CN102242053B - 一种具有高分子三维纳米结构的生物芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种固相载体，其具有由高能粒子不均匀刻蚀所形成的高分子三维纳米结构，以及包括上述固相载体的生物芯片，特别是微流控芯片。本发明还提供了这种高分子三维纳米结构固相载体作为吸附生物分子和细胞培养的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于生物芯片的固相载体，以及包括该固相载体的生物芯片、特别是微流控芯片。
背景技术
生物芯片，包括微流控芯片、DNA/蛋白质阵列、细胞与组织阵列以及其他集成生物相关功能的芯片。生物芯片作为一种缩微化生物技术，由于其具有高通量、样品用量低、分析时间短、易于集成等多种优点，在疾病检测、基因测序、基因诊断、生物合成、蛋白质结构研究、生物分子结合常数测定、药物筛选、个体化医疗、细胞培养、生物信息学研究等生物、医疗领域正在发挥着越来越大的作用。
在生物芯片中，往往要求蛋白质、多肽、DNA、代谢产物等生物分子，或者细胞、组织等吸附在固相载体上。迄今为止，在生物芯片中使用的三维固相载体包括电纺丝高分子膜(electrospun polymer fiber membranes)、轨迹刻蚀高分子膜(track etched polymer membranes)、聚二甲基硅氧烷微井阵列(poly(dimethylsiloxane)microwells)、硝化纤维膜(nitrocellulose membranes)、聚苯乙烯微球(polystyrene microbeads)等。然而这些载体普遍存在着位置可控性不好，可选材料有限，在水溶液中冲洗时稳定性差，噪音背景信号太强等很多缺点。
本发明的目的是提供一种克服了上述缺陷的新型的固相载体，其具有由高能粒子不均匀刻蚀所形成的高分子三维纳米结构。具有这种固相载体的生物芯片可以基于广泛的高分子材料，也就是对基材的要求降低，并且微观结构更可控制以及重复性好，更重要的是对生物分子的吸附性显著增强，使得生物芯片的灵敏度更高。
发明内容
本发明首先涉及一种固相载体，其可以用于生物芯片中，这种固相载体采用一种新型的高分子三维纳米结构，而这种高分子纳米结构由高能粒子不均匀刻蚀产生，其中高能粒子可以为电感耦合等离子体、脉冲激光灼烧产生的气化高能粒子等等。这里的生物芯片特别例如为微流控芯片。
本文中使用的“高能粒子不均匀刻蚀”，是指高能粒子被导向如轰击到高分子表面上，由于高分子基片或材料的初始表面的不均匀性，刻蚀快的部位一直刻蚀较快，刻蚀慢的部位一直刻蚀较慢，最后就形成了具有高低落差的纳米结构。高能粒子的产生方式可以是电感耦合等离子体或者脉冲激光烧蚀等方式。但是，本领域技术人员应当理解，在这里使用的高能粒子应当具有比较好的方向性。
出人意料的是，这种高能粒子不均匀蚀刻的方法几乎不受到高分子材料本身种类的限制，也就是说，可以采用绝大多数高分子基片作为原料，从而得到各种材料的三维纳米结构，如纳米线阵列、纳米网状结构、纳米沟槽结构等，并且它们对DNA、多肽、蛋白质等生物分子吸附性都特别优异。尤其重要的是，这种方法同样适用于目前难以制备成三维纳米结构的一些高分子材料，特别是那些具有特定官能团如氨基的高分子材料。这样一来，在这些具有特定官能团的高分子材料比如含有氨基的高分子在形成三维纳米结构后，其表面还可以以化学方式进行修饰，如用戊二醛进行修饰，以增强生物分子如蛋白质的吸附。值得注意的是，这种方法本身的重复性好，可控性强，因此，所获得的三维纳米结构也具有很好的重复性并且更加可控。
在本文中使用的“三维纳米结构”，具有本领域技术人员通常所理解的含义，泛指在三维空间里具有纳米尺度形貌特征的结构。这种“三维纳米结构”包括但不限于：纳米线阵列、交联的纳米线形成的纳米网状结构、纳米沟槽结构、分子筛结构等。在本发明中，三维纳米结构优选为纳米线阵列、交联的纳米线形成的纳米网状结构和纳米沟槽结构。
