生物芯片及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种简便、有效且节省成本的生物芯片及其制造方法，其中该生物芯片包含一有机聚合物基质，该基质具有一由该有机聚合物所直接组成的裸表面、以及多个固着于该基质上之生物分子，其中，所述的生物分子是稳定键结（以共价键结或离子键结方式）而直接固着于该基质的裸表面上的，藉此这些生物分子得以稳定且直接地固着于该基质上，并得以进行各种生化反应。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，更具体而言，涉及一种直接将生物分子以稳定键结方式直接固着在有机聚合物基质之裸表面上的，这种生物芯片是用来进行各种生化反应，特别是生化检测反应的。近年来生物科技产业中将所需的检测试剂固着于基质上的产品愈来愈多，尤其是在疾病诊断方面，而所需的相关技术需求亦不断增加。这里所提到的试剂主要是指蛋白质、核酸、细胞、药物及小分子的半抗原。而基质包括塑料、玻璃、硅化物、碳纤维、纤维素及其他物质，其中以塑料最为广泛使用，主要是由于塑料有高度的生物相容性及极佳的可塑性、光学性质，此外塑料可于其表面覆以某些化学物质以改变塑料表面特性，以符合特别的需求。塑料于这方面应用时就形状而言常见的有杯状(cups)、盘状(discs)、管状(tubes)、球形(spheres)、纤维(fibers)、薄膜(membranes)或粒状(particles)，型态的可变性极高。塑料的种类繁多，常用于做为基质的材质包括，聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚砜、聚碳酸酯、醋酸纤维素等，这些材质中以聚苯乙烯、聚氯乙烯及聚碳酸脂的光学透光性最佳。过去塑料材质虽会被用来做为生物分子固着的基质，但多利用分子吸附的性质，如聚苯乙烯及聚氯乙烯因具有静电的吸引力而利于较大的分子吸附，但此种吸附力的固着效果通常不佳，易造成分子的剥离。而如寡核苷酸等较小的分子要固着于基质需仰赖事前已涂覆在基质上的较大分子做为媒介，如此这些小分子才可顺利固着在塑料基质上。为此，有不少方法用来改性塑料的表面，以增加表面的静电及结合能力。由于基质需进行前处理因而降低了塑料基质应用的便利。过去分子生物技术中核酸通常固着于硝化纤维膜(nitrocellulosemembrane)及尼龙膜，固着时以吸附及共价键结的方式进行，共价结合的化学反应是发生于核酸及基质上的氨基。单股的DNA、RNA及寡核苷酸中的腺嘌呤、鸟嘌呤及胞嘧啶等碱基上具游离的氨基，这些氨基即可用于共价固着，过去依学理推论认为利用这些游离的氨基固着时，由于两股核酸配对时所需的氢键不易形成故会较不利于进行杂交，因此一般会在核酸的5’端或3’端以合成的方式加入额外的氨基，再以此氨基和经改性的固态基质进行固着反应，但如此一来即会造成成本增加。过去的分子生物研究中很早就开始使用尼龙膜作为核酸固着的基质，主要是利用其具有微孔的特性，此特性有助于核酸分子吸附到膜上，之后再以80℃加热2小时的方式或照射紫外光，使核酸得以共价键结固着于尼龙膜上，因此这种固着方式严格来看具有两个步骤首先是核酸的吸附，再者是以80℃加热2小时的方式或照射紫外光进行固着。事实上，如不进行80℃加热2小时或照射紫外光形成共价键结仍会有部分核酸吸附于尼龙膜上。塑料材质中，以聚苯乙烯制成的孔盘目前最常见于商品化之生物分子固着基质，而这些孔盘大多先经表面处理。这类孔盘为目前在免疫分析时广泛使用的一种器皿。此外，亦有某些商品是以经前处理的孔盘作为侦测聚合酶链反应(polymerase chain reaction，PCR)产物的器皿，其方法是以固着于微量孔盘上的特异性探针来和PCR产物杂交，之后进行呈色。由于以聚苯乙烯为基质的固着应用越来越广泛，因此改善旧有的固着方式，使核酸固着得以更有效率、更方便、更省时、更省钱变得相当重要。目前有不少方法可用于将寡核苷酸及蛋白质固着于基质，然而这些方法均较昂贵或耗时。这些固着的方法大致分为两类，一为非共价结合，另一为共价键结合。一般以非共价结合的固着强度较弱。就共价结合而言，寡核苷酸本身或基质表面必须先进行改性，以增加两者间键结时的反应性，其甚至可使核酸固着时具有方向性，即5’端固着3’端游离，或反之。