專利名稱：微量分析芯片粘合片、微量分析芯片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于分析極其微量的組分的微量分析芯片，和制造所述微量分析芯 片的方法。
背景技術(shù)：
近來，人們已經(jīng)關(guān)注作為具有固定于固相襯底的生物活性物質(zhì)的裝置的生物芯 片，其是藥物發(fā)現(xiàn)研究或臨床研究中實現(xiàn)高通量操作的工具。固定的生物活性物質(zhì)的典 型實例包括核酸、蛋白質(zhì)、抗體、糖鏈、糖蛋白和適體(aptamer)。特別是，核酸微陣列 的許多商品(其為具有固定的核酸的生物芯片)已經(jīng)可從市場獲得。所述芯片為具有在 平坦的襯底上定位或固定的各種生物活性物質(zhì)的形式，此類型主要用于研究機構(gòu)的研究 和分析。更近一些時期，對于利用稱作微量分析芯片、μ TAS (微型全分析系統(tǒng))或芯片 實驗室(Iabonchip)的微加工技術(shù)的分析系統(tǒng)的化學反應或分離或微小型化已經(jīng)進行了 活躍的研究，并且已經(jīng)可以關(guān)于微通道(微細流路)進行各種化學反應，特別是生理反 應。所述系統(tǒng)能夠迅速分析痕量樣品，因此利用這一特征的下一代生物芯片、特別是醫(yī) 療機構(gòu)中的診斷芯片的商業(yè)化備受期待和關(guān)注。(下文中，這些系統(tǒng)被統(tǒng)稱為微量分析芯 片。)目前，普通生物芯片或微量分析芯片都是玻璃制成的芯片。為制造具有玻璃襯 底的微量分析芯片，存在例如下述方法，根據(jù)所述方法，襯底涂布有金屬和光刻膠樹脂 并在傳遞微通道圖案后進行蝕刻。但是，玻璃不適合大規(guī)模生產(chǎn)，成本也很高，因此需 要實現(xiàn)從玻璃到塑料的轉(zhuǎn)換。塑料制成的生物芯片或微量分析芯片可以使用不同的塑料材料通過如注射成型 等各種成型方法生產(chǎn)。在注射成型中，將熔融的熱塑性材料引入模腔，并冷卻該腔以使 樹脂變硬，由此可以有效且經(jīng)濟地生產(chǎn)芯片襯底。因此，塑料生物芯片和微量分析芯片 適于大規(guī)模生產(chǎn)。然而，這些塑料生物芯片和微量分析芯片在技術(shù)上仍具有許多缺點， 并且仍未獲得用塑料芯片代替玻璃制成的芯片的充分的技術(shù)訣竅。具體而言，不僅塑料 生物芯片和微量分析芯片而且玻璃生物芯片和微量分析芯片(生物芯片和微量分析芯片 統(tǒng)稱為微流體，其體征為在芯片內(nèi)部設(shè)置有微細流路)仍具有許多缺陷，它們還處在開 發(fā)階段。特別是，塑料微量分析芯片的一個問題(其中，需要將不同的塑料板粘結(jié)在具 有微細流路的塑料板上從而覆蓋所述流路)在于尚未發(fā)現(xiàn)用于粘結(jié)的便宜、簡單且可靠 的系統(tǒng)。這是妨礙塑料微量分析芯片的實際應用的重要因素之一。在制造塑料生物芯片或微量分析芯片的粘結(jié)步驟中，主要采取利用通過使用 熱、超聲波或激光而熱粘結(jié)的系統(tǒng)，或者使用有機粘合劑的系統(tǒng)(專利文獻1)。通過 加熱而融合傾向于引起生物活性物質(zhì)因加熱而發(fā)生下文中所述的失活的問題。在利用抗 原-抗體反應的免疫分析中，可以知道樣品中擬分析的痕量物質(zhì)的存在，并且通過利用 熱透鏡顯微鏡或其它工具進行測量可以知道其濃度。然而，加熱傾向于引起微細流路內(nèi)部變形或者流路表面的表面質(zhì)量劣化，使得在一些情況下難以進行測量。在通過超聲波 熱粘結(jié)的情況下，雖然可以粘結(jié)若干平方毫米的面積，但是該方法不適于熱粘結(jié)若干平 方厘米的面積，并傾向于造成不充分粘結(jié)。在激光照射的情況下，雖然在照射面積方面 不存在問題，但是僅加熱塑料的中心部分(例如兩個塑料片的粘結(jié)區(qū)域等)極其困難。該 方法也涉及裝置的成本較高的問題。 使用有機粘合劑的粘結(jié)方法非常有效，因為其能夠在較低溫度將塑料片粘結(jié)在 一起。然而，在由例如注射成型獲得的塑料片中，由于成型過程中的縮痕或其它原因， 在通常應該保持平坦的部分形成有幾Pm 幾十μm左右的凹部和凸部，因此需要修補 這些凹部和凸部以使用粘合劑將塑料片良好地彼此粘結(jié)在一起。為達到此目的，需要數(shù) 十Pm左右的粘合劑厚度。當使用厚度為ΙΟμιη左右的粘合劑進行粘結(jié)時，會傾向于 在襯底之間滲出多余的粘合劑，這容易導致微通道堵塞或內(nèi)壁受污染。特別是，當使用 熱固型粘合劑粘結(jié)時，傾向于像在熱粘結(jié)系統(tǒng)的情況下那樣引起生物活性物質(zhì)失活的問 題。