本發(fā)明涉及一種具有微通道的玻璃元件，該玻璃元件尤其能用于以空間分辨的方式檢測和檢查(untersuchung)生物材料。這種生物材料例如是人類的、動物的或植物的蛋白質(zhì)、抗體和/或作為細(xì)胞簇的組成部分的細(xì)胞的dna，諸如為組織樣本或細(xì)胞培養(yǎng)物。本發(fā)明還涉及一種用于檢查生物材料的系統(tǒng)以及一種用于制造玻璃元件的方法。前述檢查通常被稱為細(xì)胞和/或dna診斷。根據(jù)本發(fā)明的玻璃元件允許以空間分辨的方式檢查生物材料，也稱為“空間診斷”或“空間生物學(xué)”。前述發(fā)明允許以空間分辨的方式檢查dna和細(xì)胞的蛋白質(zhì)的表達(dá)模型，其中保留關(guān)于細(xì)胞簇、例如組織樣本或細(xì)胞培養(yǎng)物的信息。前述發(fā)明還允許進(jìn)行單分子檢查，例如生物樣本或醫(yī)學(xué)樣本中的生物標(biāo)志、諸如血液、血清或尿液樣本、細(xì)胞上清液等的單分子檢查。

背景技術(shù)：

1、由us2015/0122656?a1已知一種用于分離液體介質(zhì)中的dna的玻璃元件。在該方法中，借助激光束在玻璃板中鉆出通道。所述方法基于借助超短脈沖激光器的依次連續(xù)的脈沖將細(xì)絲引入到玻璃中。通過移動激光器的焦點(diǎn)，從細(xì)絲中形成穿過基底的直徑為1μm的通道。據(jù)稱這實(shí)現(xiàn)了所產(chǎn)生的通道能夠具有特別光滑的內(nèi)壁，通道與理想的圓柱形形狀的偏差基本上可以忽略不計(jì)。

2、對于以空間分辨的方式的檢查期望的是，在玻璃元件中使盡可能多的通道盡可能彼此靠近地布置。還期望的是，調(diào)節(jié)通道的直徑，從而實(shí)現(xiàn)生物材料的足夠的收集效率。然而，每條通道代表玻璃元件的弱化并且在通道之間必須存在足夠的玻璃體積，以便實(shí)現(xiàn)足夠的最小穩(wěn)定性，從而確保玻璃元件能夠被有效地應(yīng)用。因此收集效率和空間分辨率之間存在沖突。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明借助根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的玻璃元件解決了該問題。根據(jù)本發(fā)明的方法提供了對應(yīng)的玻璃元件。優(yōu)選實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中限定。

2、本發(fā)明包括一種用于容納和/或輸送生物材料(60)的玻璃元件，所述生物材料尤其是人類或動物或植物的細(xì)胞和/或細(xì)胞組成部分、尤其是蛋白質(zhì)和/或dna和/或rna，其中所述玻璃元件具有多條微通道，這些微通道優(yōu)選地將玻璃元件的一個表面與玻璃元件的相對的表面連接或者在盲孔中終止，其中微通道從下側(cè)朝向上側(cè)收窄。優(yōu)選地，微通道至少局部地呈漏斗形。

3、在應(yīng)用中，玻璃元件的下側(cè)是面對待被檢查的生物材料的一側(cè)。玻璃元件通常是板狀元件，即所謂的載玻片。微通道可以將玻璃元件的一個表面與玻璃元件的相對的表面連接，尤其是將下側(cè)與上側(cè)連接。微通道因此是連續(xù)的。然而，替代地，也能夠?qū)⑽⑼ǖ佬纬蔀槊た?，其中微通道未貫穿一個側(cè)面，該側(cè)面被限定為上側(cè)。盲孔的底部因此位于表面的區(qū)域中和/或表面附近。微通道從玻璃元件的一個表面的一側(cè)朝向相對的表面擴(kuò)寬，優(yōu)選地微通道至少局部地呈漏斗形。

4、有利的玻璃元件因此規(guī)定：下側(cè)上的微通道的通道入口的直徑大于在上側(cè)的區(qū)域中的通道出口或通道端部的直徑。

5、這可以被看作是微通道擴(kuò)寬的結(jié)果。通道在玻璃元件的一個側(cè)面上具有開口，該開口的直徑大于在相對側(cè)面上的開口或盲孔的端部的直徑。通常，這些側(cè)面是板狀玻璃元件的主側(cè)面。其下側(cè)被定義為在應(yīng)用中面對待被檢查的生物材料的一側(cè)，并且上側(cè)是面對檢查單元的相對側(cè)。通道的擴(kuò)寬部通常位于下側(cè)上并且因此面對待被檢查的生物材料。特別有利地，微通道具有圓形的或橢圓形的直徑。在本說明書的意義上，微通道是指其直徑處于幾微米至幾百微米的范圍中。

6、通過擴(kuò)寬在玻璃元件的下側(cè)上的微通道以及因此其基本漏斗形狀，生物材料的收集效率得到提高，而在玻璃元件的上側(cè)上的微通道之間存在更多的玻璃材料，該玻璃材料確保玻璃元件的機(jī)械穩(wěn)定性。因此，在玻璃元件的下側(cè)上的通道的開口可以彼此非?？拷夭贾?，由此實(shí)現(xiàn)良好的空間分辨率，但是始終能夠提供良好的機(jī)械穩(wěn)定性。

