一种具有三维微纳米结构表面的载体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种具有三维微纳米结构表面的载体及其制备方法和应用，包括基底和与其连接的高分子三维微纳米结构表面层，所述高分子三维微纳米结构表面层的微纳米结构的尺度为100nm~100μm，所述高分子三维微纳米结构表面层的厚度为10nm~1μm，所述高分子三维微纳米结构表面层通过包括以下步骤的方法制得：先在基底上进行微纳米加工形成具有微纳米结构的引发剂层，然后添加可聚合单体混合液形成高分子三维微纳米结构表面层；或先在基底上形成引发剂层，然后添加可聚合单体混合液，并在高分子膜层形成的过程中进行微纳米加工；或先在基底上形成高分子膜层，然后对高分子膜层进行微纳米加工。

【技术实现步骤摘要】
一种具有三维微纳米结构表面的载体及其制备方法和应用
本专利技术属于生物芯片领域。具体而言，本专利技术涉及一种载体及其制备方法和应用，尤其涉及一种具有三维微纳米结构表面的载体及其制备方法和应用。
技术介绍
生物芯片一般指将生物样品高密度的固定在基底表面而得到的微阵列芯片，包括蛋白质阵列、DNA阵列、细胞与组织阵列、微流控芯片以及其他集成了生物相关功能的芯片。生物芯片具有高通量分析、低样品消耗、分析时间短和易于集成等诸多优点。随着近年来的不断发展，生物芯片技术在基因组学研究、蛋白质组学研究、药物筛选、疾病检测和个性化医疗等领域正发挥着越来越大的作用。生物芯片由于需要将蛋白质、多肽、核酸等生物分子及细胞、组织等生物样品固定在芯片表面，因此通常在生物芯片的基底上进行一定的表面化学修饰。合理的化学修饰可以使生物样品固定的更为高效、稳定。为了进一步增强生物芯片对生物样品的固定能力，提高检测的信号强度，人们进行了大量表面化学方面的研究。其中，在生物芯片基底上构建一层具有三维结构的富含各种活性基团的高分子薄膜便是其中非常重要的一个研究方向。这类修饰方式所制备的表面通常被称作三维表面。三维表面大大提高了生物样品在三维空间的结合位点数量，具有三维表面的生物芯片对生物样品的固定量可以达到普通芯片的数十甚至数百倍。然而，人们在进行检测时却发现，虽然利用三维表面可以得到非常大的固定信号，但是检测时的结合信号却并没有明显的提高，甚至更低。这说明，通过单纯的化学方法得到的三维表面无法同时为生物样品的固定和检测提供充足的空间。为此，人们提出了在三维表面上进行微纳米结构加工的解决方法。表面微纳米结构加工是指，在生物芯片基底上进行表面化学修饰时，利用刻蚀、印刷等多种技术手段，构建出具有特定尺寸和形状微纳米结构的化学表面。通过控制这些结构的具体尺寸和形状，可以为固定物和检测物提供充足的固定和结合空间，在保证固定量的同时，大大提高检测信号的强度，从而充分发挥三维表面的作用。虽然目前人们已经提出许多表面微纳米结构加工的方法，但这些方法都存在着一些问题。有的无法严格控制所获得结构的尺寸或形状，有的制备过程非常复杂繁琐，有的则需要特别定制的加工设备，而且这些方法在应用过程中都具有很大的局限性，适用范围小，不能较好的与三维表面的制备过程相兼容。这些问题大大限制了已有表面微纳米结构加工方法的可行性和实用性，影响了表面微纳米加工技术在三维表面上的使用效果。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是针对现有技术无法严格控制所获得芯片的结构，以及适用范围小，不能较好的与三维表面的制备过程相兼容，检测能力低等缺点，提供一种具有三维微纳米结构表面的载体及其制备方法和应用，从而能够得到微纳米结构和高分子膜密度厚度等参数均十分易于控制的三维表面，并且该载体制备出的生物芯片对生物样品的检测能力有极大的提高。除非特别指明，本专利技术中的“基底”，包括一切可以用于制备生物芯片支持物的物质，例如玻璃、硅片、石英、聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯等等。除非特别指明，本专利技术中的“引发剂”，是指具有引发高分子进行聚合，或是可以促进高分子聚合反应进行的物质，同时引发剂还应当具有可以固定到上述基底上的基团，例如巯基末端的硫醇可固定在金膜表面，硅烷可固定在玻璃、硅片或聚二甲基硅氧烷的表面等等。