具有玻璃样表面的聚合物衬底和由所述聚合物衬底制成的
芯片
技术领域
[0001] 本
发明涉及具有玻璃样的和/或蚀刻的玻璃样的表面的聚合物衬底（polymeric substrate）和由至少一个这样的聚合物衬底制成的芯片（chip）。本发明还涉及一种为聚合物衬底提供玻璃样的和/或蚀刻的玻璃样的表面的方法。此外，本发明涉及用于使用这样的聚合物衬底制造芯片的
试剂盒。此外，本发明涉及使用具有玻璃样的表面的聚合物衬底用于制造芯片。
背景技术
[0002] 很多在小型平台上的分析操作的集成已经被Manz和Widmer在过去的十年中描述为“芯片上的实验室”的概念（D.J.Harrison,A.Manz,Z.Fan,H.Luedi,H.M.Widmer,Anal.Chem.64,1992,1926）。这种微芯片系统，包括
微流体系统、
传感器、阵列（所谓的
生物芯片）、在芯片上的化学合成，仅举几例，允许小的样品体积和低的功耗、能够实现样品处理、各种各样的化学反应、快速分离和检测时间。
[0003] 自从概念出现以来，该领域增长迅速并且关于新的分析领域和新材料的应用的发展已经在一些综述中进行了总结。（D.R.Reyes,D.Iossifidis,P.A.Auroux,A.Manz,Anal.Chem.74,2002,2623;P.A.Auroux,D.Iossifidis,D.R.Reyes,A.Manz,Anal.Chem.74,2002,2637）。
[0004] 这些微系统芯片或微流体芯片或微芯片大多是由玻璃、
硅或熔融硅衬底材料制备的，由于它们良好的光学特性（在450-700nm范围内透明，低自发
荧光）和化学惰性。但是，基于这些材料的设备是昂贵的，因为它们是使用
半导体微细加工技术制造，包括蚀刻掩模的形成、
光刻法和衬底蚀刻。因此，替代材料已被研究，尤其是各种聚合物作为替代材料已被研究，诸如聚二甲基硅
氧烷（PDMS）、聚(甲基
丙烯酸甲酯)（PMMA）、聚
碳酸酯（PC）、聚苯乙烯（PS）、聚对苯二
甲酸乙二醇酯（PETG）、聚氯乙烯（PVC）和聚酰亚胺（PI），因为它们更低的成本、与生物分子的相容性、光学透明性、复制策略的数量和可处理性（H.Becker,L.E.Locascio Gartner,Talanta,56,2002,267）。
[0005] 流体在宏观的通道中的流动一般是通过流体的固有的性能像，例如，其
粘度来确定。在小型化的系统中，诸如具有小型化的毛细管但也高通量阵列格式的微流体芯片，表面性能和表面效应发挥关键作用，因为当与传统的宏观系统相比时大的表面与体积比，以及流体与材料的相互作用是通过表面确定的，而不是这些材料的整体性能的事实。为了这样的芯片的良好的性能，因此主要问题之一是被良好定义的和均匀的通道的几何形状和表面性能。
[0006] 当衬底材料改变为塑料时，主要障碍之一是新的衬底材料的表面性能的差异和产生与分析物的相互作用的差异。例如，由聚合物材料制造的大多数微流体装置的共同的问题是在分离工艺期间分析物
吸附到通道壁，尤其是在
蛋白质分离中使用的诸如蛋白质的分子或诸如十二烷基
硫酸钠（SDS）的
表面活性剂与它们的面向疏
水性聚合物表面的疏水侧形成凝胶。这不仅可以导致样品损失，也导致
电渗流或分析物壁的相互作用的变化，导致分离性能的劣化。对于其他分析微芯片系统，诸如酶反应器或生物测定平台，试剂和生物
探头的有效结合是必不可少的。另一个问题是分析物基质的成分从通道表面分离，导致增强的电渗流层，其可以扰乱
电泳测量。
[0007] 因此，进行聚合物材料的表面改性和处理从而控制生物分析物在壁上的非特异性吸附。用于表面改性的方法包括动态涂覆（非永久地）和共价（化学地）键永久涂覆（J.Liu,M.L.Lee,Electrophoresis,2006,27,3533-3546;D.Belder,M.Ludwig,Electrophoresis,2003,24,3595-3606）。也报导了通过采用
等离子体、
电子束或离子束的聚合物衬底的表面改性。这些改性被认为是永久性的，但一些性能随着时间的推移并不稳定，像例如，亲水性。
[0008] 动态涂覆是一种方便进行的改性。在这种情况下，使表面活性涂覆材料或表面改性剂与表面
接触，例如，通过冲洗通道。涂覆材料被
物理吸附到表面上。但是，动态表面改性的潜
力在许多应用中是受限的，由于最后从聚合物表面的
解吸再次导致表面性能在使用过程中变化。另外，解吸的表面改性剂也可以与分析物相互作用。
[0009] 永久表面改性因此被视为用于表面改性最有效的方法。理想地，改性是稳定的，并且不必是再生的。但是，由于改性需要特定的化学反应或处理，它往往在生产过程中是更劳动密集的。
[0010] 测定也是生物技术的应用，其中聚合物材料可以用于装置的制备。已经开发了用于玻璃的转移测定化学经常需要添加
洗涤剂以确保疏水性塑料表面的
润湿性，或以避免蛋白质或其它生物分子粘固在这些疏水性表面上。添加这样的洗涤剂可能负面影响测定的性能，因为这种物质可以导致蛋白质或其它生物分子的变性。在洗涤剂或其它表面活性物质的存在下，大的蛋白质分子可以很容易地失去其功能。还应该提到，细胞或细胞碎片通过暴露于洗涤剂或疏水性塑料表面是最容易被损坏或毁坏。任何上面的实例表示的情况，其中蛋白质或生物分子、大的蛋白质组装或细胞和细胞碎片暴露于非天然条件下，它们可能与在其自然的环境中表现得非常不同。
[0011] 因此，需要允许容易和低成本制造用于生物技术的应用的系统的材料，而同时提供玻璃衬底的有利性能。因此，本发明的目的是提供用于有效的制造用于各种应用的芯片的装置，特别是生物技术应用。本发明的目的也是提供用于有效的制造测定系统的装置，特别是用于生物技术的应用。
发明内容
[0012] 该目的是通过具有玻璃样的表面，特别是蚀刻的玻璃样的表面的聚合物衬底来解决的，所述玻璃样的表面，特别是所述蚀刻的玻璃样的表面模仿玻璃的表面，特别是蚀刻的玻璃的表面的化学含量、化学组成、化学结构、均匀度、粗糙度、形态（形貌），特别是孔隙率、亲水性、表面能和吸附亲和力、表面官能度、化学和物理表面
反应性，ζ电位和表面电荷中的一种或多种。
[0013] 在一个实施方式中，所述表面已经通过等离子体处理和/或反应性离子处理改性用于增加的粗糙度和亲水性和/或是氧化硅的
薄膜和/或是具有增加的固有的粗糙度和/或固有的孔隙率和/或增加的亲水性的聚合物薄膜。
[0014] 在一个实施方式中，所述聚合物衬底是合成或天然来源的聚合物，优选可注射成形的聚合物，更优选包含：聚烯
烃类、聚醚类、聚酯类、聚酰胺类、聚酰亚胺类、聚氯乙烯类、聚丙烯酸酯类的材料类之一；包括它们的改性物、衍生物（derivates）、派生物derivatives）和共聚物；更具体地一个列表，其包含丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、环烯烃聚合物和共聚物（COC/COP）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚酰胺（PA）、聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚甲
醛（POM）、热塑性弹性体（TPE）、热塑性聚
氨酯（TPU）、聚酰亚胺（PI）、聚醚醚
