陣列和制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微陣列結(jié)構(gòu)，其包括基底材料層、在所述基底材料層上的連續(xù)三維(3D)表面層和惰性材料，所述連續(xù)三維(3D)表面層能夠官能化以用作陣列，其中所述結(jié)構(gòu)包括尺寸為毫米至納米的精確限定且可官能化的分離的區(qū)域。所述可官能化的區(qū)域為所述連續(xù)3D表面層的一部分，并由所述惰性材料分離，并通過所述連續(xù)3D表面層在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)互連。
【專利說明】陣列和制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及3D( “三維”)表面的開發(fā)，所述3D表面可被改性以形成分離的但互連的可官能化的區(qū)域的陣列，以用于多種陣列應(yīng)用中，特別是微電極傳感器陣列和微催化劑陣列。特別地，所述方法允許制造陣列，所述陣列包括分離的但導(dǎo)電互連的表面區(qū)域，所述表面區(qū)域可以以多種圖案設(shè)置。本發(fā)明也涉及這種陣列。
【背景技術(shù)】
[0002]目前存在用于制造陣列的多種已知方法。這些方法包括印刷技術(shù)(如絲網(wǎng)印刷或噴墨印刷)、平版印刷技術(shù)(由此陣列被蝕刻至表面上)、光刻法、直接電沉積(電線沉積)、碳納米管/納米纖維陣列的圖案化和組裝技術(shù)(例如在環(huán)氧樹脂中的電線組)。然而，這些已知方法具有多個局限性。特別地，它們實施繁瑣，并難以在大表面積上以毫米至納米級精確限定陣列。因此，主要由于缺乏限定，因此產(chǎn)生的陣列的分辨率通常較差。由于定性和定量測量受到不利影響，無法將傳感器位點精確設(shè)置于這種陣列中導(dǎo)致問題。特別地，由于當(dāng)可制造納米級陣列時，對限定和成本的控制仍然是無法易于克服的問題，因此產(chǎn)生納米級陣列的制造成本的問題。規(guī)模經(jīng)濟為一個特定的問題。
[0003]以改進的限定精確度以毫米至納米級制造陣列，特別是以微米至納米級在大表面積上制造陣列在傳感、電化學(xué)和催化領(lǐng)域中將是特別有價值的。電化學(xué)為化學(xué)的分支，其涉及使用自發(fā)的化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生電力，以及使用電力以引起非自發(fā)的化學(xué)改變。特別地，其為水性化學(xué)反應(yīng)的研究，所 述水性化學(xué)反應(yīng)在電子導(dǎo)體(如金屬或半導(dǎo)體(電極))和離子導(dǎo)電介質(zhì)(電解質(zhì))的界面處發(fā)生，并涉及電極和電解質(zhì)或溶液中的物質(zhì)之間的電子轉(zhuǎn)移。催化涉及產(chǎn)生具有更低活化能的新的反應(yīng)路徑，由此允許更多的反應(yīng)物分子越過反應(yīng)勢壘并形成反應(yīng)產(chǎn)物。
[0004]在典型的電化學(xué)檢測過程中，通常優(yōu)選的是使用更小電極的陣列而非單個大電極。其原因包括:
[0005].能夠使用更小的樣品體積；
[0006]?在體內(nèi)和體外測量中的應(yīng)用；
[0007].目標(biāo)分子的低消耗速率；
[0008].由于它們的降低的表面積而產(chǎn)生的低背景充電；
[0009]?降低的IR下降；和
[0010].由于會聚擴散而產(chǎn)生的向電極表面增加的質(zhì)量傳遞，從而產(chǎn)生高電流密度。
[0011]精確限定的陣列對于在如下用途中使用也是有價值的:
[0012].流體的分析(例如生物:血液、尿液、牛奶和非生物:廢水流、飲料)；
[0013].與活性生物體系整合成芯片實驗室裝置；
[0014].體外或體內(nèi)生物感應(yīng)，如酶聯(lián)試驗和許多其他生物分子的檢測；
[0015]?催化；
[0016].環(huán)境中的痕量金屬監(jiān)測；[0017]?腐蝕監(jiān)測；和
[0018].能量產(chǎn)生和儲存裝置。
[0019]共同待審的PCT申請?zhí)朠CT/2011/000052也涉及微陣列結(jié)構(gòu)。然而，如PCT/2011/000052中描述的微陣列僅包括具有由惰性材料分離的可官能化的區(qū)域的連續(xù)惰性底部基底。所述可官能化的區(qū)域未被指出為導(dǎo)電互連的，且所述結(jié)構(gòu)不包括除了底部基底材料和惰性材料之外的至少一個連續(xù)互連層，所述至少一個連續(xù)互連層提供所形成的微陣列的改進的功能和結(jié)構(gòu)靈活性。
[0020]因此，本發(fā)明的一個目的在于提供陣列和/或形成這種陣列的方法，所述陣列包括分離但導(dǎo)電互連的可官能化的區(qū)域。本發(fā)明的另一或可選擇的目的在于至少提供公眾可用的選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]在第一方面，本發(fā)明提供了一種微陣列結(jié)構(gòu)，其包括基底材料層、在所述基底材料層上的連續(xù)3D ( “三維”)表面層和惰性材料，所述連續(xù)3D表面層能夠官能化以用作陣列；
[0022]其中所述結(jié)構(gòu)包括尺寸為毫米至納米的精確限定且可官能化的分離的區(qū)域；且
[0023]其中所述可 官能化的區(qū)域為所述連續(xù)3D表面層的一部分，并由所述惰性材料分離，但在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)通過所述連續(xù)3D表面層互連。
[0024]優(yōu)選地,所述連續(xù)3D表面層為導(dǎo)電的。更優(yōu)選地,所述3D表面層為金屬。
[0025]或者，所述連續(xù)3D表面層為碳基材料，包括但不限于碳纖維、碳糊、石墨、石墨烯、玻璃碳、碳納米管和導(dǎo)電聚合物。
[0026]優(yōu)選地，所述連續(xù)3D表面層為覆蓋所述基底材料層的單一的層。
[0027]優(yōu)選地，將所述連續(xù)3D表面層切割成在所述基底材料層上的多個分離的連續(xù)3D表面層片段，每個片段包括多個可官能化的區(qū)域，其中每一組可官能化的區(qū)域能夠分開官能化。
[0028]任選地，所述惰性材料也為絕緣材料。
[0029]任選地，所述基底材料層由導(dǎo)電材料或非導(dǎo)電惰性材料形成，所述非導(dǎo)電惰性材料任選地也是絕緣材料。
[0030]任選地，所述結(jié)構(gòu)包括在所述連續(xù)3D表面層與所述基底材料層之間的粘附層。
[0031]優(yōu)選地，將所述微陣列結(jié)構(gòu)官能化為微電極傳感器陣列和/或微催化劑陣列。
[0032]優(yōu)選地，所述連續(xù)3D表面層從所述惰性材料突出，使得所述可官能化的區(qū)域暴露于所述惰性材料之上。
[0033]優(yōu)選地，所述惰性材料和所述可官能化的區(qū)域形成包括可官能化的區(qū)域的2D (“二維”)表面。
[0034]在第二方面，本發(fā)明提供了一種用于制造根據(jù)本發(fā)明的第一方面的陣列的中間結(jié)構(gòu)，所述中間結(jié)構(gòu)包括基底材料層和在所述基底材料層上的連續(xù)3D表面層，所述基底材料層包括毫米至納米級的精確限定的3D圖案，所述連續(xù)3D表面層能夠官能化以在所述圖案的至少部分之上用作陣列。
[0035]優(yōu)選地，基本上全部的圖案化區(qū)域由連續(xù)3D表面層涂布。
[0036]優(yōu)選地，所述基底材料層由導(dǎo)電材料或非導(dǎo)電惰性材料形成，所述非導(dǎo)電惰性材料任選地也是絕緣材料。
[0037]優(yōu)選地，所述圖案通過壓花、澆鑄、壓印、蝕刻、研磨、平版印刷、壓力成型、真空成型、輥軋成型、注射模塑和激光劃片/燒蝕形成。
[0038]優(yōu)選地，通過濺射、蒸發(fā)或無電沉積技術(shù)用連續(xù)3D表面層涂布所述基底材料層。
[0039]優(yōu)選地，所述連續(xù)3D表面層形成導(dǎo)電的涂布層。更優(yōu)選地，所述3D涂布層為金屬。
[0040]或者，所述連續(xù)3D表面層為碳基材料，包括但不限于碳纖維、碳糊、石墨、石墨烯、玻璃碳、碳納米管和導(dǎo)電聚合物。
[0041]任選地，所述中間結(jié)構(gòu)包括在所述連續(xù)3D表面與所述基底材料之間的粘附層。
[0042]在所述第一方面的一個實施例中，本發(fā)明提供了一種包括連續(xù)3D表面層的精確限定且可官能化的陣列，所述陣列由本發(fā)明的第二方面的中間結(jié)構(gòu)形成，其中惰性材料層填充所述表面層上的3D圖案中的尖端之間的空間，以提供惰性材料表面，所述3D圖案的尖端通過所述惰性材料表面或從所述惰性材料表面突出或暴露；且其中所述尖端由所述惰性材料分離，但經(jīng)由所述惰性材料表面與所述基底材料層之間的連續(xù)3D表面層導(dǎo)電互連。
[0043]任選地，所述惰性材料表面也為絕緣層。
