專利名稱：納米級分子陣列排布機的制作方法
優(yōu)先權(quán)本申請要求2000年8月15日提交的第60/225,434號臨時申請的權(quán)益。
直接檢測分子互相反應(yīng)事件的方法之一是掃描探針顯微鏡。原子力顯微鏡(AFM)就是其中的一種。它的特點是用位于柔性懸臂梁末端的銳利針尖對樣品表面進行掃描。在掃描過程中，由針尖與樣品之間產(chǎn)生的引力與斥力總和導(dǎo)致的凈力輸出使懸梁臂偏轉(zhuǎn)彎曲，在已知懸梁臂彈性常數(shù)的條件下，可以精確地計算由懸梁臂偏轉(zhuǎn)彎曲產(chǎn)生的凈作用力。懸梁臂的彎曲偏轉(zhuǎn)程度通?？梢愿鶕?jù)聚集激光束在剖分式光電二極管上的反射程度來測定。這一聚集激光束自懸梁臂的背面發(fā)射出來，形成一種“光學(xué)杠桿”或“光束偏轉(zhuǎn)”機構(gòu)。此外，還有另外一些用于檢測懸梁臂偏轉(zhuǎn)彎曲機制的方法，其中包括干涉儀和壓電應(yīng)變計。
早期的原子力顯微鏡只能記錄懸梁臂的垂直位移，最近的方法則涉及到使針尖共振，針尖瞬間接觸或根本不觸及樣品。當(dāng)針尖在樣品表面上移動時，針尖位移或是共振會隨之變化，這種變化可用來形成表面形貌的圖像。這種圖像反映出各類樣品的三維結(jié)構(gòu)，而這類樣品包括材料樣品，化學(xué)樣品和生物樣品，生物樣品中包括DNA，蛋白質(zhì)，染色質(zhì)，離子通道，甚至是活細胞。
除了圖像生成能力以外，原子力顯微鏡還可以測量微力變化，直接感受在微牛頓(10-6)和皮牛頓(10-12)范圍內(nèi)的微力。所以原子力顯微鏡可以測量分子間力，甚至是單一分子內(nèi)部的作用力。此外，原子力顯微鏡還能測量不同類型的作用力及現(xiàn)象，比如磁場力，熱梯度和粘彈性。因此可以利用原子力顯微鏡的這種能力來詳細繪制樣品表面力場分布圖形，利用其高分辯力來反映這類力場的位置和數(shù)量，其作法類似于確定某些特定復(fù)合物在指定表面上的位置。在測量分子力時，原子力顯微鏡的探針是可以針對一個靶分子的。
原子力顯微鏡使用的分子陣列是在固態(tài)支持物上排列的。其典型的制作過程分為原位加工和離位加工兩種，離位加工包括機械點樣，也就是把樣品點狀沉積在表面上。原位加工的合成方法和儀器涉及用核酸或短月太的光化學(xué)合成來確定其在硅表面或玻璃表面上的空間位置。但是，在掩模和合成過程中使用的光波長會對原位加工產(chǎn)生限制作用，進一步說，這一過程可能會受到成本的限制。所以需要一種省時高效的專用裝置來制作分子的陣列排布。
一種利用表面機械點樣的離位加工方法的例子被形像地描繪成“蘸水筆”方法，把事先準(zhǔn)備好的樣品由蘸水筆寫到沉積表面。研究結(jié)果顯示，用標(biāo)準(zhǔn)的原子力顯微鏡操縱蘸水筆時，這種蘸水筆法可以使用一種烷硫基鹽單分子層來繪制亞微米級的分子線或分子點。另一種慣用的工藝儀器是針狀裝置，這種針狀裝置在浸蘸含有樣品物質(zhì)的溶液后，把樣品液滴點狀分布在沉積表面?？墒沁@種方法并不能形成極小的點域。雖然目前原子力顯微鏡已被用于亞微米分子線的繪制或是用于分子點的制作，但是原子力顯微鏡并不是最佳的用于產(chǎn)生點陣的工具，因為它缺少由計算機控制的具亞微米級精確度的樣品臺，缺少用于樣品定位的精密光路，缺少能控制針尖移動的易操作軟件。更進一步地講，商用原子力顯微鏡的結(jié)構(gòu)不能勝任大批量不同分子的快速點狀沉積。最后，原子力顯微鏡是被設(shè)計成具備多種功能的儀器，而不是專門的樣品點狀陣列沉積儀器，因此成本高于專用陣列排布機。而這種多功能的原子力顯微鏡又不能具備專用樣品點狀陣列沉積儀器應(yīng)有的其它特征，所以需要一種能專門制作點狀陣列排布的儀器。
