揭示制备脂膜装置于特定表面上的可扩充方法及装置。该等方法 仰赖形成全部表面固定化或部分表面固定化平面或三度空间(例如管 状或球状)膜于具有明确界定的几何形状、形貌、材料及化学性质的表 面上。可制造基材，此处脂双层膜(例如呈微泡或平面双层形式)完全 覆盖该基材，或其延展(spread)或结合来形成特殊预定图样。膜结合 蛋白质或其它分溶于双层膜与周围介质的材料可藉多项策略被导入系 统中。表面可能有额外结构，诸如：电极，用来于该脂质表面活性剂 表面上加诸电场，用于随后操作及分析的各项手段(例如电泳)；或通 道，用于微流体学投予至该双层装置或其它材料。此外，表面可装配 有收集分选后的样本的零组件，或表面可含有特化功能部位用来进行 MALDI-TOF(基质辅助激光-解吸附-游离-飞行时间质谱术)分析。
本发明亦揭示该等装置于不同应用的用途。
更具体而言，本发明关于一种装置，包含：
至少一个支撑固体表面，其包含至少一个亲膜区；
覆盖层，其至少部分固定于该亲膜区，该覆盖层由(i)表面活性 剂膜、(ii)仿脂质聚合物、(iii)表面活性剂或乳液系统、(iv)液晶或 其组合所组成；以及
包括于该覆盖层内或与该覆盖层键结、连结或结合的物质。
于本内文中，亲膜表面的表示法意图涵盖膜被吸引的所有表面， 也可解释为对表面与膜间产生吸引力的所有表面。膜例如可选自于由 脂双层膜、脂质微泡、蛋白质微泡(proteovesicle)、脂质纳米管(lipid nanotube)、脂质单层、细胞碎片、胞器及其任一种组合等所组成的组 群，容后详述。
较佳该装置包含至少二个支撑固体表面。
各个支撑固体表面包含一个、两个或数个亲膜区。各个亲膜区可 由相似的或相异的覆盖层所覆盖。
一种或多种物质与该等覆盖层结合。较佳此等物质透过于覆盖层 中的脂质部分来结合至或连结至覆盖层，例如具有膜蛋白的双层表面 活性剂膜，或选自于由脂双层膜、脂质微泡、蛋白质微泡、脂质纳米 管、脂质单层、细胞碎片、胞器及其任一种组合等所组成的组群的膜。
亲膜区一词意图表示与该与膜相结合的表面上的区域或表面的 一部分。如此也称作为该表面的膜结合区或膜结合部分。
覆盖层较佳为表面活性剂膜，与其相结合的物质具有特定特性， 允许进行化学调控或操作或物理调控或操作，其目标用来例如对连结 于覆盖层的脂质部分或与脂质部分相结合的物质的化学操作、分选、 分离或识别。物理或化学调控或操作包含下列动作中的至少一者：裂 解膜部分、与脂质部分连结或结合的物质部分的裂解、膜的崩解。
除了于支撑固体表面上的亲膜区之外，装置也包含由固体粒子于 水溶液所构成的额外亲膜区。固体粒子具有亲膜性质，且由(a)膜、(b) 仿脂质聚合物、或(c)表面活性剂或乳液系统所覆盖。固体粒子经固定。
装置可进一步包含捕捉于支撑固体表面与覆盖层间的水层。
装置也可包含覆盖该覆盖层的水溶液。
此外，装置可包含由凝胶或聚合物结构所形成的层。此层可用来 例如导入pH梯度，或提供第二静态基体以供分子及官能基(例如抗体) 的附接之用。此凝胶层或聚合物结构层可设置于覆盖层的上方及/或下 方。
装置可进一步包含金属膜于支撑固体表面上。此金属膜较佳直接 设置于支撑固体表面上。金属膜的目的是于萤光测量过程中减少背景 萤光或自发萤光。
装置的支撑固体表面也可包含至少一个疏膜区。疏膜区一词意图 表示表面的膜排斥区域或部分。
根据本发明所使用的亲膜区可由任何形状或几何形状的任何亲 膜表面所构成或所形成，或为透过化学及/或物理调控或操作而调整变 成亲膜性的表面。
化学调控或操作可例如经由使用酸或碱或氧化剂或其它适当方 法处理进行。
物理调控或操作可例如通过等离子体处理或其它适当方法进行。
前述亲膜区可由表面所形成，该表面包含选自于由二氧化硅 (SiO2)、玻璃、云母、或经聚合物改性表面所组成的组群的物质，透过 化学及/或物理调控或操作而调整变成亲膜性质的表面。较佳该表面是 通过等离子体处理。如此允许脂双层膜黏着至该亲膜区。
前述亲膜区也可由一种表面所形成，该表面包含选自于由金属氧 化物及金属所组成的组群的物质，诸如选自于由氧化铝(Al2O3)、其它 金属氧化物或金所组成的组群的物质，透过化学及/或物理调控或操作 而调整成为亲脂性的物质。较佳该表面已经使用等离子体处理。如此 允许完好的脂质微泡黏着于或维持固定于该亲膜区。
装置的覆盖层可由膜所构成。膜可选自于由脂双层膜、脂质微泡、 蛋白质微泡(亦即含有重组膜蛋白的微泡)、脂质纳米管、脂质单层(诸 如自行组装单层，SAM)、细胞碎片、胞器及其任一种组合所组成的组 群。膜可以可控制方式形成为至少一个脂质纳米管连结至脂质膜的至 少一个容器的网络。
一个亲膜区可以具有不同部分的覆盖层所覆盖。亲膜区可以不同 脂质或脂质/脂质混合物覆盖，其中于该亲膜区某个部分上的脂质或脂 质混合物可为一种类型的脂质或脂质/脂质混合物，而于该亲膜区的某 个不同部分上的脂质或脂质/脂质混合物可为不同类型的脂质或脂质/ 脂质混合物。脂质/脂质混合物可含有不同类型的脂质或呈不同相态的 脂质而并存于同一个表面上。当该膜为脂双层膜时，该膜可被导引至 亲膜表面上，例如，经由使用微吸量管或光镊(optical tweezer)沉积 多层微泡；经由使用吸量管写入技术(pipette-writing technique)将 填充有脂质材料的吸量管跨过表面平移而沉积脂质；经由使用小型微 泡的融合而沉积脂质；经由通过流体通道及流动槽沉积脂双层膜；或 直接注入溶解的脂质而导入至亲膜表面上。脂双层膜的吸附至支撑固 体表面上可藉多项手段控制，例如藉支撑固体表面的吸附位能 (adhesion potential)控制。此种吸附位能可为静态，且可藉下列相 互作用中的任一种控制：范德华(Van der Walls)相互作用、疏水性、 静电、π-π相互作用、氢键及共价相互作用。另外，此种吸附位能为 动态，而可藉下列任一种相互作用控制：电湿润及电力。磁力也可用 于此项目的。
当覆盖层由膜所组成，该膜选自于由脂双层膜、脂质微泡、蛋白 质微泡、脂质纳米管、脂质单层、细胞碎片、胞器及其任一种组合所 组成的组群，而含括于覆盖层或与覆盖层键结、连结或结合的物质是 与覆盖层内或覆盖层上的脂质部分键结、连结或结合。
特别当覆盖层由选自于由脂双层膜、脂质微泡、蛋白质微泡、脂 质纳米管、脂质单层、细胞碎片、胞器及其任一种组合所组成的组群 的膜所组成时，二价阳离子可用来促进覆盖层固定于该支撑固体表面 上。此种二价阳离子的一个实例为钙离子。
根据本发明的装置的覆盖层也可由完好细胞或完好细胞的胞器 所构成。
此外，覆盖层可由仿脂质聚合物所构成。此种仿脂质聚合物的一 个实例为二嵌段聚合物。
此外，覆盖层可由表面活性剂或乳液系统所构成。表面活性剂或 乳液系统可选自于由胶束形成系统(micelle forming system)、油类、 海绵相及向液性脂质(lyotropic lipids)所组成的组群，诸如得自于 天然来源的萃取物或合成脂质。
含括于覆盖层或与覆盖层键结、连结或结合的物质可选自于由周 边及整合膜蛋白、糖基磷脂酰肌醇(GPI)锚定蛋白、磷脂类、神经鞘脂 质类、药物、两亲性剂(amphiphilic agent)、亲脂剂、固醇类、糖类、 寡核苷酸类及聚合物所组成的组群。物质可为可藉非共价相互作用(诸 如生物素-抗生物素相互作用)而键联至覆盖层的任何分子。
物质可进一步连结至珠粒。珠粒可具有不同性质，例如磁珠可与 磁场连结使用，带电珠粒可与电场结合使用，大型或庞大珠粒可用于 液力流(hydrodynamic flow)。磁珠的使用允许以磁场为基础进行分离， 亦即磁泳(magnetophoresis)。
该物质也可连接至转运标记(transport market)。该物质可藉选 自于由电注入、电融合、光学融合、经由加热诱导的融合、经由电磁 辐射诱导的融合、经由化学剂及清洁剂(detergent)去安定化诱导的融 合所组成的组群的技术而将该物质导入覆盖层或形成覆盖层的物质。 此项技术可于覆盖层形成期间进行。
此外，根据本发明的装置也包含至少一个电极，以供施用电场于 该覆盖层上。如此允许电泳、电内渗析(electroendoosmosis)、介电 泳(dielectrophoresis)、等速电泳(isotachophoresis)、或等速电聚 焦(isoelectric focusing)。
根据本发明的装置也可包含至少一个磁铁，用来施加磁场于覆盖 层上。
根据本发明的装置也可包含至少一个入口及至少一个出口连接， 用来形成覆盖该覆盖层的水溶液流。
此外，根据本发明的装置也可包含至少一个入口及至少一个出口 连接，以供额外膜、蛋白质-脂质混合物、洗涤液、染色液、消化液及 其它环绕覆盖层的溶液或悬浮液的交换。
此外，该装置可包含收集经分选样本或特化功能部位以供执行样 本浓缩及单离的零组件。
该装置也可包含至少一个流体通道，用来将材料转运至该装置及 由该装置转运出。
根据本发明的装置的构造包含至少一个电极、至少一个磁铁及/ 或用来形成流体流的至少一个入口及至少一个出口连接；以及至少一 个入口及至少一个出口连接，以供额外膜、蛋白质-脂质混合物、洗涤 液、染色液、消化液及其它环绕覆盖层的溶液或悬浮液的交换；及视 需要也包含收集经分选样本或特化功能部位以供执行样本浓缩及单离 的零组件；及/或至少一个流体通道，用来将材料转运至该装置及由该 装置转运出，该装置的结构允许将该装置调整适用于含括于覆盖层内 或与覆盖层键结、连结或结合的物质的分离、单离及/或浓缩。然后含 括于覆盖层内或与覆盖层键结、连结或结合的物质依据其特定特性而 选择，其必须允许进行化学或物理调控或操作。
此外，装置可包含将覆盖层锚定(anchor)于支撑固体表面的分 子，诸如系链(tether)。此等分子作为覆盖层与支撑固体表面间的键 联或隔件。此等分子可为覆盖层或支撑固体表面的一部分。
装置的支撑固体表面可为平面区及亲膜表面区，有两种特定二维 几何形状，例如由岛、线道、蛇形所组成。
装置的支撑固体表面可具有三度空间结构。亲膜区置于凹陷结构 内，例如置于孔或通道内。亲膜区也可置于升高结构的整体上方，或 置于升高结构的一个部分或数个部分(例如置于顶部上)，升高结构例 如为柱形、线道形、金字塔形、梯阶金字塔形、蛇形、曲边形。当支 撑固体表面为三度空间时，覆盖层可为二维或三维。覆盖层经常为三 维，但偶尔例如可藉起皱来增加表面，则覆盖层当然为三维。
疏膜区可由耐光物质所制成，诸如SU-8、铁氟龙(Teflon)、塑胶、 橡胶、聚合物及脂质膜作为非限制性实例。疏膜区也可由塑胶、聚合 物或脂质膜所制成。
支撑固体表面可以两个不同表面区图样化，一个表面区为亲膜， 而另一个表面区为疏膜。
支撑固体表面也可包含多于一个亲膜区及多于一个疏膜区，该等 区呈多路(multiplexed)图样或平行图样的形式排列。图样可包含相同 亲膜表面区或疏膜表面区的几何结构。图样也包含不同亲膜表面区或 疏膜表面区的几何结构。
最后，根据本发明的装置的水层可包含聚合物。聚合物可用作为 所谓的聚合物缓冲垫。
根据本发明的装置的较佳实例显示于图16及图17，容后详述。
本发明亦关于一种物质的分离或识别方法，该物质含括于根据本 发明的装置中的覆盖层内，或与覆盖层键结、连结或结合，该方法包 含：第一步骤(i)，其中，该装置与至少一种消化剂(digestive agent) 接触，该消化剂进行该物质各部分的经控制的消化裂解，随后该物质 由实质上可动部分及不可动部分所组成，该不可动部分仍然含括于覆 盖层内，或与覆盖层键结、连结或结合；以及第二步骤(ii)，其中， 该实质上可动部分经转运而有待检测或分析。可使用不同消化化合物 重复一次或数次。本方法也包含：第三步骤(iii)，其中，该装置与至 少一种崩解剂(disruptive agent)接触，该崩解剂崩解该覆盖层的结 构，而该覆盖层载有含括于覆盖层内，或与覆盖层键结、连结或结合 的物质的剩余不可动部分，随后该该覆盖层由其基本元素所构成，该 等基本元素为实质上可动的；以及第四步骤(iv)，其中，由覆盖层释 放出的含括于覆盖层内，或与覆盖层键结、连结或结合的该物质的剩 余部分被转运来接受检测及分析。本方法将于下文及随附的权利要求 书进一步讨论。
本发明亦关于一种物质的分离或识别方法，该物质含括于根据本 发明的装置中的覆盖层内，或与该覆盖层键结、连结或结合，该方法 包含：第一步骤(i)，其中，该装置与含可溶性物质的水溶液接触；第 二步骤(ii)，其中，该装置与至少一种消化剂或裂解剂(cleavage agent) 接触，其进行于水溶液中的可溶性物质的分选；以及第三步骤(iii)， 其中，可溶性物质的分选物经检测及分析。此外，本发明将于下文及 随附的权利要求书进一步揭示。
此外，本发明有关于前文讨论的装置及/或方法的使用。该装置 及方法适合用于下列目的：
用于根据本发明的装置中，其为或可能含括于覆盖层内，或与覆 盖层键结、连结或结合的物质的分离，
用于根据本发明的装置中，其为或可能含括于覆盖层内，或与覆 盖层键结、连结或结合的物质的收集，
用于根据本发明的装置中，其为或可能含括于覆盖层内，或与覆 盖层键结、连结或结合的物质的识别，
用于整合成分离管柱，该管柱进行例如肽类、糖类、脂质类或DNA 的分离，
用于整合入检测系统或分析系统，
用于偶合至脱盐管柱及浓缩管柱，
用于结合相互作用的研究，
用于扩散的研究，
用于化学反应的研究，
用于蛋白质-药物相互作用的研究，
用于化学电脑的制造，
用于植入装置的制造，
结合所谓的马兰果尼(Marangoni)对流性质及其它膜性质用来于 根据本发明的装置的亲膜区上生长活细胞，
结合抗体，附接至根据本发明的装置的亲膜区或疏膜区，或附接 至具有纳米(nanometer)至微米(micrometer)直径的珠粒及/或用于集 中或浓缩巨分子或用于形成巨分子聚积体。
于使用结合的方法、技术及方案的装置来分析及研究前述膜蛋白 的情况下，下列应用用途为可能：
·蛋白质的识别及特征化，包括所谓的序列涵盖研究，涉及最佳 化方案来检测及识别蛋白质序列中的尽可能多个肽，与尽可能多个胺 基酸序列相对应。翻译后(post-translation)修饰的研究也适用于本 内文。
·来自于不同细胞样本的膜蛋白的比对(mapping)，膜蛋白质体图 谱(proteome profiling)。有宽广丰富度范围的高度复杂样本经过消 化及分析。于MS(质谱术)分析前，所形成的肽分成一维(例如反相HPLC) 或二维[例如离子交换HPLC(SCX-强氧离子交换)，接着例如反相HPLC]。 如此也允许研究低丰度的蛋白质及发现新的药物标靶。
·膜蛋白的功能研究，其实例有标靶搜寻及受体去孤儿化 (deorphanization)，例如G-蛋白偶合受体(GPCR)去孤儿化。于标靶搜 寻的情况下，目的使用配体结合研究来识别哪一个配体结合至哪一种 蛋白质。于受体去孤儿化的例中，其目的阐明受体功能及其可能的配 体。有多种受体的功能为未知，如此命名为孤儿受体(orphan receptor)。
·研究于疾病及/或给药状态期间，蛋白质表达水平的向上调节与 向下调节，所谓的表达图谱。此等研究涉及比较不同样本，与评估样 本间的差异。
使用本文所述装置结合前述方法、技术及方案，比较使用传统方 法使用其它技术所得改良资料输出为：
·可实作多个化学反应及/或洗涤步骤来确保于晶片上的最佳方 案。此等步骤也可未经稀释样本而实作。
·使用相同样本于不同步骤可锁定目标及收集膜蛋白的膜外 (extramembrane)部分及跨膜(transmembrane)部分。
·单一样本可循序及/或并行接受不同酶来消化相同样本的各个 部分。
·晶片中的高表面对体积比结合循序消化等，结果导致形成高浓 度肽，极少有样本的损耗，因此获得高灵敏度。如此促成样本中的顺 序涵盖研究及低丰度膜蛋白的检测。
·得自细胞的不同次细胞分选物可于一个晶片上并行处理。
·配体结合、交联及/或消化可能获得目标肽结合部位。有或无结 合配体的蛋白质于酵素催化消化后将获得不同肽比对图，此处配体立 体阻碍酶裂解，或配体于结合时遭遇结构改变。
此外，使用根据本发明的晶片装置结合前述方法、技术及方案的 若干全面性优势为：
·样本局限于一表面，换言之，样本于分析期间固定于静态基体， 藉此允许进行标示、化学改性、消化等多个步骤。
·可与多种晶片上及非于晶片上的检测技术结合使用，包括MS、 萤光、电化学、SPR、QCM等。
·可将该晶片整合于既有的基于晶片的平台及传统分析工具。
·样本的处理容易自动化进行。
并行地，使用脂质基体于根据本发明的装置结合前述方法、技术 及方案使用的优点为：
·与膜结合的成分诸如膜蛋白维持于其天然脂双层环境。