[0044]在第三方面，本發(fā)明提供了一種用于形成包括連續(xù)3D表面層的根據(jù)本發(fā)明的第二方面的中間結(jié)構(gòu)的方法，具有精確限定且可官能化的分離的區(qū)域的陣列可由所述中間結(jié)構(gòu)形成，所述方法涉及如下步驟:
[0045]a.在基底材料的表面上設(shè)置毫米至納米級的精確限定的3D圖案；以及
[0046]b.用連續(xù)3D表面層涂布所述圖案化的基底材料的至少部分。
[0047]優(yōu)選地，所述圖案通過壓花、澆鑄、壓印、蝕刻、研磨、平版印刷、壓力成型、真空成型、輥軋成型、注射模塑和激光劃片/燒蝕而設(shè)置于所述基底材料的表面上。
[0048]優(yōu)選地，通過濺射、蒸發(fā)或無電沉積技術(shù)用連續(xù)3D表面層涂布所述基底材料。
[0049]優(yōu)選地，所述連續(xù)3D表面層覆蓋基本上全部的所述基底材料的圖案化區(qū)域。
[0050]或者，將所述連續(xù)3D表面層切割成多個分離的連續(xù)3D表面層片段，其中所述多個片段覆蓋基本上全部的所述基底材料的圖案化區(qū)域。
[0051]任選地，所述方法包括如下步驟:在所述基底材料與所述連續(xù)3D表面層之間添加粘附層。
[0052]優(yōu)選地，將惰性材料設(shè)置于所述連續(xù)3D表面上，以形成根據(jù)本發(fā)明的第一方面的結(jié)構(gòu)。
[0053]在第四方面，本發(fā)明提供了一種用于形成能夠官能化以作為根據(jù)本發(fā)明的第一方面的陣列的結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括如下步驟:獲取根據(jù)本發(fā)明的第二方面的中間結(jié)構(gòu)，用惰性材料填充所述中間結(jié)構(gòu)上的3D圖案的尖端之間的單獨的空間以提供表面，所述3D圖案的尖端通過所述表面或從所述表面突出或暴露；其中所述尖端形成可官能化的區(qū)域，所述可官能化的區(qū)域由所述惰性材料分離，但通過所述連續(xù)3D表面層在結(jié)構(gòu)內(nèi)互連，并且能夠官能化。
[0054]任選地，所述尖端的頂部可被切去以與所述惰性材料的表面齊平(align)，從而形成包括可官能化的區(qū)域的2D表面。任選地，也去除所述惰性材料的一部分。
[0055]在第五方面，本發(fā)明提供了一種用于形成能夠官能化以作為陣列的2D結(jié)構(gòu)的方法，所述結(jié)構(gòu)包括連續(xù)3D表面，所述方法包括如下步驟:獲取根據(jù)本發(fā)明的第二方面的中間結(jié)構(gòu)，和用惰性材料覆蓋所述中間結(jié)構(gòu)上的3D圖案，去除足夠的惰性填料材料以僅暴露所述3D圖案的尖端，其中所述經(jīng)暴露的3D尖端由惰性材料分離，但通過連續(xù)3D表面在結(jié)構(gòu)內(nèi)互連，并且能夠官能化。
[0056]在第六方面，本發(fā)明提供了一種用于形成能夠官能化以作為包括連續(xù)3D表面層的陣列的結(jié)構(gòu)的另外的方法，所述結(jié)構(gòu)具有毫米至納米級的精確限定的可官能化的區(qū)域的3D圖案，所述方法包括如下步驟:
[0057]a.電鍍根據(jù)本發(fā)明的第二方面的中間結(jié)構(gòu)的連續(xù)3D表面層，以形成覆蓋所述中間結(jié)構(gòu)上的3D圖案的尖端的金屬層；
[0058]b.分離金屬層和所述中間結(jié)構(gòu)的基底材料，以形成金屬負(fù)結(jié)構(gòu)，所述金屬負(fù)結(jié)構(gòu)包括中間結(jié)構(gòu)上的3D圖案的負(fù)像(“負(fù)3D圖案”)；
[0059]c.用惰性材料回填金屬負(fù)結(jié)構(gòu)上的負(fù)3D圖案內(nèi)的尖端之間的空間以提供惰性表面，所述負(fù)3D圖案的尖端通過所述惰性表面或從所述惰性表面突出或暴露；
[0060]d.其中所述可官能化的區(qū)域由所述惰性材料分離，但在結(jié)構(gòu)內(nèi)互連。
[0061]優(yōu)選地，所述金屬層覆蓋所述中間結(jié)構(gòu)上的至少基本上全部的3D圖案。
[0062]任選地，所述尖端的頂部可被切去以與所述惰性材料的表面齊平，從而形成包括可官能化的區(qū)域的2D表面。
[0063]在第七方面，本發(fā)明提供了一種包括能夠官能化以用作陣列的連續(xù)3D表面的中間結(jié)構(gòu)，其中所述中間結(jié)構(gòu)包括在至少一個表面上的毫米至納米級的精確限定的3D圖案，也包括在所述3D圖案的尖端之間的產(chǎn)生表面的惰性材料，所述3D圖案的尖端通過所述表面或從所述表面突出或暴露，所述3D圖案的尖端由此由所述惰性材料分離，并通過所述連續(xù)3D表面在中間結(jié)構(gòu)內(nèi)互連。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0064]圖1:以示意性的形式顯示了用于制備本發(fā)明的經(jīng)涂布且圖案化的結(jié)構(gòu)4的方法。
[0065]圖2: (A)顯示了 50微米的金涂布的結(jié)構(gòu)；(B)顯示了 10微米的金涂布的結(jié)構(gòu)。
[0066]圖3:以示意性的形式顯示了用于將經(jīng)涂布且圖案化的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為本發(fā)明的陣列的方法。
[0067]圖4: (A)以示意性的形式顯示了使用激光在尖端之間的涂布層中劃線，以在相同的傳感器芯片(八、8、(:和0)上產(chǎn)生四個分離的微電極陣列(IV)。四個分離的微電極陣列可以以多種方式構(gòu)造，如(B)和(C)中所示，每一種方式顯示了在電分離的尖端的行上覆蓋的微電極陣列的截面。
[0068]圖5:(A)顯示了互相交叉的陣列的激光圖案的示意圖；(B)顯示了在2cm x2cm金涂布的傳感器芯片上激光圖案化的一個例子；(C)顯示了 IOcm的傳感器芯片的盤；且(D)顯示了包括分離的金尖端的微電極陣列。
[0069]圖6:顯示了典型類型的微電極陣列。㈧顯示了微盤電極陣列(可為有序的或無規(guī)的)；(B)顯示了微帶電極陣列；(C)顯示了互相交叉的微電極陣列(平面的和豎直的)；(D)顯示了線性微電極陣列；(E)顯示了 3D微電極陣列；且(F)顯示了電分離的單獨的尖端，其具有來自每個尖端的電連接。
[0070]圖7:以示意性的形式顯示了(A)基底材料(例如聚合物或玻璃基底材料)的輥壓花；(B)基底材料的輥壓花；和(C)使用印模壓花基底材料。
[0071]圖8:顯示了用于計算機建模實驗的傳感器設(shè)計，其中金涂布的尖端的兩個陣列彼此精確對齊。
[0072]圖9:顯示了兩個不同的幾何形狀。(A)顯示了液滴形成，而(B)顯示了填充電解質(zhì)的室，所述室顯示2D和3D區(qū)域中的電勢分布和電流密度矢量(箭頭)。
[0073]圖10:顯示了阻抗結(jié)果的3維透視圖。
[0074]圖11:顯示了在2個電極(10和20微米)之間的空間的各種參數(shù)的阻抗，其中r為尖端的半徑。
[0075]圖12:顯示了各種距離參數(shù)的阻抗。
[0076]圖13:顯示了兩種距離幾何形狀之間的阻抗比較。紅色顯示完全浸入的幾何形狀。綠色和藍色顯示具有不同半徑、幾何形狀的液滴形成。
[0077]圖14:顯示了兩種不同的幾何形狀的頻率相對于阻抗(波特圖)，其中實線顯示幾何形狀B,虛線顯示具有5um半徑的液滴。
[0078]圖15:顯示了包括界面阻抗的整個系統(tǒng)的等效電路模型。
[0079]圖16:顯示了模型幾何形狀以及域方程和邊界條件。
[0080]圖17:顯示了兩種不同的幾何形狀的界面的各種雙層長度的阻抗(奈奎斯特圖)。
[0081]圖18:顯示了波特圖，所述波特圖顯示了兩個不同雙層厚度的Real Z(歐姆)的差異。
[0082]圖19:顯示了兩種幾何形狀的由于雙層由50nm改變至5nm而導(dǎo)致的阻抗之間的差異。
[0083]圖20:顯示了兩種不同的幾何形狀的由于電荷轉(zhuǎn)移電阻(Rct)的改變而導(dǎo)致的阻抗改變。
[0084]圖21:顯示了填充幾何形狀的由于Rct的改變而導(dǎo)致的阻抗改變。
[0085]圖22:顯示了兩種幾何形狀的由于Rct由IM歐姆改變至100K而導(dǎo)致的阻抗之間
的差異。
[0086]圖23:顯示了在PMMA中的40微米尖端的圖片。
[0087]圖24:顯示了傳感器制造的過程。
[0088]圖25:顯示了傳感器制造的過程。
[0089]圖26:顯示了在硫酸中電化學(xué)清潔金電極。
[0090]圖27: (A)顯示了激光劃線的互相交叉的陣列。(B)顯示了通過5微米激光劃線的線的發(fā)光的更近的視圖。
[0091]圖28:顯示了隨時間的Au電極上的SAM吸附。
[0092]圖29:顯示了涂布有環(huán)氧樹脂的40微米尖端。
[0093]圖30: (A)顯示了經(jīng)由硫醇-金化學(xué)化學(xué)附接SAM ；⑶顯示了電化學(xué)沉積導(dǎo)電聚合物，之后聯(lián)接至探針；(C)顯示了將不同的探針受控電化學(xué)沉積至導(dǎo)電聚合物，以用于捕獲劑的多重化(multiplexing)。
