CN101262949B - 化学和生物检测阵列 - Google Patents

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Abstract

一种设备，包括：第一基底(102)；位于第一基底上的多个第一凸起元件(106)，第一凸起元件被位于第一基底上的第一通道区域(118)相互隔开，每个第一凸起元件具有第一远端(132)，第一远端形成了第一阵列(200)；位于第一凸起元件上的疏水性分子(152)；以及位于第一凸起元件上的主活性分子，其用于产生亲水性的反应产物。一种利用所述设备的方法。

Description

化学和生物检测阵列
技术领域
本发明涉及化学和生物检测阵列领域。
背景技术
已经研制了许多类型的检测器，用于检测具有未知的化学或生物组分的物质。例如，已经制作了具有各种定键合特征的生物和化学探针阵列，其通常被称为生物芯片或芯片实验室。各种各样的其它设备可用于鉴定未知的分子，诸如有机污染物。
始终需要这样一种设备，其可以被用于将未知物的样品导入与已知物质的大量不同潜在相互作用中，以便使检测到的已知物和未知物之间的相互作用可以被用于识别未知物。
发明内容
在一种实施例中，提供了一种设备，其包括：第一基底；位于第一基底上的多个第一凸起(raised)元件，第一凸起元件被位于第一基底上的第一通道区域相互隔开，每个第一凸起元件具有第一侧表面和第一远端，所述第一远端形成了第一阵列；位于第一侧表面上和位于第一远端上的疏水性(hydrophobic)分子；以及位于第一远端上的主活性分子(primary reactive molecule)，用于产生亲水性的(hydrophilic)反应产物。
在另一实施例中，提供了一种方法，其包括步骤：提供一种设备，具有：第一基底；位于第一基底上的多个第一凸起元件，第一凸起元件被第一基底上的第一通道区域相互隔开，每个第一凸起元件具有第一侧表面和第一远端，所述第一远端形成了第一阵列；位于第一侧表面上和位于第一远端上的疏水性分子；以及位于第一远端上的主活性分子，用于产生亲水性的反应产物。该方法还包括步骤：使亲水性液体与第一凸起元件接触；并确定在第一凸起元件的第一远端上的主活性分子和亲水性液体之间是否发生疏水性改变的反应。
附图说明
图1显示了一种检测设备；
图2显示了包含在一部分第一阵列内的第一远端；
图3显示了包含在一部分第二阵列内的第二远端；
图4显示了第一阵列部分；
图5显示了第二阵列部分；
图6显示了第一阵列部分；
图7显示了第二阵列部分；
图8显示了也在图6中显示的第一远端；
图9显示了第一阵列部分；
图10显示了第三阵列部分；
图11显示了用于制造图1所示设备的过程；以及
图12显示了使用图1所示设备的方法。
具体实施方式
设备被设置成包括多个位于基底上的凸起元件。凸起元件的远端构成了阵列，亲水性液体可以在其上被移动。疏水性分子被放置在凸起元件上。活性分子也被放置在凸起元件上。亲水性液体和凸起元件上的活性分子之间的反应可导致阵列的区域变得更加不是疏水性的或者变为亲水性的。位于阵列这一区域内的一部分亲水性液体随后可以在凸起元件之间向下流到基底上的通道区域。随后可以检测到在基底上的通道区域内局部存在液体。更多的活性分子可以被放置在通道区域内。通道区域内的活性分子和液体之间的反应也可以随后被检测到。多种不同的活性分子可以被放置到凸起元件上；并且多种不同的活性分子可以被放置在通道区域内。可以分析检测到的液体和特定活性分子之间的反应，并且可以提供测试结果。
图1显示了一种检测设备100。该检测设备100包括第一基底102和第二基底104。多个第一凸起元件106、108和110可以位于第一基底102上。多个第二凸起元件112、114和116可以位于第二基底104上。第一凸起元件106、108和110可以被位于第一基底102上的第一通道区域118和120相互隔开。第 二凸起元件112、114和116可以被位于第二基底104上的第二通道区域122和124相互隔开。第一凸起元件106、108和110分别具有第一侧表面126、128和130以及第一远端132、134和136。第二凸起元件112、114和116分别具有第二侧表面138、140和142以及第二远端144、146和148。图2取自图1中的线2-2，显示了第一远端132、134和136，其可以被包含在第一阵列的部分200内。图3取自图1中的线3-3，显示了第二远端144、146和148，其可以被包含在第二阵列的部分300内。