·保有膜结合成分的结构及功能。
·含有与膜结合成分例如蛋白质的膜微泡的制备、转运、沉积及 处理无需使用清洁剂，原因在于本发明允许将膜蛋白维持于其天然脂 双层膜环境。此点为其优势，原因在于清洁剂可能有多项不良影响， 例如造成蛋白质的变性。也可于本发明的数个步骤或全部步骤使用清 洁剂(例如)来于分析前获得更纯的膜蛋白制剂。
附图说明
后文将参照附图作说明，附图中：
图1.用于形成经支撑且经悬浮的双层平面膜及包封膜的晶片结 构的示意图。
a)不含结构的亲膜表面的一个实例。于本影像及随后影像中的亲 膜区以格状呈现。
b)附接于图1a所示亲膜表面的微泡(球形脂质膜结构)。
c)覆盖图1a所示亲膜表面的平面支撑膜。
d)有亲膜功能部位/疏膜功能部位的一平坦面的一个实例，此处 单一线道含有两个岛。线道及岛可由相同材料或相异材料所组成，且 可具有不同尺寸。
e)有亲膜功能部位/疏膜功能部位的一平坦面的一个实例，此处 三条线道连接两个岛。
f)图1d中覆盖亲膜表面但非疏膜表面的平面支撑膜。
g)图1e中覆盖亲膜表面但非疏膜表面的平面支撑膜。
h)具有亲膜/疏膜功能部位及表面形貌的表面的一个实例，此处 亲膜功能部位是置于孔内，且由单一线道连接两个凹陷岛。
i)具有亲膜/疏膜功能部位及表面形貌的表面的一个实例，此处 亲膜功能部位是置于孔内，且由三线道连接两个凹陷岛。
j)图1h中覆盖亲膜表面但非疏膜表面的平面支撑膜。
k)图1i中覆盖亲膜表面但非疏膜表面的平面支撑膜。
l)具有亲膜/疏膜功能部位及表面形貌的表面的一个实例，此处 亲膜功能部位是置于升高结构的顶面上。于本特例中，两根升高圆柱 藉单一线道连结。
m)具有亲膜/疏膜功能部位及表面形貌的表面的一个实例，此处 亲膜功能部位是置于升高结构的顶面上。于本特例中，两根升高圆柱 藉三线道连结。
n)图11中覆盖亲膜表面但非疏膜表面的平面支撑膜。
o)图1m中覆盖亲膜表面但非疏膜表面的平面支撑膜。请注意悬 吊的平坦膜于三线道间成指状交叉。
p)于表面上的悬吊管状膜结构。有表面固定化纳米管的纳米管微 泡网络。
a.示意显示两点由一线道连接。亲膜表面与该表面的其余部分共 面。
b.微泡-纳米管网络附接至亲膜表面。插图显示于连接线上附接 于表面的纳米管。
c.示意显示两点由一线道连接。亲膜表面位于该表面其余部分的 平面下方。
d.微泡-纳米管网络附接至亲膜表面。插图显示于连接线上附接 于表面的纳米管。
e.示意显示两点由一线道连接。亲膜表面位于该表面其余部分的 平面上方。
f.微泡-纳米管网络附接至亲膜表面。插图显示于连接线上附接 于表面的纳米管。
图2.10个不同的非限制性基材实例，包括三度空间灰阶基材， 其具有亲膜区及疏膜区。
a)于疏膜基材上的亲膜曲边型图样。
b)2a的表面由双层膜所覆盖。
c)于疏膜基材上的亲膜蛇型图样。
d)2c的表面由双层膜所覆盖。
e)于三维疏膜金字塔形基材上表面上的亲膜图样。
f)2e的表面由双层膜所覆盖。
g)于三维疏膜梯阶金字塔形基材上表面上的亲膜图样。
h)2g的表面由双层膜所覆盖。
i)于三维疏膜蛇形基材上表面上的亲膜图样。
j)2i的表面由双层膜所覆盖。
k)于疏膜基材上的亲膜圆形蜿蜒迷宫型图样。
l)2k的表面由双层膜所覆盖。
m)于疏膜基材上的亲膜方形蜿蜒迷宫型图样。
n)2m的表面由双层膜所覆盖。
图3.不同的多路(multiplexed)及平行装置。
a)显示于一疏膜基材上由单一线道所连接的两个圆点组成的16 个相同亲膜图样阵列。此处亲膜区以黑色表示。
b)显示于一疏膜基材上由三线道所连接的两个圆点组成的16个 相同亲膜图样阵列。
c)显示于一疏膜基材上由排列成蛇形图样的单一线道所连接的 两个圆点组成的16个相同亲膜图样阵列。
d)显示于一疏膜基材上由迷宫图样的单一线道所连接的两个圆 点组成的16个相同亲膜图样阵列。
e)显示于一疏膜基材上由i)藉排列成蛇形图样的单一线道连接 的两个圆点及ii)由三个线道连接的两个圆点所组成的两型不同型的 16个亲膜图样阵列。
f)显示于一疏膜基材上由i)藉排列成迷宫图样的单一线道连接 的两个圆点及ii)由三个线道连接的两个圆点所组成的两型不同型的 16个亲膜图样阵列。
图4.具有承载脂双层膜及额外结构的结构特征的不同微晶片实 例。
a)具有由两点连接至一线道排列成圆形迷宫图样所组成的有六 个相同亲膜区的晶片。电极连接至该两点供施加电场。
b)具有由两点连接至三线道所组成的有六个相同亲膜区的晶片。 电极连接至该两点供施加电场。
c)具有由两点连接至七线道所组成的有六个相同亲膜区的晶片。 电极连接至该两点供施加电场。
d)具有由两点连接至一分叉线道网络所组成的具有亲膜区的一 个图样的晶片。电极连接至该两点外部供施加电场。以小黑圆点显示 的电极也连接于网络的各个分叉点供施加电场。
e)具有由两点连接至一分叉线道网络所组成的具有亲膜区的一 个图样的晶片。电极连接至该两点外部供施加电场。以小黑圆点显示 的电极也连接于网络的各个分叉点供施加电场。
f)连接至二埋设电极的一圆形亲膜区。
g)置于两个外部电极近端的一圆形亲膜区。
h)有一个中心电极及六个周边电极的一圆形亲膜区。
i)设置成四极电极排列的一圆形亲膜区。
j)设置成八极电极排列的一圆形亲膜区。
k)有四个外部电极及两个额外电极分别连接至该迷宫的起点及 终点的亲膜迷宫图样。
图5.具有承载脂双层膜及额外结构的结构特征的不同微晶片实 例。
a)具有由两点连接至三线道所组成的有凹陷亲膜区的晶片。两条 外线道及该两点连接至微流体通道，而微流体通道又连接至贮槽。此 种情况下的微流体输送是藉压力(P)控制。
图6.脂质延展(spread)于不同的纯基材上。
a)显示于经等离子体处理的金表面上，大豆脂质的延展相对于时 间的作图，该经等离子体处理的金表面透过化学及/或物理改性或操作 而调整为亲膜性。脂质点最初面积为0.1×104平方微米(μm2)，经4.8 秒后，脂质面积占有1.8×104平方微米。脂质原先呈多层微脂粒而沉积 于该表面上。
b)透过显微镜所见大豆脂质延展于经由化学及/或物理调控或操 作而变成亲膜性的经等离子体处理的金表面上。左图时间点为微脂粒 沉积后t-0.4秒，第二图表示微脂粒沉积后t＝5.2秒。此二图分别对 应于图6a所示线图的第一点和最后一点。
c)显示大豆脂质延展于经等离子体处理的SU-8表面上相对于时 间的作图。点最初面积为327平方微米，13分钟后，脂质材料并未显 示延展。脂质面积的明显缩小是由于光漂白效应(photo bleaching effect)。脂质原先呈多层微脂粒而沉积于表面上。
d)以13分钟时间间隔显示大豆微脂粒延展于经等离子体处理的 SU-8表面上的萤光显微术影像。此二图与图6c的第一点(左图)及最后 一点(右图)相对应。
图7.示意显示沉积脂质于装置上及如何形成脂质结构的不同技 术。
A)使用微吸量管沉积多层微泡
a)示意显示含有亲膜区及周围疏膜区的晶片结构。
b)多层微泡使用经微操作器控制的微吸量量管而平移至该表面 上。微泡藉微吸量管的梢端经由施加低负压(抽吸压)固定。藉由于微 吸量管中施加小型正压，将微泡设置亲膜表面上，藉此黏附至该亲膜 表面。
c)多层微泡延展于该亲膜表面上。所设计的结构的亲膜表面最后 完全由脂双层基体所覆盖。
B)使用光镊沉积多层微泡
a)示意显示含有亲膜区及周围疏膜区的晶片结构。也显示由高强 度光的聚焦光束所捕捉的一多层微泡。高强度聚焦光是作为光镊，捕 捉具有与周围溶液不同的折射率的材料。
b)光镊的焦点移动来将该多层微泡定位于亲膜表面上。关闭光， 释放多层微泡。
c)多层微泡延展于该亲膜表面上。所设计的结构的亲膜表面最后 完全由脂双层基体所覆盖。
C)藉填装有脂质材料的吸量管跨过表面平移，使用吸量管写入技术 来沉积脂质
a)示意显示含有亲膜区及周围疏膜区的晶片结构。
b)由微操作器所控制的微吸量管填充以脂质材料，且平移至表 面。藉施加低正压，由吸量管梢端射出部分脂质材料。然后允许该部 分脂质材料(例如单层微泡或多层微泡)黏附至亲膜表面，藉此移开微 吸量管，留下部分脂质材料于该表面上。然后微吸量管梢端平移至亲 膜图样的另一个经设计的结构，此处可射出新部分。
c)多层微泡延展于该亲膜表面上。所设计的结构的亲膜表面最后 完全由脂双层基体所覆盖。
D)使用小型微泡的融合来沉积脂质
a)示意显示含有亲膜区及周围疏膜区的晶片结构。
b)含小型微泡(单层或多层)的溶液置于晶片上方的溶液内。小型 微泡沉降至该晶片表面上而黏附至亲膜表面。依据化学参数诸如脂质 浓度、脂质组成、pH、离子强度、缓冲液组成、以及物理参数诸如温 度及亲膜表面组成而定，微泡于亲膜表面上维持完好或自发形成连续 脂双层结构。不同的洗涤方案也可用来将表面黏附的微泡转换成连续 脂双层膜。
c)所设计的结构的亲膜表面最后完全由脂双层基体所覆盖。
E)经由微流体通道沉积脂双层膜
a)示意显示含有亲膜区及周围疏膜区的晶片结构。晶片也与微流 体通道整合，此处通道的流量高度集中于晶片的一部分，或甚至集中 于个别设计的亲膜结构部分。
b)含小型微泡(单层或多层)的溶液经由使用该等微流体通道洗 提跨过所设计的亲膜结构的一部分。小型微泡降至该表面且黏附于疏 膜表面，可操作来维持成微泡，或如图7Db所示，形成为连续的脂双 层膜。洗涤方案可结合微流体通道结构而使用。
c)经设计的结构的亲膜表面的一部分最后完全由脂双层基体所 覆盖。
d)含小型微泡(单层或多层)的另一溶液经由使用该等微流体通 道洗提跨过所设计的亲膜结构的一部分。小型微泡降至该表面且黏附 于疏膜表面，可操作来维持成微泡，或如图7Db所示，形成为连续的 脂双层膜。洗涤方案可结合微流体通道结构而使用。
e)经设计的结构的亲膜表面的另一部分最后完全由脂双层基体 所覆盖。如此允许于所设计的亲膜表面上，于不同结构上，或甚至于 单一结构内部，形成非均质脂质基体。
F)藉直接注入溶解的脂质来形成脂双层膜
a)示意显示含有亲膜区及周围疏膜区的晶片结构。
b)使用适当溶剂将脂质注入溶液内。脂质可由小型微泡(单层或 多层)自发制造。
c)小型微泡降至该表面且黏附于疏膜表面，可操作来维持成微 泡，或如图7Db所示，形成为连续的脂双层膜。
d)经设计的结构的亲膜表面的一最后完全由脂双层基体所覆盖。
G)由纳米管-微泡网络形成双层装置
a)示意显示含有亲膜区及周围疏膜区的晶片结构。
b)填充有膜材的微吸量管置于接近于该表面，小部分设置亲膜区 上(例如点上)。
c)膜材于表面上延展，但透过脂质纳米管仍然连接至微吸量管内 部的膜材。然后将微吸量管置于其次的另一个亲膜点。
d)部分新的膜材射出至该亲膜点上。
e)膜材延展于亲膜表面上，脂质纳米管连接两个膜部分且附接至 下方亲膜线道。
图8.具有不同尺寸及有差异表面性质的结构特征，且由亲膜区 (经等离子体处理的金表面或经等离子体处理的氧化铝表面，透过化学 及/或物理调控或操作制作成亲膜性)及疏膜区(经等离子体处理的 SU-8表面)所组成的微加工晶片结构的显微相片。
a)具有亲膜的经等离子体处理的金图样，其经由化学及/或物理 调控或操作制作为亲膜性(于影像中呈现浅灰色)及经等离子体处理的 SU-8疏膜区(于影像中呈现深灰色)的晶片。由金覆盖的圆点直径为15 微米，金互连线道厚约1微米长约75微米。
b)如同图8a的同型结构，但有宽2微米的线道。
c)具有亲膜的经等离子体处理的金图样，其经由化学及/或物理 调控或操作制作为亲膜性(于影像中呈现浅灰色)及经等离子体处理的 SU-8疏膜区(于影像中呈现深灰色)的晶片。不同图样实例包含圆点， 直径15微米藉二线道互连，线道间的分隔距离不等。
d)c)中的结构之一的放大。线道约为1微米宽，彼此分隔2微 米。
e)具有亲膜的经等离子体处理的金图样，其经由化学及/或物理 调控或操作制作为亲膜性(于影像中呈现浅灰色)及经等离子体处理的 SU-8疏膜区(于影像中呈现深灰色)的晶片。曲折结构实例转弯90度 角。本例中的线道宽度为2微米。
f)e中的结构之一以放大图显示。
g)具有亲膜的经等离子体处理的金图样，其经由化学及/或物理 调控或操作制作为亲膜性(于影像中呈现浅灰色)及经等离子体处理的 SU-8疏膜区(于影像中呈现深灰色)的晶片。具有宽2微米的线道的分 支结构或收敛结构。此等结构可用来例如浓缩或稀释顺着不同线道移 动的物质。于浓缩样本的情况下，于圆点进行样本输入，来自不同点 的转运样本随后加总于各个分支。
h)萤光影像显示于所示的微加工结构之一上，脂质的覆盖局限于 金图样，透过化学及/或物理调控或操作而制作成亲膜性。脂质膜以萤 光膜染料染色来让延展情形变成目测可见。
i)晶片具有经等离子体处理的金制成的亲膜图样，经由化学及/ 或物理调控或操作制作成亲膜性，以及藉等离子体处理SU-8所界定的 疏膜表面。萤光显微相片显示添加至缓冲溶液的经萤光标记的大豆微 脂粒主要黏附至经等离子体处理的金制成的亲膜图样，经由化学及/或 物理调控或操作制作成亲膜性。
j)具有经等离子体处理的金制成的亲膜图样，其经由化学及/或 物理调控或操作制作成亲膜性，以及藉等离子体处理SU-8所界定的疏 膜表面的晶片。萤光显微相片显示添加至缓冲溶液的经萤光标记的大 豆微脂粒主要黏附至经等离子体处理的金制成的亲膜图样。
k)具有亲膜的经等离子体处理的Al2O3图样，其经由化学及/或物 理调控或操作制作为亲膜性(于影像中呈现浅灰色)及经等离子体处理 的SU-8疏膜区(于影像中呈现深灰色)的晶片。由Al2O3覆盖的圆点直径 为50微米，Al2O3互连线道厚约2微米长约50微米。
l)萤光影像显示于图8k所示的微加工结构之一上，脂质的覆盖局 限于Al2O3图样，透过化学及/或物理调控或操作而制作成亲膜性。脂质 膜以萤光膜染料染色来让延展情形变成目测可见。萤光经反相来让影 像变清晰，深紫色显示经染色的脂质。
图9.将生物样本或合成样本导引至经过膜覆盖的图样化表面部 分的不同方法。下列全部实例的起点为包含一亲膜区及一疏膜区的一 晶片结构。亲膜区以脂双层膜覆盖。双层无需为平面，双层也可具有 三度空间几何形状，诸如球形、管形或管-球形。然后埋设于脂双层膜 材料的膜蛋白透过各种技术注入注射位置或以其它方式导引至注射部 位上。
A)藉电注射导入膜及膜成分。
a)示意图显示晶片结构含有亲膜区(由预成形的脂质基体所覆盖) 及周围疏膜区。埋设于脂双层基体的膜蛋白由微吸量管梢端设置晶片 上的注射部位上。
b)于微吸量管梢端与注入位置对侧上的一电极间，藉由施加电 场，让二膜贮槽合而为一。
c)如此允许膜蛋白迁移入注射区，藉此可进行分开至连接线道 上。
B)藉电融合导入膜及膜成分。
a)示意图显示晶片结构含有亲膜区(由预成形的脂质基体所覆盖) 及周围疏膜区。于脂双层膜基体中的膜蛋白例如藉经膜涂覆面旁的微 吸量管射出至晶片上。
b)然后两个电极用来将有膜覆盖的注射部位的膜部分合并。
c)如前进行膜蛋白迁移入注射部位，且可进行分离。
C)藉光融合导入膜及膜成分。
a)示意图显示晶片结构含有亲膜区(由预成形的脂质基体所覆盖) 及周围疏膜区。含膜蛋白的脂质基体首先例如经由使用微吸量管设置 注射部位上。
b)然后高强度光聚焦于两个膜部分(含膜蛋白的射出部及晶片上 的经膜覆盖的注射部位)间的边界。
c)然后完成光融合，允许二膜融合为一，藉此膜蛋白迁移入注射 部位。
D)藉清洁剂去安定化导入膜及膜成分。
a)示意图显示晶片结构含有亲膜区(由预成形的脂质基体所覆盖) 及周围疏膜区。如前述，含膜蛋白的脂质基体首先例如经由使用微吸 量管设置注射部位上。
b)两个膜部分(含膜蛋白的射出部及晶片上的经膜覆盖的注射部 位)间的融合例如藉低浓度清洁剂于溶液或其它可促进膜融合的化学 剂来达成。
c)于融合后，膜蛋白迁移入注射部位。
E)经由使用经预混的脂质基体来导入膜及膜成分。
a)示意图显示含亲膜区及周围疏膜区的晶片结构。此种方法的起 点为具有裸露亲膜表面，换言之，无膜覆盖表面。
b)然后稳定含有膜蛋白的膜材(经预混的脂质基体)如同于形成 膜覆盖面的程序，顺着亲膜表面延展。
c)膜蛋白现在位在跨过整个经膜涂覆的表面。
F)经由使用小型微泡结合微流体来导入膜及膜成分。
a)示意图显示晶片结构含有亲膜区(由预成形的脂质基体所覆盖) 及周围疏膜区。晶片也可与微流体通道整合，此处通道流量高度集中 于晶片的一部分，或甚至个别设计的亲膜结构的部分。
b)含小型微泡(单层或多层)的溶液经由使用微流体通道跨过部 分经设计的结构洗提。经由使用电场所谓的电融合，或经由使用所谓 的融合产生性微泡(fusogenic vesicle)，其可自发融合至脂双层基体， 来将微泡融合至预先形成的脂双层基体。
