用于高密度生物测定多路复用阵列的纳米多孔陶瓷膜制造技术

一种纳米多孔结构基底，其形成占据不多于一平方微米的测定。这些测定由成束的圆柱形纳米孔组成，该纳米孔充当可以容纳用于单个特定生物测定的试剂的容器。仅数平方厘米的基底可以容纳100,000到1,000,000个单项生物测定。基底可以掺杂有荧光增强中心以增加信噪比，或者用接枝化合物例如通用连接体、硅烷偶联剂、抗原和抗体或基因序列进行表面修饰。原和抗体或基因序列进行表面修饰。原和抗体或基因序列进行表面修饰。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高密度生物测定多路复用阵列的纳米多孔陶瓷膜


[0001]本专利技术涉及陶瓷膜，更具体地，涉及用于进行多个单项测定的纳米多孔结构基底。

技术介绍

[0002]医学领域持续高速发展。即使是医学专家也无法跟上他们各自的领域在现有和新的健康状况的原因、演变和治疗方面的新科学发现的数量。对于遗传(inherited)(遗传(genetic))、感染性疾病和癌症都是如此。个性化医疗在有效的患者护理中变得越来越重要。大数据分析和人工智能结合基因组学、表观遗传学和蛋白质组学正在彻底改变医学领域。从诊断到治疗，这些工具将使早期疾病检测、预防和治疗更加有效。
[0003]关于单个个体的大量数据现在是可获得的或正在开发中。在不久的将来，或许一次验血就足以获得所有必要的信息(液体活检)以对病人进行诊断和治疗。无论是否需要训练集，人工智能都将把大数据与诊断和治疗联系起来，医学实践将永远改变。基因组学在过去十年中取得了巨大的进展，现在已经达到了可以以相对可负担的成本对个体患者进行全基因测序的阶段。因此，需要更有效的方法来收集这样的数据。
[0004]1至500种分析物的聚焦、灵活多路复用满足了多种应用
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蛋白质表达谱、聚焦基因表达谱、自身免疫病、遗传疾病、分子感染性疾病和人类白细胞检验(HLA)的需求。目前可获得的这些分析物生物测定不提供任何接近表征人类基因组包含的25,000个基因所需的能力，因此需要改进技术以使分析物生物测定达到与基因组学相同的水平，在基因组学中，数以数万计而非仅数百计的大的高质量数据集是可能的。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种纳米多孔结构基底，在该基底中，可以完成占用不多于一平方微米的单项测定，从而允许一次进行数万个测定。由于孔的性质，即直的，而非交叉的，一平方微米包含大约100个成束的纳米容器，在该纳米容器中可以容纳和隔离试剂用于单个特定的生物测定。这些基底的典型尺寸为数平方厘米，由于孔的性质，其仍将提供足够的表面积来容纳100,000至1,000,000个不同的生物测定。基底可以掺杂或不掺杂荧光增强FRET中心以增加信噪比。使用现成的电荷耦合器件(CCD)照相机和光纤，可以通过光电方式进行读取。用于这样的测定的纳米多孔结构基底是本专利技术的纳米结构陶瓷膜。
附图说明
[0006]通过结合附图阅读以下具体实施方式，将更全面地理解和领会本专利技术，其中：
[0007]图1A是根据本专利技术的纳米结构陶瓷膜的示意图；
[0008]图1B是根据本专利技术的纳米结构陶瓷膜的孔径分布的示意图；
[0009]图1C是根据本专利技术的纳米结构陶瓷膜的孔径分布图；
[0010]图2是根据本专利技术的示例性陶瓷圆形片(扁豆状体(lentil))的示意图，该圆形片包含纳米结构陶瓷膜上的多个单项测定；
[0011]图3是图示了根据本专利技术如何处理关于包含10
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10生物测定阵列的单个扁豆状体的信息的流程图；和
[0012]图4是根据本专利技术的用于读取由纳米结构陶瓷膜形成的测定阵列的光电设备组件的示意图。
具体实施方式
[0013]参考附图，其中相同的数字始终表示相同的部分，在图1中看到，纳米结构陶瓷膜10具有遵循典型孔径分布的多个孔12。更具体地，多个孔12布置在晶格常数14为至多500nm的晶格中，其中每个孔的直径16为至多400nm,长度为至多100,000nm，并且可以用作单项生物测定或生物测定位置。如图1B所示，本专利技术的扫描电子显微照片示出了在0.225微米2中含有30个孔的典型剖面19。白色条20长200纳米。每平方微米可设置至多133个孔，孔间距离为82纳米，这可通过用于本专利技术的纳米多孔陶瓷基底的合成条件来控制。这些包括孔直径、孔有序距离、孔深度。孔可以是通孔或如图所示带有铝背衬的闭孔。图1C示出了由扫描电子显微镜获得的本专利技术的陶瓷圆片的典型孔径分布。孔径分布的标准偏差大约为σ＝10nm。
