專利名稱：可作為超微孔分析板的微池陣列芯片加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超微孔分析板的加工方法，特別涉及一種可作為超微孔分析板的微池陣列芯片加工方法。
背景技術(shù)：
目前，在醫(yī)學(xué)上和生物分析化學(xué)領(lǐng)域?qū)ι瘶悠愤M(jìn)行高通量篩選特別是酶催化底物的篩選主要依賴96孔板(96-well plates)，在孔板上有96個孔，將96個樣品加到96個孔中，再向各個孔中加入試劑進(jìn)行顯色反應(yīng)，產(chǎn)生具有顏色或者熒光性質(zhì)的產(chǎn)物，再把加樣品的多孔板放置到96孔板分析儀中，一次完成對96個樣品的分析?？装宸治鰞x實(shí)際上是一臺比色計或者熒光計，檢測96孔板上各個孔內(nèi)液體的吸光度或者熒光強(qiáng)度對孔內(nèi)被測物質(zhì)的濃度進(jìn)行定量。
目前，隨著生命科學(xué)研究的深入，一些新的生化樣品需要檢驗(yàn)。這些樣品往往數(shù)量少，難以提取，所以價格昂貴。96孔板上每個孔需要加入大約0.5mL樣品，樣品量較大，這對于測量痕量生物樣品是不利的。此外，醫(yī)藥學(xué)家需要從幾十萬種化合物中篩選出可供用作藥用的化合物，需要在一個批次內(nèi)測定盡可能多的樣品。為了解決這個問題，國外推出了384孔板和1536孔板，樣品量分別降到了10μL和1μL左右，但是這些產(chǎn)品價格昂貴，而且需要從國外進(jìn)貨，進(jìn)口一箱德國Greiner公司384孔板(40塊)需要17000元左右(2007年2月中國市場售價)，1536孔板價格就更高。
目前世界上生產(chǎn)微孔板的工藝如下美國Matrical，Inc的96孔板和384孔板，是采用模具將聚丙烯成型，并且在成型過程中填充陶瓷玻璃微珠以增強(qiáng)剛性。該公司生產(chǎn)的1536孔板，采用聚丙烯成型，并配以玻璃底或透明塑料底。
這些工藝已被國外生產(chǎn)廠家申請了專利，如果我國國內(nèi)廠家按照此工藝生產(chǎn)的話，要向國外商家支付高額專利使用費(fèi)，大大增加了成本，因此這些微孔板我國基本不生產(chǎn)，醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)領(lǐng)域用到的微孔板大量依賴進(jìn)口。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了克服以上技術(shù)的不足，提供了一種可作為超微孔分析板的微池陣列芯片加工方法，具有加工微孔尺寸穩(wěn)定，加工方法適合于工業(yè)化，加工成本低。
本發(fā)明是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明涉及一種可作為超微孔分析板的微池陣列芯片加工方法，其特征在于采用以下步驟(1)制片選取透明材料，制成尺寸相同的兩塊薄片；(2)打孔取1片薄片，用激光打孔機(jī)在薄片上均勻打上若干通孔；(3)封合將打孔的薄片和未打孔的薄片對齊夾緊，封合為一體，即得。
本發(fā)明所述的加工方法，所述的透明材料最好為有機(jī)玻璃。有機(jī)玻璃最好采為加熱封合的方法，加熱溫度為106～110℃，加熱時間為5-15min。
采用本發(fā)明的加工方法，具有加工微孔尺寸穩(wěn)定，加工方法適合于工業(yè)化，加工成本低。


附圖1為本發(fā)明的加工示意中，1-打孔的薄片，2-未打孔的薄片，3-載玻片，4-微池陣列芯片。
具體實(shí)施方式
1.采用本發(fā)明的加工方法，制備樣品量小于1μL的超微孔分析板，比國外1536孔板更加節(jié)省試劑，而成本卻非常低廉。
2.制作工藝2.1材料的選擇和切割。
選擇厚度為1.4mm的有機(jī)玻璃板，用數(shù)控雕刻機(jī)將其切割為長度為5.0cm，寬度2.5cm的矩形片，這樣切割幾片打孔的薄片1；2.2矩形片打孔選1片切割好的打孔的薄片1，用工業(yè)用數(shù)控激光切割機(jī)在片上激光打孔，孔直徑0.80mm，孔中心距離都是2.5mm，形成17×6的陣列，每個芯片上有102個微孔。