c)膜及膜成分(诸如膜蛋白)已经注射至晶片上。使用此项技术， 膜及膜成分可注射至所设计的结构上的特定注射部位。脂质基体无需 预先成形来让此项技术可进行工作。含有膜及膜成分的小型微泡本身 也直接附接至亲膜表面。经由使用本技术如图7E以类似方式说明，膜 及膜成分也可注射至不同结构或甚至同一个结构的不同部分。
图10.显示以扩散构想作为经由脂质装置结构的分离机制的影 像。具有梳状图样的结构用于本实验，该结构涂覆以连续脂双层膜， 其具有萤光探针(DiO)整合入脂双层膜的疏膜内部。线道宽5微米，径 向线道长25微米。部分梳状结构图样经过光漂白，然后追踪光漂白后 的萤光回复率(FRAP)。影像色彩经反相，影像间的间隔为4分钟。
a)供漂白后第一影像中，发现于影像的光漂白区的左缘和右缘回 复。
b)于光漂白后的第二影像中，于第一影像后的4分钟，萤光显示 DiO-分子已经扩散入第一梳状结构线道，且进一步朝向光漂白区中心 扩散。
c)于光漂白后的第三影像中，于第二影像后的4分钟，为第一影 像后的8分钟，DiO-分子已经进入中心的梳状结构线道内。
图11.示意显示使用磁珠键联至膜蛋白，以于脂双层基体达成膜 蛋白的分离/萃取。
a)起始情况的示意影像，此处两种不同膜蛋白标示为A及B，位 在一个装置结构的注射部位。
b)经由将含磁珠的溶液洗提跨过装置表面，该等磁珠键联有特定 膜蛋白用的一特定结合位置，该等磁珠附接至该标靶膜蛋白。
c)磁珠附接至膜蛋白A。
d)经由跨装置结构施加磁场，膜蛋白A顺着磁场移动，且由膜蛋 白B分离。
图12.显微相片显示含有直径15微米的两点藉宽2微米的一线道 互连的一种结构。该线道经设计成具有由其中产生的三角形结构。此 种沿线道的分段可经收集且集中至三角形梢端上，收集及集中是经由 使用于第二维中的分离机制，该第二维垂直于沿连接线道进行的第一 次分离。
图13.示意显示与膜相结合物种与化学梯度(诸如pH梯度)组合 的分离。经由将适当材料的结构化凝胶导入于晶片结构上，或经由使 用晶片组合微流体，可产生pH梯度，此处有不同pH的数种溶液可洗 提跨过装置结构。
图14.经链丝菌抗生物素标记的β-藻红素透过经生物素标记的脂 质键联脂质基体的萤光影像。本影像的装置结构包含两个圆点(直径15 微米)由宽2微米的单线道连接。也显示已经形成脂质基体后可加入配 体、抗体及其它试剂的结合。此点对例如使用微阵列方案的药物筛选 用途特别令人感兴趣，此处含有各种膜蛋白标靶的不同脂质基体补片 例如可使用诸如特定抗体等试剂洗提，来找出特定标靶蛋白质。此外， 此类型办法也可于脂质基体中的膜蛋白分离后，作为后标记程序来定 位找出特定蛋白质的各点。
图15.有关结合MALDI-TOF(基质辅助激光-解吸附-游离-飞行时 间)质谱术的晶片整合及用途的示意图。结构尺寸可由微米级扩充至毫 米级，因此当晶片使用MALDI-TOF整合时，依据评估方案、样本大小、 样本浓度及检测时间等，结构可由大型单一装置或多个并联装置所组 成。
A)单一装置
a)单一装置，此处与膜结合的物种局限于该装置结构的脂双层基 体的注射部位。
b)与膜结合的物种例如膜蛋白例如可使用电场、扩散等分离。
c)此等物种分离后，分离物可经冷冻，藉MALDI-TOF分析结构。
B)多个并联装置
a)示意图显示多个并联装置，可由一个或数个相同设计或相异设 计的装置所组成，此处膜结合物种的分离可并列进行。
b)示意图显示平行分开的线道收敛成为一个单点。示意图影像显 示数个注射部位。
c)膜蛋白藉图9所示技术注射入注射部位的脂双层基体。
d)膜蛋白是使用诸如电场或扩散等技术分离。平行线道用来于使 用MALDI-TOF检测前浓缩低丰度的膜结合物种。
e)于分离后，与膜结合的物种被集中至一个部位，此处可进行检 测。
C)使用MALDI-TOF-MS(基质辅助激光-解吸附-游离-质谱术)或 ESI-MS-MS(电喷洒-游离-质谱术-质谱术)或类似方式整合的原理。
a)示意图显示含亲膜表面由疏膜表面所包围的晶片。
b)含小型微泡(有或无膜蛋白)的溶液置于晶片上方。若微泡不含 膜蛋白，则必须使用图10所述技术，将膜蛋白注射于脂双层基体。若 微泡含有膜蛋白，则整合可同时进行。小型微泡沉降至表面上，黏附 至疏膜表面，可操作来维持呈微泡，或形成为如图7Db所述的连续脂 双层膜。
c)膜蛋白附接至表面上的脂双层基体(呈完好的微泡，或呈连续 脂双层膜)。
d)于含膜蛋白的脂双层基体上方的溶液交换至含有消化剂如蛋 白酶K或胰蛋白酶的溶液。
e)消化液将裂解暴露于溶液，且凸出于脂双层基体上方的膜蛋白 部分。
f)暴露的部分将裂解成肽片段，肽片段可藉吸量管或微流体通道 收集。然后溶液直接整合入ESI-MS-MS技术或类似技术，使用诸如液 相层析术(LC)或毛细管电泳(CE)的技术，有或无分离步骤整合。
g)含肽片段及适当基体的溶液打墨点至MALDI-TOF板上。
h)然后使用MALDI-TOF质谱术来识别肽片段，随后识别膜蛋白。
i)示意图显示晶片结构含有亲膜区及周围的疏膜区。晶片可与微 流体通道整合，此处通道的流量高度集中于晶片的一部分，或甚至经 个别设计的疏膜结构部分。
j)膜蛋白是使用不同技术分离，且集中于所设计结构的特定部分 上。然后含不同消化酵素例如蛋白酶K的串流锁定目标于所设计的结 构的不同部分。肽片段由脂双层基体释放，个别收集。
k)含不同肽片段的收集溶液随后打墨点(spot)至MALDI-TOF板 上，且如图15H所述，使用MALDI-TOF-MS技术分析。
图16.显示该装置的非限制性实施例的示意图。
a)含有非限制性数目的腔室，本特例为九个腔室，可并列使用的 一装置之示意顶视图。各个腔室有个入口及一个出口用来添加材料， 更换溶液及萃取材料。
b)腔室结构之一的放大图。
c)腔室结构壁的放大图，显示表面具有亲膜特性，表面可使用膜 蛋白经连续脂双层膜涂覆。
d)腔室结构壁的放大图，显示表面具有亲膜特性，表面可经一层 紧密填充的微泡涂覆，有膜蛋白埋设于该脂双层膜。
e)埋设于脂双层膜的膜蛋白的放大图。
图17.前述装置的另一个非限制性设计的示意图。
a)含有非限制性数目的通道，本特例为九个通道，可并列使用的 一装置的示意顶视图。各个通道有个入口及一个出口用来添加材料， 更换溶液及萃取材料。
b)通道结构之一的放大图。
c)通道结构壁的放大图，显示表面具有亲膜特性，表面可使用膜 蛋白经连续脂双层膜涂覆。
d)通道结构壁的放大图，显示表面具有亲膜特性，表面可经一层 紧密填充的微泡涂覆，有膜蛋白埋设于该脂双层膜。
e)埋设于脂双层膜的膜蛋白的放大图。
图18.示意显示于前述实例装置中执行的膜蛋白的晶片上消化的 可能的二步骤。
a)埋设于脂双层基体中的膜蛋白的放大图，基体呈连续脂双层膜 形式或微泡形式，膜蛋白附接至亲膜表面。胰蛋白酶(trypsin)或其它 消化剂添加至膜上方的溶液，允许消化由膜凸起的膜蛋白部分。
b)所形成的肽片段经收集用于进一步加工处理及/或检测/识别。
c)如此留下膜蛋白的无法藉消化剂裂解的部分。
d)添加清洁剂、有机溶剂或其它化学剂来崩解膜，也添加额外量 消化剂。
e)膜经崩解，脂质形成胶束(micelle)，或变成藉清洁剂安定化。 消化剂将膜蛋白的其余部分裂解成肽片段，疏膜部分例如藉清洁剂安 定化。所形成的肽片段经收集接受进一步加工处理及/或检测/识别。
图19.由晶片上胰蛋白酶消化红血球中的膜蛋白所得的肽片段的 质谱术轨迹。选出有最高强度的尖峰，进行MALDI-TOF于MS/MS模式， 结果显示于表1。
表1.藉MALDI-TOF MS/MS模式推演的肽序列。识别出AE1-膜蛋 白(阴离子交换剂蛋白)。
图20A显示根据本发明的装置。活性表面亦即亲膜表面涂覆两个 固体撑体。隔件及流体埠口(同时有入口孔及出口孔)形成一个流动槽。 让样本膜附接至亲膜表面，洗涤去除额外材料。
图20B示意显示膜蛋白的酶消化，本例中膜维持完好。膜蛋白位 于脂双层膜基体内，附接至亲膜表面。装置(流动槽)内填充以消化剂， 消化剂将膜蛋白的膜外部分裂解成肽。肽随后经收集例如藉质谱术分 析。
图20C示意显示膜蛋白的消化，本例是伴以同时崩解膜。本步骤 典型继于膜外部分已经被裂解去除的步骤之后。装置(流动槽)填充以 崩解剂及消化剂(某些情况下可省略)，释放出肽(可能进一步消化裂解 成更小型片段)。肽随后经收集并藉质谱术分析。
图21示意显示使用任何数目的消化周期及任何消化循环的组合 来循序消化的构想。任何数目及任一种不同消化剂或处理的组合例如 酶、化学化合物、任何电磁辐射波长、任何频率的声音、或暴露于某 种温度或压力(于此处以不同色的圆来表示及举例说明)。实例显示以 蛋白酶进行酶催化消化，蛋白酶可循序(或并行)用来获得不同的裂解 样式。此种情况下，第一步骤消化以蛋白酶1进行而膜维持完好。第 二步骤消化以另外的四种蛋白酶的任一种进行，膜维持完好或崩解。 膜维持完好将出现四种不同裂解样式。由于膜崩解期间，新的裂解位 置暴露出，故对于伴以膜崩解所进行的消化将出现另一组四种裂解样 式。可增加额外消化步骤至该方案。
图22显示将循序消化原理用于序列涵盖研究的一个实例。上图： 于红血球膜制品RBCM的带3阴离子交换剂蛋白质的蛇形图(Snakeplot) (具有预测的跨膜部分、溶胞部分及胞外部分的胺基酸序列的二维视 图)。绿色点显示由胰蛋白酶消化所得的肽。下图：蛇形图显示循序胰 蛋白酶消化接着为胃蛋白酶消化的结果。额外蓝点显示由胃蛋白酶消 化所得的肽。
图1.用于形成经支撑且经悬浮的双层平面膜及包封膜的晶片结 构的示意图。
a)不含结构的亲膜表面的一个实例。于本影像及随后影像中的亲 膜区是以格状呈现。
b)附接于图1a所示亲膜表面的微泡(球形脂质膜结构)。
c)覆盖图1a所示亲膜表面的平面支撑膜。
d)有亲膜功能部位/疏膜功能部位的一平坦面的一个实例，此处 单一线道含有两个岛。线道及岛可由相同材料或相异材料所组成，且 可具有不同尺寸。
e)有亲膜功能部位/疏膜功能部位的一平坦面的一个实例，此处 三条线道连接两个岛。
f)图1d中覆盖亲膜表面但非疏膜表面的平面支撑膜。
g)图1e中覆盖亲膜表面但非疏膜表面的平面支撑膜。
h)具有亲膜/疏膜功能部位及表面形貌的表面的一个实例，此处 亲膜功能部位是置于孔内，且由单一线道连接两个凹陷岛。
i)具有亲膜/疏膜功能部位及表面形貌的表面的一个实例，此处 亲膜功能部位是置于孔内，且由三线道连接两个凹陷岛。
j)图1h中覆盖亲膜表面但非疏膜表面的平面支撑膜。
k)图1i中覆盖亲膜表面但非疏膜表面的平面支撑膜。
l)具有亲膜/疏膜功能部位及表面形貌的表面的一个实例，此处 亲膜功能部位是置于升高结构的顶面上。于本特例中，两根升高圆柱 是藉单一线道连结。
m)具有亲膜/疏膜功能部位及表面形貌的表面的一个实例，此处 亲膜功能部位是置于升高结构的顶面上。于本特例中，两根升高圆柱 是藉三线道连结。
n)图1l中覆盖亲膜表面但非疏膜表面的平面支撑膜。
o)图1m中覆盖亲膜表面但非疏膜表面的平面支撑膜。请注意悬 吊的平坦膜于三线道间成指状交叉。
p)于表面上的悬吊管状膜结构。有表面固定化纳米管的纳米管微 泡网络。
a.示意显示两点由一线道连接。亲膜表面与该表面的其余部分共 面。
b.微泡-纳米管网络附接至亲膜表面。插图显示于连接线上附接 于表面的纳米管。
c.示意显示两点由一线道连接。亲膜表面位于该表面其余部分的 平面下方。
d.微泡-纳米管网络附接至亲膜表面。插图显示于连接线上附接 于表面的纳米管。
e.示意显示两点由一线道连接。亲膜表面位于该表面其余部分的 平面上方。
f.微泡-纳米管网络是附接至亲膜表面。插图显示于连接线上附 接于表面的纳米管。
图2.不同的非限制性基材实例，包括三度空间灰阶基材具有亲膜 区及疏膜区。
a)于疏膜基材上的亲膜曲边型图样。
b)2a的表面由双层膜所覆盖。
c)于疏膜基材上的亲膜蛇型图样。
d)2c的表面由双层膜所覆盖。
e)于三维疏膜金字塔形基材上表面上的亲膜图样。
f)2e的表面由双层膜所覆盖。
g)于三维疏膜梯阶金字塔形基材上表面上的亲膜图样。
h)2g的表面由双层膜所覆盖。
i)于三维疏膜蛇形基材上表面上的亲膜图样。
j)2i的表面由双层膜所覆盖。
k)于疏膜基材上的亲膜圆形蜿蜒迷宫型图样。
l)2k的表面由双层膜所覆盖。
m)于疏膜基材上的亲膜方形蜿蜒迷宫型图样。
n)2m的表面由双层膜所覆盖。
图3.不同的多路及平行装置。
a)显示于一疏膜基材上由单一线道所连接的两个圆点组成的16 个相同亲膜图样阵列。此处亲膜区以黑色表示。
b)显示于一疏膜基材上由三线道所连接的两个圆点组成的16个 相同亲膜图样阵列。
c)显示于一疏膜基材上由排列成蛇形图样的单一线道所连接的 两个圆点组成的16个相同亲膜图样阵列。
d)显示于一疏膜基材上由迷宫图样的单一线道所连接的两个圆 点组成的16个相同亲膜图样阵列。
e)显示于一疏膜基材上由i)藉排列成蛇形图样的单一线道连接 的两个圆点及ii)由三个线道连接的两个圆点所组成的两型不同型的 16个亲膜图样阵列。
f)显示于一疏膜基材上由i)藉排列成迷宫图样的单一线道连接 的两个圆点及ii)由三个线道连接的两个圆点所组成的两型不同型的 16个亲膜图样阵列。
图4.具有承载脂双层膜及额外结构的结构特征的不同微晶片实 例。
a)由两点连接至一线道排列成圆形迷宫图样所组成的有六个相 同亲膜区的晶片。电极连接至该两点供施加电场。
b)由两点连接至三线道所组成的有六个相同亲膜区的晶片。电极 连接至该两点供施加电场。
c)由两点连接至七线道所组成的有六个相同亲膜区的晶片。电极 连接至该两点供施加电场。
d)具有由两点连接至一分叉线道网络所组成的具有亲膜区的一 个图样的晶片。电极连接至该两点外部供施加电场。以小黑圆点显示 的电极也连接于网络的各个分叉点供施加电场。
e)具有由两点连接至一分叉线道网络所组成的具有亲膜区的一 个图样的晶片。电极连接至该两点外部供施加电场。以小黑圆点显示 的电极也连接于网络的各个分叉点供施加电场。
f)连接至二埋设电极的一圆形亲膜区。
g)置于两个外部电极近端的一圆形亲膜区。
h)有一个中心电极及六个周边电极的一圆形亲膜区。
i)设置成四极电极排列的一圆形亲膜区。
j)设置成八极电极排列的一圆形亲膜区。
k)有四个外部电极及两个额外电极分别连接至该迷宫的起点及 终点的亲膜迷宫图样。
图5.具有承载脂双层膜及额外结构的结构特征的不同微晶片实 例。
a)具有由两点连接至三线道所组成的有凹陷亲膜区的晶片。两条 外线道及该两点连接至微流体通道，而微流体通道又连接至贮槽。此 种情况下的微流体输送藉压力(P)控制。
图6.脂质延展于不同的纯基材上。
a)显示于经等离子体处理的金表面上，大豆脂质的延展相对于时 间的作图，该经等离子体处理的金表面透过化学及/或物理改性或操作 而调整为亲膜性。脂质点最初面积为0.1×104平方微米，经4.8秒后， 脂质面积占有1.8×104平方微米。脂质原先呈多层微脂粒而沉积于该表 面上。
b)透过显微镜所见大豆脂质延展于经由化学及/或物理调控或操 作而变成亲膜性的经等离子体处理的金表面上。左图时间点为微脂粒 沉积后t＝0.4秒，第二图表示微脂粒沉积后t＝5.2秒。此二图分别对 应于图6a所示线图的第一点和最后一点。
c)显示大豆脂质延展于经等离子体处理的SU-8表面上相对于时 间的作图。点最初面积为327平方微米，13分钟后，脂质材料并未显 示延展。脂质面积的明显缩小是由于光漂白效应。脂质原先呈多层微 脂粒而沉积于表面上。
d)以13分钟时间间隔显示大豆微脂粒延展于经等离子体处理的 SU-8表面上的萤光显微术影像。此二图与第图6c的第一点(左图)及最 后一点(右图)相对应。
图7.示意显示沉积脂质于装置上及如何形成脂质结构的不同技 术。
A)使用微吸量管沉积多层微泡
a)示意显示含有亲膜区及周围疏膜区的晶片结构。
b)多层微泡使用经微操作器控制的微吸量量管而平移至该表面 上。微泡是藉微吸量管的梢端经由施加低负压(抽吸压)固定。藉由于 微吸量管中施加小型正压，将微泡设置亲膜表面上，藉此黏附至该亲 膜表面。
c)多层微泡延展于该亲膜表面上。所设计的结构的亲膜表面最后 完全由脂双层基体所覆盖。
B)使用光镊沉积多层微泡
a)示意显示含有亲膜区及周围疏膜区的晶片结构。也显示由高强 度光的聚焦光束所捕捉的一多层微泡。高强度聚焦光是作为光镊，捕 捉具有与周围溶液不同的折射率的材料。
b)光镊的焦点移动来将该多层微泡定位于亲膜表面上。关闭光， 释放多层微泡。
c)多层微泡延展于该亲膜表面上。所设计的结构的亲膜表面最后 完全由脂双层基体所覆盖。
C)藉填装有脂质材料的吸量管跨过表面平移，使用吸量管写入技术 来沉积脂质
