CN1416365A - 微阵列制造技术及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微阵列印刷系统和印刷探针微阵列1000的方法。该系统具有由一个或多个毛细管束(104)诸如光导向毛细管形成的印刷头(102，606，706，806)。束(104)可以特别是在基片表面提供大量探针1004的毛细管束(104)。还提供了使毛细管远端112和近端110对准或相关联的方法。进而，本发明提供了用于识别从微阵列1000表面失去一个或多个探针的有缺陷的微阵列1000的方法和设备。

Description

微阵列制造技术及设备

本发明要求以下美国临时申请的优先权益：2000年2月22日提交的No.60/183,737；2000年3月13日提交的No.60/188,872；2000年7月6日提交的No.60/216,265；2000年7月21日提交的No.60/220,085；2000年10月30日提交的No.60/244,413。在此将以上所有申请整体结合作为参考。

发明领域

本发明涉及用来形成用于检测靶生物材料或靶化学制品的存在的多探针微阵列的机制和方法。

发明背景

微阵列是基片上在预定的位置固定不动的生物或化学样品(“探针”)的点阵列。每一点包含单一生物或化学材料的数个分子。为了查询阵列，以含一种或多种生物或化学样品(“靶”)的流体注满微阵列，其成分一般与微阵列上一个或多个互补的探针反应。特别是在DNA微阵列中，探针是寡核苷酸或cDNA，而靶是荧光或放射性标记的DNA样品。靶中的分子链与探针微阵列中的互补链杂交。杂交的微阵列由微阵列阅读器检查，该阅读器检测放射性标志的存在或通过以激光或其它能源激励来刺激荧光标志发出光。阅读器检测微阵列中标志发光位置和强度。由于探针放置在微阵列中预定的即已知的位置，流体中靶序列的存在和量就由荧光或放射性被检测到的位置和荧光或放射性的强度识别。

微阵列技术对在大量的并行方式下进行生物或化学实验提供了极为有用的工具，因为大量的不同探针能够在微阵列中制成。在筛选，轮廓描述和识别DNA样品中这是特别有力的工具。

今天的微阵列是以在固体玻璃或尼龙基片上制造的二维探针矩阵形式出现的。因为靶样品一般很难生产或非常昂贵，非常希望能够在单个的微阵列上对尽可能多的特性进行试验。这要求大大增加单个基片上探针的密度与数量。一般来说，探针间距小于500μm(即密度大于每平方厘米400个探针)的微阵列被称为高密度微阵列，否则它们被称为“低密度”微阵列。

市场上有两种微阵列制造技术，即照相平版印刷与机器人打点技术。照相平板印刷技术[美国专利5445934，5744305]使用于电子集成电路相同的制造工艺适用于逐基地按自然位置合成探针。这种技术需要对设备支付高达数以亿计美元的大量资金。由于生产光掩膜的成本高，新的微阵列设计的初始装设耗费也是很大的。因而这种技术只是在标准微阵列大批量生产中才是可行的。即使是大批量，合成技术的复杂性也限制了生产量，其结果是使微阵列的成本变高。这种复杂性还将合成的DNA链的长度限制在短的寡核苷酸的水平(～25碱基)，这降低了某些应用中的杂交的特异性和灵敏度。

所形成的机器人打点技术[美国专利5807522]使用特别设计的机器人，通过把针头浸渍到含离线合成的DNA的流体中，然后将其打点到载物片上预定位置来生产微阵列上的探针点。在微阵列中对不同的探针打点之前，针需要清洗并干燥。在这种机器人系统的当前设计中，打点针和/或携带微阵列基片的平台要与在基片的被控制的位置沉积样品相一致地沿XYZ轴运动。因为微阵列包含极大量不同的探针，这种技术虽然有高度灵活性，但固有的问题是非常慢。即使通过在清洗之前采用多个针头和打点多个载物片来提高速度，生产量仍然很低。因而这种技术不适于微阵列的大批量生产。

除了形成的滚针打点技术，还有若干正在研发的微阵列制造技术。这些包括喷墨技术和毛细管打点技术。

正在研究的喷墨技术是在基片上限定的位置沉积cDNA/寡核苷酸，或单核苷酸以便通过原位合成生产寡核苷酸微阵列。因而，通过每次向选择的位置传送含单体的溶液，使单体反应，清洗基片以便除去过量的单体，并干燥基片以便使其对下一个单体反应物点作准备，从而在原位一个碱基中产生一寡核苷酸。

出现的打点技术使用毛细管而不是针把DNA探针打点到载体上。有四个文献讨论了用于阵列制造的基于毛细管打点技术：

●WO 98/29736，Genometrix Inc的“Multiplexed molecular analysisapparatus and method”。

●WO 00/01859，Orchid Biocomputer Inc的“Gene pen devices forarray printing”。

●WO 00/13796，Incyte Pharmaceuticals Inc.的“Capillary printingsystem”。

●WO 99/55461，Corning Inc.的“Redrawn capillary imagingreservoir”。

总之，由于生产的高成本，以现有的技术制造的微阵列作为专供实验室使用是过于昂贵了。

发明概述

本发明提供了一种毛细管束，用于在基片上传递探针微阵列，该毛细管束包括具有近端和远端的体，近端用于提供探针，远端用于向微阵列传递探针，多个分离的通道用于在端之间传送探针，每一个所述通道从近端向远端延伸并由通道壁包围；体的至少一个伸长部分位于远端与近端之间，并且是柔性的，使得远端可独立于近端移动；且其中至少在远端和近端，由正交于所述毛细管束纵长任何部分限定的所述毛细管束的截面包括一连续的结构。

本发明的另一变形包含一种毛细管束，该毛细管束包括具有近端和远端的一个体；多个分离的通道，每一通道从近端向远端延伸并由通道壁包围，至少一个通道具有单独的井，该通道从远端离开毛细管束；且至少在近端和远端，由正交于毛细管束纵长任何部分限定的毛细管束的截面包括一连续的结构。

毛细管束的另一变形包括具有近端和远端的体；多个分离的通道，每一通道从近端向远端延伸并由一通道壁包围，通道壁具有与通道连通的第一区域及第一区域的与通道相反侧上的至少一个第二区域，其中第一区域光学折射率高于第二区域的光学折射率，使得传送进入通道近端的光在通道的远端离开毛细管束；以及其中至少在近端和远端，正交于毛细管束纵长任何部分限定的毛细管束的截面通道包括一连续的结构。通道壁的第一区域可以用锗或铅掺杂。

本发明的另一变形可以包括位于远端和近端之间体的至少一个伸长的柔性部分，使得远端可以独立于近端运动。

在另一变形，毛细管束可包含具有位于远端的单独的井的多个通道的至少一个，其中该通道从远端离开。

本发明的毛细管束还可以包括遍及毛细管束整体的连续截面。

本发明的毛细管束可包含硅石或聚合物。

在另一变形中，本发明的毛细管束可在远端包含以导电材料涂敷的通道壁一部分。而且，在近端通道壁的至少一部分可以用导电材料涂敷。

本发明的毛细管束的另一变形可以包含通道壁的至少一部分是以疏水膜涂敷的。

本发明的毛细管束的另一变形包含多个通道，形成近端的第一配置及远端的第二配置，且第一配置与第二配置相同。配置的意思是一通道相对于束中其余通道开放的位置或定位。

在本发明的毛细管束中，第一配置中的每一通道的截面积可大于第二配置中的每一通道的截面积。

本发明的毛细管束有这样的密度，即它可以包含从1000到多于500,000个通道，这些通道在基片上不大于12cm²的面积中印刷非重叠点。

本发明还包含一印刷头，用于在基片上印刷探针微阵列，其中印刷头包括这里所述的本发明的至少一个毛细管束。另外，印刷头可以包括这里所述的本发明的多个毛细管束。本发明还可以包括这里所述的一种印刷头，其中每一毛细管束的近端与另一毛细管束的另一近端分开。当向束的近端提供探针材料时，这种配置可以改进效率和空间，同时束的远端可以在印刷头中组合在一起。本发明还包括一框架，该框架适于把每一毛细管束的每一远端保持在印刷头中。

