[发明专利]基于球-刷双层纳米结构基底微阵列芯片的制备方法

说明书

在本发明提供的一种基于球‑刷双层纳米结构基底微阵列芯片的制备方法，基于球‑刷双层纳米结构基底的微阵列芯片的制备方法具有通用性，方法简便，设备需求少，适宜进行大批量生产；且本发明提供的基于球‑刷双层纳米结构基底的微阵列芯片可以实现对核苷酸与核苷酸、糖与蛋白、蛋白与蛋白之间的相互作用的分析检测，具有简便、样品消耗少、灵敏度高等优点。实验结果表明：利用本方法制备的糖微阵列芯片对生物素修饰蓖麻凝集素‑120和生物素修饰伴刀豆球蛋白凝集素的检测限为1ng/mL，DNA微阵列芯片对靶标DNA的检测限为0.1nmol/L，糖蛋白微阵列芯片对生物素修饰蓖麻凝集素‑120的检测限为0.3ng/mL，抗体微阵列芯片对CY5修饰兔抗人抗体的检测限为10pg/mL。

技术领域

本发明设计生物医疗领域，尤其涉及一种基于球-刷双层纳米结构基底微阵列芯片的制备方法。

背景技术

微阵列芯片是目前基因组学、蛋白质组学和糖组学研究的重要工具，主要通过机械手臂点样技术或微电子光刻技术在平方厘米量级的固相载体表面构建成千上万个不同探针分子点阵，以实现对核酸、蛋白、糖类以及其他生物组分准确、快速和大信息量的检测，具有高通量、自动化、样品消耗量小等优点(Nucleic Acids Res.,2014,43,D82–D86；Nat.Struct.Mol.Biol.,2015,22(8),603–610；Nat.Protoc.,2015,10(5),756–767)。

目前，生物芯片主要以氨基、醛基、环氧基或聚赖氨酸修饰的平板玻片为载体，但二维(2D)平板基底限制了探针的固定量，在分析检测应用中具有较差的检测灵敏度。与二维基底相比，三维基底能够有效地提高探针的固定量和固定分子的空间分布，有效增强表面固定分子与特异性识别分子的键合力(Lab on a Chip,2014,14(14),2505–2514；Biotechnol.Bioeng.,2004,87(1),99–103.)。

硅球是一类尺寸可控、单分散性好、表面形貌相似、易合成易修饰的材料，通过简单的自组装方法能够提供均匀、表面积大的球状纳米结构表面(Anal.Chem.2011,83,6800–6809；Acs Nano 2013,7(11),9997–10010)。聚甲基丙烯酸缩水甘油酯聚合物刷是一类灵活的柔性材料，并带有大量的环氧基团，在温和的实验条件下能够与氨基基团发生自发反应，实现各类生物分子的直接固定(ACS Appl.Mater.Interfaces 2016,8,9552–9556；ACSAppl.Mater.Interfaces 2017,9,8985-8995)。然而，目前对于在硅球表面修饰聚甲基丙烯酸缩水甘油酯聚合物刷还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于球-刷双层纳米结构基底微阵列芯片的制备方法，通过表面引发原子转移自由基聚合法在硅球表面生长浓密的聚甲基丙烯酸缩水甘油酯聚合物刷，能够提供一种具有三维结构的球-刷双层纳米结构基底，有效提高探针分子的固定量和识别靶标分子的易接近性，从而有效增强特异性识别分子在基底表面的反应能力。鉴于这种基底的优良性质，球-刷双层纳米结构基底能够为基于分子相互作用的高通量分析方法提供一个高效的检测平台。

为实现上述目的，本发明提出了一种基于上述球-刷双层纳米结构基底微阵列芯片的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：采用硅球自组装方法制备硅球基底；

步骤2：对步骤1中获得的硅球基底依次进行氨基化修饰和引发剂修饰；

步骤3：利用表面引发原子转移自由基聚合法，在经氨基化修饰和引发剂修饰的硅球基底表面修饰聚合物刷；

步骤4：在聚合物刷修饰的硅球基底上固定生物大分子捕获探针，形成微阵列芯片。

进一步的，在所述基于球-刷双层纳米结构基底微阵列芯片的制备方法中，硅球基底的制备包括以下步骤：