TWI297773B - Capillary electrophoresis devices and processes for manufacturing same - Google Patents

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093if30l56§i專利申請案 書無劃線修正本 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種毛細管電泳裝置，更特定言之係關於 一種可實現將微製造毛細管電泳晶片封裝入射出成形塑膠 °構，以具有樣本載入及電泳功能的毛細管電泳裝置；以 及一種製備該微製造毛細管電泳晶片及該毛細管電泳裝置 的方法。 【先前技術】 毛細管電泳為一種在填充有溶液的毛細通道中藉由電 場移動樣本的技術。採用此方法，可將具有不同移動率的 分子分離至截然不同的區域中，以進行偵測。199〇年代， 在毛細管電泳領域中，重要的研究大多集中在此類毛細管 電泳裝置之微製造方式的實施上。此類製造方式在精準度 上的優點相當顯著。結果，便確立了此類裝置的微加工及 小型化方式，並且在隨後十年中，有相當多此類裝置的應 用出現在文獻中。此類裝置能為雙股DNA、單股〇1^八、蛋 白貝刀析及沣多其他應用提供快速、有效的分離結果。 决定此類裝置之效率的關鍵為通道長度。例如在DNA定 之應用中，較長的讀取長度對於完整定序之工作的量及 速度非常重要。此技藝中已提出具有從丨公分至10公分不等 之分離通道的裝置。然而該等微製造方式仍有某些缺點。 具有長通道長度的微製造需要大型尺寸裝置，因此 5 12977f S〇9313〇156 蠢时書無剡線修正本 其製造成本也相對昂責許多。 相反地，低成本微製造取決 於規模經濟’其中每晶圓中可建構數百至數千個裝置。 為達到長的通道長度但仍保持合理的裝置面積，就必須 製作以蛇形構形折疊岑以 那且次以‘碇構形彎曲的分離通道。然而 ’與直線分離通道之效率柏士 又手祁比，此類彎曲通道不可避免地 降低了總體分離的效率。 長的通道長度亚非造成晶片尺寸大的唯—因素，對基板 層進行穿孔以存取微通道的穿孔程序，亦加大了裝置尺寸 :雖然在玻璃基板上穿孔，其孔洞直徑可小於〇5楚米，但 是，典型的毛細管電泳裴置須使用直徑大於【釐米之孔洞， 才能符合處理目的。 由上述背景可知，此技藝中所需要者係改良的毛細裝置 及製造此種裝置之方法。 【發明内容】 本發明提供具有長直線型通道特徵的毛細管電泳裝置 ，並以微製造的方法使此類裝置的尺寸最小化。本發明之 另一方面係提供具有長直線型通道特徵之毛細管電泳裝置 ，增加液體被存取至此類通道的量。本發明之再一方面长 提供製備毛細管電泳晶片及使用長直線型通道之毛細管電 泳裝置之方法，其可大幅縮小裝置尺寸，從而降低微製造 裝置的製造成本。 再者’本發明之另一方面係提供一毛細管電泳晶片，今 12977?8093130156 號卿請案 說明書無劃線修正本 毛細管電泳晶片係使用微製造技術，以玻璃及矽建構而成 此外，本發明之另一方面係提供一毛細管電泳裝置，該 毛細管電泳裝置係使用以塑膠射出成形結構封裝毛細管電 泳晶片，從而降低了製造成本。 因此，為本發明上述之各方面均可達成，本發明提供一 種毛細管電泳裝置，其包括一具有上表面及底表面的裳置 主體結構。於該上表面上排列著複數個儲存槽，以載入樣 本；於該底表面上橫向定義著複數列凹溝；該數列凹溝與 該等儲存槽互相連接。該裝置主體結構中至少置有—毛= 管電泳晶片；該毛細管電泳晶片包含-玻璃基板，其上置 有-直線型主要分離通道、一注射通道以及複數個樣本傳 輸通道。該毛細管電泳晶片進一步包括一塗層，用以保護 性地覆蓋該玻璃基板。