其結(jié)構(gòu)，并且暴露疏水部分以釋放樣品121。
因此，在圖12(b)的處理之后，將襯底103放入爐中以形成硅熱氧化物薄膜187(圖12(c))。在這種情況下，選擇熱處理?xiàng)l件，使氧化物薄膜厚度變?yōu)?0nm。通過(guò)形成硅熱氧化物薄膜187，可以消除將液體引入到分離裝置中的困難。然后，用覆蓋物145進(jìn)行靜電粘合，并且進(jìn)行密封，從而完成微芯片101(圖12(d))。
在使用硅作為襯底103的情況下，還可以用代替杯芳烴電子束負(fù)型抗蝕層183的Sumiresist NEB(Sumitomo Chemical Co.，Ltd的產(chǎn)品)等形成圖案。可以根據(jù)樣品-載體復(fù)合物119的大小，通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇抗蝕劑的種類來(lái)設(shè)計(jì)堰塞部分111。
在使用塑料材料作為襯底103的情況下，可以用熟知的適合于這種襯底103材料的方法來(lái)形成柱狀體115，所述的方法例如蝕刻，用金屬模壓模如壓花模塑，注射成型，以及光固化成型。
在襯底103是由塑料材料制成的情況下，通過(guò)機(jī)械加工或蝕刻形成母體(master)，通過(guò)逆向傳遞的電鑄從母體制造金屬模，并且可以采用注射成型或注射壓力成型方法，用金屬模形成其中形成有柱狀體115的襯底103。還可以通過(guò)沖模沖壓形成柱狀體115。而且，可以用光固化樹(shù)脂，通過(guò)快速原型法形成其中形成有柱狀體115的襯底103。
下面描述在樣品引入部分107和樣品回收部分109中形成電極的方法。在這種情況下，將參照?qǐng)D8和9將樣品引入部分107作為一個(gè)實(shí)例來(lái)描述。圖8是顯示圖2微芯片101中樣品引入部分107的外周的放大視圖；圖9是沿著圖8的B-B’線的截面圖。覆蓋物145被安置在襯底103上，襯底103中提供有第一通道105和樣品引入部分107。在覆蓋物145中制造開(kāi)口139，使緩沖溶液等可以注入。在覆蓋物145上提供導(dǎo)電通路141，使其和外部電源相連。
此外，如圖9中所示，沿著樣品引入部分107的壁表面和導(dǎo)電通路141提供電極板143。將電極板143和導(dǎo)電通路141相互卷曲并導(dǎo)電性相連。樣品回收部分109具有如上所述相同的結(jié)構(gòu)。在分別在樣品引入部分107和樣品回收部分109中形成的電極板143中，當(dāng)通過(guò)確保襯底103下表面中的導(dǎo)電性將下表面和外部電源(圖中未顯示)相連時(shí)，可以施加電壓。
回到圖3，在將襯底用上述方式處理之后，如圖3(b)所示，在襯底103底部形成加熱器117。加熱器117控制堰塞部分111的溫度。
在使用塑料作為襯底103材料的情況下，還優(yōu)選對(duì)表面進(jìn)行親水處理。
至于使表面具有親水性的表面處理，例如可以將含有親水性基團(tuán)的偶合劑涂布在第一通道105或第二通道106的側(cè)壁上。例如，可以列舉含有氨基的硅烷偶合劑作為含有親水性基團(tuán)的偶合劑。具體實(shí)例包括N-β(氨基乙基)γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷，N-β(氨基乙基)γ-氨基丙基甲基三甲氧基硅烷，N-β(氨基乙基)γ-氨基丙基甲基三乙氧基硅烷，γ-氨基丙基三甲氧基硅烷，γ-氨基丙基三乙氧基硅烷和N-苯基-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷?？梢酝ㄟ^(guò)旋涂法，噴淋法，浸漬法，氣相生長(zhǎng)法等來(lái)施用這些偶合劑。
下面將描述樣品-載體復(fù)合物119。使用核酸作為樣品121。例如，選擇DNA作為核酸。由于DNA是聚陰離子，當(dāng)使用包含聚陽(yáng)離子的分子作為載體123時(shí)，可以形成膠束同時(shí)包含DNA?？梢允褂眠@種膠束作為樣品-載體復(fù)合物119。
可以使用聚陽(yáng)離子和刺激敏感聚合物的嵌段共聚物作為包含聚陽(yáng)離子的分子。在本實(shí)施方案中，因?yàn)橥ㄟ^(guò)用加熱器117加熱而使樣品-載體復(fù)合物119分解，所以使用溫度響應(yīng)聚合物作為刺激敏感聚合物。
