用于控制實(shí)體的電沉積的方法和采用了固定化實(shí)體的裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)涉及用于控制沉積實(shí)體的電沉積的方法和系統(tǒng)，其中，在一對(duì)重疊的電極之間提供預(yù)定濃度的沉積實(shí)體的溶液或懸浮液。對(duì)所述電極施加足以導(dǎo)致所述沉積實(shí)體向所述電極之一移動(dòng)，并且沉積受控制厚度的沉積實(shí)體的電壓?？梢钥刂齐姌O之間的距離和施加的電壓，以便提供所述沉積實(shí)體的運(yùn)動(dòng)。所述方法和系統(tǒng)提供了將沉積實(shí)體，如蛋白，酶，集光復(fù)合體，ＤＮＡ，ＲＮＡ，ＰＮＡ固定在基質(zhì)上而又不會(huì)喪失功能的受控固定。在一種實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)可以在納米級(jí)上使用。另外，可以通過本發(fā)明專利技術(shù)的方法生產(chǎn)裝置。（*該技術(shù)在2024年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
技術(shù)介紹
1.專利
本專利技術(shù)涉及用于控制實(shí)體的電沉積的方法和裝置，所述實(shí)體如生物分子，其中，所述實(shí)體提供到呈重疊關(guān)系的電極對(duì)附近，并且在所述電極之間施加電壓，該電壓足以導(dǎo)致所述生物分子成分向所述電極之一移動(dòng)，并且導(dǎo)致在所述電極上沉積所述實(shí)體的單層。本專利技術(shù)還涉及使用固定化實(shí)體的方法，以及采用了所述固定化實(shí)體的裝置。2.相關(guān)技術(shù)業(yè)已披露了用于通過化學(xué)部分將蛋白固定在基質(zhì)上的常規(guī)方法。美國專利號(hào)6,475,809披露了用于高處理量篩選的蛋白陣列，其中，將多個(gè)不同的部件固定在基質(zhì)的表面上。在所述基質(zhì)的表面上提供一個(gè)單層。將所述蛋白固定在所述單層上。所述單層是由多種化學(xué)部分，包括烷基硅氧烷單層，烷基硫醇/二烷基二硫化物單層和烷基單層，將它們形成在無氧化物的硅基質(zhì)上。美國專利號(hào)4,294,677披露了一種用于通過電泳電沉積蛋白的方法，將蛋白從溶解或分散于其中的懸浮液液體中沉積到離子交換膜上。所述離子交換膜可以包括化學(xué)彈性高度橋接的聚合物骨架，在它上面連接了很多陰離子和陽離子交換基團(tuán)，如磺酸基團(tuán)，羧酸基團(tuán)，苯酚基團(tuán)和銨基基團(tuán)作為取代基。業(yè)已披露了不使用化學(xué)部分對(duì)蛋白進(jìn)行電沉積的其他常規(guī)方法。美國專利號(hào)5,166,063披露了用于將分子固定在導(dǎo)電基質(zhì)上以便生產(chǎn)生物傳感器的方法。將生物傳感器電極和反電極浸泡在至少一種生物分子溶液的容器中。在所述電極之間形成低于1伏的電位差，該專利的缺陷是，由于在該系統(tǒng)中使用了較大的體積，因此難以控制在生物傳感器電極上蓄積的生物分子的數(shù)量。需要提供用于控制實(shí)體的電沉積的方法和系統(tǒng)。專利技術(shù)概述本專利技術(shù)涉及用于控制沉積實(shí)體的電沉積的方法和系統(tǒng)，其中，以預(yù)定的濃度在一對(duì)重疊的電極之間提供所述沉積實(shí)體的溶液或懸浮液。對(duì)所述電極施加電壓，該電壓足以導(dǎo)致所述沉積實(shí)體向所述電極之一移動(dòng)，并且沉積受控制厚度的沉積實(shí)體。所述電極之間的距離和所施加的電壓可以控制，以便提供所述沉積實(shí)體的運(yùn)動(dòng)。所述方法和系統(tǒng)提供了將諸如蛋白，酶，集光復(fù)合體，DNA，RNA，PNA的沉積實(shí)體控制地固定在基質(zhì)上，而又不會(huì)喪失其功能。在一種實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)可以在納米級(jí)上使用。另外，可以通過本專利技術(shù)的方法生產(chǎn)裝置。通過參考以下附圖可以更好地說明本專利技術(shù)附圖的簡要說明附圖說明圖1是用于根據(jù)本專利技術(shù)的方法控制沉積實(shí)體的電沉積的系統(tǒng)的示意性剖視圖。圖2是與電極組合的圖1所示系統(tǒng)的固定外殼的頂視圖。