TWI427709B - 用於增加表面面積之應用的奈米纖維表面 - Google Patents

Description

用於增加表面面積之應用的奈米纖維表面 相關申請案之交互參照

本案請求美國專利申請案第10/792,402號，申請日2004年3月2日及美國臨時申請案第60/468,606號，申請日2003年5月5日及60/468,390，申請日2003年5月6日，各案名稱皆為「用於增加表面積之應用的奈米纖維表面」。此等先前申請案全文以引用方式併入此處。

發明領域

本發明主要係有關奈米技術領域。特別本發明係有關奈米纖維，表面積增加之奈米纖維結構，以及此種奈米纖維及奈米纖維結構用於各項應用之用途。

發明背景

無數科學製程及商業製程涉及一或多種化合物(經常呈液態形式或存在於液體載劑等)與一或多種表面積交互作用。該等表面可經過功能化以發揮特定作用，例如用以結合某些化合物、指示特定化合物的存在、催化特定反應、改變與該表面接觸之化合物、液體、氣體等之相對溫度、防止結合至該表面、釋放藥物等。例如，表面/化合物交互作用之常見用途包括分離管柱或過濾器、熱交換器、微陣列檢定分析、化學感測器、生物感測器、醫療裝置等。其它範例充斥於參考文獻並且確實遍佈於日常用途中。

但幾乎於各種情況下，該等製程及裝置之效率或用途 受限制，至少部分受到與該一或多種化合物或期望成分(例如液體、氣體等)接觸之表面積所限。此種限制於若干方面為真。首先，須考慮空間限制。例如，一表面的每單位面積中(換言之於某個覆蓋區以內)實體上存在之功能單位(例如抗體、催化劑等)之數目有限。如此欲達成之作用受到功能單位數目所限，而功能單位數目又受到含有該功能單位之表面之單位面積或覆蓋區所限。此項問題之一種解決之道係增加牽涉的單位面積或覆蓋區大小。但除了過於粗糙之外，由於成本限制及受累於覆蓋區本身之大小限制(例如反應必須在裝置的有限空間之內進行等)，此種對應方式經常問題重重。

其次，該等製程及裝置經常就解析度及敏感度方面而言也有限制。例如於偵測情況下，允許偵測化合物或成分之活性偶爾可能「微弱」或難以偵測。另外，化合物與表面部分(亦即涉及偵測過程的表面部分)間之交互作用簡短或不完美。此種情況下，即使增加覆蓋區大小可能也不足以改善偵測，原因在於即使面積變大，微弱反應仍然為微弱反應(亦即每單位面積之反應仍然相同)。類似的問題也發生在管柱反應，結果導致昏暗帶或擴散帶。

於多項習知應用用途或目前應用用途，基體表面積係藉著提供組成表面之材料有多個孔洞或孔隙來增加表面積。經由提供基體為多孔固體，而非指示實心表面，可增加可利用的表面積，而未增加材料所占有的空間量(亦即覆蓋區大小)。雖然此種多孔組配狀態確實增加基體表面積，但 出現多項議題限制此種措施的功用。特別由於此種孔隙提供的路徑本質蜿蜒狹窄，材料不容易積極流入接觸孔隙內部的相關表面。結果材料必須透過擴散飄浮接觸表面，受到可利用的時間所限，也受到感興趣的分子大小所限，例如較大分子的擴散較緩慢。即使於多孔網路確實允許液體流過其中，網路的狹窄蜿蜒本質，導致反壓，反壓典型迫使材料流經較非蜿蜒的路徑，以及完全環繞基體。如此換言之，於涉及反應之「路徑」經常出現第三問題。例如於若干目前傳統分離/偵測裝置，被分析物需要蜿蜒通過複雜路徑，才能到達適當偵測元件，或才能達成分離等。此種蜿蜒路徑造成處理時間的延長(亦即產出量的減低)。

最後但並非最不重要的問題係有關成本。允許含括較大面積單位或較多功能單位所需大型裝置/表面/結構價格相當昂貴。

業界希望有一種表面其具有增加表面積，以及包含此種表面之結構/裝置，以及使用增加表面積及裝置之方法，其具有例如每單位面積之官能度增加、處理路徑短及/或非蜿蜒等效果。本發明提供此等及其它效果，由檢視後文將更為彰顯。

發明概要

於若干方面，本發明包含一基材包含至少一第一表面，複數個奈米纖維附著於該第一表面，以及一或多個特定部分附著於複數個奈米纖維之一或多個成員。典型情況下 ，該部分為外生部分，例如天然出現部分或奈米纖維上之未經操控氧化物層等。若干具體例中，奈米纖維包含平均長度由約1微米或以下至至少約500微米，由約5微米或以下至至少約150微米，由約10微米或以下至至少約125微米，或由約50微米或以下至至少約100微米。此外於若干具體例中，奈米纖維包含平均直徑由約5奈米或以下至至少約1微米，由約5奈米或以下至至少約500奈米，由約10奈米或以下至至少約500奈米，由約20奈米或以下至至少約250奈米，由約20奈米或以下至至少約200奈米，由約40奈米或以下至至少約200奈米，由約50奈米或以下至至少約150奈米，或由約75奈米或以下至至少約100奈米。此外，其它具體例中，奈米纖維包含平均密度由約0.11(或約0.1)奈米纖維/平方微米或以下至至少約1000奈米纖維/平方微米，由約1奈米纖維/平方微米或以下至至少約500奈米纖維/平方微米，由約10奈米纖維/平方微米或以下至至少約250奈米纖維/平方微米，或由約50奈米纖維/平方微米或以下至至少約100奈米纖維/平方微米。此等具體例中，基材也具有可對一或多種被分析物提供一或多個交互作用部位之部分(亦即專一性或非專一性)。各具體例中，該部分及被分析物可為例如蛋白質、胜肽、多胜肽、核苷酸、核苷酸類似物、金屬蛋白質、化學催化劑、金屬基團、抗體、離子、配位子、酶基質、受體、生物素、疏水部分、長度約10至約20個碳原子之烷基鏈、苯基、黏著性提升基團及輔因子等。不同具體例中，複數個奈米纖維可於欲使用之原位生長，或奈 米纖維可於另一個位置生長，且移轉至欲使用之位置。任一種情況下，奈米纖維相對於基材(例如包含矽、玻璃、石英、塑膠、陶瓷、金屬、聚合物、TiO、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、MgS、MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrSe、SrTe、BaS、BaSe、BaTe、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、PbS、PbSe、PbTe、AlS、AlP、AlSb、SiO₁ 、SiO₂ 、碳化矽、氮化矽、聚丙烯腈(PAN)、聚醚酮、聚醯亞胺、芳香族聚合物及脂肪族聚合物等)可為實質上平方、或實質上垂直、或平行與垂直的混合。又另一具體例中，該等部分可經由巰基而附著於奈米纖維，於複數奈米纖維中也可分散有複數個奈米粒子。

於其它方面，本發明包含一種基材，其包含一微陣列，包含一第一區以及至少一第二區(各區包含至少一第一表面，以及複數個奈米纖維附著於該第一表面，以及一或多個特定部分附著於複數個奈米纖維中之一或多個成員)。此等具體例中，第一區包含與第二區不同之特定部分(或確實各分開區包含不同部分)。若干具體例中，基材至少有一第三區，該第三區可分開第一區與第二區，其中至少第三區包含比第一區及第二區實質上更低密度(或甚至實質上為零密度)之奈米纖維，如此提供具有實質較低密度之緩衝區介於該第一區與第二區間。若干具體例中，第一區及至少第二區包含增加之表面積，比(實質上)類似覆蓋區維度之平面基材、或比(實質上)類似覆蓋區維度之第三區面積之表面 積大約2倍至約10,000倍或以上，大約5倍至約5,000倍或以上，或大約10倍至約1000倍或以上，或大約100倍至約750倍或以上，或大約250倍至約500倍或以上。若干具體例中，第三區實質上不含奈米纖維。若干具體例中，至少第三區(無論是否包含與第一區以及至少第二區類似、更大或更小數量或密度之奈米纖維)包含之疏水/親水極性係與第一區及至少第二區之奈米纖維之疏水/親水極性相反，如此於第一區與第二區間提供一障壁區。此種基材也包含其中第三區包含具有一或多個疏水部分或親水部分之奈米纖維(例如一部分其本身為疏水性或親水性、或為疏油性或親油性、或為疏兩性或親兩性，或提供此等性質給奈米纖維)。其它具體例包含該性質為超疏水性、超親水性或超親兩性。至少此種第三區可選擇性包含一或多種流體之連續可芯吸流徑，該流體係藉由第三區與第一區及至少第二區之疏水/親水極性間之差異而容納於第三區。

此處若干具體例中，基材包含一種分離基材，該基材包含至少第一表面，複數個奈米纖維附著於該第一表面，以及一或多個特定部分附著或連接該複數個奈米纖維中之一或多個成員。此等具體例中，奈米纖維及/或該部分分開(或識別或分離等)一或多種被分析物於一或多個試樣。此種基材選擇性包含增加表面積，比不含奈米纖維具有實質類似覆蓋區維度之基材之表面積增加約2倍至約10,000倍。此種基材包含平均長度為約1微米至至少約200微米；平均直徑由約5奈米至至少約1微米；以及平均密度由約1奈米纖維 /平方微米至至少約1000奈米纖維/平方微米之奈米纖維。此種基材之增加的表面積包含表面積比具有實質類似覆蓋區維度之平面基材增加約5倍至約5000倍或以上，約10倍至約1000倍或以上，約100倍至約750倍或以上，或約250倍至約500倍或以上。於此種基材，一或多個部分及/或一或多種材料(例如經分開、分離、識別等)係選自由有機分子、無機分子、金屬、陶瓷、蛋白質、胜肽、多胜肽、核苷酸、核苷酸類似物、金屬蛋白質、化學催化劑、金屬基團、抗生素、細胞、離子、配位子、酶基質、受體、生物素、疏水部分、長度約10至約20個碳原子之烷基、苯基、黏著促進基團、輔因子等組成之群組。特定部分可與欲分離材料中之一或多種被分析物等專一性或非專一性交互作用。如此例如該部分可選擇性結合至、或非專一性識別/分離，例如識別/分離具有某種尺寸/構型之全部蛋白質、全部分子等；或可選擇性結合至或專一性識別/分離例如結合/識別/分離等一類蛋白質中之一種特定蛋白質或特定抗原、或特定核酸序列等。此種基材可選擇性進一步包含一或多個欲分離之材料來源，以及一種流體輸送裝置，其輸送一或多種欲分離/單離/識別等之材料與該分離基材接觸。

其它具體例中，本發明之基材包含質譜術裝置之一部分。此種基材包含微陣列其具有第一區以及至少第二區，其中各區包含至少第一表面及複數個奈米纖維附著於第一表面。質譜術分析可選擇性包含雷射脫附游離、MALDI、SELDI等。此等基材包含微陣列，其具有多區，各區至少 有一第一表面以及複數個奈米纖維附著於該表面。各區可選擇性包含一或多種(例如透過質譜術)欲被檢定分析之被分析物。其它具體例中，實質上各區包含不同欲被檢定分析之被分析物。此種被分析物可選擇性附著或連接複數個奈米纖維之一或多成員，例如被分析物可選擇性經過制動及/或乾燥及/或凍乾及/或包含於基體內部。其它具體例中，被分析物並非包含於基體內部。其它具體例包含實質上各區包含欲檢定分析之不同被分析物。欲藉質譜術分析之一或多種被分析物可選擇性選自由有機分子、無機分子、金屬、陶瓷、蛋白質、胜肽、多胜肽、核苷酸、核苷酸類似物、金屬蛋白質、化學催化劑、金屬基團、抗生素、細胞、離子、配位子、酶基質、受體、生物素、疏水部分、長度約10至約20個碳原子之烷基、苯基、黏著促進基團、輔因子等組成之群組。用於此種質譜術基材，複數個奈米纖維成員包含平均長度約1微米至至少約200微米；平均直徑約5奈米至至少約1微米；以及平均密度約1奈米纖維/平方微米至至少約1000奈米纖維/平方微米。其它具體例包含其中複數個奈米纖維成員包含平均直徑為約5奈米至至少約1微米或以上，約10奈米至至少約500奈米或以上，約20奈米至至少約250奈米或以上，約40奈米至至少約200奈米或以上，約50奈米至至少約150奈米或以上，或約75奈米至至少約100奈米或以上。此種基材增加之表面積選擇性包含之面積比具有實質類似覆蓋區維度之平面基材增加約5倍至約5000倍或以上，約10倍至約1000倍或以上，約100倍至 約750倍或以上，或約250倍至約500倍或以上。此外，此種基材有複數個奈米纖維其包含平均密度為約0.1奈米纖維/平方微米至至少約1000或以上奈米纖維/平方微米，約1奈米纖維/平方微米至至少約500或以上奈米纖維/平方微米，約10奈米纖維/平方微米至至少約250或以上奈米纖維/平方微米，或約50奈米纖維/平方微米至至少約100或以上奈米纖維/平方微米。此種基材可選擇性進一步包含一或多個部分附著或連接複數個奈米纖維之一或多個成員。此種部分選擇性對一或多種被分析物提供一或多個交互作用位置。基材之各區選擇性包含專一性地或非專一性地結合一或多種被分析物之一或多個部分。實質上各區包含不同部分來接合一或多種被分析物(例如不同被分析物)。此種基材之複數個奈米纖維可生長至第二表面或複數個第二表面，且移轉至第一表面；或選擇性地，奈米纖維可直接於第一表面生長/組成。此具體例之基材及奈米纖維包含分別選自由下列組成之群組之材料製成：矽、玻璃、石英、塑膠、陶瓷、金屬、聚合物、TiO、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、MgS、MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrSe、SrTe、BaS、BaSe、BaTe、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、PbS、PbSe、PbTe、AlS、AlP、AlSb、SiO₁ 、SiO₂ 、碳化矽、氮化矽、聚丙烯腈(PAN)、聚醚酮、聚醯亞胺、芳香族聚合物及脂肪族聚合物等。

又另一具體例中，本發明之基材包含欲植入個體(例如 人、非人靈長類、哺乳類、兩棲類、爬蟲類、鳥類、植物等)之可植入基材。此種基材典型包含一第一表面以及複數個奈米纖維附著於該第一表面。複數個奈米纖維可提供個體組織附著於該第一表面。選擇性此種基材可為抗生物垢表面。可植入基材選擇性包含一或多個特定部分(例如羥基磷灰石)，選擇性包含塗層於一或多奈米纖維上。於此種基材，奈米纖維及/或基材可包含TiO_x 。

其它具體例包含含藥物輸送裝置供將一或多種物質導入個體(例如人、非人靈長類、哺乳類、兩棲類、爬蟲類、鳥類、植物等)之基材。此種基材典型包含至少一第一表面，複數個奈米纖維附著於該第一表面，以及一或多種物質包含複數個奈米纖維之貯器。貯器進一步包含一或多個儲存基體。儲存基體包含一或多種聚合物。

於其它方面，本發明包含一種系統或裝置，其具有一種基材包含至少一第一表面；複數個奈米纖維附著於該第一表面；以及一或多個特定部分附著於該複數個奈米纖維之一或多個成員。其它具體例中，該部分為外生部分。此外，此種系統/裝置包含一或多種材料輸送系統(其中該材料輸送系統輸送一或多種物質而與該第一表面等接觸)。於此種系統/裝置，複數個奈米纖維之成員包含平均長度由約1微米至至少約200微米；平均直徑由約5奈米至至少約1微米；以及平均密度由約1奈米纖維/平方微米至至少約1000奈米纖維/平方微米。此外於若干此種系統/裝置，一或多個部分對一或多種被分析物提供一或多個專一性或非專一性交 互作用位置。部分及被分析物可選擇性選自由有機分子、無機分子、金屬、陶瓷、蛋白質、胜肽、多胜肽、核苷酸、核苷酸類似物、金屬蛋白質、化學催化劑、金屬基團、抗生素、細胞、離子、配位子、酶基質、受體、生物素、疏水部分、長度約10至約20個碳原子之烷基、苯基、黏著促進基團、輔因子等組成之群組。

又另一方面，本發明包含一種微陣列，包含一種基材其具有一第一區以及至少一第二區，各區包含至少一第一表面，以及複數個奈米纖維附著於該第一表面，以及一或多個部分(例如外生部分)附著於複數個奈米纖維中之一或多個成員。若干此等具體例中，該第一區包含與至少第二區不同之部分。又另一具體例中，該微陣列包含至少一第三區，該第三區分開該第一區與第二區，以及該第三區包含比第一區及第二區實質上更低密度之奈米纖維。如此此種第三區提供具有實質較低密度之奈米纖維之緩衝區介於該第一區與第二區間。若干具體例中，該微陣列包含其中該第一區及至少該第二區包含增加之表面積，其比具有實質類似覆蓋區維度之平面基材面積、或比實質具有類似覆蓋區維度之第三區面積增加約2倍至約10,000倍或以上，約5倍至約5000倍或以上，約10倍至約1000倍或以上，約100倍至約750倍或以上，約250倍至約500倍或以上。若干具體例中，第三區實質上不含奈米纖維。若干具體例中，此處微陣列包含第三區其不含附著於任何纖維之部分(或實質全部奈米纖維不含附著部分或相關部分)。又有其它具體例 中，此處微陣列包含第三區，其隔開第一區與至少第二區，及該第三區具有奈米纖維之疏水/親水極性係與第一區及至少第二區之奈米纖維之疏水/親水極性相反，如此提供第一區與第二區間之障壁區。此種具體例中，第三區之奈米纖維材包含一或多個疏水部分或親水部分。此外，第三區包含一或多種流體之連續可芯吸流徑。此種流體係藉第三區與第一區及至少第二區間之疏水/親水極性差異而被含於第三區。

本發明也包含於第一材料與至少一種第二材料之混合物鑑別至少一種第一材料是否存在之方法。此種方法典型包含提供一種基材，該基材具有一第一區以及至少一第二區，各區包含至少一第一表面，以及複數個奈米纖維附著於該第一表面，以及一或多個特定部分(例如外生部分)附著於複數個奈米纖維中之一或多個成員。混合物接觸基材後，此種部分與第一材料交互作用，如此鑑別該材料之存在。若干具體例中，第一區包含與至少第二區不同之特定部分。此外若干具體例中，基材包含至少一第三區，其隔開第一區與至少第二區，及該第三區具有奈米纖維之疏水/親水極性係與第一區及至少第二區之奈米纖維之疏水/親水極性相反，如此提供第一區與第二區間之障壁區。若干具體例中，此等方法進一步包含基於與一或多個部分之交互作用程度來定量該至少第一材料的存在。

本發明也包含微陣列，包含第一區以及至少一第二區，各區具有增加面積之矽表面以及一或多個特定部分附著 於此種表面，其中來自一或多種被分析物於基材之非專一性結合產生的螢光係藉鄰近於該表面而被淬熄。此外，此等具體例中，來自一或多種被分析物於表面之專一性結合之螢光不被接近於該表面所淬熄。

本發明也包含分離系統/裝置，其具有一種分離基材包含一第一表面，複數個奈米纖維附著於該第一表面，一或多個一或多種材料來源，該材料包含一或多種欲分離之被分析物。此種系統/裝置典型包含一或多個特定部分(例如外生性部分)附著於複數個奈米纖維之一或多個成員。此種系統/裝置之基材典型包含增加之表面積，比具有實質類似覆蓋區維度之平面基材增加約2倍至約10,000倍或以上面積。此種系統/裝置典型包含奈米纖維具有平均長度由約1微米至至少約200微米；平均直徑由約5奈米至至少約1微米；以及平均密度由約1奈米纖維/平方微米至至少約1000奈米纖維/平方微米。系統/裝置增加之表面積典型包含一面積其比具有實質上類似之覆蓋區維度之平面基材更大約5倍至約5000倍或以上，約10倍至約1000倍或以上，約100倍至約750倍或以上，或約250倍至約500倍或以上。該等部分選擇性係選自由有機分子、無機分子、金屬、陶瓷、蛋白質、胜肽、多胜肽、核苷酸、核苷酸類似物、金屬蛋白質、化學催化劑、金屬基團、抗生素、細胞、離子、配位子、酶基質、受體、生物素、疏水部分、長度約10至約20個碳原子之烷基、苯基、黏著促進基團、輔因子等組成之群組。此外，特定部分可與欲分離材料中之一或多種被分析物專 一性或非專一性交互作用。若干此種系統/裝置進一步包含流體輸送裝置，其可輸送該一或多種欲分離之材料而與該分離基體接觸。

本發明也包含由混合物(例如第一材料與至少一種第二材料之混合物)中分離至少第一材料之方法。此種方法包含提供至少一第一表面，其具有複數個奈米纖維附著於其上，以及讓混合物流經該奈米纖維，如此由至少第二材料分離該第一材料。此種分離係基於第一材料與至少第二材料間之尺寸差異、第一材料與至少第二材料間之電荷差異等。若干具體例中，複數個奈米纖維進一步包含一或多個特定部分(例如外生部分)附著於或連接於複數個奈米纖維之一或多個成員。一或多個特定部分就第一材料及第二材料之一或多方面而言可為專一性，且可基於奈米纖維之一或多個特定部分與該第一材料及第二材料之一或多方面間之選擇性交互作用分離。

本發明也包括系統/裝置其具有一種分離基材，其包含複數個奈米纖維附著於其上，其中該基材包含增加之表面積，該面積比具有實質類似覆蓋區維度之平面基材面積大約2倍至約10,000倍或以上；一或多個一或多種欲分離材料之來源；以及一流體輸送裝置。該系統/裝置之若干具體例包含其中複數個奈米纖維之成員包含平均長度由約1微米至至少約200微米；平均直徑由約5奈米至至少約1微米；以及平均密度由約1奈米纖維/平方微米至至少約1000奈米纖維/平方微米。若干具體例中，增加之表面積包含一面積其 比具有實質上類似之覆蓋區維度之平面基材更大約5倍至約5000倍或以上，約10倍至約1000倍或以上，約100倍至約750倍或以上，或約250倍至約500倍或以上。若干此等具體例中，奈米纖維之密度及/或排列允許基於：被分析物大小、被分析物電荷或被分析物構型中之一或多者而由該材料分離一或多種被分析物。

本發明也包括分離系統/裝置，其包含一分離基體具有複數個奈米纖維，一或多個一或多種欲分離材料來源，以及一流體輸送裝置。若干具體例中，複數個奈米纖維選擇性未附著於基材。

本發明之各種分離系統/裝置中，裝置選擇性包含圓柱形管柱其包含複數個奈米纖維。此外本發明之各個分離系統/裝置包括具有複數個奈米纖維之實質上平面基材之裝置。此外，此處之各種分離系統/裝置包括其中複數個奈米纖維中之一或多者與複數個奈米纖維中之另外一或多個奈米纖維交聯，或其中實質上複數個奈米纖維之全部成員與複數個奈米纖維中之一或多個其它奈米纖維交聯。

本發明也包括質譜術系統/裝置，其包含一種基材，其具有一第一表面，具有至少一第一區，包含複數個奈米纖維設置於其上，以及至少一種第一被分析物與其連接。此種質譜術系統/裝置也有雷射定位來導引能量至該至少第一區，將第一被分析物由第一區脫附；以及具有一質譜儀定位成接收由該基材脫附之至少第一被分析物。此種質譜術系統/裝置包含MALDI、SELDI或其它類似質譜術。若干 此等系統/裝置中，基材包含複數區，各區有至少一第一表面以及複數個奈米纖維附著於其上。各區可選擇性包含一或多種欲被檢定分析之被分析物。若干具體例中，實質上各區包含不同之欲被檢定分析之被分析物。此處之各質譜術系統/裝置中，基材之各區包含一或多個部分(例如外生部分)供專一性地或非專一性地結合一或多種被分析物。此外此處各種質譜術系統/裝置包括其中實質上基材各區包含結合一或多種被分析物之不同部分。被分析物選擇性係選自由有機分子、無機分子、金屬、陶瓷、蛋白質、胜肽、多胜肽、核苷酸、核苷酸類似物、金屬蛋白質、化學催化劑、金屬基團、抗生素、細胞、離子、配位子、酶基質、受體、生物素、疏水部分、長度約10至約20個碳原子之烷基、苯基、黏著促進基團、輔因子等組成之群組。此外此種系統/裝置包含基材及/或奈米纖維其分別係由選自下列之材料製成，例如矽、玻璃、石英、塑膠、陶瓷、金屬、聚合物、TiO、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、MgS、MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrSe、SrTe、BaS、BaSe、BaTe、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、PbS、PbSe、PbTe、AlS、AlP、AlSb、SiO₁ 、SiO₂ 、碳化矽、氮化矽、聚丙烯腈(PAN)、聚醚酮、聚醯亞胺、芳香族聚合物及脂肪族聚合物等。此處各種質譜術系統/裝置包括奈米纖維其包含平均直徑由約5奈米至至少約1微米或以上；約10奈米至至少約500奈米或以上，約20奈米至至少約250奈米或以上，約 40奈米至至少約200奈米或以上，約50奈米至至少約150奈米或以上，或約75奈米至至少約100奈米或以上。此外此種質譜術系統/裝置包括其中增加之表面積包含一面積其為具有實質上類似覆蓋區維度之平面基材面積之約5倍至約5000倍或以上，約10倍至約1000倍或以上，約100倍至約750倍或以上，或約250倍至約500倍或以上。此外，此處各種質譜術系統/裝置包括其中複數個奈米纖維包含平均密度由約0.1奈米纖維/平方微米至至少約1000或以上奈米纖維/平方微米，約1奈米纖維/平方微米至至少約500或以上奈米纖維/平方微米，約10奈米纖維/平方微米至至少約250或以上奈米纖維/平方微米，或約50奈米纖維/平方微米至至少約100或以上奈米纖維/平方微米。此種系統/裝置之若干具體例包括其中複數個奈米纖維之成員包含平均長度由約1微米至至少約200微米；平均直徑由約5奈米至至少約1微米；以及平均密度由約1奈米纖維/平方微米至至少約1000奈米纖維/平方微米之奈米纖維。此處各種質譜術系統/裝置也包括其中至少第一被分析物係附著於或連接於複數個奈米纖維之一或多個成員(例如被分析物經制動、經乾燥、及凍乾、或包含於基體內部等)。被分析物也選擇性不包含於基體內部。

