一种用于生物/化学反应体系的反应装置及其制备方法和应用制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于生物/化学反应体系的反应装置、制备方法和应用，特别是涉及一种可用于多种生物/化学反应体系的微阵列芯片及其表面处理和应用。所述反应装置基体的材料选自金属、陶瓷、石英或聚合物材料，使用等离子体对反应装置的表面进行活化或官能化，进而使用有机硅烷在反应装置的基体表面以及反应位点形成表面层，这些表面层具有相同或不同的亲水/疏水性质，以便将特定体积的反应体系引入到反应位点中，减少基体表面对反应体系样品的不必要的吸附，并避免交叉干扰，每个反应位点中的反应体系基本被局限于各自的反应位点中，独立进行生物或化学反应。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于生物/化学反应体系的反应装置及其制备方法和应用，特别是涉及一种可用于多种生物/化学反应体系的微阵列芯片及其表面处理和应用。
技术介绍
微阵列芯片可以通过在固相支持介质上构建密集排列的二维点阵，实现对大批量样品的高通量、原位分析，并可对生物/化学反应进行实时监测，在疾病监测、药物筛选、理论研究等领域都有着重要的应用价值。具体来讲，微阵列芯片可用于数字聚合酶链反应(dPCR)、药物小分子与蛋白等生物样品相互作用研究、单细胞分析等。理想的可用于上述研究的微阵列芯片需要具有以下特点：(1)高通量，可单次实现大批量样品的分析检测；(2)芯片表面及反应位点表面对样品无吸附，与样品之间不会发生化学反应等相互作用；(3)芯片中各个反应位点之间独立进行反应，各个反应之间不会产生交叉干扰等；(4)材料易得，制备方法简单，成本低廉等。但是，目前可用的微阵列芯片尚不能很好的满足以上要求。以dPCR为例，它是一种核酸绝对定量技术，通过将微量样品高倍稀释和分液，使每个反应单元含有不超过一个模板分子，再将所有样品进行PCR扩增，最后对结果以阳性或阴性直接计数统计分析。dPCR的出现，显著推动了生命科学研究的进度，使得人们可以快速、高通量检测病人样本中致病基因的许多变化，具有广阔的应用前景。同时，dPCR的推广应用对其所用芯片的高通量、抗吸附、低干扰、低成本的要求非常高，而现有的技术仍然有很大的改进空间。因此，发展新型的微阵列芯片，使其满足多种应用需求并且成本可控，对生命医学的发展等有着非常重要的意义。参考文献1：CN104334273A公开了一种用于生物反应系统的包被的基体，其通过气相沉积方法在基体以及反应位点上形成亲水/疏水性涂层，或者直接的通过浸渍的处理，将清洗后的基体分次浸入不同亲水/疏水性硅烷溶液中，从而赋予基体以及基体上的反应位点相同或不同的亲水性/疏水性。尽管其由于基体和反应位点存在不同的前进角的特性使得进入反应位点的试剂能够固定于反应位点的井或凹槽，避免相互交叉，串扰，但其生物反应芯片的整个制备过程相对复杂，尤其是使用气相沉积技术直接对基体以及反应位点进行涂层沉积的操作具有安全隐患，控制工艺复杂，成本也相对高昂，且在直接浸渍的处理方式中可能存在形成涂层前基体表面或者反应位点活化程度不够充分、均匀的担忧。此外，将清洗后的基体直接使用浸渍的方法分次在基体表面以及反应位点形成不同亲水性/疏水性涂层的方式，也存在基体表面以及反应位点的活化程度不足的担忧，使得后续浸渍形成涂层的结合性不强，且分次浸入含有不同亲水性/疏水性基体的溶液中，使得基体表面以及反应位点涂层材料相互干扰，对于基体和反应位点的接触角的精确控制难度加大。因此，探索一种高效、安全、低成本的生物反应微阵列芯片及其制备方法是十分必要的。发展新型的微阵列芯片，使其满足多种应用需求并且成本可控，也对生命医学的发展等有着非常重要的意义。
技术实现思路
专利技术要解决的问题本所要解决的技术问题为提供一种用于生物/化学反应体系的反应装置，尤其是一种微阵列芯片，该装置的基体以及反应位点表面具有亲水性/憎水性表面层，且这些表面层与基体以及反应位点的结合性得到改善，从而得到更加精确控制的亲/疏水性。本专利技术所要解决的另外的技术问题在于提供一种高效、安全、低成本的生物反应装置--尤其是生物反应微阵列芯片的制备方法。具体的，使用等离子体对形成有反应位点的生物反应装置或生物反应微阵列芯片的进行活性处理，该种活化方式中等离子体能够对金属、氧化物和大多数高分子材料形成的基体进行活化处理，其能够使得基体以及位于基体的反应位点充分的活化或官能化。用于解决问题的方案本专利技术用于解决以上技术问题的技术方案为：[1].一种用于生物/化学反应体系的反应装置，所述反应装置包括基体以及在基体上形成的反应位点，其特征在于，所述基体的材料选自金属、陶瓷、石英或聚合物材料，在所述基体表面以及反应位点表面形成有表面层，所述基体表面的表面层具有接触角为α，所述反应位点的表面层具有接触角为β，所述基体表面以及反应位点表面在形成表面层前经过等离子体进行表面处理，所述反应位点的表面层具有亲或疏水性。[2].根据[1]所述的反应装置，其特征在于，所述等离子体进行表面处理中使用氧等离子体。[3].根据[1]或[2]所述的反应装置，其特征在于，所述基体表面的表面层的接触角α大于或等于反应位点的表面层的接触角β，优选基体表面的表面层的接触角α与所述反应位点的表面层的接触角β的差值大于等于0°，小于等于65°。[4].