在芯片基板上凝胶化制备的生物芯片制造技术

本发明专利技术提供了通过凝胶化制备的生物芯片、制备这种芯片的方法以及使用这种芯片的方法。本发明专利技术的生物芯片不同于生物材料共价结合在芯片基板表面上的现有生物芯片，其中生物材料存在与凝胶型斑点的孔中并且被凝胶型斑点包被，所述斑点集成并且固定在芯片基板上。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用溶胶-凝胶反应制备的生物芯片，制备这种芯片的方法和使用这种芯片的方法。
技术介绍
生物芯片是结合纳米技术(NT)、生物技术(BT)和信息技术(IT)的新技术的典型例子。生物芯片是一种通过结合了作为材料技术的NT、作为内容和材料技术应用领域的BT以及作为分析大量结果技术的IT而建立起来的技术。生物芯片通过各种生物材料在单位面积的固相支持物表面上高密度微阵列形成，并且根据附着在表面上的生物材料分为不同的芯片类型，例如DNA芯片、蛋白质芯片、细胞芯片、神经元芯片等。同时，生物芯片通过结合微流体技术而发展成为LOC(芯片实验室)。生物芯片包括生物材料固定化的技术、制备生物兼容的芯片表面的技术、生物材料微阵列的技术、在已制备的芯片上进行各种生物过程的技术、检测反应结果的技术以及修饰蛋白质和基因以制备固定用生物材料的技术。可使用本专利技术的蛋白质芯片是通过各种蛋白质在单位面积的固相支持物表面上密集微阵列而形成的。使用这种蛋白质芯片，可以用少量样品进行多种目的的实验，例如疾病诊断、高通量筛选(HTS)、酶活性检测等等。通过采用制备已经发展并广泛应用的DNA芯片相同的原理和技术因素来制备蛋白质芯片的尝试已存在。通常，多数广泛使用的DNA芯片通过在包被材料(coating meterial)预处理过的玻璃板上固定DNA来制备。根据类似于制备DNA芯片中所使用的方法，当蛋白质被固定到包被物质预处理过的玻璃板表面上以制备蛋白质芯片时，由于待固定目标蛋白质物理和化学性质的差异可能出现各种问题。早期的蛋白质芯片通过在表面预处理的玻璃板上固定蛋白质而制备，并进行简单的结合分析。蛋白质芯片的性能通过固定的蛋白质的活性来测定，其很难顺利进行(见MacBeath和Schreiber，Science(科学)2891760，2000)。这种问题是如上所述由于蛋白质固有的物理和化学性质的差异导致的蛋白质的变性、失活和降解引起的。为了解决这些问题，已经进行了对蛋白质性质的表面处理技术和用于固定蛋白质的材料的探索和研究，像从DNA中所区分的那些。这种探索和研究集中于在蛋白质芯片的表面上进行固定，同时保持蛋白质的活性，包括，例如，来自最近被PerkinElmer(珀金埃尔默)收购的Packard Bioscience(博克生物科技)的HydrogelTM(水凝胶TM)包被片(coated slide)、来自Prolinx的Versalinx芯片、PDC芯片、来自Zyomyx(吉欧米克斯)的生物芯片等。具体的说，水凝胶包被片是使用三维聚丙烯酰胺凝胶的技术，其中使用带有光学水平硅烷处理的表面的瑞士玻璃(Swiss glass)作为支持材料，并且在其上使用表面改性丙烯酰胺聚合物以改善蛋白质的结合力和结构稳定性。这里，蛋白质通过与聚丙烯酰胺凝胶的功能基团的共价键固定。同时，Prolinx的Versalinx芯片包含形成于TiO3表面结合生物素的聚(L-赖氨酸)-g-聚乙二醇的自组装单层，其中蛋白质被固定在自组装单层的表面，从而能够改善蛋白质的活性。这些方法在修饰表面上形成一个三维微结构和共价固定的蛋白质，以便保持斑点中蛋白质的活性。此外，使用其它方法，用显微加工制造微孔型芯片来生产溶液态芯片。其中，本专利技术所使用的溶胶-凝胶方法是一种通过显微加工制备微结构的技术，具体的说其已用于一些方法，这些方法包括通过温和方法形成结合网，和在无机材料上以并非共价结合的另一种方法代替化学方法，固定生物分子(见Gill I.和Ballesteros A，。生物分子，包括酶，被固定在用于制备生物催化剂或生物传感器的大规模溶胶-凝胶基质中(见Reetz等人。特别是由于它的透明光学性能，它被用在光学彩色显影的检测中(见Edminston等人。