[发明专利]一种基于蜂窝状多孔膜的生物分子微阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物技术、材料化学、纳米科学等多个领域，具体涉及一种基于蜂窝状多孔膜的生物分子微阵列的制备方法。

背景技术

生物分子的图案化微阵列是由生命科学、材料科学、化学及纳米科学等多个领域交叉发展而形成的一个新的研究方向。在微纳尺度上构筑图案化的生物分子微阵列，对于生物芯片、微反应器、化学和生物传感器等生物科学技术的发展具有十分重要的意义。

生物分子微阵列的构筑依赖于图案化基底的制备及微区的表面功能化。目前用于生物分子微阵列的制备方法主要包括光刻蚀技术、微接触印刷及蘸笔纳米平板印刷技术。

光刻蚀技术是利用高能量光束结合光掩膜来处理基底表面，以部分改变基底表面性质，获得表面图案的技术。利用光刻蚀技术制备生物分子微图案受到光掩膜特征尺寸和所用光波长的限制，当光掩膜的特征尺寸与所用光波长相近时，很容易发生光的衍射，这就限制了光刻蚀技术在微图案制备中的应用。

微接触印刷技术利用高分子材料制作的印章，将待固定的生物分子作为“墨水”转移到处理好的基底表面形成图案。微接触印刷技术虽然可以实现一次性在较大面积上转移生物分子，但受到所用印章性质和尺寸的限制，其尺寸精度和可重复性不理想。

蘸笔纳米平板印刷技术是通过功能分子覆盖的扫描探针针尖直接沉积分子到目标基底表面来得到纳米尺度的微阵列图案。这些方法一般需要较昂贵复杂的仪器设备，特殊的掩膜或印章材料，同时主要用于特定的生物分子，并且局限于二维平面的图案化。

生物分子在图案化表面的固定主要通过物理吸附、共价键合和特异性识别等作用。物理吸附容易洗脱，定向性和可控性差。共价键合是利用材料表面活性基团和生物分子带有的活性基团之间的反应，实现生物分子在表面的固定。特异性识别虽然可以实现特定生物分子的识别并保持其活性，但这种方式仍然需要通过共价键合预先固定主体分子，操作过程比较复杂。

因此，易于生物分子进行共价键合的表面功能化方法对生物分子的固定至关重要。聚多巴胺仿生修饰是一种非常简单易行的表面功能化方法，可以对几乎任何有机和无机材料表面进行功能化。在表面形成的聚多巴胺修饰层具有儿茶酚的反应特性，可以通过Michael加成或希夫碱反应与含有巯基或氨基的生物分子反应，将生物分子固定在基底表面上。本发明利用聚多巴胺仿生修饰对图案化的基底进行功能化，实现生物分子的定向固定。

蜂窝状有序多孔膜具有孔径分布均一可调、孔排列高度有序等特点，在细胞培养、组织工程材料、生物传感器等领域有良好的应用前景。

在众多制备蜂窝状结构的方法中，水滴模板法由于方法简单、成本低、所得多孔结构质量较高等一系列优点，成为制备蜂窝状结构的一种非常重要的自组装方法。由于所用的成膜材料以聚合物及其复合物为主，形成的多孔薄膜疏水性较强，表面活性基团少，功能化困难，限制了其在生物技术等领域的应用。

对于玻璃化温度较低或弹性模量较高的聚合物体系，可以在非平面基底上形成连续均一的多孔薄膜，而对于玻璃化温度较高或弹性模量较低的聚合物体系，在非平面基底上形成的多孔薄膜容易发生断裂。

本发明所使用的聚合物聚苯乙烯具有较高的玻璃化温度及较低的弹性模量，而金纳米颗粒的加入使其玻璃化温度进一步提高，因此在非平面基底上制备蜂窝状多孔膜时，容易在模板边缘处发生断裂。

正是复合物薄膜弹性模量的降低，在将作为模板的载网与基底分离时，薄膜发生断裂，位于载网孔内的多孔薄膜与位于载网上的薄膜分离，留在基底上的多孔薄膜形成了与载网网孔分布一致的微阵列。利用聚多巴胺仿生修饰对蜂窝状多孔薄膜进行功能化，可以实现生物分子在薄膜表面及孔内的定向固定，得到生物分子的微阵列。

经对现有技术文献的检索发现，CN1661114A公开了一种将生物分子高密度固定到表面具有活化羧基的固体基质上的方法及用该方法制备的微阵列。CN1821424A公开了一种将生物分子非共价地固定到固体基质上的方法。CN1405326A公开了一种生物分子微阵列的制备方法及定点装置。CN1265049A公开了一种基于聚乙烯亚胺的生物分子阵列。以上技术文献均未涉及蜂窝状多孔膜及聚多巴胺仿生修饰。

CN102912343A公开了一种在金片表面制备生物分子图案的方法，该方法利用贯通型聚合物蜂窝状有序多孔膜作为掩膜，利用巯基与基底的作用在金片表面形成图案化的单分子层，而本发明是利用模板将蜂窝状有序多孔膜图案化，并利用聚多巴胺仿生修饰制备生物分子的微阵列。

发明内容