可以理解，第一阵列部分200和第二阵列部分300中的任何一个都可以设置在另一个上；或者第一和第二阵列部分可以相互面对地水平设置；或者它们可以被定向为与水平位置呈任何其它的角度，只要它们通常是相互面对的。进一步理解，尽管在图1-3中所示的有代表性的第一远端132、134和136以及第二远端144、146和148被定位成相互间隔相同的平面距离，但这种相同的距离是不需要的。疏水性分子150可以位于第一侧表面126、128和130、第一远端132、134和136以及第一通道区域118和120上。疏水性分子152可以位于第二侧表面138、140和142、第二远端144、146和148以及第二通道区域122和124上。疏水性区域156可以由位于第一阵列部分200和第二阵列部分300之间的疏水性分子150和152产生。
活性分子可以位于第一凸起元件106、108和110上，包括位于第一远端132、134和136上。活性分子也可以位于第二凸起元件112、114和116上，包括位于第二远端144、146和148上。活性分子可以和特定的有机或无机化学药品、聚合物或生物物质发生反应。所述反应可以产生具有亲水性的成分(moiety)的反应产物(“亲水性的反应产物”)。位于第一凸起元件106、108和110上包括位于第一远端132、134和136上的活性分子将被称为主活性分子。位于第二凸起元件112、114和116上包括位于第二远端144、146和148上的活性分子将被称为副活性分子。
检测设备100可以包括一种系统，用于可控地将亲水性液体移动通过疏水性区域156内的第一阵列部分200和第二阵列部分300。亲水性液体可以被位于第一远端132、134和136以及第二远端144、146和148上的疏水性分子排斥。这种排斥性可以使亲水性液体通过第一远端132、134和136以及第二远端144、146和148的迁移最小化，直到围绕所述分子的环境的疏水性状态按照如下所描述的被减小。
在一种实施例中，第一凸起元件106、108和110以及第二凸起元件112、114和116可以为导体，并且可以在触点158、160、162、164、166和168与外部的电信号源通信。在该实施例中，凸起元件可以被绝缘体154和155所包围，仅留下远端132、134、136、144、146和148暴露到疏水性区域156中，并使第一侧表面126、128和130与第二侧表面138、140和142绝缘。
操作中，电信号可以经由触点158、160、162、164、166和168有选择地施加到第一远端132、134和136以及第二远端144、146和148。例如，将电信号应用到远端132可以减小亲水性液体与远端132的接触角。适度地减小接触角可以有效地促进亲水性液体朝向或远离远端132移动。同时将电信号应用到第二远端144可以加强该移动。因此，将所述电信号受控应用到远端可以用来驱动亲水性液体通过疏水性区域156内的第一阵列部分200和第二阵列部分300。然而，过强的电信号可能引起疏水性区域156局部转化为亲水性状态，导致亲水性液体过早地迁移超出第一远端，诸如第一远端132、134和136；并超出第二远端，诸如第二远端144、146和148。
在另一实施例中，第一阵列和第二阵列分别包括以定义的微分方式相互隔开的第一和第二远端，以便组成所述远端的密度梯度。图4取自与图1中的设备100具有相同结构的设备中的线2-2，显示了根据本实施例的第一阵列部分400。图5取自与图1中的设备100具有相同结构的设备中的线3-3，显示了根据本实施例的第二阵列部分500。例如参照图4，可以看出第一远端132、133、134和135紧密隔开设置在一起，第一远端136、137、139和141更远一些隔开设置，交且第一远端143、145、147和149甚至更远地隔开设置。由于第一远端为疏水性的，放置在位于紧密隔开设置的远端132、133、134和135上的第一阵列部分400上的亲水性液体将被这些远端排斥，并且通过最初朝向第一远端136、137、139和141移动、并随后朝向第一远端143、145、147和149移动而寻找疏水性弱的环境。因此，第一阵列部分400中的密度梯度可以被用于诱导液体在箭头405的方向上移动。参照图5，第二阵列部分500中的密度梯度可以同样被用于诱导液体在箭头502的方向上移动。第一阵列部分400和第二阵列部分500中的密度梯度可以相互对准，以便在箭头405和502方向上的梯度诱导液体通常在相同的方向移动通过疏水性区域156。