7、同樣可能并且屬于本發(fā)明的是雙漏斗，在該雙漏斗中，在玻璃元件的上側(cè)和下側(cè)上都存在微通道的擴(kuò)寬部。在微通道的中間區(qū)域中，可以說這些微通道構(gòu)造成收縮的和/或圓柱形的，并且在這些區(qū)域之間具有足夠的玻璃材料，因此在玻璃元件的體積中具有足夠的玻璃材料。

8、一種有利的實(shí)施例涉及一種玻璃元件，其中，在玻璃元件的表面的區(qū)域中，微通道至少在通道入口或通道出口的區(qū)域中具有5μm至200μm、優(yōu)選7μm至130μm、特別優(yōu)選10μm至100μm的直徑。

9、通過選擇這些直徑，生物材料能夠在玻璃元件的一側(cè)上、如所述地通常為下側(cè)進(jìn)入微通道中并且朝向相對的表面被輸送。直徑的選擇有助于或者決定了只有待被檢查的通常長度小于1μm的生物材料、而不是不期望的較大的細(xì)胞和/或細(xì)胞組成部分能夠進(jìn)入到微通道中。

10、有利的玻璃元件規(guī)定：通道入口的直徑為5μm至200μm、優(yōu)選10μm至100μm。

11、如所述地，這可以是朝向相對的表面收窄的圓錐形區(qū)域，或者緊接著擴(kuò)寬的區(qū)域可以是具有在最大程度上恒定的直徑的圓柱形區(qū)域或者可以是朝向相對的表面擴(kuò)寬的區(qū)域。同樣能夠是緊接著圓柱形的區(qū)域是擴(kuò)寬區(qū)域。

12、描述的所有微通道的漏斗形區(qū)域的開度角有利地為0.1°至30°、尤其有利地為2°至18°。有利地，玻璃元件的厚度為0.1mm至3mm。

13、給定的開度角的選擇尤其借助下面描述的方法能夠?qū)崿F(xiàn)高效的制造。這些值同樣有助于能夠確保將待被檢查的生物材料容易地從通道入口朝向另一個表面輸送，而不會造成堵塞。

14、開度角的選擇允許待被檢查的材料在通道內(nèi)濃度增加或在玻璃元件的上側(cè)處的生物材料的兩條或多條通道之間分隔開。濃度增加與通道直徑的平方的比例(r下)2/(r上)2(也稱為半徑比)成比例，借助熒光光譜提高了分析的靈敏度并且能夠與通道壁上的功能分子有針對性地相互作用。特別有利地，在半徑比大于5時濃度增加。

15、下面描述的根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)在寬泛的范圍中、但是有利地尤其在非常薄的厚度下進(jìn)行制造。

16、根據(jù)前述說明，有利的玻璃元件規(guī)定：在通道入口的區(qū)域中的漏斗形區(qū)域之后尤其在通道出口的區(qū)域中和/或盲孔的端部的區(qū)域中緊接圓柱形或漏斗形的區(qū)域。

17、通過前述特征能夠使玻璃元件具有非常高密度的微通道。微通道的密度也稱為微通道密度并且表示在玻璃元件的表面上每單位面積的微通道的數(shù)量，例如每平方毫米的微通道的數(shù)量。因?yàn)橥ǖ廊肟谑冀K映射到(zugeordnet)通道出口或盲孔的端部，因此玻璃元件的上側(cè)上的微通道密度等于玻璃元件的下側(cè)上的微通道密度。因此可以說是一種通用的微通道密度。

18、特別有利地，根據(jù)本發(fā)明玻璃元件的微通道密度為至少20/mm2或至少50/mm2、尤其至少400/mm2、尤其至少10000/mm2，這些值作為下限。上限能夠分別有利地為最高16000/mm2。

19、特別有利的是一種玻璃元件，其中通道壁包含具有多個倒圓的、圓頂狀凹部(vertiefungen)的結(jié)構(gòu)，所述凹部尤其具有小于5μm的深度并且尤其具有尤其5至20μm的伸展度(ausdehnung)，有利地，粗糙度為50nm至1μm。該值涉及平均粗糙度值ra。

20、發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到，有利的是，令人驚訝地，微通道的壁被構(gòu)造成盡可能不光滑的，而是具有結(jié)構(gòu)。前述深度和粗糙度代表有利的實(shí)施例。在此深度是指沿垂直于通道的軸線的方向的加深程度(vertiefung)，而伸展度是指凹部的平行于通道的軸線的長度。

21、這些結(jié)構(gòu)能夠通過下面描述的超短脈沖激光制造方法以及隨后的蝕刻步驟有效地制造。

22、圓頂狀凹部提供如下優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)將凝膠填充到微通道中時，凝膠不僅能夠容易地填充，而且能夠很好地保持附著在通道上。

23、通道壁的結(jié)構(gòu)、尤其圓頂狀凹部的另一特定優(yōu)點(diǎn)是電滲流(eof)的可調(diào)節(jié)性。電滲流是在電場中由于電荷引起的液體沿著極性表面的運(yùn)動，例如玻璃毛細(xì)管中的緩沖溶液。

24、粗糙度的選擇允許調(diào)節(jié)eof對于生物材料在通道中的運(yùn)動的貢獻(xiàn)。與粗糙度較低的表面相比，極性表面的較大粗糙度引起eof的速度降低以及可能的極性生物材料在玻璃元件中的運(yùn)動方向的反向。

