專利名稱：用于非極性溶劑的電滲運(yùn)輸?shù)难b置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本技術(shù)一般涉及微觀流體領(lǐng)域。具體地，本技術(shù)涉及微觀流體裝置和制作及使用微觀流體裝置的方法。背景提供下列描述以幫助讀者理解。提供的信息或引用的參考文獻(xiàn)都不認(rèn)為是現(xiàn)有領(lǐng)域。對(duì)于許多新興的技術(shù)，諸如體內(nèi)藥物遞送裝置、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)及微型全分析系統(tǒng)(U TAS)，在微米尺度通道中運(yùn)輸流體的能力是重要的。微觀流體裝置中使用的常見(jiàn)流體包括全血樣品、細(xì)菌細(xì)胞懸浮液、蛋白質(zhì)或抗體溶液及各種緩沖液。微觀流體裝置可以用于獲得多種測(cè)量，包括分子擴(kuò)散系數(shù)、流體粘度、pH、化學(xué)結(jié)合系數(shù)及酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。對(duì)于微觀流體裝置的其它應(yīng)用包括毛細(xì)管電泳、等電點(diǎn)聚焦、免疫測(cè)定、流式細(xì)胞術(shù)、用于通過(guò)質(zhì)譜分析的蛋白質(zhì)的樣品注射、PCR擴(kuò)增、DNA分析、細(xì)胞操作、細(xì)胞分離、細(xì)胞圖形化和化學(xué)梯度形成。許多這些應(yīng)用對(duì)于臨床診斷具有效用。使用微觀流體裝置進(jìn)行藥學(xué)研究和創(chuàng)造臨床有用的技術(shù)具有許多重要優(yōu)點(diǎn)。首先，因?yàn)檫@些通道中流體的體積通常為數(shù)微升或納升，使用的試劑和分析物的量相當(dāng)小。這對(duì)昂貴的試劑是特別有用的。用于構(gòu)造微觀流體裝置的制造技術(shù)是相對(duì)便宜的并且既順應(yīng)于非常精細(xì)的多路復(fù)用的裝置也順應(yīng)于大量生產(chǎn)。以類似于微電子學(xué)的方式，微觀流體技術(shù)使得能夠制造在相同基底芯片上實(shí)施數(shù)種不同功能的高度集成裝置。存在兩種常見(jiàn)方法，通過(guò)所述方法可以獲得經(jīng)過(guò)微通道的流體驅(qū)動(dòng)。在壓力驅(qū)動(dòng)流中，通過(guò)所述裝置經(jīng)由正位移泵，諸如注射泵來(lái)泵送流體。另一種用于泵送流體的常見(jiàn)技術(shù)是電滲泵送。如果微通道的壁具有電荷，如大多數(shù)表面具有的，在壁上將形成相反離子的電雙層。當(dāng)穿過(guò)通道施加電場(chǎng)時(shí)，雙層中的離子向相反極性的電極移動(dòng)。這引起了所述壁附近的流體移動(dòng)并經(jīng)由粘滯力轉(zhuǎn)為主體流體的對(duì)流運(yùn)動(dòng)。如果通道在電極處是開(kāi)放的，則跨越通道的整個(gè)寬度的速度分布是一致的。利用電滲作用的裝置在微觀流體中特別適用，其中需要少量電解質(zhì)溶液的操作以進(jìn)行化學(xué)或生物化學(xué)反應(yīng)。概述在一個(gè)方面中，本公開(kāi)內(nèi)容提供一種微觀流體裝置，所述微觀流體裝置包括至少一個(gè)流體通道和配置成向所述至少一個(gè)通道中提供電場(chǎng)的至少一對(duì)電極，其中所述至少一個(gè)通道的內(nèi)部至少部分地涂有一個(gè)或多個(gè)兩親性層。在一個(gè)實(shí)施方案中，一個(gè)以上兩親性層在所述通道內(nèi)部形成疏水空間。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)通道具有約0.1 至約500 iim之間的直徑。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述一個(gè)或多個(gè)兩親性層包括一個(gè)或多個(gè)脂質(zhì)層。在一個(gè)實(shí)施方案中，覆蓋一個(gè)或多個(gè)基底的一個(gè)或多個(gè)脂質(zhì)層形成雙層。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述一個(gè)或多個(gè)脂質(zhì)層形成蠕蟲狀膠束。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述一個(gè)或多個(gè)脂質(zhì)層包含磷脂、鞘脂或糖脂中的至少一種。在說(shuō)明性實(shí)施方案中，所述磷脂選自由磷脂酰膽堿、磷脂酰絲氨酸、磷脂酰乙醇胺和磷脂酰甘油組成的組。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述一個(gè)或多個(gè)脂質(zhì)層具有限定所述通道內(nèi)部疏水區(qū)域體積的脂肪?；滈L(zhǎng)度。在說(shuō)明性實(shí)施方案中，所述脂肪酰基鏈長(zhǎng)度為2至30。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)通道的內(nèi)部被所述一個(gè)或多個(gè)兩親性
層完全覆蓋。在一個(gè)實(shí)施方案中，電場(chǎng)在所述至少一個(gè)通道中產(chǎn)生電滲流。在一個(gè)實(shí)施方案中，將所述至少一對(duì)電極中的每個(gè)電極置于所述至少一個(gè)通道的橫向相對(duì)壁上，直接面對(duì)或偏離所述電極對(duì)中的另一個(gè)電極。在一個(gè)實(shí)施方案中，帶陰電荷的電極在通道的一側(cè)上延伸且?guī)ш?yáng)電荷的電極在通道的相對(duì)側(cè)上延伸。在一個(gè)實(shí)施方案中，電場(chǎng)為DC電場(chǎng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，電場(chǎng)為AC電場(chǎng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述裝置還包括與所述至少一對(duì)電極電接觸的電壓控制器。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述裝置還包括可操作地連接到所述電壓控制器的計(jì)算機(jī)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)通道的邊界由選自由下列各項(xiàng)組成的組的一種或多種材料限定玻璃、石英、鉬、不銹鋼、銅、鋁、鎳、金、鈦、陶瓷、金剛石、硅、氮化硅、有機(jī)硅、高密度聚乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、乙酸纖維素、聚酰亞胺和聚碳酸酯。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述裝置還包括與所述至少一個(gè)通道流體連通的一個(gè)或多個(gè)輸入口和一個(gè)或多個(gè)輸出口。在一個(gè)方面中，本公開(kāi)內(nèi)容提供循環(huán)或輸送流體的方法，所述方法包括將流體添加至具有至少一個(gè)流體通道和至少一對(duì)電極的裝置；在所述至少一個(gè)通道中提供電場(chǎng)，其中所述至少一個(gè)通道的內(nèi)部至少部分地被一個(gè)或多個(gè)兩親性層覆蓋；并且向所述至少一個(gè)流體通道施加電場(chǎng)以產(chǎn)生電滲流。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述流體是非極性溶劑。在示例性實(shí)施方案中，所述非極性溶劑選自由丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、環(huán)戊烷、環(huán)己烷、苯、甲苯、二甲苯、角鯊烯、乙醚、二異丙醚、乙酸乙酯、2-丁酮、四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、四氯乙烷、三氯乙烷、二氯乙烷和乙酸乙酯組成的組。在一個(gè)方面中，本公開(kāi)內(nèi)容提供在非極性溶劑中進(jìn)行有機(jī)反應(yīng)的方法，所述方法包括將一種或多種反應(yīng)物和一種或多種非極性溶劑添加至具有至少一個(gè)流體通道和向所述至少一個(gè)通道中提供電場(chǎng)的至少一對(duì)電極的裝置，其中所述至少一個(gè)通道的內(nèi)部至少部分地被一個(gè)或多個(gè)兩親性層覆蓋；和向所述至少一個(gè)流體通道施加電場(chǎng)以產(chǎn)生電滲流，在所述電滲流中將所述一種或多種反應(yīng)物混合。前面的概述僅僅是說(shuō)明性的并且不意在以任何方式限制。除了上述說(shuō)明性方面、實(shí)施方案和特征，通過(guò)參考附圖和下列詳述，更多的方面、實(shí)施方案和特征也將變得顯而易見(jiàn)。附圖簡(jiǎn)述