[0014]根据本专利技术的纳米结构陶瓷膜可以通过以下来制造：使用脱脂溶液将铝板脱脂，使用不含高氯酸和铬酸的电抛光溶液将脱脂后的铝板电抛光，用阳极化酸溶液将电抛光后的铝板预阳极化第一预定时间段，用阳极化酸溶液将电抛光后的铝板阳极化第二预定时间段以在铝板上形成阳极化隔膜，将阳极化隔膜与铝板分离，并清洗阳极化隔膜。将铝板脱脂的步骤可以包括将铝板浸入丙酮和乙醇中。将铝板电抛光的步骤可以包括将铝板浸泡在磷酸浴中。磷酸浴可包含约30％至约95％的磷酸和约5％至约70％的聚乙二醇。将铝板浸泡在磷酸浴中的步骤在约15至100伏的电压、约35℃至约65℃的温度以及约3mA/cm2至约160mA/cm2的电流密度下进行。将铝板预阳极化的步骤可以包括将铝板浸入阳极化酸中5至20分钟。将铝板预阳极化的步骤可以包括将铝板浸入阳极化酸中至多二十四小时。将阳极化隔膜与铝板分离的步骤可以包括进行可溶性隔膜分离的步骤。进行可溶性隔膜分离的步骤可以包括将铝板浸入硫酸中。清洗阳极化隔膜的步骤可以包括将阳极氧化隔膜浸泡在低浓度磷酸溶液(2
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6％)中5至15分钟，然后在超纯水中超声处理至多15分钟。
[0015]参考图2，纳米多孔陶瓷膜10可以被激光切割成不同尺寸和形状的无缺陷(无微裂纹)膜，例如被配置成具有多个离散生物测定区24的扁豆状体22，每个生物测定区24可以包括组合的多个单项测定，用于多路复用生物测定20。例如，图示了直径为5mm的扁豆状体12。扁豆状体12上可以包括校准标记26，用于自动处理，并且可以帮助重新定向信息，用于自动光学读取。包括QR码的任何其他校准符号都可以用于此目的。纳米结构陶瓷膜10可以掺杂有FRET中心。孔壁组分是阳极化氧化铝(Al2O3)陶瓷。荧光共振能量转移(FRET)中心包括螯合的金属离子。每个扁豆状体可以包含一个具有单一试剂的位置阵列(Xn，Yn),以进行单个生物测定。
[0016]参考图3，在放置试剂并与患者样本一起培养后，可以用软件处理扁豆状体12以提取生物测定信息。例如，如图3所示，一个简单的(10
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10)生物测定阵列被用来说明单个扁豆状体的信息可以通过软件来处理。在用高分辨率CCD照相机拍摄发射光的照片后，通过分析软件旋转数字化图像并重新定向。然后使用每个单项生物测定的位置来识别被标识的生物物质(肽、蛋白质、DNA或RNA寡核苷酸、激素等)并在每个(Xn，Yn)位置进行测量。然后使用
颜色或荧光信号的强度将其转换成浓度，并产生全阵列的报告作为生物测定报告，并可用于人类或数字(AI)处理。
[0017]参考图4，示出了当扁豆状体12用作生物测定基底时，读取和处理关于扁豆状体12上的信息所需的光电设备的说明性示例。基本设备包括高分辨率电荷耦合器件(CCD)照相机30(其由支架42悬挂，位于微孔板36上方)以捕获大量测定的数字图像，用于进一步的软件处理。透镜32和滤光器34可以位于照相机30和微孔板36之间，以增强数字图像捕获，并且光纤束40可以用于捕获微孔板36m的单个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种多路复用生物测定系统，其包括由阳极化氧化铝(Al2O3)的陶瓷膜形成并具有排列在晶格常数至高500纳米的晶格中的多个孔的扁豆状体，其中每个孔的直径为至高400纳米，长度为至高100,000纳米。2.根据权利要求1所述的多路复用生物测定系统，其中所述多个孔的平均直径为60纳米。3.根据权利要求2所述的多路复用生物测定系统，其中所述扁豆状体的直径为5毫米。4.根据权利要求3所述的多路复用生物测定系统，其中所述陶瓷膜掺杂有FRET中心。5.根据权利要求4所述的多路复用生物测定系统，其中所述FRET中心包括螯合金属离子。6.根据权利要求5所述的多路复用生物测定系统，其进一步包括具有多个井的微孔板，其中多个井中的每一个都包括所述扁豆状体。7.根据权利要求5所述的多路复用生物测定系统，其中所述扁豆状体包括选自由以下组成的组的表面处理剂：硅烷偶联剂、用于肽合成的连接体、用于核酸寡核苷酸合成或接枝的连接体、用于肽的连接体、用于蛋白质的连接体、用于抗体的连接体和用于基因的连接体。8.根据权利要求7所述的多路复用生物测定系统，电荷耦合器件照相机被放置以捕获多个井的数字图像。9.一种提供多路复用生物测定系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马里奥，
申请(专利权)人：纳诺佩克有限公司，
类型：发明
国别省市：