一種抗生物污染聚合物生物芯片的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含芳酮基團聚合物為基體的抗生物污染可功能化陣列芯片制作方法。該方法主要包括兩個關鍵步驟：第一步，一種抗生物污染單體在紫外光照射下，通過掩膜在聚合物芯片表面接枝形成非陣列區(qū)域；第二步，另外一種抗生物污染和可功能化單體在紫外光照射下，與上一步中被掩膜保護的聚合物芯片表面進行接枝聚合，形成陣列區(qū)域，從而獲得整個芯片表面具有抗生物污染，而陣列區(qū)域還可以進一步功能化的生物芯片。該生物芯片具有制備簡單、探針分子密度高、超級抗吸附的特性，采用該生物芯片進行臨床樣品分析，具有背景噪音小、檢測信號強、靈敏度高等特點，在醫(yī)學診斷領域具有廣泛的應用前景。
【專利說明】一種抗生物污染聚合物生物芯片的制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物芯片制備【技術領域】，具體涉及兩步紫外光聚合接枝兩種不同的抗 生物污染單體于含芳酮基團的聚合物芯片表面，使芯片全表面具有抗生物污染功能，接枝 了抗生物污染和可功能化的陣列表面可以固定蛋白質、基因及其它生物組分來制備陣列式 生物芯片。

【背景技術】
[0002] 陣列芯片，是伴隨人類基因組計劃的進展而發(fā)展起來的具有廣闊應用前景的生物 技術之一。但迄今為止，生物芯片并沒有真正大規(guī)模生產(chǎn)和應用于臨床中，主要是因為芯 片的制作復雜，分析性能難以滿足復雜樣品的分析要求，特別是以疾病診斷為目的的陣列 芯片，由于人體體液樣品中大量的生物大分子使核酸、蛋白質陣列芯片分析過程中非特異 性吸附現(xiàn)象嚴重，降低反應的特異性、信號靈敏度以及結果重復性，制約了診斷微陣列的應 用。
[0003] 目前常用的生物芯片基體大多是無機材料，如硅片、玻片和金屬等，這些材料具有 表面平整、不易變形、熒光本底低的優(yōu)點。更重要的是，對于傳統(tǒng)的無機和金屬材料，由于表 面高活性羥基或配位點的存在，已經(jīng)有一套成熟的實驗室和工業(yè)化表面化學修飾方法。與 無機載體相比，合成高分子基體具有低比重、柔性、低成本、易加工成型等優(yōu)良特性，更適于 大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。雖然在傳統(tǒng)的western blot印跡法中常用的硝酸纖維素薄膜、尼龍 膜等也已被用于芯片基體，并且這些膜材料由于多孔性而能夠吸附大量生物分子，但是也 存在微陣列點易擴散、點陣密度低、背景熒光隨檢測次數(shù)增強、雜交速度慢的缺點，制約了 其實際應用。因此，目前發(fā)展的聚合物基體都為致密的實性材料，常用的基材為環(huán)烯烴共聚 物（C0C)、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)和聚碳酸酯（PC)等，在這些聚合物基體表面加工陣列 芯片，生物污染問題是不可避免的。
[0004] 本發(fā)明針對以上問題，采用光照條件下可產(chǎn)生自由基的含芳酮結構的高分子聚合 物作為芯片基體，并就該基體的化學結構進一步加工成具有抗生物污染性能的陣列式生物 芯片。該聚合物生物芯片是通過化學鍵使生物組分與抗生物污染表面形成生物探針陣列區(qū) 域，而非陣列區(qū)域同樣具有抗生物污染的作用。該生物芯片特征包括：表面接枝的抗生物 污染單體可以降低生物分子在芯片基體的非特異性吸附、提高探針分子制備密度、降低背 景噪音、提高信號靈敏度和準確度；聚合物為基體的陣列芯片加工方法簡單、經(jīng)濟，基體表 面基團易于活化而參加化學反應，該發(fā)明所涉及技術對于推廣生物芯片的臨床應用非常重 要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了以含芳酮聚合物為基體的抗生物污染的陣列芯片的制作方法。