目前需要一種商業(yè)化實用性的樣品點狀陣列排布儀器來制作亞微米級點狀分子陣列，這種儀器具備精密的光學(xué)特性以便用于樣品定位，使用者可以通過計算機控制來確定點陣的排列方式和大小。如以自動控制的大批量輸出方式工作，這種儀器便顯示出其獨到的優(yōu)點。
制作點域的方法由以下步驟組成，(a)載樣基片的獲取，該基片進一步包括被沉積物，(b)被沉積物在點樣探針上的裝載，(c)通過把點樣探針上的沉積物按所需量傳輸?shù)匠练e基片上來產(chǎn)生點狀沉積區(qū)。
制作點狀陣列的裝置包括以下部分，(1)Z控制器，(2)點樣探針，可操作地連接在Z控制器上，點樣探針進一步包含針尖，(3)X，Y控制器，可操作性地連接在Z控制器上，并能沿X軸，Y軸選擇性地在第一位置和第二位置之間移動，(4)沉積基片，可操作地固定在X，Y控制器上，當(dāng)X，Y控制器將沉積基片移到第二位置時，沉積基片可操作地相對點樣探針定位。
本項發(fā)明涉及一種用于制作分子陣列的專用儀器，這種分子陣列由小于或等于一微米的點狀區(qū)域組成。使用本項發(fā)明中的陣列排布機可以節(jié)省昂貴的試劑和試驗材料，有助于節(jié)省大型綜合性化學(xué)實驗室的空間。最后，此項發(fā)明可實現(xiàn)以大批量輸出的形式來檢測大量的樣品，因為它能容易地產(chǎn)生客戶自己設(shè)計的由不同種沉積物組成的陣列。
本項發(fā)明使用的點狀沉積技術(shù)是使樣品瞬間水合以形成一種毛細橋。毛細橋可以把被沉積物從載樣基板上傳輸?shù)近c樣探針上，點樣探針再把被沉積物傳輸?shù)匠练e基片上以產(chǎn)生點狀沉積區(qū)域。陣列就是由一個或多個這樣的點狀區(qū)域組成。本項發(fā)明裝置所使用的毛細橋沉積技術(shù)將在下面作進一步描述。正在申請的編號為U.S.申請書09/574,519專利中也對此作了詳細的描述。本文引用該申請書的全部內(nèi)容。
圖2是本發(fā)明的一個實例中儀器的正視圖。
圖3a是本項發(fā)明的一個實例中X，Y控制器的透視圖。
圖3b是本項發(fā)明的一個實例中X，Y平移臺的透視圖。
圖4是本項發(fā)明的一個實例中點樣探針的透視圖。
圖5是本項發(fā)明中濕度控制器組件的方框圖。
詳細描述本專利申請說明書描述一種陣列排布機10，這一陣列排布機10以大批量輸出的方式產(chǎn)生由點狀區(qū)域組成的陣列。在一實例中，陣列排布機是自動控制的，使用者不必經(jīng)常不斷地監(jiān)視陣列的形成。在對陣列排布機10的組成部分作綜合性描述后，將對每一個部分作更為特定的描述。
如

圖1和圖2所示，本發(fā)明陣列排布機10的一個實例包括一個點樣探針12，一個X，Y控制器14，一個Z控制器16，一個X，Y平移臺18，一個濕度控制器20，一個控制計算機22，和一個基座24。點樣探針12可操作地連接在Z控制器16上，Z控制器又與基座24相連。X，Y控制器14可固定在基座24上Z控制器16的左邊。X，Y平移臺18可固定在基座24上Z控制器16的右邊。濕度控制器20和控制計算機22可以相對點樣探針12，X，Y控制器14和X，Y平移臺18的位置來定位，從而使?jié)穸瓤刂破?0能恰當(dāng)?shù)匕l(fā)揮各個功能，例如控制濕度。計算機22控制著本項發(fā)明陣列排布機10中的各個部分的功能。值得首肯的是，由專業(yè)人士構(gòu)思出來的大量結(jié)構(gòu)與設(shè)計可用于將X，Y控制器14，Z控制器16，X，Y平移臺18等等連接到基座24上。這些組件的不同定位不會改變本項發(fā)明的功能范圍。也就是說，這些組件可以用大量不同的方式相連接，其中包括螺栓連接，電焊連接，和搭扣連接等等。