25、通道壁粗糙度以及同時能調(diào)節(jié)的開度角的選擇允許借助反向的eof和施加的電場而選擇性地閉合通道。

26、有利的玻璃元件規(guī)定：通道出口形成出口矩陣，在該出口矩陣中，通道入口的位置可分配(zuordenbar)給每條通道出口。

27、尤其是，這使得可以對生物材料執(zhí)行空間分辨檢查。這尤其是因?yàn)橥ǖ莱隹诨蛘咛娲孛た椎奈恢眯纬沙隹诰仃?，在該出口矩陣中，通道入口的位置可分配給每條通道出口。

28、換句話說，這意味著入口矩陣的位置可分配給出口矩陣的位置。在最簡單的情況下，玻璃元件的下側(cè)上的通道入口的中心點(diǎn)至少基本上與玻璃元件的上側(cè)上的通道出口或盲孔的端部的位置一致。這對應(yīng)于微通道的實(shí)施例，在所述微通道中，通道的軸線垂直地延伸通過玻璃元件的主表面。然而，也能夠使通道軸線傾斜地延伸通過玻璃元件的主表面。但是，即使在這種情況下，通道入口的位置也可分配給通道出口的位置或者盲孔的端部的位置，使得對在通道出口處或盲孔的端部處的待被檢查的生物材料的分析能夠明確地得出其關(guān)于入口矩陣和/或通道入口原點(diǎn)的位置。

29、有利地，玻璃元件至少在微通道的區(qū)域中包括玻璃，該玻璃的特征在于，玻璃在300nm至700nm的波長范圍中具有低的固有熒光。

30、固有熒光應(yīng)小于入射的光強(qiáng)度的10-6。由于低的固有熒光，熒光不會干擾生物材料的光學(xué)檢查。固有熒光的合適范圍例如為入射光強(qiáng)度的10-8至10-6。

31、特別合適的玻璃成分在下面這些示例中被提及。一般地，具有高的耐化學(xué)性和/或高的耐水性的特征的玻璃是特別合適的。無堿玻璃是特別有利的。

32、合適的玻璃材料尤其可以是無堿玻璃和硼硅酸鹽玻璃。尤其是，可以考慮市售的產(chǎn)品名稱為af32、af35、as87、d263、d263t、b270、mempax、willow、g-leaf、en-a1、bda-e的玻璃。

33、根據(jù)示例性實(shí)施例，玻璃的成分包括下面以重量百分比表示的組成部分：

34、 成分 (重量％) <![cdata[sio₂]]> 63-85 <![cdata[al₂o₃]]> 0-10 <![cdata[b₂o₃]]> 5-20 <![cdata[li₂o+na₂o+k₂o]]> 2-14 mgo+cao+sro+bao+zno 0-12 <![cdata[tio₂+zro₂]]> 0-5 <![cdata[p₂o₅]]> 0-2

35、根據(jù)另一示例性實(shí)施例，玻璃的成分包括如下組成部分：

36、 成分 (重量％) <![cdata[sio₂]]> 60-84 <![cdata[al₂o₃]]> 0-10 <![cdata[b₂o₃]]> 3-18 <![cdata[li₂o+na₂o+k₂o]]> 5-20 mgo+cao+sro+bao+zno 0-15 <![cdata[tio₂+zro₂]]> 0-4 <![cdata[p₂o₅]]> 0-2

37、在另一實(shí)施例中，玻璃的成分包括如下組成部分：

38、 成分 (重量％) <![cdata[sio₂]]> 58-65 <![cdata[al₂o₃]]> 14-25 <![cdata[b₂o₃]]> 6-10.5 mgo+cao+sro+bao+zno 8-18 zno 0-2

39、玻璃的另一合適成分如下給出：

40、 成分 (重量％) <![cdata[sio₂]]> 50-81 <![cdata[al₂o₃]]> 0-5 <![cdata[b₂o₃]]> 0-5 <![cdata[li₂o+na₂o+k₂o]]> 5-28 mgo+cao+sro+bao+zno 5-25 <![cdata[tio₂+zro₂]]> 0-6 <![cdata[p₂o₅]]> 0-2

41、根據(jù)另一實(shí)施例，玻璃的成分包括如下組成部分：

42、

43、

44、對于所有以上提及的玻璃成分，必要時能夠加入著色氧化物，例如nd2o3、fe2o3、coo、nio、v2o5、mno2、cuo、cr2o3。

45、能夠加入0–2重量％的as2o3、sb2o3、sno2、so3、cl、f和/或ceo2作為精煉劑，并且總成分的總量分別為100重量％。

46、同樣可以是有利的并且包括在本發(fā)明中的是，微通道的壁的表面能量被設(shè)定為使得待被檢查的生物材料通過壁繼續(xù)輸送(weiter?geleitet)或者待被檢查的生物材料附著在壁上。表面能量例如能夠通過涂層來設(shè)定。

47、因此，有利的玻璃元件規(guī)定：至少微通道的壁被涂覆，尤其是具有排斥待被檢查的生物材料的涂層或者具有供附著待被檢查的生物材料的涂層。優(yōu)選地，尤其為了至少局部地優(yōu)化表面能量，涂層包括聚合物、硅烷、寡核苷酸、抗體、蛋白質(zhì)、抗原或硝化纖維素或無機(jī)涂層、特別是金屬顆粒、尤其是金和/或基于鐵或聚合物的納米顆?；蛭⒘；蛞陨衔镔|(zhì)的組合。