例如，可以使用含有氨基的聚合物作為聚陽(yáng)離子。具體而言，可以使用聚-L-賴氨酸(polyLys)。可以使用具有LCST(下部臨界會(huì)溶溫度)的聚合物作為溫度響應(yīng)聚合物。具有LCST的聚合物包括含有烷基取代基的聚丙烯酰胺衍生物，例如聚N-異丙基丙烯酰胺(PIPAAm)。可以根據(jù)樣品121的耐熱性等選擇具有特定LCST的結(jié)構(gòu)。
例如，可以根據(jù)JP-A H9-169850或者A.Harada和K.Kataoka，Macromolecules，28，5294-5299頁(yè)(1995)中所述的方法制備這些嵌段共聚物。
將獲得的聚陽(yáng)離子-溫度響應(yīng)聚合物嵌段共聚物，例如polyLys-PIPAAm嵌段共聚物溶解在預(yù)定的溶劑中，使其濃度不低于CMC(臨界膠束濃度)。將樣品121的溶液與其混合，形成膠束。例如，可以采用滲析方法和使用超聲波的方法作為形成膠束的方法。
用上述方式獲得的膠束包含DNA，即樣品121。在膠束中，溫度響應(yīng)聚合物是朝著水相側(cè)定向的。將這種膠束用作樣品-載體復(fù)合物119，并如上所述地使其駐留在堰塞部分111。當(dāng)在預(yù)定時(shí)間加熱堰塞部分111時(shí)，嵌段共聚物的溫度響應(yīng)區(qū)在溫度響應(yīng)聚合物的LCST下快速收縮，并且至少部分膠束破裂。因此，通過(guò)施加電場(chǎng)使樣品回收部分109成為陽(yáng)極，可以將DNA選擇性地移動(dòng)到提供在堰塞部分111下游的第二通道106。
在升高溫度中將構(gòu)成載體123的共聚物聚集時(shí)，可以進(jìn)一步抑制載體123通過(guò)堰塞部分111，從而可以只讓樣品121選擇性地移動(dòng)到第二通道106。在這種情況下，在樣品121的分離或分析結(jié)束后，將溫度降低到不高于LCST的溫度，可以使其再次溶解在水中。此時(shí)，由于在堰塞部分111不存在DNA，溶解的共聚物通過(guò)柱狀體115之間的縫隙而不形成膠束。因此，可以從樣品回收部分109回收載體123以再次使用。
除了聚陽(yáng)離子和溫度響應(yīng)聚合物外，為了更穩(wěn)定地形成包含DNA的膠束，可以使用親水性聚合物-溫度響應(yīng)聚合物-聚陽(yáng)離子嵌段共聚物，其中使用親水性聚合物作為載體123。當(dāng)使用含有親水性聚合物的分子作為載體123時(shí)，可以優(yōu)選將聚陽(yáng)離子和聚陰離子DNA的區(qū)域安排在內(nèi)部相中，并且可以將親水聚合物安排在水相中。
例如，可以將聚乙烯衍生物，例如聚乙二醇(PEG)，聚環(huán)氧乙烷(PEO)和聚乙烯醇(PVA)；以及多糖，例如支鏈淀粉和葡聚糖，用作親水性聚合物。具體地，可以列舉PEG-PIPAAm-polyLys嵌段共聚物作為親水性聚合物-溫度響應(yīng)聚合物-聚陽(yáng)離子嵌段的一個(gè)實(shí)例。
上述描述中，舉例說(shuō)明了樣品121具有陰離子性質(zhì)的情況。另一方面，在樣品121是聚陽(yáng)離子的情況下，類似地，通過(guò)在載體123中提供陰離子區(qū)，例如多聚羧酸和多聚磷酸，可以獲得膠束。在樣品121具有疏水性的情況下，可以在載體123中形成疏水區(qū)，例如聚苯乙烯。
根據(jù)本實(shí)施方案的微芯片可用于多種組分的分離和分析，所述的組分包括源自組織的組分，例如通過(guò)破碎細(xì)胞獲得的液體部分中的高分子量組分(DNA，RNA，蛋白，糖鏈等)和低分子量組分(甾族化合物，葡萄糖，多肽等)。
本實(shí)施方案不限于這些方法，可以使用包含具有不同遷移距離的組分的任何樣品作為通過(guò)利用外力分離的分離目標(biāo)。例如，可以將施加電場(chǎng)使樣品通過(guò)電泳或電滲流移動(dòng)的方法，以及用泵施加壓力使樣品移動(dòng)的方法，用作外力。
(第二實(shí)施方案)本實(shí)施方案是這樣一種方式，其中使用含有二硫鍵的膠束，并且用引入到第一通道105中的還原劑觸發(fā)第一實(shí)施方案中所述的微芯片101(圖2)中樣品-載體復(fù)合物119的崩潰。根據(jù)所述實(shí)施方案的微芯片的構(gòu)造基本上類似于微芯片101。但是，沒(méi)有必要加熱堰塞部分111，因而不用特別提供加熱器117。