a)示意显示含有亲膜区及周围疏膜区的晶片结构。
b)由微操作器所控制的微吸量管填充以脂质材料，且平移至表 面。藉施加低正压，由吸量管梢端射出部分脂质材料。然后允许该部 分脂质材料(例如单层微泡或多层微泡)黏附至亲膜表面，藉此移开微 吸量管，留下部分脂质材料于该表面上。然后微吸量管梢端平移至亲 膜图样的另一个经设计的结构，此处可射出新部分。
c)多层微泡延展于该亲膜表面上。所设计的结构的亲膜表面最后 完全由脂双层基体所覆盖。
D)使用小型微泡的融合来沉积脂质
a)示意显示含有亲膜区及周围疏膜区的晶片结构。
b)含小型微泡(单层或多层)的溶液置于晶片上方的溶液内。小型 微泡沉降至该晶片表面上而黏附至亲膜表面。依据化学参数诸如脂质 浓度、脂质组成、pH、离子强度、缓冲液组成、以及物理参数诸如温 度及亲膜表面组成而定，微泡于亲膜表面上维持完好或自发形成连续 脂双层结构。不同的洗涤方案也可用来将表面黏附的微泡转换成连续 脂双层膜。
c)所设计的结构的亲膜表面最后完全由脂双层基体所覆盖。
E)经由微流体通道沉积脂双层膜
a)示意显示含有亲膜区及周围疏膜区的晶片结构。晶片也与微流 体通道整合，此处通道的流量高度集中于晶片的一部分，或甚至集中 于个别设计的亲膜结构部分。
b)含小型微泡(单层或多层)的溶液经由使用该等微流体通道洗 提跨过所设计的亲膜结构的一部分。小型微泡降至该表面且黏附于疏 膜表面，可操作来维持成微泡，或如图7Db所示，形成为连续的脂双 层膜。洗涤方案可结合微流体通道结构而使用。
c)经设计的结构的亲膜表面的一部分最后完全由脂双层基体所 覆盖。
d)含小型微泡(单层或多层)的另一溶液经由使用该等微流体通 道洗提跨过所设计的亲膜结构的一部分。小型微泡降至该表面且黏附 于疏膜表面，可操作来维持成微泡，或如图7Db所示，形成为连续的 脂双层膜。洗涤方案可结合微流体通道结构而使用。
e)经设计的结构的亲膜表面的另一部分最后完全由脂双层基体 所覆盖。如此允许于所设计的亲膜表面上，于不同结构上，或甚至于 单一结构内部，形成非均质脂质基体。
F)藉直接注入溶解的脂质来形成脂双层膜
a)示意显示含有亲膜区及周围疏膜区的晶片结构。
b)使用适当溶剂将脂质注入溶液内。脂质可由小型微泡(单层或 多层)自发制造。
c)小型微泡降至该表面且黏附于疏膜表面，可操作来维持成微 泡，或如图7Db所示，形成为连续的脂双层膜。
d)经设计的结构的亲膜表面的一最后完全由脂双层基体所覆盖。
G)由纳米管-微泡网络形成双层装置
a)示意显示含有亲膜区及周围疏膜区的晶片结构。
b)填充有膜材的微吸量管置于接近于该表面，小部分设置亲膜区 上(例如点上)。
c)膜材于表面上延展，但透过脂质纳米管仍然连接至微吸量管内 部的膜材。然后将微吸量管置于其次的另一个亲膜点。
d)部分新的膜材射出至该亲膜点上。
e)膜材延展于亲膜表面上，脂质纳米管连接两个膜部分且附接至 下方亲膜线道。
图8.具有不同尺寸及有差异表面性质的结构特征，且由亲膜区 (经等离子体处理的金表面或经等离子体处理的氧化铝表面，透过化学 及/或物理调控或操作制作成亲膜性)及疏膜区(经等离子体处理的 SU-8表面)所组成的微加工晶片结构的显微相片。
a)具有亲膜的经等离子体处理的金图样，其经由化学及/或物理 调控或操作制作为亲膜性(于影像中呈现浅灰色)及经等离子体处理的 SU-8疏膜区(于影像中呈现深灰色)的晶片。由金覆盖的圆点直径为15 微米，金互连线道厚约1微米长约75微米。
b)如同图8a的同型结构，但有宽2微米的线道。
c)具有亲膜的经等离子体处理的金图样，其经由化学及/或物理 调控或操作制作为亲膜性(于影像中呈现浅灰色)及经等离子体处理的 SU-8疏膜区(于影像中呈现深灰色)的晶片。不同图样实例包含圆点， 直径15微米藉二线道互连，线道间的分隔距离不等。
d)c)中的结构之一的放大。线道约为1微米宽，彼此分隔2微 米。
e)具有亲膜的经等离子体处理的金图样，其经由化学及/或物理 调控或操作制作为亲膜性(于影像中呈现浅灰色)及经等离子体处理的 SU-8疏膜区(于影像中呈现深灰色)的晶片。曲折结构实例转弯90度 角。本例中的线道宽度为2微米。
f)e中的结构之一以放大图显示。
g)具有亲膜的经等离子体处理的金图样，其经由化学及/或物理 调控或操作制作为亲膜性(于影像中呈现浅灰色)及经等离子体处理的 SU-8疏膜区(于影像中呈现深灰色)的晶片。具有宽2微米的线道的分 支结构或收敛结构。此等结构可用来例如浓缩或稀释顺着不同线道移 动的物质。于浓缩样本的情况下，于圆点进行样本输入，来自不同点 的转运样本随后加总于各个分支。
h)萤光影像显示于所示的微加工结构之一上，脂质的覆盖局限于 金图样，透过化学及/或物理调控或操作而制作成亲膜性。脂质膜以萤 光膜染料染色来让延展情形变成目测可见。
i)晶片具有经等离子体处理的金制成的亲膜图样，经由化学及/ 或物理调控或操作制作成亲膜性，以及藉等离子体处理SU-8所界定的 疏膜表面。萤光显微相片显示添加至缓冲溶液的经萤光标记的大豆微 脂粒主要黏附至经等离子体处理的金制成的亲膜图样，经由化学及/或 物理调控或操作制作成亲膜性。
j)具有经等离子体处理的金制成的亲膜图样，其经由化学及/或 物理调控或操作制作成亲膜性，以及藉等离子体处理SU-8所界定的疏 膜表面的晶片。萤光显微相片显示添加至缓冲溶液的经萤光标记的大 豆微脂粒主要黏附至经等离子体处理的金制成的亲膜图样。
k)具有亲膜的经等离子体处理的Al2O3图样，其经由化学及/或物 理调控或操作制作为亲膜性(于影像中呈现浅灰色)及经等离子体处理 的SU-8疏膜区(于影像中呈现深灰色)的晶片。由Al2O3覆盖的圆点直径 为50微米，Al2O3互连线道厚约2微米长约50微米。
l)萤光影像显示于图8k所示的微加工结构之一上，脂质的覆盖局 限于Al2O3图样，透过化学及/或物理调控或操作而制作成亲膜性。脂质 膜以萤光膜染料染色来让延展情形变成目测可见。萤光经反相来让影 像变清晰，深紫色显示经染色的脂质。
图9.将生物样本或合成样本导引至经过膜覆盖的图样化表面部 分的不同方法。下列全部实例的起点为包含一亲膜区及一疏膜区的一 晶片结构。亲膜区以脂双层膜覆盖。双层无需为平面，双层也可具有 三度空间几何形状，诸如球形、管形或管-球形。然后埋设于脂双层膜 材料的膜蛋白透过各种技术注入注射位置或以其它方式导引至注射部 位上。
A)藉电注射导入膜及膜成分。
a)示意图显示晶片结构含有亲膜区(由预成形的脂质基体所覆盖) 及周围疏膜区。埋设于脂双层基体的膜蛋白由微吸量管梢端设置晶片 上的注射部位上。
b)于微吸量管梢端与注入位置对侧上的一电极间，藉由施加电 场，让二膜贮槽合而为一。
c)如此允许膜蛋白迁移入注射区，藉此可进行分开至连接线道 上。
B)藉电融合导入膜及膜成分。
a)示意图显示晶片结构含有亲膜区(由预成形的脂质基体所覆盖) 及周围疏膜区。于脂双层膜基体中的膜蛋白例如藉经膜涂覆面旁的微 吸量管射出至晶片上。
b)然后两个电极用来将有膜覆盖的注射部位的膜部分合并。
c)如前进行膜蛋白迁移入注射部位，且可进行分离。
C)藉光融合导入膜及膜成分。
a)示意图显示晶片结构含有亲膜区(由预成形的脂质基体所覆盖) 及周围疏膜区。含膜蛋白的脂质基体首先例如经由使用微吸量管设置 注射部位上。
b)然后高强度光聚焦于两个膜部分(含膜蛋白的射出部及晶片上 的经膜覆盖的注射部位)间的边界。
c)然后完成光融合，允许二膜融合为一，藉此膜蛋白迁移入注射 部位。
D)藉清洁剂去安定化导入膜及膜成分。
a)示意图显示晶片结构含有亲膜区(由预成形的脂质基体所覆盖) 及周围疏膜区。如前述，含膜蛋白的脂质基体首先例如经由使用微吸 量管设置注射部位上。
b)两个膜部分(含膜蛋白的射出部及晶片上的经膜覆盖的注射部 位)间的融合例如藉低浓度清洁剂于溶液或其它可促进膜融合的化学 剂来达成。
c)于融合后，膜蛋白迁移入注射部位。
E)经由使用经预混的脂质基体来导入膜及膜成分。
a)示意图显示含亲膜区及周围疏膜区的晶片结构。此种方法的起 点为具有裸露亲膜表面，换言之，无膜覆盖表面。
b)然后稳定含有膜蛋白的膜材(经预混的脂质基体)如同于形成 膜覆盖面的程序，顺着亲膜表面延展。
c)膜蛋白现在位在跨过整个经膜涂覆的表面。
F)经由使用小型微泡结合微流体来导入膜及膜成分。
a)示意图显示晶片结构含有亲膜区(由预成形的脂质基体所覆盖) 及周围疏膜区。晶片也可与微流体通道整合，此处通道流量高度集中 于晶片的一部分，或甚至个别设计的亲膜结构的部分。
b)含小型微泡(单层或多层)的溶液经由使用微流体通道跨过部 分经设计的结构洗提。经由使用电场所谓的电融合，或经由使用所谓 的融合产生性微泡，其可自发融合至脂双层基体，来将微泡融合至预 先形成的脂双层基体。
c)膜及膜成分(诸如膜蛋白)已经注射至晶片上。使用此项技术， 膜及膜成分可注射至所设计的结构上的特定注射部位。脂质基体无需 预先成形来让此项技术可进行工作。含有膜及膜成分的小型微泡本身 也直接附接至亲膜表面。经由使用本技术如图7E以类似方式说明，膜 及膜成分也可注射至不同结构或甚至同一个结构的不同部分。
图10.显示以扩散构想作为经由脂质装置结构的分离机制的影 像。具有梳状图样的结构用于本实验，该结构涂覆以连续脂双层膜， 其具有萤光探针(DiO)整合入脂双层膜的疏膜内部。线道宽5微米，径 向线道长25微米。部分梳状结构图样经过光漂白，然后追踪光漂白后 的萤光回复率(FRAP)。影像色彩经反相，影像间的间隔为4分钟。
a)供漂白后第一影像中，发现于影像的光漂白区的左缘和右缘回 复。
b)于光漂白后的第二影像中，于第一影像后的4分钟，萤光显示 DiO-分子已经扩散入第一梳状结构线道，且进一步朝向光漂白区中心 扩散。
c)于光漂白后的第三影像中，于第二影像后的4分钟，为第一影 像后的8分钟，DiO-分子已经进入中心的梳状结构线道内。
图11.示意显示使用磁珠键联至膜蛋白，以于脂双层基体达成膜 蛋白的分离/萃取。
a)起始情况的示意影像，此处两种不同膜蛋白标示为A及B，位 在一个装置结构的注射部位。
b)经由将含磁珠的溶液洗提跨过装置表面，该等磁珠键联有特定 膜蛋白用的一特定结合位置，该等磁珠附接至该标靶膜蛋白。
c)磁珠附接至膜蛋白A。
d)经由跨装置结构施加磁场，膜蛋白A顺着磁场移动，且由膜蛋 白B分离。
图12.显微相片显示含有直径15微米的两点藉宽2微米的一线道 互连的一种结构。该线道经设计成具有由其中产生的三角形结构。此 种沿线道的分段可经收集且集中至三角形梢端上，收集及集中是经由 使用于第二维中的分离机制，该第二维垂直于沿连接线道进行的第一 次分离。
图13.示意显示与膜相结合物种与化学梯度(诸如pH梯度)组合 的分离。经由将适当材料的结构化凝胶导入于晶片结构上，或经由使 用晶片组合微流体，可产生pH梯度，此处有不同pH的数种溶液可洗 提跨过装置结构。
图14.经链丝菌抗生物素标记的β-藻红素透过经生物素标记的脂 质键联脂质基体的萤光影像。本影像的装置结构包含两个圆点(直径15 微米)由宽2微米的单线道连接。也显示已经形成脂质基体后可加入配 体、抗体及其它试剂的结合。此点对例如使用微阵列方案的药物筛选 用途特别令人感兴趣，此处含有各种膜蛋白标靶的不同脂质基体补片 例如可使用诸如特定抗体等试剂洗提，来找出特定标靶蛋白质。此外， 此类型办法也可于脂质基体中的膜蛋白分离后，作为后标记程序来定 位找出特定蛋白质的各点。
图15.有关结合MALDI-TOF(基质辅助激光-解吸附-游离-飞行时 间)质谱术的晶片整合及用途的示意图。结构尺寸可由微米级扩充至毫 米级，因此当晶片使用MALDI-TOF整合时，依据评估方案、样本大小、 样本浓度及检测时间等，结构可由大型单一装置或多个并联装置所组 成。
A)单一装置
a)单一装置，此处与膜结合的物种局限于该装置结构的脂双层基 体的注射部位。
b)与膜结合的物种例如膜蛋白例如可使用电场、扩散等分离。
c)此等物种分离后，分离物可经冷冻，藉MALDI-TOF分析结构。
B)多个并联装置
a)示意图显示多个并联装置，可由一个或数个相同设计或相异设 计的装置所组成，此处膜结合物种的分离可并列进行。
b)示意图显示平行分开的线道收敛成为一个单点。示意图影像显 示数个注射部位。
c)膜蛋白是藉图9所示技术注射入注射部位的脂双层基体。
d)膜蛋白是使用诸如电场或扩散等技术分离。平行线道用来于使 用MALDI-TOF检测前浓缩低丰度的膜结合物种。
e)于分离后，与膜结合的物种被集中至一个部位，此处可进行检 测。
C)使用MALDI-TOF-MS(基质辅助激光-解吸附-游离-质谱术)或 ESI-MS-MS(电喷洒-游离-质谱术-质谱术)或类似方式整合的原理。
a)示意图显示含亲膜表面由疏膜表面所包围的晶片。
b)含小型微泡(有或无膜蛋白)的溶液置于晶片上方。若微泡不含 膜蛋白，则必须使用图10所述技术，将膜蛋白注射于脂双层基体。若 微泡含有膜蛋白，则整合可同时进行。小型微泡沉降至表面上，黏附 至疏膜表面，可操作来维持呈微泡，或形成为如图7Db所述的连续脂 双层膜。
c)膜蛋白附接至表面上的脂双层基体(呈完好的微泡，或呈连续 脂双层膜)。
d)于含膜蛋白的脂双层基体上方的溶液交换至含有消化剂如蛋 白酶K或胰蛋白酶的溶液。
e)消化液将裂解暴露于溶液，且凸出于脂双层基体上方的膜蛋白 部分。
f)暴露的部分将裂解成肽片段，肽片段可藉吸量管或微流体通道 收集。然后溶液直接整合入ESI-MS-MS技术或类似技术，使用诸如液 相层析术(LC)或毛细管电泳(CE)的技术，有或无分离步骤整合。
g)含肽片段及适当基体的溶液打墨点至MALDI-TOF板上。
h)然后使用MALDI-TOF质谱术来识别肽片段，随后识别膜蛋白。
i)示意图显示晶片结构含有亲膜区及周围的疏膜区。晶片可与微 流体通道整合，此处通道的流量高度集中于晶片的一部分，或甚至经 个别设计的疏膜结构部分。
j)膜蛋白是使用不同技术分离，且集中于所设计结构的特定部分 上。然后含不同消化酵素例如蛋白酶K的串流锁定目标于所设计的结 构的不同部分。肽片段由脂双层基体释放，个别收集。
k)含不同肽片段的收集溶液随后打墨点至MALDI-TOF板上，且如 图15H所述，使用MALDI-TOF-MS技术分析。
图16.显示该装置的非限制性实施例的示意图。
a)含有非限制性数目的腔室，本特例为九个腔室，可并列使用的 一装置的示意顶视图。各个腔室有个入口及一个出口用来添加材料， 更换溶液及萃取材料。
b)腔室结构之一的放大图。
c)腔室结构壁的放大图，显示表面具有亲膜特性，表面可使用膜 蛋白经连续脂双层膜涂覆。
d)腔室结构壁的放大图，显示表面具有亲膜特性，表面可经一层 紧密填充的微泡涂覆，有膜蛋白埋设于该脂双层膜。
e)埋设于脂双层膜的膜蛋白的放大图。
图17.前述装置的另一个非限制性设计的示意图。
a)含有非限制性数目的通道，本特例为九个通道，可并列使用的 一装置的示意顶视图。各个通道有个入口及一个出口用来添加材料， 更换溶液及萃取材料。
b)通道结构之一的放大图。
c)通道结构壁的放大图，显示表面具有亲膜特性，表面可使用膜 蛋白经连续脂双层膜涂覆。
d)通道结构壁的放大图，显示表面具有亲膜特性，表面可经一层 紧密填充的微泡涂覆，有膜蛋白埋设于该脂双层膜。
e)埋设于脂双层膜的膜蛋白的放大图。
图18.示意显示于前述实例装置中执行的膜蛋白的晶片上消化的 可能的二步骤。
a)埋设于脂双层基体中的膜蛋白的放大图，基体呈连续脂双层膜 形式或微泡形式，膜蛋白附接至亲膜表面。胰蛋白酶或其它消化剂添 加至膜上方的溶液，允许消化由膜凸起的膜蛋白部分。
b)所形成的肽片段经收集用于进一步加工处理及/或检测/识别。
c)如此留下膜蛋白的无法藉消化剂裂解的部分。
d)添加清洁剂、有机溶剂或其它化学剂来崩解膜，也添加额外量 消化剂。
e)膜经崩解，脂质形成胶束，或变成藉清洁剂安定化。消化剂将 膜蛋白的其余部分裂解成肽片段，疏膜部分例如藉清洁剂安定化。所 形成的肽片段经收集接受进一步加工处理及/或检测/识别。
图19.由晶片上胰蛋白酶消化红血球中的膜蛋白所得的肽片段的 质谱术轨迹。选出有最高强度的尖峰，进行MALDI-TOF于MS/MS模式， 结果显示于表1。
表1.藉MALDI-TOF MS/MS模式推演的肽序列。识别出AE1-膜蛋 白(阴离子交换剂蛋白)。
图20A显示根据本发明的装置。活性表面亦即亲膜表面涂覆两个 固体撑体。隔件及流体埠口(同时有入口孔及出口孔)形成一个流动槽。 让样本膜附接至亲膜表面，洗涤去除额外材料。
