[發明專利]一種具有三維微納米結構表面的載體及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201310058808.0
• 申請日: 2013-02-25
• 公開（公告）號: CN104003345B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 朱勁松;李少鵬;宋爐勝;周文菲;郭碧紅;王艷梅
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: B81B1/00
• 分類號: B81B1/00;B81C1/00;B82Y5/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司11280
• 代理人: 郭廣迅

技術領域

本發明屬于生物芯片領域。具體而言，本發明涉及一種載體及其制備方法和應用，尤其涉及一種具有三維微納米結構表面的載體及其制備方法和應用。

背景技術

生物芯片一般指將生物樣品高密度的固定在基底表面而得到的微陣列芯片，包括蛋白質陣列、DNA陣列、細胞與組織陣列、微流控芯片以及其他集成了生物相關功能的芯片。生物芯片具有高通量分析、低樣品消耗、分析時間短和易于集成等諸多優點。隨著近年來的不斷發展，生物芯片技術在基因組學研究、蛋白質組學研究、藥物篩選、疾病檢測和個性化醫療等領域正發揮著越來越大的作用。

生物芯片由于需要將蛋白質、多肽、核酸等生物分子及細胞、組織等生物樣品固定在芯片表面，因此通常在生物芯片的基底上進行一定的表面化學修飾。合理的化學修飾可以使生物樣品固定的更為高效、穩定。為了進一步增強生物芯片對生物樣品的固定能力，提高檢測的信號強度，人們進行了大量表面化學方面的研究。其中，在生物芯片基底上構建一層具有三維結構的富含各種活性基團的高分子薄膜便是其中非常重要的一個研究方向。這類修飾方式所制備的表面通常被稱作三維表面。

三維表面大大提高了生物樣品在三維空間的結合位點數量，具有三維表面的生物芯片對生物樣品的固定量可以達到普通芯片的數十甚至數百倍。然而，人們在進行檢測時卻發現，雖然利用三維表面可以得到非常大的固定信號，但是檢測時的結合信號卻并沒有明顯的提高，甚至更低。這說明，通過單純的化學方法得到的三維表面無法同時為生物樣品的固定和檢測提供充足的空間。為此，人們提出了在三維表面上進行微納米結構加工的解決方法。

表面微納米結構加工是指，在生物芯片基底上進行表面化學修飾時，利用刻蝕、印刷等多種技術手段，構建出具有特定尺寸和形狀微納米結構的化學表面。通過控制這些結構的具體尺寸和形狀，可以為固定物和檢測物提供充足的固定和結合空間，在保證固定量的同時，大大提高檢測信號的強度，從而充分發揮三維表面的作用。

雖然目前人們已經提出許多表面微納米結構加工的方法，但這些方法都存在著一些問題。有的無法嚴格控制所獲得結構的尺寸或形狀，有的制備過程非常復雜繁瑣，有的則需要特別定制的加工設備，而且這些方法在應用過程中都具有很大的局限性，適用范圍小，不能較好的與三維表面的制備過程相兼容。這些問題大大限制了已有表面微納米結構加工方法的可行性和實用性，影響了表面微納米加工技術在三維表面上的使用效果。

發明內容

因此，本發明的目的是針對現有技術無法嚴格控制所獲得芯片的結構，以及適用范圍小，不能較好的與三維表面的制備過程相兼容，檢測能力低等缺點，提供一種具有三維微納米結構表面的載體及其制備方法和應用，從而能夠得到微納米結構和高分子膜密度厚度等參數均十分易于控制的三維表面，并且該載體制備出的生物芯片對生物樣品的檢測能力有極大的提高。

除非特別指明，本發明中的“基底”，包括一切可以用于制備生物芯片支持物的物質，例如玻璃、硅片、石英、聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯等等。

除非特別指明，本發明中的“引發劑”，是指具有引發高分子進行聚合，或是可以促進高分子聚合反應進行的物質，同時引發劑還應當具有可以固定到上述基底上的基團，例如巰基末端的硫醇可固定在金膜表面，硅烷可固定在玻璃、硅片或聚二甲基硅氧烷的表面等等。

除非特別指明，本發明中的“可聚合單體”，是指可以通過聚合反應形成高分子聚合物的單體化合物，例如丙烯酸酯類、苯乙烯類和丙烯酰胺等。

除非特別指明，本發明中的“催化劑及其他物質”，是指引發、維持和終止高分子聚合反應進行的物質。

針對上述目的，本發明提供的技術方案如下：

一方面，本發明提供一種具有三維微納米結構表面的載體，包括基底1和與其連接的高分子三維微納米結構表面層2，所述高分子三維微納米結構表面層的微納米結構的尺度為100nm~100μm，所述高分子三維微納米結構表面層的厚度為10nm~1μm，所述高分子三維微納米結構表面層通過包括以下步驟的方法制得：

先在基底上進行微納米加工形成具有微納米結構的引發劑層21，然后添加可聚合單體混合液形成高分子三維微納米結構表面層；或

先在基底上形成引發劑層21，然后添加可聚合單體混合液，并在高分子膜層形成的過程中進行微納米加工；或

先在基底上形成高分子膜層22，然后對高分子膜層進行微納米加工。

優選地，所述微納米加工的方法選自微接觸印刷、光刻、紫外刻蝕和等離子刻蝕中的一種或多種。