專利名稱：一種低通量微陣列生物芯片的制備裝置及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低通量專用型微陣列生物芯片的制備裝置，以及該裝置的制作方法，所述的裝置特別適用于易變性的生物樣品(如寡核苷酸、cDNA、RNA、蛋白質(zhì)或生物組織等)微陣列芯片的制備。屬于微陣列芯片的制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微陣列生物芯片技術(shù)已廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)領(lǐng)域，大大推動(dòng)了該領(lǐng)域的迅速發(fā)展。微陣列芯片的制作方法不斷創(chuàng)新，總體來(lái)說(shuō)主要有兩大類在位合成法和非在位合成法。在位合成法包括光誘導(dǎo)法、壓電印刷法和分子印章法等，這些方法適合于大規(guī)模生產(chǎn)，生成的微陣列密度高(密度可達(dá)到106dot/cm2)、信息量大，制作的微陣列探針具有同一性；其不足之處是制作工藝復(fù)雜、成本昂貴。非在位合成法包括直接噴點(diǎn)法、微珠陣列法、微電極法、微印章法等。
直接噴點(diǎn)法在許多研究單位獲得應(yīng)用，所需設(shè)備相對(duì)在位合成法使用的儀器便宜、方法簡(jiǎn)單，適用于低通量的生物樣品微陣列制作。傳統(tǒng)的直接噴點(diǎn)法是采用由機(jī)械臂控制的針通過(guò)接觸式直接將預(yù)先合成(或分離、純化)的生物分子以一定模式有序分配在經(jīng)化學(xué)處理的固相支持物上，然后通過(guò)干燥、紫外交聯(lián)等操作使生物分子固定在其上。這種方法的最大優(yōu)勢(shì)是研究者可以將對(duì)已經(jīng)熟悉的生物分子，以類似的相對(duì)簡(jiǎn)單的方法固定在固相支持物上，根據(jù)設(shè)計(jì)需要制作自己感興趣的芯片。但這種方法使用的儀器體積龐大、操作過(guò)程繁雜、消耗大、點(diǎn)樣針容易交叉污染；同時(shí)先點(diǎn)的樣品點(diǎn)由于長(zhǎng)時(shí)間暴露空氣中會(huì)出現(xiàn)“過(guò)蒸發(fā)”或?qū)傩愿淖兌霈F(xiàn)樣品點(diǎn)不統(tǒng)一等問(wèn)題。
微機(jī)械加工技術(shù)(MEMS)已成功應(yīng)用于微噴墨打印頭的制作，部分研究者也曾用它來(lái)實(shí)現(xiàn)微陣列芯片的制備。但是微噴墨打印頭工作時(shí)需要加熱到一定溫度，而生物樣品在高溫下會(huì)發(fā)生變性，因此這種方法并不適合于微陣列生物芯片的制備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服傳統(tǒng)微陣列生物芯片制備技術(shù)的不足，提供一種低通量微陣列生物芯片的制備裝置及所述的裝置的制作方法，它采用硅基雙面深反應(yīng)離子刻蝕工藝(Deep Reaction Ion Etch)、SU-8、PDMS聚合物微加工工藝以及磁致驅(qū)動(dòng)技術(shù)等相結(jié)合制作了一種新型低通量微陣列生物芯片的制備裝置。該裝置操作時(shí)，將生物樣品分別加入進(jìn)樣池，生物樣品在毛細(xì)作用下由微管道進(jìn)入微貯液池和微噴口，由于表面張力和重力的平衡作用，生物樣品會(huì)懸掛在微噴口處；在微噴嘴上方磁致驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)下，微擠壓頭擠壓PDMS彈性薄膜發(fā)生形變，使生物樣品被擠壓出來(lái)而與經(jīng)表面修飾的載玻片接觸，在載玻片表面留下生物樣品點(diǎn)，形成微陣列芯片。
