样品递呈装置的制作方法

专利名称：样品递呈装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于进行分析测定的样品递呈装置。此外，本发明涉及样品递呈装置的制造和应用。
背景技术：
包括样品的某种化学和生物学分析的大多数科学领域需要研究人员能够鉴定和测定在水溶液中发现的化合物或分析物(如测定血浆中的蛋白质或测定流体径流中的杀虫剂)。在本文中，分析物通常指研究人员感兴趣的液体样品的组分。一般用容器(如试管、多孔板或比色皿)或其它递呈装置(如载玻片或生物芯片)的方式将含有分析物的液体样品递呈给分析测定设备。由于人们对快速测定大量样品(称为样品的″高通量″测定)最感兴趣，所以开发可用于与自动分析设备连接的标准化容器和装置吸引了大量关注。例如，在药物发现领域，对筛选候选药物感兴趣的研究人员常常用各种分析技术(如荧光偏振检测)筛选成千上万、甚至几百万可能的候选药物，其中许多技术采用标准的384孔板来容纳含有候选药物的样品溶液。因此，样品递呈装置是许多科学领域中研究人员分析设备中非常重要的组件，这些科学领域包括基因组学和蛋白质组学、药物开发、临床诊断以及环境或生物毒素或物质的分析(如评价环境污染和筛选可能用于生物恐怖主义的物质)。
在基因组学和蛋白质组学中，例如，焦点分别是鉴定和研究DNA/RNA和蛋白质/肽。这些领域总地涉及活生物体中化学和生物部分的系统研究、它们的相互作用以及区分它们所需的分析技术。当前生物和生物医学研究领域的主要关注点是理解复杂的生命系统，而非单个细胞组件。具体说，基因组学的主要目的是测序和产生整个生物体的基因内容的大型数据库。已经编译了细菌、酵母、线虫、果蝇和人(最近)的基因组。类似地，蛋白质组学是对细胞在特定时间表达的所有蛋白质的研究，其主要目的是获得部分蛋白质氨基酸序列，其可与数据库匹配工具一起使用来鉴定整个蛋白质(与完全测序蛋白质相反)。蛋白质的鉴定使得人们能够研究蛋白质表达(对于鉴定在不同条件下差异表达的蛋白质和疾病状态的生物标记很重要)以及研究蛋白质相互作用(这能帮助建立细胞结构图)。理解蛋白质的作用对我们理解生命系统很重要，因为蛋白质是生物物质的主要组分，并且基本上进行了所有的重要生物功能(从调节反应到运输氧气)，以提供细胞和细胞外结构。如基因组学一样，蛋白质组学这一急速发展的领域产生了关于人类和其它生物的蛋白质组的信息，虽然这些信息仍然不完整，但将大多数这些信息储存于或将储存于数据库中。预计未来我们对生命系统的大部分理解都来自这些基因组和蛋白质组数据库。
在临床诊断领域，研究人员关注多种分析物的鉴定和测定。感兴趣的分析物可以是实际候选药物，例如临床试验过程中进行的生物利用度研究，其揭示出候选药物在整个生物体中分布的程度。或者，感兴趣分析物可能反映对候选药物的生理反应，例如在测定存在或不存在激酶反应的磷酸化反应产物的情况下。因为激酶对于细胞的生长和繁殖很重要，所以在患有生长异常的疾病(如癌症)的患者中观察到激酶活性水平高。因此，导致激酶活性降低的药物可能是抗癌药物，检测这些候选药物的效力的分析方法常常关注于测定存在或不存在激酶反应产物形式的分析物。在临床诊断和药物开发中重要的直接和间接测定分析物的这些和其它方法依赖于有助于进行检测的分析技术和样品递呈装置的存在。
样品递呈装置的重要性绝不限于生物医学领域。例如，对测定环境污染(或修复)程度感兴趣的研究人员需要能够筛选所有种类的环境样品，包括水、空气和土壤样品。用于分析这些样品的许多分析技术包括对液体样品的分析，比如进行水质研究时或用有机和/或无机溶剂稀释以去除各种组分从而提取的土壤样品的情况。因此，可递呈用于分析的液体样品的样品递呈装置是完成这些分析测定的重要工具。
在9.11之后的世界上，政府需要有助于检测化学和生物物质的军用和民用的平台和分析技术。生物战争检测的挑战包括样品采集和区分无毒与有毒生物体。用于生物物质的现有战场技术利用高温分解将生物化合物转变为可用质谱(MS)较容易地检测的小分子。然而，希望开发一种依靠蛋白质或肽生物标记的技术，因为它比现有方法特异性更高，可用于与呼吸测试、尿检或采血技术结合测定与战争物质的潜在接触。对独立的生物传感器如警报装置用于战场和公众领域也有极大兴趣。所有这些方法都对样品采集、预处理和将样品递呈给检测器提出了挑战。
已经开发了各种分析技术来鉴定和测定液体样品中的感兴趣化合物，如血清中的DNA、RNA、蛋白质和肽，环境样品中的环境毒素和物质。虽然各分析技术以其自身的方式应用，但各自至少部分依赖于所用样品递呈装置的类型。因此，这些装置固有的限制可能负面影响用这些分析技术测定感兴趣化合物。
而且，关注于鉴定、分离或测定液体样品中分析物的许多分析技术需要对样品进行单独的预处理步骤-即在对样品用具体分析技术分析以测定感兴趣分析物的存在和量之前处理样品。例如，许多蛋白质细胞提取技术产生复杂的蛋白质混合物，并掺入会干扰质谱分析的去污剂和盐，这些去污剂和盐必须在分析该蛋白之前去除。现有的制造和纯化方法是耗时的。其它纯化方法如用于纯化蛋白的液相色谱和凝胶电泳，通常回收的样品体积大于10μL，在用各种蛋白质检测技术(如MALDI-MS)分析之前需要额外的浓缩。现有分析技术的需求-和与其联用的样品递呈装置-强调了样品纯化、样品制备、自动数据采集和自动数据分析的重要性。
例如，用于蛋白质组学的最常见和优选的质谱类型是衬质辅助激光解吸电离质谱(MALDI-MS)。MALDI-MS是标准激光解吸飞行时间质谱的变型，其中在酸性、UV吸收性化学基质(如烟酸)摩尔过量非常多的情况下，分子质量相对高的蛋白质沉积在表面上。此技术可以完整状态解吸这些高分子量的不稳定大分子。质谱已成为蛋白质组研究中的重要分析工具，因为它以中等成本提供了少量样品的准确质量、灵敏的检测和快速分析。
然而，MALDI-MS具有各种缺点，具体是与样品制备相关的问题。总之，当今MALDI-MS样品支持物有严重的样品体积限制，因为它们与超过2μL的样品体积不相容。通常采用至多2μL的体积，该体积所产生干燥点(dried-droplet)的直径为1mm-2mm。(Karas，M.和Hillenkamp，F. Anal Chem.1988，60，2299-2301，纳入本文作参考)。因为在单位点数据采集期间激光仅照射干燥点的一小部分(0.015mm2-0.030mm2)，所以不能保证检测到样品中的所有蛋白。此外，样品体积(至多2μL)显著小于通常在纯化后回收的样品体积，必须在MALDI-MS之前进一步浓缩它们；例如，通常回收的液相色谱和电泳方法纯化的肽和蛋白质样品体积大于10μL。结果是，这些样品必须在MALDI-MS之前进一步浓缩。许多样品也含有会干扰质谱分析的去污剂和盐，必须在MALDI-MS之前去除。
与MALDI-MS相关的另一缺点是缺少样品均一性。干燥点方法用于样品施加时，即使体积小至2μL也可产生样品不均一引起的问题。通常采用和干燥0.5-2.0μL的样品体积，它能提供直径为1-2mm的干燥点。(Karas，M.和Hillenkamp，F.Anal.Chem.1988，60，2299-2301，纳入本文作参考)。结果，在单位点数据采集期间激光仅照射了一小部分干燥点(0.015mm2-0.030mm2)。不幸的是，已知即使0.5-2.0μL的小体积也导致样品不均一(分析物的不均一沉积)，这导致当激光聚焦于干燥点的不同区域上时，峰的出现、强度、分辨率和质量准确性显著不同(Strupat，K.；Karas，M.；Hillenkamp，F.Int′l.J.Mass Spectrom.Ion Processes 1991，111，89-102；Cohen，S.L.和Chait，B.T.Anal.Chem.1996，68，31-37；和Amado，F.M.L.；Domingues，P.；Santana-Marques，M.G；Ferrer-Correia，A.J.；Tomer，K.B.Rapid Commun.MassSpectrom.1997，11，1347-1352，将所有这些文献纳入本文作参考)。这些现象使得需要严格检查质谱数据以及为每个样品累积大量单位点谱图。因此，每天每台设备仅可分析几百个样品，常常排除了自动数据采集。
已证明，在点直径降低到激光直径的数量级时可最大程度降低样品不均一的问题。在这种情况下，可同时照射大部分样品，改进了灵敏度和重现性(Little，D.P；Cornish，T.J.；ODonnell，M.J.；Braun，A.；Cotter，R.J.；Koster，H.Proc.Natl Acad.Sci U.S.A.1997，69，4540-4546；和Gobom，J.；Nordhoff，E.；Mirgorodskaya，E.；Ekman，R.；Roepstorff，P.J.Mass Spectrom.1999，34，105-116，纳入本文作参考)。进一步描述了美国专利号6,287,872所述的样品支持物(Schuerenberg，M.；Lubbert，C；Eickhoff，H.；Kalkum，M.；Lehrach，H；Nordhoff，E.Anal.Chem.2000，72，3436-3442，纳入本文作参考)，其中证明，将分析物的沉积限定在小的点直径不仅降低了样品不均一相关的问题，而且使检测灵敏度显著提高。其缺点是获得此所需点大小的问题，必须将样品体积降低到2μL以下。
为克服这些样品体积和杂质问题，研究人员采用设计的样品支持物或用于预处理样品的小柱。这种样品支持物的例子是购自Bruker Daltonics GmbH的AnchorChipTM。AnchorChipTM产品通过在精确限定的位置中浓缩样品而提高MALDI-MS灵敏度，其特别包括一薄层不可润湿的疏水材料，该材料携带了一排可润湿亲水点。与使用AnchorChipTM相关的主要限制是施加于各锚点的液体样品体积需要限于0.50μL-3.0μL(在AnchorChipTM靶点上制备样品的十一条通用规则(ElevenGeneral Rules for Sample Preparation on AnchorChipTMTargets)的第一条，参见AnchorChipTMTechnology，修订版1.6，Bruker Daltonics GmbH，2000年11月，纳入本文作参考)；生产商在产品文献中提供的例子将液体样品滴体积进一步限制为0.5μL或1.0μL。另一限制是分析物和污染物(盐、去污剂)常常在激光照射区得到浓缩。因此，首先必须在ZipTip或相似小柱样品制备装置上对样品进行脱盐和/或浓缩，然后才能将样品施加在质谱样品支持物上，如上所述。(ZipTips由Millipore Corp.生产，它是用反向色谱介质包装小移液器尖头制备的用于样品浓缩和脱盐的微柱。(Rusconi，F.；Schmitter，J.-M.；Rossier，J.；Ie Maire，M.Anal Chem.1998，70，3046-3052，纳入本文作参考))。然而，采用自制微柱或市售ZipTips非常耗时，这增加了相当大的成本，经证明其难以自动化并常常仅能中度回收样品材料。因此，AnchorChipsTM具有与其它现有MALDI-MS样品支持物相关的许多相同限制。
开发了MALDI-MS的替代技术，以进行血清样品的蛋白质特征分析。此技术称为表面增强的激光解吸电离质谱(SELDI-MS)，它在发现卵巢癌以及区分前列腺癌和良性前列腺增生的生物标记中已产生结果。在SELDI-MS期间，首先在具有用作亲和力捕获装置的功能化表面的样品支持物上选择性保留分析物。然后在捕获点用激光解吸使保留的分析物电离，以便在不影响从保留(retentive)表面上回收分析物的情况下检测分析物，正如其它归化(hyphenated)液相色谱-质谱方法所需要的那样。SELDI-MS参见美国专利号5,719,060；5,894,063；6,020,208；6,027,942；6,124,137；6,225,047和6,579,719，将所有文献纳入本文作参考。虽然最近报道了一些结果，但SELDI-MS法在实施中常常有问题，因为在激光解吸电离期间，对保留生物分析物而言最佳的表面可能对于分析物递呈而言并非最佳。
采用了用于分离和纯化分析物如蛋白质的其它技术。例如，通过耗时的技术-2D凝胶电泳和多维液相色谱制造和纯化生物样品的方法是熟知的，较快的低灵敏度技术如自耗柱或移液器尖头与色谱床也是熟知的。用于分离蛋白质混合物的凝胶电泳可以是一维或二维。在1D凝胶电泳，也称为SDS-PAGE(十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳)中，仅用分子量分离蛋白质混合物。在2D凝胶电泳，也称为2D-PAGE中，通过等电点、然后是分子量来分离混合物。该技术的一个缺点是该方法的分辨率差，即各解析点可能含有一种以上的蛋白质。另一缺点是用于观察分离的染料不染所有蛋白质。如果采用一个以上的色谱柱，液相色谱(LC)就称为″高效液相色谱″(HPLC)或″多维液相色谱″。LC的优点通常是可获得多种不同的柱化学。与凝胶电泳(不能有效分离较小的肽)相反，可用LC分离肽混合物与酶消化物。固相抽提(SPE)提供了快速纯化方式，它用于许多领域，从有机合成到环境样品采集。它比液-液抽提或HPLC快，它消耗的溶剂较少，可用于从气体或液体样品中抽提分离物。许多装置中提供了SPE技术，如移液器尖头、柱、膜和384孔板等。
在药物发现中，开发了用于已知分析方法的又一样品递呈装置。例如，采用Empore卡(http://www.3m.com/empore)、嵌入膜中的C18 RP(反向)吸附剂的ADMET(吸收分布代谢排泄毒理学)研究被认为能够减少样品纯化的步骤并降低存档和浓缩的可能性，因为加载的样品保持干燥。样品纯化需要三个步骤将样品加载到卡上，将该卡转移到洗脱器中，将100％样品直接洗脱到质谱仪中。如果洗脱体积保持得尽可能低，可用Empore卡将肽消化样品加载到MS上，否则低浓度肽低于检测限度。
因此，需要可与各种分析方法联用以高灵敏地检测生物和化学部分的样品递呈装置。而且，需要与通常用液相色谱和电泳分离以及其它类型的分离/纯化技术回收的样品体积相容的样品递呈装置，该装置将含有分析物的液体样品引导到限定区域以最大程度减少与样品不均一相关的问题，该装置导致检测灵敏度增加。这种样品递呈装置的可用性会使得能够进行自动化样品处理，例如，生命科学工业的标准多孔板处理器和液体处理机器人。更重要地，它们也能够直接采集色谱洗出液，然后对其进行MALDI-MS分析。而且，这些能力加总起来能增加用本领域技术人员已知的各种分析技术对生物和化学部分进行检测和测定的通量。以下更详细地描述本发明的这些和其它益处。
发明概述本发明样品递呈装置提供了用于鉴定化学和生物实体的各种分析方法所用的已知样品递呈装置的有吸引力的替代方式。此外，本发明提供了制备样品递呈装置的方法以及用它们对液体样品中所含分析物进行各种分析测定的方法。本发明样品递呈装置的独特特性解决了与已知分析技术相关的以及与其联用的样品递呈装置或容器的许多缺点(上述)。
在诸如基因组学、蛋白质组学、药物发现、临床诊断、生物传感器和环境毒素和物质的检测等领域中，质谱是用于鉴定化学和生物部分的技术，其中常常仅有非常少量的样品可用，希望能够快速高通量筛选大量样品。其它分析物检测方法如荧光偏振、免疫荧光光谱、凝胶色谱、离子交换色谱、亲和色谱也可用于高通量检测生物和化学部分，因此也可与本发明样品递呈装置联用。
本发明样品递呈装置提供了用于各种分析方法的已知样品递呈装置的有吸引力的替代方式。例如，本发明允许选择性保留分析物并将体积高达100μL的分析物浓缩在生物芯片表面上。此外，因为在经设计基本不结合或抵抗结合(分析物)的样品递呈装置的一部分上检测分析物，与在基于生物芯片的亲和力捕获装置或装置表面与分析物具有显著亲和力的其它样品递呈装置的表面上进行直接检测相比，该这种可以高灵敏度检测分析物。
本发明还最大程度降低了与将分析物从一个表面转移到另一个表面上带来的可能损失，因为在优选实施方式中，现有样品递呈装置仅需要一次液体操作。这一点，再加上该样品递呈装置表面的抵抗分析物特性，使在已知方法中发生的感兴趣分析物的损失降低。与SELDI-MS相反，本发明不包括使亲和力捕获装置的捕获点上结合的分析物解吸，而采用从分析物与其表面的亲和或结合不可检测的表面上解吸分析物的样品递呈装置。
此外，可以可控方式操作液体样品并将其移动到本发明样品递呈装置表面上。这允许将样品浓缩到分析物基本不结合于样品递呈装置表面的分析区。而且，这允许将含有分析物的样品转移到表面上的不同区中，各区对分析物的特性不同，允许在检测之前纯化、分离和/或修饰分析物。此外，本发明包括表面上各个部分的特性可以因各种化学或物理刺激(如加热、UV辐射)而改变的样品递呈装置，以便在样品处理期间操纵这些表面对分析物的特性。可将表面特性的这些改变设计为可逆或不可逆的。
以下更详细地描述本发明样品递呈装置的这些和其它特征。本发明包括样品递呈装置、制造样品递呈装置的方法和使用样品递呈装置的方法。
样品递呈装置本发明涉及用于进行分析测定的样品递呈装置。在一个实施方式中，本发明包括样品递呈装置，它具有对于待分析各种样品的润湿性不同的一个或多个区域的表面。这些润湿性不同的区域产生保留、浓缩和移动液体样品中分析物的能力不同的区域。这些区域可以是各种形状和大小，可以互相连续或不连续。
本发明样品递呈装置可由不同区域构成，其中一个是保留液体样品最佳的区域。本发明样品递呈装置还可包括不同的润湿性区域，其中一个是高灵敏检测分析物最佳的区域。
本发明样品递呈装置可包括二维或三维表面，各表面具有润湿性不同的两个或多个区域。
本发明样品递呈装置包括基片，基片可由各种材料制成，包括但不限于(例如)玻璃、半导体、金属、聚合物(如塑料)和其它羟化材料，如硅上的SiO2、铝上的Al2O3等。该基片优选为金属如金，或半导体如硅。
本发明样品递呈装置还包括用本领域普通技术人员已知的方法进行表面修饰的基片，以在该基片表面产生各种区域，这些区域具有不同的润湿性特性。这种表面修饰包括但不限于将自身组装单层(SAM)、聚合物(直链和支链)和L-B(Langmuir-Blodgett)组合体加在基片上。以SAM为例，当加在基片上时，SAM产生可接触液体样品的样品递呈装置表面。根据所用具体SAM的组成，本发明样品递呈装置表面对液体样品中的分析物可具有不同的润湿性和亲和力(或缺少润湿性和亲和力)特性。SAM可加在本发明样品递呈装置上，以产生其特性反映出具体区域所用SAM的不同区域。本发明也包括本领域技术人员已知的其它表面修饰技术。
对于样品递呈装置表面可包括的区域类型，主要根据它们对待分析样品的不同润湿性来表征它们，这进而产生保留或结合液体样品中分析物的能力不同的区域。这些区域广义上称为″边界区″、″液体保留区″和″分析区″。本发明仅需要存在两种类型的区域，但是也考虑了包括两种以上类型的区域。本发明也可包括各类型的一个以上区域-如，样品递呈装置可包括多个液体保留区，各自对液体样品和/或其中所含分析物的特性不同。
第一种类型的区域称为″边界区″，包括对待分析样品基本不可润湿的区域。该边界区是与其它区域相比对样品的接触角最高的区域。
第二种类型的区域称为″液体保留区″，与边界区相比，它对待分析样品的润湿性相对较高(相对低于分析区的润湿性，下述)。液体保留区的接触角相对低于边界区的接触角(其接触角相对高于分析区的接触角，下述)。初始时，液体保留区的接触角也可等于或低于分析区的接触角，但由于化学或物理刺激，液体保留区可在化学或物理刺激之前具有高于分析区的接触角，这导致液体样品被导向一个区域而非另一个。
液体保留区可以有两个子类型。在一个子类型中，液体保留区被设计用于进行液体样品保留，而基本抵抗分析物的结合。在第二种子类型中，设计液体保留区以保留液体样品，而且显著结合液体样品中的分析物，因此可称为″捕获区″，因为它捕获了分析物。第二种子类型也可包括显著结合分析物、但进行化学或物理刺激如UV辐射、通电或加热后变得基本不结合分析物的表面。
第三种类型的区域称为″分析区″，与其它区域相比，它是对样品而言润湿性最高(接触角最低)的区域。设计分析区，使其抵抗分析物的结合。可优化分析区的大小、形状和表面特性以增加分析所需分析物的灵敏度。
本发明样品递呈装置的液体容量取决于区域的大小。对于3mm直径的圆形区域，液体容量可高达约100μl。样品递呈装置可含有此量的液体样品而无需物理边界、库或孔。各区域可精确定位，以帮助各种分析设备如质谱设备上的高通量自动化或与其相容。
在本发明样品递呈装置的另一实施方式中，样品递呈装置可称为″靶芯片″，缩写为Tn，其中″n″是指代样品递呈装置表面上不同区域数量的数值，″n″可以是2-无穷大的任何数值。因此，例如，T2靶芯片具有两个区域，T3靶芯片具有三个区域等。本发明考虑了含有比2个或3个多很多区域的样品递呈装置，不以任何方式限定区域的数目。随着区域数增加，总效果形成梯度。靶芯片是由经设计抵抗分析物结合的一个或多个区域组成的样品递呈装置。
例如，对于T2靶芯片，样品递呈装置包括两个区域-即边界区和分析区。将接触液体样品的区域表面设计为抵抗分析物结合的-即分析区是抵抗分析物结合的。在分析之前的干燥步骤中，接触液体样品的区域表面有效限定了分析物。
对于T3靶芯片，样品递呈装置包括三个区域-即边界区、液体保留区和分析区。将接触液体样品的区域表面设计为抵抗分析物结合的-即液体保留区和分析区是抵抗分析物结合的。在干燥步骤中，接触液体样品的区域表面将分析物有效浓缩到分析区。
因此，本发明样品递呈装置可包括不同区域，各自对分析物的吸收最少。
在本发明样品递呈装置的另一实施方式中，样品递呈装置可称为″捕获芯片″或″捕获/浓缩芯片″，缩写为Xn，其中″n″是指代样品递呈装置表面上区域数量的数值，″n″可以是2-无穷大的任何数值。因此，例如，X2捕获芯片具有两个区域，X3捕获芯片具有三个区域等。本发明考虑了含有比2个或3个多很多的区域的样品递呈装置，不以任何方式限定区域的数目。随着区域数增加，总效果形成梯度。捕获芯片和捕获/浓缩芯片是由经设计结合分析物的一个或多个区域组成的样品递呈装置。
例如，对于X2捕获芯片，样品递呈装置包括两个区域-即边界区和捕获区。将接触液体样品的区域表面设计为能够根据捕获区表面的化学或生物特性捕获分析物-即捕获区结合分析物。在分析之前的干燥步骤中，接触液体样品的区域表面有效限定了分析物。
对于X3捕获/浓缩芯片，样品递呈装置包括三个区域-即边界区、捕获区和分析区。将边界区设计为基本不可润湿的。将捕获区设计为能够捕获和结合分析物。将分析区设计为抵抗分析物结合的。在捕获区和分析区之间转移分析物，这是在用各种已知分析检测方法之一分析前进行的。在分析之前的干燥步骤中，含有液体样品的分析区表面有效限定了分析物。可根据捕获区表面特性将液体样品从捕获区转移到分析区-即，如果捕获区的润湿性程度低于分析区，在没有物理介入的情况下液体样品从捕获区流向分析区。或者，可设计捕获区，使其特性可因化学或物理刺激(如加热、UV辐射)而改变，使捕获区的润湿性程度低于分析区，从而使液体样品从捕获区流向分析区。
在本发明样品递呈装置的又一实施方式中，样品递呈装置可以是上述靶点和捕获芯片的组合。在此实施方式中，样品递呈装置由具有不同功能的表面组成。这些类型的样品递呈装置可包括通过机械方法(如通过移液器操作)或其它方式(如通过区域之间润湿性的差异)将液体样品从一个区域转移到另一个区域。例如，″捕获-转移-浓缩芯片″缩写为X2-转移-T3，是由X2芯片和T3芯片组成的，其中X2芯片由两个区域(即边界区和捕获区)组成，T3芯片由三个区域(即边界区、液体保留区和分析区)组成。在X2芯片捕获区和T3芯片的液体保留区之间转移(机械或其它方式)分析物。此外，包括捕获区和液体保留区组合的样品递呈装置的实施方式还可以组合方式用于在检测液体样品中的分析物之前分离、浓缩、纯化和修饰这些分析物。因此，例如，可将液体样品加在T2芯片上，使样品中的分析物限定在分析区中。然后，可将该样品转移到含有边界区、捕获区和分析区的X3芯片。在此实例中，可设计捕获区使其结合(从而去除)液体样品中的脂质部分，以便当样品施加于X3芯片时，它从边界区移动到捕获区(润湿性程度较高)，样品中的脂质部分结合于捕获区表面，剩余的样品移动到分析区(因为它的润湿性程度最高)。在此实例中，将脂质样品限定在T2芯片上，然后脂质移动到X3芯片上，以便在分析区分析的最终样品是浓缩和纯化的脂质。因为可设计捕获区使其结合多种不同的分析物，并且因为可采用这些区域的各种组合，所以可产生具有各种纯化、浓缩、分离和修饰能力(相对于一种或多种分析物)的样品递呈装置。