此外，還存在在熱透鏡顯微鏡方法中妨礙測量的可能性。關(guān)于塑料產(chǎn)品的粘結(jié)(不限于生物芯片和微量分析芯片)，存在不同于上述系統(tǒng) 的系統(tǒng)的提議，其中，在擬粘結(jié)的物體的部分粘結(jié)表面上設(shè)置突出體，并將其配合在擬 結(jié)合的另一區(qū)域中，并且通過超聲振動熱熔合該部分(專利文獻2)。但是，該系統(tǒng)的使 用只限于不是如此精細的相對較大的成型產(chǎn)品，具有精細結(jié)構(gòu)的生物芯片和微量分析芯 片不包括在該系統(tǒng)的應用范圍內(nèi)。此外，當考慮應用于分析芯片、特別是生物芯片時，許多時候不同類型的物 質(zhì)、特別是核酸、蛋白質(zhì)、抗體、糖鏈、糖蛋白或適體涂覆或固定在檢測位置。這些生 物活性物質(zhì)對熱敏感，受熱時容易化學失活，因此涉及應用高溫的粘結(jié)方法不適合用于 生物芯片和微量分析芯片的制造。作為提供能夠在較低溫度低成本、容易、牢固且安全地粘結(jié)于襯底上的塑料微 量分析芯片的方法，已經(jīng)提出過下述方法，其中，利用在具有微細流路的表面?zhèn)壬弦?紫外線固化粘合劑將在表面上具有微細流路的塑料襯底和塑料膜粘結(jié)起來(專利文獻 3)。然而，專利文獻3對于將選擇性粘結(jié)物質(zhì)固定在覆蓋件的內(nèi)表面上的具體方法卻完 全沒有提及。在這些微量分析芯片中，不但制造工藝的簡化，而且定量質(zhì)量、分析精度和經(jīng) 濟實惠都很重要。微量分析芯片中包裝的樣品通常量非常少，因此許多時候，成為分析 對象的物質(zhì)是以痕量存在的。微量分析芯片需要在技術(shù)上處理這種情況，使其能夠在實 現(xiàn)高精度的高靈敏度下分析痕量物質(zhì)。對于檢測靈敏度的改善具有重大影響的因素之一是選擇性粘結(jié)物質(zhì)在微細流路 上的固定效率，即，將選擇性粘結(jié)物質(zhì)固定在微細流路上的能力。當不僅可以固定于形 成微細流路的襯底上還可以固定于覆膜的內(nèi)表面上的選擇性結(jié)合襯底的量很小時，分析 的靈敏度顯然受到妨礙。引文列表專利文獻專利文獻1 日本專利特開2002-139419號公報專利文獻2:日本專利特開平5-16241號公報
專利文獻3 日本專利特開2007-240461號公報

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題鑒于上述情況做出的本發(fā)明旨在提供一種微量分析芯片，所述微量分析芯片通 過使用作為微量分析芯片襯底或經(jīng)涂布的襯底的粘合片可以低成本且在較低溫度下容易 地得到提供，所述粘合 的片表面具有粘合性并且可以將選擇性粘結(jié)物質(zhì)固定在所述片 表面上，本發(fā)明還旨在提供一種能夠迅速處理和高精度檢測的微量分析芯片。問題的解決方案作為為解決上述問題所進行的深入研究的結(jié)果，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以獲得 微量分析芯片及其粘合片，所述粘合片能夠在較低溫度下以滿意的粘結(jié)強度迅速粘結(jié)而 不引起微細流路的堵塞，并具有將選擇性粘結(jié)物質(zhì)固定在粘合劑層表面的能力。這可以 通過下述方式實現(xiàn)利用粘合劑將表面上具有充當微細流路的凹部和凸部的襯底與充當 覆蓋襯底的表面上具有粘合劑層的塑料片粘結(jié)。已經(jīng)確認，通過利用上述技術(shù)制造的生 物芯片或微量分析芯片是可以獲得的，本發(fā)明由此而實現(xiàn)。因此，本發(fā)明提供(1) 一種微量分析芯片粘合片，所述粘合片包含具有由交聯(lián)性粘合劑形成的粘合 劑層的塑料片，所述交聯(lián)性粘合劑含有下述聚合物，其中含有羧基或酸酐基的單體結(jié)構(gòu) 單元構(gòu)成所述聚合物中總單體結(jié)構(gòu)單元的5重量％ 25重量％ ；(2)如(1)所述的微量分析芯片粘合片，其中，選擇性粘結(jié)物質(zhì)被固定在所述粘 合劑層的表面；(3)如(2)所述的微量分析芯片粘合片，其中，所述選擇性粘結(jié)物質(zhì)通過所述粘 合劑層表面上的羧基或酸酐基與所述選擇性粘結(jié)物質(zhì)的官能團的結(jié)合而固定；(4)如⑵或(3)所述的微量分析芯片粘合片，其中，所述選擇性粘結(jié)物質(zhì)為核 酸、蛋白質(zhì)、肽、糖類和脂質(zhì)中的任一種；(5)如⑴ (4)中的任一項所述的微量分析芯片粘合片，其中，所述塑料片由 聚酯、纖維素衍生物和聚碳酸酯中的任一種制成；(6) 