例如當(dāng)樣品121是例如DNA的聚陰離子時(shí)，可以制備聚硫醇-聚陽(yáng)離子-親水性聚合物嵌段共聚物，并用于形成包含樣品121的膠束。由于載體123具有聚陽(yáng)離子區(qū)，載體123和聚陰離子樣品可以形成聚-離子-復(fù)合物膠束。在這種情況下，聚硫醇是指具有其側(cè)鏈上含有-SH基的單體單元的聚合物。
使用引入PEG-polyLys-硫醇基的polyLys嵌段共聚物作為這種嵌段共聚物，在還原劑存在的情況下將聚陰離子樣品121與其混合，然后通過(guò)透析除去還原劑，形成膠束。例如，可以根據(jù)JP-A 2001-146556中所述的方法制備引入PEG-polyLys-硫醇基的polyLys。
在使膠束駐留在堰塞部分111之后，當(dāng)將還原劑例如DDT(二硫蘇糖醇)從樣品引入部分107引入時(shí)，膠束由于構(gòu)成膠束的載體123之間形成的二硫鍵被斷開(kāi)而崩潰，釋放出樣品121。因此，樣品121可以在預(yù)定的時(shí)間被釋放以通過(guò)堰塞部分111，而不用加熱堰塞部分111。
(第三實(shí)施方案)本實(shí)施方案在微芯片堰塞部分111的構(gòu)造上與第一實(shí)施方案不同。
圖15是顯示根據(jù)本實(shí)施方案的微芯片堰塞部分111的頂視圖。參照?qǐng)D15，將多個(gè)疏水區(qū)191以基本上均勻的間隔安置在堰塞部分111中。將由石英等制成的襯底(未顯示)表面暴露并在疏水區(qū)191以外的區(qū)域中形成親水區(qū)192。通過(guò)形成疏水/親水圖案適當(dāng)?shù)乜刂蒲呷糠?11的疏水性。樣品-載體復(fù)合物119的分散介質(zhì)選擇性地存在于親水區(qū)192上部，而疏水區(qū)191上部變空。
結(jié)果，類似于第一實(shí)施方案中的柱狀體115，疏水區(qū)191可以阻擋從第一通道105到達(dá)堰塞部分111的樣品-載體復(fù)合物119。樣品-載體復(fù)合物119不能通過(guò)堰塞部分111，而被沉積于堰塞部分111中。當(dāng)通過(guò)施加預(yù)定的刺激例如加熱，將樣品-載體復(fù)合物119分解時(shí)，由于樣品121具有小于樣品-載體復(fù)合物119的分子大小，所以樣品可以通過(guò)堰塞部分111的親水區(qū)192。
制造圖15的堰塞部分111的方法是通過(guò)例如在親水襯底上形成疏水區(qū)而進(jìn)行的。圖17是用于解釋制造圖15堰塞部分的方法的視圖。首先，如圖17(a)所示，在襯底701上形成電子束曝光抗蝕層702。然后，通過(guò)電子束將電子束曝光抗蝕層702曝光形成具有預(yù)定形狀的圖案(圖17(b))，形成未曝光區(qū)702a和曝光區(qū)702b。當(dāng)將曝光區(qū)702b溶解并除去時(shí)，如圖17(c)所示地形成具有預(yù)定形狀的圖案的開(kāi)口。然后，如圖17(d)所示，進(jìn)行氧等離子體灰化。形成亞微米級(jí)圖案時(shí)需要氧等離子體灰化。當(dāng)進(jìn)行氧等離子體灰化時(shí)，將偶合劑所附著的位置(ground)活化，獲得適合形成精密圖案的表面。相反，當(dāng)形成不低于微米級(jí)的大圖案時(shí)，其要求不高。
圖18(a)的狀態(tài)是灰化后獲得的。在該圖中，將抗蝕劑殘留物和污染物沉積，形成親水區(qū)192。然后(In the state of things)，形成疏水區(qū)191(圖18(b))。例如，可以使用氣相生長(zhǎng)方法作為沉積構(gòu)成疏水區(qū)191的薄膜的方法。在這種情況下，將襯底和包含含有疏水基的偶合劑的溶液安置在密封室中并放置預(yù)定時(shí)間，以形成薄膜。根據(jù)這種方法，由于溶劑等不附著在襯底表面上，可以獲得具有所需精細(xì)圖案的處理薄膜。
另一薄膜沉積方法可以是旋涂法。在旋涂法中，涂布含有疏水基的偶合劑的溶液來(lái)進(jìn)行表面處理，并且形成疏水區(qū)191?？梢允褂?-硫羥丙基三乙氧基硅烷作為含有疏水基的偶合劑。還可以使用浸漬方法等作為薄膜沉積方法。疏水區(qū)191不是沉積在親水區(qū)192的上部，而是只沉積在襯底701的暴露部分上，獲得如圖15所示的表面結(jié)構(gòu)，其中形成許多疏水區(qū)191，這些疏水區(qū)彼此分開(kāi)。襯底的疏水處理是通過(guò)使化合物附著在襯底表面上或者通過(guò)將化合物結(jié)合到襯底表面上而實(shí)現(xiàn)的，所述化合物在其分子內(nèi)包含如下兩種單元，吸附或化學(xué)結(jié)合到襯底材料上的單元和具有疏水修飾基的單元。例如，可以使用硅烷偶合劑作為這種化合物。