本發明也包括進行質譜術之方法，係經由提供一種基材，該基材包含一第一表面其具有至少一第一區包含複數個奈米纖維設置於其上，且具有至少一種第一被分析物與其連接；提供一雷射定位而導引能量至至少該第一區；提 供一質譜術設置用來接收由該基材脫附之被分析物；以及使用來自該雷射之能量將第一被分析物由該第一區脫附。此種方法包括其中質譜術分析為MALDI、其中質譜術分析為SELDI、或其中質譜術分析為其它形式質譜術。此種方法包括其中基材包含複數區，各自有至少一第一表面，以及複數個奈米纖維附著於其上。各區包含一或多種欲檢定分析之被分析物及/或實質上各區包含不同之欲檢定分析之被分析物。此外，各區包含一或多個部分供專一性地或非專一性地結合一或多種被分析物。此種被分析物典型係附著於或連接複數個奈米纖維之一或多個成員。如此，被分析物可被制動、乾燥、凍乾、容納於基體內部(或未容納於基體內部)等。

本發明也包含可植入裝置，其可植入個體(例如人、非人靈長類、哺乳類、兩棲類、爬蟲類、鳥類、植物等)，該裝置包含一基材，該基材具有至少一第一表面以及複數個奈米纖維附著於其上。複數個奈米纖維提供個體組織附著於裝置第一表面之支架。

其它本發明之方面包括欲植入個體(例如人、非人靈長類、哺乳類、兩棲類、爬蟲類、鳥類、植物等)之可植入裝置，其提供抗生物垢表面。此種裝置典型包含一種基材其具有至少一第一表面以及複數個奈米纖維附著於其上。

各種本發明之可植入裝置包括其中奈米纖維包含一或多個特定部分(例如羥基磷灰石)。此外，特定部分可選擇性包含塗層於一或多奈米纖維上。若干具體例中，奈米纖維 及/或基材可包含TiO_x 。

本發明也包括提供個體組織附著於可植入裝置之方法。此種方法包含提供一基材，其具有至少一第一表面以及複數個奈米纖維附著於其上；以及將該裝置植入或注入個體體內。

本發明也包括於個體體內抑制醫療裝置上形成生物膜之方法。該方法包含提供醫療裝置之一或多個表面有複數個奈米纖維，該表面接觸個體(例如接觸個體組織或生物物質)。

本發明之又另一方面為一種藥物輸送裝置，供將一或多種物質導入個體體內。此種裝置包含一基材，其具有至少一第一表面，複數個奈米纖維附著於該第一表面以及一或多種物質之貯器(例如包含一或多個儲存基體，例如包含一或多種聚合物)組成於複數個奈米纖維成員間。

又另一方面，本發明提供一種蒸發器(或氣化器)裝置，其具有一種基材，其具有至少一第一表面；複數個奈米纖維附著於該第一表面以及一或多個特定部分附著於複數個奈米纖維之一或多個成員，該部分包含一或多種流體欲薄層分佈於基材上或由基材氣化之親和力。此種具體例也包含一或多個加熱來源。

本發明之其它方面包含蒸發器裝置，其具有一基材(具有至少一第一表面)，複數個奈米纖維附著於該第一表面(其中一或多種流體薄層分散於基材上且由基材氣化)，以及一種流體輸送系統。此具體例也包括例如一或多個加熱源。

其它本發明之方面包括一種氣化一或多種材料之方法，係經由提供一種基材，其具有至少一第一表面以及複數個奈米纖維附著於該第一表面；提供一種流體輸送系統；以及薄層分散一或多種包含該材料之流體於該基材上。此種具體例中，一或多個特定部分也附著於複數個奈米纖維之一或多成員，該部分包含對一或多種流體之親和力。

此等及其它本發明之目的及特色於連同附圖研讀後文詳細說明時將更完整彰顯。

圖式簡單說明

第1A及B圖為示意圖表示功能化平面基材及功能化奈米纖維加強基材。

第2圖為代表性奈米纖維面之電子顯微相片。

第3圖之A圖及B圖為平面基材與本發明之奈米纖維加強基材之芯吸能力比較資料。

第4圖為略圖比較未經圖案化之奈米纖維面以及經圖案化(經製作微陣列)之奈米纖維面。

第5圖為於傳統DNA陣列打點內部分佈之DNA變化。

第6圖之A-C圖為圖案化奈米纖維芯吸軌跡/通道之範例配置。

第7A-D圖為範例奈米纖維芯吸配置之示意圖。

第8圖為範例奈米纖維芯吸配置之示意圖。

第9圖為奈米纖維芯吸配置之螢光檢定分析。

第10圖為奈米纖維芯吸配置之螢光檢定分析。

第11圖為典型奈米纖維面之電子顯微影像。

第12A及B圖、第13A及B圖、第14A及B圖、第15圖、第16A及B圖、第17A-D圖、第18A及B圖為經由影罩金膜技術製造之本發明之奈米纖維陣列。

第19圖為本發明之奈米纖維陣列範例。

第20A及B圖顯示本發明之奈米纖維範例。

第21A及B圖顯示本發明之奈米纖維面之電子顯微相片。

第22圖顯示疏水/親水圖案化奈米纖維基材之示意圖。

第23圖顯示於經加強之奈米纖維基材上之小水滴相片。

第24圖顯示本發明之奈米纖維陣列之範例圍籬/像素排列之示意圖。

第25圖顯示藉習知陣列掃描器分析奈米纖維陣列所得線圖。

第26A及B圖顯示本發明之範例奈米纖維陣列之暗野影像及螢光影像。

第27圖顯示試樣奈米纖維雜交檢定分析系統之示意圖。

第28圖比較於平坦面上雜交與奈米纖維面上雜交之螢光信號強度。

第29A及B圖顯示線圖，比較奈米纖維面相對於平坦面之動態範圍。

第30A及B圖顯示線圖，比較奈米纖維面相對於平坦面之結合動力學。

第31A及B圖顯示蛋白質結合至奈米纖維面與平坦面間之比較。

第32A及B圖顯示奈米纖維基材與平坦面基材間之信 號強度及動態範圍之比較。

第33圖比較於平坦基材及奈米導線基材上，螢光蛋白質之直接打點。

第34圖顯示打點化學，接著與螢光標靶共同培養。

第35A-D圖顯示傳統陣列與本發明奈米纖維陣列之點內變化及點間變化。

第36A-C圖、第37A及B圖、第38圖、第39圖顯示蛋白質/核酸結合至奈米纖維面。

第40圖顯示規度化比較，指示平坦面相對於奈米纖維面之偵測極限。

第41圖顯示奈米纖維面範例衍生劑之化學結構式。

第42圖顯示於奈米纖維面上透過質譜術分析之範例化合物之化學結構式。

第43A及B圖、第44A-C圖、第45圖顯示於奈米纖維面上範例化合物之質譜術分析。

第46圖顯示天然氧化物上相對於奈米導線表面上生長之氧化物上，非專一性結合螢光之淬熄。

第47圖顯示天然氧化物上相對於矽上(平坦面及奈米導線表面上)生長之氧化物上，非專一性結合螢光之淬熄。

第48A及B圖顯示DNA及蛋白質雜交至矽基材之示意代表圖。

第49圖顯示於基材檢定分析之螢光淬熄之示意代表圖。

第50A及B圖顯示對奈米纖維(此處為奈米導線)表面及平坦面基材之DNA雜交及蛋白質雜交之動態強度範圍之比較。

第51圖顯示奈米纖維示意代表圖且與HPLC填充材料之代表性尺寸作比較。

第52A及B圖顯示覆蓋有奈米纖維薄層之基材之示意圖。

第53圖顯示經由塗覆奈米導線薄層於大孔介質所形成之膜。

第54A及B圖顯示生長於毛細管內側之奈米纖維之示意代表圖。

第55圖顯示一種裝置包含奈米纖維生長於毛細管內側之示意代表圖。

第56圖顯示由奈米纖維製成的粒子。

第57圖顯示由奈米纖維製成之粒子填充管柱之試樣層析術。

第58-61圖顯示生長於毛細管內側之奈米纖維相片。

第62圖顯示相片，比較於平坦矽基材及奈米纖維(奈米導線)基材上之細菌生長。

第63圖顯示於經刮痕之奈米纖維基材選定區之CHO細胞之生長。

第64圖顯示奈米纖維基材相對於平面基材每單位面積之強度比較。

第65圖顯示結合至奈米纖維表面相對於結合至平坦面速率之初級評比。

第66圖比較平面基材相對於奈米纖維基材之信號均勻度。

第67圖顯示一影罩供產生鋁氧圖案用於質譜術之奈米纖維加強基材。

第68圖顯示於本發明之奈米纖維加強基材上試樣作質譜術分析所得結果。

第69圖顯示如第68圖所示之類似試樣進行質譜術分析所得結果，但該試樣係於平坦面上而非於奈米纖維加強面上。

較佳實施例之詳細說明

本發明包含複數個不同具體例，其重點集中於奈米纖維增加表面積之表面基材及其用途。研讀本說明書、附圖及申請專利範圍顯然易知具有此種增加表面積之基材可提供改良方面及獨特方面有利於由材料科學至醫療用途等寬廣應用範圍。須了解此處增加之表面積偶爾稱作「奈米纖維增加之表面積」或「NFS」，或另外依據上下文而定稱作「奈米導線增加之表面積」或「NWS」。

具體例之共通因子為奈米表面(此處典型為氧化矽奈米導線，也涵蓋其它組成及形式)之特殊形態典型使用一或多個部分功能化。例如NFS基材提供之大增的表面積利用於例如形成改良微陣列裝置，以及超疏水表面及改良效率之熱交換器。此處大部分方面，此處詳細說明之效果係來自於奈米纖維表面之獨特形態(特別來自於大增之表面積)，以及選擇性來自於每單位基材之功能單位濃度增高，但此處各具體例之組成、用途或應用上並不受此種理論所限。

再度，不欲受任何特定理論或操作機轉所限，本發明之大部分效果之構想相信至少部分係基於下述原理操作， 奈米纖維表面比不含奈米纖維之相信覆蓋區面積提供大為增加的表面積。若干具體例中，該效果相信也來自於非蜿蜒路徑之相關構想。換言之，各種被分析物等可接近於增加表面積上的特定部分等，而無需纏繞通過迴旋之蜿蜒路徑，較為傳統之填塞材料具有迴旋之蜿蜒路徑(如典型分離管柱等、溶膠-凝膠塗層或其它習知膜或表面塗層可見)。

多項其它與此處構想相關之奈米纖維應用用途可參考美國專利申請案第60/466,229號，申請日2003年4月28日其代理人檔號40-002410US及40-002410PC，二案申請日皆為2004年4月27日，二案名稱「超疏水表面，其組成方法及其使用」；美國專利申請案第60/463,766號，申請日2003年4月17日及10/661,381，申請日2003年12月12日，代理人檔號40-002820PC(申請日2004年4月16日)、美國專利申請案第10/825,861號，申請日2004年4月16日、中華民國專利申請案第93110667號，申請日2004年4月16日、代理人檔號40-002830PC，申請日2004年4月19日，及美國專利申請案第10/828,100號，申請日2004年4月19日，各案名稱皆為「接合物件與材料之結構、系統及方法及其用途」；美國專利申請案第60/549,711號，申請日2004年3月2日，名稱「奈米結構化表面之醫療裝置應用」；以及美國專利申請案第60/541,463號，申請日2004年2月2日，名稱「包含奈米纖維之多孔基材、物件、系統及組成物及其用法及製法」，各案全文皆以引用方式併入此處。

I)奈米纖維表面基材特性

如前述，表面積的增加乃多項領域(檢定分析用基材或分離管柱基體)所追求的性質。例如摩擦學領域，以及涉及分離且被吸附物與最大化表面積有相當關係之領域。本發明提供具有增加或經提升之表面積(換言之相對於不含奈米纖維之結構或表面增加或提升)之表面及應用。

此處「奈米纖維增加的表面積」係對應於一基材包含複數個奈米纖維(例如奈米導線、奈米管等)附著於該基材，讓該基材某個「覆蓋區」內部之表面積相對於不含奈米纖維之相同覆蓋區之表面積增加。於此處典型具體例，奈米纖維(以及經常基材)係由矽氧化物組成。須注意此種組成物可於此處若干具體例提供優點。此外，於此處多個較佳具體例，複數個奈米纖維之一或多者以一或多個部分官能化。參見後文。但也須注意除非另行註明，否則本發明並非受特定奈米纖維或基材之組成所限。

如此作為舉例說明之範例而非限制性，第1及2圖顯示本發明之奈米纖維增加之表面積基材之示意代表圖及實際代表圖。第1a圖顯示包含有限數目之功能單位(例如催化劑、抗體等部分)120之未經增加表面積之基材。如圖可知，於基材100之覆蓋區內部只嵌合某個數目之功能單元。但第1b圖顯示本發明之一種可能具體例。第1b圖之基材顯示與第1a圖基材之相同覆蓋區，但由於奈米纖維110數目，故表面積大增，如此包含此種奈米纖維之功能單元120之數目也大增。第2圖顯示奈米纖維增加表面積之基材之顯微相片。注意奈米纖維之形狀及分佈允許有相當大機會進行多功能 化。再度須強調此等範例僅供舉例說明本發明之無數可能具體例之一。

本發明之多種具體例之另一項效果係有關非蜿蜒路徑。於涉及過濾或經由管柱等分離步驟之多項應用，典型基體之表面積藉由於基體提供具有適當尺寸之孔洞或孔隙而增加。孔洞/孔隙提供大量表面積供通過管柱之例如液體等接觸。但孔洞形成蜿蜒狹窄路徑讓被分析物行進通過基體。如此若被分析物欲到達適當部分(例如特定抗體、配位子等)，則被分析物也須通過此種蜿蜒路徑。換言之，被分析物等典型無法積極流動而接觸孔隙內部的相關表面。因此理由故，被分析物必須透過擴散「漂浮」來接觸適當表面或部分。如此擴散受到可利用時間(亦即被分析物被強迫通過裝置或移動通過裝置的速度)，以及受到感興趣分子大小所限，例如較大分子的擴散較慢。典型地，必須使用較高壓力來強迫被分析物通過此種蜿蜒路徑。壓力典型強迫材料流經較非蜿蜒路徑，例如完全繞過基體前進。因此可了解，於多個具體例中，本發明之另一優點為提供所需增加的表面積(如此提供對被分析物等具有專一性之部分數目)，但未迫使被分析物繞過不同蜿蜒路徑。

本發明之各具體例適合用於多項不同應用。例如容後詳述，本發明之各項排列組合可用於例如結合應用(例如微陣列等)、分離(例如HPLC或其它類似之管柱分離)、生物支架(例如用作為細胞培養及/或醫療植入物之基劑，選擇性地可對抗生物膜等之生成)，以及控制釋放基體等。其它用途 及具體例於此處檢視。

如熟諳技藝人士可知，於多種材料，該表面性質可提供材料之大量功能與用途。例如於各類分子分離，經由管柱或填充材料表面與適當被分析物間之交互作用而提供選擇性。如此此處具體例包含本發明之NFS基材用於多種分離程序等。例如容後詳述，本發明可應用於分離管柱(例如HPLC、毛細電泳等)以及用於薄膜分離等。

此外，容後詳述，本發明之另一方面係用於DNA檢定分析(以及其它類似之核苷酸及/或蛋白質檢定分析)，此處典型係使用平坦玻片。於本發明，經由使用奈米纖維(例如藉生長奈米纖維於其上)塗覆表面，然後打點或排列陣列於經塗覆之表面上，可大增表面積密度，因而大增靈敏度，而未犧牲雜交時間(例如蜿蜒路徑多孔塗層等)可能造成的雜交時間大增。

其它具體例中，細胞或組織之擴大偵測係可擇地使用以金屬封端之奈米纖維予以實現。於此具體例，纖維表面被塗覆以任何數目之螢光分子。金梢端可擇地具有對預定標靶有專一性之結合分子。如此該纖維可作為於表面上被鎖定標靶的箭頭。使用中，多個奈米纖維將「撞擊」該標靶而允許偵測(亦即經由螢光偵測或選擇性地若奈米纖維經改性，則經由其它偵測手段偵測)。又有其它具體例，須了解經由形成表面積增加的奈米導線表面，也大為變更多種材料性質，例如表面潤滑性及濕潤性。

後文將詳細說明本發明之各具體例之有利用途。例如 此處奈米纖維表面之獨特形態可用於多項生醫應用例如用於(試管內及活體內)細胞培養生長支架。活體內用途包括例如輔助骨骼的成形等。此外，若干具體例之表面形態產生可對抗生物膜形成及/或細菌/微生物群落化之表面。此處其它可能之生醫用途包括例如控制釋放藥物之基體等。參見後文。

如熟諳技藝人士已知，本發明之多方面可選擇性變化(例如奈米纖維之表面化學、奈米纖維任一端或基材表面之表面化學等)。此處各修改例等之說明絕非視為囿限本發明。此外，須了解奈米纖維之長度對厚度比可有選擇性變化，如同奈米纖維組成可有選擇性變化。此外，採用多種方法讓纖維接觸表面。此外，雖然此處多個具體例包含以一或多種方式例如經由部分或官能基附著於奈米纖維之方式而特別功能化，其它具體例包含未經功能化之奈米纖維。例如本發明之增加之表面積包含例如基於分子大小進行純化之過濾器等，其包含未對欲過濾之特殊被分析物功能化之奈米纖維。

II)奈米纖維及奈米纖維組成

於典型具體例，表面(亦即奈米纖維增加表面積表面)及奈米纖維本身選擇性包含任何數目之材料。表面及奈米纖維之實際組成係依據多項可能之因素決定。此等因素例如包括增加表面積表面之期望用途、其將使用之條件[例如溫度、pH、光(例如紫外光)、氣氛等]、其將使用之反應(例如分離、生物檢定分析等)、表面耐用性及成本等各項因 素。奈米導線之延展性及耐斷裂強度將依據例如其組成各異。例如陶瓷氧化鋅導線比矽奈米導線或玻璃奈米導線更脆，而碳奈米管則有較高抗拉強度。

容後詳述，若干可用來組成奈米纖維及奈米纖維增加之表面包括例如矽、氧化鋅、氧化鈦、碳、碳奈米管、玻璃及石英。參見下文。本發明之奈米纖維也可擇地經塗覆或功能化，例如加強或增加特定性質。例如聚合物、陶瓷或小型分子可任擇地作為塗覆材料。該可擇塗層可提供例如耐水性、改良機械性質及改良電性質或對某種被分析物之專一性。此外，也可附著特定部分或官能基至或連接奈米纖維。

當然須了解本發明非僅限於所引述之特定奈米纖維及/或基材組成物，除非另行陳述，否則多種其它材料之任一種選擇性用於不同具體例。此外，用來組成奈米纖維之材料選擇性係與用來組成基材表面之材料相同，或可與用來組成基材表面之材料不同。

又另一具體例中，奈米纖維選擇性包含各種物理構型，例如奈米管(如空心結構)等。多種不同類型之奈米纖維選擇性用於本發明，包括碳奈米管、金屬奈米管、金屬及陶瓷。

須了解本發明非僅限於特定組配狀態，當然組配狀態可改變(例如奈米纖維與基材及選擇性部分等之不同組合以某個長度、密度範圍等存在)。也須了解此處使用之術語僅供說明特定具體例而非意圖為限制性。如本說明書及隨 附之申請專利範圍使用，單數形「一」及「該」除非內文明確指示否則包括複數形。如此例如述及「一奈米纖維」選擇性包括複數個奈米纖維等。除非另行定義，否則須了解此處全部科技術語具有相關業界常用的相同定義。供本發明目的之用其它特定術語定義如文。

A)奈米纖維

「奈米纖維」一詞用於此處表示一種奈米結構其典型特徵為至少一物理維度小於約1000奈米，小於約500奈米，小於約250奈米，小於約150奈米，小於約100奈米，小於約50奈米，小於約25奈米，或甚至小於約10奈米或5奈米。多種情況下，區或特徵維度係沿該結構之最短軸。

本發明之奈米纖維典型有一主軸，該主軸比另二主軸更長，如此具有縱橫比大於1，縱橫比為2或2以上，縱橫比大於約10，縱橫比大於約20，或縱橫比大於約100、200、500、1000或2000。若干具體例中，奈米纖維有實質均勻之直徑。若干具體例中，直徑顯示於最大變化區以及於至少5奈米、至少10奈米、至少20奈米、或至少50奈米之線性維度之變異小於約20%，小於約10%，小於約5%，或小於約1%。典型直徑係由奈米纖維末端評估(超過奈米纖維中心20%、40%、50%或80%)。又有其它具體例中，奈米纖維具有非均勻直徑(換言之其直徑沿其長度而改變)。例如因成本考量及/或為了形成更佳隨機之表面，需要有寬廣多變化之直徑。此外於若干具體例，本發明之奈米纖維實質為結晶性及/或實質為單晶。

如所了解奈米纖維一詞選擇性包括如奈米導線、奈米晶鬚、半導性奈米纖維、碳奈米管或奈米小管等結構。此外具有(比前述縱橫比)較小之縱橫比之奈米結構如奈米桿、奈米四腳、奈米柱等也選擇性含括於奈米纖維定義(於若干具體例)。此種其它選擇性含括之奈米結構例如可參考PCT申請公告案第WO 03/054953號及其中討論之參考文獻，全文以引用方式併入此處。

本發明之奈米纖維之材料性質實質均勻，或於若干具體例可為非均質(例如奈米纖維非均質結構)，或可由大致上任一種方便材料製備。奈米纖維包含「純質」材料、實質純質材料、攙雜材料等，包括絕緣體、導體及半導體。此外雖然此處所述若干奈米纖維如前文說明係由矽(或矽氧化物)組成，但除非另行陳述，否則奈米纖維可包含多種不同材料之任一者。奈米纖維組成可依據多項因素而改變，例如欲結合或附著於奈米纖維之特定功能(若有)、耐用性、成本、使用條件等。奈米纖維組成為熟諳技藝人士眾所周知。如熟諳技藝人士了解，本發明之奈米纖維係由多種可能物質(或其組合)組成。此處若干具體例包含由一或多種有機或無機化合物或材料組成之奈米纖維。此處引述之任何特定奈米纖維組成絕非解譯為限制性。

此外本發明之奈米纖維選擇性經由多種不同方法之任一種製成，此處引用之範例不可解譯為限制性。如此經由此處非特別說明之手段組成之奈米纖維但其參數落入此處列舉之參數範圍仍然屬於本發明之奈米纖維，及/或用於本 發明方法之奈米纖維。

一般而言，本發明之奈米纖維經常(但非排它)包含由實心之選擇性平面基材所生長之細長結節(例如纖維、奈米導線、奈米小管等)。當然於若干具體例中，奈米纖維係沉積於最終基材，例如纖維由其生長基材脫離且附著於第二基材。第二基材無需為平面，實際上可包含多種三維構型，如同原先奈米纖維所生長之基材般。若干具體例中，基材為可撓性。此外，容後詳述，本發明之奈米纖維可生長/構成於各種組態之表面上，例如生長/組構於毛細管內部等。參見下文。

各具體例中，奈米纖維選擇性生長於第一基材，隨後移轉至具有增加表面積之第二基材。此種具體例特別可用於下列情況，其中所需基材須為可撓性，或隨形於特殊三維形狀，該形狀不方便直接施用或直接生長奈米纖維於其上。例如奈米纖維可生長於矽晶圓或其它類似基材之剛性基材上。如此生長之奈米纖維隨後選擇性被移轉至可撓性背襯例如橡膠等。但再度須了解，本發明非僅限於特殊奈米纖維或基材組成。例如奈米纖維選擇性生長於多種不同表面之任一種上，該等表面例如包括可撓性金屬箔如鋁箔等。此外，用於高溫生長法，選擇性使用任一種金屬、陶瓷或其它熱穩定材料作為本發明之奈米纖維生長之基材。此外，低溫合成法例如液相法可結合欲生長奈米纖維之甚至更寬廣多變化之基材使用。例如可撓性聚合物基材及其它類似之基材選擇性用作為奈米纖維生長/附著基材。

舉例言之，於使用金催化劑於基材上生長奈米纖維已經於參考文獻獲得證實。此種纖維之應用用途係基於由基材上收穫纖維，然後將其組裝入裝置。但於多個其它具體例，涉及增加表面積之奈米纖維係於原位生長。可用方法例如由沉積於表面之金膠體生長奈米纖維選擇性用於此處。結果所得終產物為其上生長有纖維之基材(亦即因奈米纖維而有較大表面積之基材)。如一般了解，此處特定具體例及用途除非另行陳述，否則選擇性包含於其使用位置生長之奈米纖維或經由於它處生長之奈米纖維於收穫或移轉至其使用位置。例如此處多個具體例係有關將纖維完整留在生長基材上，利用該纖維提供基材之獨特性質。其它具體例係有關纖維生長於第一基材，纖維移轉至第二基材，而於第二基材利用該纖維所提供之特殊性質。

