专利名称：用于分析的有盖微芯片、用于有盖微芯片的样品处理方法、用于有盖微芯片的自动样品处 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及当使用用于分析的有盖微芯片时，在有盖微芯片中分 析样品的处理方法；自动处理方法；基于该方法的自动样品处理设备； 以及应用该自动样品处理方法的生物物质分析装置。本发明还涉及应 用该处理方法进行单独分析的有盖微芯片。更具体地，本发明涉及适 用于在去除盖子的有盖微芯片中分析样品并处理样品的处理方法、自 动处理方法、与自动处理技术相符的自动样品处理设备，并且还涉及 具有用于所述处理方法的合适构造的有盖微芯片。
背景技术：
对于包括生物物质或化学物质的样品来说，当分析包含于样品中 的包括蛋白质和核酸的任何生物物质或任何化学物质以便识别它们 时，通过包括电泳和色谱法的各种分离技术之一来分离生物或化学物 质，然后将生物化验或化学化验用于表明被分离物质的性能及其数量。 在这些分析方法中，在分离生物物质或化学物质的步骤中，根据所应 用的分离方式，例如电泳或色谱法，而使用毛细管或柱管。在所分离 的目标物质的生物化验或化学化验中，在分离步骤之后，在各种类型 的孔板(well plate)中进行生物反应、生化反应和化学反应的测量。特别地，在样品数量本身小或需要温度控制的情况下，"微芯片" 是有帮助的，该微芯片可以通过精细处理产生小容量的通道，并将通 道整合，其压縮了需要温度控制的面积。将微芯片组合在基板的预定 布置中，其中形成具有期望平面形状的凹槽状通道和通道布置，且用 盖子覆盖这些通道，基板和盖子相互粘结或固定。提出了一种方法， 通过该方法将在微芯片中提供的凹槽状通道部分用作毛细管空间或柱 状空间，以便通过电泳或色谱法实现分离，并将提供在通道部分中的孔空间用于生物化验或化学化验(非专利文献1: Qinglu Mao等， Analyst, 124巻，637-641 (1999))。多维分析，即每个单个样品受到多个分析，适合于更精确地识别 生物物质和化学物质。例如，当蛋白质样品具有包括等电位点和分子 重量两个特征时，可以通过获得关于这两个特征的信息而不是仅依赖 一个特征来更精确地分析蛋白质。考虑到这点，提出一种设备，其中 将样品引入到微芯片中的通道中并在通道中受到相当于电泳的等电位 点分离，此后，将MALDI-MS (基质辅助激光解吸/电离质谱测定法) 施加到沿通道分离的样品上以便收集有关其点位置和分子重量的信息 (非专利文献2: Michelle L.—S.Mok等，Analyst,第129巻，109-110 (2004)和专利文献1: WO 03/071263A1)。构造该设备以使"微芯 片"自身冷却并在热电冷却器上受到温度控制，并且每个凹槽形通道 的顶部用盖子密封以便防止溶剂由于微细通道中液体的加热而蒸发， 其由伴随等电位点分离而施加的高电压引起。在诸如电泳的分离操作完成后，将盖子去除并通过加热基板或放 置在真空中使凹槽形通道中的溶剂迅速蒸发，从而使其干燥并使所分 离的蛋白质在每个点位置处固化。将合适的基质材料添加到凹槽形通 道中以便在微芯片上保持所分离的蛋白质，并沿通道进行MALDI-MS 测量以便对每个点位置进行检测。专利文献1: WO 03/071263 Alt非专利文献l: QingluMao等，Analyst, 124巻，637-641 (1999) 非专利文献2: Michelle L.-S.Mok等，Analyst,第129巻，109-110 (2004)发明公开 本发明所要解决的问题为了进一步扩展有盖"微芯片"的应用范围，对于有盖"微芯片" 来说需要以下功能，在通过诸如电泳和色谱法的分离措施在微芯片上 完成分离操作之后，盖子可以很容易地从基板部分分离，然后对通道 中分离的物质进行进一步分析的操作。在进行进一步分析操作的情况下，存在一些情况，即在下一分析 阶段或其预备阶段需要收集物质，该物质已经被通过在通道中施加各 种分离技术的分离操作提前分离。从微芯片内收集所分离物质的步骤 所涉及的问题在于对下述不利影响易敏感。首先，在釆用如下模式的情况下，g卩，将多个凹槽形通道形成在 微芯片中以构造具有多个狭窄通道(电泳通道)的微芯片，这种结构 使形成在基板中的凹槽形通道的顶面被盖子紧紧密封，从而使被紧紧 密封的通道适合于诸如电泳的分离操作，该电泳对应于利用毛细管的 常规电泳技术。作为构造这种紧密密封通道的方法，期望的是通过使 用热密封或粘结层使其中形成凹槽形通道的基板部分的顶面和盖子部 分的底面处于稳固固接状态。另一方面，在达到更稳固固接状态的情 况下，为了促使基板部分的顶面和盖子部分的底面之间剥离并随后去 除盖子部分，将外力施加到盖子部分以便强制地将其剥离，但该处理 可能引起微小的机械振动。这种微小的机械振动会促进存在于凹槽形 通道中的液体混合，因此这可以是刺激凹槽形通道中分离成窄点的目 标物质再次扩散的原因。而且，在进行盖子部分去除的时间中，随着 由液体内的浓度梯度引起的扩散的进行，某种程度上将出现凹槽形通 道中分离成窄点的目标物质的再扩散。因此，不同的狭窄通道(电泳 通道)保持相互物理分离的状态，从而可以避免狭窄通道(电泳通道) 之间的液体混合以及液体泄露、溶剂的蒸发和外来物质的侵入，但是 由去除盖子部分的特别操作引起的所分离目标物质的再扩散现象确实 发生了。
特别地，在提前分离的物质以液体样品的形式储存的情况下，当 将其提供用于进一步的分析或需要对其在液体样品状态下进行分析 时，例如在生物化验或化学化验中利用液体固定相中的生化或化学反 应的情况下，需要从微芯片内收集提前分离的原样的液体样品状态的 物质。在需要将液体反应剂添加到从微芯片内收集的提前分离物质的 液体样品中并将它们混合用于反应的情况下，利用微芯片通过分离操 作提前分离的物质被收集为用于沿通道分开的单个部分的液体样品， 然后将单个部分提供用于分析。在单独收集这些单个部分的步骤中，存在的问题在于，如果不快速完成操作，将经受以下不利的影响。由 于随着时间推移的液体中的再扩散，以液体形式分离的物质从所期望 的分离状态变成不同的状态。具体地，如果该收集操作消耗了不必要 的长时间，所分离物质的再扩散将进一步进行，其会引起所期望的分 离状态的显著偏离。而且，如果人工进行用于剥离和去除盖子部分的操作，所消耗的 时间长度随工人的技术水平而波动，并且期望的是以实现高再现性为 目的而通过自动工艺来实现用于剥离和去除盖子部分的操作。本发明将解决上述问题，因此本发明的目的在于提供以下样品处 理方法通过使用该方法，在通过使用有盖"微芯片"而应用各种分离技 术从而使待分析的样品液体受到期望的分离操作之后，在抑制所分离 目标物质再扩散的情况下可以进行用于去除固定到基板部分顶面的盖 子部分的操作，该基板部分由有盖"微芯片"构成，并且在所分离的样品以液体样品的自身状态储存的情况下，当其处于 或受到下一阶段的分析时，虽然会发生诸如液体状态的分离目标物质 的再扩散和初始分离状态的任何改变的这种"不期望现象"，通过使 用该方法，通过借助于自动设备的高再现性可以进行从"微芯片"收 集所分离目标物质的操作，同时抑制这种"不期望现象"；并且本发明的目的在于进一步提供基于该自动样品处理方法的自动样
品处理设备，和可以单独用于执行该样品处理方法的有盖"微芯片"。 解决问题的装置本发明人从事了精深的研究来解决上述问题，并获得了下述一系 列发现。首先，他们注意到"目标物质再扩散"的两个现象，它们是液体 通过由剥离和去除盖子部分的特别动作引起的微小机械振动而混合以 及由所分离的目标物质的浓度梯度导致的浓度扩散，这两个现象是与 即使在诸如电泳的分离操作完成之后仍将物质以溶液保持在形成于有 盖"微芯片"中的通道中的这种情形关联的。由此，本发明人发现设 置为其中难以发生物质内部迁移的固相状态中而取代保持溶液状态， 将显著防止"目标物质再扩散"的两个现象。具体地，已经发现，在 完成诸如电泳的分离操作之后，进行快速冷却保持在通道中的溶液的 操作，以便使包含其中的水溶剂冷冻，然后在保持这种冷冻状态同时 进行剥离和去除盖子部分的操作，由此可以避免由微小的机械振动引 起的液体混合和由所分离的目标物质的浓度梯度引起的浓度扩散。此外，本发明人发现，在有盖"微芯片"中，其中形成于基板部 分中的凹槽形通道的截面形状为上边比底边长的梯形或上边和底边相 等的矩形，并且与盖子部分的底表面接触的、冷冻态的部分样品(上 边)每单位通道长度的粘结强度Pt。p超过了与基板部分的侧壁面接触的 部分样品(下边和两个侧面)每单位通道长度的粘结强度Pb。f，冷冻 态的样品离开基板部分的侧壁面并转化成粘结到盖子部分底表面的状 态。本发明人发现，通过利用这种情形，可以将冷冻的样品以粘结到 将被去除的盖子部分的底表面的状态从"微芯片"中取出。更具体地， 首先，为了以持续的冷冻状态在通道中放置电泳或其他方式分离的样 品，将整个有盖"微芯片"保持在远在冰点之下的低温条件下。甚至 在室温或室温附近具有足够粘结强度的盖子-基板接触面在低温下迅速 大量丧失它们的粘结强度，有时甚至跌至冷冻态样品所显示的粘结强 度以下。在这种情况下，当在盖子-基板接触面之间的界面处进行剥离 时，在冷冻态的样品和盖子部分的底表面之间不会发生剥离。本发明 人还发现，当与盖子部分的底表面接触的、冷冻态的部分样品(上边) 每单位通道长度的粘结强度pt。p超过了与基板部分的侧壁面接触的部 分样品(下边和两个侧面)每单位通道长度的粘结强度Pb。tt。m时，冷冻 态样品离开基板部分的侧壁面并转化成粘结到盖子部分底表面的状 态。还发现，取代通过使用热密封或粘结层以更牢固的粘结状态设置 其中形成凹槽形通道的基板部分的顶面和盖子部分的底表面，通过将 机械的外部压力施加到其中形成凹槽形通道的基板部分的顶面和盖子 部分的底表面来保持密封性能，以便仅加强微弱的粘结，而不是在这 种机械的外部压力撤销时发生类似的情形。本发明人还发现，由于冷冻的样品溶液具有固体的优点且因此更 容易处理，因此冷冻的样品溶液可以分成单个的部分，并且每个部分 可以被传输到预定的位置以便进行进一步处理。基于以上发现，本发明人通过验证完成了本发明在形成于有盖"微芯片"的基板部分中的凹槽形通道的截面形状 为上边比下边长的梯形或上边与下边相等的矩形的情况下，与盖子部 分的底表面接触的、冷冻态的部分样品(上边)每单位通道长度的粘 结强度pt。p超过了与基板部分的侧壁面接触的部分样品(下边和两个侧 面)每单位通道长度的粘结强度pw，可以进行操作，以便去除粘结并固定到具有样品的有盖微芯片中 的基板部分顶表面的盖子部分，该样品已经在形成于基板部分中的凹 槽形通道中被分离，以基本冷冻的状态保持粘结在盖子部分的底表面 上，通过使保持在通道中的已分离液体受到使所含溶液冷冻的操作， 在进行期望的分离操作之后，对将要通过利用形成于有盖微芯片 中的通道而分析的液体样品施加诸如电泳的分离方法，并且进行剥离和去除盖子部分的操作，该盖子部分密封形成于基板部