将液体样品从一个样品递呈装置转移到另一个装置的机制可以不同。采用上述例子，可用机械方法(如通过移液器操作)移动T2的浓缩样品并将其置于单独的X3样品递呈装置上。或者，T2和X3样品递呈装置可通过一个区域相连，该区域的润湿性可因化学或物理刺激(如UV辐射)而改变，以在这两个区域之间的区域暴露于UV辐射导致其润湿性高于T2装置的分析区但低于X3装置的捕获区时，使T2样品递呈装置的分析区中的浓缩样品转移到X3装置的捕获区中，使样品从T2移动到X3。通过许多表面(具有不同润湿性和分析物结合特性)及其结构，可产生具有各种纯化、浓缩、分离和修饰能力(相对于一种或多种分析物)的样品递呈装置。
本发明样品递呈装置还提供了具有不同形状或图案的润湿性不同的区域。例如，在一个实施方式中，样品递呈装置可具有同心圆形区域，其中心区是分析区，周围是液体保留区，周围是边界区。因为可用各种光致图案化技术产生这些区域，并且因为已知光致图案化技术能提供极其不同的所得图案，所以各种区域有大量可能的形状、图案和结构。而且，润湿性不同的区域的各种特性可以产生能够将分析物导向表面上一个或多个特定或预定位置(如可寻址位点、通道或区域)的样品递呈装置。
本发明样品递呈装置适用于处理生物和非生物液体样品。它们也适用于各种分析物检测方法，(例如)包括但不限于质谱、各种色谱法、免疫荧光光谱以及检测和测定液体样品中的分析物的其它已知分析方法。
设计上述各种变型，以最灵活地设计和使用比已知方法递呈用于检测和分析的分析物的能力提高的样品递呈装置。因此，本发明样品递呈装置能够将分析物导向经设计提高了分析物检测的高灵敏度的分析区。因此，本发明样品递呈装置改进了分析物的沉积。
样品递呈装置的制造本发明又一实施方式包括产生或制造上述样品递呈装置的方法。
在表面由自身组装单层(SAM)组成(根据所用SAM的不同形成不同区域)的实施方式中，本发明样品递呈装置可包括由已知光致图案化技术产生的多种SAM区。因此，本发明还包括用光致图案化技术(一种优选方法)产生由SAM组成的样品递呈装置的方法。
一般用本领域技术人员已知的方法修饰或图案化本发明样品递呈装置的基片表面。例如，可用施加自身组装单层(SAM)的方法修饰或图案化基片表面，这种方法修饰样品递呈装置的基片表面，并且其暴露的表面可将特定的化学特性赋予基片。为具体基片选择各种SAM，包括1°、2°、3°或4°组合物，以将独特的表面特征和特性提供给基片表面。具体说，施加多种SAM导致基片的图案化，以使其含有多个区域，各区域具有不同的表面特征和特性。图案化SAM的方法是本领域已知的，包括UV光致图案化、照相平板图案化、微模压、电子束图案化和活性离子蚀刻。
在基片表面上产生的区域可以是任何形状，优选圆形。此外，这些区域可以互相连续或不连续-即这些区域可以全部互相连续，或者一个或多个区域可以与另外的一个或多个区域不连续。在样品递呈装置的基片表面上产生的区域优选具有对待分析样品润湿性不同的多个区域。
作为本发明另一实施方式，提供了制造能够准确定位分析物以帮助自动数据采集的样品递呈装置的方法。
样品递呈装置的使用和应用在另一实施方式中，本发明样品递呈装置可与各种分析技术和步骤联用。因此，本发明包括使用上述样品递呈装置的方法。更具体说，本发明包括用本发明样品递呈装置(在一个样品递呈装置或多个样品递呈装置上)鉴定样品中是否存在分析物和分析多种样品的方法。
可以检测、鉴定或测定液体样品中分析物的任何分析方法基本上均可与本发明样品递呈装置联用。这些分析方法的例子包括但不限于MALDI-MS或电雾化电离MS。对我们来说，该样品递呈装置尤其适合与高通量分析测定技术联用，例如，用于以促进高通量数据采集的方式构建样品递呈装置分析区的MALDI-MS。
也可用本发明样品递呈装置操作液体样品和其中所含的分析物。根据样品递呈装置表面经设计可具有的不同的润湿性特性和捕获特性，可设计样品递呈装置使其操作、浓缩、定位、贮存、转移(用或不用机械介入)、回收(用或不用机械介入)、分析、修饰或加工(在样品递呈装置上使用分析物修饰试剂)、或分馏液体样品或其中所含分析物。而且，因为可设计本发明样品递呈装置使其响应于化学或物理刺激(如加热、UV辐射、加压、电磁辐射)完成任何这些功能，本发明样品递呈装置可以可逆地或不可逆地完成这些功能，并且还可响应于外力进行这些功能的各种组合。
任何液体样品(和分析物)均可与本发明样品递呈装置联用。例如，可用本发明分析从液相色谱回收的组分。可用本发明分析酶消化物，这些酶消化物是用由2D凝胶电泳上剪下的蛋白质点或由亲和色谱收集的组分(即ICAT(同位素编码的亲和标签))制备的。也可用本发明分析从生物传感器中回收的样品。本发明也可用于用标准多孔形式的机器人和测定进行1∶1样品转移。实际上，可用本发明样品递呈装置处理和操作获自基本上任何来源的液体样品，无论这种样品是实验室实验结果(如上述酶消化物或生物传感器样品的例子)，获自环境的样品(如来自江河的水质样品)，或者直接获自活生物的样品(如人尿样品)。
本发明也可用于储存样品，用于存档目的或进一步分析。换句话说，不需要在将液体样品转移到分析区后立即检测和分析液体样品中所含分析物。
因此，本发明各种实施方式提供了具有各种液体处理功能的样品递呈装置，包括但不限于样品/分析物处理，以及液体沉积、保留、转移、定位和再定位以及储存。
特征和优点除了上述发明概述部分所述的本发明许多特征和优点以外，其它特征和优点至少包括可在基本上不结合分析物的一个表面上进行检测液体样品中存在的分析物的分析方法，如MALDI-MS，使分析灵敏度增加、结果重现性提高、不同捕获区的结果相当。
对于样品液体处理，可分析的样品体积提高-对于3mm直径的区域高达约100μl，可将表面图案化，使其具有SBS(生物分子筛选协会)标准孔形式(即96/384/1536孔形式)，从而能够与普通机器人和其它高通量分析方法接界。
可使各种分析方法(如MALDI-MS)的通量增加，因为精确地安置了区域的位置，用于高通量数据采集。对于MALDI-MS，分析区是最优尺寸的(即小于2mm2，优选小于1mm2)。样品/基质具有改进的结晶特性，导致分析区内的电离一致性提高。与干燥点分析相比，较小分析区导致测定面积较小，从而实现高通量分析。
本发明样品递呈装置使得能够通过浓缩分析区中分析物的方式分析稀释的样品。
分离液体样品中的分析物可能不需要多个分离步骤，如将分析物结合于离子交换色谱柱，然后必须在后续洗涤步骤中从柱上分离分析物。实际上，通过采用具有经设计能结合不同分析物的不同表面化学的SAM，可能高特异性地分离和纯化具体分析物。
可用本发明样品递呈装置处理各种液体样品和分析物，本发明装置避免了上述已知递呈装置和分析方法的缺点。但本发明样品递呈装置尤其适用于蛋白质组学领域和激光解吸电离质谱，就象以下所详述的那样，要求权利的装置的用途不以任何方式仅限于该领域。
附图简要说明

图1a描述了本发明样品递呈装置，其中中心分析区与周围的液体保留区互相同中心，其中边界区围绕着液体保留区。
图1b描述了图1a所示样品递呈装置的横截面图。
图2描述了本发明样品递呈装置的表面，其中该表面进一步由16对分析区和液体保留区组成，这些分析区和液体保留区互相同中心，共有边界区围绕着这些分析区和液体保留区对。在这种情况下，样品递呈装置组织成对应于标准96孔板的结构。
图3描述了本发明样品递呈装置的表面，其中一部分分析区和液体保留区互相连续，共有边界区围绕着互相不连续的那部分分析区和液体保留区，分析区的表面积小于液体保留区。
图4a描述了本发明样品递呈装置的表面，其中分析区的形状经设计能够帮助自动采集质谱数据。图4b描述了扩大的分析区，表示约占100μm2的36个区域，它对应于在质谱期间可由激光采样的单个区域。
图5描述了本发明样品递呈装置的表面，其中该表面进一步由96对分析区和液体保留区组成，这些分析区和液体保留区互相同中心，共有边界区围绕着分析区和液体保留区对。在这种情况下，样品递呈装置组织成对应于标准96孔板的结构。延长液体保留区以最大程度增加液体容量并最大程度减小相邻区域的距离。将蛇形图案覆盖在前两排样品递呈装置上，说明在自动组分收集期间色谱法洗出液的液流沉积的路径。
图6a-6h说明本发明样品递呈装置的制造涉及的步骤，用金上的烷基硫醇进行表面修饰，用UV-光致图案化进行表面图案化。
图7a-71说明本发明样品递呈装置的制造涉及的步骤，用金上的烷基硫醇进行表面修饰，用照相平板术进行表面图案化。
图8a-8l说明本发明样品递呈装置的制造涉及的步骤，用硅上的烷基硅烷进行表面修饰，用照相平板术进行表面图案化。
图9a-9f描述了沉积到本发明样品递呈装置表面上的大量样品水溶液在对应于分析区的区域内干燥的过程中的各个阶段。
图10a-10d描述了与具有液体保留区而没有分析区的样品递呈装置相关的表面和液体干燥特征。图10e-10h描述了与具有分析区而没有液体保留区的样品递呈装置相关的表面和液体干燥特征。
图11a-11h描述了液滴在本发明样品递呈装置的表面上干燥期间用视频接触角设备记录的图像，其中分析区的直径为0.6mm，液体保留区的直径为1.5mm。
图12是与图11a-11h所示图像相关的接触角、液体宽度和液体高度的总结图。
图13说明了沉积的液体体积为5μL-70μL的本发明样品递呈装置。
图14a说明了在5μL-40μL液体沉积在本发明样品递呈装置上后立即拍摄的本发明样品递呈装置。各液滴含有等量的α-氰基-4-羟基肉桂酸(HCCA)。
图14b说明了由于图14a所示样品递呈装置上样品干燥而浓缩并导向分析区的HCCA。将同心区的目测参比叠加在干燥的HCCA上。
图15说明了用样品递呈装置抽提用于分析的所需分析物的方法的变型。
图16a说明所需分析物结合在样品递呈装置的捕获区上。也显示了相关质谱谱图。
图16b说明所需分析物集中在样品递呈装置的分析区上。也显示了相关质谱谱图。
图17a说明用捕获芯片处理的被1M NaCl污染的样品的质谱谱图。
图17b说明用捕获芯片处理的被1M尿素污染的样品的质谱谱图。
图17c说明用捕获芯片处理的被1M TRIS污染的样品的质谱谱图。
图17d说明用捕获芯片处理的被1M NaCl污染的样品的质谱谱图。
图18a说明直接施加在X3芯片上的样品的质谱谱图。
图18b说明ZipTip过滤后施加在T3芯片上的样品的质谱谱图。
图18c说明直接施加在不锈钢表面上的样品的质谱谱图。
图19a说明用TFA方案获自X3-型表面的谱图。
图19b说明用MOPS方案获自X3-型表面的谱图。
图19c说明获自T3-型表面的清洁消化物的谱图。
图20是证实存在NHS-酯基的FTIR谱。
图21显示了用样品递呈装置以不同抗体(抗ACTH C-末端与抗ACTH N-末端与非特异性小鼠IgG)进行抗原检测的结果。将两种抗原类型(ACTH 18-39(C-末端)和ACTH 1-39(全长)用于两个单独实验以结合各抗体表面。+和-号标记表明是否检测到分析物。浓度(括号中)是产生相应正/负结果的受试的实际抗原溶液浓度。
图22说明实施例XXVI中产生的IMAC-Fe X3芯片上的125 fmol β-酪蛋白凝胶消化物的谱图。
图23说明放置在T3芯片上的100 fmol磷酸化酶b溶液消化物+5 fmol β-酪蛋白溶液消化物的谱图。
图24说明在实施例XXVI中产生的IMAC-Fe X3芯片上处理后100 fmol磷酸化酶b溶液消化物+5 fmol β-酪蛋白溶液消化物的谱图。
图25说明在实施例XXVI中产生的IMAC-Fe X3芯片上检测样品溶液中含有磷酸化酪氨酸的肽，肽的浓度不同(50 fmol、5 fmol和500 amol)。(*说明磷酸化酪氨酸肽的谱峰的位置)。
图26说明用实施例XXVII中产生的、IMAC-Ni X3芯片处理含有His-标签的(m/Z～9500)和非His-标签的泛素(m/Z～8500)的混合物后该混合物的谱图。如图26所示，仅可观察到带有His-标签的泛素变体。
图27a说明包括三个同心圆的样品递呈装置的一种变型。构造这些圆的表面，使其促进液体向中心区移动。
图27b说明样品递呈装置的另一种变型，其中提供了用于接受样品液体的″液滴区″。
图27c说明具有四个整合液滴区的样品递呈装置的另一种变型。
图27d说明包括用于跨样品递呈装置表面运输液体的液体运输区的样品递呈装置的另一种变型。
图27e说明包括液滴区、液体运输区、液体保留区和分析区的样品递呈装置的又一种变型。一个或多个区域可具有化学活性表面，以与准备用样品递呈装置处理的样品溶液中的分析物结合或反应。
图28a说明一种样品递呈装置变型上加工位点阵列的一部分。
图28b说明图28a所示阵列的单个加工位点之一。
图29说明用光电发射器和光检测器测定样品递呈装置上递呈的分析物的一个应用。
图30说明在样品递呈装置上检测/测定分析物的系统的另一个变型。在此变型中，将递呈装置与使样品递呈装置上的分析物电离和将电离的颗粒导向检测器的设备一起使用。
图31说明另一应用，其中通过样品递呈装置传送能量以分析样品递呈装置上递呈的样品。
优选实施方式详述应参照附图阅读以下详述，其中相同编号在全部附图中指代相似元件。附图不必按比例绘制，附图描述了所选实施方式，不旨在限制本发明范围。该详述以举例方式而非限制方式说明了本发明的原理。此说明书显然能够使本领域技术人员制造和使用本发明，并描述了本发明的集中实施方式、适应形式、变型、替代方式和用途，包括当前认为是实施本发明最佳方式的内容。
定义除非另有定义，本文所用的所有科技术语具有本发明所述领域技术人员通常所理解的含义。除非另有说明，本文所用以下术语具有下述含义。
″分析物″指想要检测的样品组分。该术语可指样品中的单个组分或多个组分。
″样品″指获自生物或非生物来源的、在样品递呈装置表面上递呈的任何材料。可将天然、未处理形式和/或处理后的样品施加于样品递呈装置，其中处理包括但不限于修饰、分馏、提取和浓缩。本发明样品可以是液体或非液体样品。
″基片″指能够递呈或支持表面的材料。
″表面″指主体或基片的外边界或上边界。
″基本上不结合″或″抵抗结合″或″抵抗分析物结合″指与本发明样品递呈装置联用的某些表面不能将分析物可检测地亲和或结合到表面上的特性。虽然可能发生一些结合，但是经过特别设计，这些表面最大程度降低了结合，使结合水平低于所用分析方法的检测限度。
″表面张力″指由于表面附近的分子内聚力不等使沉积在表面上的液滴倾向于收缩到最小可能接触面积的液体特性。
″润湿性″指液体样品湿润固体表面的程度。除非另有说明，液体样品是水性液体。
″接触角″指固体表面平面和起源于三相接触点(固/液/气)的液体边界的切线之间的夹角。
″基质″指用于质谱技术，如MALDI-MS或SELDI-MS的材料，用于吸收激光能量和将该能量转移给分析物分子，使得能够电离不稳定的大分子。在SELDI-MS中，该基质称为″EAM″或″能量吸收分子″。常常用作检测生物分析物的基质的试剂包括但不限于反式-3，5-二甲氧基-4-羟基肉桂酸(芥子酸，SA)、α-氰基-4-羟基肉桂酸(HCCA)和2，5-二羟基苯甲酸(DHBA)。本领域技术人员已知其它合适基质。
″SAM″指自身组装单层。SAM是将合适基材浸入活性表面活性剂型的有机溶剂溶液中自发形成的分子组合体。
也必须注意到，本说明书和所附权利要求书所用单数形式″一个″、″一种″和″这种″包括复数含义，除非文中另有明确说明。因此，例如，术语″一个分子″可以指一个分子或分子组合，″一种流体″可移植一种或多种流体，或其混合物。
样品递呈装置的描述以下对本发明样品递呈装置的描述提供了比上述发明概述更详细的说明。然而，还参照附图、本发明样品递呈装置的制造方法以及本发明样品递呈装置的用途和应用描述了本发明样品递呈装置，详细描述见下。
如上所述，本发明样品递呈装置提供了用于鉴定化学和生物实体的各种分析方法所用的已知样品递呈装置的有吸引力的替代方式。此外，本发明提供了制备样品递呈装置的方法以及用它们对液体样品中所含分析物进行各种分析测定的方法。本发明样品递呈装置的独特特性解决了与已知分析技术相关的以及与其联用的样品递呈装置或容器的许多缺点(上述背景部分所述)。
更具体说，本发明样品递呈装置提供了用于各种分析方法的已知样品递呈装置的有吸引力的替代方式。它们具有额外的益处，例如，允许体积高达100μL的液体样品中的分析物选择性保留并浓缩在生物芯片表面上。此外，因为由经设计基本不结合或抵抗结合(分析物)的样品递呈装置的一部分检测分析物，与在基于生物芯片的亲和力捕获装置或装置表面与分析物具有显著亲和力的其它样品递呈装置的表面上直接检测相比，该装置能够以高灵敏度检测分析物。
本发明还最大程度降低了将分析物从一个表面转移到另一个表面上所带来的可能损失，因为在优选实施方式中，现有样品递呈装置仅需要一次液体操作。这一点，再加上该样品递呈装置表面的抵抗分析物特性，导致感兴趣分析物的损失降低。
此外，因为分析物不像在例如SELDI-MS生物芯片中一样结合于亲和捕获装置像，所以可以可控方式操作液体样品并将其移动到本发明样品递呈装置表面上。这允许将样品浓缩到分析物基本不结合于样品递呈装置表面的分析区。而且，这允许将含有分析物的样品转移到表面上不同区中，各区对分析物的特性不同，允许在检测之前纯化、分离和/或修饰分析物。
本发明包括表面上各个部分的特性可以因各种化学或物理刺激(如加热、UV辐射)而改变的样品递呈装置，以便在样品处理期间操纵这些表面对分析物的特性。可将表面特性的这些改变设计为可逆或不可逆的。
因此，本发明涉及用于进行分析测定的样品递呈装置。在一个实施方式中，本发明包括样品递呈装置，它具有对于待分析各种样品的润湿性不同的一个或多个区域的表面。这些润湿性不同的区域产生保留、浓缩和移动液体样品中分析物的能力不同的区域。这些区域可以是各种形状和大小，可以互相连续或不连续。本发明样品递呈装置包括二维或三维表面，各表面具有润湿性不同的两个或多个区域。
本发明样品递呈装置包括基片，基片可由各种材料制成，包括但不限于(例如)玻璃、硅酸盐、半导体、金属、聚合物(如塑料)和其它羟化材料，如硅上的SiO2、铝上的Al2O3等。该基片优选为金属如金，或半导体如硅。本发明样品递呈装置还包括用本领域普通技术人员已知的方法进行表面修饰的基片，以在该基片表面产生各种区域，这些区域具有不同的润湿性特性。这种表面修饰包括但不限于将自身组装单层(SAM)、聚合物(直链和支链)和L-B组合体加在基片上。以SAM为例，当加在基片上时，SAM产生可接触液体样品的样品递呈装置表面。根据所用具体SAM的组成，本发明样品递呈装置表面对液体样品中的分析物可具有不同的润湿性和亲和力(或缺少润湿性和亲和力)特性。SAM可加在本发明样品递呈装置上，以产生其特性反映出具体区域所用SAM的不同区域。本发明也包括本领域技术人员已知的其它表面修饰技术。
本发明样品递呈装置由不同区域组成，其中一个最适于保留液体样品。本发明样品递呈装置还可包括润湿性不同的区域，其中一个最适于高灵敏地检测分析物。
对于样品递呈装置表面可包括的区域类型，主要根据它们对待分析样品的不同润湿性来表征它们，这进而产生保留或结合液体样品中分析物的能力不同的区域。这些区域广义上称为″边界区″、″液体保留区″和″分析区″。本发明仅需要存在两种类型的区域，但是也考虑了包括两种以上类型的区域。本发明也可包括各类型的一个以上区域-如，样品递呈装置可包括多个液体保留区，各自对液体样品和/或其中所含分析物的特性不同。各区域可精确定位，以帮助各种分析设备如质谱设备上的高通量自动化或与其相容。
″边界区″包括对待分析样品基本不可润湿的区域。该边界区是与其它区域相比对样品的接触角最高的区域。
与边界区相比，″液体保留区″对待分析样品的润湿性相对较高(相对低于分析区的润湿性，下述)。液体保留区的接触角相对低于边界区的接触角(其接触角相对高于分析区的接触角，下述)。初始时，液体保留区的接触角也可等于或低于分析区的接触角，但由于化学或物理刺激，液体保留区可在化学或物理刺激之前具有高于分析区的接触角，这导致液体样品被导向一个区域而非另一个。而且，液体保留区可以有两个子类型。在一个子类型中，液体保留区被设计用于进行液体样品保留，而基本抵抗分析物的结合。在第二种子类型中，设计液体保留区以保留液体样品，而且显著结合液体样品中的分析物，因此可称为″捕获区″，因为它捕获了分析物。第二种子类型也可包括显著结合分析物、但进行化学或物理刺激如UV辐射、通电或加热后变得基本不结合分析物的表面。
与其它区域相比，″分析区″是对样品的润湿性最高(接触角最低)的区域。设计分析区，使其抵抗分析物的结合。可优化分析区的大小、形状和表面特性以增加分析所需分析物的灵敏度。
除其它优点之外，由于区域间润湿性的差异，本发明样品递呈装置能够保留和处理液体样品的体积大于用于样品处理的其它生物芯片。虽然本发明样品递呈装置的液体容量取决于区域大小；但对于3mm直径的圆形区域，液体容量可高达约100μl，至少高达约70μl。样品递呈装置可含有此量的液体样品而无需物理边界、库或孔。
在本发明样品递呈装置的另一实施方式中，样品递呈装置可称为″靶芯片″，缩写为Tn，其中″n″是指代样品递呈装置表面上不同区域数量的数值，″n″可以是2-无穷大的任何数值。因此，例如，T2靶芯片具有两个区域，T3靶芯片具有三个区域等。本发明考虑了含有比2个或3个多很多的区域的样品递呈装置，不以任何方式限定区域的数目。随着区域数增加，总效果形成梯度。靶芯片是由经设计抵抗分析物结合的一个或多个区域组成的样品递呈装置。例如，对于T2靶芯片，样品递呈装置包括两个区域-即边界区和分析区。将接触液体样品的区域表面设计为抵抗分析物结合的-即分析区是抵抗分析物结合的。在分析之前的干燥步骤中，接触液体样品的区域表面有效限定了分析物。对于T3靶芯片，样品递呈装置包括三个区域-即边界区、液体保留区和分析区。将接触液体样品的区域表面设计为抵抗分析物结合的-即液体保留区和分析区是抵抗分析物结合的。在干燥步骤中，接触液体样品的区域表面将分析物有效浓缩到分析区。因此，本发明样品递呈装置可包括不同区域，各自对分析物的吸收最少。
在本发明样品递呈装置的另一实施方式中，样品递呈装置可称为″捕获芯片″或″捕获/浓缩芯片″，缩写为Xn，其中″n″是指代样品递呈装置表面上区域数量的数值，″n″可以是2-无穷大的任何数值。因此，例如，X2捕获芯片具有两个区域，X3捕获芯片具有三个区域等。本发明考虑了含有比2个或3个多很多的区域的样品递呈装置，不以任何方式限定区域的数目。随着区域数增加，总效果形成梯度。捕获芯片和捕获/浓缩芯片是由经设计结合分析物的一个或多个区域组成的样品递呈装置。负责捕获分析物的部分一般包括设计为捕获区的区别特征的特定表面修饰。这些表面修饰可包括特异性(如单克隆抗体)或非特异性(如根据静电吸引结合的带电基团)结合或以这些吸引力的任何组合结合分析物的生物和化学部分。除了能够捕获感兴趣的分析物之外，这些表面修饰也可保留液体样品中的分析物，以进行后续修饰。因此，例如，包括表面修饰是单克隆抗体的捕获区的本发明样品递呈装置可结合液体样品中的互补抗原并保留这些抗原，而其余液体样品通过物理转移或润湿性差异移动到本装置表面的另一部分中。可通过向样品递呈装置的捕获区加入其它化合物(如加入能切掉该抗原的一部分的酶)修饰保留的抗原。然后，可将修饰的抗原转移到该样品递呈装置的另一部分进行进一步处理，或用已知技术从该装置上除去以进行分析。
例如，对于X2捕获芯片，样品递呈装置包括两个区域-即边界区和捕获区。将接触液体样品的区域表面设计为能够根据捕获区表面的化学或生物特性捕获分析物-即捕获区结合分析物。在分析之前的干燥步骤中，接触液体样品的区域表面有效限定了分析物。对于X3捕获/浓缩芯片，样品递呈装置包括三个区域-即边界区、捕获区和分析区。将边界区设计为基本不可润湿的。将捕获区设计为能够捕获和结合分析物。将分析区设计为抵抗分析物结合的。在捕获区和分析区之间转移分析物，这是用各种已知分析检测方法之一分析前进行的。在分析之前的干燥步骤中，含有液体样品的分析区表面有效限定了分析物。可根据捕获区表面特性将液体样品从捕获区转移到分析区-即，如果捕获区的润湿性程度低于分析区，在没有物理介入的情况下液体样品从捕获区流向分析区。或者，可设计捕获区，使其特性可因化学或物理刺激(如加热、UV辐射)而改变，使捕获区的润湿性程度低于分析区，从而使液体样品从捕获区流向分析区。