本发明包括一种用于印刷探针微阵列的印刷系统，该印刷系统包括这里所述的印刷头，多个与毛细管束通道近端流体连通的储存器，与每一通道近端的导电材料以及远端的导电材料连接的电压电源，以及电压控制器，该电压控制器被配置为分别调节和控制向每一通道施加的电压。

本发明的印刷系统可以包括根据这里所述的本发明的印刷头，及多个在毛细管束远端与通道流体连通的储存器。印刷系统的一种变形可以包含多个储存器，这些储存器包括有井的微量滴定板。在本发明的另一变形中，远端的通道可以有增加的截面积，使得远端通道用作为储存器。

根据这里所述的本发明的印刷系统还可以包括一种柔性固定件，基片在印刷之前被放置在其上，该柔性固定件被配置为可移动，使得用于印刷探针阵列的毛细管束可以毛细管束的远端整体接触基片，不论印刷头和基片是否对准，以至在没有柔性固定件时印刷头可能不能以毛细管束的远端整体接触基片。该印刷系统的一种变形可以包括驻留在固定位置的储存器，且其中用于印刷探针阵列的毛细管束相对于储存器可移动。

本发明还包括制造适用于在基片上印刷探针微阵列的毛细管束的方法。

该方法可包括把多个毛细管预制品形成为连续和有序的具有基本上共面的第一和第二端的矩阵，其中每一毛细管具有体和由壁限定的通道，通道从第一端向第二端延伸，至少连接毛细管预制品的近端和远端以形成连续的结构，延伸该连续的结构以增加第一和第二端之间的距离，其中在第一和第二端之间的每一通道的截面积降低，同时保持与在第一和第二端每一通道的截面积成比例，分开第一和第二端之间毛细管束以形成至少一个毛细管束，其中第一和第二端每一个定义毛细管束的近端，且分开的每一端定义毛细管束的远端。

本发明方法的一种变形包括在至少一个毛细管束上形成至少一个井，其中通道在远端离开毛细管束。

本发明方法的另一变形包括，在延伸步骤期间在近端和远端之间形成毛细管束的柔性部分，使得远端可以独立于近端移动。

本发明方法的另一变形包括制成适用于在基片上印刷探针微阵列的毛细管束，这包括把多个毛细管预制品形成为具有基本上共面的第一和第二端的连续和有序的矩阵，其中每一毛细管具有一体及由壁限定的通道，通道从第一端向第二端延伸，其中壁的光学折射率高于毛细管体的其余部分的光学折射率；并连接毛细管的至少第一和第二端以形成连续的束。

本发明还包括这里所述的方法，进而包括延伸毛细管束以增加第一和第二端之间的距离，其中第一和第二端之间的每一通道的横截面积降低，同时保持与第一和第二端处的每一通道的横截面积的比例，且分开第一和第二端之间毛细管束以形成两个毛细管束，其中第一和第二端定义每一毛细管束的近端，而毛细管束分开的端形成每一毛细管束的远端。

本发明方法的的一种变形包括其中多个毛细管的至少一个毛细管包含硅石且其中至少在毛细管远端的通道壁已经以蚀刻率增加的化学制品掺杂，且其中该方法还包括蚀刻毛细管的远端，以便在毛细管远端的通道壁内形成井。

本发明的方法的一种变形还包括通过在毛细管的远端钻入通道壁而形成至少一个井的步骤。

本发明的方法可以包括一个固定步骤，该步骤包括加热多个毛细管以形成连续的结构。

本发明的方法还可以包括一形成步骤，该步骤包括选择多个毛细管，其中的壁以锗掺杂。

本发明的另一变形包括制成微阵列的一种方法，该方法包括使用这里所述的毛细管束、印刷头和/或印刷系统在基片上沉积探针。

本发明的另一变形包括印刷探针阵列的一种方法，该方法提供了一种印刷头，这种印刷头具有印刷表面，并具有多个从印刷表面离开的探针传送通道，至少一个通道在印刷表面具有井，提供了具有表面的一种基片，并把该基片放置在固定件中，使印刷头表面和基片接触，并在基片上印刷表面的井内沉积探针，以便限制探针在基片上的扩散。

本发明另一变形包括印刷探针阵列的一种方法，该方法提供了一种印刷头，该印刷头具有印刷表面并具有多个光传导和探针传送通道从印刷表面离开，提供了一种基片，该基片包括光敏、疏水表面，该表面在曝光之后变为疏水性的，并把基片放置在固定件中，通过通道传导光以便使基片表面离散的区域曝光，并使探针沉积在基片表面疏水阵列上。

这里所述的方法可以包括通过通道传导光，以便使基片表面上的离散区域曝光，在基片表面形成疏水阵列。

这里所述的方法可以包括在印刷表面提供有井的通道，并可进而包括使印刷表面与基片接触的步骤，其中基片表面向被传导的光曝光被限制在基片表面每一井内。

这里所述的方法可以包括配置印刷头和固定件的至少之一使之这样运动，即当不论印刷头和基片事先是否对准沉积探针以至印刷头表面可能不平行于基片表面时，能使得印刷头的印刷表面和基片表面是平行的。该方法可以包括配置该固定件为枢轴。另外，印刷头可由有充分弹性的材料形成，使得当印刷头接触基片时印刷头可弯曲。

本发明还包括增加探针的粘滞性，以便减少探针的重叠或减少探针在基片上沉积的时间。在另一变形中，本发明包括在干燥的环境中加热基片以加速探针中流体的蒸发。又另一变形包括把基片表面的温度降低到探针流体的冰点以下。

本发明的另一变形包括如这里所述的印刷探针阵列的方法，其中沉积步骤包括通过在基片和印刷头之间施加电压电沉积探针。

本发明的另一变形包括如这里所述的印刷探针阵列的方法，其中探针是从液珠、凝胶、和糊组成的组中选出的。

这样本发明提供了如以下充分说明的用于产生探针阵列的数个系统，组件，装置和方法。本公开的这节的概述提供了本发明某些显著特点的概括，但是这节不应被解释为把本发明的范围限制为只是这些特征及这节所讨论的实施例。而是除了由所附权利要求定义的之外，本发明涉及这节及以下各节所讨论的所有的组件，系统和方法。

本发明还包括一种微阵列，该微阵列包括以光敏材料层涂敷的基片，及排列在所述基片上一矩阵中的多个离散的探针。本发明的一种变形包括一种微阵列，其中光敏材料是疏水性的，并可以在曝光之后变为疏水性。本发明的微阵列探针可以位于疏水性基片的一部分上。

本发明的另一种变形包括一种微阵列，该微阵列由具有多个有井的通道的印刷头形成，该微阵列包括一个基片，在基片上通过每一通道按矩阵排列的多个离散探针，其中每一单个的探针覆盖的基片上的面积小于或等于通道各井的面积。

本发明的另一变形可以包括一种微阵列，该微阵列由具有多个有孔的通道的印刷头形成，该微阵列包括一个基片，在基片上按矩阵排列的多个离散探针，其中探针沉积在基片的载体上。

本发明的微阵列可以包括一载体，该载体包括液珠、凝胶、和糊。本发明还包括一种微阵列，其中矩阵在不大于12cm²的面积上包括至少1,000到500,000或更多的离散探针。

本发明的微阵列可以包括从生物或化学材料组成的组中选择的一种探针材料。该生物或化学材料可以从由以下材料组成的组中选择：脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)、合成寡核苷酸、抗体、蛋白质、肽、外源凝集素、修饰多糖、合成的复合大分子、功能化纳结构(nanostructure)、合成聚合体、经修饰的/封端的核苷酸/核苷、经修饰的/封端的氨基酸、荧光团、发色团、配体、螯合物、半抗原以及药物复合物。