分中的凹槽形通道的顶表面，在以基本冷冻的状态保持在通道中分离的样品的同时； 还包括将冷冻态的样品分成单个部分，将其传输到预定位置并进行进一步处理；并且这一系列操作可以是自动的。由此，根据本发明的有盖微芯片为 该微芯片特征在于-形成于该有盖"微芯片"基板部分中的凹槽形通道的截面形状为 上边比下边长的梯形或上边和下边相等的矩形；且该微芯片包括由这 种材料构成的盖子和基板与盖子部分的底表面(上边)接触的、冷冻态的样品处的部分(上 边)的每单位通道长度的粘结强度pt。p超过了与基板部分的侧壁面接触 的样品处的部分(下边和两个侧面)的每单位通道长度的粘结强度 PboUom o此外，根据本发明的处理有盖微芯片中的样品的方法为 在对将要被分析的液体样品通过利用形成于有盖微芯片中的通道 施加预定分离技术而进行期望的分离操作之后，该方法用于处理保持 在形成于有盖微芯片中的通道中的已分离液体样品，特征在于所述有盖微芯片具有如下结构，其中形成于其基板部分中的凹槽 形通道和密封该基板部分顶表面的盖子部分已经以预定布置达到了粘 结在一起的状态，以便使基板部分的顶表面和盖子部分的底表面牢固 地彼此粘结，在通过利用形成于有盖微芯片中的通道对将被分析的液体样品完 成期望的分离操作之后，本方法包括以下步骤冷却步骤，其中使保持在通道中的已分离液体样品受到冷冻操作， 该冷冻操作通过冷却所述有盖微芯片的基板部分使包含其中的水溶剂 冷冻以便实现冰点或冰点以下的预定低温条件；剥离盖子部分的步骤，其目的在于，通过保持所述有盖微芯片的
基板部分在预定的低温下，使样品以粘结到盖子部分底表面的状态离 开凹槽形通道，同时将所分离的样品保持在持续冷冻的状态下，通过将外力施加到盖子部分的端部以使盖子部分的底表面与基板 部分的顶表面剥离，来进行从基板部分剥离并去除盖子部分的操作， 以便在保持与预定阈值Req2相关的条件的同时，进行释放粘结强度的 操作，该粘结强度使基板部分的顶表面和盖子部分的底表面彼此紧密 接触并以预定布置达到粘结状态，该条件是指由进行剥离处的界面上 盖子部分局部弯曲而显示出的曲率半径R大于所述阈值Req2(R〉Req2); 以及分离盖子部分的步骤，其中，在所述剥离步骤结束之后，以如下 方式进行传输和翻转操作，将通过释放与基板部分的顶表面的粘结和 固定而分离的盖子部分传输远离基板部分的顶表面，同时保持一种状 态，在该状态下所述分离样品基本处于冷冻状态并保持与盖子部分的 底表面粘结的状态，然后将盖子部分的顶表面和底表面颠倒翻转过来， 将所分离的盖子部分保持在使处于基本冷冻状态的粘结到盖子部分的 底表面的被分离样品露在其表面上的布置；其中这一系列步骤顺次进行。其也可以是自动样品处理方法，其 中这一系列步骤自动进行。在该方法中，通过利用形成于有盖微芯片 中的通道对将被分析的液体样品施加的分离操作包括电泳和液相色谱 法，例如，电泳，特别是等电子聚焦是合适的。而且，根据本发明的处理有盖微芯片中的样品的方法也可以具有 以下构成在所述用于拆卸盖子部分的步骤完成之后， 该方法还包括分段步骤，其中在保持通过施加预定的分离技术而分离的、保持 在基本冷冻状态的样品粘结到盖子部分底表面的状态的同时，通过将 样品从形成于基板部分中的凹槽形通道分离来收集该样品，然后将所 分离的样品沿所述通道分段成多个片段，由此使在形成于基板部分中的凹槽形通道中分离成斑点状(spotpoint)的成分物质包含在所述多个片段的任一个中；以及处理片段再溶解的步骤，其中包含在与所述分离样品的一部分相 应的多个片段的任一个中的、处于冷冻状态的每个样品片段分别受到 再溶解处理，以便准备每个片段化的样品液体。这一系列步骤也可以 自动进行。而且，根据本发明的用于有盖微芯片的自动样品处理设备为 在将被分析的液体样品通过施加利用形成于有盖微芯片中的通道 的预定分离技术而受到期望的分离操作之后，所分离的液体样品保持 在形成于有盖微芯片中的通道中，该用于自动处理的设备特征在于，所述有盖微芯片具有如下结构，其中形成于其基板部分中的凹槽 形通道和密封基板部分顶表面的盖子部分已经以预定布置达到粘结在 一起的状态，以致基板部分的顶表面和盖子部分的底表面彼此紧密地 粘结，该设备包括以下提供于有盖微芯片的系统，在该有盖微芯片中已 经通过利用形成于该有盖微芯片中的通道完成了将被分析的液体样品 所期望的分离操作用于冷却基板部分的系统，该系统适合于与所述有盖微芯片的基 板部分接触布置的装置；用于冷却系统的控制单元，该单元能够通过将基板部分冷却系统 以接触基板部分的布置安装来冷却，从而至少将基板部分保持在冰点 或冰点以下的预定低温条件；用于固定基板部分的系统，该系统能够以接触所述基板部分冷却 系统的布置固定所述有盖微芯片的基板部分；用于施加外力的系统，该系统具有对盖子部分的端部施加外力的 功能，该外力具有基本垂直于基板部分顶表面的方向上的分量，以便 释放使基板部分的顶表面与盖子部分的底表面彼此紧密接触并由此达 到预定布置的粘结状态的粘结强度；用于传输盖子部分端部的系统，该系统能够在通过所述外力施加 系统将外力施加到盖子部分的端部的同时，在基本垂直于基板部分的 顶表面和盖子部分的底表面之间的接触界面的方向上传输盖子部分的 端部；用于控制传输盖子部分端部的速度的系统，该系统具有控制盖子 部分端部的传输速度的功能，以便在通过使用外力施加系统和盖子部 分端部传输系统将盖子部分的底表面从基板部分的顶表面剥离的工艺 中，该系统同时对所述盖子部分的端部工作，由进行剥离处的界面上 盖子部分局部弯曲而显示出的曲率半径R保持在一种条件下，其与预 定的阈值Req2有关，即曲率半径R大于所述阈值Req2 (R>Req2);用于分离被分离盖子部分的系统，该系统具有如下功能，在将盖 子部分从基板部分的顶表面剥离的操作结束之后，该系统保持通过释 放粘结固定而从基板部分顶表面分离的盖子部分，将其传输远离基板 部分的顶表面，然后将盖子部分的顶表面和底表面颠倒翻转，以便使盖子部分的底表面向上露出；并且该设备进一步包括用于控制其自动操作的系统，该系统具有使完 成一系列操作的每个系统的动作根据预定的工艺程序自动完成的功 能。在这种情况下，通过使用形成于有盖微芯片中的通道对将被分析 的液体样品施加的分离操作包括电泳和液相色谱法，例如，电泳，特 别是等电子聚焦是合适的。而且，根据本发明的用于有盖微芯片的自动样品处理设备也可以具有以下结构除上述每个系统之外，该设备还包括用于分段的系统，该系统具有将处于基本冷冻态的样品切割成片 段的功能，其中，对于通过施加预定的分离技术而分离的样品来说， 该样品保持基本冷冻的状态，通过将样品与形成于基本部分中的凹槽 形通道分离来收集样品，同时保持其处于粘结到盖子部分底表面的状 态，将已分离的样品分段成属于所述通道的多个片段，以便准备处于 基板冷冻态的多个样品片段，以及用于处理片段再溶解的系统，该系统具有分布功能和热再溶功能， 其中将通过利用所述用于分段的系统分段所分离的样品而制备的处于 基本冷冻态的多个样品片段的每一个分布到多井样品板的每个井，然 后使每个样品片段受到再溶解处理以制备每个片段样品的液体。本发明还提供一种样品分析方法，其中，在通过利用有盖微芯片 的诸如电泳的分离技术而进行的分离操作完成之后，通过对根据本发明的具有上述结构的有盖微芯片施加自动样品处 理方法，在剥离并去除密封基板部分顶表面的盖子部分的步骤中，通过将 样品从形成于基板部分中的凹槽形通道中分离来收集保持在基本冷冻 态的、通过施加诸如电泳的分离技术而分离的样品，同时将其保持在 粘结到盖子部分底表面的状态；在剥离并去除密封基板部分顶表面的盖子部分的步骤进行之后， 该剥离和去除步骤在借助于诸如电泳的分离操作之后，将保持在基本 冷冻态的、通过施加诸如电泳的分离技术而分离的样品沿所述通道分 段成多个片段；然后对每个片段进行分析操作，例如生物化验或化学化验。因此，在选择电泳作为分离技术的情况下，根据本发明的样品分 析方法为用于分析生物样品的方法，其中，在通过利用形成于有盖微芯片 中的通道使要被分析的液体样品受到期望的操作之后，在电泳分离的 保持在形成于有盖微芯片内的通道中的液体样品之外，将所述通道上 分离的成分物质点沿通道分成多个片段，然后进行片段中所包含的点 分离成分物质的生物化验或化学化验，特征在于所述有盖微芯片具有如下结构，其中其基板部分中形成的凹槽形 通道和密封基板部分定表面的盖子部分已经以预定布置达到粘结在一 起的状态，以使基板部分的顶表面和盖子部分的底表面彼此紧密地粘 结，该方法包括
收集步骤，其中，在通过利用形成于有盖微芯片中的通道对要被分析的液体样品完成期望的电泳分离操作之后，根据用于具有上述结构的有盖微芯片的自动样品处理方法，将通过密封紧密覆盖基板部分顶表面的盖子部分剥离并去除出去，然后通过将样品在保持粘附于盖子部分底表面的状态的同时将其从形 成于基板部分的凹槽形通道中隔离出来，从而收集保持在基本冷冻状 态的电泳分离样品；用于分段的步骤，其中将保持在基本冷冻状态的电泳分离样品沿 所述通道分段成多个片段，并且使位于形成于基板部分中的凹槽形通道中的分成点状的成分物质 包含在所述多个片段的任一个中；用于处理片段再溶解的步骤，其中使包含在相应于所述电泳分离 样品一部分的多个片段的任一个中的、冷冻态的每个样品片段分别受 到再溶解处理，以制备每个片段的样品液体；说明每个片段范围的步骤，对于沿形成于基板部分中的凹槽形通 道分割的多个片段的每一个来说，基于通道上片段两端的位置信息， 进行与片段两端相应的电泳指数值的识别；用于化验分析片段的步骤，其中使每个片段化的样品液体受到生 物化验以确定显示出可以通过化验分析识别的特殊特性的任何成分物 质是否包含于片段中；以及用于分析数据的步骤，其中基于片段的生物化验分析结果确定显 示出通过所述生物化验分析识别的特殊特性的成分物质是否在正研究 的片段范围内分成了点状，以及关于每个片段识别范围的电泳指数值范围的信息，其中该信息来 确定沿凹槽形通道获得了成分物质，该成分物质显示出可以通过所述 化验分析识别的特殊特性。发明效果通过利用根据本发明的有盖微芯片、用于有盖微芯片的样品处理 方法、用于有盖微芯片的自动样品处理方法和用于有盖微芯片的自动