在另一实施例中，第一阵列和第二阵列分别包括具有相对降低的疏水性的 第一和第二远端区域，限定了通过各阵列的路径。图6取自与图1的设备100具有相同结构的设备中的线2-2，显示了根据该实施例的第一阵列部分600。图7取自与图1的设备100具有相同结构的设备中的线3-3，显示了根据该实施例的第二阵列部分700。例如参照图6，包含有代表性的第一远端134、136、602和604的虚线601内的多个第一远端比包含有代表性的第一远端132、606、608和610的虚线601外的多个第一远端具有相对较低的疏水性。放置在第一阵列部分600上的亲水性液体将趋于在具有相对较低的疏水性的第一远端上流动，包括有代表性的第一远端134、136、602和604，这是由于具有相对较高的疏水性的第一远端更加强烈地排斥亲水性液体。因此，在第一阵列部分600中指出的第一远端的相对较低的疏水性可以被用于诱导液体在箭头630方向的路径上流动。参照图7，在第二阵列部分700中，在虚线701内具有相对较低疏水性的第二远端可以同样被用于诱导液体在箭头702方向的路径上流动。在第一阵列部分600和第二阵列部分700中具有相对较低疏水性的远端可以相互对准，以便沿着箭头630和702方向的路径的较低疏水性诱导液体通常在相同的路径上流动通过疏水性区域156。横向施加到疏水性区域156内的压力可以随后被用于推动亲水性液体在箭头630和702方向的路径上流动。
在也被图6和图7所解释说明的另一实施例中，第一阵列部分600和第二阵列部分700可以分别包括具有相对短的侧表面、限定了通过相应阵列的路径的第一和第二远端区域。作为例子，第一和第二阵列部分内的凸起元件可以为纳米草叶片的形式。术语“纳米草”(nanograss)包括具有纳米级尺寸的叶片形凸起元件的阵列，分布在基底上，在放大情况下具有的外形类似于草坪。在所述的实施例中，相对短的纳米草叶片具有这样相对短的侧表面。参照图1，作为例子，凸起元件108的侧表面128可以分别比凸起元件106和110的侧表面126和130短。参照图1，作为例子，凸起元件114的侧表面140可以分别比凸起元件112和116的侧表面138和142短。图6取自与图1的设备100具有相同结构的设备中的线2-2，显示了根据本实施例的第一阵列部分600。图7取自与图1的设备100具有相同结构的设备中的线3-3，显示了根据本实施例的第二阵列部分700。例如，参照图6，包含有代表性的第一远端134、136、602和604的虚线601内的多个第一远端比包含有代表性的第一远端132、606、608和610的虚线601外的多个第一远端具有相对较短的侧边。图8取自图6所示的线8-8， 进一步解释说明了图6中的虚线601内的第一远端134和136，以及图6中的虚线601外的第一远端132、612、614和616。在图8中可以看出，第一远端136和134的侧边618和620比第一远端132、612、614和616的侧边622、624、626和628短。由于第一远端为疏水性的，放置到第一阵列部分600上的亲水性液体将趋于在具有相对短的侧边的第一远端上流动，其包括有代表性的第一远端134、136、602和604，这是因为较短的侧边在所述远端和第二阵列部分700之间留出了更多的空间。因此，在第一阵列部分600中所述第一远端的较短侧边可以被用于诱导液体在箭头630方向的路径上流动。参照图7，在第二阵列部分700中具有相对短的侧边的第二远端可以同样被用于诱导液体在箭头702方向的路径上流动。在第一阵列部分600和第二阵列部分700中，具有相对短侧边的凸起元件可以相互对准，以便液体被诱导成通常在沿着箭头630和702的路径上流动通过疏水性区域156。横向施加到疏水性区域156中的压力可以随后被用于推动亲水性液体在箭头630和702方向的路径上流动。在另一种实施例中，具有较低疏水性的第一和第二远端也可以被包括在内，如在前面的例子中所讨论的那样。
在另一种实施例中，可以选择第一和第二远端的纵横比。例如，改变远端的形状可以有效地改变第一和第二阵列的疏水性。疏水性成分的较小接触面积可以有效地作为一种疏水性低的环境，用于亲水性液体的相邻液滴。远端可以例如为带尖的、锯齿形的、平顶的、圆形的或碗形的。远端和凸起元件也可以具有各种外形，诸如正方形、三角形、圆形、椭圆形的或者多边形。在另一种实施例中，多个凸起元件可以被集成起来以形成线形或者蜂巢图案等形状的远端。作为例子，凸起元件可以被构型为支柱、板、线或者封闭单元。
在一种实施例中，可以限定多个第一远端或第二远端之间的间距。间距为基底上的凸起元件的相邻远端之间的平均距离。作为例子，第一远端之间的平均间距可以小于大约50微米。在另一种实施例中，第二远端之间的平均间距可以介于大约50纳米和大约50微米之间的范围内。作为另一个例子，第一远端之间的平均间距可以介于大约100纳米和大约10微米之间的范围内。在一种实施例中，亲水性液滴的小于大约25％的底表面可以和阵列的相邻远端接触。作为另一个例子，小于大约10％或小于大约3％的所述底表面可以处于这种接触中。