根据[1]-[3]任一项所述的反应装置，其特征在于，所述基体表面的表面层的接触角α范围为75°≤α≤125°，优选为80°≤α≤110°，更优选为85°≤α≤100°。[5].根据[1]-[4]任一项所述的反应装置，其特征在于，所述反应位点形状为圆形、椭圆形、多边形或它们的组合，和/或在每个反应位点所加载的液体样品体积为100纳升以下。[6].根据[5]所述的反应装置，其特征在于，所述反应位点以通孔、或通孔与凹槽混合的形式存在于所述基体。[7].根据[1]-[6]任一项所述的反应装置，其特征在于，所述反应位点在加载液体样品时，占反应位点总数的90-100％的反应位点被加载。[8].根据[1]-[7]任一项所述的反应装置，其特征在于，所述生物/化学反应为扩增反应或小分子与蛋白相互作用、分子与单细胞相互作用等。[9].一种用于生物/化学反应体系的反应装置的制备方法，其特征在于，所述方法包括：a)准备基体的步骤，所述基体的材料选自金属、陶瓷、石英或聚合物材料，所述基体上形成有反应位点；b)使用等离子体对基体以及反应位点进行表面处理的步骤；c)在基体表面、反应位点形成表面层的步骤；所述基体表面的表面层具有接触角为α，所述反应位点的表面层具有接触角为β，所述反应位点的表面层具有亲或疏水性。[10].根据[9]所述的反应装置的制备方法，其特征在于，所述方法包括：所述a)步骤包括清洗所述基体的步骤。[11].根据[10]所述的反应装置的制备方法，其特征在于，所述清洗所述基体的步骤包括将形成反应位点后的基体用水、丙酮等超声清洗。[12].根据[9]-[11]任一项所述的反应装置的制备方法，其特征在于，所述b)步骤包括，使用氧等离子体对基体以及反应位点进行表面处理的步骤。[13].根据[9]-[12]任一项所述的反应装置的制备方法，其特征在于，所述c)步骤包括，在基体的表面以及反应位点的表面同时形成表面层的步骤C1)。[14].根据[13]所述的反应装置的制备方法，其特征在于，所述C1)步骤包括，将基板浸入溶液中10-60分钟，所述溶液包含硅烷化合物，以及它们的衍生物，优选包含三甲氧基硅烷类化合物，更优选为正丙基三甲氧基硅烷。[15].根据[14]所述的反应装置的制备方法，其特征在于，所述溶液的配制方法为：将盐酸水溶液和所述硅烷试剂混合搅拌30-40分钟，所述盐酸水溶液的pH值为4-6。[16].根据[9]-[12]任一项所述的反应装置的制备方法，其特征在于，所述c)步骤包括，分别在基体表面形成表面层的步骤以及在反应位点形成表面层的步骤，所述基体表面的表面层具有接触角为α，所述反应位点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生物/化学反应体系的反应装置，所述反应装置包括基体以及在基体上形成的反应位点，其特征在于，所述基体的材料选自金属、陶瓷、石英或聚合物材料，在所述基体表面以及反应位点表面形成表面层，所述基体表面的表面层具有接触角为α，所述反应位点的表面层具有接触角为β，所述基体表面以及反应位点表面在形成表面层前经过等离子体进行表面处理，所述反应位点的表面层具有亲或疏水性。

【技术特征摘要】
1.一种用于生物/化学反应体系的反应装置，所述反应装置包括基体以及在基体上形成的反应位点，其特征在于，所述基体的材料选自金属、陶瓷、石英或聚合物材料，在所述基体表面以及反应位点表面形成表面层，所述基体表面的表面层具有接触角为α，所述反应位点的表面层具有接触角为β，所述基体表面以及反应位点表面在形成表面层前经过等离子体进行表面处理，所述反应位点的表面层具有亲或疏水性。2.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述等离子体进行表面处理中使用氧等离子体。3.根据权利要求1或2所述的反应装置，其特征在于，所述基体表面的表面层的接触角α大于或等于反应位点的表面层的接触角β，优选基体表面的表面层的接触角α与所述反应位点的表面层的接触角β的差值大于等于0°，小于等于65°。4.根据权利要求1-3任一项所述的反应装置，其特征在于，所述基体表面的表面层的接触角α范围为75°≤α≤125°，优选为80°≤α≤110°，更优选为85°≤α≤100°。5.根据权利要求1-4任一项所述的反应装置，其特征在于，所述反应位点形状为圆形、椭圆形、多边形或它们的组合，和/或在每个反应位点所加载的液体样品体积为100纳升以下。6.根据权利要求5所述的反应装置，其特征在于，所述反应位点以通孔、凹槽或通孔与凹槽混合的形式存在于所述基体。7.根据权利要求1-6任一项所述的反应装置，其特征在于，所述反应位点在加载液体样品时，占反应位点总数的90-100％的反应位点被加载。8.根据权利要求1-7任一项所述的反应装置，其特征在于，所述生物/化学反应为扩增反应或小分子与蛋白相互作用、分子与单细胞相互作用。9.一种用于生物/化学反应体系的反应装置的制备方法，其特征在于，所述方法包括：a)准备基体的步骤，所述基体的材料选自金属、陶瓷、石英或聚合物材料，所述基体上形成有反应位点；b)使用等离子体对基体以及反应位点进行表面处理的步骤；c)在基体表面、反应位点形成表面层的步骤；所述基体表面的表面层具有接触角为α，所述反应位点...

【专利技术属性】
技术研发人员：米继东，
申请(专利权)人：北京领宇科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11