48、如上所述，涂層可以僅位于微通道的區(qū)段中、例如在通道入口處，或者在通道中存在不同的涂層、尤其是沿著通道軸線不同。

49、涂層通常能夠具有單分子層的厚度，或者能夠具有厚度在nm范圍直至完全填充通道的多個涂層。在最簡單的情況下，經(jīng)由浸涂工藝施加涂層。借助真空工藝、例如化學(xué)氣相沉積(cvd)或原子層沉積(ald)的涂層尤其適合小的通道直徑的情況。可能有利的是，在通道中選擇性地施加涂層，例如通過在通道之外剝離(lift-off)材料或在玻璃元件的表面上選擇性地濺射。

50、微通道的壁的前述有利的結(jié)構(gòu)特別有利地與涂層和/或填充物相互作用，尤其因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)提高了通道壁的表面積。在附著的涂層的情況下，為待被檢查的生物材料提供了更大的表面積；在繼續(xù)通過(weiterleitenden)的涂層的情況下，涂層抑制或防止生物材料堵塞結(jié)構(gòu)和/或涂層至少有助于抑制或防止生物材料堵塞結(jié)構(gòu)。在填充物的情況下，可以確保或至少改進(jìn)填充物在通道中的附著。

51、在有利的玻璃元件中，利用凝膠填充微通道。玻璃元件有利地具有孔。根據(jù)凝膠的選擇和/或設(shè)計(jì)，孔能夠具有不同的直徑，使得孔能夠容納和/或輸送不同尺寸的生物材料。

52、對于本發(fā)明尤其適用的是聚丙烯酰胺凝膠和/或瓊脂糖凝膠。瓊脂糖凝膠通常比聚丙烯酰胺凝膠具有更大的孔并且尤其能夠用于分析dna和/或較大的蛋白質(zhì)。通常具有較小孔的聚丙烯酰胺凝膠一般用于分析較小的蛋白質(zhì)。

53、凝膠、尤其是所提及的凝膠在本發(fā)明的意義上能夠用作電泳過程中的載體凝膠，通常也稱為凝膠電泳。使用凝膠電泳尤其能夠?qū)⒉煌男〉姆肿?、尤其是dna、rna和蛋白質(zhì)彼此分離并且在隨后的步驟中進(jìn)行分析。在該情況下，術(shù)語凝膠電泳通常包括待被檢查的物質(zhì)通過凝膠的輸送和/或運(yùn)動，分離不是必需的。

54、待分離和/或輸送的分子在此移動通過載體凝膠，該載體凝膠有利地位于微通道中。移動可以如進(jìn)一步所述通過施加電場來支持。根據(jù)施加的電場的大小和電荷和/或強(qiáng)度，分子行進(jìn)了不同的距離和/或以不同的速度行進(jìn)。

55、在典型的電泳(elektrophorese)中，電泳在微通道內(nèi)形成特征性的帶圖案。分子能夠通過染色變得可見，能夠?qū)⒎肿拥奶卣餍缘念伾峙浣o分子并且因此識別該分子。

56、然而，在根據(jù)本發(fā)明的玻璃元件、尤其是薄玻璃元件的情況下，還想到凝膠和/或替代的物質(zhì)用于將待被檢查的材料以電泳的方式從玻璃元件的下側(cè)輸送到玻璃元件的上側(cè)。然后在上側(cè)例如借助熒光光譜或借助納米孔通過dna測序進(jìn)行分析。這些是標(biāo)準(zhǔn)程序并且在此不再詳細(xì)描述。

57、玻璃元件是特別有利的，其中在通道出口的區(qū)域中或在盲孔的底部處至少具有一種dna或rna敏感的染色物質(zhì)、尤其是具有多種染色物質(zhì)。

58、如果通過微通道輸送待被檢查的生物材料中的dna和/或rna，則在微通道如此形成的情況下，dna和/或rna到達(dá)通道出口和/或盲孔的底部。在此，dna或rna能夠與施加在此處的dna或rna敏感的染色物質(zhì)反應(yīng)。特征性的熒光、尤其其波長此時表示存在相應(yīng)的dna或rna鏈。

59、可能有利的染色物質(zhì)例如可以是溴化乙錠、碘化丙啶、結(jié)晶紫、4',6-二脒基-2-苯基吲哚和/或7-氨基放線菌素d。

60、玻璃元件的有利實(shí)施例規(guī)定：在通道出口的區(qū)域中或在盲孔的底部處具有用于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的分子，該分子尤其是dna、引物、核苷酸和/或酶dna聚合酶(enzym?dna-polymerase)。該實(shí)施例特別適用于單分子檢查，其中如本文所述，待被檢查的材料首先在微通道和/或盲孔中擴(kuò)增可以看出，前述分子尤其也可以在將待被檢查的材料引入到微通道和/或盲孔中時也被引入到微通道和/或盲孔中。

61、該實(shí)施例具有的特定優(yōu)點(diǎn)在于，在微通道(包括盲孔)中的待被檢查的材料中的細(xì)胞和/或dna和/或rna的擴(kuò)增在非常小的體積中進(jìn)行。由此，能夠降低對于擴(kuò)增所需的時間。同樣地，能夠在該小的體積中對待被檢查的材料進(jìn)行檢查、包括檢測，這導(dǎo)致良好的評估性、尤其是良好的信號質(zhì)量。尤其是，能夠通過提高的精確性辨別稀有群體或識別細(xì)胞之間的細(xì)微差異。能夠以這種方式辨別新的生物標(biāo)記或特征分子(signaturmoleküle)。此外，通過檢查樣本中的各個分子或細(xì)胞，能夠說明樣本中的分子或細(xì)胞的異質(zhì)性。尤其是，可以使患者之間的個體差異變得可見，以便開發(fā)基于細(xì)胞或分子的特定特性的個性化治療方案。總體而言，這提供了一種合理且可靠的檢查，其具有在個性化醫(yī)療中的應(yīng)用潛力。