样品处理设备，在通过利用有盖"微芯片"对要被分析的样品液体进 行诸如电泳的分离操作之后，在抑制所分离的目标物质再扩散的同时 可以进行将粘附并固定在基板部分顶表面的有盖部分的剥离和去除操 作，其中该基板部分和有盖部分构成有盖"微芯片"，并且能够以高 度的再现性自动进行。此外，在剥离并去除盖子部分的具有高再现性的自动操作之后， 在利用通过施加诸如电泳的分离技术而分离的样品进行进一步分析之 前的样品制备操作中，液体样品的以上所有阶段和分析，例如生物化 验或化学化验分析，能够抑制再扩散或分离状态的改变，并且还能够 实现具有高度再现性的自动操作。因此，即使大量要被分析的样品液体受到诸如电泳的分离操作，用于处理样品的工艺也可以达到高度的 再现性，其中为了提供进一步分析的已备样品而使通过施加诸如电泳 的分离操作所分离的样品受到样品处理。附图简要描述
图1是示意性说明了本发明所要解决的问题的图示； 图2是示意性说明了本发明中使用的微芯片通道示例的图示； 图3是示意性说明了本发明中使用的有盖微芯片结构示例的图示； 图4是示意性说明了本发明中使用的有盖微芯片另一结构示例的图示；图5是示意性说明了可用于根据本发明的自动样品处理设备中的盖子部分剥离系统的示例的图示，并说明了第一示例性实施例中的剥离系统所利用的工作原理；图6是示意性说明了可用于本发明的自动样品处理设备中的盖子 部分剥离系统的示例的图示，并说明了第二示例性实施例中的剥离系 统所利用的工作原理；图7是示意性说明了可用于本发明的自动样品处理设备中的盖子 部分剥离系统的示例的图示，并说明了第三示例性实施例中的剥离系 统所利用的工作原理；
图8是示意性说明了可用于本发明的自动样品处理设备中的盖子 部分剥离系统的示例的图示，并说明了第四示例性实施例中的剥离系 统所利用的工作原理；图9是示意性说明了可用于本发明的自动样品处理设备中的盖子 部分剥离系统的示例的图示，并说明了第五示例性实施例中的剥离系 统所利用的工作原理；图10是示意性说明了可用于本发明的自动样品处理设备中的盖子 部分剥离系统的示例的图示，并说明了第六示例性实施例中的剥离系统所利用的工作原理；图ll是示意性说明了可用于本发明的自动样品处理设备中的盖子 部分剥离系统的示例的图示，并说明了第七示例性实施例中的剥离系统所利用的工作原理；图12是示意性说明了本发明中使用的微芯片的通道另一示例的图示。图中使用的以下符号分别具有下面所列的含义-101平面有盖部分 102粘结树脂膜层 103基板部分105a、 105b、 105c、 105d IC液器107a注入通道107b分离通道110电极端固定部件112有盖微芯片113盖子部分进行本发明的最佳模式下面将详细解释本发明根据本发明中使用的样品处理方法或自动样品处理方法中待处理 的样品是已分离的液体样品，该液体样品通过利用形成于有盖微芯片中的通道对要被分析的液体样品进行分离而制备，由此通过施加诸如 电泳的分离技术而在位置上分离液体样品中包含的多个物质，以便形 成沿通道定位的点。在预定的分离操作结束时，已分离液体样品以液态保持在形成于 有盖微芯片中的通道中，该已分离液体样品已经经受了通过利用诸如 电泳的分离技术的分离操作。当己经经受了通过利用诸如电泳的分离 技术的分离操作的已分离液体样品用作以后分析的样品时，其必须受 到根据随后施加的分析技术的样品制备操作。例如，在随后的分析技术是利用液相中的反应的生物化验或化学 化验的情况下，进行将样品分成多个片段样品的操作，以便使沿通道 在位置上分开以形成点的每种物质包含在沿通道分开的多个片段的任 一个中。此后，根据预定的反应产物通过化验来分析每个片段样品， 由此进行反应中所包含的任何目标物质是否存在于片段样品中的评 价，如果存在，片段样品中包含其多少数量。根据本发明的微芯片、 样品处理方法、自动样品处理方法和自动样品处理设备用于处理的形 式，其中，在进行了通过利用诸如电泳的分离技术的分离操作之后， 将形成于有盖微芯片中的通道中的已分离样品沿通道分成多个片段样 品，而不减弱在位置上分离的物质之间的分离状态。(通过利用诸如电泳的技术而分离的、要被处理的液体样品) 首先，下面将描述通过利用诸如电泳的分离技术而分离的液体样 品，其将被使用根据本发明的微芯片的样品处理方法、自动样品处理 方法或自动样品处理设备处理。在利用形成在盖子密封的微芯片中的通道的情况下，可以施加相 当于常规毛细管电泳的电泳分离。具体地，在将要分析的包含于液体 样品中的生物分子为蛋白质的情况下，可以使用等电位聚焦或原子间 致导电性的(phoretic)分离，该等电位聚焦分离通过利用由每个蛋白 质显示出的等电位点的不同来分离不同的蛋白质，该原子间致导电性 的分离通过利用来自于分子重量差的原子间致导电性速度的不同将蛋 白质彼此分离。在包含于液体样品中的、要被分析的生物分子为核酸 分子的情况下，可以使用原子间致导电性的分离，其通过利用基体长度(length of the base)的不同来分离不同的核酸分子，即利用由分子 重量导致的原子间致导电性速度的不同。在这些情况下，根据所使用的电泳分离方法适当选择形成于有盖 微芯片中的通道自身的平面形状、通道的布置和通道长度。例如，可 以选择具有图2所示的平面形状的通道结构。在图2所示的通道结构 中，在基板部分103的顶面上设置用于等电位聚焦分离的分离通道107b 和注入通道107a，该注入通道用于引入将被聚焦到通道107b上的生物 分子。在分离通道107b的两端，形成贮液器105d和105c，并将用于 提供pH梯度的酸性和碱性液体注入到贮液器105d和105c中，用于在 其间提供电场的电子端子被插入贮液器中。贮液器105a和105b还形成 在注入通道107a的两端处。用于提供电场的电极也插入贮液器105a 和105b中，以便在注入通道107a中产生用于蛋白质移动的电场。在分 离通道107b的两端，形成贮液器105d和105c，并将用于提供pH梯度 的酸性和碱性液体注入到贮液器105d和105c中，用于在其间提供电场 的电子端子被插入贮液器中。贮液器105a和105b还形成在注入通道 107a的两端处。用于提供电场的电极也插入贮液器105a和105b中， 以便在注入通道107a中产生用于蛋白质移动的电场。在所使用的电泳分离为等电位聚焦的情况下，还可以选择省略掉 图2所示的通道结构中的注入通道107a的通道结构，仅提供用于等电 位聚焦分离的分离通道107b。图12示出了仅提供有用于等电位聚焦分 离的分离通道107b的通道结构示例。贮液器105d和105c形成在构建 于基板部分103顶面中的分离通道107b的两端，并将用于产生pH梯 度的酸性和碱性液体注入到这些贮液器105d和105c中。插入用于施加 电场的电极端子以便在分离通道107b中产生用于蛋白质移动的电场。
顺便提及一下，虽然图12所示的分离通道107b的形状为单道结构， 但其可以扩展为多道型微芯片，其中在基板部分103的顶面中提供多 个凹槽形通道。除前述电泳分离之外的、通过利用形成于有盖微芯片中的通道而 应用的其他分离技术包括液相色谱法分离。该工艺的构造如下，形成 于有盖微芯片中的通道用用于液相色谱法的柱状填充物来填充，使含 水洗脱剂媒质以预定速度从通道的一端流到另一端。适合用于填充形 成于有盖微芯片中的通道的柱状填充物包括具有微细颗粒尺寸和相对 扩大的吸附截面积的那些。适合于具有这种微细截面积的柱状通道的 柱状填充物示例包括硅石颗粒和聚合物颗粒。形成于有盖微芯片中的 柱状通道的长度L选择在10mm至2000mm范围内，优选在50mm至 400m范围内。期望的是，所使用的柱状媒介的微孔尺寸选择在lnm至 50nm范围内，且柱状填充物的特定表面积选择在30mm2/g至S00mm2/g 范围内。(有盖微芯片的结构和使用它的电泳操作) 有盖微芯片由基板部分103和盖子部分113构成，在基板部分103 的顶表面中形成凹槽形通道，该凹槽形通道具有成形为顶边长于底边 的梯形或顶边和底边相等的矩形的截面，通过该盖子部分113凹槽形 通道的顶表面被紧密地密封覆盖。顺便提及一下，用于液体注入的孔 形成于盖子部分113中，其分别与凹槽形通道端部处提供的贮液器相 配，同时凹槽形通道的顶面被其完全覆盖。盖子部分113由具有保持 盖子部分113机械强度功能的平面盖基部分101和盖基部分底面上的 用于粘结在基板部分103顶表面的粘结树脂膜层102构成。建立在平 面盖基部分101和粘结树脂膜层102中的用于液体注入的孔与贮液器 105d和105c以及贮液器105a和105b对准。而且，建立在平面盖基部 分101和粘结树脂膜层102中的用于液体注入的孔还在将用于施加电 场的电极端子插入到贮液器105d和105c以及贮液器105a和105b中时 使用。顺便提及一下，在一些情况下，可以以与基板部分103的顶表 面相同的材料构成平面盖基部分101和用于粘结其底面的粘结树脂膜 层102。当将相同材料用于这两个部件时，可以预先以集成形式制造它 们。为了在平面盖基部分101中的用于液体注入的孔中附加并固定用 于施加电场的电极端子，将电极端子固定部件110预先装配到平面盖 基部分101.在电泳操作之前，用于施加电场的电极端子可以通过利用 电极端子固定部件110来固定，并且在从电泳操作结束到自动样品处 理的传输阶段，将用于施加电场的电极端子从电极端子固定部分110 除去。这种盖基部分101和电极端子固定部件110可以由不同材料构 成并装配或者由相同材料构成，在后一种情况下，它们可以预先以集 成形式制造。在通过电泳设备的微芯片固定系统将有盖微芯片布置并 固定在预定位置之后，通过使用电极端子附加/去除系统可以完成用于 施加电泳操作所用的电场的电极端子的这些附加和去除操作，对于电 极端子附加/去除系统来说已经预先确定了用于施加所要使用的电场的 多个电极端子的相互位置。当然还可以通过手动操作附加和去除电极 端子并固定有盖微芯片，但可以使提供给电泳设备的微芯片固定系统 和电极端子附加/去除系统以自动操作形式构造。虽然在本发明中特别 期望的是，在完成电泳操作之后，通过保持在其位置上的微芯片自身自动进行一系列样品处理操作，但优选的是具有附加和去除电极端子的自动操作形式和固定有盖微芯片的操作。顺便提及一下，在图3所示的示例性结构中，以构造建立在平面 盖基部分110中的用于液体注入的孔的侧壁部分的形式装配并固定电 极端子固定部件110，还可以选择如下结构，其中以耦合到建立在平面 盖基部分101中的用于液体注入的孔的上端的形式装配并固定电极端 子固定部件110，如图4所示的另一种结构。基板部分103和盖子部分113按照用于液体注入的各个孔和贮液 器的位置相互对准以便构造一种结构，其中通过借助于基板部分103