同時(shí)，本發(fā)明可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)不同的微噴口圖形，快速得到不同生物樣品微陣列；控制永磁塊間距可以控制驅(qū)動(dòng)力，從而控制微陣列上的生物樣品量，適合于低通量、專用型生物芯片的制備。另外，該裝置體積僅為50mm×50mm×50mm，是一個(gè)便攜式的半自動(dòng)裝置，能節(jié)省制備時(shí)間，簡(jiǎn)化操作過(guò)程，方便儀器制作與維護(hù)費(fèi)用，適用于現(xiàn)場(chǎng)或野外使用。
本發(fā)明的低通量微陣列生物芯片的制備裝置包括下列幾個(gè)部件硅基微噴頭陣列芯片、PDMS彈性薄膜和彈性環(huán)、SU-8基的擠壓頭陣列、釹鐵硼磁致驅(qū)動(dòng)器和樣品載波片等。其中PDMS彈性薄膜與硅基微噴頭陣列芯片采用紫外膠實(shí)現(xiàn)粘結(jié)。硅基微噴頭陣列芯片設(shè)計(jì)有生物樣品進(jìn)樣口、微管道、微儲(chǔ)液池和微噴頭，用來(lái)實(shí)現(xiàn)樣品的導(dǎo)入和均勻分配；SU-8基的擠壓頭陣列與微噴頭對(duì)準(zhǔn)并將整個(gè)釹鐵硼磁致驅(qū)動(dòng)器通過(guò)PDMS彈性環(huán)固定在PDMS薄膜表面，所述的擠壓頭陣列是與微噴頭陣列芯片相匹配使用，用于液滴的擠出，PDMS彈性環(huán)主要用來(lái)控制擠壓頭的位置回復(fù)；磁致驅(qū)動(dòng)器用來(lái)給擠壓頭加壓，其行程大小控制液滴的擠出量；樣品載波片用來(lái)承載微噴口擠出的微液滴點(diǎn)陣列。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是解決以硅、PDMS和SU-8為主體結(jié)構(gòu)材料的微陣列生物芯片制備裝置的各種微加工技術(shù)，提供一種基于磁致驅(qū)動(dòng)的微陣列生物芯片制備裝置的制作方法，具體有如下幾點(diǎn)1、硅基微噴頭陣列的制作方法；2、PDMS彈性薄膜制作方法；3、SU-8基底的擠壓頭陣列制作方法；4、磁致驅(qū)動(dòng)器的制作方法；5、裝置的封裝方法；本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是利用硅深反應(yīng)離子刻蝕等MEMS(微機(jī)電加工系統(tǒng))技術(shù)在硅基片上制作含有進(jìn)樣池、微通道、微貯液池和微噴口等微結(jié)構(gòu)，根據(jù)磁致驅(qū)動(dòng)原理制作驅(qū)動(dòng)器，并用于驅(qū)動(dòng)PDMS彈性薄膜，采用PDMS和環(huán)氧樹(shù)脂將以上制作成的獨(dú)立部件進(jìn)行封裝并進(jìn)行調(diào)試，形成一個(gè)完整的微陣列制備裝置。需要考慮的影響因素1、硅的微機(jī)械加工性能；2、所用材料的表面特性；3、磁致驅(qū)動(dòng)器的活動(dòng)空間；4、主體結(jié)構(gòu)的封裝和密封性能。具體闡述如下一、硅基微噴頭陣列芯片的設(shè)計(jì)用L-Edit軟件(L-Edit Win329.00，A Division of Tanner Research，Inc.提供)設(shè)計(jì)掩膜版，包括DRIE1#和2#掩膜版，SU-8微擠壓頭3#和4#掩膜版。設(shè)計(jì)中要考慮以下因素微進(jìn)樣池?cái)?shù)目、直徑，微管道寬度和長(zhǎng)度，微貯液池直徑，微噴嘴陣列的數(shù)目、形狀、直徑，以及這些微結(jié)構(gòu)布局；根據(jù)工藝流程，將設(shè)計(jì)好的圖形制作成掩膜版。