图20B示意显示膜蛋白的酶消化，本例中膜维持完好。膜蛋白位 于脂双层膜基体内，附接至亲膜表面。装置(流动槽)内填充以消化剂， 消化剂将膜蛋白的膜外部分裂解成肽。肽随后经收集例如藉质谱术分 析。
图20C示意显示膜蛋白的消化，本例是伴以同时崩解膜。本步骤 典型是继于膜外部分已经被裂解去除的步骤之后。装置(流动槽)填充 以崩解剂及消化剂(某些情况下可省略)，释放出肽(可能进一步消化裂 解成更小型片段)。肽随后经收集并藉质谱术分析。
图21示意显示使用任何数目的消化周期及任何消化循环的组合 来循序消化的构想。任何数目及任一种不同消化剂或处理的组合例如 酶、化学化合物、任何电磁辐射波长、任何频率的声音、或暴露于某 种温度或压力(于此处以不同色的圆来表示及举例说明)。实例显示以 蛋白酶进行酶催化消化，蛋白酶可循序(或并行)用来获得不同的裂解 样式。此种情况下，第一步骤消化是以蛋白酶1进行而膜维持完好。 第二步骤消化是以另外的四种蛋白酶的任一种进行，膜维持完好或崩 解。膜维持完好将出现四种不同裂解样式。由于膜崩解期间，新的裂 解位置暴露出，故对于伴以膜崩解所进行的消化将出现另一组四种裂 解样式。可增加额外消化步骤至该方案。
图22显示将循序消化原理用于序列涵盖研究的一个实例。上图： 于红血球膜制品RBCM的带3阴离子交换剂蛋白质的蛇形图(Snakeplot) (具有预测的跨膜部分、溶胞部分及胞外部分的胺基酸序列的二维视 图)。绿色点显示由胰蛋白酶消化所得的肽。下图：蛇形图显示循序胰 蛋白酶消化接着为胃蛋白酶消化的结果。额外蓝点显示由胃蛋白酶消 化所得的肽。

脂双层膜可获得某种形状及几何形状。于平衡条件下所见的自生 形状的形貌、相位及几何形状会受到限制。发明人参照海费雪 (Helfrich)方程式来以某些关键系统参数(诸如抗弯模量、拉伸模量、 自发曲率等)的函数求出形状的解。脂双层膜为向温性液晶 (thermotropic liquid crystal)，于高于转换温度表现如同二维流体。 液晶介质极为令人感兴趣地可作为某些分子诸如膜蛋白及其它两亲性 分子及亲脂性分子的溶剂。但因此流体的控制限制，装置难以使用技 术上应用的液晶介质制造。双层膜为界面流体。如此经常性存在于边 界或界定边界。膜可使用不同方法强制形成为不利于激活的结构。如 此所得结构的动力学休止，具有极高边缘能的特征。注意脂双层膜一 词并非限于脂双层膜的任何特定结构。脂双层膜可为球形微泡、朗谬 尔-布拉吉(Langmuir-Blodgett)型平面双层，或可为管状结构或其它 类型的结构。本发明人也未将本发明限于任何特定类型的脂相。
激活应变几何形状的一个实例为藉纳米管或细小的系链轭合的 脂质膜微泡(Karlsson等人，自然，409，150-152(2001))。只有当微 泡被固定于表面上时，此等结构才可长时间存在，若微泡从表面上释 放，则系统将即刻瘪陷成为一个单球。
于一个态样中，本发明提供于表面上控制脂双层结构的形状的方 式。特别，发明人发展出下述方法于该方法中发明人于具有某种特性 的大致平面基材上设计表面，该基材特性例如为化学特性或形貌特性， 当与脂双层膜(或形成膜总成的成分)相互作用时，可形成具有经控制 的端点形貌及几何形状的轭合结构。潜在的构想是例如控制于表面上 双层膜的延展或形成，让所得双层膜具有可用于解决技术问题的形式。 其中一个非限制性问题是可分离及分析膜蛋白，进一步，以动态方式 探测蛋白质功能，例如用于蛋白质-药物的相互作用。
本发明人注意到不同表面及其制备。设计用来捕捉任一型膜及膜 材的亲膜区可由任何形状或几何形状的任一种亲膜表面所形成，或由 透过化学及/或物理调控或操作制作成亲膜的表面所形成。
此等表面可用来形成主要承载双层膜结构具有某些有用的几何 形状例如用来分离及操作膜蛋白的若干区域。于最简单的情况下，发 明人期望以双层膜完全覆盖表面。其次情况下，发明人期望于由脂双 层膜所覆盖的表面上界定一线或一平面。此膜覆盖区须至少于一个平 面方向(换言之，非于法线方向)，较佳由未被双层膜所覆盖的区所包 围。如此，二区须具有不同表面性质或物理边界来分隔二区。于最简 单的情况下，发明人经由控制膜黏着至该等表面来控制差异吸附至双 层膜。于脂质经过进料且为亲膜性时，较佳当脂质带电且为亲膜性时， 较佳欲以膜覆盖的表面区也带电且为亲膜性。有多个化学参数及物理 参数可用来控制相互作用电位，包括范德华相互作用、疏水性、静电、 π-π相互作用、氢键及共价相互作用而可用于此项目的。若干相互作 用的本质上为静态，其它相互作用可能为动态。动态相互作用的实例 为电湿润、磁力及电力。
脂双层可使用不同方法吸附至表面。例如由小型单层微泡于二氧 化硅上瘪陷形成连续双层的报告，以及形成朗谬尔-布拉吉薄膜的报告 (Reimhult等人，J.Chem.Phys.117，7401-7404(2002)、Steltze 等人，J.Phys.Chem.97，2974-2981(1993))。根据本发明，提议 数种技术用来将脂质沉积于所设计的结构上(参考图7)。一项技术涉及 例如使用吸量管转移技术来控制多层微泡的沉积。此等微泡含有过量 膜材，单一直径10微米的多层微泡可含有1000平方微米的脂质膜。 过量的脂质膜可能于有利条件下供给表面，容后详述。
于简单情况下，可使用疏膜相互作用来控制膜的黏附至基材。平 面基材被提供以有利于水性环境下，脂双层膜结合的区域。如此，于 典型情况下，发明人形成由层状结构所组成的一个系统，该层状结构 具有a)固体撑体；b)界面液晶材料(例如脂双层膜)；及c)液体，最典 型为水。平面基材具有脂质膜偏好延展的区域及不利于膜结合及延展 的区域。此等表面的实例分别为经等离子体处理的金表面或经等离子 体处理的Al2O3表面，透过化学及/或物理调控或操作而变成亲膜性及由 经等离子体处理的光阻SU-8所覆盖的表面。此等表面的组合用于大豆 脂质膜及中性脂质膜诸如磷脂酰胆碱及细胞膜诸如大部分的真核细胞 膜的效果良好。此外，基材可制作成完全由Al2O3或金所覆盖，透过化 学及/或物理调控或操作而制作成亲膜性，如此可用来形成呈微泡或连 续双层膜形式而完全以膜覆盖的相对应表面。多种其它特定或非特定 表面相互作用可用来于表面上形成双层膜图样。表面制备包括自行组 装单层及各项工具诸如蚀刻、蒸镀、旋涂等表面准备皆可用于此项目 的。如同微加工及纳米加工技艺界所已知，表面可形成不同特征。表 面可透过化学及/或物理调控或操作而制作成亲膜性。由此等技术所制 造的不同表面实例列举如下，进一步加工处理来制造表面的技术列举 于实验章节。
用于若干目的及应用用途，表面也可制作成只具有亲膜性质(图 1)，例如金表面或Al2O3表面透过化学及/或物理调控或操作而制作成亲 膜性。此等亲膜表面可覆盖以完好的微泡(例如小型单层微泡SUV)或连 续脂双层膜。由本技术可实现数种应用用途。膜蛋白可重构成为此等 脂质系统及技术诸如微阵列或板读取器可结合例如以萤光为基础的检 测技术，用来研究与标靶蛋白诸如离子通道或G-蛋白-偶合受体蛋白 (GPCR)的配体结合作用。例如可经由将感兴趣的离子通道于脂双层膜 系统(例如呈完好微泡或连续脂双层膜)及通报子探针于脂双层膜的内 侧进行。探针可通报离子浓度变化，当配体附接于离子时通道将特别 允许配体与离子通过的该离子浓度变化。如此例如透过萤光的增高， 配体为可能的药物候选者可使用此项技术筛检。当结合时，离子通道 开启，允许特定离子通过脂双层膜。因此可观察到通报子探针发出萤 光信号。另一项可用于此项目的的技术是基于表面等离子体子共振 (SPR)检测，该技术可检测附接于晶片表面的质量变化。藉此观察于脂 质基体中配体结合至膜蛋白，及晶片上的重量增加。亲膜表面也可用 来将核糖体附接于呈完好微泡形式或连续脂双层膜形式的脂双层膜基 体。如此可用于无细胞的膜蛋白合成。藉核糖体及其它材料或作用剂 翻译所需的胺基酸及编码基因添加至膜基体中的固定核糖体。编码基 因翻译成感兴趣的膜蛋白，随后插入膜基体内部，(此项事实极为重要， 原因在于膜蛋白无法于基于水的环境中合成)。一旦已经获得感兴趣的 高浓度膜蛋白，则可收获膜蛋白接受进一步分析。新合成的离子通道、 GPCR及其它蛋白质的功能研究等甚至可于合成膜蛋白的该晶片上直接 进行。使用一表面上的脂双层基体内部的核糖体可直接进行的另一项 研究为基因体与蛋白质体间的偶合，来研究哪些基因编码哪些蛋白质。 基因体翻译成可能具有未知功能的蛋白质，当达到够高浓度时，可进 行功能研究。此外，蛋白质可收获来例如使用质谱术进行识别及分析。 如此可以多种方式进行。例如消化液(含有酵素诸如胰蛋白酶)可添加 至该溶液，裂解凸出脂双层膜外侧的膜蛋白部分，如此由膜蛋白形成 肽片段。消化液也含有清洁剂或有机改性剂来崩解膜基体与变性蛋白 质，也允许跨膜肽片段由消化剂来形成。肽片段例如藉基质辅助激光- 解吸附-游离-飞行时间(MALDI-TOF)质谱术收集及分析(参考图15及关 联的内文段落有关其进一步细节)。
用于其它目的及应用用途，表面可使用微加工及纳米加工技术结 构化，来形成具有亲膜性质及疏膜性质二者的表面。如此可制作一线、 一平面或具有特殊表面形貌或不同的表面性质的组合的一平面。例如， 可促进黏着的区域可由其它不支援脂质延展的区域所包围。不同表面 图样实例显示于图1。图1d及图1e显示分别由亲膜及疏膜功能部位的 平坦面的示意图。图1d中，两个亲膜岛藉单一亲膜线道连接；图1e 中，两个亲膜岛藉三条亲膜线道连接。图1f及图1g分别显示图1d及 图1e的相对应影像，此处亲膜区由脂双层膜所覆盖。
图1h及图1i显示分别具有亲膜功能部位及疏膜功能部位的一平 坦面及表面形貌的示意图。此种有凹陷形貌的结构可藉微加工方法制 造。再度预期结合延展于亲膜撑体上的脂双层膜一起使用，图1j及图 1k显示于脂双层膜生长或黏着后的相对应影像。图1l显示有亲膜/疏膜 功能部位及表面形貌的一表面实例，此处该等亲膜功能部位是位于升 高的结构的顶面上。此等具有升高形貌的结构可藉微加工方法制造。 于本特例中，两根升高圆柱藉单一线道连接。图1m显示分别具有亲膜 功能部位及疏膜功能部位及表面形貌的一表面的实例，此处亲膜功能 部位是置于升高的结构的顶部上。于本特例中，两根升高圆柱藉三条 线道连接。图1l中覆盖亲膜面但未覆盖疏膜面的平面支撑膜显示于图 1n；图1m中覆盖亲膜面但未覆盖疏膜面的平面支撑膜显示于图1o。请 注意悬吊平面膜于三条线道间指状交叉。可知本技术可用来沉积大致 上平坦膜至因表面形貌而距离支撑基材有不同距离的表面。结构高度 差异可由数纳米至数毫米，换言之，于Al2O3表面上透过化学及/或物理 调控或操作而制作成亲膜性的SU8层厚度可由数纳米至数毫米。
图1p显示如同图1d、1h及1l，于类似表面上的微泡-管状膜。 此等为根据参考专利案所述程序而制造的纳米管-微泡网络。如此，使 用的方法非仅限于沉积大致平坦膜。于形成特定图样有数种自由度， 最终是由所使用的微加工及表面沉积/表面化学方法所限。
全部表面皆用来固定小型微泡。有多种其它特定或非特定相互作 用可用来修改表面。说明于前文，可参考化学图样化表面，此处欲藉 脂质覆盖区含有链丝菌抗生物素部分，而脂质含有生物素部分。其它 实例包括瘦素涂覆区，脂质膜可携带糖或蛋白质，此等糖残基与该经 瘦素涂覆区键结。其它策略包括使用SAM(自行组装单层)来形成特别 感兴趣的表面。如此由于脂双层的化学性质及物理性质的多样化，发 明人使用亲膜及疏膜来强调该构想的通俗性。最重要的议题为此等方 法允许形成有特定设计及结构尺寸的差异脂质膜涂覆面，来允许对诸 如膜蛋白分离技术及应用用途提供最佳结构。此外，重要地须述及该 方法非仅限于不同形式的脂双层形成表面活性剂(亦即平面膜、微泡 等)，反而包括其它表面活性剂或乳液系统，包括胶束形成系统、油类、 海绵相脂质及趋溶脂质等。此外，于若干情况下，可制作微晶片，此 处于不同相状态的脂质的局部组成于同一个表面上并存。
有差异亲膜性质及疏膜性质的图样化表面也可用作为细胞培养 平台。此种族群或单细胞可于不同点生长。连接线例如可提供细胞间 可能出现突触偶合的部位。
七种不同基材的非限制性实例，包括有亲膜区及疏膜区的三维灰 阶基材，显示于图2a至2m，相对应基材有亲膜区由脂双层膜所覆盖。 显示此等装置的设计上有极大自由度。结构可扩充，长度尺规的参考 点未显示于图中。但可形成最小结构尺寸，亦即最小线道约为5纳米， 可制作的最大尺寸为巨观尺寸。图2a显示于一疏膜基材上的亲膜曲边 型图样，图2b显示图2a的表面由双层膜所覆盖。图2c显示于疏膜基 材上的亲膜蛇形图样，图2d显示相同基材由双层膜所覆盖。图2e显 示三维疏膜金字塔形基材上表面上的亲膜图样，图2f显示相同基材由 双层膜所覆盖。图2g显示于三维疏膜梯级金字塔形基材的上表面上的 亲膜图样，图2h显示由双层膜所覆盖的相同基材。图2i显示于三维 疏膜蛇形基材的上表面上的亲膜图样，图2j显示由双层膜所覆盖的相 同基材。图2k显示于疏膜基材的亲膜圆形蛇形迷宫形图样，以及图21 显示由双层膜所覆盖的相同基材。图2m显示于疏膜基材的亲膜方形蛇 形迷宫形图样，以及图2n显示由双层膜所覆盖的相同基材。此等皆非 限制性实例。
此外，数个结构可置于单一晶片表面上来形成平行装置或多路装 置。于同一个晶片上可有多个相同结构设计，或可有数个不同基材设 计。图3显示有多种基材特征的不同晶片的非限制性实例。
图3a显示于一疏膜基材上由单一线道所连接的两个圆点组成的 16个相同亲膜图样阵列。图3b显示于一疏膜基材上由三线道所连接的 两个圆点组成的16个相同亲膜图样阵列。图3c显示于一疏膜基材上 由排列成蛇形图样的单一线道所连接的两个圆点组成的16个相同亲膜 图样阵列。图3d显示于一疏膜基材上由迷宫图样的单一线道所连接的 两个圆点组成的16个相同亲膜图样阵列。图3e显示于一疏膜基材上 由i)藉排列成蛇形图样的单一线道连接的两个圆点及ii)由三个线道 连接的两个圆点所组成的两型不同型的16个亲膜图样阵列。图3f显 示于一疏膜基材上由i)藉排列成迷宫图样的单一线道连接的两个圆点 及ii)由三个线道连接的两个圆点所组成的两型不同型的16个亲膜图 样阵列。此外，晶片可有辅助特征例如电极或微流体通道来支援如后 文说明的特殊功能。前述微晶片有特殊特征诸如额外结构及性质，允 许溶解于脂质膜材料或脂质膜本身的操作。其中一项特征结构为电极， 电极例如可用来以电化学方式改变脂质膜或脂质膜中所含的材料，或 可用来形成电场，电场可用于经由电迁移法诸如电泳、电渗及介电泳 驱动材料的转运。晶片可携带一个或数个电极，电极可整合于晶片表 面，或电极可为探针位于微晶片上的某个位置。电极可用来驱动膜或 膜结合材料诸如膜蛋白的电迁移。
具有疏膜区和亲膜区及附属电极的不同晶片显示于图4a至k。图 4a显示由两点连接至一线道排列成圆形迷宫图样所组成的有六个相同 亲膜区的晶片。电极连接至该两点供施加电场。图4b显示由两点连接 至三线道所组成的有六个相同亲膜区的晶片。电极连接至该两点供施 加电场。图4c显示由两点连接至七线道所组成的有六个相同亲膜区的 晶片。电极连接至该两点供施加电场。图4d具有由两点连接至一分叉 线道网络所组成的具有亲膜区的一个图样的晶片。电极连接至该两点 外部供施加电场。以小黑圆点显示的电极也连接于网络的各个分叉点 供施加电场。图4e具有由两点连接至一分叉线道网络所组成的具有亲 膜区的一个图样的晶片。电极连接至该两点外部供施加电场。以小黑 圆点显示的电极也连接于网络的各个分叉点供施加电场。图4f连接至 二埋设电极的一圆形亲膜区。图4g置于两个外部电极近端的一圆形亲 膜区。图4h有一个中心电极及六个周边电极的一圆形亲膜区。图4i 设置成四极电极排列的一圆形亲膜区。图4j设置成八极电极排列的一 圆形亲膜区。图4k有四个外部电极及两个额外电极分别连接至该迷宫 的起点及终点的亲膜迷宫图样。
电极可整合于晶片结构上或于晶片外侧，电极可形成聚焦场或均 质场，而可用来导引(切换)例如迁移蛋白质至交叉的特定平面。
晶片也可与具有不同设计的微流体通道组合。通道可与基材直接 整合(单层装置)，或通道可构成连结至含亲膜图样或疏膜图样的基材 的一分开层的一部分(多层装置)。通道可用来导引膜蛋白或不同试剂 诸如染料或药物或其它作用剂，该等作用剂可能局部(晶片上或脂质膜 上某个位置)或全面性亦即影响单一装置或多个装置的整个晶片或整 个脂质膜，影响脂双层膜或脂双层膜中所含的材料包括膜蛋白的化学 性质或物理性质。微流体通道也可用来藉膜脂质或微泡的转运而于亲 膜区上建立薄膜。一种微流体晶片的非限制性设计显示于图5a。该晶 片具有由两点连接至三条膜覆盖线道所组成的凹陷亲膜区。二外线道 及两点连接至微流体通道，微流体通道又连接至贮槽。本例中的微流 体输送由压力(P)所控制。大致上，通道可具有不同尺寸及几何形状， 通道可整合于晶片上或由外部供应。于一个态样中，通道由PDMS、PMMA、 PC或其它橡胶材料或塑胶材料制成。也可制作有容器的晶片。容器可 连接至微流体通道，或容器可分开用作为试剂、药物、蛋白质等的储 存装置。