附图的简要说明

图1是微阵列制造系统的一个实施例的示意图。

图2示出包含二十一个毛细管束固定部分的印刷头。

图3示出单元毛细管束的一例。

图4a-4c示出有序排列的毛细管的单元毛细管束的制造。

图5示出控制含探针溶液通过毛细管的流速率的两种方法，例如使用加压气体和使用电压。

图6a-6c示出通过机械轻叩探针的沉积。在这些示例中表示出印刷头的通道有井。

图7a-7c示出装有弹簧的基片支座的一例，该支座改进了基片与印刷头之间的对准。

图8示出通过静电印刷沉积探针的方法的一例。

图9示出由探针分子固定的液珠阵列。

图10示出使用散射光检查微阵列的设备和方法。

图11a-11c示出使用光在基片内的全内反射检查微阵列的设备和方法。

本发明的优选实施例及进一步的讨论

在以下的说明中，用DNA微阵列作为本发明的一个实施方案。这里所描述的技术也能够用来产生范围广泛的生物和化学材料的微阵列。例如，这里所使用的一种“探针”是能够特异结合到特定的样品或样品的一部分的一种分子或一种多分子结构的拷贝集合。这里所使用的“多种探针”是指一个以上的这种分子集合。探针可以通过共价或非共价接合固定在基片上。探针可以是多核苷酸、多肽、寡糖、多糖、抗体、细胞受体、配体、脂类、细胞或这些结构的组合，或可与靶样品或靶样品部分特异性结合的任一其它结构。所选择的探针集合与设备的用途相关。例如，如果设备使用多核苷酸作为探针，如果要进行序列分析，多核苷酸最好是完全的或接近完全的n个核苷酸的集合；这种集合的使用在美国专利5,700,637和6,054,270中有更为充分的说明，该文献在此全部并入作为参考。另一方面，如果要使用一种装置分析基因或基因组的突变或多态性，那么对于特定的一个或多个靶部分，探针优选代表一完整突变集合或所选择的突变集合(突变例如替换、缺失以及插入突变)的多核苷酸。作为进一步的例子，诸如对癌症相关的突变诊断中，已知与一种特定的癌症或多种癌症相关的一组基因中的特定突变“热点”，是其互补多核苷酸用作探针集合的区域。这些例子仅仅示出了为特定设备所选的不同定制的探针集合，并集中在多核苷酸，因为这些是现在最常用的探针类型；应当理解，其它类型的探针和其它多核苷酸集合对于业内专业工作者也是显然的。

本文所用的“多核苷酸”是指任何长度的核苷酸的聚合形式，这包括脱氧核糖核苷酸、核糖核苷酸和/或它们的类似物。本文所用的术语“多核苷酸”和“核苷酸”互换使用。多核苷酸可具有任何三维结构，并可实施已知的或未知的任何功能。术语“多核苷酸”包含双链或单链的以及三螺旋分子。除非另外专指或需要，否则本文所述的本发明的任何包含多核苷酸的实施方案均包含双链形式和已知或预测构成双链形状的两个互补单链形式中的每一种。相对较短的多核苷酸(少于约100个核苷酸)也称为寡核苷酸。

以下是多核苷酸的非限定性例子：基因或基因片段、外显子、内含子、mRNA、tRNA、rRNA、核酶、cDNA、重组多核苷酸、分支多核苷酸、质粒、载体、任何序列的分离DNA、任何序列的分离RNA、核酸探针以及引物。多核苷酸可包括修饰核苷酸例如甲基化核苷酸以及核苷酸类似物。嘌呤和嘧啶的类似物在本领域内是公知的，包括(但不限于)：吖丙啶基胞嘧啶、4-乙酰胞嘧啶、5-氟尿嘧啶、5-溴尿嘧啶、5-羧甲基氨甲基-2-硫尿嘧啶、5-羧甲基-氨甲基尿嘧啶、肌苷、N6-异戊烯腺嘌呤、1-甲基腺嘌呤、1-甲基假尿嘧啶、1-甲基鸟嘌呤、1-甲基肌苷、2，2-二甲基鸟嘌呤、2-甲基腺嘌呤、2-甲基鸟嘌呤、3-甲基胞嘧啶、5-甲基胞嘧啶、假尿嘧啶、5-戊炔尿嘧啶以及2，6-二氨基嘌呤。利用尿嘧啶来取代脱氧核糖核酸中的胸腺嘧啶，也被认为是嘧啶的类似物形式。

如果存在的话，在装配聚合物之前或之后进行核苷酸结构的修饰。可利用非核苷酸成分来中断核苷酸的序列。在聚合之后诸如通过与标记成分结合还可以进一步修饰多核苷酸。该定义中所包括的其它类型的修饰为，例如“帽结构”、将一个或多个天然存在的核苷酸用类似物替换、核苷酸间修饰例如具有不带电荷键(例如甲基膦酸酯、磷酸三酯、膦酰胺化物、氨基甲酸酯等)的那些修饰以及具有电荷键(例如硫代磷酸酯、二硫代磷酸酯等)的那些修饰、具有嵌入剂(例如吖啶、补骨脂素等)的那些修饰、含有螯合剂(例如金属、放射性金属、硼、氧化金属等)的那些修饰、含有烷基化物的那些修饰、具有修饰键(例如α-端基异构核酸等)的那些修饰，以及多核苷酸的未修饰形式。

另外，通常存在于糖中的任何羟基都可被膦酸酯基团、磷酸酯基团所取代，被标准的保护基团所保护，或者被激活从而又与其它核苷酸或固相支持体键合。5’和3’端OH基可以被磷酸化或用胺或1-20个碳原子的有机封端基团部分来取代。其它羟基也可被衍生成标准的保护基团。

多核苷酸还含有本领域内通常所公知的核糖或脱氧核糖的类似物形式，其包括(但不限于)2’-O-甲基、2’-O-烯丙基、2’-氟或2’-叠氮-核糖、碳环糖类似物、α-端基异构糖、差向异构糖诸如阿拉伯糖、木糖或来苏糖、吡喃糖、呋喃糖景天庚酮糖、无环类似物和无碱基核苷类似物(例如甲基核苷)。正如以上所指出的，一个或多个磷酸二酯键可被替代连接基团所取代。这些替代连接基团包括(但不限于)这样一些实施方案，在这些实施方案中，磷酸酯被P(O)S(“硫代”)、P(S)S(“二硫代”)、(O)NR₂(“酰胺化”)、P(O)R、P(O)OR’、CO或CH₂(“甲酰化”)所取代，其中每个R或R’独立地为H或任选地含有醚(-O-)键的取代或未取代烷基(1-20个碳)、芳基、链烯基、环烷基、环烯基或环氧基。并不是多核苷酸中的所有键都必需相同。糖、嘌呤和嘧啶的类似物形式的取代在设计最终产物时是有益处的，例如可替换像聚酰胺主链这样的主链结构。

术语“多肽”、“寡肽”、“肽”和“蛋白质”在本文中可以互换使用，是指任何长度的氨基酸聚合物。该聚合物可是线性的或者分支的，它可包括修饰氨基酸并可被非氨基酸中断。这些术语还包含已经天然或者间插修饰的氨基酸聚合物；例如，二硫键的形成、糖基化、类脂化、乙酰化、磷酸化或任何其它操作或修饰(诸如与标记成分结合)。该定义内还包括的是例如含有一个或多个氨基酸类似物(包括例如非天然的氨基酸等)的多肽，以及本领域内公知的其它修饰。多肽可以单链或缔合链存在。

本文所用的“配体”是与特异受体结合的分子。该受体可以是细胞受体或者是另一分子的一部分，例如酶别构改性剂的受体。配体的例子包括(但不限于)酶辅因子、底物和抑制剂、酶的别构改性剂、细胞膜受体的激动剂和拮抗剂、毒素和毒液、病毒表位、半抗原、激素、凝集素和药物(例如鸦片制剂和类固醇)。