酮（PEEK）、聚乳酸（PLA）、聚甲基戊烯（PMP），以及它们的衍生物，其中，聚合物可选地用无机材料填充，诸如碳黑，诸如SiO2、A12O3、TiO2、ZrO2、Fe2O3的氧化物，特别是金属氧化物，和说出一些诸如ZnS、CdS、CdSe的半导体。这种填充的聚合物的实例是用TiO2填充的环状烯烃聚合物。
[0015] 本发明的目的也是通过为聚合物衬底提供玻璃样的的表面，特别是蚀刻的玻璃样的表面的方法来解决的，所述方法包括以下步骤：
[0016] a）提供聚合物衬底，其优选由根据本发明的聚合物衬底材料制成；
[0017] 以及下面的步骤之一：
[0018] bl）用SiOx涂覆所述聚合物衬底的表面；x在从1至2的范围内；
[0019] b2）用SiOx-前体涂覆所述聚合物衬底的表面并且将所述SiOx-前体转换成SiOx，x在从1至2的范围内；
[0020] b3）赋予所述聚合物衬底的表面玻璃样的表面形貌，特别是蚀刻的玻璃样的表面形貌，其通过以下进行：
[0021] -用涂覆材料涂覆所述聚合物衬底的表面，与所述聚合物衬底的未涂覆的表面相比其具有增加的粗糙度和/或增加的亲水性，所述涂覆材料优选是聚合物，和/或
[0022] -通过等离子体处理和/或
反应性离子蚀刻（RIE）和/或通过用紫外（UV）臭氧清洗仪处理所述聚合物衬底或所述涂覆的聚合物衬底的表面，优选使用氩气、氧气、H2O、H2、氟化的甲烷气体，诸如CF4、CHF3、CH2F2，或上述任何一种的混合物或顺序使用，以在所述表面上引起粗糙度和亲水性；
[0023] b4）bl)、b2)和b3)以任何顺序的组合。
[0024] 在一个实施方式中，等离子体处理以从0.1KHz至100GHz的范围内的
频率发生。在一个实施方式中，
刻蚀的玻璃样的表面形貌也可以通过顺序使用等离子体处理和反应性离子蚀刻来实现。在一个实施方式中，等离子体处理以从1KHz至999KHz的范围内的频率发生。在另一个实施方式中，等离子体处理以从1MHz至999MHz的范围内的频率发生。在又一个实施方式中，等离子体处理以从1GHz至100GHz的范围内的频率发生。在一个实施方式中，等离子体处理可以涉及单个步骤或多个步骤的等离子体处理。如本文所用的术语“Ar/O2-等离子体”，在一个实施方式中，是指使用氩气的等离子体处理，接着使用氧气的等离子体处理，或者反之亦然。在另一个实施方式中，它可以是指在单个步骤中使用氩气和氧气的混合物的等离子体处理。在又一个实施方式中，该术语是指多个使用氩气等离子体处理的步骤，接着多个使用氧气等离子体处理的步骤，或反之亦然。在又一个实施方式中，该术语是指单个或多个使用氩气等离子体处理的步骤，接着单个或多个使用氧气等离子体处理的步骤，或反之亦然。
[0025] 在一个实施方式中，等离子体处理是Ar/O2-等离子体处理。
[0026] 在一个实施方式中，等离子体处理是Ar/UV臭氧处理。
[0027] 如本文所用的术语Ar/UV臭氧处理，在一个实施方式中指使用氩气的等离子体处理，接着UV臭氧处理，或反之亦然。在另一个实施方式中，它可以是指在单个步骤中使用氩气等离子体处理和UV臭氧处理一起。在又一个实施方式中，该术语是指多个使用氩气等离子体处理的步骤，接着多个UV臭氧处理的步骤，或反之亦然。在又一个实施方式中，该术语是指单个或多个使用氩气等离子体处理的步骤，接着单个或多个UV臭氧处理的步骤，或反之亦然。
[0028] 在一个实施方式中，通过以下来进行步骤bl）、b2）和/或b3）：
物理气相沉积法，诸如：
[0029] -热沉积（物理气相沉积）
[0030] -电子束（电子枪）沉积
[0031] -溅射，
[0033] -通过在表面上生长膜，诸如化学
镀或电化学沉积，
[0036] -气相沉积
[0037] -卷对卷沉积，
[0038] -丝网印刷，
[0039] -
刮涂法（刮刀涂布，doctor blading），
[0040] -湿法涂覆，
[0041] -动态涂覆，
[0042] -CVD，
[0043] 或上述中的几种的组合。
[0044] 在一个实施方式中，在步骤b2）中转换是通过以下之一进行的：
[0046] -用电磁
辐射照射，诸如红外线的或UV，优选UV
[0047] -在水或
碱或酸，或水和碱的组合，或水和酸的组合的溶液中处理。
[0048] 在一个实施方式中，所述SiOx-前体选自包括如下的组：
[0049] i)烷氧基-或烷基-氯硅烷、SiX4、三硅氧烷化合物Si3O2X6，在每种情况下X独立地为OR或卤素，R是烷基，烷基优选是C1-C20-烷基，优选是乙基或甲基；
[0050] ii)聚硅氮烷，诸如全氢聚硅氮烷、-[Si(H)2-N(H)-]n，n选自3至10000，或聚有机硅氮烷-[Si(R)2-N(R)-]n，R是烷基，烷基优选为C1-C20-烷基，n选自3至100000；
[0051] ⅲ)包含SiOx颗粒的溶胶-凝胶，所述颗粒优选具有约1nm至10μm的直径，优选10nm至100nm，其悬浮在基于
溶剂的基质中，所述溶剂优选为醇，优选
乙醇。
[0052] 在一个实施方式中，在步骤bl）-b3）中，连同所述SiOx、SiOx-前体或所述聚合物，额外的材料被涂覆在所述聚合物衬底的所述表面上，所述额外的材料选自Si2N3、Al2O3、B2O3、TiO2、Na2O、CaO、K2O、SO3、MgO、Fe2O3、SiOx（x<2）。
[0053] 在一个实施方式中，具有增加的粗糙度和/或固有的孔隙率的所述涂覆材料，尤其是所述聚合物，选自聚四氟乙烯类（Teflon），诸如2,2-二三氟甲基-4,5-二氟-1,3–间二氧杂环戊烯四氟乙烯共聚物（
指定Teflon AF2400，Du Pont）、全氟磺酸（全氟磺酸离子交换膜，nafion）、聚砜、聚(氧基-2,6-二甲基-1,4-亚苯基)，和取代的乙炔聚合物的组，如聚[1-(三甲基甲硅烷基)-1-丙炔]（PTMSP）、聚[1-(三甲基甲锗烷基)-1-丙炔]、聚(4-甲基-2-戊炔)、聚[1-苯基-2-(对-三甲基甲硅烷基苯基)乙炔]，和聚[2,4,5-三(三氟甲基)-苯乙炔]。
[0054] 如本文所用的术语“全氟磺酸（nafion）”是指基于磺化的四氟乙烯的含氟聚合物-共聚物。在全氟磺酸中，全氟乙烯基醚（perfluorovinylether）基，其用磺酸基团终止，被并入四氟乙烯（Teflon）的主链。磺酸官能团自组织成直径为几纳米的亲水性水通道[0055] 在一个实施方式中，所述方法进一步包括以下步骤：
[0056] c）通过以下中的一个或多个来后处理所述衬底
[0057] -干燥，
[0059] -回火，
[0061] -溶剂处理，
[0062] -等离子体处理，
[0063] -反应性离子蚀刻，
[0064] -用UV-臭氧清洗仪处理，
[0065] 和上述的任意组合。
[0066] 如本文所用的术语“用UV-臭氧清洗仪处理”或“UV臭氧处理”是指包括通过短
波长的UV辐射照射的处理，典型地在180nm至260nm的范围内，通常也使用与这样的范围内的两种或更多种不同的波长。这种辐射导致
原子氧和臭氧的原位生成，其长期与污染物衬底反应。因此UVO清洗仪处理将导致表面的清洁。