2.3微陣列池的熱封合將打孔的薄片1與未打孔的薄片2貼在一起，用兩片玻璃載玻片3(顯微鏡用)將它們夾緊(如圖1所示)，在烘箱中106℃保溫10min，兩片有機(jī)玻璃矩形片就緊密結(jié)合在一起。一片上有孔，另一片沒有孔，就得到了微池陣列芯片4。
3.微池陣列芯片的指標(biāo)3.1基本數(shù)據(jù)芯片長度50.0mm，寬度25.0mm，厚度2.80mm
102個微池，直徑0.80mm，深度1.40mm計算出每個微池的容積為0.70μL3.2微池底部透明度的一致性為了比色和熒光分析的需要，芯片上微池的底部需要保持透明，而且各池底透明的程度相同。在加工過程中，微池的底是同一塊有機(jī)玻璃板，厚度、透明度都是相同的。在封合過程中，作為微池底的部分未被覆蓋，保持了原有的透明度。因此各個微池底的透明度保持高度一致。
3.3微池體積的一致性我們得到的微池是一個圓柱形的空間，圓柱的高度(微池的深度)就是被穿孔的矩形有機(jī)玻璃板的厚度，由于有機(jī)玻璃板的厚度均勻，因此所有微池的深度都是一致的。
在激光打孔過程中，由于光束直徑恒定，燒蝕出的孔徑也保持恒定，微池的直徑恒定。微池的容積可以用圓柱體積公式V＝πr2h來加以計算，其中r為微池半徑，h為微池深度。而各個微池的半徑和深度一致，則各個微池的容積有很高的一致性。
4.討論4.1芯片材料的選擇我們需要選擇透明的材料來制作芯片。易得的硬質(zhì)透明材料有玻璃、有機(jī)玻璃等。在287-2600nm的光波長范圍內(nèi)，玻璃的透光率為89-92％，有機(jī)玻璃(PMMA)的透光率大于92％。因此，我們決定選用有機(jī)玻璃來加工芯片。
4.2有機(jī)玻璃加工工藝的選擇4.2.1是否將有機(jī)玻璃板鑿穿用有機(jī)玻璃加工微池陣列芯片，有兩種選擇。一種是在一塊有機(jī)玻璃上開鑿出凹坑，但是不把有機(jī)玻璃鑿穿，留下一部分作為池底。另一種有機(jī)玻璃鑿穿，另外再用一塊透明有機(jī)玻璃板作池底。前一種方法，難于控制開鑿的深度，難于保持上百個凹坑有相同的深度。后一種方法，可以保證所有凹坑的深度相同。
4.2.2鑿孔方式我們需要開鑿出上下直徑一般粗(0.80mm)的圓孔，而且要求這些圓孔整齊排列成陣列形。由于要求這些孔整齊排列，所以需要用數(shù)控加工方式。普通的數(shù)控雕刻機(jī)的刻針是尖錐形，無法開鑿出上下一般粗的圓孔，只能開出錐形孔，所以我們選擇激光加工手段。
4.3超微孔分析板尺寸的選擇我們選用有機(jī)玻璃薄板作為制作分析板的材料。我們將一塊有機(jī)玻璃板用激光鑿穿，其板厚就是微池深度，由于我們希望取得小的微池體積以盡可能減少樣品消耗量，需要有機(jī)玻璃板盡可能的薄。此外，另一塊有機(jī)玻璃板作為微池的底部，底板越薄則透光性越好。我們從市場上買到的有機(jī)玻璃板最薄的是1.4mm，所以我們的超微孔板厚度為2.8mm。
超微孔板的板材面積尺寸越大，可以在上面加工出的微池就越多，在一個批次能測量的樣品就越多。但是，由于我們采用了薄有機(jī)玻璃板來加工，材質(zhì)不夠堅硬，如果有機(jī)玻璃板尺寸過大的話，容易彎曲，難于保證得到的超微孔板的平整。而且，在熱封合過程中，需要將兩塊有機(jī)玻璃板夾持在一起，在夾持過程中，如果芯片面積過大，就難于保證在整個面積上受力均勻。我們選擇長50mm，寬25mm的尺寸，便于用載玻片夾持。
4.4微池的直徑就加工工藝而言，加工大直徑的微孔更為容易，而加工均勻一致的小直徑微孔更為困難。采用激光切割機(jī)在我們購置的有機(jī)玻璃板上打孔，激光束能打出的微孔最小直徑經(jīng)測量為0.80mm。
4.5芯片封合手段的選擇有機(jī)玻璃是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的俗稱，人們通常利用丙酮等有機(jī)溶劑能溶解PMMA的特點(diǎn)，利用有機(jī)溶劑對有機(jī)玻璃進(jìn)行粘接。目前市場上銷售的有機(jī)玻璃粘接劑主要成分也是有機(jī)溶劑。Zhou等利用混合有機(jī)溶劑實(shí)現(xiàn)了PMMA微流控芯片的低溫常壓封接。由于有機(jī)溶劑能夠部分溶解PMMA，溶劑揮發(fā)后析出的PMMA附著在有機(jī)玻璃板表面，會影響透明度，因此我們不準(zhǔn)備使用溶劑封接。同樣，為了避免引入雜質(zhì)影響透明度，我們也不準(zhǔn)備采用其它的粘合劑。