圖3A是通過本專利技術(shù)的裝置生產(chǎn)的沉積實(shí)體的沉積薄膜的吸收光譜曲線圖。圖3B是圖3A所示薄膜的SEM顯微照片。詳細(xì)說明現(xiàn)在更詳細(xì)地參見本專利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施方案。在附圖中示出了它的一種例子。如果可能的話，在附圖和說明書中會(huì)使用相同的附圖標(biāo)記來表示相同或相似的部件。圖1是用于按照本專利技術(shù)的說明控制沉積實(shí)體的電沉積的系統(tǒng)10的示意圖。系統(tǒng)10包括電極12和電極14。電極12和電極14呈重疊的關(guān)系。電極12和14可以用金屬或″金屬代用品″制成。術(shù)語″金屬″用于包括由元素上純凈的金屬，如Ag或Mg組成的材料，并且還包括金屬合金，它們是包括兩種或多種元素上純凈的金屬的材料，例如，同時(shí)包括Mg和Ag，表示為MgAg。術(shù)語″金屬代用品″不屬于正常定義范圍內(nèi)的金屬的材料，但是它具有金屬樣特性，這在某些合適的用途中是需要的?？捎糜陔姌O12和14的合適的金屬代用品包括摻雜的寬能帶隙半導(dǎo)體，例如，透明的導(dǎo)電氧化物，如銦錫氧化物(ITO)，鎵銦錫氧化物(GITO)，和鋅銦錫氧化物(ZITO)。用于電極12和14的其他合適的材料是聚合金屬，如用聚磺苯乙烯(PSS)摻雜的聚-乙烯-二氧噻吩(PEDOT)。電極12和電極14中的一個(gè)或多個(gè)可以是透明的。在本文中，當(dāng)所述層允許相關(guān)波長的環(huán)境電磁輻射的至少50％通過所述層傳輸時(shí)，該層材料就被說成是″透明的″。類似地，允許低于50％的相關(guān)波長的環(huán)境電磁輻射通過的層被說成是″半-透明的″。具體地講，ITO是高度摻雜的變性n+半導(dǎo)體，它的光學(xué)能帶隙為大約3.2eV，使得它對(duì)于波長超過大約3900的輻射來說是透明的。另一種合適的金屬代用品材料是透明的導(dǎo)電性聚合物聚苯胺(polyanaline)(PANI)，以及它的化學(xué)相關(guān)物質(zhì)。金屬代用品還可以從多種非金屬材料中選擇，其中，術(shù)語″非金屬″表示包括多種材料，只要所述材料在它的化學(xué)上未結(jié)合的形式中不含有金屬就行。當(dāng)金屬以它的化學(xué)未結(jié)合形式單獨(dú)或者與一種或多種其他金屬以合金形式存在時(shí)，它被稱作是以它的金屬或者是″游離金屬″的形式存在的。因此，本專利技術(shù)的金屬代用品電極有時(shí)可以被稱作″無金屬″，其中，術(shù)語″無金屬″專門用于表示包括不含化學(xué)上未化合形式的金屬的材料。游離金屬通常具有一種被認(rèn)為是化學(xué)結(jié)合類型形式的金屬結(jié)合，這導(dǎo)致形成了大量能夠自由地在遍布金屬晶格的電子導(dǎo)電帶中運(yùn)動(dòng)的價(jià)電子。盡管金屬代用品可以包括金屬成分，但是，它們?cè)谌舾煞N基礎(chǔ)上是″非金屬的″。它們不是純的游離金屬，也不是游離金屬的合金。當(dāng)金屬以它們的金屬形式存在時(shí)，所述電子導(dǎo)電帶除了其他金屬特性之外，傾向于提供高導(dǎo)電性，以及對(duì)光學(xué)輻射的高反射性。電極12可以連接在基質(zhì)15上，并且電極14可以連接在基質(zhì)16上。例如，采用已知的金屬和非金屬沉積技術(shù)，如電子束蒸發(fā)等，電極12和電極14可以作為薄膜沉積在相應(yīng)的基質(zhì)15和基質(zhì)16上。基質(zhì)15和16可以是有機(jī)的或無機(jī)的，生物學(xué)的或非生物學(xué)的，或上述材料的任意組合。在一種實(shí)施方案中，所述基質(zhì)是透明的或半透明的?；|(zhì)15和16可以是扁平的，固定的或半固定的。用于基質(zhì)15和16的合適的材料包括硅，二氧化硅，石英，玻璃，可控孔度的玻璃，碳，氧化鋁，二氧化鈦，鍺，氮化硅，沸石，和砷化鎵。諸如金，鉑，鋁銅合金，鈦，以及它們的合金的金屬也可選擇用作所述基質(zhì)。另外，還可以將很多陶瓷和聚合物用作基質(zhì)。