[发明专利]微器件制造

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2008年1月2日的第61/018,599号美国临时专利申请的优先权，通过引用将该申请的全部内容合并于此。

政府利益声明

本发明是在美国国家科学基金会提供的政府资助(批准号0317032)下作出的。美国政府对本发明享有某些权利。

背景技术

目前，对制造和评估小型器件的方法存在相当大的兴趣，这些小型器件用在包括细胞图案化、神经元回路工程、干细胞研究、细胞生物传感器、细胞动力机以及微流体和微机械器件的应用中。作为该需求的结果，开发了多种技术来制造这样的器件。

包含对X射线或深紫外线的使用的方法如光刻法是用于产生二维微结构的公知方法。还开发了以利用自组装单层对表面化学性质的修改以及微接触打印为基础的微尺度制造方法。然而，这些方法在产生特别感兴趣的任意三维结构的能力方面都非常有限。另外，通过这些方法产生的结构常常具有有限的生物相容性。

已开发了几种方法来满足这种对三维结构的兴趣，包括仿生基质构形法(biomimetic matrix topography)和双光子或多光子光刻法。仿生基质构形法通过从生物表面去除上皮层或内皮层以暴露支撑基底膜或基质、然后使用基底膜或基质作为用于聚合物浇铸的模子来产生三维结构。然后，使用浇铸的聚合物作为生物材料浇铸的负模。然而，该技术需要使用生物表面，这限制了可由该方法产生的结构的构形。

多光子光刻法是使激光束在通常涂覆有包含独特染料的聚合物树脂的衬底上扫描以产生期望的硬化聚合物结构的技术。该激光写过程利用了交联化学反应只在分子已吸收多个光子的光的情况下发生这一事实。由于多光子-光子吸收速率随着距激光焦点的距离的增大而迅速降低，所以只有非常靠近焦点的分子才接收到足以吸收两个光子的光。因此，这样的方法允许对所产生的结构的构形进行相当大程度的控制。然而，这样的方法目前需要昂贵的且高度专业化的过程以及从经济上看相当大量的时间和材料来产生这样的器件的原型。

发明内容

为了以经济且省时的方式制造和评估复杂的三维微机构，必须提供允许不使用高度专业化设备而制造这样的器件的方法。此外，为了使这样的微器件广泛适用于生物科学和其它相关领域，这样的方法必须允许使用多种多样的材料。根据某些实施例，本公开涉及一种这样的掩模引导的光刻系统和方法：其提供使用适合于快速原型制作和累接的简易过程来产生复杂的三维毫微及微结构的手段。根据某些实施例，本公开还提供使用这样的方法和系统形成的合成物。

在阅读了下面对各实施例的描述后，本领域的技术人员容易明白本发明的特征和优点。

附图说明

通过部分地参考以下描述和附图，可以理解本公开的一些具体的示例实施例。

图1示出了将掩模对象(左画面中的家蝇；比例尺，2mm)放置在与显微镜物镜的前焦平面共轭的平面内，这引导了使用多光子光刻法制造使用牛血清白蛋白(BSA)和亚甲基蓝作为光敏剂的对象负片(微分干涉相衬(DIC)图像的蒙太奇，中间画面；比例尺，20μm)。该图像中划分为1和2的区域用扫描电子显微图(SEM)(右画面；比例尺，1μm)详细示出。

图2示出了依次使用两个单独的掩模制造的两层BSA微结构(A)。重叠区域将细菌从底层分流到二层阁楼。(B)是所得到的两层BSA微结构的SEM。(C)是DIC图像，示出了E.coli细胞(RP9535)进入并经过底层通道(左画面)到重叠区域(箭头，中间画面)并到达阁楼(右画面)，其最终被细胞填充(插图)。比例尺(B、C)是5μm。

图3示出了用以捕获单个细菌的具有生物相容性的微制造。(A、B)是与C和D部分类似的BSA微容器的SEM图像。(C)是入口内部被细菌塞住后的BSA容器的SEM。(D)序列示出了制造用以捕获细菌的塞子之前(1)和顷刻后(2)的BSA容器(箭头；比例尺，10μm)。细胞分裂最终填充陷阱而不损失细菌(3-6)。时间点是(3)172分钟，(4)360分钟，(5)590分钟，(6)16小时。比例尺是A/D，10μm；B/C，2μm。