[0094]圖31:顯示了將I微米活化的藍色聚苯乙烯珠粒附接至傳感器陣列的尖端的示意圖。
[0095]圖32:顯示了共價附接至傳感器陣列的尖端的珠粒。[0096]圖33:顯示了金涂布的鎳I微米傳感器陣列。
[0097]圖34:顯示了互相交叉的電極尖端之間的電勢分布和電流。
[0098]圖35:顯示了交替的工作電極和對電極的互相交叉的軌跡，激光劃線在所述交替的工作電極和對電極之間。
【具體實施方式】
[0099]本發(fā)明涉及開發(fā)各種尺寸的陣列以用于多種應(yīng)用(包括傳感器、電化學(xué)和催化)中。特別地，本發(fā)明涉及用于制造毫米至納米(包括)級的包括可官能化的區(qū)域的陣列的方法。這些可官能化的區(qū)域優(yōu)選為導(dǎo)電的(但可不是)，并在陣列的表面處為分離的但在用于分離它們的材料下方結(jié)合。它們可具有任何形狀或尺寸，并可被官能化以產(chǎn)生用于大量應(yīng)用的傳感器或催化位點(在其他選擇中)。應(yīng)用的例子包括酶催化的還原或氧化反應(yīng)(例如葡糖氧化酶)的檢測；溶液內(nèi)的可氧化物質(zhì)的直接檢測(例如金屬、金屬氧化物、有機物質(zhì))；抗體、DNA、細(xì)胞或小分子的檢測(其中適當(dāng)?shù)膆aptan已附接至陣列表面)；以及經(jīng)由相關(guān)的電化學(xué)方法檢測和結(jié)合它們的互補抗原，包括測量結(jié)合表面與對電極之間的電阻的改變或電化學(xué)反應(yīng)。在每個情況中，目標(biāo)分析物的濃度與經(jīng)過導(dǎo)電連續(xù)3D陣列表面的電流水平相關(guān)。
[0100]本發(fā)明的微陣列可稱為廣義地由基底材料組成，可官能化的區(qū)域在所述基底材料上形成。因此，在第一方面，本發(fā)明提供了一種微陣列結(jié)構(gòu)，其包括基底材料層、在所述基底層上的連續(xù)3D表面層，以及惰性材料，所述連續(xù)3D表面層能夠官能化以用作陣列。所述結(jié)構(gòu)包括可官能化的區(qū)域，所述可官能化的區(qū)域為所述連續(xù)3D表面層的一部分，并由所述惰性材料分離，但通過所述連續(xù)3D表面層在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)互連。
[0101]如本文所用，“基底材料層”(本文稱為基底材料)指本發(fā)明的微陣列的底部。其可為柔性的或剛性的，并優(yōu)選為厚度為微米至毫米級的平面。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知，基底材料的厚度主要由確保適當(dāng)處理所需的厚度決定。當(dāng)需要時，基底材料也應(yīng)為光學(xué)透明的。因此，優(yōu)選地，基底材料為約50微米至約2mm之間厚，或約500微米至約2mm之間厚，或約50微米至約100微米之間厚。優(yōu)選地，基底材料為聚合物材料?；蛘撸撞牧峡蔀閷?dǎo)電材料或惰性非導(dǎo)電材料。當(dāng)基底材料層為惰性的時，其也可充當(dāng)絕緣材料。用于本發(fā)明的合適的柔性材料的例子包括熱塑性聚氨酯、橡膠、硅橡膠和柔性環(huán)氧樹脂。用于本發(fā)明的合適的剛性基底材料的例子包括玻璃、PMMA、PC、PS、陶瓷、樹脂、復(fù)合材料和剛性環(huán)氧樹脂?；撞牧弦部捎山饘傩纬桑缃?、銀、鎳等，如下文更詳細(xì)地描述。
[0102]如本文所用，“可官能化的區(qū)域”應(yīng)廣義地看作涵蓋本發(fā)明的微陣列的那些部分，所述部分通過惰性材料突出或暴露，或者暴露并因此能夠由使用者根據(jù)需要官能化。當(dāng)惰性材料通過惰性材料突出時，其可在材料上方暴露。可官能化的區(qū)域可為使用者所需的任何形狀，并優(yōu)選形成作為本發(fā)明的微陣列的基底材料的一部分形成的三維(3D)柱狀結(jié)構(gòu)(納米至毫米尺寸)的最上表面或尖端。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，可官能化的區(qū)域也可形成作為本發(fā)明的微陣列的基底材料的一部分形成的3D肋狀結(jié)構(gòu)的最上表面。
[0103]在整個說明書中，提及3D應(yīng)被當(dāng)作意指三維結(jié)構(gòu)，或者當(dāng)上下文需要時意指三維經(jīng)涂布的結(jié)構(gòu)，其中所述三維結(jié)構(gòu)為柱狀結(jié)構(gòu)或肋狀結(jié)構(gòu)的形式。
[0104]可官能化的區(qū)域優(yōu)選尺寸為毫米至納米級。更優(yōu)選地，可官能化的區(qū)域的尺寸為約IOnm至約I微米之間，更優(yōu)選尺寸為約200nm至約I微米之間。同樣地,單獨的可官能化的區(qū)域之間的空間可為毫米至納米級。
[0105]在本發(fā)明的一個實施例中，可官能化的區(qū)域為精確限定的區(qū)域，它們在微陣列的表面上形成所需規(guī)模的限定圖案。這轉(zhuǎn)而允許使用者或計算機程序精確定位微陣列的表面上的特定可官能化的區(qū)域，并進行所需的測量，允許微陣列的表面上的僅僅選定的可官能化的區(qū)域的官能化?；蛘撸晒倌芑膮^(qū)域在本發(fā)明的微陣列的表面上無規(guī)設(shè)置。
[0106]圖1圖示顯示了使用壓花技術(shù)使基底材料2的表面成形為精確限定至所需規(guī)模的所需3D圖案。圖1顯示了使用印模實現(xiàn)此。首先，將印模I成型為所需圖案的負(fù)像(圖1A)。該圖案在圖1中顯示為重復(fù)的三角形，然而，其可由使用者所需的其他選擇代替。圖案不必須為均勻的。壓花產(chǎn)生從基底材料2的表面延伸的尖端6，因此也產(chǎn)生那些尖端6之間的所需空間。壓模I通常由硅或鎳制得。然而，其可由能夠以此方式使用的任何合適的材料形成。壓模I隨后用于壓花具有所需圖案的基底材料2 (圖1B)。如明顯地，壓花技術(shù)為熟知的，可得到多種其他選擇以用于在所需基底材料中產(chǎn)生適當(dāng)且精確限定的圖案。這些可包括澆注、壓印(圖7C)、蝕刻、研磨、平版印刷、壓力成型、真空成型、輥軋成型(圖7A和7B)、注射模塑和激光劃片/燒蝕。用于形成毫米/納米級的精確限定的圖案的其他合適的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。
[0107]然后將3D圖案化基底材料2從壓模I上拉開，并用涂布層3涂布以形成3D經(jīng)涂布且圖案化的結(jié)構(gòu)4(圖1C)。涂布步驟在基底材料2之上形成連續(xù)單個3D表面。
[0108]如本文所用，“連續(xù)3D表面層”(本文稱為連續(xù)3D表面)指涂布層3，其可由導(dǎo)電材料或碳基材料形成，并可在聚合物基底材料2之上以大的連續(xù)片材制得。因此，連續(xù)3D表面(涂布層3)與基底材料2分離，并將有效地在基底材料2與惰性材料7之間(在圖3中最佳看出)。涂布層3 (連續(xù)3D表面)優(yōu)選為約Inm至約5微米之間厚,更優(yōu)選為約3nm至約IOOnm之間厚,更優(yōu)選為約5nm至約IOOnm之間，更優(yōu)選為約5nm至約50nm之間厚。優(yōu)選地，涂布層3 (連續(xù)3D表面)為覆蓋基底材料2的單一的層?；蛘?，使用諸如平板印刷的技術(shù)將涂布層3 (連續(xù)3D表面)激光劃線或切割，以提供在基底材料2上的多個分離的連續(xù)3D表面層片段。每個分離的連續(xù)3D表面層片段包括多個可官能化的區(qū)域，使得微陣列的表面包括多組可官能化的區(qū)域(圖6F)。優(yōu)選地，每組可官能化的區(qū)域能夠分開官能化。優(yōu)選地，涂布層3 (連續(xù)3D表面)由導(dǎo)電材料形成，優(yōu)選其由金屬形成。在本發(fā)明中用作涂布層3的合適的金屬包括金、鉬、銀、鎳和銅等?；蛘?，涂布層3由碳基材料形成，優(yōu)選由碳纖維、碳糊、石墨、石墨烯、玻璃碳、碳納米管和導(dǎo)電聚合物(聚吡咯和聚噻吩)等形成。
[0109]可通過多種方法實現(xiàn)連續(xù)3D表面(涂布層3)的施用，包括但不限于濺射、蒸發(fā)或無電沉積。連續(xù)3D表面可用作晶種層，如本文之后所述。
[0110]連續(xù)3D表面(涂布層3)通常包括粘附層(未在圖1中顯示)以促進粘附至基底材料2。因此，該粘附層位于連續(xù)3D表面層與基底材料之間。用于形成粘附層的合適的粘附材料是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。選擇包括表面的等離子體處理以增加表面粗糙度、鉻或釩的薄層(納米)沉積、以及等離子體沉積或共價鍵合的硫醇或胺以提高粘附。