於該塗層上定義複數個存取孔。該 等存取孔適用以錢液體可在主要分離通道、注射通道、〆 樣本傳輸通道與儲存槽之間流通。將毛細管電泳晶片以密 封方式嵌入於定義在該裝置主體結構底表面之凹溝中二 等存取孔能被導向儲存槽，使液體得以流通。 μ 此外’本發明之裝置亦提供用以施加並主動控制各儲存 組及第二组電位之構件。第—組電位係用於驅動 该樣本使其從傳輪通道進入注射通道，第二組電位則用以 驅動該樣本的一部分使其向下進入主要分離通道。 本發明亦提供製備毛細管電泳裂置的製造方法。在此製 12977罩S093 )30156號利申請案 說明書無劃線修正本系 =方法中’先製備預定㈣出成形塑料構，然後再製備 細官電冰晶片，最後再將毛細管電泳晶片以密封方式後 入射出成型塑膠結構中。 本發明亦提供製備毛細管電泳晶片的製造方法。此方法 才乂下^騍.於-玻璃基板上定義複數個毛細通道，將 毛細通道㈣成預定深度，接著用介電制塗佈該玻璃基 板，再用-層經圖樣化的厚膜層來塗佈該介電膜，最後在 该介電膜中形成複數個存取孔。 V本發明之上述及其他目的、特色及優點，將詳述於下列 詳細說明、附圖及所附之申請專利範圍中。 【實施方式】 ，…、0 1及2顯示根據本發明之第一較佳具體實施例之 毛細管電泳裝置。毛細管電泳裝置包括一裝置主體結構5 ，其具有一上表面20及-底表面（圖2未顯示）。上表面20 之上排有複數個儲存槽6，每個儲存槽6係用於載入一個液 體樣本。底表面有複數列凹冑，其係被橫向定義於底表面 上，可連接至該等儲存槽6。 裝置主體結構5中至少置有一個毛細管電泳晶片丨。毛細 管電泳晶片1包含一基板30 (如玻璃），其具有一直線型主 要分離通道11、一注射通道2以及複數個被定義於其上的樣 本傳輸通這3。此外，毛細管電泳晶片丨亦覆有塗層，以保 濩玻璃基板。此塗層上定義複數個存取孔4。複數個存取孔 12977 寧感093 ή〇156號％利申請案 論明％無劃線修正本 4係被用以將毛細管電泳晶^以密封方式般入被定義於裝 置主體結構5底表面上之凹溝7，或7，，中，這種方式使該等存 取孔4進入儲存槽6之中，使得此液體便可在主要分離通道 11、注射通道2、樣本通道3與儲存槽6之間流通。在此構形 中，液體可在儲存槽6之底部與存取孔4之間流通。 如圖1所示’毛細管電泳晶片1包括直線型主要分離通道 11 '注射通道2以及複數個樣本傳輸通道3。根據第一較佳 具體實施例，通道寬度為5〇_，間隔為5_，存取孔錢 · 度為。同時，用於通道結構之裝置面積百分比為⑽ α 女下文所，竽述’基板3 〇之表面上沉積複數個介電薄膜 3〇6 (圖17)，該等介電薄臈鳩可為二氧切、氮化石夕^ 除提供介電特性外，亦可保護通道免受環境污染。需注意 、疋在3 "電膜上，存取孔4為敞開的，使得樣本及緩衝 液此在通迢間及儲存槽6間流通，從而透過存取孔4載入樣 本。以適當的緩衝液充填毛細通道後，再沿著樣本傳輸㊄ · ^ /主射通道2及分離通道11施加並控制電壓 再透過樣本傳輸通道3、注射通道2傳輸樣本，^著= 通運11分離樣本。在某些具體實施例中，毛細管電泳晶片^ 長= 3.2公分，寬約〇·〇5公分。在較佳具體實施例中，將毛 細管電泳晶片i封裝於裝置主體結構5之後，#有八個流體 儲存槽6可用於晶片。 9 T9 ¢)77093130156號專利申請案 丄二7 釦明書無劃線修正本 如下文所詳述’本發明進一步包括施加與控制構件，用 以施加並主動控制各儲存槽6中的第—電位及第二電位。該 第一電位被調整成可驅動儲在描& 士 力储存槽6中的樣本使其從傳輸通 道3進入注射通道2，該第二電位被調整成可驅動該樣本的 -部分’使其向下進入主要分離通㈣。在此步驟中，介 電層遍有助於防止不同儲存槽6中的電極產生短路。

