本發(fā)明涉及根據(jù)光學(xué)限定的圖案將蛋白質(zhì)接枝到基底上的領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

國(guó)際公布號(hào)為wo2013/135844(以下稱為“studer”或“公布”)的國(guó)際申請(qǐng)公開了一種用于將蛋白質(zhì)微結(jié)構(gòu)接枝到基底上的裝置或光化學(xué)印刷裝置。在該公布中，水溶液中的二苯甲酮(bp)和蛋白質(zhì)的混合物在根據(jù)基底頂部圖案的位置處被照射，并且在照射位置處獲得蛋白質(zhì)的持久轉(zhuǎn)移，以實(shí)現(xiàn)印刷。然而，該公布中所描述的方法是在bp存在下、并在被照射的同時(shí)將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到基底上的。

該裝置涉及根據(jù)基底上圖案的圖像進(jìn)行照射的照射裝置和能夠輸送同時(shí)含有蛋白質(zhì)和bp的水溶液的微流體裝置在相同位置處的組合。這導(dǎo)致印刷系統(tǒng)體積龐大的問(wèn)題，并且還存在由二苯甲酮和來(lái)自照射裝置的光的組合作用損壞蛋白質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)。理想的情況下，借助于照射系統(tǒng)，在不粘附蛋白質(zhì)的情況下，將對(duì)蛋白質(zhì)僅有粘附性的圖案印刷到基底上是非常有用的。隨后在與蛋白質(zhì)(例如熒光蛋白)水溶液接觸的情況下，實(shí)際圖案會(huì)在基底上顯影，其中，蛋白質(zhì)優(yōu)先附著在粘附圖案中的被照射的部分以形成實(shí)際圖案。然而，對(duì)于蛋白質(zhì)，這種溶液取決于能夠產(chǎn)生潛在的或隨后顯影的粘附圖案的方法的有效性，其中，所述粘附圖案印刷在由蛋白質(zhì)防污層覆蓋的支撐件(support)上。蛋白質(zhì)防污層應(yīng)理解為是指由在進(jìn)行所要實(shí)現(xiàn)的印刷的時(shí)間尺度內(nèi)蛋白質(zhì)不會(huì)附著到所述層的材料制成的層。

被其防污層覆蓋的這種基底或防污基底可以特別地由支撐件形成，例如硬支撐件，其一個(gè)實(shí)例是具有對(duì)于來(lái)自照射系統(tǒng)的光呈透明的光學(xué)性能的玻璃，或例如軟支撐件，其一個(gè)實(shí)例是pdms(聚二甲基硅氧烷)，其中，玻璃或pdms由聚合物刷子材料、或通過(guò)分子鏈附著到支撐件上而作為刷子的聚合物(例如peg(聚乙二醇)和聚nipam(n-異丙基丙烯酰胺))覆蓋。對(duì)于這種類型的防污基底，聚合物鏈在其一端連接到支撐件并且在另一端自由，類似于刷子的刷毛。

其它技術(shù)例如在防污基底上進(jìn)行防污材料的圖案的激光燒蝕的、通過(guò)掩模應(yīng)用于蛋白質(zhì)防污基底的光刻技術(shù)在現(xiàn)有技術(shù)中可以獲得具有圖案的防污支撐件，該圖案允許隨后根據(jù)已去除聚合物刷子或防污材料的基底的照射區(qū)域，通過(guò)光能將蛋白質(zhì)選擇性接枝到基底上。

材料的燒蝕被認(rèn)為是由基底的照射引起的，并且所產(chǎn)生的程度差使得隨后的實(shí)際圖像的反影圖像成為可能。當(dāng)通過(guò)僅對(duì)光路敏感的光學(xué)相位對(duì)比技術(shù)觀察這些差異時(shí)，粘附圖案可能以同樣的方式歸因于防污材料的燒蝕或材料性質(zhì)的變化，防污材料的燒蝕或材料性質(zhì)的變化改變其光學(xué)指數(shù)并隨后使蛋白質(zhì)優(yōu)先粘附到已經(jīng)照射的聚合物鏈區(qū)域。能夠觀察潛像的其它技術(shù)(特別是原子力顯微鏡、橢偏儀、x射線分析等)能夠在某些情況下證實(shí)潛像是由用于這些技術(shù)的peg層的完全燒蝕產(chǎn)生的。因此，這種燒蝕技術(shù)不能產(chǎn)生密度梯度，peg或防污層的燒蝕是預(yù)先完成的。

最終需要有一種用于生產(chǎn)防污或聚合物刷子支撐件的方法，其按照?qǐng)D案而具有隨著刷子被照射而成比例或連續(xù)變化的粘附性，而分子不必在被照射的同時(shí)粘附到刷子。相反，需要這些分子以延遲的方式粘附到刷子上。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