二、微噴頭陣列的制作工藝流程材料4″硅片，厚度400μm，雙面拋光，表面氧化層厚度2μm1.標(biāo)準(zhǔn)清洗，去離子水沖洗，甩干；2.涂覆光刻膠，熱板前烘；3.1#Mask曝光，顯影；4.背面涂覆光刻膠保護(hù)；5.后烘；6.氧化層刻蝕，BOE刻蝕劑，去離子水沖洗，甩干；7.去膠，去離子水沖洗，甩干；8.制作深反應(yīng)離子刻蝕保護(hù)環(huán)，Ring Mask曝光，顯影；9.深反應(yīng)離子刻蝕200μm；10.去膠，去離子水沖洗，甩干；11.背面涂覆光刻膠，熱板前烘；12.2#Mask對(duì)準(zhǔn)曝光，顯影；13.涂覆光刻膠保護(hù)背面；14.氧化層刻蝕，BOE刻蝕劑，去離子水沖洗，甩干；15.去膠，去離子水沖洗，甩干；16.制作深反應(yīng)離子刻蝕保護(hù)環(huán)，Ring Mask曝光，顯影；17.深反應(yīng)離子刻蝕，刻蝕穿；18.去膠，去離子水沖洗，甩干，檢測(cè)并完成微噴口的制作。
三、PDMS彈性薄膜和彈性環(huán)的制作采用設(shè)計(jì)好的模具來(lái)制作比較厚的PDMS厚膜或環(huán)(厚度大于500μm)，基體和固化劑的比例在10∶1左右，固化條件為100℃60分鐘，改變混合比例和固化溫度實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)PDMS薄膜彈性模量的大小。為了方便PDMS從模具上剝離，模具表面先涂覆一層OmniCoat(MicroChem公司提供)；
采用硅片作為基片，并在其表面涂覆一層OmniCoat，將混合均勻并去氣泡的PDMS倒在基片表面，并置于甩膠機(jī)上，通過(guò)調(diào)節(jié)甩膠機(jī)的轉(zhuǎn)速制成厚度在20μm-100μm之間的PDMS薄膜。
四、擠壓頭陣列的制作擠壓頭的目的是更方便地將液滴擠出噴口，選用SU-8材料制作，基于SU-8聚合物微加工技術(shù)的擠壓頭陣列的制作工藝流程1)片標(biāo)準(zhǔn)清洗；2)涂覆一層OmniCoat，熱板預(yù)烘；3)涂覆SU-8 2025；4)前烘；5)3#Mask曝光；6)涂覆第二層SU-8 2025；7)前烘；8)4#Mask曝光；9)顯影、清洗、烘干、剝離、完成制作。
五、磁致驅(qū)動(dòng)器的制作選用釹鐵硼永磁(NdFeB)材料作為磁致驅(qū)動(dòng)力，以所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度作為主要選擇的依據(jù)。將一塊釹鐵硼永磁塊與制作好的擠壓頭陣列結(jié)構(gòu)用環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)；再將另一塊釹鐵硼永磁塊固定在螺桿上，置于第一塊上方，磁極方向相反，而產(chǎn)生排斥力，旋轉(zhuǎn)螺桿調(diào)節(jié)兩塊永磁鐵的距離，從而控制所產(chǎn)生的作用力大小。
六、整個(gè)裝置的封裝將PDMS薄膜與制作完成的微噴頭陣列經(jīng)氧等離子臺(tái)(O2Plasma)處理后，采用UV膠(紫外膠，SUMMERS OPTICAL公司提供)實(shí)現(xiàn)粘結(jié)和微通道密封，將擠壓頭陣列與微噴口對(duì)準(zhǔn)并將整個(gè)磁致驅(qū)動(dòng)器固定在PDMS薄膜表面，用環(huán)氧樹(shù)脂將整個(gè)封裝成一個(gè)整體，形成完整的微陣列生物芯片制備裝置。
本發(fā)明的有益效果(1)本發(fā)明采用硅雙面深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)制作微噴頭陣列，微通道和進(jìn)樣池，采用SU-8聚合物微加工技術(shù)制作對(duì)應(yīng)的擠壓頭陣列，采用PDMS制作彈性薄膜，采用雙永磁塊制作磁致驅(qū)動(dòng)器，磁致驅(qū)動(dòng)擠壓頭擠壓PDMS彈性薄膜發(fā)生形變而擠壓生物樣品，被擠壓出來(lái)的生物樣品液滴接觸到經(jīng)過(guò)表面修飾的載玻片，而生物樣品點(diǎn)陣，完成一次陣列制備過(guò)程。