本文所用的“细胞受体”是细胞分子，其通常既可以位于胞内也可以与细胞膜相连，并且对于给定的配体具有亲和性。这些细胞受体的例子包括(但不限于)激素受体、细胞转运蛋白、细胞因子受体和神经递质受体。

使用这里所公开的技术沉积在微阵列基片上的样品，可通过能够用毛细管传送的任何物理形式传送。这些形式包括但不限于流体、凝胶、糊、液珠、粉末及液体中的悬浮颗粒。

本发明的基片能够由多种材料制成。要求基片能够固定所使用的特定探针，或基片必须能够被修饰(例如通过涂覆)使得它能够用作此类固定。对于本发明的基片优选的材料包括硅石、玻璃、金属、塑料及聚合物。

为了固定多核苷酸和多肽，硅石即纯玻璃是优选材料，因为多核苷酸和多肽能够被共价固定于被处理的玻璃表面，且硅石发出最小的荧光噪声信号。硅石可以是在另一材料上的一层，或它可以是该设备的核心或基层材料基片，或者两者兼具。基片的另一例子包括用塑料或聚合物带作为基层片，涂以用于探针实施的硅石。在这一实施例中，可以添加另外一层金属材料，该层既可在带的与硅石层相反的那一面，也可夹在硅石层与聚合物或塑料之间。

基于本发明的微阵列制造系统的一例示于图1。系统100可包含一印刷头102，它包括特定的单元毛细管束104或由数个这种单元毛细管束组成的毛细管束组。虽然单元毛细管束表示为处于压力腔中，但本发明不限于此。束中的每个毛细管可以流体地连接到包含特定的DNA样品的储存器。探针通过单元毛细管束104传递到印刷头102，并且在单个的印刷动作中整个一组探针能够沉积到基片106上。本发明可包括检查系统108，在线或离线检查制造的微阵列的质量。

本发明的基本要素包括用于印刷头、流体传递、探针沉积和检查的方法和设备。以下将是这些技术要素的讨论。整个这一申请中，术语“毛细管通道”，“通道”，或“微通道”交换使用，并要表达的是沿单元毛细管束从远端到近端通行的微通道。术语“井”或“微井”将被交换使用，意思是指位于单元毛细管束远端大约在微通道要离开毛细管束的地方的微井。

1.印刷头

印刷头102收集来自各自储存器的探针流体，并在每一印刷动作将它们少量地沉积在微阵列基片上。印刷头102可以是固化的或是一连接件，其小平面制成要使之与微阵列基片106的表面轮廓相一致，以便于探针的沉积整齐化一。印刷头102可包含单个或多个单元毛细管束104。如图2所示，在多束缚印刷头102配置的变形中，每一束的形状是矩形或方形的，使毛细管束104易于组装，形成按矩形构成为矩阵的印刷头102。然而，本发明可包含任何其它外形。虽然，图2的变形示出印刷头102有3×7单元毛细管束104的配置，但本发明不限于此。单元毛细管束104的数目可按需要选择。矩形的印刷头102的配置有几个优点。例如，矩形印刷头102：1)最佳使用了标准显微镜载物片的表面积；2)可预先确定每一毛细管束104在系统中的位置和方向；3)可分辨出束中的每一个毛细管。本发明中使用的毛细管能够由硅石或其它适当的材料诸如玻璃、陶瓷聚合物或金属制成。

单元毛细管束

如图3所示，系统中的单元毛细管束104，特别在沿正交于其纵长的截面看时，是单一的连续结构。例如，单一连续结构可以这样制成，取离散的毛细管预制品，每一有通道贯穿该预制品延伸，例如通过加热工艺使该预制品结合到一起，这使得各预制品形成为连续的带有多个毛细管通道的结构。因而，束104不再包含只是系牢在一起的数个相邻的预制品。而是束104现在是一连续的单元结构。单元毛细管束104可具有可提供探针材料的近端110，及可接入到印刷头的远端112。毛细管束104至少在近端110和远端112应当是连续的。然而，毛细管束104也可以贯穿其整体是连续的。单元毛细管束104可以在贯穿其纵长是柔性的，但至少在接近远端112是柔性的。这种柔性允许固定放置分开的用于探针材料(未示出)的储存器，或固定放置作为储存器的近端110，同时在印刷头沉积探针材料时远端112可移动。单元毛细管束104最好包含大量的流体隔离的内部通道。然而，任何数目的流体隔离内部通道都被认为属于本发明的范围内。在本发明的一个变形中，每一通道可以成形为在近端110(输入端)有较大的开口的一漏斗，并在远端112(输出端)开口较小。于是通道开口在束的每一端以不同的空间间距形成一有序的矩阵。术语“有序的矩阵”意思是通道开口的位置/定位在束104的两端之间相互对应。例如，如果知道束104的第一端上的特定通道的位置，通过在束104的第二端定位对应的的位置，就能够确定束104的第二端对应的通道。

沿单元毛细管的纵长从近端110到远端112，所有尺寸在不同的截面可以均匀地降低。如图3所示，束104截面在近端110可以较大，而在接近远端112可以充分变小，而基本上是均匀的。每一通道在接近近端110的部分的大的内部容积可作为探针储存器，同时远端112可用来向微阵列基片沉积探针。在本发明的另一变形中，近端110的通道矩阵可具有与标准的微量滴定器板(未示出)相同的空间模式和间距，以便于探针材料从微量滴定器板向单元毛细管束104传送。在远端112通道矩阵决定了所制造的微阵列上探针阵列的间距和模式。

可以使用在许多专利中描述的挤压或拉制工艺从大的预制品制造出这种特定的毛细管束，这种专利包括美国专利No.5,265,327及No.4,010,019，其每一个在此整体结合以作为参考。范围广泛的材料可用来制造这种装置，包括但不限于玻璃，陶瓷及聚合物。

以下要说明一种制造方法，并在图4a-4c中示出。可以选择外截面尺寸等于单元毛细管束近端所需的间距的预制品402，404(例如玻璃管)。如图4a-4b所示，预制品402，404可以堆叠成为有序的矩阵406，408。矩阵可以成形为蜂房，棋盘形，或其它所希望的模式，这取决于预制品的外形及用来结合预制品的堆叠方法。然后有序的矩阵406，408可以结合在一起形成有序的单元矩阵结构。结合方法的例子包括使用热把预制品焊接在一起。如图4c所示，例如通过在纤维拉伸塔上压挤或拉伸，则单元矩阵410可以被伸长。这种工艺中，单元矩阵410的每一端412保持不变，同时中间部分变细而成为柔性的毛细管束，具有所需间距的矩阵式排列。然后单元矩阵在中间部分被分开，并从而可生产出两个特定的单元束，一端412是刚性及大管的2D阵列，有与微量滴定器板相容尺寸，同时另一端414是相同配置的细的毛细管2D阵列。束中每一毛细管的位置是高度有组织的，并能够根据它们在束中的位置顺序被记录。这种情形下，预延伸的单元结构的端412成为由此产生的单元毛细管束的近端，而被分开的端414成为由此产生的单元毛细管束的远端。

如下所讨论的，本发明的单元毛细管束可包括有助于在微阵列生产中附加的特性。第一个附加的特性在于，可以制造本发明的单元毛细管束沿其核或通道传输光，以及沿其通道或核区域传送探针样品。单元毛细管束传输光的能力对于在基片表面的导光激活修改或化学反应是非常有用的。本发明的单元毛细管束第二个特性在于，在通道离开束的单元毛细管束的远端束可包括一个井(也称为“微井”)。这些微井有助于限制沉积到基片上的探针样品保持在井内。探针样品这样保持在井内就防止了相邻探针之间的重叠点或串扰。