圖1是用于非極性溶劑運(yùn)輸?shù)陌瑑捎H性層的微觀流體通道橫截面的示意圖。圖2是通過(guò)囊泡破裂在微觀流體通道中形成兩親性層的示意性圖。圖3是用于形成負(fù)載的脂雙層的技術(shù)的示意性圖。圖3a是將親水基底拉過(guò)脂單層并隨后將其水平地推過(guò)另一脂單層的Langmuir-Blodgett技術(shù)的說(shuō)明性實(shí)施方案。圖3b是吸附并同時(shí)融合至表面以形成固體負(fù)載的脂雙層的溶液中囊泡的說(shuō)明性實(shí)施方案。圖3c是顯示Langmuir-Blodgett和囊泡融合過(guò)程的組合的說(shuō)明性實(shí)施方案。圖4是顯示形狀變化的說(shuō)明性實(shí)施方案，其能夠用于形成脂雙層并且然后將所述雙層轉(zhuǎn)移至通道中。將通過(guò)有應(yīng)力(stressed)脂雙層的分離來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移。
圖5是顯示水溶液中在云母上兩個(gè)吸附(負(fù)載)的雙層半融合的說(shuō)明性實(shí)施方案。臨界貫穿步驟C之后脂質(zhì)從融合的外部單層滑出，直到保留單一的半融合雙層(步驟E)。圖6是兩個(gè)脂雙層將如何融合到通道中的說(shuō)明性實(shí)施方案。融合將通過(guò)如圖5中所示的機(jī)理發(fā)生。更大量的脂雙層缺陷促進(jìn)兩個(gè)雙層的融合。發(fā)明詳述在以下的詳述中參考了附圖，所述附圖形成了本說(shuō)明書的一部分。在附圖中，相同的符號(hào)一般標(biāo)識(shí)相同的組分，除非在上下文另外規(guī)定。詳述、附圖和權(quán)利要求中描述的說(shuō)明性實(shí)施方案不意在限制。在不背離這里提供的主題的精神或范圍的情況下，可以使用其它實(shí)施方案，并且可以進(jìn)行其它改變。除非另有說(shuō)明，在本文中使用單數(shù)形式“一個(gè)”、“一種”和“所述”描述本技術(shù)來(lái)包括復(fù)數(shù)的提及。因而，例如，對(duì)于“一個(gè)通道”的提及包括多個(gè)通道?？梢酝ㄟ^(guò)電滲流(EOF)促進(jìn)微觀流體裝置中溶劑的運(yùn)輸。EOF是由施加的跨越毛細(xì)管或微通道的電勢(shì)所引起的液體運(yùn)動(dòng)。當(dāng)跨越微通道施加電壓時(shí)，發(fā)生離子遷移。正離子(陽(yáng)離子)被吸引到陰極并從陽(yáng)極排斥，并且以相反方向迫使負(fù)離子(陰離子)。隨著陽(yáng)離子沿著固體邊界層遷移，它們曳拉它們的水合水與其一起并且對(duì)它們周圍的流體施加粘滯曳力。EOF提供在微觀流體裝置中產(chǎn)生流體流動(dòng)的非常有效的方式。電滲泵可以產(chǎn)生達(dá)到每分鐘數(shù)毫升的流量，和達(dá)到數(shù)百大氣壓的壓力。在一個(gè)方面中，本公開(kāi)內(nèi)容提供能使用EOF運(yùn)輸非極性溶劑的微觀流體裝置。大部分有機(jī)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在非極性溶劑中，或非極性和極性溶劑的組合中。因此，使用EOF技術(shù)在微反應(yīng)器中運(yùn)輸非極性溶劑可以在多種情況下有用，所述情況諸如，但不限于，實(shí)施藥物開(kāi)發(fā)中的高通量篩選測(cè)定、免疫測(cè)定、診斷、遺傳分析等。在一些實(shí)施方案中，兩親性分子(例如，排列在一個(gè)或多個(gè)脂質(zhì)層中)用于通過(guò)EOF運(yùn)輸非極性溶劑反應(yīng)混合物通過(guò)微通道。兩親性分子的親水性帶電頭基與和微通道壁相互作用的相反離子締合。疏水性尾部向內(nèi)指向以在通道內(nèi)部產(chǎn)生封閉非極性溶劑的內(nèi)部空間(或腔)。當(dāng)將電荷施加到通道時(shí)，相反離子的運(yùn)動(dòng)引起兩親性分子和溶劑由EOF移動(dòng)通過(guò)通道。通過(guò)改變烴鏈中雙鍵的鏈長(zhǎng)度或廣度控制非極性區(qū)域的體積。圖1示意性說(shuō)明一個(gè)實(shí)施方案，其中微觀流體裝置含有通道。在該實(shí)施方案中，構(gòu)造所述裝置以形成四壁通道，但是所述裝置也可以形成三壁通道、管或其它形狀。因?yàn)橐詸M截面形式顯示所述裝置，所以在圖中僅描述兩個(gè)側(cè)面。雖然兩個(gè)脂質(zhì)層顯示在通道橫截面內(nèi)，但是脂質(zhì)層通過(guò)極性頭基與通道壁上帶電表面的相互作用形成基本上與通道壁一致的完整通道內(nèi)的管。由脂質(zhì)層形成的管的內(nèi)部容納非極性溶劑。所述裝置包括一對(duì)電極以在通道的任何一端產(chǎn)生電勢(shì)。將陰極定位在通道的一端并且將陽(yáng)極定位在相對(duì)端，以便在將電壓施加到電極時(shí)，產(chǎn)生通道內(nèi)的E0F，使脂質(zhì)管和非極性溶劑與其一起移動(dòng)。簡(jiǎn)言之，當(dāng)將流體放到具有負(fù)載(或涂有)能夠離子化的帶電官能團(tuán)的表面的通道中時(shí)發(fā)生EOF。在說(shuō)明性的實(shí)施方案中，通道可以是蝕刻的具有可離子化羥基的玻璃通道或玻璃微毛細(xì)管。帶電官能團(tuán)的屬性可以根據(jù)形成通道壁的材料和對(duì)所述材料進(jìn)行的處理而改變，如下面更詳細(xì)地描述的。在羥基官能團(tuán)的情況下，在中性PH的離子化，例如，導(dǎo)致質(zhì)子從表面釋放到流體中，產(chǎn)生陽(yáng)離子種在表面附近流體內(nèi)的局部化。這導(dǎo)致在通道中產(chǎn)生圍繞主體流體的帶正電荷的鞘。施加從通道的一端到另一端的電壓梯度將導(dǎo)致陽(yáng)離子鞘沿電壓降方向移動(dòng)，即，向負(fù)極，使主體流體和脂質(zhì)分子與其一起移動(dòng)。以廣泛意義使用術(shù)語(yǔ)“通道”或“室”。因此，無(wú)意將其限制為其中橫向或縱向尺寸大大超過(guò)直徑或橫斷面尺寸的拉長(zhǎng)的構(gòu)造。更確切地，這樣的術(shù)語(yǔ)意指包括任何合意的形狀或構(gòu)造的腔或管道，諸如三壁或四壁的通道或管，通過(guò)其可以將液體定向。例如，這樣的流體腔可以包括其中流體連續(xù)通過(guò)的流通池或，備選地，用于將指定的離散量的流體保留指定量的時(shí)間的室?！巴ǖ馈焙汀笆摇笨梢允浅錆M的或可以含有包括，例如，閥、過(guò)濾器和相似或相當(dāng)?shù)脑筒牧系膬?nèi)部結(jié)構(gòu)。