[0111]本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明的微陣列的結(jié)構(gòu)中包括連續(xù)3D表面提供優(yōu)于本領(lǐng)域已知的其他微陣列的改進的功能和結(jié)構(gòu)靈活性。特別地，連續(xù)3D表面可實現(xiàn)本發(fā)明中的多個重要作用中的任一者。例如，其保護下方的基底材料2(圖1)。其也促進本發(fā)明的微陣列的可官能化的區(qū)域處的鍵合化學(xué)的附接。當(dāng)其由導(dǎo)電材料形成時，其允許電化學(xué)反應(yīng)在可官能化的區(qū)域處在微陣列的表面發(fā)生。當(dāng)其也由導(dǎo)電材料形成時，其確?？晒倌芑膮^(qū)域彼此導(dǎo)電互連。如本文所用，“導(dǎo)電互連”指陣列的分離的可官能化的區(qū)域彼此電連通以及與電分析裝置(如伏特計、恒電勢器、恒流器、阻抗分析儀和本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的能夠測量電流的任何其他裝置)電連通。當(dāng)連續(xù)3D表面(涂布層3)為覆蓋基底材料的單一的層時，其可在僅一個點處連接至電分析裝置?；蛘撸?dāng)連續(xù)3D表面(涂布層3)已被激光劃線或切割成分離的連續(xù)3D表面層片段時，每個片段可不必在更寬的陣列結(jié)構(gòu)中與其他片段互連，且每個片段可連接至電分析裝置以在陣列內(nèi)提供單獨的電極。圖6F顯示了這種設(shè)置。在上下文中提及“連續(xù)3D表面”旨在包括這種選擇(即可在陣列結(jié)構(gòu)內(nèi)存在多個連續(xù)3D表面)ο
[0112]作為涂布層3 (連續(xù)3D表面)的一種選擇，金實現(xiàn)了所有這些作用。在本發(fā)明的一些實施例中，涂布層3也可需要為透明的。此外，金能夠為透明的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于了解其他導(dǎo)電材料(例如銀、鉬和導(dǎo)電聚合物(如聚吡咯和聚噻吩))也能夠?qū)崿F(xiàn)如上指出的作用。同樣地，非導(dǎo)電材料(例如石墨烯和碳納米管)至少能夠?qū)崿F(xiàn)如上指出的連續(xù)3D表面的作用的大多數(shù)。
[0113]如上所述，金為用作本發(fā)明中的連續(xù)3D表面的優(yōu)選涂布材料，因為金為高度導(dǎo)電的(并因此能夠充當(dāng)電極)、為惰性的、與硫形成強共價鍵、易于沉積于基底材料上、具有熟知的化學(xué)且易于得到。其也能夠承受嚴(yán)苛的化學(xué)清潔處理，所述嚴(yán)苛的化學(xué)清潔處理轉(zhuǎn)而確保本發(fā)明的陣列可使用超過一次。
[0114]如本文所用，“惰性材料”指將單獨的可官能化的區(qū)域彼此物理分離的柔性或剛性材料。因此,惰性材料形成“惰性表面”,可官能化的區(qū)域通過所述“惰性表面”或從所述“惰性表面”突出或暴露，因此暴露連續(xù)3D表面(涂布層3)的分離的區(qū)域，并因此允許如所需將這些區(qū)域官能化。在該設(shè)置中，陣列保持為3D陣列?；蛘?，可官能化的區(qū)域不突出，而是與惰性材料表面齊平以形成包括可官能化的區(qū)域的2D( 二維，即平直)表面。
[0115]用于本發(fā)明中的合適的惰性材料包括但不限于環(huán)氧樹脂、可噴涂的材料(如油漆)、二氧化硅或光阻材料(如SU-8)。當(dāng)不需要柔性時，通常使用環(huán)氧樹脂或光阻材料。惰性材料也可由激光領(lǐng)域熟知的固體膜或硫醇封端的分子的單層、或自組裝單層(SAM)形成。SAM包括通常由-SH官能團在一個端部封端的烷基鏈，但也可由多種其他官能團封端，包括但不限于_CH3、-OH、一C00H、-NH2, -CN和-CH0。官能團的選擇取決于待鍵合至本發(fā)明的微陣列的目標(biāo)物質(zhì)。惰性材料也可充當(dāng)絕緣材料，并也可被視為填料材料或分離層。
[0116]取決于待用于本發(fā)明中的惰性材料，其施用可涉及將微陣列的涂布層3旋涂至已知厚度。當(dāng)施用所述施用方法時，惰性材料隨后在紫外光下交聯(lián)，通過反應(yīng)離子蝕刻來蝕刻惰性材料，從而暴露單獨的官能區(qū)域。用于施用惰性層的許多可選擇的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，并包括但不限于，噴涂并隨后從待官能化的區(qū)域物理去除惰性材料(例如通過擦拭尖端)、將稀釋的涂布材料噴涂至涂布層3上，所述稀釋的涂布材料在施用時將溢過尖端并進入3D陣列的凹處，以及浸涂SAM單層并隨后物理去除尖端上的SAM。
[0117]本發(fā)明的第一方面的微陣列可官能化為微電極傳感器(如上所述)。其也可官能化為微催化劑陣列。對本發(fā)明的陣列的潛在用途的進一步的討論在下文討論。
[0118]在第一方面的一個實施例中，本發(fā)明提供了一種精確限定且可官能化的陣列，其包括由中間結(jié)構(gòu)4形成的連續(xù)3D表面層。此外，陣列的單獨的可官能化的區(qū)域由一層惰性材料分離以提供惰性表面，可官能化的區(qū)域通過所述惰性表面或從所述惰性表面突出或暴露，且單獨的可官能化的區(qū)域通過連續(xù)3D表面互連。優(yōu)選地，單獨的可官能化的區(qū)域通過連續(xù)3D表面導(dǎo)電互連。所述中間結(jié)構(gòu)形成陣列的底部。
[0119]因此，在第二方面，本發(fā)明提供了一種中間結(jié)構(gòu)4，其用于制造根據(jù)本發(fā)明的第一方面的精確限定、可官能化的陣列。所述中間結(jié)構(gòu)由基底材料層2形成，所述基底材料層2包括毫米至納米級的精確限定的3D圖案。所述3D圖案的全部或部分涂布有涂布層3，以在基底材料層2上形成能夠官能化以用作陣列的連續(xù)3D表面層。優(yōu)選的是基本上全部的圖案化區(qū)域覆蓋有涂布層3 (連續(xù)3D表面)。任選地，中間結(jié)構(gòu)4包括涂布層3 (連續(xù)3D表面)與基底材料2之間的粘附層。
[0120]任選地，中間結(jié)構(gòu)4包括涂布層3與基底材料2之間的粘附層。
[0121]圖1C顯示了本發(fā)明的第二方面的中間結(jié)構(gòu)4。圖2A顯示了 50微米金涂布的圖案化基底材料，而圖2B顯示了根據(jù)本發(fā)明的10微米金涂布的圖案化基底材料。兩者均為“中間”結(jié)構(gòu)4。
[0122]中間結(jié)構(gòu)4可與陣列分開而以大的連續(xù)片材制得，由此為使用者提供規(guī)模經(jīng)濟。經(jīng)涂布且圖案化的材料的這些大的連續(xù)片材包括毫米至納米(包括)級的精確限定的3D圖案(具有任何所需的類型-線、弧、無規(guī))。因此，在第三方面，本發(fā)明提供了一種用于形成根據(jù)本發(fā)明的第一方面的中間結(jié)構(gòu)的方法，所述中間結(jié)構(gòu)包括連續(xù)3D表面層，具有精確限定且可官能化的分離的區(qū)域的陣列可由所述中間結(jié)構(gòu)形成，所述方法包括如下步驟:
[0123]a.將毫米至納米級的精確限定的3D圖案設(shè)置于基底材料的表面上；以及
[0124]b.用連續(xù)3D單個涂布層涂布圖案化的基底材料的至少部分。
[0125]優(yōu)選地，涂布層3覆蓋基底材料的基本上全部的圖案化區(qū)域，以形成連續(xù)3D表面層。
[0126]任選地，所述方法包括在基底材料2與涂布層3之間添加粘附層的步驟。
[0127]中間結(jié)構(gòu)4的基底材料(如圖1C所示)優(yōu)選由惰性聚合物材料形成。然而，如上所述，存在可使用的多種其他合適的柔性和非柔性材料，包括熱塑性聚氨酯、橡膠、硅橡膠、環(huán)氧樹脂、PMMA、PC、PS、陶瓷、樹脂和復(fù)合材料。用于在基底材料的表面上設(shè)置毫米至納米級的精確限定的3D圖案的合適的技術(shù)為上述，并包括壓花、澆鑄、壓印、蝕刻、研磨、平版印刷、壓力成型、真空成型、輥軋成型、注射模塑和激光劃片/燒蝕技術(shù)。
[0128]或者，取決于形狀、尺寸和成本限制，中間結(jié)構(gòu)4(如圖1C所示)可由金屬(如金、銀、鎳等)的單個層形成。金屬表面可隨后壓花(或圖案化)為具有所需的3D圖案。此外，用于形成具有所需圖案的金屬表面的合適的技術(shù)如上所述，并可包括澆鑄、壓印(圖7C)、蝕刻、研磨、平版印刷、壓力成型、真空成型、輥軋成型(圖7A和7B)。其他合適的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。
[0129]第二方面的中間結(jié)構(gòu)4可用于以三種方式中的一種形成本發(fā)明的陣列。在第一方法中，用惰性材料7填充中間結(jié)構(gòu)4(圖3C)上的3D圖案中的可官能化的區(qū)域(以尖端的形式顯示)6之間的單獨的空間5。當(dāng)以此方式使用時，惰性材料基本上充當(dāng)填料材料或分離層(圖3F)以提供惰性表面8，中間結(jié)構(gòu)4的可官能化的區(qū)域或尖端6通過所述惰性表面8突出或暴露。圖3F顯示了使用固體膜作為惰性材料7。可官能化的區(qū)域或尖端6因此彼此分離，并能夠如所需被官能化。因此，一旦可官能化的區(qū)域或尖端6被官能化，它們則變成陣列形式的官能區(qū)域(例如傳感器位點)。圖3G顯示了圖3F的可官能化陣列的圖示俯視圖。可官能化的區(qū)域或尖端6保持為通過中間結(jié)構(gòu)4的涂布層3 (連續(xù)3D表面)而彼此連接。然而，并非中間結(jié)構(gòu)4的全部涂布層3需要由惰性材料7覆蓋。未覆蓋的涂布層3的那些區(qū)域隨后可用于制備與尖端6的電連接。