如圖3a所示，X，Y控制器14又包括一個附在其上可以移動和拆卸的沉積基片25，這個基片用作本發(fā)明沉積材料的一種表面。該基片由X，Y控制器移動到Z控制器16下的位置，這樣點樣探針能降低位置將沉積材料沉積到基片上?；cX，Y控制器的連接可以采取搭接，嵌接，凸接，或是其它工藝形式。解釋完本實例中的每一個組件，有關(guān)陣列排布機10是如何沉積樣品的細節(jié)就能被更好地理解。在又一實例中，一個控制器就可以操縱點樣探針12在X，Y和Z軸方向上移動。
根據(jù)所沉積材料的性質(zhì)，本項發(fā)明裝置中使用的沉積基片25可以由多種材料制成。對這種沉積基25的進一步描述可在編號為U.S.申請書09/574,519的專利中找到，但也可在不改變本發(fā)明陣列排布裝置特性或功能范圍的前提下加以改動。
如圖3b所示，X，Y平移臺18還可以進一步包括一個載樣基片27。沉積材料在加載到點樣探針前被放在載樣基片27表面，接著被沉積到陣列排布機10的沉積基片25上。在不改變本發(fā)明的特性和功能范圍的條件下，沉積材料可采用已知的合理的方法加載到載樣基片，比如機械沉積，原位光化學(xué)合成，“噴墨”打印和電子驅(qū)動沉積。
在一實例中，如圖2所示，陣列排布機10可以進一步包括一個力反饋監(jiān)控器50和一個光學(xué)顯微鏡52。力反饋監(jiān)控器50可操縱性地與點樣探針12，Z控制器16和控制計算機22相連。力反饋監(jiān)控器50可以幫助控制本項發(fā)明中的點樣探針12相對于沉積基片25和載樣基片27的高度。光學(xué)顯微鏡52可操作性地連在基座24的下面，便于使用者觀察陣列排布機10的工作。
本發(fā)明設(shè)備中的每個分立組件進一步描述如下。
基座24參照圖二，本發(fā)明中的基座24描述如下。本發(fā)明實例中的基座24在物理上穩(wěn)定并提供多個位置以供安裝本發(fā)明中其他分立部件。本發(fā)明實例中的基座24可運用12×24英寸由鋼柱26支撐的光學(xué)平臺。光學(xué)平臺是用于建造不同種類儀器的標(biāo)準(zhǔn)平臺。
其中一種商用光學(xué)平臺24可以很好的用于本發(fā)明的陣列排布機，它可以從NewportCorp.公司(P.O.Box19607，IrvineCA92623-9067)購買，產(chǎn)品號SA12。該光學(xué)平臺可在每隔一英寸的中心鉆有1/4英寸的孔。適用于本發(fā)明的鋼柱26也可從同一制造商處購得，產(chǎn)品號SP12。
在另一種發(fā)明實例中，光學(xué)平臺可以放在光學(xué)桌的上面。光學(xué)桌能夠浮在氮氣活塞上以盡可能的減小振動，盡管在本實例中，制作本發(fā)明的陣列并不需要如此嚴格。
控制器14參照圖2和3a，本發(fā)明中的X，Y控制器14描述如下。如圖2和3a所示，X，Y控制器可操作地連在基座24上。X，Y控制器14應(yīng)當(dāng)能達到微米精度，并能來回移動使附于其上的沉積基片25能在點樣探針下面以重復(fù)的方式精確地定位。X，Y控制器14的操作末端，如圖2所示，可以以下方式定位，控制器在點樣探針12下能以微米精度移動沉積基片25，也能將基片25移走，以使X，Y平移臺18在探針12下移動載樣基片27。
一種X，Y控制器14可以是壓電驅(qū)動尺蠖型精密機械臺。尺蠖型機構(gòu)具有本發(fā)明所需的很大的移動范圍，同時能保持微米精度。這樣的平移臺在X，Y平面有大約20納米的空間精度，并能進一步地應(yīng)用編碼器來保證可重復(fù)性。該移動臺可放置由有豐富經(jīng)驗的人設(shè)計的平臺，用以放置樣品沉積基片25。一種尺蠖型平移臺可以從BurleighInstruments公司(BurleighPark，P.O.Box E，F(xiàn)ishers，N.Y.14453-0755)購買。
