纳米级分子阵列排布机制造技术

本发明专利技术是形成阵列的专用设备，形成的阵列包括由一种或多种材料组成的一个或多个点状区域。本发明专利技术可能包括一个Ｘ，Ｙ控制器，一个Ｘ，Ｙ平移台，一个载样基片，一个沉积基片，一个点样探针。计算机控制所有组件的相对位置。近一步，本发明专利技术使用湿度控制系统在探针和基片之间产生毛细桥，用于在载样基片、点样探针和沉积基片间传输沉积物。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
优先权本申请要求2000年8月15日提交的第60/225,434号临时申请的权益。直接检测分子互相反应事件的方法之一是扫描探针显微镜。原子力显微镜(AFM)就是其中的一种。它的特点是用位于柔性悬臂梁末端的锐利针尖对样品表面进行扫描。在扫描过程中，由针尖与样品之间产生的引力与斥力总和导致的净力输出使悬梁臂偏转弯曲，在已知悬梁臂弹性常数的条件下，可以精确地计算由悬梁臂偏转弯曲产生的净作用力。悬梁臂的弯曲偏转程度通常可以根据聚集激光束在剖分式光电二极管上的反射程度来测定。这一聚集激光束自悬梁臂的背面发射出来，形成一种“光学杠杆”或“光束偏转”机构。此外，还有另外一些用于检测悬梁臂偏转弯曲机制的方法，其中包括干涉仪和压电应变计。早期的原子力显微镜只能记录悬梁臂的垂直位移，最近的方法则涉及到使针尖共振，针尖瞬间接触或根本不触及样品。当针尖在样品表面上移动时，针尖位移或是共振会随之变化，这种变化可用来形成表面形貌的图像。这种图像反映出各类样品的三维结构，而这类样品包括材料样品，化学样品和生物样品，生物样品中包括DNA，蛋白质，染色质，离子通道，甚至是活细胞。除了图像生成能力以外，原子力显微镜还可以测量微力变化，直接感受在微牛顿(10-6)和皮牛顿(10-12)范围内的微力。所以原子力显微镜可以测量分子间力，甚至是单一分子内部的作用力。此外，原子力显微镜还能测量不同类型的作用力及现象，比如磁场力，热梯度和粘弹性。因此可以利用原子力显微镜的这种能力来详细绘制样品表面力场分布图形，利用其高分辩力来反映这类力场的位置和数量，其作法类似于确定某些特定复合物在指定表面上的位置。在测量分子力时，原子力显微镜的探针是可以针对一个靶分子的。原子力显微镜使用的分子阵列是在固态支持物上排列的。其典型的制作过程分为原位加工和离位加工两种，离位加工包括机械点样，也就是把样品点状沉积在表面上。原位加工的合成方法和仪器涉及用核酸或短月太的光化学合成来确定其在硅表面或玻璃表面上的空间位置。但是，在掩模和合成过程中使用的光波长会对原位加工产生限制作用，进一步说，这一过程可能会受到成本的限制。所以需要一种省时高效的专用装置来制作分子的阵列排布。一种利用表面机械点样的离位加工方法的例子被形像地描绘成“蘸水笔”方法，把事先准备好的样品由蘸水笔写到沉积表面。研究结果显示，用标准的原子力显微镜操纵蘸水笔时，这种蘸水笔法可以使用一种烷硫基盐单分子层来绘制亚微米级的分子线或分子点。另一种惯用的工艺仪器是针状装置，这种针状装置在浸蘸含有样品物质的溶液后，把样品液滴点状分布在沉积表面。可是这种方法并不能形成极小的点域。虽然目前原子力显微镜已被用于亚微米分子线的绘制或是用于分子点的制作，但是原子力显微镜并不是最佳的用于产生点阵的工具，因为它缺少由计算机控制的具亚微米级精确度的样品台，缺少用于样品定位的精密光路，缺少能控制针尖移动的易操作软件。更进一步地讲，商用原子力显微镜的结构不能胜任大批量不同分子的快速点状沉积。最后，原子力显微镜是被设计成具备多种功能的仪器，而不是专门的样品点状阵列沉积仪器，因此成本高于专用阵列排布机。而这种多功能的原子力显微镜又不能具备专用样品点状阵列沉积仪器应有的其它特征，所以需要一种能专门制作点状阵列排布的仪器。目前需要一种商业化实用性的样品点状阵列排布仪器来制作亚微米级点状分子阵列，这种仪器具备精密的光学特性以便用于样品定位，使用者可以通过计算机控制来确定点阵的排列方式和大小。如以自动控制的大批量输出方式工作，这种仪器便显示出其独到的优点。制作点域的方法由以下步骤组成，(a)载样基片的获取，该基片进一步包括被沉积物，(b)被沉积物在点样探针上的装载，(c)通过把点样探针上的沉积物按所需量传输到沉积基片上来产生点状沉积区。