[0067] 根据本发明的方法可以也涉及一个或几个“预处理”步骤，其是在任何涂覆步骤进行之前在衬底上进行。这样的预处理可以是等离子体处理、
热处理、暴露于化学品，和通过赋予其化学官能团等的衬底表面的活化。这样的预处理步骤可以便于此后随后的步骤执行，并可以改善衬底的
质量。
[0068] 在一个实施方式中，所述方法至少在由如上面进一步定义的一种材料制成的第一聚合物衬底上进行，其中，所述第一聚合物衬底从而设置有至少第一玻璃样的表面，特别是第一蚀刻的玻璃样的表面，所述方法进一步包括粘合步骤：
[0069] 通过使所述第一玻璃样的表面，特别是蚀刻的玻璃样的表面与第二衬底的表面接2 2
触，通过将所述第一和第二衬底按压在一起，优选通过在从0.2N/mm 至5N/mm 范围的压力，
2 2
更优选在从0.5N/mm 至1 N/mm 的范围内，保持在从10秒至600秒范围内的时间，更优选在从30秒至120秒范围内的时间，并通过将所述第一和第二衬底暴露于从40℃至200℃范围内的
温度下，优选60℃至120℃，和/或在按压以增加其彼此粘合之前立即将所述第一和第二衬底暴露于溶剂的蒸气，而将所述第一衬底粘合到第二衬底上。
[0070] 在一个实施方式中，所述第一聚合物衬底是固体衬底，并且其中所述第二衬底是固体衬底或柔性箔。
[0071] 在一个实施方式中，所述第二衬底是由如以上进一步定义的材料制成的聚合物衬底，或所述第二衬底由选自玻璃、
石英、氮化硅和氧化硅的材料制成，或者，如果所述第二衬底是柔性箔，则所述第二衬底由聚烯烃类、聚醚类、聚酯类、聚酰胺类、聚酰亚胺类，聚氯乙烯类、聚丙烯酸酯类制成；包括它们的改性物、衍生物、派生物和共聚物；更具体地一个列表，包含丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、环烯烃聚合物和共聚物（COC/COP）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚酰胺（PA）、聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚甲醛（POM）、热塑性弹性体（TPE）、热塑性聚氨酯（TPU）、聚酰亚胺（PI）、聚醚醚酮（PEEK）、聚乳酸（PLA）、聚甲基戊烯（PMP），以及它们的衍生物，其中，所述聚合物可选地用无机材料填充，诸如碳黑，诸如SiO2、A12O3、TiO2、ZrO2、Fe2O3的氧化物，特别是金属氧化物，和半导体，诸如ZnS、SdS、SdSe。
[0072] 在一个实施方式中，所述第一衬底和所述第二衬底中的一个或两个在其中具有通道或槽或凹处（凹陷，凹进，recess）或孔，其中，优选地，在所述第一和第二玻璃样的表面之间的界面处形成管道（
导管，conduit），其中更优选地，所述管道从所述第一或第二衬底的一个边缘延伸至另一个边缘或从衬底之一的一个孔延伸至所述衬底之一的另一个孔，从而允许液体流经通过所述管道。
[0073] 在一个实施方式中，根据本发明的方法是在所述第一聚合物衬底上和在至少由根据本发明的材料制成的第二聚合物衬底上，以及可选地在第三个和/或另一个聚合物衬底上进行，每个衬底由根据本发明的材料制成，其中，所述第一和第二聚合物衬底和，如果存在，所述第三和另外的聚合物衬底随后通过如上面进一步定义的粘合步骤彼此粘合。
[0074] 在一个实施方式中，所述聚合物衬底中的一个、两个或更多个具有通道或槽或凹处或孔，其在所述衬底之间的界面处形成管道，其中，优选地，所述管道从所述衬底的一个边缘延伸至另一个边缘或从衬底之一的一个孔延伸至所述衬底之一的另一个孔，从而允许液体流经通过所述管道。
[0075] 本发明的目的也通过制造芯片，优选地微流体芯片，的方法来解决，所述方法包括：
[0076] a）至少提供第一聚合物衬底和第二衬底，所述第一聚合物衬底由如以上进一步定义的材料制成，所述第二衬底是固体衬底或柔性箔并且由如以上进一步定义的聚合物材料或由选自玻璃、石英、氮化硅和氧化硅的材料制成，或者，如果所述第二衬底是柔性箔，则由以下制成：聚烯烃类、聚醚类、聚酯类、聚酰胺类、聚酰亚胺类，聚氯乙烯类、聚丙烯酸酯类；包括它们的改性物、衍生物、衍生物和共聚物；更具体地一个列表，包含丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、环烯烃聚合物和共聚物（COC/COP）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚酰胺（PA）、聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚甲醛（POM）、热塑性弹性体（TPE）、热塑性聚氨酯（TPU）、聚酰亚胺（PI）、聚醚醚酮（PEEK）、聚乳酸（PLA）、聚甲基戊烯（PMP），其中，所述第一和所述第二衬底中的至少之一在其中具有通道或凹处或槽或孔；并且
[0077] bl）在至少所述第一衬底上进行根据本发明的方法，优选在所述第一和第二衬底两个上，并随后在其上进行如以上进一步定义的粘合步骤；或
[0078] b2）使所述第一和所述第二衬底彼此接触，并通过如以上进一步定义的粘合步骤使它们彼此粘合以形成所述第一和第二衬底的装配（组件，组装，assembly），并且随后，在所述装配上按照本发明进行为聚合物衬底提供具有玻璃样的表面的方法，特别是在管道上，其在所述装配内部形成。
[0079] 在一个实施方式中，步骤a）包括提供多个衬底，根据本发明，以及步骤bl）或b2）在所述多个衬底上进行，从而导致包括多个互相堆叠的衬底的芯片。
[0080] 本发明的目的也是由通过根据本发明为聚合物衬底提供具有玻璃样的表面的方法生产的聚合物衬底来解决。
[0081] 本发明的目的也是通过芯片，特别是微流体芯片来解决，所述芯片由两个衬底制成，至少其中之一，优选至少其中两个都是按照本发明的如上定义的聚合物衬底，所述芯片具有贯穿所述芯片的至少一个管道，所述管道优选具有在<500μm的范围内的最小尺寸，优选<200μm。
[0082] 在一个实施方式中，根据本发明的芯片由以下衬底制成：根据本发明如上进一步定义的一个聚合物衬底，或
[0083] -a）根据本发明如上进一步定义的这样的另一个聚合物衬底，
[0084] -或b）作为如上进一步定义的柔性箔的另一个衬底，
[0085] -或c）由选自玻璃、石英、氮化硅、和氧化硅的材料制成的另一个衬底，
[0086] -或d）多个衬底，其中，所述多个衬底由在a）或b）或c）中定义的类型的多个衬底组成，或由在a）-c）中定义的类型的任意组合的多个衬底组成。
[0087] 在一个实施方式中，所述至少一个管道由适合于分析和/或检测和/或分离和/或运输分析物的基质填充，优选生物细胞，或生物大分子和/或它们各自的单/低聚物，诸如核酸类、核苷酸类、蛋白质类、肽类、氨基酸类、糖类、多糖类、寡糖类、单糖类、脂质类、脂肪类，和
脂肪酸类。
[0088] 在一个实施方式中，所述基质是气相、液体、固体颗粒在液体中的分散体、或凝胶，优选聚丙烯酰胺凝胶或琼脂糖凝胶或
淀粉凝胶或
蔗糖凝胶。
[0089] 本发明的目的也通过芯片，特别是微流体芯片来解决，所述芯片通过根据本发明的方法生产。
[0090] 本发明的目的也通过用于通过根据本发明的方法制造芯片的试剂盒来解决，特别是微流体芯片，所述试剂盒至少包括第一衬底和第二衬底，