在另一種實例中，壓電驅(qū)動撓性臺可以用作X，Y控制器14。壓電驅(qū)動撓性臺與尺蠖型臺有相同的精度。在又一種實例中，線性壓電棘輪機構(gòu)，例如可從以色列NanoMotion公司購買，也可以被應(yīng)用。圖2示明X，Y控制器有獨立的X，Y方向控制馬達，但不同的設(shè)計也可以應(yīng)用。
X，Y平移臺18參照圖2和3b，平移臺18進一步描述如下。X，Y平移臺可操作性地連接到基座24上與Z控制器16和點樣探針12的相對應(yīng)位置，以使它們能相互作用。在本實例中，X，Y平移臺18的操作末端與預(yù)先做好的放有一種或多種沉積物的載樣基片27相匹配。載樣基片27以與沉積基片25和X，Y控制器14相連的同樣方式連接。如圖2和3b所示，X，Y平移臺可被定位以使載樣基片27能移動到點樣探針12下可操作的位置。
在一種實例中，X，Y平移臺18可用如X，Y控制器14同樣類型的可移動尺蠖或壓電設(shè)備。在另一種實例中，X，Y平移臺18可不需要微米精度控制，因為被沉積物可以放在載樣基片27上一個更大的，因而容易達到的區(qū)域，該區(qū)域由載樣基片27的區(qū)域與沉積基片25上所產(chǎn)生的區(qū)域復(fù)合而成的。如圖2所示，本實例中的X，Y平移臺18與X，Y控制器14有著相同的設(shè)計。
在又一種實例中，X，Y平移臺18有著如下移動范圍，載樣基片27能在第一位置被裝載，接著轉(zhuǎn)移到位于點樣探針12下的第二位置。以此方式，載樣基片27在完成將第一種沉積物裝載到探針的任務(wù)后，可以被清洗，并重新裝載第二種沉積物，所有這些都自動完成。
Z控制器16參照圖2，本發(fā)明中的Z控制器進一步描述如下。Z控制器16可操作性地連接到基座24上，并能與X，Y控制器14和X，Y平移臺18相互作用。Z控制器16可以在垂直方向(Z)上自由移動。本發(fā)明中的Z控制器16傾向于在Z方向有200納米或更小的移動精度，這樣陣列排布機10能以高量輸出形式實現(xiàn)重復(fù)一致的沉積區(qū)域。最好Z控制器16有一微米或更小的橫向可重復(fù)性，這樣本發(fā)明就能產(chǎn)生陣列點間距小到一至二微米或更小的高密度陣列。
在一實例中，Z控制器16可從NewportCorporation公司(P.O.Box19607，Irvine，CA929623-9607)購買，產(chǎn)品號TSV150。在本實例中，Z控制器16在X，Y方向相對靜止，容許X，Y控制器14和X，Y平移臺18移動基片25，27到位。在另一實例中，Z控制器16有X，Y方向移動性，但不改變本發(fā)明特性和范圍。
點樣探針12參照圖2(探針固定在Z控制器16的末端，未顯示在圖2中)和圖4，本發(fā)明中的點樣探針12進一步描述如下。點樣探針12最好有一百到兩百微米長，有約一到廿微米高的針尖13。針尖13的曲率半徑大約十到五十納米。在一實例中，探針被修改為在懸臂梁末端安裝直徑五到十微米的球狀物。采用此方式，球狀物能使探針12的載樣更容易，沉積物的沉積會進一步描述在以上所指專利的應(yīng)用中。更進一步，如何將探針12與Z控制器16相連的操作技巧已是為大家所共知的，不用在此贅述。
商用探針可用于本發(fā)明中的點樣探針12。這樣的探針可以是標(biāo)準(zhǔn)的氮化硅原子力顯微鏡(AFM)探針，可從DigitalInstruments/Veeco公司(112Robin HillRoad，SantaBarbara，CA)購買。