同樣，可以采用印刷技術(shù)，例如壓印和噴墨印刷，進(jìn)行疏水處理。在壓印方法中使用PDMS樹(shù)脂。在PDMS樹(shù)脂中，樹(shù)脂化是通過(guò)聚合硅油而進(jìn)行的，并且即使在樹(shù)脂化之后，分子之間的縫隙也是被硅油所填充的。因此，當(dāng)使PDMS樹(shù)脂和親水表面例如玻璃表面接觸時(shí)，接觸部分變成強(qiáng)疏水性而排斥水。通過(guò)利用這種現(xiàn)象，在PDMS塊中相應(yīng)于通道部分處形成凹面，并且將這種PDMS塊作為印花和親水襯底接觸，從而可以通過(guò)上述疏水處理很容易地制造出通道。
在噴墨印刷方法中，使用低粘型硅油作為噴墨印刷的油墨。通過(guò)印刷圖案使硅油附著到通道壁部分上同樣獲得相同的效果。
(第四實(shí)施方案)本實(shí)施方案是具有如下構(gòu)造的微芯片，所述構(gòu)造在堰塞部分111中阻擋樣品的方法上與第一實(shí)施方案不同。圖5是顯示根據(jù)所述實(shí)施方案的微芯片構(gòu)造的視圖。圖5(a)是微芯片125的頂視圖，圖5(b)是沿著圖5(a)中微芯片125的C-C’線所取的截面圖。
如圖5(a)和5(b)所示，在微芯片125中，在堰塞部分111中不提供物理干擾元件。如圖5(b)所示，在堰塞部分111的上方提供用激光束照射堰塞部分111的光源127。通過(guò)激光阱，可以將樣品-載體復(fù)合物119沉積在堰塞部分111。
激光阱是這樣一種裝置，其中利用用兩束激光束照射物質(zhì)產(chǎn)生的光輻射壓力將細(xì)胞和粒子俘獲，如同用鉗子抓住所述物質(zhì)一樣。當(dāng)通過(guò)聚焦激光束，用激光束照射細(xì)胞和粒子時(shí)，激光由于介質(zhì)差異而被折射，并且光的動(dòng)量被改變。此時(shí)，在粒子中產(chǎn)生和所述動(dòng)量反方向的力，這使得粒子在聚焦點(diǎn)被俘獲。在激光俘獲中，可以不用接觸地進(jìn)行具有不小于納米數(shù)量級(jí)大小的粒子的俘獲。因此，當(dāng)將其用于本實(shí)施方案的微芯片時(shí)，可以通過(guò)遠(yuǎn)程操作將樣品-載體復(fù)合物119保留在堰塞部分111中，而不用在堰塞部分111中提供物理障礙部分113。
下面將參照?qǐng)D14描述這種情形。圖14是用于解釋在圖5的微芯片堰塞部分111中阻擋樣品的方法的視圖。圖14(a)是沿著圖5微芯片的C-C’線所取的截面圖，而圖14(b)是沿著圖5和圖14(a)的D-D’線所取的截面圖。如圖14(a)和14(b)所示，在堰塞部分111中，用光學(xué)鉗子147將位于下游側(cè)的樣品-載體復(fù)合物119截留在堰塞部分111中，而位于上游側(cè)的樣品-載體復(fù)合物119則被為光學(xué)鉗子147所俘獲的樣品-載體復(fù)合物119阻擋。
光學(xué)鉗子14通過(guò)用具有大數(shù)值孔徑的透鏡聚焦的激光束以非接觸和非侵略的方式抓住水中的微小物質(zhì)。因此，優(yōu)選在透明粒子中形成樣品-載體119，所述透明粒子不僅具有大于水的波長(zhǎng)的大直徑，而且還有大于水的折射系數(shù)的大折射系數(shù)。
回到圖5，例如，可以使用波長(zhǎng)為1064nm和強(qiáng)度為350mW的Nd-YAG激光器作為光源127。用透鏡等將光線聚焦在堰塞部分111的表面上，可以將表面上的照射光強(qiáng)度設(shè)置在約50mW到約200mW的范圍內(nèi)。
例如，在用光學(xué)鉗子147使樣品-載體復(fù)合物119駐留在堰塞部分111的情況下，可以將圖5的微芯片安置顯微鏡的平臺(tái)上，將來(lái)自光源127的光線聚焦在堰塞部分111的下游側(cè)進(jìn)行照射。然后，通過(guò)移動(dòng)電掃描器鏡子，將粒子抓住并平行地相對(duì)移動(dòng)。從而，通過(guò)光學(xué)鉗子147將許多樣品-載體復(fù)合物119保留在堰塞部分111的下游側(cè)，這使得位于上游側(cè)的樣品-載體復(fù)合物119不能通過(guò)被俘獲的樣品-載體復(fù)合物119之間的縫隙。