62、所述的玻璃元件可以說是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的初級產(chǎn)品(vorprodukt)，通過該系統(tǒng)能夠進(jìn)行空間分辨的診斷和/或單分子診斷或單細(xì)胞診斷。生物材料可以如所述地在緊接的過程中在玻璃元件上或例如借助dna測序來分析和/或擴(kuò)增。這樣，可以同時確定基因和/或蛋白質(zhì)的表達(dá)模式和單個細(xì)胞的vdna標(biāo)記的分布圖案，其中保留了細(xì)胞簇或組織樣本中的位置信息。

63、用于檢查生物材料、尤其是人類或動物或植物細(xì)胞和/或細(xì)胞組成部分、尤其是蛋白質(zhì)和/或dna和/或rna的系統(tǒng)包括具有多條微通道的玻璃元件、尤其是前述的玻璃元件，其中玻璃元件在操作狀態(tài)中用于在微通道中容納生物材料和/或使生物材料通過微通道從玻璃元件的下側(cè)輸送到玻璃元件的上側(cè)的區(qū)域中，該系統(tǒng)具有評估裝置(auswerteeinrichtung)，借助評估裝置可以在操作狀態(tài)中檢查生物材料。在本發(fā)明中能夠?qū)⒃u估裝置分配給玻璃元件或者布置在玻璃元件的下游。

64、評估單元(auswerteeinheit)通常檢測是否存在通過微通道輸送和/或存在于微通道中的生物材料和/或其組成部分。尤其是，評估單元可以包括電子圖像傳感器，該電子圖像傳感器尤其能夠記錄前述染色物質(zhì)的固有熒光。因此，同樣包括微通道作為盲孔的設(shè)計(jì)。

65、有利的系統(tǒng)因此規(guī)定：在通道出口(22)的區(qū)域中和/或在盲孔(25)中、尤其在盲孔的底部處具有至少一種dna或rna敏感的染色物質(zhì)，其顏色信息能夠通過評估裝置尤其以空間分辨的方式來檢測。

66、在dna檢查的情況下，常見的結(jié)合dna的染色物質(zhì)例如是溴化乙錠。

67、有利地，該系統(tǒng)包括樣本載體，在操作狀態(tài)中，待被檢查的生物材料被附著到樣本載體上。該樣本載體通?？梢允菢颖景寤蜉d玻片。

68、特別有利的是一種系統(tǒng)，其中為玻璃元件分配輸送裝置，借助該輸送裝置，在操作狀態(tài)中將生物材料引入到玻璃元件的微通道中。

69、輸送裝置通常般是將力作用到待被檢查的生物材料上的裝置，輸送裝置至少支持生物材料的運(yùn)動和/或?qū)⑸锊牧陷斔偷讲Ａг奈⑼ǖ乐胁⑶页蚱湎鄬Φ谋砻孢\(yùn)動和/或輸送。

70、有利的是，提供一種系統(tǒng)，其中輸送裝置包括：負(fù)壓單元，利用該負(fù)壓單元在操作狀態(tài)中將負(fù)壓施加到玻璃元件的出口側(cè)；和/或用于在玻璃元件的厚度上產(chǎn)生電勢梯度的裝置，由此使待被檢查的生物材料通過離子流或通過電場被引入到微通道中和/或被被輸送通過所述微通道。

71、因?yàn)閐na基于其磷酸鹽殘基原則上帶負(fù)電，因此其在凝膠電泳中遷移至陽極。因此特別有利地，陽極附接到有利的玻璃元件的上側(cè)或者為玻璃元件的該上側(cè)分配陽極。如果在下側(cè)或在下側(cè)的附近具有陰極，則通過施加電壓產(chǎn)生電場并且陰離子遷移至陽極并且陽離子遷移至陰極。

72、在檢查dna時，當(dāng)然能夠提前和/或在玻璃元件的通道中擴(kuò)增dna片段、尤其借助聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)來進(jìn)行擴(kuò)增。

73、根據(jù)待被檢查的生物材料，當(dāng)然也能夠并且包括在本發(fā)明中的是，在玻璃元件的下側(cè)上設(shè)置陽極并且在上側(cè)設(shè)置陰極和/或?yàn)橄聜?cè)和上側(cè)分別分配陽極和陰極。其他布置方式同樣是可能的并且包括在本發(fā)明中。例如，通過輸送裝置使待被檢查的生物材料所處的介質(zhì)進(jìn)行運(yùn)動也可以是足夠的。

74、同樣有利地，輸送裝置包括刮刀單元，借助該刮刀單元，通過涂布可以將待被檢查的生物材料引入到微通道中、尤其是盲孔中。

75、有利的系統(tǒng)包括作為輸送裝置的微流體系統(tǒng)，該微流體系統(tǒng)借助流體流動將待被檢查的生物材料引入到盲孔和/或微通道中。

76、系統(tǒng)的特別有利的實(shí)施例在于，評估裝置包括位于微通道的出口側(cè)上的閉合的或納米多孔膜，該膜尤其由非導(dǎo)體或半導(dǎo)體或非導(dǎo)電、導(dǎo)電和/或半導(dǎo)電組成部分的組合構(gòu)成，尤其是由玻璃、硅、石墨烯和/或生物分子、特別是脂質(zhì)分子、dna折紙(dna-origami)結(jié)構(gòu)或跨膜蛋白質(zhì)構(gòu)成，借助該評估裝置能夠檢查生物材料，尤其是序列或結(jié)合特性或大小或光學(xué)特性、尤其熒光。