[0130]因此，在第四方面，本發(fā)明提供了一種用于形成能夠官能化以作為根據(jù)本發(fā)明的第一方面的陣列的結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括如下步驟:獲得根據(jù)本發(fā)明的第二方面的中間結(jié)構(gòu)4，和用惰性材料7填充中間結(jié)構(gòu)4上的3D圖案的尖端6之間的單獨的空間5，以提供惰性表面8，尖端6通過所述惰性表面8突出或暴露，所述尖端6形成可官能化的區(qū)域。因此，形成了包括連續(xù)3D表面層的陣列，所述連續(xù)3D表面層具有在精確限定圖案中的分離的但互連的(優(yōu)選導(dǎo)電互連的)可官能化的區(qū)域。
[0131]任選地，在可官能化的區(qū)域突出之處，可將突出區(qū)域的尖端6切去以與惰性材料7的表面8齊平，從而形成包括分離的但互連的可官能化的區(qū)域的2D表面。任選地，也去除所述惰性材料的一部分。
[0132]或者，在第二方法中，可以以足夠的量添加惰性材料7，以覆蓋中間結(jié)構(gòu)4上的3D圖案的可官能化的區(qū)域或尖端6。隨后可(通過蝕刻、磨蝕、化學(xué)或等離子體技術(shù))部分去除惰性材料7，以暴露中間結(jié)構(gòu)4上的3D圖案的可官能化的區(qū)域或尖端6。該方法提供了一種獲得2D表面的方式，因為可官能化的區(qū)域或尖端6不突出至惰性材料7的上方。暴露的可官能化的區(qū)域或尖端6通過惰性材料7彼此分離，但通過中間結(jié)構(gòu)4的涂布層3而在結(jié)構(gòu)內(nèi)保持互聯(lián)，優(yōu)選導(dǎo)電互連。
[0133]因此，在第五方面，本發(fā)明提供了一種用于形成本發(fā)明的2D微陣列結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括如下步驟:獲取中間結(jié)構(gòu)4，和用惰性材料7覆蓋中間結(jié)構(gòu)4上的3D圖案，并去除足夠的惰性材料7以僅暴露3D圖案的可官能化的區(qū)域或尖端6。
[0134]通過如上方法中的任一種形成的陣列包括中間結(jié)構(gòu)4、涂布層3和惰性材料7的層，所述中間結(jié)構(gòu)4由基底材料2 (其為惰性的)形成，并3D圖案化至毫米至納米級；所述涂布層在圖案化區(qū)域的至少部分之上以形成連續(xù)3D表面；所述惰性材料7的層在所述連續(xù)3D表面上成層，并填充中間結(jié)構(gòu)4的3D圖案中的可官能化的區(qū)域或尖端6之間的空間5，以提供惰性表面8，所述3D圖案的可官能化的區(qū)域或尖端6通過所述惰性表面8或從所述惰性表面8突出或暴露。如上所述，可官能化的區(qū)域或尖端6由惰性材料7分離，但經(jīng)由涂布層3 (連續(xù)3D表面)連續(xù)互連，所述涂布層3存在于3D圖案化區(qū)域的至少部分(優(yōu)選基本上全部的圖案化區(qū)域)之上。
[0135]如圖4A所示，也可使用如上方法結(jié)合激光劃線過程形成陣列的電分離的組，其中單獨的可官能化的區(qū)域或尖端6之間的涂布層3 (連續(xù)3D表面)被蝕刻掉(如圖4B和C、圖5A和B和圖6F中的20所示)。這允許單個傳感器芯片具有單獨的可尋址的區(qū)域，所述單獨的可尋址的區(qū)域可包括一個或多個對電極、一個或多個參比電極、一個或多個氧化還原電極和一個或多個工作電極。對激光線的形狀無限制。然而，優(yōu)選的是激光線的寬度為約I至約100微米之間。單獨的可尋址的區(qū)域或分離的微電極陣列可以以多種方式構(gòu)造，其中兩個例子示于圖4B和4C中。在圖4B中，微電極陣列包括由對電極22分開的兩個工作電極21a和21b以及參比電極23。在圖4C中，微電極陣列包括三個工作電極(21a、21b和21c)、對電極22、參比電極23和氧化還原電極24，其中對電極分開工作電極21a和21b，參比電極23和氧化還原電極24 —起分開工作電極21b和21c。分離的微電極陣列也可設(shè)置為使得每一個用作工作電極21。
[0136]在第三方法中，涂布層3(圖3C)用作晶種層。將中間結(jié)構(gòu)4置于電鍍浴中以電化學(xué)生長涂布層3 (連續(xù)3D表面)。因此優(yōu)選的是，涂布層3 (連續(xù)3D表面)為導(dǎo)電的，所用的金屬能夠電化學(xué)沉積至使用所述方法的涂布層3 (連續(xù)3D表面)上。涂布層3 (連續(xù)3D表面)電化學(xué)生長而形成金屬層9，所述金屬層9至少基本上覆蓋中間結(jié)構(gòu)4的可官能化的區(qū)域或尖端6(圖3D)。包括并因此引入中間結(jié)構(gòu)4的涂布層3的金屬層9可隨后與結(jié)構(gòu)4的剩余部分分離，以提供金屬負(fù)3D圖案10(結(jié)構(gòu)4上的圖案的負(fù)像(圖3E))。隨后用惰性材料7回填在金屬負(fù)像10上的負(fù)3D圖案中的可官能化的區(qū)域或尖端12之間的單獨的空間11，以提供平直表面8，金屬負(fù)像10的尖端12通過所述平直表面8或從所述平直表面8突出或暴露(圖3H和3G)。此外，當(dāng)惰性材料7以此方式使用時，其基本上充當(dāng)填料材料或分離層。而且，在尖端12從惰性材料7突出之處，可將尖端12切去以與惰性材料7的表面8齊平，從而形成包括分離的但互連的可官能化的區(qū)域的2D表面?？晒倌芑膮^(qū)域或尖端12由惰性材料7分離，并能夠如所需被官能化而形成陣列形式的官能區(qū)域(例如傳感器或催化位點)。
[0137]因此，在第六方面，本發(fā)明提供了一種用于形成陣列的方法，所述陣列包括具有毫米至納米級的可官能化的區(qū)域的精確限定的3D圖案的連續(xù)3D表面層，所述方法包括如下步驟:
[0138]a.電鍍中間結(jié)構(gòu)4的連續(xù)3D表面層，以形成覆蓋中間結(jié)構(gòu)4上的3D圖案(優(yōu)選至少基本上全部的3D圖案)的尖端12的金屬層9 ；
[0139]b.分離金屬層9和中間結(jié)構(gòu)4的基底材料2,以形成金屬負(fù)結(jié)構(gòu)10,所述金屬負(fù)結(jié)構(gòu)10包括中間結(jié)構(gòu)4上的3D圖案的負(fù)像(“負(fù)3D圖案”)；
[0140]c.用惰性材料7回填金屬負(fù)結(jié)構(gòu)10上的負(fù)3D圖案內(nèi)的尖端12之間的空間11，以提供惰性表面8，所述負(fù)3D圖案的尖端12通過所述惰性表面8或從所述惰性表面8突出
或暴露。
[0141]在電鍍步驟中可使用任何金屬以形成金屬層9。優(yōu)選使用鎳，因為其為硬的易延展金屬，并且通常用作電鍍金屬。
[0142]圖3G顯示了通過如下方式形成的可官能化的陣列的圖示俯視圖:填充金屬負(fù)像10上的負(fù)圖案中的可官能化的區(qū)域或尖端12之間的單獨的空間11(圖3H)。因此，金屬負(fù)像10充當(dāng)微陣列結(jié)構(gòu)的基底材料層。因此，本發(fā)明可擴展至通過本發(fā)明的第六方面的方法形成的可官能化的陣列。
[0143]因此，本發(fā)明也提供了一種具有導(dǎo)電底部的微陣列，所述導(dǎo)電底部能夠用連續(xù)3D表面(導(dǎo)電的或非導(dǎo)電的)和/或惰性材料7涂布，以形成分離的可官能化的區(qū)域。
[0144]如可以理解，用于利用中間結(jié)構(gòu)4(圖3C)的上述方法產(chǎn)生具有圖3G所示的相同俯視圖的陣列。
[0145]能夠產(chǎn)生毫米至納米級的精確限定的陣列已成為陣列領(lǐng)域的問題一段時間。當(dāng)尋求獲得精確定量和/或定性分析時，所述的小尺寸(特別是納米級)呈現(xiàn)特定的問題。本發(fā)明提供了 一種產(chǎn)生這種陣列的經(jīng)濟方式。[0146]如圖3F和3H明顯的且如上所述，陣列中的分離的可官能化的區(qū)域(由尖端6和12形成)經(jīng)由連續(xù)3D表面(即涂布層3或金屬負(fù)圖案10)在惰性材料7下方互連。當(dāng)連續(xù)3D表面由導(dǎo)電材料(例如金)形成時，分離的可官能化的區(qū)域如上所述彼此導(dǎo)電互連，并因此充當(dāng)互連的但分離的導(dǎo)電島。而且，如上所述，可將連續(xù)3D表面激光劃線或切割成單獨的節(jié)段，從而在更寬的陣列結(jié)構(gòu)內(nèi)形成可官能化的區(qū)域的單獨分離的塊。導(dǎo)電材料的使用允許將通過本發(fā)明的方法形成的陣列官能化，以形成如上所述的微電極陣列。因此，整個陣列可充當(dāng)單個微電極?；蛘?，當(dāng)將連續(xù)3D表面切割成分離的塊時，陣列可包括多個單獨的電極。互連也允許微電極陣列中的分離的位點的充電官能化的效率。微電極陣列可具有如圖6所示的多種類型，包括:
[0147]-微盤電極陣列，陣列可以以有序或無規(guī)的方式設(shè)置于所述微盤電極陣列上；
[0148]-微帶電陣列；
[0149]-互相交叉的微電極陣列，其可為平面的或豎直的；
[0150]-線性微電極陣列；和