一種微量分析芯片，所述微量分析芯片通過將表面上具有凹部和凸部的襯底 與(1) (5)中的任一項所述的微量分析芯片粘合片粘結(jié)在一起，使得所述襯底的具有凹 部和凸部的表面與所述粘合片的粘合劑層置于內(nèi)側(cè)而制備；(7)如(6)所述的微量分析芯片，其中，在所述粘合劑層與所述襯底之間形成空 隙；(8)如(6)或(7)所述的微量分析芯片，其中，所述表面上具有凹部和凸部的襯 底由塑料制成；(9) 一種制造(6) (8)中的任一項所述的微量分析芯片的方法，所述方法包括 以下步驟在塑料片上涂布粘合劑；輥層壓所述涂布有粘合劑的塑料片和表面上具有凹 部和凸部的襯底，使得所述襯底的具有凹部和凸部的表面和所述粘合劑置于內(nèi)側(cè)；和(10) 一種制造(6) ⑶中的任一項所述的微量分析芯片的方法，所述方法包括 以下步驟在塑料片上涂布粘合劑以形成粘合劑層；將選擇性粘結(jié)物質(zhì)固定在所述粘合劑層的表面上；和輥層壓具有其上固定有選擇性粘結(jié)物質(zhì)的粘合劑層的所述塑料片和表 面上具有凹部和凸部的襯底，使得所述襯底的具有凹部和凸部的表面和所述粘合劑層置 于內(nèi)側(cè)。發(fā)明效果本發(fā)明的微量分析芯片粘合片的特征在于，所述片表面具有粘合性，和所述片 具有將選擇性粘結(jié)物質(zhì)固定在所述片表面上的能力。所述產(chǎn)品適合用作微量分析芯片用 覆蓋片。通過使用本發(fā)明 的微量分析芯片粘合片，可以容易地以低成本在較低溫度下提 供微量分析芯片，所述芯片能夠迅速處理和高精度檢測。
具體實施例方式下面將參考實施方式更加詳細地描述本發(fā)明。本發(fā)明涉及一種微量分析芯片粘合片，所述粘合片具有設(shè)置有由粘合劑形成的 粘合劑層的塑料片，所述粘合劑含有下述聚合物，其中含有羧基或酸酐基的單體結(jié)構(gòu)單 元構(gòu)成所述聚合物中總單體結(jié)構(gòu)單元的5重量％ 25重量％ ；還涉及一種微量分析芯 片；及其制造方法。本發(fā)明的主要目標是具有微細流路的微量分析芯片。本發(fā)明中的
“微細流路”是指為了流動如水和有機溶劑等液體物質(zhì)而形成的微細的被覆蓋的溝槽。 所述流路優(yōu)選具有1000 μ m以下的寬度和500 μ m以下的深度。本發(fā)明中所使用的粘合劑是共聚物，其單體包括含有至少一個羧基或至少一個 酸酐基的單體。所述共聚物優(yōu)選為通過共聚作為不具有官能團的主要單體的乙烯基衍生 物和含有至少一個羧基或至少一個酸酐基的單體而獲得的共聚物，更優(yōu)選為主要含有丙 烯酸類粘合劑的共聚物。丙烯酸類粘合劑是作為不具有官能團的主要單體的(甲基)丙 烯酸烷基酯和(甲基)丙烯酸單體或不飽和多元酸的共聚物。(甲基)丙烯酸單體和不飽 和多元酸充當使用交聯(lián)劑時的反應位點或者選擇性粘結(jié)物質(zhì)的反應位點。不具有官能團的(甲基)丙烯酸烷基酯的實例包括丙烯酸烷基酯，如丙烯酸甲 酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸2-乙基己基酯、丙烯 酸辛酯、丙烯酸環(huán)己酯或丙烯酸芐酯，和甲基丙烯酸烷基酯，如甲基丙烯酸甲酯、甲基 丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己基酯、甲基丙烯酸環(huán)己酯或甲基丙 烯酸芐酯。可用在本發(fā)明中的其它乙烯基衍生單體包括乙酸乙烯酯、苯乙烯或丙烯腈。 優(yōu)選使用丙烯酸丁酯或丙烯酸2-乙基己基酯，特別是丙烯酸丁酯作為本發(fā)明中的乙烯基 衍生單體。含有至少一個羧基或至少一個酸酐基的單體的實例包括丙烯酸、甲基丙烯酸、 馬來酸、衣康酸、丙烯酸β-羧基乙酯、單丙烯酸ω-羧基-聚己酸內(nèi)酯、鄰苯二甲酸 2-丙烯酰氧基乙酯、鄰苯二甲酸2-丙烯酰氧基丙酯和六氫鄰苯二甲酸2-丙烯酰氧基乙 酯。丙烯酸或甲基丙烯酸優(yōu)選用作含有至少一個羧基或至少一個酸酐基的單體。優(yōu)選這些材料的原因是其優(yōu)異的粘結(jié)性和粘著力，并且所述聚合物中不存在不 飽和鍵因而對于光和氧高度穩(wěn)定，并且通過選擇所述聚合物的種類和分子量可以根據(jù)使 用目的獲得任何質(zhì)量和特性。含有羧基或酸酐基的單體結(jié)構(gòu)單元必須構(gòu)成聚合物中總單體結(jié)構(gòu)單元的5重 量％ 25重量％。該比例優(yōu)選處于10重量％ 20重量％范圍內(nèi)。如果所述比例低于5重量％，則官能團(羧基或酸酐基)的量降低，并且對選擇性粘結(jié)物質(zhì)的粘結(jié)量變得不 足。