[0091] 其中所述第一衬底和第二衬底中的至少一个在其中具有通道或凹处或槽或孔，所述试剂盒进一步包括一种或多种试剂从而在所述衬底上进行根据本发明的方法。
[0092] 在一个实施方式中，所述第一衬底和第二衬底由选自合成或天然来源的聚合物制成，优选可注射成形的聚合物，更优选包含：聚烯烃类、聚醚类、聚酯类、聚酰胺类、聚酰亚胺类，聚氯乙烯类、聚丙烯酸酯类的材料类之一；包括它们的改性物、衍生物、衍生物和共聚物；更具体地一个列表，包含丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、环烯烃聚合物和共聚物（COC/COP）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚酰胺（PA）、聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚甲醛（POM）、热塑性弹性体（TPE）、热塑性聚氨酯（TPU）、聚酰亚胺（PI）、聚醚醚酮（PEEK）、聚乳酸（PLA）、和聚甲基戊烯（PMP），以及它们的衍生物，其中，所述聚合物可选地由无机材料填充，诸如碳黑，氧化物，诸如SiO2、A12O3、TiO2、ZrO2、Fe2O3，特别是金属氧化物，和半导体，诸如ZnS、SdS、SdSe。
[0093] 本发明的目的也通过用于分析和/或检测和/或分离和/或运输分析物的试剂盒来解决，优选生物大分子和它们各自的单/低聚物，所述试剂盒包括：
[0094] 根据本发明的芯片，以及可选地，一种或多种试剂，诸如例如缓冲剂，其是分析和/或检测和/或分离和/或运输分析物所必需的。
[0095] 本发明的目的也通过根据本发明的聚合物衬底或芯片，特别是微流体芯片，在分析、检测、分离和/或输送分析物的方法中，优选生物细胞，或生物大分子和/或它们各自的单/低聚物，特别是在电泳的方法、测序的方法、用于检测分析物的测定方法，或流式细胞计的方法中的应用（使用）来解决。
[0096] 如文中所用的术语“测定”是指用于测试或测量在有
机体或有机样品中的药物或生化的或分子或物质的活性或存在的程序。定量测定也可以测量样品中的物质的量。定性测定也可以检测药物或生化或分子或物质或有机体的存在。生物测定和
免疫测定是在许多不同的专
门的生化测定中。其它测定测量方法，诸如酶的活性、
抗原捕获、干细胞活性、基因表达、基因分型、DNA/RNA分析和竞争性蛋白结合，所有这些测定是指被包括在术语“测定”中。
[0097] 本发明的目的也通过用于分析、检测、分离和/或运输分析物的方法来解决，优选生物大分子和/或它们各自的单/低聚物，包括：
[0098] -以任何顺序提供根据本发明的芯片或聚合物衬底，和包含待分析、分离和/或运输的分析物的样品，所述芯片包括如上进一步定义的基质，所述聚合物衬底具有附加的如上进一步定义的基质，
[0099] -将所述样品施加于所述基质，
[0100] -将
电压施加于所述基质，所述电压足以导致分析物通过所述基质的迁移或扩散或流动，
[0101] -照射或
消融（烧蚀）或解吸或电离所述分析物，以及可选地，进一步
[0102] -分析所述分析物。
[0103] 本发明的目的也通过使用根据本发明的衬底用于制造芯片，特别是微流体芯片，用于分析和/或分离和/或运输分析物来解决。
[0104] 如本文所用的术语“蚀刻的玻璃样的”是指模仿蚀刻的玻璃的表面的上述的特性之一的表面，而不用，但是，之前必须已经被蚀刻。蚀刻玻璃的方法对本领域技术人员是公知的，作为这样的方法所得的玻璃产品，与未处理的，即非蚀刻的玻璃相比，通过增加的表面粗糙度和上面提到的其他特征来表征是众所周知的。如本文所用的术语“薄膜”是指具有在从0.1nm至1μm的范围内的厚度的膜或层，更优选1nm至100nm。
[0105] 如本文所用的术语“玻璃样的”是指模仿玻璃表面的上述特性之一的表面，而不用，但是，是一个玻璃表面。在一个实施方式中，这样的玻璃样的表面由聚合物形成。
[0106] 如本文所用的术语“SiOx”，或“氧化硅”是指任何形式的氧化硅，包括，但不限于所有的氧化硅的结晶形式、多晶形式，和/或无定形的形式，具有不同量氧存在，并且也包括SiOx-前体的不完全转换形式，其可以包括有机基团。术语“SiOx”还包括SiO2和SiO，但不限于此。在一个实施方式中，变量“x”是在从1至2的范围，并且也包括非整数值。
[0107] 术语“增加的”，如本文与“孔隙率”、“粗糙度”，或另一特征结合所用，是指与未处理的衬底相比这样的特征更大。
[0108] 在一个实施方式中，所述SiOx-前体溶解在溶剂中，或当在步骤b2）中被涂覆时以溶胶-凝胶形式存在。
[0109] 在一个实施方式中，根据本发明的方法是在第一聚合物衬底和第二聚合物衬底，或在多个聚合物衬底上进行，并且其中，所述第一衬底和所述第二衬底从而分别设置有第一和第二玻璃样的或蚀刻的玻璃样的表面，所述方法进一步包括以下步骤：
[0110] 通过将所述第一和第二衬底按压在一起使所述第一和所述第二玻璃样的或蚀刻2
的玻璃样的表面彼此接触，优选通过在从0.2至5N/mm 的范围内的压力，更优选在从0.5至
2
1N/mm 的范围内的压力，保持在从10-600s的范围内的时间，更优选在从30至120s的范围，并且通过将所述第一和第二衬底暴露于在从40℃至200℃的范围内的温度，优选为60℃至
80℃和/或在按压以增加其彼此粘合之前立即将所述衬底暴露于溶剂
蒸汽中。应当指出，上述提到的第一和第二玻璃样的或蚀刻的玻璃样的表面也可以是多个聚合物衬底上的一部分，并且从而获得另外的玻璃样的或蚀刻的玻璃样的表面。这些也可以随后彼此接触，并因此彼此粘合。这可以例如获得多个堆叠的芯片。本发明也包括一种结构，其中根据本发明的方法是在一个第一聚合物衬底上和第二聚合物层状箔上进行。这些也可以随后彼此接触，并因此彼此粘合。这可以例如获得层型芯片。本发明还包括一种这样的结构，其中根据本发明的方法是在一个聚合物衬底上进行，并且由此获得的表面随后粘合到例如玻璃衬底或石英衬底等的表面上。以这种方式，混合结构的生产，即玻璃衬底粘合到聚合物衬底，也变得可能。
[0111] 应当指出，所述第一和第二衬底之一是如以上进一步定义的聚合物衬底，并且，在一个实施方式中，另一衬底也是聚合物衬底。在另一个实施方式中，另一衬底是聚合物箔；作为一个实例，在又一个实施方式中，另一衬底是玻璃衬底或石英衬底。
[0112] 如本文所用的术语“试剂盒”是指允许制造或使用如上定义的芯片的零件的装配。在其最简单的形式中，该试剂盒包括一种或几种试剂以进行为聚合物衬底提供玻璃样的表面，特别是根据本发明的蚀刻的玻璃样的表面的方法，或进行分析、检测分离和/或运输分析物。在一个实施方式中，该试剂盒也可以另外包括如上面进一步定义的至少一个聚合物衬底。在一个实施方式中，除了所述至少一种聚合物衬底外，所述试剂盒还包括另外的如上述定义的聚合物衬底，或聚合物箔或玻璃衬底。
[0113] 本发明的目的也通过用于制造芯片的如上述定义的衬底的使用来解决，特别是微流体芯片。