尽管“生物芯片”的定义在相关领域中并不精确，但是本发明中使用时，正如本文开始所述的，是指一切集成生物相关功能的芯片，目的在于获取如生物分子本身的信息，除了检测生物分子外，还有着多种多样的功能，如药物筛选、生物计算机、蛋白质分离、基因诊断、基因测序、生物合成、酶催化反应、结合常数测定、细胞培养、生物信息学研究等等。本文中的生物芯片与生物传感器的含义并不相同，并不要求与硅技术相结合。生物传感器通常被认为是指对生物物质敏感并可将不可直接测量的或感兴趣的信号转化为可检测电信号的装置，例如通常可以对生物物质浓度的变化做出响应。如葡萄糖传感器，其可以通过一系列特异酶促反应，将葡萄糖浓度转化为电信号，从而监测葡萄糖的浓度。而生物芯片则并不一定要有电信号产生。
本发明人意外地发现，通过本发明中描述的高能粒子不均匀刻蚀的方法可以获得图案化(patterned)的高密度的高分子三维纳米线阵列结构，这种特殊的结构与目前已有的纳米线结构存在着显著的不同。依据所选的材料以及具体的工艺实施方式，由这种高能粒子不均匀刻蚀方法获得的纳米线阵列的密度可以为104/mm2～108/mm2，纳米线的长径比甚至可以达到500以上。普通的光刻方法不可能达到如此高的密度以及长径比。
还发现，由于高能粒子不均匀刻蚀方法本身的特性，在刻蚀时还有可能存在轻微的局部刻蚀不充分现象，这就获得了纳米线之间的连接，从而可以获得交联的纳米线结构。
本发明中的高分子纳米结构还可以通过使用掩模或者光刻等手段来精确控制纳米结构的位置和分布，也就是图案，能够制备出微米尺度甚至纳米尺度的阵列，一方面可以使得生物芯片中蛋白质、DNA等生物分子阵列的斑点大小根据需要得到控制；另一方面也很好地解决了微流控芯片中的集成问题，使得制成的微流控生物芯片不存在漏液等问题。
需要强调的是，本发明是首次将这种三维纳米结构应用固相载体中，特别是应用于生物芯片尤其是微流控芯片中用来吸附生物分子。本发明还将纳米结构制备的过程进一步扩展至使用高能粒子轰击刻蚀。这里的高能粒子除了电感耦合等离子体之外，还可以包括脉冲激光烧蚀产生的高能粒子等等。
本发明还提供了一种生物芯片，这种生物芯片采用新型的高分子三维纳米结构作为其固相载体，而这种高分子纳米结构由高能粒子不均匀刻蚀产生，其中固相载体上根据生物芯片的具体应用可以结合各种生物分子。包括但不限于蛋白质、多肽、DNA、代谢产物等。其中的高能粒子可以为电感耦合等离子体、脉冲激光灼烧产生的气化高能粒子等等。
本发明中的高分子三维纳米结构可以由任何普通高分子平整基片作为原料，通过高能粒子的不均匀刻蚀产生。
高分子材料的种类可以根据具体的生物芯片的要求进行选择，比如透明性、亲疏水性、表面修饰可行性、与其他芯片部分结合能力等等。可以使用的高分子基片材料包括常见的高分子基片材料，包括但不限于硅橡胶(聚二甲基硅氧烷)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、环氧树脂等等。也可以采用混聚物或者混合物来实现特殊的功能，比如在聚二甲基硅氧烷中掺入酚酞，从而检测水溶液的pH值等等。
如果采用电感耦合等离子体刻蚀，需要先用溅射金薄层、机械刮划和/或有机溶剂熏蒸等方式，使其表面预先被粗糙化，接着放入电感耦合等离子体刻蚀机中，通入气体如氩气(Ar)、氧气(O2)和/或四氟化碳(CF4)等，从而产生方向性较好的等离子体，通过轰击或化学反应等过程，将高分子刻蚀。由于初始表面粗糙，刻蚀的速度会很不均匀，最终形成纳米线或交联的纳米网结构。纳米结构的高度可以由刻蚀的时间来控制。纳米线的粗细在100纳米左右，密度因不同的材料、不同的粗造化方法而不同。对于某些高分子材料，如聚苯乙烯部分得到的纳米线相互交联，形成纳米网状结构。这样得到的三维纳米结构，其比表面积可以得到数百倍的提升。