簡言之，該毛細管電泳裴置包括毛細管電泳晶片工及裝 置主體結構5 ’可用來封裝毛細管電泳晶片上（⑶晶片"， 並載入樣本及緩衝液。 如圖2A及圖2B所示，毛細管電泳晶片丄封裝於裝置主體 結構5中。根據本發明之較佳具體實施例，裝置主體結❸ 具有-上表面20及一底表面。裝置主體結構5之上表面2〇 有複數個儲存槽6以矩陣方式排列其上，底表面則有複數列 凹溝7,一7”橫向定義於其上，以置放毛細管電泳晶片卜需

压思的是，該主體結構5之底表面上有半月形空腔之矩陣8 (接合劑接收孔），以密封毛細管電泳晶片卜該毛細管電 冰阳片1以％氧樹脂或類似之可固化密封劑封裝於裝置主 版結構5。換吕之，先將毛細管電泳晶片i嵌入凹溝7,一7，，中 再用%(氧樹脂或類似之可固化密封劑填滿毛細管電泳晶 片1與凹溝4間之縫隙，以將毛細f電泳晶片工密封於裝置主 體結構5中。 在某些具體實施例中’兩储存槽6之間距為4·5毫米，與 10 T2977特93130156號誨利申請案 論瞻無劃線修正本 傳統384孔ELISA及微量滴定盤之間距相同。某些具體實施 例亦採用相同的標準孔間⑮，以便利用標準液體處理儀器 (例如以x-y板為基礎的機器人）將樣本及緩衝液自動^ 儲存槽6。 裝置結構製造 上文已描述裝置主體結構5之概況，下文將更詳細說明 如何製造本發明具體實施例的裝置結構。需注意的是，本 發明並不限於本文所述之步驟順序，例如步騍丨、2及3不必 · 依序進行，可以改變順序。事實上，在較佳具體實施例中 ’只需進行「射出成形」此一步，驟，便能一舉完成步驟i 至4;因此，此處一一說明步驟丨至4，僅為強調發明裝置之 特定細節，並非製造該裝置之最佳方法。 步鑕i :恭竑鍺存^圖3 A顯示裝置主體結構5之上表 面2〇,上有複數個儲存槽6定義成十二列，每列各有八個儲 存槽。其他具體貫施例中，儲存槽的列數不一定為十二列 ’每-列也不-定有八個儲存槽。圖3B為圖从中之依線3B Φ 之杈切剖面圖，顯示各儲存槽6如何貫穿裝置主體結構5中 以形成孔；然而，如圖3B所示，儲存槽6並未完全深入至底 表面50。 #驟2 ·恭成改滹7 0圖4A顯示裝置主體結構5之底表面 50，虛線處為上表面20中各儲存槽之位置。圖4β為圖4a中 之依線4B之橫切剖面圖，顯示各儲存槽6如何從上表面2〇 11 12977释 093130156號i-利申請案 說明書無劃線修正本 貝穿裝置主體結構5中以形成孔；然而，如圖4B所示，儲存 槽6並未完全深入至底表面5〇。 參見圖5A，裝置主體結構5之底表面5〇上刻有第一複數 個凹溝7 ;最後，將CE晶片1插入各凹溝7中，這一點將更 洋細地在彳笑面說明。圖5B為圖5 A中之依線5β之_橫切之剖 面圖，顯示各凹溝7係如何刻入底表面5〇中，但並未完全到 達儲存槽6之底部。 步驟·？ ··形竑羊方形坌蜃S。步驟3將半月形空腔8 (接合 劑接收孔）模製為裝置主體結構5之底表面5〇。圖2B及圖 11A進一步顯示該半月形空腔8之細部構造。圖6B為圖6a中 之依線6B之橫切剖面圖，顯示每個半月形空腔8與凹溝了及 儲存槽6底部之相對位置關係。特別地，每個半月形空腔8 均位於兩個儲存槽6之間。 步雜4 .形扃勿口別。如圖7A所示，步驟4在各儲存槽6 之凹溝7底部刻出切口 6〇，使每個儲存槽6上都有一個切口 60 ’以連結凹溝7與其相對之儲存槽6。每個切口 6〇的寬度 小於凹溝7的寬度。圖7B為圖7A中之依線冗之橫切剖面圖 ’顯不各切口 60與半月形空腔8、凹溝7及儲存槽6底部之相 對位置關係。圖7B顯示各切口 6〇如何刻入裝置主體結構5 中，以連接凹溝7與對應儲存槽6之底部。圖7B顯示每個切 口 60如何從鄰近半月形空腔8至對應儲存槽6之底部定義一 系列的階梯。階梯之細部構造請見圖丨丨A (元件7〇)。 12 T297798093130156號專利申請案 說明書無劃線修正本 步驟5 :將CE晶片1插入凹溝7。如鐵所示，贏片 1插入各凹溝7中，因此，在圖8 a的透視圖中就看不見切口 60及凹溝7。每個CE晶片1的寬度小於凹溝7的寬度，但是 大於切口 60的寬度。圖8B為圖8A中之依線8B之-橫切剖面 圖，顯示凹溝7中CE晶片1之位置關係，由圖中可知，每個 切口 60都將CE晶片1之一面切開，朝向對應切口 6〇之儲存 槽6。 圖9A為圖8A中一列之放大圖，底表面5〇朝上。特別地， 圖9八顯不CE晶片1應如何插入凹溝7，以及如何將半月形空 腔8刻入底表面50上相鄰的儲存槽6之間。由於相鄰之儲存 槽6開口為上表面20,而非底表面5〇，故以虛線表示。因為 CE晶片i的寬度與凹溝7的寬度幾乎相同，所以圖9八中的凹 溝7並不明顯。此外，CE晶片i蓋住了圖9入中的切口 6〇，所 以圖中的切口亦不明顯，但這些細節均可見於圖犯中。圖 9B為圖9A之依線9B之橫切剖面圖，顯示每個切口 6〇的邊緣 均呈現階梯70狀。每一組階梯7〇從半月形空腔8經過切口 6〇 ’到達對應於切口 60之儲存槽6底部。 圖10A為圖8A中一列之放大圖，底表面5〇朝上。除了多 了一條穿過半月形空腔8的直線1〇B以外，圖i〇a與圖9A完 全相同。