在本发明样品递呈装置的另一实施方式中，样品递呈装置可以是上述靶点和捕获芯片的组合。在此实施方式中，样品递呈装置由具有不同功能的表面组成。这些类型的样品递呈装置可包括通过机械方法(如通过移液器操作)或其它方式(如通过区域之间润湿性的差异)将液体样品从一个区域转移到另一个区域。例如，″捕获-转移-浓缩芯片″缩写为X2-转移-T3，是由X2芯片和T3芯片组成的，其中X2芯片由两个区域(即边界区和捕获区)组成，T3芯片由三个区域(即边界区、液体保留区和分析区)组成。在X2芯片捕获区和T3芯片的液体保留区之间转移(机械或其它方式)分析物。
这些样品递呈装置可包括一个以上″捕获区″，从而该表面可能对一种或多种分析物具有结合亲和力。在液体样品从样品递呈装置表面上的一个区域移动到另一个区域时，依次结合分析物的能力是本发明特征，它能帮助分析液体样品的多种不同组分，而无需用机械介入将它们物理分离。本发明样品递呈装置的不同润湿性特性可将液体样品引导到该装置的不同区域中，在该过程中留下结合于不同捕获区的分析物，从而依次处理液体样品。
更具体说，包括捕获区和液体保留区组合的样品递呈装置的实施方式还可以组合方式用于在检测液体样品中的分析物之前分离、浓缩、纯化和修饰这些分析物。因此，例如，可将液体样品加在T2芯片上，使样品中的分析物限定在分析区中。然后，可将该样品转移到含有边界区、捕获区和分析区的X3芯片。在此实例中，可设计捕获区使其结合(从而去除)液体样品中的脂质部分，以便当样品施加于X3芯片时，它从边界区移动到捕获区(润湿性程度较高)，样品中的脂质部分结合于捕获区表面，剩余的样品移动到分析区(因为它的润湿性程度最高)。在此实例中，将脂质样品限定在T2芯片上，然后脂质移动到X3芯片上，以便在分析区分析的最终样品是浓缩和纯化的脂质。因为可设计捕获区使其结合多种不同的分析物，并且因为可采用这些区域的各种组合，所以可产生具有各种纯化、浓缩、分离和修饰能力(相对于一种或多种分析物)的样品递呈装置。
将液体样品从一个样品递呈装置转移到另一个装置的机制可以不同。采用上述例子，可用机械方法(如通过移液器操作)移动T2的浓缩样品并将其置于单独的X3样品递呈装置上。或者，T2和X3样品递呈装置可通过一个区域相连，该区域的润湿性可因化学或物理刺激(如UV辐射)而改变，以在这两个区域之间的区域暴露于UV辐射导致其润湿性高于T2装置的分析区但低于X3装置的捕获区时，使T2样品递呈装置的分析区中的浓缩样品转移到X3装置的捕获区中，使样品从T2移动到X3。通过许多表面(具有不同润湿性和分析物结合特性)及其结构，可产生具有各种纯化、浓缩、分离和修饰能力(相对于一种或多种分析物)的样品递呈装置。
本发明样品递呈装置-在上述各实施方式中-还可提供具有不同形状和图案的润湿性不同的区域(附图中描述了几个例子)。例如，在一个实施方式中，样品递呈装置可具有同心圆形区域，其中心区是分析区，周围是液体保留区，周围是边界区。因为可用各种光致图案化技术产生这些区域，并且因为已知光致图案化技术能提供极其不同的所得图案，所以各种区域有大量可能的形状、图案和结构。而且，润湿性不同的区域的各种特性可以产生能够将分析物导向表面上一个或多个特定或预定位置(如可寻址位点、通道或区域)的样品递呈装置。本文中可寻址仅仅指预定位点、通道或区域可由与本发明样品递呈装置协同工作的自动处理设备指定，，以便用分析设备处理保留在这些指定位置上的液体样品或分析物，以测定感兴趣分析物。此外，可从样品递呈装置中取出这些预定位置上递呈的液体样品或分析物，由另一样品递呈装置进行后续处理或操作(如修饰、纯化、浓缩等)。
本发明样品递呈装置适用于处理生物和非生物液体样品。它们也适用于各种分析物检测方法，(例如)包括但不限于质谱、各种色谱法、免疫荧光光谱以及检测和测定液体样品中的分析物的其它已知分析方法。
设计上述各种变型，以最灵活地设计和使用比已知方法递呈用于检测和分析的分析物的能力提高的样品递呈装置。因此，本发明样品递呈装置能够将分析物导向经设计提高了分析物检测的高灵敏度的分析区。因此，本发明样品递呈装置改进了分析物的沉积。
本发明样品递呈装置还可包括能够接受和保留的液体样品体积高达约100μL、至少高达约70μL的装置。本发明样品递呈装置也可用作样品定位装置，它用于指导分析物沉积在小于约2平方毫米(2mm2)、优选小于约1mm2的表面积上。引导分析物沉积到小于约1mm2的表面积上可有助于改进分析物的沉积，同时自动数据采集的容易性和检测灵敏度增加。因此，本发明样品递呈装置提供了在液体保持容量和分析物可控沉积方面很有实用性的表面。在优选实施方式中，这种特征组合将相对于已知样品支持物的检测灵敏度从约4倍增加到约100倍以上。
在一个实施方式中，本发明样品递呈装置由基片组成，基片表面又由组织成同心排列的三个连续区域组成，其中液体保留区围绕着中心分析区，边界区围绕着液体保留区。或者，本发明样品递呈装置可由基片组成，其表面又由组织成相邻排列的三个连续区域组成，其中分析区的一部分和液体保留区的一部分互相连续，共有边界区围绕着互不连续的分析区和液体保留区的这些部分。
在本发明样品递呈装置的一个实施方式中，分析区表面的接触角优选小于约40°，更优选小于约30°，最优选小于约20°。分析区表面优选与分析物的亲和或结合最小。液体保留区表面的接触角优选约为40°-95°，更优选约为60°-95°，最优选约为80°-95°，而且优选与分析物的亲和或结合最小。边界区表面的接触角优选大于约95°，更优选大于约105°，最优选大于约115°，而且优选对液体样品的润湿性最小。
在本发明样品递呈装置的另一实施方式中，分析区的接触角比液体保留区的接触角小至少约10°，优选至少约20°，更优选至少约30°，最优选至少约40°，其中液体保留区的接触角比边界区的接触角优选小至少约10°，更优选小至少约15°，最优选小至少约20°。在本发明样品递呈装置的一个实施方式中，液体保留区的表面积优选比分析区的表面积大至少约4倍，更优选大至少约10倍，最优选大至少约50倍，分析区的表面积优选小于约1mm2，更优选约为0.2mm2-0.8mm2，最优选约为0.4mm2-0.6mm2。
本发明样品递呈装置还可由基片组成，其中基片表面还可由(但不限于)1-1536对分析区和液体保留区组成，分析区和液体保留区对排列成同心对或相邻对，共有边界区围绕着分析区和液体保留区对。由多对分析区和液体保留区组成的样品递呈装置优选构建成类似于标准96孔板、384孔板和1536孔板的形式，以与标准化多孔板处理器和实验室液体处理机器人相容。
附图描述以下描述仅为示范性，补充其它所述本发明公开，不限制本发明范围。
参照图1a和1b，说明了本发明样品递呈装置，显示基片1，基片表面又由组织成同心排列的三个连续区域组成，其中液体保留区3围绕着中心分析区2，边界区4围绕着液体保留区3。分析区2表面的接触角优选小于约40°，更优选小于约30°，最优选小于约20°，而且优选与分析物的结合最小。液体保留区3表面的接触角优选约为40°-95°，更优选约为60°-95°，最优选约为80°-95°，而且优选与分析物的结合最小。边界区4表面的接触角优选大于约95°，更优选大于约105°，最优选大于约115°，而且优选对液体样品润湿性最小。
参照图1a和1b，本发明样品递呈装置的优选实施方式是具有以下特征的装置分析区2的接触角比液体保留区3的接触角优选小至少约10°，更优选小至少约20°，更优选小至少约30°，最优选小至少约40°；液体保留区3的接触角比边界区4的接触角优选小至少约10°，更优选小至少约15°，最优选小至少约20°；液体保留区3的表面积比分析区2的表面积优选大至少约4倍，更优选大至少约10倍，最优选大至少约50倍；分析区2的表面积优选小于约2mm2，更优选约为0.2mm2-1.8mm2，最优选约为0.4mm2-1.6mm2。
参照图2，本发明样品递呈装置由基片5组成，其表面进一步由16个分析区6和液体保留区7的同心对组成，共有边界区8围绕着所有这些同心对。在这种情况下，将靶点和液体保留区对排列在可使六个这种装置组合成对应于标准96孔板的形式的9mm中心上。
参见图2，本发明样品递呈装置的优选实施方式是具有以下特征的装置分析区6的接触角比液体保留区7的接触角优选小至少约10°，更优选小至少约20°，更优选小至少约30°，最优选小至少约40°；液体保留区7的接触角比边界区8的接触角优选小至少约10°，更优选小至少约15°，最优选小至少约20°；液体保留区7的表面积比分析区6的表面积优选大至少约4倍，更优选大至少约10倍，最优选大至少约50倍；分析区6的表面积优选小于约2mm2，更优选约为0.2mm2-1.8mm2，最优选约为0.4mm2-1.6mm2。
重要的是，必须注意到分析区或液体保留区都不必呈图1a所示的圆形。分析区和液体保留区可以采取相对于某具体应用来优化样品递呈装置的性能时所需的各种形状。此外，重要的是，必须注意到分析区或液体保留区不必如图1a和2所示互相同心。分析区和液体保留区可根据相对于某具体应用来优化样品递呈装置的性能的需要来定位。
参照图3，本发明样品递呈装置由基片9组成，基片9的表面进一步由组织成相邻排列的三个连续区域组成，其中分析区10的一部分和液体保留区11的一部分互相连续，共有边界区12围绕着互不连续的分析区和液体保留区的这些部分。分析区10表面的接触角优选小于约40°，更优选小于约30°，最优选小于约20°，而且优选与分析物的结合最小。液体保留区11表面的接触角优选约为40°-95°，更优选约为60°-95°，最优选约为80°-95°，而且优选与分析物的结合最小。边界区12表面的接触角优选大于约95°，更优选大于约105°，最优选大于约115°，而且优选相对于液体样品的润湿性最小。
还参见图3，本发明样品递呈装置的优选实施方式是具有以下特征的装置分析区10的接触角比液体保留区11的接触角优选小至少约10°，更优选小至少约20°，更优选小至少约30°，最优选小至少约40°；液体保留区11的接触角比边界区12的接触角优选小至少约10°，更优选小至少约15°，最优选小至少约20°；液体保留区11的表面积比分析区10的表面积优选大至少约4倍，更优选大至少约10倍，最优选大至少约50倍；分析区10的表面积优选小于约1mm2，更优选约为0.2mm2-0.8mm2，最优选约为0.4mm2-0.6mm2。
重要的是，必须注意到分析区或液体保留区都不必呈图1a、2和3所示的圆形。分析区和液体保留区可以采取相对于某具体应用来优化样品递呈装置的性能时所需的各种形状。
参照图4a，本发明样品递呈装置由基片13组成，基片13的表面进一步由组织成同心排列的三个连续区域组成，其中液体保留区15围绕着中心分析区14，边界区16围绕着液体保留区15。参照图4b，分析区14的形状(正方形)可有助于自动采集质谱数据，因为它的大小对应于36个区的光栅。
参照图5，本发明样品递呈装置由基片17组成，基片17由96对分析区18和液体保留区19组成，共有边界区20围绕着所有这些分析区和液体保留区对。在这种情况下，将这些同心对排列在对应于标准96孔板的9mm中心上。延长液体保留区19，以最大程度增加液体保持容量并最大程度减小各排中相邻区域的间距。将蛇形图案覆盖在前两排样品递呈装置上，说明在自动组分收集期间色谱洗出液的液流沉积的路径。
还参见图5，本发明样品递呈装置的优选实施方式是具有以下特征的装置分析区18的接触角比液体保留区19的接触角优选小至少约10°，更优选小至少约20°，更优选小至少约30°，最优选小至少约40°；液体保留区19的接触角比边界区20的接触角优选小至少约10°，更优选小至少约15°，最优选小至少约20°；液体保留区19的表面积比分析区18的表面积优选大至少约4倍，更优选大至少约10倍，最优选大至少约50倍；分析区18的表面积优选小于约2mm2，更优选约为0.2mm2-1.8mm2，最优选约为0.4mm2-1.6mm2。
样品递呈装置的制造本发明的其它实施方式包括产生或制造上述样品递呈装置的方法。例如，在表面由一个或多个自身组装单层(SAM)组成(根据所用SAM的不同形成不同区域)的实施方式中，本发明样品递呈装置可包括由已知光致图案化技术产生的各种SAM区。因此，本发明还包括用光致图案化技术(一种优选方法)产生由SAM组成的样品递呈装置的方法。
更常见地，一般用本领域技术人员已知的方法修饰或图案化本发明样品递呈装置的基片表面。例如，可用施加一个或多个自身组装单层(SAM)的方法修饰或图案化基片表面，这种方法修饰样品递呈装置的基片表面，并且其暴露的表面可赋予基片特定的化学特性。为具体基片选择各种SAM，包括1°、2°、3°或4°组合物，以将独特的表面特征和特性提供给基片表面。具体说，施加多种SAM导致基片图案化，以使其含有多个区域，各区域具有不同的表面特征和特性。图案化SAM的方法是本领域已知的，包括UV光致图案化、照相平板图案化、微模压、电子束图案化和活性离子蚀刻。
在基片表面上产生的区域可以是任何形状，优选圆形。此外，这些区域可以互相连续或不连续-即这些区域可以全部互相连续，或者一个或多个区域可以与另外的一个或多个区域不连续。在样品递呈装置的基片表面上产生的区域优选具有对待分析样品润湿性不同的多个区域。
作为本发明另一实施方式，提供了制造能够准确定位分析物以帮助自动数据采集的样品递呈装置的方法。
更具体说，以下描述了表面图案化方法、合适基片的选择、自身组装单层的制备以及进行表面修饰的其它方法。这些描述仅为示范性，不限制本发明范围。
用以下几种方法之一使本发明样品递呈装置的表面图案化，这些方法优选包括但不限于(1)UV-光致图案化由钱币金属表面上的烷基硫醇制备的自身组装单层(SAM)；(2)照相平板图案化由钱币金属表面上的烷基硫醇制备的SAM；(3)微模压由钱币金属表面上的烷基硫醇制备的SAM；和(4)照相平板图案化由硅或玻璃表面上的烷基硅烷制备的SAM；(5)电子束图案化和(6)活性离子蚀刻。优选通过应用美国专利号5,514,501所述UV-光致图案化方法，或美国专利号5,512,131所述微模压方法实现样品递呈装置表面的图案化，将这两项专利纳入本文作参考。或者，可通过文献所述和本领域技术人员所理解的照相平板图案化方法实现样品递呈装置表面的图案化。
参照图6a-6h，描述了由金上的烷基硫醇组成的SAM的UV-光致图案化的逐步过程。最初，通过湿法和氩等离子体蚀刻结合的方法适当地清洁合适基片21如硅晶片(750μm)。首先将铬或钛和钨(9∶1)的粘附层(25-50μm)施加在硅晶片表面，然后施加金薄膜22(100-1000nm)。用根据金属沉积(厚度)/单位时间调校的喷镀(气相淀积)法完成金属沉积。可用完整硅晶片或从硅晶片上切割的单个块进行喷镀。
参照图6b，将基片放在含有0.05-5mM烷基硫醇的乙醇溶液中孵育1-24小时，以在金表面上组装第一单层23。然后用乙醇洗涤表面修饰的基片，以去除过量烷基硫醇，在氮气流中干燥。由提供接触角大于约100°并且对液体样品的润湿性最小的表面的烷基硫醇制备第一单层23。
参照图6c，将表面修饰的基片光致图案化的方法如下在氧气存在下通过第一掩膜24暴露于紫外线光源，以氧化暴露区域中存在的单体，从而产生与金表面亲和力低的单体磺酸盐(sulfonate)。掩膜25的开孔(opening)导致产生大小和形状对应于液体保留区的特征。
参照图6d和6e，随后洗涤金表面去除了单体磺酸盐并提供未修饰的金区域26。将基片放在含有0.05-5mM烷基硫醇的乙醇溶液中孵育1-24小时，以在金表面上组装第二单层27。然后用乙醇洗涤表面修饰的基片，以去除过量烷基硫醇，在氮气流中干燥。由提供接触角约为40°-95°的表面、并提供与分析物结合最小的表面的烷基硫醇制备第二单层27。
参照图6f，使图案化基片进一步光致图案化的方法如下在氧气存在下通过第二掩膜28暴露于紫外线光源，以氧化暴露区域中存在的单体，从而产生与金表面亲和力低的单体磺酸盐。掩膜29的开孔导致产生大小和形状对应于分析区的特征。
参照图6g和6h，随后洗涤金表面去除了单体磺酸盐并提供未修饰的金区域30。将基片放在含有0.05-5mM烷基硫醇的乙醇溶液中孵育1-24小时，以在金表面上组装第三单层31。然后用乙醇洗涤表面修饰的基片，以去除过量烷基硫醇，在氮气流中干燥。由提供接触角小于约40°、与分析物结合最小的表面的烷基硫醇制备第三单层31。
以此方式，实施由金上的烷基硫醇制备的自身组装单层的UV-光致图案化的逐步过程，以制备本发明样品递呈装置。上述由金上的烷基硫醇制备的自身组装单层的UV-光致图案化方法是示范性的，本发明并不仅限于所述方法。
参照图7a-7h，描述了由金上的烷基硫醇组成的SAM的照相平板图案化的逐步过程。适当地清洁合适基片32如硅晶片，在该基片上喷镀粘附层和金薄膜33(100-1000nm)。
参照图7b，将基片放在含有0.05-5mM烷基硫醇的乙醇溶液中孵育1-24小时，以在金表面上组装第一单层34。然后用乙醇洗涤表面修饰的基片，以去除过量烷基硫醇，在氮气流中干燥。由提供接触角小于约40°、与分析物结合最小的表面的烷基硫醇制备第一单层34。
参照图7c，在平板印刷之前用光致抗蚀剂35涂布表面修饰的基片。该抗蚀剂可以是阴性或阳性。阴性抗蚀剂导致暴露区域中抗蚀剂的溶解性降低，从而相对于掩膜产生阴图。阳性抗蚀剂导致暴露区域中抗蚀剂的溶解性增加，从而相对于掩膜产生阳图。描述了阳性抗蚀剂的应用。可通过浸渍型方法施涂抗蚀剂，但优选用旋涂器施涂。使用生产商推荐的抗蚀剂厚度和固化时间作为指南。
参照图7d，通过暴露于紫外线光源使表面修饰的基片光致图案化，根据需要与所用具体抗蚀剂联用。可由许多通用材料制备光掩膜36，这些材料包括但不限于石英上的铬、迈拉(Mylar)、乙酸酯(acetate)和金属模板。掩膜37中的开孔导致产生大小和形状对应于分析区的特征。
参照图7e，一开始用所用抗蚀剂专用的市售溶液处理基片，该溶液能溶解暴露区域的抗蚀剂，而使未暴露于紫外线光源的区域38保持相对不溶。去除暴露的抗蚀剂后，可用氧等离子体或UV/臭氧处理来氧化暴露区域中的烷基硫醇单体，从而产生与金表面亲和低的单体磺酸盐。然后洗涤金表面以去除单体磺酸盐并提供未修饰的金区域39。
参照图7f，将基片放在含有0.05-5mM烷基硫醇的乙醇溶液中孵育1-24小时，以在金表面上组装第二单层40。然后用乙醇洗涤该基片，以去除过量烷基硫醇，在氮气流中干燥。由提供接触角为40°-95°、还提供与分析物结合最小的表面的烷基硫醇制备第二单层40。
参照图7g和7h，通过再用已知能溶解未暴露的抗蚀剂的几种有机溶剂之一(如丙酮、1-甲基-2-吡咯烷酮(pyrrolidinone)等)洗涤该基片去除剩余的光致抗蚀剂38，在平板印刷之前用新鲜的光致抗蚀剂41涂布现在由两个不同区域组成的图案化基片，如上所述。
参照图7i和7j，通过第二光掩膜42暴露于紫外线光源，使图案化基片光致图案化，如上所述。掩膜43的开孔导致产生大小和形状对应于液体保留区的特征。一开始用所用抗蚀剂专用的市售溶液处理基片，该溶液能溶解暴露区域的抗蚀剂，而使未暴露于紫外线光源的区域44保持相对不溶。去除暴露的抗蚀剂后，可用氧等离子体或UV/臭氧处理来氧化暴露区域中的烷基硫醇单体，从而产生与金表面亲和低的单体磺酸盐。然后洗涤金表面以去除单体磺酸盐并提供未修饰的金区域45。
参照图7k和7l，将基片放在含有0.05-5mM烷基硫醇的乙醇溶液中孵育1-24小时，以在金表面上组装第三单层46。然后用乙醇洗涤该基片，以去除过量烷基硫醇，在氮气流中干燥。由提供接触角大于100°并且对液体样品的润湿性最小的表面的烷基硫醇制备第三单层46。最后，通过再用已知能溶解未暴露的抗蚀剂的几种有机溶剂之一洗涤该基片去除剩余的光致抗蚀剂44，提供由三种不同区域组成的图案化表面。
以此方式，实施由金上的烷基硫醇组成的SAM的照相平板图案化的逐步过程，以制备本发明样品递呈装置。应该注意到，可任意选择所述图案化的顺序(分析区、然后是液体保留区、然后是边界区)，也证明颠倒的顺序(边界区、然后是液体保留区、然后是分析区)与所述顺序同样适用。上述由金上的烷基硫醇制备的自身组装单层的照相平板图案化过程是示范性的，本发明并不仅限于所述方法。
许多烷基硫醇单体适用于制备本发明样品递呈装置。已经描述了合成烷基硫醇单体，将它们组装成单层以及根据组装表面的表面张力对它们进行分类(Laibinis，P.E.；Palmer，B.J.；Lee，S.-W.；Jennings，G.K.(1998)″合成有机硫醇并将它们组装成金上的单层″(The Synthesis of Organothiols and Their Assembly into Monolayers onGold)，《薄膜》(Thin Films)，第24卷(Ulman，A.编)1-41页，Academic Press，San Diego，CA)，纳入本文作参考。
上述综述文章根据组装表面的表面能将烷基硫醇SAM相关的末端部分进行分类。提供高润湿性表面并因此适合制备分析区单体的部分包括但不限于CO2H、B(OH)2、PO3H2、CONH2和OH。据报道，上述各部分能提供接触角小于约40°的表面。通常来说，提供高润湿性表面的部分由氢键受体、氢键供体及其组合组成。提供中等润湿性的表面并因此适合制备液体保留区单体的末端部分包括但不限于CN(60°，10)、O2CCH3(63°，11)、CO2CH3(67°，10)、NHCOCH3(68°，11)、SCOCH3(70°，11)、OCH3(74°，11)、CONHCH3(76°，11)、NHCOCF3(77°，11)和CO2CH2CH3(89°，10)。括号中显示了与组装表面相关的接触角和相应烷基链长度。通常来说，提供中等润湿性表面的部分倾向于由参与偶极-偶极相互作用的官能团组成。提供最小润湿性表面并因此适合制备边界区单体的末端部分包括但不限于O(CH2)2CH3(104°，11)、O(CH2)3CH3(113°，16)、NHCO(CF2)7CF3(114.5°，2)、O(CH2)4CH3(115°，16)、O(CH2)5CH3(115°，16)、OCH2CF2CF3(118°，11)和(CF2)5CF3(118°，2)。括号中显示了与组装表面相关的接触角和相应烷基链长度。通常来说，提供最小润湿性表面的部分倾向于由疏水和疏油的官能团组成。
本发明样品递呈装置的靶点和液体保留区优选由在组装表面上产生蛋白质抗性的单体制备。根据蛋白质吸附特异性鉴定了由金上的烷基硫醇制备的许多SAM。迄今报道的抵抗蛋白质的大多数表面都获自具有寡聚(环氧乙烷)(OCH2CH2)单元的单体。Prime和Whiteside首先描述了这些表面的用途(Prime，K.L.和Whitesides，G.M.J. Am.Chem.Soc.，1993，115，10714-21，纳入本文作参考)。研究了抵抗蛋白质吸附的表面的结构-特性关系(Ostuni，E.；Chapman，R.G.；Holmlin，R.E.；Takayama，S.；Whitesides，G.M.Langmuir，2001，17，5605-5620，纳入本文作参考)。近年来，已证明许多两性SAM具有良好的抵抗蛋白质吸附的特性(Holmlin，R.E.；Chen，X.；Chapman，R.G.；Takayama，S.；Whitesides，G.M.Langmuir，2001，17，2841-50，纳入本文作参考)，因此这些两性SAM由于组合了高润湿性表面和对蛋白质吸附的良好抵抗而可能用作分析区。
在优选实施方式中，由通式I的单体制备本发明样品递呈装置的分析区，通式I为HS(CH2)11-(OCH2CH2)mOH，式中m是3-7。此通式的单体提供接触角约为30°-38°的表面。虽然这些表面的接触角可能不是最低，但由于它们在最大程度降低蛋白质结合方面的优异性能，所以优选使用它们。而且，通式I的分析区单体优选与提供接触角大于约60°的表面的液体保留区单体联用。