例如若本發明之奈米纖維係生長於非可撓性基材(例如某若干類型矽晶圓)上，可由此種非可撓性基材移至可撓性基材(例如橡膠或織造層材料)。再度如業界人士已知，奈米纖維可選擇性生長於可撓性基材上，但不同的預定參數將影響此項決策。

將奈米纖維由其製造表面而移至另一表面可採用多種不同方法。例如奈米纖維可收穫於液體懸浮液如乙醇，隨後塗覆於另一表面上。此外來自第一表面之奈米纖維(例如生長於第一表面或已經移轉至第一表面)可經由施用沾黏性塗層或材料至奈米纖維，隨後由第一表面上撕離此種塗層/材料而選擇性「收穫」奈米纖維。然後沾黏性塗層/材料 朝第二方面放置而沉積奈米纖維。可選擇性用於此種移轉之沾黏性塗層/材料例如包括(但非限制性)例如膠帶(如3M Scotch膠帶)、磁條、硬化接著劑(例如環氧樹脂、橡膠接著劑等)等。奈米纖維可由生長基材移開，混合入塑膠，然後塑膠表面經磨蝕或蝕刻來暴露出纖維。

本發明之實際奈米纖維組成可選擇性為複雜組成。例如第2圖為典型奈米纖維組成之顯微相片。如第2圖可知，奈米纖維形成複雜之三維圖案。交錯且多變的高處、曲折、彎曲等形成每單位基材表面積大增(例如比較不含奈米纖維之表面之表面積大增)。當然其它具體例中，顯然奈米纖維無需為複雜，例如第2圖所示。如此於多個具體例，奈米纖維為「筆直」，不會彎曲、曲折或捲曲。但此種筆直奈米纖維仍然涵蓋於本發明之範圍。任一種情況下，奈米纖維呈現非蜿蜒且大增之表面積。

B)功能化

若干本發明之具體例包含奈米纖維及奈米纖維增加面積之表面，其中該纖維包括一或多個功能部分(例如化學反應基團)附著或連接於其上。功能化奈米纖維選擇性用於多個不同具體例，例如對分離或生物檢定分析等反應提供對所需被分析物之專一性。特別增加表面積之典型具體例包含矽氧化物，矽氧化物方便地以多種不同部分改性。當然，此處其它具體例包含其它奈米纖維組成物(例如聚合物、陶瓷、金屬藉CVD或溶膠凝膠濺鍍等塗覆)，也選擇性經官能化用於特定目的。熟諳技藝人士熟習多種官能化之選擇 性用於此處之官能化技術(例如類似分離管柱、生物檢定分析等組成使用之技術)。

例如有關相關部分及其它化學之細節及其組成及用法可參考例如Hermanson生物共軛技術，學術出版社(1996)；Kirk-Othmer簡明化學技術百科(1999)第4版，Grayson等人(編輯)約翰威力父子公司，紐約；以及Kirk-Othmer化學技術百科第4版(1998及2000)，Grayson等人(編輯)威力科技公司(印刷版)/約翰威力父子公司(e格式)。進一步相關資訊可參考CRC化學及物理手冊(2003)第83版，CRC出版社編輯。有關可藉電漿方法等結合於本發明奈米纖維之導電塗層及其它塗層細節可參考H.S.Nalwa(編輯)有機導電分子及聚合物手冊，約翰威力父子公司1997。也參考輔助電荷移轉來去於奈米晶體之有機物種，USSN 60/452,232，申請日2003年3月4日，申請人Whiteford等人。有關有機化學之細節例如相關額外部分偶合至奈米纖維功能化表面可參考例如Greene(1981)有機合成保護基，約翰威力父子公司，紐約，以及Schmidt(1996)有機化學，莫司比蒙大拿州聖路易，及March’s進階有機化學反應、機轉與結構第5版(2000)Smith及March，威力科技公司，紐約ISBN 0-471-58589-0。熟諳技藝人士熟習適合NFS功能化之其它相關參考文獻及技術。

如此再度須了解，牽涉之基材、牽涉之奈米纖維(例如附著於或沉積於基材)以及奈米纖維及/或基材之任何選擇性功能化等可於各具體例選擇性改變。例如如同纖維組成及其表面化學，纖維長度、直徑、構型及密度可改變。

C)密度及相關議題

就密度而言，須了解經由含括較多由表面發散出之纖維，可自動增加由基礎下方基材延伸之表面積數量。如此增加表面與任一種接觸奈米纖維表面之被分析物等間之緊密接觸面積。容後詳述，具體例選擇性包含奈米纖維於表面密度由約0.1至約1000或以上奈米纖維/平方微米基材表面。再度，須了解此種密度係依據多項因素如個別奈米纖維直徑等決定。參見下文。由於較大量奈米纖維可增加表面積總量，故奈米導線密度影響增加的表面積。因此奈米纖維密度屬於總表面積的一項因素，故奈米纖維密度典型係與增加表面積材料的期望用途有關。

例如如範例典型平坦平面基材，例如氧化矽晶片或玻片每平方厘米(亦即於1平方微米覆蓋區內部)可包含10,000個可能的被分析物結合位置、或10,000可能之功能位置等。但若此種基材表面係以奈米纖維塗覆，則可利用之表面積將遠更大。若干具體例中，表面之各奈米纖維包含約1平方微米表面積(亦即存在於遠較大表面積之各奈米纖維側邊及梢端)。若可媲美之平方微米基材包含每平方微米10至約100奈米纖維，則可用表面積變成比平坦平面大10倍至100倍。如此於本舉例說明，每平方微米覆蓋區增加的表面積具有100,000至10,000,000可能的結合位置、功能化位置等。須了解基材表面奈米纖維密度係受到例如奈米纖維直徑及纖維之任何功能化等的影響。

本發明之不同具體例包含某個範圍之不同密度(亦即 每單位面積奈米纖維附著基材之奈米纖維數目)。每單位面積奈米纖維數目選擇性由約1奈米纖維/10平方微米至約200或以上奈米纖維/平方微米；約1奈米纖維/平方微米至約150或以上奈米纖維/平方微米；約10奈米纖維/平方微米至約100或以上奈米纖維/平方微米；或約25奈米纖維/平方微米至約75或以上奈米纖維/平方微米。又另一具體例中，密度為選擇性由約1至3奈米導線/平方微米至至多約2,500或以上奈米導線/平方微米。

就個別纖維尺寸而言，須了解經由增加個別纖維厚度或直徑，將再度自動增加纖維總面積，如此增加基材總面積。奈米纖維直徑可透過組成物之選擇、奈米纖維之生長條件、部分之添加、塗層等加以控制。較佳纖維厚度選擇性由約5奈米至約1微米或以上(例如5微米)；約10奈米至約750奈米或以上；約25奈米至約500奈米或以上；約50奈米至約250奈米或以上或約75奈米至約100奈米或以上。若干具體例中，奈米纖維包含約40奈米直徑。

除了直徑外，奈米纖維表面積(因而奈米纖維所附著之基材表面積)也受到奈米纖維長度的影響。當然須了解對若干纖維材料而言，增加長度可能導致脆性增高。如此較佳纖維長度典型為約2微米至約1毫米或以上；約10微米至約500微米或以上；約25微米至約250微米或以上；或約50微米至約100微米或以上。若干具體例包含長約50微米之奈米纖維，又有其它具體例包含長約0.5微米至約10微米之具體例。此處若干具體例包含直徑約40奈米長約50微米之奈米 纖維。

奈米纖維可以各種不同縱橫比存在。如此奈米纖維直徑包含例如約5奈米至約1微米或以上(例如5微米)；約10奈米至約750奈米或以上；約25奈米至約500奈米或以上；約50奈米至約250奈米或以上或約75奈米至約100奈米或以上；而奈米纖維長度包含例如約2微米(例如0.5微米)至約1毫米或以上；約10微米至約500微米或以上；約25微米至約250微米或以上；或約50微米至約100微米或以上。

纖維至少部分係高於表面為特佳，例如纖維表面至少部分纖維升高至少10奈米或甚至至少高於表面100奈米，俾獲得可供接觸例如被分析物之增加表面積。

再度如第2圖可知，奈米纖維選擇性形成複雜之三維結構。此種複雜程度部分係依據奈米纖維長度、奈米纖維直徑、奈米纖維長度：直徑縱橫比、附著於奈米纖維部分(若有)、及奈米纖維生長條件等決定。奈米纖維之彎曲、交錯等影響可利用之增加表面積程度，可選擇性經由例如控制每單位面積之奈米纖維數目、以及控制奈米纖維直徑、奈米纖維長度及組成等而操控。如此須了解奈米纖維基材增加之表面積可選擇性經由操控此等參數及其它參數加以控制。也須了解被分析物通過本發明奈米纖維基材之「蜿蜒」程度也受到此等因素影響。

此外，若干具體例中但非全部，本發明之奈米纖維包含彎折、彎曲或甚至捲曲形式。如一般了解，若單一奈米纖維蛇行於或盤曲於表面上(但每單位面積仍然只有單一 纖維結合於第一表面)，則由於纖維之長度等，仍然可提供增加之表面積。

D)奈米纖維組成

如眾所周知，本發明非僅受到奈米纖維組成手段之所限。例如雖然此處奈米纖維係由矽組成，但使用矽絕非解譯為限制性。奈米纖維之形成可經由業界人士眾所周知之多種不同手段達成，全部皆適合本發明之具體例。

典型具體例用於各種奈米結構製造方法，如熟諳技藝人士已知及此處所述或說明之方法。換言之說明多種製造奈米纖維及含奈米纖維結構之方法，且適合用於本發明之各種方法、系統及裝置。

奈米纖維大致上可使用任一種習知材料(例如半導性材料、鐵電材料、金屬、陶瓷、聚合物等)製成，大致包含單一材料或可為非同質結構。例如奈米纖維包含半導性材料如包含選自週期表2族或12族之第一元素以及選自16族之第二元素(例如ZnS、ZnO、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、MgS、MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrSe、SrTe、BaS、BaSe、BaTe等材料)；包含選自13族之第一元素以及選自15族之第二元素之材料(例如GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb等材料)；包含14族元素之材料(例如Ge、Si等材料)；例如PbS、PbSe、PbTe、AlS、AlP、及AlSb等材料；或其合金或混合物。

若干具體例中，奈米纖維選擇性係由矽或氧化矽製成 。熟諳技藝人士須了解，此處使用「氧化矽」一詞表示於任一種氧化程度之矽。如此氧化矽一詞表示化學結構SiO_x ，其中x為0至2(含)。其它具體例中，奈米纖維包含例如矽、玻璃、石英、塑膠、陶瓷、金屬、聚合物、TiO、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、MgS、MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrSe、SrTe、BaS、BaSe、BaTe、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、PbS、PbSe、PbTe、AlS、AlP、AlSb、SiO₁ 、SiO₂ 、碳化矽、氮化矽、聚丙烯腈(PAN)、聚醚酮、聚醯亞胺、芳香族聚合物及脂肪族聚合物。

須了解若干具體例中，奈米纖維可包含與一或多種基材表面(奈米纖維將附著或連接之表面)之相同材料；其它具體例中，奈米纖維包含與基材表面不同的材料。此外，基材表面可選擇性包含與奈米纖維相同之任一種或多種材料或材料類別(例如此處舉例說明之材料)。

如前述若干具體例(但非表示全部)包含矽奈米纖維。常用製造矽奈米纖維之方法包括氣液固生長(VLS)、雷射燒蝕(雷射催化生長)及熱蒸鍍。例如參考Morales等人(1998)「結晶性半導體奈米導線合成之雷射燒蝕方法」，科學279,208-211(1998)。一種範例方法中，可使用混成脈波雷射燒蝕/化學氣相沉積(PLA-CVD)方法來合成有細長非同質結構之半導體奈米纖維及其變化。參考Wu等人(2002)「單晶矽/矽鍺超晶格奈米導線之逐一方塊生長」，奈米函件第2期：83-86頁。

通常已經描述多種奈米纖維製造方法且可應用於此處所述方法、系統及裝置。除了Morales等人及Wu等人(參見上文)之外，可參考例如Lieber等人(2001)「碳化物奈米材料」USPN 6,190,634 B1；Lieber等人(2000)「奈米級顯微術探針」USPN 6,159,742；Lieber等人(2000)「金屬氧化物奈米桿製法」USPN 6,036,774；Lieber等人(1999)「金屬氧化物奈米桿」USPN 5,897,945；Lieber等人(1999)碳化物奈米桿之製備)USPN 5,997,832；Lieber等人(1998)「包含C₂ N之共價氮化碳材料及形成方法」USPN 5,840,435；Thess等人(1996)「金屬碳奈米管之結晶索」科學273：483-486；Lieber等人(1993)「經由富樂希(Fullerene)與含鹼金屬合金反應製造超導富樂希組成物之方法」USPN 5,196,396；及Lieber等人(1993)「使用原子力顯微鏡切削氧化物薄膜：奈米級之圖案及物件之生成」USPN 5,252,835。晚近已經說明一維半導體非同質結構奈米晶體。參考例如Bjork等人(2002)「電子實現一維障礙賽」奈米函件第2期：86-90頁。

須注意此處若干參考文獻雖然非奈米纖維之特定文獻，但仍可應用於本發明。例如組成條件等之背景議題可應用於奈米纖維與其它奈米結構(例如奈米晶體等)。

於另一辦法，選擇性用來組成本發明之奈米纖維，說明於表面及整體製備個別奈米纖維之合成程序例如述於Kong等人(1998)「於圖案化矽晶圓上之個別單壁碳奈米管之合成」自然385：878-881，及Kong等人(1998)「用於單壁碳奈米管之甲烷化學氣相沉積」化學物理函件292：567-574。

於又另一辦法，可使用基材及自我組裝單層(SAM)形成材料，例如連同微接觸印刷技術來製造奈米纖維，例如述於Schon、Meng及Bao，「自我組裝單層有機場效電晶體」自然413：713(2001)；Zhou等人(1997)「奈米級金屬/自我組裝單層/金屬非同質結構」，應用物理函件71：611；及WO 96/29629(Whitesides等人，公告日期1996年6月26日)。

若干具體例中，奈米纖維(例如奈米導線)可使用金屬催化劑合成。此種具體例之效果允許使用適合表面改性之獨特材料來形成加強性質。此種奈米纖維之獨特性質為於一端以催化劑典型為金作為端基。此種催化劑端可選擇性使用例如硫醇化學功能化，而不影響導線其餘部分，如此讓其可鍵結至適當表面。若干具體例中，此種功能化等之結果係讓表面具有端末鍵聯之奈米纖維。因此導致「混沌」表面，表面積增加(亦即相對於不含奈米纖維之表面之表面積增加)以及具有其它獨特性質。若干具體例中，奈米導線表面及/或目標基材表面選擇性經化學改性(典型但非必要，但不影響金梢端)，俾獲得於多種應用寬廣有用的用途。

其它具體例中，為了增加或提升表面積，奈米纖維選擇性經由表面之化學交互作用或靜電交互作用而「平鋪」(例如實質上平行於基材表面鋪設)，而非末端鍵聯奈米纖維至基材。又有其它具體例中，技術涉及以可排斥奈米纖維極性之官能基塗覆基底表面，讓纖維不會鋪設於表面上，反而係末端鍵聯於表面。

含括且利用於本發明具體例之各種組成之奈米結構如 奈米晶體之合成係說明於Peng等人(2000)「CdSe奈米晶體之形狀控制」自然404：59-61；Puntes等人(2001)「膠體奈米晶體形狀及尺寸控制：以鈷為例」科學291：2116-2117；USPN 6,306,736，Alivisatos等人(2001年10月23日)名稱「形成成形III-V族半導體奈米晶體之方法，以及使用該方法所得產物」；USPN 6,225,198，Alivisatos等人(2001年5月1日)名稱「形成成形II-VI族半導體奈米晶體之方法，以及使用該方法所得產物」；USPN 5,505,928，Alivisatos等人(1996年4月9日)名稱「III-V半導體奈米晶體之製備」；USPN 5,751,018，Alivisatos等人(1998年5月12日)名稱「使用自我組裝單層共價鍵結至固體無機表面之半導體奈米晶體」；USPN 6,048,616，Gallagher等人(2000年4月11日)名稱「封裝量子大小攙雜半導體粒子及其製造方法」；以及USPN 5,990,479，Weiss等人(1999年11月23日)名稱「用於生物應用之有機發光半導體奈米晶體及製造及使用此種探針之方法」。

其它有關奈米纖維如奈米導線其具有各種縱橫比，包括具有經控制直徑之奈米纖維之額外資訊例如述於Gudiksen等人(2000)「半導體奈米導線之直徑選擇性合成」美國化學會期刊122：8801-8802；Cui等人(2001)「單晶矽奈米導線之直徑經控制之合成」應用物理函件78：2214-2216；Gudiksen等人(2001)「單晶半導體奈米導線之直徑及長度之合成控制」物理化學公報期刊105：4062-4064；Morales等人(1998)「結晶性半導體奈米導線合成之雷射 燒蝕法」科學279：208-211；Duan等人(2000)「化合物半導體奈米導線之概略合成」先進材料12：298-302；Cui等人(2000)「矽奈米導線之攙雜及電子轉運」物理化學公報期刊104：5213-5216；Peng等人(2000)，參見上文；Puntes等人(2001)，參見上文；USPN 6,225,198，Alivisatos等人，參見上文；USPN 6,036,774，Lieber等人(2000年3月14日)名稱「金屬氧化物奈米桿之製造方法」；USPN 5,897,945，Lieber等人(1999年4月27日)名稱「金屬氧化物奈米桿」；USPN 5,997,832，Lieber等人(1999年12月7日)「碳化物奈米桿之製備」；Urbau等人(2002)「鈦酸鋇及鈦酸鍶組成之單晶鈣鈦礦奈米導線之合成」美國化學會期刊，124：1186；Yun等人(2002)「藉掃描探針顯微術研究個別鈦酸鋇奈米導線之鐵電性質」奈米函件2,447；及公告之PCT申請案WO 02/17362及WO 02/080280。

分支奈米纖維(例如奈米四足、三足、二足及分支四足)之生長例如述於Jun等人(2001)「使用單一界面活性劑系統以控制方式合成多臂CdS奈米桿架構」美國化學會期刊123：5150-5151；及Manna等人(2000)「可溶性且可加工之桿形、矢形、淚滴形及四足形CdSe奈米晶體之合成」美國化學會期刊122：12700-12706。奈米粒子之合成例如述於USPN 5,690,807核發給Clark Jr.等人(1997年11月25日)名稱「半導體粒子之製造方法」；USPN 6,136,156核發給El-Shall等人(2000年10月24日)名稱「氧化矽合金之奈米粒子」；USPN 6,413,489核發給Ying等人(2002年7月2日)名稱「藉反 向膠粒媒介技術合成奈米尺寸粒子」；以及Lui等人(2001)「自撐式鐵電鋯酸鉛鈦酸鉛奈米粒子之溶膠-凝膠合成」美國化學會期刊123：4344。奈米粒子之合成也述於前文引述有關奈米晶體之生長及奈米纖維如奈米導線、分支奈米導線等之生長。

中心-外殼奈米纖維之合成例如奈米結構非同質結構之合成述於例如Peng等人(1997)「具有光安定性及電子存取性之高度發光CdSe/CdS中心/外殼奈米晶體之磊晶生長」美國化學會期刊119：7019-7029；Dabbousi等人(1997)「(CdSe)ZnS中心-外殼量子點：高度發光奈米晶體之一尺寸系列之合成與特徵化」物理化學公報期刊101：9463-9475；Manna等人(2002)「膠體CdSe奈米桿上分級CdS/ZnS殼體之磊晶生長及光化學退火」美國化學會期刊124：7136-7145；及Cao等人(2000)「具有InAs中心之半導體中心/外殼奈米晶體之生長及性質」美國化學會期刊122：9692-9702。類似之辦法應用於其它中心-外殼奈米結構之生長。例如參考USPN 6,207,229(2001年3月27日)及USPN 6,322,901(2001年11月27日)核發給Bawendi等人名稱「高度發光色彩選擇性材料」。

同質奈米纖維族群之生長，包括奈米纖維非同質結構，其中不同材料分佈於沿奈米纖維長軸之不同位置，例如說明於公告PCT申請案WO 02/17362及WO 02/080280；Gudiksen等人(2002)「奈米級光子裝置及電子裝置之奈米導線超晶格結構之生長」自然415：617-620Bjork等人(2002) 「電子實現一維障礙賽」奈米函件2：86-90；Wu等人(2002)「單晶Si/SiGe超晶格奈米導線之逐一方塊生長」奈米函件2,83-86；及美國專利申請案60/370,095(2002年4月2日)，申請人Empedocles，名稱「編碼資訊用之奈米導線非同質結構」。類似辦法可應用於其它非同質結構的生長，以及應用於多種方法及系統。

若干具體例中，用來形成增加的表面積之奈米纖維包含氮化物(例如AlN、GaN、SiN、BN)或碳化物(例如SiC、TiC、碳化鎢、碳化硼)，俾形成有高強度及耐用性之奈米纖維。另外，此種氮化物/碳化物用作為低強度(例如矽或氧化鋅)奈米纖維之硬質塗層。雖然矽奈米纖維之維度用於多項需要增加表面積之用途為絕佳(例如參考「接合物件及材料用之結構、系統及方法及其用途」，申請日2003年4月17日，USSN 60/463,766等)，但仍有其它用途要求奈米纖維較不脆性，較不容易斷裂。因此此處若干具體例利用具有比例如Si、SiO₂ 或ZnO更高鍵結強度之材料如氮化物及碳化物。氮化物及碳化物選擇性用作為塗層來加強較脆弱的奈米纖維，或甚至作為奈米纖維本身。

碳化物及氮化物可藉濺鍍及電漿等沉積技術施用至低強度纖維作為塗層。若干具體例中，為了達成碳化物及氮化物塗層之高強度奈米塗層，生長隨機晶粒方向性及/或非晶相來避免裂痕漫延。奈米纖維之最佳隨形塗層於纖維垂直基材表面生長時選擇性達成最佳隨形塗覆。此種方向性之纖維硬質塗層也可用來加強纖維與基材的黏著性。對於 隨機定向纖維，塗層較佳係垂直纖維上層。

矽奈米纖維之低溫形成方法可經由於金催化劑存在下，於約400℃分解矽烷而達成。但如前述，矽奈米纖維用於若干用途太脆而無法形成耐用之奈米纖維基體(例如增加之表面積)。如此例如氮化矽之形成及使用可選擇性用於若干具體例。該等具體例中，具有分解溫度約300℃之氨用來組合矽烷形成氮化矽奈米纖維(也使用金催化劑)。其它可形成奈米纖維之催化表面例如包括鈦、鐵等。

直接由熔體形成碳化物及氮化物奈米纖維偶爾有挑戰性，原因在於液相溫度典型大於1000℃。但奈米纖維可經由金屬成分組合氣相生長。例如氮化鎵及碳化矽奈米纖維係經由暴露鎵熔體於氨(用於氮化鎵)以及暴露石墨與矽烷(用於碳化矽)生長(例如參考Peidong、Lieber，參見上文)。類似構想可選擇性用來經由組合金屬-有機蒸氣物種如卡波鎢[W(CO)6]於碳表面來形成碳化鎢(WC)，或經由組合二甲氧基二新癸酸鈦於碳表面來形成碳化鈦，而用來形成其它類型之碳化物奈米纖維及氮化物奈米纖維。須了解此等具體例中，濺鍍溫度、濺鍍壓力、濺鍍功率及CVD方法全部皆依據例如終產品奈米纖維期望之特定參數而改變。此外，若干類型金屬有機前驅物及催化表面用來形成奈米纖維，奈米纖維之核心材料(如矽、氧化鉛等)以及含有奈米纖維之基材也可依據例如欲構成之特定增加之奈米纖維表面而依各具體例而異。

若干具體例包含改良奈米纖維生長密度及生長控制之 方法，原因在於其與產生奈米結構化基材表面塗層有關。此等方法包括重複循環奈米導線合成及金填補沉積，來製造「奈米樹」，以及共同蒸鍍不會形成矽共熔化合物之材料，如此破壞孕核，形成小型導線。

此種方法用來經由奈米纖維生長技術形成以超高表面容量為主之結構，用於例如診斷陣列、表面間之黏著促進、非結垢表面、過濾等用途。使用單一步驟式金屬膜型方法來形成奈米纖維可限制控制起始金屬膜厚度、表面粗度等之能力，如此限制控制表面孕核的能力。

奈米纖維增加表面之若干具體例中，希望產生多分支奈米纖維。多分支奈米纖維比較未分支奈米纖維表面甚至更為大增。為了製造多分支奈米纖維，金膜沉積於奈米纖維表面(亦即已經生長的奈米纖維表面)。當置於烤爐時，可能導致垂直原先生長方向之纖維，如此產生於原先奈米纖維上的分支。可選擇性使用膠體金屬粒子來替代金膜，獲得對孕核形成及分支形成之更加控制。分支循環可選擇性重複多次，例如使用不同的薄膜厚度、不同的膠體大小或不同的合成時間重複多次，來產生具有各種尺寸之額外分支。最終，毗鄰奈米纖維間之分支可選擇性接觸而產生互連網路。燒結選擇性用來改良細小分支的結合。

又有其它具體例中，希望形成更微細之奈米纖維(例如奈米導線)。為了達成此項目的，若干具體例選擇性使用於金蒸鍍或其它合金生成金屬蒸鍍期間，使用非合金生成材料。此種材料當以小量百分比導入時，可能選擇性摧毀金 屬膜，允許於導線生長時形成較小的小滴，如此形成對應較微細之導線。