圖10B為10A中之10B之依線橫切剖面圖，顯示切 人凹溝7、半月形空腔8及CE晶片1之相對位置關係。 特別地，圖10B顯示了切口 6〇如何將CE晶片之表面暴露於 13 12977^^093130156 號專利申請案 說明書無劃線修正本 對應儲存槽6之底部。 圖11 A為底表面5 0特徵之細部放大圖。c e晶片1位於凹 溝7 ’然而本圖已將毛細晶片1的部分抽走，以便觀察位於 CE晶片1底部的細節。特別地，抽走CE晶片1後，便可看見 階梯70。階梯70於凹溝7中定義切口 60之邊緣。切口 6〇從該 圖中央之半月形空腔8通往各空腔8侧面上相對之儲存槽6 〇 圖11B為圖11A之11B之依線之橫切剖面圖，詳細顯示凹 溝7中C E晶片1之位置。由圖11B可知，c E晶片1位於凹溝7 之底部，然而本圖與圖11 A相同’抽走了 CE晶片1，以便觀 祭發明裝置架構之細節。本圖之右側及左側各有一孔6 ,開 口朝向裝置主體結構5之上表面20，凹溝7之開口則朝向裝 且主體結構5之底表面50。由圖可知，凹溝7之底部（CE晶 片所在之處）並未延伸至儲存槽6之底部，因此必須在凹溝 7上刻出切口 60，每個切口 60各自對應一個儲存槽6之底部 ’並在對應儲存槽6之底部切開一個窄缝，以使CE晶片1暴 露於儲存槽6。在較佳具體實施例中，各切口 60的寬度小於 凹溝7的寬度。圖11B進一步顯示複數個階梯70如何定義每 個切口 60之邊緣。鄰近切口 60及儲存槽6間共同定義裝置主 體結構5中之一柱90。因此，CE晶片1便位於凹溝7底部處 的複數個柱90之上，這些柱90可以防止儲存槽6中的液體渗 入鄰近的儲存槽6。 14 ο 77寧§。93130156號專利申瞧 ’ 金明書無_線修正本 步驟6 ··將CE晶片Ϊ密封至裝置主體結構5中。I也，象 用接合劑將CE晶片1密封至凹溝7中。圖12A為施加接合劑 後底表面50—部分之放大圖。至半月形孔8中已加入接合劑 。因為凹溝7的寬度大於CE晶片i的寬度，所以CE晶片1的 兩側都顯現出一裂縫，因此，接合劑從半月形孔8滲入裂縫 中，並填滿了毛細管電泳晶片丨與凹溝7間的隙縫（即裂缝 )，因而密封了毛細管電泳晶片丨，並將其封裝於主體結構5 ^ 中。在圖12A中，由於儲存槽之開口朝向上表面2〇而非底表 面50，故以虛線表示。由圖12A可知，CE晶片i位於凹溝了 中；再者，本圖先抽走CE晶片1，因此可見CE晶片丨與凹溝 7之間的裂縫95。接合劑從半月形孔8滲入，填滿了裂縫％ ◊在某些具體實施例中，CE晶片i的寬度約為彻μιη，凹溝 7的寬度亦約為500μιη，此時CE晶片i每側裂縫的寬度約為 5 0μηι 圖12Β為圖12Α中之12Β之依線橫切剖面圖。圖ΐ2β顯示 CE晶片i如何位於凹溝7之底部上。圖中先抽走ce晶片κ 攀 一部分，顯示出CE晶片i與凹溝7的側壁間有一道裂缝％， 並以接合劑填滿裂縫95。圖12B亦顯示一對切口 6〇，分別將 左儲存槽6及右儲存槽6與凹溝7連接。雖然有一條線區分各 切口 60與對應儲存槽6，但事實上，切_及儲存槽6之間 有液體互相流通’因此暴露出⑶晶片…一部分，此部分 含有存取孔4到儲存槽6。事實上，在較佳具體實施例中， 15 12977¥§093130156 號 * 利申請案 說_無劃線修正本 每個切口 60都各自暴露出一個存取孔4;換言之，每個存取 孔4都對應-個储存槽6。在此類較佳具體實施例中，每個 儲存槽6都剛好與一個CE晶片丨中的一個存取孔斗進行液體 抓通此外，圖12B亦顯示如何利用階梯7〇來定義切口 6〇 之縱向邊界，每㈣梯7G皆從半月形孔8 (顯示於圖12A而 非圖12B )通往各自的儲存槽6底部、圖工亦顯示相.鄰的 切口 60及儲存槽6如何在裝置主體結構5中定義一柱9〇。ce 晶片1便位於凹溝7底部的柱9〇上。 · 額外具體實施例及特徵 如圖1 4至1 5所不，根據本發明之一具體實施例，在裝置 主體結構5之底表面50上，有四列凹溝7及複數個半月形孔8 幾何方式排列。利用環氧樹脂（或類似之可固化密封劑 )可藉毛細力岔封CE晶片1與凹溝7側壁間的間隙，因此 便可以將每個CE晶片i各封裝於一個凹溝7中。圖14之俯瞰 圖中有八個可載入樣本及緩衝液的儲存槽6，每個儲存槽 口對£個CE曰曰片1的存取孔4，樣本及缓衝液可透過儲 Φ 存槽6的底部及存取孔4，流入毛細通道。四個儲存槽6最好 以电冰緩衝溶液填滿，以控制樣本在分離通道丨1中之傳輸 、庄射及分離。其餘的四個儲存槽6則用於個別樣本。 電極組件 裙據本叙明之較佳具體實施例，該毛細管電泳裝置進一 步包括施加與控制構件，用以同時施加並主動控制每個儲 16 T 9 Q 7 7 093130156號專利申請案 存槽6中的電位。如圖13顯示導入-電極板200,且有複數 個電極202被置人於儲存槽6中，從而接觸此等儲存槽中的 流體。施加第-組電位於儲存槽電極2〇2，以藉由電泳，使 儲存槽t的樣本從傳輸通道3進人注射通道2;接著施加第 二組電位，以使一小部分的樣本進入分離通道u。 圖13為電極板200、裝置主體結構5&CE晶片組合。