类似和优选地，由通式II的单体制备本发明样品递呈装置的液体保留区，通式II为HS(CH2)11-(OCH2CH2)mR，式中m＝3-7，R基团是影响表面张力和润湿性的末端部分。R基团优选但不仅仅选自以下基团之一OCH3、OCH2CN、CO2CH3、CONHCH3和CO2CH2CH3部分。上述各末端部分提供了接触角约为62°-89°的表面。
或者和优选地，可由式HS(CH2)11OCH2C6H5的单体制备本发明样品递呈装置的液体保留区。末端苄基部分(CH2C6H5)在处理溶解于有机溶剂的样品时特别有用，并提供接触角约为90°的表面。
在优选实施方式中，由对液体样品产生最小润湿性的单体制备本发明样品递呈装置的边界区，其中分析物溶解于水性缓冲液、有机溶剂和其混合物。已证明递呈末端全氟化部分的单体在这个方面特别有用(Naud，C；Calas，P.；Blancou，H.；Commeyras，A.J Fluorine Chem.，2000，104，173-183，纳入本文作参考)。
本发明的优选实施方式是由式HS(CH2)11(OCH2CH2)3OH的单体制备分析区、由式HS(CH2)11(OCH2CH2)3OCH3的单体制备液体保留区、由式HS(CH2)11OCH2CH2(CF2)5CF3的单体制备边界区。此种单体组合提供了分析区、液体保留区和边界区的接触角分别约为38°、62°和117°的表面。
本发明另一优选实施方式是由式HS(CH2)11(OCH2CH2)3OH的单体制备分析区由式HS(CH2)11OCH2C6H5的单体制备液体保留区、由式HS(CH2)11OCH2CH2(CF2)5CF3的单体制备边界区。此种单体组合提供了分析区、液体保留区和边界区的接触角分别约为38°、91°和117°的表面。
由两种烷基硫醇单体制备了混合(二元)的自身组装单层，以精确控制表面接触角和润湿性。(Semal，S.；Bauthier，C；Voue，M.；Vanden Eynde，J.J.；Gouttebaron，R.；De Coninck，J.J.Phys.Chem.B，2000，104，6225-6232，纳入本文作参考)。通过混合用于制备高润湿性和中等润湿性表面的单体在大于40°的范围上调整接触角。优选用二元SAM制备分析区或液体保留区。或者，可采用三元和四元自身组装单层制备分析区或液体保留区。分别由取代的烷基硫醇和杂取代的不对称烷基二硫化物(即HS(CH2)11R1和R2(CH2)11S-S(CH2)11R3)或两种不同取代的不对称烷基二硫化物(即R1(CH2)11S-S(CH2)11R2和R3(CH2)11S-S(CH2)11R4)的二元混合物制备三元和四元SAM。
参照图8a-8l，描述了由硅上的烷基硅烷组成的SAM的照相平板图案化的逐步过程。文献中描述且本领域技术人员已知能通过与烷基二甲基氯代硅烷、烷基二甲基烷氧基硅烷，烷基三卤代硅烷或烷基三烷氧基硅烷反应来修饰硅和玻璃。
参照图8a，适当地活化上面沉积有二氧化硅的合适基片47如硅晶片，玻璃晶片或金属基片，以共价连接于烷基硅烷，共价连接方法包括去除表面污染物，然后氧化表面产生硅醇(Si-OH)部分。优选用氧等离子体简单处理该基片，用氧化性溶液(Piranha溶液)洗涤，然后再次用氧等离子体处理，提供平均硅醇密度达到4.9Si-OH/nm2的活化表面48。
参照图8b，表面活化后，在硅表面上组装第一烷基硅烷单层49。可仅通过液相淀积或气相淀积进行硅烷化。优选由提供接触角大于100°而且对液体样品的润湿性最小的表面的烷基硅烷制备第一烷基硅烷单层49。
参照图8c，在平板印刷之前用光致抗蚀剂50涂布硅烷化基片。该抗蚀剂可以是阴性或阳性。阴性抗蚀剂导致暴露区域中抗蚀剂的溶解性降低，从而相对于掩膜产生阴图。阳性抗蚀剂导致暴露区域中抗蚀剂的溶解性增加，从而相对于掩膜产生阳图。整个图6中描述了阳性抗蚀剂的使用。可通过浸渍型方法施涂抗蚀剂，但优选用旋涂器施涂。使用生产商推荐的抗蚀剂厚度和固化时间作为指南。
参照图8d，通过暴露于紫外线光源使该基片光致图案化，根据需要与所用具体抗蚀剂联用。可由许多通用材料制备光掩膜51，这些材料包括但不限于石英上的铬、迈拉(Mylar)、乙酸酯和金属模板。掩膜52中的开孔导致产生大小和形状对应于液体保留区的特征。
参照图8e和8f，一开始用所用抗蚀剂专用的市售溶液处理基片，该溶液能溶解暴露区域的抗蚀剂，而使未暴露于紫外线光源的区域53保持相对不溶。去除暴露的抗蚀剂后，可用氧等离子体处理来活化表面54，以进行进一步硅烷化。在活化的硅表面上组装第二烷基硅烷单层55。可仅通过液相淀积或气相淀积进行硅烷化。由提供接触角约为40°-95°、还提供与分析物结合最小的表面的烷基硅烷制备第二烷基硅烷单层55。
参照图8g和8h，通过再用已知能溶解未暴露的抗蚀剂的几种有机溶剂之一(如丙酮、1-甲基-2-吡咯烷酮(pyrrolidinone)等)洗涤该基片去除剩余的光致抗蚀剂53，在平板印刷之前用光致抗蚀剂56涂布由两个不同区域组成的图案化基片，如上所述。
参照图8i和8j，通过光掩膜57暴露于紫外线光源，使图案化基片进一步光致图案化，如上所述。掩膜58的开孔导致产生大小和形状对应于分析区的特征。然后用所用抗蚀剂专用的市售溶液处理基片，该溶液能溶解暴露区域的抗蚀剂，而使未暴露于紫外线光源的区域59保持相对不溶。去除暴露的抗蚀剂后，用氧等离子体处理来活化制备中的表面60，以进行进一步硅烷化。
参照图8k和8l，在活化的硅表面上组装第三单层61。可仅通过液相淀积或气相淀积进行硅烷化。由提供接触角小于约40°、还提供与分析物结合最小的表面的烷基硅烷制备第三烷基硅烷单层61。最后，通过再用已知能溶解未暴露的抗蚀剂的几种有机溶剂之一洗涤该基片去除剩余的光致抗蚀剂59，提供由三种不同区域组成的图案化表面。
以此方式，实施由硅上的烷基硅烷制备的SAM的照相平板图案化的逐步过程，以制备本发明样品递呈装置。应该注意到，可任意选择所述图案化的顺序(边界区、然后是液体保留区、然后是分析区)，也证明颠倒的顺序(分析区、然后是液体保留区、然后是边界区)与所述顺序同样适用。上述由硅上的烷基硅烷制备的自身组装单层的照相平板图案化方法是示范性的，本发明并不仅限于上述方法。
许多烷基硅烷适合用于制备本发明样品递呈装置。烷基硅烷大部分是市售的，应该了解它们的合成和在表面修饰中的应用。(Shriver-Lake，L.C.(1998)″用于生物材料固定的硅烷-修饰表面″(Silane-modified surfaces for biomaterial immobilization)《分析中固定的生物分子实用方法》(Immobilized Biomolecules in AnalysisA PracticalApproach)(Cass，T.和Ligler，F.S.编)，第1章，Oxford University Press，Oxford，UK，纳入本文作参考)。
采用与上述方法有些不同的方法，首先可用合适烷基硅烷衍生活化的硅表面，合适烷基硅烷具有通过加上产生所需润湿性的末端部分而进一步官能化的亲核部分。或者，当可获得具有合适末端部分的烷基硅烷时，可在一个步骤中修饰表面。适合用于制备本发明样品递呈装置的末端部分包括但不限于上述部分。
在优选实施方式中，一开始由3-氨基丙基三甲氧基硅烷制备本发明样品递呈装置的分析区，然后进一步官能化，以提供通式III的固定化硅烷，通式III为(XO)3Si-CH2CH2CH2NHCOCH2(OCH2CH2)nOH，其中X是与硅表面或相邻固定化硅烷的连接，n为4-8。通式III的单体提供接触角约为30°-40°的表面。虽然这些表面可能接触角不是最低，但由于它们在最大程度降低蛋白质结合方面的优异性能，所以优选使用它们。而且，通式III的分析区单体优选与提供接触角大于约60°的表面的液体保留区单体联用。
类似和优选地，一开始由3-氨基丙基三甲氧基硅烷制备本发明样品递呈装置的液体保留区，然后进一步官能化，以提供通式IV的固定化硅烷，通式IV为(XO)3SiCH2CH2CH2NHCOCH2(OCH2CH2)nR′，其中X是与基片或相邻单体的连接，n为4-8，R′基团是影响表面张力和润湿性的末端部分。R′基团优选但不仅仅选自以下基团之一CH3、CH2CN、CH2CO2CH3、CH2CONHCH3和CH2CO2CH2CH3部分。上述各末端部分提供了接触角约为60°-90°的表面。
在优选实施方式中，在一个步骤中由对水性样品润湿性最小的通式V的烷基硅烷制备本发明样品递呈装置的边界区，通式V为(CH3)2(X′)SiCH2CH2-(CF2)7CF3，其中X′是表面活性部分。
可用各种其它表面修饰化学和表面图案化方法制备本发明样品递呈装置。在蛋白质抗性表面的图案化方面，近年来聚合物组合物引起了人们的兴趣。一开始由烷基硫醇或烷基硅烷SAM制备的图案化表面通过以下方法进一步官能化将聚合物组合物接枝(graft)到表面上或使表面上生长出聚合物组合物(如Husemann，M.；Mecerreyes，D.；Hawker，J.L.；Hedrick，R.S.；Abbott，N.L.Angew.Chem.Int.Ed.1999，35，647-649；Shah，R.R.；Merreceyes，D.；Husemann，M.；Rees，L；Abbott，N.L.；Hawker，C.J.；Hedrick，J.L.Macromolecules 2000，33，597-605；Hyun，J.和Chilkoti，A.Macromolecules 2001，34，5644-5652，将这些文献纳入本文作参考)。近年来，出现了通过嵌段共聚物的吸附进行表面图案化的第一则报道(Deng，T.；Ha，Y.-H.；Cheng，J，Y.；Ross，C.A.；Thomas，E.L.Langmuir，2002，75，6719-6722，纳入本文作参考)。已证明，接枝于SAM的聚合物薄膜抵抗蛋白质吸附的程度与递呈三(乙二醇)基团的SAM相当或比它更好(Chapman，R.G.；Ostuni，E.；Liang，M.N.；Meluleni，G.；Kim，E.；Yan，L.；Pier，G.；Warren，H.S.；Whitesides，G.M.Langmuir 2001，77，1225-1233，纳入本文作参考)。
应理解，即使润湿性最小的表面也可能保持液体样品的某些部分，即使仅以非特异性方式。这种表面实际上可通过以下方式产生本发明样品递呈装置的优点(例如)增强它们通过去除不是后续分析靶点的部分来增强浓缩分析物的能力。这尤其可用于保留可能干扰分析物分析的非生物部分的情况。然而，样品递呈装置的表面不仅限于这个例子，还可包括在分析区以外的区域中结合可与含有分析物的样品分开处理或加工的部分的表面。实际上，可用分析生化方法分析的任何部分均可用本发明样品递呈装置保留、储存、运输和进行后续分析。因此，本发明中，在润湿性程度最高的区域以外的区域保留一些部分是可能的，可能需要对这些部分进行后续分析。然而，大量感兴趣分析物一般不保留在润湿性程度最高的区域以外的区域中。因此，在用激光解吸光谱分析分析物的例子中，润湿性最高的区域中保留的靶分析物不从结合于样品递呈装置表面的状态解吸。
样品递呈装置的用途和应用以下对本发明样品递呈装置各种用途和应用对描述仅为示范性，不限制本发明范围。
本发明样品递呈装置发现本发明样品递呈装置可与各种分析技术和步骤联用。因此，本发明包括使用上述样品递呈装置的方法。更具体说，本发明包括用本发明样品递呈装置(在一个样品递呈装置或多个样品递呈装置上)鉴定样品中是否存在分析物和分析多种样品的方法。
可以检测、鉴定或测定液体样品中分析物的任何分析方法基本上均可与本发明样品递呈装置联用。这些分析方法的例子包括但不限于MALDI-MS或电雾化电离MS。对我们来说，该样品递呈装置尤其适合与高通量分析测定技术联用，例如，用于MALDI-MS，其中构建样品递呈装置分析区以促进高通量数据采集。也可用本发明样品递呈装置操作液体样品和其中所含的分析物。根据样品递呈装置表面经设计可具有的不同的润湿性特性和捕获特性，可设计样品递呈装置使其操作、浓缩、定位、贮存、转移(用或不用机械介入)、回收(用或不用机械介入)、分析、修饰或加工(在样品递呈装置上使用分析物修饰试剂)、或分馏液体样品或其中所含分析物。而且，因为可设计本发明样品递呈装置使其响应于化学或物理刺激(如加热、UV辐射、加压、电磁辐射)完成任何这些功能，本发明样品递呈装置可以可逆地或不可逆地完成这些功能，并且还可响应于外力进行这些功能的各种组合。
基本上任何液体样品(和分析物)均可与本发明样品递呈装置联用。例如，可用本发明分析从液相色谱回收的组分。可用本发明分析酶消化物，这些酶消化物是用由2D凝胶电泳上剪下的蛋白质点或由亲和色谱收集的组分(即ICAT)制备的。也可用本发明分析从表面等离子共振生物传感器中回收的样品。本发明也可用于用标准多孔形式的机器人和测定进行1∶1样品转移。实际上，可用本发明样品递呈装置处理和操作获自基本上任何来源的液体样品，无论这种样品是实验室实验结果(如上述酶消化物或表面等离子共振生物传感器样品的例子)，获自环境的样品(如来自江河的水质样品)，或者直接获自活生物的样品(如人尿样品)。
本发明也可用于储存样品，用于存档目的或进一步分析。换句话说，不需要在将液体样品转移到分析区后立即检测和分析液体样品中所含分析物。
因此，本发明各种实施方式提供了具有各种液体处理功能的样品递呈装置，包括但不限于样品/分析物处理，以及液体沉积、保留、转移、定位和再定位以及储存。提供了本发明样品递呈装置的这些用途的一些例子。
参照图9a-9f，说明了样品干燥方法中的各个步骤。本发明样品递呈装置的横截面图显示在由三个不同区域组成的基片62上沉积的表面，其中液体保留区64围绕着中心分析区63，边界区65围绕着液体保留区64。
参照图9b，在样品递呈装置表面上沉积液体样品液滴66一开始导致将样品液滴体积同时限定在分析区63和液体保留区64的表面上。与边界区65有限的润湿性相关的表面张力产生了样品液滴限定。沉积后，样品液滴的接触角约等于仅存在于液体保留区的液滴的接触角。
参照图9c-9e，随着样品液滴由于蒸发而干燥，液滴的半径和接触角减小，直到液滴的半径对应于分析区半径。
参照图9f，当样品液滴67的半径和分析区63的半径对应时，发现样品液滴的接触角约等于存在于分析区的液滴。随着样品液滴继续因蒸发而干燥，样品液滴的半径不进一步减小，而保持恒定，因为分析物在分析区表面上沉积为一层薄膜。以此方式，将体积可变(高达约100μL)的水性样品沉积在样品递呈装置表面上，干燥后提供限定在对应于分析区的面积中的一层分析物薄膜。
例如，本发明样品递呈装置具有直径为3.0mm(表面积约7.069mm2)的液体保留区和直径为0.5mm(表面积约0.196mm2)的分析区，该装置将分析物的沉积限定在比液体保留区的表面积小约36倍的分析区表面积上，伴随着平均表面分析物浓度增加约36倍。因此，原理上上述样品液滴干燥方法可能使灵敏度提高约36倍。
参照图10a-10d，在不存在分析区(仅存在液体保留区68和边界区69)的情况下，样品液滴70干燥时半径不显著减小，导致分析物沉积在液体保留区71的大部分表面上。参照图10e-10h，在不存在液体保留区(仅存在分析区72和边界区73)的情况下，样品液滴74的体积受限于分析区72的液体保持容量。样品液滴74干燥时半径不显著减小，导致分析物沉积在分析区75的大部分表面上。
图9b-9f所述方法使检测灵敏度显著增加。参照图9a-9d以及图10a-10d能最好地理解此现象。在不存在分析区的情况下(参见图10a)，在图10a所示液体保留区68中每单位面积的平均分析物表面浓度等于总分析物浓度除以表面积。然而，在图9a中存在分析区的情况下，分析物的沉积限定于分析区，其中每单位面积的平均分析物表面浓度等于总分析物浓度除以分析区的表面积。因此，如图9a所示，存在分析区63能使分析物的平均表面浓度增加，增加程度等于图10a所示液体保留区68的表面积与图9a所示分析区63的表面积之比。由于分析区表面积显著小于液体保留区的表面积，所以将分析物沉积限定于分析区表面积导致递呈给质谱仪的分析物的平均表面浓度显著增加，伴随着检测灵敏度增加。
例如，本发明样品递呈装置具有直径为3.0mm(表面积约7.069mm2)的液体保留区和直径为0.5mm(表面积约0.196mm2)的分析区，该装置将分析物的沉积限定在比液体保留区的表面积小约36倍的分析区表面积上，伴随着平均表面分析物浓度增加约36倍。因此，原理上上述样品液滴干燥方法可能使灵敏度提高约36倍。
在图11a-11h所示视频接触角图像中证明了分析区的分析物限定特性，该特性使检测灵敏度增加。参照图11a，将约1.6mm OD的液体保留区和约0.7mm OD的分析区装在本发明样品递呈装置上。为了便于观察集中效果，将分析区安置在偏离中心的位置。将一滴水施加于生物芯片表面，观察到它迅速将自己限定于对应于液体保留区和分析区的表面积中。记录左侧和右侧的起始接触角，发现它们都是57.1°，该值对应于仅由液体保留区单体制备的表面具有的值。随着液滴因为蒸发而干燥(参见图11b-11h)，观察到的半径和接触角都下降，直到液滴半径对应于分析区。而且，随着液滴干燥，观察到液滴的中心移动到右边，以致液滴在分析区上自发置中。发现图11h中记录的左侧和右侧接触角都是35.4°，该值对应于仅由分析区单体制备的表面具有的值。图12中以图表小结了与图11a-11h所示图像获取一起记录的液滴高度、宽度和接触角数据。
图13显示了液体保留区出色的液体保持容量。本发明16-位点样品递呈装置图显示了保留的样品液滴体积为5μL-70μL。看起来显著限制样品液体体积的唯一因素是相邻的分析区和液体保留区对的相对邻近。
图14a和14b进一步证明了分析区的分析物限定特性。第一幅图(图14a)是本发明16-位点样品递呈装置，在16个位点中8个位点的表面上沉积的样品液滴体积范围5μL-40μL。各样品液滴含有等量可溶性染料。第二幅图(图12b)是样品液体干燥后相同的样品递呈装置。现在染料沉积在与分析区相邻的生物芯片表面上。分析区和液体保留区的相对大小重叠在生物芯片上，以进行比较。在这种情况下，需要过量染料提供可见物质，导致不存在紧密集中的分析物点。
可用本发明样品递呈装置帮助以高灵敏度对选自(但不限于)下组的化学和生物分析物进行质谱检测生物大分子如肽、蛋白质、酶、酶底物、酶底物类似物、酶抑制剂、多核苷酸、寡核苷酸、核酸、糖、寡糖、多糖、抗生物素蛋白、链霉抗生物素蛋白、外源凝集素、胃蛋白酶抑制剂、蛋白酶抑制剂、蛋白A、凝集素、肝素、蛋白G、伴刀豆球蛋白；上述生物大分子的片段，如核酸片段、肽片段和蛋白质片段；上述生物大分子的复合物，如核酸复合物、蛋白质-DNA复合物、基因转录复合物、基因翻译复合物、膜、脂质体、膜受体、受体配体复合物、信号传导途径复合物、酶底物、酶抑制剂、肽复合物、蛋白质复合物、糖复合物和多糖复合物；以及小生物分子如氨基酸、核苷酸、核苷、糖、类固醇、脂质、金属离子、药物、激素、酰胺、胺、羧酸、维生素和辅酶、醇、醛、酮、脂肪酸、卟啉、类胡罗卜素、植物生长调节剂、磷酸酯和二磷酸核苷糖(nucleoside diphosphosugar)；合成小分子如药物或治疗性有效物质、单体、肽类似物、类固醇类似物、抑制剂、诱变剂、致癌物、抗有丝分裂药、抗生素、离子载体、抗代谢物、氨基酸类似物、抗菌剂、运输抑制剂、表面活性剂、含胺的组合文库、染料、毒素、生物素、生物素化化合物、DNA、RNA、赖氨酸、乙酰葡糖胺、普施安红(procion red)、谷胱甘肽、单磷酸腺苷、线粒体和叶绿体功能抑制剂、电子供体、运载体和受体、蛋白酶的合成底物和类似物、磷酸酶的底物和类似物、酯酶和脂酶的底物和类似物以及蛋白质修饰试剂。而且，可用本发明样品递呈装置处理的分析物可以是非生物物质，包括但不限于合成聚合物、如低聚物和共聚物如聚亚烷基、聚酰胺、聚(甲基)丙烯酸、聚砜、聚苯乙烯、聚醚、聚乙烯基醚、聚乙烯基酯、聚碳酸酯、聚乙烯基卤化物、聚硅氧烷和上述任何两种或多种物质的共聚物，以及其它非生物分析物如杀虫剂。
分析物可溶解于水性缓冲液、有机溶剂或其混合物。缓冲液优选选自由挥发性组分制备的缓冲液，包括但不限于乙酸铵、碳酸氢铵、碳酸铵、柠檬酸铵、三乙基乙酸铵和三乙基碳酸铵、三乙基甲酸铵、三甲基乙酸铵、三甲基碳酸铵和三甲基甲酸铵。应该在分析之前对含有高浓度不挥发性去污剂(＞0.1％)的水性样品脱盐，因为去污剂的存在可能抵消分析区的分析物限定特性。有机溶剂优选选自已知可混合于水性缓冲液并能提高生物分析物的溶解性的溶剂，包括但不限于乙酸、丙酮、乙腈、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二甲基亚砜(DMSO)、甲酸、七氟丁酸、甲醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、2，2，2-三氟乙醇和三氟乙酸。
在样品干燥过程中可加热样品递呈装置(在加热块表面上、在红外灯下或在热空气流中)，以帮助高沸点有机溶剂挥发或仅仅减少样品干燥所需的时间。
用本发明样品递呈装置测定分析物的优选分析方法--激光解吸飞行时间质谱需要将物质(基质)施加在样品递呈装置的表面上，以吸收能量，从而帮助电离分析物。常常用作生物分析物检测的基质的试剂包括反式-3，5-二甲氧基-4-羟基肉桂酸(芥子酸，SA)、α-氰基-4-羟基肉桂酸(HCCA)和2，5-二羟基苯甲酸(DHBA)。由于上述基质在水中的溶解性有限，这些试剂的储存溶液常常含有50％-100％有机溶剂。当与本发明样品递呈装置联用时，将含有基质的储存溶液加入水性样品中，然后将该样品施加在样品递呈装置表面上。或者，可在样品沉积和干燥后将含有基质的储存溶液施加在样品递呈装置上。在这种情况下，优选用含有高百分数有机溶剂的储存溶液以最大程度减少沉积在分析区表面上的分析物溶解到储存溶液中。
可用本发明样品递呈装置进行许多应用。可用于本发明的样品类型的例子包括但不限于在分析之前不进行任何加工而直接分析的样品，以及由于分析该样品之前进行了一些加工而间接分析的样品。
属于在分析之前不进行任何加工而直接分析的样品类型的可用于本发明的样品类型例子包括但不限于生物液体；组织和细胞提取物和部分；细胞、细菌、病毒；培养基；环境液体；环境空气取样；环境介质提取物(土壤提取物、固体废物提取物、抹布的洗提物、空气滤器的洗提物)；法医样品和文库(组合化学、寡核苷酸、肽、糖、脂质、细胞和组分；染色体和病毒以及其它大蛋白和核蛋白组合体)。
属于间接分析即分析该样品之前进行了一些加工的样品类型的可用于本发明的样品类型例子包括但不限于液相色谱(LC)输出物；气相色谱(GC)输出物；凝胶洗提物；LC输出物或凝胶洗提物的消化样品；质谱输出物；表面等离子共振(SPR)或其它生物传感器的洗提物；脱盐柱输出物；固相提取输出物；液相分馏的环境样品；上述物质的衍生样品；和其它化学或物理方法和它们的任何组合。
本发明样品递呈装置还有助于对从进行液相柱色谱或电泳的分馏方案回收的生物分析物进行质谱分析。具体说，由于将该装置的液体保持容量(它使得能够直接收集色谱馏分、用电泳纯化的样品、从样品递呈装置回收的样品和之前样品体积未减少的由生物传感器回收的样品)以及样品的精确定位和检测灵敏度提高(这使得能够进行自动数据采集)的组合得到了该应用。本发明样品递呈装置提供的液体保持容量使得能够直接收集从(但不限于)以下技术回收的组分亲和色谱、疏水相互作用色谱、离子交换色谱、固定金属离子亲和色谱和大小排阻色谱，以及通过连续应用两种或多种列举的色谱方法正交分离回收的组分。而且，样品递呈装置在标准的96孔、384孔和1536孔形式中的可用性使得它能够在多孔板处理装置和实验室液体处理机器人上进行基于生物芯片的样品收集和加工。因此，可用样品递呈装置提供高通量质谱平台，以支持蛋白质组学和其它重要的化学和生物科技领域的出现。
同时蛋白质鉴定常常包括用酶消化用液相柱色谱纯化的或从2维电泳凝胶上剪下的蛋白质。蛋白质消化物在质谱前通常需要在反相液相色谱(RPLC)或固相抽提(SPE)上脱盐。本发明样品递呈装置适用于高效RPLC或SPE脱盐的蛋白质消化物的直接收集和后续分析。