濕度控制器20參照圖2和圖5，本發(fā)明中的濕度控制器20描述如下。如圖2所示，控制器20可操作性地連接到基座24上。如圖5所示，濕度控制器20可進一步包括濕源30，氣流監(jiān)視和控制設(shè)備32(未顯示)，氣源38，第一筒形閥40，第二筒形閥42，和連接導(dǎo)管44。濕源30可放于在加載和沉積被沉積物過程中能有效和精確控制沉積探針12周圍濕度的位置。監(jiān)控系統(tǒng)32可放在濕源30和點樣探針12之間，并由計算機來控制。氣源38可通過導(dǎo)管44可操作性地連接到第一筒形閥40和濕源30上。氣源可進一步地通過導(dǎo)管44連到第二筒形閥42上以形成濕源旁路。更進一步，如圖2所示，導(dǎo)管44可將氣送到探針12。本發(fā)明中的濕度控制器20可容許重復(fù)沉積樣品到亞微米和納米尺寸的區(qū)域。
本發(fā)明實例中的濕源30使用浸潤的過濾紙或裝在塑料盒中的海綿。干的惰性氣體，如氬氣，從氣源38通到盒內(nèi)并通過由控制系統(tǒng)控制的筒形閥40來保持正壓力。如圖5所示，氣體被濕度控制器20所釋放，通過筒形閥40，濕度源30和監(jiān)控設(shè)備32流到點樣探針12，以提高探針12周圍的相對濕度，這樣使得沉積物的加載或沉積更有效。
如圖5所示，第二筒形閥42也可從氣源38抽取氣體，通過導(dǎo)管44把氣體送到塑料盒36及監(jiān)控設(shè)備32。通過此種方式，干燥氣體也可送到點樣探針12。筒形閥42由計算機22控制，監(jiān)控設(shè)備32使得干燥氣體與潮濕氣體在達到探針12之前混合起來以實現(xiàn)所要的濕度水平。更進一步，當(dāng)沉積物加載到點樣探針12或沉積基片25上后，筒形閥42被用來將干燥氣體吹到點樣探針以弄干探針12或沉積基片25上的沉積物。值得首肯的是，筒形閥40，42的輸出氣體流經(jīng)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備32能改善對不同沉積物的可重復(fù)性和最佳沉積條件。每個流通率有給定的數(shù)值，監(jiān)控并改變此數(shù)值可助于實現(xiàn)所要的濕度水平。
在另一實例中，采用更先進的濕度發(fā)生器能進一步提高本發(fā)明中樣品周圍相對濕度的精度和可重復(fù)性。在又一實例中，干燥氣體連續(xù)吹到探針12，在潮濕氣體吹進時作簡短停歇，并馬上重新打開以減小樣品在表面的擴散。
在又一實例中，恒定的濕度環(huán)境足以滿足樣品的加載和沉積。在此實例中，本發(fā)明可包括一個包圍點樣探針12，X，Y控制器14和X，Y平移臺18的操作末端，或是整個設(shè)備的塑料腔或室。在加載和沉積程序過程中，腔或室可充滿所需濕度的氣體。
控制計算機22參照圖1和圖2，控制計算機22描述如下?？刂朴嬎銠C可以是標(biāo)準(zhǔn)的使用Pentium，Athlon，或其他芯片和標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)，帶有監(jiān)視器，硬盤等設(shè)備的計算機。本實例使用的計算機標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集卡可從NationalInstruments公司1(1500MopacExpressway，Austin，TX87593504)購買，產(chǎn)品號PCI6025e。此數(shù)據(jù)采集卡能編譯必要的數(shù)據(jù)以控制濕度，點樣探針12的高度，Z控制器16的相對位置，X，Y控制器14，X，Y平移臺18，并能監(jiān)控沉積物在沉積基片25上的位置。標(biāo)準(zhǔn)或用戶定制的軟件可裝到計算機22上來控制數(shù)據(jù)采集卡的操作。用戶定制的專用軟件可從LabView公司獲取。
除了計算機控制器22，步進電機控制卡(A-100，Mill-ShafTechnologieslnc.公司)可用于控制X，Y控制器14，Z控制器16和X，Y平移臺18的移動。本實例中的步進電機控制卡也可由LabView(NationalInstruments公司)軟件或其他由專人編寫的軟件來控制。