通過(guò)控制永磁塊之間的間距可以控制樣品的擠出量，整個(gè)過(guò)程不產(chǎn)生熱量，因此適于在高溫狀態(tài)下易變性的生物樣品微陣列芯片的制備；(2)本發(fā)明采用MEMS深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)(Deep Reaction Ion Etch)制作的硅基微噴頭陣列，結(jié)構(gòu)整齊，微通道表面光滑，經(jīng)O2Plasma處理后，生物樣品能在毛細(xì)管力的作用下迅速進(jìn)入微儲(chǔ)液池和微噴口，實(shí)現(xiàn)快速、自動(dòng)、可連續(xù)進(jìn)樣的功能。同時(shí)改變掩膜版的設(shè)計(jì)，由相同的工藝流程而得到多種不同的微噴頭陣列，甚至較高密度的陣列；(3)本發(fā)明磁致驅(qū)動(dòng)原理簡(jiǎn)單，制作方法簡(jiǎn)便，通過(guò)控制間距可以很好的控制驅(qū)動(dòng)力，從而控制樣品量；(4)本發(fā)明的微陣列制備裝置是半自動(dòng)裝置，它能利用微管道的毛細(xì)作用讓生物樣品自動(dòng)從進(jìn)樣池進(jìn)入微貯液池并懸停在微噴口處；它能節(jié)省時(shí)間和儀器制作與維護(hù)費(fèi)用，可以克服現(xiàn)有生物樣品點(diǎn)樣儀體積龐大、操作過(guò)程繁雜、儀器消耗大等問(wèn)題；(5)本發(fā)明裝置制備的生物樣品點(diǎn)陣具有同一性，克服了傳統(tǒng)點(diǎn)樣儀中點(diǎn)樣針容易交叉污染，樣品點(diǎn)不統(tǒng)一的缺點(diǎn)；(6)本發(fā)明的點(diǎn)樣裝置制作簡(jiǎn)單，裝置設(shè)計(jì)靈活多變，可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)不同的微噴嘴圖形，快速得到生物樣品不同形狀的微陣列，操作簡(jiǎn)單，易于普及，特別適用于專用芯片制作，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)或野外使用。


圖1本發(fā)明提供的低通量微陣列生物芯片的制備裝置總體結(jié)構(gòu)截面2微陣列生物芯片制備裝置總體結(jié)構(gòu)俯視3實(shí)施例14×4微陣列生物芯片的掩膜版示意圖(1)1#掩膜版(2)2#掩膜版圖4微噴陣列制作工藝流程圖(1)硅片標(biāo)準(zhǔn)清洗；(2)涂膠，預(yù)烘，1#掩膜版曝光；(3)顯影，烘干；(4)背面涂膠保護(hù)；(5)氧化層刻蝕；(6)去膠；(7)深反應(yīng)離子刻蝕，200微米；(8)另一面涂膠，預(yù)烘，2#掩膜版對(duì)準(zhǔn)曝光；(9)顯影，去氧化層；(10)第二步深反應(yīng)離子刻蝕，刻穿；(11)清洗，檢測(cè)，完成。
圖5微擠壓頭陣列制作工藝流程圖(1)襯底硅片標(biāo)準(zhǔn)清洗，預(yù)烘；(2)涂布OmniCoat，烘干；(3)涂布第一層SU-8，預(yù)烘，3#掩膜版曝光；(4)涂布第二層SU-8，預(yù)烘，(5)4#掩膜版曝光，顯影；(6)剝離，完成。
1.硅基片 2.PDMS薄膜 3.PDMS厚膜 4.進(jìn)樣池 5.釹鐵硼永磁鐵塊6.SU-8擠壓頭 7.PDMS彈性環(huán) 8.微噴口 9.微液滴 10.微通道11.載波片 12.氧化層 13.硅襯底 14.1#掩膜版 15.光刻膠16.2#掩膜版 17.單面拋光硅襯底 18.OmniCoat 19.3#掩膜版20.第一層SU-8 21.第二層SU-8 22.4#掩膜版具體實(shí)施方式
通過(guò)下面的具體實(shí)施例以進(jìn)一步闡明本發(fā)明所提供的微陣列生物芯片制備裝置及其制作方法實(shí)施例一4×4微陣列生物芯片制備裝置的制作設(shè)計(jì)該裝置時(shí)考慮以下多個(gè)參數(shù)主體結(jié)構(gòu)的尺寸，微結(jié)構(gòu)(包括進(jìn)樣池、微管道、微貯液池及其微噴孔)的圖形、深度與寬度，將設(shè)計(jì)好的圖形分別制成1#、2#掩膜版(圖3)。本發(fā)明中涉及到20mm×20mm的基片上制作出了含有4×4微噴頭陣列，其中進(jìn)樣孔直徑為1mm，微管道的線寬為50μm，微貯液池的直徑為250μm，微噴頭直徑為50μm。