例如，表面等离子共振(SPR)生物传感器采用固定的蛋白质研究蛋白质-蛋白质和其它生物相互作用。不幸的是，需要用大量洗脱剂从生物传感器中回收分析物，而且样品中的分析物浓度对于最佳质谱来说太低。本发明样品递呈装置适用于直接收集从生物传感器系统回收的分析物；可将它构造成标准的96孔板形式，以与已经整合到生物传感器系统中的样品收集装置相容，并且可用它为质谱分析自动收集样品，它还可浓缩大体积的液体样品。
与已知质谱样品递呈装置相关的液体保持限度促使开发了各种微柱液相色谱方法，该方法包括采用充满少量色谱介质的小移液器尖头(如ZipTips)。微柱法使蛋白质消化物脱盐，伴随着样品体积减少，据报道这足以使样品能够直接施加于现有质谱装置以保留样品。本发明样品递呈装置适用于用微柱RPLC脱盐的蛋白质消化物的直接收集和后续分析。
通常，可用本发明样品递呈装置对上述样品完成以下操作浓缩、稀释、定位、运输、储存、递呈以分析、分馏、洗涤和施加后加工(包括消化、衍生和洗提)。应理解，此举例并不详尽，仅提供了通常认为可采用本发明样品递呈装置的各种应用的例子。
一旦将样品施加于本发明样品递呈装置并且对样品进行了在装置上移动液体样品的任何上述操作后，可在样品递呈装置上或从该装置上取出后进行以下应用MALDI-MS；其它质谱技术；表面等离子共振(SPR)；荧光；原子力显微术(AFM)；光谱学；生物发光和化学发光；x-射线光电子光谱法；椭圆光度法；电化学检测；磷光；以及UV、可见光和IR光谱学。应理解，这仅为这种应用的部分举例。也应理解，可组合和/或连续进行任何上述分析，合适时，可对分析物直接或间接进行这些分析。
认为许多应用领域可采用本发明样品递呈装置，包括但不限于诸如基因组学、蛋白质组学、药物基因组学、生理物质组学(physiomics)、毒物组学(toxiomics)、代谢物组学(metabonomics)、药物发现/药物开发/临床试验监测、毒理学、诊断、环境、生物传感器以及生物和化学武器/生物恐怖主义等领域。应用该样品递呈装置的几个具体例子描述如下。以下描述仅为示范性，不限制本发明范围。
基因组学将质谱应用于遗传型和表型问题有一个必要条件，即在电离之前使核酸分析物脱盐。传统上，在将样品放置在MALDI源上之前进行脱盐。在一个实施方式中，X3形式的样品递呈装置可在浓缩核酸分析物的同时完成脱盐。该实施方式由反相捕获区和抵抗分析物结合的分析区组成。另一实施方式可由X4组成，其中可采用两个捕获区和一个分析区。在同心排列中，外侧捕获区会通过与固定的捕获探针互补杂交而特异性结合多核苷酸分析物；内侧捕获区进行如上所述的脱盐功能，分析区递呈该分析物，以进行检测。在这两个实施方式中，在同一芯片上进行脱盐和分析递呈增大了通量、最大程度减少了样品损失并降低了成本。
药物发现/开发/临床试验监测许多药物仅对一部分人群有效。这种现象的一个例子是药物贺赛汀，它仅可用于约30％的乳腺癌患者。在贺赛汀的情况下，敏感性的遗传基础和蛋白质基础贯穿在药物设计中，但在大多数情况下，在昂贵和冗长的临床试验之前不能将人群分为可能的应答者和非应答者。解释这种临床实验结果的主要挑战之一是理解应答和不应答的生物和/或化学基础。然后可将该知识用于靶定人群和进一步改进药物本身。
解决此问题的一种方法是在治疗之前、期间和之后获得患者的分布型(profile)(如蛋白质、糖、脂质)，和用治疗结果关联这些分布型。本发明装置的几种实施方式可用于进行这种研究。可对获自患者的样品(如血液、尿液、组织)进行上述部分列举的一种或多种预处理方法如多维液相色谱，将该方法产生的分馏物质施加于该装置进行浓缩并递呈给质谱分析。或者，可将进行了最小加工的样品施加于一个或多个具有特异性已知的捕获区的本发明装置。然后将分析物转移到特异性互补的捕获区，再转移到分析区；或者直接转移到分析区。以此方式，可以自动方式连续和平行使用具有不同特异性的表面，而分馏分析物递呈在相同分析区上用于质谱。
质谱既提供分布型(完整质谱)，又提供明确鉴定感兴趣的具体分子实体的机会。然后，可将质谱收集到数据库中，应用多因素分析工具将这些分布型与患者反应关联起来。以此方式，可发现分布型和/或具体分子实体的模式能够预测对治疗的反应；监测对治疗的反应；鉴定影响对治疗的反应的分子实体，从而可以进行更复杂的药物设计。
就象本文所述其它领域那样，此科学查询领域很大程度上依赖于测定溶液中分析物的能力。本发明样品递呈装置和本文所述的它们的用途代表了可用于进行进一步研究的重要工具。
环境分析环境样品中存在的污染物是全世界的努力。这些研究所面对的具体问题包括，必须研究低浓度分析物和样品多样性，因为污染物可能存在于气体、液体和固体物质中。通常，这种分析包括收集、提取、衍生化、分馏和检测步骤。
本发明装置可以许多方式用于分析环境样品，这些样品有代表性，但并不完整。具有捕获区的装置可用于从气体或液体介质中直接收集分析物。例如，用疏水性表面从水溶液中捕获疏水性杀虫剂残留可替代液/液萃取，液/液萃取耗时，并且产生有害废物。然后可将收集的物质直接转移到分析区中；先通过连续或平行转移到特异性互补的捕获区而进行分馏，再转移到分析区中；或从该装置转移以用上述部分列举的一种或多种技术进行分析。通常用质谱鉴定杀虫剂残留，但也可采用其它技术如免疫测定。也可如前所述用本发明装置递呈和/或分馏上述任何环境分析步骤产生的物质。本发明装置可用作平台以衍生分析物并递呈它们用于以改变的形式进行分析。例如，可将甲硅烷基-和/或乙酰基-部分加在固定在该装置上的杀虫剂上，以明确地鉴定分子结构。
生物和化学武器/生物恐怖主义美国政府需要有助于检测化学和生物物质的军用和民用的平台和分析技术。生物战争检测的挑战包括样品采集和区分无毒与有毒生物体。用于生物物质的现有战场技术利用高温分解将生物化合物转变为可用MS容易地检测的小分子。大家非常期望依赖肽生物标记的技术，因为这种技术比现有方法的特异性更高。为确定暴露于战争物质的可能性而对个体进行的测试应该包括呼吸测试或抽血技术。独立的生物传感器如警报装置也因为用于战场和公众领域而引起极大兴趣。所有这些方法都对样品采集、预处理和通过机器人或其它远程方式将样品递呈给检测器提出了挑战。可储存、操作、浓缩或纯化样品的技术或可偶联于当前所用气溶胶撞击器(aerosol impactor)的技术可能吸引国防部门的兴趣。本发明装置可用于生物战争/生物恐怖事件的检测，其应用方式类似于环境样品中所述。此外，可设计具有定制捕获区的装置，以从环境或生物液体样品中收集感兴趣微生物、对细胞(或病毒)进行处理以释放关键标记和递呈这些标记用于检测。
以下实施例提供了关于本发明样品递呈装置的组成、制造和用途的额外详情，但仅为示范性，不以任何方式限制本发明范围。
实施例I制备11-(3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，8-十三氟辛氧基)十一碳-1-烯(1) 将3.0mL 1H，1H，2H，2H-全氟辛醇(13.7mmol)装入棕色瓶(amber shell vial)(40mL)，加入1.4mL 50％氢氧化钾水溶液(13.7mmol)。将该溶液加热到80℃，搅拌30分钟，加入3.3mL 11-溴十一碳-1-烯(1.5mmol)。将该反应在80℃维持52小时，直到TLC分析(己烷)显示消耗了原材料。使产物冷却到室温，加入100mL乙酸乙酯中，用水(2×50mL)和盐水(1×50mL)萃取。用硫酸镁干燥乙酸乙酯萃取物，过滤，真空蒸发溶剂，产生油状残余物。在硅胶快速柱(50×300mm，0％乙酸乙酯/己烷，然后是10％乙酸乙酯/己烷)上纯化残余物。混合含有所需产物的组分，蒸发溶剂，产生4.52g(64％)无色油状1。1H NMR(400MHz，CDCl3)δ5.80(m，1H)，4.95(m，2H)，3.69(t，J＝6.8Hz，2H)，3.43(t，J＝6.8Hz，2H)，2.39(m，2H)，2.03(m，2H)，1.55(m，2H)，1.36(m，2H)，1.27(宽m，10H)。
实施例II制备S-[11-(3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，8-十三氟辛氧基)十一烷基]硫代乙酸酯(2) 在氩气下将1.0g 1(1.9mmol)加入干燥的圆底烧瓶(100mL)中，加入10mL无水甲醇。向得到的溶液中加入426μL硫代乙酸(6.0mmol)，然后加入52mg 2，2′-偶氮双(2-甲基丙脒)二盐酸盐(0.2mmol)。用铝箔遮蔽该反应，使其暴露于低压汞灯的光线。4小时后，TLC分析(5％乙酸乙酯/己烷)揭示出已消耗了原材料。真空蒸发溶剂，产生油状残余物。在硅胶快速柱(40×300mm，0％乙酸乙酯/己烷，然后是5％乙酸乙酯/己烷)上纯化残余物。混合含有所需产物的组分，蒸发溶剂，产生856mg(76％)无色油状2。1H NMR(400MHz，CDCl3)δ3.69(t，J＝6.8Hz，2H)，3.43(t，J＝6.8Hz，2H)，2.39(m，2H)，2.31(s，3H)，1.55(m，2H)，1.33(m，2H)，1.25(宽m，10H)。
实施例III制备11-(3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，8-十三氟辛氧基)十一烷-1-硫醇(3) 棕色瓶(20mL)装有具有特氟龙线纹的硅隔板，向其中加入850mg 2(1.1mmol)和5mL 3N甲醇化(methanolic)氯化氢(15mmol)。将得到的溶液加热到40℃ 4小时。去除溶剂，产生782mg(98％)无色油状3。1H NMR(400MHz，CDCl3)δ3.69(t，J＝6.8Hz，2H)，3.43(t，J＝6.6Hz，2H)，2.51(dd，J＝7.3，7.6Hz，2H)，2.39(m，2H)，1.58(m，4H)，1.32(t，J＝8.0Hz，1H)，1.25(宽m，12H)。
实施例IV制备11-{2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙氧基}十一碳-1-烯(4)
将27.4mL三甘醇单甲基醚(171mmol)加入圆底烧瓶(200mL)，加入9.1mL 50％氢氧化钠水溶液(114mmol)。将此浅黄溶液加热到80℃，搅拌30分钟，逐滴加入26.6mL 11-溴十一碳-1-烯(114mmol)。将该反应维持在80℃7.5小时，直到TLC分析(100％乙酸乙酯)显示已消耗了原材料。将产物冷却到室温，用50mL水稀释，用己烷萃取(3×50mL)。混合己烷萃取物，用硫酸镁干燥，过滤，真空蒸发溶剂，产生20g(56％)澄清的无色油状4。1H NMR(400MHz，CDCl3)δ5.81(m，1H)，4.96(m，2H)，3.68-3.56(m，12H)，3.44(t，J＝6.8Hz，2H)，3.38(s，3H)，2.04(m，2H)，1.57(m，2H)，1.36(m，2H)，1.27(宽s，10H)。
实施例V制备S-(11-{2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙氧基}十一烷基)硫代乙酸酯(5) 在氩气下将5.0g 4(15.8mmol)加入干燥的圆底烧瓶(200mL)，加入10mL无水甲醇。向其中加入3.6mL硫代乙酸(50mmol)，然后加入434mg 2，2′-偶氮双(2-甲基丙脒)二盐酸盐(1.6mmol)。用铝箔遮蔽该反应，使其暴露于低压汞灯的光线。15.5小时后，TLC分析(乙酸乙酯/己烷，1∶3)揭示出已消耗了原材料。真空蒸发溶剂，产生具有强烈硫样臭味的残留物。在硅胶快速柱(40×300mm，30％乙酸乙酯/己烷，50％乙酸乙酯/己烷)上纯化残余物。混合含有所需产物的组分，蒸发溶剂，产生5.83g(94％)无色油状5。1H NMR(400MHz，CDCl3)δ3.67-3.54(m，12H)，3.44(t，J＝7.2Hz，2H)，3.38(s，3H)，2.86(t，J＝7.2Hz，2H)，2.32(s，3H)，1.57(m，4H)，1.36-1.26(宽m，14H)。
实施例VI制备11-{2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙氧基}十一烷-1-硫醇(6) 棕色瓶(20mL)装有具有特氟龙线纹的硅隔板，向其中加入5.0g 5(12.7mmol)，再加入7mL 3N甲醇化氯化氢(21mmol)。将该溶液加热到40℃ 6小时。然后真空蒸发溶剂，产生4.40g(98％)无色蜡状凝胶6。1H NMR(400MHz，CDCl3)δ3.67-3.54(m，12H)，3.44(t，J＝6.8Hz，2H)，3.37(s，3H)，2.51(dd，J＝7.3，8.0Hz，2H)，1.57(m，4H)，1.32(t，J＝7.6Hz，IH)，1.26(宽m，14H)。
实施例VII制备2-[2-(2-十一碳-10-烯氧基乙氧基)乙氧基]乙醇(7) 将67.0mL三甘醇(0.5mol)加入圆底烧瓶(250mL)，再加入8.0mL 50％氢氧化钠水溶液(8mL，0.1mol)。将该溶液加热到100℃，搅拌30分钟，逐滴加入22.0mL 11-溴十一碳-1-烯(0.1mol)，产生深黄色溶液，其中产生了溴化钠沉淀。将该反应维持在100℃2.5小时，直到TLC分析(甲醇/乙酸乙酯/己烷，1∶1∶8)显示已消耗了原材料。将该反应冷却到室温，用300mL水稀释，用己烷萃取(3×100mL)。混合有机萃取物，用盐水(50mL)洗涤，用硫酸镁干燥并过滤。真空蒸发溶剂，产生油状残余物。在硅胶快速柱(50×400mm，甲醇/乙酸乙酯/己烷5∶5∶90)上纯化残余物。混合含有所需产物的组分，蒸发溶剂，产生20.8g(69％)澄清油状7。1H NMR(400MHz，CDCl3)δ5.78(m，1H)5 4.93(m，2H)，3.72-3.55(m，12H)，3.42(t，J＝7.2Hz，2H)，2.64(t，J＝5.6Hz，1H)，2.01(m，2H)，1.54(m，2H)，1.34(m，2H)，1.25(宽s，10H)。
实施例VIII制备S-(11-{2-[2-(2-羟基乙氧基)乙氧基]乙氧基}十一烷基)硫代乙酸酯(8) 在氩气下将2.0g 7(6.6mmol)加入干燥的圆底烧瓶(100mL)，加入10mL无水甲醇。向其中加入2.85mL硫代乙酸(40mmol)，然后加入271mg 2，2′-偶氮双(2-甲基丙脒)二盐酸盐(1.0mmol)。用铝箔遮蔽该反应，使其暴露于低压汞灯的光线。6小时后，TLC分析(甲醇/乙酸乙酯/己烷，1∶1∶8)揭示出已消耗了原材料。真空蒸发溶剂，产生黄色油状物。在硅胶快速柱(50×300 mm，甲醇/乙酸乙酯/己烷，1∶1∶8)上纯化该油状物。混合含有所需产物的组分，蒸发溶剂，产生2.44g(98％)浅黄色油状8。1H NMR(400MHz，CDCl3)δ3.71-3.54(m，12H)，3.42(t，J＝6.6Hz，2H)，2.83(t，J＝7.2Hz，2H)5 2.66(宽s，1H)，2.29(s，3H)，1.52(m，4H)，1.36-1.23(宽m，14H)。
实施例IX制备2-{2-[2-(11-巯基十一烷氧基)乙氧基]乙氧基}乙醇(9)
棕色瓶(20mL)装有具有特氟龙线纹的硅隔板，向其中加入2.40g 8(6.4mmol)，再加入5.0mL 3N甲醇化氯化氢(15mmol)。将得到的溶液加热到40℃ 4小时。然后真空蒸发溶剂，产生2.05g(95％)无色蜡状凝胶9。1H NMR(400MHz，CDCl3)δ3.72-3.55(m，12H)，3.43(t，J＝6.8Hz，2H)，2.71(宽s，IH)，2.50(dd，J＝7.6，7.4Hz，2H)，1.62-1.52(m，4H)，1.31(t，J＝7.6Hz，1H)，1.26(宽m，14H)。
实施例X制备十一碳-10-烯-氧甲基苯(10) 在氩气下将5.0g十一碳-10-烯-1-醇(29.4mmol)加入干燥的圆底烧瓶(100mL)，再加入25mL无水N，N-二甲基甲酰胺。将得到的溶液冷却到0℃，以一部分加入2.16g 60％氢化钠的矿物油溶液(45mmol)。在氩气、0℃下搅拌该起泡混合物30分钟。向冷却、搅拌的溶液中逐滴加入7.7g溴甲基苯(45mmol)在5mL无水N，N-二甲基甲酰胺中的溶液，使该反应回复到室温，同时搅拌3小时。通过缓慢地加入100mL乙酸乙酯终止反应，用1N盐酸(2×50mL)和盐水(1×50ml)萃取。用硫酸镁干燥有机层，过滤，蒸发溶剂，产生油状残余物(9.5g)。在硅胶快速柱(50×300mm，94∶5∶1己烷/甲苯/乙酸乙酯)上纯化残余物，混合含有所需产物的组分。最后，真空蒸发溶剂得到7.1g(93％)无色油状10。1H NMR(400MHz，CDCl3)δ7.32(d，4H)，7.28(m，IH)，5.81(m，IH)，4.95(m，2H)，4.49(s，2H)，3.46(t，2H)，2.03(m，2H)，1.61(m，2H)，1.35(宽m，4H)，1.24(宽s，10H)。
实施例XI制备S-(11-苄氧基十一烷基)硫代乙酸酯(11) 首先将5.0g 10(19.2mmol)和0.520g 2，2′-偶氮双(2-甲基丙脒)二盐酸盐(1.92mmol)加入夹套式光反应容器(250mL)中。密封该容器，抽真空并用氩气回冲(几个循环)。在氩气下，将60mL无水甲醇和0.520g硫代乙酸(92mmol)注入该反应容器中，搅拌该容器内含物。再次对该容器抽真空，并用氩气回冲(几个循环)。打开UV灯，在氩气下辐射该混合物3小时，其间不断搅拌。连续冷却该反应(水夹套)，在光反应期间使温度维持在38℃以下。使反应容器冷却到室温，蒸发溶剂，产生浅黄色油状物(10.8g)。在硅胶快速柱(50×300mm，98∶2己烷/乙酸乙酯)上纯化该油状物，混合含有所需产物的组分。最后，真空去除溶剂，得到5.0g(77％)无色油状11。1HNMR(400MHz，CDCl3)δ7.32(d，4H)3 7.28(m，IH)，4.49(s，2H)，3.46(t，2H)，2.86(t，2H)，2.31(s，3H)，1.50-1.66(m，4H)，1.20-1.40(宽m，14H)。
实施例XII制备11-苄氧基十一烷-1-硫醇(12) 棕色瓶(40mL)装有具有特氟龙线纹的硅隔板，向其中加入3.04g 11(9.03mmol)，然后加入2mL二氯甲烷，1mL己烷和12mL 4.9N乙醇化(ethanolic)氯化氢。将得到的溶液加热到40℃ 4.5小时。然后真空蒸发溶剂，得到无色油状残余物(2.8g)。在硅胶快速柱(25×450mm，9∶1己烷/氯仿)上纯化残余物，然后混合含有所需产物的组分。真空蒸发溶剂，得到2.5g(94％)无色油状12。1H NMR(400MHz，CDCl3)δ7.32(d，4H)，7.28(m，1H)，4.49(s，2H)，3.46(t，2H)，2.51(q，2H)，1.55-1.65(m，4H)，1.20-1.40(宽m，宽t，15H)。
实施例XIII在涂布金的硅基片上制备自身组装单层将硅晶片(200mm，P型，初级硅100)切割成单个基片，对其进行清洁以提供少于10个颗粒(0.16μm-3000μm)/基片的表面。在CPA9900喷镀系统上用5×10-7mm的底压进行金属沉积。在喷镀室中，用氩气等离子体清洁和蚀刻基片，以5/秒的速率喷镀钛和钨(1∶9)的粘附层，至厚度达到250。然后以20/秒的速率喷镀金，至厚度为1000。在氩气流中冷却基片，然后取出。
在单层组装之前，用200W的氩气等离子体处理300秒，以清洁涂布金的基片。用乙醇冲洗该基片，然后将其转移到0.1mM 3(11-(3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，8-十三氟-辛氧基)十一烷-1-硫醇)的乙醇溶液中，在室温下孵育1-24小时。最后，从组装浴中取出表面修饰的基片，用乙醇以1000rpm旋转洗涤，在氮气流中干燥。施加于表面修饰的基片的水滴(0.5μL)的接触前角(advancing contact angle)为114°-120°。表面修饰的基片储存在装有透光的棕色抗UV盖片的塑料容器中。
实施例XIV制备图案化的样品递呈装置如上所述制备二十四种(24)表面修饰的基片，安装在定制的调准夹具中，盖上针脚对齐的蚀刻不锈钢荫罩板(0.002英寸)，该荫罩板具有大小和形状对应于液体保留区的特征。将该夹具放在装有低压汞灯光源(能量密度为120W/cm2)的空气冷却的紫外线固化系统的移动带上，在1小时中在该光源下通过45-75次。暴露于UV后，从夹具中取出基片，用乙醇以1000rpm旋转洗涤，在氮气流中干燥。将暴露的基片放入0.1mM 6(11-{2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙氧基}十一烷-1-硫醇)的乙醇溶液中，室温下孵育1-24小时。从组装浴中取出图案化的表面修饰的基片，用乙醇以2400rpm旋转洗涤，在氮气流中干燥。施加于液体保留区的水滴的接触前角为60°-65°，当施加于边界区时，该角度为110°-119°。
将图案化的表面修饰的基片安装在定制的调准夹具中，盖上第二个针脚对齐的蚀刻不锈钢荫罩板，该荫罩板具有大小和形状对应于分析区的特征。将该夹具放在紫外线固化系统的移动带上，在1小时中在该光源下通过45-75次。暴露于UV后，从夹具中取出基片，用乙醇1000rpm旋转洗涤，在氮气流中干燥。将暴露的基片放入0.1mM 9(2-{2-[2-(11-巯基十一烷氧基)乙氧基]乙氧基}乙醇)的乙醇溶液中，室温下孵育1-24小时。最后，从组装浴中取出图案化两次的表面修饰的基片，用乙醇以1000rpm旋转洗涤，在氮气流中干燥。施加于分析区的水滴的接触前角小于47°。将图案化两次的表面修饰的基片储存于装有棕色透光抗UV盖片的塑料容器中。
虽然上面描述了本发明各种实施方式，但是应理解，它们仅以示范性而非限制性方式给出。具体说，分析区、液体保留区和边界区的物理安排不限于上述实施例。因此，本发明的宽度和范围不应受限于任何上述示范性实施方式。
实施例XV样品容纳和定位在图11a-11h所示视频接触角图像中证明了分析区的分析物限定特性，该特性使检测灵敏度增加。参照图11a，将约1.6mm OD的液体保留区和约0.7mm OD的分析区装在本发明样品递呈装置上。为了便于观察集中效果，将分析区安置在偏离中心的位置。将一滴水施加于生物芯片表面，观察到它迅速将自己限定于对应于液体保留区和分析区的表面积中。记录左侧和右侧的起始接触角，发现它们都是57.1°，该值对应于仅由液体保留区单体制备的表面具有的值。随着液滴因为蒸发而干燥(参见图11b-11h)，观察到的半径和接触角都下降，直到液滴半径对应于分析区半径。而且，随着液滴干燥，观察到液滴的中心移动到右边，以致液滴在分析区上自发置中。发现图11h中记录的左侧和右侧接触角都是35.4°，该值对应于仅由分析区单体制备的表面具有的值。图12中以图表小结了与图11a-11h所示图像获取一起记录的液滴高度、宽度和接触角数据。
实施例XVI图案化样品递呈装置的液体保持容量图13显示了液体保留区出色的液体保持容量。本发明16-位点样品递呈装置图显示了保留的样品液滴体积为5μL-70μL。看起来显著限制样品液滴体积的因素仅仅是相邻的靶点区和液体保留区对的相对邻近。
实施例XVII分析物引导和浓缩图14a和14b进一步证明了分析区的分析物限定特性。第一幅图(图14a)是本发明16-位点样品递呈装置，在16个位点中8个位点的表面上沉积的样品液滴体积范围5μL-40μL。各液滴含有等量HCCA。图14b是由于图14a所示样品递呈装置上样品干燥而浓缩并导向分析区的HCCA图。分析区和液体保留区的相对大小重叠在HCCA上，以进行比较。