雖然不能從圖13中看到，但是在較佳具體實施例中，電極 板200向第三維延伸，並含有裝置主體結構5中，每個儲存 槽的個別電極202;透過這些電極，可以將電壓電場施加於 毛細通道。 製備並應用毛細管電泳裝置之方法

本發明亦提供製備並應用該毛細管電泳裝置的方法，該 方法包括以下步驟：（i)製備預定射出成形塑膠結構5，（Η) 衣備毛細管電泳晶片1 ’（iii)將毛細管電泳晶片1以密封方 式嵌入注模塑膠結構5，（iv)將樣本及緩衝液載入塑膠結構 5之儲存槽6，以及（v)提供施加與控制構件，用以對樣本 施加並主動控制第一組電位及第二組電位，以沿毛細管電 泳晶片1進行分離及偵測。 圖1 7為根據以上程序之步驟（ii)製備微製造毛細管電泳 晶片的製造程序。 步鑕7 702 ^在步驟1702中會利用光阻310於基板30上定 義出複數個毛細通道（如圖1之毛細通道2、3及11 )，以便 17 mu j 093130156號專利申請案 ―無劃線修正本 在遮罩302中定義出該圖樣。在某些具體實施例中，基板30 係由玻璃（例如玻璃、硼矽酸鹽玻璃、鋁矽酸鹽玻璃、維 克玻璃 '熔化矽、玻璃矽、玻璃陶瓷）製造，而在某些具 體實施例中，光阻3 1 0亦可為正光阻或負光阻。適合作為光 阻310的化合物包括但不限於酚醛樹脂（尺(^〇1吐）、聚異戊 二稀、聚（甲基異丁烯酸酯）（PMMA)、聚（甲基異丙烯酮 )(PMIPK)、聚（丁烯-1-砜）（PBS)、聚（三氟乙基氯乙酸 酯）（TFECA)、共聚物（α_氰乙基丙烯酸酯·心醯胺基乙基 丙烯酸酯）（COP PCA)或聚（2-甲基戊烯-1-砜）（pMPS)， 但不僅限於此。在某些具體實施例中，遮罩3〇2可為Cr/Au 或多晶石夕碳化物。 利用例如旋塗之方法，可將遮罩3 〇 2施加於乾淨且乾燥 的基板30上，同樣，也可利用旋塗等方法，將光阻3丨〇覆蓋 於遮罩302上。在某些具體實施例中，採用軟烘步驟蒸發一 邛分的光阻3 1 0。接著將含有複數個毛細通道圖樣之濾片對 準該基板，再用該濾片對光阻3 1 〇進行曝光。任何對準器皆 可使用’包括光學對準器及非光學對準器，例如接觸對準 器、接近對準器、投影對準器、步進對準器、χ射線對準器 及電子束對準器。如此一來，接著可對光阻3丨〇進行顯影， 從而留下被嵌入於顯影後殘留在遮罩302之上的光阻31〇中 的毛細圖樣。某些具體實施例中會採用鹼性水溶液（例如 氫氧化四甲基銨（ΤΜΑΗ)溶液、氫氧化鈉或氫氧化鉀）對光 18 12977罗 S〇93_56 號專利申請案說明書無劃線修IE# 阻進行顯影。 #鑕/704。在步驟1704中，將在基板30中蝕刻出毛細通 道304。在某些具體實施例中，係利用化學濕式蝕刻方式進 仃蝕刻1704，直至已蝕刻出深度為約8μπ1至約2〇μηι的通道 。任何触刻劑只要能以比遮罩3〇2快的速率蝕刻基板3〇，便 可以用於步驟1 704。在較佳具體實施例中，使用氫氟酸' 氟化氫/氯化氫、氟化銨（NHW)、緩衝氧化物蝕刻劑（β〇ε )或類似的濕式蝕刻劑。

步镄7 7(M。在步驟1706中溶解了光阻310，還利用了標 準光阻劑剝離技術將遮罩3 〇 2钱刻掉，例如硫酸及氧化劑之 混合溶液（如過氧化氫或過硫酸銨）。參見由紐約 McGraw-Hill公司於2000年出版的《微晶片製造》（Van Zant 著）’此書全文在此併入本文中參考D 步鑕/7仰步驟1708將塗有介電薄膜3〇6的矽晶圓焊接 於3 04基板30，介電薄膜306可為氮化矽或二氧化矽等。沈 積介電薄膜306時，可利用化學蒸汽沈積（ CVD)'低壓力 化學蒸汽沈積（LPCVD )、電槳強化之化學蒸汽沈積（ PECVD)等任何沈積技術。參見由紐約McGraw_mn公司於 2000年出版的《微晶片製造》（van Zant著）。 #驟7 770。將介電薄膜306與矽晶圓3〇4塗層焊接於基板 30上之後，再用氫氧化鉀溶液、氫氧化四曱基銨溶 液、氟化氫/硝酸（hf/hno3)、二氟化氙（XeF2)、EDP、 129771 093i'30156?虎'專利申請案 書無劃線修正本 S F6或類似之餘刻劑，以乾式及/或濕式餘刻來溶解石夕晶圓 304。如此一來，介電薄膜306便轉移至基板30上，覆蓋了 蝕刻出來的毛細通道308 (其中308為通道3、11或2 )。 步雜/ 772。在步驟1712中，厚膜320塗佈於介電膜306上 。厚膜320之材料可為以聚合物為基礎的材料、光阻、聚醯 亞胺、聚四氟乙蝉等。 #鑕7 774 ^在步驟1714中，利用標準的製造技術來圖樣 化厚膜320以形成存取孔4。參見紐約McGraw-Hill公司於 2000年出版的《微晶片製造》（Van Zant著）；華盛頓伯利 恆SPIE出版公司於2002年出版的《微影原理》（Levins〇n著 );華盛頓伯利恒SPIE出版公司於1997年出版的《微影、微 加工及微製造》（Ra卜Choudhury等人著）；以及紐約CRC出 版公司於2002年出版的《微製造原理》第二版（以^⑽著 )，上述書籍全文在此併入本文參彳。存取孔4為至毛細通 道308的通道。 一乾式蝕刻機器，蝕刻由 洞中的介電膜306，以便 #鑕。在步驟1716中，利用 厚膜320所定義之圖樣之特定孔 在CE—晶片i上挖出複數個存取孔（參見圖小 完成上述程序後，便可製備出毛細管電泳晶片1。根 據一較佳具體實施例，可诱 y T U過先钺影及濕式蝕刻玻璃基 板，形成毛細通道’毛細通 口衣度約為ΙΟμπι。在一具體 貫施例中，CE晶片！的長戶 负度為3·2公分，寬度為ϋ·〇5公分， 20 _無劃線修正本 12977黯f3130156號專利申請案 裝置之長寬比為64。 在一具體實施例中，μ、十 上述步騍（IV)亦包括將緩衝液