在微芯片125中，在堰塞部分111沒(méi)有提供障礙部分113，并且樣品-載體復(fù)合物119是用光俘獲的，因而容易制造襯底103。而且，由于不存在物理屏障，樣品121或者載體123在障礙部分113也不會(huì)產(chǎn)生阻塞。因此，可以通過(guò)在樣品引入部分107和樣品回收部分109之間施加電壓，將通過(guò)加熱從樣品-載體復(fù)合物119中提取出的樣品121安全地在第二通道106中移動(dòng)。
例如，可以將造成樣品-載體復(fù)合物119在堰塞部分111中分解的觸發(fā)器設(shè)置在和第一實(shí)施方案相同的溫度。在這種情況下，可以通過(guò)用加熱器117加熱堰塞部分111來(lái)使樣品-載體復(fù)合物119分解。
同樣，可以用如下方式分解樣品-載體復(fù)合物119通過(guò)改變來(lái)自光源127的照射光，將比阻擋時(shí)使用的光線更強(qiáng)的光脈沖刺激施加到堰塞部分上。例如，可以用比阻擋時(shí)使用的光線更強(qiáng)的IR激光束照射，使堰塞部分111中的樣品-載體復(fù)合物119分解。在這種情況下，沒(méi)有必要提供加熱器117，并且光源既可以用于阻擋樣品-載體復(fù)合物119，又可以用于提取樣品121，因而可以簡(jiǎn)化裝置構(gòu)造。
可以使用和第一實(shí)施方案相同的樣品-載體復(fù)合物119。
在微芯片125中，由于樣品-載體復(fù)合物119是用光俘獲的，而不用在堰塞部分111中提供障礙部分113，因而襯底103容易制造。而且，由于不存在物理屏障，所以樣品121或者載體123在障礙部分113也不會(huì)產(chǎn)生阻塞。因此，可以通過(guò)在樣品引入部分107和樣品回收部分109之間施加電壓，將通過(guò)加熱從樣品-載體復(fù)合物119中提取出的樣品121安全地在第二通道106中移動(dòng)。
(第五實(shí)施方案)本實(shí)施方案是這樣一種方式，其中載體123的濃度稀釋觸發(fā)了第一實(shí)施方案中所述的微芯片101(圖2)中的樣品-載體復(fù)合物119的崩潰。根據(jù)本實(shí)施方案的微芯片的構(gòu)造基本上類似于微芯片101。但是，不是必須加熱堰塞部分111，因此不用特別提供加熱器117。
載體123的種類是根據(jù)樣品121的性質(zhì)適當(dāng)選擇的。例如，可以使用表面活性劑作為載體123?？梢允褂藐庪x子或陽(yáng)離子表面活性劑作為表面活性劑。陰離子表面活性劑的具體實(shí)例包括羧酸鹽，磺酸鹽，硫酸鹽和磷酸鹽。例如，可以使用十二烷基硫酸鈉(SDS)作為硫酸鹽。例如，可以使用十二烷基苯磺酸鈉作為磺酸鹽?？梢允褂梅请x子表面活性劑，例如脂肪酸酯作為表面活性劑。
用預(yù)定的載體123制備樣品-載體復(fù)合物119，并將其從樣品引入部分107引入到第一通道105中。在堰塞部分111中阻擋和濃縮樣品-載體復(fù)合物119。然后，將用于稀釋載體123的液體從樣品引入部分107引入到第一通道105。稀釋液是根據(jù)載體123和樣品121的種類而適當(dāng)選擇的。例如，可以使用緩沖溶液。當(dāng)稀釋液到達(dá)第一通道105的堰塞部分111時(shí)，載體123被稀釋。在由表面活性劑形成的載體123情況下，當(dāng)載體123的濃度低于表面活性劑臨界膠束濃度時(shí)，膠束崩潰釋放出所包含的樣品121。由于釋放出的樣品121可以通過(guò)柱狀體115之間的縫隙，因而可以將樣品提取到第二通道106側(cè)。
在本實(shí)施方案中，通過(guò)刺激使樣品-載體復(fù)合物119崩潰。刺激是通過(guò)稀釋作用使堰塞部分111中的載體123濃度發(fā)生改變而產(chǎn)生的。因此，通過(guò)將稀釋溶液，例如緩沖溶液從樣品引入部分107加入到第一通道105，可以使樣品-載體復(fù)合物119安全地崩潰以提取出樣品121，因而可以以簡(jiǎn)單的方式穩(wěn)定地提取樣品121。而且，將刺激設(shè)置為載體123的稀釋，可以增加載體123材料選擇上的自由度。
(第六實(shí)施方案)可以將第一到第五實(shí)施方案中所述的微芯片配置成具有多個(gè)通道。圖6是顯示根據(jù)本實(shí)施方案的微芯片構(gòu)造的視圖。如圖6所示，微芯片129包含第一通道105，第二通道106，以及和第一通道105相通的副通道131。在副通道131中提供貯液器133，并且可以將貯液器133用于樣品的引入或回收、試劑的引入等。在堰塞部分111的上方提供光源(未顯示)，并且可以如第二實(shí)施方案那樣通過(guò)光學(xué)鉗子作用使樣品駐留。