在一种实施例中，亲水性液体可以以单液滴的形式被放置在疏水性区域156内。例如，亲水性液体的多个单液滴可以以受控、隔开的方式被导入疏水性区域中。在一种实施例中，如前面所讨论的，第一凸起元件106、108和110以及第二凸起元件112、114和116包括导体，并且外部的电信号可以以受控的方式施加到这些凸起元件，以便将亲水性液体的单液滴哄出靠近疏水性区域放置的容器。在另一种实施例中，连续流动的亲水性液体可以被导入疏水性区域156。
图9取自与图1中的设备100具有相同结构的设备中的线2-2。图9显示了第一远端的第一阵列部分900的一种实施例。第一阵列部分900包括位于第一凸起元件上的多个不同的主活性分子，群集为用虚线903和905画出的A、B、C和D四组。在该实施例中，一组包括具有有代表性的远端902、904、906和908的凸起元件的第一凸起元件，具有位于凸起元件上的主活性分子A；另一组包括有代表性的第一远端910、912、914和916的第一凸起元件，具有位于那些凸起元件上的主活性分子B；再一组包括有代表性的第一远端918、920、922和924的第一凸起元件，具有位于那些凸起元件上的主活性分子C；并且另一组包括有代表性的第一远端926、928、930和932的第一远端，具有位于那些凸起元件上的主活性分子D。以参照图1和3所讨论的方式面对着第一阵列部分的第二阵列部分可以具有以同样的方式位于第二凸起元件上的多个不同的副活性分子。导入疏水性区域156的亲水性液体可以通过第一阵列部分900流动；并通过具有如图3所示并结合图1讨论的第二阵列部分300的形状的相应第二阵列部分流动。
亲水性液体的一种组分可以随后选择性地与一种、多于一种主活性分子A、B、C和D发生反应，或者不与任何主活性分子A、B、C和D发生反应，这取决于主活性分子以及亲水性液体组分的分子结构。例如，亲水性液体的一种组分可以选择性地和主活性分子B反应。在这种情况下，有代表性的第一远端910、912、914和916的疏水性可能会受到这种选择性反应的影响。例如，在有代表性的第一远端910、912、914和916附近的疏水性区域156的疏水性可以被减小。这种疏水性局部减小可能诱导亲水性液体润湿一个或多个第一远端910、912、914和916，并下降到一个通道区域，诸如设备100的有代表性的通道区域118。
在一种实施例中，可以检测到亲水性液体局部下降到设备100的有代表性 的通道区域118。例如，参照图1，检测器170可以被设置在第一基底102附近。检测器170例如可以检测光透射通过第一基底102的变化。作为例子，检测器170可以为光检测器。检测器170还能够确定所述被检测的光相对于第一阵列部分900内的某个位置的位置。以这种方式，可以检测到亲水性液体的组分与主活性分子B之间的特定反应。这种被检测的反应组成了可以随后进一步被分析的数据，以提供信息，例如检测结果。检测器172同样可以被设置在第二基底104附近。
在一种实施例中，多个不同的主活性分子可以位于放置在第一通道区域(具有与图1所示的有代表性的第一通道区域118和120相同的结构)内的微球上。图10取自与图1所示的设备100具有相同结构的设备中的线10-10，显示了放置在第一通道区域中的微球的第三阵列部分1000的一种实施例。第三阵列部分1000包括多个位于微球上的不同的主活性分子。在该实施例中，微球可以选择具有近似于第一通道区域的尺寸的直径，以便微球可以具有足够大的尺寸来充分地覆盖位于第一通道区域内的基底102部分。将要理解，也可以使用具有其它量级尺寸的球体或者非球形的微粒。在该实施例中，每一个微球1002、1004、1006、1008、1010、1012、1014、1016、1018、1020、1022、1024、1026、1028和1030都具有多个分别位于其上的主活性分子A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N和O。每一个主活性分子A-O可以在化学或生物结构上以及反应性上不同。
