生物芯片技术的现状和发展前景[2/2页]

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    1.2三维芯片的制作

    相对而言，由于三维芯片的种类比较多，使用的材料和制作工艺也各有不同。在三维芯片制作中最常用的是光刻和化学蚀刻联用的方法。这种方法常用于硅、石英和玻璃等质地比较坚硬，韧性差的无机材料的加工中。这种方法的主要过程是先在清洗干净或者表面处理过的玻璃等基底材料表面离心覆盖一层光刻胶，紫外光透过接触掩膜照射光刻胶进行曝光，接着用有机溶剂处理去掉曝光过的光刻胶，化学蚀刻去掉一定深度的无光刻胶保护的基底材料产生所需要的各种三维结构。其优点是加工精度很高，可以得到微米水平的微结构。但是缺点也相当明显，就是工艺比较复杂，设备要求很高，制作效率低，成本高。

    另一种常用的三维芯片加工方法是软印刷术，它是一大类，包括所有的用于微结构成型的非蚀刻技术，这类方法广泛用于聚合材料的三维芯片制作中。其中比较常用的是印刻法和微接触印制法。两种方法的原理正好相反，印刻法是使被加工材料凹陷形成所要求的结构，而印制法是在基底材料表面结合上凸出的结构而达到设计要求。早期印刻法使用小直径的金属丝在低温加热变软的塑料上压制成型。通过这种方法得到的产品只限于简单的线性通道设计，但是造价低廉。发展后的印刻法可以产生更复杂的微通道阵列，它先在硅片上蚀刻出微通道的凸版三维结构，然后在塑料上印制得到设计的微通道结构，模板可以多次重复使用。通过这种方法，可以在大面积区域得到垂直通道壁的微结构，因而这是一种低成本大批量制作塑料微芯片的方法。这种方法的最大优点就是成本低，效率高，但是加工精度不是太高。微接触印制（μc）方法使用平板橡胶印模将微结构浇铸到基底表面，这种方法有些类似于二维芯片的点样方法，只是滴加的是可以凝固的化学物质。通过“墨水”的灌注，化学式样在平板橡胶印模表面成型。印模干燥后置于基底表面，“墨水”与基底材料的分子间发生化学反应得到需要加工的结构。这种方法可以产生高精度的微结构。

    此外还有很多三维芯片的加工技术，包括机械切割、光刻（普通光、紫外光、激光、x射线）、反应离子蚀刻等。这些加工方法有些精度比较低，有些设备要求高，工艺复杂，所以使用上限制比较多，只用于少数特殊的用途。

    2生物芯片的检测技术

    二维阵列芯片的检测技术相对比较单一。最常用的就是生物分子荧光标记，标记了荧光的分子同芯片表面的分子结合，在光源的照射下发出一定波长的荧光。测定结合后的荧光强度就可以推知结合分子的浓度。通常待测样本和对照样本用两种不同的荧光进行标记，例如cy3和cy5。比较同一位置的不同荧光强度，就可以测定待测样本和对照样本中与某一位点结合的分子比例。杂交反应结果用荧光扫描仪进行检测。荧光扫描仪有多种，如激光共聚焦扫描仪，d扫描仪，比较常用的是激光共聚焦扫描仪。激光共聚焦扫描仪利用激光作为激发光，将视野中的两个聚焦点的影象装配为二维图象。激光与其它光源相比具有比较明显的优点，强度高，单色，相干性好，不需要使用滤光器。在激光共聚焦扫描中，平行的激光束通过光束分离器后进入物镜，通过物镜的激光束照射芯片表面激发荧光物质发射荧光。荧光呈球状散射，通过物镜采集后成为平行的光束。此外，芯片表面还反射部分激光，通常这些激光的强度要比荧光强度大数倍。根据荧光激发的原理，发射光的波长一般要比激发光的波长大一些，这就可以通过让透镜选择性通过不同波长的光，得到所需要的发射荧光而除掉激发用的激光。由物镜采集回来的光束再次通过光束分离器，光束分离器将大部分激光反射回激光源处，并允许大部分荧光束通过光束分离器。平面镜将透射过光束分离器的光反射到发射光栅处，光栅在很窄的波长范围内选择性让荧光通过，并将剩余的激光激发光全部反射回去。探测目镜把滤光后的平行荧光束聚焦为很小直径的一束。缩小的光束照射到挡板上，挡板上的小孔只允许聚焦的光线通过并将其余的光遮挡住。若发光点不在目镜焦点范围内，则光线将被探测目镜聚集于挡光板前而无法通过挡上的小孔。因而芯片表面发射的大部分光线被遮挡了，只有焦点范围内的光线才能有效地进入挡光板的小孔被探测器检测到。对焦距范围的严格限制使得灰尘或者邻近表面的其它小颗粒均不能成像被探测到，因而共聚焦扫描仪获得图象的信噪比要高于非共聚焦扫描装置。当然，严格的聚焦也加大了对仪器加工精度的要求。随着技术的提高，不断有新的激光共聚焦扫描技术用于二维芯片的研究，例如四激光的共聚焦扫描系统。

    除了荧光标记方法，还可以使用其它标记手段，如同位素标记。同样，根据二维芯片的特性，所有的表面检测方法都可以用于二维芯片的检测中，比较常用的就

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