此種辦法允許改良控制奈米纖維之形成，允許由略為較厚之初金屬膜層產生較微細且較大量奈米纖維。於例如奈米陣列等應用，改良控制可選擇性改良奈米纖維至平坦面之信號比，或改良控制只可增加較大控制程度。用於較微細奈米纖維構造之可能材料包括例如鈦、氧化鋁及二氧化矽。

又有其它具體例中，後加工步驟例如玻璃氣相沉積，允許奈米纖維間較大之固定黏著或機械黏著以及互連，如此改良於要求額外程度之應用用途之機械強勁程度，以及增加總表面積對奈米結構表面容積比。

本發明可用於超出典型奈米結構尺寸範圍以外之結構。例如Haraguchi等人(USPN 5,332,910)說明選擇性用於此處之奈米晶鬚。半導體晶鬚也述於Haraguchi等人(1994)「於量子導線晶體由GaAs p-n接面發光之極化相依性」應用物理期刊75(8)：4220-4225；Hiruma等人(1993)「砷化鎵自撐式量子尺寸導線」應用物理期刊74(5)：3162-3171；Haraguchi等人(1996)「平面砷化鎵奈米晶鬚陣列之自我組織製造」；及Yazawa(1993)「半導體奈米晶鬚」先進材料5(78)：577-579。此種奈米晶鬚為本發明之選擇性奈米纖維。雖然前文參考文獻(以及此處其它參考文獻)選擇性用於組構本發明之奈米纖維及測定奈米纖維參數，但熟諳技藝人士熟悉也適合用於該等方法及裝置之其它奈米纖維組構/設計方法等。

III)奈米纖維增加表面積之基材之具體例

雖然修改表面來提升其性質是一種標準方法，但本發明係有關例如奈米纖維(以及選擇性以各部分修改此等纖維)生長或安置於物件表面來提升效能。有關原位奈米纖維之生長，例如包括矽奈米纖維生長於玻璃基材來增加其表面積。多種表面及形狀選擇性塗覆以奈米纖維來增加其表面積，包括例如光學透鏡；管內側(用於分離)或管外側(用於導管等)；平坦表面如玻璃；或粒子如HPLC填料中存在的粒子。如此例如經過加強之玻璃或其它分離材料可於例如DNA檢定分析或免疫檢定分析吸附較多分子。參見後文。本發明也包括具體例，其中奈米纖維例如生長於毛細管內側來形成高表面積分離基體用於毛細管層析術。參見後文。又有其它具體例包括原位生長奈米纖維，藉減少表面對流來提升窗玻璃之絕熱性質。此外魔鬼黏(Velcro)般表面也可製造，經由生長極為緊密之奈米纖維片材於表面(選擇性於生長期間實體約束其生長)來製造環，以及於另一表面提供較不緊密之表面來作為鉤。奈米纖維表面由於表面積的增加可能與黏著劑纏結，故與黏著劑具有極高黏合強度。有關此種及其它奈米纖維黏著方法可參考「接合物件及材料之結構、系統及方法及其使用」，申請日4月17日，USSN 60/463,766；以及「接合物件及材料之結構、系統及方法及其使用」，申請日2003年12月12日，二案全文以引用方式併入此處。其它具體例包含使用本發明之奈米纖維表面作為生物支架而用於例如高密度細胞培養，經由使用奈米纖維 增加面積之表面，來增加醫療植入物之交互作用與黏合。多種其它奈米纖維表面之使用範例，例如用於醫療用途，可利用本發明之各方面，本發明可利用之各方面可參考例如USSN 60/549,711，申請日2004年3月4日，名稱「奈米結構化表面之醫療裝置應用」；USSN 60/541,463，申請日2004年2月2日，名稱「包含奈米纖維之多孔基材、物件、系統及組成物及其用法及製法」；USSN 60/466,229，申請日2003年4月28日及代理人檔號40-002410US，申請日2004年4月27日，二案名稱皆為「超疏水表面，其組成方法及其用法」；以及美國申請案第10/661,381號，申請日2003年9月12日及60/463,766，申請日2003年4月17日及代理人檔號40-002820US(申請日2004年4月16日)及40-002830US(申請日2004年4月19日)，各案名稱皆為「接合物件與材料之結構、系統及方法及其用途」，各案全文皆以引用方式併入此處。即使巨纖維表面(通常係經由磨蝕或沉積形成)比奈米纖維表面更常見，但不具有可與此處奈米纖維表面相媲美之表面積。

須了解此處包含奈米纖維增加表面積之用途及裝置等之特定具體例及說明例絕非解譯為限制性。換言之，本發明係由此處舉例說明，但除非特別陳述，否則不受說明細節所限。前述具體例舉例說明增加表面積之奈米纖維表面及其構成體之各種用途/應用。再度特定具體例之說明絕非必要限制包含本發明之增加表面積之奈米纖維結構之其它用途/應用。

不僅奈米纖維增加之表面積用途可用於傳統用途(例如過濾、檢定分析等)，奈米纖維緊密排列於表面上也具有新穎特性，可達成原先為不可能或不實際的應用用途。例如奈米纖維經處理，防止被各種溶劑濕潤(疏水性，水作為溶劑之例為疏水性)，或增加濕潤(例如親水性)。如此可用於奈米纖維增加表面積材料之用途之具體例包括例如經超疏水性(或更常見為疏液性或疏液體性、或疏油性、或疏兩性)處理之材料、氣/液交換器(例如人工肺)、平台印刷、非結垢鍋爐或熱交換器、防凍表面例如用於飛機等、廢水池及地下水槽之障壁層以防止地下有毒物質污染、建築物材料添加物(例如屋頂頂板、側板、地下混凝土)等。例如參考「超疏水表面，其組成方法及其用法」，申請日2003年4月28日，USSN 60/466,229，及代理人檔號40/002410US，申請日2004年4月27日，各案全文以引用方式併入此處。另外，經疏水處理之奈米纖維增加面積材料包括例如高效率氣化器(蒸發器)及高效率冷凝器等。

其它本發明之應用選擇性利用捕捉於液體與基材表面間之氣體層(亦即奈米纖維中及奈米纖維間之氣體層)。例如選擇性出現二相間之氣/液交換。若干具體例中，增加表面積之奈米纖維基材包含多孔層，如此流動於基材之與液體對側之氣體可擴散通過基材及奈米纖維層而到達液體。基材為不透氣之具體例中，氣體之流動係平行於奈米纖維基材表面，且介於奈米纖維間「流動」(亦即介於液體與基材表面間流動)。應用選擇性包括例如人工肺(例如血液作為液 體，以及空氣或氧氣作為擴散入血液之氣體)、化學反應器、生物反應器(例如以氧氣及二氧化碳作為擴散物種)、污水處理等。

其它具體例中，經疏水處理之表面積增加之材料可被徹底即刻濕潤。須了解，容後詳述，即使未經功能化之奈米纖維表面積基材仍然顯示芯吸效果。參見後文。濕潤區內部之纖維選擇性係由一種具有比液體遠更高導熱之材料製成。如此選擇性提供比平坦面(亦即不具有增加之表面積之表面)更大熱通量之機轉。

例如預期於高效率蒸發器使用濕化器等蒸發液體可利用此種表面積的增加。對欲蒸發物質有選擇性親和力且具有傳熱至奈米導線裝置之奈米纖維覆蓋面(亦即增加表面積)相信可理想地用於此項目的。熱移轉可為傳導例如經由基材傳導或為輻射。熱也可例如經由與催化劑塗覆奈米纖維進行化學反應，而於奈米纖維層本身內部產生。應用用途選擇性包括於燃氣輪機或水蒸器發電廠之燃燒氣、太空加熱器及化學反應器。若干典型具體例中，奈米纖維基材結構即使未使用例如親水部分功能化，仍然可對置於基材上之液體有效芯吸。例如第3圖為線圖，比較於平面矽表面以及於本發明之奈米纖維之增加表面積基材上對1微升水之芯吸(於第3圖測定作為比較蒸發)。如圖可知使用本發明基材遠更快速出現芯吸(第3圖，蒸發器以「%水損失」表示)。第3B圖顯示第3A圖之線圖資料。如由代表例收集，此種性質可用來例如快速施用材料塗層於一表面上，於典型具 體例，該塗層有數微米深且具有均勻厚度。此種展開可無需額外機械手段進行，隨基材表面形態之函數變化而發生。

液體的蒸散也可用於冷卻作用。高效率熱交換器預期傳熱入蒸發液體，例如出現於空調機或水蒸氣發電廠的蒸發器。

利用對覆蓋有奈米纖維表面之蒸散變有效的相同性質也可讓冷凝變有效。差異在於熱量係由冷凝液體去除。應用再度包括空調或水蒸氣發電廠或其它高效率冷凝器。當然須了解奈米纖維增加之表面之芯吸能力、疏水/親水性質、傳熱等性質可同等應用於其它具體例(例如參見後文)。

A)表面積經增加之基材之微圖案製作

若干具體例中，本發明包含選擇性修改或形成表面積增加之基材之方法，以及此種經過提升之基材本身及包含該基材之裝置。如一般了解且如此處所述，此種方法及裝置可應用於寬廣多項用途且可以多種方式形成(其中若干方式舉例說明於此處)。例如若干具體例中，本發明包含選擇性改性或形成基材表面之方法，讓奈米尺規導線/管跨預先設置金屬電極之定位機率升高。

如一般了解，經由含有所生長之奈米纖維之表面提供表面積之增加，可提供顯著優點例如作為生物檢定分析基材。一項優點係來自於於基材指定區之探針密度增高。但因生長後奈米纖維增加表面之芯吸能力增高，施用化學來連結特定生物分子等至連續奈米纖維表面之特定區偶爾難 以控制。因此，若干具體例包含允許空間控制化學施用於經過奈米纖維加強的表面。此種控制有助於經加強之奈米纖維表面應用於實際用途。

若干方法含括於具體例來選擇性將奈米纖維生長或定位於基材區域製作圖案，藉此產生空間界定區來施用該種特定化學。於此種辦法中，「基材」一詞係有關纖維欲生長(或於若干具體例安置或沉積)於其上之材料。不會情況下，基材可選擇性包含例如矽晶圓、玻璃、石英或任何其它適合以VLS為主之奈米導線生長之材料等。例如基材及其上之奈米纖維可分別由例如矽、玻璃、石英、塑膠、陶瓷、金屬、聚合物、TiO、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、HgSe、HgTe、MgS、MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrSe、SrTe、BaS、BaSe、BaTe、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、PbS、PbSe、PbTe、AlS、AlP、AlSb、SiO₁ 、SiO₂ 、碳化矽、氮化矽、聚丙烯腈(PAN)、聚醚酮、聚醯亞胺、芳香族聚合物、脂肪族聚合物等組成。熟諳技藝人士熟知其它可能之奈米纖維材料。

若干具體例中，表面積增加之基材之微圖案製作可經由使用業界人士眾所周知之習知光刻術，藉光刻術施用金平坦區至基材，作為標準生長引發劑而形成。隨後例如以Peidong Yang，先進材料第13卷第2期，2001年1月所述方式生長奈米纖維(例如VLS奈米導線)。

其它具體例中，可形成陣列，係經由習知光刻術辦法 化學前塗覆基材，讓奈米纖維生長前，金膠體之沉積經過控制(例如經由於基材表面選擇性圖案化巰基)。又有其它具體例，奈米纖維以熟諳技藝人士習知方式(參見上文)選擇性預先生長，然後選擇性附著或安置奈米纖維於需要空間界定圖案之基材該區。

當然又有其它具體例，奈米纖維「草皮」形成表面積增加之基材係經由於預選定區選擇性去除奈米纖維來選擇性圖案化。第4圖示意顯示表面積增加之基材之選擇性微圖案製作構想。如此如第4圖可知，未經圖案化之表面積增加的基材經常出現沉積於奈米纖維之被分析物等的芯吸現象。第4圖中，具有隨機分佈金400之表面於奈米纖維生長460時，導致奈米纖維覆蓋其全部基材410，結果導致無法預測之流體芯吸420，偶爾當施用適當化學/生物分子時不合所需470。相反地，製作微圖案(或甚至製作奈米圖案)之表面積增加之基材不會出現被分析物等無法控制的芯吸現象，原因在於此種芯吸被含於奈米纖維之隔離區(亦即芯吸因奈米纖維表面上的空白區所中止)。如此於第4圖，具有預先圖案化金圖案430及疏水表面440之基材，將獲得明確界定之表面覆蓋率450。須了解第4圖為本發明之圖案化陣列之唯一範例。其它陣列可選擇性包含奈米草皮其具有奈米纖維選擇性清除區(如此形成奈米纖維島等)，或有奈米纖維只生長或沉積於若干選定區(或其任一項組合)。熟諳技藝人士了解多種其它陣列圖案等係選擇性屬於該具體例之範圍。此外如一般了解，雖然「微陣列」、「微圖案化」以及類 似之術語用於全文之各具體例，但本發明之奈米纖維加強表面也包含「奈米陣列」及「奈米圖案化」等。如此雖然上下文及申請專利範圍典型係以「微型」結構來描述圖案化，但「奈米」結構及其它尺寸之結構也落入本發明之涵蓋範圍。

又有其它具體例，奈米纖維表面(例如連續奈米纖維草皮)選擇性塗覆以一種部分，例如疏水部分、親水部分、疏兩性部分、親兩性部分、疏油部分、親油部分等。換言之，奈米纖維草皮全部表面使用此種部分處理/功能化。然後功能化後之草皮選擇性經處理來止於選定位置去除該部分(例如於希望附著其它分子如DNA、蛋白質等之位置去除該部分)。選擇性處理功能化奈米纖維之方法細將草皮選擇性暴露於例如X光(於該部分包含光不穩定部分之具體例進行，如此該光不穩定部分被光分解，同時留下奈米纖維完整且不含該部分)。又有其它具體例中，親水草皮經處理/功能化來形成疏水區(亦即前述之鏡像)。然後將適當分子等置於所製造的微陣列上的預定位置。

無論格式及組成方式如何，本發明之圖案化奈米纖維陣列適合用於寬廣範圍之可能用途及應用。熟諳技藝人士相當熟悉寬廣範圍之陣列例如核酸陣列(如DNA、RNA等)、蛋白質陣列或包含其它生物部分或化學部分之陣列。例如此處奈米纖維陣列選擇性於蛋白質陣列用於質譜術用途。參見後文。晚近，發展出若干應用(例如由賽費金(Ciphergen)生物系統公司加州福蒙特發展)使用蛋白質陣列 及各種質譜術變化，例如表面加強之雷射脫附游離(SELDI)、基體輔助雷射脫附/游離(MALDI)等。如此蛋白質「儲存」於晶片或晶圓，方便地經由SELDI或MALDI等決定特徵。例如參考www.ciphergen.com。本發明之奈米纖維陣列預期可用於該等技術及類似技術。熟諳技藝人士熟悉其它類型之質譜術分析，其選擇性利用微陣列及其它本發明之特色。再度，熟諳技藝人士了解奈米陣列之可能使用/應用無論為DNA、蛋白質或其它部分之使用及應用相當寬廣，此處特定使用/具體例並非限制性。

雖然此處已經舉例說明若干圖案化方法、基材/奈米纖維組成等，但須了解其僅供舉例說明本發明含括之方法之範圍。如此此等參數可經改變而仍然屬於本發明之範圍。例如如前文說明，表面積增加之微圖案製造可以多種方式(例如光刻術沉積、奈米纖維元體之雷射燒蝕等)達成，全部皆涵蓋於本發明之範圍。

i)圖案化微陣列及裝置

現有螢光微陣列應用(及其它類型微陣列應用例如放射性、化學發光等微陣列應用)之現有基材有多項限制。其限制例如包括敏感度不佳、動態範圍低、點均勻度可變，於機械打點陣列上尺寸變化大。儘管有此等限制，螢光微陣列變成大規模基因體分析以及萌芽當中的蛋白體工業的重要工具。至目前為止試圖引進新基材皆未能成功，大半原因係因動態效能低，要求對基本陣列的製造與分析基礎結構做重大改變之故。但本發明包含具體例其具有奈米致 能之微陣列基材，其可克服面對現有微陣列之限制，該基材可選擇性與現有典型雜交方案相容，以及陣列的製造與分析基礎架構可相容，選擇性用於寬廣多種微陣列用途(例如可用於蛋白質、核酸、配位子、受體等，基本上其它目前微陣列方法所能利用的全部可能部分)。

近年來大規模基因體分析及蛋白體分析的市場有重大成長，預期隨著有關基因序列變化以及表現方式於疾病發展上扮演的角色獲得更多資訊後該市場將更進一步成長。DNA微陣列已經變成疾病遺傳研究以及疾病發現努力之標靶識別與證實兩項基礎研究的主要工具。此外未來微陣列可能顯著衝擊分子診斷及藥物基因體領域，該等領域目前係由成本昂貴之服務取向基因體分析例如定序或原位雜交所主控。此外，目前之趨勢於蛋白質表現層面同時分析分子差異，將更進一步擴大微陣列格式用於蛋白體領域的用途。因此任一項技術例如本發明技術可改良微陣列實驗之效能、成本、用途及品質，而未顯著變更現有方法及分析過程相當合乎所需。目前有兩大微陣列格式廣用於基因體分析(主要係用於表現分析，但也逐漸增加用於決定基因型)。

目前微陣列方案之第一方案為「原位合成寡核苷酸陣列」。此種前置陣列晶片之普及範例(例如阿飛基體(Affymetrix)公司，加州聖塔卡拉)係以寡核苷酸探針於晶片合成，且使用高密度小型結構(例如18 x 18微米)組成陣列。此種晶片係經由類似微晶片製造之光刻術方法製造。經由施用光罩至一化學前驅物塗覆之基材，其隨後藉曝光而脫 去保護，可以明確特徵化方式合成複雜的高密度寡核苷酸陣列。雖然此種陣列昂貴，但當全基因體同時分析要求使用明確特徵化的陣列時，此等陣列廣泛獲得使用。其它普及技術(例如阿吉蘭(Agilent)技術公司，加州保羅奧圖)也具有利用化學脫保護方法及噴墨技術作為輸送各核苷酸至預定位置，原位合成寡核苷酸陣列之方法。此種方法比光刻術辦法較無法為人接受，可能原因在於藉採用光刻術可減小結構尺寸隨後獲得小型結構品質。原位合成陣列之優點為陣列化寡核苷酸密度高及品質高。但此等製法代價昂貴，因此對多項應用不敷實際，全長cDNA探針或蛋白質也與此種方法不可相容。此外，於平面玻璃基材上每單位面積之動態範圍及信號之基本限制隨著結構尺寸的縮小，構成重大議題。

目前用來組構微陣列之第二方法包含「打點陣列」。此等陣列係藉以機械方式沉積預先合成之寡核苷酸探針或cDNA而於多種基材(包括玻片、膜及聚合物凝膠)上製造。打點辦法使用化學鍵聯步驟，或單純將DNA吸附於經過適當處理的表面。有兩種主要方式可沉積探針，藉接觸印刷(因成本緣故，最常用於「自製」陣列)，以及於可應用較小量容積時之非接觸印刷(例如噴墨或壓電)。但打點器成本限制其主要係用於預製陣列。此等打點陣列(特別為撞針印刷陣列)之結構尺寸係大於光刻術合成陣列之結構尺寸，結構密度較低。打點陣列通常較廉價，常見係由終端使用者使用預先塗覆之玻片或膜以及機器人微陣列打點機來製造。 此外，以蛋白質為主之陣列也可使用打點製造法。如此可改良DNA打點陣列之技術同等也有利於蛋白質陣列製造技術。

如前述，需要若干提升生物陣列格式效率及用途之改良。例如需要提升兩類微陣列之動態範圍。目前此等陣列之動態範圍係小於第三次羃幅度，且係於低端係由經染色陣列玻片之背景螢光掌控，而於高端係由微陣列點之結合位置飽和程度掌控。如此，經常有不同表現基因於微陣列篩檢時之變化幅度不足的情況。例如為了了解細胞中mRNA套數低之基因表現變化，目前經常需要於雜交至陣列前，擴大RNA。對於以遠較高濃度存在於細胞之RNA物種而言，此種擴大導致產生核苷酸飽和程度。如此由陣列資料此等較為高度表現之RNA物種的表現程度變化被低估。因此為了準確量化於微陣列實驗測得之表現程度變化，經常須進行耗時之方法例如定量PCR來證實或更明確定量微陣列所見變化。

專一性打點陣列又有另一缺點為基材上的結構品質。涉及品質的兩大議題為點均勻度及結構尺寸。打點陣列容易變成非均勻(特別為自製版本容易不均勻)限制分析結果的準確度。例如參考第5圖顯示打點陣列結構(此處為打點DNA)之不均勻。可知螢光強度不均指示各點之DNA分佈不均且不一致。此外，結構尺寸大(隨著打點準確度的驅策以及基材材料之濕潤性質驅策)限制打點陣列密度。典型地對最常見之撞針打點機而言，節距約500微米，結構尺寸為150 微米至500微米直徑，而噴墨印刷陣列目前已經可達成約80-150微米直徑。

此處所述本發明具體例可解決如動態範圍、陣列密度及打點均勻度等問題。本發明之奈米纖維增加表面積微陣列選擇性經製作圖案等來用於前述用途。有若干方法正在發展可增加微陣列基材之有效表面積及效能。但奈米導線加強之基材比其它辦法來增加表面積更優異，理由有數項例如大半其它試圖改良微陣列基材之嘗試皆涉及沉積三維聚合物基體於玻璃，或使用玻璃本身經過蝕刻的微通道。多孔凝膠如碼聯結(Codelink)玻片(阿默山(Amersham)生科公司，紐澤西州匹茲卡威)或水凝膠(博金艾瑪(Perkin Elmer)公司，麻省衛斯里)通常只適合用於打點方法，且有擴散問題，結果導致雜交/洗滌時間緩慢，或點大小控制上的困難。經由於較厚之玻璃節段蝕刻微通道嘗試減少雜交容積/縮短雜交時間，要求對目前微陣列分析方法作基本改變，同時也增加陣列的製造成本。

如此如一般了解，增加每單位面積可能的信號(如使用本發明之奈米纖維增加表面積基材)可延伸微陣列於高端之動態範圍，允許由單一實驗獲取更完整的資料。此外，每單位面積的信號增加，有助於結構尺寸的縮小，此乃光刻術合成陣列之另一項期望發展。

前述目前兩種陣列格式(及本發明之多個具體例)共通之一項因素係採用標靶螢光標記作為較佳偵測方法。典型螢光陣列係藉螢光陣列掃描器讀取，螢光陣列掃描器可將 整個陣列成像，或使用雷射共焦掃描陣列來激發螢光點。目前微陣列技術的主要格式係偵測加標記標靶如螢光標記標靶結合至制動於平坦玻璃面的探針分子。但如前述，平面基材(不含奈米纖維)就每單位面積可偵測之信號量、以及就打點探針均勻度及尺寸而言對目前技術造成限制。

ii)作為基於橫向流之檢定分析基材之奈米纖維軌跡/通道

本發明之若干具體例中，圖案化奈米纖維表面之方法選擇性導致或產生「通道」或「軌跡」於平面表面上。如此應用用途可利用奈米纖維增加表面之芯吸性質，來允許於橫向流格式之例如液體流動、試樣分離及標靶捕捉。

如全文驗證，藉含有所生長奈米纖維(例如奈米導線)表面提供增加表面積，可提供作為多項用途如生物結合檢定分析基材之顯著優點。於奈米纖維加強基材之指定區可能的探針密度增加，提高此種檢定分析之敏感度及強勁度。此外如本文說明，因奈米纖維加強表面(例如原位生長或沉積之奈米纖維，例如封裝作為微通道等之奈米纖維)之芯吸能力的提升，施用溶液於加強區之任一區，結果導致溶液於奈米纖維區快速分散，直到溶液填滿奈米纖維間之空間(亦即間質空間)為止。若奈米纖維表面係以可輔助此流由試樣施用點以定向方式流動之方式圖案化，則圖案化表面通常可用於基於橫向流之結合檢定分析。如此應用於此種圖案化奈米纖維表面之試樣所存在的標靶可結合一或多個探針，該探針係連結或連接(例如結合奈米纖維)於奈米纖維 軌跡/通道沿線的某個特定點。

根據基材於上下文之用途，「基材」一詞係有關奈米纖維生長或安置/沉積之材料(例如矽晶圓、玻璃、石英或任何其它適合奈米纖維圖案化及生長之材料)。奈米纖維加強表面之圖案化方法(例如製造軌跡/通道)說明於全文。例如所述用於其它微圖案化陣列之技術也適用於形成通道/軌跡圖案。如此雷射燒蝕、光刻術、機械刮取等全部皆可用來組構本具體例之通道/軌跡區。熟諳技藝人士了解可選擇性用於本具體例之相關圖案化方法。

奈米纖維表面圖案化用於以芯吸為基礎之檢定分析，依據例如牽涉之特定使用參數(例如被分析物數目及類別、檢定分析條件等)而定，涉及多種不同奈米纖維軌跡/通道排列。第6圖顯示奈米纖維芯吸軌跡/通道之範例排列。但此種排列僅供舉例說明之用，不可解譯為限制性。如第6A圖可知，組成奈米纖維增加表面積之六軌跡/通道600係與試樣沉積區610(也選擇性組成奈米纖維增加之表面積)以及經奈米纖維軌跡/通道抽取溶液之系統作液體連通。箭頭指示流動方向。此種抽取系統或芯吸系統選擇性包含奈米纖維增加表面積之大場或大區，其係作為大型芯吸襯墊來經由軌跡/通道(例如第6圖620)抽取溶液。選擇性制動探針630亦屬可能之結構。第6B及6C圖也分別顯示具有軌跡及凹陷通道之奈米纖維加強面之側視圖。第6B圖之元件640相當於第6A圖之軌跡/通道600，該軌跡於基材頂上。第6C圖之元件650表示凹陷通道及試樣井，相當於第6C圖之600。