寡核苷酸上常见的改性方式为在5’端或3’端加上氨基或硫基(thio)基团。Pegg等人的美国专利5663318是以具有亲水性及疏水性基团的异双功能交联试剂(heterobifunctionalcrosslined agents)涂覆作用于包括乙烯基乙烯、丙烯、砜、碳酸酯之聚合物或这些单体之复合塑料基质上，之后包括核酸、抗体或抗原、酶及药物等生物分子再和此交联试剂中的活性基团反应而达到固着的效果。Carrico等人的美国专利4806631是以烷基化剂处理尼龙类塑料，核酸分子在适当的缓冲液中作用一段时间后吸附固着。Van Ness等人的美国专利5514785先将聚环乙亚胺、聚烯丙胺或聚乙烯胺等含氨基的聚合物裹覆于尼龙小球上，5’端或3’端改性为氨基的核酸分子再固着到聚合物上。Sheridan等人的美国专利5747244则是将5’端改性为氨基的核酸固着于改性过的聚苯乙烯上。而Holmstrom等人的研究(Anal.Biochem.209:278-283(1993))，是以生物素及抗生物素蛋白间的特异性结合为基础进行核酸分子的固着，将抗生素蛋白/抗生蛋白链菌素(streptavidin)先粘附于固态基质表面，标示有生物素的核酸再和固态基质上的抗生素蛋白/抗生蛋白链菌素作用，以达到固着的目的。聚L型赖氨酸(Poly-L-Lys)或聚L型赖氨酸-苯丙氨酸(poly-L-Lys-Phe)是目前较常用于前处理的物质，作法是先在玻璃或聚苯乙烯覆上聚L型赖氨酸或聚L型赖氨酸-苯丙氨酸，经氨基或巯基改性的核酸即可于双功能生物媒介试剂存在下和固态基质上的氨基酸做共价结合，Gadow等人的美国专利4657873专利技术即是以苯丙氨酸及赖氨酸这两种氨基酸的聚合物做为媒介以进行核酸固着的。另一种固着则是利用甲基亚胺(methyl imine)做为媒介(NUNC,Naperville,Ill)。Bienarz等人的美国专利5002883是在塑料表面改性为具氨基以作为固着的媒介。Nikiforov等人的美国专利5610287是将核酸于盐或阴离子清洁剂存在下以非共价键的方式固着于含亲水基团的聚苯乙烯表面。以上所提的方法均有共同的不便之处，即核酸需先改性及固态基质需事先进行处理。至于直接固着方面，Kawai等人曾直接将寡核苷酸覆于聚苯乙烯表面，在MgCl2及NaCl存在下使核酸吸附到经改性的聚苯乙烯表面，之后以254nm波长的UV照射将核酸固着于聚苯乙烯上(Kawai,S.et al.,Anal.Biochem.209:63-69(1993))，以此法固着时需有适当的盐浓度，且核酸吸附到聚苯乙烯表面所需的时间较长。Rasmussen等人(Anal.Biochem.198:138-142(1991))是将5’端磷酸化的寡核苷酸在水溶性碳二亚胺(carbodimide)下，经浓缩反应固着于改性的聚苯乙烯上，其固着为具方向性。Maskos等人(Nucl.Acids Res.20:1679-1684(1992))是将寡核苷酸接上含一级羟基的接头，藉由羟基来和固态基质上的甘油醚氧丙基硅烷(glycidoxypropyl silane)反应，以直接进行固着。这些方法均相当耗时，往往需要一天的作用时间，且需其他试剂存在，才有利核酸的固着。目前己知的一些核酸固着方式若欲应用于生物芯片的制备均会面临几个问题。首先，虽然亦有以不经改性的5’端或3’端为-OH基团的寡核苷酸固着于改性后的固态基质(如美国专利第5919626号)，一般欲固着的核酸需先经改性，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物芯片，包含： 一有机聚合物基质，该基质具有一由该有机聚合物所直接形成的裸表面；以及 多个固着于该基质上之生物分子； 其中，所述生物分子经由能量给予之方式以稳定键结方式直接固着于该基质的裸表面上，藉此，所述生物分子得以稳定且直接地固着于该基质未经由表面处理的裸表面上，并得以进行各种生化反应。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李泔泓，施宇豪，蔡娟美，王意雯，萧，白启宏，王献煌，
申请(专利权)人：晶宇生物科技实业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]