該陣 列芯片是兩維結構，含芳酮聚合物為陣列芯片基體，在紫外光照射下，一種抗生物污染單體 溶液和另外一種抗生物污染兼可功能化單體溶液分別與聚合物基體反應，制備抗生物污染 陣列芯片。非陣列區(qū)域僅具有抗生物污染的功能，陣列區(qū)域不僅具有抗生物污染作用，還可 以與生物組分進一步反應制作診斷型生物芯片。該生物芯片制作工藝簡單、經(jīng)濟、設備要求 低；由于芯片表面接枝了抗生物污染單體，所以對生物樣品進行分析時，非特異性吸附的降 低，使背景噪音低，檢測信號強，準確度與靈敏度優(yōu)于傳統(tǒng)方法制作的芯片，為醫(yī)學診斷芯 片的廣泛應用提供了技術支持。
[0006] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明任務，本發(fā)明提供的技術方案如下： (1) 在玻璃、硅片、聚乙烯、聚丙烯等基質平面上，將溶于有機溶劑中的含芳酮結構的聚 合物旋涂于上述基質上，室溫風干；將一種含有抗生物污染單體的溶液旋涂于聚合物表面， 在紫外光照射及掩膜的覆蓋下，在聚合物表面接枝抗生物污染組分形成非陣列區(qū)域，用50% 的甲醇水溶液清洗后待用； (2) 將含有另外一種抗生物污染可功能化的單體溶液旋涂于生物芯片表面，紫外燈照 射整個芯片表面，該單體將與第一步接枝反應時掩膜覆蓋的聚合物基體材料部分發(fā)生接枝 聚合形成陣列區(qū)域，而第一步已經(jīng)接枝的非陣列部分由于抗污染組份的隔離作用不再發(fā)生 接枝聚合。通過兩步法制備的抗生物污染芯片，全表面都具有抗生物污染性能，陣列區(qū)域可 以進一步與生物組分反應構建探針陣列。該生物芯片采用50%甲醇的水溶液清洗、干燥后 置于4°C冰箱保存； (3) 配置一定濃度的生物組分溶液，置于陣列芯片表面，在一定的反應條件下，芯片陣 列部分形成大量高密度的活性功能化基團，與相應的生物組分反應，生成具有高密度生物 探針分子的生物芯片，該陣列可以直接應用到醫(yī)學樣品分析與診斷。
[0007] 所述的聚合物生物芯片的制備方法為：含芳酮聚合物的濃度1%-20%，旋涂速度 100-5000 rpm，旋涂時間20 - 300秒。溶解含芳酮聚合物的溶劑為甲基吡咯烷酮，或二甲 基乙酰胺，或二甲基甲酰胺，或上述溶劑的幾種溶劑混合物。
[0008] 所述的含芳酮結構聚合物生物芯片的基體材料結構如下：

【權利要求】
1. 一種抗生物污染聚合物生物芯片的制備方法，包括以下步驟： 第一步，在玻璃、硅片、聚乙烯、聚丙烯等基質平面上，旋涂一層溶于有機溶劑中的含芳 酮結構的聚合物，形成聚合物生物芯片基體，室溫風干； 第二步，將一種可聚合抗生物污染單體的溶液旋涂于聚合物表面，紫外光透過有陣列 圖案的掩膜照射在聚合物表面，被紫外光照射的聚合物表面區(qū)域與抗生物污染組分發(fā)生接 枝聚合，用溶劑洗滌芯片，洗去未反應的單體，形成抗生物污染非陣列區(qū)域； 第三步，將另外一種可聚合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，采用紫外光照射整個芯片表面，該單體只與第二步中掩膜覆蓋部分、即未接枝抗生物污 染單體的聚合物表面反應得到可功能化的陣列區(qū)域，而不再與第二步中已經(jīng)接枝抗生物污 染單體的表面反應； 第四步，將如蛋白質、基因等的生物組分，通過偶聯(lián)反應固定在抗生物污染可功能化陣 列區(qū)域表面，形成聚合物為基體的抗生物污染陣列芯片。
2. 如權利1所述的抗生物污染聚合物生物芯片的制備方法，其特征在于：含芳酮結構 聚合物基質具有如下結構片段：
