分离装置及其制造方法制造方法及图纸

一种用于将样品分离成大小不同的微观结构的分离设备，该设备包括一个有分离通道的分离部件，该分离通道位于分离部件基质上的沟槽中，在沟槽中形成间隔排列的柱路径（１２１），其宽度比柱路径（１２１）间的间隙宽度要宽。当样品迁移通过分离通道时，小尺寸的ＤＮＡ分子（Ｓ）被柱路径（１２１）捕获，大尺寸的ＤＮＡ分子（Ｌ）顺利地迁移通过宽的间隔；所以大尺寸的ＤＮＡ分子（Ｌ）比小尺寸的ＤＮＡ分子能更快地到达分离通道的末端，且没有堵塞。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对含有微观结构的样品进行分离的技术，更特别的，涉及能按大小不同将一个样品分离成不同的微观结构的设备，例如，利用微量技术分离细胞和核苷酸片断或有机分子，如氨基酸、肽和蛋白质，金属离子，胶体颗粒和乳胶颗粒，以及制备微柱的方法。相关技术说明分析生物体基本结构的一般方法是从样品中分离和提纯微观结构。在分析过程中用到的另一种常用方法是将样品中的微观结构按照大小或带电量的不同分组，比如，在Maxam-Guilbert方法中，将DNA用放射性同位素32P标记其一个末端，用化学方法剪切成不同长度的片断，然后通过电泳将片断分离，放射自显影测量片断的碱基序列。分离过程耗时较长，应该被缩短，因此，缩短分离时间是本
的一个重要技术目标。换句话说，研究者希望设计一种分离技术，通过该技术可以在短时间内精确分离出各微观结构。超离心机和毛细管电泳系统被广泛用作分离设备，但是，研究者利用超离心机和毛细管电泳系统分离时需要花很长的时间，这些现有的设备/系统的另一个难以克服的缺点是需要大量的样品，而且其分辨率也不能满足研究的需要。专利号为5837115的美国专利公开了一种分离设备，在该专利揭露的设备中，有许多障碍物并排安装在基质的表面，并且液体基质中的片断迁移通过这些障碍物排列。本专利技术分离的对象和美国专利一致，都是细胞、病毒、高分子和微粒子。但是，现有的设备存在以下问题第一，障碍物阵列中的通路易于被片断所阻塞，这就意味着这些阻塞的通路需要经常清扫，所以吞吐量低。第二，很难使障碍物保持适当的间距，根据现有的技术使障碍物的间距保持等于或小于200纳米是不可能的。由于以上原因，现有的分离设备只能用来分离有限的范围的微观结构。
技术实现思路
专利技术概述因此，本专利技术的一个重要的目标是提供一种设备，利用该设备能高分辨率地将少量的样品迅速的分离成大小不同的组分，且没有阻塞。这些组分包括核酸和蛋白质。本专利技术的另一个重要的目标是提供一种制备该设备的方法，通过该设备，在分离通道中能高密度地形成微体。本专利技术的一个方面是提供了一种能将样品分离成大小不同的微观结构的设备，该设备包含一个含有样品迁移区域的分离部件和至少一个作为障碍物的微体群落，该障碍物阻碍微观结构的迁移，并形成一个区域，该区域中迷宫似的部分用来捕获较小尺寸的微观结构，而该区域的其他部分作为较大尺寸的微观结构的通路。本专利技术的另外一个方面是提供一种制备分离设备的方法，该方法包含以下步骤a)制备一个基质结构，b)通过电子束平板印刷技术从一个图案转移层转印一个微体图案到基质结构表面区域，该微体作为阻碍微观结构迁移的障碍物，c)完成表面区域图案中的微体，和d)完成一个分离通道，该通道具有包含表面区域的基质区域。附图的简要描述通过以下描述，并结合附图，本专利技术的设备和方法的特征和优点将更清楚。其中附图说明图1是本专利技术的设备中形成的柱的结构示意图。图2是本专利技术的设备的平面示意图。图3是设备中的液体槽的平面图。图4是沿着图3的轴线A-A’的液体槽的结构的横切面图。图5是本专利技术的另一种设备的布置透视图。图6是设备中的结合部件结构的横切面示意图。图7是分离部件的布局(layout)平面示意图，该分离部件形成本专利技术另一种设备的一部分。图8是安装在分离部件中的样品加速器的平面示意图。图9是分离部件的布局平面示意图，该分离部件形成本专利技术另一种设备的改进部分。图10是安装在分离部件中的样品加速器的平面示意图。图11是在基质中形成的分离通道的立体示意图。图12是分离通道中的柱的横切面示意图。图13是微观结构迁移通过现有技术的分离通道的示意图。图14是微观结构迁移通过本专利技术分离部件中的分离通道的示意图。图15是柱路径(pillar patch)改进的排列平面图。图16是柱路径其他改进的排列平面图。图17是分离通道中的柱路径的布局的平面图。图18是柱路径的改进平面图。图19是柱路径的另一种改进的平面图。图20是柱路径的再一种改进的平面图。