除非特别指明，本专利技术中的“可聚合单体”，是指可以通过聚合反应形成高分子聚合物的单体化合物，例如丙烯酸酯类、苯乙烯类和丙烯酰胺等。除非特别指明，本专利技术中的“催化剂及其他物质”，是指引发、维持和终止高分子聚合反应进行的物质。针对上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：一方面，本专利技术提供一种具有三维微纳米结构表面的载体，包括基底1和与其连接的高分子三维微纳米结构表面层2，所述高分子三维微纳米结构表面层的微纳米结构的尺度为100nm~100μm，所述高分子三维微纳米结构表面层的厚度为10nm~1μm，所述高分子三维微纳米结构表面层通过包括以下步骤的方法制得：先在基底上进行微纳米加工形成具有微纳米结构的引发剂层21，然后添加可聚合单体混合液形成高分子三维微纳米结构表面层；或先在基底上形成引发剂层21，然后添加可聚合单体混合液，并在高分子膜层形成的过程中进行微纳米加工；或先在基底上形成高分子膜层22，然后对高分子膜层进行微纳米加工。优选地，所述微纳米加工的方法选自微接触印刷、光刻、紫外刻蚀和等离子刻蚀中的一种或多种。优选地，所述基底由选自玻璃、硅片、石英、聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种材料制成。优选地，所述引发剂选自卤代化合物，该卤代化合物中含有可与基底键合的基团。更优选地，所述卤代化合物为硫醇化合物和/或卤代硅烷化合物；还优选地，所述硫醇化合物包括氯代烷烃硫醇化合物、溴代烷烃硫醇化合物和碘代烷烃硫醇化合物。优选地，所述硫醇化合物的结构式如下述式Ⅰ所示：HS-(CH2)6-COO-CH2-M（式Ⅰ），其中M为Cl、Br或I。进一步优选地，所述硅烷化合物为氯代烷烃硅烷化合物、溴代烷烃硅烷化合物和碘代烷烃硅烷化合物。还优选地，所述硫醇化合物的结构式如下述式Ⅱ所示：H3Si-(CH2)6-COO-CH2-M（式Ⅱ），其中M为Cl、Br或I。还优选地，当所述引发剂为硫醇化合物时，所述基底上还镀有金属膜、金属氧化物薄膜或颗粒层。进一步优选地，所述金属膜选自金膜、银膜和三氧化二铝膜一种或多种。更优选地，所述金膜除上层的金膜外，还包括下层的铬膜。优选地，所述可聚合单体混合液中含有可聚合单体、催化剂和有机还原剂。还优选地，所述可聚合单体混合液含有以摩尔数计的有机还原剂10~50份，催化剂10~50份和可聚合单体2~100份。更优选地，所述可聚合单体选自丙烯酸酯、苯乙烯和丙烯酰胺中的一种或多种，进一步优选地，所述丙烯酸酯选自甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酸N,N-二甲基乙酯中的一种或多种。优选地，所述催化剂为过渡金属盐。还优选地，所述过渡金属盐为铁盐或铜盐。更优选地，所述铁盐为FeCl3，或所述铜盐为CuCl2。优选地，所述有机还原剂选自单糖、苯酚及其衍生物、辛酸亚锡和抗坏血酸中的一种或多种。还优选地，所述单糖选自葡萄糖、果糖和甘露糖中的一种或多种。另一方面，本专利技术提供一种生物芯片，包括本专利技术所述的具有三维微纳米结构表面的载体和处于所述载体上的生物样品。还一方面，本专利技术提供一种具有三维微纳米结构表面的载体的制备方法，包括以下步骤：配制引发剂溶液，然后在基底上形成高分子微纳米结构表面层，所述高分子三维微纳米结构表面层通过包括以下步骤的方法制得：先在基底上进行微纳米加工形成具有微纳米结构的引发剂层，然后添加可聚合单体混合液形成具有三维微纳米结构的高分子膜层；或先在基底上形成引发剂层，然后添加可聚合单体混合液，并在高分子膜层形成的过程中进行微纳米加工；或先在基底上形成高分子膜层，然后对高分子膜层进行微纳米加工；优选地，所述高分子膜层形成的时间为2-20h，还优选地，所述高分子膜层形成的时间为6-12h优选于无氧条件下生长高分子膜。更优选地，所述引发剂溶液的浓度为0.1~100mM。