[发明专利]一种微阵列生物芯片及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物芯片技术领域，尤其涉及一种微阵列生物芯片及其制备方法和应用。

背景技术

研究小分子药物与蛋白靶标的相互作用，对基础科学研究和药物开发具有重要意义。但在实际应用中，存在一种药物针对多靶标相互作用的情况，如对药物杂泛性和副作用的研究、先导化合物的优化以及旧药新用等。因此，开发一种高效的小分子-靶标相互作用检测方法将对靶标活性评价及药物筛选等具有推动作用。

在分子生物学层面，药物开发往往需要对先导化合物/药物与蛋白靶标之间的相互作用信息(如动力学和亲和力)进行采集和评价。近年来，表面等离子共振生物传感器(surface plasmon resonance，SPR)以免标记、高灵敏和实时监测等优势，迅速发展成为研究小分子与蛋白靶标相互作用动力学和亲和力的重要工具。目前，SPR检测技术主要为基于角度检测的方法(以BIAcore系列产品为主)，该方法将蛋白固定在芯片表面，流通小分子药物，对光学信号进行实时监测。然而，随着检测样品的多样性以其相互作用网络的复杂性，要求检测手段具有高通量和高效率的特征，这种传统的“一对一”的检测方法已经无法满足应用需求。

表面等离子共振成像技术(SPR imaging，SPRi)的出现很好地解决了以上的通量问题。SPRi技术采用微阵列格式和平行光检测，可以一次性地获得芯片表面在检测区域内的相互作用信息，具有“一对多”甚至“多对多”的高通量检测优势。利用SPRi技术，研究者们开发出了高通量检测蛋白-蛋白、多肽-多肽以及DNA-DNA相互作用的方法。然而，对于小分子在蛋白阵列上的检测，依旧存在着挑战：①由于当前基于强度检测的SPRi技术的灵敏度低于角度检测技术，加之小分子检测时，由于其分子量低产生信号响应本身很小，使得高通量SPRi仪器的检测能力较低；②SPRi的数据质量与采集面积有关，通量越高会导致样品点面积减小，噪音增加，使得检出困难；③当前SPRi芯片表面多采用硫醇修饰，蛋白固定量较低，使得与之相互作用的小分子药物也较少，信号自然很难检出。

针对以上问题，研究者们主要针对仪器改良和芯片化学修饰两个方面增强SPRi的检测灵敏度，以获得在蛋白微阵列上检测小分子的能力。例如，N.J.Tao等利用SPRi和电化学阻抗结合，提高了SPRi的检测灵敏度，成功在P38激酶阵列上检测到SB203580小分子的结合，并获得了动力学和亲和力常数(Anal.Chem.2014,86,9860-9865)；但该方法只是适用于该团队开发的仪器，在SPRi主流仪器上没有通用性。另外，在芯片化学修饰方面，Y.M.Wang等人在SPRi芯片表面构建了三维的聚丙烯酸(PAA)高分子刷，并采用微接触印刷调控高分子间的空间距离，获得较高的蛋白固定量(AppliedSurfaceScience266(201)313-318)；H.W.Ma等利用表面引发聚合的方法在SPR芯片表面构建了三维高分子表面，并获得优化的抗原-抗体检测信号(Chem.Commun.,2011，47，1190-1192)。但是，以上针对芯片化学修饰的方法均未在蛋白阵列上成功检测小分子药物。因此，开发出在SPRi仪器上高通量检测小分子-蛋白相互作用的方法具有极其重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于表面等离子共振系统的微阵列生物芯片及其制备方法、利用其制备的蛋白微阵列以及利用所述蛋白微阵列进行检测的方法和在小分子药物检测方面的应用。

为达到以上目的，本发明采用如下技术路线：

第一方面，本发明提供一种微阵列生物芯片，包括玻璃芯片基底和修饰层，所述修饰层包括依次叠加在所述玻璃芯片基底表面的铬层、银和/或金层、自组装单分子层、光交联剂和高分子层。

表面等离子共振成像技术是利用光波与金属(金和/或银)中自由电子波产生的共振，通过检测共振信号来确定金属表面生物分子相互作用情况(结合或解离)，因此金和/或银在表面是必要条件。在玻璃芯片基底与金和/或银之间镀一层铬是由于金和/或银与玻璃芯片基底的粘附性不好，铬起到粘附缓冲层作用。

另外，芯片的修饰方法大致可以分为两类：物理层(玻璃-铬-金和/或银)，主要作用是激发表面等离子激元共振；化学层(自组装单分子层-光交联剂-高分子)，其主要用于生物分子的固定和对金属基底的保护。其中，物理层为SPRi传感芯片的常规技术手段；而化学层是本发明的重点，经过本发明的方法修饰的芯片，可以有效提高生物分子在生物芯片表面的固定量，使原来很难检测到的小分子药物能够检测出来。