由前述不同技术且于后文实验章节进一步详细说明的具有分开 亲膜区及疏膜区的图样化基材，且具有前述特殊性质，必须使用化学 或物理沉积方法以适当脂双层膜包括微泡或其它适当表面活性剂薄膜 涂覆。典型地，基材是用于水溶液或基于水的溶液如生理缓冲液。下 文将说明若干将脂质导入且沉积于表面的不同技术。首先，说明大豆 多层微脂粒于两个不同图样化模型表面上的脂质延展性质，该表面由 经等离子体处理的金或经等离子体处理的Al2O3所组成，透过化学及/或 物理调控或操作而制作成亲膜性，由SU-8所包围(图6)。图6a为显示 于经等离子体处理的金表面上，大豆脂质的延展相对于时间的作图， 该经等离子体处理的金表面透过化学及/或物理改性或操作而调整为 亲膜性。脂质点最初面积为0.1×104平方微米，经4.8秒后，脂质面积 占有1.8×104平方微米。脂质原先呈多层微脂粒而沉积于该表面上。图 6b显示透过显微镜所见大豆脂质延展于经由化学及/或物理调控或操 作而变成亲膜性的经等离子体处理的金表面上。左图时间点为微脂粒 沉积后t＝0.4秒，图2表示微脂粒沉积后t＝5.2秒。此二图分别对应于 图6a所示线图的第一点和最后一点。图6c中，显示大豆脂质延展于经 等离子体处理的SU-8表面上相对于时间的作图。点最初面积为327平 方微米，13分钟后，脂质材料并未显示延展。脂质面积的明显缩小是 由于光漂白效应。脂质原先呈多层微脂粒而沉积于表面上。图6d中， 以13分钟时间间隔显示大豆微脂粒延展于经等离子体处理的SU-8表 面上的萤光显微术影像。此二图与图6c的第一点(左图)及最后一点(右 图)相对应。有若干可能的将脂双层膜材料导入且沉积至图样化表面的 亲膜区的方式。于一个态样中，经由使用微吸量管或其它转运工具， 沉积多层微泡或单层微泡至亲膜区，将脂质膜材料提供予晶片基材。 扫描阶段可用来平移基材，例如，机动马达及电脑控制的扫描阶段。 微吸量管动作也可以机器人控制。程序摘述于图7a。例如藉(Karlsson 等人，朗谬尔，17，6754-6758(2001))所制造的多层微脂粒经部分或 全部注入玻璃微吸量管的孔口内部(例如参考Sott等人，朗谬尔，19， 3904-3910(2003))。微吸量管较佳是藉微定位器诸如高刻度微操作器 控制(纳里虚(Narishige)MWH-3，日本东京属于此种微操作器的一个非 限制性实例)。然后多层微泡与基材的亲膜区接触。当微脂粒接触表面 时，微脂粒开始延展于疏膜区上，直到微脂粒部分或完全由脂质膜所 覆盖。脂质膜的特定结构是依据所使用的特定类型的微脂粒决定，脂 质膜可为单层或多层且可有不同的脂质组成。于多种情况下，使用本 脂质沉积技术沉积的脂质膜并非完美的双层膜，诸如朗谬尔-布拉吉 膜。由多层微脂粒所形成的脂质膜的蠕动表现及延展表现是由于膜材 料对亲膜表面有高度结合亲和力，超过维持最初球形微脂粒形状所需 的能量所造成。另外，多层微脂粒可使用光镊而沉积于亲膜区上，如 图7b所示。光镊可捕捉于水溶液的多层微脂粒，将多层微脂粒移动至 目标区。光镊也可捕捉单层微泡，限制条件为微泡填充以比周围溶液 更高折射率的材料。
也可经由填充以脂质材料的吸量管平移通过表面，而使用吸量管 写入技术来获得脂质膜沉积于亲膜区。此项技术说明于Sott等人，朗 谬尔，19，3904-3910(2003)，用于形成微泡-纳米管网络，且可用来 由多层微脂粒或单层微脂粒转运脂质材料。其程序显示于图7c。如上 实例，此处至少可获得三种不同结构：a)有悬浮至管状结构的微泡， b)有表面固定的管状结构的微泡，以及c)不同型双层膜。虽然前述方 法较佳是用来于不同涂覆基材上形成二维脂质膜，但也可用来将微泡- 纳米管网络固定于且支撑于表面上。此种网络的形成方法为已知，当 于特定表面上的特定脂质膜的蠕变性质或延展性质不足，或由于其它 理由而蠕变性质或延展性质不满足时特别成功。值得一提者跨纳米管 观察到膜蛋白的扩散(Davidson等人，J.Am.Chem.Soc.125，374-378 (2003))。如前文说明，由纳米管-微泡网络形成双层装置(此处吸附性 极高)属于达成经过脂双层膜覆盖的装置的极为具有吸引力的途径。
基材的亲膜区可透过脂质的沉积，使用小型表面吸附微泡的融合 而被脂质膜的薄膜所覆盖，如图7d所示。此等微泡也可例如于水溶液 中加至基材上。于微泡沉降至基材表面上后，偏好与图样化的亲膜区 结合，于该处以高度吸附潜力固定，因而可被爆开(表面张力高于溶解 张力)。过量完好的微泡可被洗涤去除。
透过经由微流体通道的投予，也可达成脂双层膜的沉积，如图7e 所示。例如单层微泡及多层微泡可利用微流体通道提供予经差异涂覆 的基材。多层微泡及单层微泡也可被导引至经过差异制作图样的基材 上的某个位置。
至于又另一替代的道，于图样化基材上于亲膜区上形成脂双层膜 可藉直接注入溶解的脂质而达成，如图7g示意显示。本程序类似形成 微脂粒的直接注射方法。磷脂质于有机溶剂的悬浮液可单纯注射入水 溶液中所含的基材内。使用此种方法，可于溶液中形成小型微脂粒及 大型微脂粒，随后附接于且延展于亲膜区上。另外，脂质可于图样化 结构(SAM)上组装成单层结构，接着为形成第二层脂质，来形成脂双层 膜。完好的微泡也可附接至表面。
图8显示有不同大小及特征的亲膜区及疏膜区的数种不同微加工 结构的DIC显微相片及萤光影像。此等装置的结构特征可改变，来找出 互连线道的最佳功能尺寸及形状，也探勘加工方案的解析度极限。于 此等影像中，图样由SU8(显微相片中呈深灰色)于金表面顶部上或Al2O3 表面顶部上所组成，透过化学及/或物理调控或操作而制作成亲膜性 (于显微相片中呈浅灰色)。透过化学及/或物理调控或操作而制作成亲 膜性的金表面及Al2O3表面表示亲膜表面；而SU8表示疏膜表面。图8a 显示由两个金圆点藉一条细长金线道互连所组成的简单结构。互连线 宽度为0.5微米至10微米。本例中的线道宽1微米。图8b显示与图 8a类似的图样，有2微米宽线道。此等影像藉由于基材表面上图样的 重复间隔来显示此等加工方法的并列能力。图8c显示于单一基材上的 多个不同微加工图样。于本例中，制造透过化学及/或物理调控或操作 而制作成亲膜性的二金线道，分开1微米至10微米间的不等距离，互 连透过化学及/或物理调控或操作而制作成亲膜性的两个圆形金点。再 度，线道宽度也可改变。此等特定结构有1微米宽线道。图8d显示图 8c中的结构中的一者的放大图。影像显示加工方案可形成良好界定的 线道及高纵横比的结构。此等图样的深度是于Al2O3表面顶部上的SU8 层的厚度相对应，透过化学及/或物理调控或操作而制作成亲膜性，该 图样深度可于纳米级至毫米级的范围，但典型为1微米。图8e显示曲 折结构，换言之，线道90度角转弯形成两组平行线的结构。此等类型 的结构可结合多组电极使用，因此可于二度空间进行电泳分离。图8f 显示图8e的结构的放大图。图8g显示收敛结构的不同分支。图8h显示 萤光影像，显示脂质的覆盖局限于金图样，透过化学及/或物理调控或 操作而制作成亲膜性。脂质藉由沉积由大豆脂质所制造的多层微脂粒 来沉积于表面上。多层微脂粒是使用脱水/再水合技术制备，藉萤光膜 染料DiO掺杂，因此可观察得较为受控制的延展情况。图8k显示一个晶 片具有透过化学及/或物理调控或操作而制作成亲膜性的亲膜经Al2O3 涂覆的图样(于影像中呈浅灰色)，以及具有经SU-8涂覆的疏膜区(于影 像中呈深灰色)。由Al2O3所覆盖的圆点的直径为50微米，Al2O3的互连 线宽约2微米，长50微米。图81显示萤光影像，显示于图8k所示的 微加工结构中的一者上局限于经Al2O3涂覆的图样，透过化学及/或物理 调控或操作而制作成亲膜性的脂质覆盖。脂质膜以萤光膜染料染色来 目测观察延展情况。本例中，脂质覆盖是使用小型单层微泡(SUV)的悬 浮液进行。
于亲膜区上形成双层膜后，将多种成分沉积或导入膜基质可藉数 种不同技术进行，此等导入膜基质的成分包括脂质、膜蛋白(周边及整 合)、糖基磷脂酰肌醇(GPI)锚定蛋白或例如藉生物素-抗生物素相互作 用而键联至双层膜的其它蛋白质。
电注射如图9a所示，涉及使用微吸量管由接近于膜涂覆面的外 部来源，例如脂质悬浮液、微脂粒制剂等沉积多余或额外的膜材料。 此等多余膜材料含有转运标记，可藉随后施加跨二膜的一个或数个电 脉冲来结合入膜涂覆区，如图9b所示。电刺激触发且诱导膜融合，一 方面使用碳纤维微电极及位在微吸量管内侧的铂线，二者连接至脉冲 产生器来形成电刺激。于融合后，转运标记位于圆点之一(图9c)。
另一项技术涉及藉多种技术例如包括光镊技术及微吸量管技术 (图9d)，沉积含有转运标记的多余膜材料于经过膜涂覆区旁。然后二 膜使用两个碳纤维电极连接至脉冲产生器(图9e)，藉跨二膜的一个或 数个电脉冲来融合。本技术称作为电融合。如同图9a，于融合后，转 运标记是位在于圆点之一(图9Bc)。
膜融合也是藉电磁辐射来触发或促进，称作为光融合。此种情况 下，两个膜室间的接触区段接受光照(通常为紫外光)来让膜变去安定 化，而诱导融合，如图9Ca至c。
同理，膜的融合也可藉添加多种化学剂来促进，该等化学剂诸如 清洁剂、钙离子及其它二价金属离子以及聚合物、奈斯塔丁 (nystatin)/麦角固醇(ergosterol)、特化融合生成性脂质类似物例如 包括阳离子性脂质或肉豆蔻酸盐，某些肽已经证实可诱导膜融合，如 图9Da至c所示。
另外，使用脂质延展或小型微泡融合至亲膜表面而沉积脂质，包 括转运标记于脂质制剂，因此形成跨图样化表面有转运标记的脂质面， 图9Ea至c所示。
膜及膜成分诸如膜蛋白也可使用微流体(如图9Fa至c所示)而以 类似图7Ea至e的方式使用微流体导入脂质基体内。例如含有小型融 合生成性微泡的溶液流可跨不同结构或甚至同一个结构的不同部分间 洗提。含有膜成分诸如膜蛋白的融合生成性微泡将与预先形成的脂双 层基质合并。藉此例如膜蛋白的注射为高度局限化且靶定于晶片表面 上的特定位置。
如前文讨论，根据本发明的脂质膜装置可用于分离埋设于膜基质 的膜蛋白。达成含括于膜的膜蛋白的分离的一种显著方法是利用电场。 电场可直接影响膜蛋白，或电场可影响脂质基质中的其它成分，例如 与蛋白质结合的特化脂质。发明人将与膜结合的材料称作为MAM’s， MAM’s可为包括膜蛋白的任一种分子或微粒材料。发明人将膜材料称 作为MM’s，可为任何脂质或液晶相；发明人将含有结合的分子或材料 的膜补片称作为MP。理论上，膜材料中所含的物种的电泳迁移为该物 种的电荷对摩擦托曳比的函数。因此，依据各个实体所携带的静电荷 及大小而定，MAM’s、MP’s及MM’s可个别移动或集合移动。详述如 后。也依据脂质结构为管状结构或二维薄片及此等系统的表面电荷而 定，电内渗输送或转运可有效至不同程度。如此电迁移方法用来例如 加诸溶解于MM中的膜蛋白的差异迁移速度，电迁移方法可用作为由分 析迁移时间而分选及识别此等蛋白质的方法。显然某些蛋白质的迁移 速度为数项参数的综合函数，该等参数诸如MAM’s大小、MAM电荷及 脂质相互作用(只举出少数实例)。
但于第二情况下，膜蛋白的分离只可基于热起伏或热扩散。当装 置的长度够小，让热移动的异位相当大时，此点特别有效。依据蛋白 质尺寸及与周围脂双层基质的相互作用程度而定，不同膜蛋白有不同 的扩散速度。例如有纳米-至-微米尺寸的径向臂的经过脂质覆盖装置 可基于扩散用来分离MAM’s。图10显示于有单一线道连接至四个径向 线道所组成的梳状结构样式中的经DiO标记的脂质膜的于光漂白后的 萤光回复(FRAP)实验的实例。线道宽5微米，径向线道长25微米。以 掺杂1莫耳％DiO的小型单层大豆微脂粒的形式沉积脂质后，梳状结构 线道藉汞灯所产生且透过滤光片所选定的强激光(488纳米)漂白。于光 漂白后，回复的快照记录于一系列连续照片。图10的各个照片间的间 隔时间为4分钟。照片显示当DiO分子于脂双层扩散移动时萤光的均 匀对称性回复。图样于数分钟内完全再度填充以萤光。若于此种梳状 结构内部的脂双层基质中存在有数种具有不同的侧向扩散系数的不同 的与脂质膜结合的物种，则可实现此等物种的分选。若欲分选的不同 物种是位在于梳状结构的一侧，藉前述任一种技术添加，欲分选的物 种可以不同速度扩散入线道，藉此每次一个线道填充入梳状结构的不 同线道内。如此将导致与膜结合物种的分选，此处最快速扩散物种是 位在于一根径向臂上，最远离释放的原点，下一根径向臂则包含两种 最快速物种的混合物等等。此种分选机转纯粹是基于图样化脂质膜的 热移动或侧向扩散，提供粗略但简单的纯化膜蛋白的方式，否则膜蛋 白难以彼此分离。值得注意地，经由改变参数可将此种分选最佳化调 整配合梳状结构的设计，参数诸如径向臂的数目、长度及宽度、线道 的长度及宽度、径向臂间的分隔距离等。
另一项可于此等晶片结构实作的分离机转是仰赖使用例如微流 体而跨脂质基质上形成流体流。与膜结合的物种于流过脂质基质时， 依据其结构及与脂双层的相互作用而定，遭遇不同的托曳力。若膜蛋 白有大型凸出部暴露于脂双层膜上方的溶液，则受流体移动影响，出 现流体动力学托曳力或史托克(Stokes)托曳力。依据凸出部的尺寸及 形状、脂质相互作用及流体流动速度而定，不同的与膜结合的物种可 能遭遇不同的托曳力，如此于脂质基质中分离。
若与膜结合的物种附接至配体、抗体或改性珠粒等，该物种的速 度可经修改。如此，此物种可藉例如特定标靶分子结合时转运速度的 改变来识别/检测。依据所使用的分离方法而定(电场/磁场、扩散、流 动等)，可增减速度。此等类型的调查研究可应用于药物发现用途，此 处药物候选者跨含有一种或数种不同标靶分子的脂质膜装置洗提，同 时记录其速度变化。如此速度变化为标靶分子与药物候选者间的结合 证据。
也可使用与电场相同的分离原理来诱导跨此等装置结构的磁场。 磁珠例如可使用标靶膜蛋白的抗体而连结至感兴趣的膜蛋白。此种磁 珠为市售可得，容易连结至多种膜蛋白的特定抗体。藉此方式，位在 脂质基质内部的膜蛋白可单纯经由以含有使用特定抗体改性的磁珠的 溶液于脂质装置结构上方洗提而让膜蛋白附接至磁珠(图11)。于磁珠 已经附接至脂质基质中的标靶膜蛋白后，可跨该系统施加磁场来诱导 标靶蛋白质的移动，而未影响脂双层中的膜蛋白的其余部分(图11d)。 如此可经由重复萃取于脂质基质中的不同膜蛋白，且收集各萃取分， 用来分离数种膜蛋白。也可用来萃取丰富因而容易萃取的膜蛋白，俾 便促进以低套数而存在的其它膜蛋白的纯化效果。
不同分离次数可同时使用，或分成数个步骤于相同维度或不同维 度使用。如此也影响装置结构的设计连同多项因素，诸如欲使用的分 离类型(基于扩散、基于电场、基于磁场等)、样本大小以及样本类型(萃 取物粗产物、膜分选物、纯化蛋白质等)。于某些情况下可于一维进行 分离，不同分选物可收集入线道或由第一分离线线的反方向分支的三 角形。如此可利用第一分离的相同分离机转进行，或利用于相反方向 的另一分离机转进行。分支三角形也可用来将各分选物于分析前浓缩 成为更小点或更小线道(图12)。分离技术的组合实例是同时使用电场 及流体流。由电泳理论，电渗流(或由电场所形成的流体流)是于某些 带电物种的电迁移的相反方向导向。于此种情况下，膜中的不同物种 将受到不同技术的不同影响，可能导致不同带电物种的更为适当的分 离。
晶片也可整合具有化学梯度，诸如于晶片上不同部分的pH梯度， 或甚至于同一个结构上不同部分上的pH梯度。普通基于凝胶的分离方 法经常是仰赖于二维的蛋白质分离，诸如于一维的电场分离，接着为 于第二维例如组合pH梯度的分离。当蛋白质达到中性电荷(出现于其 等电点(pI))时，蛋白质停止于电场中迁移。膜蛋白的一项问题是于等 电点沉淀。但当位于脂质双层的经保护疏膜内部时，将不会发生至同 等程度。晶片结构可组合pH梯度，来辅助膜蛋白使用通常应用于2-D- 凝胶分离的相同原理来分离。此等pH梯度可经由晶片组构与凝胶组合 而产生，可于脂质基质上方形成pH梯度。此外，微流体可与晶片结构 组合，来使用具有各种pH的不同溶液洗提晶片结构的各部分(图13)。 藉此方式，蛋白质于电场内的迁移至蛋白质的电荷为中性，如前文说 明，电荷为中性可能出现于其等电点pI。