對(duì)其沒(méi)有任何限制地，如在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“微觀流體裝置”應(yīng)理解為指的是流體通過(guò)其能夠經(jīng)過(guò)或定向的結(jié)構(gòu)或裝置，其中一個(gè)或多個(gè)尺寸小于500微米。另外，可以使用本文描述的任何材料以及該材料和類似或相當(dāng)?shù)牟牧系慕M合構(gòu)建這種裝置。在一些實(shí)施方案中，在此公開(kāi)的裝置和方法可用于在微觀流體裝置中使材料流動(dòng)和/或?qū)煞N以上材料混合。在一些實(shí)施方案中，裝置用于進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。在一些實(shí)施方案中，裝置用于對(duì)于特征篩選樣品的方法。在一些實(shí)施方案中，裝置用于分配材料的方法。在一些實(shí)施方案中，裝置用于分離材料的方法。裝置和基底公開(kāi)的裝置包括基底，其通常起作用以限定微觀流體通道的邊界。任何適合的材料都可以用于在微裝置中形成限定流體通道的基底。使用的材料可以是有機(jī)的或無(wú)機(jī)的，并且可以是透明的、半透明的或不透明的。適合的用于基底的材料可以包括，且不限于，硅(單晶或多晶)、硅上的涂層(例如，氮化硅)、有機(jī)硅、玻璃、石英、鉬、不銹鋼、銅、鋁、鎳、金、鈦、陶瓷、金剛石和/或塑料。另外的基底可以包括，且不限于，聚亞烷基聚合物和共聚物、碳氟聚合物和共聚物、聚酯聚合物和共聚物、聚醚聚合物和共聚物、有機(jī)硅聚合物和共聚物以及聚氨酯聚合物和共聚物。其它可以使用的聚合物包括，且不限于，聚乙烯類、聚丙烯類、聚四氟乙烯類、聚(四氟乙烯-Co-六氟丙烯)類、改性的乙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯三氟氯乙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、有機(jī)硅、聚氨酯、聚醚嵌段酰胺和聚醚酯。合適的材料還包括塑料，諸如但不限于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯、聚四氟乙烯(TEFLON)、聚氯乙烯(PVC)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚砜、聚苯乙烯、聚甲基戊烯、聚丙烯、聚乙烯、聚偏二氟乙烯、ABS(丙烯腈-丁二烯苯乙烯共聚物)，等。在具體的實(shí)例中，基底可以是玻璃。在另一個(gè)說(shuō)明性實(shí)施方案中，基底可以是聚二甲基硅氧烷(PDMS)?？梢愿鶕?jù)任何合適的方法制造微觀流體裝置。例如，可以除去材料主體的部分以形成從通道的多個(gè)壁構(gòu)件。在這些實(shí)施方案中，壁構(gòu)件可以與基底整體形成。合適的材料除去方法的實(shí)例包括，但不限于，體微加工、犧牲微加工、聚焦離子束磨削、靜電放電機(jī)械加工、超聲鉆、激光消融、機(jī)械磨削和熱成型技術(shù)。常規(guī)的光刻及蝕刻方法可以用于蝕刻主體以在主體中形成多個(gè)壁構(gòu)件和流體通道。蝕刻方法諸如，例如，反應(yīng)離子蝕刻(RIE)或深反應(yīng)離子蝕刻(DRIE)，或濕法蝕刻可以用于蝕刻合適的材料主體。在一些實(shí)施方案中，壁構(gòu)件及下層基底可以通過(guò)模塑來(lái)形成。在其它實(shí)施方案中，壁構(gòu)件可以在基底上形成。壁構(gòu)件也可以在主體上形成或結(jié)合至主體以形成多個(gè)流體通道。例如，壁構(gòu)件可以通過(guò)電鍍(例如，高縱橫比電鍍)來(lái)形成。如果需要，在微裝置中形成流體通道后，可以用材料涂覆限定流體通道的表面，所述材料諸如但不限于粘附層、偶聯(lián)劑或可以潛在與流經(jīng)流體通道的流體相互作用的物質(zhì)。使用可用的微細(xì)加工技術(shù)，或從微細(xì)加工原型，使用模塑技術(shù)諸如注射成型、壓花或壓印，或者通過(guò)在塑模內(nèi)將聚合物前體材料聚合，容易地制造聚合物裝置。裝置的通道部分通常包括，至少部分地，具有與其締合的帶電官能團(tuán)的通道表面，以便產(chǎn)生充分的EOF。多種方法可以用于提供具有合適表面電荷的基底材料，包括，但不限于通過(guò)范德華力、氫鍵或靜電相互作用的吸附修飾；通過(guò)硅烷鍵的直接共價(jià)修飾；或通過(guò)硅烷或聚合物連接體的間接共價(jià)修飾。在二氧化硅基基底的情況下，在通道的蝕刻表面上存在的帶負(fù)電的羥基基團(tuán)通常足以在沿著這樣的通道施加電壓梯度時(shí)產(chǎn)生充分的EOF。適于使表面官能化的硅基分子陣列可商業(yè)獲得。合適的分子可以商購(gòu)、從頭合成，或其可以通過(guò)修飾可獲得的分子以產(chǎn)生具有期望的結(jié)構(gòu)和/或特性的分子而形成。例如，許多硅氧烷官能化試劑的活性基團(tuán)可以轉(zhuǎn)化為其它有用的官能團(tuán)，包括但不限于，羥烷基硅氧烷、二醇(二羥基烷基)硅氧烷、氨烷基硅氧烷和二聚仲氨烷基硅氧烷。對(duì)于由諸如聚丙烯的塑料構(gòu)成的基底，表面可以由鉻酸氧化來(lái)衍生化，并隨后轉(zhuǎn)化為羥基化或氨甲基化的表面。此外，由高度交聯(lián)的二乙烯基苯制成的基底可以通過(guò)氯甲基化和隨后的官能團(tuán)處理來(lái)表面衍生化。所公開(kāi)裝置的元件通常與供裝置使用并且與其接觸的特定的脂質(zhì)、兩親物、分析物和試劑相容。裝置可以包含兩親性膜，并可以用于測(cè)定生物和化學(xué)物質(zhì)；因此，對(duì)于待分析的特定化合物，該裝置不應(yīng)當(dāng)與其反應(yīng)、使之降解或?qū)ζ渚哂腥魏斡泻Φ挠绊?。在另外的方面中，?duì)于生物或化學(xué)應(yīng)用和制備中使用的典型溶劑，該裝置應(yīng)當(dāng)是穩(wěn)定的和耐降解的。在一個(gè)說(shuō)明性實(shí)施方案中，典型地使用微加工技術(shù)，將微觀流體裝置的通道和/或室作為微尺度的槽或凹口制作到底部基底或部分的上表面中。頂部部分或基底還包括第一平表面，和與第一平表面相反的第二表面。在一些實(shí)施方案中，頂部部分還包括多個(gè)孔，洞或口，例如，從第一平表面到與第一平表面相反的第二表面。然后將頂部基底的第一平表面與底部基底的平表面配合，例如，放成與之接觸，并結(jié)合到底部基底的平表面，覆蓋并密封在底部基底的表面中的槽和/或凹口，以在這兩個(gè)組件的界面處形成裝置的通道和/或室(即，內(nèi)部部分)。將裝置的頂部部分中的孔定向，使得它們與在裝置內(nèi)部部分中由底部基底中的槽或凹口形成的通道和/或室的至少一個(gè)連通。在完成的裝置中，這些孔的作用在于作為用于促進(jìn)流體或材料引入到裝置的內(nèi)部部分的通道或室中的貯器，以及提供可以放置電極與裝置內(nèi)的流體接觸的端口，允許沿著所述裝置的通道施加電場(chǎng)以控制并定向裝置內(nèi)的流體運(yùn)輸。兩親件層在一些實(shí)施方案中，微觀流體裝置的通道內(nèi)部至少部分地涂有完全地被一個(gè)或多個(gè)兩親性層如脂質(zhì)層。術(shù)語(yǔ)“至少部分地涂有”指的是涂覆材料在表面上，但它不需要完全覆蓋表面。例如，涂覆材料可以不連續(xù)地或連續(xù)地覆蓋約10%以上的表面，或高達(dá)約98%或約100%的表面。在一些實(shí)施方案中，涂層覆蓋約20%至約90%的表面。表面可以在EOF之前或期間至少部分地涂有一個(gè)或多個(gè)兩親性層。在一個(gè)實(shí)施方案中，在啟動(dòng)EOF之前，將兩親性分子添加到微觀流體裝置的通道中。在另一個(gè)實(shí)施方案中，將兩親性分子添加到與通道處于流體連通的貯器，以便當(dāng)施加EOF并且通過(guò)通道抽出流體時(shí)，貯器中的兩親性分子補(bǔ)充已經(jīng)在裝置中形成的層。一般地，可以使用任何能夠自組裝的脂質(zhì)以產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)兩親性層。