在本发明的一个变形中，由玻璃制成的管路预制品具有围绕中心腔的一个内部区域，该区域以诸如锗、铒等稀土元素掺杂。这种预制品将形成一核心区域，其光学折射率比周围覆盖层高。这种特别的预制品能够使用光纤工业中广泛使用的改进的化学汽相淀积(MCVD)工艺制造。另外，这种特别的预制品可以通过对通常的多模式光纤预制品的中心简单地钻孔而制造。使用这种特别的管路预制品用于单元束制造的附加优点在于，通过简单地向蚀刻流体，例如氟酸，浸渍印刷头即可在印刷头小平面上围绕每一微通道中心制造微井。

以下的例子是为了在远端生成阵列可如何构成单元毛细管束。假设原始的管路预制品有3mm×3mm方形的截面，20×20个这些原始预制品的阵列的截面计为6cm×6cm。例如通过焊接、加热等，把预制品堆叠阵列结合为单元结构之后，堆叠可被向下拉伸为远端1mm×1mm，长度超过1米。现在包含400个微通道的单元束在远端部分足够柔性，并在远端小平面有50μm通道间距。由这种束产生的探针间距为50μm。按通常的方法组合20×60这种单元毛细管束的一个阵列产生一个印刷头，包含几乎有五十万个微通道的一个有序矩阵。但是印刷头仍然足够小而可适配在标准的显微镜载物片中。与随机成束的毛细管不同，因为阵列是有序的，故不需要进行远端通道的识别，因为它们对应于近端通道。

单元毛细管束的这一几何特性，即相对长，柔性并沿其均匀的小截面的纵长有大的部分，对于微阵列的制造是非常有利的。首先，接近远端的柔性和尺寸的均匀性允许组装带有大数量包含极大量微通道的单元毛细管束的印刷头。其次，如上所述，在印刷期间束的近端的储存器部分可以保持固定，这有助于保持稳定的探针流向印刷头。最后，相对的长，小的内部通道降低了直接接触印刷期间生成的毛细管正压力的冲击，如下所述这可能对微阵列上探针的溢出和叠加有贡献。

2.流体传送

在阵列中流体传送子系统的功能包括：从单元毛细管束的储存器向印刷头通过各通道传送探针流体；及保证整个印刷头每一通道中不变和均匀的流速率。

流体的传递

本发明包括几种方法从储存器向通道并向印刷头驱动探针流体。在流体传送子系统中这些方法可以单独使用，或组合使用。

这些方法包括包括使用空气压力、重力和/或电场。

使用空气压力驱动探针包括建立并保持单元毛细管束的近端和远端之间不同的空气压力。这一压差转换为液体压力以驱动探针流体。

一旦毛细管充满探针流体，可使用重力驱动探针。能够通过调节流体储存器，例如微量滴定板，相对于印刷头的位置的垂直位置，保持并控制不变的流。

在探针材料能够携带电荷的情形下，可以使用电场。例如，因为DNA流体带负电荷，在储存器与印刷头之间施加的电压能够用来通过静电与电渗力(EOF)控制流体的流动。在以下文献中有关于使用电场驱动探针材料的说明“Capillary Electrophoresis，Theory and Practice”，by Camilleri，CRC Press，ISBN 084939127X。

流速率的控制

控制流速率使得流速率在每一个通道为恒定及印刷头断面均匀，这可增加基片上从阵列到阵列探针点尺寸不变及每一微阵列断面的均匀性的概率。

保持流体在一个毛细管通道流动为恒定速率是相对容易的。所有上述流体的驱动方法都可用来控制流速率。然而空气压力和重力对于流速率的控制是相对不精密的机制。当空气压力或高差消失时，因为在毛细管通道中建立的返压，流动并不立即停止。相比之下，对于控制探针流电场提供了精确性和响应性高得多的机制。

在印刷头的每一毛细管通道中保证流速率的均匀性是很困难的。除了驱动力之外，毛细管通道中的流速率还与很多因素有关。这些因素包括腔体的尺寸，毛细管表面特性，及流体的粘滞性。毛细管中的阻塞和残存气泡也可能阻碍探针流的均匀性，结果是在制造的微阵列上可能遗漏一些探针。这样，希望尽可能减少阻碍均匀探针流的因素。

本发明的另一方面提供了保证流速率均匀性的一些措施。本发明的一个变形包括通过以下措施提高流速率的均匀性：选择基于硅石的毛细管，改变探针流体的粘滞性，防止毛细管通道阻塞，防止在通道内气泡的形成和截留，并使用独立的电场控制流速率。

本发明保证均匀流速率的第一变形是使用基于硅石的毛细管。硅石毛细管的特性是适合于微阵列的制造。硅石毛细管的内径和外径两者在同一拉制中的变化能够小于2％，并在不同的拉制之间小于5％。因而，希望只使用由同一拉制制成的毛细管，以保证单元毛细管束中毛细管通道之间尺寸的均匀性。而且，在拉制工艺之后硅石毛细管表面平滑，因为毛细管的拉制是在硅石的熔点进行的。此外，毛细管中硅石表面自然带负电荷，这使得它“疏”于DNA样品，其结果是样品与毛细管之间有最小的摩擦。毛细管通道中硅石表面的自然电荷保证了样品流体向印刷头的平滑传送。此外，通道壁还能够涂敷其它疏水性膜，诸如碳氟聚合物，以进一步提高毛细管的耐久性和均匀性。

本发明的另一变形包括通过改变探针流体的粘滞性保证流的均匀性。例如，通过向探针流体添加适量的惰性缓冲材料，诸如糖类，可以调节探针流体的粘滞性。

本发明增加流的均匀性的另一变形是防止毛细管通道的阻塞，并防止探针流体内气泡的形成。例如，能够在清洁的室内环境中净化并处理所有的探针流体，以防止毛细管阻塞。通过以超声波和真空抽吸预处理流体能够消除内部气泡。

还使用独立的电场实现在每一毛细管中控制流速率。使用上述前三个措施，在诸如空气压力或重力均匀的驱动力下，印刷头断面流速率的变化能够以很高的概率保持在小范围内(例如20％)。这些方法对于生产大多数微阵列是足够的。在需要更精确的流控制的情形下，可以使用电场方法控制每一独立毛细管通道中的流速率。图5示出流控制子系统的一个实施例，其中重力和/或空气压力用作为主要流体驱动力，而电场502，504用作为流控制的附加的细致的调节机制。如图所示，可以向单元毛细管束506不同的储存器或通道施加不同的电压。例如，通过使用电极框架508悬挂电极510直接进入单元毛细管束的通道，可以保持电极与每一通道接触。而且，印刷头512的端小平面及每一毛细管近端的末端可以涂敷导电材料，例如金属。在印刷头512处所有的毛细管可以保持公共接地。可以向近端514不同的毛细管末端施加不同的电压。由此产生的电场可细调毛细管中的流速率。因为电场只用作为细调装置，而不是驱使流体的主要手段，故相对小的电压即足够。此外，可以基于来自检查装置的反馈，或通过监视探针材料沉积小滴的尺寸，例如使用光学或扫描显微镜，来调节电压。

3.探针沉积

如上所述，探针沉积子系统保证了探针流体从均匀的体积沉积在基片上，且在微阵列上不会有遗漏和重叠点。本发明还包括机械轻叩和静电印刷作为沉积机制。

机械轻叩

如图6所示，通过在基片604上机械轻叩印刷头606探针602能够沉积到微阵列基片604上。如图6a所示，毛细管通道698中探针溶液602恒定流在每一毛细管通道608的小平面612处产生探针流体的微型球610。当印刷头606在基片604上被轻叩时，如图6b所示由于表面张力液滴610粘到基片604上。这一表面张力克服了流体602中的粘合力。这样，如图6c所示当印刷头缩回时，液滴610从流柱在其最薄弱点即毛细管通道608的离开点脱离。探针点614沉积到基片上。