[0151]-3D微電極陣列。
[0152]當(dāng)用作微電極陣列時，將連續(xù)3D表面連接至電分析裝置，與電解溶液產(chǎn)生電接觸，且允許電流流動通過所述溶液。電解溶液中的目標(biāo)物質(zhì)鍵合至微陣列的可官能化的區(qū)域，并因此協(xié)助或阻礙電流。以此方式，目標(biāo)分子由微電極陣列“感應(yīng)”。也可將對目標(biāo)物質(zhì)特異性的捕獲劑附加至微電極陣列的可官能化的區(qū)域，以協(xié)助所述相互作用。單獨的微電極陣列也可用作彼此的對電極，由此電流在每個微電極陣列上的單獨的可官能化的區(qū)域之間經(jīng)過，且測量電流。
[0153]通過使用導(dǎo)電連續(xù)3D表面(涂布層3)而獲得的電連通也允許本發(fā)明的陣列提供對在陣列的表面上經(jīng)過的樣品的氧化還原環(huán)境的了解。例如，陣列可用于確定樣品的氧化還原環(huán)境是氧化性的還是還原性的(因此允許設(shè)立抗氧化劑響應(yīng)元件等)，或者是否存在過氧化物或自由基。
[0154]使用諸如激光劃線或平版印刷的技術(shù)以將連續(xù)3D表面(涂布層3)切割成單獨的分離的塊或區(qū)域也賦予本發(fā)明的微陣列用作多重通道陣列的能力，其中可進行多個分析物或生物標(biāo)記物的同時測試或測量(圖6F)。這種系統(tǒng)也可用于檢測與特定疾病、器官或系統(tǒng)相關(guān)的已知生物標(biāo)記物。這也允許使用者分離已知數(shù)量的傳感器位點以用于不同目的。
[0155]當(dāng)使用者希望產(chǎn)生非導(dǎo)電(或非官能化的)分離的區(qū)域時，可使用非導(dǎo)電涂布材料3，或者金屬負(fù)像10可用非導(dǎo)電層涂布。
[0156]分離的可官能化的區(qū)域(在圖3G中在6/12處指定)也可用于多種其他陣列應(yīng)用中。例如，它們可被官能化以充當(dāng)多個微反應(yīng)中的催化劑，或者充當(dāng)各種感興趣的目標(biāo)生物分子或化合物的傳感器。其他合適的用途是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。當(dāng)獲得本發(fā)明時，將區(qū)域官能化的方式也是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。
[0157]因此，本發(fā)明提供了一種包括能夠官能化以用作陣列的連續(xù)3D表面的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括尺寸為毫米至納米的精確限定且可官能化的分離的區(qū)域。所述可官能化的區(qū)域由惰性材料7 (其也可充當(dāng)絕緣體)分離，但在結(jié)構(gòu)內(nèi)連續(xù)互連。優(yōu)選地，所述可官能化的區(qū)域在結(jié)構(gòu)內(nèi)通過3D涂布層3連續(xù)互連。優(yōu)選地，所述可官能化的區(qū)域為導(dǎo)電的。
[0158]本發(fā)明也提供了一種包括能夠官能化以用作陣列的連續(xù)3D表面的中間結(jié)構(gòu)4，其中所述中間結(jié)構(gòu)4在至少一個表面上包括毫米至納米級的精確限定的3D圖案。中間結(jié)構(gòu)4也包括在3D圖案的尖端6之間的惰性材料7，所述惰性材料7產(chǎn)生表面8，3D圖案的尖端6通過所述表面8突出或暴露，由此3D圖案的尖端6由惰性材料7分離，并通過連續(xù)3D表面而在中間結(jié)構(gòu)4內(nèi)互連。
[0159]提及“精確限定的”意指3D圖案(或2D圖案)包括已知圖案中的已知預(yù)確定(或可計算)數(shù)目的可官能化的區(qū)域。當(dāng)然有可能的是圖案為無規(guī)的。精確度也包括如下概念:可官能化的區(qū)域的尺寸和/或位置為預(yù)確定的，并精確包括于結(jié)構(gòu)中。
[0160]如上所述，本發(fā)明的微陣列適于用作微電極陣列、微催化劑陣列和用于感興趣的各種目標(biāo)生物分子或化合物的傳感器。
[0161]當(dāng)本發(fā)明的微陣列用作微電極陣列(并因此包括導(dǎo)電的連續(xù)3D表面層)時，通過附接對目標(biāo)分析物特異性的捕獲劑而將陣列官能化。合適的捕獲劑的例子包括小分子、抗體和單鏈DNA。其他捕獲劑是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。存在將捕獲劑附接至陣列的許多方法。附接方法通常包括最初附接具有末端羧基或氨基的連接體分子，使用標(biāo)準(zhǔn)鍵合方法將捕獲劑鍵合至所述連接體分子上，如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知，并且也描述于相關(guān)的共同待審的PCT申請?zhí)朠CT/2011/000052中，以引用方式包括所述申請的公開內(nèi)容。使用本發(fā)明的微電極陣列的合適的應(yīng)用包括檢測小分子生物標(biāo)記物、蛋白質(zhì)、DNA/RNA或生物體。
[0162]電連接至本發(fā)明的微電極陣列通常通過如下方式實現(xiàn):抵靠電極的部分附接夾子或按壓導(dǎo)體(導(dǎo)電糊、線、帶)，所述電極的部分不與溶液接觸以在微電極陣列的表面上經(jīng)過。
[0163]當(dāng)本發(fā)明的微陣列用作微催化劑陣列時，必要的是首先將合適的鍵合化學(xué)附接至陣列的可官能化的區(qū)域。合適的鍵合化學(xué)的附接可以以多種方式實現(xiàn)，包括鍵合化學(xué)的電化學(xué)沉積(其中使用導(dǎo)電的連續(xù)3D表面層)，以及將可官能化的區(qū)域暴露于合適的官能團。合適的官能團可包括金屬催化劑(例如鉬或鈀)、DNA、和導(dǎo)電聚合物(如聚吡咯和聚噻吩)。由此產(chǎn)生的微催化劑陣列的不同表面或多或少地與溶液中的物質(zhì)反應(yīng)。響應(yīng)的組合允許電化學(xué)表征所述溶液。
[0164]實例
[0165]實例1:微電極傳感器的計算機建模
[0166]在本發(fā)明的兩個單獨的微電極陣列的單個可官能化的區(qū)域或尖端上進行一系列計算機建模實驗，其中兩個微電極陣列25a和25b彼此精確對齊，如圖8所示。因此，每個微電極陣列25a和25b充當(dāng)另一個的對電極。
[0167]這些實驗的目的在于計算在尖端之間形成的不同形狀和尺寸的冷凝液滴的阻抗屬性。這取決于緩沖溶液的濃度和在電極之間形成的液滴的尺寸和形狀。兩個電極之間的總阻抗為在電極-電解質(zhì)界面處的阻抗和電解質(zhì)溶液的阻抗之和。為了測量由于系統(tǒng)的幾何形狀的改變而導(dǎo)致的阻抗改變，通過求解兩種不同幾何形狀的修正拉普拉斯方程而模擬系統(tǒng)的總阻抗。假設(shè)不同幾何形狀的界面阻抗保持恒定，界面反應(yīng)在模型中不考慮。
[0168]在上電極和下電極之間施加IV的AC電勢，對于IKHz至1χ106ΚΗζ的頻率范圍，由電流分布計算總阻抗。將緩沖液視為電導(dǎo)率為0.02S/m且相對介電常數(shù)為80的溶液。結(jié)果示于圖9至14中，圖9至14建模了三個參數(shù)，包括電極之間的距離、電極的面積和電解質(zhì)(作為尖端之間的液滴或作為完全覆蓋尖端的溶液)的體積。總之，結(jié)果顯示，靈敏性與電極之間的距離和電極面積負(fù)相關(guān)，但未受到微米級的電解質(zhì)的體積的顯著影響。在圖9中，顯示了兩種不同的尖端幾何形狀。在圖9A中，顯示了液滴形成，而圖9B顯示了用電解溶液填充的室。阻抗結(jié)果通過電勢分布顯示(圖9和10)。箭頭表示了在2D和3D區(qū)域中的電流密度矢量。
[0169]圖11至13顯示了各種阻抗測量，而圖14顯示了兩個不同的幾何形狀的頻率相對于阻抗。
[0170]對于生物感應(yīng)應(yīng)用，假定電極用捕獲劑官能化，那么在捕獲前后測量阻抗。阻抗的改變主要是由于電極界面處的改變。界面的等效電路模型可由Randle電路提供(忽略由于界面處離子的擴散而導(dǎo)致的沃伯格元件)。具有界面和溶液阻抗的系統(tǒng)的總等效電路示于圖15中，域方程和邊界條件示于圖16中。
[0171]使用非法拉第電化學(xué)阻抗譜(EIS)測量雙層電容的變化(本體儲存電荷的能力)。這涉及忽略由于氧化還原反應(yīng)而導(dǎo)致的任何改變，并測量由于雙層厚度的改變而導(dǎo)致的電容改變。為了確定由于雙層厚度的改變而導(dǎo)致的系統(tǒng)的總阻抗改變，對于各種雙層厚度(Ddl)模擬模型(圖17、18和19)對于所有情況，使電荷轉(zhuǎn)移電阻(Rct)等于IM歐姆。結(jié)果表明，相比于使用完全浸入的傳感器尖端，液滴僅略微更敏感。
[0172]檢測界面處的改變的第二方式是通過測量界面處的氧化還原反應(yīng)。當(dāng)存在由于生物捕獲劑而導(dǎo)致的界面改變時，氧化還原反應(yīng)發(fā)生的速率改變。這改變了界面處的電流，其隨后改變系統(tǒng)的Ret。對于各種不同的界面，Rct值不同。對于各種Rct，模擬系統(tǒng)的阻抗改變。結(jié)果示于圖20、21和22中，并顯示在更低頻率下，液滴提供了略微更好的靈敏度。