脂質(zhì)可以具有約4個(gè)碳至約24個(gè)碳以上的尾部。在一些實(shí)施方案中，脂質(zhì)具有約12個(gè)碳至約18個(gè)碳的尾部。用于產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)兩親性層的脂質(zhì)可以是這種脂質(zhì)的混合物，并且不同的脂質(zhì)可以具有大致相同長(zhǎng)度、不同長(zhǎng)度的尾部，即，具有不同尾部長(zhǎng)度的脂質(zhì)可以組合。脂質(zhì)可以是任何兩親性分子，這是具有親水性質(zhì)和親脂性質(zhì)兩者的分子。脂質(zhì)可以是，但不限于，磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰甘油、磷脂酰絲氨酸、磷脂酰肌醇或鞘磷脂，或上述中的任何一種或多種的混合物。脂質(zhì)可以是不同膜脂的混合物，例如，磷脂酰膽堿和磷脂酰乙醇胺的混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，本文公開(kāi)的兩親性層可以包括陰離子脂質(zhì)?？梢允褂萌魏侮庪x子脂質(zhì)。合適的陰離子脂質(zhì)通常用于洗滌劑、洗發(fā)水、肥皂等，并且可以商業(yè)獲得或通過(guò)本領(lǐng)域中的已知方法制備。它們包括，但不限于，烷基苯磺酸鹽(洗滌劑)、脂肪酸基表面活性劑、月桂基硫酸鹽(例如，發(fā)泡劑)、二烷基磺基琥珀酸鹽(例如，潤(rùn)濕劑)、木素磺酸鹽(例如，分散劑)，等，包括其混合物。在其它非限制性實(shí)例中，可以使用直鏈烷基苯磺酸、月桂基乙醚硫酸鈉、a_烯烴磺酸鹽、磷酸酯、磺基琥珀酸鈉，水溶助劑，等，包括它們的混合物。在另一實(shí)施方案中，本文公開(kāi)的兩親性層可以包括陽(yáng)離子脂質(zhì)。可以使用任何陽(yáng)離子脂質(zhì)。合適的陽(yáng)離子脂質(zhì)包括，但不限于，季銨化合物(例如，四烷基銨鹽、吡啶餘丨鹽、咪唑啉鐵鹽，等)。這種陽(yáng)離子脂質(zhì)可以商業(yè)獲得或可以通過(guò)本領(lǐng)域中已知的方法來(lái)制備。在說(shuō)明性實(shí)施方案中，可以首先將陽(yáng)離子磷脂諸如但不限于磷脂酰膽堿或磷脂酰絲氨酸吸附在微觀流體裝置內(nèi)部，其中，兩親物的極性頭中的陽(yáng)離子電荷吸附到物品諸如二氧化硅或硅酸鹽的負(fù)表面電荷。在另一實(shí)施方案中，本文公開(kāi)的兩親性層可以包括非離子脂質(zhì)。可以使用任何非離子脂質(zhì)。合適的非離子脂質(zhì)在水溶液中不離子化，因?yàn)樗鼈兊挠H水性基團(tuán)屬于非解離類型，例如但不限于醇、酚、醚、酯或酰胺。它們可以分類為醚(例如，多元醇如甘油、山梨糖醇、蔗糖等)、脂肪酸酯(例如，甘油脂肪酸酯、山梨糖醇脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯，等)、酯(例如，通過(guò)將例如環(huán)氧乙烷應(yīng)用到具有羥基基團(tuán)的材料諸如高級(jí)醇、烷基酚等制成的化合物)、醚/酯(例如，通過(guò)將例如環(huán)氧乙烷應(yīng)用到脂肪酸或多元醇脂肪酸酯制成的化合物，在分子中既具有酯鍵也具有醚鍵)，和其它類型(例如，脂肪酸烷醇-酰胺類型或烷基聚甘油酯類型)。其他適合的非離子脂質(zhì)的實(shí)例可以包括，但不限于，脂肪醇乙氧基化物和烷基酚乙氧基化物，脂肪胺氧化物，烷醇酰胺，環(huán)氧乙烷/環(huán)氧丙烷嵌段共聚物，烷基胺乙氧基化物，tiger Co I潤(rùn)滑劑等。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本文公開(kāi)的兩親性層可以包括偶極脂質(zhì)?？梢允褂萌魏闻紭O脂質(zhì)。合適的偶極脂質(zhì)(稱為兩性的或兩性離子的)顯示陰離子和陽(yáng)離子兩種解離。偶極脂質(zhì)的實(shí)例包括，但不限于，產(chǎn)品如甜菜堿或磺基甜菜堿和天然物質(zhì)如氨基酸和磷脂。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本文公開(kāi)的兩親性層可以包括另外的成膜兩親性分子?？梢允褂萌魏蝺捎H性分子，其實(shí)例包括多嵌段共聚物。合適的嵌段共聚物的實(shí)例包括，但不限于，產(chǎn)品如聚(甲基呀唑啉、-聚(二甲基硅氧烷)_聚(甲基噁唑啉)、聚(乙二醇)_聚(二甲基硅氧烷)_聚(乙二醇)、聚(環(huán)氧乙烷)_聚丁二烯、聚(環(huán)氧乙烷)_聚苯乙烯、聚(丙烯酸)-聚苯乙烯、聚異戊二烯-聚(甲基丙烯酸2-肉桂酰乙酯)、聚苯乙烯-(異氰基-L-丙氨酸-L-丙氨酸)、聚(環(huán)氧乙烷)_聚(乙烯乙烯)、聚(丙烯酸)_聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸)_聚(甲基丙烯酸新戊酯)、聚(甲基丙烯酸叔丁酯)_聚(環(huán)氧乙烷)、聚(甲基丙烯酸甲酯)_聚(N，N-二甲基丙烯酰胺)、聚(丙烯酸丁酯)_聚(丙烯酸)、聚(丁二烯)_聚(甲基丙烯酸)、聚(丁二烯)_聚(丙烯酸)、聚(異戊二烯)_聚(環(huán)氧乙烷)、聚(乙烯)_聚(環(huán)氧乙烷)、聚(乙烯-Co-丁烯)_聚(環(huán)氧乙烷)、聚(環(huán)氧乙烷)-聚(丙烯酸)、聚(環(huán)氧乙烷)_聚(11-己內(nèi)酯)、聚(環(huán)氧乙烷)_聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(環(huán)氧乙烷)_聚(甲基丙烯酸2-羥乙酯)、聚(環(huán)氧乙烷)_聚(甲基丙烯酸)、聚(環(huán)氧乙烷)_聚(2-甲基卩古卩生啉)、聚(環(huán)氧乙烷)_聚(環(huán)氧丙烷)、聚(環(huán)氧乙烷)-聚(丙烯酸叔丁酯)、聚(環(huán)氧乙烷)_聚(甲基丙烯酸四氫糠酯)、聚(環(huán)氧乙烷)_聚(丙烯酸)、聚(環(huán)氧乙烷)_聚(丙烯酸甲基酯)、聚(環(huán)氧乙烷)_聚(甲基丙烯酸叔丁酯)、聚(環(huán)氧乙烷)_聚(2-乙基噃唑啉)、聚(異丁烯)_聚(環(huán)氧乙烷)、聚苯乙烯-聚(丙烯酸)、聚苯乙烯-聚丙烯酰胺、聚(對(duì)氯甲基苯乙烯)_聚丙烯酰胺、聚(苯乙烯-Co-對(duì)氯甲基苯乙烯)-聚(丙烯酸)、聚苯乙烯-聚(甲基丙烯酸)、聚苯乙烯-聚(N，N-二甲基丙烯酰胺)、聚(二甲基硅氧烷)_聚(丙烯酸)、聚(二甲基硅氧烷)_聚(環(huán)氧乙烷)、聚(2-乙烯基萘)-聚(丙烯酸)、聚(2-乙烯基吡啶)_聚(環(huán)氧乙烷)、聚(N-甲基2-乙烯基吡啶)_聚(環(huán)氧乙烷)、聚(乙烯基吡咯烷酮)_(D/L-丙交酯)、聚(二甲基硅氧烷)-嵌段-聚(2-甲基噁唑啉)(PMOXA-PDMS-PMOXA)、聚(環(huán)氧乙烷)-聚環(huán)氧丙烷)(EO-PO-EO)，聚(丙烯酸)_聚(9，9_ 二正己基_2，70芴)-聚(丙烯酸)、聚(丙烯酸正丁酯)_聚(9，9_ 二正己基_2 ，70芴)-聚(丙烯酸正丁酯)、聚(丙烯酸叔丁酯)_聚(9，9-二正己基_2，70芴)-聚(丙烯酸叔丁酯)、聚(丙烯酸叔丁酯或正丁酯)_聚(甲基丙烯酸甲酯)_聚(丙烯酸叔丁酯或正丁酯)、聚(丙烯酸叔丁酯)_聚苯乙烯-聚(丙烯酸叔丁酯)、聚(環(huán)氧乙烷)_聚(二甲基硅氧烷)_聚(環(huán)氧乙烷)、聚(環(huán)氧乙烷)_聚苯乙烯-聚(環(huán)氧乙烷) ’聚(環(huán)氧乙烷)_聚(甲基苯基硅烷)五嵌段:(PMPS-PEO) 2-PMS?？梢砸远喾N方式用兩親性層至少部分地覆蓋通道內(nèi)部。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)將含脂質(zhì)囊泡添加到通道并使囊泡破裂，在所述裝置的內(nèi)部通道中形成兩親性層。