典型應用中，試樣溶液(例如含有一或多種欲偵測標靶之溶液)可施用於軌跡或通道之一端，而於軌跡/通道之另一端，材料/系統鼓勵溶液通過軌跡/通道前進。鼓勵溶液前進之材料或系統包含例如奈米纖維或其它芯吸材料之較大場。熟諳技藝人士了解例如用於層析術芯吸用途以及各種可用於本具體例之微流體裝置之技術與材料。試樣施用於軌跡/通道，典型接著施用定容溶液(含或不含欲偵測之標靶)俾允許溶液連續流動。試樣溶液之特定標靶之專一性探針可被制動於軌跡/通道沿線之特定位置。例如參考第6圖630。多種情況下，二次標記標籤(例如螢光標籤或比色標籤等)選擇性存在於溶液或存在於包含標靶溶液被芯吸通過軌跡/通道後之溶液。另外標籤例如可透過基體附著於軌跡/通道起點，然後釋放入溶液流。總而言之，溶液中的二次標籤可於先前結合而被制動於奈米纖維表面之標靶(亦即存在於試樣之標靶)上洗掉。另外若干具體例中，標靶可與探針交互作用而未添加任何額外標籤。如此於溶液之標靶與奈米纖維表面探針之交互作用可產生一種指示(例如螢光、比色、放射性等)允許偵測/監視該交互作用。最後，表面可經檢驗來測定標靶之是否存在(例如偵測螢光標籤)。第7圖顯示範例檢定分析方案之示意代表圖，顯示施用於溶液中之試樣至軌跡/通道，接著經由標籤芯吸，洗滌試樣/標籤，以及偵測結合的試樣/標籤(例如於奈米纖維軌跡進行之範例橫向流檢定分析)。第7圖中，試樣襯墊700上經過標記之二次偵測劑以及經過制動之捕捉探針710係於奈米纖維通 道730內部且附著於芯吸貯器720。目標或試樣740係施用於第7B圖之試樣襯墊。至於第7C圖所進行之檢定分析，溶液750經由奈米纖維芯吸，標靶及二次偵測劑被制動於捕捉探針位置。第7D圖中，試樣完全被芯吸通過軌跡，留下經制動之偵測器可被定量。再度前文說明於奈米纖維軌跡進行橫向流檢定分析之範例配置，不可視為囿限使用此等檢定分析所可能的且涵蓋於本發明之多種其它可能配置及組配狀態。

如此處說明，對本發明之此一及其它多項具體例，探針可為任一種感興趣之分子(例如DNA、蛋白質、有機分子、無機分子、金屬、陶瓷、胜肽、多胜肽、核苷酸、核苷酸類似物、金屬蛋白質、化學催化劑、金屬基團、抗生素、細胞、離子、配位子、酶基質、受體、生物素、疏水部分、長度約10至約20個碳原子之烷基、苯基、黏著促進基團、及輔因子等)，其對可能存在於欲分析樣本之一或多個分子有親和力。探針可選擇性制動於奈米纖維表面上或內部的某一點，因此可補捉流過其中之標靶分子。欲檢定分析試樣可為任一種含有感興趣標靶(例如DNA、蛋白質、小型有機分子等)之溶液，標靶隨後藉特定探針捕捉。若干應用例(或若試樣為全血)中，奈米纖維表面也可用作為試樣成分的分離介質。

須了解作為其它具體例，可改變具體例之多方面而未悖離申請專利之發明。例如奈米纖維表面經圖案化之方法可被改變，如軌跡/通道數目/尺寸也可改變般。此外，於奈 米纖維加強面之奈米纖維密度、組成等也可改變。此外如一般了解，本具體例之檢定分析可選擇性用於多種不同探針/標靶組合(例如DNA-DNA、抗體-蛋白質等)之組合。其它實施例討論於其它具體例，也同等適用於本例。熟諳技藝人士了解多種明確特徵之方法以及多種探針/標靶組合類別可結合於本具體例。此外，用於偵測接受檢定分析樣本中之任一種標靶之偵測方法/系統也可改變。

下列實施例驗證可溶性被分析物(標靶)結合至被制動於奈米纖維軌跡內部之探針，以及奈米纖維軌跡之芯吸性質用來產生試樣流。

第8圖中，生物素化BSA(亦即探針)800吸附於玻片840上奈米纖維軌跡(本例為奈米導線軌跡)810沿線之已知位置。軌跡係經由玻片邊緣刮擦通過基材之奈米纖維場而產生。含螢光標記之鏈絲菌抗生物素(亦即標記之溶液)施用於軌跡頂上。15微升SAv-647於PBS/0.1%BSA接著為共300微升PBS/0.1%BSA。如此液體芯吸於奈米纖維軌跡，直到其填補奈米纖維間之間質空間。為了持續液體流動，以及洗掉任何未結合的標籤，於軌跡頂上加入額外液體，芯吸濾紙820置於軌跡底端。濾紙係作為通過軌跡之液體的貯器。參考第8圖。於20倍容積不含標籤之溶液通過該軌跡後，讓玻片乾燥然後於螢光陣列掃描器掃描，來偵測經標記之抗生物素鏈絲菌結合至制動於軌跡特定位置的BSA。

如第9圖可知，制動之生物素BSA可用來於其制動點有效捕捉及濃縮經過標記的鏈絲菌抗生物素(亦即標靶)。於 900可見306計數信號，於910可見18,176計數信號。

至於該具體例之另一例，1微升不等濃度生物素-BSA點沉積於玻片上割開奈米纖維草皮的特定奈米纖維軌跡。濃度分別為100uM、1uM、10nM、100pM及0生物素BSA。10微升100微克/毫升鏈絲菌抗生物素施用於軌跡，接著施用150微升PBS/0.1%BSA。軌跡經乾燥，於阿克松(Axon)4100A陣列掃描器拍攝影像。第10圖顯示100uM點與1uM點間之明顯區別。於正確設定PMT時，10nM點也可偵測得高於背景。

ii)奈米纖維增加表面積之微陣列之成分及組成

如前述，NFS具體例選擇性係由多個不同基材之任一者組成。如此如一般了解，奈米纖維增加表面積之基材之微圖案化陣列之形成與使用可選擇性利用多種不同奈米纖維/基材成分之任一者。但典型具體例中，陣列係基於可控制及圖案化經二氧化矽塗覆之奈米直徑奈米纖維生長於典型為平面基材表面。氧化矽奈米纖維提供有效表面積大增，而仍然保有表面功能化及檢定分析發展所需之基本化學特性。其它具體例中，經奈米導線加強之基材比較較為傳統之無奈米纖維陣列，可選擇性達成每單位面積之信號強度增高100倍。此外，又有其它具體例中，打點陣列上之結構尺寸縮小至遠小於目前所能達成的程度，而仍然可提高打點探針均勻度。

此處較佳具體例包含由又薄又緊密之經二氧化矽塗覆之矽奈米纖維薄膜製成之新穎微陣列基材。典型具體例中 ，此種奈米纖維包含一或多個功能部分。此種奈米纖維可大增基材材料的有效結合面積，而無需例如產生孔隙，孔隙將減少結合動力學、或增加偵測場深度。如此傳統陣列掃描器可用於本發明裝置之偵測。奈米結構化表面也可提供多項優於習知微陣列基材之優點，經由提供顯著增加之表面積；改良打點陣列上之結構均勻度，且允許印刷遠更小的結構(由於每單位面積信號的增加)；維持結合動力學及洗滌動力學等於平坦玻璃面；以及無需對高密度光刻術印刷陣列或打點陣列之分析儀器、化學或微陣列方案作任何改變。

多個選擇性具體例中，本發明之微陣列(包含表面積增加材料)就信號強度、結合動力學及檢定分析動態範圍等方面而言，就纖維密度、纖維長度及直徑以及纖維表面性質可最佳化。其它具體例包含施用特定點大小來增加奈米導線表面之方法，例如藉有限容積法，以及藉化學圖案化奈米導線基材表面而界定點大小之方法。參見後文。又另一具體例中，附著於奈米導線基材之蛋白質比較習知玻璃基材(亦即不含奈米纖維增加表面積之玻璃基材)驗證用於蛋白質結合應用之同等有利表面。此外容後詳述，多個具體例中，本發明之奈米纖維增加表面積之基材允許界限清晰且均勻之點形成。其它具體例中，表面積增加之微陣列包含比較傳統平面微陣列，每單位面積之強度增高(如此提供全部陣列格式之結構尺寸的顯著縮小)。此外，若干具體例之典型結構比傳統微陣列之動態範圍增加(如此由單一微 陣列實驗提供較佳資料，且擴大本主要分析工具用途)。機械打點陣列之點尺寸縮小亦為本發明之若干具體例之選擇性特徵，如此由於此種較為具有彈性之陣列製造方法，可提高可達成之結構密度。最後，本發明之具體例比較平面微陣列，經常提供於機械打點陣列上較為均勻的點大小，因而提高資料品質及資料分析準確度。

容後詳述，本技術係基於可於各種表面上生長具有特定直徑及長度之奈米級導線。第11圖顯示由底向上之辦法如何組裝此等材料來提供獨特「極端」表面之範例，該極端表面具有極高表面對容積比，但又不具有其它為了增加表面積對容積比之由頂向下策略(例如蝕刻矽)所造成之複雜蝕刻架構。第11圖顯示經圖案化以及未經圖案化之典型奈米纖維表面之頂視SEM圖及側視SEM圖。矽奈米纖維由矽晶圓生長出，因此表面可與標準玻璃改性化學等相容。熟諳技藝人士了解對此等材料可能之修改幅度。雖然此處討論主要係集中於矽晶圓作為奈米導線生長的基材，但該方法也可於具有平面幾何形狀或複雜幾何形狀之寬廣多種基材進行。例如此種方法也可於低溫對塑膠基材進行。基材可完全經覆蓋、經圖案化、或有奈米纖維於特定位置。奈米纖維選擇性係由寬廣多種材料製成，且生長於各種基材上。再度，典型具體例之目光焦點集中於控制氧化矽晶圓或玻片基材上矽奈米導線之各項生長參數。

此處各具體例中，預期使用習知以二氧化矽為主之化學來鍵聯DNA探針至奈米纖維加強表面，以及偵測隨後螢 光標記標靶之雜交。此外，也預期就密度、直徑或長度而言將材料最佳化，來提供每單位面積之信號加強二次羃幅度(或3次羃或以上，或4次羃或以上或5次羃或以上或10次羃或以上)，而無伴隨之結合動力學耗損、或背景的相對增高。

由於此等具體例之奈米纖維各自塗覆以氧化矽薄層，故包含該奈米纖維之材料與既有表面改性策略可相容，也於既有打點微陣列及分析微陣列之基礎結構可相容。此種材料有若干獨特性質優於且高於增加表面積方面。例如以親水表面化學處理的奈米纖維表面結果獲得高度親水篩網，其全表面極為均勻芯吸溶液，如此提供完美均勻陣列打點基體。此外，即使處理後之典型NFS表面仍然顯示高度芯吸能力。若干具體例也可選擇性加上可增加奈米纖維表面親水性之特定部分。例如參考代理人檔號40-002410US，申請日2004年4月27日，名稱「超疏水表面，其組成及其用途」。相反地疏水表面處理也可讓表面變成超疏水性，完全排除水，如此將溶液限於預定區域。此二性質的組合提供產生範例打點基材之機轉。

與其它晚近嘗試改良微陣列之努力相反，本發明(於其若干具體例)包含約10微米薄層之奈米纖維施用於基材，雖然可大為增加表面積，但無需修改螢光陣列掃描器場深度，因此不會改變藉習知掃描器分析結合螢光的能力，或改變標準陣列方法之其它方面。面積增加之基材可結合強勁且明確界限之奈米纖維表面，結果導致表面積的顯著增高 ，但可保有標準玻璃表面化學，結合動力學不會下降，或非專一性結合不會改變。各具體例中，此種表面積之增加例如可最佳化來增加動態範圍及每單位面積信號強度二者達例如二次羃幅度或以上。奈米纖維加強表面之優異表面性質也選擇性允許使用標準打點技術於預定區獲得遠更均勻的打點。

此外，預先界定於標準微陣列玻片幾何之奈米纖維加強結構之方法，俾提供改良平台獲得結構尺寸縮小之更均勻打點陣列，該預定方法預期涵蓋於此處，例如均勻打點陣列具有直徑50微米結構可以傳統撞針列印系統製造獲得均勻之打點結構尺寸，因而獲得均勻之陣列密度趨近於次25微米直徑點(例如15微米點、10微米點、5微米點等)之合成陣列。

一種用於製造明確界限之奈米纖維陣列圖案之可能程序涉及金膜之陰影遮罩。當然須了解金膜技術也適合用於未涉及陣列之具體例製造奈米纖維表面。金膜之陰影遮罩可提供明確界限之結構，表面積增加，至少相當於透過膠體方法製造之結構。藉遮罩方法製造之奈米纖維陣列例如參考第12圖至第18圖。附圖中，具有200微米寬孔隙於400微米間距之150微米不鏽鋼罩用於標準矽/氧化矽4吋晶圓，來製造圖案化奈米纖維陣列。20奈米至60奈米金經遮罩濺鍍於矽晶圓上，來產生界定之奈米纖維區。奈米纖維(此處為奈米導線)係遵照業界標準程序生長。第12圖顯示使用陰影遮罩及40奈米金沉積形成之明確界限之奈米纖維圖案 區。第13圖顯示類似分開奈米纖維區之側視圖。

基於螢光量測，較細之金膜沉積物(例如20奈米)宰產生較細直徑較均勻之奈米纖維，表面積等於其它奈米纖維生長方法(例如標準金膠體沉積方法)。例如第14圖顯示經由使用20奈米金膜沉積物所形成之相當均勻之奈米纖維(例如50奈米至100奈米)。此外，第15圖顯示金膜厚度30奈米至60奈米，產生寬廣之奈米纖維尺寸分佈，許多奈米纖維係於50微米範圍。如此金膜厚度最佳化來操控奈米纖維表面區域(例如陣列內部區域)、及該等區域內部之奈米纖維均勻度也屬於本發明之特色。

藉螢光強度及光學顯微術分析陰影遮罩製造之奈米纖維陣列，顯示就結構解析度而言，奈米纖維區與基材背景間之非均勻差異極大。使用20奈米金膜製造之結構顯示比平面區(亦即不含奈米纖維區域)之結構增加25倍，其係優於平均膠體合成製造方法結果。經由改變使用遮罩之結構尺寸、以及改變使用之金沉積物深度，可操控奈米纖維陣列之銳利度或界定度。如此第16圖顯示兩種試樣奈米纖維陣列(二者皆使用20奈米金膜)之光學顯微術及FL-顯微術。第16圖顯示奈米區1600與平面區1620間之光/FL-顯微術之非同質性為8.2倍，而其它範例顯示差異為25.1倍。第17圖也顯示就結構均勻度而言，操控金膜厚度可能達成之變化範例。例如A-D圖顯示組成之奈米纖維陣列結構形成金膜厚度增加，線側繪圖顯示於不同奈米結構之強度/螢光。第18圖顯示經由操控奈米纖維組成時使用的金膜，基材上之奈米 纖維結構可產生「圈餅」強度側繪(例如類似傳統微陣列技術被分析物滴所見效果)，相信係由於結構1800中部之奈米纖維又大又粗之故。如此如第18圖所示，(A圖為FL強度，圖%為高倍率放大暗野顯微術)由60奈米金膜組成之奈米纖維構成比使用較細金膜組成之奈米纖維更粗的奈米纖維。參考第17圖及第18圖。

本發明之圖案化奈米纖維陣列之另一範例顯示於第19圖。第19圖之奈米纖維陣列可用作為DNA陣列或蛋白質陣列等之改良基材。圖中，奈米纖維(此處為奈米導線)結構於矽基材上預先圖案化。暗野影像(50倍)顯示250 x 250微米奈米纖維結構1900於矽基材1910之圖案，二圖案間之中心距500微米。再度須了解依據牽涉之特定參數而定，本發明之奈米纖維圖案可於多種不同類型基材上形成。例如矽、石英及玻璃為本發明之奈米纖維列組成之可能的基材。第20圖顯示本發明之另一範例奈米纖維陣列之獨特奈米結構化表面之SEM影像(A圖為100倍及B圖為1000倍)。此種奈米纖維結構2000及2200於矽晶圓或石英4吋圓形晶圓2100及2300之全部表面上圖案化。預期此種圖案化(且確實使用此處任一種或全部陣列組成技術之典型圖案化)可於標準顯微鏡玻片格式(或其它典型格式)進行，供使用習知儀器印刷與分析。

其它具體例預期涵蓋奈米纖維加強之基材有寬廣能力，可用於實際檢定分析下偵測DNA雜交，以及偵測蛋白質的結合，且提供多樣化平台，於該平台上發展全然最佳化 之以陣列為基礎之偵測系統，其於臨床相關條件下結合多工化基因/蛋白質表現分析以及基因試驗。

iii)經圖案化且表面積增加之微陣列之結構因子及表面化學

若干具體例中，基材之表面積增加係藉吸附材料來接近利用。雖然吸附DNA屬於於打點陣列上制動辦法之範例，但其它具體例包含例如共價鍵聯化學其與其它多重陣列鍵聯策略分享共通特性，如此允許於基材間作比較(亦即本發明基材與其它微陣列基材)。

若干典型具體例中，微陣列之主要化學附著辦法係使用矽烷(提供活性基團供非同質雙官能PEG鍵聯基的附著)塗覆奈米纖維加強之基材表面或平面玻璃陣列表面。一範例係以胺基丙基三乙氧基矽烷(APTES)塗覆矽氧表面，且使用經過NHS酯改性之PEG來鍵聯PEG至該表面。隨後鍵聯至該表面可於PEG之離去端進行，典型係使用甲二醯亞胺化學鍵聯胺改性寡核苷酸至羥基或羧基進行。如此使用PEG鍵聯基，經由將寡核苷酸探針由表面隔開而允許有效雜交。若干具體例中使用短的(12元體)以Cy5或Cy3(標準微陣列螢光基團)標記之捕捉寡核苷酸及互補標靶。當然須了解不同具體例有選擇性不同的表面化學等。檢定分析使用之化學基團類別及其附著於基材之手段為熟諳技藝人士眾所周知。參見下文。

本陣列(亦即於奈米纖維加強之基材上之陣列)之優點於比較習知陣列基材時顯然易見，陣列基材例如包括於平 面玻璃上的基材、以及商業上以聚合物凝膠塗覆之玻片。例如本發明比傳統微陣列技術，每單位面積信號強度及結合動力學等參數全部皆可相媲美或更佳。

iv)於表面積增加之微陣列之基材最佳化

此處典型經增加之奈米纖維微陣列基材的基本元體為矽奈米纖維例如奈米導線生長於矽晶圓或玻片等基材上。當然如全文說明，此處各具體例包含不同數目之不同元件等。文中可見有關奈米纖維增加表面積之基材之基本組成之額外資訊。但通常如對微陣列所述準備最佳表面至少有兩方面。須了解此種奈米纖維加強表面之最佳化除了陣列結構之外也同等適用於其它具體例(例如同等適用於分離管柱等)。

首先，奈米纖維之物理特性(例如奈米纖維之直徑、長度、密度、方向性及表面性質)可經改變來最佳化材料於微陣列應用之效能。此等參數經改變來最佳化表面積，改良表面強勁程度，以及提供化學鍵聯及隨後檢定分析效能用之最佳材料。例如如熟諳技藝人士顯然易知且如此處詳細說明，若干方法報告於參考文獻用於合成矽奈米導線，包括雷射燒蝕含金屬矽標靶、高溫氣化矽/氧化矽混合物、以及使用金作為催化劑之氣-液-固(VLS)生長。參見上文。典型具體例中，奈米纖維合成方法包含VLS生長，此種方法廣用於其它應用之半導體奈米導線生長。但再度依據具體例而定，可使用其它組成方法。大部分研究中，金催化劑呈均勻薄層而被導引至基材表面上。催化粒子可於生長引 發期間經由遷移及附聚而被活化。但使用此種辦法之問題之一為極為難以控制製造的奈米纖維直徑及直徑分佈。晚近對此方法做出重大改良。參考Liebers等人，參見下文。經由使用選定尺寸之金膠體粒子來替代金薄膜，可製造有狹窄直徑分佈之高品質矽奈米導線。Yang也研究合成高品質奈米導線之方法，該奈米導線可用來提供進一步最佳化用的基材。參考Yang等人，參見下文。此種改良可選擇性用來組成奈米纖維增加之表面積。

將該製法最佳化且規模擴大，來製造塗覆以二氧化矽之矽奈米纖維(例如奈米導線)，其具有經過控制之直徑、密度、長度及表面性質(例如氧化物厚度)構成本發明之各項因素。主要方法典型包含藉旋塗而分佈具有已知直徑之金奈米粒子於矽基材上。於去除溶劑及有機殘餘物後，基材置於生長爐內來生長矽奈米纖維。甲矽烷或四氯化矽典型用作為生長氣體。生長後，基材由爐內移出，用作為此處所述微陣列或其它結構的基材，或進一步使用後述方法決定特徵。奈米纖維(例如奈米導線)表面對特定生物分子或化學附著之化學穩定性、靈敏度及選擇上有關鍵重要性，可阻斷任何非專一性交互作用。典型地，矽奈米纖維(如奈米導線)覆蓋以天然氧化物薄層，天然氧化物薄層係當奈米纖維暴露於空氣時形成。氧化物層之厚度與性質的控制構成製造強勁之化學可相容基材的另一項有用因素。氧化物之生長控制方式係經由去除天然氧化物層，接著於仔細控制之環境下生長新層，例如使用電漿加強沉積，來生長氧化物 層於奈米纖維上。其它改性例如氮化物層之生長或特定有機矽烷之生長可例如經由熟諳技藝人士眾所周知之直捷鍵聯化學，而提供表面之進一步控制。

如全文說明，微陣列可變更之主要形態特徵包含奈米纖維長度、直徑及奈米纖維於表面之密度。如熟諳技藝人士已知，奈米纖維長度例如可藉於反應器之合成時間控制。密度例如係藉生長基材上每單位面積經膠體濃度及分佈控制；而直徑例如係藉經膠體大小控制。

微陣列之最佳化方法及於材料上發展合成控制之方法中，可使用多項決定特徵技術來評比製造的材料品質。例如螢光顯微術經常為評比本發明比習知表面強度改良之初步工具。此種評估可於陣列掃描器進行。TEM及SEM選擇性用來評比整體奈米纖維形態。TEM也可用來評比奈米纖維上氧化物表層之品質及厚度。第21圖顯示矽奈米導線及氧化物表面之TEM影像範例。TEM分析證實奈米導線係由結晶性矽中心包覆於非晶形氧化矽鞘套組成。

第二主要方面係製備如此處所述微陣列之最佳表面，涉及於標準陣列格式玻片塗覆奈米纖維之方法。為了評比習知陣列掃描器基材，於玻片上生長或組成於具有標準尺寸及厚度之玻片上生長且組成陣列有幫助。如此若干具體例適合用於矽晶圓至例如標準1吋x 3吋玻片之膠體塗覆方法。如此選擇性允許再度評比最佳化纖維密度之方法，確保使用此處所述方法，基材格式之全部其它參數皆穩定。也牽涉於基材上當奈米纖維表面更強勁之辦法(於奈米纖 維合成前藉前處理玻片)而讓奈米纖維表面更強勁。就習知掃描裝置等用途而言，基材之一有用方面為基材可保有習知玻片之維度(長、深、寬)，而非保有特定材料之維度。如此若干具體例中，證實有利於評估不同纖維生長用基材，而該基材被成形為適當尺寸。材料最佳化方法提供一種基材，該基材比習知玻璃基材之每單位面積信號強度增加，例如增加100倍或以上，而檢定分析動力學並無顯著改變。

奈米纖維加強基材之優異流體芯吸性質可提供更均勻的表面來製造打點陣列。但不似藉光刻術製作圖案的陣列，其中陣列上之化學均勻，以及經由使用紫外光選擇性激化一小區來達成空間約束，打點陣列要求對化學之空間分佈有遠更佳的控制。如此，點強度、均勻度及尺寸全部皆於陣列具體例獲得選擇性最佳化/控制。

例如各具體例中，於親水奈米纖維表面打點的流體量可經校準，於最佳化表面內部供流體流過用之間質空間量可經校準。如此允許打點極為精準且極為均勻之點其具有高表面積。採用此種辦法，使用20奈米x 10微米奈米導線假設產生100倍增加的表面積，將有每平方微米180根導線；沉積約80微微升流體，將獲得直徑100微米之點。此型精準度係於目前噴墨印刷技術或壓電印刷技術的能力範圍內，可提供產生均勻點的基礎，可沉積於目前所可達成的低端。此種辦法受到容易準確沉積於表面之流體量所限。如此為了將點大小縮小至75微米(50微微升)以下，可選擇性利用新發展的流體沉積，例如聲波液滴噴射技術其可供給若 干微微升流體。若干具體例中，本發明之打點微陣列係使用低精準度撞針列印及圖案化，來達成直徑約180微米之點，且比較於平面玻璃面上的相當點達成量化均勻度及點強度。

