自锁式光电镊子及其制造制造技术

提供了一种用于在大面积上进行单微粒操纵的新型自锁式光电镊子(SLOT)。由环形横向光电晶体管产生的DEP力用于在黑暗状态下锁定单微粒或细胞。可以通过光学去激活这些锁定位点来选择性地释放所述锁定的微粒或细胞。

Self locking photoelectric tweezers and its manufacture

A novel self locking Tweezer (SLOT) for single particle manipulation on a large area is provided. The DEP force produced by an annular transverse phototransistor is used to lock single particles or cells in the dark. Selectively locked particles or cells can be selectively released by optically activating these locking points.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自锁式光电镊子及其制造相关申请的交叉引用本申请要求2014年8月15日提交的USSN62/038,150和2015年6月18日提交的USSN62/181,627的权益和优先权，两者的全文出于所有目的以引用的方式并入本文。政府资助声明本专利技术是在政府的支持下根据国家科学基金会(NationalScienceFoundation)授予的资助号1232279进行的。政府享有本专利技术的某些权利。
技术介绍
光电镊子(OET)已被开发用于单细胞和颗粒的并行操纵用于各种生物应用(Chiou等人(2005)Nature436(7049):370-372.)。例如光电镊子(OET)已被开发用于单细胞和颗粒的动态操纵(Chiou等人(2005)Nature,436(7049):370-372)。OET可以用于捕获和操纵半导体和金属纳米线(Jamshidi等人(2008)NaturePhotonics,2(2):86-89)、微/纳米珠(Ota等人92013)NanoLetts.,13(6):2766-2770；Glaesener等人(2012)OpticsLetts.,37(18):3744-3746；Zarowna-Dabrowska等人(2011)OpticsExpress,19(3):2720-2728)、DNA(Jamshidi等人(2009)NanoLetts.,9(8):2921-2925)，和生物细胞(Jeorrett等人(2014)OpticsExpress22(2):1372-1380；Shah等人(2009)LabonaChip,9(12):1732-1739)。在典型的OET设置中，在低电导率介质(～0.01S/m)中在1mm2的区域上可以形成大量(例如，超过15,000个)可单独寻址的光阱。然而，OET的效用由于其与生理缓冲液的不相容性和低操纵通量而遇到瓶颈。先前，已提出了基于垂直光电晶体管的OET(Hsu等人(2010)LabonaChip,10(2):165-172)来解决缓冲液不相容性问题。然而，低通量对于所有光学操纵技术(包括但不限于OET)来说仍然是主要问题。这个基本限制来自视场(FOV)与光学分辨率之间的折衷。大FOV通常意味着使用具有低数值孔径(N.A.)的透镜。然而，此类低数值孔径透镜不能提供所需的光学图像清晰度以形成产生足够的捕获力的光强度梯度。这对于光学镊子中的直接光学力和OET中的光诱导DEP力两者来说确实如此。因此，即使使用高功率光束，单细胞或颗粒的大面积光学操纵几乎是不可能的。
技术实现思路