在微芯片129中，通過(guò)光學(xué)鉗子作用使樣品駐留在堰塞部分111。因此，可以將樣品從樣品引入部分107、樣品回收部分109和貯液器133中的任何一個(gè)貯液器任意引入，并且可以將樣品引導(dǎo)到堰塞部分111，從其他貯液器任意回收。
(第七實(shí)施方案)可以這樣配置第一到第五實(shí)施方案中所述的微芯片，使得多個(gè)通道相互交叉。圖7是顯示一種本實(shí)施方案的微芯片構(gòu)造的視圖。如圖7所示，微芯片138具有如下構(gòu)造，其中第一通道105和副通道131相互交叉，并且在副通道131中提供貯液器133和貯液器135。在堰塞部分111上方提供光源(未顯示)，并且可以如第二實(shí)施方案那樣通過(guò)光學(xué)鉗子作用使樣品駐留。
在微芯片138中，通過(guò)光學(xué)鉗子作用使樣品駐留在堰塞部分111。因此，可以將樣品從樣品引入部分107、樣品回收部分109、貯液器133和貯液器135中的任何一個(gè)貯液器任意引入，并且可以將樣品引導(dǎo)到堰塞部分111，從其他貯液器任意回收。在堰塞部分111下游側(cè)提供樣品分離部分149或樣品分析部分151的情況下，可以將用于分離和分析的緩沖溶液、試劑等從這些貯液器引入到所需通道中。所以，擴(kuò)展了樣品121分離和分析的選擇范圍，并且可以穩(wěn)定地獲得具有和各種目的相對(duì)應(yīng)的構(gòu)造的微芯片138。
因此，基于上述實(shí)施方案描述了本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)施方案僅僅作為實(shí)例，可以進(jìn)行各種修改，并且這些修改也包含在本發(fā)明的范圍中。
例如，在用于樣品-載體復(fù)合物119的載體123中，可以使用脂肪酸來(lái)形成膠束。在使用脂肪酸的情況下，類似地，通過(guò)將堰塞部分111加熱到膠束轉(zhuǎn)變溫度，膠束崩潰，釋放出樣品121?？梢允褂煤屑sC12到約C14的分子作為脂肪酸。使用脂肪酸能夠?qū)⑹杷缘鞍椎确€(wěn)定地運(yùn)送到堰塞部分111。
同樣，可以使用通過(guò)環(huán)境pH而崩潰的膠束或者根據(jù)pH變化而溶脹和收縮的凝膠粒子作為載體123。在這種情況下，在實(shí)施方案描述的微芯片中，將樣品-載體復(fù)合物119聚集在堰塞部分111，并在預(yù)定的時(shí)間將鹽引入到第一通道105中。從而，使樣品-載體復(fù)合物119分解，并且樣品121通過(guò)堰塞部分111。
此外，可以使用這樣的物質(zhì)作為載體123，其中所述的物質(zhì)通過(guò)光照而改變結(jié)構(gòu)，從樣品-載體復(fù)合物119中釋放樣品121。在這種情況下，可以從光源127發(fā)出具有預(yù)定波長(zhǎng)的光。例如，可以使用在其表面上含有偶氮苯單元的樹(shù)枝狀大分子作為樣品。在偶氮苯單元中，不僅通過(guò)光照，而且通過(guò)pH改變，產(chǎn)生順-反(sis-trans)變化，因而可以通過(guò)上述方法提取樣品121。
實(shí)施例在實(shí)施例中，采用第二實(shí)施方案中所述的方法提取蛋白。首先，制備具有圖2中所示構(gòu)造的微芯片101。但是在實(shí)施例中，形成整個(gè)障礙部分113作為堰塞部分111。將堰塞部分111配置成具有多排柱狀體115。使用硅襯底作為襯底103。參照?qǐng)D10到12，通過(guò)第一實(shí)施方案中所述的方法形成納米柱作為襯底103中的柱狀體115。在柱狀體115中，通過(guò)電子束曝光形成圖案。在最終的微芯片101中，形成于堰塞部分111中的柱狀體115是具有從10nm到50nm范圍的間隔的納米柱。
然后，使SDS膠束包含蛋白。用熒光染料Cy3對(duì)蛋白進(jìn)行熒光染色。因此，可以用熒光顯微鏡目測(cè)蛋白。
將包含蛋白的膠束引入到微芯片101的樣品引入部分107中。然后，在填充有三-硼酸緩沖溶液的第一通道105中，用電場(chǎng)力將膠束移動(dòng)到堰塞部分111。通過(guò)選擇合適的電壓，將膠束阻擋在對(duì)應(yīng)于障礙部分113的區(qū)域。此時(shí)，用熒光顯微鏡進(jìn)行觀察。圖19是顯示第一通道105的熒光顯微鏡圖像的頂視圖。參照?qǐng)D19，在整個(gè)障礙部分113中形成堰塞部分111。