捕获芯片在本发明的另一方面，该样品递呈装置包括一个或多个样品结合区。该结合区可用于保留分析物，以在样品递呈装置上进一步加工和/或测定。在一项应用中，结合区捕获所需分析物后，洗涤样品递呈装置的表面，以去除不想要的物质。然后从结合区中释放所需分析物，从而可将它们导向分析区以进一步测定和/或加工。或者，该结合区可用于过滤/分离/去除不想要的物质(如盐、去污剂、蛋白质等)。在一项应用中，至少部分不想要的物质被保留在捕获区中，而携带所需分析物的其余样品向分析区移动，以进行测定和/或加工。
在一种变型中，样品递呈装置可称为″捕获芯片″或″捕获/浓缩芯片″，缩写为Xn，其中″n″是指代样品递呈装置表面上区域数量的数值，″n″可以是2-无穷大的任何数值。因此，例如，X2捕获芯片具有两个区域，X3捕获芯片具有三个区域等。本发明考虑了含有比2个或3个多很多的区域的样品递呈装置，不以任何方式限定区域的数目。随着区域数增加，总效果形成梯度。捕获芯片和捕获/浓缩芯片是由经设计结合分析物的一个或多个区域组成的样品递呈装置。负责捕获分析物的部分一般包括设计为捕获区的区分特征的特定表面修饰。这些表面修饰可包括特异性(如单克隆抗体)或非特异性(如根据静电吸引结合的带电基团)结合或以这些吸引力的任何组合结合分析物的生物和/或化学部分。然后，分析前可以在表面上进一步加工这些结合的分析物。这些加工步骤包括但不限于通过各种洗涤步骤纯化感兴趣分析物，通过化学、生化或物理方法修饰分析物，以及分离待用。然后，进行化学或物理刺激后可能释放结合的分析物，如pH改变、溶剂组成改变、UV辐射、通电或加热。释放后，可通过蒸发溶剂将分析物浓缩到分析区中。
在图15所述的一个变型中，捕获芯片180包括具有以下区域的的表面分析区182、在分析区182周围形成同心圆的捕获区184和围绕捕获区184的边界区186，如图15的步骤(a)所示。捕获区184中的SAM包括用于捕获分析物(如化学物质、生化物质等)的结合区188。图15说明用捕获区184从液体中提取所需分子，然后将所需分子浓缩在分析区182上的例子。将含有感兴趣分析物192(如蛋白质、肽等)和所需分子194、196、198(如盐、去污剂、污染物等)的液体190放入捕获区184限定的边界内，如图15的步骤(b)所示。分析物192结合于捕获区184表面上的官能团，如图15的步骤(c)所示。提供一段时间使此结合相互作用发生后，洗掉携带所需分子194、196、198的液体200，如图15的步骤(c)和(d)所示。然后，将一滴新液滴202(不含所需分子)引入到捕获区184和分析区182上，如图15的步骤(d)所示。然后，从捕获区184的表面上释放出感兴趣分析物192。可通过以下方式实现所需分子192的释放在新液滴202中引入化学物质、引入具有有助于释放所需分子的特定固有特性的液体或溶剂、光子激发、pH改变、温度改变或其它化学和/或物理改变。然后通过蒸发或本领域技术人员熟知的其它方式从捕获区184和分析区182上去除液体，使所需分子192浓缩在分析区182上，如图15的步骤(e)所示。
而且，对于蛋白质测定可能优选SAM。可直接在基片上形成自身组装的分子层。该基片优选为金属如金，或半导体如硅，但可包括各种材料，包括但不限于(例如)玻璃、硅酸盐、半导体、金属、聚合物(如塑料)和其它羟基化材料、如硅上的SiO2、铝上的Al2O3等。然而，优选形成金上的烷基硫醇或者硅或玻璃上的有机硅烷的自身组装单层。可将SAM加在本发明样品递呈装置上，以产生其特性反映用于具体区域的SAM的不同区域。用于形成自身组装层的分子可具有能与基片表面反应的反应基团如末端硫羟基或硅烷基。烃链如烷基部分，也可形成分子的一部分。该分子也可具有侧链很少或没有侧链的低聚或多聚链。这些链也可任选地具有可直接用作捕获部分(如生物素或抗体)或进一步衍生可产生捕获表面的官能团。包括表面修饰是单克隆抗体的捕获区的本发明样品递呈装置可结合液体样品中的互补抗原并保持该抗原，而其余的液体样品通过物理转移或润湿性差异移动到该装置表面的另一部分。然后，可通过向该样品递呈装置的捕获区中加入其它化合物(如加入切除该抗原一部分的酶)修饰保留的抗原。然后，可将修饰的抗原转移到分析区中，或本身用作捕获表面。类似地，包括表面修饰是生物素的捕获区的本发明样品递呈装置可结合液体样品中链霉抗生物素蛋白连接的分析物，并保留该分析物，而其余的液体样品通过物理转移或润湿性差异移动到该装置表面的另一部分。可通过向该样品递呈装置的捕获区中加入其它化合物修饰保留的链霉抗生物素蛋白连接的分析物。然后，可将修饰的分析物转移到分析区中，或本身用作捕获表面。
包括通过会聚(convergent)技术产生的捕获区的本发明样品递呈装置可通过其末端上的表面递呈反应性基团产生。这些基团包括但不限于胺封端或羧基封端的SAM。可加入胺反应性或羧基反应性物质，以随后产生捕获区表面。因此，可用含有马来酐部分和各种其它基团的共聚物处理胺封端的表面，所述其它基团包括但不限于可能部分饱和的短链(C4-C11)烷基、可能部分饱和的长链(C12-C24)烷基、可能有取代或没有取代的芳基、带电基团、亲核基团、亲电子基团等。这会导致该共聚物通过与胺末端形成的酰胺键结合于表面并且递呈用作捕获表面的聚合物官能部分。
在一个具体应用中，边界区186中的SAM包括11-(3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，8-十三氟辛氧基)十一烷-1-硫醇(实施例III)，捕获区184中的SAM由羧基封端的聚醚烷基硫醇(thiolate)组成(Whitesides G.M.，Lahiri J.，Isaacs L.，Tien J.Anal.Chem.1999，71(4)，777-790)，分析区182中的SAM由羟基封端的聚醚烷基硫醇(polyether alkyl thiolate)(实施例IX)组成。可提供含有不良分子如氯化钠和十二烷基硫酸钠，以及感兴趣分析物如血清中的肽和蛋白质样品的液滴，用于在此捕获芯片上加工。然后，可进行图15所示方法以提取所需分子用于质谱分析。通过“洗涤样品”步骤去除不良分子后，可在捕获区184上进行质谱，产生图16a所示谱图。进行″集中分析物″步骤，以将分析物浓缩在分析区182上。然后，可在分析区182上进行质谱，产生类似于图16b所示的谱图。将图16b与图16a的谱图作比较，可以发现，集中步骤可显著改善所需分子的质谱测定的信噪比。虽然捕获芯片构型的上述例子尤其可用于血清样品，但本领域技术人员将理解，此捕获芯片也可用于在对分析物进行分析或测定之前需要纯化和/或浓缩分析物的其它应用。
在又一变型中，分析区的结构中具有捕获和/或结合于分析物的结合表面，而用特征为基本不结合的SAM覆盖液体保留区和围绕分析区的其它表面区。此设计可允许样品液滴浓缩在分析区上，还允许分析物结合于分析区表面。然后，可对分析区表面上捕获的分析物进行质谱或其它检测机制。
在另一变型中，分析区和液体保留区的结构中具有结合/捕获表面。例如，可构建液体保留区使其结合一种类型的分子，可构建分析区使其结合不同类型的分子。具有多个结合区的这些结构可用于分析区用于捕获所需分子、而液体保留区用于捕获一种或多种不良分子的应用。或者，用一个区域捕获一种类型的分子，而用另一区域捕获不同类型的分子用于分析。可直接在结合区上分析分子。任选地，结合区可选择性释放不同类型的捕获分子，并将这些分子运输到分析区进行进一步加工或测定。
本发明的另一方面包括在表面上过滤和/或集中分析物(如化学物质、生化物质、生物物质(biologics)等)的方法。优选地，在具有多个SAM区域的表面上进行该方法。在一个变型中，该方法包括以下步骤首先，将含有所需分析物和不需要的物质的液体递送到表面上；然后在该表面的第一区上捕获或结合所需分析物；洗掉不需要的物质；从第一区上释放所需分析物并导向表面上的第二区；可使所需分析物集中和/或浓缩在第二区上；然后对所需分析物进行分析和/或进一步加工。可通过表面上不同区域中的液体表面张力不同引导液体流到该表面上。第二区优选基本上不结合。此外，可在包括不同SAM确定的一系列同心环的表面上进行该方法。
在另一变型中，将包含所需分析物和不需要的物质的液体加到表面上。在该表面的第一区上至少捕获一部分不需要的物质。通过表面上不同区域的液体表面张力不同引导携带所需分析物的液体流向第二区。然后可将所需分析物浓缩和/或集中到第二个表面区域上。然后，可对第二区中的所需分析物进行分析和/或进一步加工。可通过表面上不同区域的液体表面张力不同引导液体流到该表面上。第二区优选基本上不结合。此外，可在包括不同SAM确定的一系列同心环的表面上进行该方法。本文也描述了利用样品递呈装置的各种方法。
实施例XVIII
制备捕获芯片的一个变型如实施例XIII所述制备二十四个(24)表面修饰的基片，安装在调准夹具中，盖上针脚对齐的蚀刻不锈钢荫罩板(0.002英寸)，该荫罩板具有大小和形状对应于液体保留区的特征。将该夹具放在装有低压汞灯光源(能量密度为120W/cm2)的空气冷却的紫外线固化系统的移动带上，在1小时中在该光源下通过45-75次。暴露于UV后，从夹具中取出基片，用乙醇以1000rpm旋转洗涤，在氮气流中干燥。将暴露的基片放入0.1mM 11-氨基-1-十一烷硫醇(Dojindo Molecular Technologies，Inc.产品号A423-10)的乙醇溶液中，室温下孵育1-24小时。从组装浴中取出图案化的表面修饰的基片，用乙醇以2400rpm旋转洗涤，在氮气流中干燥。施加于液体保留区的水滴的接触前角为48°-55°，当施加于边界区时，该角度为110°-119°。
将上述图案化的表面修饰的基片安装在调准夹具中，盖上第二个针脚对齐的蚀刻不锈钢荫罩板，该荫罩板具有大小和形状对应于分析区的特征。将该夹具放在紫外线固化系统的移动带上，在1小时中在该光源下通过45-75次。暴露于UV后，从夹具中取出基片，用乙醇1000rpm旋转洗涤，在氮气流中干燥。将暴露的基片放入0.1mM 6(11-{2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙氧基}十一烷-1-硫醇)的乙醇溶液中，室温下孵育1-24小时。最后，从组装浴中取出图案化两次的表面修饰的基片，用乙醇以1000rpm旋转洗涤，在氮气流中干燥。施加于分析区的水滴的接触前角小于47°。
然后，在室温下用含有胺反应性位点的长链聚(烷基)共聚物的溶液(1mg/mL的二氯甲烷(含有0.5％v/v吡啶)溶液)处理这些两次图案化的表面4小时。然后，用热氯仿洗涤该基片(2X)，然后用乙腈/乙醇/水(84∶13∶3)的混合物洗涤，然后将它们放在10％的氨溶液中30分钟。然后用三次水洗涤替代氨溶液，对基片进行乙醇旋转洗涤(见上)。施加于液体保留区的水滴的前接触角为84-89°。
实施例XIX在捕获芯片上纯化分析物在MALDI-TOF谱中，待分析样品的纯度和组成可显著影响分析物(如肽、蛋白质、糖、寡核苷酸等)的电离和检测。材料如盐(如氯化钠)、去污剂(如十二烷基硫酸钠SDS)、缓冲液(如TRIS)和尿素可完全抑制分析物的检测，尤其是稀释样品较多时。这些材料可能是样品固有的，或在一些样品加工步骤中引入的，需要在MALDI-TOF分析之前进行额外的纯化步骤。因此，用于此方法的现有技术通常包括反相液相色谱或固相抽提包括ZipTips，以去除这些不良污染物。当采用这些额外的样品纯化步骤时，体积保持能力在与这些加工步骤相同的洗脱液体积内的T3表面，可用于进行该分析。然而，使用液体保留区(LRZ)含有长链烷基(LCA)的X3表面可有助于检测含有这些污染物的样品中的分析物。为MALDI-TOF分析，通过在表面上对样品进行纯化和后续的集中，可以不需要额外的加工步骤(以及设备和材料)。
以下说明了用捕获芯片分析肽的实例。将酵母烯醇酶消化物(Waters Corp.货号186002325，SwissProt P00924)溶解于含有不同污染物的20％乙腈(ACN)/80％水的混合溶液。水部分共含有0.1％三氟乙酸(TFA)和以下物质之一1M氯化钠(NaCl)，1M尿素(Urea)，1M TRIS缓冲液(TRIS)和0.1％十二烷基硫酸钠(SDS)。因此，将烯醇酶消化物分别溶解于这四种溶液中，将分析物的终浓度调整为1fmol/μL。
将10μL等份的含有分析物的溶液(10fmol总分析物)施加于实施例XVIII所述X3芯片的液体保留区(LRZ)(16个位点，2×8排列)上，在该表面上孵育20分钟。平行地，将相同溶液施加于不锈钢MALDI平台(Bruker Daltonics货号26755)上，以比较效果。由于不锈钢表面的体积限制，不能施加全部10μL样品。
在X3芯片上孵育后，去除大部分溶液，然后通过移液器用0.1％TFA(3x)洗涤这些位点。使第三次洗涤后表面上残留的液体干燥，然后将2μL含有基质α-氰基-4-羟基肉桂酸(CHCA，Waters Corp.货号186002331，0.25mg/mL的乙腈/乙醇/0.1％TFA84∶13∶3溶液)的溶液施加在各位点上。该基质溶液扩散，充满了该位点的3.0mm直径。干燥后，将样品和基质浓缩到与其连接的X3位点的分析区(AZ)中。然后将样品装在准备用于MALDI-TOF分析的支架上。类似地，尝试洗涤MALDI不锈钢平板，施加基质，为MALDI-TOF分析准备平板。
在Axima CFR(Kratos Analytical by Shimadzu Biotech，Manchester，UK)上用脉冲式N2激光(337nm)、延迟抽提和加速电压20kV以阳离子模式进行MALDI-TOF分析。用半自动化方法以反射子(reflectron)模式操作该仪器，通常产生25-50光栅点/位点，20-50撞击/光栅点。采集数据并储存为所有光栅点的平均值，然后用MASCOT(http://www.matrixscience.com)以肽质量指纹(PMF)进行分析。MASCOT是搜索引擎，它采用在质谱中观察到的片段(峰)来鉴定蛋白质的一级序列。
在所有四种情况下，在不锈钢上直接分析产生无效数据。各污染物引起干扰谱，不能将谱中的真实峰与干扰峰区别开。将洁净的(即不是有意污染的)消化物直接施加于不锈钢表面导致可进行PMF的谱。相反，X3表面提供的谱信噪比(S/N)高，峰多见。图17a-17d说明在所示污染物存在下在表面上纯化后产生的谱。图17a显示了获自被1M NaCl污染的样品的结果，图17b显示了获自被1M尿素污染的样品的结果，图17c显示了获自被1M TRIS污染的样品的结果，而图17d显示了获自被0.1％SDS污染的样品的结果。X3表面的这些谱的MASCOT分析都鉴定了正确的消化蛋白质，作为概率最高的答案。这些结果说明X3表面在普通污染物的存在下无需额外纯化步骤直接分析感兴趣肽的能力。
实施例XX直接施加和分析凝胶中消化的蛋白质在凝胶中用酶消化蛋白质是蛋白质组领域中所用的常见方法。1-D或2-D电泳和染色完成后，切下凝胶块，脱色后消化，然后使游离的硫羟基还原并烷化。然后可溶解得到的肽，释放到酸性溶液中。因为此时该样品常常是稀释的并且含有污染物(如盐、小分子等)，所以在MALDI-TOF分析之前进行纯化和浓缩方案可能是有益的。进行纯化的现有方法包括液相色谱或采用固相抽提筒。液相色谱是依赖于设备的方法，市售固相抽提产品(如ZipTip)可受限于尖头-尖头性能。这种要求可能使分析成为低通量过程。因此，可能需要至少能够部分去除这些干扰污染物的样品测定表面。这种样品测定表面可提供可重复和高通量的平台，用于分析物检测和测定。
在一个具体应用中，将来自兔肌肉的磷酸化酶b(Sigma货号P6635，SwissProtP00489)溶解于18MΩ水中产生母液。然后，用该母液制备用于1-D凝胶电泳的蛋白质。因此，根据厂商方案制备Laemmli缓冲液(Bio-Rad货号161-0737)，临用前用此缓冲液稀释蛋白质母液。用预先浇铸的4-15％SDS PAGE凝胶在Tris.HCl缓冲液(Bio-Rad产品号161-1176)中以70V恒压进行凝胶电泳。运行完成后，用Gel Code Blue(Pierce产品号24590)染色凝胶过夜，然后用水洗涤。然后制备胰蛋白酶凝胶中消化所用的材料。采用市售的凝胶中胰蛋白酶消化试剂盒(Pierce产品号8987 IX)，按照厂商方案，但不对样品进行液相色谱纯化。消化的样品母液的终浓度约为7.5pmol/μL，进行稀释以产生工作溶液浓度7.5fmol/μL的25％乙腈/0.1％TFA溶液。也按照厂商方案将一部分消化的样品母液通过ZipTipμc18(Millipore货号ZTC 18M)。然后将此样品的浓度调整为7.5fmol/μL的25％乙腈/0.1％TFA溶液。然后，将此清洁的样品用于T3表面，作比较之用。
将含有分析物的溶液(10μL，75fmol总分析物)施加于实施例XVIII所述X3型的液体保留区(LRZ)，在该表面上孵育20分钟。孵育后，去除大部分溶液，然后通过移液器用10μL 0.1％TFA(3x)洗涤这些位点。使第三次洗涤后表面上残留的液体干燥，然后将2μL含有基质α-氰基-4-羟基肉桂酸(CHCA，Waters Corp.货号186002331，0.065mg/mL的乙腈/乙醇/0.1％TFA 84∶13∶3溶液)的溶液施加在各位点上。该基质溶液扩散，充满了该位点的3.0mm直径。干燥后，将样品和基质浓缩到与其连接的X3位点的分析区(AZ)中。然后将样品装在准备用于MALDI-TOF分析的支架上。
类似地，将清洁的消化物样品(10μL，75fmol总分析物)施加于T3的液体保留区(LRZ)，集中并干燥。然后，将2μL含有基质α-氰基-4-羟基肉桂酸(CHCA，WatersCorp.货号186002331，0.065mg/mL的乙腈/乙醇/0.1％TFA 84∶13∶3溶液(含有10mM柠檬酸铵))的溶液施加在各位点上。该基质溶液扩散，充满了该位点的3.0mm直径。干燥后，将样品和基质浓缩到与其连接的X3位点的分析区(AZ)中。然后将样品装在准备用于MALDI-TOF分析的支架上。
在Axima CFR(Kratos Analytical by Shimadzu Biotech，Manchester，UK)上用脉冲式N2激光(337nm)、延迟抽提和加速电压20kV以阳离子模式进行MALDI-TOF分析。用半自动化方法以反射子(reflectron)模式操作该仪器，通常产生25-50光栅点/位点，20-50撞击/光栅点。采集数据并储存为所有光栅点的平均值，然后用MASCOT(http://www.matrixscience.com)以肽质量指纹(PMF)进行分析。MASCOT是搜索引擎，它采用在质谱中观察到的片段(峰)来鉴定蛋白质的一级序列。
将样品直接施加到不锈钢表面上不能产生可分辨的谱图。10pmol样品的例子见图18c。在不锈钢上小于此浓度的所有浓度仅产生干扰谱。X3表面能够纯化肽，并将它们集中到分析区(AZ)中。如图18a所示，该谱中有许多片段峰，尤其是在m/z值大于1300道尔顿时。ZipTip/T3法也产生多峰谱图，但质量范围趋向于较低分子量(小于2000道尔顿)的物质，如图18b所示。
虽然X3方法或ZipTip/T3方法产生的谱图的外形不同，但两种方法都适用于这种类型的分析。采用T3表面时用ZipTip脱盐产生的结果是37％的观察峰与理论上推定的片段相匹配。匹配肽对应于覆盖了预计胰酶消化片段的37％序列。将凝胶中消化物直接施加于X3表面产生的谱图中，44％的峰与理论上预计的片段相匹配，即39％序列覆盖。这些值与在ZipTip上纯化后转移到MALDI样品板上的方法获得的值相当，但无需额外的样品制备步骤。
实施例XXIX3表面覆盖的质量范围扩展X3-乙腈-TFA方法将兔磷酸化酶B(Waters Corp.货号186002326，SwissProt P00489)溶解于50％乙腈(ACN)/50％三氟乙酸的混合溶液中，将该酶的终浓度调整为1fmol/μL。将含有分析物的溶液(10μL，10fmol总分析物)施加于实施例XVIII所述X3型表面的液体保留区(LRZ)，在该表面上孵育20分钟。孵育后，去除大部分溶液，然后通过移液器用10μL 0.1％TFA(2x)洗涤这些位点。使第三次洗涤后表面上残留的液体干燥，然后将2μL含有基质2，5-二羟基苯甲酸(DHB，Waters Corp.货号186002333，0.65mg/mL的乙腈/0.1％TFA溶液(含有10mM柠檬酸铵)，4∶1)的溶液施加在各位点上。该基质溶液扩散，充满了该位点的3.0mm直径。干燥后，将样品和基质浓缩到与其连接的X3位点的分析区(AZ)中。然后将样品装在准备用于MALDI-TOF分析的支架上。
X3-乙腈-MOPS方法或者，将兔磷酸化酶B(Waters Corp.货号186002326，SwissProt P00489)溶解于50％乙腈(ACN)/50％3-(N-吗啉代)丙烷磺酸(MOPS，200mM，pH6.5)的混合溶液，将终浓度调整为1fmol/μL。将含有分析物的溶液(10μL，10fmol总分析物)施加于实施例XVIII所述X3型表面的液体保留区(LRZ)，在该表面上孵育20分钟。孵育后，去除大部分溶液，然后通过移液器用10μL 20mM乙酸铵(2x)洗涤这些位点。使第三次洗涤后表面上残留的液体干燥，然后将2μL含有基质2，5-二羟基苯甲酸(DHB，Waters Corp.货号186002333，0.65mg/mL的乙腈/0.1％TFA溶液(含有10mM柠檬酸铵)，4∶1)的溶液施加在各位点上。该基质溶液扩散，充满了该位点的3.0mm直径。干燥后，将样品和基质浓缩到与其连接的X3位点的分析区(AZ)中。然后将样品表面装在准备用于MALDI-TOF分析的支架上。
T3-乙腈-TFA方法将兔磷酸化酶B(Waters Corp.货号186002326，SwissProt P00489)溶解于50％乙腈(ACN)/50％三氟乙酸的混合溶液中，将终浓度调整为1fmol/μL。将含有分析物的溶液(10μL，10fmol总分析物)施加于实施例XVIII所述T3型表面的液体保留区(LRZ)，干燥并集中到分析区中。然后，将2μL含有基质2，5-二羟基苯甲酸(DHB，Waters Corp.货号186002333，0.65mg/mL的乙腈/0.1％TFA溶液(含有10mM柠檬酸铵)，4∶1)的溶液施加在各位点上。干燥后，将样品和基质浓缩到与其连接的T3位点的分析区(AZ)中。然后将样品表面装在准备用于MALDI-TOF分析的支架上。
在Axima CFR(Kratos Analytical by Shimadzu Biotech，Manchester，UK)上用脉冲式N2激光(337nm)、延迟抽提和加速电压20kV以阳离子模式对上述样品进行MALDI-TOF分析。用半自动化方法以反射子模式操作该仪器，通常产生25-50光栅点/位点，20-50撞击/光栅点。采集数据并储存为所有光栅点的平均值，然后用MASCOT以肽质量指纹(PMF)进行分析。
在X3型表面上的两种方法都产生信噪比高的多峰谱图，但序列没有完全重叠。TFA方法产生44％序列覆盖的谱图，如图19a所示。MOPS方法产生46％序列覆盖的谱图，但更重要的是，该方法揭示了关于样品本身的新信息，如图19b所示。当组合各方法鉴定的片段时，序列覆盖提高到胰酶消化磷酸化酶B的预计片段的57％。这与施加清洁的消化样品后获自T3型表面的结果非常一致，如图19c所示。在这种情况下，序列覆盖为58％，可代表样品中容易检测的感兴趣片段。
用抗体作为捕获机制的实施例特异性分离和检测复杂溶液(如血清、混合的蛋白水解消化物、血浆等)中的分析物对各种生物、生化和化学分析方法来说很重要。抗体是可获得的选择性和灵敏度最高的工具，可容易地产生抗各种分析物的抗体。抗体形成免疫试验的基础，它们广泛用于临床化学、环境分析以及研究和开发。用抗体纯化的分析物一般需要一个或多个离线清洁步骤和浓缩步骤，然后施加于分析基片(如MALDI基片等)，这些步骤可能导致大量样品损失。
能够在一个基片上捕获分析物和进行浓缩步骤的装置可最大程度降低样品损失并提高检测能力。能特异性捕获分析物的抗体和其它配体可固定在样品递呈装置的表面上，形成捕获区。例如，可通过各种化学方法修饰X3表面，产生具有固定抗体的捕获区。然后，可用X3芯片为在单个装置上进行MALDI-MS提供选择性捕获、浓缩和递呈，这就不需要额外的加工步骤。