[0114] 如本文所用的术语“芯片”是指一种包括至少一个衬底的装置，其允许用于容纳和/或运输样品，优选液体样品。这种容纳或运输样品可以例如在这样的包括孔板（well）和/或通道和/或槽和/或凹处的衬底中实现，或者它可以包括管道。在一个实施方式中，芯片包括至少一个孔板。这种孔板可以，例如，容纳液体样品，或者它可以容纳固体样品，诸如颗粒，特别是微粒，其可以用配体
覆盖，例如，抗原。
[0115] 如本文所用的术语“微流体芯片”通常是指就上述意义而言的这样的芯片，其中，但是，至少一些孔板、通道、槽、凹处或管道等的尺寸是在微米范围。
[0116] 在一个实施方式中，术语“玻璃样的”，如本文所用的在衬底的情况下，意思是指这样的情况，其中，这样的衬底，特别是这样的衬底的表面，模仿蚀刻的玻璃的一种或几种特性，特别是化学含量（Si、O）和组成、均匀性、粗糙度（<3nm RMS）、孔隙率、亲水性（对于清洁的玻璃，水接触
角<50°）、表面能和吸附亲和力、表面官能度、化学和物理的表面反应性，和表面电荷（对于pH>2，优选pH值>3，ζ电位<0V）、离子交换能力、由于在衬底内的水通道的2 -1 2 -1
形成导致的在溶液中的质子传导、高的内表面，优选>100mg ，更优选>500mg ，高的气体渗透，但不限于此，并且本身不必被蚀刻。
[0117] 术语“蚀刻的玻璃样的”，如本文所用的在衬底的情况下，是指这样的情况，其中，这样的衬底，特别是这样的衬底的表面，模仿蚀刻的玻璃的一种或几种特性，特别是化学含量（Si、O）和组成、均匀性、粗糙度（>3nmRMS）、孔隙率、亲水性（对于清洁的玻璃，水接触角<50°）、表面能和吸附亲和力、表面官能度、化学和物理的表面反应性，和表面电荷（对于pH>2，优选pH值>3，ζ电位<0V）、离子交换能力、由于在衬底内的水通道的形成导致的在2 -1 2 -1
溶液中的质子传导、高的内表面，优选>100mg ，更优选>500mg ，高的气体渗透，但不限于此，并且本身不必被蚀刻。
[0118] 如本文所用的术语“生物大分子”是指通常发生在生命物质和有机体中的大分子，例如核酸类、蛋白质类、肽类、糖类、多糖类、脂质类，和脂肪类。它们各自的单/低聚物是相应的以其各自的单/低聚物形式的核苷酸类、肽类、氨基酸类、糖类、脂肪酸类。如本文所用的术语“生物大分子”还包括大分子组装，诸如病毒、细胞器官、核糖体、线粒体、
染色体和其他类似结构。根据本发明的衬底和芯片发现用于分析、检测、分离，和/或传输任何前述物质。
[0119] 本发明的
发明人已经惊奇地发现，通过赋予这样的聚合物衬底玻璃样的表面，特别是蚀刻的玻璃样的表面，可以将聚合物衬底的优良品质与玻璃表面，特别是蚀刻的玻璃表面的优良特征相结合。优选地，聚合物衬底是基于碳-聚合物的衬底。在一个实施方式中，衬底不是聚二甲硅氧烷。
[0120] 在一个优选的实施方式中，根据本发明的聚合物衬底具有负的ζ电位，即对于pH值>2，更优选>3，<0V。如果测量ζ电位依赖pH值，则对于按照本发明的聚合物衬底的测量值可与测量玻璃或蚀刻玻璃的各自的电位相比。在一些实施方式中，按照本发明的衬底的ζ电位比玻璃表面更负。
[0121] 此外，根据本发明的聚合物衬底显示与玻璃相同的特性，当与SDS接触时，如例如通过各自的ζ电位所测量。在一个实施方式中，按照本发明的聚合物衬底的ζ电位基本上不受SDS的存在的影响。这与不根据本发明的聚合物衬底相反，其中通过SDS的存在ζ电位可以大幅地改变。优选地，按照本发明中的衬底在pH为3或更大下具有<0的ζ电位，并且SDS的存在改变ζ电位不超过在SDS不存在情况下的ζ电位的负值的两倍。
[0122] 在一个实施方式中，聚合物衬底的表面通
过热沉积、电加热或通过电子枪，或通过溅射用SiO2涂覆。在另一个实施方式中，SiO2-前体，诸如TEOS、OTCS或TTBS-OH或全氢聚硅氮烷，被施加于聚合物衬底的表面并随后通过适当的后处理而转换成SiO2，诸如退火、用
能量电磁辐射照射，诸如UV或用水或碱或酸或其组合处理。这样做，聚合物衬底被赋予具有模仿玻璃或蚀刻的玻璃的表面的诸如化学组成的特性的表面。这种衬底适合于与其他衬底或层箔粘合，例如，这样的衬底已经以相同的方式处理。但是，这样被赋予具有模仿玻璃或蚀刻的玻璃的表面的特性的表面的衬底也适合于与其他没有根据本发明的处理的衬底粘合。
[0123] 如本文所用的术语“具有固有的孔隙率的聚合物或涂覆材料”是指其性质是多孔的并具有高的内表面的聚合物或涂覆材料。优选地，孔的尺寸是在0.5nm至50nm的范围内，2 -1
优选在1nm至10nm的范围并且内表面大于100mg 。如果聚合物衬底提供有这样具有固有的孔隙率的聚合物的表面，则形态，特别是玻璃或刻蚀的玻璃表面的孔隙率被模仿。如本文所用的术语“具有增加的粗糙度的聚合物或涂覆材料”是指这样的聚合物，在其沉积为薄膜后其性质具有相对高的RMS表面粗糙度。优选地，RMS表面粗糙度在0.1nm至1μm的范围内，优选在1nm至100nm的范围内，如通过用标准AFM针尖AFM测量的。如本文所用的术语“增加的粗糙度”是指与未涂覆或未处理的衬底表面相比增加的粗糙度。
[0124] 提供玻璃样的或蚀刻的玻璃样的表面的各种实施方式也可以在一定意义上结合，化学组成以及玻璃或蚀刻的玻璃的形态和粗糙度从而都被模仿。
[0125] 按照本发明的衬底具有长的时间
稳定性，如例如通过它们各自的接触角测量的。例如，在一个实施方式中，按照本发明处理的衬底表面的接触角保持在低于50度多达60天及更长的时间。这使得按照本发明的衬底适合于在工业过程中使用和重复使用。
[0126] 本发明的发明人还已经发现，在两个衬底已经按照本发明以上述方式处理后，它们可以粘合在一起，从而形成具有界面的两个衬底的装配。如果这些衬底中的至少一个包括通道或槽或凹处，并与另一个衬底或箔接触，则这样的通道或槽或凹处将在两个衬底的装配中形成管道。通过选择通道在一个衬底中适当的延长（延伸部，extensions），例如通过使通道从衬底的一端延伸到另一端，可以形成合适的管道，其允许液体流经通过该装配。以这种方式，可以产生流体芯片，特别是微流体芯片。如本文所用的术语“微流体芯片”或“微芯片”是指具有延伸穿过的一个或多个管道的芯片，该管道允许液体或凝胶或聚合物染料基质的流经。优选地，这样的管道优选具有在10μm-200μm范围的宽度，和在1μm-100μm范围的深度。此外，在所述芯片上/中也可以有较大的结构，诸如用于液体等的储备。如本文所用的术语“管道”是指在两个衬底之间的界面处的中空结构，液体可以流经它。管道通过在至少一个衬底中的通道或凹处或槽而形成。因此，术语“通道”、“槽”，或“凹处”是指在单个衬底的表面上的中空结构。如果这样的表面随后与另一个衬底或箔接触，并且从而被有效覆盖，则管道形成。有时，在其里面具有通道或凹处或槽的衬底在本文中也被称作通道板。覆盖这种管道板的衬底在本文中有时也称作盖板或孔板（如果它在表面上具有孔，而不是边缘，作为用于分析物的入口）。按照本发明的实施方式，芯片或微流体芯片可以因此例如通过两个衬底被粘合在一起或
层压形成，其中，在界面处，管道通过在至少一个衬底上的一个或一些通道形成。这样的衬底一起在本文中也有时称为“衬底的装配”。在这样的衬底的装配中，将两个衬底用它们各自的玻璃样的或蚀刻的玻璃样的表面彼此连接。
[0127] 用于微芯片的制造步骤的顺序可以是或者，第一，一个或两个衬底和/或箔的