如果上述比例高于25重量％，則在活化粘合片表面上的羧基的步驟中浸入緩沖液 (pH6 8)時，粘合劑層變得易于分離或溶解。因此，以上述指定范圍內(nèi)的單體結(jié)構(gòu)單 元比例，可以獲得下述粘合劑層，所述粘合劑層即使在活化粘合片表面上的羧基的步驟 中浸入緩沖液(pH 6 8)時也能抵抗分離或溶解，并且可保持足夠量的表面羧基和對選 擇性粘結(jié)物質(zhì)的足夠的粘結(jié)量。作為本發(fā)明中的粘合劑，使用的是交聯(lián)型粘合劑。當粘合劑為交聯(lián)型時，存在 例如使用不同類型的交聯(lián)劑的方法，所述交聯(lián)劑例如為環(huán)氧化合物、異氰酸酯化合物、 金屬螯合化合物、金屬醇鹽、金屬鹽、胺化合物、胼化合物或醛化合物，和利用照射的 方法。根據(jù)官能團的種類和其它因素正確選擇這些方法。粘合劑的聚合物的交聯(lián)度隨如粘合劑(粘合劑組合物)的種類和組成等各種條件 而不同，并且不受特定限制，不過通常優(yōu)選在10% 95%范圍內(nèi)，考慮到溶膠-凝膠過 程部分更優(yōu)選為15% 90%。如果交聯(lián)度低于10%，則在活化粘合片表面上的羧基的步 驟中浸入緩沖液(pH 6 8)時，粘合劑層變得易于分離或溶解。如果交聯(lián)度高于95%， 則形成粘合劑層用涂布液的粘度穩(wěn)定性較差，這會導致操作性劣化，官能團(羧基)的量 降低或?qū)x擇性粘結(jié)物質(zhì)的粘結(jié)量不足。因此，通過將交聯(lián)度保持在上述范圍內(nèi)，可以 由此獲得具有以下優(yōu)點的粘合劑層。即，粘合劑層在活化粘合片表面上的羧基的步驟中 浸入緩沖液(pH 6 8)時幾乎不會分離或溶解。此外，操作性也良好，并且表面上的羧 基的量充足，對選擇性粘結(jié)物質(zhì)的粘結(jié)量也充足。如果需要，粘合劑可以含有增塑劑。作為增塑劑，可以單獨使用如鄰苯二甲 酸酯、偏苯三酸酯、均苯酯、己二酸酯、癸二酸酯、磷酸三酯或乙二醇酯等酯類；加工 油、液態(tài)聚醚、液態(tài)聚萜烯和其它液態(tài)樹脂，也可以使用它們中的兩種以上的混合物。 增塑劑優(yōu)選為與所使用的粘合劑具有良好相容性的增塑劑。此外，除增塑劑外，粘合劑還可以包含各種添加劑，如紫外線吸收劑或抗氧化 劑。粘合劑涂布方法在本發(fā)明中并未指定；可以使用各種類型的涂布裝置，如逗號 涂布機、棒涂機、旋涂機、噴涂機、輥涂機、凹版涂布機和刮刀涂布機等。粘合劑層厚度優(yōu)選為Iym 50 μ m，更優(yōu)選為1 μ m 10 μ m。如果粘合劑厚 度低于上述范圍的下限，則無法獲得充分的粘合強度，并且在粘結(jié)過程中傾向于有氣胞 進入系統(tǒng)中。如果粘合劑厚度超過上述范圍的上限，則樹脂傾向于在粘結(jié)過程中進入微 細流路，引起流路堵塞。作為本發(fā)明中的塑料片用基材的塑料是具有熔點和Tg的聚合物，例如為高密聚 乙烯、低密聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、各種環(huán)形聚烯烴和如聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯 酸類樹脂、聚降冰片烯、聚苯醚、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酯、半固化酚醛樹脂、半固化 環(huán)氧樹脂、各種類型的熱塑性塑料和纖維素衍生物。本發(fā)明中對于所使用的聚合物的類 型和如聚合度、熔點、Tg和彈性模量等其它性質(zhì)未作具體規(guī)定，不過優(yōu) 選的是聚酯、如 甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸類樹脂、聚苯乙烯、纖維素衍生物或聚碳酸酯，其中更優(yōu)選聚 酯、纖維素衍生物或聚碳酸酯等用作本發(fā)明中的聚合物。在本發(fā)明中，“選擇性粘結(jié)物質(zhì)”是指能夠直接或間接選擇性地粘結(jié)于靶材料的各種材料?？烧辰Y(jié)于襯底表面的選擇性粘結(jié)物質(zhì)的典型實例為核酸、蛋白質(zhì)、肽、糖類或脂質(zhì)。核酸可以是DNA或RNA，也可以是PNA。具有特定堿基序列的單鏈核酸可以 選擇性地與具有與所述堿基序列或其部分互補的堿基序列的其他單鏈核酸雜交，由此使 這些單鏈核酸落在本發(fā)明所指定的“選擇性粘結(jié)物質(zhì)”的范圍內(nèi)。本發(fā)明中使用的核酸可以是衍生自如活細胞等天然產(chǎn)物的核酸，也可以是通過 核酸合成器合成的核酸?？梢允褂贸Ｒ?guī)方法由活細胞制備DNA或RNA。