[发明专利]一种三维生物表面及其制备方法和一种三维生物芯片及其用途

说明书

技术领域

本发明属于生物芯片领域，尤其涉及一种三维生物表面及其制备方法和一种三维生物芯片及其用途。

背景技术

在生物分析领域，利用仪器分析(比如表面等离子基元共振，石英晶体微天平，酶联免疫吸附法等)研究生物大分子与靶标蛋白间的相互作用，需要将生物大分子(指抗原，蛋白等)固定到不同材质的基底上(比如纳米金膜、载玻片、硅片、磁珠、琼脂糖小球等)，制备成生物芯片进行生化检测。但是生物大分子的直接固定会使其发生变性，进而造成失活。通常情况下，都是利用1个链霉亲和素分子可与4个生物素分子(biotin)特异性结合的性能，先将生物大分子生物素化，然后通过链霉亲和素-生物素的相互作用，将生物大分子特异性地固定在SA基底上。得益于链霉亲和素在多种基底(磁珠、纳米金膜、琼脂糖小球，聚苯乙烯酶标板等)上所具有的优良吸附能力，通过这种表面，生物大分子能够被普适地间接固定在各种基底上。

近十年来，链霉亲和素包被的各种基底(比如链霉亲和素包被的纳米金膜、载玻片、硅片、磁珠、琼脂糖小球等)均已发展得十分商业化，制备操作简单，便捷，并且具有广泛的应用前景。比如，链霉亲和素包被的磁珠可用于捕获生物素标记的底物，包括生物素标记的抗原、抗体和核酸，从而进行靶标垂钓。再比如，将链霉亲和素直接或间接包被在酶标板上，并通过生物素将抗体固定在上面，可克服传统物理吸附方法造成的抗原抗体结合能力大量丧失的不足。然而，在目前商业化的SA包被基底中，有两个共同的缺陷。

首先，由于生物大分子在基底上的固定量越高，生物大分子间的相互作用就越容易被检测到。因此，如何提高生物大分子在SA基底上的固定量，并且不影响底物与靶标蛋白结合的生化活性，一直是在SA基底上固定这项技术最具有挑战性的难题。传统的固定方法就是将生物素化的生物大分子，通过链霉亲和素-生物素相互作用，直接固定在链霉亲和素包被的二维基底上。这种方法步骤简单，但所固定的生物大分子量十分少，与靶标蛋白的结合信号噪音大，灵敏度低。

2010年，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的马宏伟等报道了通过混合表面自组装单分子层(SAM)引发的原子转移自由基聚合(ATPR)反应来构建低密度三维生物芯片(Ma H,He J,Liu X,Gan J,Jin G,Zhou J.Surface initiated polymerization from substrates of low initiator density and its applications in biosensors.ACS applied materials&interfaces.2010；2：3223-30.)。在此工作中，他们在金表面首先固定两种末端巯基的混合SAM，然后利用其中一种SAM来引发高分子的聚合，另一种SAM来调控高分子密度，从而构建了一种密度可控的三维聚乙二醇高分子刷状表面。该表面可以通过支链末端功能化，来固定生物大分子。这项技术的优点在于，首先，功能化的三维刷状表面的结合位点要远远大于传统二维表面，因此对生物大分子的固定量要优于传统二维表面；同时，通过调节两种自组装单分子的比例，可以调控不同刷状高分子主链间的距离，进而控制所固定的生物大分子之间的距离，为靶标蛋白靠近生物大分子预留足够的空间；最后，聚乙二醇具有优良的抗非特异性吸附能力，可以降低检测背景的噪音信号。但是，该技术的缺点在于只能在金片上制备生物芯片，无法适用于链霉亲和素包被的基底。这是由于该技术所用的混合SAM末端含有巯基，只能与Au等贵金属发生配位反应进行固定。

除了固定量低之外，目前商业化的SA包被基底还存在第二个缺陷：通常链霉亲和素包被的磁珠可用于固定生物素标记的生物大分子作为诱饵，然后利用生物大分子间的相互作用，去捕获靶标蛋白。但是在靶标垂钓领域，为了达到药物筛选的目的，有时需要将药物小分子固定在表面，来研究药物小分子与靶标蛋白的相互作用。由于目前商业化的链霉亲和素芯片只能用来固定生物素化的底物，而大多数药物小分子由于不具备生物素化的能力，不能被普适地固定在芯片上。因此，设计出一种可将药物小分子普适地固定在基底上的方法，是一项非常有价值的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于SA基底的、能增加生物大分子固定量的、具有优良抗非特异性吸附能力并且可以固定药物小分子的三维生物表面及其制备方法以及包括该三维生物表面的三维生物芯片及其用途。