專利名稱：充填襯底中凹坑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用一種液體充填凹坑的方法，其中液體被施加到包括凹坑的襯底的不與凹坑重合的位置上，在充填之后用覆蓋裝置密封該凹坑。
這種通常對(duì)充填微陣列已知的方法用于各種檢測(cè)中，諸如酶和DNA檢測(cè)。由于在凹坑中少量的液體所以蒸發(fā)的效果就比較大。為了防止蒸發(fā)，可以在凹坑上放置一種諸如滑蓋的蓋裝置。
一個(gè)問題是在進(jìn)行測(cè)量之前必須進(jìn)行幾項(xiàng)工作，例如，以計(jì)量的量的液體充填凹坑、覆蓋充填液體的凹坑(所有這些最好不產(chǎn)生氣泡)并開始測(cè)量。此后者通常是花費(fèi)時(shí)間的工作，因?yàn)閷?duì)許多測(cè)量技術(shù)如光學(xué)測(cè)量技術(shù)在襯底周圍僅有很小空間并因此在安裝的同時(shí)通常不可能充填襯底。此外，對(duì)許多檢測(cè)一旦以液體充填凹坑則反應(yīng)將立刻開始。
本發(fā)明的目的就是提供一種前面提及的方法，使用該方法可以更快地開始檢測(cè)。
對(duì)此根據(jù)本發(fā)明的方法其特征在于-為充填凹坑，將液體施加到第一位置，該第一位置處于加在襯底上的覆蓋裝置的前側(cè)所處的第二位置與尚未被覆蓋裝置遮蓋的凹坑之間，-在施加的液體以及凹坑的方向移動(dòng)該覆蓋裝置的前側(cè)，因而帶著液體與其一道，使液體充填該凹坑，以及-在覆蓋裝置的前側(cè)移過凹坑之后，將覆蓋裝置帶到第三固定的位置以便密封被液體充填的凹坑。
意外的是可以推一種液體引入到凹坑中，快速地充填該凹坑并密封它們。所有這些以單一工序完成，該單一工序也適合于根據(jù)本發(fā)明的方法的自動(dòng)(半自動(dòng))化的應(yīng)用。本發(fā)明使之可能對(duì)樣品的定量檢測(cè)，而無需具有樣品的精確吸管容積。在充填并覆蓋根據(jù)本發(fā)明的凹坑之后，該凹坑包含由凹坑的尺寸確定的液體的精確的已知量。通過從較大容積分到較小表面上，就減少蒸發(fā)。就在凹坑被充填之后的時(shí)刻，它已經(jīng)就被覆蓋裝置密封，因此這也減少蒸發(fā)的作用。這顯然不同于用滴管、電噴等將樣品充填到單個(gè)凹坑中。在本應(yīng)用中凹坑被理解成在襯底中不管其形狀的任何凹穴。此定義也包括細(xì)長的凹坑，該凹坑也可稱之為通道。本質(zhì)上，這種通道平行于襯底表面而走向。
優(yōu)選使用具有至少0.5毫米厚的覆蓋裝置，更好是至少0.8毫米，最優(yōu)選至少1.2毫米。
這種覆蓋裝置確保有效地將液體向前推。同時(shí)，隨著厚度的增加覆蓋裝置的剛性也增加，因此覆蓋裝置較好地粘在襯底上。
如果該液體是親水性的，根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例使用一種覆蓋裝置，其對(duì)著襯底的一側(cè)在覆蓋裝置前面附近是疏水的，反之亦然。
這將有助于防止液體的一部分移過覆蓋裝置的頂而不是向前推移。如果使用一薄的覆蓋裝置此實(shí)施例特別有效。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，于是就使用一種覆蓋裝置其面對(duì)襯底的親水側(cè)在其二端具有帶疏水部分的表面。
在末端這一表面部分的作用是在滑動(dòng)之前最接近凹坑、是需要較少(水狀)液體以充填該凹坑。
此表面可以通過，例如，硅烷化而呈現(xiàn)疏水性但也可以通過施加例如硅脂的疏水膏。這種硅脂不溶于水狀液體中并具有可以防止蒸發(fā)的另一優(yōu)點(diǎn)。此外，它便于在襯底上滑動(dòng)覆蓋裝置。
還有一個(gè)問題是在充填凹坑的過程和之后，試劑或被分析物由于流動(dòng)或擴(kuò)散從一個(gè)凹坑帶到另一個(gè)凹坑。有利的是如此快速地充填和密封凹坑以致試劑不可從凹坑逃逸。有利的是至少在第三位置上以至少1公斤/厘米2的壓力壓到襯底上。