在操作中，被导入疏水性区域156的亲水性液体可以流动通过第一阵列部分900和相应的第二阵列部分300，例如，如图3所示并结合图1所讨论的那样。亲水性液体的组分可以随后选择性地和凸起元件上的一种、多于一种主活性分子A、B、C和D发生反应，或者不与任何主活性分子A、B、C和D发生反应，这取决于主活性分子和亲水性液体组分的分子结构。例如，有代表性的第一远端910、912、914和916的疏水性可以随后被所述的反应减小，以便第一远端910、912、914和916附近的疏水性区域156的疏水性也可以被减小。疏水性的局部减小可以诱导亲水性液体润湿一个或多个第一远端910、912、914和916，并下降到通道区域，诸如由四个具有远端911、913、914和915的凸起元件所限定的通道区域1011。通道区域1011可以例如含有其上具有多个活性分子E的微球1010。根据活性分子E和亲水性液体中的组分的结构，它们之间可 以发生或者不发生反应。
在一种实施例中，可以检测活性分子E和亲水性液体组分之间的反应。例如，先前讨论的检测器170可以设置成靠近具有与第一基底102相同结构的第一基底。除了检测光透射通过第一基底的变化之外，检测器170也可以区分不同类型的光。例如，检测器能够识别所述光的波长。此外，检测器能够区分各种类型的光，诸如透射光和荧光。检测器还能够例如检测放射性，诸如其可以被位于通道区域内的化学或生物分子中的放射性同位素发射出来。检测器170也能够确定所述被检测光或放射性相对于第一阵列部分900内的某个位置的位置。以这种方式，可以检测亲水性液体组分与活性分子E之间的特定反应。这种被检测的反应组成了可以随后进一步被分析的数据，以提供信息，诸如检测结果。
在另一种实施例中，检测器170能够检测亲水性液体组分与凸起元件上的主活性分子B之间的特定反应，以及亲水性液体组分与通道区域内的活性分子E之间的特定反应。这些被检测的反应都组成了可随后进一步被分析的数据。
使用的亲水性液体的组分取决于采用设备100要进行的特定分析。亲水性液体及其组分组成了将要被设备100分析的检测样品。例如，亲水性液体可以包括将要对它进行分析的生物或化学组分，诸如结构鉴定、性质测定、先前从一种状态或结构转化为另一种、恶化、污染、先前的反应，或者其它一些分析。例如，亲水性液体组分可以包括有生物活性的单体或聚合物，诸如氨基酸、聚核苷酸、蛋白质、碳水化合物、脂肪、核糖核酸(RNA)以及脱氧核糖核酸(DNA)。“DNA”和“RNA”在广义上指所有形式的核糖核酸和脱氧核糖核酸及其部分，例如包括信使RNA和互补DNA，没有限制。在一种实施例中，亲水性液体组分包括单健DNA或RNA大分子或其部分，其已专门被制备和分离，以便采用设备100完成特定的键合反应。进一步地，例如，亲水性液体组分可以包括其它的化学物质，诸如药学上的活性化合物、除草剂、杀虫剂、重金属、环境污染物、聚电解质，或者任何其它所关注的天然或人造的化学单体、低聚物或聚合物。例如，键合到凸起元件上的聚苯乙烯可以在存在甲苯时膨胀，并且可以随后允许甲苯远离疏水性区域156而移动。键合到凸起元件上的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)可以和重金属形成络合物。因此，重金属的存在可能导致PVP膨胀，将环境变为亲水性的状态，并允许含有重金属的液体远离疏水性区域156而朝向 通道区域118、120、122或124移动。这些相互作用中的一些可能取决于pH。大体上，待分析的液体可以为足够亲水性的，以最小化其过早地远离疏水性区域156移动超出凸起元件的第一和第二远端。此外，亲水性液体可以具有流体连贯性，其通常能够被诱导流动通过第一和第二阵列。
第一和副活性分子的组分可以基于待研究的亲水性液体的那些组分的结构和已知的或潜在的反应性而进行选择。例如，在将要鉴定单链DNA或RNA大分子或其部分的地方，互补的单链聚核苷酸可以被分离或者合成，并被用作主和副活性分子。最终的反应产物可以被设计成具有亲水性的成分。在一种实施例中，多个不同的单链聚核苷酸可以以受控并且限定的方式被放置到凸起元件上，其包括第一和第二远端，以便检测到的在所述主和副活性分子与亲水性液体组分之间发生反应的位置可以指示有关所述组分的结构信息。在另一种用于分析亲水性液体中的DNA或RNA的实施例中，适当的抗体可以以受控并且限定的方式被放置到包括远端的第一和第二凸起元件上。例如，荧光标记物及其猝灭剂可以随后被用于检测在抗体和目标DNA或RNA序列之间存在或不存在特定的键合反应。此外，例如，在将要鉴定蛋白质或一部分蛋白质的地方，适当的抗体可以被分离并作为主和/或副活性分子。在一种实施例中，多个不同的抗体可以以已知且限定的方式被放置到凸起元件的第一和第二远端上，以便检测到的在所述主和副活性分子与亲水性液体的组分之间发生反应的位置可以指示有关所述组分的结构信息。在一种实施例中，凸起元件上的主和副活性分子的组分可以被选择成提供有关亲水性液体组分的信息，其可以不同于并互补于由检测所述组分和通道区域内的主和副活性分子之间的反应而提供的信息。