的顶面和盖子部分113的底面彼此粘附，即借助于粘结树脂膜层102，用盖子部分113紧密覆盖凹槽形通道107a。对于平面盖基部分101和 粘结树脂膜层102的结合来说，采用显示出高结合性能的结合方式； 并且当在后面的步骤剥离并去除盖子部分113时，选择一种形式使其 剥离发生在基板部分103的顶面和粘结树脂膜层102之间的粘结平面 上。由此，基板部分103的顶面和粘结树脂膜层102之间的粘结平面 将呈现出足够的粘结强度以实现足够紧密的粘附状态，这种足够紧密 的粘附状态没有填充在通道中的蛋白质液体从形成在基板部分103顶 面中的凹槽形通道107a泄露或浸出的问题，但能够通过施加预定的外 力沿此粘结平面进行剥离。当应用根据本发明的自动样品处理方法或自动样品处理设备时， 优选的是，粘结树脂膜层102自身的粘附强度设置为低，但借助于加 载足够的外力来保持基板部分103的顶表面和粘结树脂膜层102之间 的紧密粘附状态，以解决不足。作为加载外力来保持基板部分103和 盖子部分113紧密粘附的装置，可以使用在盖子部分113的上表面上 施加载重的载重施加系统。期望的是选择用于这种载重施加系统的形 式，其中载重可以基本均匀地分散在基板部分103和盖子部分113的 整个粘结面上。此外，优选的是，使用一种允许自动操作的形式，作 为微芯片固定系统和电极端子附加/去除系统，来去除剥离和去除盖子 部分113的操作中的载重。例如，载重施加系统和电极端子附加/去除 系统可以集成以便使电极端子附加/去除系统在通过载重施加系统施加 载重之后适合于电极端子。对于基板部分103的顶面，选择这种材料，该材料在进行前述微 细结构的处理时可以实现预期的处理精确度以便在其中制造微细的凹 槽形通道107。根据所使用的电泳方法，将凹槽形通道的截面形状选择 在5ixm至1000y m的通道宽度(W。和通道深度(D。范围内。这 种"微芯片"的微细凹槽形通道主要用于使用极小量液体样品的电泳 分离操作，来代替毛细管电泳。因此，期望的是选择微细凹槽形通道
的截面积(D,XW。使其与毛细管的内截面积一样小，例如在不超过100pm内直径的截面积范围内。另一方面，通过基板部分103的材料 和由借助于计算凹槽形通道的微细处理而确定的处理精度，适当选择 通道深度(D。 /通道宽度(W。的比值(D,/W。。通常，由于过高 的比值(D一W。将增加处理的难度，因此期望的是将比值选择在1/100 《D"Wi《10范围内。另一方面，在本实施例中，代替电泳方法，使用色谱法进行分离 操作，选择用柱状剂填充通道的这种模式。在用柱状剂以高密度填充 通道的模式中，存在通道容量的60%至80%被柱状剂占据的一些情况。 根据色谱法的方法和所使用的柱状剂类型以及柱状剂的填充比率，选 择将要建立的凹槽形通道的截面形状，以便保持每单位通道长度的样 品液体体积在适当范围内。因此，根据所用的色谱法的方法及其条件，将凹槽形通道的截面形状按照通道宽度(W,)和深度(D。选择在5 U m至5000 U m的范围内，更优选地在20 U m至1000u m范围内。通 常柱状通道长度和通道宽度(W。或通道深度(D。之间的比值 (L/W,，L/D,)选择在5至400范围内，优选在20至300范围内，更优 选在50至300范围内。特别地，在应用根据本发明的自动样品处理方法或自动样品处理 设备的情况下，需要样品处于冷冻态以满足如下条件，接触盖子部分 底表面的样品部分(顶侧)每单位通道长度的粘附强度Pt。p超过接触基 板部分侧面的样品部分(底侧和两个侧面)每单位通道长度的粘附强 度Pb。tt。m。出于这种原因，为了抑制通道侧壁的相对影响，通常期望通 道深度(D》和宽度(W,)之间的比值(D,/W,)在D,/W,《1范围内， 该比值通过由计算基板部分103的材料和凹槽形通道微细处理方法而 确定的处理精度可以适当选择。在应用根据本发明的自动样品处理方法或自动样品处理设备的情 况下，当通过诸如电泳的分离操作获得的分离样品以持续的冷冻态取 出时，凹槽形通道的截面形状可以是矩形或梯形，其中梯形具有比凹 槽底部的宽度(Wlb。tt。m)更大的开口顶部的宽度(Wlt。p) (Wlb(nt。m< Wlt。p)，其有利于以冷冻态取出样品。对于基板部分103的材料，例如，适合使用适合于微细处理的材 料，例如石英、玻璃或硅，或者选自于诸如聚碳酸酯、PDMS或PMMA 的高绝缘塑料的能够实现预期微细处理精度的材料。在本发明中，在将要完成剥离的步骤时，基板部分103不弹性变 形，但盖子部分弹性变形，并且弯曲结构提供在剥离边界上；为了使 弯曲范围最小化，将显示出柔性但仅显示出轻微弹性变形的材料用于 平面盖基101。在本发明中，能够经受处理，例如在其中建立用于液体注入的孔， 的这种材料在绝缘性能方面是优良的，并且还具有适用于平面盖基部 分101的材料的柔性。例如， 一种可以选自于包括PMMA (聚甲基丙 烯酸脂)的压克力树脂和包括PDMS (聚二甲基硅氧烷)的聚合物树脂， 特别地优选使用容易被处理但即使厚度薄也不容易破裂的扁平材料。 对于用于粘结树脂膜层102基部的材料，例如，使用PDMS、包括PTFE (聚四氟乙烯)、PP (聚丙烯)、PE (聚乙烯)和聚氯乙烯的聚烯烃 中的一种，或者聚酯。对于粘结树脂膜层102，优选使用比用于平面盖 基部分101的材料弹性形变更高的材料。在本发明中，为了取出借助于诸如电泳的分离而分离的样品，该 样品以持续的冷冻态粘附在粘结树脂膜层102的表面上，期望的是用 作粘结树脂膜层102基础树脂的树脂能够保持粘附于其的冷冻物体。 对于粘结树脂膜层102的最外层，虽然可以采用提供给出一些粘附性 能的粘附涂层的形式，但期望的是粘附涂层在被冷却时粘附强度下降。在有盖微芯片本身中，基板部分103的外部形状为矩形，并且密
封其顶面的盖子部分113的外部形状也是矩形。当剥离并去除盖子密封部分113时，为了对盖子部分113的一端施加外力，可以设置从基 板部分103的外部形状的部分凸起至少向着用于施加外力的端部。例 如，在沿基板部分103的矩形外形的长边选择剥离和去除盖子部分113 的方向的情况下，使盖子部分113的外部形状在其长边方面比基板部 分103的长边更大。当对盖子部分103施加外力时，可以在其长边的 部分凸起处设置它的工作点。此外，在完成盖子部分113的剥离和去 除之后，当通过保持并从基板部分的顶面传输所分离的盖子部分时， 通过保持系统可以在所述部分凸起中设置用于支撑所分离的盖子密封 部分的端部的区域。而且，还可以选择一种模式，其中沿基板部分103 的长边在盖子部分113的短边方向上的部分凸起在剥离并去除盖子部 分113时用作施加外力的部位。(用于将电泳液体注入到有盖微芯片中的通道中的系统) 构成有盖微芯片中通道顶表面的盖子部分113的材料在水润湿性 方面较差并不是少见的情况。由高水润湿性材料构成的毛细管可以将 电泳液体从通道的一端通过毛细现象供应到所有毛细管，但对于微芯 片中具有贫乏水润湿性的内侧壁的通道来说，需要提供液体注入系统，来替代利用毛细现象的电泳液体注入。具体地，优选使用这种模式， 其中在提供在通道端部的贮液器和通道的内部之间建立压力差，并利 用所得的压力差将从一个贮液器提供的电泳液体强制注入到通道中。由于形成在有盖微芯片中的通道自身通过密封而被紧密覆盖，当 左侧的气体被引出通过一个贮液器且电泳液体被提供到另一个贮液器 时，电泳液体由于它们之间的压力差而渗透到通道中。在该步骤中， 当电泳液体完全填充通道时停止注入。在使用利用压力差的电泳液体 注入技术的情况下，用于电泳液体注入的操作可以通过使用如下结构 而自动进行，其中通过用于引出左侧气体的吸气系统附加到贮液器 之一上；适合注入预定量电泳液体的具有微型液体测量的液体馈送系 统连接到另一贮液器；并且，通过自动确定其注入动作结束时刻的判 断系统将两个系统链接起来。对于自动确定注入动作结束时刻的判断系统，例如，可以使用一 种判断系统，其利用检测所注入的电泳液体是否已经完全填充通道的 这种检测单元。当电泳液体已经完全填充通道时，由于电泳液体本身是具有一定 导电性的介质，因此通过监控每个通道两端之间的电阻值可以观察到 从绝缘状态到预定电阻的迅速改变。通过在每个通道两端装配这种其 中利用了电泳液体作为导电性介质的功能的电阻监控型检测单元，可 以判断电泳液体的填充状态。而且，电泳液体是液体，并且其介电常数与气体明显不同。通过 利用该特征，可以使用这种监控单元，其中平面电容器型的两个电极 被设置在每个通道的两个侧壁上以检测电泳液体渗透到电极之间空间 时的现象，其导致电容的改变。通过在每个通道的每端装配这种平面 电容器型的检测单元，可以判断电泳液体的填充状态。此外，由于电泳液体是液体，因此其与气体在折射率方面显著不 同。例如，在基板部分103由透光材料构成的情况下，当电泳液体开 始覆盖壁表面时，形成在其顶面中的通道壁表面处的光反射发生改变。 当提供通过利用该现象检测来自通道一个壁表面的光反射的这种反射 检测单元时，可以确定电泳液体是否已经达到通道的所监控壁表面部 分。通过在每个通道的每端装配壁表面光反射监控型的液体检测单元， 可以判断电泳液体的填充状态。可以通过集成利用前述液体检测单元的用于判断电泳液体填充状 态的系统和利用压力差并由此自动确定注入操作结束时刻的电泳液体 注入系统来实现整个电泳液体注入操作的自动操作。 (用于固定有盖微芯片的基板部分的系统、基板部分冷却系统和 用于冷却系统的控制单元)当从微芯片的基板部分103的顶面剥离并去除盖子部分113时， 在固定了基板部分103之后，将外力施加到盖子部分113的一端，以 便使盖子部分113的一端在基本垂直于基板部分103和盖子部分113 之间的粘结平面的方向上强制移位。伴随着其一端的这种移位，盖子 部分113相对于粘结平面呈现出可弯曲的结构。在已经施加了外力的阶段，固定基板部分以防基板部分103移动。 同时，在剥离并去除盖子密封部分113的操作之前，冷却存在于基板 部分103的凹槽形通道中的电泳分离的液体样品以使整个液体样品处 于冷冻状态。该液体样品处于如下状态，其中电泳分离为电泳液体的 可溶物质溶解，形成斑点(spot)。虽然其溶剂成分是水，但缓冲成分 等溶解其中，且由于冷冻点降低，因此其冷冻开始于冰点(0°C)以下 的温度。出于这种原因，期望的是将整个液体样品快速冷却，向下至 显著低于冷冻开始的温度的温度，以便一次性地使其处于超冷状态， 由此使凹槽形通道中的整个液体样品立即冷冻。另一方面，如果溶剂 水在稍低于冷冻开始的温度的温度下缓慢冷冻，冷冻将在斑点之外的 其他地方开始，这是因为，虽然所溶解物质的浓度在斑点处较高，但 物质浓度在斑点以外的区域中低。在这种情况下，由冷冻导致的体积 膨胀压縮了斑点周围的未冷冻区域，其会引起液体泄露出凹槽形通道。 为了避免这种情形，期望的是实现如下状态，其中通过将液体样品快 速冷却到显著低于冷冻开始的温度的温度以便一次性地使其处于超冷 状态，冷冻在凹槽形通道的整个内侧进行。因此，优选地利用基板部分冷却系统，其通过从微芯片的基板部 分103的底面快速冷却液体以使整个通道达到均匀温度来一次性地实 现超冷状态，该均匀温度显著低于冷冻开始的温度。期望的是，冷却 系统可以具有如下布置，其中其均匀接触基板部分的整个底部，并且基板部分固定系统和基板部分冷却系统集成起来的形式是所期望的。