力反饋監(jiān)控器50參照圖2，力反饋監(jiān)控器50進一步描述如下。如前面所指，力反饋監(jiān)控器50可操作性地連在Z控制器16和控制計算機22上。力反饋監(jiān)控器50能與控制計算機一道精確感知點樣探針12與載樣基片27，或點樣探針12與沉積基片25間的接觸。確切知道探針12與基片25，27的接觸時刻可以更精確地讓沉積物從載樣基片27傳輸?shù)近c樣探針12和從點樣探針12傳輸?shù)匠练e基片25。力反饋監(jiān)控器50與控制計算機22的匹配已為實現(xiàn)此結(jié)果的專業(yè)人士熟知。
在另一實例中，力反饋監(jiān)控器50僅用于確定基片25，27和探針12的初始關(guān)系。
本發(fā)明陣列排布機10中的探針12可與基片25，27相接觸，然后在暴露于潮濕氣體前縮回1毫米或更多，這樣會形成毛細橋，因而可以加載或沉積沉積物。一旦基片25，27相對探針12的位置被確定，計算機22可簡單地把探針提到高于基片25，27的位置為隨后的沉積作準(zhǔn)備，而不必接觸基片25，27的表面。
適用于本發(fā)明的不同種類的力反饋監(jiān)控器50可能為此方面的專門人才所熟知。
一種商用力反饋監(jiān)控器可以是DigitalInstruments公司所產(chǎn)的Dimension3100系列掃描探顯微鏡的AFM頭。在不更改本發(fā)明特性的前提下，其他力反饋監(jiān)控器也可被專業(yè)人士所采用。在本實例中，監(jiān)控器50的讀數(shù)可通過標(biāo)準(zhǔn)的讀數(shù)盒讀出并直接反饋到LabView。在操作中，可建立起一個偏轉(zhuǎn)值來作為LabView停止Z控制器14的門檻值。這樣，一旦表面找到，本發(fā)明的設(shè)備會由編好的程序重復(fù)地讓Z控制器14在同一位置200納米范圍內(nèi)移動。采用此方式，設(shè)備能迅速地接近和從表面縮回，而不必在每一沉積周期減慢和仔細計算達到接觸時所需的步數(shù)。
光學(xué)顯微鏡52參照圖2，光學(xué)顯微鏡52進一步描述如下。如圖2所示，光學(xué)顯微鏡52以反轉(zhuǎn)方式裝在光學(xué)臺之下。光學(xué)顯微鏡52讓使用者能從點樣探針12下面觀察加載和沉積步驟。這樣的監(jiān)控可在標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡遠場光學(xué)的分辨范圍之內(nèi)，包括10X，20X，和60X放大物鏡選擇，10X目鏡。在其他實例中，顯微鏡可配上攝像機將圖像輸出到計算機22，分立的監(jiān)視器或錄像設(shè)備?？赡転槟承I(yè)人士所理解，在不改變本發(fā)明排布機10特性的前提下，可以不用顯微鏡。
雖然沉積區(qū)域小于所用光波波長，但它們分開兩微米級的距離，這樣它們通過其光學(xué)特性就能被觀察到。這類似于通過從夾雜熒光團或反射光子所收集的光波對亞波長物體，如單DNA分子和納米級膠態(tài)金屬，進行遠場光學(xué)觀察。光學(xué)監(jiān)控是一種對本發(fā)明沉積操作的初步評估的有用方法。
使用方法本實例的使用方法描述如下。Z控制器16被用來控制點樣探針12與載樣基片27間的接觸或接近。接觸力的大小可以通過力反饋監(jiān)控器50對懸梁臂彎曲變形信號的監(jiān)測來調(diào)整。一股強大的濕氣流被用于在點樣探針12和載樣基片27之間產(chǎn)生毛細橋。毛細橋把一定量的沉積材料傳輸給點樣探針12。點樣探針12然后由Z控制器16提升回縮。X，Y平移臺18隨后把載樣基片27從點樣探針12的下面移走。X，Y控制器14然后把沉積基片25移到點樣探針12的下面。點樣探針12在Z控制器控制下降到一定位置，濕度周期循環(huán)，以把沉積材料點狀沉積到沉積基片25上。