制作具體步驟如下步驟一微噴頭陣列的制作，具體工藝流程如下；材料4″硅片，厚度400μm，雙面拋光，表面氧化層厚度2μm(1)標(biāo)準(zhǔn)清洗，H2SO4∶H2O2＝10∶1(體積比)，120℃，10分鐘，去離子水沖洗，甩干(圖4-1)；(2)涂覆光刻膠，PR204，4000轉(zhuǎn)/分，30秒，60秒110℃熱板前烘；(圖4-2)(3)1#Mask曝光5秒，顯影60秒(圖4-2，4-3)；(4)背面涂覆光刻膠保護(hù)，PR204，4000轉(zhuǎn)/分，30秒(圖4-4)；(5)后烘，120℃，30分鐘；(6)氧化層刻蝕，BOE刻蝕劑，24℃，5分鐘，去離子水沖洗，甩干(圖4-5)；(7)去膠，H2SO4∶H2O2＝10∶1，120℃，10分鐘，去離子水沖洗，甩干(圖4-6)；
(8)制作深反應(yīng)離子刻蝕保護(hù)環(huán)，PR AZ4620，5000轉(zhuǎn)/分，30秒，Ring Mask曝光45秒，顯影150秒；(9)深反應(yīng)離子刻蝕200μm(圖4-7)；(10)去膠，H2SO4∶H2O2＝10∶1，120℃，10分鐘，去離子水沖洗，甩干；(11)背面涂覆光刻膠，PR204，4000轉(zhuǎn)/分，30秒，60秒110℃熱板前烘；(12)2#Mask對(duì)準(zhǔn)曝光5秒，顯影60秒(圖4-8)；(13)涂覆光刻膠保護(hù)背面，PR204，4000轉(zhuǎn)/分，30秒；(14)氧化層刻蝕，BOE刻蝕劑，24℃，5分鐘，去離子水沖洗，甩干(圖4-9)；(15)去膠，H28O4∶H2O2＝10∶1，120℃，10分鐘，去離子水沖洗，甩干；(16)制作深反應(yīng)離子刻蝕保護(hù)環(huán)，PR AZ4620，5000轉(zhuǎn)/分，30秒，Ring Mask曝光45秒，顯影150秒；(17)深反應(yīng)離子刻蝕，刻蝕穿(圖4-10)；(18)去膠，H2SO4∶H2O2＝10∶1，120℃，10分鐘，去離子水沖洗，甩干，檢測(cè)并完成微噴口的制作(圖4-11)。
步驟二PDMS彈性薄膜的制作(19)制作比較薄的PDMS膜(質(zhì)量比基體∶固化液＝10∶1)，通過(guò)調(diào)節(jié)甩膠機(jī)的轉(zhuǎn)速制成厚度約50um的薄膜，在100℃下烘60min；(20)制作比較厚的PDMS膜(質(zhì)量比基體∶固化液＝10∶1)，通過(guò)調(diào)節(jié)PDMS的體積量和模具的容量，制成厚度約1mm的厚膜，在100℃下烘60min固化。
步驟三微擠壓頭陣列的制作(如圖5)，具體工藝流程如下(21)硅片標(biāo)準(zhǔn)清洗，H2SO4∶H2O2＝10∶1，120℃，10分鐘，去離子水沖洗(圖5-1)；(22)涂覆一層OmniCoat，1000轉(zhuǎn)/分，30秒，熱板100℃烘1分鐘(圖5-2)；
(23)SU-8 2025倒在表面，靜置去氣泡并分布均勻，置甩膠機(jī)上500轉(zhuǎn)/分，10秒，3000轉(zhuǎn)/分，30秒(圖5-3)；(24)前烘，90℃，1分鐘，110℃，5分鐘；(25)1# Mask曝光，28mJ/cm2，40秒(圖5-3)；(26)SU-8 2025倒在表面，靜置去氣泡并分布均勻，置甩膠機(jī)上500轉(zhuǎn)/分，10秒，3000轉(zhuǎn)/分，30秒(圖5-4)；(27)前烘，90℃，1分鐘，110℃，5分鐘；(28)2# Mask曝光，28mJ/cm2，40秒(圖5-5)；(29)顯影、清洗、烘干、剝離、完成制作(圖5-6)。