圖19中，在第一通道105中觀察到包含在膠束中的蛋白的熒光。熒光集中于障礙部分113，并且在膠束存在的部分局部地觀察到熒光。另一方面，在第二通道中沒(méi)有觀察到熒光(圖19中未顯示)。因此，發(fā)現(xiàn)包含蛋白的膠束為第一通道105的障礙部分113所阻擋，并且蛋白在障礙部分113中被濃縮。
然后，將低濃度緩沖溶液從樣品引入部分107低速引入到第一通道105中，以進(jìn)行SDS的稀釋，從而起到外部刺激作用。然后，在第二通道106中觀察熒光。在第二通道中觀察到薄帶形熒光。因此，發(fā)現(xiàn)通過(guò)稀釋使SDS濃度低于臨界膠束濃度，從而破壞膠束。而且，發(fā)現(xiàn)包含在膠束中的蛋白通過(guò)柱狀體115之間的縫隙并移動(dòng)到第二通道106中。
權(quán)利要求
1.一種微芯片，所述微芯片包含其中提供有通道的基層材料，所述微芯片從引入到通道中的復(fù)合物中提取樣品，所述復(fù)合物是樣品和保有所述樣品的載體的復(fù)合物，其中所述通道包括進(jìn)口，通過(guò)所述進(jìn)口將所述復(fù)合物引入；堰塞部分，所述部分阻擋所述復(fù)合物；引入通道，從所述進(jìn)口到所述堰塞部分提供所述通道，復(fù)合物流過(guò)所述引入通道；和位于堰塞部分下游側(cè)的樣品通道，所述樣品通道和引入通道通過(guò)堰塞部分相通，樣品流過(guò)所述樣品通道，從被阻擋在堰塞部分的復(fù)合物中提取樣品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的微芯片，所述微芯片包含刺激施加單元，所述單元向復(fù)合物施加刺激以提取樣品，所述復(fù)合物被阻擋在堰塞部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的微芯片，其中所述堰塞部分具有多個(gè)突起。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的微芯片，其中所述刺激施加單元是加熱元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3的微芯片，其中所述刺激施加單元是光輻照元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5任何一項(xiàng)的微芯片，其中所述通道具有分離所述樣品中的組分的分離部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6任何一項(xiàng)的微芯片，其中通道具有分析所述樣品的分析部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7任何一項(xiàng)的微芯片，其中通道具有回收所述樣品的回收部分。
9.一種提取樣品的方法，其中使用包含其中提供有通道的基層材料的微芯片，將樣品和保有所述樣品的載體的復(fù)合物引入到所述通道中，且通過(guò)向復(fù)合物施加刺激，從所述復(fù)合物中提取出樣品。
10.一種分離樣品的方法，其中，在采用根據(jù)權(quán)利要求9的提取樣品方法從復(fù)合物中提取樣品之后，在所述通道的下游側(cè)分離提取出的樣品中的組分。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的分離樣品的方法，其中通過(guò)加熱復(fù)合物向所述復(fù)合物施加所述的刺激。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的分離樣品的方法，其中通過(guò)改變所述通道中的pH向所述復(fù)合物施加所述刺激。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的分離樣品的方法，其中通過(guò)稀釋所述載體的濃度向所述復(fù)合物施加所述刺激。
14.根據(jù)權(quán)利要求10到13任何一項(xiàng)的分離樣品的方法，其中所述刺激是在將所述復(fù)合物阻擋在所述通道中的預(yù)定位置之后施加的。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的分離樣品的方法，其中通過(guò)遠(yuǎn)程操作將所述復(fù)合物保留在所述預(yù)定位置來(lái)阻擋所述復(fù)合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的分離樣品的方法，其中所述的遠(yuǎn)程操作是激光阱。