例如，對于 DNA 提取，Blin 等的方法(Nucleic Acids Res.3 2303(1976))是可用的，對于 RNA 提 取，F(xiàn)avaloro等的方法(Methods Enzymol.65 718 (1980))是有指導性的。此外，作為擬 固定的核酸，可以使用鏈狀或環(huán)狀質(zhì)粒DNA或染色體DNA，通過使用限制性內(nèi)切酶或化 學方式切割這些質(zhì)粒DNA或染色體DNA而獲得的DNA片段、在試管中酶促合成的DNA 或RNA、或者化學合成的寡核苷酸。作為蛋白質(zhì)，可以使用抗體、如Fab或F(ab' )2片段等抗體的抗原粘結(jié)片段和 各種抗原。抗體及其抗原結(jié)合片段選擇性地粘結(jié)于相應的抗原，而抗原也選擇性地結(jié)合 于相應的抗體，因此，它們包含在“選擇性粘結(jié)物質(zhì)”的范疇內(nèi)。可用在本發(fā)明中的肽的實例包括如核糖體肽、非核糖體肽或消化肽等體內(nèi)生成 的肽，和合成肽。可用在本發(fā)明中的糖類包括各種單糖和糖鏈，如低聚糖和多聚糖等。脂質(zhì)可以是單純脂質(zhì)或復合脂質(zhì)。也可以固定不同于上述核酸、蛋白質(zhì)、肽、糖類或脂質(zhì)的具有抗原性的物質(zhì)。 細胞也可以作為選擇性粘結(jié)物質(zhì)固定于襯底表面。在這些選擇性粘結(jié)物質(zhì)中，特別優(yōu)選用在本發(fā)明中的是DNA、RNA,蛋白質(zhì)、 肽、糖、糖鏈和脂質(zhì)。本發(fā)明中將擬固定的選擇性粘結(jié)物質(zhì)粘結(jié)于粘合表面的方法的實例包括已知的 能夠產(chǎn)生化學鍵的反應，如縮合反應、加成反應和取代反應，不過優(yōu)選產(chǎn)生酰胺鍵或酯 鍵的脫水性縮合反應或取代反應。特別是，優(yōu)選由羧基和氨基形成酰胺鍵的脫水性縮合 反應或由酸酐和氨基形成酰胺鍵的縮合反應?？梢詫⑵胀ǖ碾目s合反應用于脫水性縮合 反應。作為用于上述反應的脫水性縮合劑，例如可以使用如二環(huán)己基碳二亞胺、二異丙 基碳二亞胺、1-二甲基氨基丙基-3-乙基碳二亞胺和1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳 二亞胺等碳二亞胺類、如苯并三唑-ι-基-三(二甲基氨基)鱗六氟磷酸鹽等鱗鹽和疊氮 化磷酸二苯酯。這些化合物中，優(yōu)選1-乙基-3_(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺。所述 脫水性縮合劑的量相對于羧基為0.5摩爾當量 10摩爾當量，并優(yōu)選為1摩爾當量 2摩 爾當量。所述反應可在有添加劑存在或沒有添加劑存在下進行。作為添加劑，可以使用 N-羥基琥珀酸亞胺、1-羥基苯并三唑、4-硝基苯酚或五氟苯酚等。當使用添加劑時， 其量優(yōu)選為相對于羧基為約0.5摩爾當量 10摩爾當量，并優(yōu)選為約1摩爾當量 2摩爾
=I里。本發(fā)明的粘合片可以具有位于粘合劑層上的防粘片?？梢允褂美缇埘ツぷ鳛?防粘片。以上述方式獲得的粘合片可以根據(jù)需要進行風干。
本發(fā)明中使用的具有凹部和凸部的襯底可以由塑料、玻璃、硅、金屬或陶瓷等 制成?？捎迷诒景l(fā)明中的塑料材料包括高密聚乙烯、低密聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、 各種類型的環(huán)形聚烯烴、聚甲基丙烯酸甲酯、聚降冰片烯、聚苯醚、聚碳酸酯、聚酰 胺、聚酯、半固化酚醛樹脂、半固化環(huán)氧樹脂和各種類型的熱塑性塑料。在這些材料 中，優(yōu)選的是聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、環(huán)形聚烯烴或聚對苯二甲酸乙 二醇酯，因為它們具有有利于觀察和測量的良好的透明度?？捎米鞅景l(fā)明中的襯底材料 的玻璃的種類包括石英玻璃、無堿玻璃、硼硅玻璃或鈉鈣(soda-lime)玻璃，其中石英 玻璃和硼硅玻璃因具有良好的加工性而優(yōu)選。可用于襯底的金屬包括銀、鎳、鋁合金、 不銹鋼、哈司特鎳合金或鈦。襯底可以由單一材料或者兩種以上不同材料的組合制成。 在后一種情況下，可將例如感光樹脂涂布在玻璃或硅襯底上，并且選擇性單獨去除光照 射部分或非照射部分，由此在玻璃或硅襯底上形成塑料的凸部或凹部。該方法不是唯一 的可用方法?？梢允褂秘撔怨饪棠z或正性光刻膠作為感光樹脂組合物，不過優(yōu)選環(huán)氧樹 脂型負性光刻膠，因為它能夠提供充分的膜厚并具有良好的加工性。所述負性光刻膠的 典型實例為 SU-8 (由 MicroChem Corporation 制造)禾P SU-83000 (由 Kayaku MicroChem Corporation 制造)。