本文设想的各种实施方案可包括但不限于以下中的一个或多个：实施方案1：一种自锁式光电镊子装置，其包括：第一衬底，其包括第一电极和可以光学导通和截止的多个环状和/或非圆形光电晶体管，其中所述光电晶体管和第一衬底被配置成在向所述装置施加电压时在环状或非圆形光电晶体管处产生负介电泳(DEP)力；并且当用光照射所述光电晶体管时，关闭在环状或豆形(例如，芸豆形)光电晶体管处的DEP；以及包括第二电极的表面，其中所述表面被设置成限定位于所述第一衬底与所述表面之间的室或通道，并且所述室或通道被配置成接收并且，或者保持含有细胞或颗粒的流体。实施方案2：如实施方案1所述的装置，其中所述光电晶体管是环状的。实施方案3：如实施方案1所述的装置，其中所述非圆形光电晶体管是豆形的(例如芸豆形)。实施方案4：如实施方案1-3所述的装置，其中所述光电晶体管产生垂直于设备的平面的电场。实施方案5：如实施方案1-4所述的装置，其中所述光电晶体管的所述环状或非圆形部分是p掺杂的。实施方案6：如实施方案1-5所述的装置，其中所述衬底是包括环状或豆形部分的掺杂p型衬底，其中所述环状或豆形部分的所述中心和所述环状或非圆形部分外侧的区域是n掺杂的。实施方案7：如实施方案6所述的装置，其中所述掺杂p型衬底是掺杂p型III-V族或p型IV族材料。实施方案8：如实施方案6所述的装置，其中所述掺杂p型衬底是掺杂p型硅。实施方案9：如实施方案6所述的装置，其中所述n掺杂区域涂覆有薄膜导体。实施方案10：如实施方案9所述的装置，其中所述薄膜导体中的一个或多个包括选自由Au、Ti、Al、Cr、Ni、Ta、Pd和Pt组成的组的材料。实施方案11：如实施方案1所述的装置，其中所述光电晶体管的所述环状或非圆形部分是n掺杂的。实施方案12：如实施方案1和6所述的装置，其中所述衬底是包括环状或非圆形部分的掺杂n型衬底，其中所述环状或非圆形部分的所述中心和所述环状或非圆形部分外侧的所述区域是p掺杂的。实施方案13：如实施方案12所述的装置，其中所述掺杂n型衬底是掺杂n型III-V族或n型IV族材料。实施方案14：如实施方案12所述的装置，其中所述掺杂n型衬底是掺杂n型硅。实施方案15：如实施方案12所述的装置，其中所述p掺杂区域涂覆有薄膜导体。实施方案16：如实施方案15所述的装置，其中所述薄膜导体中的一个或多个包括选自由Au、Ti、Al、Cr、Ni、Ta、Pd和Pt组成的组的材料。实施方案17：如实施方案1-15所述的装置，其中所述衬底的顶表面涂覆有绝缘体，所述绝缘体具有在所述环状或非圆形形状的所述中心处到所述导体膜的开口。实施方案18：如实施方案17所述的装置，其中所述绝缘体包括选自由SU-8或其他光致抗蚀剂、PDMS、二氧化硅、Al2O3和氮化硅组成的组的材料。实施方案19：如实施方案17-18所述的装置，其中所述绝缘层被配置成在黑暗状态下提供约50％的部分电压泄漏。实施方案20：如实施方案17-19所述的装置，其中所述绝缘体包括Al2O3。实施方案21：如实施方案20所述的装置，其中包括所述绝缘体的Al2O3层的厚度为约30nm。实施方案22：如实施方案1-21所述的装置，其中所述衬底的尺寸范围为从约1mm2、或约5mm2、或约10mm2、或约50mm2、或约1cm2直至约500cm2、或直至约200cm2、或直至约100cm2或直至约50cm2。实施方案23：如实施方案1-22所述的装置，其中环状物的直径或非圆形形状的长轴的范围从亚微米尺寸(例如，用于捕获分子)到数百微米以捕获大的物体(例如，细胞的聚集)。实施方案24：如实施方案1-23所述的装置，其中环状物的直径或非圆形形状的长轴的范围为从约10、或约20nm、或约50nm、或约100nm、或约200nm、或约500nm直至约500μm、或直至约250μm、或直至约200μm、或直至约100μm、或直至约150μm、或直至约100μm、或直至约80μm、或直至约60μm、或直至约50μm、或直至约30μm、或直至约20μm。实施方案25：如实施方案24所述的装置，其中环状物的所述直径或非圆形形状的所述长轴为约10μm至约20μm。实施方案26：如实施方案24所述的装置，其中环状物的直径或非圆形形状的长轴为约15μm。实施方案27：如实施方案1-26所述的装置，其中形成环状物或非圆形形状的所述环的所述厚度在约0.5μm直至约10μm范围内。实施方案28：如实施方案1-26所述的装置，其中形成环状物或非圆形形状的所述环的所述厚度在约2μm直至约8μm范围内。