在一种实施例中，第一基底102可以为膜。“膜”广义上指具有通过其中的孔的本体，以便一些物质可以选择性地通过该本体。选择性地通过本体的物质可以处于液态、固态或气态，或者任何组合。孔可以具有任何适合于允许物质选择性地通过基底102的尺寸范围或分布。在一种实施例中，到达第一基底102的通道区域的一部分亲水性液体可以通过第一基底102，并且被导入其它地方来进一步分析。
在另一种实施例中，位于第一侧表面126、128和130、第一远端132、134和136以及第一通道区域118和120上的疏水性分子150可以被选择成提供对抗亲水性液体迁移的排斥力。在另一实施例中，位于第二侧表面138、140和142、 第二远端144、146和148以及第二通道区域122和124上的疏水性分子152可以被选择成提供对抗亲水性液体迁移的排斥力。
在一种实施例中，设备100包括被第二基底104覆盖的第一基底102，以便重力朝着第一基底102而向下拉亲水性液体。在另一种实施例中，疏水性分子150的疏水性可以比疏水性分子152的疏水性强或弱。作为例子，疏水性分子150和152可以具有相同或不同的分子结构。在一种实施例中，疏水性分子150和152可以包括氟化合物。在另一种实施例中，疏水性分子150和152可以包括氟聚物。
在一种实施例中，第一基底102和第二基底104中的每一个都可以如图1-3所示基本上为平板的形式。在另一个实施例中，第一基底102和第二基底104可以具有其它相互配合的形式，诸如同心管，或者其它非平面的相互配合表面。
考虑进一步修改上面所讨论的实施例。例如，第二基底和第二凸起元件可以被省略。在另一种实施例中，除第一和第二阵列之外的阵列可以被相互设置成在其间限定一疏水性的区域。在另一种实施例中，可以提供多于一个的系统或多于一种类型的系统，用于可控地移动液体通过阵列，或者可以选择不同的系统，以便分别与第一和第二阵列一起使用。在另一个实施例中，除了球体之外，活性分子可以被键合到固体基底上，或者可以直接键合到设备100的通道区域。
图11显示了用于制造图1所示的设备100的方法1100。该方法开始于在步骤1105中形成第一基底102。在一种实施例中，第一基底可以为固体物质的本体，诸如陶瓷或聚合物。作为例子，第一基底102可以为电绝缘器。
在步骤1110中，多个第一凸起元件诸如凸起元件106、108和110可以在第一基底102上形成。凸起元件可以被设置成由通道区域例如通道区域118和120相互隔开，并且第一远端共同形成了第一阵列部分200。在一种实施例中，凸起元件可以采取如在Joanna Aizenberg等人于2004年11月30日提交的U.S.专利申请系列号为No.10/999,249、标题为“Reversibly Adaptive Rough Micro-andNano-Structures”中公开的那种形式，其全部内容作为参照并入本文。
在步骤1115中，系统可以被形成用于可控地移动液体通过第一阵列。在一种实施例中，该系统可以通过将远端诸如远端132、134和136制作为导体，并将远端放置成分别与导体158、160和162通讯连接而形成。在该实施例中，凸 起元件106、108和110可以受到绝缘体154的保护，其例如由二氧化硅形成。在另一实施例中，所述系统可以通过将第一阵列设置在凸起元件远端(诸如上面所讨论的如图4所示的远端132-149)的限定的密度梯度内而形成。在另一实施例中，所述系统可以通过将凸起元件远端的通道设置成具有相对减小的疏水性而形成，如同上面结合图6所讨论的那样。在另一种实施例中，所述系统可以通过将远端的通道设置成具有缩短的侧表面而被形成，如上结合图6和8所讨论的那样。在一种实施例中，步骤1110和1115可以同时进行。
在步骤1120中，疏水性分子150可以被放置到远端上，诸如远端132、134和136。在一种实施例中，疏水性分子也可以被放置到侧表面126、128和130上，并位于通道区域118和120内。例如，疏水性分子可以被包含在可随后被应用到设备100中的涂层组分中。
在步骤1125中，早先讨论的主活性分子可以被放置到包括远端132、134和136的凸起元件上。在一种实施例中，多个被选择的活性分子可以被放置到戳记上，诸如聚二甲亚砜(PDMS)戳记，其可以随后与远端132、134和136接触。在另一种实施例中，多个活性分子可以以公知的方式分布在井阵列中，并且每一个远端132、134和136可以随后被浸入井中，以施加活性分子。在另一实施例中，通过使用用于将外部的电信号施加到早先所讨论的第一阵列的系统，含有活性分子的液滴可以被设置在第一远端上，并且可以随后被允许与第一远端反应并键合到第一远端。