表面处理，并且随后粘合，或以相反方式，或两个的组合，即，一部分的处理在粘合前，其它在粘合后。
[0128] 聚合物衬底材料是由不同的制造商市售的。合适的材料的实例是：
[0129] Trogamid PMMG Delpet70NH、Zeonor480、PC black 2405、 D4540、 1060R+2%black、
PP Dow 8007X11、
[0130] 根据本发明，在聚合物衬底上的玻璃样的或蚀刻的玻璃样的性能通过合适的涂层或表面改性获得。这允许由这样的聚合物衬底制成的微芯片的制造和使用无需进一步为了它们各自的应用改变实验协议，与玻璃微芯片相比，即，它们可以被用作直接替代物。此外，通过控制在聚合物衬底的界面的生物分子的界面和相互作用可以调整涂层性能。
[0131] 按照本发明的涂层和表面改性随着时间的推移是永久的和稳定的，并且它们很容易地在生产过程中集成，因为它们是不劳动密集的。在一个实施方式中，涂层的层的厚度可以变化。在一个实施方式中，涂层的厚度是均匀的并且在从0.1nm至500nm的范围内，优选5nm至200nm。这种具有在前述提到的范围内的厚度的表
面层的制造在微流体应用中是至关重要的，因为它们各自的用于液体或凝胶的流经的管道是在微米范围内。因此，表面改性层必须比通道高度更薄。
[0132] 按照本发明的方法允许容易地生产一次性衬底和芯片。此外，按照本发明所生产的衬底和芯片与现有的用于玻璃芯片的实验协议和用于大规模生产的方法是相容的。
附图说明
[0133] 以下，参考附图，其中
[0134] 图1示出了（a）在Zeonor1060R上
蒸发的不同厚度的SiO2-层和（b）Zeonor1060R和玻璃作为参考的透射曲线。透明度不强烈地依赖于层的厚度（5nm至100nm），
[0135] 图2示出了用不同的方法沉积的在Zeonor1060R上的SiO2层的耐久性试验的结果。在电子枪沉积的情况下，接触角在低值是更稳定的。
[0136] 图3示出了在其中具有合适的通道的衬底的示例性图像，具有用SiO2涂覆之前和之后的通道尺寸。
[0137] 图4示出了用于应用硅烷和硅氧烷作为液体-SiO2前体的方案，在等离子体处理之前，诸如氧气，或H2O，或其他，
[0138] 图5示出了液体SiO2前体的实例，a）四乙基原
硅酸盐（TEOS）、b）八氯三硅氧烷（OTCS），和c）羟甲基三乙氧基硅烷（TTBS-OH）
[0139] 图6示出了按照本发明用TEOS涂覆的聚合物衬底的AFM图像（形貌）；表面粗糙度为<0.5nm，示出了均匀的涂层，
[0140] 图7示出了XPS的结果以确认SiO2的存在，其已经在衬底表面上用TEOS硅烷化，[0141] 图8示出了孔板b和通道板c的粘合方案，按照本发明两个板都被涂覆，并且包括玻璃样的和/或蚀刻的玻璃样的表面。结果是粘合的芯片d。
[0142] 图9示出了通过已经按照本发明处理并已提供有玻璃样的，特别是蚀刻的玻璃样的表面的两个衬底形成的粘合的管道的横截面的光学
显微镜图像；在
光学显微镜图像中没有看到结构的
变形，因此，通道/管道的尺寸在涂覆和粘合时不改变。
[0143] 图10示出了通过两个包括按照本发明处理的表面的衬底粘合形成的管道的光学显微镜图像。这些通道用深色液体填充。可以看出没有液体的
泄漏，
[0144] 图11示出了液体前体，全氢聚硅氮烷的结构，
[0145] 图12示出了NH4OH蒸汽处理后用全氢聚硅氮烷涂覆的衬底的AFM-图像，示出了均匀的涂层，
[0146] 图13示出了用全氢聚硅氮烷涂覆并用NH4OH蒸汽处理的管道的光学显微镜图像。该涂层不改变在μm尺度上的管道的尺寸，
[0147] 图14示出了用聚[1-（三甲基甲硅烷基）-1-丙炔]（PTMSP）涂覆的COC衬底的FTIR吸收
光谱，COC背景光谱已被扣除；涂层的存在通过PTMSP的化学基团的吸收的存在的特征来确定，
[0148] 图15示出了用聚硅氮烷涂覆的（a）PTMSP膜、（b）玻璃、（c）COC，和（d）COC的Kelvin探针力显微镜扫描，通过施加到接触样品的标准传导AFM探针的1s的电压脉冲使带电。在（a）和（d）中的强充电（白点），表示，水离子可以渗透到膜的体积中，类似于在玻璃膜（b）上观察到的充电。未涂覆的COC薄膜（c）不是强烈地带电，
[0149] 图16示出了未处理的PMMA衬底（a）和Ar/O2等离子体处理之后的衬底（b）的AFM形貌图像；等离子体处理时表面粗糙度显著增加（从4nm至25nm RMS）。在（b）上的后退水接触角是比前进接触角（50°）低的多（<10°），说明强的粗糙度，
[0150] 图17示出了按照与本发明（a）由PMMA芯片得到的DNA7500分析物的电泳分离以及用于比较的使用常规的玻璃芯片的电泳分离的结果（b），
[0151] 图18示出了用按照本发明用SiO2溶胶-凝胶湿法涂覆的COC芯片得到的
牛血清
白蛋白（Bovine Serum Albumine）分析物的电泳分离（a）和用于比较的使用常规的玻璃芯片的电泳分离（b）。
[0152] 图19示出了用Ar/O2等离子体处理的管道的光学显微镜图像。该处理允许成功的粘合。
[0153] 图20示出了用Ar等离子体/UV-臭氧清洗仪处理的管道的光学显微镜图像。该处理允许成功的粘合。
[0154] 图21示出了（a）通过两个已用Ar等离子体AJV-臭氧清洗仪处理的衬底形成的粘合管道的COP的横截面的光学显微镜图像，在光学显微镜图像中可以看出没有结构的变形，因此，在处理和粘合时通道/管道的尺寸不改变。图21（b）示出了用Ar等离子体/UV-臭氧清洗仪处理的COP芯片得到的DNA7500分析物的电泳分离。
[0155] 图22示出了（a）在PMMA上和（b）在COP上的Ar等离子体UV-臭氧清洗仪处理的AFM形貌扫描；在等离子处理时表面粗糙度显著增加至（a）16nm rms粗糙度，和（b），增加至7nm rms的粗糙度。
[0156] 图23示出了COP测定衬底的SEM图像
[0157] 图24示出了在已经按照本发明处理的测定衬底的不同领域测得的接触角，在处理后的不同的日期重复，特别是用Ar/O2等离子体处理的TiO2填充的COP衬底显示在114天之后接触角低于65°。未处理的TiO2填充COP衬底具有110-120°的接触角。
[0158] 图25示出了（a）三个沿x方向的80mm轮廓扫描线，在y方向偏移5mm，在处理后的COP载片（slide）上。高度的
波动在1mm范围内都是低于1μm，并示出了（b）在按照本发明已经处理的测定衬底的不同的区域测量的接触角，处理后在不同的日期重复，特别是用SiO2薄膜涂覆的COP衬底显示在115天后接触角小于30°。
[0159] 图26示出了（a）在塑料衬底中的模塑孔，和（b），20nm SiO2蒸发后的相同的塑料衬底的AFM形貌扫描。孔的形貌和粗糙度不受SiO2蒸发影响，
[0160] 图27示出了Ar/O2等离子体处理后的COC衬底的1×1μm的AFM形貌扫描，粗糙度从裸露的衬底的0.8nm rms增加至处理后的6nm rms。
[0161] 图28示出了（a）未处理的和（b）Ar/O2等离子体处理的COC流式细胞计芯片的XPS光谱。数据确认了处理不改变聚合物衬底的化学组成，