一旦囊泡破裂，得到的雙層片就暴露邊緣。這些邊緣是能量上不利的，并且至少?gòu)臒崃W(xué)的角度來(lái)看，預(yù)計(jì)將促進(jìn)與相鄰脂質(zhì)物質(zhì)的相互作用，如從表面結(jié)合的囊泡或來(lái)自溶液的囊泡的破裂。只要吸附囊泡的密度足夠高，這樣的過(guò)程可以跨越幾個(gè)相鄰的囊泡在破裂事件級(jí)聯(lián)中傳播，并且導(dǎo)致形成擴(kuò)展的雙層片。圖2是示意圖，其說(shuō)明可以如何將囊泡破裂用于在通道內(nèi)形成脂質(zhì)層。圖2A顯示孤立吸附囊泡自發(fā)破裂，由其負(fù)載引起的變形所驅(qū)動(dòng)。圖2B顯示了鄰近的吸附囊泡可以如何融合并最終破裂。圖2C顯示負(fù)載的雙層片的活性邊緣可以如何引起鄰近的囊泡破裂。圖2D顯示幾個(gè)鄰近囊泡的協(xié)同作用可以如何引起第一囊泡(在臨界囊泡狀覆蓋處)的破裂。由此暴露的活性邊緣可以引發(fā)相鄰囊泡的破裂。參見(jiàn)，例如，Langmuir，第 22 卷，第 8 號(hào)，2006 3499。在用于在裝置內(nèi)部通道中形成兩親性層的方法的另一實(shí)施方案中，在固體載體上形成脂雙層，然后轉(zhuǎn)移到管或通道中。在一個(gè)實(shí)施方案中，負(fù)載的脂雙層由自組裝形成。卵磷脂和十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)都可以從水溶液吸附以在云母上形成“自組裝的”雙層(使用的云母表面積1-2CHT1)。CTAB是容易從溶液吸附的，因?yàn)樗?.8mM的高臨界膠束濃度。(Helm, C., Israelachvili, J., McGuiggan, P.，疏水力在雙層附著和融合中的作用(Role of Hydrophobic Forces in Bilayer Adhesion and Fusion), Biochemistry,1992,31,1794-1805, Israelachvili, J. N.，Pashley, R. M. (1982)J. Colloid InterfaceSc1. 98,500).其它卵磷脂雙層可以通過(guò)沉積到石英上并蒸發(fā)氯仿而形成。(Starr，T. , Thompson, N. , TiO2和SrTiO3單晶上負(fù)載的平面磷脂雙層的形成和表征(Formationand Characterization of Planar Phospholipid Bilayers supported on Ti02andSrTiO3Single Crystals), Langmuir2000,16,10301-10308。)在另一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)Langmuir-Blodgett技術(shù)和囊泡融合,可以在平面載體上形成負(fù)載的磷脂雙層。第一種方法涉及用Langmuir-Blodgett技術(shù)從空氣-水界面轉(zhuǎn)移脂質(zhì)的下部片(圖3a)。隨后是用Langmuir-Schaefer程序轉(zhuǎn)移上部片，其涉及水平浸潰基底以產(chǎn)生第二層。負(fù)載雙層形成的第二種方法是囊泡從水性懸浮液吸附并融合到基底表面(圖3b)。同樣,可以采用兩種方法的組合,首先通過(guò)用Langmuir-Blodgett技術(shù)轉(zhuǎn)移單層，接著是囊泡融合以形成上層(圖3c)。Castellana, E. , Cremer, P.,固體負(fù)載的脂雙層從生物物理研究到傳感器設(shè)計(jì)(Solid supported lipid bilayers From biophysicalstudies to sensor design), Surface Science Reports,61(2006)429-444。在一個(gè)實(shí)施方案中，一旦形成固體負(fù)載的脂雙層，則將脂雙層移動(dòng)到微觀流體裝置的通道中。將脂雙層移動(dòng)到通道中的一種方式是通過(guò)形成負(fù)載的雙層(通過(guò)自組裝或以上討論的其它方法)，然后通過(guò)形狀改變將它移動(dòng)到通道中。雖然一個(gè)示例性實(shí)施方案顯示在圖4中，但可以使用多種形狀變化。進(jìn)入到通道中的移動(dòng)可以是被動(dòng)的，這可以通過(guò)在表面上形成表面能梯度來(lái)實(shí)現(xiàn)，或移動(dòng)可以是通過(guò)EOF主動(dòng)的。一旦脂雙層移動(dòng)到通道中，則通過(guò)EOF的主動(dòng)移動(dòng)可以占主導(dǎo)。脂雙層可以分離，允許一段移動(dòng)通過(guò)通道。在另一個(gè)實(shí)施方案中，可以通過(guò)形成兩個(gè)負(fù)載的雙層，然后通過(guò)融合將它們結(jié)合在一起，在通道中形成脂雙層(圖 5)。(Helm, C.，Israelachvili, J. , McGuiggan, P.,疏水力在雙層附著和融合中的作用(Role of Hydrophobic Forces in Bilayer Adhesion andFusion), Biochemistry, 1992，31，1794-1805)。例如，通道壁材料在頂部和底部可以是云母類材料，并且在通道側(cè)是氮化硅(在孔中雙層形成中使用的相同材料，其中氮化硅與雙層邊緣產(chǎn)生接觸(圖6)。在一個(gè)實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)兩親性層形成蠕蟲狀膠束。蠕蟲狀膠束是由兩親物聚集形成的拉長(zhǎng)的柔性自組裝結(jié)構(gòu)。高于閾值濃度，它們纏結(jié)成動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，讓人聯(lián)想到聚合物溶液，并顯示顯著的粘彈性性能，其已在眾多工業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域中采用。最熟知和研究的蠕蟲狀膠束系統(tǒng)是具有長(zhǎng)脂族鏈的陽(yáng)離子表面活性劑，如十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)或溴化十六烷基吡啶擔(dān)(CPBr)，對(duì)它們膠束生長(zhǎng)發(fā)生在較高的濃度或在鹽的存在下。除了那些系統(tǒng)，已發(fā)現(xiàn)許多表面活性劑在輔助表面活性劑、添加劑、鹽或合適的相反離子存在下形成蠕蟲狀膠束。膠束的全長(zhǎng)被稱為伸直長(zhǎng)度L并且在幾納米到幾微米之間變化。蠕蟲狀膠束可以是極端柔性的且長(zhǎng)為幾微米。最廣泛研究的形成蠕蟲狀膠束的脂質(zhì)基表面活性劑之一是卵磷脂(或磷脂酰膽堿)，生物膜的脂質(zhì)基質(zhì)的主要組分，也在藥物制劑中使用，因?yàn)樗悄褪芰己们覠o(wú)毒的。卵磷脂在有機(jī)溶劑(環(huán)己烷、異辛烷、癸烷)中形成巨大的反膠束，并且通常通過(guò)加入少量水促進(jìn)膠束生長(zhǎng)?？梢詫⒎菢O性溶劑引入到脂雙層中。在一個(gè)實(shí)施方案中，將非極性溶劑(例如己烷)通過(guò)氣相控制(經(jīng)由己烷/十六烷的混合物)引入雙層。己烷以氣相進(jìn)入雙層，并且顯示出限于雙層的中心。膜內(nèi)部中己烷的量取決于己烷蒸氣壓?？梢酝ㄟ^(guò)將脂雙層中的缺陷最大化來(lái)協(xié)助非極性溶劑的插入。也可以通過(guò)各種方法，例如但不限于在平面磷脂雙層之間少量正烷烴的吸附，將非極性溶劑引入到脂雙層中。參見(jiàn)，例如，White，S.H.，King, G.1., Cain, J.E,用中子衍射測(cè)定的己燒在脂雙層中的位置(Location of Hexanein Lipid Bilayers determined by Neutron Diffraction), Nature 第 290 卷，1981,第161頁(yè)；Smith，R.A.