对于基板部分的固定来说，虽然可以使用固定基板部分的侧壁部 分的类型，但这种固定基板部分底面的类型是优选的。例如，适合使 用这种类型，其中，在将基板部分的底面加工成平板之后，将基板部 分的底面固定在真空夹盘系统固定台上的预定位置中。虽然其自身厚度为几mm或更小，由于微芯片基板部分103的平面尺寸并非小至几 mm，其短边和长边几乎在10cm以上，但不会大太多，因此优选地使 用如下模式，其中通过利用诸如Peltier装置的冷却装置将真空夹盘系 统固定台的表面冷却到预定温度。顺便提及一下，在与基板部分冷却系统集成的所述基板部分固定 系统中，在将固定台面和盖子密封的微芯片冷却到显著低于冰点(0°C) 的温度时，如果周围空气环境包括湿气，则其将被凝结并冷冻。为了 防止凝结和冷冻，如此构建固定台面和有盖微芯片的周围空气环境使 其保持干燥的气体而没有湿气。具体地，将具有这种构造，其中包括 基板部分固定系统和基板部分冷却系统的区域自身被安装在气密容器 中，并且该气密容器的内部保持为干燥空气或干燥氮气空气环境。在通道中的液体样品不是冷冻状态的情况下，由于振动会构成在 传输期间引起通道中液体混合的因素，在上述诸如电泳的分离操作步 骤中，将微芯片的基板部分103固定到这种集成的基板部分固定系统 和基板部分冷却系统的微芯片固定位置上。将集成的基板部分固定系 统和基板部分冷却系统提供给电泳设备，并且，在诸如电泳的分离操 作已经结束的时候，通过集成的基板部分固定系统和基板部分冷却系 统迅速执行微芯片基板部分103的固定和基板部分的迅速冷却。在诸如电泳的分离操作阶段，如果将一些其他固定方式用于微芯 片基板部分103的固定，则采用将集成的基板部分固定系统和基板部 分冷却系统传输到紧密接触微芯片基板部分103的底部的位置的模式。 可选的，当盖子密封的微芯片在诸如电泳的分离操作之前被设置并固
定在设备的预定位置上时，即使在使用这种集成的基板部分固定系统 和基板部分冷却系统来固定，也可以选择如下模式，其中随着将要使 用的盖子密封微芯片的装入操作可以传输集成的基板部分固定系统和 基板部分冷却系统。为了将整个液体样品快速冷却下至显著低于冷冻开始的温度的温 度以便一次性地使其处于超冷状态，以使凹槽形通道中的整个液体样 品预先冷冻，期望的是将冷却温度设置在冰点(0°C)以下至少1(TC至3(TC的范围，S卩，至少-20。C或更低。当冷却到所述的冷却温度时，液 体样品一次性地处于超冷状态，由此凹槽形通道中的整个液体样品预 先发生冷冻。在此工艺中，会发生轻微的体积膨胀。在通道的侧表面 缺乏水润湿性的情况下，通道的矩形截面的拐角，特别是开始接触盖 子部分113的通道顶表面的拐角，具有未被液态的液体填充的区域。 然而，当液体进入冷冻状态时，达到一种状态，其中其开始接触通道 顶表面上方的盖子部分113的底表面。通过诸如电泳的方法而分离样 品，进入这种冷冻以实现紧密接触盖子部分113底表面的这种情形更 优选地适合应用本发明，其中利用了盖子部分113的底表面与通过诸 如电泳的方法分离的、已经进入冷冻态的样品的粘附性。通过冷却系统的控制单元可以自动进行并在预定条件下完成一系 列操作，包括通过基板部分固定系统固定微芯片的基板部分103、通过 基板部分冷却系统来冷却基板部分103而冷冻凹槽形通道中的液体样 品和随后的温度控制以保持冷冻状态。(用于剥离并去除盖子部分的系统) 在本发明中，当构成有盖微芯片的基板部分103和盖子部分113 被分离时，在固定了微芯片的基板部分103之后，采用剥离并去除紧 密粘附于基板部分103顶面的盖子部分113的技术。具体地，为了降低粘附强度(该粘附强度实现了使基板部分103 的顶面和盖子密封部分113的底面紧密地彼此附着的预定布置的粘附状态)，对盖子密封部分113施加外力，该外力具有基本垂直于基板 部分103顶面的方向上的分量，以便弯曲盖子密封部分113，并以向上 升起盖子密封部分113端部的形式而以期望的速度进行剥离，同时以 预定的曲率保持弯曲。在本发明中，在剥离盖子部分113的阶段，保 持通过诸如电泳的方法分离的样品顶表面上的粘附状态，该样品接触 盖子部分113的底表面并在凹槽形通道中处于冷冻态，结果以如下状 态完成盖子部分113的剥离，其中通过诸如电泳的方法分离的保持冷 冻状态的样品粘附在盖子部分113的底表面上。首先，通过基板部分103的顶表面和盖子部分113的底表面之间 每单位面积的粘附强度po将基板部分103的顶表面和盖子部分113的 底表面彼此粘结在一起。在这种情况下，由于基板部分103的顶表面 和盖子部分113的底表面之间的粘附强度，即使当盖子部分113的一 端在基本垂直于基板部分103顶面的方向上上升且盖子部分113被弯 曲时，也存在不开始剥离的范围。在即使观察到更大的弯曲的情况下， 存在剥离开始的阈值。满足阈值条件时的弯曲形状由S和L限定，其 中S是在盖子部分113的一端处距基板部分103顶面的位移量，L是从 基板部分103的顶面和盖子部分113的底面开始相互接触处的边界到 盖子部分113 —端上施加外力的工作点的长度，并且弯曲形状呈现出 具有基本不变的曲率半径R的弧形。由此，以e表示该弧形的角度， 满足以下等式。L - R'68 = R(1画COS0)当弯曲处于这种形状时，施加到基板部分103的顶面和盖子部分 113的底面开始互相接触的边界处的力P近似地表示如下，其中d是厚 度，b是宽度且E是盖子部分113的有效杨氏模数 S - P,(2L)3/《4M3E} P - S* L)3当盖子密封部分113 —端的位移量增大为s — s + a s时，表示弯曲形状的曲率半径r改变为r—R-ar,，且其弧度角e变成e — e +厶 0p改变的变化描述如下L = (R - AR0'(9 +幼1>绍R'e + {R'A6，-厶R,'的S + AS = (R - ARt).《1 - eos(9 +顺 (R - AR,H1優co幼+ A9rsin的a R(1 -②幼)+《R.线.s她-ARr(1 - cos附 R(1 - e輔)+ ARi(G'sin9 - (1 - cos柳当弯曲处于这种形状时，施加到基板部分103的顶面和盖子部分 113的底面开始互相接触的边界处的力P+APi近似地表示如下P + APi = (5 + AS).{4bd3EV(2L)3剥离在得到这种减小P+AP, —P时略微进行。由此，其返回到剥 离不再进行时的状态。在剥离停止时，弯曲形状呈现出具有基本不变 的曲率半径r的弧形。L +厶L = R邻+ , S + M = R'《1 -織(€ +幼2》} 绍R'《1 - cos + A02'sn的 R'(1 -舰e) + R'騰幽在此阶段，施加到基板部分103的顶面和盖子部分113的底面开 始互相接触的边界处的力P-AP2近似地表示如下 P - AP2 - (S + ASH4bd3E}/{2(L + AL)}3 * (S + ASH4bd3E}/((2L)3.(1 + 3厶L/L》 (5 + AS).(I - 3AL/L'{4bd3E}/(2Lf由此，当减小(P+AP。 一 (P-AP2)发生时，AL部分被剥除。 因此，AL部分粘附强度的减小相应于改变(P+AP》一(P-AP2)。 以po表示基板部分103的顶面和盖子部分113的底面之间每单位面积 的粘附强度Po:,+ AP2) = (3AUL).(S + MH咖3日/(2L)3 绍Pirb,厶L换言之，当剥离进行时，估计超过由下式表示的阈值条件的变形 (曲率半径R小的小弯曲)需要保持在基板部分103的顶面和盖子部分113的底面开始相互接触的边界上3'(1/L)'P,'b由此，施加在盖子部分113—端上的外力为1/2P，且至少在以下范围内选择(1/2P) > po如L/6该范围能够使得在基板部分103的顶表面和盖子部分113的底表 面之间进行剥离。在应用根据本发明的自动样品处理方法或自动样品处理设备的情 况下，借助于加载足够的外力来保持基板部分103和盖子部分113紧 密粘附，而不是通过盖子部分113的底表面与基板部分103的顶表面 的粘附强度，来获得基板部分103的顶表面和盖子部分113的底表面 之间紧密粘附状态的保持，其中该强度通过外力来补充。至少在己经 达到前述冷却温度时，盖子部分113的底表面与基板部分103的顶表 面的粘附强度低于一定水平。具体地，在这种冷却情形中，将盖子部
分113的底表面和通过诸如电泳的方法分离的、保持冷冻状态的样品的顶表面之间的每单位面积粘附强度Pi设置得大于基板部分103的顶 表面和盖子部分113的底表面之间的每单位面积粘附强度po(p户po)。 此外，盖子部分113的底表面和通过诸如电泳的方法分离的、保持冷 冻状态的样品的顶表面之间的每单位面积粘附强度Pl大于凹槽形通道 和通过诸如电泳的方法分离的、处于冷冻状态的样品底表面之间的每 单位面积粘附强度P2 (Pl>p2)。在这种情况下，用于在通过电泳分离的处于冷冻状态的样品顶表面和盖子部分113的底表面之间进行剥离的阈值条件被类似地表示为3'(1/L)'Pssprb〉p2-b该阈值条件下的曲率半径被表示为Req2。由此，在本发明中，选择这种状态，其中表示进行剥离的边界上的弯曲的曲率半径R不小于前述阈值条件下的曲率半径Req2(R〉 Req2)，且由此避免了处于冷冻状态的通过电泳分离的样品顶表面和盖子部分113的底表面之间的剥离，同时在基板部分103的顶表面和盖子部分 113的底表面之间以及凹槽形通道和保持在冷冻状态的、通过电泳分离 的样品的底表面之间进行剥离。另一方面，当表示盖子部分113底表面的弯曲的曲率半径R改变 时，特别是当表示弯曲的曲率半径R突然减小时，通过诸如电泳的方 法分离的样品上大的剪应力(shearing stress)突然增大，且分裂沿冷冻 体内的许多裂纹(颗粒边界)发生。此外，会发生图1所示的麻烦， 也就是这些裂开的片段被剥离并脱落。保持表示弯曲的曲率半径R不 变的这种状态，因此，可以避免脱落现象，并由此可以保持片段继续 粘附在盖子部分113的底表面上的状态。
