[發明專利]一種面向生物單細胞檢測應用的兩步壓印方法

在審

• 申請號: 201610117742.1
• 申請日: 2016-03-01
• 公開（公告）號: CN105668510A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 孫廣毅;張春來;蔣秀芬;趙新
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B82Y40/00
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明涉及面向生物單細胞檢測應用的兩步壓印方法，特別是一種基于兩次壓印 工藝和圖形復刻的方法研究。

主要是通過兩次壓印工藝，在生物活性材料薄膜的表面加工出高精度的微米級結 構圖形，在這些微米結構上培養觀察微生物個體，可以實現生物單細胞檢測。本發明實現簡 單方便，加工出的微米結構精度高，并且在實現生物單細胞檢測時具有高通量、可控、可視 化的優點，具有重要的實用價值和良好的應用前景。

背景技術

自然界中不同種類的微生物一般都是以群體的形式存在，個體之間通過某些特殊 方法進行信息交流和溝通。近年來，研究人員對微生物種群中的個體之間信息交流方法的 研究越來越廣泛。由于這種個體間信息交流方法在自然界中普遍存在和廣泛應用，因此通 過研究微生物個體間的行為特征和信息交流，可以實現藥物篩選、毒性檢測等，參見 Parsek,M.R.andE.P.Greenberg,Sociomicrobiology:theconnectionsbetweenquorum sensingandbiofilms.TrendsinMicrobiology,2005.13(1):p.27-33.。隨著生物微操 作技術的快速發展，3D打印，參見Connell,J.L.,etal.,3Dprintingofmicroscopic bacterialcommunities.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesofthe UnitedStatesofAmerica,2013.110(46):p.18380-18385.、微流道、微腔和微滴發生器 等方法，被廣泛應用于生物單細胞檢測領域，這些方法實現了對微生物個體間的信息交流 和行為特征變化的高精度觀察。以上所述方法盡管實現了生物單細胞檢測，但是都需要昂 貴的設備和較高的加工成本，難以應用在需要高通量的生物單細胞檢測領域，并且在后期 對微生物個體的行為特性進行觀察統計時也不具備可視化的優點。

隨著MEMS技術的快速發展，其被廣泛應用在各個領域。微納加工為單細胞生物檢 測領域提供了一種新的方法，而微納壓印由于其成本低廉、操作簡單等優點，有很好的應用 前景。熱壓印工藝是在微納米尺度獲得并行復制結構的一種成本低而速度快的方法，僅需 一個模具，完全相同的結構可以按需復制到大的表面上。熱壓印由StephenY.Chou于1995 年首次提出并申請專利，參見專利US5772905“Nanoimprintlithography”。

目前，基于生物活性材料的微壓印工藝，在技術實現上還是遇到非常大的難題，這 是因為微壓印工藝及脫模過程中溫度、壓力條件單一且壓印模板固定，很容易損壞生物材 料的活性，不利于后續細菌或細胞的培養。

發明內容

本發明目的是針對基于生物活性材料的微壓印工藝難以實現這一技術難題，提出 一種面向生物單細胞檢測應用的兩步壓印方法。

本發明技術方案：

一種面向生物單細胞檢測應用的兩步壓印方法，步驟如下：

第1、在基底表面采用刻蝕法、生長法、電鍍法、光刻法或沉積法制備微米結構作為 模板，所制備的微米結構為倒金字塔、錐形或孔柱陣列；所述的基底材料為硅、鎳、銅或鋅等 硬質薄板；

第2、熱壓印工藝前，為使脫模簡單，在上述微米結構模板表面采用旋涂法、噴涂 法、浸潤法、蒸發法或濺射法制備疏水涂層，疏水涂層材料為本征靜態接觸角大于90度的任 意疏水材料，得到帶有疏水涂層的微米結構模板；

第3、基于上述第2步所述帶有疏水涂層的微米結構模板，進行熱塑性聚合物材料 的一次熱壓印工藝，壓印溫度略高于熱塑性聚合物材料的熔點，且在壓印過程中通過晶圓 鑷子手動施加壓力，并保持所施加壓力的均勻性，經過2min-6min的壓印時間，對模板和聚 合物材料迅速冷卻至室溫，然后進行脫模工藝，經歷一次熱壓印工藝的圖形復刻，得到表面 帶有微結構的聚合物材料。

第4、以上述第3步帶有微結構的聚合物材料為模板，進行生物活性材料的二次涂 覆壓印工藝。以旋涂、噴涂或浸潤方法在聚合物模板表面涂覆一層配置好的生物活性材料， 這種生物活性材料是用于實現生物單細胞檢測過程中的細菌或細胞培養基，經過2℃-8℃ 低溫環境冷藏8h-14h后，進行脫模工藝，聚合物材料的微米結構被復刻到生物活性材料薄 膜表面。