預定儲存槽ό，此時，亜诂mA 要使用四個儲存槽6以控制分離通 運11中樣本之注射及公M ^ ^ ^ 刀離。在某些具體實施例中，這四個 儲存槽要用電泳緩衝滚 夜填滿。較佳地，使用合適的線性 聚合物溶液作為電泳綉徐〜 綾衝洛液。此類合適的聚合物包括線 性I丙稀酿氨、經^其主

二乙基纖維素、羥丙基纖維素等等，剩下 的四個儲存槽則用於個別將 Am ^ ^ W刎樣本。個別樣本可通過CE晶片土 中的通道4傳輪至# μq π、 射、運2及5離通道〗丨，接著將混合 不同大小DNA分早沾4笨, 的樣本（例如限制酶切割後的產物）置 於四個樣本儲存槽之其中一個。

在上述步驟(V)中’接著將電極202 (圖13 )放置於儲 存槽6中，以便與此類儲存槽6中的液體接觸。施加第一 組電位於儲存槽f 6，以利用電泳使樣本從傳輸通道3 進入注射通道2。此步驟包括在第一組電極202與第二組 電極202之間施加—個電麗電位，其中一組電極是指一個 或多個敎電極202。此時’介電層遍可防止二組電極 之間發生短路。接著，施加第二組電位，使一小部分的樣 本進入分離通運u ◊在第三組電極2〇2與第四組電極 之間施加一電壓電位，即可建立此第二組電位。分子分離 後，會穿過分離通道11末端的偵測區域，可由螢光技術偵 測70成分離之後，可施加另一組電位，以分析第二個樣 21 I2977ifeg 利申· 本’此琶位須施加於第 %弟五組電極202與第六組電極2〇2之 間。以下範例一將說明在雷 p 、 你电從川2間鈿加電位，以將樣本 載入CE曰日片1，並分離樣本，參照圖n幻。 $色例一 茗夏說努。如圖18所千 册士 所不’可有一個樣本的cE晶片封裝於 封裝裝置5中。CF曰Hlrb 士· t ^ T CE曰曰片1中有四個入口 /出口。在圖18令， 迫些入口 /出口位於儲存槽丨^^及^中。

緩衝液載人。約有3_的緩衝液載人圖μ之儲存槽$ 中。接著’用注射器將CE晶片1中的所有通道以緩衝液 強制填滿’再將約3_的缓衝液載人圖18之儲存槽 申。 樣本載入及預跑。將约叫至2叫的液體dna樣本 (ΦΧΠ4,經螢光染料標記）載入圖以之儲存槽2中。每 個儲存槽皆置有一個電極2〇2 ^ 如圖13。接著再利用圖2〇 中的電極電位組態預跑分離通道。

廣本注教σ將電壓設定改為注 ~，王射杈式。在注射模式中， 電極電位組態為圖1 9之組態。因兔+ s U為電極之間的電位不同， 所以DNA樣本會從儲存槽2的入口泣 流向廢料儲存槽3的出口 ，如圖1 9所示。圖1 9中的箭頭方向 门祝明流向（從低電位電 壓流向高電位電壓）。 接著將電壓設定改為分離根，r^ 辑式（如圖20所示），如此 一來，DNA樣本的一部分便會注 八王要分離通道11。由於 22 12977縛093130156號蠔利申請案 說明書無劃線修正本 DNA帶之大小（DNA band size )及缓衝液，所以dnA樣 本就會開始在分離通道11中分離。 檬名廣娜。先以雷射或汞燈激發螢光染料，再用光電倍 增管（ΡΜΤ)觀察偵測區域中的信號（圖21 )。如圖22所示 ’採用上述程序進行色度分離之後，螢光染料便會標注出 ΦΧ174經限制酶Hae III切割後的圖譜分析。圖22顯示CE 晶片1有效地分離了 Hae III切割後之產物。 結言余 熟習此項技術者應瞭解，上述圖文所示之本發明具體 貫施例僅為示範之用，而不具限制性，因此，本發明之目 的應可視為已完全並有效地完成。上文亦已顯示並說明具 體實施例，以解說本發明之功能及結構原理，只要不脫離 此結構原理，本發明可做任何變更。因此，任何修改只要 符&下列申请專利範圍之精神與範疇，皆為本發明之一部 分。 【圖式簡單說明】 ^圖1為根據本發明之一具體實施例所示之微製造毛細 官電泳晶片側視圖。 “圖2A為根據本發明之一具體實施例之示範性毛細管 :%裝置之透視圖’其顯示用以支樓複數個微製造毛細管 電泳晶片的塑膠結構。 圖2B為根據本發明之一具體實施例之圖2a之放大透 23 Ι2977?Λ〇93130156號專利申請案 說明書無劃線修正本 視圖，顯示塑膠結構中的凹溝特徵，係用以支禮微製造毛 細官電泳晶片。 圖3Α顯不根據本發明之一具體實施例之裝置主體結 構之上表面，其中有複數個孔。 圖3Β顯不根據本發明之一具體實施例之圖3八所示之 側視圖。 圖4Α顯示根據本發明之一具體實施例之主體結構中 刻劃凹溝之前該裝置主體結構之底表面。 · 圖4Β顯示根據本發明之一具體實施例之圖4α所示之 側視圖。 圖5Α顯示根據本發明之一具體實施例之主體結構中 刻劃凹溝㈣置毛細晶片後該裝置主體結構之底表面。 圖5Β顯示根據本發明之一具體實施例之圖5α之所# 之側視圖。 圖6Α顯示根據本發明之一具體實施例之主體結構中 刻劃半月形空腔以放置接合劑後該裝置主體結構之底表 面0 圖6Β顯示根據本發明之一具體實施例所示之圖所 示之側視圖。 圖7Α顯示根據本發明之一具體實施例之主體結構中 於漆#半月形空腔與圖5Α之原始凹溝間刻劃出階梯後該 裝置主體結構之底表面。 24 12977^093130156號專利申請案 說明書無刨線修正本 圖7 B顯示根據本發明之— 視圖 體實施例之7 A所示之 側 圖8A顯示根據本發明之一且 ^ ^ ^ '肢男、施例之裝置主體結 構中將该荨毛細晶片置入凹溝後之底奢面 圖8B顯示根據本發明 側視圖 ^ 具體貫施例之圖8Λ所示之 圖9A為根據本發明之一 後該裝置主體結 體灵施例之圖8A之放大透 視圖，顯不將一毛細晶片置於一凹溝中之 構之底表面。 水平側視圖 本發 具體實施例之圖9A所示之 圖10A為圖8八之放女读^目闽 之放大透視圖，顯示於根據本發明之 一具體貫施例中將一毛細S g ga 毛細日日片1入於—凹溝之後該裝置主 體結構之底表面。 明之一具體實施例之圖1 OA所示 圖10B顯示根據本發 之垂直側視圖。 圖^顯示根據本發明之—具體實施例中將―毛細晶 片置於-凹溝中後該裝置主體結構底表面之放大圖。 圖113顯示根據本發明之一具體實施例圖11A所示之 垂直側視圖。 圖12A顯不根據本發明之一具體實施例中於放置接合 劑後該裝置主體結構之底表面放大圖。 25 12977 圖12B顯示根據本發明之一具體實施例圖i2a所示之 垂直側視圖。 圖13顯不根據本發明之一具體實施例之本發明裝置 之側視圖’其顯示-電極組件，纟可用於將一或多個樣本 載入電泳晶片+，並且於將該等—或多個樣本載人晶片中 後即可對其進行控制^