可以被用作基質(zhì)的聚合物包括，但不局限于以下材料聚苯乙烯；聚(四)氟乙烯；(聚)偏二氟乙烯；聚碳酸酯；聚甲基丙烯酸甲酯；聚乙烯基乙烯；聚乙烯亞胺；poly(etherether)ketone；聚甲醛(POM)；聚乙烯苯酚；聚交酯；polymethacrylimide(PMI)；聚烯烴砜(PAS)；聚羥乙基甲基丙烯酸酯(polyhydroxyethylmethacrylate)；聚二甲基硅氧烷；聚丙烯酰胺；聚酰亞胺；其嵌段其聚物；和Eupergit，光致抗蝕劑，聚合的Langmuir-Blodgett薄膜，和LIGA結(jié)構(gòu)，也可用作本專利技術(shù)的基質(zhì)。提供電源18，它具有與電極12連接的正極引線19，和與電極14連接的負(fù)極引線20，以便在電極12和電極14之間提供大體上穩(wěn)定的電流。如果需要，通過切換引線19和引線20與電源18的連接，使引線19帶負(fù)電荷，使引線20帶正電荷，可以顛倒電流的方向。電極12和電極14之間的距離D1可以為大約10nm-大約5.0mm。在一種實(shí)施方案中，選擇電極12和電極14之間的距離D1和大小，以便可以在納米級(jí)裝置上使用。在納米級(jí)電極上的沉積可以進(jìn)行，只要基質(zhì)的其余部分是絕緣的。合適的距離D1為大約1.0mm。施加在電極12和電極14上的電壓取決于距離D1。例如，所施加的電壓可以在大約1V/cm-大約1,000V/cm的范圍內(nèi)。大約10V/cm-大約200V/cm的合適的電壓范圍可用于電極12和電極14之間的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
用于控制沉積實(shí)體的電沉積的方法，包括以下步驟：制備預(yù)定濃度的所述沉積實(shí)體的溶液或懸浮液；將所述溶液提供在靠近電極對(duì)之間的地方，所述電極對(duì)呈重疊的關(guān)系，彼此之間間隔預(yù)定的距離；和在所述兩個(gè)電極之間施加預(yù)定的電壓，該電壓足以引起所述沉積實(shí)體向所述電極之一移動(dòng)，并且將所述沉積實(shí)體沉積在所述電極之一上。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】US 2003-11-26 10/722,7401.用于控制沉積實(shí)體的電沉積的方法，包括以下步驟制備預(yù)定濃度的所述沉積實(shí)體的溶液或懸浮液；將所述溶液提供在靠近電極對(duì)之間的地方，所述電極對(duì)呈重疊的關(guān)系，彼此之間間隔預(yù)定的距離；和在所述兩個(gè)電極之間施加預(yù)定的電壓，該電壓足以引起所述沉積實(shí)體向所述電極之一移動(dòng)，并且將所述沉積實(shí)體沉積在所述電極之一上。2.如權(quán)利要求1的方法，其中，所述沉積的預(yù)定濃度為大約10μg/ml-大約1mg/ml，所述溶液的體積為大約1mm3-大約100mm3。3.如權(quán)利要求2的方法，其中，所述電極對(duì)之間的距離為大約10nm-大約5.0mm。4.如權(quán)利要求3的方法，其中，所述預(yù)定的電壓為大約1V/cm-大約1,000V/cm。5.如權(quán)利要求1的方法，其中，將所述沉積實(shí)體的單層沉積在所述電極之一上。6.如權(quán)利要求1的方法，其中，將厚度為大約5nm-大約10nm的所述沉積實(shí)體的層沉積在所述電極之一上。7.如權(quán)利要求1的方法，其中，所述沉積實(shí)體選自下列一組蛋白，肽，酶，酶底物，輔因子，藥物，凝集素，糖，寡核苷酸，DNA，RNA，PNA，病毒，噬菌體，反義的，抗原，半抗原，抗體，氨基酸及其衍生物，激素，脂類，磷脂，糖脂，脂質(zhì)體，核苷酸和集光復(fù)合體。8.如權(quán)利要求1的方法，其中，所述沉積實(shí)體選自下列一組蛋白，光合體系I，光合體系II，集光復(fù)合體1和集光復(fù)合體2。9.如權(quán)利要求1的方法，其中，所述電極之一是透明的，并且所述沉積實(shí)體選自下列一組蛋白，光合體系I，光合體系II，集光復(fù)合體1和集光復(fù)合體2。10.如權(quán)利要求1的方法，其中，所述溶液提供在位于所述電極對(duì)之間的固定外殼中。11.通過權(quán)利要求1的方法生產(chǎn)的裝置。12.如權(quán)利要求11的裝置，其中，所述沉積實(shí)體選自下...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：P佩曼斯，SR福里斯特，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：普林斯頓大學(xué)理事會(huì)，
類型：發(fā)明
國別省市：US[美國]