，Porter, R.G.，和Miller，K.ff.，麻醉劑氣體在脂雙層中的溶解度(TheSolubility of Anesthetic Gases in Lipid Bilayers), Biochimica et BiophysicaAct，645，(1981)第327-338頁(yè)；Gruen，D.,Haydon, D.，非極性分子吸附到脂雙層膜中(TheAdsorption of Nonpolar Molecules into Lipid Bilayer Membranes), Biophys.，J ，第30卷，1980，第129-136頁(yè)；Pope, J.M.，Dubro, D.ff.，正烷烴和正醇與脂雙層膜的相互作用:2H-NMR 石開(kāi)究(The interaction of n-alkanes and n-alcohols with lipid bilayermembranes:a2H-NMR study), Biochemica et Biophysica Acta858(1986)243-253?？梢栽谘b置中使用任何合適的非極性溶劑。合適的非極性溶劑的實(shí)例包括且不限于，丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十六烷、環(huán)戊烷、環(huán)己烷、苯、甲苯、角鯊烯、二甲苯、乙醚、二異丙醚、乙酸乙酯、2-丁酮、四氯化碳、氯仿、二氯甲烷、四氯乙烷、三氯乙烷、二氯乙烷、乙酸乙酯，等。在一個(gè)特定實(shí)施例中，有機(jī)溶液包括1:1角鯊烯:正癸烷。有機(jī)溶液可以包含緩沖劑、防腐劑、表面活性劑、穩(wěn)定劑、蛋白或其它感興趣的生物分
早坐丁，寸。也可以將細(xì)胞膜的其它組分包括在膜脂中，從而產(chǎn)生含有并入的細(xì)胞膜組分的膜，細(xì)胞膜組分為例如，受體蛋白、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、離子通道蛋白、抗體受體蛋白、信號(hào)蛋白，等。這樣的組分可以對(duì)于在微觀流體裝置中進(jìn)行生物測(cè)定有用。例如，膜結(jié)合蛋白從科學(xué)和技術(shù)的角度來(lái)看都是重要的。然而，它們的研究和應(yīng)用需要穩(wěn)定的脂雙層以維持蛋白功能。在一些實(shí)施方案中，本裝置可以提供允許插入跨膜蛋白如葡萄球菌蛋白孔道agr-溶血素的脂雙層。在一個(gè)實(shí)施方案中，膜中蛋白的存在可以將膜“加應(yīng)力”，使雙層更容易在通道中變形，以將雙層分開(kāi)，或與其它脂雙層膜在交叉通道中融合。在另一實(shí)施方案中，膜蛋白可以參與化學(xué)反應(yīng)，即， 將官能團(tuán)添加到非極性溶劑，之后它得以進(jìn)入到脂雙層。使用微觀流體裝置的方法一方面，當(dāng)一個(gè)或多個(gè)脂質(zhì)層的親水性帶電頭基和締合的相反離子與微通道壁相互作用時(shí)發(fā)生非極性溶液通過(guò)微觀流體通道的移動(dòng)。在水性體系中，脂質(zhì)的極性頭朝著極性水性環(huán)境排列，而疏水性尾部使其與水的接觸最小化并傾向于聚集在一起。在EOF過(guò)程期間，脂質(zhì)層通過(guò)通道移動(dòng)，由其曳拉脂質(zhì)內(nèi)部中容納的非極性溶劑或反應(yīng)混合物?？梢砸员绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任何方式控制非極性溶液通過(guò)微觀流體通道的移動(dòng)。例如但無(wú)限制地，可以用注射泵、外部和內(nèi)部的蠕動(dòng)泵，通過(guò)施加真空、通過(guò)施加電勢(shì)、通過(guò)允許氣體在微觀流體通道上流過(guò)和/或流經(jīng)，使溶液移動(dòng)通過(guò)微觀流體通道。此外，溫度梯度可以將溶液體積移動(dòng)通過(guò)微觀流體通道。在一些實(shí)施方案中，EOF用于將非極性溶劑移動(dòng)通過(guò)微觀流體裝置。為了產(chǎn)生E0F，在微觀流體通道的末端配置電場(chǎng)。典型地，該場(chǎng)可以從約lOOv/cm至lOOOv/cm運(yùn)行。場(chǎng)決定EOF速度?？梢允褂幂^弱的場(chǎng)，但是流動(dòng)將進(jìn)行得更慢?？梢允褂酶鼜?qiáng)的場(chǎng)，只要它們不會(huì)導(dǎo)致溶劑的電解。可以使用本領(lǐng)域中已知類型的薄膜電極建立該場(chǎng)。典型地，選擇電極，所述電極不會(huì)導(dǎo)致沉淀的形成，并且不會(huì)通過(guò)電解產(chǎn)生明顯的氣體。銀或鉬電極是公知的并且可以使用，但可以通過(guò)濺射沉積的具有較高超電勢(shì)的其它電極可以被證明更合意地使用。也可將閥門用于流體流量控制。通過(guò)對(duì)通道施加外力，例如槳片、懸臂或栓塞，可以操縱閥門。通道也可以包含可以用空氣壓力和/或液體壓力例如水壓而靜電或磁力偏轉(zhuǎn)的膜。也可以在微通道中用球、擋板或隔膜形成單向閥或“止回閥”。微尺度混合和分離元件可用于促進(jìn)反應(yīng)并評(píng)估產(chǎn)物。在微觀流體裝置中，在長(zhǎng)的長(zhǎng)度尺度的、彎曲的、具有可變寬度或具有引起湍流的特征的通道中，最經(jīng)常通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)行混合。還可以以電滲或超聲實(shí)現(xiàn)混合。微觀流體室的壁也可以被多種配體官能化，所述配體可以與分析物或分析物溶液中的污染物相互作用或結(jié)合。這樣的配體包括，但不限于，親水性或疏水性的小分子、類固醇、激素、脂肪酸、聚合物、RNA、DNA、PNA、適體、氨基酸、肽、蛋白(包括抗體結(jié)合蛋白如蛋白G)、抗體或抗體片段(FAB，等)、抗原、酶、糖類(包括糖蛋白或糖脂)、凝集素、細(xì)胞表面受體(或其部分)、含有正電荷或負(fù)電荷的物種，等。如上所述，通常將通道部加工成平面固體基底。將電極配置為與通道末端電接觸。隨后，將這些電極連接到電源，其將適當(dāng)?shù)碾妷菏┘拥诫姌O，以產(chǎn)生所需的電壓梯度。在陰極和陽(yáng)極之間的電壓梯度的施加，產(chǎn)生在通道內(nèi)EOF的傳播。流體流動(dòng)方向取決于施加的電壓梯度的方向以及表面電荷的屬性。微分表面電荷，無(wú)論帶相反電荷的，或在兩個(gè)或更多個(gè)通道之間具有變化的電荷密度，可以通過(guò)公知的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，表面任選地用合適的涂層例如中性或帶電的涂層、中和電荷或添加電荷的試劑例如保護(hù)基團(tuán)或封端基團(tuán)、硅烷化試劑等處理以提聞電荷密度和/或例如使用氣基丙基娃燒類、輕基丙基娃燒類等提供凈相反表面電荷。