這就減少液體或試劑由于流動(dòng)和/或擴(kuò)散的傳遞。還顯示可能在從第一位置到第三位置的運(yùn)動(dòng)過程中施加一個(gè)力，甚至達(dá)15公斤/厘米2的力。這又有助于限制由于流動(dòng)和/或擴(kuò)散造成液體的傳遞。
最好是使用的覆蓋裝置是這樣一種覆蓋裝置，其面對(duì)襯底的側(cè)面及覆蓋裝置的前側(cè)面的邊緣至少其一部分是被倒圓的，同時(shí)與此倒圓部分相接觸的液體在施加液體和凹坑的方向移動(dòng)，以此帶動(dòng)要充填該凹坑的液體。
這種倒圓有助于帶動(dòng)液體并便于充填該凹坑。這種倒圓特別適合于液體和覆蓋裝置的全高(厚度)相接觸的覆蓋裝置。遠(yuǎn)離襯底面對(duì)的側(cè)面與前側(cè)面之間形成的邊緣在此例中最好基本上是直的，也就是說它形成一銳角，由于附著力的作用該銳角不易被液體經(jīng)過。
有利的是，在單一的襯底上以第一液體充填第一凹坑且以第二液體充填第二凹坑，該第一液體與第二液體被施加到各個(gè)非重疊的第一位置，同時(shí)在非重疊的第一位置之間覆蓋裝置設(shè)置一凹口。
代替此方式或除去以第一液體充填單一襯底上的第一凹坑并以第二液體充填第二凹坑外，第一液體和第二液體被施加到各個(gè)非重疊的第一位置，同時(shí)至少從第一非重疊位置之間的i)襯底的上側(cè)面和ii)覆蓋裝置下側(cè)面選擇的一部分設(shè)置一升起的阻擋件而在同一位置的另一部分則具有可接受該阻擋件于其中的互補(bǔ)的槽，這樣當(dāng)充填第一和第二凹坑時(shí)，該阻擋件經(jīng)過槽滑動(dòng)。
二種方法允許襯底的凹坑以不同的液體來充填。
根據(jù)有利的實(shí)施例，覆蓋裝置至少包括二前側(cè)面，至少一個(gè)前側(cè)面由以對(duì)運(yùn)動(dòng)方向成直角在襯底下側(cè)設(shè)置的槽的一壁形成，同時(shí)單一襯底上的第一凹坑用第一液體充填而第二凹坑用第二液體充填，第一液體和第二液體被施加到各個(gè)非重疊的第一位置上，這樣第一液體的凹坑與第二液體的凹坑在第二個(gè)第一位置上，此后覆蓋裝置放在襯底上并基本上在襯底之上移動(dòng)以便充填第一凹坑與第二凹坑。
這樣基本上在彼此的延伸方向上的二凹坑同時(shí)用不同的液體充填。
在蓋裝置被移到第三位置之后為了有效地密封凹坑，對(duì)襯底和覆蓋裝置二者最好設(shè)置官能團(tuán)以便能夠以它們接觸的官能團(tuán)形成物理的和化學(xué)的結(jié)合。
例如，一種元素可能有氨基的團(tuán)而另一種則有環(huán)氧團(tuán)。在有關(guān)將朊和其分子固定到表面上的文獻(xiàn)中十分易于找到各種官能團(tuán)，因此普通技術(shù)人員無需進(jìn)一步的解釋。
本發(fā)明還涉及應(yīng)用到根據(jù)權(quán)利要求11至14之一的方法的覆蓋裝置，以及應(yīng)用到根據(jù)權(quán)利要求11至14之一的方法的一種襯底。
現(xiàn)在參照說明的實(shí)施例及附圖解釋本發(fā)明，其中

圖1a和1b分別表示根據(jù)本發(fā)明的具有覆蓋裝置的襯底的側(cè)視圖，以及覆蓋裝置和襯底的俯視圖；圖2a和2b表示根據(jù)本發(fā)明的具有應(yīng)用于在不同凹坑用不同液體的蓋裝置的襯底(之前和之后)橫剖側(cè)視圖；以及圖3表示具有根據(jù)本發(fā)明的蓋裝置的襯底的俯視圖。
圖1表示設(shè)置二個(gè)陣列2、3的襯底1，該二陣列2、3由凹坑4構(gòu)成。該襯底1還設(shè)置二個(gè)槽5’、5”，像凹坑4那樣用蝕刻方法可以方便地在襯底1上設(shè)置該槽。根據(jù)本發(fā)明的一可能的實(shí)施例，該槽5’、5”適合用于將液體A引入凹坑4中。代替它，或除它之外，根據(jù)另一實(shí)施例可能提供線狀的涂層，例如具有對(duì)液體較大親和力的親水涂層。代替它的，此位置可以由二條涂層線分界，對(duì)該二涂層線液體具有較小的親和力。在一個(gè)水性液體施加的例子中可能，例如，使用聚四氟乙烯(Teflon)噴涂。這可以通過，例如，和一片長方形紙保護(hù)要施加液體的地方而十分容易地來完成。在施加液體A之后，在凹坑的方向移動(dòng)放置在襯底上的覆蓋裝置6。在圖1中陣列2的各凹坑已被充填。