[0173]計算機建模實驗顯示，尖端的尺寸和尖端之間的間隙越小，則傳感器陣列的靈敏度越大。
[0174]設(shè)計也經(jīng)由相互交叉的圖案化并排設(shè)置工作電極和對電極而得以簡化，由此使得電化學(xué)裝置的不同電極(例如工作電極、對電極和參比電極)能夠全部設(shè)置于同一微電極陣列傳感器芯片上。將并排的電極突出部的電化學(xué)相互作用建模，觀察到與圖8所示的微電極陣列裝置類似的結(jié)果。因此，總之，阻抗測量與工作電極與對電極之間的距離和工作電極的直徑相關(guān)(圖34)。
[0175]實例2:陣列基底、中間結(jié)構(gòu)和材料的形成
[0176]如上描述描述了形成具有分離的可官能化的區(qū)域或尖端的本發(fā)明的陣列的不同的方法。在圖3F中，惰性材料7的薄層已在連續(xù)3D金屬表面之上沉積，以位于3D圖案化基底材料2的單獨的尖端之間。在圖3H中，金屬9的厚層已沉積于基底材料2的連續(xù)3D表面之上和上面。然而，在兩者中，官能化主要在微陣列的3D圖案的尖端處發(fā)生。
[0177]如下描述了根據(jù)本發(fā)明的第四、第五和第六方面的微陣列的開發(fā)。
[0178]根據(jù)第四和第五方面的陣列的開發(fā):
[0179]圖23顯示了 40微米尖端的照片，其壓花至PMMA中，并以100微米間隔均勻隔開，且高度為100微米。PMMA(無定形聚合物)為用于本發(fā)明的優(yōu)選基底材料，因為其易于加工，并提供高度限定的三維基底表面。
[0180]用于制造傳感器的方法(圖24)包括如下步驟:
[0181]1.金涂布基底，以形成連續(xù)3D金表面(或涂布層3)；
[0182]2.在單獨的尖端之間沉積惰性材料7 ;[0183]3.將鍵合化學(xué)(-X)附接至僅尖端；以及
[0184]4.將Haptan物質(zhì)附接至尖端。
[0185]1.金涂布的聚合物基底制造和清潔
[0186]將鉻的薄層(2至3mm厚)沉積至PMMA基底上，以用作粘附層。釩也可代替鉻用作粘附層。同樣地，已知胺和硫醇化學(xué)品促進金對表面的粘附。
[0187]然后將金濺射至PMMA基底上，以提供圖25所示的具有連續(xù)3D金表面的電極。通過使電極在1.65V vs.Ag/AgCl下保持在0.5M H2S04中達15s，然后在OV至1.65V之間循環(huán)，電化學(xué)清潔電極。圖26顯示了典型的CV，穩(wěn)定的金氧化和還原峰分別在1.15V和0.9V,由此提供金已沉積于PMMA基底上的支持。由此形成的金涂布層3為約7至約40nm之間厚。隨后通過激光劃線而將金軌跡限定至金中。互相交叉的軌跡20的例子示于圖27中(在圖4B和C、圖5A和B和圖6F中顯示為20)。激光圖案將微陣列的單獨的區(qū)域彼此電分離，從而在單個微陣列中形成超過一個電極。
[0188]2.在單獨的尖端之間沉積惰性材料7
[0189]使用三種分別的方法將惰性材料沉積至連續(xù)3D金表面上，以充當(dāng)尖端之間的分
離層:
[0190]A.在整個結(jié)構(gòu)上沉積光阻層(SU-8)，之后反應(yīng)性離子蝕刻以暴露金尖端；
[0191]B.在整個結(jié)構(gòu)上沉積羥基化的自組裝單層(SAM-OH)，并通過摩擦而物理去除尖端區(qū)域；以及
[0192]C.用合適粘度的油漆層涂布金涂布的基底，以在交聯(lián)之前溢出尖端。這產(chǎn)生被填充的尖端之間的凹處，且尖端上的金表面暴露。
[0193]所有三種方法均產(chǎn)生突出至惰性材料之外的金尖端。
[0194]A.SU-8光阻層的沉積
[0195]將100微米厚的SU-8的層施用至金涂布的基底的IOcm晶片，所述晶片在之前已激光劃線成Icm相互交叉的傳感器芯片(圖5C)。然后SU-8在紫外光下交聯(lián)，并通過反應(yīng)性離子蝕刻受控蝕刻。發(fā)現(xiàn)這提供了對SU-8聚合物層的厚度的極好控制以及極清潔的金尖端。圖35B顯示了兩個相鄰的尖端。在右手側(cè)顯示的尖端具有露出的金，而在左手側(cè)顯示的尖端具有電化學(xué)沉積于金上的羧基化的聚三噻吩層。圖35A顯示了相互交叉的陣列的相鄰軌跡，其中交替的軌跡具有沉積于尖端上的羧基化的聚三噻吩。
[0196]B.自組裝單層(SAM)的沉積
[0197]自組裝單層(SAM)是本領(lǐng)域熟知的，并通常通過如下方式自發(fā)地在基底上形成:“頭部基團”化學(xué)吸附于基材上，之后緩慢組織“尾部基團”。
[0198]由烷基醇和HS(CH2)6OH取代的三噻吩為用于本發(fā)明中的合適的羥基化自組裝單層的例子。
[0199]使微電極的連續(xù)3D金表面經(jīng)受在鐵氰化鉀(K3FeCN6)溶液中的循環(huán)伏安法。CV顯示分別在0.35V和0.15V處的標(biāo)準(zhǔn)鐵氰化物氧化和還原峰。然后將電極浸入含有在1:1乙醇/水溶液中的5mM SAM-OH的溶液中。然后定期取出電極，用水洗滌，并使其經(jīng)受在具有KCl支持電解質(zhì)的5mM鐵氰化鉀溶液中的循環(huán)伏安法(圖28)。CV顯示隨著電極浸入SAM溶液中的時間長度增加，鐵氰化物峰逐漸消失，從而表明SAM逐漸吸附至電極的連續(xù)3D金表面上。[0200]在20分鐘時間之后，電流達到穩(wěn)態(tài)值，顯示電極由SAM飽和。在20分鐘的SAM吸附之后的電極的CV具有與在2小時的SAM吸附之后的電極的CV類似的特性。
[0201]通過在玻璃顯微鏡載片上摩擦尖端而物理去除SAM-0H，從而產(chǎn)生暴露的尖端上的金。在5mM鐵氰化鉀溶液中的CV在顯著降低的電流處顯示典型的還原氧化峰。這表明僅有尖端上的金被暴露。
[0202]可從金涂布的基底上去除SAM，從而允許用新的SAM新涂布基底。因此，本發(fā)明的陣列可使用多次而不會使陣列劣化。
[0203]C.用環(huán)氧樹脂涂層涂布金涂布的基底
[0204]圖29顯示了在尖端之間的凹處中具有環(huán)氧樹脂層的金涂布的基底材料。環(huán)氧樹脂層的稠度提供了足夠的時間以使環(huán)氧樹脂在交聯(lián)之前溢過金尖端。
[0205]在5mM鐵氰化鉀溶液中的CV顯示了典型的還原氧化，并且證實了金尖端是未經(jīng)涂布的。
[0206]3.將鍵合化學(xué)(-X)附接至尖端上
[0207]將鍵合化學(xué)(-X，參見圖24)附接至基底的SU-8、SAM-OH或環(huán)氧樹脂涂布的連續(xù)3D金表面的尖端。當(dāng)SU-8或環(huán)氧樹脂涂層用作惰性材料7時，鍵合化學(xué)的附接通過如下方式實現(xiàn):將羧基化的聚三噻吩或活化的聚三噻吩電化學(xué)沉積至尖端上(圖30B和C)。盡管圖30C顯示了將不同的探針受控電化學(xué)沉積至導(dǎo)電聚合物以用于捕獲劑的多重化，但如對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的，這也可通過使用羧基SAM并改變不同工作電極的電勢而實現(xiàn)。當(dāng)SAM-OH用作惰性材料7時，鍵合化學(xué)的附接通過將尖端暴露于SAM-COOH而實現(xiàn)(圖30A)。在每種情況中，這獲得-COOH或-NH2基團在每個尖端的端部處的附接。使用由羧基封端的側(cè)鏈取代的三噻吩(或吡咯)也允許在限定尖端處選擇性地添加鍵合基團，因為其可在那些尖端上電化學(xué)聚合。
[0208]為了測試將鍵合化學(xué)附接至尖端上的過程的選擇性，經(jīng)由適當(dāng)?shù)倪B接體化學(xué)而共價附接I微米的活化聚苯乙烯珠粒。
[0209]圖31示出了胺官能化的尖端的過程(A)。使胺化的基底暴露于雙官能連接體溶液(6mg連接體/0.5ml PBS)，并在室溫下?lián)u動45分鐘。在洗滌之后，將基底浸入含有藍色H2N-珠粒溶液(在0.5ml PBS中的30 μ I珠粒)的溶液中，并在室溫下?lián)u動lh。藍色珠粒附接至尖端的陣列上(A)和單個尖端上(B)在圖32中顯示。可使用目測或電化學(xué)(例如電阻、CV或阻抗)技術(shù)來檢測何種物質(zhì)鍵合至陣列。
[0210]4.將Haptan物質(zhì)附接至尖端上
[0211]一旦確定附接化學(xué)已鍵合至陣列的尖端，即可使用標(biāo)準(zhǔn)連接體化學(xué)以附接多種haptan,包括但不限于抗體、DNA和細(xì)胞。
[0212]作為一個示例，如下顯示了方法的使用以制造用于黃體酮(P4)的傳感器。步驟包括:
[0213]1.將P4附接至卵清蛋白上以形成綴合物；
[0214]
【權(quán)利要求】