步驟四磁致驅(qū)動(dòng)器的制作(30)選用釹鐵硼永磁(NdFeB)材料作為磁致驅(qū)動(dòng)力，將一塊釹鐵硼永磁塊與制作好的擠壓頭陣列結(jié)構(gòu)用環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)；將另一塊釹鐵硼永磁塊固定在螺桿上，置于第一塊上方，磁極方向相反，而產(chǎn)生排斥力，旋轉(zhuǎn)螺桿調(diào)節(jié)兩塊永磁鐵的距離，從而控制所產(chǎn)生的作用力大小。
步驟五整個(gè)裝置的封裝(31)將PDMS薄膜與制作完成的微噴頭陣列用UV膠(紫外膠，SUMMERS OPTICAL公司提供)實(shí)現(xiàn)粘結(jié)和微通道密封，將擠壓頭陣列與微噴口對(duì)準(zhǔn)并將整個(gè)磁致驅(qū)動(dòng)器固定在PDMS薄膜表面，用環(huán)氧樹(shù)脂將整個(gè)封裝成一個(gè)整體，形成完整的微陣列生物芯片制備裝置。如圖1所示，所述的裝置是由硅基微噴頭陣列芯片、PDMS彈性薄膜和彈性環(huán)、SU-8基的擠壓頭陣列、釹鐵硼磁致驅(qū)動(dòng)器和樣品載波片構(gòu)成的；其中PDMS彈性薄膜與硅基微噴頭陣列芯片采用紫外膠實(shí)現(xiàn)粘結(jié)和微通道密封，SU-8基的擠壓頭陣列與微噴口對(duì)準(zhǔn)并將整個(gè)釹鐵硼磁致驅(qū)動(dòng)器通過(guò)PDMS彈性環(huán)固定在PDMS薄膜表面，載波片承載微噴口擠出的微液滴點(diǎn)陣列。
(32)使用本裝置時(shí)使用者用取樣槍從進(jìn)樣池滴入生物樣品，生物樣品在微管道表面張力的作用下會(huì)從進(jìn)樣池自動(dòng)進(jìn)入微通道到達(dá)微貯液池和微噴口，并充滿整個(gè)微通道、微貯液池和微噴口，并在表面張力作用下平衡懸停在微噴口處。移動(dòng)上面一塊永磁鐵塊靠近下面一塊永磁鐵塊而產(chǎn)生排斥力，驅(qū)動(dòng)微擠壓頭擠壓PDMS彈性薄膜，使微噴口中的處于平衡狀態(tài)的液體擠出一部分與置于下方的經(jīng)表面修飾的載玻片表面接觸，形成生物樣品斑點(diǎn)陣列，完成整個(gè)生物芯片的制備。特別適用于寡核苷酸，cDNA、RNA、蛋白質(zhì)等易變性的微陣列生物芯片的制備。
實(shí)施例二5×5微陣列生物芯片制備裝置的制作本實(shí)施例制作的微陣列生物芯片制備裝置設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)參數(shù)主體結(jié)構(gòu)微結(jié)構(gòu)(微進(jìn)樣池、微管道、微貯液池及微噴孔)的圖形與整體結(jié)構(gòu)放置，結(jié)構(gòu)的最小線寬等。將設(shè)計(jì)好的圖形分別制作成掩膜版，以進(jìn)一步光刻轉(zhuǎn)移到芯片上。制作過(guò)程同實(shí)施例一的步驟(1)至(32)。
權(quán)利要求
1.一種低通量微陣列生物芯片的制備裝置，其特征在于所述的裝置是由硅基微噴頭陣列芯片、PDMS彈性薄膜和彈性環(huán)、SU-8基的擠壓頭陣列、釹鐵硼磁致驅(qū)動(dòng)器和樣品載波片構(gòu)成的；其中PDMS彈性薄膜與硅基微噴頭陣列芯片采用紫外膠實(shí)現(xiàn)粘結(jié)和微通道密封，SU-8基的擠壓頭陣列與微噴口對(duì)準(zhǔn)并將整個(gè)釹鐵硼磁致驅(qū)動(dòng)器通過(guò)PDMS彈性環(huán)固定在PDMS薄膜表面，載波片承載微噴口擠出的微液滴點(diǎn)陣列。
2.按權(quán)利要求1所述的低通量微陣列生物芯片的制備裝置，其特征在于所述的硅基微噴頭陣列芯片設(shè)計(jì)有生物樣品進(jìn)樣口、微管道、微儲(chǔ)液池以及微噴頭，實(shí)現(xiàn)樣品的導(dǎo)入和均分。
3.按權(quán)利要求1所述的低通量微陣列生物芯片的制備裝置，其特征在于所述的SU-8基的擠壓頭陣列與微噴頭陣列芯片匹配使用，用于液滴的擠出。