覆蓋裝置6面對(duì)襯底的那個(gè)側(cè)面以及襯底1面對(duì)覆蓋裝置6的那個(gè)側(cè)面是完全光滑的因此一旦放到襯底上，該覆蓋裝置6相對(duì)于襯底1是等距離地可動(dòng)的，同時(shí)樣品液體A可以從槽5’、5”推入凹坑4中。此后充填的凹坑4立刻被覆蓋裝置6密封。剩余的液體A可以用空氣槍(壓力約為4-5巴)吹掉。在此之前和最好在去除多余液體的過程中，如需要可施加一夾緊力，該力較合適地是2-3公斤/厘米2。液體的去除確保任何表面張力不會(huì)造成該液體被吸入到覆蓋裝置6與襯底1之間，它會(huì)增加覆蓋裝置6與襯底1之間液層的厚度。非常薄的液層保證即使沒有夾緊力覆蓋裝置借助于粘性將密封凹坑4以一個(gè)測(cè)量的時(shí)間，例如，5-20分鐘。為實(shí)施測(cè)量，凹坑4可以包含可能溶于已經(jīng)充填凹坑的液體A中的試劑。液體薄層的存在可使任何可能的試劑從一凹坑到鄰近凹坑的交換(通過擴(kuò)散)為最小。最后，用所述方法有效地避免測(cè)量過程中液體的蒸發(fā)。
覆蓋裝置6和襯底1也是清潔的(無塵)同時(shí)，在水性液體A的情況中，最好至少襯底1與覆蓋裝置6彼此相對(duì)的二側(cè)面是親水的。然而，在水性液體A的情況中面對(duì)襯底1的覆蓋裝置6的側(cè)面的靠近凹坑4的端部根據(jù)本發(fā)明是疏水的。這樣就可以防止為充填凹坑4需要較多的液體樣品A。根據(jù)一簡(jiǎn)單的實(shí)施例，面對(duì)襯底1的側(cè)面的端部借助于硅脂制成疏水的。使用的硅脂的量要保持最小(即施加很薄的涂層)。槽5的使用不是先決條件同時(shí)甚至可能是不希望的。液體A最好施加到覆蓋裝置6的前側(cè)，方位向著凹坑4。這樣就仍然可能橫向地散布液體A。所述的前側(cè)最好是親水的。
覆蓋裝置6相對(duì)于襯底1的移動(dòng)速度取決于所用材料和所用液體A以及包含于其中的成分，諸如表面活化劑。但是，技術(shù)人員容易確定一合適的速度。如果凹坑4包含的收集的空氣的百分比大于所要求的，則必須降低速度或者必須使用(這些充填比較容易)具有圓角或不太陡的壁的凹坑。襯底1和覆蓋裝置6可以用任何(相對(duì)于液體A)實(shí)質(zhì)上是惰性的材料制成，諸如聚苯乙烯、玻璃或者能夠用從半導(dǎo)體工業(yè)中已知的技術(shù)處理的材料。
在前端靠近襯底側(cè)面處，覆蓋裝置6具有一邊緣7，該邊緣最好具有圓角(用虛線表示)。這就能使液體有效地充填凹坑4。充填凹坑的實(shí)際方法實(shí)施如下1)通過用清潔劑處理它并用軟化水漂洗凹坑來清潔具有1毫米厚度的派熱克斯耐熱玻璃(Pyrex glass)(1×8厘米)。
2)將該派熱克斯耐熱玻璃放置在半導(dǎo)體襯底上。該半導(dǎo)體襯底設(shè)置親水SiO2-且最好是硅氮化物層。該半導(dǎo)體襯底設(shè)置具有深度50微米的400×400微米的凹坑。
3)借助于毛細(xì)管作用在派熱克斯耐熱覆蓋玻璃與襯底之間引入0.1至0.2微升的水。這種小量液體的存在借助吸附導(dǎo)致派熱克斯耐熱覆蓋玻璃粘到襯底上。它難以去除但可以滑動(dòng)。
4)將樣品液體(1微升)用滴管滴到距耐熱覆蓋玻璃一距離的一排凹坑的前面。
5)以2-6厘米/秒的速度將派熱克斯耐熱覆蓋玻璃推至樣品液體和凹坑的方向。
6)以2-3公斤/厘米2的力將覆蓋玻璃壓在襯底上同時(shí)借助空氣槍(4巴的壓力)吹去剩余的樣品液體。
7)將具有覆蓋玻璃的襯底放在X-Y-Z工作臺(tái)上的滑動(dòng)物體夾持器中置于物鏡的下面。