可以理解的是，點樣探針12在明顯地耗盡沉積材料之前，可以多次進行以上過程。因此，探針只要載樣一次，便能為每個陣列寫入一個或多個點狀區(qū)域。每當(dāng)要沉積新的沉積材料時，點樣探針12便被清洗一次。在一實例中，在加載第二種沉積材料之前，探針12可以用紫外線照射或者臭氧沖擊來清洗。
在一實例中，溶于PBS(生理鹽水緩沖液)中的濃度大約為0.1毫克/毫升的蛋白質(zhì)樣品以微滴形式滴在干凈玻璃表面，晾干后作為沉積材料/載樣基片。沉積工具可與晾干的微滴相接觸，濕度被調(diào)整到能使蛋白質(zhì)吸附到點樣探針的針頭13上。這一操作一般能使點樣工具加載到足夠?qū)?0到100次的沉積材料。載有沉積材料的點樣探針12再把PBS沉積到新鮮的噴有金或是金/烷硫基鹽涂層的表面上。
探針載樣及在沉積基片上寫一個點狀區(qū)域的時間還不到一分鐘。而且實際的沉積時間相對較短，用單一源材料寫入一個和幾個點狀區(qū)域在時間上至多相差幾秒鐘。因此制作一個或多個由100種不同分子組成的10×10陣列大概需要1小時零40分鐘。在另一種實例中，在不改變本項發(fā)明性質(zhì)和范圍的條件下，這一制作過程可進一步變成流水線作業(yè)和規(guī)?；a(chǎn)，以容許制作更為復(fù)雜的陣列(成千上萬種分子)以及用相近的時間制作大量的陣列。所有這些步驟可由帶有LabView軟件的計算機22協(xié)調(diào)。
在又一實例中，可能會有幾個X，Y平移臺18把載樣基片27移動到點樣探針12下面的可操縱位置上。以此方式，(探針)可以獲取分布在多個載樣基片27上的多種沉積材料來制作更加多樣化的陣列。
在另外一種變相實例中，光學(xué)顯微鏡52用來定位對準(zhǔn)標(biāo)記，以使沉積樣品能沉積到特定物理位置。
在另一種實例中，探針可以用具有簡單供流功能的微加工凹槽來清洗。清洗溶液(比如水)流入凹槽，在表面張力的作用下形成一種凸出的液體泡。沉積工具(探針)在壓電驅(qū)動的震蕩作用下在液體泡中進行清洗。
可為專業(yè)人士所理解的是，沉積點的尺寸是點樣工具曲率半徑，工具與表面的疏水/親水性，以及沉積時濕度控制的函數(shù)。本項發(fā)明在仔細監(jiān)控沉積參數(shù)的條件下，能可重復(fù)地產(chǎn)生直徑在200納米的沉積點(點樣工具的半徑一般為40納米)。值得指出的是制作半徑大大小于200納米的沉積點可能取決于樣品材料以及預(yù)期使用目的。
這里提供信息和實例的目的是為了作出說明與解釋，并不意味著排除本項發(fā)明在概念內(nèi)容范圍的任何衍生方法或改進方法。據(jù)估計，在不偏離本發(fā)明范圍的前提下，會有多種衍生方法能實現(xiàn)此實例。所以，本項發(fā)明的范圍受到附加權(quán)利范圍的控制而不局限于本文前述描寫的實例。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生分子陣列的儀器，包括基座；Z控制器，可操作性地連接在基座上，并在Z軸上能選擇性地移動；點樣探針，可拆卸和可操作地連接在Z控制器上，能隨Z控制器在Z軸上可選擇地定位；X，Y控制器，可操作地連接在基座上，并能沿X軸，Y軸可選擇地移動，X，Y控制器進一步包含可操作地連接在其上的沉積基片，X，Y控制器的移動將造成沉積基片在第一位置和第二位置之間移動，其中第二位置可操作地相對點樣探針而定位；X，Y平移臺，可操作性地連接在基座上，并能沿X軸，Y軸選擇性地移動，X，Y平移臺進一步包含可操作地連接在其上的載樣基片，X，Y平移臺的移動將造成載樣基片在第一位置和第二位置之間移動，其中第二位置可操作地相對點樣探針而定位；