同时，已知当生物分子被固定在溶胶-凝胶基质上时，它们不仅化学稳定而且热稳定(见Dave等人。在生物传感器的情况下，溶胶-凝胶反应被用作通过在固体支持物上形成微结构的成型(patterning)方法，和简单的固定方法。这里，这种成型方法包括通过流体力学使用模具，使液体状态的溶胶成型，然后凝胶化，分离模具以形成图案。例如，称为毛细管微成型技术(micro-moduling in-capillaries，MIMIC)的技术用于中型二氧化硅(mesoscopic silica)成型(见Kim等人；Marzolin等人；Schuller等人)。该技术能够用于微流体工程的基础成型。然而，由于蛋白质的活性能够被例如pH的多种因素影响，当将蛋白质以溶胶状态加入到溶胶-凝胶过程中时，设定保持活性的条件很重要。因此，提出了通过使用如中性pH的各种温和条件预先混合蛋白质和溶胶的蛋白质成型技术(见Kim等人，但是在中性pH下存在溶胶-凝胶过程迅速进行到凝胶和由于添加剂可能发生破裂或凝胶变得不透明的问题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供通过使用溶胶-凝胶反应制备的生物芯片、这种芯片的制备方法和使用这种芯片的方法。迄今为止，不存在能够将含有例如蛋白质的生物材料的斑点状溶胶-凝胶基质粘附到芯片基板上的技术，因此不存在含有以斑点状集成的溶胶-凝胶基质的生物芯片。通过发展芯片基板表面处理技术，本专利技术第一次提供了一种在芯片基板上使用溶胶-凝胶反应制备的生物芯片。通过根据本专利技术的芯片基板表面处理技术，能够在芯片基板上以斑点状集成含有生物材料的溶胶化合物，能够在芯片基板上发生该溶胶混合物凝胶化的溶胶-凝胶反应，并且能够在芯片基板上固定溶胶-凝胶基质。本专利技术提供一种生物芯片，其中在芯片基板上结合并且固定化凝胶型斑点，同时生物材料包埋在该斑点的孔中并且被该斑点包被，这种芯片不同于生物材料共价固定在芯片基板的表面上的常规生物芯片。本专利技术提供了一种制备生物芯片的方法，包括(1)在经表面处理的芯片基板上集成斑点状溶胶状态的含有生物材料的溶胶混合物；和(2)使芯片基板上斑点形状的溶胶混合物凝胶化。在溶胶混合物的凝胶化过程中，形成三维网状结构，结果产生了孔。生物材料包埋在该孔中。因此，能够制备含有包被在孔中的生物材料的以凝胶状态集成在芯片基板上的生物芯片。同时，本专利技术提供了一种生物芯片上的生物材料和目标物质之间结合的检测方法，包括(1)将含有待检测目标物质的样品，无论其是否结合，用于生物芯片的生物材料上，所述生物材料通过溶胶-凝胶反应固定在芯片基板上；和(2)检测具体连接到生物材料上的目标物质。根据本专利技术的生物芯片是一种新概念的生物芯片，其中每一个集成在芯片基板上的斑点形成具有包被在孔中的生物材料的载体，以使生物材料取向自由而非共价结合(见图8)。同时，根据本专利技术通过在固定用芯片基板上通过硅酸盐的溶胶-凝胶反应制备生物芯片的方法，是一种制备生物芯片的新概念方法。由于根据本专利技术的生物芯片是通过含有生物材料的溶胶混合物在芯片基板上凝胶化而形成的，该生物材料与凝胶基质并非共价结合，而是装在该凝胶基质中形成的孔中，并且包被在凝胶基质形成的斑点中，由此这种生物芯片提高了反应性。因此，在本专利技术应用于蛋白质芯片的情况下，斑点中能够含有大量蛋白质，同时保持其三维结构，因此可以制备灵敏性提高的芯片。同时，由于许多蛋白质能够通过硅酸盐(作为溶胶-凝胶反应基本组分)结构的生物相容添加剂而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物芯片，其特征在于凝胶型斑点集成并且固定化在芯片基板上，同时生物材料包埋在其中的孔中并且被斑点所包被。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：金邵妍，金均英，河廷珉，朴惠祥，蒋才英，金永得，金泌锡，
申请(专利权)人：株式会社LG生命科学，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]