4.按權(quán)利要求1所述的低通量微陣列生物芯片的制備裝置，其特征在于所述的硅基微噴頭陣列芯片的設(shè)計(jì)包括微進(jìn)樣池?cái)?shù)目、直徑、微管道寬度和長(zhǎng)度，微儲(chǔ)液池直徑、微噴口陣列的數(shù)目、形狀、直徑以及微結(jié)構(gòu)的布局。
5.按權(quán)利要求1所述的低通量微陣列生物芯片的制備裝置，其特征在于SU-8基的擠壓頭陣列的位置回復(fù)是由PDMS彈性環(huán)控制的。
6.按權(quán)利要求1或5所述的低通量微陣列生物芯片的制備裝置，其特征在于SU-8基的擠壓頭陣列是通過(guò)釹鐵硼磁致驅(qū)動(dòng)器加壓的。
7.制作如權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的低通量微陣列生物芯片的制備裝置的方法，其特征在于利用硅深反應(yīng)離子刻蝕和微機(jī)電加工系統(tǒng)技術(shù)在硅基片上制作含有進(jìn)樣池、微通道、微貯液池和微噴口等微結(jié)構(gòu)，根據(jù)磁致驅(qū)動(dòng)原理制作驅(qū)動(dòng)器，并用于驅(qū)動(dòng)PDMS彈性薄膜，采用PDMS和環(huán)氧樹(shù)脂將制成的獨(dú)立部件進(jìn)行封裝而制成，具體步驟是(一)硅基微噴頭陣列芯片的設(shè)計(jì)采用由A Division of Tanner Research，Inc.提供的L-Edit Win32 9.00軟件設(shè)計(jì)掩膜版；設(shè)計(jì)中參數(shù)有微進(jìn)樣池?cái)?shù)目、直徑，微管道寬度和長(zhǎng)度，微貯液池直徑，微噴嘴陣列的數(shù)目、形狀、直徑，以及這些微結(jié)構(gòu)布局；根據(jù)工藝流程，將設(shè)計(jì)好的圖形制作成掩膜版；(二)微噴頭陣列的制作工藝流程材料4″硅片，厚度400μm，雙面拋光，表面氧化層厚度2μm1.標(biāo)準(zhǔn)清洗，去離子水沖洗，甩干；2.涂覆光刻膠，熱板前烘；3.1#Mask曝光，顯影；4.背面涂覆光刻膠保護(hù)；5.后烘；6.氧化層刻蝕，BOE刻蝕劑，去離子水沖洗，甩干；7.去膠，去離子水沖洗，甩干；8.制作深反應(yīng)離子刻蝕保護(hù)環(huán)，Ring Mask曝光，顯影；9.深反應(yīng)離子刻蝕200μm；10.去膠，去離子水沖洗，甩干；11.背面涂覆光刻膠，熱板前烘；12.2#Mask對(duì)準(zhǔn)曝光，顯影；13.涂覆光刻膠保護(hù)背面；14.氧化層刻蝕，BOE刻蝕劑，去離子水沖洗，甩干；15.去膠，去離子水沖洗，甩干；16.制作深反應(yīng)離子刻蝕保護(hù)環(huán)，Ring Mask曝光，顯影；17.深反應(yīng)離子刻蝕，刻蝕穿；18.去膠，去離子水沖洗，甩干，檢測(cè)并完成微噴口的制作；(三)PDMS彈性薄膜和彈性環(huán)的制作采用設(shè)計(jì)好的模具來(lái)制作厚度大于500μm的PDMS厚膜或環(huán)，基體和固化劑的比例在10∶1，固化條件為100℃60分鐘；采用硅片作為基片，并在其表面涂覆一層OmniCoat，將混合均勻并去氣泡的PDMS倒在基片表面，并置于甩膠機(jī)上，通過(guò)調(diào)節(jié)甩膠機(jī)的轉(zhuǎn)速制成厚度在20μm-100μm之間的PDMS薄膜；(四)擠壓頭陣列的制作選用SU-8材料制作，基于SU-8聚合物微加工技術(shù)的擠壓頭陣列的制作工藝流程1)硅片標(biāo)準(zhǔn)清洗；2)涂覆一層OmniCoat，熱板預(yù)烘；3)涂覆SU-8 2025；4)前烘；5)3#Mask曝光；6)涂覆第二層SU-8 2025；7)前烘；8)4#Mask曝光；9)顯影、清洗、烘干、剝離、完成制作；(五)磁致驅(qū)動(dòng)器的制作選用釹鐵硼永磁材料作為磁致驅(qū)動(dòng)力，以所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度作為主要選擇的依據(jù)。