[发明专利]微流体表面处理装置和方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及微流体表面处理装置以及有关方法的领域。

背景技术

微流体装置通常指的是用于泵送、取样、混合、分析和定量供给液体的微制造装置。其突出特征来源于液体在微米长度尺度处表现出的特有的性质。微流体装置中的液体的流动典型地是层状的。能够通过制造具有微米范围中的横向尺寸的结构来达到充分低于一纳升的体积。能够加速在大尺度处受限的反应(通过反应物扩散)。最终，可能能够精确地和可再现地控制液体的平行流，允许在液体/液体和液体/固体界面处产生化学反应和梯度。微流体装置因此被用于生命科学中的各种应用。

例如喷墨被设计为能够以非接触模式而不是在存在液体的情况下传递墨水。其它技术能够进一步以更高分辨率对表面进行图案化但是它们的在液体环境中操作的能力受限制。液体环境使干燥伪迹(artifact)、生物分子的变性最小化，并且使得能够操作作为细胞或组织的生物标本。

为了在存在液体环境的情况下使表面图案化和分析表面上的样本，开发了若干策略来克服闭合的微流体装置的限制。一些策略依赖将液体限制在表面附近或仍然在液体的良好限定的区域中传递精确量的生物分子。扫描纳移液管(nanopipette)和空心的探针(在原子力显微镜学中使用的类似探针)也被开发用于利用微米精度在表面上使生物分子图案化。

作为其它示例，开发了非接触微流体探针技术(或“MFP”)(参见例如US 2005/0247673)，其除了其它应用之外还允许通过添加或移除生物分子来使表面图案化，创建表面上沉积的蛋白质的表面密度梯度，使反应局部化在接近于表面的液体界面处，染色和移除表面上的粘附细胞。

在其它技术领域中，扫描探针显微镜学(或SPM)生而具有扫描隧道和原子力显微镜的发明。简言之，它旨在使用物理探针形成样本表面的图像。扫描探针显微镜学技术依赖紧邻样本表面上方或与样本表面接触地扫描这种探针(例如尖锐的尖端(tip))，同时监视探针和表面之间的相互作用。由此能够获得样本表面的图像。典型地，执行样本的光栅扫描并且记录探针-表面间相互作用作为位置的函数。因此典型地获得数据作为数据点的二维网格。实现的分辨率随基础的技术而变化：在一些情况下能够实现原子分辨率。典型地，压电致动器或静电致动被用来执行探针的精确的运动。

两种主要类型的SPM是扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)。STM的发明快速地跟随有其它类似的技术(包括AFM)的家族的开发，其与STM一起形成SPM技术。顺便提及，在SPM技术中使用的“探针”或“探针尖端”应该不同于MFP中意指的“探针”；这两种类型的探针在功能上、结构上和尺寸上彼此不同。

在SPM技术之中，已知基于热探针的技术，其在空气中操作但是不宜在液体中操作。它们进一步被限制到经处理表面处的现有功能单元的热激活。在AFM技术之中，一种技术可以例如引用：

-“Dip-pen nanolithography”(K.Salaita等人，Nature Nanotech.,2007,2,145-155)；以及

-“Nanofountain probe”(Loh,O.等人，Small,2009.5:pp 1667-1674)。

蘸笔(dip-pen)在空气中操作并且产生干燥伪迹。纳米喷泉(nanofountain)探针在液体中操作。它能够基本上被认为是微尺度移液管。处理液体能够扩散离开所关心的点并且可能污染周围的液体。因此，能够认识到，利用上述技术，具有亚微米精度的缓冲溶液中的原位(in situ)操作是不可能的。因此存在对能够容易地在液体环境中操作的高分辨率表面处理装置的需要。

发明内容

根据第一方面，本发明被具体实现为一种微流体表面处理装置，其包括：

微流体探针头，在所述微流体探针头的面上具有至少一个孔，所述至少一个孔至少包括出口孔；以及

表面处理结构，相对于所述面垂直地并且向外地延伸，所述处理结构相对于所述出口孔被进一步确定尺寸和定位为使得所述处理结构能够在操作中截断经由所述出口孔分发的液体的流路。

在实施例中，所述微流体探针头在所述面上至少进一步包括进口孔，其中：所述出口孔和所述进口孔被确定尺寸和放置为使得允许经由所述进口孔收集经由所述出口孔分发的液体；以及处理结构相对于所述进口孔和所述出口孔被确定尺寸和定位以便在操作中截断经由所述出口孔分发和经由所述进口孔收集的液体的流路。