图14显示于图样化结构上已经形成脂质基质后，添加反应剂、 抗体及配体等。于本实例中，脂质基质由得自大豆的极性脂质萃取物 以2莫耳％生物素X DHPE脂质掺杂所组成。脂质基质是经由将具有前 述组成的经挤塑的脂质制剂添加至晶片结构经历30至60分钟而形成。 如此，脂质制剂是由100纳米直径的小型单层微脂粒(SUV)附接至表面 且延展于表面上所组成。于脂质基质形成后，经由使用于微脂粒制剂 中的相同缓冲液洗提流动槽3至5次，来洗涤去除额外量的脂质悬浮 液。洗涤后，β-藻红素溶液(0.2毫克/毫升于前述相同缓冲液)添加至 晶片结构，30分钟后，使用前述相同方案洗涤去除额外β-藻红素。此 外，流动槽于短时间周期完全排空溶液2至3次，来去除SU8表面的 非特异性结合材料。图14显示装置结构之一所得的萤光影像，如此显 示于脂质基质形成后能增加的配体、抗体及其它反应剂的结合。此点 用于例如使用微阵列方案的药物筛选用途特别令人感兴趣，此处含有 各种膜蛋白的脂质基质的不同补片可使用诸如特定抗体等反应剂洗提 来找出特定标靶蛋白质。此外，此类型办法可用于脂质基质中的膜蛋 白分离后作为后标记程序，来定位可找出特殊蛋白质的点。最后，如 前文说明，特定消化剂可添加至脂质基质上方的溶液，来从膜蛋白裂 解额外片段供进一步使用例如MALDI-TOF加工处理及识别。
使用脂双层网络结构作为与膜结合的物种的分离床，也导致数种 不同分离机转，数种不同分离机转可一起工作，或分开工作来诱导分 离。依据微脂粒类型(多层、单层微脂粒)、及表面相互作用的本质而 定，此种类型的脂双层网络可以多种方式制造。若干与膜结合的物种 诸如膜蛋白可能对曲率的改变敏感，因此偏好驻在于平面脂双层中。 此外，若干膜蛋白偏好某些脂质或脂质复体诸如脂质筏。此种脂质筏 也对各种膜曲率的不同区显示不同的亲和力。透过此种办法，经由将 与膜结合的物种萃取入网络结构中的管状区，可进行分离，因而将与 膜结合的物种与其它物种分离，该等其它物种是出现于管状区而非意 图驻在于高膜曲率区。此类型分离策略也可经由将脂质网络结构直接 偶合至活细胞应用。经由此种办法萃取膜蛋白可能导致多种膜蛋白与 细胞膜分离。
经由跨具有不同膜张力的系统，形成脂质流，先前可达成经由脂 质纳米管的物种的转运。脂质流由低张力区流至高张力区。与膜结合 的物种诸如膜蛋白也可经由与脂质基质(整合膜蛋白或周边膜蛋白)及 大小(来自周围溶液不同的液力学拖曳力)等，而于脂质纳米管的脂质 基质中分离。于脂质流，脂质纳米管中与膜结合的物种可能遭遇来自 于脂质基质及周围溶液的不同拖曳力，可能导致此等物种的分离。
由于可将埋设于天然脂质基质中的蛋白质注入至晶片上，故可分 离彼此结合的膜蛋白复体。不仅此点对于维持膜蛋白复体的功能研究 相当重要，同时也可识别哪一种蛋白质彼此互相结合。可经由设计一 种结构，例如透过分支结构或曲折特性结构进行二步骤式分离。首先， 膜蛋白复体呈一个单位而于一步骤或于一维分离。然后，膜蛋白复体 暴露于环境，允许复体崩解成为不同的蛋白质亚单位。崩解可经由以 尿素处理来达成。晶片可与微流体系统或流动槽型系统整合，允许脂 双层膜周围的外部流体交换，例如加入尿素来崩解蛋白质复体。然后 溶液改回原先的溶液，或就pH或离子强度而言，化学环境可改变，此 时进行第二维分离，来分离蛋白质复体的不同亚单位。此外，有不同 化学环境或甚至沿着分离线道有梯度的不同线道可用于此二分离步骤 或多个分离步骤。
图15为示意图显示晶片结构与MALDI-TOF MS(基质辅助激光-解 吸附-游离-飞行时间质谱术)结合的整合及用途。因此等结构的尺寸可 由微米级扩充至毫米级范围，依据评估工具、样本大小、样本浓度及 检测极限等而定，当晶片结构与MALDI-TOF质谱术检测整合时，结构 可由单一个大型装置或多个并列装置所组成。图15A显示单一装置， 此处与膜结合的物种局限于装置结构的注入位置。于与膜结合物种例 如使用电场、扩散等分离后，可停止分离且藉不同手段「冻结」，结构 藉MALDI-TOF分析。图15B显示多个并列装置，包含一个或数个相同 或相异设计的装置，与膜结合的物种的分离可并列进行。并列装置也 可偶合，来于使用MALDI-TOF检测前，浓缩丰富程度低的与膜结合的 物种。示意图显示数个注入部位，于分离后，与膜结合的物种已经集 中入一个部位，于该处可进行检测。又更简单的办法显示于图15C，涉 及完好微泡或脂双层膜吸附于晶片结构，晶片结构作为与膜结合的物 种诸如膜蛋白的基质。膜蛋白可使用图9所示技术固定于晶片结构上。 经由将脂质基质上方溶液交换成含有某些消化酵素如胰蛋白酶的溶 液，凸出于脂双层基质外侧的膜蛋白部分和膜蛋白的亲膜部分可被裂 解成肽片段。然后藉MALDI-TOF收集及研究肽片段。此类型方案也可 使用微流体系统实施。于脂质基质中进行分离后，经由使用来自于微 流体通道的集中流，所设计结构的不同部分可暴露于消化液，释放的 肽片段可个别收集来进行MALDI-TOF质谱术识别。
依据表面功能、表面为亲膜性或疏膜性、及装置的应用类型而定， 装置的型别及装置外观可改变。图16显示由室、通道或容器所组成的 装置的若干非限制性实例。用于某些用途，诸如MALDI-TOF用途，装 置由一室组成，此处，室内部的全部暴露表面经改性成为亲膜性，吸 附呈完好微泡形式或经支撑的脂双层形式的脂质(图16)。于其它应用 中，室内表面也可以亲膜结构埋设于疏膜区内部进行结构化。用于某 些用途，只有顶盖或底基材中的任一者才可以亲膜区及疏膜区二者结 构化，而对侧表面可为具有疏膜特性或亲膜特性的平坦面。
于需要大表面积的应用用途中，表面对体积比可透过若干修改而 增加。装置包含一通道结构，来让表面积最佳化(图17)。此种通道结 构可以多种材料制作，且可以亲膜表面改性。依据体积及表面积要求 等，通道宽度可由微米级变化至米级，而高度可由微米级变化至米级。 通道结构、室或容器中的暴露表面积也可于使用亲膜特性及/或疏膜特 性修改表面前，藉微加工方案结构化来制造表面上的各种结构(通道、 柱状物、凹槽等)。为了增加表面积，使用亲膜表面改性的粒子也可加 至室、容器或通道结构。此种粒子大小依据用途而定可由纳米级至米 级。于其它应用中，加至装置粒子也可以疏膜表面改性。
当结合对照样本进行平行试验或多重试验时，可于同一个平台上 进行平行实验。因此由室、通道结构、或其它以粒子填充的装置类型 所组成的数个并列装置可整合成单一装置结构(图16及图17)。
装置的用途是仰赖经入口通道及出口通道添加溶液及撷取溶液。 此等溶液包括以脂质涂覆亲膜面的脂质制剂、用于蛋白质用途例如 MALDI-TOF整合用的脂质/蛋白质制剂、洗涤去除过量脂质/蛋白质制剂 的洗涤溶液、制剂中的蛋白质或脂质及染色溶液、或于室、通道结构 或容器内消化蛋白质的用途中的消化液(例如含有诸如胰蛋白酶、胃蛋 白酶、蛋白酶K等消化酶)。此等溶液较佳是经由入口通道添加(图16 及图17)。此等溶液及已经消化蛋白质的肽溶液的撷取较佳是经由出口 通道进行。此类型溶液的添加或撷取可藉含括单一或多个微流体通道 于室、通道结构或容器内及容器外来辅助。膜蛋白的消化可于二步骤 式方法进行，如图18所示。于第一步骤中，消化剂只可裂解膜蛋白凸 出进入溶液内部分，留下疏膜部分(膜蛋白的跨膜区)保持完好。由膜 蛋白的凸出部分所形成的肽片段经收集来接受进一步加工处理及/或 检测/识别。第一步骤可以不同消化剂浓度重复数次，以不同消化时间、 不同消化剂、改性剂、或接续使用数种不同酶重复数次。于第二步骤 中，消化剂是结合清洁剂、有机溶剂或其它可崩解膜的化学剂一起添 加。消化剂将膜蛋白的其余部分裂解成为肽片段。脂质及疏膜肽片段 藉添加清洁剂安定化。由膜蛋白所形成的肽片段收集用于进一步加工 处理及/或检测/识别。
实例4中的图19显示由得自红血球的膜蛋白的晶片上接受胰蛋 白酶消化所得肽片段的质谱术轨迹(MALDI-TOF MS)。肽片段是得自第 一步骤处理，表示只源自于凸出至膜蛋白的埋设膜外侧的部分。选出 具有最高强度的尖峰，进行MALDI-TOF MS/MS，获得肽的识别，如表1 所示。
因装置可有数种并列工作的室或通道结构，如此允许数种不同效 能。样本于各室或各通道内可相同，于全部并列室或通道内对于样本 所执行的处理及消化可相同。于室和通道间样本也可相异，但仍保有 相同的处理方案及消化方案。此外，样本于各室和各通道内皆相同， 但各室和各通道间的处理方案和消化方案可相异。也可能于不同室和 通道中有不同样本以及不同处理方案及消化方案二者，但仍然于同一 个装置上。
对于欲于脂双层进行某型活性转运的用途，需要整合电极来形成 电场。此等电极可通过入口/出口通道插入，或此等电极可经由薄金属 膜的沉积而整合入亲膜表面的一。电极可由某种导电金属如铂所组成。 也可藉磁场执行活性转运，例如透过抗体偶合而附接至脂双层中的目 标蛋白质的磁珠，藉施加磁场来拖曳通过溶液。
于装置结合前述分析及研究膜蛋白的方法、技术及方案使用的情 况下，下列用途为可能。首先，蛋白质(包括膜蛋白)的识别及特征化， 包括所谓的序列涵盖研究，涉及最佳方案，来检测及识别于蛋白质序 列中尽可能多种肽，该等肽与尽可能多种胺基酸序列相对应。第二， 后翻译修饰也适用于相同内文。第三，来自于不同细胞样本的膜蛋白 的比对，膜蛋白质体图谱。有宽广丰富度范围的高度复杂样本经过消 化及分析。于MS分析前，所形成的肽分成一维(例如反相HPLC)或二维 [例如离子交换HPLC(SCX-强氧离子交换)接着例如反相HPLC]。如此也 允许研究低丰度的蛋白质及发现新的药物标靶。第四，膜蛋白的功能 研究，其实例有标靶搜寻及受体去孤儿化，例如G-蛋白偶合受体(GPCR) 去孤儿化。于标靶搜寻的情况下，目的是使用配体结合研究来识别哪 一个配体结合至哪一种蛋白质。于受体去孤儿化的例中，其目的是阐 明受体功能及其可能的配体。有多种受体的功能为未知，如此命名为 孤儿受体。最后，研究于疾病及/或给药状态期间，蛋白质表达水平的 向上调节与向下调节，所谓的表达图谱。此等研究涉及比较不同样本， 与评估样本间的差异。
使用前述装置，结合前述方法、技术及方案比较其它技术所得改 良资料输出是基于下述事实：可实作多个化学反应及/或洗涤步骤来确 保于晶片上的最佳方案。也可未经稀释样本实作此等步骤。此外使用 相同的样本可将膜蛋白的膜外部分及跨膜部分锁定目标且于不同步骤 中收集该等部分。也表示单一样本可循序及/或并行接受不同酵素作 用，来消化同一个样本的不同部分。有高表面-对-体积比结合循序消 化等的格式，结果导致所形成的肽的高度浓缩，而极少有样本损耗。 因而可获得更高敏感度。如此促成序列涵盖研究，及样本中低丰度膜 蛋白的检测。此外，一个晶片上可并列处理得自细胞的不同次细胞部 分。最后，配体结合/交联/消化，可获得标靶肽结合位置。有或无结 合配体的蛋白质于酶消化后，将获得不同肽比对图，此处，配体可立 体阻碍酶裂解或配体可于结合时造成结构改变。
此外，使用一晶片装置结合前述方法、技术及方案的概略优点为 首先，样本被局限于一表面，换言之，于分析期间被固定于静态基质， 藉此允许进行标示、化学改性、消化等多个步骤。晶片装置可结合多 种晶片上和非于晶片上的检测技术使用，包括MS、萤光、电化学、SPR、 QCM等。也可能将晶片结合于既有基于晶片的平台和传统分析工具。最 后，样本的处理容易自动化。
于平行议题方面，使用脂质基质于结合前述方法、技术及方案使 用的装置的优点为膜结合成分诸如膜蛋白维持于其天然脂双层环境 中。如此表示保有与膜结合的成分的结构及功能。含有与膜结合的成 分例如蛋白质的膜微泡的制备、转运、沉积及处理无需使用清洁剂， 此乃一项优势，原因在于清洁剂具有不良影响，例如造成蛋白质的变 性。
图20显示晶片装置的特征结构及其部分功能的大致说明。晶片 提供由多个来源(细胞膜、次细胞膜部分、蛋白质微脂粒等)捕捉膜材 料的一种方式。晶片方式提供于欲分析及研究的样本的加工处理期间 由晶片增加流体及材料以及撷取流体的材料的方式。可透过位在晶片 结构的任一处的流体埠口进行。
该图也显示晶片装置如何作用，表示肽可被裂解去除，以数个步 骤由晶片洗提，藉此经由循序使用不同方案及蛋白酶而可锁定目标于 不同的蛋白质结构。第一步骤例如锁定目标膜外(水溶性)部分，形成 肽用于特别分析此等部分。然后下述步骤经由使用不同方案及不同蛋 白酶来锁定目标于跨膜部分。藉消化所产生的肽可收集于第二分选物 且接受分析。
此类型办法的优点为例如大致上使用序列涵盖研究及膜蛋白分 析。
如前文说明，多个不同方案可实施用于序列涵盖研究。图21显 示不同蛋白酶循序消化的构想。
如图21图解说明，蛋白质的消化可循序藉一种或数种不同蛋白 酶进行。于第一次消化后，收集肽供分析。下列消化步骤可使用不同 方案及不同蛋白酶，于数种不同方案进行。第二步骤可根据图21进行， 此处膜使用蛋白酶2、3、4、5中的任一者崩解及消化，或维持完好而 蛋白质使用蛋白酶2、3、4、5中的任一者消化。类似方案可于下列步 骤实施。蛋白酶(1-5)以任一种顺序的组合可进行来执行标靶蛋白质的 循序消化。此外，可循序使用不同浓度的相同蛋白酶。也可藉修改或 变更其它参数诸如时间或温度来执行循序消化。于消化前或消化后， 蛋白质或肽暴露于化学改性步骤或酶改性步骤。此种步骤的实例为双 硫键的还原及烷化、寡醣于糖基化位置的酵素消化/去除、磷酸化位置 的研究等，此处研究所谓的翻译后修饰。
实例
1.具有疏膜区和亲膜区的微晶片的制造
材料
28毫米直径厚130至170微米的玻璃盖玻片是购自梅索-葛莱色 (Menzel-Glser)(德国Braunschweig)。电束抗蚀剂、光阻及显影剂 是得自AZ电子材料公司(AZ Electronic Materials)(美国纽泽西州 珊尼维尔)，引子是得自西普利公司(Shipley)(美国麻省莫堡)。除了 另行陈述，否则制造中所使用的全部其它化学品皆属于VLSI级，且是 得自默克公司(Merck)。用于遮罩实验的以100纳米铬涂覆的100毫米 低反射空白石英遮罩是得自奈诺膜公司(Nanofilm)(加州西湖村)。蒸 发所使用的材料是购自诺迪克高度真空公司(Nordic High Vacuum)(瑞 典库拉维克)。
基材的制备
盖玻片于丙酮中藉超音波处理20分钟，于80℃RCAl溶液[H2O2 (25％)、NH3(30％)及Milli-Q的1∶1∶5溶液]清洁10分钟，浸泡于经缓冲 的氧化物蚀刻溶液[NH4F(30％)及HF(49％)的6∶1溶液]2分钟，于米里 -Q(Milli-Q)水中于QDR清洗，于氮下吹干。
金上SiO2图样的制造
基材插入AVAC HVC-600薄膜沉积系统内部，利用电子束蒸镀，于 基材上蒸镀一薄膜，是由1.5纳米钛、13.5纳米金、1.5纳米钛及最 终60纳米二氧化硅所组成。然后基材首先旋涂以黏着促进剂(HMDS)， 然后于6000rpm反相旋涂以AZ 5214-E影像45秒，于90℃热板上预先 暴露烤干2分钟，于卡尔苏(Carl Suss)MJB-3遮罩校准器上，通过图 样化的暗野铬遮罩于365纳米波长以120毫焦耳/平方厘米(mJ/cm2)剂 量曝光。基材于热板上于125℃进行曝光后烤干30秒，随后全面性曝 光于720mJ/cm2剂量。图样于AZ351显影剂及去离子水(DI water)的 1∶5混合物中显影60秒，于QDR中清洗及于氮下吹干。结果为透明野图 样。曝光后的二氧化硅于普拉斯马(Plasmatherm)RIE m-95反应性离子 蚀刻机内蚀刻(180秒，100瓦，25毫托耳，32立方厘米CF4/秒，8立 方厘米H2/秒，1立方厘米O2/秒)。为了验证二氧化硅被完全蚀刻去除， 进行轮廓仪(profilometer)测定、两点电阻测定及金湿蚀刻试验。基 材使用西普利(Shipley)1165去除器去除剩余的光阻，于丙酮、2-丙 醇及去离子水中于QDR中清洗及于氮下吹干。基材最后使用提普拉 (TePla)300PC微波等离子体系统去加总(desummed)(60秒，250瓦， 250立方厘米O2/秒)去除源自于微普西特(Microposit)打底机于二氧 化硅上剩余的硅氧烷类。
此种制程最适合AZ-5214E影像反相抗蚀剂，但基本上也适合任 何基于酚醛清漆的影像反相或负调性抗蚀剂。
使用某种抗蚀剂蚀刻也可使用湿蚀刻系统例如经缓冲的氧化物 蚀刻溶液(49％氢氟酸及30％氟化铵的1∶6混合物)进行。表面可透过化 学及/或物理调控或操作而制作成亲膜性。
于金或氧化铝上于SU-82002中的图样的制作