在一个实施例中，合成以下一系列化学物质，产生用于制备具有锚定抗体的表面的样品递呈装置的化学物质。
2-[2-(2-{2-[2-(2-十一碳-10-烯氧基乙氧基)乙氧基]乙氧基}乙氧基)乙氧基]乙醇(13)。
将六乙二醇(26.9mL，0.1mol)加入100mL圆底烧瓶，向其中加入50％氢氧化钠水溶液(1.72mL，22mmol)。将该溶液加热到100℃并搅拌30分钟。此时，逐滴加入11-溴十一碳-1-烯(4.7mL，21mmol)，继续在100℃反应18小时，直到TLC分析显示出已消耗了原材料，然后冷却到室温。真空蒸发溶剂，产生油状残余物。对此残余物进行柱色谱(SiO2，40×200mm，20％甲醇/乙酸乙酯)，然后混合含有所需产物的组分，蒸发溶剂，产生2.0g(21％)浅黄色油状13。1H NMR(400MHz，CDCl3)δ5.78(m，1H)，4.94(m，2H)，3.69-3.54(m，24H)，3.42(t，J＝7.0Hz，2H)，2.38(bs，1H)，2.01(m，2H)，1.55(m，2H)3 1.33(m，2H)，1.23(bs，10H)。
{2-[2-(2-{2-[2-(2-十一碳-10-烯氧基乙氧基)乙氧基]乙氧基}乙氧基)乙氧基]乙氧基}-乙酸叔丁酯(14)。
在无水条件下将13(2.0g，4.6mmol)加入50mL圆底烧瓶中。将其溶解于10mL无水二甲基甲酰胺，通过外部冷却到0℃。将一份氢化钠(60％的矿物油溶液，267mg，6.9mmol)加入此冰冷溶液中，在氩气、0℃下搅拌该起泡混合物10分钟。此时，逐滴加入溴代乙酸叔丁酯(1.02mL，6.9mmol)，将该反应加热到20℃8小时。TLC分析显示此时该反应不再继续。通过缓慢加入10mL水终止该反应，用50mL乙酸乙酯稀释，用水萃取(2×50mL)。用硫酸镁干燥有机层，过滤，蒸发溶剂产生油状残余物。对此残余物进行柱色谱(SiO2，40×200mm，100％乙酸乙酯)，然后混合含有所需产物的组分，真空蒸发溶剂，产生1.64g(65％)无色油状14。1H NMR(400MHz，CDCl3)δ5.79(m，1H)，4.94(m，2H)，4.00(s，2H)，3.71-3.54(m，24H)，3.42(t，J＝6.8Hz，2H)，2.01(m，2H)，1.54(m，2H)，1.45(s，9H)，1.34(m，2H)，1.24(bs，10H)。
(2-{2-[2-(2-{2-[2-(11-乙酰基硫烷基十二烷氧基)乙氧基]乙氧基}乙氧基)乙氧基]-乙氧基}乙氧基)乙酸叔丁酯(15)。
在无水条件下将14(1.64g，3.0mmol)加入50mL圆底烧瓶中，将其溶解于20mL无水甲醇。向其中加入2，2′-偶氮双(2-甲基丙脒)二盐酸盐(81mg，0.3mmol)，然后加入硫羟乙酸(715μL，10mmol)。然后用铝箔遮蔽该反应，用低压汞灯的光线处理。4小时后，TLC分析显示出已消耗原材料。真空蒸发溶剂，产生油状残余物。然后对此残余物进行柱色谱(SiO2，40×200mm，100％乙酸乙酯)，然后混合含有所需产物的组分，真空蒸发溶剂，产生1.48g(79％)无色油状15。1H NMR(400MHz，CDCl3)δ4.02(s，2H)，3.73-3.56(m，24H)5 3.44(t，J＝6.8Hz，2H)，2.86(t，J＝7.2Hz，2H)，2.32(s，3H)5 1.56(m5 4H)，1.48(s，9H)，1.25(bs，14H)。
(2-{2-[2-(2-{2-[2-(11-巯基十二烷氧基)乙氧基]乙氧基}乙氧基)乙氧基]-乙氧基}乙氧基)乙酸(16)。
将15(2.0g，3.2mmol)加入装有特氟龙/硅隔板帽的20mL棕色瓶，将其溶解于3 N甲醇化氯化氢(5mL，15mmol)，加热到50℃。将该溶液保持在50℃ 2小时。然后真空去除溶剂，然后将残余物溶解于5mL 50％氢氧化钾水溶液与甲基亚砜(1∶1)(在加入残余物之前已脱氧)。在室温下搅拌该混合物1小时，然后真空蒸发溶剂，产生1.6g(95％)澄清油状16。该化合物不需要进一步色谱纯化。1H NMR(400MHz，CDCl3)δ9.98(bs，1H)，4.14(s，2H)，3.74-3.57(m，24H)，3.44(t，J＝6.8Hz，2H)，2.51(q，J＝7.2，2H)，1.57(m，4H)，1.32(t，J＝7.6Hz，1H)，1.26(bs，14H)。
实施例XXII制备图案化的样品递呈装置(X3方式，NHS(N-羟基琥珀酰亚胺)实施例)用基于抗体的捕获区制造样品递呈装置的过程中，可首先制备具有为接受和锚定抗体修饰的捕获区的装置。然后，可根据具体应用，用特定抗体定制预制造的样品递呈装置。预制造的样品递呈装置可用于大量生产过程，以最大程度降低制造成本。例如，首先可产生大量预制造的样品递呈装置，然后可用特定类型的抗体定制选择的生产批次。在另一应用中，可将预制造的样品递呈装置提供给最终用户。然后，最终用户可通过将特定抗体锚定在该样品递呈装置的捕获区中定制该预制造的样品递呈装置。
下面描述了产生预制造的样品递呈装置的方法实例。在此实例中，用NHS-酯基衍生样品递呈装置上的捕获区，使它们可用于锚定抗体。如实施例XIII所述制备24个表面修饰的基片，安装在定制的调准夹具中，盖上针脚对齐的蚀刻不锈钢荫罩板(0.002英寸)，该荫罩板具有大小和形状对应于液体保留区的特征。将该夹具放在装有低压汞灯光源(能量密度为120W/cm2)的空气冷却的紫外线固化系统的移动带上，在1小时中在该光源下通过45-75次。暴露于UV后，从夹具中取出基片，用乙醇以1000rpm旋转洗涤，在氮气流中干燥。将暴露的基片放入含有5％16和95％6(总硫醇浓度为0.1mM)的乙醇混合溶液中，室温下孵育1-24小时。从组装浴中取出图案化的表面修饰的基片，用乙醇以2400rpm旋转洗涤，在氮气流中干燥。
将图案化的表面修饰的基片安装在定制的调准夹具中，盖上第二个针脚对齐的蚀刻不锈钢荫罩板，该荫罩板具有大小和形状对应于分析区的特征。将该夹具放在紫外线固化系统的移动带上，在1小时中在该光源下通过45-75次。暴露于UV后，从夹具中取出基片，用乙醇1000rpm旋转洗涤，在氮气流中干燥。将暴露的基片放入0.1mM 9的乙醇溶液中，室温下孵育1-24小时。最后，从组装浴中取出图案化两次的表面修饰的基片，用乙醇以1000rpm旋转洗涤，在氮气流中干燥。
然后，在25mM磷酸盐缓冲液，pH8.0中孵育这些两次图案化的表面15分钟。然后从缓冲溶液中取出这些两次图案化的表面，用含有1-[3-(二甲基氨基)丙基]-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC；0.4M)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS；0.1M)的水溶液在室温下处理60分钟。然后用UHP水洗涤该基片，然后用丙酮洗涤，用氮气流吹干。入射余角(grazing-angle)FTIR(～1742cm-1)证实存在NHS酯基，如图20所示。
实施例XXIII从缓冲液和稀释的血清样品中固定抗体和检测抗原以下描述了固定抗体以在样品递呈装置上形成捕获区并用它们特异性捕获和检测复杂混合物中的人类肽激素的例子。溶解抗人促肾上腺皮质激素(ACTH)的C-末端(氨基酸18-39；Serotech，P/N MCA2000)或N-末端(氨基酸1-24；Biodesign P/NE54057M)部分的单克隆抗体以及非特异性小鼠免疫球蛋白(IgG；Chemicon，P/NPP100)制剂，使其在含有25mM磷酸钠，pH8.0和0.1％吐温-20的缓冲液中的终浓度为0.5mg/mL。
将10μL抗体溶液施加在实施例XXII所述X3芯片的液体保留区上，在相对湿度(RH)维持在100％的小室中孵育60分钟。通过喷药瓶用含有0.05％吐温-20(TBS/吐温)的过量Tris-缓冲盐溶液洗掉芯片上的抗体溶液。通过温和振荡取出位点上过量的洗涤溶液，然后将10μL含有0.1％吐温-20的50mM乙醇胺(Sigma P/N E9508)，pH9.0溶液施加于这些位点，在100％RH下孵育30分钟(此过程能终止任何剩余的活化NHS基团并防止它们共价结合于其它材料)。孵育后，通过喷药瓶用TBS/吐温洗掉乙醇胺溶液，如上所述。然后用5μL含有0.5％吐温-20的1％牛血清白蛋白(BSA；Sigma P/N A3059)溶液处理各位点，以封闭所有非特异性结合位点，然后加入分析物。让BSA溶液在芯片上以100％RH孵育30分钟，然后如上所述洗涤。
将5μL等份的ACTH肽(全长、氨基酸1-39，Bachem P/N H-4998；或C末端，氨基酸18-39，Bachem P/N H-1215)在10％兔血清或TBS/吐温中的稀释液施加在各位点上，肽浓度为2nM-100nM。将这些肽在该芯片上以100％RH孵育30分钟，然后用TBS/吐温洗涤，再用UHP水洗涤，都采用喷药瓶。然后在氮气流中干燥该芯片。将2μL含有基质2，5-二羟基苯甲酸(DHB；Bruker Daltonics P/N 203074)，0.5mg/mL的乙腈/乙醇/0.1％TFA溶液(含有10mM二代柠檬酸铵)(84∶13∶3)施加在各位点上。该基质溶液扩散，充满了该位点的3mm直径。干燥后，将样品和基质浓缩到与其连接的X3位点的分析区(AZ)中。然后将该芯片装在准备用于MALDI-TOF分析的支架上。
在Axima CFR(Kratos Analytical by Shimadzu Biotech，Manchester，UK)上用脉冲式N2激光(337nm)、延迟抽提和加速电压20kV以阳离子模式进行MALDI-TOF分析。用半自动化方法以反射子模式操作该仪器，通常产生25-50光栅点/位点，20-50撞击/光栅点。采集数据并储存为所有光栅点的平均值。评价谱图中预计m/Z处是否存在独特的峰。
在固定了抗ACTH C末端的单克隆抗体(mAb)的位点上不难用MALDI-TOF分析检测用10％兔血清稀释到终浓度10nM的两种ACTH肽。从位点的谱图中可以看出，非特异性小鼠IgG没有捕获到任何ACTH肽。当10％兔血清施加于不锈钢平板时，无论其是否含有额外的ACTH肽，都不能获得有用的MALDI-TOF谱。
各ACTH肽在TBS/吐温缓冲液中的连续稀释液的应用进一步说明在这些X3芯片上进行抗原捕获和检测的特异性和灵敏度。图21显示抗体/抗原配对可以检测2nM浓度的肽，而不匹配对的谱显示高浓度(100nM)溶液都没有肽结合。采用抗ACTH C末端抗体捕获区时，对于ACTH 18-39(C末端)和ACTH 1-39(全长)肽，低至2nM的抗原浓度就能产生阳性检测。采用抗ACTH N-末端抗体捕获区时，当与ACTH18-39(C-末端)肽抗原配对时，如期获得阴性结果，即使肽浓度高达100nM。采用抗ACTH N-末端抗体捕获区时，当与ACTH 1-39(全长)肽抗原配对时，如期获得阳性结果，即使肽浓度低至2nM。在捕获区上采用非特异性小鼠IgG抗体的对照组中，ACTH18-39(C末端)肽和ACTH 1-39(全长)肽都如期产生阴性检测，即使浓度高达100nM。这些数据表明，该装置高度灵敏，能够检测低浓度(如2nM)抗原。同时，该装置对假阳性结果具有高度耐受性，如即使抗原浓度非常高(如100nM)时的阴性检测所示。
这些结果说明此X3表面能够固定抗体和利用这些抗体特异性和灵敏地检测复杂混合物中的生物分子，而无需单独的纯化或浓缩步骤。
利用固定的金属离子作为捕获机制的实施例在另一变型中，可将金属离子装载到捕获区上，提供用于捕获特定分析物的选择性结合界面。通过将合适金属离子加载到捕获区中，可以在捕获区形成固定的金属亲和色谱(IMAC)表面。
在一种变型中，将铁(即Fe(III))加载到捕获区中。在另一变型中，将镍(即Ni(II))加载到捕获区中。加载金属的捕获区可用于捕获选择的分析物的各种应用。在一个实施例中，用捕获区上加载了Fe(III)的样品递呈装置捕获磷酸化肽。在另一实施例中，用捕获区上加载了Ni(II)的样品递呈装置捕获His标记的物质。阅读了本公开内容的本领域普通技术人员应理解，可将各种金属选择性加载到样品递呈装置的捕获区上，然后用这些离子捕获相应的生物物质、生化物质和/或化学物质，以进行分析和/或加工。
例如，具有加载了金属的捕获区的样品递呈装置尤其可用于蛋白质组学研究。许多蛋白质组学研究特别搜索参与疾病通路的蛋白质翻译后修饰的差异。所述修饰之一是蛋白质磷酸化，蛋白质磷酸化可用于打开或关闭通路。分离磷酸肽和蛋白质的常用方法是固定的金属亲和色谱(IMAC)。然而，IMAC方法一般是烦琐和/或昂贵的，通常需要多个样品液体转移步骤。如果采用具有加载了金属的捕获表面的样品递呈装置，用户能够最大程度减少样品转移和/或提高靶分子检测能力。在一个实施例中，用含有金属离子的X3表面螯合磷酸肽或蛋白质，然后洗掉未结合的物质。然后，可洗脱螯合的磷酸化样品，与基材共结晶，以进行MALDI-MS。这可减少全部样品处理步骤，因此能最大程度降低样品损失和污染的风险。
在另一变型中，构建样品递呈装置，使它的捕获区中具有另一IMAC表面。在一个实施例中，将预制造的样品递呈装置转变为加载了Ni(II)的表面。可用得到的样品递呈装置捕获样品溶液中的His标记物质。常常将His标记掺入重组蛋白以易于纯化。广泛洗涤所有未结合物质后，用各种方法(如过量咪唑或在酸性条件下等)洗脱结合的蛋白并分离。因此，可用X3 IMAC表面捕获His标记的蛋白质，以排除没有His标记的蛋白质。
本领域普通技术人员通过阅读本公开内容应理解，本文所述方法可用于制备捕获所选择物质(如磷酸化酪氨酸、His标记的物质等)的各种装置的表面，以进行进一步加工或分析。此外，也考虑到，可将其它金属(如Zn、Cu等)加载到捕获区上，提供用于捕获特定分析物的选择性结合界面。
在一个实施例中，合成以下一系列化学物质，产生用于制备具有为接受和锚定所选金属离子构建的捕获区的预制造的样品递呈装置的化学物质。
1，2，3，4，5-五氟-6-十一碳-10-烯氧基甲基-苯(17)。
在氩气下将10-十一碳烯醇(5.11g，30mmol)加入干燥的200mL圆底烧瓶，加入30mL无水四氢呋喃(THF)。将得到的溶液冷却到0℃，逐滴加入叔丁氧钾(14.67g，200mmol)在60mL THF中的溶液。在氩气、0℃下搅拌该混合物90分钟。向冷却、搅拌过的溶液中逐滴加入2，3，4，5，6-五氟苄基溴(5.07mL，36mmol)，使该反应在0℃继续进行90分钟。通过缓慢加入30mL水终止该反应，通过旋转蒸发溶剂将溶液的总体积减少到～30-40mL。然后用乙酸乙酯稀释到200mL，然后用盐水(1×200mL)和水(2×200mL)萃取。用硫酸镁干燥有机层，过滤，蒸发溶剂产生油状17。该残留物即可用于后续反应。
硫代乙酸11-五氟苯基甲氧基-十一烷基酯(18)。
将17(10.52g，30mmol)和硫代乙酸(10.72mL，150mmol)加入干燥的夹套式250mL光反应容器中。将它们溶解于150mL无水甲醇，然后加入2，2′-偶氮双(2-甲基丙酰胺)二盐酸盐(814mg，3mmol)。打开UV灯，在氩气下照射该混合物4小时(同时恒定地搅拌)。连续冷却该反应(水夹套)，在光反应过程中将温度维持在38℃以下。使该反应容器冷却到室温，蒸发溶剂产生浅黄色油状物。对该油状物进行硅胶色谱(41×300mm，1％乙酸乙酯/己烷，每两个柱体积后增加1％的乙酸乙酯浓度)，收集含有所需产物的组分，混合，真空蒸发溶剂，产生3.74g(29％，两步)无色油状18。1HNMR(400MHz，CDCl3)δ4.46(pt，2H)，3.46(t，2H)，4.16(t，J＝6.8Hz，2H)，2.85(t，J＝6.0Hz 2H)，2.31(s，3H)，1.72(m，2H)，1.56(m，2H)，1.24-1.36(宽m，14H)。
11-五氟苯基甲氧基-十一烷-1-硫醇(19)。
40mL棕色瓶装有具有特氟龙线纹的硅隔板，向其中加入18(1.55g，3.6mmol)。溶解于10mL 4.9 N乙醇化氯化氢，将得到的溶液加热到40℃ 2.5小时。然后，真空蒸发溶剂，产生无色油状残余物。对该残余物进行硅胶色谱(41×450mm，5％乙酸乙酯/己烷)，收集并混合含有所需产物的组分。真空蒸发溶剂，得到144mg(10％)无色油状19。1H NMR(400MHz，CDCl3)δ4.46(pt，2H)，4.17(t，J＝6.4Hz，2H)，2.51(dd，J＝7.6，14.6Hz，2H)，1.74(m，2H)，1.58(m，2H)，1.34(t，1H)，1.21-1.30(宽m，14H)。
实施例XXIV制备图案化的样品递呈装置(X3，C15-CO2H实施例)如实施例XIII所述制备24个表面修饰的基片，安装在定制的调准夹具中，盖上针脚对齐的蚀刻不锈钢荫罩板(0.002英寸)，该荫罩板具有大小和形状对应于液体保留区的特征。将该夹具放在装有低压汞灯光源(能量密度为120W/cm2)的空气冷却的紫外线固化系统的移动带上，在1小时中在该光源下通过45-75次。暴露于UV后，从夹具中取出基片，用乙醇以1000rpm旋转洗涤，在氮气流中干燥。将暴露的基片放入含有5％16-巯基十六酸和95％19(总硫醇浓度为0.1mM)的乙醇混合溶液中，室温下孵育1-24小时。从组装浴中取出图案化的表面修饰的基片，用乙醇以2400rpm旋转洗涤，在氮气流中干燥。
将图案化的表面修饰的基片安装在定制的调准夹具中，盖上第二个针脚对齐的蚀刻不锈钢荫罩板，该荫罩板具有大小和形状对应于分析区的特征。将该夹具放在紫外线固化系统的移动带上，在1小时中在该光源下通过45-75次。暴露于UV后，从夹具中取出基片，用乙醇1000rpm旋转洗涤，在氮气流中干燥。将暴露的基片放入0.1mM 9的乙醇溶液中，室温下孵育1-24小时。最后，从组装浴中取出图案化两次的表面修饰的基片，用乙醇以1000rpm旋转洗涤，在氮气流中干燥。
实施例XXV制备NHS芯片，然后连接于NTA(次氮基三乙酸)配体用10％氨溶液洗涤如实施例XXIV所述具有酸性基团的X3表面5分钟，然后用水冲洗。然后，用氮气流干燥该表面。向各孔中加入20μL含有0.1％(v/v)辛基-β-葡糖苷(OBG，Pierce 28310)的25mM磷酸钠(Sigma S9763)pH8，继续孵育10分钟。然后通过移液器用10μL 0.1％OBG(v/v)洗涤该表面两次。然后通过加入10μL 50mMNHS(Pierce 24500)溶液和200mM EDC(Pierce 22981)在0.1％OBG中的溶液并孵育20分钟使酸性基团与NHS反应。然后，通过移液器用10μL 0.1％OBG(v/v)洗涤该表面两次。下一个步骤包括将表面上形成的NHS酯与螯合配体反应。将10μL 20mMAB-NTA(Dojindo A296)在25mM磷酸钠缓冲液(含有0.1％OBG)pH8中的溶液施加在该表面上并孵育30分钟。然后，通过移液器用10μL 0.1％OBG(v/v)洗涤该表面两次。
实施例XXVI将Fe(III)加载到NTA表面上，然后施加样品下一步是引入其中会发生金属螯合的缓冲液。因此，用10μL 100mM AcOH(乙酸)的0.1％OBG溶液洗涤该表面两次。然后，通过施加10μL 1mM FeCl3(SigmaF-1513)在1mM AcOH～pH3(含有0.1％OBG)中的溶液并孵育10分钟来加载该金属。重要的是使FeCl3溶液保持新鲜，因为它会随时间氧化。加载金属10分钟后，用10μL 100mM AcOH的0.1％OBG溶液洗涤该表面2次，然后用10μL 100mM AcOH的0.1％OBG溶液(含有1M尿素)(Stratagene 300191)洗涤一次。然后将该样品施加于同一溶液中，孵育20分钟。然后用10μL样品缓冲液洗涤该表面一次，然后用10μL100mM AcOH洗涤两次。然后空气干燥该表面。再通过将2μL 1∶1 ACN(乙腈)∶0.1％磷酸溶液加入各孔从X3表面上预洗脱样品，并且干燥至中心。这使磷酸肽从Fe(III)-NTA表面上释放到溶液中，后来将该溶液浓缩至中心。这些孔干燥后，将2μL基质施加于各孔。基质组成是0.5mg/mL DHB的90∶10 ACN∶柠檬酸铵(5mM)溶液。该组成导致在整个孔中形成均一的结晶垫。
下面描述了利用加载Fe(III)的样品递呈装置从凝胶中胰酶消化物挑选出磷酸肽的示范性应用。将牛奶的β-酪蛋白(Sigma货号C6905，SwissProt P02666)溶解于18MΩ水中产生母液。然后，用此母液制备用于1-D凝胶电泳的蛋白质。因此，根据生产商方法制备Laemmli缓冲液(Bio-Rad货号161-0737)，临用前用该缓冲液稀释蛋白质母液。用预先浇铸的4-15％SDS PAGE凝胶在Tris.HCl缓冲液(Bio-Rad产品号161-1176)中以110V恒压进行凝胶电泳。运行完成后，用水彻底洗涤该凝胶，以去除大部分SDS。然后将凝胶放置在10％MeOH、7％AcOH溶液中20分钟以固定凝胶。然后用Sypro Ruby(BioRad货号170-3125)染色凝胶过夜，然后用10％MeOH、7％AcOH脱色。在暗室内用透照仪观察条带，用去除每一凝胶部分(slice)后用乙醇清洁的刀片从凝胶中切下各条带。按照已知方法(Rapid Comm.in Mass Spec.2001，75，1416-1421)在凝胶中进行胰酶消化，然而，最后不用TFA混合物提取凝胶部分，从未用Speedvac蒸发器干燥凝胶或凝胶抽提物。因此，获自凝胶中消化物的上清(20μL/部分)无需进一步纯化或浓缩即可使用。消化的样品母液的终浓度约为25fmol/μL，无需进一步稀释即可使用。
如上述方法所述制备Fe(III)-NTA表面，直到与10μL 100mM AcOH的0.1％OBG(含有1M尿素)溶液一起孵育。此时，将5μL凝胶中的消化物上清加入各孔，使每孔的总体积为15μL。在表面上孵育20分钟，其余方法如前所述。正如预计那样，如果凝胶污染物结合于表面，集中溶液没有问题。
在Axima CFR(Kratos Analytical by Shimadzu Biotech，Manchester，UK)上用脉冲式N2激光(337nm)、延迟抽提和加速电压20kV以阳离子模式进行MALDI-TOF分析。用半自动化方法以反射子模式操作该仪器，通常产生25-50光栅点/位点，20-50撞击/光栅点。采集数据并储存为所有光栅点的平均值。
如图22所示，主要峰(除880m/z处的基质束)是预计来自β-酪蛋白消化的两种磷酸肽(2064m/z和3124m/z)。不存在胰蛋白酶自身消化峰很引人注意。
在另一示范性应用中，用加载Fe(III)的X3 IMAC表面从背景胰酶消化物中挑选出磷酸肽。用如前所述的相同方法将100fmol磷酸化酶B消化物(Waters Corp.货号186002326，SwissProt P00489)和5fmol of β-酪蛋白消化物的混合物施加在X3 IMAC表面上。磷酸酶b不含磷酸化氨基酸，本文中用它作为样品污染物。如图23所示，当将混合的蛋白质消化样品溶液放置在T3表面上时，背景噪音足够高，以致于难以鉴定谱中磷酸肽的峰。T3表面不具有能捕获磷酸肽并将该磷酸肽与不需要的物质分离开的结合表面。然而，当在X3 IMAC表面上处理混合的蛋白质消化样品溶液时，显著提高了信噪比。如图24所示，X3 IMAC表面显示出对磷酸肽的强烈结合(2064m/z和3124m/z)，而在T3上捕获的谱中不能观察到这种现象(图23)。
测试加载Fe(III)的样品递呈装置用于各种浓度的磷酸化酪氨酸肽的情况，以证实该装置检测低水平含磷酸化酪氨酸的化合物的能力。将不同量的磷酸化酪氨酸肽，pp60C-SRC羧基末端磷酸调节肽(Bachem，H-3258)加载到按照上述方法加载了Fe(III)的X3 IMAC上。用Axima CFR获得了良好的灵敏度，如图25所示。