这里所公开的本发明避免了通常与微阵列相关的两个问题，即在微阵列中遗漏和重叠探针点的问题。本发明提供了能够单独或组合使用的一些措施，防止了在制造的微阵列上遗漏点。

1)在一个变形中，在轻叩动作期间，印刷头的小平面的表面应当基本上以横向整个表面与基片接触。当显微镜载物片用作为微阵列基片时，印刷头小平面的表面应当被抛光到很高的平整度。

2)在另一变形中，接触部分之一，即印刷头或基片，能够被刚性支撑，同时其余部分固定在柔软的或弹簧承载的平台上。如果这两个表面稍微不平行，柔软支架上的一个将服从刚性安装的那个，以保证良好的接触。例如，如图7a-7c所示，包含基片702的平台700可由弹簧704承载到固定基础708。或者例如，平台700可安装到关节或万向支架上，或平台可以是聚合物或海绵状块，基片放置在其上。因而，在印刷头706接近基片时，固定件700柔韧的性质将校正固定件700与印刷头706之间任何不对准的情形。虽然未示出，但印刷头可以放置在柔韧的固定件上，或印刷头可以包含一柔韧材料，这可解决印刷头与基片之间任何不对准的问题。而且，如果印刷头和基片的配置使得印刷头从来不与基片接触，则例如可以使印刷头的框架与基片的支架之间接触，以保证在探针沉积期间印刷头和基片彼此平行。

3)在本发明的另一变形中，基片表面能够被处理而变为带正电荷，同时使印刷头小平面带负电荷且是疏水的。

由于过量的探针流体沉积在基片上，加之缺乏限制流体沉积在基片上一定的范围内的手段，就可能引起重叠的点(也称为探针“串扰”或“串通”)。虽然上述的流速率控制有助于防止流体溢流，但当使印刷头很接近基片且在两个表面之间建立了流体链路时，在印刷头小平面与基片之间可能生成毛细力。这些毛细力可能从通道拉出额外的流体。这里所述的本发明还提供了以下可单独或组合使用的诸方面，以防止制造的微阵列上的重叠斑点。

1)形成印刷头与基片表面两者的疏水性。

2)使用图6a-6c所示的井或微井。微井616或井616可以在每一毛细管通道608的末端制成。这种微井能够调节放置在基片604上流体602的量。例如或者逐一使用钻石尖端精密钻或者平行地使用光刻方法能够产生微井。如果毛细管有以锗掺杂的中心区域(如上所述原来为光传输而设计的)，可以平行地通过在蚀刻流体，诸如氟酸溶液HF中，浸渍印刷头制成这些微井，因为非常少的Ge掺杂能够明显地加速在Ge邻域中硅石的蚀刻速率。微井616有助于控制在基片604上沉积的探针材料602的尺寸。微井616可以提供对探针材料602的物理阻碍，而只是允许探针材料602在井616内沉积。将探针材料602保持在每一各微井616内防止了相邻探针材料的串扰。微井616的形状或截面不限于图示，而可按需要选择。

3)通过增加溶液中样品的浓度，或添加足够量的惰性缓冲材料，而增加被沉积的探针材料的粘滞性。以液珠、凝胶、和糊的形式印刷探针能够消除重叠的问题。

4)减少印刷头与基片处于流体接触的时间。

5)使用内径较小的毛细管，这将减少在接触印刷期间印刷头与基片之间的流体层中产生毛细管拉力的影响。

6)在干燥的环境中在热基片上沉积探针，这将加速探针中流体的蒸发并减少溢流。

7)在表面温度低于探针流体冰点之下的基片上沉积探针。静电印刷

如图8所示，诸如金属这样的导电层802能够涂敷在印刷头806的小平面804上，微阵列基片808放置在导体810或涂敷导体的支撑物812上。另外也可以使用有导电层的特别微阵列基片808。当电压(V)施加在印刷头806和基片808或其支撑物812之间其正电极在基片端时，在毛细管通道816内的探针材料814，例如DNA样品，因为它们的负电荷将被吸到基片812。如果当印刷头小平面804靠近基片时施加足够高的电压短脉冲，则各种探针流体点818被从毛细管通道816拉下，并被推进到基片808。这种方法的一个优点在于，印刷头806不必接触基片表面808，这样就消除了与在制造的微阵列上遗漏或重叠点相关的许多潜在的问题。此外，印刷头可以固定，这样消除了在毛细管通道端对微井的需要。

印刷液珠、凝胶、和糊

本发明避免探针串扰的另一变形，是通过在取微型球(液珠)、凝胶或糊物理形式的载体上印刷探针。特别地，使用液珠作为载体有附加的优点。例如，许多合成的生物分子，诸如寡核苷酸，是在液珠上产生的。这样，印刷液珠就不再需要从液珠分解分子。而且，在反射回光之前液珠在液珠内及相邻的液珠之中几次反射入射光。这增加了荧光激发的效率，这样改进了微阵列读出期间的信噪比。

本发明的另一变形包括在基片上特定位置沉积的凝胶或糊滴的阵列。每一滴可以携带特定的探针材料。本发明还可以包括使用特别的液珠阵列，其中液珠不共价地直接结合到基片上。而是如图9所示，通过分子链的一端处的功能群，探针分子902共价结合到液珠904上。在沉积到基片900上时，通过在分子链的另一端适当的功能群，探针分子902共价地结合到基片900。

4.阵列检查

在本发明的另一方面，可以使用阵列检查子系统监视制造的微阵列的质量。这种检查能够离线进行或在线且实时进行。有遗漏和重叠点的阵列被自动检测、记录并最后作为有缺陷产品被废弃。该装置还可以用来实时监视点的尺寸，并把信息反馈给流体传送子系统，以控制毛细管通道中的流速率。如果微阵列或印刷头上的点尺寸一致地太大或太小，则可对系统进行配置以据此调节印刷速率，例如通过调节施加到各毛细管通道的电压以补偿对点尺寸所需的变化。

本发明对于检查子系统提供了两种不同的光学设计。

图10中示出第一种设计，该设计基于检测由微阵列上的点散射的光。对制造的微阵列1000以大角度α投射的光进行照射。数字照相机1002从上面观察微阵列1000。由于它们的小流体量，沉积在基片1006上的探针1004将几乎瞬间干燥，并在探针溶液中沉积高盐含量。干燥的探针1004中的盐以足够量出现，散射照射在其上的光1008。在基片1006上没有探针点1004的区域，没有散射光1008的盐，因而光1008以同样的大角度被反射到侧面。因为没有光1008向照相机1002反射，照相机1002在这些区域中记录的是黑暗背景。在有探针沉积1004的区域，盐向照相机1002散射光1008，且照相机1002在有探针1004沉积的区域记录下明亮的点。

图11a-11c所示的另一设计基于全内反射的原理，并适于检查不能很好适合于由前面讨论的方法检查的微阵列。在这一变形中，校准光束1100投射到其上沉积了探针阵列的载物片1104的底表面1102。到底面1102的光1100的入射角稍大于基片到空气界面的全内部反射的临界角度。图11b-11c示出有光束1100投射到载物片1104的底面1102的基片1104的放大图示。数字成象照相机1108用来观察在基片表面之上被照明的区域。如图11b所示，在没有探针的基片1104的区域中，出现全内部反射，且瞄准这一位置的照相机象素能检测到的光很少。然而如图11c所示，在有探针1106的区域中，探针1106的存在打破了基片-空气界面全内部反射的状态。部分光束将折射到基片表面之上的空间中，并由成象器俘获。这一方法能够显著增加大部分透明物体的对比度。