77、在替代的實(shí)施例中，系統(tǒng)在微通道的出口側(cè)上包括呈閉合的或納米多孔膜形式的評估裝置，該膜尤其由非導(dǎo)體或半導(dǎo)體或非導(dǎo)電、導(dǎo)電和/或半導(dǎo)電組成部分的組合構(gòu)成，尤其是由玻璃、硅、石墨烯和/或生物分子、特別是脂質(zhì)分子或跨膜蛋白質(zhì)構(gòu)成。使用該評估裝置能夠檢查待被檢查的生物材料，尤其是序列或結(jié)合特性或大小或光學(xué)特性、尤其熒光。

78、如所述的，能夠利用凝膠填充微通道，以便尤其支持輸送。凝膠本身可以包括染色物質(zhì)，該染色物質(zhì)結(jié)合到待被檢查的生物材料上。在dna檢查的情況下，dna結(jié)合染色物質(zhì)例如是溴化乙錠。同樣能夠使樣本位于樣本緩沖液中，樣本緩沖液繼而包含染色物質(zhì)、例如結(jié)晶紫。替代地，凝膠在電泳之后能夠通過dna結(jié)合染色物質(zhì)而被染色，例如通過亞甲藍(lán)、全染色物質(zhì)或溴化乙錠染色。諸如溴化乙錠的熒光染色物質(zhì)通常需要用uv光和相機(jī)上的uv濾光器照射瓊脂糖凝膠。rna檢查當(dāng)然也是可能的。

79、有利的系統(tǒng)規(guī)定：在操作期間使生物材料在微通道和/或盲孔中擴(kuò)增，通常稱為數(shù)字pcr。尤其是，在通道出口的區(qū)域中或在盲孔的底部處存在用于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的分子。

80、如果盲孔含有用于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(pcr)的分子，則在待被檢查的材料中包含的dna或rna分子會擴(kuò)增。這些分子例如包括dna、引物、核苷酸和酶dna聚合酶。

81、由于玻璃元件的溫度穩(wěn)定的特性，因此除了通常在最高至40℃下進(jìn)行的室溫pcr以外，在高達(dá)100℃下的標(biāo)準(zhǔn)pcr也是可能的。在這些溫度下，與塑料相比，能夠預(yù)期熱膨脹或盲孔相對于彼此的位置移動不會對空間信息產(chǎn)生不利影響。此外，相比于塑料，具有良好導(dǎo)熱性的玻璃的優(yōu)點(diǎn)是：熱均勻地分布在玻璃元件中并且能夠確保整個樣本上的均勻pcr。此外，相比于塑料，玻璃具有低的固有熒光的優(yōu)點(diǎn)，從而相比于背景實(shí)現(xiàn)高的信號強(qiáng)度。

82、如所述的，因?yàn)椴Ａг纳蟼?cè)上的微通道的出口矩陣可分配給玻璃元件的下側(cè)上的微通道的入口矩陣，因此所述的系統(tǒng)能夠從上側(cè)上的檢查結(jié)果的位置得出下側(cè)上的相應(yīng)的生物材料的入口的位置?？梢哉f，微通道在玻璃元件上的定位可分配給生物材料在樣本中的起始定位。由此根據(jù)本發(fā)明的玻璃元件和/或根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對生物材料的樣本進(jìn)行空間分辨檢查。這也稱為“空間生物學(xué)”或“空間診斷”。

83、所述的玻璃元件能夠有效地且大量地通過下面描述的根據(jù)本發(fā)明的方法制造。該方法包括以下方法步驟：

84、-提供超短脈沖激光器，

85、-提供玻璃元件基體，

86、-將超短脈沖激光器的脈沖激光束對準(zhǔn)在玻璃元件基體上，其中，

87、-激光束的波長和玻璃元件基體的材料彼此匹配，使得工件對于激光束基本上是透明的，并且其中，

88、-將激光束聚焦到沿光束方向細(xì)長的焦點(diǎn)區(qū)域，該焦點(diǎn)區(qū)域至少部分地位于玻璃元件基體內(nèi)，其中

89、-激光束的強(qiáng)度和焦點(diǎn)的伸展度(ausdehnung)大至使得激光束在工件中留下細(xì)絲狀損傷部，并且其中引入多個這種細(xì)絲狀損傷部，

90、-將細(xì)絲狀損傷部蝕刻成微通道。

91、玻璃元件基體大體上能夠是期望尺寸的玻璃板。來自超短脈沖激光器的脈沖激光束對準(zhǔn)在玻璃元件基體上，其中，激光束的波長和玻璃元件基體的材料彼此匹配，使得工件對于激光束基本上是透明的。

92、激光束被聚焦到沿光束方向細(xì)長的焦點(diǎn)區(qū)域，該焦點(diǎn)區(qū)域至少部分地位于玻璃元件基體內(nèi)。為此能夠使用不同的光學(xué)結(jié)構(gòu)，例如使用具有軸錐鏡的貝塞爾光學(xué)器件、具有色像差的光學(xué)器件或具有球面像差的光學(xué)器件。

