一種區(qū)域選擇性抗生物污染陣列芯片的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于玻璃、硅片、聚二甲基硅氧烷基體的抗生物污染陣列芯片的加工方法。采用不同抗生物污染材料分別構(gòu)建芯片陣列區(qū)域和非陣列區(qū)域，使整個芯片表面都具有抗生物污染的功能，陣列區(qū)域可與生物組分反應(yīng)制得功能化的生物探針陣列。具體步驟包括：基體材料表面的硅烷化；一種抗生物污染單體的接枝聚合；另外一種抗生物污染并可功能化單體的接枝聚合；生物組分與陣列區(qū)域的偶聯(lián)反應(yīng)。采用該方法制得的陣列式生物芯片，生物分子非特異性吸附大大減弱、探針分子密度高、信號靈敏度高。
【專利說明】一種區(qū)域選擇性抗生物污染陣列芯片的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種抗生物污染陣列芯片的制備方法，屬于生物芯片【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]生物芯片技術(shù)的實質(zhì)是在基片上構(gòu)建有序點(diǎn)陣，并固定探針分子，使之與被測物質(zhì)結(jié)合或反應(yīng)，再通過檢測分析獲得被測物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)以及濃度等信息。該技術(shù)具有高通量、高信息量、微型化、自動化、快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于臨床診斷、環(huán)境監(jiān)測、食品安全等領(lǐng)域。但迄今為止，生物芯片，尤其是蛋白質(zhì)芯片并沒有廣泛應(yīng)用于臨床檢驗。其主要原因在于，臨床樣品，如血液、尿樣等含有大量的生物大分子，在進(jìn)行分析檢測時，易于在芯片表面非特異性吸附，造成芯片的背景信號強(qiáng)，具有分子識別能力的陣列區(qū)域也易于發(fā)生吸附，導(dǎo)致分析的靈敏度、特異性和準(zhǔn)確性較差，臨床誤診率較高?，F(xiàn)有的具有抗非特異性吸附功能的芯片多采用物理吸附的方法進(jìn)行表面修飾。該方法雖然操作簡單，但修飾后得到的表面不牢固，重現(xiàn) 性較差。而采用化學(xué)法修飾的生物抗吸附芯片由于反應(yīng)條件苛刻，操作難度大，不易大規(guī)模批量生產(chǎn)。
[0003]生物芯片的基體材料包括玻璃、硅片、金屬材料以及一些高分子材料。其中，玻璃、硅片由于易于實現(xiàn)大規(guī)模微加工而應(yīng)用廣泛。現(xiàn)有的陣列加工方法，多借助于復(fù)雜的儀器設(shè)備，如機(jī)器手點(diǎn)樣裝置等，易于造成樣品點(diǎn)擴(kuò)散、陣列大小不易控制等問題。因此，采用光聚合的方法在常用的玻璃、硅片基質(zhì)表面構(gòu)建陣列區(qū)域大小可控的陣列可以解決上述問題。
[0004]針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種抗生物污染陣列芯片的制備方法。該方法以玻璃、硅片、聚二甲基硅氧烷作為基片，以共價鍵的形式在基片表面接枝抗生物污染功能的單體。該方法制備步驟簡單，易于程序化。制得的陣列芯片表面包含兩部分，分別為具有抗生物污染功能的非陣列區(qū)域和具有抗生物污染功能并可進(jìn)行功能化的陣列區(qū)域?？晒δ芑年嚵袇^(qū)域可通過進(jìn)一步反應(yīng)與蛋白質(zhì)、核酸、氨基酸、多糖或具有伯胺或仲胺的粒子等生物組分偶聯(lián)制得生物探針陣列。
[0005]該生物芯片的特點(diǎn)包括:無需點(diǎn)樣設(shè)備，實現(xiàn)陣列區(qū)域和非陣列區(qū)域選擇性功能化；生物分子非特異性吸附弱，探針分子密度高，背景噪音小，信號靈敏度高；尤其在復(fù)雜生物樣品中的微量蛋白質(zhì)定量分析，如癌癥標(biāo)志物的檢測方面意義重大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種抗生物污染陣列芯片的制備方法。該方法工藝簡單，對設(shè)備要求低，制得的陣列式生物芯片探針分子密度高、背景噪音小、信號靈敏度高。該芯片的特點(diǎn)在于表面具有抗生物污染的功能，可以有效減少生物組分的非特異性吸附，其中陣列部分可與蛋白質(zhì)、核酸、氨基酸、多糖或具有伯胺或仲胺的粒子等生物組分偶聯(lián)制得生物探針陣列，在微量生物分子檢測領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方法實現(xiàn)的:方法1:
一種抗生物污染陣列芯片的制備方法1，包括以下步驟:
第一步，將清洗后的玻璃或硅片或聚二甲基硅氧烷芯片，置于含不飽和鍵的硅烷偶聯(lián)劑溶液里浸泡一定時間后，取出、干燥；
第二步，將一種含有抗生物污染單體的溶液旋涂于芯片表面，紫外光透過掩膜照射在芯片表面，引發(fā)該單體與芯片表面的接枝聚合反應(yīng)，光照部分形成抗生物污染的非陣列區(qū)域，未光照部分不發(fā)生反應(yīng)；用50%甲醇水溶液清洗芯片，洗去未反應(yīng)的單體；
第三步，將另外一種抗生物污染并且可功能化單體的溶液旋涂在整個芯片表面，紫外光照射下，第二步中未與抗生物污染單體反應(yīng)的區(qū)域與該單體發(fā)生接枝聚合反應(yīng)，形成抗生物污染并可功能化的陣列區(qū)域，洗凈后得到全芯片抗生物污染、陣列區(qū)域可功能化的生物芯片；
第四步，將如蛋白質(zhì)、基因等生物組分，通過偶聯(lián)反應(yīng)固定在陣列區(qū)域表面，制得具有抗生物污染表面的新型生物芯片。
[0008]本發(fā)明的上述方法I中，所述的含不飽和鍵的硅烷偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)為以下三類中的任意一種或幾種:
【權(quán)利要求】
1.一種抗生物污染陣列芯片的制備方法1，包括以下步驟: 第一步，將清洗后的玻璃或硅片或聚二甲基硅氧烷芯片置于含不飽和鍵的硅烷偶聯(lián)劑溶液里浸泡一定時間后，取出、干燥； 第二步，將一種含有抗生物污染單體的溶液旋涂于芯片表面，紫外光透過掩膜照射在芯片表面，引發(fā)該單體與芯片表面的接枝聚合反應(yīng)，光照部分形成抗生物污染的非陣列區(qū)域，未光照部分不發(fā)生反應(yīng)；用50%甲醇水溶液清洗芯片，洗去未反應(yīng)的單體； 第三步，將另外一種抗生物污染并且可功能化單體的溶液旋涂在整個芯片表面，紫外光照射下，第二步中未與抗生物污染單體反應(yīng)的區(qū)域與該抗生物污染并且可功能化單體發(fā)生接枝聚合反應(yīng)，形成抗生物污染并可功能化的陣列區(qū)域，洗凈后得到全芯片抗生物污染、陣列區(qū)域可功能化的生物芯片； 第四步，將如蛋白質(zhì)、基因等生物組分，通過偶聯(lián)反應(yīng)固定在陣列區(qū)域表面，制得具有抗生物污染表面的新型生物芯片。
2.一種抗生物污染陣列芯片的制備方法2，包括以下步驟: 第一步，將清洗后 的玻璃或硅片或聚二甲基硅氧烷芯片，置于氨基硅烷偶聯(lián)劑溶液里浸泡一定時間后，洗凈、干燥； 第二步，將芯片浸入含有丙烯酸縮水甘油酯結(jié)構(gòu)的試劑溶液中，在一定的條件下反應(yīng)后，洗凈、干燥； 第三步，將一種含有抗生物污染單體的溶液旋涂于芯片表面，紫外光透過掩膜照射在芯片表面，引發(fā)該單體與芯片表面的接枝聚合反應(yīng)，光照部分形成抗生物污染的非陣列區(qū)域，未光照部分不發(fā)生反應(yīng)；用50%甲醇水溶液清洗芯片，洗去未反應(yīng)的單體； 第四步，將另外一種抗生物污染并且可功能化單體的溶液旋涂在整個芯片表面，紫外光照射下，第三步中未與抗生物污染單體反應(yīng)的區(qū)域與該抗生物污染并且可功能化單體發(fā)生接枝聚合反應(yīng)，形成抗生物污染并可功能化的陣列區(qū)域，洗凈后得到全芯片抗生物污染、陣列區(qū)域可功能化的生物芯片； 第五步，將如蛋白質(zhì)、基因等生物組分，通過偶聯(lián)反應(yīng)功能化在陣列區(qū)域表面，制得具有抗生物污染表面的新型生物芯片。
3.—種抗生物污染陣列芯片的制備方法3，包括以下步驟: 第一步，將清洗后的玻璃或硅片或聚二甲基硅氧烷芯片，置于含環(huán)氧基團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑溶液里浸泡一定時間后，洗凈、干燥； 第二步，將芯片浸入含有兩個或兩個以上伯胺基團(tuán)試劑的溶液中，在一定的反應(yīng)條件下反應(yīng)后，洗凈、干燥； 第三步，將芯片浸入含有丙烯酸縮水甘油酯結(jié)構(gòu)試劑的溶液中，在一定的反應(yīng)條件下反應(yīng)后，洗凈、干燥； 第四步，將一種含有抗生物污染單體的溶液旋涂于芯片表面，紫外光透過掩膜照射在芯片表面，引發(fā)該單體與芯片表面的接枝聚合反應(yīng)，光照部分形成抗生物污染的非陣列區(qū)域，未光照部分不發(fā)生反應(yīng)；用50%甲醇水溶液清洗芯片，洗去未反應(yīng)的單體； 第五步，將另外一種抗生物污染并且可功能化單體的溶液旋涂在整個芯片表面，紫外光照射下，第四步中未與抗生物污染單體反應(yīng)的區(qū)域與該抗生物污染并且可功能化單體發(fā)生接枝聚合反應(yīng)，形成抗生物污染并可功能化的陣列區(qū)域，洗凈后得到全芯片抗生物污染、陣列區(qū)域可功能化的生物芯片； 第六步，將如蛋白質(zhì)、基因等生物組分，通過偶聯(lián)反應(yīng)功能化在陣列區(qū)域表面，制得具有抗生物污染表面的新型生物芯片。