作為基材，從加工性和利于觀察的優(yōu)點考慮，優(yōu)選塑料或玻璃，不過最優(yōu)選塑 料，因為其對于微量分析芯片粘合片具有良好的粘合性?？梢酝ㄟ^如蝕刻、光刻、注射成型、熱壓、壓印、模塑、電火花加工、切割、 噴砂或立體光刻等方法形成微細凹部和凸部。如果需要，可以組合應用這些方法中的兩 種以上。凹部和凸部的形狀通常為槽狀、圓形或矩形孔狀或柱狀。所述槽等的側(cè)壁的構(gòu) 造通常為垂直的，不過也可以采用錐形、倒錐形或弧形形狀。關(guān)于凹部和凸部的尺寸， 當其為槽時，通常為10 μ m 1,000 μ m深和10 μ m 1,000 μ m寬，當其為孔或柱狀形 狀時，其圓的直徑或矩形的一條邊為10 μ m 1,000 μ m。凹部和凸部及其側(cè)壁的形狀和 尺寸已經(jīng)通過實例的顯示在上文中，不過它們可以根據(jù)所采用的加工方法和產(chǎn)品的目標 功能而明顯地與此不同。此外，微量分析芯片通常被制作為各種形狀和尺寸，因此以上 對于形狀和尺寸的描述不是限定性的。在本發(fā)明中，具有凹部和凸部的襯底和微量分析芯片粘合片以使得具有凹部和 凸部的襯底的表面和粘合片的粘合劑層置于內(nèi)側(cè)的方式彼此粘結(jié)。在此情況下，襯底的 凹陷部分處的空隙構(gòu)成了微量分析芯片功能部分(如流路、腔室和混合器等)。凸起的部 分粘結(jié)于微量分析芯片粘合片的粘合劑層，以防止液體泄露或出現(xiàn)其它問題。凸起的部 分優(yōu)選高度一致，以增強對微量分析芯片粘合片的粘合性。本發(fā)明中具有凹部和凸部的襯底和微量分析芯片粘合片的粘結(jié)在加熱和壓力下 進行，其在大氣壓下或真空中使用輥或板。在該操作中，如果需要，可以將微量分析芯 片粘合片和襯底之一或二者全部固定在夾具上。考慮到系統(tǒng)的運行時間和微量分析芯片 粘合片和基片的耐用性，優(yōu)選將操作時的真空度限定在大氣壓 IOPa范圍內(nèi)，將加熱溫 度限定在20°C 100°C范圍內(nèi)，并將壓力限定在0.0IMPa IOMPa范圍內(nèi)。如上所述而形成的粘合片或微量分析芯片的羧基或酸酐基在使用時需活化。本發(fā)明的微量分析芯片制造方法的特征在于，其能使粘結(jié)在較低溫度下于較大 區(qū)域牢固地形成而不造成污染，還在于本發(fā)明的產(chǎn)品因此而能夠提供高性能的塑料生物芯片或微量分析芯片。特別是，其可以有利地應用于如微流體等已進行微細加工的產(chǎn)品 中。特別是，值得注意的是其中生物活性物質(zhì)被固定在芯片的表面或內(nèi)部的產(chǎn)品組，如 核酸芯片、蛋白質(zhì)芯片、抗體芯片、適體芯片或糖蛋白芯片等。實施例下面將參考實施例具體描述本發(fā)明，但本發(fā)明不以任何方式受限于這些實施例。使用聚酯膜作為襯底。通過使用以下組合物的粘合劑形成粘合劑層，以制備粘
么μ-口片ο實施例1(粘合片制備1)合成聚合物A的方法將127.5g丙烯酸正丁酯和22.5g丙烯酸溶解在225g乙酸乙酯中，并向其中添加 0.05g偶氮二異丁腈。將該混合物在90°C聚合6.5小時，以獲得丙烯酸樹脂共聚物(重均 分子量Mw = 800,000)(聚合物A)。使用乙酸乙酯和甲基乙基酮稀釋該產(chǎn)物，以獲得 丙烯酸樹脂共聚物(聚合物A)溶液，其固體比例為26.7%且粘度為6,500mPaS。將100重量份聚合物A溶液(丙烯酸丁酯/丙烯酸=85/15)、0.02重量份環(huán)氧 型交聯(lián)劑 Tetrad-X(由 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.制造)和 570 重量份甲基乙 基酮均勻混合，使固體物質(zhì)溶解在液體中。這樣就制備了粘合劑組合物，再將其逗號涂 布在聚酯膜(其一側(cè)已經(jīng)進行了易附著處理，A4100)(厚度ΙΟΟμιη)上并干燥，以形 成粘合劑層(5 μ m厚)。使用作為防粘片的聚酯膜(其一側(cè)使用有機硅處理過)(AL5， 由Lintec Corporation制造，厚度38 μ m)覆蓋該粘合劑層。將所獲得的片在35°C風干 7天，以制造粘合片。實施例2 (粘合片制備2)以與實施例1相同的方式制備粘合片，不同之處在于，環(huán)氧型交聯(lián)劑 Tetrad-X (由 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.