圖14 ‘顯示根據本發明 < 一具體實施例 < 毛細 裝置俯視圖。 U 圖15顯示根據本發明之一具體實施例之毛細 裝置仰視圖。 ^冰 圖16顯示根據本發明之一具體實施例之毛細管電泳 裝置仰視圖、側剖面圖與後剖面圖。 圖17A至17B顯示根據本發明之一具體實施例中製造 毛細管電泳晶片的方法。 圖1 8顯不根據本發明之一具體實施例之毛細管電泳 晶片。 圖〖9顯示根據本發明之一具體實施例之注射模式。 圖20顯示根據本發明之一具體實施例之分離模式。 圖21顯示根據本發明之一具體實施例之偵測模式。 圖22顯不利用根據本發明之一具體實施例之層析八 離過程後’所得到之ΦΧ174經Hae III酶切割之圖譜。乃 在所有附圖中，相同之元件符號均代表相同的部件。 26 12977:^093130156號專利申請案 說明書無劃線修正本 【圖式代表符號說明】 毛細管電泳晶片 注射通道 樣本傳輸通道 存取孔 裝置主體結構 儲存槽 凹溝 半月形空腔/接合劑接 1 2 3 4 5 6 7 8 收孔

9 電極板 11 主要分離通道 20 上表面/第一表面 30 基板 50 底表面/第二表面 60 切口 70 階梯 90 柱 95 裂缝 200 電極板 202 電極 302 遮罩 27 12977^093130156號專利串請案 說明書無劃線修正本 304 毛 細 通道 306 介 電 薄膜 308 毛 細 通道 310 光 阻 320 厚 膜

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Claims (1)

12977¾ 93130156號專利申諝案 說明書麵線修正本 拾、申請專利範圍： 1 _ 一種毛細管電泳裝置，其包括： 一裝置主體結構，其具有第一表面及第二表面，其 中於該第一表面上排列著複數個儲存槽，並且於該第二 表面上橫向定義複數個凹溝； 至少一個長型毛細管電泳晶片，其係被置放於該裝 置主體結構中，其中每個該等至少一個長型毛細管電泳 晶片包含： 一基板，其具有一直線型主要分離通道及一注射通 道； 一塗層，用以覆蓋該基板；以及 複數個存取孔，其係被定義在該塗層中，以允許⑴ 該主要分離通道及該注射通道中的液體，能分別與（ii) 該等數個儲存槽中對應於該主要分離通道及該注射通 道的數個儲存槽’進行液體流通； 其中，該等至少一個長型毛細管電泳晶片中的每個 該個別長型毛細管電泳晶片，被嵌入對應之凹溝中，以 便將泫個別長型毛細晶片中之該等複數個存取孔導向 該等複數個儲存槽中對應之儲存槽；以及 施加及控制構件，用於施加並主動控制該等複數個 儲存槽中每個該等儲存槽處的第一组及第二組電位。 2.如申請專利範圍第丨項之毛細管電泳裝置，其中： 29 1297753 093130156號專利申諝案 說明書無劃線修正本 在該至少一個長型毛細管電泳晶片中之-長型毛細 管電泳晶片，其包括—或多個樣本傳輸通道，