_4] 微觀流體裝置的應(yīng)用各種微觀流體裝置可以用于在微觀流體規(guī)模上執(zhí)行分析。微型裝置可包括由多個(gè)壁構(gòu)件限定的多個(gè)流體通道。多個(gè)壁構(gòu)件可以包括具有連通兩個(gè)相鄰流體通道的至少一個(gè)開(kāi)口的至少一個(gè)壁構(gòu)件。可以將不同化學(xué)反應(yīng)物添加到不同通道，然后在裝置中混合。在一些實(shí)施例中，該裝置可用于快速檢測(cè)多個(gè)不同流體的特性。流體包括有機(jī)流體、溶劑等。無(wú)論流體的形式，流體可以包括有機(jī)或無(wú)機(jī)分子。在一些實(shí)施方案中，在微型裝置的檢測(cè)區(qū)域，不同的流體流過(guò)多個(gè)不同的流體通道。不同的流體可以具有不同的特性并且可以是不同的流體流過(guò)微型裝置的檢測(cè)區(qū)域以前發(fā)生的事件的產(chǎn)物。例如，不同的流體可以是上游事件諸如物質(zhì)之間潛在的或?qū)嶋H的相互作用的下游產(chǎn)物。事件可以包括兩種物質(zhì)之間的化學(xué)或生物反應(yīng)或兩種物質(zhì)之間的結(jié)合事件?？蓹z測(cè)到的流體的特性在本質(zhì)上可以是定量的或定性的。在一些實(shí)施方案中，可以檢測(cè)不同流體通道中流動(dòng)的不同流體的流體特性諸如但不限于發(fā)出的輻射(例如，光)、電導(dǎo)率、pH等以分析和/或表征不同的流體。這樣的特性可以對(duì)應(yīng)于流體中物質(zhì)的類型和/或量。在一些實(shí)施方案中，檢測(cè)到的特性可以作為流體中特定物質(zhì)的濃度或量的直接或間接指示。例如，含有質(zhì)子的溶液是導(dǎo)電的。流體的電導(dǎo)率或電阻可以是流體中質(zhì)子濃度的間接指示?？梢允褂梦⒂^流體裝置檢測(cè)的化學(xué)相互作用可以是對(duì)于生物或化學(xué)部分通常觀察到的任何類型的相互作用，包括，例如，酶的催化反應(yīng)或結(jié)合事件。在一些實(shí)施方案中，可以將單獨(dú)的流體樣品對(duì)于其與生物或化學(xué)部分相互作用的能力進(jìn)行篩選。例如，含有各自不同物質(zhì)的不同流體樣品可以流過(guò)微型裝置中單獨(dú)的流體通道，并可以將其遞送到微型裝置上的單獨(dú)反應(yīng)位置。反應(yīng)位置中的每一個(gè)都可以包括固定化部分，并且可以將所述固定化部分結(jié)合到不同流體通道的相應(yīng)表面。在反應(yīng)位置處，所述部分可以或可能不與不同的流體樣品相互作用。反應(yīng)位置的下游，可以直接地或間接地檢測(cè)不同流體的特性，以確定不同流體中物質(zhì)的任何流體是否在每個(gè)反應(yīng)位置與固定化部分相互作用(例如，通過(guò)結(jié)合在一起)。例如，反應(yīng)位置下游的一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)裝置可以通過(guò)檢測(cè)流體特性來(lái)測(cè)量通過(guò)反應(yīng)位置下游的流體中不同物質(zhì)的濃度。如果通過(guò)反應(yīng)位置下游的流體中的物質(zhì)濃度小于反應(yīng)位置上游的流體中的物質(zhì)濃度，那么很可能流體中的物質(zhì)正與固定化部分相互作用(例如，結(jié)合或反應(yīng))。另一方面，如果反應(yīng)位置下游的流體中物質(zhì)濃度基本等于反應(yīng)位置上游的物質(zhì)濃度，那么很可能在流體中物質(zhì)和固定化部分之間很少或沒(méi)有發(fā)生相互作用。在另一個(gè)實(shí)例中，可以將特定條件施加到不同流體通道中的不同流體，觀察流體或流體中的物質(zhì)是否由于條件而改變。例如，多個(gè)不同流體可以進(jìn)行不同的加熱、冷卻和輻照(例如，用光)條件。可以檢測(cè)通過(guò)這些事件下游的流體中的特性以確定條件是否影響流體。在一些實(shí)施方案中，可以通過(guò)使用探針檢測(cè)流體通道中不同流體的特性。通過(guò)經(jīng)過(guò)限定流體通道的壁構(gòu)件中的開(kāi)口，探針可以經(jīng)過(guò)流體通道。在不將探針端部暴露于流動(dòng)的流體外部的環(huán)境的情況下，可以快速檢測(cè)這些流體通道中流體的特性。說(shuō)明性地，可以將用于PH傳感器的探針?lè)旁诹黧w通道中以檢測(cè)所述通道中流體的pH。一旦探針與該通道中的流體接觸，則可以檢測(cè)該通道中流體的pH。檢測(cè)方法、檢測(cè)組件和分析系統(tǒng)并不限于上述那些，并且可以采用任何適合的光學(xué)的、電的、物理的和/或化學(xué)的檢測(cè)技術(shù)?？梢酝ㄟ^(guò)作為光學(xué)檢測(cè)組件的檢測(cè)組件檢測(cè)來(lái)自流體的輻射諸如可見(jiàn)輻射、紅外輻射或紫外輻射。所述探針可以包括物理傳感器、生物傳感器、化學(xué)傳感器或電傳感器。物理傳感器的實(shí)例包括熱電偶、壓力傳感器、流量傳感器、光纖等。生物傳感器的實(shí)例包括具有固定化酶或免疫測(cè)定的傳感器。電或化學(xué)傳感器的實(shí)例包括具有含任選聚合物涂層的叉指電極的傳感器、原子力顯微鏡(AFM)、離子敏場(chǎng)效晶體管(ISFET)、光尋址電位傳感器(LAPS)、pH計(jì)和掃描探針電位計(jì)(SPP)。相比于光學(xué)檢測(cè)裝置，化學(xué)傳感器和電傳感器是合意的，因?yàn)樗鼈儾恍枰褂酶嘿F的和不方便的熒光或放射化學(xué)標(biāo)記方法。在一些實(shí)施方案中，微觀流體裝置可以用于各種應(yīng)用，包括，例如，實(shí)施藥物開(kāi)發(fā)中的高通量篩選測(cè)定、免疫測(cè)定、診斷、遺傳分析等。因此，本文中描述的裝置通常包括多個(gè)樣品引入口或貯器，用于并行或順序引入和分析多個(gè)樣品。備選地，這些裝置可以連接到樣品引入口，例如，移液器，其順序地將多個(gè)樣品引入到裝置中用于分析。在其它實(shí)施方案中，微觀流體裝置可用于與更常規(guī)的系統(tǒng)例如常規(guī)的分析設(shè)備，如質(zhì)譜儀、HPLC、GC等接口連接。具體而言，這些裝置能夠?qū)⑸倭苛黧w從微觀流體系統(tǒng)注射到通向這種設(shè)備的流體接口中，而不需要通過(guò)該接口的勢(shì)梯度。
實(shí)施例通過(guò)下列實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本公開(kāi)內(nèi)容，所述實(shí)施例不應(yīng)當(dāng)被解釋為以任何方式限制。實(shí)施例1-含有脂雙層的微觀流體裝置的制造該 實(shí)施例描述含有脂雙層的微觀流體裝置的制造。所述裝置由經(jīng)過(guò)硅晶片蝕刻的通道組成。由雙拋光的、涂有氮化硅的n-型Si (100)晶片制造所述硅裝置。制造方法如下:首先，使用C2F6等離子體(100W，15mT和20ml min^C2F6)和光致抗蝕劑蝕刻掩模，通過(guò)光刻法和反應(yīng)離子蝕刻在晶片后側(cè)上的氮化硅薄膜中限定孔。然后，將井孔的上部區(qū)域類似地限定在晶片的前側(cè)上。為了通過(guò)主體硅蝕刻并產(chǎn)生懸吊的氮化硅膜，將晶片在溫度為80°C的4.5M KOH溶液中浸沒(méi)約8小時(shí)。在將晶片切成單獨(dú)裝置以后，則通過(guò)用IOOnm PECVD氮化硅在兩側(cè)上涂覆所述裝置而將硅的暴露區(qū)域電絕緣。通過(guò)濺射法在井孔的每一表面上形成Pt電極。在每一表面上形成具有0.1mm直徑的Pt絲以形成電滲流泵。使用粘合劑，首先將硅裝置結(jié)合在蝕刻在玻璃基底中的流體通道上然后將玻璃井孔結(jié)合在所述硅芯片的上表面上以產(chǎn)生上部和下部流體貯器。為了在通道中形成脂質(zhì)層，首先將通道用電解質(zhì)溶液(1M KCl)充滿。然后將1-2 Ul用正癸烷稀釋的Img Hir1I, 2-二植烷酰-sn-甘油-3-膽堿磷酸添加到通道以形成兩親性層。添加適合的非極性溶劑，其將在兩親性層之間即在通道內(nèi)部局部化。本公開(kāi)內(nèi)容不以該申請(qǐng)中描述的具體實(shí)施方案受限制。在不背離其精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行許多修改和變化，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。除了本文中列舉的那些，從上述描述，在所述公開(kāi)內(nèi)容范圍內(nèi)功能等效的方法和裝置對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。這種修改和變化旨在落入后附權(quán)利要求的范圍。本公開(kāi)內(nèi)容僅由后附權(quán)利要求的術(shù)語(yǔ)以及這樣的權(quán)利要求所賦予的等效物的完全范圍所限定。