其中，R為任意結構的有機基團；聚合物基體具體包括：聚芳醚酮系列，如聚醚醚酮 (PEEK)、聚醚酮（PEK)、聚醚酮酮（PEKK)、聚醚醚酮酮（PEEKK)和聚醚酮醚酮酮（PEKEKK)等 均聚物；聚酰亞胺系列等均聚合物；其它符合該結構片段的均聚合物；上述聚合物混合物 或與其它聚合物的共聚物或共混物。
3. 如權利1所述的抗生物污染聚合物生物芯片的制備方法，其特征在于：含芳酮結構 聚合物的旋涂條件為：含芳酮聚合物的濃度1%_20%，100-5000 rpm旋涂速度，20 - 300秒 的旋涂時間，聚合物厚度為lMm-lOOMm ;溶解含芳酮聚合物的溶劑為甲基吡咯烷酮，或二甲 基乙酰胺，或二甲基甲酰胺，或含上述溶劑的幾種溶劑混合物。
4. 如權利1所述的抗生物污染聚合物生物芯片的制備方法，其特征在于：能與聚合物 基體反應形成非陣列區(qū)域的具有抗生物污染性能的單體包括：丙烯酸磺酸基甜菜堿、丙烯 酸磷酸基甜菜堿，丙烯酸乙二醇酯，丙烯酸羥乙酯、丙烯酸甘油酯類化合物中的一種或幾 種，各種單體的結構如下：

丙烯酸甘油酯結構式 其中，丙烯酸磺酸基甜菜堿結構式（1)，X可以為2-10的整數(shù)，y可以為2、3、4, R可以 為Η或者CH3 ; 丙烯酸磺酸基甜菜堿結構式（2)，X可以為2-10的整數(shù)，y可以為2、3、4, R可以為Η或 者 CH3 ; 丙烯酸磷酸基甜菜堿結構式（3)，X可以為2-18的整數(shù)，R可以為Η或者CH3 ; 丙烯酸磷酸基甜菜堿結構式（4)，X可以為2-18的整數(shù)，R可以為Η或者CH3 ; 丙烯酸乙二醇酯結構式（5)，X可以為2-10的整數(shù)，R可以為Η或者CH3 ; 丙烯酸羥乙酯結構式（6)，X可以為1-10的整數(shù)，R可以為Η或者CH3 ; 丙烯酸甘油酯結構式（7)，R可以為Η或者CH3。
5. 如權利1所述的抗生物污染聚合物生物芯片的制備方法，其特征在于：能與聚合物 基體反應形成非陣列區(qū)域的抗生物污染單體的濃度為〇. 1%_50%，溶劑為丙酮、甲醇、乙醇、 異丙醇、水、〇. 1%_5%氯化鈉溶液的中的一種或幾種混合物。
6. 如權利1所述的抗生物污染聚合物生物芯片的制備方法，其特征在于：抗生物污染 兼可功能化單體為丙烯酸碳酸基甜菜堿類化合物，其結構如下：
其中，丙烯酸碳酸基甜菜堿結構式（l)，x可以為2、3、4的整數(shù)，y可以為1、2、3，R可以 為Η或者CH3 ; 丙烯酸碳酸基甜菜堿結構式（2)，X可以為2、3、4的整數(shù)，y可以為1、2、3, R可以為Η 或者CH3。
7. 如權利1所述的抗生物污染聚合物生物芯片的制備方法，其特征在于：抗生物污染 兼可功能化單體的濃度為〇. 1%_50%，溶劑為丙酮、甲醇、乙醇、異丙醇、水、0. 1%_5%氯化鈉 溶液的中的一種或幾種混合物。
8. 如權利1所述的聚合物點陣式生物芯片的制備方法，其特征在于：紫外光源為：低 壓、中壓、高壓汞燈、碘鎢燈、氙燈或鹵素燈；光強值為0. 5-50 mW/cm2 ;紫外輻照時間為10 -300 秒。
9. 如權利1所述的抗生物污染聚合物生物芯片的制備方法，其特征在于：與抗生物污 染可功能化陣列區(qū)域反應的生物組分包括分子結構中含有伯胺或仲胺的蛋白質、核酸、氨 基酸和多糖以及表面含有伯胺或仲胺的功能化粒子，偶聯(lián)反應發(fā)生在pH=7-10的堿性緩沖 溶液中，反應的時間為5-300分鐘。
【文檔編號】C08J7/18GK104194027SQ201410478474
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權日:2014年9月18日
【發(fā)明者】孫秀花, 高昌錄, 王懷新 申請人:哈爾濱工業(yè)大學（威海）