基材插入AVAC HVC-600薄膜沉积系统内部，利用电子束蒸镀而于 基材上蒸镀薄膜(50纳米氧化铝或1.5纳米钛+13.5纳米金)。基材使 用微化学(MicroChem)SU-82002负调性光阻于4000rpm旋涂30秒， 于95℃热板上曝光前烤干2分钟，于卡尔苏MJB-3光罩校准器上，通 过图样化的透明野铬光罩以365纳米波长、120毫焦耳/平方厘米剂量 曝光。基材于95℃曝光后烤干60秒。图样于微化学SU-8显影剂中显 影60秒，于2-丙醇中简短清洗，于氮下吹干，结果于金或氧化铝上获 得SU-82002的暗野图样。最后基材使用提普拉300PC微波等离子体系 统去加总(60秒，250瓦，250立方厘米O2/秒)。基材透过化学及/或物 理调控或操作而制作成亲膜性。
2.于具有疏膜区及亲膜区的微晶片的亲膜区上偏好性涂覆以微 脂粒。
材料及方法
微泡的制备
微泡是由大豆卵磷脂(SBL)溶解于氯仿(100毫克/毫升)作为备料 溶液且使用DiO(典型相对于脂质浓度为1莫耳％)染色而制备。使用 Criado及Keller(Criado，M.，Keller，B.U.FEBS Lett.224，172-176 (1987))所述再度水合/再度水合方法略有修改(Karlsson，M.等人， Anal.Chem.72，5857-5862(2000)))来制备单层微脂粒。简言之，5 微升脂质分散液小滴(1毫克/毫升)置于盖玻片上，于真空干燥器内脱 水25分钟。当脂质膜干燥时，以缓冲液再度水合(崔马(Trizma)碱5mM， K3PO4 30mM，KH2PO4 30mM，MgSO4 1mM，EDTA 0.5mM，pH 7.8)。数 分钟后形成微脂粒。经由使用玻璃滴管，将脂质悬浮液小量样本移转 入缓冲液小滴内，小滴置于试验表面上。
显微术及萤光
盖玻片直接置于使用莱卡(Leica)PL福塔(Fluotar)40倍物镜将 的反相显微镜(莱卡DM IRB，威兹拉(Wetzlar)，德国)的镜台上。用于 周围萤光照明，使用Ar+激光(2025-05，光谱-物理公司 (Spectra-Physics))的488纳米光线。为了破坏激光的会聚及绕射， 将透明转盘置于光束路径上。光通过多色镜(莱卡)及物镜发送来激发 萤光。藉三晶片彩色CCD相机(哈马马兹(Hamamatsu)，基司塔(Kista)， 瑞典)收集萤光，并藉数位摄影机(DVCAM，DSR-11，新力公司(Sony)日 本)记录。萤光影像是使用Adobe Premiere图形软体及麦勒伯(Matlab) 编辑。
化学品及材料
崔马碱、甘油及磷酸钾是得自西革玛亚利叙瑞典公司 (Sigma-Aldrich Sweden AB)。大豆卵磷脂(SBL，极性脂质萃取物)是 得自安万特极性脂质公司(Avanti Polar Lipids，Inc.)(阿拉巴马州 35007阿拉巴斯特工业公园大道700号)。氯仿、EDTA(提萃普来III (titriplex III))、硫酸镁、磷酸二氢钾、氯化钾、氯化钠及氯化镁 是得自默克公司(Merck)(德国丹史塔特)。去离子水(米里普公司 (Millipore)，麻省贝得福)用来制备缓冲液。DiO(3，39-二十八烷基 恶咔花青过氯酸盐)是得自分子探针公司(Molecular Probes)(荷兰莱 登)。极性脂质萃取物是由磷脂酰胆碱(45.7％)、磷脂酰乙醇胺(22.1％)、 磷脂酰肌醇(18.4％)、磷脂酸(6.9％)、及其它(6.9％)的混合物所组成。
测试多个不同表面：经等离子体处理的二氧化硅、SU-8、经等离 子体处理的SU-8、硼硅玻璃、经等离子体处理的金、铂、经等离子体 处理的铂、氧化铝、经等离子体处理的氧化铝，全部表面皆透过化学 及/或物理调控或操作而制作成亲膜性。实验是以下述方式进行。于须 测试的表面上，首先转移一小滴缓冲液，然后将微脂粒溶液注入该小 滴内。数分钟后，微脂粒到达表面，黏着于表面上，依据表面性质而 定以一种速度延展。使用不同表面实验，发现亲膜性质与疏膜性质的 组合。经等离子体处理的金表面透过化学及/或物理调控或操作而制作 成亲膜性，显示最高脂质延展(图8i)。不会延展的表面为经等离子体 处理的SU-8表面(图8j)。组合亲膜区及疏膜区，来形成有差异脂质覆 盖的结构。下图显示以金覆盖的部分，透过化学及/或物理调控或操作 而制作成亲膜性，比较经过SU8覆盖区获得大致上较高脂质材料的黏 着。于图样上经过制作图样的区与以金覆盖区相对应。添加微脂粒至 缓冲液后约20分钟收集萤光影像。
3.以与膜结合的物种的扩散作为分离机制
于图像化脂双层的扩散移动实例显示于图10。首先藉小型单层微 泡(SUV)融合至亲膜表面来沉积脂质。以1莫耳％DiO掺杂的由大豆脂质 所组成的SUV用于萤光的目测检查(总脂质浓度：240微升大豆脂质，备 用溶液100毫克/毫升氯仿，藉蒸发干燥约5小时，于包含20mM NaCl， 10Mm崔马，pH 9.5的2毫升缓冲液内再度水合)。于SUV黏着且融合至 亲膜表面(通常等候时间30至60分钟)后周围流体中的额外脂质材料 藉将结构化表面上方的缓冲液更换数次来去除。经由以含有钙离子及 更高离子强度的缓冲液交换缓冲液形成渗透压不平衡100mM NaCl，5 Mm崔马，2mM CaCl2，pH 8.6)来促进微泡的融合，短时间内将装置流 动槽中的缓冲液完全排干。进行FRAP(光漂白后的萤光回复)实验，此 处含经过DiO标记的脂双层的图样化结构部分使用高强度激发光漂白 数分钟，俾便证实连续脂双层的形成。漂白后，使用滤光片降低激发 光的强度，以数个时间点拍摄图样化脂质结构的快照，记录萤光回复。 回复快速，依据线道长度及图样的复杂度而在不同的图样设计间改变。 该实例显示于由来自同一线道的四根径向臂所组成的梳状结构中显示 萤光回复。此图样的线道宽5微米，分开线道长度100微米，径向臂 长度25微米。以30秒间隔拍摄结构快照。快照显示DiO-分子于脂双 层基质的扩散侧向移动。
4.脂质装置技术与质谱术整合
脂质装置技术与质谱术整合允许识别脂质装置中与脂质基质结 合的蛋白质。供举例说明，使用红血球膜(RBCM)蛋白质进行下述实验。 细胞首先以磷酸盐缓冲食盐水(PBS)、pH 7.4洗涤。胆固醇使用β-环糊 精(6mM)于PBS萃取及去除。细胞以2mM EDTA，pH 8.3，1mM DTT及 蛋白酶抑制剂溶解及彻底清洗。然后RBCM以高盐溶液(1M KCl，1mM DTT， pH 7.8)及高pH溶液(0.1M Na2CO3，1mM DTT，pH 11.3)处理来尽可能 大量去除非整合的膜蛋白。RBCM于20mM NaCl，崔马10mM，pH 8.0 稀释至0.8毫克/毫升，超音波处理共15分钟(5秒脉冲接着为5秒间 隔)来将膜缩小成为微泡。微泡溶液通过200纳米孔口大小的PVDF过滤 膜过滤，来去除由超音波机梢端所形成的钛粒子。脂质装置于底部的 经过氧化铝覆盖的晶片[厚50纳米层，于薄膜蒸镀系统(AVAC HVC-600) 透过蒸镀沉积]组装，透过化学及/或物理调控或操作而制作成亲膜性。 铁氟龙隔件来提供期望的泡胞高度(100至500微米)，顶盖以氧化铝覆 盖，透过化学及/或物理调控或操作而制作成亲膜性。装置填装RBCM微 泡悬浮液，让微泡附接至表面1.5小时。然后额外的微泡使用至少2 毫升洗涤缓冲液(20mM NaCl，Tris 10mM，pH 8.0)洗涤去除。然后室 内以至少2毫升盖缓冲液(2mM CaCl2，20mM NaCl，10mM Tris，pH 8.0) 洗涤来改善微泡的附接至表面。然后使用洗涤缓冲液洗涤去除钙缓冲 液。此程序获得于装置内的附接至全面氧化铝表面的紧密填充微泡层， 透过化学及/或物理调控或操作而制作成亲膜性。腔室内填充含胰蛋白 酶的溶液(0.02毫克/毫升于20mM NaCl，Tris 10mM，pH 8.0)且于37 ℃培育规定时间(3至5小时)。以200至400微升总量由装置收集所得 肽溶液。消化液内的肽经浓缩，脱盐，且于MALDI-板上洗提如下：整 份消化液通过含C18-改性细珠粒的膜。使用三张膜，各自接纳75微升 消化液。然后结合的肽以0.1％TFA(每张膜50微升)洗涤。肽以70％ ACN(每张膜2微升)洗提，汇集于MALDI-板上形成单点。点中的肽以基 质辅助激光-解吸附-游离-飞行时间(MALDI-TOF)质谱术分析。本实验 所得的质谱显示于图19。使用MALDI TOF于MS/MS模型中识别11种独特 肽。列举于表1。经由将此等肽的序列与蛋白质资料库诸如SWISSPROT 所含的序列作比较，发现肽的原点为整合膜蛋白AE1(阴离子交换器1， 存取号码P02730)。
5.红血球(红血球膜制剂)的图谱
红血球膜制剂用来评估及接收膜图谱研究的结果。简言之，前文 称作RBCM所述的类似制剂用于本实验。去除最后过滤微泡悬浮液的步 骤，原因在于LC-MS/MS分析证实对来自于过滤器[本例为装配有纳米 喷洒来源的7-特斯拉(线性捕捉四极富利叶转换)LTQ-FT质谱仪(热电 子公司(Thermo Electron))]的聚合物污染敏感。此外，使用不同缓冲 液，本例使用10mM崔马，300mM NaCl，pH 8.0，因高离子强度似乎 会增加膜材料吸附于表面。
于此种情况下晶片装置包含两片玻璃基材[面积68×109毫米，厚 0.6至0.8毫米，梅索-葛莱色玻璃公司]，二者皆经过3.5纳米铬及 7.5金改性，透过化学及/或物理调控或操作而制作成亲膜性。两片基 材藉厚约70微米的双面胶带(1524医疗移转黏着剂，3M公司)黏合在 一起，该双面黏胶带也固定两片基材间的间距。于一片玻璃基材中， 贯穿基材钻两孔，一个入口一个出口。纳米埠口(Nanoports)(上教堂 科学公司(Upchurch Scientific))加至孔口顶部，获得液体入口/出口 接触能力。于此种情况下，附有配接器的注射器可连接至纳米埠口， 强制液体通过晶片装置。
后文说明于数个步骤使用一种酵素进行典型消化实验，为循序消 化方案。
简言之，晶片(容积约500微升)填装微泡悬浮液(RBC，经过梢端 超音波处理)，静置约1小时。此微泡制剂未经过滤。为了去除于梢端 超音波处理期间可能释放入样本内的钛粒子及玻璃粒子，微泡悬浮液 于伊本朵夫管(eppendorf tubes)内分成每整份2毫升，以10000rpm 离心10分钟。
以约2毫升缓冲液(10mM崔马，20mM NaCl，pH 8)洗涤去除过 量微泡。黏着的微泡置于涵盖缓冲液约2毫升(与前述相同但含有2mM CaCl2)来让微泡适当结合于表面。最后经15分钟后，将约1.5毫升的 一般缓冲液(不含钙)添加至晶片。使用前溶液皆未经过滤。全部缓冲 液试管及吸量管的梢端于使用前皆以MQ清洗。
胰蛋白酶加至晶片(0.005毫克/毫升于前述缓冲液，约500微 升)，晶片于37℃培养30分钟。培养前溶液再度循环(约200微升)。
然后经由添加缓冲液至一个埠口，而连续由另一个埠口抽取溶液 (依据晶片容积约抽取500微升)来将此步骤所形成的肽由晶片中洗提 出。然后抽取出的肽溶液再度于37℃培养隔夜(18小时)，来确保藉胰 蛋白酶完全消化。样本最后直接冷冻。
再度添加胰蛋白酶至晶片(0.005毫克/毫升于相同缓冲液)，晶片 于37℃培养2小时。
然后经由添加缓冲液至一个埠口，而连续由另一个埠口抽取溶液 (依据晶片容积约抽取500微升)来将此步骤所形成的肽由晶片中洗提 出。然后抽取出的肽溶液再度于37℃培养隔夜(16小时)，来确保藉胰 蛋白酶完全消化。样本最后直接冷冻。
再度添加胰蛋白酶至晶片(0.005毫克/毫升于相同缓冲液)，晶片 于37℃培养隔夜(16小时)。
然后所形成的肽使用纳米流LC-MS/MS系统分析。特别，用于液相 层析术，使用艾吉兰(Agilent)1100二元帮浦连同反相管柱，200x 0.055毫米，于室内填塞3微米粒子瑞普希帕(Reprosil-Pur)C18-AQ (Maisch博士，德国阿莫别克(Ammerbuch))。通过管柱流藉分流减少至 约100奈升/分钟。使用40分钟梯度10至50％CH3CN于0.2％HCOOH分 离肽。
纳米流LC-MS/MS于室内修改装配有纳米喷洒源的7-特斯拉(线 性捕捉四极富利叶转换)LTQ-FT质谱仪(热电子公司)进行。质谱仪以 资料相依性模式自动切换成MS/MS模式操作。MS光谱于FTICR获得， MS/MS光谱于LTQ-捕捉器获得。由FTICR的各次扫描，藉碰撞诱发解 离于线性捕捉器内6个最强的带2个电荷或3个电荷的离子循序分段。 藉MASCOT(基质科学公司(Matrix Science)，伦敦)对HUMAN资料库搜 寻全部衔接的质谱。
应用多种方案来最佳化且补偿有关识别存在于膜制剂中的膜蛋 白的资料。
至目前为止汇编资料时已经检测出310种蛋白质，于全部晶片及 分析回合识别红血球膜制剂。此项识别是基于MS/MS资料搜寻中所找 到的1496独特肽序列。若需要多于两种肽来进行识别，于制剂中对齐 104蛋白质。若基于单一肽检测及识别蛋白质(期望值＜0.05)添加至该 表单则额外对齐147蛋白质。最后，若含括有期望值高于0.05的基于 一种肽识别的蛋白质，则可添加额外59种蛋白质至表单。于更详细视 图，比较其结果于参考文献的资料，本研究中已经识别出参考文献中 所述的约70％膜蛋白。
6.阴离子交换蛋白(RBCM(红血球)的带3)的序列涵盖研究
序列涵盖研究是针对一个特定蛋白质中的尽可能多种胺基酸。高 序列涵盖表示由最大部分的蛋白质形成肽。经由并列使用或循序使用 各种蛋白酶来裂解多个位置的标靶蛋白质，制造适合LC-MS/MS分析用 的多种肽，可获得高序列涵盖率。
有数种建构序列涵盖研究的方案的替代方式。例如可应用所谓的 有限蛋白质分解，此处非特异性酶用来消化样本而未消化至完全。非 特异性酶有多个可能的裂解位置，若消化趋近于完成，则将制造较短 的片段。另一方面，有限消化将可藉由使用低酶浓度及短消化时间消 化样本，来获得较大肽片段。此种较大肽片段的顺序重叠，因此有助 于较高序列涵盖率。另一种使用更特定的酶的方式是并列或循序使用 数种酶。透过此种办法，以非特异性蛋白酶的相同方式，以不同方式 切断蛋白质，某些情况下可能制造出重叠序列。就此方面而言，特异 性蛋白酶与非特异性蛋白酶的组合当然亦属可能。
下段将说明针对序列涵盖研究的方案。简言的使用不同方案及不 同蛋白酶进行一系列的消化。
再度，此种情况下，晶片装置包含以3.5纳米铬及7.5纳米金改 性的两片玻璃基材组成晶片装置，透过化学及/或物理调控或操作而制 作成亲膜性。两片基材藉双面胶带(1524医疗用转印黏着剂，3M公司， 厚约70微米)黏合在一起，也固定两片基材的间距。于一片玻璃基材 中，贯穿基材钻两孔，一个入口一个出口。纳米埠口(上教堂科学公司) 加至孔口顶部，获得液体入口/出口接触能力。于此种情况下，附有配 接器的注射器可连接至纳米埠口，强制液体通过晶片装置。
简言之，晶片(容积约500微升)填装微泡悬浮液(RBC，经过梢端 超音波处理)，静置约1小时。此微泡制剂未经过滤。为了去除于梢端 超音波处理期间可能释放入样本内的钛粒子及玻璃粒子，微泡悬浮液 于伊本朵夫管内分成每整份2毫升，以10000rpm离心10分钟。
以约2毫升缓冲液(10mM崔马，20mM NaCl，pH 8)洗涤去除过 量微泡。黏着的微泡置于涵盖缓冲液约2毫升(与前述相同但含有2mM CaCl2)来让微泡适当结合于表面。最后经15分钟后，将约1.5毫升的 一般缓冲液(不含钙)添加至晶片。使用前溶液皆未经过滤。全部缓冲 液试管及吸量管的梢端于使用前皆以MQ清洗。
胰蛋白酶加至晶片(0.005毫克/毫升于前述缓冲液，约500微 升)，晶片于37℃培养30分钟。培养前溶液再度循环(约200微升)。
然后经由添加缓冲液至一个埠口，而连续由另一个埠口抽取溶液 (约抽取500微升)来将此步骤所形成的肽由晶片中洗提出。然后抽取 出的肽溶液再度于37℃培养隔夜(20小时)，来确保藉胰蛋白酶完全消 化。最后样本未经酸化而直接冷冻。
接着为胃蛋白酶方案来进行第二消化步骤。简言之，胃蛋白酶 (0.001毫克/毫升)溶解于MQ水含10％甲酸及5％乙(恰在实验前)添加 至晶片(约加入500微升)，藉添加溶液及抽取溶液通过晶片，随后于 37℃培养隔夜。藉抽取而由晶片中提取出肽。于冷冻前，藉加入300 微升乙至约300微升样本来钝化胃蛋白酶。
要言之，本分析所得结果显示第一胰蛋白酶步骤获得带3阴离子 交换蛋白的约30％序列涵盖率。随后的胃蛋白酶消化步骤获得67％序列 涵盖率。序列涵盖率总计算出约69％。如此显示比较胰蛋白酶片段，胃 蛋白酶步骤的肽序列明显重叠。但似乎于胃蛋白酶步骤前先以胰蛋白 酶消化步骤可促进胃蛋白酶消化步骤。
下图显示由带3阴离子交换蛋白质的序列涵盖率研究结果。第一 图显示以胰蛋白酶消化所得片段。第二图显示当添加胃蛋白酶消化所 得片段时的全部结果。