將一塊釹鐵硼永磁塊與制作好的擠壓頭陣列結(jié)構(gòu)用環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)；再將另一塊釹鐵硼永磁塊固定在螺桿上，置于第一塊上方，磁極方向相反，而產(chǎn)生排斥力，旋轉(zhuǎn)螺桿調(diào)節(jié)兩塊永磁鐵的距離，從而控制所產(chǎn)生的作用力大小。(六)整個(gè)裝置的封裝將PDMS薄膜與制作完成的微噴頭陣列經(jīng)氧等離子臺(tái)處理后，采用由SUMMERS OPTICAL公司提供的紫外膠實(shí)現(xiàn)粘結(jié)和微通道密封，將擠壓頭陣列與微噴口對(duì)準(zhǔn)并將整個(gè)磁致驅(qū)動(dòng)器固定在PDMS薄膜表面，用環(huán)氧樹(shù)脂將整個(gè)封裝成一個(gè)整體，形成完整的微陣列生物芯片制備裝置。
8.按權(quán)利要求7所述的一種低通量微陣列芯片的制備裝置的制作方法，其特征在于在PDMS厚膜或環(huán)的制作時(shí)改變基體和固化劑比例和固化溫度調(diào)節(jié)PDMS薄膜彈性模量大小。
9.使用如權(quán)利要求1-5所述的任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的低通量微陣列芯片的制備裝置的方法，其特征在于用取樣槍從進(jìn)樣池滴入生物樣品，生物樣品在微管道表面張力的作用下會(huì)從進(jìn)樣池自動(dòng)進(jìn)入微通道到達(dá)微貯液池和微噴口，并充滿整個(gè)微通道、微貯液池和微噴口，并在表面張力作用下平衡懸停在微噴口處；移動(dòng)上面一塊永磁鐵塊k靠近下面一塊永磁鐵塊而產(chǎn)生排斥力，驅(qū)動(dòng)微擠壓頭擠壓PDMS彈性薄膜，使微噴口中的處于平衡狀態(tài)的液體擠出一部分與置于下方的經(jīng)表面修飾的載玻片表面接觸，形成生物樣品斑點(diǎn)陣列，完成整個(gè)生物芯片的制備。
10.按權(quán)利要求9所述的低通量微陣列芯片的制備裝置的使用方法，其特征在于適用于寡核苷酸，cDNA、RNA、蛋白質(zhì)一類易變性微陣列生物芯片的制備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低通量微陣列生物芯片的制備裝置，所述的裝置是由硅基微噴頭陣列芯片、PDMS彈性薄膜和彈性環(huán)、SU－8基的擠壓頭陣列、釹鐵硼磁致驅(qū)動(dòng)器和樣品載波片構(gòu)成的；其中PDMS彈性薄膜與硅基微噴頭陣列芯片采用紫外膠實(shí)現(xiàn)粘結(jié)和微通道密封，SU－8基的擠壓頭陣列與微噴口對(duì)準(zhǔn)并將整個(gè)釹鐵硼磁致驅(qū)動(dòng)器通過(guò)PDMS彈性環(huán)固定在PDMS薄膜表面，載波片承載微噴口擠出的微液滴點(diǎn)陣列。利用硅深反應(yīng)離子刻蝕和微機(jī)電加工系統(tǒng)技術(shù)在硅基片上制作含有進(jìn)樣池、微通道、微貯液池和微噴口等微結(jié)構(gòu)，根據(jù)磁致驅(qū)動(dòng)原理制作驅(qū)動(dòng)器，并用于驅(qū)動(dòng)PDMS彈性薄膜，采用PDMS和環(huán)氧樹(shù)脂將制成的獨(dú)立部件進(jìn)行封裝而制成。具有操作簡(jiǎn)單，易于普及特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C12Q1/00GK1719257SQ20051002790
公開(kāi)日2006年1月11日 申請(qǐng)日期2005年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月20日
發(fā)明者金慶輝, 許寶建, 趙建龍, 楊夢(mèng)蘇, 李貽昆, 何志明 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所