图21是沿着图20的线A-A’的表示柱路径的结构的横切面图。图22是柱路径的排列平面图。图23是另一种分离通道结构的横切面图。图24A到24D是样品受压通过分离区域前的一排柱时的平面图。图25是包被有一层光滑层的凹槽壁的立体示意图。图26是分离通道中柱路径群落的布局平面图。图27是样品加速器改进的布局立体示意图。图28A是离心系统的管子中的芯片(chip)的平面图。图28B是放置在管子中的芯片的横切面图。图29A到29G是分离部件中柱形成过程的横切面图。图30A到30C是分离部件中柱的另一种形成过程的横切面图。图31A到31D是分离部件中柱的再一种形成过程的横切面图。图32A到32C是分离部件中柱的又一种形成过程的横切面图。图33A到33D是基质中间隔的形成过程的立体示意图。图34是本专利技术位于分离部件的分离区域的布局的平面示意图。图35A到35B是液体通过分离区域不同排列时的界限的平面图。图36A到36C是缓冲液流进被人造胶均匀填充的间隔的示意图。图37A到37C是缓冲液流进被人造胶不均匀填充的间隔的示意图。图38A到38Q是本专利技术用于测试的设备样品的制备过程的横切面示意图。图39A到39Q是制备样品的方法的平面图。图40和41是用本专利技术的方法制造的柱的照片。图42是样品1完成蚀刻后柱的照片。图43到45是样品1的柱上产生的氧化硅层的照片。图46是样品2完成蚀刻后柱的照片。图47到49是样品2的柱上产生的氧化硅层的照片。图50A是柱的三角形格子的照片。图50B是一系列缓冲液迁移通过不同浓度的柱区域的照片。图51A到51E是本专利技术制备一个样品的一个方法的步骤的横切面图。图52是本专利技术制备的样品的照片。图53是样品中的柱的尺寸的示意图。图54A到54C是表示分离设备的样品制备方法的后面部分的平面示意图。图55A到55C在制备过程的后续步骤中样品沿线A-A’的横切面示意图。图56是DNA分子的迁移速度的离差(dispersion)图。图57是DNA的大小和本专利技术测得的迁移速度之间的关系图。图58是试验测得的光子数量和时间的关系图。专利技术的详细描述本专利技术的设备包含一个壳体(body)，该壳体至少有一个供样品通过的通道。样品流经该至少一个通道。壳体的通道中还至少有一个分离区域，在该分离区域中形成多个柱。本专利技术的设备可以包含有作为样品通道的凹槽的壳体，引导样品进入通道的进料口，将样品分离成各组分的分离区域和用来分别分析或回收分离组分的样品回收部分。在分离区域有一个柱群落，该柱可以安装在内表面作为通道的一部分。分离区域的多个柱就象梳子的齿，间隔排列。样品的各组分通过这些柱被分离。换句话说，这些柱足够多能使样品分离成各组分，即使这些组分象核苷酸和蛋白质那样微小，也能从样品中分离或挑选出来。这些柱可以用亲水性层覆盖。亲水层可以是由柱材料的氧化物组成。如果基质和柱都是由单一的晶体硅组成的，那么氧化硅就适合作为亲水层。当样品被分离时，向设备中加入缓冲液，如水溶液。由于柱上覆盖着亲水层，缓冲液可以很平稳地通过设备。假如柱是疏水的，那么在柱的间隔等于或小于200纳米的条件下，缓冲液将很难通过设备。若把柱的间隔减小到100纳米甚至更小，那问题就更加严重。但是，亲水性的柱能使缓冲液很容易的流过非常狭窄本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可以将样品分离成不同大小微观结构的设备，其中包含分离部件（１１０／８０１；２０；５５０，５５０Ａ；１２０／１２２；１２０／１２２Ａ），该分离部件包括： 允许所说的样品被迁移的区域（１１２；２０ａ；５４０；１１２Ａ；１１２Ｂ；１１２Ｃ；１２１Ａ；１１２Ｆ；１１２Ｇ；１１２Ｊ）和 作为障碍物的微体（１２５；１２５Ａ；５０６；７１２Ａ），该微体能阻碍所说的微观结构的迁移，以将样品分离成不同大小的微观结构， 其特征在于： 所说的微体（１１０；１２５；１２５Ａ；５０６；７１２Ａ）在所说的区域至少形成一个群落（１２１；１２１Ａ；１２１Ｂ；１２１Ｃ；１２１Ｄ；１２１Ｅ；７１２；５０６），并定义了捕获小尺寸微观结构的迷宫，而该区域剩下的部分用作大尺寸微观结构通过的路径（１２３；１２３Ａ；１２３Ｂ；１２３Ｃ；１２３Ｄ；１２３Ｅ；１２３Ｆ；７１４）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：饭田一浩，川浦久雄，马场雅和，坂本利司，佐野亨，井口宪幸，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]