[0162] 图29示出了在TEOS涂覆之前和之后的COC衬底的（a）10×10μm2，和（b），1μm2面积的AFM形貌扫描。
[0163] 图30示出了（a）未处理的和（b）TEOS涂覆的COC流式细胞计芯片的XPS光谱。数据确认了在用TEOS涂覆的芯片的衬底表面上SiO2的存在，
[0164] 图31示出了在已经按照本发明处理的COC流式细胞计芯片上测量的接触角随时间的变化，特别是（a）Ar/O2等离子体处理的芯片和（b）用TEOS涂覆的COC衬底。在（a）中接触角保持低于45°持续60天，和在（b）中接触角保持低于40°持续65天。
[0165] 图32示出了对于在聚合物衬底上不同的玻璃表面与裸露的聚合物表面和玻璃样的表面的作为pH的函数的ζ电位的比较。IEP（等电点），低于其的ζ-电位是负的pH值可以看出对于玻璃样的表面待移位低于pH值3，
[0166] 图33示出了对于PMMA和COP表面与蚀刻的玻璃表面和SiO2溶胶-凝胶覆盖的表面的作为pH的函数的ζ电位的比较，以及在不同的表面上的SDS的效果。当SDS强烈影响在裸露的PMMA和COP表面上的ζ电位时，对于SiO2溶胶-凝胶覆盖的衬底影响较弱，与蚀刻的玻璃表面观察到的行为类似，
[0167] 图34示出了全氟磺酸的化学结构，
[0168] 图35示出了对于COP、由全氟磺酸层覆盖的和由SiO2的400nm层覆盖的Si
晶圆的COP的作为pH的函数的ζ电位的比较。
具体实施方式
[0169] 此外，参考下面的
实施例来加以说明，而不限制本发明：
[0170] 实施例
[0171] 在下面的实施例中，其中列出步骤的顺序通常是其中执行这些步骤用于实验的顺序。
[0172] 实施例1
[0173] 由蒸发的SiO2膜涂覆的COC衬底
[0174] （图1-3）
[0175] -衬底：COP（Zeonor1060R）
[0176] -涂层：通过热蒸发的20nm SiO2
[0177] -光学透明度高于85％（参见图1）
[0178] -水接触角（12h后）：5°，在约40°稳定（参见图2）
[0179] -衬底的通道尺寸难以通过涂覆程序改性，这表明通道不能完全用SiO2填充或堵塞（参见图3）。
[0180] 实施例2
[0181] 用TEOS膜涂覆的PMMA衬底
[0182] （图4-10）
[0183] 对于SiO2前体涂覆的一般方案示于图4中，一些液体前体的结构式在图5中给出。
[0184] -衬底：PMMA通道板和孔板（Diakon CMG302）
[0185] -涂覆材料：TEOS
[0186] -形貌：0.5nm的粗糙度（参见图6）
[0187] -组成：XPS清楚地表明在衬底表面的Si峰（图7）
[0188] -在70℃下粘合。粘合方案在图8中示出。粘合成功，当填充通道时没有通道的变形和流体的泄漏（参见图9和图10）。
[0189] 实施例3
[0190] 用PHPS膜涂覆的PMMA衬底
[0191] （图11-13）
[0192] -衬底：PMMA通道板和孔板（Diakon CMG302）
[0193] -涂覆材料：全氢聚硅氮烷（PHPS）（参见图11）。
[0194] -后处理：NH4OH蒸汽
[0195] -水接触角：15°
[0196] -形貌：1.7nm的粗糙度（参见图12），通道尺寸不
修改（参见图13）和通道没有填充或堵塞。
[0197] -在70℃下粘合。粘合是成功的。
[0198] 实施例4
[0199] 用PTMSP膜涂覆的PMMA衬底
[0200] （图14-15）
[0201] -衬底：PMMA通道板和孔板（Delpet70NH）
[0202] -涂覆材料：在
甲苯中的聚[1-(三甲基甲硅烷基)-1-丙炔]（PTMSP）PTMSP溶液[0203] -涂覆程序：喷雾，
[0204] -表征：接触角：前进107°，后退：79°，两个角度的差异表示粗糙的和多孔的表面；FTIR：清楚地识别PTMSP
信号（参见图14）；轮廓：管道尺寸不被修改，增加的粗糙度是用AFM观察（图16）；充电：PTMSP膜可以用水离子就像玻璃来带电（通过偏置探针诱导充电）（参见图15a和b）。
[0205] -在70℃下粘合。粘合是成功的。
[0206] 实施例5
[0207] 用Ar/O2等离子体处理的PMMA衬底
[0208] （图16，17）
[0209] -衬底：PMMA通道板和孔板，（Delpet70NH）
[0210] -处理：Ar/O2等离子体
[0211] -表征：接触角：50°（前进），后退：<10°；AFM：25nm rms粗糙度（参见图16）；
[0212] -在70℃下粘合。粘合是成功的。获得增加的模仿玻璃的粗糙度和亲水性。
[0213] -电泳分离：成功的DNA分离（参见图17a和17b，在玻璃芯片上分离用于比较）。按照本发明提供的芯片具有相同的DNA的电泳分离，后者含有可达7500道尔顿的DNA分子如用玻璃芯片实现。用于电泳分离的凝胶是基于在120mM的Tris-Tricine（pH值7,7-8）中的聚丙烯酰胺。溶解的洗涤剂是SDS和LDS以及
荧光染料，如果染色发生芯片上。
[0214] 实施例6
[0215] 用SiO2溶胶-凝胶湿法涂覆COP芯片
[0216] （图18）
[0217] -材料：COP通道和孔板（Zeonor1060R）
[0218] -处理：衬底在粘合前暴露于氯仿蒸气几分钟。
[0219] -在70℃下粘合。粘合是成功的。
[0220] -湿法涂覆：SiO2溶胶-凝胶
[0221] -电泳分离：良好的蛋白质分离（参见图18a和18b在玻璃芯片上分离用于比较）。按照本发明的芯片具有与玻璃芯片获得的相同的在不同的浓度（例如，500μg/ml、1000μg/ml、2000μg/ml）的牛血清白蛋白（一种蛋白质）的电泳分离。分子量标记包含6个蛋白质（29kDa、45kDa、66kDa、97kDa、116kDa、200kDa）。用于电泳分离的凝胶是基于在
120mM的Tris-Tricine（pH7、7-8）中的聚丙烯酰胺。溶解的洗涤剂是SDS和LDS以及荧光染料，如果染色发生在芯片上。
[0222] 实施例7
[0223] 用Ar/O2-等离子体处理的COP衬底
[0224] -衬底：COP通道和孔板（Zeonor1060R）
[0225] -处理：Ar/O2等离子体
[0226] -在85℃下和在恒定压力下粘合。粘合是成功的。获得的芯片没有粘合空隙以及没有通道变形（图19）。
[0227] 实施例8a
[0228] 用Ar等离子体/UV-臭氧处理的COP衬底
[0229] -衬底：COP通道和孔板（Zeonor1060R）
[0230] -处理：Ar等离子体/UV-臭氧清洗仪
[0231] -在85℃下并在恒定压力下粘合。粘合是成功的，（图20）。
[0232] -粘合力：施加300N持续20秒。样品没有分离。
[0233] 实施例8b
[0234] 用Ar等离子体/UV-臭氧处理的PMMA衬底
[0235] -衬底：PMMA通道和孔板板（PMMA Delpet70NH）
[0236] -处理：Ar等离子体/UV-臭氧
[0237] -在85℃和在恒定压力下粘合。粘合是成功的。图21示出了（a）通过已用Ar等离子体/UV-臭氧处理的两个衬底形成的粘合管道的COP的横截面的光学显微镜图像；在光学显微镜图像中可以看出没有结构的变形，在处理和粘合时的通道/管道的尺寸不改变。图21（b）示出了用Ar等离子体/UV-臭氧处理的COP芯片得到的DNA7500分析物的电泳分离。