在两种设计中，在沿微阵列承载台不同的位置需要多个照相机以覆盖整个微阵列。

5.光导向毛细管的其它潜在的好处

如上所述，本发明的一个方面是每一毛细管通道起到能够传输光的光波的作用。这种特性对微阵列制造有重要用途。例如，阵列基片可以涂敷光敏材料层，例如没有曝光时是疏水的而在曝光后成为亲水的材料。这种材料的例子O-羧甲基化萼间苯二酚(resorcinaren)，或其它包含光致变色的偶氮苯化合物。本发明的毛细管通道允许印刷头正在向基片沉积探针阵列的瞬间进行光脉冲的传输。在光敏材料用来使基片亲水的情形下，曝光引起在每一毛细管末端紧靠微流体井下的一区域变为亲水性，同时留下基片表面其余部分为疏水性。这样，在杂交阶段不仅限制在井限定的区域的探针，而且靶样品流体也将集中在探针区域。在使用微井的情形下，光能够被限制在进一步限定探针靶区域的井内的区域。这种特性改进了杂交效率并减少了所需的靶流体量。本发明的另一方面是对于特定的光波长度选择基片涂敷材料，使得当探针处于液相时立即发生基片探针横向连接。另一特性是要在探针样品中结合光子可分解的衔接物并改变一定的探针的分子结构，或防止碎片出现时的牵连。通过在一定条件下照射探针阵列还能够激活探针内一定化学反应。

6.所公开的本发明的附加应用

微滴定板是最广泛用于化学或生物样品的储存、运输和处理，或用作为反应器皿以并行进行多种化学或生物反应的装置。除了上述微阵列制造的应用，所公开的本发明能够适用于在实验室测试系统中从一个或多个微滴定板向其它位置输送生物和化学样品。特别地，它理想地适合于在标准的微滴定板向其它多个井或多个化学装置之间，或有相同或不同规格的标准的微滴定板(例如从96-井的板向364-井板或反过来)之间转移样品。

Claims (63)

1.一种毛细管束，包括：

具有近端和远端的体；

多个分离的通道，每一个所述通道从所述近端向所述远端延伸并由通道壁包围；

位于所述远端与所述近端之间的所述体的至少一部分是柔性的，使得所述远端可独立于所述近端移动；且

其中至少在所述远端和所述近端，由正交于所述毛细管束纵长任何部分限定的所述毛细管束的截面包括一连续的结构。

2.一种毛细管束，包括

具有近端和远端的一个体；

多个分离的通道，每一所述通道从所述近端向所述远端延伸并由通道壁包围，至少一个所述通道具有单独的井，在此所述通道从远端离开所述毛细管束；且

其中至少在所述近端和所述远端，由正交于所述毛细管束纵长任何部分限定的所述毛细管束的截面包括一连续的结构。

3.一种用于在基片上传递探针微阵列的毛细管束，所述毛细管束包括：

具有近端和远端的体；

多个分离的通道，每一所述通道从所述近端向所述远端延伸并由一通道壁包围，该通道壁具有与所述通道连通的第一区域及在所述第一区域与所述通道相反侧上的至少一个第二区域，其中所述第一区域光学折射率高于所述第二区域的光学折射率，使得传送进入所述通道近端的光在所述通道的所述远端离开毛细管束；及

其中至少在所述近端和所述远端，由正交于所述毛细管束纵长任何部分限定的所述毛细管束的截面包括一连续的结构。

4.如权利要求2-3任何一个所述的单元毛细管束，其中位于所述远端和所述近端之间的所述体的至少一部分是柔性的，使得所述远端可以独立于所述近端运动。

5.如权利要求3-4任何一个所述的毛细管束，其中所述多个通道的至少一个包括一个单独的位于所述远端的井，在此所述通道从所述远端离开。

6.权利要求3的毛细管束，其中所述通道壁的所述第一区域以锗或铅掺杂。

7.如权利要求1-6任何一个所述的毛细管束，其中所述毛细管束包括遍及所述毛细管束整体的连续截面。

8.如权利要求1-7任何一个所述的毛细管束，其中所述毛细管束包含硅石。

9.如权利要求1-7任何一个所述的毛细管束，其中所述毛细管束包含聚合物。

10.如权利要求1-9任何一个所述的毛细管束，其中所述通道壁在远端的至少部分以导电材料涂敷。

11.如权利要求1-10任何一个所述的毛细管束，其中所述通道壁在近端的至少一部分以导电材料涂敷。

12.如权利要求1-11任何一个所述的毛细管束，其中所述通道壁的至少一部分是以疏水膜涂敷的。

13.如权利要求1-12任何一个所述的毛细管束，其中所述多个通道形成所述近端的第一配置及所述远端的第二配置，且其中所述第一配置与所述第二配置相同。

14.如权利要求1-13任何一个所述的毛细管束，其中所述第一配置中的每一所述通道的截面积大于所述第二配置中的每一所述通道的截面积。

15.如权利要求1-14任何一个所述的毛细管束，其中所述毛细管束的所述远端包含至少1000通道，这些通道在基片上不大于12cm²的面积中印刷非重叠点。

16.如权利要求15所述的毛细管束，其中所述毛细管束的所述远端包含至少10,000通道，这些通道在基片上不大于12cm²的面积中印刷非重叠点。

17.如权利要求16所述的毛细管束，其中所述毛细管束的所述远端包含至少100,000通道，这些通道在基片上不大于12cm²的面积中印刷非重叠点。

18.如权利要求17所述的毛细管束，其中所述毛细管束的所述远端包含至少500,000通道，这些通道在基片上不大于12cm²的面积中印刷非重叠点。

19.一种用于在基片上印刷探针微阵列印刷头，其中所述印刷头至少包括一个如权利要求1-18任何一个所述的毛细管束。

20.权利要求19的印刷头，其中所述印刷头包括多个权利要求1-18任何一个所述的毛细管束。

21.如权利要求19-20任何一个所述的印刷头，其中每一毛细管束的所述近端与另一毛细管束的另一近端分开。

22.如权利要求19-21任何一个所述的印刷头，还包括一框架，该框架适于保持每一毛细管束的每一所述远端。

23.一种用于印刷探针微阵列的印刷系统，该印刷系统包括如权利要求19-22任何一个所述的印刷头，多个与所述毛细管束所述通道的所述近端流体连通的储存器，与所述每一通道的所述近端的所述导电材料以及所述远端的所述导电材料连接的电压电源，以及电压控制器，被配置为分别调节并控制向每一所述通道施加的电压。

24.一种用于印刷探针微阵列的印刷系统，其中所述系统包括根据权利要求19-22任何一个的印刷头，及多个在所述毛细管束的所述远端与所述通道流体连通的储存器。

25.根据权利要求23-24任何一个的印刷系统，其中所述多个储存器包括有井的微量滴定板。

26.根据权利要求23-24任何一个的印刷系统，其中在所述远端的所述通道有增加的截面积，使得所述远端通道用作为储存器。

27.根据权利要求23-26任何一个的印刷系统，还包括一种柔性固定件，基片在印刷之前被放置在其上，所述柔性固定件被配置为可移动，使得用于印刷探针阵列的所述毛细管束可以所述毛细管束的所述远端整体接触所述基片，不论所述印刷头和所述基片是否对准，以至在没有所述柔性固定件时所述印刷头不可能以所述毛细管束的所述远端整体接触所述基片。

28.根据权利要求23-27任何一个的印刷系统，其中所述储存器驻留在固定位置，且其中用于印刷探针阵列的所述毛细管束相对于所述储存器可移动。

29.一种用于制造适于在基片上印刷探针微阵列的毛细管束的方法，所述方法包括：

把多个毛细管预制品形成为连续和有序的矩阵，该矩阵具有基本上共面的第一和第二端，其中每一所述毛细管具有体和由壁限定的通道，所述通道从所述第一端向所述第二端延伸，

连接所述毛细管预制品的至少所述近端和远端以形成连续的结构，

延伸所述连续的结构以增加所述第一和第二端之间的距离，其中在所述第一和第二端之间的所述每一通道的截面积降低，同时保持在所述第一和第二端保持对每一所述通道的截面积的比例，