PMMA是一種熱塑性塑料，軟化溫度為105℃，我們在106℃下對孔板和底板進(jìn)行加熱封合，取得了良好的效果。這樣的封合方式不引入任何雜質(zhì)，微池形狀均勻一致，池底保持了原有的透明度。
4.6封合過程中微孔的變形及及對分析測定的影響我們測量了封合前后的微孔直徑和深度，發(fā)現(xiàn)封合后微孔直徑變化和深度變化都在1％以內(nèi)，經(jīng)計算可知封合前后體積變化在3％以內(nèi)((1.01)3-1≈3％)。
需要說明的是，光分析方法，不論是比色法還是熒光法，都是相對測量方法，其測量值的取得依賴于標(biāo)準(zhǔn)溶液的測定值與被測溶液的測定值之比較，因此只要封合后同一芯片上各個微池的形狀、體積、尺寸保持一致，微池對標(biāo)準(zhǔn)樣品和被測樣品的影響就是相同的，就不會影響最終測定值。通過測量，我們發(fā)現(xiàn)，封合后微池的深度和直徑都均勻一致。
4.7芯片上微池密度的確定人們希望在一塊分析板上有盡可能多的微池，這樣可以在一個批次分析對盡可能多的樣品進(jìn)行測量。但是我們采用了加熱封合手段，如果微池密度過大，則孔板上空隙所占面積大，而有機(jī)玻璃所占空間小，在夾持加熱過程中可能會產(chǎn)生形變，不利于微孔形狀的保持。所以，微池間應(yīng)當(dāng)保留足夠的間隔，通過實(shí)驗(yàn)我們選擇2.5mm的微池中心間距。
4.8同現(xiàn)有的微孔分析板的比較樣品消耗量我們制作的超微孔分析板，其微池的全容積為0.70微升(樣品池一般不加滿，可方便地測定0.2-0.6微升樣品)，其消耗樣品量少于目前的1536孔板、384孔板和96孔板。
分析通量我們制作的微孔分析板上有102個微池，分析通量略高于96孔板，但是低于384孔板和1536孔板。
透光率由于我們采用的PMMA的透光率高于玻璃和聚丙烯，而聚丙烯和玻璃是商品化微孔分析板的材料，因此我們制作的微孔分析板透光率略高于目前商品化的96孔板，384孔板和1536孔板。
5.結(jié)論我們摸索出微孔分析板的制作工藝，制得的微孔分析板有較高的分析通量(102樣品/塊)和非常低的樣品消耗量(小于0.70微升)。利用這種工藝，可以生產(chǎn)出規(guī)格與商業(yè)化產(chǎn)品相同規(guī)格的產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種可作為超微孔分析板的微池陣列芯片加工方法，其特征在于采用以下步驟(1)制片選取透明材料，制成尺寸相同的兩塊薄片；(2)打孔取1片薄片，用激光打孔機(jī)在薄片上均勻打上若干通孔；(3)封合將打孔的薄片和未打孔的薄片對齊夾緊，封合為一體，即得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工方法，其特征在于所述的透明材料為有機(jī)玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加工方法，其特征在于所述的封合為加熱封合，加熱溫度為106～110℃，加熱時間為5-15min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超微孔分析板的加工方法，特別涉及一種可作為超微孔分析板的微池陣列芯片加工方法。本發(fā)明的加工方法，其特征在于采用以下步驟(1)制片選取透明材料，制成尺寸相同的兩塊薄片；(2)打孔取1片薄片，用激光打孔機(jī)在薄片上均勻打上若干通孔；(3)封合將打孔的薄片和未打孔的薄片對齊夾緊，封合為一體，即得。采用本發(fā)明的加工方法，具有加工微孔尺寸穩(wěn)定，加工方法適合于工業(yè)化，加工成本低。
文檔編號G01N21/00GK101021525SQ20071001387
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者李文鵬, 劉慧玲, 張碩 申請人:李文鵬