另一種本發明之最佳化打點陣列手段(特別為縮小結構尺寸)係對奈米纖維基材製作圖案，讓其由具有特定尺寸之極為疏水區及極為親水區組成，於該處沉積化學(例如參考第22圖之示意圖)。第22圖顯示試樣經過預先圖案化之奈米纖維基材(具有親水區2201及疏水區2202)，該基材用於打點用途，提供可控制之均勻面來施用化學。使用此種策略，預期可達成50微米點[50微米點之中心至中心(CTC)間距100微米，等於10,000點/平方厘米]。本發明之奈米纖維材料例如可使用疏水矽烷改性，來產生一種表面，其比至今為止報告的任何表面更具有疏水性[參考第23圖顯示小水滴2310於超疏水奈米纖維(此處為奈米導線)基材2320上；以及參考「超疏水表面，其組成方法及用途」，申請日2003年4月28日，USSN 60/466,229及代理人檔號40-002410US，申請日2004年4月27日]。藉此方式初步處理表面，然後藉光刻術以特定圖案去除矽烷(例如藉雷射燒蝕去除矽烷)來產生親水島，任何化學皆可於寡核苷酸沉積階段有效限於極小的打點陣列區。再度，類似技術可以鏡影像方式用來形成由親水區包圍的疏水島(例如親水/疏水等)。

若干具體例中，形成尺寸100微米點，具有CTC距離500微米。其它具體例中，於疏水奈米導線表面預先界定100微 米CTC的50微米直徑親水點。寡核苷酸探針有效聯結至基材，隨後使用業界人士已知之各項檢定分析，來雜交於螢光目標。

如一般了解，為了組成及最佳化多個陣列範例，需要以可控制方式打點化學於陣列之各個像素(亦即奈米纖維分開區或分開點)，例如讓化學為各個像素之特有化學，維持於適當像素，且不會展開至鄰近像素。

本發明之又另一種最佳化微陣列手段，輔助以可控制方式將化學侷限於像素，該手段係以各種疏水/親水區圖案化陣列，沉積於一個指定像素的液體化學不會滲漏至鄰近像素。此種具體例中，由奈米纖維組成之包含像素之陣列被奈米纖維「圍籬」區環繞，圍籬的極性(亦即疏水性/親水性)係與像素極性相反。此外，大部分具體例中，實質不含奈米纖維(或比較像素/圍籬區之奈米數目/濃度大減)之一表面區存在於像素與圍籬間。圍籬為連續，故液體化學可用來於整個圍籬藉芯吸修改圍籬極性，而未接觸像素(選擇性始於「圍籬載荷墊」或類似區)。參考第24圖，如同本發明之多個其它陣列具體例，本具體例包含DNA及蛋白質螢光結合檢定分析用之奈米纖維陣列，以及例如質譜術之MALDI表面等。參見後文。

如前述，多個經奈米纖維塗覆之表面之具體例傾向於相當強烈芯吸相容性流體。一種表面其具有奈米纖維(亦即像素)貼片陣列藉表面區隔開，該表面區之親水性係類似奈米纖維之親水性，即使加至像素的流體略為過量、或表面 略為受到震動刺激等，該表面允許流體芯吸至鄰近像素。為了封阻此種非期望的芯吸作用，若干具體例中，像素間的基材表面並非必然具有與像素奈米纖維表面相反極性(但確實存在有此種具體例)。反而像素間的「圍籬」於多個具體例有相反極性。此具體例包含允許設置不同極性區(亦即圍籬)介於奈米纖維像素間之方法及結構。

如第24圖可知，本具體例係由經過奈米纖維覆蓋之表面區2410連續圍籬組成，圍籬環繞或包圍實質不含奈米纖維2410區，其又環繞像素區2400，像素區係由具有與圍籬區相反極性之奈米纖維區組成。相反極性一詞典型表示疏水性相對於親水性(或選擇性地，疏油性相對於親油性)。此種圖案的形成典型係藉去除空白區的奈米纖維，如此將圍籬及像素劃界而達成。圖案化典型係透過多種手段之任一種而達成，該等手段例如本文所述手段如微影術、雷射製作圖案等。為了讓圍籬奈米纖維區具有與像素區(典型為親水性)不同的極性(典型為疏水性)，可傳遞殊水性之流體接觸連續圍籬的一區或多區，讓該流體芯吸於圍籬。因圍籬區與像素區係藉空白區隔開，因此此種疏水性傳遞流體不會被芯吸入像素區本身。若干具體例中，溶液可施用入特化區2430，特化區被描述為「圍籬載荷襯墊」。此種載荷襯墊區可在主陣列區外側，但係流體連結至連續圍籬，如此允許沉積溶液芯吸遍佈整個圍籬區。若干具體例包含複數個圍籬區位在陣列形成的各個位置。添加疏水溶液至圍籬區，典型係於陣列製造期間進行，而非由陣列終端使用者 進行，如此可更審慎控制其施用。再度，添加及/或加強液體撥除性或吸引性的塗層/部分之特定選擇為業界人士眾所周知。也參考代理人檔號40-002410US，申請日2004年4月27日。

一旦圍籬製作成疏水性，圍籬將成為障壁，如此客戶施用至像素的水溶液遷移入或潑濺入其它像素區。如此一個像素的溶液不會被芯吸至鄰近像素，即使第一像素的溶液略為過載等亦如此。熟諳技藝人士了解本具體例之各方面可依據欲組成陣列之特定參數、以及陣列之終端用途操控。例如圍籬區與像素區之極性(亦即疏水性/親水性)可顛倒，像素為疏水性，及圍籬為親水性。此外，像素尺寸及形狀、圍籬厚度、圍籬與像素間距、及圍籬幾何於各具體例皆可選擇性操控。

v)範例奈米纖維增加表面積之微陣列之特徵化

至於NFS陣列範例，得自真核細胞培養之標準mRNA製劑、或預先購買的RNA試樣(例如購自可龍科技(Clontech)公司)選擇性用作為樣板來合成Cy3或Cy5標記cDNA，供於陣列格式雜交。寡核苷酸探針可對選定的一組明確特徵化的基因產生，該組基因已知可於適當試樣表現，奈米纖維加強基材效能可與習知玻璃陣列比對。於分析打點陣列廣為人使用的習知螢光陣列掃描器(例如博金艾瑪掃描陣列等)進行分析。第25及26圖顯示典型微陣列掃描器用於目前商用陣列之奈米陣列系統之分析/量測，以及使用奈米陣列系統之雙色檢定分析。由第25圖可知，本發明之奈米纖維 陣列可於習知陣列掃描器讀取。所示資料使用阿克松4100A讀取。也使用其它類似的陣列掃描器(例如博金艾瑪掃描陣列)。掃描器的雷射功率比典型平面分析的雷射功率衰減，如此造成陣列較少光漂白。第25圖顯示玻片可於陣列掃描器掃描，資料與螢光顯微鏡/CCD分析比較；偵測之限度有一次羃幅度的改良。第25圖中，系列1表示奈米纖維表面之掃描，系列2表示平坦面之掃描。第26圖顯示使用本發明奈米陣列之雙色檢定分析。奈米纖維陣列直接以手工打點，不同探針被吸附於獨特結構上，然後暴露於多工(雙色檢定分析)。A圖顯示可目測奈米纖維區2600之暗野影像，B圖顯示奈米纖維陣列之螢光影像。陣列於奈米纖維結構上使用BSA、生物素BSA或小鼠IgG打點。偵測係於同時使用alexa 647(紅2610)標記之鏈絲菌抗生物素標記，以及使用alexa 488(綠2620)標記之抗小鼠IgG標記進行偵測。

微陣列技術之最大生長區之一為施用DNA陣列基材及分析工具至蛋白體應用。蛋白質陣列類似縮小的免疫檢定分析，類似DNA陣列，可利用螢光讀取。此處具體例涉及例如細胞激素專一性抗體化學鍵聯至NFS陣列表面、施用含經激發之細胞激素之目標溶液、以及使用加螢光標記之二次抗體標記。本發明陣列可選擇性例如用於偵測組織培養基或稀釋血漿內之細胞激素等。習知螢光陣列掃描器可用於偵測結合的標靶，且與習知玻璃表面作信號強度及動態範圍之比較。由於蛋白質方向性對有效標靶結合的重要性，相信增加每平方微米探針數目(例如使用本發明奈米纖 維增加探針數目)，可顯著改良蛋白質陣列效能。此外，若干具體例意圖進一步塗覆奈米導線表面，對制動之探針提供聚合物基體來改良陣列效能。

為了舉例說明前述多項構想及具體例，使用本發明之範例奈米纖維增加表面積陣列進行若干範例檢定分析。舉例說明之檢定分析結果顯示於第27-30圖。第27圖顯示可使用本發明方法及裝置進行之試樣雜交檢定分析系統代表例之示意圖。第27圖中，附著於基材2710之奈米纖維2700已經被改性而包含標靶/探針系統，其允許藉螢光監視接合。第27圖之探針為5’-生物素-TTTTGCCTACGATCA-3’，標靶為5’-CYS-TTGATCGTAGGCA-3’。第27圖之流程圖顯示範例檢定分析包括之各個試樣步驟，各步驟包括APTES改性二氧化矽表面(平面或具有奈米纖維)，接著為NHS-PEG-生物素，接著為鏈絲菌抗生物素，接著為生物素-寡探針(亦即聯結探針)，接著為Cy-5-寡目標(亦即雜交)，接著為洗滌，藉外螢光顯微術測定結合的螢光。類似系統用於本節說明之其它各圖。圖中「奈米纖維」指示奈米纖維增加表面積之基材，而「平面」指示不含奈米纖維之表面。第28圖比較奈米纖維基材與平面基材間之信號強度。須注意螢光增加倍數(如此指示接合增加)於該圖之各基材間經過規度化(亦即括弧所示強度為飽和結合，規度化至20秒暴露時間)。此種規度化為試樣之亮度差異與暴露時間對應差異所需。如圖可知，NFS表面(亦即包含奈米纖維增加表面積表面)顯示螢光強度比平面二氧化矽大增，確實顯示探針之若干 通常非專一性結合、及玻片。如一般了解，強度差異選擇性與各基材上之奈米纖維密度差異有交互連接，每單位面積之奈米纖維愈多，增加的表面愈多，則可結合的探針愈多。第29圖顯示奈米纖維基材與平面表面基材間之信號強度及動態範圍。B圖為A圖底線(亦即指示平面表面該線)之放大圖。由該圖可知，奈米纖維表面顯示比原先平坦面更大之動態範圍。動態範圍指示低度螢光強度(出現於極低度探針)與最高度螢光強度(出現於探針之全部、或實質上全部可能的結合/交互作用位置皆用滿)間之範圍。如此動態範圍增加可用於不要較大敏感度或於寬廣數值範圍出現之反應。奈米纖維表面由於表面積增加，允許每個覆蓋區區有較大探針結合，因此比較平坦未經增加的表面，可用於較大實驗條件範圍等。參見後文有關螢光淬熄動態範圍之進一步細節。

第30圖舉例說明平面基材與奈米纖維基材之時間常數(亦即藉螢光量測所追蹤之結合動力學)。若干先前嘗試形成改性基材表面(例如使用各種填充基體等)，結果對被分析物形成蜿蜒路徑，被分析物須通過該蜿蜒路徑才能與適當部分結合。如此蜿蜒路徑導致干擾動力學等。但本發明不會遭遇此種問題。如第30圖可知，奈米基材動力學與平面基材動力學實質上類似。動力學以及確實就陣列討論之大部分奈米纖維表面方面也適用於其它奈米纖維方法/裝置，例如於分離用途也可獲得動力學效果等。參見後文。

蛋白質結合至奈米纖維基材及平面基材間之比較舉例 說明於第31圖及第32圖。第31圖證實奈米纖維表面與蛋白質結合可相容。小鼠IgG被吸附於二表面(A=平坦面；B=奈米纖維表面)，然後使用經過ALEXA 647標記之抗小鼠IgG偵測。平坦面與奈米纖維表面間觀察到信號強度增加20倍。第31圖再度證實奈米纖維基材表面積大增，允許遠較高的蛋白質結合作用，如螢光強度遠較強可證。第32圖證實已經藉相同方式處理之奈米纖維表面(此處為奈米導線)與鄰近平坦面間之典型信號強度差異。第32圖中，生物素-BSA吸附於表面，接著使用alexa 647-鏈絲菌抗生物素標記。須了解圖案化奈米纖維結合及平坦面(亦即不含奈米纖維區，例如陣列上奈米纖維結構間之「小徑」)係以相同方式修飾及標記。如圖可知，奈米纖維結構之螢光強度呈現動態增加。第32B圖強度增高21.5倍。典型強度增高至少20倍，但若干具體例之奈米纖維區增高20倍至50倍或以上，30倍至40倍或約50倍強度。

本發明之奈米纖維增加表面積表面之各具體例之另一項優點為多個具體例中，可分離含奈米纖維區。換言之，奈米纖維區島(亦即含表面積大增之島)被不含奈米纖維(或遠較少奈米纖維)(亦即因此此種區不具有增加的表面積、或具有遠較少增加的表面積)所環繞。形成此種圖案於多個具體例為有利，原因在於多個奈米纖維表面顯示液體芯吸效果。使用液體芯吸效果，液體(例如打點於奈米纖維表面上的試樣)擴散且由其接觸點芯吸。如此奈米纖維表面圖案化可中止此種芯吸活性。於平坦面上，打點試樣由於典型使 用小試樣大小的快速移動與乾燥，結果也導致「暈開」或「圈餅」效應。此種暈開/圈餅之點強度側繪顯示較高濃度被分析物包圍一區低濃度被分析物。參考第33圖。第33圖顯示平面基材上之點與奈米纖維基材上之點(直接打點或預先經過製作圖案打點)之點內一致性之比較。如圖可知，奈米纖維基材之點強度顯示遠較不顯著之暈開效應。傳統防止暈開之手段包括例如添加界面活性劑、控制濕度等。本發明之具體例之又另一效果為暈開效應可完全消除或大減。不欲受限於特定作用模式，相信奈米纖維表面增加之芯吸將打點溶液快速均勻展開於奈米纖維島內部。如此溶液填補奈米纖維梢端頂與基材表面間之間隙空間。最終結果為基材上之奈米纖維島並未典型顯示顯著暈開/圈餅效應。第34圖顯示化學打點，接著與螢光標靶共同培養。第35圖舉例說明市售打點陣列與本發明之奈米纖維陣列間之差異(例如於結構同質性與結構內部均勻度)。第35圖中，市售平面玻璃打點陣列(A圖及B圖)與奈米纖維(此處為奈米導線)圖案化陣列做比較。可知螢光跨奈米纖維結構之分佈遠比習知陣列之圈餅形圖案更強。參考第35A圖及第35C圖。此外於圖案化奈米纖維晶圓上選定區之點間變化較低。A圖及B圖(亦即市售陣列)使用購買之預先打點玻片(以70元體寡核苷酸打點)，雜交至Cy3標記補體。C圖及D圖(亦即奈米纖維陣列)包含單株抗-IL-6抗體吸附隔夜，接著加入IL-6、生物素IL-6及alexa 647鏈絲菌抗生物素。市售打點陣列之結構強度為146(±32.3)，具有CV 22%。奈米纖維陣列結構 強度為122(±4)，具有CV 3.3%。第36至39圖也顯示4表面與平坦面間之蛋白質或核酸強度之比較，以及打點均勻度與動力學比較。第36圖顯示每單位面積強度增高。第36A圖中，生物素BSA吸附於表面(平坦面及奈米纖維面，此處為奈米導線)。使用alexa 488標記之鏈絲菌抗生物素變成為可見。二晶圓片段以相同方式處理(暴露1秒)。第36B圖中，晶圓經APTES改性、經NHS-生物素塗覆、使用alexa 647於100nM(左晶圓)及10nM(右晶圓)處理。二者皆暴露1秒。第37圖顯示聯結化學，亦即蛋白質附接顯示於第37A圖，DNA附接顯示於第37B圖。添加化學、及暴露時間列舉於附圖。第38圖顯示沉積於奈米纖維表面之探針均勻度。生物素-BSA打點於晶圓上，經過封阻，且使用SAv-alexa 488變成可見。第39圖顯示「平坦」面亦即不含奈米纖維面與「導線」面亦即有奈米纖維(此處為奈米導線)表面間之結合動力學。簡言之，小鼠IgG吸附於晶圓載玻片表面。未結合區使用BSA封阻。至於對照，只存在有BSA。然後晶圓與alexa 647-山羊抗小鼠抗體(100nM)共同培養。

奈米纖維陣列比較不含奈米纖維基材，也顯示改良之動態範圍及改良之靈敏度。例如第40圖證實於單純檢定分析系統檢定分析效能參數改良。探針(生物素化抗體以指示分量稀釋成未經生物素化抗體)直接吸附於玻片表面，隨後使用螢光標記鏈絲菌抗生物素偵測。附圖之線圖顯示當對表面積(例如對覆蓋區面積)約略規度化時，併排偵測極限、線性檢定分析範圍以及來自奈米纖維面相對於平坦面之背 景信號。熟諳技藝人士了解背景減少，奈米纖維表面敏感度改善。參考後文有關動態範圍增高之進一步討論。

以上各圖及資料證實包含奈米纖維增加表面積基材之本發明之具體例可使用習知化學改性，於多個具體例，此種表面比較不含奈米纖維增加表面積表面之平坦基材，顯示每單位面積之信號強度增加幾乎2次羃幅度或以上。此外，多個具體例中，可見此處奈米纖維加強之表面與不含奈米纖維之平坦氧化矽表面間動態範圍的增加至少1次羃幅度或以上。此外，緻密奈米纖維加強面與平坦面間之結合動力學相當類似。如此奈米纖維增加表面積允許縮小結構尺寸，顯示改良之動態範圍，顯示改良之點均勻度，提供蛋白體及基因體之基因平台，比較平坦面(亦即不含奈米纖維面)對儀器靈敏度的需求降低以及信號積分倍數的減少。

vi)表面積增加之微陣列用於質譜術之用途範例

如前述，本發明之各具體例可用來形成質譜術用之標靶。典型於此種具體例，各種接受質譜術物質被組配成本發明之微陣列。但本發明之奈米纖維加強基材可用來組成質譜術之標靶，即使未排列多種標靶物質成為微陣列格式也可組成質譜術標靶。換言之，表面積增加的奈米纖維面可用來組成欲接受質譜術之單一物質標靶，以及用來組成2、3、5、10等多種物質形成微陣列等。

MALDI或稱作基體輔助雷射脫附/游離常使用可吸附紫外光且作能量移轉的有機分子混合試樣，以及施用於游離質譜術之平面標靶。但基體或有機添加物可能於該技術 造成干擾，去除基體或有機添加物於過去十年間構成研究目標。至目前為止，最有展望之無基體方法涉及蝕刻矽來形成多孔矽。DIOS-MS或生物分子質譜術之無基體脫附/游離策略係基於由多孔矽表面脈波化雷射脫附。例如參考Lewis等人，國際質譜術期刊，2003,226：107-116。蝕刻矽之表面積增加，因此可與大量試樣接觸。矽可吸收紫外光，也可移轉能量，來輔助游離試樣。由於此等特性，蝕刻矽之作用模擬有機基體。例如參考USPN 6,288,390。但蝕刻矽表面之再現性不良、以及可撓性不佳妨礙此種方法付諸商用。

奈米纖維增加之表面積應用於MALDI、DIOS-MS及其它類似質譜術用途獲得有極高表面積高度經過控制之可圖案化矽表面之展望。表面之非蜿蜒開放本質、相關材料之純度高、且對矽基材無限制，造成本加強表面可理想地用於各項質譜術應用。

本發明之各具體例包含經由合成或聯結奈米纖維(例如半導體奈米纖維)於支持基材上所形成之雷射脫附質譜術標靶。奈米纖維較佳為矽，最典型係使用金催化劑藉CVD方法而於表面上合成。但如全文解說，各具體例使用之奈米纖維可選擇性經由多種手段之任一種合成。參見前文。此外，於其上合成纖維之基材不一定必須為矽，若干具體例較佳為金屬面。此外若干具體例中，可有效沉積奈米纖維至表面，而奈米纖維未附著於底部。再度參見前文。本發明之半導體奈米纖維表面之高表面積、非蜿蜒路徑形態 、以及紫外光吸收特性讓其可理想地用於組成雷射游離標擺。

於典型質譜術目標具體例，欲經由MALDI、DIOS-MS等檢測之物質被組配成本發明之奈米纖維加強面陣列。如此例如欲檢測之物質置於或接觸於奈米纖維襯墊、場、或包含奈米纖維面之微孔/奈米孔底部。最常見各個分開襯墊、像素、場等(亦即奈米纖維面之分開各區)接觸或放置欲藉質譜術檢驗的不同物質。當然依據特定用途而定同等可能有其它組配狀態。有關也適用於本具體例之範例陣列及陣列組成之進一步說明敘述於本文。

至於此處其它具體例，奈米纖維增加表面積表面之各方面可改變，例如改變而獲得特定參數之最佳表面/最佳方法。例如依據應用需求，奈米纖維之直徑、長度或密度可改變。此外，纖維生長於矽、或生長於任何其它期望介質例如金屬、玻璃、陶瓷、塑膠等，且以任何期望之幾何形態生長例如平面、孔狀、條狀等生長。於本具體例，奈米纖維於矽上生長，但於多個其它例中更可能於不相同之基材如玻璃、石英或金屬上生長。奈米纖維及基材表面之其它可能材料列舉如此處所述。此外，熟諳技藝人士了解其它可能的組成材料。纖維也可選擇性經塗覆或功能化來獲得最佳效能，如文所述。

欲藉質譜術分析之物質試樣選擇性藉習知配送裝置放置成與奈米纖維基材接觸。類似裝置述於本文，例如滴量、點陣印刷等技術。熟諳技藝人士了解可遵循多種方案來乾 燥分析試樣。雷射能量及脈波持續時間也對奈米纖維表面上之陣列化分析試樣調整為最佳化。再度熟諳技藝人士了解質譜術用之雷射能、脈波時間等最佳參數之測定方式。

本發明之奈米纖維加強表面用於質譜術範例顯示於第41圖至第45圖。奈米纖維加強面(於實施例中為奈米導線加強面)於多種不同條件下經測試且對DIOS-MS活性調整為最佳化。使用之表面包含圖案化奈米纖維面(於200微米見方組配狀態)、經過壓縮且經拉扯之奈米導線(亦即預先軋碎之奈米導線)、及低密度奈米導線表面(亦即單層奈米導線表面)。典型具體例中，奈米纖維包含相當高密度短纖維。此種奈米纖維係於原位生長或沉積於表面上。於若干方面，預先軋碎的纖維產生類似生長中之短纖維的表面。奈米導線表面使用BSTFA、(3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟己基)氯矽烷及(3-五氟苯基)丙基二甲基氯矽烷(各自分開測試)衍生(參考前文有關衍生及功能化之進一步細節)。第41圖顯示此等化合物之化學結構式。奈米導線表面經製作圖案及預先軋碎，使用顯微鏡玻片加壓，使用臭氧氧化，及以上列化學劑作化學改性。用於質譜術分析之被分析物包含三種小分子，兩種標準胜肽(MRFA及緩激)及兩種蛋白質消化產物(血色素及BSA)。第42圖顯示三種接受分析之小分子之化學結構式。第43A圖及第43B圖顯示5毫微微莫耳(fmol)緩激及50fmol血色素於全氟化圖案化奈米導線表面之質譜術結果。第44A圖至第44C圖分別顯示500fmol米達左蘭(midazolam)、500fmol凡拉帕米(verapamil)及2.5微微莫耳 (pmol)波帕費諾(propafenone)於全氟化圖案化奈米導線表面之質譜術結果。最後，第45圖顯示5fmol血色素消化物於全氟化單層奈米導線表面之質譜術結果。由此結果可知，本發明之奈米纖維加強面可用於化合物之質譜術(此處為DIOS-MS)分析。軛合之全氟化奈米導線表面顯然允許獲得良好DIOS-MS效能。當然使用軛合面不可視為限制性。如此也可選擇性及/或另外使用其它表面。此外，單層奈米導線表面於質譜術分析獲得較高靈敏度(例如上圖有關5fmol胜肽量及25fmol小分子量所得結果)。若干具體例中，為了獲得極高靈敏度，典型以短奈米纖維或單層為佳。但若無需極高靈敏度，可選擇性使用較厚層。又於其它具體例中，深導線截面用於質譜術分析前從事薄層層析術特別有價值。其它本發明用於各項質譜術應用之具體例中，依據例如欲偵測之特定分子等，可選擇性修改不同參數。例如可選擇性調整使用之雷射能(例如相對於小分子胜肽之雷射能較高等)。再度熟諳技藝人士了解對各項質譜術之典型修改及最佳化。

本發明之奈米纖維加強面用於質譜術之另一範例顯示於第67圖至第69圖。質譜術分析試樣於奈米纖維加強基材(此處為奈米導線加強基材)上製備。板於甲苯中藉超音波清潔3分鐘，於丙酮藉超音波清潔3分鐘，於氬下吹乾，然後藉電漿清潔(200瓦10分鐘)。鋁氧蒸鍍於潔淨板的1.5毫米圓圈(參考第67圖之圖案)。然後板沸騰5分鐘，浸泡於20奈米金膠體中20分鐘。於膠體沉積後，板再度使用電漿清潔(200 瓦10分鐘)，然後置於烤爐內，允許奈米導線生長6分鐘。

於奈米導線生長後，板藉電漿清潔(200瓦30秒)，然後於65℃覆蓋以100微升淨五氟苯基丙基二甲基氯矽烷(吉立特(Gelest)公司，賓州莫里司維爾)歷15分鐘時間。板於甲醇中洗滌，以氬氣吹乾。緩激 部分1-7(MW 757.4)以100pmol/微升溶解於50%乙/0.05%三氟乙酸，隨後稀釋入20%乙，接著打點於奈米導線點(0.75微升容積)上。讓試樣乾燥，然後於ABI旅行者(Voyager)-DE質譜儀分析。第68圖及第69圖顯示於奈米導線上以及不鏽鋼之類似點上但不含奈米導線，由50pmol緩激 所得信號。