在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中400×400×50微米凹坑的5×5個(gè)凹坑的陣列(總?cè)莘e0.2微升)僅使用0.5微升液體充填。
實(shí)驗(yàn)(在其中凹坑被涂以酶的色彩反應(yīng))表明在橫過覆蓋裝置相對(duì)襯底的運(yùn)動(dòng)方向的方向繼續(xù)下去是最小的。
根據(jù)本發(fā)明的方法表明適合于用諸如乙醇的揮發(fā)性溶劑充填凹坑。這就使根據(jù)本發(fā)明的方法能夠應(yīng)用于組合化學(xué)以及以小規(guī)模進(jìn)行是安全的有潛在危險(xiǎn)的反應(yīng)。
可以用許多方法改變本方法而不偏離本發(fā)明的范圍這對(duì)普通技術(shù)人員是顯而易見的。例如，特別如果凹坑比較深則比較方便的是使用不是直的覆蓋裝置，例如，鋸齒形的或凹槽形的，其中鋸齒形或凹槽形凹穴存放液體同時(shí)具有凹穴的覆蓋裝置6在凹坑的上面被推動(dòng)。如果必須充填一陣列2，這樣選擇凹穴的位置，即它們基本上與凹坑的中心重合。如果希望，不同的凹穴可以包含不同的樣品液體因此可以同時(shí)檢測(cè)不同的樣品液體。
為了以一種限定的和可再現(xiàn)的方式施加一密封層疏水膏如硅脂，可以使用攤鋪器進(jìn)行，當(dāng)攤鋪器在過量的膏的方向上在襯底之上移動(dòng)時(shí)至少在一處與該襯底接觸。攤鋪器在襯底與攤鋪器之間留下一窄槽，該窄槽(以及攤鋪器移動(dòng)時(shí)所處的角度)確定層的厚度。該攤鋪器還可有選擇地設(shè)置一緊靠襯底一側(cè)的導(dǎo)向構(gòu)件。
圖2a表示設(shè)置不同凹坑4的襯底1。覆蓋裝置6設(shè)置槽8，槽8的每一個(gè)具有一推動(dòng)液體A、B、C、D向前的前壁9。當(dāng)覆蓋裝置6處在第三位置時(shí)，凹坑4被密封。該凹坑4可以包含各種不同試劑W、X、Y、Z。
圖3表示包括要以不同液體A、B、C充填的凹坑4’、4”、4的三個(gè)陣列2、3、9的俯視圖。為了防止在覆蓋裝置的運(yùn)動(dòng)過程中沿前邊緣攤鋪的液體彼此接觸，設(shè)置凹穴9，以便液體實(shí)際上遇到不同的覆蓋裝置6。
液體的涂布和液體的運(yùn)動(dòng)最好借助于分發(fā)器和致動(dòng)器自動(dòng)化進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種用液體充填凹坑的方法，其中液體被施加到包括凹坑的襯底的不與凹坑重合的位置上，在充填之后凹坑被一覆蓋裝置密封，其特征在于—為充填凹坑，將液體施加到位于第二位置和未被覆蓋裝置遮蓋的凹坑之間的第一位置上，該第二位置是施加到襯底上的覆蓋裝置前側(cè)所處的地方，—覆蓋裝置的前側(cè)在被施加的液體和凹坑的方向被移動(dòng)，因而帶著正在充填凹坑的液體以其一道，及—在覆蓋裝置的前側(cè)已移過凹坑之后，該覆蓋裝置移入第三固定位置以便密封液體充填了的凹坑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于使用具有至少0.5毫米厚，優(yōu)選至少0.8毫米，最優(yōu)選至少1.2毫米厚的覆蓋裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于如果液體是親水性的，則使用的覆蓋裝置的背對(duì)襯底的一側(cè)在靠近覆蓋裝置前部處是疏水的，反之亦然。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于該覆蓋裝置在面對(duì)襯底的親水性一側(cè)在其一端具有帶疏水部分的一表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于該疏水表面部分包括疏水性膏。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于至少在第三位置以至少1公斤/厘米2的力將覆蓋裝置壓到襯底上。