以下定義適用于本申請(qǐng)：

“粘附圖案”：表示表面圖案，根據(jù)所述表面圖案，某些分子特別是蛋白質(zhì)(并尤其是抗體)、納米殼、dna(脫氧核糖核酸)鏈或rna鏈或細(xì)菌以時(shí)間穩(wěn)定的方式分布在由所述粘附圖案之外的防粘附或防污或聚合物刷子層覆蓋的支撐件上。由于圖案被限定在防粘附或防污區(qū)域或者一組防粘附或防污區(qū)域之外，粘附圖案也可以在基底上被限定為一組區(qū)域或圖案，其與基底上的該組區(qū)域的補(bǔ)充表面相比，對(duì)于感興趣的分子更粘附。對(duì)于聚合物刷子，至少可通過(guò)以下兩種已在現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)預(yù)測(cè)無(wú)需與分子的水溶液接觸的圖案的存在所需的粘附效果的差異：

-原子力顯微鏡，其可以顯示刷子的聚合物鏈長(zhǎng)度的減小，這種減少隨后導(dǎo)致防粘附效果的降低或這些區(qū)域中的粘附效果的增加。

-相差顯微鏡，其可以顯示在大多數(shù)粘附區(qū)域中通過(guò)刷子的光路變化，這種變化隨后與粘附效果變化相關(guān)聯(lián)。

“聚合物刷子”：表示納米層(即其厚度在納米級(jí)，即通常在1nm和100nm之間)，其具有防污性，特別是對(duì)于蛋白質(zhì)、納米殼、dna鏈和細(xì)菌有防污作用，這種納米層存在于支撐件的表面以形成防污基底。據(jù)估計(jì)，在本申請(qǐng)的申請(qǐng)日時(shí)，這種刷子由一組接枝到支撐件表面上的聚合物鏈組成，該組聚合物鏈在支撐件表面處的區(qū)域中延伸，對(duì)于peg，其厚度在1nm和20nm之間，而對(duì)于聚nipam，其厚度在1nm和30nm之間。據(jù)估計(jì)，在1nm和20nm之間，這種刷子具有防粘附或防污性質(zhì)，特別是對(duì)于蛋白質(zhì)、納米殼、dna鏈或細(xì)菌。聚乙二醇或稱“peg”層、或聚(n-異丙基丙烯酰胺)或稱聚nipam層是聚合物刷子的實(shí)例。

對(duì)于聚合物刷子，“厚度”表示從形成刷子的聚合物鏈的自由端到支撐件的距離。例如，對(duì)于peg，層的厚度取決于peg鏈的長(zhǎng)度，也即構(gòu)成這些鏈的乙二醇單體的數(shù)量。這些鏈可以特別地相對(duì)于基底傾斜，或者以類似于刷子刷毛的作用的任何方式被壓縮或修改，以便在刷子的自由表面上印刷浮凸或改變厚度。

在本文中，本發(fā)明涉及在聚合物刷子上印刷粘附圖案的方法，其中所述聚合物刷子在支撐件的表面處延伸而形成納米防污層，該方法包括以下步驟：

-將所述層與含有二苯甲酮的第一水溶液接觸，

-然后根據(jù)圖案且根據(jù)表面能量，用波長(zhǎng)在二苯甲酮的吸收光譜范圍內(nèi)的輻射照射該層。

在方法的變體中：

-所述層的厚度在1nm和20nm之間；

-所述波長(zhǎng)在300nm和400nm之間選擇；

-所述聚合物為聚乙二醇(peg)；

-所述聚合物為聚nipam；

-所述支撐件為玻璃；

-所述支撐件為聚二甲基硅氧烷(pdms)；

-傳遞到peg層的照射的表面能量在10mj/mm²和1000mj/mm²之間；

-傳遞到聚nipam層的照射的表面能量在100mj/mm²和10000mj/mm²之間；

–pdms支撐件的楊氏模量小于15kpa。

本發(fā)明還涉及一種用于在聚合物刷子上印刷蛋白質(zhì)圖案的上述方法，其包括以下附加步驟：

-沖洗以消除所述層和所述第一溶液之間的接觸，

-然后將所述層與含所述有蛋白質(zhì)的第二水溶液接觸。

本發(fā)明還涉及一種用于在聚合物刷子上印刷納米殼圖案的上述方法，其包括以下附加步驟：

-沖洗以消除所述層和所述第一溶液之間的接觸，

-然后將所述層與含有所述納米殼的第二溶液接觸。

本發(fā)明還涉及一種用于在聚合物刷子上印刷dna鏈圖案的上述方法，其包括以下附加步驟：

-沖洗以消除所述層和所述第一溶液之間的接觸，

-然后將所述層與含有所述dna鏈的第二溶液接觸。

本發(fā)明還涉及一種用于印刷粘附圖案的方法的應(yīng)用，其應(yīng)用于通過(guò)表面能量的空間變化來(lái)制備在支撐件的表面處具有粘附力梯度的粘附圖案。