B)藉接近增加表面積基材之矽來淬熄非專一性結合之螢光分子

於包含固相結合檢定分析之具體例中，螢光用於偵測，偵測限度通常係由螢光分子之非專一性結合決定，而最高偵測程度係由表面結合位置被特定被分析物所飽和決定。通常固相表面使用被分析物捕捉分子改性並不完美，於捕捉分子層之「孔隙」允許螢光基團非專一性結合至表面。典型地，螢光分子體積大，傾向於保有螢光被分析物距離表面一段距離。

多個具體例中，表面(例如平坦面)上之矽奈米纖維(例如奈米導線)蓆用作為增加螢光幾何檢定分析用結合表面積的手段。參見上文。典型具體例中，矽奈米纖維以天然氧化物(厚約2奈米)覆蓋，讓其表面性質相當於玻璃表面性質。此種表面預期可增加飽和時結合之最大量被分析物， 如此也預期可驗證背景螢光增高或非專一性結合(NSB)增加。兩種效應理論上須與總表面積成比例，如此假設檢定分析之動態範圍(最大螢光/背景螢光)須與未經改性之平坦面相同。動態範圍為固相結合檢定分析極限，特別DNA及RNA之不同種核苷酸濃度範圍於一試樣中可改變達數次羃幅度。相當出乎意外地，對奈米纖維加強面進行結合檢定分析，證實動態範圍比對平坦玻璃基材進行結合檢定分析之動態範圍大。參考第46圖及第47圖。第46圖中，對天然氧化物及奈米纖維(此處為奈米導線)表面生長之氧化物間比較非專一性結合螢光的淬熄。二圖顯示具有天然氧化物面之矽之淬熄效應。經氧化之二晶圓節段具有約略5倍高之背景信號，但專一性結合信號只增高約2.3倍。專一性信號的增高相信係由於奈米纖維密度較高之故。第46圖表面螢光係於裝配633奈米雷射之博金艾瑪掃描陣列表現掃描器偵測。類似表面使用螢光顯微術分析，獲得類似結果(圖中未顯示)。第47圖說明於矽上(平坦面及奈米纖維面)之天然氧化物與生長氧化物之非專一性結合螢光之淬熄細節。如第47圖可知，若生長氧化物平坦面上之背景信號超過天然氧化物面信號之4倍。相反地，專一性信號只高1.75倍。此種差異指示天然氧化物表面之非專一性結合之淬熄增加。同理，有天然氧化物面之奈米纖維面(此處為奈米導線)於平坦熱氧化物表面上信號比背景信號高9倍，但專一性信號增高35倍。表面積增加與淬熄增強的組合，如此導致動態範圍增加。不欲受特定機轉所限，相信其原因係由於來自螢 光基團的螢光經天然氧化物移轉至矽基材。若非專一性結合螢光基團比專一性結合螢光基團平均更為接近表面，則來自非專一性結合螢光基團之螢光選擇性淬熄，因而有較大動態範圍。

了解此等出乎意外的重點，為了施行螢光結合檢定分析，本發明之各具體例使用基材，基材吸收發螢光之特定區之光，基材有化學附接表面，該表面足夠接近基材之光吸收部分，因此由接近表面分子之能量移轉有效。

須了解，基材材料於不同具體例可改變，只要基材材料可吸收光譜適當區之光即可。熟諳技藝人士了解允許螢光分子以非輻射性移轉能量至該材料之材料(例如多種無機半導性材料、金屬材料等)。例如參考Chance等人，物理化學進階，I.Prigogine及S.Rice(編輯)(威力，紐約17978)37期，第1頁。此種材料亦即為來自螢光分子之能量非輻射移轉至其上之材料，允許螢光淬熄，選擇性經選用來包含於此處各具體例之奈米纖維及/或基材。化學附接層(例如矽氧化物)厚度也可經修改，來最佳化螢光於溶液中將被淬熄之深度。如此將依據使用之專一性結合化學決定(例如長PEG間隔基，維持專一性結合螢光基團進一步遠離表面，允許較薄的氧化物可淬熄更遠離表面之非專一性結合分子)。

如一般了解，本發明之具體例(亦即涉及自我淬熄具體例)除了涉及奈米導線、以及具有奈米纖維基材來降低NSB信號之外，也選擇性涉及基材來降低NSB信號。例如如前文討論了解，例如涉及微結構(例如過大而容易落入此處定 義奈米纖維參數之結構)、迷宮型奈米結構(例如具有各種長度/直徑之奈米導線、奈米柱、奈米孔、奈米晶體等)以及非晶形矽表面等各種構型之其它表面積增加基材(例如矽基材)全部皆利用此處所示螢光淬熄，全部皆含於本發明之各具體例。

第48圖至第50圖額外證實本發明之蛋白質陣列及DNA陣列之改良效能。第48圖示意表示蛋白質結合及DNA雜交，第49圖示意顯示結合過程之螢光淬熄。第48圖顯示第50圖以線圖表示之反應。第48A圖及第50A圖中，DNA雜交顯示為Cy5標靶寡核苷酸結合至寡核苷酸探針，其係附接至二氧化矽之PEG聯結子。第48B圖及第50B圖中，蛋白質結合(IL-6)顯示為螢光鏈絲菌抗生物素二次生物素化(多株抗IL-6)、IL-6(重組人)及經過吸附之單株抗IL-6之結合。第50圖舉例說明得自DNA雜交檢定分析及蛋白質結合檢定分析(三明治免疫檢定分析)二者之代表性結合資料，比較於同一晶片上的奈米纖維(此處為奈米導線)結構與平坦區。結構經修改，但以相同方式檢定分析。第50圖資料證實本發明之奈米纖維陣列之信號強度及動態範圍大為改良。須注意於陣列結構之偵測極限對兩種檢定分析格式而言低一次羃幅度。

如此若干具體例中，奈米導線表面比較玻璃面或生長二氧化矽面之動態範圍增加原因係由於背景信號並未隨著增加的表面積而增加，但飽和結合信號確實係與增加的表面積成比例增加。此種效應的主要促成因素為天然二氧化 矽表面(<2奈米氧化物)比較所生長之氧化物表面，非專一性吸收螢光材料之淬熄增加。

C)分離用途

本發明之奈米纖維增加表面積之基材主要應用領域係有關過濾/分離。學術環境及產業到處充斥著如HPLC等分離技術。於典型HPLC及其它類似分離，液體混合物之各種成分被加壓強迫通過管柱(例如毛細管柱)。管柱內部為粒子填塞床，該粒子可選擇性保有液體的特殊被分析物(由於特定物理性質例如電荷、尺寸、疏水性、形狀等緣故)。如此經由粒子於各種被分析物之交互作用，獲得被分析物之分離，造成被分析物以不同速率通過管柱因而促成被分析物之分離。

各具體例中，奈米纖維增加表面積之基材係用於類似之分離情況。例如分離管柱內之粒子填塞床係由以奈米纖維塗覆之粒子(例如珠粒)組成，奈米纖維係經由施用於珠粒或經由生長於珠粒而塗覆。如此珠粒變成奈米纖維增加表面積之基材。奈米纖維的使用可讓分離透過數種方式獲益。例如表面積大增，允許結合部分等以遠較高濃度存在於整體較小容積。參考第51圖有關奈米纖維尺寸與典型HPLC填充材料之比較。因此通過管柱之被分析物無需通過蜿蜒路徑來接觸此等部分；提供來捕捉所需被分析物之管柱容積需求減低；且施加於管柱強迫被分析物通過其中所需壓力降低。此外，若干具體例中，較為潔淨之被分析物帶由管柱洗提去除。由於表面積的增加，較大量被分析物捕捉部 分存在於較小區，如此較大百分比/較大量所需被分析物被捕捉於較小區，當由管柱洗提去除時將呈現較為潔淨帶。

如熟諳技藝人士已知，對多種材料，該表面性質提供大量功能或材料用途。例如於各類型分子分離，選擇性係由管柱或填充材料表面與適當被分析物之交互作用提供。如此於多種情況下，材料或管柱表面積的增加可改良分離效率，結果導致分析時間縮短，解析度增高。例如本發明經由以延伸入分離溶液之奈米纖維(例如以金屬為端基)塗覆毛細電泳管柱壁或塗覆HPLC填充基體珠粒，選擇性造成與分離溶液接觸之表面積大增。實際上，基本上任一型管柱(例如毛細電泳、HPLC等)被選擇性塗覆以本發明之奈米纖維。當然於不同具體例，此種管/管柱之管腔例如經由使用金膠體等塗覆管腔而有奈米纖維生長於此區。參見後文。又有其它具體例中，奈米纖維用作為「疏鬆」填充材料於管/管柱，或經由奈米纖維末端之金球而附接於管腔壁。又有其它具體例中，本發明之奈米纖維表面可提供「薄膜」或其它類似之分離裝置。較佳於典型具體例，分離裝置等之材料係由二氧化矽基材製成。多個典型(但非全部)具體例，用來增加表面積之奈米纖維也包含矽氧化物。此外，奈米纖維分離介質之非蜿蜒路徑，結果獲得所需壓力減低，且分離效率增高，原因在於不含填充空隙等。多個例中，熟諳技藝人士眾所周知之化學選擇性用來功能化奈米纖維，如此調整增加的表面積適合特定用途。

若干具體例中，奈米纖維係於管如毛細管之管腔內部 合成。此種奈米纖維對管內側塗覆以均質奈米纖維層，且讓管內部可用表面積大增。若干具體例中，奈米纖維選擇性經處理[例如使用疏水部分處理來提高管內芯吸能力(毛細流體轉運能力)]。當然其它具體例中，特定奈米纖維面之固有芯吸作用可作用來芯吸流體。此等具體例例如可用來增加於熱管結構等之毛細泵送頭。芯吸能力增高，允許熱管對抗重力更有效工作。如此熱源可位在冷卻區上方，而非冷卻區下方或與冷卻區高度齊平。類似具體例也可延伸至冷藏型系統，實際上可延伸至多種其它傳熱系統。參考後文有關於管腔內部表面積增加之奈米纖維基材構造之討論。

如此本發明之奈米纖維增加表面積之基材可選擇性用作為多種類型之分離介質或用於多種類型分離介質內部。其表面對容積比高、以及非蜿蜒路徑結構，結果導致流阻力低、高效率加壓驅策分離。此外，由於多個具體例係由矽氧化物組成，故熟諳技藝人士了解習知功能化相當直捷。此外，容後詳述，溶液相生長允許於分離裝置內部(例如各種管柱或毛細管等內部)生長奈米纖維。此外垂直奈米纖維面間隔緊密，選擇性允許生物分子分離。使用本發明進行之液體分離可選擇性應用於例如逆滲透膜、離子交換系統、水處理以及特殊應用例如藥物、精細化學品、化學加工、採礦、催化劑、飲料及酪農產品加工等領域。

如各具體例說明進一步細節，混成基材可由類似之奈米纖維增加表面積獲益。例如免疫檢定分析及其它類似之 檢定分析常於流經式膜進行。此種膜典型具有大孔徑，允許含被分析物之溶液快速流經其中。但大孔徑限制膜之捕捉面積(亦即可用來捕捉所需被分析物之表面積減少)。此外，經由提供較多較小的孔隙，增加可利用之表面積，結果導致分子行進通過孔隙減慢問題，例如反壓加大，擴散減慢，結果由於含括孔隙造成對額外表面積之存取能力降低。於本發明之具體例中，可大增有效表面積，而未有損膜強度。原因在於使用捕捉抗體(或其它部分)功能化之奈米纖維末端附著至表面材料，例如包含孔隙之材料(亦即其中存在有孔隙之材料)。

i)奈米纖維增加表面積之各種經組配而分離之具體例

若干分離結構之基本具體例類型可於本發明而由奈米纖維及奈米纖維方法製造。如前文說明，具體例特別可用於分離、偵測、催化等領域。典型具體例中，奈米纖維增加表面積之用途係基於由奈米纖維形成之基本多孔結構。此種奈米纖維增加表面積之結構具有例如藉糾纏或特殊排列奈米導線所形成之多孔側繪。此種結構之孔隙或自由空間係介於奈米纖維間，典型彼此相互連接。典型具體例也呈現不含側繪之微孔、盲端孔等，以及包含中孔孔隙/大孔孔隙且有狹窄尺寸分佈之孔隙側繪。具體例也包含具有高度可接近表面積之側繪(典型全部表面位置皆容易接近)，選擇性地具有強勁組成之側繪(例如可耐高壓之奈米纖維結構)。

第52圖之奈米纖維薄膜結構類似此處多個具體例。典 型地，奈米纖維結構為二氧化矽製成，如前文說明，其它物質亦屬可能。A圖顯示可產生均勻中孔結構之隨機定向奈米纖維。奈米纖維選擇性於交叉點(接觸點)彼此融合。B圖顯示分離例如數奈米之垂直校準奈米纖維。奈米纖維例如可透過OH化學等功能化。此種表面例如可用於高解析度、高速薄層層析術進行蛋白質/DNA分離等。再度如全文說明此等具體例僅為此處多種可能具體例之範例。第53圖所示具體例被製作成例如玻璃、金屬箔或甚至塑膠上的高度有效TLC板。一種製造塑膠支承板之方法包括例如製造高奈米纖維濃度聚合物複合物，經由壓縮/擠壓製造複合片材，然後進行電漿蝕刻來去除聚合物，且暴露奈米纖維於表面。此種構造選擇性接著為使用化學部分官能化纖維。

但其它具體例包含奈米纖維增加表面積之結構組成管、管柱、毛細管等的管腔內部。例如第54-57圖之示意圖係經由將奈米纖維直接生長於毛細管如石英/耐熱玻璃毛細管製成。例如第54圖顯示奈米纖維毛細管截面示意圖。奈米纖維於其交叉點選擇性融合及/或包含官能基(例如選擇性結合分子部分等)。官能基例如包括化學基如-OH、-COOH、NH₃ 等；小分子如胺基酸、蛋白質及/或DNA節段、界面活性劑等；聚合物鏈例如LPA、PDMA、PEO、PVP、PEG、AAP、HEC等。熟諳技藝人士相當熟悉可用於管柱等之寬廣多種可能的官能基。第55圖顯示例如供DNA分離用之奈米結構加強電泳裝置之範例示意圖。該裝置可組合經過奈米纖維工程處理之毛細管與高度敏感之奈米纖維FET偵 測器。奈米纖維可以線性聚丙烯醯胺鏈接枝，接枝聚合物鏈可固定於奈米纖維上，如此抑制電滲流。奈米纖維網路可提供額外分離因子。第56圖顯示以奈米纖維(例如二氧化矽奈米導線)工程處理之範例中孔粒子。奈米纖維可於其交叉點融合，及/或可包含官能基(例如奈米纖維可透過-OH化學官能化)。此種中孔粒子呈現獨特之多孔結構，亦即於三度空間奈米纖維網路中之互連空間。中孔結構提供均勻孔徑分佈，其不含微孔、盲端孔等。此種結構也提供高度可接近之表面積，以及提供均勻之表面位置能，且不含外來黏結劑。此種結構具有高強度(例如二氧化矽奈米纖維可融合於與二氧化矽交叉點)，可如前文說明選擇性經官能化。第57圖提供奈米纖維加強管柱作為層析管柱之範例用途。示意圖提供奈米纖維粒子填充之管柱截面，該管柱適合用於例如高速蛋白質/DNA分離、對掌分離等。於多個具體例(但絕非全部)，奈米纖維包含矽奈米纖維(例如奈米導線)具有二氧化矽薄塗層。如前文說明，透過-OH化學可於此種奈米纖維進一步製造額外結構。例如有特定官能基之化學鏈選擇性經附接。包含此種管狀結構之具體例特別適合用於例如層析術分離，如微量分離及對掌分離。

毛細管內部之經過奈米纖維增加表面積之基材範例顯示於第58圖至第61圖。為了製造此種表面積經過增加之毛細管，構成石英毛細管，內部直徑約1毫米，長約50毫米。管係以0.001%聚-L-離胺酸處理20分鐘，以氮氣吹乾。然後毛細管於150℃處理30分鐘及冷卻。管之梢端置於40奈米金 膠體內部，金膠體藉毛細作用而被抽取入管內。讓膠體附著於管內壁15-20分鐘，以氮氣吹乾。奈米纖維(本例為奈米導線)於470℃於30T及1.5T甲矽烷生長30分鐘。奈米纖維的生長延伸遍及管全長。第58及59圖顯示距管端約1.5毫米斷裂之管段內側相片。第60及61圖為由管端開口拍攝之上下照片。

又另一具體例中，類似第54-57圖之結構可經由於接觸點融合隨機填塞之奈米纖維製成。若干具體例中，奈米纖維未經融合，或只有部分奈米纖維經融合。粒子可藉接地形成。粒子選擇性例如用於填充大型層析術管柱來進行大規模之高通量分離。本具體例之有用特色為管柱具有雙模孔隙結構[亦即粒子間為大孔(高通量)、及粒子內部為中孔(高度有效分離)]。再度如同多個具體例，奈米纖維表面可經官能化來適合各項分離要求。須了解為了實現此種結構，偶爾需要大量奈米纖維。大規模製造例如可經由經支載之粉末催化劑方法及/或氣溶膠方法達成。熟諳技藝人士熟習其它有用之大規模製備方法。

其它具體例選擇性包含類似第53圖之結構。此種具體例包含藉塗覆奈米纖維薄層於大孔/中孔片材頂上形成之膜。膜之孔徑係由奈米纖維直徑決定。如此孔徑小於10奈米之膜可使用直徑小於10奈米之奈米纖維製造。此具體例選擇性用於奈米過濾，或用於製造水、可透氣服裝，例如用於保護生物戰劑(孔徑小於10奈米足夠阻斷病毒及細菌)。此外，經由增加奈米導線層厚度，可內建吸收功能於此 種結構(除了具有封阻能力之外可具有吸收功能)。奈米纖維也選擇性特別以特定表面化學功能化。也參考美國專利申請案第60/541,463號，申請日2004年2月2日。

再度須了解此處具體例僅供舉例說明之用而非限制本發明。

D)生物材料與奈米纖維增加表面積之基材間之交互作用

其它具體例中，本發明之奈米纖維增加表面積之基材用於各項醫療應用及醫療產品/裝置用途。例如藥物釋放、潤滑性、細胞黏著性、低生物吸附性、電接點等用途之醫療產品上的塗層係含括於本發明。例如表面紋理(例如本發明)施用於聚合物植入物表面可獲得細胞附著的顯著增高。參考例如Zhang等人「醫療植入物改良黏著性及防蝕性用之奈米結構化羥基磷灰石塗層」研討會V：奈米相及奈米複合物材料IV，Kormareni等人(編輯)2001年，MRS議事錄703期。本具體例之其它醫療應用例如包括緩慢釋放輸送藥物。例如藥物可結合入各種醫藥上可接受之載劑，其允許於生理環境下(例如於病人體內)緩慢釋放藥物。攙混於此等載劑(例如聚合物層等)之藥物等由於攙混入載劑層(例如存在於奈米纖維間之間隙)而可至少部分屏蔽避免直接暴露於體液。於體液與載劑層(奈米纖維層頂上)中間界面之藥物等相對快速擴散，而於載劑層深部之藥物緩慢擴散(例如一旦體液擴散入載劑層，隨後連同藥物一起擴散出)。此種載劑為業界眾所周知，可沉積或芯吸於奈米纖維基材表面(換言之於奈米纖維間)。

此外，各具體例包含半導性奈米纖維或金屬塗層奈米纖維，用來成像表面或植入物或電接點而用於例如心律調節器等用途。例如此種奈米纖維基材可以幾乎平行於超音波波束之角度朝向轉換器反射回超音波射線，如此允許容易目測觀察醫療植入物等。追蹤裝置例如羊膜穿刺針及生檢針、支架(例如尿路支架、心血管支架等)、心臟節律器導線、分流、套管、各種類型之導管、PICC管線、IUDs、烙印環、過濾器等裝置可經由增加奈米纖維加強面來輔助偵測。熟諳技藝人士了解其它類似裝置也可使用本發明之奈米纖維基材。其它成像用途包括例如於植入病人後對此裝置做功能監視，或追蹤且取出意外留在病人體內的手術器材。須了解奈米纖維基材之此等成像用途也可選擇性組合抗微生物效果或其它功效。其它利用奈米纖維基材之醫療用途及醫療裝置可參考美國專利申請案第60/549,711號，申請日2004年3月2日，名稱「奈米結構化表面之醫療裝置應用」。

留置式導管、整形植入物、心律調節器及其它醫療器材形成生物膜及感染持續造成病人健康風險。因此若干具體例包含新穎表面，該表面由於形態優異故可減少細菌形成群落。相反地，其它具體例利用奈米纖維增加表面積之獨特表面形態來加強於所需條件下或於期望位置的細胞生長。本發明之高表面積/非蜿蜒等方面，允許營養分/流體等有較大附著面積及接近能力(於若干具體例)，多孔面上初步附著效果可於生長等受空間所限(包括就欲生長細胞之孔 隙之表面積及空間等方面而言)之位置獲益。

本發明基材由於具有高表面積，容易接近(例如非蜿蜒路徑)極端可用作為生物支架，例如用於細胞培養植入及經過控制之藥物及化學品釋放用途。特別本發明材料之高表面積例如於細胞培養提供所需生物細胞附著之極大區、或供附著於植體的極大區。此外，因營養成分方便接近細胞，故本發明提供此等應用之較佳支架或較佳基體。後述問題於植入材料特別成問題，植入材料典型採用多孔面或粗化面來提供組織附著。特別此種微小無法接近的孔隙雖然係供初步附著之用，但不允許持續維持附著的細胞，附著細胞劣化、死亡而降低附著功效。本發明材料之另一項優點為其具有非生物結垢特性，例如可對抗來自於典型造成植入物感染等的細菌生成生物膜。

不欲受特定理論或作用方法所限，奈米纖維表面之獨特形態可降低細菌種屬例如表皮葡萄球菌(S.epidermidis)形成群落化之速率達約10倍。例如包含由平坦氧化矽基材藉化學氣相沉積方法而由表面生長之包含矽奈米纖維(例如奈米導線)之具體例，以及包含直徑約60奈米及長度約50-100微米之具體例顯示細菌群落化減少。參見後文。顯然雖然於本例使用特定細菌種屬，但本具體例之應用非僅限於該種屬。換言之，其它種細菌也可選擇性抑制奈米纖維面之群落化。此外，雖然本實施例使用氧化矽奈米導線於類似基材上，但須了解也同等適用其它具體例(例如其它奈米纖維之組配狀態；於非矽基材如塑膠等上之奈米纖維 ；其它奈米纖維圖案於基材等)。

導管及整形植入物常受到伺機性細菌及其它傳染性微生物的感染，需要取出植入物。此種感染也造成生病、長期住院或甚至死亡。因此高度希望於留置導管、整形植入物、心臟節律器、隱形眼鏡及其它醫療裝置防止生物膜的形成及預防感染。

須注意此處基材係以高密度奈米纖維(例如矽奈米導線)覆蓋，來對抗細菌的群落化及哺乳類細胞生長。例如比較相同平坦面，奈米導線覆蓋面上出現的細菌生長少約10倍(或甚至更少)。各具體例中，奈米纖維增加表面積之基材之物理性質及化學性質各異，俾便最佳化及特徵化其對細菌群落化之抗性。

與預防細菌群落化相反，其它具體例包含例如經由使用胞外結合蛋白質等或其它部分功能化，誘生哺乳類細胞附接至奈米纖維面，如此達成有高度有效組織整合性質之新穎面。

若干具體例中，NFS基材欲用於例如要求無菌性等之裝置，奈米纖維可選擇性塗覆以二氧化鈦或由二氧化鈦製成。此種二氧化鈦對奈米纖維提供自我滅菌性質或氧化性質。如此包含二氧化鈦之奈米纖維比習知平面二氧化鈦奈米纖維，允許快速滅菌及氧化，同時維持快速擴散至表面。

於涉及包含鈦氧化物之奈米導線(例如經塗覆之奈米導線等)之具體例，此項目的可經由多種方法之任一種達成。例如若干具體例中，奈米導線設計成藉塗覆及分子前驅 物辦法分析監視(SiO₄ )_x (TiO₄ )_y 奈米導線之辦法實施。層厚度及孔隙度選擇性經由反應物濃度、浸泡速度及/或浸泡塗覆前驅物的選擇(例如四乙氧基鈦酸鹽或四丁氧基鈦酸鹽)、於空氣中膠凝、風乾及煆燒而選擇性控制。分子前驅物如M[(OSi(O^t Bu)₃ )₄ ，此處M=Ti、Zi或其它金屬氧化物可分解而釋放出12當量異丁烯及6當量水，來形成中孔材料或奈米導線。此等前驅物也可結合CVD或清潔劑用於奈米晶體合成(濕化學)，來製造具有所需尺寸分佈之雙金屬奈米晶體。材料可透過濕化學標準無機化學技術製造，氧化性質係使用烯基材，經由單純動力學監視環氧化反應(GC或GCMS)測定。孔隙度可藉標準BET孔隙度分析監視。共聚物聚醚樣板也可用於控制孔隙度，作為濕化學方法之一部分。

氧化鈦材料為眾所周知之氧化催化劑。氧化鈦材料之關鍵之一係控制孔隙度、於控制粒徑或粒子形狀均勻度。表面積增加典型提供材料用於氧化方法之催化週轉率。此點對於溶液中難以控制氧化物形成之動力學(材料形態)而言相當困難。