实施例XXVII将Ni(II)加载到NTA表面上，然后施加样品在此实施例中，在0.1％OBG中发生金属螯合。通过施加10μL含有0.1％OBG的10mM NiSO4·6H2O(Sigma 227676)溶液并孵育10分钟加载该金属。加载金属10分钟后，用10μL 0.1％OBG洗涤该表面一次，然后用10μL 10mM HEPES(4-(2-羟乙基)-1-哌嗪乙烷磺酸；Sigma H-4034)pH7.4、150mM NaCl(Calbiochem 567441)和0.1％OBG洗涤2次。然后将该样品加入5μL相同溶液中，孵育20分钟。再用10μL样品缓冲液洗涤该表面3次，用10μL水洗涤两次。然后空气干燥该表面。然后通过向各孔加入2μL 1∶1 ACN∶0.1％磷酸溶液从Ni(II)-NTA表面上预洗脱样品，干燥至中心。这些酸性条件使His标记的蛋白质从IMAC表面上释放到溶液中，然后浓缩到中心。一旦这些孔干燥后，将2μL基质加入各孔。基质组成是0.5mg/mL DHB的90∶10ACN∶5mM柠檬酸铵溶液。该组成导致在整个孔中形成均一的结晶垫。
将来自牛红细胞的泛素(Sigma U-6253)和泛素、His标记重组物(Calbiochem662060)溶解于18MΩ水中，用上述HEPES缓冲液稀释至20fmol/μL。在上述方法下，将100fmol泛素和His-标记的重组变体加载到芯片上。没有发现泛素的结合(m/z～8500)，可见His标记重组泛素的强烈信号(m/z～9500，图26)。
其它递呈装置构造的实施例如上所述，本文公开的发明可应用于在表面上四处移动液体的各种图案、形状或构造。此外，可构造一个或多个表面，用于捕获分析物和/或不需要的物质。
之前讨论的一个变型是有助于液体向中心区移动的同心排列，结果是，浓缩了携带分析物的液体。在如图1a所示的一种设计中，样品递呈装置包括被边界区限定边界的两个同心圆。
样品递呈装置也可构建有三个或多个同心圆，用于使液体向中心区移动，以进行分析或加工。例如，样品递呈装置可包括三个同心圆，如图27a所示。各区域具有润湿性值，相邻区域的润湿性不同。可构建同心环，使中心圆102的表面的接触角(CA1)小于内部同心环104的表面的接触角(CA2)，CA2小于靠外的同心环106的接触角(CA3)，CA3小于边界区108的接触角(CA4)(即CA1＜CA2＜CA3＜CA4)。
此外，可修饰表面区域102、104、106中的一个或多个，以用作结合区。可构建各种结合区，用于捕获所需分析物、不想要的物质或其组合。例如，可构建第一区以捕获分析物A，可构建第二区以捕获分析物B，而可构建第三区作为分析区。在另一实施例中，构建第一区以捕获不想要的物质C，构建第二区以捕获不想要的物质D，而构建第三区作为分析区。在又一实施例中，构建第一区以捕获分析物，构建第二区以捕获不想要的物质，而构建第三区作为分析区。对于某些应用，可能需要构建具有基本不结合的表面的分析区。然而，在其它应用中，可构建具有结合表面的分析区。
在一个示范性应用中，构建具有能捕获第一种抗原的第一抗体表面的第一区，构建能捕获第二种抗原的第二抗体表面的第二区。将含有第一种和第二种抗原的样品液体加到样品递呈装置上。孵育一段时间以使抗原结合于各自的抗体表面后，洗涤样品递呈装置以去除任何残留的样品液体。然后，从第一抗体表面释放第一种抗原，使其浓缩在分析区上。然后可对第一种抗原进行进一步加工和/或测定。分析了第一种抗原后，操作人员可洗掉第一种抗原并继续加工第二种抗原。从第二抗体表面释放第二种抗原，使其浓缩在分析区上。然后可对第二种抗原进行化学加工和/或测定。
本文公开的样品递呈装置不限于上述同心表面区域。提供同心设计的实施例是为了说明本发明的各种功能。也考虑到可构建具有各种非圆形图案/形状的样品递呈装置。
图27b中显示了一种变型，其中将″液滴区″112加到类似于图1a所示的同心圆设计114中。在此结构中，提供液滴区112是为了接收递送到样品递呈装置116上的液体。液滴区112的接触角优选小于边界区118的接触角并大于液体保留区120的接触角。递送给液滴区112的液滴可向液体保留区120流动，最终在分析区122上浓缩。也可修饰液体保留区以用作捕获区。在另一变型中，构建液滴区以将样品液体提供给多个液体保留区及其对应的分析区。
在另一变型中，构建具有两个或多个液滴区134、136、138、140的样品递呈装置132，以在不同位置接收多个液滴，在它们释放到样品递呈装置132的表面上后，引导这些液滴流向分析区。说明四个液滴区结构的实施例见图27c。递送到样品递呈装置上的各种液滴可具有相同的化学组成或不同组成。而且，通过构建，样品递呈装置上的一个或多个区域可具有结合表面。例如，可修饰液体保留区141以捕获所需分析物。
图27c显示的装置尤其可用于将多种液体引入一个区域。例如，通过将反应物或催化剂依次加入液滴区，该装置可用于进行一系列化学反应。在高通量应用中，可通过用同一移液器将反应物递送到各分析区的专用液滴区上引入各反应物。例如，样品递呈芯片可具有96个分析区，液体保留区围绕着各分析区，各液体保留区可连接于各分析区专用的四个专用液滴区。可通过将96种先导化合物各自放在样品递呈装置上自己的分析区中，在此芯片上同时测定96种不同的先导化合物。可同时引入四种不同反应物中的一种或多种。由于可通过各分析区的专用液滴区将四种反应物分别加到96个分析区上，可避免通过递送移液器产生的交叉污染。而且，一旦反应完成后，可在分析中直接进行最终产物的分析(如通过质谱等)。
在又一变型中，构建如图27d所示的样品递呈装置，使其具有液体运输区，该运输区的接触角梯度或转变步骤能在样品递呈装置的表面上将液体从一个区域运输到另一区域。例如，该表面可包括六个区域(即区域1-6)142、144、146、148、150、152，相应的接触角为CA21、CA22、CA23、CA24、CA25和CA26。可构造这些区域，使CA21＜CA22＜CA23＜CA24＜CA25＜CA26。优选构建各接触区域，使其具有SAM。
在另一实施例中，构建图27e的样品递呈装置，使其具有液滴区162、液体运输区163、液体保留区164和分析区166。虽然在此具体实施例中，液体运输区仅由润湿性不同的三个区域170、172、174组成，但本领域普通技术人员应理解，液体运输区也可由四种或多种润湿性不同的区域组成。例如，可构建液体运输区，使其具有从一端到另一端的连续表面张力梯度，以致在液体运输区表面上液体接触角能够连续转变。可用这些连续梯度或多步骤转变梯度为各种目的在平表面上移动液体试剂。例如，可将两种或多种试剂从芯片上两个不同位置移动到一个位置，以便发生化学反应。在另一变型中，可用表面张力梯度分离或过滤各种化学物质或流体。例如，经过构建，一个或多个液体运输区可具有用于捕获所需分析物和/或不需要的物质的结合表面。在一种变型中，构建具有用于捕获不同抗原的抗体表面的各个部分的液体运输区。然后，可用样品递呈装置过滤沉积在液滴区162上的样品液体中不需要的抗原。在另一变型中，使液体运输区163适应一种或多种色谱表面/区域(如离子交换表面、反相表面等)。
在一种变型中，样品递呈装置包括多个不同大小的多个并列区域，各自具有特定目的(如样品加载、样品纯化/捕获、液体保留后浓缩到分析区和随后的分析等)。如图28a所示的一个实施例包括加工位点322、324、326、328、330、332的8×12阵列(图28a中仅显示了96个加工位点的一部分)。图28b显示了图28a的样品递呈装置300的单个加工位点322。样品加载区302可以包含或不包含用于加工样品的功能化学。将液体样品从一个区域转移到另一区域的机制可以不同。可机械地移动(如通过移液器操作等)加载到样品加载区302中的样品并放入下一区域中。可通过连接区342、344、346连接上述样品递呈装置中所述的各种区域302、304、306、308，其润湿性可允许液体从一个区域流动到另一区域。在一种变型中，构建不同区域302、304、306、308、310、342、344、346，使其各自具有不同的表面张力，以促进液体从一个区域流动到另一区域。例如，可构建各加工位点332，使其具有表面张力梯度，以促进液体从加载区302流动到分析区310。在另一变型中，连接区342、344、346各自的润湿性可因化学或物理刺激(如UV辐射)而改变，以致当将加载区和下一区域之间的区域342暴露于UV辐射导致润湿性改变和随后的液体流动时，将施加于样品加载区的样品转移到下一区域304(如离子交换区)中。然后可用相似方法将样品从离子交换区304转移到反相区306中，最后转移到液体保留区308中。此时，使加工的样品浓缩到分析区310中。或者，可通过加入导致“溢出”到下一区域的溶剂使样品在区域之间移动。可重复此方法，直到纯化的样品在液体保留区308中。通过各种表面(具有不同润湿性和/或分析物结合特性)及其结构，可产生具有多种纯化、浓缩、分离和修饰能力(相对于一种或多种分析物)的样品递呈装置。
离子交换是分离和纯化蛋白质、多肽、核酸、多核苷酸和其它带电的生物分子中最常用的色谱技术之一(“在合适的时间迈出正确的一步”(The right step at the righttime)Bio/Technology，4，954-958(1986)，Bonnerjera，J.，Oh，S.，Hoare，M.，Dunhill，P.)。因此，对于各种化学分析和/或合成应用，在样品递呈装置上提供具有离子交换能力的功能区可能是有优点的。可在样品递呈装置上实施离子交换方法，它是在分析区分析样品液体之前发生的唯一活性化学过程。在另一变型中，可实施离子交换，它是在样品递呈装置上发生的一系列两个或多个化学加工步骤中的一个加工步骤。也可在具有一个或多个捕获区的样品递呈装置上实施离子交换能力。
在离子交换色谱中分离依赖于带电的溶质分子可逆地吸附于带相反电荷的固定的离子交换基团。这些离子交换基团可以是阳离子或阴离子基团，常常分为′弱′或′强′。因此，可构建样品递呈装置上的离子交换区，使其包括强阳离子官能团(如磺酸根基团)，弱阳离子基团(如羧酸根基团)，强阴离子基团(如季胺)或弱阴离子基团(如叔胺)。可通过组装含有这些官能团的各种SAM控制表面功能。可通过(例如)采用组装过程中所用的1°、2°、3°或4°组成来控制表面润湿性。
如以上实施例所示，反相色谱是可用于样品递呈装置上功能区中的另一种化学方法。可用具有出色的回收能力和分辨率的反相色谱分离具有一定程度的疏水特性的分子，如蛋白质、肽和核酸。此外，在移动相中使用离子配对修饰剂可以允许对带电溶质(如完全去保护的寡核苷酸和亲水性肽)进行反相色谱。在一种变型中，反相区会包含正烷基烃或芳香基，它们可通过疏水性相互作用而发生作用。可通过组装含有这些官能团的各种SAM控制表面功能。可通过(例如)采用组装过程中所用的1°、2°、3°或4°组成来控制表面润湿性。本领域普通技术人员通过阅读本公开内容会理解，可在样品递呈装置上应用反相区，它是在分析分析区中样品液体之前发生的唯一活性化学过程，或者它是在样品递呈装置上发生的一系列过程之一。也可在具有一个或多个捕获区的样品递呈装置上实施反相能力。
本文用离子交换区和反相区作为可能在样品递呈装置上实施的功能区/区域的例子。本领域普通技术人员通过阅读本公开内容会理解，通过修饰功能区内SAM表面上的表面化学，可对功能区进行各种其它化学处理。
此外，可根据生物分子筛选协会(SBS)形式制备这些样品递呈装置。因此，例如，可将这些位点放置在8×12阵列中，间隔9mm，产生96个单独位点待用。在图28a所示实施例中，在相对于分析区的正交位置呈45°角上产生这些位点，以提供间隔。也可产生与384-位点或1536-位点阵列相容的形式。本领域普通技术人员通过阅读本公开会理解，可构建样品递呈装置，使其具有样品加工位点的各种阵列结构。
可用具有一个或多个功能区(如离子交换区、反相区、捕获区等)的样品递呈装置加工各种生物、生化和/或化学样品。例如，可用样品递呈装置加工含有可干扰后续蛋白质/肽分析的各种物质的粗生物样品(如血清、血浆等)。具体说，样品″清洁″最近已成为以去除粗样品中不想要的、干扰性物质为目的的主要研究领域。许多现有方法包括一系列离开表面的色谱步骤，各步骤需要控制色谱的装置和加工粗样品的柱。具有一个或多个功能区以加工粗材料的样品递呈装置可允许操作人员在表面上进行色谱过程并且不需要额外仪器和工具。
额外递呈装置实施的实施例在另一变型中，递呈装置包括具有捕获区和分析区的表面。也可任选地提供围绕捕获区和分析区的边界区。构建捕获区，使其可被活化以捕获抗原。例如，可通过将化学物质或生化物质(如核苷酸、肽、蛋白质等)共价结合到表面上活化捕获区。然后，可通过与样品溶液(如生物液体等)中分析物的非共价相互作用用活化表面捕获分析物。一旦所需分析物结合于捕获区后，可去除递呈装置表面上样品液体中的残余物质(如洗涤样品递呈装置表面)。
一旦去除了残余物质后，可从捕获区中释放所需分析物，然后转移到分析区中用于测定。在一种方法中，可通过化学方法(如引入化学试剂等)或物理方法(如UV辐射等)破坏分析物与活化表面的非共价键连接，因此，强迫活化表面释放分析物。然后，引导释放的分析物移动到分析区中。例如，可由捕获区和分析区的表面张力差异使释放的分析物移动到分析区中。在一个设计变型中，捕获区的表面积大于分析区，以致分析物浓缩在分析区上。一旦分析物位于分析区中后，可实施各种化学分析技术以检测/测定该分析物。在一种变型中，分析区包括基本不结合的表面。在另一变型中，分析区包括用于捕获分析物用于分析的结合表面。在另一设计变型中，可在捕获区捕获分析物之后和捕获区释放分析物之前活化分析区的结合特征。
在另一变型中，通过切割捕获区所含基团内的共价键使捕获区释放分析物。然后，可将连接于表面官能团的切割端的释放的分析物运输到分析区中用于分析或进一步加工。
本领域普通技术人员通过阅读本公开内容会理解，捕获区的活化和捕获区捕获分析物不限于上述共价和非共价结合。样品递呈装置的变型可单独或与共价/非共价结合相组合地利用离子和其它化学结合特征，以活化捕获区和在捕获区内捕获抗原。
在另一应用中，将样品递呈装置作为可定制装置递送和/或出售给第三方。构建该可定制装置，使其具有可修饰的捕获区，以便第三方可选择性修饰捕获区以捕获特定分析物用于分析。在一种变型中，使样品递呈装置上的捕获区适应能够共价结合抗体的表面。例如，可使捕获区适应包括NHS酯基的SAM表面。第三人可以是修饰样品递呈装置、然后利用定制的样品递呈装置分析和/或加工具体的感兴趣分析物的最终用户。在另一应用中，第三方可为捕获特定类型的分析物定制该样品递呈装置，然后将此定制的样品递呈装置提供或出售给其他方，其他方可能是最终用户。在另一实施例中，可使捕获区适应包括NTA配体的SAM表面。然后，第三方可利用预先制造的NTA样品递呈装置产生具有用于捕获不同生化物质的不同金属离子的样品递呈装置。
在又一变型中，在试剂盒中向用户提供了可定制的样品递呈装置，以及其它化学物质/溶液，以允许用户用特定的化学/生物物质来活化捕获区以捕获所需抗原。在一种变型中，该试剂盒包括具有可经活化以锚定抗体的捕获区的样品递呈装置，和可用于活化和锚定抗体的化学溶液。例如，该试剂盒可包括(1)芯片；(2)试剂；(3)缓冲液；(4)校准物和(5)工具。在另一变型中，该试剂盒包括具有可被活化以捕获磷酸肽的捕获区的样品递呈装置。例如，该试剂盒可包括(1)芯片；(2)试剂；(3)缓冲液；(4)校准物和(5)工具。试剂盒中也可提供如何通过将合适的化学/生化物质(如核苷酸、肽、蛋白质、单克隆抗体、铁离子等)偶联、加载和/或锚定到捕获区上从而活化捕获区的说明书。在另一变型中，试剂盒中也可提供可偶联、加载、锚定和/或连接于捕获区的一种或多种活化试剂。例如，试剂盒中可提供三种类型的单克隆抗体，因此用户可定制芯片以捕获相应抗原之一。
利用各种检测/测定机制的示范性应用如前所述，可利用样品递呈装置与各种检测或测定设备一起检测和测定各种化学、生化和/或生物样品。也可利用样品递呈装置过滤和/或浓缩化学、生化和/或生物颗粒，用于进一步加工和/或进行其它化学反应。
在一个变型中，将样品递呈装置402与根据检测反射光子进行测定(如光谱学、荧光检测等)的系统一起使用。可构建该系统，使其具有光电发射器404(如UV、可见光或IR光源等)和光检测器408(如光学传感器等)，如图29所示。
在另一变型中，将递呈装置与电离样品递呈装置402上的分析物并将电离颗粒导向检测器416的系统一起使用。例如，该系统可以是质谱仪，如图30所示。可利用反射镜412引导的激光410激发样品递呈装置402表面上的分析物，通过加速电极414加速电离颗粒，使其飞向检测器416。
在又一变型中，可构建样品递呈装置，以使光子可通过样品递呈装置本身。例如，样品递呈装置的基片402可包括一基于玻璃的层，该玻璃层上喷镀有薄金层，金上沉积了SAM层。该薄金层可允许光子透过。在一个具体应用中，样品递呈装置402与光发射器418(如IR光源等)一起使用，该光发射器能使光透射通过递呈装置402的分析区420。光检测器422(如IR光检测器等)位于递呈装置402的另一面上，以测定通过递呈装置402的光量和分析区420中分析物的位置(如测定IR吸收谱)，如图31所示。本领域普通技术人员通过阅读本公开内容会理解，其它检测和/或测定设备也可与本文所述样品递呈装置一起使用。
描述了本发明，并描绘了本发明的具体实施例。虽然根据具体变型和说明性附图描述了本发明，但本领域普通技术人员将明白，本发明不限于所述变型或附图。具体说，上述实施例并不限制分析区、液体保留区和边界区的物理安排。此外，当上述方法和步骤说明某些事件以某种顺序发生时，本领域普通技术人员将明白，可改变某些步骤的顺序，这些改变是根据本发明变型进行的。此外，可能时可在平行方法中同时进行某些步骤，也可如上所述连续进行某些步骤。因此，对于本发明的变型，它们在本公开的构思范围内或等价于权利要求书中所述的本发明，本专利也应覆盖这些变型。最后，将本说明书中引用的所有出版物和专利申请以全文纳入本文作为参考，就像各出版物或专利申请被特别和单独引入本文那样。
权利要求
1.一种样品递呈装置，其包括具有表面的基片，其中所述表面包括经构建以捕获分析物的第一区和经构建用于分析所述分析物的第二区，构建所述第一区和所述第二区，使其具有不同润湿性，以促进液体从所述第一区流向所述第二区。
2.如权利要求1所述的样品递呈装置，其特征在于，所述表面还包括第三区，构建所述第三区，使其含有所述第一区中的液体。
3.如权利要求1所述的样品递呈装置，其包括多个所述第一区和多个所述第二区，其中多个所述第一区在所述表面上分布成阵列，所述第一区各自连接于多个所述第二区中对应的区域，所述表面还包括适合分隔开所述多个第一区的第三区。
4.如权利要求1所述的样品递呈装置，其特征在于，所述基片包括自身组装单层。
5.如权利要求1所述的样品递呈装置，其特征在于，所述第一区包括抗体。
6.如权利要求1所述的样品递呈装置，其特征在于，构建所述第一区以进行色谱。
7.如权利要求1所述的样品递呈装置，其特征在于，所述第一区包括固定的Fe(III)。
8.如权利要求1所述的样品递呈装置，其特征在于，所述第一区包括固定的Ni(II)。
9.如权利要求1所述的样品递呈装置，其特征在于，所述第一区包括固定的金属亲和色谱表面。
10.如权利要求1所述的样品递呈装置，其特征在于，所述第一区适合捕获蛋白质、肽或核苷酸。
11.如权利要求4所述的样品递呈装置，其特征在于，所述第二区基本不结合。
12.如权利要求11所述的样品递呈装置，其特征在于，所述第一区包括用于捕获分析物的抗体。
13.如权利要求11所述的样品递呈装置，其特征在于，构建所述第一区以进行色谱。
14.一种分析分析物的方法，所述方法包括将所述分析物递呈到如权利要求9所述的样品递呈装置上；和检测所述分析物。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述检测过程包括对所述分析物进行激光解吸电离质谱。
16.一种分析分析物的方法，所述方法包括将所述分析物递呈到如权利要求11所述的样品递呈装置上；和测定所述分析物的化学特征。
17.一种样品递呈装置，其包括具有用于递呈用于分析的分析物的表面的基片；捕获所述分析物的部件；和集中所述分析物以进行分析的部件。
18.如权利要求17所述的样品递呈装置，其特征在于，所述基片包括自身组装单层。
19.如权利要求17所述的样品递呈装置，其特征在于，所述表面包括润湿性不同的多个区域。
20.如权利要求19所述的样品递呈装置，其特征在于，所述多个区域中至少一个包括用于捕获所述分析物的抗体。
21.如权利要求19所述的样品递呈装置，其特征在于，所述多个区域中至少一个包括固定的金属亲和色谱表面。
22.如权利要求18所述的样品递呈装置，其特征在于，所述表面适合将所述分析物集中到所述表面的基本不结合区域上。
23.一种经构建以检测样品中分析物的可定制样品递呈装置，其包括具有表面的基片，其中所述表面包括第一区和第二区，第一区适合由用户修饰以捕获分析物，第二区经构建用于接受所述捕获的分析物并递呈所述捕获的分析物以进行分析。
24.如权利要求23所述的可定制样品递呈装置，其特征在于，构建所述第一区和所述第二区，使其具有不同润湿性，以促进液体从第一区流向第二区。
25.如权利要求24所述的可定制样品递呈装置，其特征在于，所述第二区基本不结合。
26.如权利要求25所述的可定制样品递呈装置，其特征在于，所述基片包括自身组装单层。
27.如权利要求26所述的可定制样品递呈装置，其特征在于，所述第一区适合接受抗体。
28.如权利要求23所述的可定制样品递呈装置，其特征在于，所述第一区包括NHS酯基。
29.如权利要求23所述的可定制样品递呈装置，其特征在于，所述第一区适合螯合金属离子。
30.如权利要求23所述的可定制样品递呈装置，其特征在于，所述第一区包括NTA配体。
31.一种递呈分析物的方法，所述方法包括将样品液体加在表面上，其中所述样品液体包含分析物和物质(specie)；在所述表面的第一区上捕获所述分析物；去除所述表面上的所述物质；释放所述分析物；和将所述分析物集中到所述表面的第二区上。
32.如权利要求31所述的方法，还包括检测所述分析物。
33.如权利要求32所述的方法，其特征在于，检测所述分析物包括以下方法之一质谱、表面等离振子共振、荧光、原子力显微术、光谱法、生物发光、化学发光、X射线光电子光谱法、椭圆光度法、电化学检测、磷光、紫外光谱、可见光谱和红外光谱。
34.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述捕获过程还包括用抗体捕获所述分析物。
35.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述捕获过程还包括用色谱表面捕获所述分析物。
36.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述集中过程还包括通过所述表面上表面张力的变化性集中所述分析物，其中所述表面包括自身组装单层。
37.一种纯化样品液体的方法，所述方法包括将样品液体加在表面上，所述样品液体包含分析物；在所述表面的第一区中对所述样品液体进行色谱；将所述样品液体转移到所述表面的第二区上；和检测所述表面的所述第二区中的所述分析物。
38.如权利要求37所述的方法，其特征在于，进行色谱过程包括进行离子交换色谱。
39.如权利要求37所述的方法，其特征在于，进行色谱过程包括进行反相色谱。
40.如权利要求37所述的方法，其特征在于，所述表面包括自身组装单层。
全文摘要
本发明涉及用于进行分析测定的样品递呈装置。这些装置的结构能够进行各种液体处理，如保留、储存、运输、浓缩、定位和转移。此外，这些装置可增强对分析物的检测和鉴定。本发明样品递呈装置由具有润湿性不同的多个区域的一种或多种基材组成。本发明公开了用本发明样品递呈装置分析样品的方法，以及制造样品递呈装置的方法。
文档编号G01N30/00GK101014852SQ200580016450
公开日2007年8月8日 申请日期2005年5月19日 优先权日2004年5月21日
发明者C·M·贝利斯勒, J·A·沃克二世, S·M·尼古拉, D·P·德莱纳, M·J·莱维, X·赵, I·Y·陈, M·L·斯托威茨, D·P·帕奎恩 申请人:恰根科学股份有限公司