集成地构造外力施加系统、盖子部分端部传输系统和盖子部分端 部传输速度控制系统，该外力施加系统提供有施加具有垂直于盖子部 分端部上基板部分顶面的方向的分量的外力的功能，盖子部分端部传 输系统在基本垂直于基板部分的顶面和盖子部分的底面之间接触边界 的、与盖子部分端部上外力的施加对称的方向上传输盖子部分的端部， 盖子部分端部传输速度控制系统提供有控制盖子部分的端部传输速度 使其保持曲率半径R的功能，在将盖子部分的底面从基板部分的顶面 剥离的步骤中、以预定的目标值、通过进行剥离处边界上盖子部分的 局部弯曲而呈现该曲率半径R，例如，可以选择下面描述的结构。(第一示例性实施例)图5所示的用于盖子部分的剥离系统是如下类型，在真空抽吸盖子部分的端部之后，通过使用具有预定半径的辊将其缠绕起来。表示盖子部分弯曲的曲率半径R变得等于辊的半径，通过保持缠绕速度恒 定，盖子部分的端部传输速度也保持恒定。根据表示盖子部分弯曲的曲率半径的目标值，调整辊的半径，并 设置缠绕速度。(第二示例性实施例)图6所示的盖子部分剥离系统是如下类型，在通过夹紧夹住盖子 部分的端部后，将其升起。在此动作中，根据表示盖子部分弯曲的曲 率半径的目标值选择上升速度。(第三示例性实施例)图7所示的盖子部分剥离系统是升起盖子部分一端或两端的类型。 用于移动盖子密封部分的一端或两端的夹紧单元向上推进盖子部分的 底面。在此动作中，根据表示盖子部分弯曲的曲率半径的目标值选择 上升速度。(第四示例性实施例) 图8所示的盖子部分剥离系统是如下类型，在通过真空抽吸单元 夹住盖子部分的端部之后，升起它。在此操作中，根据表示盖子部分 弯曲的曲率半径的目标值选择上升速度。通过利用上升臂的旋转角和支撑旋转轴的支柱的垂直移动速度在 期望的范围内调整上升速度的控制。(第五示例性实施例) 图9所示的盖子部分剥离系统是如下类型，在通过真空抽吸单元 夹住盖子部分的端部之后，升起它。在此操作中，根据表示盖子部分 弯曲的曲率半径的目标值选择上升速度。在一些情况下，固定基板部分的台可以降低以便使基板部分相对 上升。(第六示例性实施例) 图IO所示的盖子部分剥离系统还是如下类型，在通过真空抽吸单 元夹住盖子部分的端部之后，升起它。在此动作中，根据表示盖子部 分弯曲的曲率半径的目标值选择上升速度。在一些情况下，固定基板部分的台可以降低以便使盖子部分相对 上升。(第七示例性实施例) 图11所示的盖子剥离系统是如下类型，在具有预定倾斜角的铲形 导轨单元从盖子部分的端部插入之后，在沿此倾斜升起盖子部分的端部的同时移动该导轨单元。在此动作中，根据曲率半径R的目标值， 通过选择移动速度来控制表示盖子部分弯曲的曲率半径R。具体地，内接该斜面和基板部分顶面的圆的半径构成表示盖子部 分弯曲的曲率半径R。表示盖子部分弯曲的曲率半径R随着移动速度的增加而减小。当移动速度固定时，进行调整达到由该条件确定的表 示弯曲的曲率半径R。(用于所分离盖子部分的拆卸系统) 在本发明中，以如下状态完成盖子部分113的剥离，其中将保持 在冷冻态的通过诸如电泳的方法分离的样品保持在粘附于盖子部分113的背表面上的状态。此后，保持所分离的盖子部分，例如在上述第二实施例的中，将其保持在通过夹紧单元夹住盖子部分端部的状态， 并通过传输夹紧单元将其从基板部分的顶表面去除。而且，在第四至 第七实施例中，通过以保持在用于剥除的系统上的状态传输将其从基 板部分的顶表面去除。在第三实施例中，可以采用这种模式，其中通 过单独的夹紧单元以将端部保持在夹紧单元的状态将所分离的盖子部 分从基板部分的顶面去除。在本发明中，在剥离盖子部分113的步骤，在已经在凹槽形通道中进入冷冻状态的、通过诸如电泳的方法分离的样品的顶表面上保持粘附状态，并不进行凹槽形通道的壁表面的剥除，结果将盖子部分113 的剥离以将保持在冷冻态的通过诸如电泳的方法分离的样品粘附在盖 子部分113底表面的状态完成。因此，将所分离的盖子部分固定并从 基板部分的顶表面移开，然后将盖子部分的顶表面和底表面上下翻转 过来以便向上露出盖子部分的底表面。对于翻转功能来说，例如，在 第二实施例中，将夹紧单元在保持盖子部分的端部被夹紧单元夹住状 态的同时移开，从而可以完成从基板部分顶表面的拆卸以及翻转。而 且，在第四实施例中，在保持通过用于剥离的系统持有盖子部分的状 态的同时，完成用于剥离的系统的旋转，从而可以完成翻转，并且可 以同时进行从基板部分顶表面的拆卸。在第五和第六实施例中，可以 采用这种模式，其中持有系统受到翻转操作，同时保持用真空抽吸单 元夹住盖子部分端部的状态。在第三实施例中，以其端部被夹紧单元 夹住的状态通过单独传输夹紧单元将所分离的盖子部分从基板部分的 顶面去除，从而可以完成从基板部分顶表面拆卸并翻转。(用于通过诸如电泳的方法而分离的样品的分段系统) 在本发明中，将盖子部分的顶和底表面上下翻转，以便实现如下 布置，其中粘附在盖子部分底表面的、处于持续冷冻态的通过诸如电 泳的方法而分离的样品暴露在表面上，此后，可以将处于持续冷冻态 的通过诸如电泳的方法而分离的样品沿通道分段成多个片段。具体地，当盖子部分的底表面以凸面形状弯曲时，伴随该弯曲而 得到的剪应力被加载在粘附在盖子部分底表面的、处于持续冷冻态的 通过诸如电泳的方法而分离的样品的冷冻体上。在这种状态下，当使 尖锐的刀片形夹具接触冷冻态的表面以对其施加轻微的应力时，从而 恰好在该点处出现开裂。以预定间隔重复进行开裂操作，以使冷冻体 可以沿通道被分段成多个片段。当冷冻体的片段预先通过开裂而分开 时，通过以较小曲率半径的凸面形弯曲盖子部分的底表面可以将片段 从盖子部分的底表面拆分。因此，可以通过使用上述方式将冷冻体的 单个片段从盖子部分的底表面拆分下来，以便将每个片段收集到包括 多个孔的分段板(多孔样品板)的每个孔中。在本发明中，还可以构造与这种分段系统相关联的自动样品处理 设备。此外，通过前面的分配操作收集到片段板孔(多孔样品板)中的 凝固态的每个片段经受再溶解处理以制备包含已经分离到单个片段中 的蛋白质等的片段样品液体。还优选地选择如下模式，其中将完成分 配和随后的再溶解处理的系统与分段系统组合组装在自动样品处理设 备中。包含在前面一系列操作中的单个步骤的操作可以自己自动进行，
并且还可以通过使用自动操作控制系统将该系列操作组成完全自动的 工艺，该自动操作控制系统具有根据预定工艺程序自动执行每个系统 的工作的功能。(用于生物样品的分析方法) 在根据本发明用于生物样品的分析方法中，在使用等电位聚焦作 为电泳操作的情况下，可以将被包含在要被分析的液体样品中的多种 蛋白质以保持其自然保存状态并保持其活性的状态分离。通过利用其 优点，可以对通过诸如电泳的方法分离的样品的每个片段以生物化验 分析结果为基础检查是否包含呈现出目标活性的蛋白质。例如，通过 将化验与根据本发明的生物样品分析方法组合起来，可以用作"初步 筛选(primary screening)"方式，用于检查显示出特定活性的蛋白质 成分是否被包含在要被分析的液体样品中并进一步确定显示出特定活 性的目标蛋白质成分的分子重量和等电位点。(用于微芯片化学分析的设备) 将进一步描述根据本发明的用于微芯片化学分析设备的优选整体 结构。特别地，将根据本发明的微芯片化学分析设备应用于处理原子间 致导电性分离的样品，其中，作为目标样品，要被分析的液体样品经 历通过使用形成在有盖微芯片中的通道的诸如电泳的期望的分离操 作，由此使包含在液体样品中的多个物质的每一个在位置上分离以便 沿通道形成小点，但还可以在使用除原子间致导电性分离之外的一些 其他化学分析技术时应用该设备。在这种情况下，提出一种整体的硬件结构，在这种结构中包括用 于在微芯片的通道中化学分析样品的化学分析单元1、用于固定化学分 析样品和电泳液体的溶液固定单元2和盖子部分分离单元3，该盖子部 分分离单元用于将盖子部分从基板部分分离以便将微芯片的基板部分 中的通道中所固定的样品与盖子部分一起收集起来。对随能够化学分 析微芯片中样品的结构装配的系统或其他单个部件或用于在下面和随 后阶段应用所述样品进行分析而采用的附加系统没有限制，只要它们 不影响化学分析单元1的分析就行。虽然没有特别限制，但本发明中通过化学分析单元1完成的化学 分析例如包括原子间致导电性的分离，并且允许单个等电位点处样品 浓度的等电位聚焦特别适用。在这种情况下，化学分析单元1可以由 电极部分和原子间致导电性的电源构成。通过配线从原子间致导电性 的电源提供电压到电极部分，并通过使用电极部分将电压施加到微芯 片通道中的电泳液体以使电泳发生。还可以进一步在微芯片的盖子部 分上布置贮液器盖子单元以抑制通道中电泳液体的蒸发。而且，还可 以提供在施加电压期间用于监控电流电平的电流监控器。化学分析单元1还可以提供有传输系统，用于将贮液器盖子单元 和/电极部分自动传输到它们的预定位置。可以单独或组合使用一个或 多个这种附加系统。对于本发明中的溶液固定单元2，虽然没有特别限制，但例如使用 冷却系统，该冷却系统通过冷冻样品或通过所述化学分析单元1化学 分析的电泳液体而来进行固定。期望的是，本发明中的冷却系统是通过直接接触来冷却微芯片基 板部分的类型。可以只有一个冷却系统或者有多个这种系统，且其可 以补充到具有第二冷却系统的基板部分侧的系统上，该第二冷却系统 通过贮液器盖子单元从盖子部分侧提供冷却。可用的冷却系统包括，但不限于，例如，使用Peltier装置的冷却系统或冷却器。用在本发明中的盖子部分分离器3具有通过真空夹盘吸引从而接 触或固定盖子部分的系统、靠压縮空气吸引从而接触或固定基板部分
的系统，和使固定的盖子部分和基板部分彼此分开的传输系统。虽然没有特别限制，但本发明中使用的通过真空夹盘吸引从而接 触或固定盖子部分的系统可以是使盖子部分通过真空夹盘而被吸引到 固定系统的抽吸单元、将盖子部分粘着到固定系统的粘着单元12，或 者使盖子部分接触或固定到固定系统的盖子部分固定单元。虽然没有特别限制，但本发明中使用的通过真空夹盘吸引从而接 触或固定基板部分的系统例如可以是通过真空夹盘使基板部分吸引到 固定系统的基板部分吸附单元、将基板部分粘着到固定系统的基板部 分粘着单元、或使基板部分接触或固定到固定系统的基板部分固定单 元。可用于本发明中的盖子部分真空抽吸单元或基板部分真空抽吸单 元具有抽气孔和通过抽气孔减小压力的减压系统，并且可以通过真空夹盘吸引接近抽气孔的物体。虽然没有特别限制，但使固定的盖子部分和基板部分彼此分开的、 本发明中使用的传输系统例如可以是上下移动基板部分或盖子部分的 芯片台单元、翻转缠绕盖子部分的辊、夹紧或钩住盖子部分或基板部 分的夹紧单元或钩住单元、或者是在作为旋转中心的轴杆周围打开或 关闭的开/关单元。期望的是，本发明的微芯片化学分析设备进一步提供有通过连接 来构造微芯片的盖子部分-基板部分连接系统和用于将样品和/或电泳 液体注入到微芯片通道中的溶液注入系统。其还提供有信号检测单元， 用于检测在微芯片内进行的化学分析进程或结果。虽然没有特别限制，但本发明中使用的盖子部分-基板部分连接系 统例如可以是与微芯片的形状匹配设计的诸如凸起、凹陷、孔或尖角