4.如權(quán)利I所述的抗生物污染陣列芯片的制備方法1，其特征在于:含不飽和鍵的硅烷偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)為以下三類中的任意一種或幾種:
5.如權(quán)利2所述的區(qū)域選擇性抗生物污染陣列芯片的制備方法2，其特征在于:氨基硅烷偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)為:
6.如權(quán)利3所述的區(qū)域選擇性抗生物污染陣列芯片的制備方法3，其特征在于:含環(huán)氧基團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑結(jié)構(gòu)為:
7.如權(quán)利2或3所述的區(qū)域選擇性抗生物污染陣列芯片的制備方法2或3，其特征在于:與芯片表面反應(yīng)的丙烯酸縮水甘油酯的結(jié)構(gòu)為:
8.如權(quán)利3所述的區(qū)域選擇性抗生物污染陣列芯片的制備方法3，其特征在于:與芯片表面反應(yīng)的伯胺基團(tuán)試劑的結(jié)構(gòu)為以下兩類中任意一種或幾種: 其中η為1-10的整數(shù)，反應(yīng)時間為10分鐘-24小時，溫度為20°C _100°C，濃度為.0.1%_50%，溶劑包括:丙酮、甲醇、乙醇、異丙醇、乙醚中的一種或幾種。
9.如權(quán)利1、2或3所述的任意一項區(qū)域選擇性抗生物污染陣列芯片的制備方法，其特征在于:硅烷偶聯(lián)劑與芯片的反應(yīng)時間為5分鐘-20小時，溫度為25°C _80°C，濃度為.0.1%_30%，溶劑包括:苯、甲苯、丙酮、乙醇、甲醇、異丙醇、四氫呋喃中的一種或幾種。
10.如權(quán)利1、2或3所述的任意一項區(qū)域選擇性抗生物污染陣列芯片的制備方法，其特征在于:抗生物污染單體包括下面列舉的五類中的任意一種或幾種: (1)丙烯酸磺酸基甜菜堿類化合物
11.如權(quán)利1、2或3所述的任意一項區(qū)域選擇性抗生物污染陣列芯片的制備方法，其特征在于:抗生物污染性能單體與芯片表面的接枝反應(yīng)，其單體濃度為0.1%_50%，溶劑包括丙酮、甲醇、乙醇、異丙醇、乙酸乙酯、己燒，石油醚、環(huán)己烷、苯及其衍生物、烷基醚類化合物中的一種或幾種。
12.如權(quán)利1、2或3所述的任意一項區(qū)域選擇性抗生物污染陣列芯片的制備方法，其特征在于:抗生物污染并可功能化單體指下列丙烯酸甜菜堿類化合物中的任意一種或幾種:
13.如權(quán)利1、2或3所述的任意一項抗生物污染陣列芯片的制備方法，其特征在于:抗生物污染并可功能化單體與芯片表面的接枝反應(yīng)，單體濃度為0.1%_50%，溶劑包括:N-甲基吡咯烷酮，二甲基甲酰胺、甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、四氫呋喃、水中的一種或幾種。
14.如權(quán)利1、2或3所述的任意一項抗生物污染陣列芯片的制備方法，其特征在于:紫外光波長315-420nm，強(qiáng)度5-50mW/cm2，曝光時間0.5-10分鐘。
15.如權(quán)利1、2或3所述的任意一項抗生物污染陣列芯片的制備方法，其特征在于:陣列的生物組分包括蛋白質(zhì)、核酸、氨基酸、多糖或具有伯胺或仲胺的粒子； 偶聯(lián)反應(yīng)發(fā)生在pH=7-10的緩沖溶液中，反應(yīng)的時間為5-300分鐘。
【文檔編號】C40B50/14GK103966321SQ201410168551
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】孫秀花, 王懷新, 高昌錄 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）