93、激光束的強(qiáng)度和焦點(diǎn)的伸展度設(shè)定為大至使得激光束在工件中留下細(xì)絲狀損傷部，其中，引入多個這種細(xì)絲狀損傷部?？梢哉f細(xì)絲狀損傷部代表玻璃中的線狀損傷，該線狀損傷在后續(xù)方法步驟中被蝕刻成微通道。

94、細(xì)絲狀損傷部通過帶有激光束自聚焦的非線性光學(xué)效果而產(chǎn)生。為此需要處于皮秒范圍中的超短激光脈沖。

95、有利的方法是使用激光脈沖序列來產(chǎn)生細(xì)絲狀損傷部。

96、在這種所謂的脈沖串操作模式中，激光能量不是作為單個脈沖發(fā)出的，而是作為依次緊接發(fā)出的脈沖序列，這些脈沖序列共同地形成脈沖包，即所謂的脈沖串。這種脈沖包通常比常見的單激發(fā)模式中的單脈沖具有稍微更大的能量。然而，脈沖串本身的脈沖比單個脈沖包含對此明顯更少的能量。關(guān)于在脈沖串內(nèi)的脈沖，可以規(guī)定：脈沖能量能夠靈活地調(diào)節(jié)，尤其是脈沖能量或者保持基本上恒定或者脈沖能量增加或脈沖能量減少。

97、合適的激光源例如能夠是波長為1064納米的摻釹釔鋁石榴石激光器。該激光源例如產(chǎn)生12mm的(1/e2)直徑的原始光束，并且作為光學(xué)器件，可以使用16mm焦距的雙凸透鏡。為了產(chǎn)生原始光束，可以使用合適的光束成型的光學(xué)器件，例如伽利略望遠(yuǎn)鏡。

98、尤其是，激光源能夠以在1khz到1000khz之間、優(yōu)選在2khz到100khz之間、特別優(yōu)選在3khz到200khz之間的重復(fù)率進(jìn)行操作。

99、在此重復(fù)率和/或掃描速度可以選擇為使得實(shí)現(xiàn)相鄰細(xì)絲狀損傷部之間的期望間距。

100、激光脈沖的合適的脈沖持續(xù)時間尤其可以在小于100皮秒、有利地小于20皮秒的范圍中。

101、激光源的典型功率在此特別有利地在20至300瓦的范圍中。激光能量基本上低于基底的燒蝕能量。根據(jù)本發(fā)明的有利的進(jìn)一步改進(jìn)，為了實(shí)現(xiàn)細(xì)絲狀損傷部，使用大于400微焦耳的脈沖串的脈沖能量，還有利地使用大于500微焦耳的總脈沖串能量。

102、當(dāng)以脈沖串模式操作超短脈沖激光器時，重復(fù)率是脈沖串的輸出的重復(fù)率。脈沖持續(xù)時間基本上與激光器以單個脈沖模式還是以脈沖串模式操作無關(guān)。脈沖串內(nèi)的脈沖通常具有與單個脈沖模式中的脈沖類似的脈沖長度。脈沖串頻率能夠在15mhz至90mhz的范圍中、優(yōu)選在20mhz至85mhz的范圍中，并且例如為50mhz，并且脈沖串中的脈沖的數(shù)量可以在1到10個脈沖之間，例如為6個脈沖。

103、有利的方法是以下方法，其中：細(xì)長的焦點(diǎn)區(qū)域包括具有最高能量的區(qū)域和緊接的擴(kuò)寬部分，其中細(xì)長的焦點(diǎn)區(qū)域定位成使得擴(kuò)寬部分位于玻璃元件基體的表面區(qū)域中。

104、以這種方式，能夠以特別有利的方式產(chǎn)生收窄的微通道。細(xì)絲狀預(yù)損傷部可以說是通過損傷區(qū)域產(chǎn)生的，該損傷區(qū)域在后續(xù)的蝕刻步驟中引起在通道入口處的擴(kuò)寬。

105、特別有利的方法涉及細(xì)絲狀損傷部沒有達(dá)到玻璃元件基體的至少一個表面并且通過后續(xù)的蝕刻步驟實(shí)現(xiàn)朝向該表面的開口。

106、這同樣能夠通過選擇焦點(diǎn)位置以及因此激光束的強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)。假設(shè)由于產(chǎn)生細(xì)絲狀損傷部是非線性效果，因此必須實(shí)現(xiàn)局部光束強(qiáng)度才能在玻璃中產(chǎn)生損傷部。這意味著，如果強(qiáng)度低于該臨界閾值，則在玻璃中實(shí)際上不會有損傷部或至少沒有足夠的損傷部來形成細(xì)絲。只有隨后的蝕刻過程使得細(xì)絲狀損傷部擴(kuò)寬并且可以說通過玻璃元件基體的相關(guān)表面產(chǎn)生裂口(durchbruch)。發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到，由此能夠特別精確地產(chǎn)生微通道的通道出口的矩陣。特別具體地說，在這種情況下，通道出口的直徑的變化很小和/或至多出現(xiàn)與通道出口的理想圓形直徑的小的偏差。

107、在最簡單的情況下，通道入口的中心點(diǎn)可以位于通道出口的中心點(diǎn)的上方。微通道此時豎直地穿過玻璃元件。然而，也能夠使通道入口的中心點(diǎn)和通道出口的中心點(diǎn)彼此錯開，使得微通道成角度地穿過玻璃元件，該角度與通過玻璃元件表面的正交線偏離。尤其合適的是與該正交線偏離直至約10°的角度、即在0.1°至10°范圍中的角度。尤其是，能夠使得微通道的通過角在玻璃元件中不是處處相等。通過角的局部調(diào)節(jié)允許玻璃元件的通道矩陣適合需求。