的定位导轨、用于保持微芯片的保持器、或传输系统，该传输系统通 过将基板部分和盖子部分布置在预定位置中并压基板部分和盖子部分 以增大粘附紧度来连接基板部分和盖子部分。可以单独或组合使用一 个或多个这种系统。虽然没有特别限制，但本发明中使用的溶液注入系统例如可以是 减压系统或施压系统，其在位于微芯片通道两端处的开口之间产生压 力差来引入溶液。虽然没有特别限制，但本发明中使用的信号检测单元例如可以提 供有光照射单元。信号检测单元至少具有光检测器，用于测量光波长 信号，例如吸收波长或荧光。例如，用来自光照射单元的激励光照射 通道，并通过使用光检测器来检测荧光。可以在通过使用化学分析单 元1分析样品时或在分析后通过使用溶液固定单元2将溶液固定之后 使用该信号检测单元。本发明的微芯片化学分析设备可以通过采用前述一种模式或多种 模式的组合来构造。考虑到容易操作，优选的是本发明的微芯片化学分析设备进一步 提供有控制单元。控制单元可以用于通过使用电流监控单元来监控电 流电平以控制由电源提供的电压。而且，控制单元可以用于依据所监 控的电流电平、电压施加的持续时间来确定化学分析的终点，并且还 用于控制冷却系统的操作。而且，控制单元还可以用于控制通过真空 夹盘吸引从而接触或固定盖子部分的系统、通过真空夹盘吸引从而接 触或固定基板部分的系统以及将固定的盖子部分和基板部分彼此分幵 从而露出通道的传输系统的操作。而且，控制单元可以用于控制连接 基板部分和盖子部分的盖子部分-基板部分连接系统中所用的传输系 统，控制溶液注入系统中使用产生不同压力的减压系统或施压系统， 控制干燥系统中使用的加热系统或减压系统，并用于检查信号检查单 元中的样品分析状态。根据本发明的微芯片化学分析设备可以具有进一步提供有用于盖 子部分翻转的单元的结构。盖子部分翻转系统是通过使用盖子分离器3 旋转从基板部分分离的盖子部分从而上下翻转盖子部分的单元。在这种情况下，在其整个硬件结构中，在通过使用化学分析单元1 化学分析通道中的样品之后，通过使用溶液固定单元2来固定电泳液 体或样品。作为冷却系统的溶液固定单元2冷冻并固定样品和电泳液 体。接着，通过使用盖子部分分离单元3将盖子部分与基板部分分离。 在将暴露的冷冻样品和电泳液体粘附到盖子部分一侧之后，通过使用 盖子部分翻转单元可以将粘附冷冻样品和电泳液体的表面向上翻转并 保持此方向。优选的是，当盖子部分翻转单元接触盖子部分时，为了 防止粘附到盖子部分的冷冻样品和电泳液体溶解，在其接触盖子部分 之前将盖子部分翻转单元冷却。在本实施例中，为了将冷冻样品和电泳液体粘附到盖子部分的一 侧，需要选择微芯片基板部分的材料、通道的结构和表面性能、盖子 部分的材料和表面结构以及溶剂的成分。为了将冷冻样品和电泳液体粘附到盖子部分的一侧，例如，可以 减小通道的壁表面和冷冻溶液之间的摩擦功，以便使凝固溶液容易从 通道脱落。减小摩擦的方式包括使用半圆形或倒三角作为通道的截面 形状。而且，可以如此构造基板部分，使得在正交于通道的壁表面的 上侧的平面上的通道的壁表面的整个周界之上的凸起的总面积不大于 盖子部分接触通道中溶液的表面积的0.5倍。在垂直于通道的壁表面上 侧的平面上的通道的壁表面的整个周界之上凸起的总面积是指，例如 在通道的壁表面的边倾斜或垂直于顶表面的情况下，当壁表面沿凸起 结构的外围凸出到垂直于通道顶表面的平面时，由通道的壁表面的凸 起面积的积分得到的面积。通过使其保持不大于盖子部分接触通道中
溶液的表面积的0.5倍，可以减小通道中的溶液和通道的壁表面之间的 接触面积，并因此可以减小摩擦阻力。可选的，通道中的溶液和通道 的壁表面之间的摩擦阻力也可以通过减小通道表面的表面能量来降 低。为了减小通道表面的表面能量，可以使用表面能量低、流畅成形 的塑料树脂、硅树脂、含氟树脂、压克力树脂、聚丙烯或聚烯烃作为 基板部分的材料。此外，在使用表面能量高的基板部分材料的情况下， 可以用前述表面能量较低的材料涂覆通道的表面。为了将其粘附到盖子部分的一侧，例如，盖子材料可以选自表面 能量高的金属或玻璃，或者盖子部分的表面可以具有微细的粗糙度以 增大盖子部分的表面与溶液之间的摩擦阻力。接着，将参考更多特定示例解释根据本发明的微芯片化学分析设 备。顺便提及一下，本发明的技术范围不限于这些特定实施例。(第八实施例)图3示意性地示出了作为本发明微芯片化学分析设备示例性实施 例的用于进行等电位分离的设备的略图。在本第八实施例中，通过等 电位分离来化学分析样品；在通过冷冻固定将样品和电泳液体固定之 后，分离盖子部分并将冷冻固定的样品和电泳液体粘附到盖子部分露 出的一侧上。微芯片由具有通道结构的基板部分103和具有用作贮液器的孔结 构的盖子部分113构成。首先，将基板部分103沿芯片导轨安装在芯片台上。芯片台包括 Peltier装置、抽气孔和传输系统。Peltier装置还用作用于冷却微芯片的 冷却系统。抽气孔连接到真空泵，将基板部分103通过真空夹盘固定 到芯片台。传输系统用作用于使盖子部分和基板部分彼此分开的传输 系统。其还用在盖子部分-基板部分连接系统中。
接着，将盖子部分113沿盖子导轨安装盖子台上。贮液器盖子单 元被提供有电极部分和底面中的抽气孔，且电极部分被布置在盖子部 分113的贮液器部分中。抽气孔用于通过抽气孔减小压力来真空夹紧 贮液器盖子单元和盖子部分113。贮液器盖子单元提供有Peltier装置， 该Peltier装置在将贮液器盖子单元和盖子部分113 —起分离时用作盖 子部分的冷却系统。而且，贮液器盖子部分提供有传输系统，其用作 将贮液器盖子单元传输到预定位置的传输系统，具有与将盖子部分和 基板部分彼此分开的传输系统相同的功能，并且还用作盖子部分-基板 部分连接系统。接着，使用传输系统向上升起其上安装了基板部分103的芯片台， 以便使基板部分103压在盖子部分113上，由此通过连接构造微芯片。 此后，保持芯片台的位置。将贮液器盖子单元从盖子部分113之上移 开以露出微芯片的贮液器。将其中溶解了样品的电泳液体注入到盖子 部分的贮液器中。特别是，为了进行等电位聚焦，将2%的两性电解质 (两性载体)用作电泳液体。当微芯片的整个通道填充有电泳液体时， 将保留在贮液器中的电泳液体除去。接着，将阴极电解液和阳极电解 液注入到通道两端处的贮液器中，并将贮液器盖子单元再次安装在盖 子部分113上。至此提及的所有传输系统都可以通过使用控制单元来操作。通过使用电流监控单元测量从电源通过配线施加到电极部分的电 压和电极部分的阳极和阴极之间的电流电平。由于电流电平在电压施 加时间内逐渐下降，因此如果可以测量其电流电平或瓦数就可以确定 等电位分离的终点。在等电位分离之后，操作用于芯片台和贮液器盖子单元的冷却系 统以便冷冻样品和/或电泳液体。接着，在通过抽气孔的真空夹盘吸引
芯片的同时，通过一次性地升高芯片台将基板部分103压在盖子部分113上，然后使芯片台下降以便将盖子密封部分113与基板部分103分 离。通过从上面和下面将盖子部分113与导轨一起挤压，jt液器盖子 单元作为盖子部分固定装置来工作。通过不断冷却具有芯片台冷却系 统的基板部分103，可以在基板部分103上露出冷冻的样品和/或电泳 液体。在此时间点，将基板部分103定位在盖子部分113之下。通过 使用盖子翻转单元上下翻转盖子，同时贮液器盖子单元保持其中通过 抽气孔的真空夹紧吸引盖子部分113的状态。在这种情况下，将玻璃用于基板部分103，且选择100ixm的通道 宽度和10um的通道深度。将硅树脂用于盖子部分113。在这种情况下，通过将基板部分103压在盖子部分113上，冷冻的样品和电泳液 体可以更牢固地粘附在盖子一侧上。而且，在将硅树脂用于基板部分的情况下，将其选择为400wm 的通道宽度和40um的通道深度，且玻璃用于盖子部分113，冷冻的 样品和电泳液体可以牢固地粘附在盖子一侧113上，而没有将基板部 分103压在盖子部分113上。由于冷冻的样品和电泳液体具有固态且由此更容易处理的优点， 因此可以将冷冻的样品和电泳液体单独划分成片段并将它们传输到用 于进一步处理的预定位置上。工业实用性可以将根据本发明的用于分析的有盖微芯片、使用其的样品处理 方法、自动样品处理方法和用于分析的使用有盖微芯片的自动样品处 理设备用于增强用于进一步分析的样品制备步骤的再现性，该进一步 分析使用已经通过电泳分离处理过的样品，该进一步分析例如为生物 化验和化学化验分析。
权利要求
1.一种微芯片，包括衬底部分和盖子部分，配置有形成在衬底部分中的凹槽形通道，其特征在于形成在有盖的微芯片的基板部分中的凹槽形通道的截面形状为上边比下边长的梯形或上边与下边相等的矩形；以及当冷却微芯片以冷冻通道中的液体样品时，在冷冻态的样品与盖子部分(上边)的底表面接触的部分(上边)的每单位通道长度的粘结强度ptop超过了样品与基板部分的侧壁面接触的部分(下边和两个侧面)的每单位通道长度的粘结强度pbottom。
2. —种方法，在通过利用如权利要求1的有盖的微芯片中形成的 通道，应用预定的分离技术从而使将被分析的液体样品经受了期望的 分离操作之后，该方法用于处理保持在通道中的分离的液体样品，所 述通道形成在有盖的微芯片中，其特征在于所述有盖微芯片具有如下结构，其中形成于其基板部分中的凹槽 形通道和密封该基板部分顶表面的盖子部分已经以预定结构达到了粘 结在一起的状态，以便使基板部分的顶表面和盖子部分的底表面牢固 地彼此粘结，在通过利用形成于有盖微芯片中的通道对将被分析的液体样品完 成期望的分离操作之后，所述方法包括以下步骤冷却步骤，其中使保持在通道中的己分离的液体样品受到如下的 冷冻操作，该冷冻操作通过冷却所述有盖微芯片的基板部分以便实现 冰点或冰点以下的预定低温条件，从而使包含其中的水溶剂冷冻；剥离盖子部分的步骤，其目的在于，通过将所述有盖微芯片的基 板部分保持冷却在预定的低温下，而使样品以粘结到盖子部分底表面 的状态离开凹槽形通道，同时将所分离的样品保持在持续的冷冻状态，通过将外力施加到盖子部分的端部以使盖子部分的底表面与基板 部分的顶表面剥离，来进行从基板部分将盖子部分剥离和去除的操作， 以便在保持与预定阈值Req2相关的条件的同时进行释放粘结强度的操作，该粘结强度使基板部分的顶表面和盖子部分的底表面彼此紧密接 触并以预定结构达到粘结状态，其中与预定阈值Req2相关的条件是指 由进行剥离处的界面上盖子部分的局部弯曲而显示出的曲率半径R大 于所述阈值Req2 (R>Req2);以及分离盖子部分的步骤，其中，在所述剥离步骤结束之后，以如下 方式进行传输和翻转操作，S卩，将通过释放与基板部分的顶表面的粘 结和固定而分离的盖子部分被传输远离基板部分的顶表面，同时保持 一种状态，在该状态下所述分离样品维持冷冻状态并保持与盖子部分 的底表面粘结的状态，然后将盖子部分的顶表面和底表面颠倒地翻转 过来，并将分离的盖子部分保持为如下结构，在所述结构中使维持冷冻状态的粘结到盖子部分的底表面的分离样品暴露在在其表面上；其中这些系列步骤顺次进行。