應(yīng)當(dāng)理解，該公開(kāi)內(nèi)容不限于具體方法、試劑、化合物組合物或生物體系，其當(dāng)然可以改變。還應(yīng)當(dāng)理解，本文中使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述具體實(shí)施方案的目的，并不意在是限制性的。此外，在依據(jù)馬庫(kù)什組描述本公開(kāi)內(nèi)容的特征或方面的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本公開(kāi)內(nèi)容也由此以馬庫(kù)什組成員的任何單獨(dú)成員或亞組來(lái)描述。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，為了任何和全部目的，特別是在提供書面描述方面，本文中公開(kāi)的全部范圍也包括其任何和全部可能的亞范圍及亞范圍的組合。可以容易地將任何列出的范圍認(rèn)為充分描述性的并且使所述范圍能夠被分解成至少相等的二分之一、三分之一、四分之一、五分之一、十分之一等。作為非限制性實(shí)例，本文中討論的每個(gè)范圍可以容易地分解成下三分之一、中三分之一和上三分之一，等。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將理解，全部語(yǔ)言諸如“高達(dá)”、“至少”、“大于”、“小于”等包括列舉的數(shù)并且指的是可以隨后分成如上所討論的亞范圍的范圍。最終，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，范圍包括各個(gè)單獨(dú)的數(shù)。因而，例如，具有1-3個(gè)單元的組指的是具有1、2或3個(gè)單元的組。類似地,具有1-5個(gè)單元的組指的是具有1、2、3、4或5個(gè)單元的組,諸如此類。雖然已經(jīng)在本文中描述了各種方面和實(shí)施方案，其它方面和實(shí)施方案對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員也將是顯而易見(jiàn)的。本文中公開(kāi)的各種方面和實(shí)施方案是為了說(shuō)明的目的而不意在限制，真實(shí)的范圍和精神由下列權(quán)利要求所指出。將本文中引用的全部參考文獻(xiàn)以其整體并且為了相同程度的全部目的通過(guò)參考并入，所述程度如同為了全部目的將每個(gè)單獨(dú)的出版物、專利或?qū)＠暾?qǐng)通過(guò)參考以其整體具體地和單獨(dú)地并入。
權(quán)利要求
1.一種微觀流體裝置，所述微觀流體裝置包括:至少一個(gè)流體通道和至少一對(duì)電極，將所述電極配置成提供在所述至少一個(gè)通道中的電場(chǎng)，其中所述至少一個(gè)通道的內(nèi)部至少部分地涂有一個(gè)或多個(gè)兩親性層。
2.權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)兩親性層包括一個(gè)或多個(gè)脂質(zhì)層。
3.權(quán)利要求2所述的裝置，其中覆蓋一個(gè)或多個(gè)基底的所述一個(gè)或多個(gè)脂質(zhì)層形成雙層。
4.權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)脂質(zhì)層形成蠕蟲狀膠束。
5.權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)脂質(zhì)層在所述通道的內(nèi)部形成疏水空間。
6.權(quán)利要求2-5的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)脂質(zhì)層包含磷脂、鞘脂或糖脂中的至少一種。
7.權(quán)利要求2-6的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述磷脂選自由磷脂酰膽堿、磷脂酰絲氨酸、磷脂酰乙醇胺和 磷脂酰甘油組成的組。
8.權(quán)利要求2-7的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)脂質(zhì)層具有限定所述通道的內(nèi)部疏水區(qū)域體積的脂肪?；滈L(zhǎng)度。
9.權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述脂肪酰基鏈長(zhǎng)度為2至30。
10.權(quán)利要求1-9的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述至少一個(gè)通道的內(nèi)部被所述一個(gè)或多個(gè)兩親性層完全覆蓋。
11.權(quán)利要求1-10的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述至少一個(gè)通道具有約0.1iim和約500 iim之間的直徑。
12.權(quán)利要求1-11的任一項(xiàng)所述的裝置，其中將所述至少一對(duì)電極中的每個(gè)電極置于至少一個(gè)通道的橫向相對(duì)的壁上，直接面對(duì)或偏離所述電極對(duì)中的另一個(gè)電極。
13.權(quán)利要求12所述的裝置，其中帶負(fù)電的電極在所述通道的一側(cè)上延伸且?guī)д姷碾姌O在所述通道的相對(duì)側(cè)上延伸。
14.權(quán)利要求1-13的任一項(xiàng)所述的裝置，所述裝置還包括與所述至少一對(duì)電極電接觸的電壓控制器。
15.權(quán)利要求14所述的裝置，所述裝置還包括可操作地連接到所述電壓控制器的計(jì)算機(jī)。
16.權(quán)利要求1-15的任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述至少一個(gè)通道的邊界由選自由下列各項(xiàng)組成的組的一種或多種材料限定:玻璃、石英、鉬、不銹鋼、銅、鋁、鎳、金、鈦、陶瓷、金剛石、硅、氮化硅、有機(jī)硅、高密度聚乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、乙酸纖維素、聚酰亞胺和聚碳酸酯。
17.權(quán)利要求1-16的任一項(xiàng)所述的裝置，所述裝置還包括與所述至少一個(gè)通道處于流體連通的一個(gè)或多個(gè)輸入口和一個(gè)或多個(gè)輸出口。
18.一種循環(huán)或輸送流體的方法，所述方法包括: 將流體添加至權(quán)利要求1-17的任一項(xiàng)所述的裝置；和 向所述至少一個(gè)流體通道施加電場(chǎng)以產(chǎn)生電滲流。
19.權(quán)利要求18所述的方法，其中所述流體是非極性溶劑。
20.權(quán)利要求19所述的方法，其中所述非極性溶劑選自由丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、環(huán)戊烷、環(huán)己烷、苯、甲苯、二甲苯、角鯊烯、乙醚、二異丙醚、乙酸乙酯、2-丁酮、四氯化碳、氯 仿、二氯甲烷、四氯乙烷、三氯乙烷、二氯乙烷和乙酸乙酯組成的組。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于負(fù)載流動(dòng)的非極性流體的微裝置。微裝置包括至少部分地涂有一個(gè)或多個(gè)兩親性層的基底。也公開(kāi)了在生物和化學(xué)檢測(cè)中使用所述裝置的方法。
文檔編號(hào)G01N27/26GK103080736SQ201080068782
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者安格勒·斯瓊 申請(qǐng)人:英派爾科技開(kāi)發(fā)有限公司