108、焦點(diǎn)位置主要用于支承通道開口的擴(kuò)寬。如所述的，后續(xù)的蝕刻工藝擴(kuò)寬玻璃材料中的損傷部。損傷區(qū)域越大，擴(kuò)寬也就越大。

109、為了設(shè)定通道入口的擴(kuò)寬的特性而充分利用細(xì)長焦點(diǎn)的形狀。該焦點(diǎn)設(shè)計(jì)成使得在沿著光束軸線觀察時，具有最高能量的區(qū)域緊接擴(kuò)寬區(qū)域。細(xì)長的焦點(diǎn)區(qū)域定位成使得擴(kuò)寬部分位于玻璃元件基體的表面區(qū)域中。

110、在稍后的蝕刻期間，該擴(kuò)寬部分變成擴(kuò)寬的通道入口、尤其具有漏斗形擴(kuò)寬部。蝕刻步驟有利地實(shí)施成使得微通道至少在通道入口的區(qū)域中具有5μm至200μm、優(yōu)選7μm至130μm、特別優(yōu)選10μm至100μm的直徑。

111、該方法的一個變型規(guī)定：細(xì)絲狀損傷部未達(dá)到玻璃元件基體的至少一個表面并且通過后續(xù)的蝕刻步驟朝向該表面開口。

112、這是由于，有利的是也盡可能精確地提供通道出口的幾何形狀，通道出口尤其能夠位于微通道的圓柱形區(qū)域中。為了設(shè)定通道出口的幾何形狀，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，細(xì)絲狀損傷部有利地不應(yīng)穿過玻璃元件的以下表面：通道出口位于該表面上。細(xì)絲狀損傷部因此在該表面之下終止。這也通過相應(yīng)的聚焦位置來設(shè)定。微通道的開口、即通道出口在這種情況下由后續(xù)蝕刻步驟產(chǎn)生。

113、玻璃元件基體的表面可以通過磨削和拋光來處理，尤其在蝕刻之前和/或之后進(jìn)行處理。已證實(shí)特別有利的是，在蝕刻步驟之后磨削和拋光，因?yàn)橛纱四軌驅(qū)崿F(xiàn)在通道入口和/或通道出口周圍特別平坦的表面。

114、在有利的方法中，通過蝕刻在通道的內(nèi)壁上形成半球形狀的圓頂狀凹部(einpressungen)。

115、在進(jìn)行緩慢蝕刻過程時、尤其是蝕刻速率旨在小于每小時15μm時尤其如此。

116、假設(shè)圓頂狀凹部通過如下結(jié)構(gòu)引起：該結(jié)構(gòu)在引入細(xì)絲狀損傷部時出現(xiàn)。作為蝕刻介質(zhì)，液態(tài)蝕刻溶液是特別有利的。根據(jù)該實(shí)施例，蝕刻因此以濕式化學(xué)方式進(jìn)行。這同樣能夠是有利的，以便在蝕刻期間從表面移除玻璃組成部分。

117、酸性和堿性溶液都可以用作蝕刻溶液。作為酸性蝕刻介質(zhì)，尤其合適的是hf、hcl、h2so4、氟化氫銨、hno3溶液或這些酸的混合物。koh-或者naoh堿性溶液優(yōu)選用于基本的蝕刻介質(zhì)。通過酸性蝕刻溶液通常能夠?qū)崿F(xiàn)更高的剝蝕率。然而，堿性溶液是優(yōu)選的，特別是因?yàn)闊o論如何只需要緩慢的剝蝕。

118、蝕刻有利地在40℃至150℃、尤其有利地在50℃至120℃的溫度范圍中進(jìn)行。一般來說，具有低堿含量的硅酸鹽玻璃特別適合于根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化。堿含量太高，使得蝕刻變得困難。因此，根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，規(guī)定了玻璃元件的玻璃是堿金屬氧化物含量小于17wt％的硅酸鹽玻璃。

119、具有微通道的所述的玻璃元件可以有利地用于生物材料、尤其是人類或動物或植物細(xì)胞和/或細(xì)胞成分，尤其是蛋白質(zhì)和/或dna的檢查。

120、作為空間分辨診斷的替代例，玻璃元件基于其大量的盲孔而能夠用于單分子診斷或單細(xì)胞診斷。在此，將樣本、尤其是液態(tài)樣本引入盲孔中，例如通過經(jīng)由刮刀過程或經(jīng)由上述提及的過程進(jìn)行涂布。由此根據(jù)濃度的選擇，沒有或僅有少量或恰好一個單個的待被檢查的分子或細(xì)胞進(jìn)入盲孔。此時，能夠有針對性地在各個盲孔中擴(kuò)增待被檢查的分子和/或細(xì)胞，以便隨后進(jìn)行分析、尤其是進(jìn)行熒光分析。

121、特別有利的實(shí)施例規(guī)定：與能夠有針對性地操控各個盲孔或盲孔組的微流體細(xì)胞相結(jié)合，為每個這種盲孔或盲孔組進(jìn)行特定試驗(yàn)。這是對于醫(yī)學(xué)診斷是特別有利的，以確定樣本的異質(zhì)性或在小的空間上進(jìn)行多種不同試驗(yàn)(高復(fù)雜度診斷)。