3. —种方法，通过在利用如权利要求1的有盖微芯片中形成的通 道而应用预定的分离技术从而使将被分析的液体样品经受了期望的分 离操作之后，该方法用于自动处理保持在通道中的分离液体样品，所 述通道形成在有盖微芯片中，其特征在于所述有盖微芯片具有如下结构，在该结构中，形成于其基板部分 中的凹槽形通道和密封该基板部分顶表面的盖子部分已经以预定结构 达到了粘结在一起的状态，以便使基板部分的顶表面和盖子部分的底 表面牢固地彼此粘结，在通过利用形成于有盖微芯片中的通道对将被分析的液体样品完成期望的分离操作之后，所述方法包括以下步骤冷却步骤，其中使保持在通道中的已分离的液体样品受到如下的 冷冻操作，该冷冻操作通过冷却所述有盖微芯片的基板部分以便实现冰点或冰点以下的预定低温条件，从而使包含其中的水溶剂冷冻；剥离盖子部分的步骤，其目的在于，通过将所述有盖微芯片的基 板部分保持冷却在所述预定的低温下，而使该样品以粘结到盖子部分 底表面的状态离开凹槽形通道，同时将所分离的样品保持在持续冷冻 的状态， 通过将外力施加到盖子部分的端部以使盖子部分的底表面与基板 部分的顶表面剥离，来进行从基板部分将盖子部分剥离和去除的操作， 以便在保持与预定阈值Req2相关的条件的同时进行释放粘结强度的操 作，该粘结强度使基板部分的顶表面和盖子部分的底表面彼此紧密接 触并以预定结构达到粘结状态，该与预定阈值Req2相关的条件是指由 进行剥离处的界面上盖子部分的局部弯曲而显示出的曲率半径R大于 所述阈值Req2 (R〉Req2);以及分离盖子部分的步骤，其中，在所述剥离步骤结束之后，以如下 方式进行传输和翻转操作，即，将通过释放与基板部分的顶表面的粘 结和固定而分离的盖子部分被传输远离基板部分的顶表面，同时保持 一种状态，在该状态下，所述分离样品维持冷冻状态并保持与盖子部 分的底表面粘结的状态，然后将盖子部分的顶表面和底表面颠倒地翻 转过来，并将所分离的盖子部分保持为如下结构，在所述结构中使维 持冷冻状态的粘结到盖子部分的底表面的分离样品暴露在其表面上；其中这些系列步骤自动进行。
4. 一种装置，通过在利用如权利要求1的有盖微芯片中形成的通 道而应用预定的分离技术从而使将被分析的液体样品经受了期望的分 离操作之后，该装置用于自动处理保持在通道中的分离液体样品，所 述通道形成在有盖微芯片中，其特征在于所述有盖微芯片具有如下结构，其中形成于其基板部分中的凹槽 形通道和密封该基板部分顶表面的盖子部分已经以预定结构达到了粘 结在一起的状态，以便使基板部分的顶表面和盖子部分的底表面牢固 地彼此粘结，该装置包括为有盖微芯片配置的如下系统，在所述有盖微芯片中 通过利用形成在有盖微芯片中的通道已经完成了对将被分析的液体样 品所期望的分离操作-用于冷却基板部分的系统，该系统适合于以与所述有盖微芯片的基板部分接触的结构而安装；用于冷却系统的控制单元，该单元能够通过基板部分冷却系统的冷却从而至少将基板部分保持在冰点或冰点以下的预定低温条件，所 述基板部分冷却系统被安装为与基板部分相接触的结构；用于固定基板部分的系统，该系统能够以接触所述基板部分冷却 系统的结构来固定所述有盖微芯片的基板部分；用于施加外力的系统，该系统具有对盖子部分的端部施加外力的 功能，该外力具有基本垂直于基板部分顶表面的方向上的分量，以便 释放粘结强度，所述粘结强度使基板部分的顶表面与盖子部分的底表 面彼此紧密接触并由此达到预定结构的粘结状态；用于传输盖子部分端部的系统，该系统能够在通过所述外力施加 系统将外力施加到盖子部分的端部的同时，在基本与基板部分的顶表 面和盖子部分的底表面之间的接触界面大体上相垂直的方向上传输盖 子部分的端部；用于控制传输盖子部分端部的速度的系统，该系统具有控制盖子 部分端部的传输速度的功能，以便在通过使用外力施加系统和盖子部 分端部传输系统将盖子部分的底表面从基板部分的顶表面剥离的工艺 中，该系统同时对所述盖子部分的端部工作，由进行剥离处的界面上 的盖子部分的局部弯曲而显示出的曲率半径R保持在如下条件下，艮口，与预定的阈值Req2相关地，曲率半径R大于所述阈值Req2 (R>Req2);用于拆卸被分离的盖子部分的系统，该系统具有如下功能，在将 盖子部分从基板部分的顶表面剥离的操作结束之后，该系统保持通过 释放粘结固定而从基板部分顶表面分离的盖子部分，将其传输远离基 板部分的顶表面，并随后将盖子部分的顶表面和底表面颠倒地翻转，以便使盖子部分的底表面向上露出；并且该装置进一步包括用于控制其自动操作的系统，该系统具有使完 成所设置的一系列操作的每个系统的动作根据预定的工艺程序而自动 完成的功能。
5. —种用于分析生物样品的方法，该方法是，在通过利用如权利 要求1的有盖微芯片中形成的通道而应用预定的电泳技术从而使将被 分析的液体样品经受了期望的电泳分离操作之后，在形成在有盖微芯片中的通道中保持的电泳分离的液体样品之外，在所述通道上点分离 的成分物质被分段为沿着通道的多个片段，并随后对包含在所述片段 中的点分离的成分物质进行生物化验分析，其特征在于所述有盖微芯片具有如下结构，其中形成于其基板部分中的凹槽 形通道和密封该基板部分顶表面的盖子部分已经以预定结构达到了粘 结在一起的状态，以便使基板部分的顶表面和盖子部分的底表面牢固 地彼此粘结，该方法包括收集步骤，其中，在利用形成在有盖微芯片中的通道完成了将被 分析的液体样品的期望的电泳分离操作之后，根据如权利要求3的用于分析的有盖微芯片的自动采样处理的方 法，剥离并去除通过密封而牢固地覆盖基板部分顶表面的盖子部分， 并且随后，通过将样品从形成于基板部分中的凹槽形通道中隔离并同时将其 保持在粘结到盖子部分底表面的状态下，从而收集保持在持续冷冻状 态下的被电泳分离的样品；分段步骤，其中，将保持在持续冷冻态的电泳分离的样品沿所述 通道被分段成多个片段，以及使得在形成于基板部分中的凹槽形通道中被分离为斑点的成分物 质被包含在所述多个片段中的任意一个中；片段再溶解处理的步骤，其中冷冻状态下的每个样品分段分别经 受再溶解处理，从而制备每个分段的样品液体，其中每个样品分段包 含在所述多个片段中的任意一个中，所述多个片断对应于部分所述电 泳分离的样品；标识每个片段范围的步骤，对于沿形成于基板部分中的凹槽形通 道分割的多个片段的每一个来说，基于与通道上片段两端的位置信息， 进行与片段两端相应的电泳指数值的识别；用于生物化验分析片段的步骤，其中使每个片段化的样品液体受 到生物化验分析，以确定显示出可以通过生物化验分析识别的特定特 性的任何成分物质是否包含于片段中；以及 用于分析数据的步骤，其中基于片段的生物化验分析结果，确定 显示出通过所述生物化验分析可识别的特定特性的成分物质是否在正 研究的片段范围内分成了斑点状，以及关于识别每个片段范围的电泳指数值范围的信息，其中基于该信 息来确定沿凹槽形通道获得了成分物质，该成分物质显示出可以通过 所述生物化验分析识别的特殊特性，该成分物质被确定为要被分离的 斑点状。
6. 如权利要求3的方法，其中通过应用预定分离技术的分离操作 是等电位聚焦。
7. 如权利要求4的方法，其中通过应用预定分离技术的分离操作 是等电位聚焦。
8. 如权利要求5的方法，其中通过应用预定分离技术的分离操作 是等电位聚焦。
9. 一种自动采样处理方法，其特征在于-根据如权利要求3的用于分析的有盖微芯片的自动采样处理方法， 在拆卸盖子部分的步骤完成之后， 所述方法进一步包括，分段步骤，其中，通过将样品从形成于基板部分中的凹槽形通道 中隔离并同时将其保持在粘结到盖子部分底表面的状态中，从而收集 通过应用预定分离技术而分离的、被保持在持续冷冻状态中的样品， 随后沿所述通道将分离后的样品分段成多个片段，由此使得在形成于基板部分中的凹槽形通道中被分离为斑点的成 分物质被包含在所述多个片段中的任意一个中；片段再溶解处理的步骤，其中冷冻状态下的每个样品分段分别经 受再溶解处理，从而制备每个分段的样品液体，其中所述样品被包含 在与所述分离样品的部分相对应的多个分段中的任意一个中。
10. —种自动釆样处理装置，其特征在于除了根据如权利要求4的用于分析的有盖微芯片的自动采样处理 装置的系统之外，所述装置进一步包括，用于分段的系统，其具有将持续冷冻状态下的样品切为多个分段 的功能，其中，通过将样品从形成于基板部分中的凹槽形通道中隔离并同时将其保持在粘结到盖子部分底表面的状态下，从而收集通过应 用预定分离技术而分离的样品，该样品被保持在持续冷冻状态下，以 及用于再溶解片段处理的系统，其具有分配功能并具有热再溶解功 能，其中持续冷冻状态下的多个样品分段的每一个被分配到多孔采样 板的每个孔，并且随后每个样品分段经受再溶解处理，从而制备每个 分段的样品液体，其中持续冷冻状态下的所述样品分段是利用所述用 于分段的系统通过对分离的样品进行分段而制备的。
11. 根据权利要求9的方法，其中通过应用预定分离技术的分离 操作是等电位聚焦。
12. 根据权利要求10的方法，其中通过应用预定分离技术的分离 操作是等电位聚焦。
全文摘要
本发明提供了一种在使将被分析的样品液体经受电泳分离的操作之后，自动化剥离并去除粘结并固定到基板部分的顶表面的方法，所述基板部分包括有盖的“微芯片”。在通过利用形成于有盖微芯片的通道使将被分析的液体样品经受了期望的电泳分离操作之后，保持在通道中的电泳分离的液体样品中包含的水溶剂被冷冻，以预定速度升起密封形成在基板部分上的凹槽型通道的盖子部分的端部，并同时将整个电泳分离的样品保持在冷冻状态下，并且在保持预定曲率半径的弯曲的条件下，从基板部分剥离并去除盖子部分的端部。
文档编号G01N35/08GK101156072SQ200680011610
公开日2008年4月2日 申请日期2006年2月10日 优先权日2005年2月10日
发明者藤田真知子 申请人:日本电气株式会社