实施方案29：如实施方案1-26所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自锁式光学镊子装置，其包括：第一衬底，其包括第一电极和可以光学导通和截止的多个环状和/或非圆形光电晶体管，其中所述光电晶体管和第一衬底被配置成在向所述装置施加电压时在所述环状或非圆形光电晶体管处产生负介电泳力(DEP)；并且当用光照射所述光电晶体管时，关闭在环状或非圆形光电晶体管处的所述DEP；以及包括第二电极的表面，其中所述表面被设置成限定位于所述第一衬底与所述表面之间的室或通道，并且所述室或通道被配置成接收并且，或者保持含有细胞或颗粒的流体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.15 US 62/038,150;2015.06.18 US 62/181,6271.一种自锁式光学镊子装置，其包括：第一衬底，其包括第一电极和可以光学导通和截止的多个环状和/或非圆形光电晶体管，其中所述光电晶体管和第一衬底被配置成在向所述装置施加电压时在所述环状或非圆形光电晶体管处产生负介电泳力(DEP)；并且当用光照射所述光电晶体管时，关闭在环状或非圆形光电晶体管处的所述DEP；以及包括第二电极的表面，其中所述表面被设置成限定位于所述第一衬底与所述表面之间的室或通道，并且所述室或通道被配置成接收并且，或者保持含有细胞或颗粒的流体。2.如权利要求1所述的装置，其中所述光电晶体管是环状的。3.如权利要求1所述的装置，其中所述非圆形光电晶体管是豆形的。4.如权利要求1-3所述的装置，其中所述光电晶体管产生垂直于设备的平面的电场。5.如权利要求1-4所述的装置，其中所述光电晶体管的所述环状或非圆形部分是p掺杂的。6.如权利要求1-5所述的装置，其中所述衬底是包括环状或豆形部分的掺杂p型衬底，其中所述环状或豆形部分的所述中心和所述环状或非圆形部分外侧的区域是n掺杂的。7.如权利要求6所述的装置，其中所述掺杂p型衬底是掺杂p型III-V族或p型IV族材料。8.如权利要求6所述的装置，其中所述掺杂p型衬底是掺杂p型硅。9.如权利要求6所述的装置，其中所述n掺杂区域涂覆有薄膜导体。10.如权利要求9所述的装置，其中所述薄膜导体中的一个或多个包括选自由Au、Ti、Al、Cr、Ni、Ta、Pd和Pt组成的组的材料。11.如权利要求1所述的装置，其中所述光电晶体管的所述环状或非圆形部分是n掺杂的。12.如权利要求1和6所述的装置，其中所述衬底是包括环状或非圆形部分的掺杂n型衬底，其中所述环状或非圆形部分的所述中心和所述环状或非圆形部分外侧的所述区域是p掺杂的。13.如权利要求12所述的装置，其中所述掺杂n型衬底是掺杂n型III-V族或n型IV族材料。14.如权利要求12所述的装置，其中所述掺杂n型衬底是掺杂n型硅。15.如权利要求12所述的装置，其中所述p掺杂区域涂覆有薄膜导体。16.如权利要求15所述的装置，其中所述薄膜导体中的一个或多个包括选自由Au、Ti、Al、Cr、Ni、Ta、Pd和Pt组成的组的材料。17.如权利要求1-15所述的装置，其中所述衬底的顶表面涂覆有绝缘体，所述绝缘体具有在所述环状或非圆形形状的所述中心处到所述导体膜的开口。18.如权利要求17所述的装置，其中所述绝缘体包括选自由SU-8或其他光致抗蚀剂、PDMS、二氧化硅、Al2O3和氮化硅组成的组的材料。19.如权利要求17-18所述的装置，其中所述绝缘层被配置成在黑暗状态下提供约50％的部分电压泄漏。20.如权利要求17-19所述的装置，其中所述绝缘体包括Al2O3。21.如权利要求20所述的装置，其中包括所述绝缘体的Al2O3层的厚度为约30nm。22.如权利要求1-21所述的装置，其中所述衬底的尺寸范围为从约1mm2、或约5mm2、或约10mm2、或约50mm2、或约1cm...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨雅嘉，毛宇飞，培钰·E·邱，徐志安，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：美国,US