制作点状阵列的装置包括以下部分，(1)Z控制器，(2)点样探针，可操作地连接在Z控制器上，点样探针进一步包含针尖，(3)X，Y控制器，可操作性地连接在Z控制器上，并能沿X轴，Y轴选择性地在第一位置和第二位置之间移动，(4)沉积基片，可操作地固定在X，Y控制器上，当X，Y控制器将沉积基片移到第二位置时，沉积基片可操作地相对点样探针定位。本项专利技术涉及一种用于制作分子阵列的专用仪器，这种分子阵列由小于或等于一微米的点状区域组成。使用本项专利技术中的阵列排布机可以节省昂贵的试剂和试验材料，有助于节省大型综合性化学实验室的空间。最后，此项专利技术可实现以大批量输出的形式来检测大量的样品，因为它能容易地产生客户自己设计的由不同种沉积物组成的阵列。本项专利技术使用的点状沉积技术是使样品瞬间水合以形成一种毛细桥。毛细桥可以把被沉积物从载样基板上传输到点样探针上，点样探针再把被沉积物传输到沉积基片上以产生点状沉积区域。阵列就是由一个或多个这样的点状区域组成。本项专利技术装置所使用的毛细桥沉积技术将在下面作进一步描述。正在申请的编号为U.S.申请书09/574,519专利中也对此作了详细的描述。本文引用该申请书的全部内容。图2是本专利技术的一个实例中仪器的正视图。图3a是本项专利技术的一个实例中X，Y控制器的透视图。图3b是本项专利技术的一个实例中X，Y平移台的透视图。图4是本项专利技术的一个实例中点样探针的透视图。图5是本项专利技术中湿度控制器组件的方框图。详细描述本专利申请说明书描述一种阵列排布机10，这一阵列排布机10以大批量输出的方式产生由点状区域组成的阵列。在一实例中，阵列排布机是自动控制的，使用者不必经常不断地监视阵列的形成。在对阵列排布机10的组成部分作综合性描述后，将对每一个部分作更为特定的描述。如附图说明图1和图2所示，本专利技术阵列排布机10的一个实例包括一个点样探针12，一个X，Y控制器14，一个Z控制器16，一个X，Y平移台18，一个湿度控制器20，一个控制计算机22，和一个基座24。点样探针12可操作地连接在Z控制器16上，Z控制器又与基座24相连。X，Y控制器14可固定在基座24上Z控制器16的左边。X，Y平移台18可固定在基座24上Z控制器16的右边。湿度控制器20和控制计算机22可以相对点样探针12，X，Y控制器14和X，Y平移台18的位置来定位，从而使湿度控制器20能恰当地发挥各个功能，例如控制湿度。计算机22控制着本项专利技术阵列排布机10中的各个部分的功能。值得首肯的是，由专业人士构思出来的大量结构与设计可用于将X，Y控制器14，Z控制器16，X，Y平移台18等等连接到基座24上。这些组件的不同定位不会改变本项专利技术的功能范围。也就是说，这些组件可以用大量不同的方式相连接，其中包括螺栓连接，电焊连接，和搭扣连接等等。如图3a所示，X，Y控制器14又包括一个附在其上可以移动和拆卸的沉积基片25，这个基片用作本专利技术沉积材料的一种表面。该基片由X，Y控制器移动到Z控制器16下的位置，这样点样探针能降低位置将沉积材料沉积到基片上。基片与X，Y控制器的连接可以采取搭接，嵌接，凸接，或是其它工艺形式。解释完本实例中的每一个组件，有关阵列排布机10是如何沉积样品的细节就能被更好地理解。在又一实例中，一个控制器就可以操纵点样探针12在X，Y和Z轴方向上移动。根据所沉积材料的性质，本项专利技术装置中使用的沉积基片25可以由多种材料制成。对这种沉积基25的进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生分子阵列的仪器，包括：基座；Ｚ控制器，可操作性地连接在基座上，并在Ｚ轴上能选择性地移动；点样探针，可拆卸和可操作地连接在Ｚ控制器上，能随Ｚ控制器在Ｚ轴上可选择地定位；Ｘ，Ｙ控制器，可操作地连接在基座上，并能沿Ｘ轴，Ｙ 轴可选择地移动，Ｘ，Ｙ控制器进一步包含可操作地连接在其上的沉积基片，Ｘ，Ｙ控制器的移动将造成沉积基片在第一位置和第二位置之间移动，其中第二位置可操作地相对点样探针而定位；Ｘ，Ｙ平移台，可操作性地连接在基座上，并能沿Ｘ轴，Ｙ轴选择性地移动 ，Ｘ，Ｙ平移台进一步包含可操作地连接在其上的载样基片，Ｘ，Ｙ平移台的移动将造成载样基片在第一位置和第二位置之间移动，其中第二位置可操作地相对点样探针而定位。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克亨德森，柯蒂斯莫舍，
申请(专利权)人：拜澳富斯毫微科学有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]