該等複數個存取孔包括-或多個存取孔，用以分別 讓液體可在遠等-或多個樣本傳輸通道與該等複數個 儲存槽中之對應健存槽間進行流通’其中，該第-組電 位會被適配成驅動該樣本使其從該等—或多個傳輸通 道中的-傳輸通道進入該注射通道，而且其中該第二租 電位會被適配成驅動該樣本之_部分使其朝下進入主 要分離通道。 3. 如申請專利範圍第丨項之毛細管電泳裝置，其中該裝置 主體結構為一射出成形塑膠結構。 4. 如申請專利範圍第i項之毛細管電泳裝置，其"亥至少 I個長型毛細管電泳晶片中的_毛細管電泳晶片的長 見比大於1 〇。 5. 如申請專利範圍第1項之毛細 數個儲存槽之間有一孔間隔 ELISA的間距一致。 官電泳裝置，其中該等複 ’該孔間隔係與384孔

6· ，其中該塗層 ，其中該介電 〇 ’其中該基板 如申請專利範圍第1項之毛細管電泳聲置 包括一介電薄膜。 如申請專利範圍第6項之毛細管電泳穿置 薄膜為二氧化矽膜、氮化矽膜或其混合物 如申請專利範圍第〗項之毛細管電泳裝置 30 8. 12977SS㈣1則6號專利申請案 說明書無劃線修正本 係由玻璃製造。 9 · 一種製造毛細管電泳裝置之方法，其包括： (a) 製備一預定射出成形塑膠結構； (b) 製備一毛細管電泳晶片； (勾將該毛細管電泳晶片以密封方式嵌入該射出成 形塑膠結構中； (句將一樣本及一缓衝液載入該射出成形塑膠結構 中；以及 (e)提供施加及控制構件，用以施加並主動控制該 樣本中的第一組電位及第二組電位，從而沿該毛細管電 泳晶片進行分離及偵測。 A如申請專利範圍帛9項之方法，其中該射出成形塑勝結 構具有第一表面及第二表面，其中在第一表面上排有複 數個儲存槽，以及在該第二表面上橫向定義一凹溝，以 便與該等儲存槽進行流通，並接收該毛細管電泳晶片。 11·如申請專利範圍第9項之方法，其中製備步驟（b)進一 步包括： 於一玻璃基板上定義複數個毛細通道； 將該等毛細通道蝕刻至一預定深度； 採用一介電膜層塗佈該玻璃基板； 採用一層經圖樣化之厚膜塗佈該介電膜；以及 在該介電膜中形成複數個存取孔。 31 1297733 093130156號專利申請案 說明書無劃線修正本 12·如申請專利範圍第U項之方法，豆中 兵甲4疋義包括利用 一遮罩，用以於該玻璃基板上定義該等毛細通道，其中 該遮罩係選自由Cr/Au及多晶矽所組成群組中。 13·如申請專利範圍第U項之方法，其中該預定深度約為 8μπι 至 20μιη。 14.如申請專利範圍第U項之方法，其中該採用—介電膜 層塗佈該玻璃基板的步驟包括·· 、

將該基板中的一遮罩蝕刻； 將覆蓋一介電膜之矽晶圓焊接至該玻璃基板上丨以及 溶解該矽晶圓。 15·如I請專利範圍第Π項之方法，其中於該介電膜中形 成複數個存取孔的步驟包括採用一乾式蝕刻機器蝕刻 該介電膜，以挖開該等複數個存取孔。 16.如申請專利範圍第9項之方法，其中該密封式嵌入步驟

(0進一步包括採甩一密封劑來將該毛細管電泳晶片密 封於該塑膠結構中。 ”·如申請專利範圍第9項之方法，其中該緩衝液為一線性 聚合物溶液，其係選自由聚丙烯醯氨、羥乙基纖維素及 經丙基纖維素所組成群組中。 18· —種毛細管電泳裝置，其包括： 破置主體結構（5)，其具有第一表面（20)及第二表 面（50)，其中會在該第一表面（2〇)上排有複數個儲存槽 32 12977 fi093130156號專利申請案 說明書無劃線修正本 (6) ，並且會在該第二表面（50)上橫向定義至少一個凹溝 (7) ； 其中該至少一個凹溝中的一凹溝（7)夠深使得其可 與該等複數個儲存槽（6)的至少一部分互相流通，以及 其中該凹溝（7)包括一接合劑接收孔（8); 一長型毛細管電泳晶片（1)，其係被置放於該裝置主 體結構（5)中，其中該長型毛細管電泳晶片（5)包括：

一基板（3 0)，其具有一直線型主要分離通道（11)及一 注射通道（2);以及 複數個存取孔(4)，其係被定義在該電泳晶片（1)上; 其中該個別長型毛細管電泳晶片（1)被嵌入該凹溝 (7)中使得將该等複數個存取孔（4)導向該等複數個儲存 槽中對應之儲存槽（6)。 19.如申請專利範圍第18項之毛細管電泳裝置，其中該凹 溝（7)包括防止接合劑進入存取孔*的構件。

如申請專利範圍第18項之毛細管電泳裝置，其中該凹 溝⑺包括-或多個階梯（70)，從該接合劑接收孔⑻通 向一個別儲存槽（6)。 21 ·如申睛專利範圍第i 8項之毛細管電泳|置，其中該凹 包括-或多個階梯（70)，從該個別儲存槽⑹通向該接 劑接收孔（8)。 33