[0238] 实施例9
[0239] 用SiO2溶胶-凝胶处理的COP-衬底
[0240] 衬底：COP通道和孔板（Zeonor1060R）
[0241] 涂覆：
[0242] -涂覆材料：SiO2溶胶-凝胶
[0243] -涂覆程序：喷涂
[0244] -后处理：O2-等离子体
[0245] 在87℃下粘合。粘合是成功的，得到的芯片没有粘合空隙并且没有通道变形。
[0246] 实施例10
[0247] 用SiO2溶胶-凝胶处理的PMMA-衬底
[0248] 衬底：PMMA通道和孔板（PMMA Delpet70NH）
[0249] 涂覆：
[0250] -涂覆材料：SiO2溶胶-凝胶
[0251] -涂覆程序：喷涂
[0252] -后处理：O2-等离子体
[0253] 在85℃下的粘合是成功的。所获得的芯片没有粘合空隙并且没有通道变形。
[0254] 实施例11
[0255] 根据本发明的衬底用于测定的应用，诸如基因组测序
[0256] 已经开发用于玻璃衬底的转移测定化学经常需要添加洗涤剂以确保疏水性塑料表面的润湿，或者以避免蛋白质或其它生物分子粘固在这些疏水性表面上。添加这样的洗涤剂可能负面影响测定的性能，因为这种物质可以导致蛋白质或其它生物分子的变性。在洗涤剂或其它表面活性物质存在下，大的蛋白质分子可以很容易地失去它们的功能。为表面提供玻璃样的性能确保这样的测定容易转移至塑料消耗品。还应该提到，细胞或细胞碎片通过暴露于洗涤剂或疏水性塑料表面是最容易被损坏或毁坏。任何上面的实例表示情况，其中蛋白质或生物分子、大的蛋白质组装或细胞和细胞碎片被暴露于非天然条件下，其中它们可以与在其自然的环境中表现得非常不同。按照本发明用在缓冲液中的合适的pH和离子浓度的玻璃样的涂覆可以最大限度地减少这样的负面影响。
[0257] 按照本发明的衬底也可以用于被应用在基因组测序分析中。通常，这样的基因组测序在具有定义的直径和深度的5千万孔的硅芯片中进行，其中，每个孔用DNA修饰的聚苯乙烯珠填充。因此，如果要使用按照本发明的衬底制造这样的结构，相同的要求适用于按照本发明的衬底：孔必须以定义的彼此的距离排列（图23）；衬底必须具有定义的平滑性、亲水性和低成本。典型地，在一个实施例中，衬底的平滑性在1mm上是1μm，以及接触角在20至50°之间。
[0258] 进行以下的处理：
[0259] 用Ar/O2等离子体处理的COP
[0260] -衬底：具有和没有TiO2填充材料的COP（Zeonor1060R）
[0261] -处理：Ar/O2-等离子体
[0262] 图24示出了已经按照本发明处理的测定衬底的不同领域测得的接触角，在不同的日期重复处理。特别是用Ar/O2等离子体处理的TiO2填充的COP衬底显示在114天后接触角低于65°。未经处理的TiO2填充的COP衬底具有110-120°的接触角。
[0263] -用SiO2处理的COP
[0264] -衬底：具有和没有TiO2填充材料的COP（Zeonor1060R），
[0265] -涂覆：通过热蒸发和溅射的20nm SiO2
[0266] 轮廓仪测量在图25中示出，其清楚地表明，高度的差异是相当小的并且在约300nm的范围内。在相同的时间，接触角在相当长的时间，即至少高达115天，在不同的
位置保持稳定。
[0267] 图26示出了（a）在塑料衬底中的模塑孔，和（b），20nm SiO的蒸发后相同的塑料衬底的AFM形貌扫描。孔的形貌和粗糙度没有受SiO2蒸发影响。
[0268] 实施例12
[0269] 根据本发明的衬底用于流式细胞计的应用
[0270] 根据本发明的衬底也可以用于流式细胞计的应用。在这方面，它们需要满足下列要求：必须没有细胞粘附，必须有接触角在20-50度之间的亲水性，并且必须有压力耐久性。此外，必须不存在在加载芯片过程中气泡形成的可能性。
[0271] 用Ar/O2等离子体的衬底处理
[0272] 衬底：COC半-通道板（Topas8007X10）
[0273] 处理：Ar/O2等离子体
[0274] 在75℃下在恒定压力下粘合是成功的。
[0275] 图27示出了根据本发明按照这个实例处理的表面的AFM图像。Ar/O2处理后粗糙度从0.8rms增加至6rms，表明相同的处理可以应用于不同的聚合物材料获得相同的表面形貌。
[0276] 图28示出了（a）未处理的和Ar/O2等离子体处理的（b）COC流式细胞计芯片样品的XPS光谱，以确认处理没有改变聚合物衬底的化学组成。
[0277] 用TEOS的衬底处理
[0278] 衬底：COC半-通道板（Topas8007X10）
[0279] 涂覆材料：TEOS
[0280] 涂覆程序：浸渍
[0281] 后处理：O2等离子体
[0282] 在76℃在恒定压力下粘合是成功的。
[0283] 图29示出了根据本发明的处理之前和之后的衬底表面，并且图30示出了对应的XPS测量。
[0284] 可以看出，表面形貌没有改变（1×1μm2上相同的rms），同时XPS确认了在处理的样品的表面上SiO2的存在。
[0285] 如在图30a和b中可以看出的，根据本发明的处理的长时间的稳定性也已经测量，其基本上表明COC板（Topas8007X10）的接触角长时间保持在低于50°，因此证明按照本发明的方法将产生可以用于商业用途并且也适合于多应用用途的衬底。
[0286] 实施例13
[0287] 按照本发明的衬底也可以通过测量各自的ζ电位被表征具有玻璃样的行为。正如图32中可以看出，按照本发明的玻璃样的衬底具有与玻璃表面具有相同的形状和值的ζ电位曲线。更具体地，IEP（等电点），pH值低于其，ζ电位为负，可以看到对于玻璃样的表面要移至低于pH3。
[0288] 此外，如在图33中可以看出，当与SDS接触时，按照本发明的表面/衬底与玻璃具有相同的行为。更具体地，ζ电位没有受SDS的存在太大的影响，而对于没有按照本发明的处理的衬底，SDS的影响更大。更具体地，图33示出了对于PMMA和COP表面与蚀刻的玻璃表面和SiO2溶胶-凝胶覆盖的表面的作为pH的函数的ζ电位的比较，以及SDS在不同的表面上的影响。当SDS强烈影响在裸露的PMMA和COC表面上ζ电位时，对于SiO2溶胶-凝胶覆盖的衬底其影响非常弱，与蚀刻的玻璃表面观察到的行为类似。
[0289] 实施例14
[0290] 一种用于按照本发明的表面处理的可能性是用全氟磺酸处理聚合物衬底，其是基于磺化的四氟乙烯的含氟聚合物-共聚物。它是形成离子交换膜的离聚物。对于在溶液中的质子，它具有非常特定的电导，并且由于水通道的形成允许质子传导。在图34中可以检查全氟磺酸的结构和其行为的机制细节，图34示出了全氟磺酸的化学结构，以及解释全氟磺酸在水中和朝向水的行为的方案。
[0291] 图35示出了按照本发明已用全氟磺酸涂覆的衬底的ζ电位。全氟磺酸涂覆的衬底显示了非常负的ζ电位，其甚至比玻璃更负。
[0292] 这使得已用全氟磺酸处理的按照本发明的衬底获得玻璃样的表面。
[0293] 在
说明书、
权利要求和/或在附图中公开的本发明的特征可以，单独地和以其组合，是用于以其不同的形式认识本发明的材料。