17.一種分析樣品的方法，其中在采用根據(jù)權(quán)利要求9的提取樣品方法從復(fù)合物中提取樣品之后，在通道的下游側(cè)分析提取出的樣品。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的分析樣品的方法，其中通過(guò)加熱所述復(fù)合物向所述復(fù)合物施加所述刺激。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的分析樣品的方法，其中通過(guò)改變所述通道中的pH向所述復(fù)合物施加所述刺激。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的分析樣品的方法，其中通過(guò)稀釋所述載體的濃度向所述復(fù)合物施加所述刺激。
21.根據(jù)權(quán)利要求17到20任何一項(xiàng)的分析樣品的方法，其中所述刺激是在將所述復(fù)合物阻擋在所述通道中的預(yù)定位置之后施加的。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的分析樣品的方法，其中通過(guò)遠(yuǎn)程操作將所述復(fù)合物保留在所述預(yù)定位置來(lái)阻擋所述復(fù)合物。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的分析樣品的方法，其中所述的遠(yuǎn)程操作是激光阱。
24.一種回收樣品的方法，其中在采用根據(jù)權(quán)利要求9的提取樣品方法從復(fù)合物中提取樣品之后，在通道的下游側(cè)回收提取出的樣品。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的回收樣品的方法，其中通過(guò)加熱所述復(fù)合物向所述復(fù)合物施加所述刺激。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的回收樣品的方法，其中通過(guò)改變所述通道中的pH向所述復(fù)合物施加所述刺激。
27.根據(jù)權(quán)利要求24的回收樣品的方法，其中通過(guò)稀釋所述載體的濃度向所述復(fù)合物施加所述刺激。
28.根據(jù)權(quán)利要求24到27任何一項(xiàng)的回收樣品的方法，其中所述刺激是在將所述復(fù)合物阻擋在所述通道中的預(yù)定位置之后施加的。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的回收樣品的方法，其中通過(guò)遠(yuǎn)程操作將所述復(fù)合物保留在所述預(yù)定位置來(lái)阻擋所述復(fù)合物。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的回收樣品的方法，其中所述遠(yuǎn)程操作是激光阱。
全文摘要
將樣品－載體復(fù)合物(119)引入到樣品引入部分(107)并且使其移動(dòng)直至在堰塞部分(111)處被沉積。在將預(yù)定數(shù)量的樣品－載體復(fù)合物(119)沉積在堰塞部分(111)的情況下，加熱堰塞部分(111)。通過(guò)加熱到預(yù)定溫度，將樣品－載體復(fù)合物(119)分解成樣品(121)和載體(123)。并且在樣品引入部分(107)和樣品回收部分(109)之間施加電壓，使樣品(121)移動(dòng)通過(guò)柱狀體(115)之間進(jìn)入到第二通道(106)中，從而進(jìn)行預(yù)定的分離、分析或回收操作。
文檔編號(hào)B01D57/02GK1761865SQ20048000742
公開(kāi)日2006年4月19日 申請(qǐng)日期2004年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月19日
發(fā)明者佐野亨, 馬場(chǎng)雅和, 飯?zhí)镆缓? 川浦久雄, 井口憲幸, 服部涉, 染谷浩子 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社