一种亲疏水图案化阵列芯片、制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于质谱检测领域，具体涉及构筑一种亲疏水图案化阵列芯片，这种图案化芯片可以被广泛地应用于基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪(MALDI

【技术实现步骤摘要】
一种亲疏水图案化阵列芯片、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于质谱检测领域，具体涉及一种亲疏水图案化阵列芯片的制备方法和在质谱检测领域的应用。

技术介绍

[0002]精准医学是应用现代遗传技术、分子影像技术、生物信息技术，结合患者的生活与临床数据，实现精准的疾病分类与诊断，制定具有个性化的疾病预防与处置方案的新兴医学手段。然而，要全面实现精准医疗，是离不开精准诊断和精准治疗的。其中，先进的临床检测技术是实现精准诊断的前提。
[0003]质谱作为一种高特异性、高灵敏性、高准确性、分析速度快、多指标可同时检测等特点的新兴技术正逐渐被临床医学市场所认识与接受。目前在我国的临床检测中应用最多的两种质谱：一种是高效液相色谱串联三重四级杆质谱技术(LC
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MS/MS)，一种是基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI
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TOF MS)。但是，LC
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MS/MS技术对技术人员以及样本前处理的能力要求较高，使得LC
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MS/MS在临床检测的推广方面不及后来兴起的MALDI
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TOF MS。
[0004]MALDI
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TOF MS作为一种软电离的质谱检测方法，它的整体检测流程是将待测样品与过量的有机小分子基质进行混合，滴于不锈钢的靶板上，待室温下自然干燥，基质与待测物会形成共结晶，随后将其送入质谱仪中，通过脉冲激光进行样品的解吸和离子化，最终通过飞行时间检测器进行检测，得出待测物的质荷比。MALDIr/>‑
TOF MS以其操作简便、微量化、高通量、高度自动化处理等特点，近年已经被广泛用于微生物、核酸、蛋白等物质检测和鉴定中，成了临床检测中必不可缺的重要工具之一。
[0005]但是，在实际的应用过程中，痕量的样品量，样品沉积面积的不可控、样品与基质之间的不均匀共结晶都会严重地影响MALDI
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TOF MS检测的灵敏度和重现性。因此，利用合适的方法来富集样品，改善样品和基质之间共结晶的均匀性对于MALDI
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TOF MS的检测是至关重要的。近几年，也陆续地出现一些相关的研究。
[0006]中国授权专利“质谱基片及制备方法与用途”(专利号：201810052139.9)提供了一种利用表面图案化技术在芯片上设置亲疏水区域来制备检测芯片，其方法是先使用硅烷偶联剂修饰基片，形成疏水区域，再通过酸性试剂对点样区的表面进行化学修饰，形成亲水性孔状结构。当样品和基质的混合溶液滴加在亲水点样区时，由于点样区外圈的疏水性会将溶液限制在亲水孔状的点样区域中，从而起到富集生物样品的作用。同时，点样区较小的尺寸，对于改善样品和基质的共结晶形态也起到一定的作用。但是此方法中使用的酸性的试剂，涉及到氢氟酸(HF)、硫酸(H2SO4)、或溴化氢(HBr)中的一种，这些酸都具有很强的腐蚀性，对于人员操作会带来危险性和难度，不利于在大规模制备中使用。
[0007]中国授权专利“用于基质辅助电离(例如MALDI)的质谱样品制备”(申请号：202011029852.5)提供了一种能够快速制备均匀的、细小的基质与样品共结晶的方法。该方法是将0.3～2mm直径的固体颗粒加入到基质和样品溶液中，在特定时间内摇动或搅动，利
用固体颗粒之间，固体颗粒与容器壁之间发生的刮擦，使溶液内形成的初级晶体发生破裂并使溶液中的细颗粒发生摩擦，这些细颗粒为二次成核提供了活性位点，基质与样品的结晶就会在这些活性位点上进行生长，通过肉眼可观察到溶液呈现略微浑浊的状态。随后，浑浊的液体被添加到质谱样品载体上，随着溶液干燥，载板上会形成非常薄，非常均匀的小基质晶体层，并且样品分子被包埋其中，从而改善质谱检测的效果。然而，通过视觉上检验液体的浊度的变化，这需要一定数量的实践才能正确进行判断，增加了应用的难度。另外，如果要实现自动操作，需要配置相应的摇动设备，如：振动器，这无形中又带来了成本的增加。
[0008]如前所述，能够提供一种制备简单、生产成本低廉，且能用于痕量样品的富集及改善基质与样品共结晶形态的MALDI
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TOF MS靶板，在实际临床检测中至关重要，也成为了很多科学家和技术人员不断研究的一个方向。