2.權(quán)利要求1的儀器，進一步包含控制計算機。
3.權(quán)利要求2的儀器，進一步包含可操作性地連接在基片上的濕度控制器，濕度控制器控制點樣探針周圍的濕度。
4.權(quán)利要求3的儀器，其中的濕度控制器可操作性地連接控制計算機。
5.權(quán)利要求1的儀器，其中的Z控制器在Z軸上有大約200納米的空間分辨率。
6.權(quán)利要求5的儀器，其中的X，Y控制器在X軸，Y軸有大約20納米的空間分辨率。
7.權(quán)利要求1的儀器，其中的載樣基片進一步包含一種或多種被沉積物。
8.權(quán)利要求1的儀器，進一步包含可操作性地連接在基座上的光學(xué)顯微鏡。
9.權(quán)利要求2的儀器，進一步包括力反饋監(jiān)視器。
10.權(quán)利要求2的儀器，其中的點樣探針進一步包含針尖。
11.權(quán)利要求10的儀器，進一步包含濕度控制器，濕度控制器可選擇性地控制針尖周圍空氣的濕度。
12.權(quán)利要求2的儀器，其中的控制計算機進一步包含步進電機控制卡。
13.權(quán)利要求12的儀器，其中的濕度控制器進一步包含干燥氣源，潮濕氣源和氣體流量監(jiān)控器。
14.產(chǎn)生點狀沉積區(qū)域的方法，包括(a)獲取載樣基片，載樣基片進一步包含沉積物。(b)通過改變載樣基片周圍的濕度水平將沉積物加載到點樣探針上，點樣探針產(chǎn)生毛細橋；(c)通過把點樣探針上的沉積物按所需量傳輸?shù)匠练e基片上來產(chǎn)生點狀沉積區(qū)域。
15.權(quán)利要求14的方法，進一步包含重復(fù)從(a)到(c)的步驟來產(chǎn)生陣列。
16.權(quán)利要求14的方法，進一步包含通過把載樣基片附著在X，Y平移臺來移動載樣基片到與點樣探針相對應(yīng)的位置。
17.產(chǎn)生陣列的儀器，包括Z控制器；點樣探針，可操作地連接在Z控制器上，點樣探針進一步包含針尖；X，Y控制器，可操作地連接在Z控制器上；沉積基片，可操作地附著在X，Y控制器上，沉積基片能在第一和第二位置之間選擇性地移動，當(dāng)X，Y控制器將沉積基片移到第二位置時，沉積基片可操作性地相對針尖定位。
18.權(quán)利要求17的儀器，進一步包含控制計算機，可操作地連接Z控制器和X，Y控制器；力反饋監(jiān)控器，可操作地附著在點樣探針上并與控制計算機相連；濕度控制器，可操作地附著在Z控制器上并與控制計算機相連。
19.權(quán)利要求20的儀器，進一步包含臭氧源，用以清潔點樣探針。
20.產(chǎn)生點狀沉積區(qū)域的儀器，包括X，Y和Z控制器；載樣基片，可操作和可移動地連接在Z控制器上；沉積基片，可操作和可移動地連接在Z控制器上；點樣探針，可操作地連接在Z控制器上；濕度控制器，可操作地連接在Z控制器上，濕度控制器能選擇性地控制點樣探針，載樣基片和沉積基片周圍的濕度水平。
全文摘要
本發(fā)明是形成陣列的專用設(shè)備，形成的陣列包括由一種或多種材料組成的一個或多個點狀區(qū)域。本發(fā)明可能包括一個X，Y控制器，一個X，Y平移臺，一個載樣基片，一個沉積基片，一個點樣探針。計算機控制所有組件的相對位置。近一步，本發(fā)明使用濕度控制系統(tǒng)在探針和基片之間產(chǎn)生毛細橋，用于在載樣基片、點樣探針和沉積基片間傳輸沉積物。
文檔編號G01N13/16GK1459022SQ01815771
公開日2003年11月26日 申請日期2001年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月15日
發(fā)明者埃里克·亨德森, 阿蒂斯·莫舍 申請人:拜澳富斯毫微科學(xué)有限公司