附圖說(shuō)明

結(jié)合下面的附圖將更好地理解本發(fā)明，其中：

圖1表示由玻璃支撐件和防污材料層組成的防污基底的橫截面，特別是對(duì)蛋白質(zhì)、納米殼或dna鏈有防污性，也就是說(shuō)，聚合物刷子接枝或附著到支撐件上。在所有或一些聚合物刷子上用含有二苯甲酮的水溶液的液滴覆蓋基底。覆蓋有二苯甲酮層的區(qū)域ab用包括二苯甲酮吸收光譜內(nèi)的波長(zhǎng)的輻射(即在300nm與400nm之間的輻射)透過(guò)支撐件(透過(guò)液滴也是可行的)照射。

圖2表示圖1中的液滴被沖洗且具有由區(qū)域ab處防污材料表面中的中空示意性地表示的潛像的基底。這種材料能夠根據(jù)與區(qū)域ab表面相對(duì)應(yīng)的圖案用于印刷圖案，尤其是蛋白質(zhì)、納米殼或者dna或rna鏈的圖案。具體地，在二苯甲酮存在下，對(duì)聚合物刷子的照射有可能使聚合物刷子在區(qū)域ab中具有粘附性，并且隨后通過(guò)使聚合物刷子層分別與特別是蛋白質(zhì)溶液、納米殼或dna鏈的溶液接觸，隨后能夠使特別是蛋白質(zhì)、納米殼或dna鏈粘附。因此，根據(jù)如ab的一組區(qū)域所進(jìn)行的照射能夠產(chǎn)生粘附圖案或聚合物刷子上的分子的粘附圖案，用于對(duì)于刷子通常不呈現(xiàn)粘附性的分子。

具體實(shí)施方式

在第一實(shí)施例中，參考圖1的括號(hào)中的附圖標(biāo)記，公開了一種由玻璃支撐件(1)和聚合物刷子材料的層(2)組成的防污基底，在該第一實(shí)施例中，所述聚合物刷子材料為peg或聚nipam。

在該第一實(shí)施例中，輻射(3)在此透過(guò)支撐件(1)照射區(qū)域ab(ab)上的層(2)，其中，所選擇的支撐件(1)對(duì)所使用的輻射透明，且二苯甲酮水溶液的液滴(4)沉積在覆蓋區(qū)域ab(ab)的層(2)上。以相同的方式，可以透過(guò)液滴(4)照射相同的區(qū)域ab上的層。

所使用的輻射包括在二苯甲酮的吸收光譜內(nèi)的至少一個(gè)波長(zhǎng)，該光譜實(shí)際上可有利地在300nm和400nm之間延伸。優(yōu)選地，在該范圍內(nèi)使用波長(zhǎng)小于390nm的輻射，在這種情況下，對(duì)層進(jìn)行輻射的時(shí)間將最小化。

在所選波長(zhǎng)下二苯甲酮的吸收越低，光源的功率將必須越大或者對(duì)所照射區(qū)域進(jìn)行輻射的時(shí)間必須越長(zhǎng)，所接收的輻射劑量等于照射功率和照射時(shí)間的乘積，所接收的輻射劑量是控制本發(fā)明所獲得的效果的參數(shù)。

由于溶液中沒有待接枝的蛋白質(zhì)，根據(jù)需要，輻射可具有與對(duì)隨后待接枝的蛋白質(zhì)產(chǎn)生破壞的功率相比更高的功率，并且僅受限于由上述層所接受的光能的表面密度，而不會(huì)產(chǎn)生降解。然而，對(duì)于peg，在二苯甲酮的存在下，可以使用比燒蝕或掩模技術(shù)低10至100倍的光學(xué)功率。

因此可以使用10mj/mm²和1000mj/mm²之間的能量密度來(lái)獲得peg上的粘附圖案的出現(xiàn)。因此，對(duì)于來(lái)自半導(dǎo)體激光器的在372nm處的紫外線波長(zhǎng)產(chǎn)生具有400微米邊長(zhǎng)的正方形范圍的2mw照射的光源可以滿足本發(fā)明。對(duì)于pdms支撐件上的聚nipam，可用的能量密度在100mj/mm²到10000mj/mm²之間?？梢酝ㄟ^(guò)簡(jiǎn)單地對(duì)peg的照射時(shí)間乘以10來(lái)再次使用相同的半導(dǎo)體激光源。