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于襯底包括一凹坑的陣列，一槽設(shè)置在該襯底中其主要方向分量相對(duì)覆蓋裝置的運(yùn)動(dòng)方向成直角，液體在由于覆蓋裝置移過槽而被傳送到陣列之前被引入到該槽中。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于當(dāng)覆蓋裝置處在第三位置時(shí)，包圍覆蓋裝置的液體被除去。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于借助于壓縮空氣進(jìn)行去除。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于所使用的覆蓋裝置是這樣一種覆蓋裝置，其面對(duì)著襯底的一側(cè)和該覆蓋裝置的前側(cè)的邊緣是在其至少一部分上被倒圓的，與此倒圓部分相接觸的液體在被施加的液體與凹坑的方向移動(dòng)，帶著要用來充填凹坑的液體移動(dòng)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于在單一襯底上以第一液體充填第一凹坑并以第二液液充填第二凹坑，該第一液體和第二液體被施加到各個(gè)非重疊的第一位置，同時(shí)覆蓋裝置在非重疊的第一位置之間設(shè)置凹槽。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于在單一襯底上以第一液體充填第一凹坑并以第二液體充填第二凹坑，該第一液體和第二液體被施加到各個(gè)非重疊的第一位置，同時(shí)至少從i)襯底的上側(cè)和ii)第一非重疊的位置之間覆蓋裝置的下側(cè)選擇的一個(gè)部件設(shè)置一升起的阻擋件，同時(shí)在相同位置中的另一部件具有一個(gè)可以接納阻擋件的互補(bǔ)槽，以致當(dāng)充填第一和第二凹坑時(shí)，該阻擋件滑動(dòng)經(jīng)過槽。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于覆蓋裝置包括至少二個(gè)前側(cè)，至少一個(gè)前側(cè)是由在襯底下側(cè)與運(yùn)動(dòng)方向成直角設(shè)置的槽的一壁構(gòu)成的，同時(shí)以第一液體充填在單一襯底上的第一凹坑并以第二液體充填第二凹坑，該第一與第二液體被施加到各個(gè)非重疊的第一位置，使得第一液體的凹坑與第二液體的凹坑是在第二個(gè)第一位置上，在此之后覆蓋裝置被放置在襯底上并繼而在襯底之上移動(dòng)以便充填第一凹坑和第二凹坑。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于襯底與覆蓋裝置二者均設(shè)置官能團(tuán)，這些官能團(tuán)能夠形成與它們與之相接觸的官能團(tuán)的物理的和化學(xué)的結(jié)合。
15.與根據(jù)權(quán)利要求11至14的方法之一一起使用的覆蓋裝置。
16.與根據(jù)權(quán)利要求11至14的方法之一一起使用的襯底。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種充填襯底中凹坑(包括通路)的方法。根據(jù)本發(fā)明液體被施加到包括凹坑的襯底的不與凹坑重合的位置上，同時(shí)在凹坑充填之后用一種覆蓋裝置密封，其中液體被施加到覆蓋裝置的前面與不被覆蓋裝置遮蓋的凹坑之間，同時(shí)借助于覆蓋裝置該液體被推入凹坑中。
文檔編號(hào)B01L99/00GK1589177SQ02822722
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2002年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月16日
發(fā)明者羅伯特·莫爾曼 申請(qǐng)人:代爾夫特工業(yè)大學(xué)