通过选择已知的键合成对系统，可以诱导主活性分子键合到第一凸起元件上。例如，通过将生物素成分键合到具有生物活性的物质并随后将抗生蛋白链菌素键合到该表面而使具有生物活性的物质连接到表面，或者反之亦然。当生物素和抗生蛋白链菌素被带到一起时，它们可逆地键合。在另一种实施例中，可以利用核苷酸的互补键合特征。可以利用抗体和蛋白质或核糖核酸之间的特定键合反应。可以利用任何经典的有机缩合反应，诸如羧酸与胺或醇之间的键合反应；胺与环氧化物之间的键合反应；以及溶胶凝胶与硅烷之间的键合反应。在一种实施例中，末端的反应物质以伸长的分子的形式可以被键合到凸起元件上，其中特定反应成分悬在其未被键合的一端。在另一种实施例中，主活性分子可以被键合到凸起元件上，作为自对准的单分子层(SAM)。
在步骤1130中，先前所讨论的主活性分子可以被放置在通道区域118和120 内。在一种实施例中，主活性分子可以被键合到球体上，每一个都具有适合于基本覆盖由通道区域118或120限定的一部分基底102的尺寸。所述球体可以随后以受控并且已知的方式放置在通道区域内，以便第一可以知道位于第三阵列部分的一给定位置处的给定球体上的主活性分子的特性，如图10所示。在一种实施例中，通过将电信号施加到远端132和/或134，有代表性的通道区域118可以单独呈现出临时为亲水性的，以便与特定的已知主活性分子键合的球体的亲水性溶液可以直接被导入疏水性区域156，导致球体119沉积到通道区域118中。可以诱导球体移动，例如，通过超声波降解法。球体121可以随后被放置在通道区域120内。同样地，与其它主活性分子键合的另外的球体可以被放置在其它通道区域中。
在步骤1135中，可以形成第二基底104。在步骤1140中，多个第二凸起元件144、146和148可以以第二阵列部分300的形式在第二基底104上形成。在步骤1145中，系统可以被形成，其用于可控制地移动液体通过第二阵列部分300。在步骤1150中，疏水性分子可以被放置到第二远端144、146和148上，也可以被放置到相应的侧表面138、140和142上，并且位于通道区域122和124内。在步骤1155中，副活性分子可以被放置到第二远端144、146和148上，并且也可以被放置到相应的侧表面138、140和142上，并且位于通道区域122和124内。在步骤1160中，键合到球体123和125上的副活性分子可以被放置在通道区域122和124内。这些步骤可以以与相应于步骤1105-1130所讨论的相同的方式执行。
在步骤1165中，第一阵列部分200和第二阵列部分300可以被设置成能够在其间限定疏水性液体。在一种实施例中，第一基底102和第二基底104可以基本上为平板的形式。在该实施例中，第二基底104可以以间隔开的方式被放置到第一基底102上，以便远端132、134和136相隔适当距离的面对着远端144、146和148。
考虑进一步修改上面所讨论的方法1100。在一种实施例中，可以省略步骤1135-1160。在另一种实施例中，可以重复步骤1135-1160以形成第三或者随后的基底。在另一种实施例中，步骤1105和1110可以在形成包括凸起元件的结构的整个过程中被执行。在另一实施例中，步骤的顺序可以变化。例如，在主活性分子被放置到包括第一远端的凸起元件上之前，主活性分子可以被放置到 第一通道区域内。此外，例如，疏水性分子和主活性分子可以同时被放置到凸起元件上。
图12显示了一种用于使用图1所示设备100的方法1200。该方法可以开始于步骤1205，提供如上所讨论并制造的一种设备100，作为例子，如结合图11所描述的那样。设备100包括第一凸起元件，具有位于第一基底上的第一远端，被第一通道区域相互隔开。疏水性分子可以被设置到包括第一远端的凸起元件上。主活性分子可以被设置到第一凸起元件上。主活性分子可以被设在第一通道区域内。具有第二远端的第二凸起元件被设置在第二基底上，被第二通道区域相互隔开。疏水性分子可以被设置到第二凸起元件上。副活性分子可以被设置到第二凸起元件上。副活性分子可以被设置在第二通道区域中。
在步骤1210中，确定在凸起元件上的主和副活性分子与亲水性液体之间是否已经发生反应。亲水性液体可以被导入上面结合图1-3所描述的设备100中。确定在凸起元件上的主和副活性分子与亲水性液体之间是否已经发生反应取决于分子和亲水性液体组分的结构和反应性。