优选地，所述高分子三维微纳米结构表面层通过包括以下步骤的方法制得：1）将预制好的设有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有三维微纳米结构表面的载体，包括基底和与其连接的高分子三维微纳米结构表面层，所述高分子三维微纳米结构表面层的微纳米结构的尺度为100nm~100μm，所述高分子三维微纳米结构表面层的厚度为10nm~1μm，所述高分子三维微纳米结构表面层通过包括以下步骤的方法制得：先在基底上进行微纳米加工形成具有微纳米结构的引发剂层，然后添加可聚合单体混合液形成高分子三维微纳米结构表面层；或先在基底上形成引发剂层，然后添加可聚合单体混合液，并在高分子膜层形成的过程中进行微纳米加工；或先在基底上形成高分子膜层，然后对高分子膜层进行微纳米加工。

【技术特征摘要】
1.一种具有三维微纳米结构表面的载体的制备方法，包括以下步骤：配制引发剂溶液，然后在基底上形成高分子微纳米结构表面层，其中所述高分子三维微纳米结构表面层通过包括以下步骤的方法制得：1)将基底浸泡于引发剂溶液中，在基底上生成引发剂层，取出；2)将催化剂溶液加入有机还原剂溶液中，然后再加入可聚合单体溶液，制得可聚合单体混合液；3)将预制好的具有微纳米管道的微流控芯片贴在步骤1)制得的、上面形成有引发剂层的基底上；所述微流控芯片上设有至少一个微纳米管道，所述微流控芯片上还设有与微纳米管道两端相连的出样口和进样口；4)将步骤2)制得的可聚合单体混合液加入步骤3)制得的基底的所述微流控芯片的微纳米管道中，生长高分子膜层后；再将水或乙醇通入步骤3)制得的基底的所述微流控芯片的微纳米管道中10～60min，清洗残留可聚合单体混合液；5)从步骤4)制得的基底上取下所述微流控芯片，制得具有三维微纳米结构表面的载体，再将所述载体清洗干净，吹干后，即得。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高分子三维微纳米结构表面层的微纳米结构的尺度为100nm～100μm，所述高分子三维微纳米结构表面层的厚度为10nm～1μm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基底由选自玻璃、硅片、石英、聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种材料制成。4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂为卤代化合物，并含有可与基底键合的基团。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述卤代化合物选自硫醇化合物和硅烷化合物。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述硫醇化合物包括氯代烷烃硫醇化合物、溴代烷烃硫醇化合物和碘代烷烃硫醇化合物。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述硫醇化合物的结构式如下述式Ⅰ所示：式Ⅰ：HS-(CH2)6-COO-CH2-M，其中M为Cl、Br或I。8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述硅烷化合物包括氯代烷烃硅烷化合物、溴代烷烃硅烷化合物和碘代烷烃硅烷化合物。9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述硅烷化合物的结构式如下述式Ⅱ所示：式Ⅱ：H3Si-(CH2)6-COO-CH2-M，其中M为Cl、Br或I。10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，当所述引发剂为硫醇化合物时，所述基...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱劲松，李少鹏，宋炉胜，周文菲，郭碧红，王艳梅，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11