制造)的加入量為 0.05 重量份。比較例1(粘合片制備3)合成聚合物B的方法將105g丙烯酸正丁酯和45g丙烯酸溶解在225g乙酸乙酯中，并向其中添加0.05g 偶氮二異丁腈。將該混合物在90°C聚合6.5小時，以獲得丙烯酸樹脂共聚物(重均分子 量Mw = 700,000)(聚合物B)。使用乙酸乙酯和甲基乙基酮稀釋該產(chǎn)物，以獲得丙烯 酸樹脂共聚物(聚合物B)溶液，其固體比例為27.7%且粘度為57,000mPaS。以與實施例1相同的方式制備粘合片，不同之處在于，使用100重量份聚合物B 溶液(重均分子量(Mw) = 700,000 ；固體比例27.7%;粘度57,OOOmPas)(丙烯酸丁 酯/丙烯酸=70/30)作為粘合劑組合物。比較例2 (粘合片制備4)以與比較例1相同的方式制備粘合片，不同之處在于，環(huán)氧型交聯(lián)劑 Tetrad-X (由 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.制造)的加入量為 0.05 重量份。比較例3 (粘合片制備5)以與實施例1相同的方式制備粘合片，不同之處在于，不加入環(huán)氧型交聯(lián)劑 Tetrad-X (由 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.制造)。
比較例4 (粘合片制備6)以與比較例1相同的方式制備粘合片，不同之處在于，不加入環(huán)氧型交聯(lián)劑 Tetrad-X (由 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.制造)。評價實施例1和2和比較例1 4的粘合片的耐酸堿性(pH resistance)和蛋白質(zhì) (胰蛋白酶)結(jié)合能力。評價結(jié)果如表1中所示。評價耐酸堿性的方法 將2-嗎啉乙磺酸(MES，由Dojindo Laboratories制造)溶解在蒸餾水中，以具有
0.5M的最終濃度，然后逐滴添加IN氫氧化鈉溶液以使pH為6.0 7.0，由此制備MES 緩沖液。與上述做法相分開地，將2-氨基-2-(羥基甲基)丙烷-1，3-二醇(Tris，由 Nacalai Tesque, Inc.制造)溶解在蒸餾水中，以具有0.5M的最終濃度，然后逐滴添加IN 鹽酸以使pH為7.0 8.0，由此制備Tris緩沖液。使用時，利用蒸餾水將各緩沖液稀釋 為 0.1M。將各粘合片切割為20·Χ20mm的尺寸，并在室溫浸入各稀釋的緩沖液(4ml) 中20分鐘，并目視觀察粘合劑層的狀況。A在所有pH條件下均未變化。B在某些pH條件下粘合劑層溶解、剝落或膨脹。B 在所有pH條件下粘合劑層溶解、剝落或膨脹。評價蛋白質(zhì)(胰蛋白酶)結(jié)合能力的方法將0.5M氯化鈉添加至0.1M 2-嗎啉乙磺酸緩沖液(MES，pH 6.0,由Dojindo Laboratories制造)中以形成反應溶液A，并將各粘合片切割為20mmX 20mm的尺寸，并
在室溫浸入2ml反應溶液A中20分鐘。將0.8mg 1_乙基_3_ (3- 二甲基氨基丙基)碳 二亞胺(EDC，由Pierce，Inc.制造)和2.2mgN_羥基磺基琥珀酸亞胺(Sulfo_NHS，由 Pierce, Inc.制造)添加到其中浸有粘合片的反應溶液A中，并將該混合溶液在室溫保持 60分鐘，由此活化粘合片的羧基。使用反應溶液A洗滌已活化的具有羧基的粘合片兩 次。將2mg的胰蛋白酶(由Roche制造)添加到2ml反應溶液A中，并將粘合片浸入 該溶液中，于室溫進行反應3小時，以使胰蛋白酶粘結(jié)于粘合片。反應結(jié)束后，從溶液 中取出粘合片，并通過BSA蛋白質(zhì)定量試劑盒(由Pierce，Inc.制造)使用牛血清白蛋白 (BSA，Pierce)作為標準物質(zhì)測量反應液中的殘留胰蛋白酶的量，由此確定結(jié)合于粘合片 的蛋白質(zhì)的量。[表1]
耐酸堿性蛋白質(zhì)結(jié)合量
__(pH 6 8)__(pg/cm2)_
“ 實施例1A43
“ 實施例2A19
- 比較例1C-
比較例2C-
‘ 比較例3B—38_
“ 比較例4 IC-實施例1和2顯示了高耐酸堿性和充足的蛋白質(zhì)結(jié)合量。另一方面，比較例1、2和4的耐酸堿性則不令人滿意，并且不能確定蛋白質(zhì)結(jié)合能力。比較例3的pH條件的 耐受范圍較窄并受限于活化步驟的條件。實施例3和4 (微量分析芯片制造1和2)以3,OOOrpm的轉(zhuǎn)速將環(huán)氧樹脂型負性光刻膠SU-83050 (由Kayaku MicroChem