技术实现思路

[0009]本专利技术提供了一种通过表面图案化技术，改变基底表面的亲疏水性状，从而制备出既能富集样品，又能获得改善基质与样品共结晶的亲疏水图案化阵列芯片。具体涉及在基底上构筑具有亲水
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疏水阵列化结构的图案化表面，疏水区域的憎水性，使得样品溶液能够被限域在一个很小的亲水区域内，起到富集的作用；同时在该区域内，金属及其衍生物材料，更优异的为金属纳米粒子为基质和样品的共结晶提供了许多细小的成核活性位点，基质和样品可以在这些活性位点上缓慢形成均匀的，细小的微晶颗粒，从而提高MALDI
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TOF MS检测的灵敏度和重现性。
[0010]本专利技术提出的利用亲水
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疏水表面图案化阵列芯片对生物样品进行富集和同步改善基质和样品共结晶的方法，具体的步骤如下：
[0011](1)在基底上构筑亲水
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疏水表面图案化阵列芯片；
[0012](2)将0.5～5μL分析物溶液(如：多肽或蛋白等生物分子)和0.5～5μL，5～10mg/mL基质溶液(如：溶质为芥子酸或2
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氰基
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羟基肉桂酸等基质，溶剂为70％乙腈与30％三氟乙酸水溶液等体积混合，三氟乙酸水溶液中的三氟乙酸的体积分数为0.1)进行等体积混合，将混合溶液滴加在上述步骤制备的芯片表面，在室温下自然干燥。在此过程中，由于亲水
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疏水图案化表面的疏水区域对溶液有很强的憎水作用，会将溶液限制在一个很小的亲水区域内；中间的亲水区域由于分布着功能材料，更优异的为尺寸为10～100nm的金属纳米粒子组装膜，作为结晶成核的活性位点，样品和基质溶液会在这些活性位点上进行结晶，从而形成均匀的、细小的共结晶颗粒；
[0013](3)将上述干燥的样品直接进行MALDI
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TOF MS的分析和检测。
[0014]上述方法中，步骤1中构筑的亲水
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疏水表面图案化阵列芯片的具体方法，包括如下几个步骤：
[0015]A.选取基底(基底可为：玻璃、石英、不锈钢或单晶硅等)；
[0016]B.将步骤A选取的基底先后放入丙酮、氯仿、乙醇、超纯水中分别超声清洗，取出基底干燥；
[0017]C.对步骤B处理的基底进行表面亲水化处理；
[0018]D.在步骤C处理的基底上通过原位自组装技术、喷涂技术或旋涂技术构筑疏水层，其厚度为20～5000nm；
[0019]E.在步骤D处理得到的基底上利用遮挡板蒸镀金属技术、滴涂技术或红外激光精确定位打孔粘性膜技术完成带有金属薄膜或纳米粒子组装膜的亲水区域的制备，其中亲水区域的尺寸为100～2000μm，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种亲疏水图案化阵列芯片，其特征在于，包括：基底，所述基底上排布有由内圈金属薄膜或纳米粒子组装膜的亲水点阵列，亲水点外围由疏水区域包围。2.如权利要求1所述的亲疏水图案化阵列芯片，其特征在于，所述的亲水点的直径为100～2000μm，亲水点之间的距离为500～5000μm。3.如权利要求1所述的亲疏水图案化阵列芯片，其特征在于，所述的基底选自玻璃、石英、不锈钢或单晶硅。4.如权利要求1所述的亲疏水图案化阵列芯片，其特征在于，所述的金属薄膜或纳米粒子组装膜亲水点可以通过挡板蒸镀金属技术、滴涂技术或红外激光精确定位打孔粘性膜技术来制备得到，且所述金属可以为以下材料中的一种：银、金、铜、铂或镉；进一步地，金属材料也可以利用其衍生物替代，包括：官能团、金属氧化物或金属硫化物。5.如权利要求1所述的亲疏水图案化阵列芯片，其特征在于，所述的亲水点阵的数量为48、96、384、1536，亲水区域形状为圆形、三角形、正方形或多边形等。6.如权利要求1所述的亲疏水图案化阵列芯片，其所述的疏水层可以为以下材料中的一种：含氟单分子层、疏水性聚合物、疏水性纳米粒子，所述含氟疏水单分子层可以为以下材料中的一种：十七氟癸基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷；所述疏水聚合物可以为以下材料中的一种：聚四氟乙烯、聚丙烯酸六氟丁酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、疏水性光刻胶；所述疏水性的纳米粒子可以为以下材料中的一种：氟化二氧化硅纳米粒子、聚苯乙烯纳米粒子。7.如权利要求6所述的亲疏水图案化阵列芯片，其所述的含氟疏水单分子层的修饰，可以采用原位自组装的方式进行修饰...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾周芳，王燕东，
申请(专利权)人：中科新芯纳米技术常州有限公司，
类型：发明
国别省市：