在本實(shí)施方式的第一步中，將防污基底與二苯甲酮水溶液的液滴接觸，然后在第二步中，用紫外線光源照射基底的防污層的區(qū)域ab。

可以使用能夠使光源的能量同時(shí)聚焦在區(qū)域ab或一組區(qū)域上的任何光學(xué)系統(tǒng)，并且這些系統(tǒng)是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。因此，可以設(shè)想具有微鏡陣列的顯微鏡用于產(chǎn)生該實(shí)施例的照射系統(tǒng)。類似地，可以用二苯甲酮水溶液的膜替代液滴以與上述層接觸，然后用已知的微流體裝置在照射后沖洗。

圖2示意性地表示形成為納米層且通過(guò)沖洗二苯甲酮溶液的液滴而提供的聚合物刷子，其中，在區(qū)域ab中具有本身相對(duì)于其深度而言也為納米級(jí)別的中空潛在圖案。為了顯影，需要隨后使該中空或潛在圖案與能夠在聚合物刷子中的該中空處粘附到支撐件上的分子或分子組件(蛋白質(zhì)、納米殼、dna鏈、細(xì)菌等)接觸，隨后在水溶液中存在這些分子的情況下，這些分子根據(jù)潛在圖案在二苯甲酮存在下已照射的層(這里為ab)的區(qū)域處發(fā)生粘附。分子的粘附在不提供光能的條件下發(fā)生。分子在潛在圖案或粘附圖案處直接被吸附在聚合物刷子上。因此，在刷子上形成分子的實(shí)際圖案。特別地，如果分子是熒光的，則可以通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中已知的技術(shù)作出其圖像，以展現(xiàn)粘附的結(jié)果。

然而，即使不與水溶液(例如蛋白質(zhì)溶液)接觸，也可以在刷子的日照之后通過(guò)在照射之后使用原子力顯微鏡(afm)在照射位置處測(cè)量刷子中是否存在納米深度的中空，或者通過(guò)利用相差顯微鏡光學(xué)地觀察在這些相同位置處刷子中是否存在光路變化，與隨后的實(shí)際圖案的產(chǎn)生無(wú)關(guān)地預(yù)測(cè)是否將獲得本發(fā)明的效果。因此，可以在沒有其它實(shí)驗(yàn)的情況下選擇適用于本發(fā)明方法的聚合物刷子，特別是用于在二苯甲酮存在下照射后觀察到刷子的聚合物鏈的長(zhǎng)度減小的那些。

在本發(fā)明的第二實(shí)施方式中，使圖2的裝置與蛋白質(zhì)水溶液或納米殼水溶液接觸。從能夠粘附到支撐件上的蛋白質(zhì)和納米殼體中選擇蛋白質(zhì)和納米殼體的類型，以獲得盡可能最持久的實(shí)際圖像。

因此，通過(guò)該第二實(shí)施方式的方法，可以例如通過(guò)使用熒光蛋白獲得區(qū)域ab的實(shí)際圖像，但是更一般地，使用蛋白質(zhì)防污基底上的蛋白質(zhì)圖案。此外，即使區(qū)域ab對(duì)應(yīng)于光學(xué)照明系統(tǒng)的分辨率極限，防污基底在照射條件下的特性使得可以產(chǎn)生具有隨該區(qū)域所接收的照射或光輻射劑量而連續(xù)變化的值的熒光，更一般地，產(chǎn)生隨著該區(qū)域中的照射而連續(xù)變化的蛋白質(zhì)、納米殼或dna鏈的濃度，而不需要求助于二相點(diǎn)的密度來(lái)模擬可變的蛋白質(zhì)密度。

因此，可以將本發(fā)明應(yīng)用于例如蛋白質(zhì)、納米殼或dna鏈沿著基底或防污層的表面在密度方向產(chǎn)生粘附梯度，通過(guò)將類型ab的幾個(gè)區(qū)域端對(duì)端對(duì)齊，并且通過(guò)改變傳遞到這些區(qū)域的表面能量，例如通過(guò)在二苯甲酮的存在下照射聚合物刷子或者印刷潛像或粘附圖案的步驟期間，以可變(表面能，以j/m²計(jì))的表面區(qū)域照射它們。

例如，對(duì)于在粘附區(qū)域外具有估計(jì)為5nm的厚度的peg聚合物刷子，通過(guò)在二苯甲酮存在下在peg刷子上的可變劑量照射，使得厚度減少量在0nm(無(wú)粘附或圖案外部區(qū)域)和2nm(最大粘附)之間，從而獲得蛋白質(zhì)的連續(xù)可變粘附效果。

在所提出的實(shí)施方式中，以毫摩爾二苯甲酮/升水溶液(mmol/l)計(jì)，可以使用5mmol/l至50mmol/l的濃度范圍。

本發(fā)明在工業(yè)上適用于用于在聚合物刷子上印刷蛋白質(zhì)的粘附圖案的基底生產(chǎn)領(lǐng)域。