在步骤1215中，确定在通道区域内的主和副活性分子与亲水性液体之间是否已经发生反应。这种确定同样取决于分子和亲水性液体组分的结构和反应性。有关所述结构和反应性之间的相互关系的考虑已经在先前进行了讨论。
在一种实施例中，在步骤1210和1215都被执行的情况下，凸起元件上的活性分子和通道区域内的活性分子可以被选择成有效地提供测试结果。例如，亲水性液体组分与凸起元件上的活性分子之间的反应可以作为预筛选性的测试，以便将通道区域内的活性分子暴露到与亲水性液体组分的潜在反应中的频率最小化。在一种实施例中，凸起元件上的活性分子可以特定地键合血红蛋白，并且通道区域中的活性分子可以特定地键合铁。以这种方式，可以仅局部在通道区域内检测血红蛋白中是否存在铁，其中血红蛋白可能存在于可能被诱导流动通过凸起元件远端的第一和第二阵列的亲水性液体中。

Claims (10)

1.一种设备，包括：
第一基底；
位于第一基底上的多个第一凸起元件，第一凸起元件被位于第一基底上的第一通道区域相互隔开，每个第一凸起元件具有第一侧表面和第一远端，所述第一远端形成第一阵列；
位于第一侧表面上和位于第一远端上的疏水性分子；以及
位于第一远端上的主活性分子，用于产生亲水性的反应产物，所述主活性分子能够与液体的化学或生物组分进行反应，以减小第一远端的疏水性。
2.根据权利要求1的设备，包括：
第二基底；
位于第二基底上的多个第二凸起元件，第二凸起元件被位于第二基底上的第二通道区域相互隔开，每个第二凸起元件具有第二侧表面和第二远端，第二远端形成第二阵列，第一和第二阵列被设置成相互隔开并且是相互面对的以能够在其间限制液体；
位于第二侧表面上和位于第二远端上的疏水性分子；以及
位于第二远端上的副活性分子，用于产生亲水性的反应产物，所述副活性分子能够与液体的化学或生物组分进行反应，以减小第一远端的疏水性。
3.根据权利要求1的设备，其中所述主活性分子包括：
多个第一主活性分子，位于第一阵列的第一部分内的第一凸起元件的第一远端上，以及
多个第二主活性分子，具有与第一主活性分子的结构不同的结构，位于第一阵列的第二部分内的第一凸起元件的第一远端上。
4.根据权利要求1的设备，其中，主活性分子位于第一通道区域内的球体上。
5.根据权利要求4的设备，其中所述位于球体上的主活性分子包括：
位于第一球体上的第一主活性分子，以及
位于第二球体上的第二主活性分子，具有与所述位于第一球体上的第一主活性分子的结构不同的结构。
6.根据权利要求5的设备，其中，球体形成了第三阵列，第一球体具有位于第三阵列内的第一位置，并且第二球体具有位于第三阵列内的第二位置。
7.一种方法，包括以下步骤：
提供一种设备，具有：
第一基底；
位于第一基底上的多个第一凸起元件，第一凸起元件被位于第一基底上的第一通道区域相互隔开，每个第一凸起元件具有第一侧表面和第一远端，第一远端形成第一阵列；
位于第一侧表面上和位于第一远端上的疏水性分子；以及
位于第一远端上的主活性分子，用于产生亲水性的反应产物，所述主活性分子能够与液体的化学或生物组分进行反应，以减小第一远端的疏水性。
8.根据权利要求7的方法，其中所述设备还包括：
第二基底；
位于第二基底上的多个第二凸起元件，第二凸起元件被位于第二基底上的第二通道区域相互隔开，每个第二凸起元件具有第二侧表面和第二远端，第二远端形成第二阵列，第一和第二阵列被设置成相互隔开并且是相互面对的以能够在其间限制液体；
位于第二侧表面上和位于第二远端上的疏水性分子；以及
位于第二远端上的副活性分子，用于产生亲水性的反应产物，所述副活性分子能够与液体的化学或生物组分进行反应，以减小第一远端的疏水性。
9.根据权利要求7的方法，其中所述主活性分子包括：
多个第一主活性分子，位于阵列的第一部分内的第一凸起元件的第一远端上；以及
多个第二主活性分子，所述第二主活性分子具有与第一主活性分子的结构不同的结构，并且位于第一阵列的第二部分内的第一凸起元件的第一远端上；以及
其中所述方法还包括：
确定在液体和所述第一凸起元件的第一远端上的多个第一主活性分子之间是否发生疏水性改变的反应；并且
确定在液体和第一凸起元件的第一远端上的多个第二主活性分子之间是否发生疏水性改变的反应。
10.根据权利要求9的方法，其中所述设备还包括：
位于第一通道区域内的球体上的主活性分子；
其中所述位于球体上的主活性分子包括：
位于第一球体上的第一主活性分子，以及
位于第二球体上的第二主活性分子，具有与所述位于第一球体上的第一主活性分子的结构不同的结构。
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