Corporation制造)旋涂在硅襯底上，并使用加熱盤于95°C加熱干燥20分鐘，以獲得 50 μ m厚的均質(zhì)涂布膜。使用掩模對準器(由Mikasa Co.，Ltd.制造的MA-20)通過具有 100 μ m寬的流路圖案的掩模將該涂布膜于250mJ/Cm2下曝光。使用加熱盤于95°C烘烤 該涂布膜6分鐘，然后使用顯影劑將其顯影，以獲得具有100 μ m寬的流路圖案的襯底。 將該襯 底與已除去防粘片的實施例1和2獲得的微量分析芯片粘合片層壓在一起，使得流 路圖案和粘合劑層置于內(nèi)側(cè)，由此獲得微量分析芯片。用針在流路的兩端形成孔，并將 管粘結(jié)于此，通過注射泵供給純水。在襯底與微量分析芯片粘合片之間的銜接處未觀察 到剝落或泄漏，這確證了該產(chǎn)品能夠作為微量分析芯片良好地工作。
權(quán)利要求
1.一種微量分析芯片粘合片，所述粘合片包含具有由交聯(lián)性粘合劑形成的粘合劑層 的塑料片，所述交聯(lián)性粘合劑含有下述聚合物，所述聚合物中，含有羧基或酸酐基的單 體結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成所述聚合物中總單體結(jié)構(gòu)單元的5重量％ 25重量％。
2.如權(quán)利要求1所述的微量分析芯片粘合片，其中，選擇性粘結(jié)物質(zhì)被固定在所述粘 合劑層的表面。
3.如權(quán)利要求2所述的微量分析芯片粘合片，其中，所述選擇性粘結(jié)物質(zhì)通過所述粘 合劑層表面上的羧基或酸酐基與所述選擇性粘結(jié)物質(zhì)的官能團的結(jié)合而固定。
4.如權(quán)利要求2或3所述的微量分析芯片粘合片，其中，所述選擇性粘結(jié)物質(zhì)為核 酸、蛋白質(zhì)、肽、糖類和脂質(zhì)中的任一種。
5.如權(quán)利要求1 4中的任一項所述的微量分析芯片粘合片，其中，所述塑料片由聚 酯、纖維素衍生物和聚碳酸酯中的任一種制成。
6.一種微量分析芯片，所述微量分析芯片通過將表面上具有凹部和凸部的襯底與權(quán) 利要求1 5中的任一項所述的微量分析芯片粘合片粘結(jié)在一起，使得所述襯底的具有凹 部和凸部的表面與所述粘合片的粘合劑層置于內(nèi)側(cè)而制備。
7.如權(quán)利要求6所述的微量分析芯片，其中，在所述粘合劑層與所述襯底之間形成空隙。
8.如權(quán)利要求6或7所述的微量分析芯片，其中，所述表面上具有凹部和凸部的襯底 由塑料制成。
9.一種制造權(quán)利要求6 8中任一項所述的微量分析芯片的方法，所述方法包括以下 步驟在塑料片上涂布粘合劑；輥層壓所述涂布有粘合劑的塑料片和表面上具有凹部和 凸部的襯底，使得所述襯底的具有凹部和凸部的表面和所述粘合劑置于內(nèi)側(cè)。
10.一種制造權(quán)利要求6 8中任一項所述的微量分析芯片的方法，所述方法包括以 下步驟在塑料片上涂布粘合劑以形成粘合劑層；將選擇性粘結(jié)物質(zhì)固定在所述粘合劑 層的表面上；和輥層壓具有其上固定有所述選擇性粘結(jié)物質(zhì)的粘合劑層的所述塑料片和 表面上具有凹部和凸部的襯底，使得所述襯底的具有凹部和凸部的表面和所述粘合劑層 置于內(nèi)側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有粘合表面的微量分析芯片粘合片，所述粘合片可以低成本且在較低溫度容易地粘結(jié)于襯底，利用所述粘合片可以簡化分析芯片的制造，并且所述粘合片具有將選擇性粘結(jié)物質(zhì)固定于所述片表面的能力。所述微量分析芯片的特征在于，微量分析芯片粘合片與表面具有凹部和凸部的襯底粘結(jié)在一起，使得所述具有凸部和凹部的襯底的表面與上述微量分析芯片粘合片的粘合劑層處于內(nèi)側(cè)，其中，所述微量分析芯片粘合片包含設(shè)置有由粘合劑形成的粘合劑層的塑料片，所述粘合劑含有下述聚合物，其中含有羧基或酸酐基的單體結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成所述聚合物中[總]單體結(jié)構(gòu)單元的5重量％～25重量％。所述襯底與上述微量分析芯片粘合片的粘合劑層之間的襯底凹部處的空隙形成流路，所述流路的一部分是上述粘合劑層，并且選擇性粘結(jié)物質(zhì)固定于所述粘合劑層表面上。
文檔編號G01N37/00GK102027376SQ20098011731
公開日2011年4月20日 申請日期2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者山田正敏, 酒井亮, 高橋知宏 申請人:日本化藥株式會社