如所述，晚近對二氧化鈦用於氧化催化面(自我潔淨面)之興趣顯示行銷「綠色化學」清潔材料有展望性。但材料之自我潔淨效率係依據例如表面積及孔隙度決定。奈米導線具有比目前用於自我潔淨材料之散裝材料(例如具有奈米纖維加強面之材料)有遠更高的表面積。如此塗覆以二氧化鈦或二氧化鈦奈米導線或分子前驅物來形成奈米纖維之矽奈米導線技術的組合，可選擇性了解先前未知之材料， 其可用於自我清潔、滅菌及/或非生物結垢面。

若干具體例中，此種滅菌活性可結合暴露於紫外光或其它類似之激化而達成滅菌。此等因素對於例如醫療裝置的無菌面、或食品處理裝置之無菌面等用途有選擇性重要性。因本發明之NFS造成表面積增加(例如增加面積100-1000倍等)，因此表面之消毒速率/消毒能力大增。

i)預防醫療裝置之細菌污染之流行手段

生物物質對細菌生長抗性的增高、以及促成生物材料面之快速組織整合與移植皆屬研究領域。但儘管滅菌程序及消毒程序有進展，以及生物材料上的進展，細菌性感染及其它微生物感染仍然構成醫療植入物使用上的一大問題。例如院內感染中有一大半係由於植入醫療裝置所引起。此種感染經常係由於醫療植入物插入位置形成生物膜的結果。不幸，此種感染經常對固有免疫反應、以及對習知抗生素處理有抗性。須了解此種感染不僅於人類治療上成問題，同時也對多種其它有機體的治療上成問題。例如商業上重要動物如馬、牛等也可以包含此處所述抗微生物奈米纖維面之醫療植入物/醫療裝置治療。

曾經使用多種方法來對抗生醫植入物被細菌及其它微生物於表面形成群落，以及對抗結果形成之生物膜。先前方法包括改變裝置使用之基本生物材料，施加親水塗層、疏水塗層或生物活性塗層，或形成多孔表面或凝膠表面於含生物活性劑之裝置上。形成通用生物材料表面之工作由於種屬對特殊材料之專一性而複雜化。例如表皮葡萄球菌 據報告較為容易結合至疏水面而非親水面。金黃葡萄球菌對金屬之親和力比對聚合物之親和力更大，表皮葡萄球菌於聚合物上形成薄膜比於金屬更快。

抗微生物劑如抗生素及多株抗體整合於多孔生物材料，顯示可活性防止微生物黏著於植入位置。但此種局部釋放治療的效果經常因細菌對抗生素治療抗藥性增加、以及抗體關聯的專一性而受損。晚近試管試驗研究也探討使用生物材料其可釋放出小分子如氧化亞氮，來於植入面非專一性去除細菌。但氧化亞氮的釋放必須侷限來限制毒性。

ii)藉奈米纖維增加表面積表面來預防生物膜的形成

發明人研究結果顯示矽奈米纖維(此處為奈米導線)表面可積極對抗被細菌表皮葡萄球菌形成群落，以及對抗CHO、MDCK及NIH 3T3細胞系的生長。發現當細菌或細胞接觸天然親水奈米導線表面培養或接觸氟化疏水奈米導線表面培養時屬於此種情況。因氧化矽平坦對照表面及聚苯乙烯平坦對照表面可支持表皮葡萄球菌及三種細胞系的生長，故推定奈米導線形態可讓表面與細胞不具有親和力。當然再度須了解本發明之用途非僅限於特定理論或作用模式。表面形態為抗微生物活性的基礎。基材上的奈米纖維充分緊密間隔，防止細菌以物理方式穿透至下方固體表面。呈現可供附著的表面積典型小於下方平坦面表面積之1.0%。典型具體例中，奈米纖維直徑約為40奈米，升高至高於固體表面約20uM。例如參考第2圖。如此不似於醫療裝置上所見典型膜表面，此處之奈米導線表面為非連續， 有尖峰，有不規則結構來輔助細胞附著。實際上，本表面恰與習知膜相反；本表面並非實心面有孔，反而為開放式有尖物表面。相信此種獨特形態，不利於正常生物膜的附著，而與相關奈米纖維之疏水性或親水性無關。

如此處詳細說明，奈米纖維生長過程可於寬廣多種有平面幾何或複雜幾何之基材上進行。如此多種本發明基材完全經覆蓋、經製作圖案、或於特定位置含有奈米纖維。但此處目光焦點係討論於氧化矽基材或金屬基材上之矽奈米纖維細節。再度得知寬廣多種材料之奈米纖維也預期可於塑膠、金屬及陶瓷基材上生長。奈米纖維生長過程的多樣化，讓其最終可量產以及商業化製造寬廣多種有奈米纖維表面可供生醫領域使用之產物。

相信雖然於生長奈米纖維之基材的絕對表面積增加，但固體表面容積低、缺乏連續性以及奈米級纖維等方面不利於細胞的附著。此處說明使用之奈米導線表面製造供電子用途，未對此項用途最佳化，但須注意此種表面仍然可減少生物膜的累積。使用之矽導線直徑約40奈米，長50微米至100微米，生長於4吋矽基材上。奈米導線製備方法說明如後。本例中，本實驗使用之奈米導線面積約0.25平方厘米。恰在導入培養基之前，浸泡於100%乙醇，以氮氣流吹乾。矽晶圓對照(換言之不含奈米導線)也浸泡於乙醇及吹乾。表皮葡萄球菌於LB營養肉汁於37℃生長6小時，生長係於35毫米培養皿內以溫和振搖進行。然後晶圓截面置於培養內，於37℃於原先培養基內放置24小時。於培養24小時 後移開晶圓切片，於新鮮培養基中簡短洗滌，快速浸沒於水中，然後加熱固定30秒，隨後於0.2%結晶紫溶液染色。晶圓段於水中徹底清洗。任何附著於晶圓的微生物係藉習知亮野顯微術觀察。以數位相機拍照。後文影像(第62圖)顯示奈米基材上的細菌比矽晶圓對照組的細菌減少約10倍。由於奈米導線層厚度係大於顯微鏡視野深度，通過奈米導線聚焦，於顯微鏡上進行定量。第62圖之圖像係以1000倍放大拍攝。黑點是經過染色的表皮葡萄球菌。左上照片為24小時後之奈米纖維表面(此處為奈米導線)。左下照片為72小時後的奈米纖維。右上照片為24小時時的平坦矽表面，右下照片為72小時時的平坦矽表面。72小時之平坦矽被厚層生物膜覆蓋。於奈米纖維上的污漬區係由於表面紋理大於顯微鏡焦深所致。

為了舉例說明奈米纖維表面排斥哺乳類細胞，CHO細胞於完全培養基(補充10%胎牛血清之漢氏F12培養基)於37℃於5%二氧化碳氣氛培養。晶圓段置於35毫米細胞培養處理之培養皿。CHO細胞係由來自融合培養經過胰蛋白酶消化後，以10⁶ 細胞/毫升密度播種於培養皿之完全培養基。讓細胞黏著隔夜，然後每24小時以顯微鏡觀察。第一次觀察時，35毫米培養皿表面於48小時時融合。未觀察得細胞直接生長於奈米導線表面，該處之奈米導線已經以刀片刮下的位置，則細胞附著且生長。矽晶圓對照組之細胞融合。第63圖之顯微相片證實此項表現。第63圖中，經過刮除奈米纖維表面使用Nomarski光學裝置以200倍放大顯示。深褐 色區為奈米纖維(此處為奈米導線)，橙色區之奈米導線被刮下，CHO細胞順著刮除線生長。此等實驗觀察得哺乳類細胞生長完全延遲，細菌生長減少約10倍。對照表面之化學係與奈米導線相同，故相信細胞減少及細菌生長減少的原因係由於奈米纖維增加表面積基材的獨特表面形態所致。

表皮葡萄球菌於此處用來說明，原因在於表皮葡萄球菌為醫療器材感染的代表性細菌。此外，表皮葡萄球菌廣用於評比生物材料，於以生物材料為中心之感染識別為主要種屬。其它涉及生物材料相關感染之細菌例如金黃葡萄球菌、綠膿桿菌(Pseudomonas aeruginosa)及B-溶血性鏈球菌預期也可使用本具體例抑制。除了此處所述CHO細胞外，其它常見組織培養細胞系例如MDCK、L-929及HL60細胞也預期可使用本具體例抑制。此種細胞系代表寬廣多種不同類型細胞。CHO及MDCK細胞表示上皮細胞，L-929細胞參與結締組織的形成，HL60細胞系免疫監督細胞。如此奈米纖維增加表面積預期可對抗此種細胞類型以及其它常見之活體內細胞類別。試管試驗使用之奈米纖維係由矽製成，如全文詳細說明，其它方法報告於參考文獻，用來合成矽奈米導線。例如雷射燒蝕含金屬矽標靶、高溫氣化矽/二氧化矽混合物以及使用金作為催化劑之氣-液-固(VLS)生長。參見上文。雖然可選擇性使用任一種構成方法，但奈米導線合成方法典型為VLS生長，此種方法廣用於半導體奈米導線生長。此種方法之說明提供如文。第11圖顯示典型用於本具體例之矽奈米導線及氧化物表面之TEM影像範例。

如前述，相信藉奈米纖維表面防止生物膜的主要手段係由於基材的獨特形態，但也可能基材包含特有疏遠細胞活性。

表面親水性或疏水性對生長的影響也於奈米纖維基材選擇性修改來特別調整於不同情況之生物膜預防作用。此種功能係與導線長度、直徑及基材上的密度變化有關。於典型具體例，典型奈米纖維基材之氧化矽表層於天然狀態相當具有親水性。水容易濕潤表面且均勻展開。部分原因係由於表面之芯吸性質。表面功能化可藉形成於導線表面之天然氧化物層輔助。此種二氧化矽層可使用標準矽烷化學改性，來呈現官能基於導線外側。例如表面可使用氣態六甲基二矽胺烷(HMDS)處理來讓其具有極高疏水性。參見前文。

iii)細胞外蛋白質附著於奈米纖維面

如此處所示，奈米纖維表面不支援哺乳類細胞或細菌的生長。又有其它例中，哺乳類細胞系生長於表面優異。如此本發明之具體例，經由附著胞外蛋白質或其它部分至奈米纖維，來鼓勵細胞的生長。蛋白質沉積於奈米纖維可透過單純的非專一性吸附沉積。預期可使用具有已知胞外結合功能之蛋白質，例如膠原、纖維蛋白膠、玻璃體膠及層素。其它具體例預期涵蓋細胞/蛋白質共價附接至奈米纖維面。於奈米纖維基材將出現接枝及/或黏合，例如生物材料如骨用器材或醫療器材如金屬骨釘等之具體例中，不同具體例具有奈米纖維於基材的不同圖案。如此例如奈米纖 維只選擇性存在於醫療植入物將進行移植或黏合區域。再度可使用標準蛋白質附著方法來與奈米纖維作共價鍵聯。

此外，多種溶膠-凝膠塗層可沉積於奈米纖維表面上來輔助生物相容及/或生物整合用途。先前有關骨整合裝置之研究工作，於鈦植入物上使用多孔材料來輔助骨骼生長。此處若干具體例，意圖利用加入類似材料結合奈米纖維表面。例如常用以鈣為主之材料羥基磷灰石可選擇性沉積於奈米纖維表面，來輔助骨整合入奈米纖維面/整合奈米纖維面。常用溶膠-凝膠技術可選擇性用來產生羥基磷灰石沉積，熟諳技藝人士了解此點。此種經過羥基磷灰石塗覆之奈米纖維面選擇性具有促進骨整合性質，顯示防生物垢性質，如此可獲得適當骨質生長/癒合的最大可能。

熟諳技藝人士了解本發明也包括使用陶瓷類材料經溶膠-凝膠技術沉積而製造寬廣多種例如相容性應用(換言之除了涉及羥基磷灰石及骨質生長以外的應用)。

E)套件組/系統

若干具體例中，本發明實施此處所述方法之套件組，其選擇性包含本發明基材。各具體例中，套件組包含一或多個奈米纖維增加表面積之基材，例如一或多個微陣列、熱交換器、超疏水面或一或多個其它裝置包含奈米纖維增加表面積基材等。

套件組也包含任何所需反應物、器材、裝置及材料且額外用來製造以及使用奈米纖維增加表面積之基材，或包含該基材之任一種裝置。

此外，套件組選擇性包括指令材料含有合成奈米纖維增加表面積之基材及/或添加部分至此種奈米纖維及/或此種奈米纖維結構用途之指示(亦即方案)。較佳指示材料提供利用套件組內容之方案。

若干具體例中，指令材料教示使用本發明之奈米纖維基材組成一或多個裝置(例如微陣列裝置、被分析物偵測裝置、被分析物分離裝置、醫療裝置等)。指令材料選擇性包括組成及/或利用本發明之奈米纖維加強面之書面指示(例如書寫於紙張、於電子媒體如電腦可讀取磁片、CD或DVD，或存取提供此項指令之網際網路網址)。

F)實施例

i)奈米纖維增加表面積之基材於微陣列範例

如圖所示，第64圖證實可使用初級化學官能化表面積增加之表面，顯示每單位面積信號增加之證據。此等研究(使用生物素化BSA吸附於表面，接著使用alexafluor標記之鏈絲菌抗生物素標記)證實即使未曾試圖最佳化密度、導線直徑或表面性質，本發明之具體例仍可達成每單位面積強度幾乎增高20倍。此外如第64圖所示，於無背景探針存在下暴露於經過標記之標靶，平面基材以及奈米纖維加強基材之背景螢光類似。如此指示實際檢定分析之低端並無顯著改變。第64圖顯示每單位面積奈米纖維(此處為奈米導線)之強度相對於平面二氧化矽表面之比較。表面以相同方式處理及拍照。數目代表平均像素強度。左圖表示增強的基材之奈米纖維密度比右圖更低。如一般了解，兩種基材之 背景螢光類似(對照組只暴露於經過標記的標靶，而未具有鍵聯的探針)。第65圖顯示抗體存取且結合至基材上被制動之標靶蛋白質之動力學分析。反應測定抗小鼠IgG與以小鼠IgG塗覆面之結合。對平坦面及奈米纖維面(此處為奈米導線)二者而言，於指定條件下，結合顯然可於1分鐘飽和。如圖所示，此等條件下平坦基材或奈米纖維加強基材間達到飽和結合所需時間差異顯然極小，指示本發明表面實際上表現類似非蜿蜒之高表面積基材。最後使用晶圓截面而非使用圖案化基材進行打點分析，顯示奈米纖維加強基材上打點材料獲得捕捉探針分佈比只打點於平面基材上之捕捉探針分佈更均勻。參考第66圖。第66圖中，平坦二氧化矽面(左)之信號均勻度對奈米纖維加強基材(右)作比較。各圖為晶圓一區經相等容積生物素化BSA溶液打點於基材上，接著使用鏈絲菌抗生物素alexa-488標記後該區晶圓之200倍放大相片。

與此種奈米纖維基材之高度可濕潤高度表面積品質相反，第23圖證實相同材料可製作成超疏水性。表面的接觸角過高因此幾乎無法測量，利用此等超親水性或超疏水性性質，此種材料提供改良打點陣列的獨特平台。

雖然前述發明已經就若干細節作說明俾澄清明瞭，但熟諳技藝人士由研讀本揭示了解可未悖離本發明之真諦對形式與細節上做出多項變化。例如前述全部技術及裝置皆可用於各項組合。於本案引述之全部公告案、專利案、專利申請案或其它文件全文以引用方式併入此處，彷彿個別 公告案、專利案、專利申請案或其它文件個別指示併入本文以供參照般。

100‧‧‧基材

110‧‧‧奈米纖維

120‧‧‧功能單元

400‧‧‧金

410‧‧‧基材

420‧‧‧芯吸

430‧‧‧金圖案

440‧‧‧疏水表面

450‧‧‧表面覆蓋層

460‧‧‧奈米纖維生長

470‧‧‧施用化學/生物分子

600‧‧‧軌跡/通道

610‧‧‧試樣沈積區

620‧‧‧軌跡/通道

630‧‧‧制動探針

640‧‧‧元件

650‧‧‧元件

700‧‧‧試樣襯墊

710‧‧‧制動捕捉探針

720‧‧‧芯吸貯器

730‧‧‧奈米纖維通道

740‧‧‧標靶或試樣

750‧‧‧溶液

800‧‧‧生物素化BSA亦即探針

810‧‧‧奈米纖維軌跡

820‧‧‧濾紙芯吸

840‧‧‧玻片

900‧‧‧信號計數

910‧‧‧信號計數

1600‧‧‧奈米纖維區

1620‧‧‧平坦區

1800‧‧‧結構

1900‧‧‧奈米纖維結構

1910‧‧‧矽基材

2000，2200‧‧‧奈米纖維結構

2100，2300‧‧‧晶圓

2201‧‧‧親水區

2202‧‧‧疏水區

2310‧‧‧小水滴

2320‧‧‧基材

2400‧‧‧像素區

2410‧‧‧奈米纖維覆蓋表面區

2420‧‧‧不含奈米纖維區

2430‧‧‧特化區

2600‧‧‧可目測奈米纖維區

2610‧‧‧紅

2620‧‧‧綠

2700‧‧‧奈米纖維

2710‧‧‧基材

第1A及B圖為示意圖表示功能化平面基材及功能化奈米纖維加強基材。

第2圖為代表性奈米纖維面之電子顯微相片。

第3圖之A圖及B圖為平面基材與本發明之奈米纖維加強基材之芯吸能力比較資料。

第4圖為略圖比較未經圖案化之奈米纖維面以及經圖案化(經製作微陣列)之奈米纖維面。

第5圖為於傳統DNA陣列打點內部分佈之DNA變化。

第6圖之A-C圖為圖案化奈米纖維芯吸軌跡/通道之範例配置。

第7A-D圖為範例奈米纖維芯吸配置之示意圖。

第8圖為範例奈米纖維芯吸配置之示意圖。

第9圖為奈米纖維芯吸配置之螢光檢定分析。

第10圖為奈米纖維芯吸配置之螢光檢定分析。

第11圖為典型奈米纖維面之電子顯微影像。

第12A及B圖、第13A及B圖、第14A及B圖、第15圖、第16A及B圖、第17A-D圖、第18A及B圖為經由影罩膜技術製造之本發明之奈米纖維陣列。

第19圖為本發明之奈米纖維陣列範例。

第20A及B圖顯示本發明之奈米纖維範例。

第21A及B圖顯示本發明之奈米纖維面之電子顯微相片。

第22圖顯示疏水/親水圖案化奈米纖維基材之示意圖。

第23圖顯示於經加強之奈米纖維基材上之小水滴相片。

第24圖顯示本發明之奈米纖維陣列之範例圍籬/像素排列之示意圖。

第25圖顯示藉習知陣列掃描器分析奈米纖維陣列所得線圖。

第26A及B圖顯示本發明之範例奈米纖維陣列之暗野影像及螢光影像。

第27圖顯示試樣奈米纖維雜交檢定分析系統之示意圖。

第28圖比較於平坦面上雜交與奈米纖維面上雜交之螢光信號強度。

第29A及B圖顯示線圖，比較奈米纖維面相對於平坦面之動態範圍。

第30A及B圖顯示線圖，比較奈米纖維面相對於平坦面之結合動力學。

第31A及B圖顯示蛋白質結合至奈米纖維面與平坦面間之比較。

第32A及B圖顯示奈米纖維基材與平坦面基材間之信號強度及動態範圍之比較。

第33圖比較於平坦基材及奈米導線基材上，螢光蛋白質之直接打點。

第34圖顯示打點化學，接著與螢光標靶共同培養。

第35A-D圖顯示傳統陣列與本發明奈米纖維陣列之點內變化及點間變化。

第36A-C圖、第37A及B圖、第38圖、第39圖顯示蛋白質/核酸結合至奈米纖維面。

第40圖顯示規度化比較，指示平坦面相對於奈米纖維面之偵測極限。

第41圖顯示奈米纖維面範例衍生劑之化學結構式。

第42圖顯示於奈米纖維面上透過質譜術分析之範例化合物之化學結構式。

第43A及B圖、第44A-C圖、第45圖顯示於奈米纖維面上範例化合物之質譜術分析。

第46圖顯示天然氧化物上相對於奈米導線表面上生長之氧化物上，非專一性結合螢光之淬熄。

第47圖顯示天然氧化物上相對於矽上(平坦面及奈米導線表面上)生長之氧化物上，非專一性結合螢光之淬熄。

第48A及B圖顯示DNA及蛋白質雜交至矽基材之示意代表圖。

第49圖顯示於基材檢定分析之螢光淬熄之示意代表圖。

第50A及B圖顯示對奈米纖維(此處為奈米導線)表面及平坦面基材之DNA雜交及蛋白質雜交之動態強度範圍之比較。

第51圖顯示奈米纖維示意代表圖且與HPLC填充材料之代表性尺寸作比較。

第52A及B圖顯示覆蓋有奈米纖維薄層之基材之示意圖。

第53圖顯示經由塗覆奈米導線薄層於大孔介質所形成之膜。

第54A及B圖顯示生長於毛細管內側之奈米纖維之示 意代表圖。

第55圖顯示一種裝置包含奈米纖維生長於毛細管內側之示意代表圖。

第56圖顯示由奈米纖維製成的粒子。

第57圖顯示由奈米纖維製成之粒子填充管柱之試樣層析術。

第58-61圖顯示生長於毛細管內側之奈米纖維相片。

第62圖顯示相片，比較於平坦矽基材及奈米纖維(奈米導線)基材上之細菌生長。

第63圖顯示於經刮痕之奈米纖維基材選定區之CHO細胞之生長。

第64圖顯示奈米纖維基材相對於平面基材每單位面積之強度比較。

第65圖顯示結合至奈米纖維表面相對於結合至平坦面速率之初級評比。

第66圖比較平面基材相對於奈米纖維基材之信號均勻度。

第67圖顯示一影罩供產生鋁氧圖案用於質譜術之奈米纖維加強基材。

第68圖顯示於本發明之奈米纖維加強基材上試樣作質譜術分析所得結果。

第69圖顯示如第68圖所示之類似試樣進行質譜術分析所得結果，但該試樣係於平坦面上而非於奈米纖維加強面上。

100‧‧‧基材

110‧‧‧奈米纖維

120‧‧‧功能單元

Claims (28)

1. 一種藥物輸送裝置，用於將一或多種物質導入個體，該裝置包括一基材，該基材包含：至少一第一表面；複數個半導體奈米纖維其附著於該第一表面；以及一或多種物質之貯器，其包含於複數個奈米纖維之間，並且該一或多種物質被併納於貯器內，使得該一或多種物質得以在該裝置被導入個體內時獲得屏障，免於直接暴露於個體內的體液下。
2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其包含一或多個特定部分，附著至或連接於該複數個奈米纖維之一或多個成員。
3. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中該部分為外生性部分。
4. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中複數個奈米纖維成員包含平均長度由約1微米至約500微米。
5. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中複數個奈米纖維成員包含平均長度由約5微米至約150微米。
6. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中複數個奈米纖維成員包含平均長度由約10微米至約125微米。
7. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中複數個奈米纖維成員包含平均長度由約50微米至約100微米。
8. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中複數個奈米纖維之 成員包含平均直徑由約5奈米至至少約1微米。
9. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中複數個奈米纖維之成員包含平均直徑由約10奈米至至少約500奈米。
10. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中複數個奈米纖維之成員包含平均直徑由約20奈米至至少約250奈米。
11. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中複數個奈米纖維之成員包含平均直徑由約40奈米至至少約200奈米。
12. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中複數個奈米纖維之成員包含平均直徑由約75奈米至至少約100奈米。
13. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該複數個奈米纖維包含平均密度由約0.1奈米纖維/平方微米至至少約1000奈米纖維/平方微米。
14. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該複數個奈米纖維包含平均密度由約1奈米纖維/平方微米至至少約500奈米纖維/平方微米。
15. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該複數個奈米纖維包含平均密度由約10奈米纖維/平方微米至至少約250奈米纖維/平方微米。
16. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該複數個奈米纖維包含平均密度由約50奈米纖維/平方微米至至少約100奈米纖維/平方微米。
17. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中該一或多個特定部分對一或多種被分析物提供一或多個交互作用位置。
18. 如申請專利範圍第17項之裝置，其中該部分包含一或 多個專一性交互作用部分。
19. 如申請專利範圍第17項之裝置，其中該部分包含一或多個非專一性交互作用部分。
20. 如申請專利範圍第17項之裝置，其中該部分及該被分析物係選自由有機分子、無機分子、金屬、陶瓷、蛋白質、胜肽、多胜肽、核苷酸、核苷酸類似物、金屬蛋白質、化學催化劑、金屬基團、抗生素、細胞、離子、配位子、酶基質、受體、生物素、疏水部分、長度約10至約20個碳原子之烷基、苯基、黏著促進基團、及輔因子組成之群組。
21. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中複數個奈米纖維係生長至至少第二表面上且移至該第一表面上。
22. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中複數個奈米纖維係生長於第一表面上。
23. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該奈米纖維為實質上平行於第一表面平面。
24. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該奈米纖維為實質上垂直於第一表面平面。
25. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中該一或多個特定部分係經由巰基而附接至或連接於複數個奈米纖維成員。
26. 如申請專利範圍第1項之裝置，進一步包含複數個奈米粒子分散於複數個奈米纖維間。
27. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該貯器進一步包含 一或多個儲存基體。
28. 如申請專利範圍第27項之裝置，其中該儲存基體包含一或多種聚合物。