1.一種微陣列結(jié)構(gòu)，其包括基底材料層、在所述基底材料層上的連續(xù)三維(3D)表面層和惰性材料，所述連續(xù)三維(3D)表面層能夠官能化以用作陣列； 其中所述結(jié)構(gòu)包括尺寸為毫米至納米的精確限定且可官能化的分離的區(qū)域；且其中所述可官能化的區(qū)域為所述連續(xù)3D表面層的一部分，并由所述惰性材料分離，但通過所述連續(xù)3D表面層在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)互連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微陣列，其中所述連續(xù)3D表面層由導(dǎo)電材料或碳基材料形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的微陣列，其中所述連續(xù)3D表面層為覆蓋所述基底材料層的單一的層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的微陣列，其中將所述連續(xù)3D表面層切割成在所述基底材料層上的多個分離的連續(xù)3D表面層片段，每個片段包括多個可官能化的區(qū)域，其中每一組可官能化的區(qū)域能夠分開官能化。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的微陣列，其中所述惰性材料也是絕緣材料。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的微陣列，其中所述基底材料層由導(dǎo)電材料或非導(dǎo)電惰性材料形成。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的微陣列，其中所述微陣列結(jié)構(gòu)包括在所述連續(xù)3D表面層與所述基底材料層之間的粘附層。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的微陣列，其中所述微陣列結(jié)構(gòu)能夠被官能化以作為微電極傳感器陣列和/或微催化劑陣列。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的微陣列，其中所述連續(xù)3D表面層從所述惰性材料突出，使得所述可官能化的區(qū)域暴露于所述惰性材料之上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的微陣列，其中所述惰性材料和所述可官能化的區(qū)域形成包括暴露的可官能化的區(qū)域的二維(3D)表面。
11.一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列的中間結(jié)構(gòu)，其中所述中間結(jié)構(gòu)包括基底材料層和在所述基底材料層上的連續(xù)3D表面層，所述基底材料層包括毫米至納米級的精確限定的3D圖案，所述連續(xù)3D表面層能夠官能化以在所述圖案的至少部分之上用作陣列。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的中間結(jié)構(gòu)，其中基本上全部的圖案化區(qū)域由所述連續(xù)3D表面層涂布。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或權(quán)利要求12所述的中間結(jié)構(gòu)，其中所述基底材料層為導(dǎo)電的或非導(dǎo)電的。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項所述的中間結(jié)構(gòu)，其中所述連續(xù)3D表面層由導(dǎo)電材料或碳基材料形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中任一項所述的中間結(jié)構(gòu)，其中所述中間結(jié)構(gòu)包括在所述連續(xù)3D表面層與所述基底材料之間的粘附層。
16.一種用于形成根據(jù)權(quán)利要求11所述的中間結(jié)構(gòu)的方法，其中所述方法包括如下步驟: a.將毫米至納米級的精確限定的3D圖案設(shè)置于基底材料的表面上；和 b.用連續(xù)3D表面層涂布圖案化的所述基底材料的至少部分。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中通過壓花、澆鑄、壓印、蝕刻、研磨、平版印刷、壓力成型、真空成型、輥軋成型、注射模塑和激光劃片/燒蝕而在所述基底材料的表面上設(shè)置所述圖案。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或權(quán)利要求17所述的方法，其中通過濺射、蒸發(fā)或無電沉積技術(shù)將所述連續(xù)3D表面層施用至所述基底材料。
19.根據(jù)權(quán)利要求16至18中任一項所述的方法，其中所述連續(xù)3D表面層覆蓋所述基底材料的基本上全部的圖案化區(qū)域。
20.根據(jù)權(quán)利要求16至18中任一項所述的方法，其中將所述連續(xù)3D表面層切割成多個分離的連續(xù)3D表面層片段，所述多個片段覆蓋所述基底材料的基本上全部的圖案化區(qū)域。
21.根據(jù)權(quán)利要求16至20中任一項所述的方法，其中所述方法包括在所述基底材料與所述連續(xù)3D表面層之間添加粘附層的步驟。
22.一種用于形成能夠官能化以作為根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列的結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括如下步驟:獲取根據(jù)權(quán)利要求11至15中任一項所述的中間結(jié)構(gòu)，和用惰性材料填充所述中間結(jié)構(gòu)上的3D圖案的尖端之間的單獨的空間以提供表面，所述3D圖案的尖端通過所述表面或從所述表面突出或暴露；其中所述尖端形成可官能化的區(qū)域，所述可官能化的區(qū)域由所述惰性材料分離，但通過所述連續(xù)3D表面層在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)互連，并能夠官能化。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述尖端的頂部能夠被切去以與所述惰性材料的表面齊平，從而形成包括可官能化的區(qū)域的2D表面。
24.一種用于形成能夠官能化以作為陣列的2D結(jié)構(gòu)的方法，所述結(jié)構(gòu)包括連續(xù)3D表面，并具有毫米至納米級的精確限定的可官能化的分離區(qū)域的3D圖案，所述方法包括如下步驟:獲取根據(jù)權(quán)利要求11至15中任一項所述的中間結(jié)構(gòu)，和用惰性材料覆蓋所述中間結(jié)構(gòu)上的3D圖案，去除足夠的惰性填料材料以暴露所述3D圖案的尖端，其中所述暴露的3D尖端由所述惰性材料分離，但通過所述連續(xù)3D表面在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)互連，并能夠官能化。
25.一種用于形成能夠官能化以作為陣列的結(jié)構(gòu)的方法，所述結(jié)構(gòu)包括連續(xù)3D表面層，并具有毫米至納米級的精確限定的可官能化的區(qū)域的3D圖案，所述方法包括如下步驟: a.電鍍根據(jù)權(quán)利要求11至15中任一項所述的中間結(jié)構(gòu)的連續(xù)3D表面層，以形成覆蓋所述中間結(jié)構(gòu)上的3D圖案的尖端的金屬層； b.分離所述金屬層和所述中間結(jié)構(gòu)的基底材料，以形成金屬負(fù)結(jié)構(gòu)，所述金屬負(fù)結(jié)構(gòu)包括所述中間結(jié)構(gòu)上的3D圖案的負(fù)像(“負(fù)3D圖案”)； c.用惰性材料回填所述金屬負(fù)結(jié)構(gòu)上的所述負(fù)3D圖案內(nèi)的尖端之間的空間以提供惰性表面，所述負(fù)3D圖案的尖端通過所述惰性表面或從所述惰性表面突出或暴露； 其中所述可官能化的區(qū)域由所述惰性材料分離，但在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)互連。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述金屬層覆蓋所述中間結(jié)構(gòu)上的至少基本上全部的3D圖案。
27.根據(jù)權(quán)利要求25或權(quán)利要求26所述的方法，其中所述尖端的頂部能夠被切去以與所述惰性材料的表面齊平，從而形成包括可官能化的區(qū)域的2D表面。
28.—種包括能夠官能化以用作陣列的連續(xù)3D表面的中間結(jié)構(gòu)，其中所述中間結(jié)構(gòu)包括在至少一個表面上的毫米至納米級的精確限定的3D圖案，也包括在所述3D圖案的尖端之間的產(chǎn)生表面的惰性材料，所述3D圖案的尖端通過所述表面或從所述表面突出或暴露，所述3D圖案的尖端由此由所述惰性材料分離，并通過所述連續(xù)3D表面在所述中間結(jié)構(gòu)內(nèi) 互連。
【文檔編號】B32B3/00GK103958174SQ201280058355
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月14日
【發(fā)明者】A·海恩斯, D·J·貝茨, A·C·帕特里奇, K·坎納潘 申請人:數(shù)碼傳感有限公司