分开所述第一和第二端之间的所述毛细管束以形成至少一个毛细管束，其中所述第一和第二端每一个定义所述毛细管束的近端，且所述分开的端每一个定义所述毛细管束的远端，及

在所述至少一个毛细管束上形成至少一个井，在此所述通道在所述远端离开所述毛细管束。

30.一种用于制造适于在基片上印刷探针微阵列的毛细管束的方法，所述方法包括：

把多个毛细管预制品形成为连续和有序的矩阵，该矩阵具有基本上共面的第一和第二端，其中每一所述毛细管具有体和由壁限定的通道，所述通道从所述第一端向所述第二端延伸，

连接所述毛细管预制品的至少所述近端和远端以形成连续的结构，

延伸所述连续的结构以增加所述第一和第二端之间的距离，其中在所述第一和第二端之间的所述每一通道的截面积降低，同时在所述第一和第二端保持对每一所述通道的截面积的比例，

分开所述第一和第二端之间的所述毛细管束以形成至少一个毛细管束，其中所述第一和第二端每一个定义所述毛细管束的近端，且所述分开的端每一个定义所述毛细管束的远端，及

其中在延伸步骤期间，在所述近端和远端之间的所述毛细管束的至少一部分形成为柔性的，使得所述远端可以独立于所述近端移动。

31.一种用于制造适用于在基片上印刷探针微阵列的毛细管束的方法，所述方法包括：

把多个毛细管预制品形成为一连续和有序的矩阵，该矩阵具有基本上共面的第一和第二端，其中每一所述毛细管具有一体及由壁限定的通道，所述通道从所述第一端向所述第二端延伸，其中所述壁的光学折射率高于所述毛细管体的其余部分的光学折射率；且

连接所述毛细管的至少所述第一和第二端以形成连续的束。

32.根据权利要求31的方法，还包括以下步骤：

延伸所述毛细管束以增加所述第一和第二端之间的距离，其中所述第一和第二端之间的每一所述通道的横截面积降低，同时保持对所述第一和第二端处的每一所述通道的横截面积的比例，且

分开所述第一和第二端之间的所述毛细管束以形成两个毛细管束，其中所述第一和第二端定义每一所述毛细管束的近端，而毛细管束所述分开的端形成每一所述毛细管束的远端。

33.根据权利要求32的方法，其中所述多个毛细管的至少一个毛细管包含硅石，且其中至少在毛细管的所述远端的所述通道的所述壁已经以蚀刻率增加的化学制品掺杂，且其中所述方法还包括蚀刻毛细管的所述远端，以便在毛细管的所述远端的所述通道壁内形成井。

34.根据权利要求29或32任何一个的方法，还包括通过在所述毛细管的所述远端钻入所述通道而形成至少一个井的步骤。

35.根据权利要求29-34任何一个的方法，其中所述固定步骤包括加热所述多个毛细管以形成连续的结构。

36.根据权利要求29-35任何一个的方法，其中所述形成步骤包括选择所述多个毛细管，其中所述壁以锗掺杂。

37.一种用于制造微阵列的方法，包括使用权利要求1-18任何一个的毛细管束在基片上沉积探针。

38.一种用于制造微阵列的方法，包括使用权利要求19-22的印刷头或权利要求23-28任何一个的印刷系统在基片上沉积探针。

39.一种用于印刷探针阵列的方法：

提供了一种印刷头，该印刷头具有印刷表面，并具有多个从所述印刷表面离开的探针传送通道，至少一个通道在所述印刷表面具有井，

提供了具有表面的一种基片，并把所述基片放置在固定件中，

使所述印刷头表面和所述基片接触，并

在所述基片上所述印刷表面的所述井内沉积探针，以便限制探针在所述基片上的所述扩散。

40.一种用于印刷探针阵列的方法：

提供一种印刷头，该印刷头具有印刷表面并具有多个光传导和探针传送通道离开印刷表面，

提供一种基片，该基片包括光敏、疏水表面，该表面在曝光之后变为亲水性的，并把所述基片放置在固定件中，

通过所述通道传导光以便使所述基片表面离散的区域曝光，并

使探针沉积在所述基片表面的所述亲水阵列上。

41.权利要求40的方法，其中通过所述通道传导光，以便使所述基片表面上的离散区域曝光，在所述基片表面形成亲水阵列。

42.权利要求40-41任何一个的方法，其中所述通道在所述印刷表面有井，所述方法进而包括使所述印刷表面与所述基片接触的步骤，其中所述基片表面向所述被传导的光曝光被限制在所述基片表面每一所述井内。

43.任何权利要求39-42任何一个的方法，还包括以下步骤：

配置所述印刷头和所述固定件的至少之一使之这样运动，即当沉积探针时不论所述印刷头和所述基片事先是否对准以至印刷头表面可能不平行于基片表面，能使得所述印刷头的所述印刷表面和所述基片表面是平行的。

44.根据权利要求43的印刷探针阵列的方法，其中配置所述固定件为枢轴。

45.根据权利要求43的印刷探针阵列的方法，其中所述印刷头由有充分弹性的材料形成，使得当所述印刷头接触所述基片时所述印刷头可弯曲。

46.根据权利要求39-45任何一个所述的印刷探针阵列的方法，还包括增加探针的粘滞性以减少探针重叠的步骤。

47.根据权利要求39-46任何一个所述的印刷探针阵列的方法，还包括减少探针在所述基片上沉积的时间的步骤。

48.根据权利要求39-47任何一个所述的印刷探针阵列的方法，还包括在干燥的环境中加热基片以加速探针中流体蒸发的步骤。

49.根据权利要求39-48任何一个所述的印刷探针阵列的方法，还包括把所述基片表面的温度降低到探针流体的冰点以下的步骤。

50.根据权利要求39-49任何一个所述的印刷探针阵列的方法，其中所述沉积步骤包括通过在所述基片和所述印刷头之间施加电压电沉积探针。

51.根据权利要求39-50任何一个所述的印刷探针阵列的方法，其中所述探针是从液珠、凝胶、和糊组成的组选择的形式。

52.一种微阵列，包括：

以光敏材料层涂敷的基片，及

排列在所述基片上一矩阵中的多个离散的探针。

53.权利要求52的微阵列，其中所述光敏材料是疏水性的，并可以在曝光之后变为亲水性。

54.权利要求53的微阵列，其中所述探针位于亲水性所述基片部分上。

55.一种微阵列，由具有多个有井的通道的印刷头形成，所述微阵列包括：

一个基片，

在所述基片上由每一通道按矩阵排列的多个离散探针，其中每一单个的探针覆盖所述基片上小于或等于通道各井的面积的一个面积。

56.一种微阵列，由具有多个有井的通道的印刷头形成，所述微阵列包括：

一个基片，

在所述基片上按矩阵排列的多个离散探针，其中所述探针沉积在所述基片的载体上。

57.根据权利要求52-56任何一个所述的微阵列，其中所述载体包括液珠、凝胶、和糊。

58.权利要求52-57的微阵列，其中所述矩阵在不大于12cm²的面积上包括至少1,000个离散探针。

59.权利要求58的微阵列，其中所述矩阵在不大于12cm²的面积上包括至少10,000个离散探针。

60.权利要求59的微阵列，其中所述矩阵在不大于12cm²的面积上包括至少100,000个离散探针。

61.权利要求59的微阵列，其中所述矩阵在不大于12cm²的面积上包括至少500,000个离散探针。

62.根据权利要求52-61任何一个所述的微阵列，其中所述探针材料是从生物或化学材料组成的组中选择的。

63.权利要求62的微阵列，其中所述生物或化学材料选自：脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)、合成寡核苷酸、抗体、蛋白质、肽、外源凝集素、修饰的多糖、合成的复合大分子、功能化纳结构、合成聚合体、经修饰的/封端的核苷酸/核苷、经修饰的/封端的氨基酸、荧光团、发色团、配体、螯合物、半抗原以及药物复合物。

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