如果采用脉冲激光烧蚀产生的高能粒子，则需用到脉冲激光沉积的设备，在真空腔中用脉冲高能激光烧蚀固体靶材，产生高能气态粒子，粒子轰击在高分子表面，一方面会导致高分子被刻蚀，另一方面，粒子会沉积、聚集形成团簇，团簇遮掩下的高分子不会被进一步刻蚀，最终形成纳米沟槽结构。之后，可以用酸、碱洗去沉积在高分子表面的靶材，只剩下高分子的纳米沟槽结构。这个方法对比较软的高分子，如弹性硅橡胶比较有效。
本发明中涉及的高分子纳米结构的位置或分布可以通过使用镂空的掩模来控制。制作掩模的材料多种多样，如薄硅片、金属片、塑料片等均可以使用。如果采用薄硅片，可以使用光刻的方法，在其表面覆盖光刻胶的图案，然后使用深度反应等离子体刻蚀(Deep Reactive Ion Etch)将硅片没有光刻胶覆盖的部分刻蚀穿。如果采用金属片、塑料片等材料，则可以采用机械加工的方法将需要纳米结构的位置打穿，也可以使用激光将需要纳米结构的位置打穿。
在使用掩膜的情况下，将制成的掩模置于高分子基片上，然后进行三维纳米结构的刻蚀，则只有镂空的部分会形成凹于表面的纳米结构，有掩模覆盖的部分不会被刻蚀，依然保持平整。对于使用ICP刻蚀的三维纳米结构，还可以在有掩模的情况下进行表面粗糙化处理，之后除去掩模，再进行ICP刻蚀。被掩模覆盖的部分没有被粗造化，将会被均匀的刻蚀，最终可以得到突出于表面的纳米结构。根据需要，掩模可以重复使用。
除了使用片状掩模以外，也可以使用传统的光刻方法来控制纳米结构的位置。在通常情况下，光刻胶无法被重复使用。
尽管本发明人意外地发现，在很多情况下只需将含有所关注的生物分子的溶液微滴点至预先制备好的纳米结构阵列点上，生物分子就可以吸附上去，但是根据需要还可以对制备好的含有三维纳米结构的高分子基片进行表面修饰，如用官能团修饰或者使其吸附生物分子等等。例如，对于含有氨基的高分子三维纳米结构，可以使用戊二醛修饰，从而更好地连接蛋白质；对含有氨基、羰基的高分子三维纳米结构，可以使用羰基二亚胺来，从而更好地连接蛋白质，等等。然后进一步获得生物芯片的各种应用，例如有利于所需要的生物分子的选择性吸附。
还可以通过在含有三维纳米结构的高分子基片上面附加一些微流管道，整合为微流控芯片。微流管道可以使用传统的方法制备，比如先用光刻的方法在硅片上作出光刻胶形成的微突起图案，然后在上面倒入Sylgard 184硅橡胶与固化剂，加热固化后，将弹性硅橡胶揭下来即可得到有微槽的硅橡胶片，再将有微槽的硅橡胶片与含纳米结构的高分子基片对齐，扣在一起，即可得到微流控芯片。高分子基片与硅橡胶片之间的结合可以是范德华相互作用，也可以通过等离子体表面处理等方式，先在基片与硅橡胶片表面形成活性官能团，再扣在一起，最终形成化学键以增强结合力。
在使用了本发明固相载体的微流控芯片中，与之前采用的电纺丝等高比表面积生物芯片固相载体相比，本发明中的三维纳米结构只在需要的位置存在，别的位置都保持平整，所以制成的微流控芯片不存在漏液等缺陷。而基于电纺丝材料制作的微流芯片中，液体往往会扩散出管道范围之外约几十微米的范围(参见实施例5)。除了微流管道外，其他的微结构，如电路、光路，也可以根据需要集成在生物芯片中。
本发明还涉及所述固相载体用作吸附DNA、多肽、蛋白质等生物分子的固定相的用途。
此外，本发明人还发现，在具有这种纳米结构的固相载体上可以进行细胞培养，利用纳米结构来调节和控制细胞的贴壁、生长、分化、迁移等行为。
因此，本发明还提供了本发明的固相载体用于调节细胞附着、生长与分化的用途。
本发明中由高能粒子不均匀刻蚀得到的高分子三维纳米结构所形成的固相载体，以及由这种固相载体构成的生物芯片、特别是微流控芯片均表现出优异的可控性、高吸附性和防渗液性。这可能是由于高能粒子不均匀刻蚀所形成的高分子三维纳米结构具有一种特殊的高能表面，不仅比表面积相较于常规结构的聚合物材料提高了数百倍，而且在聚合物纳米线的表面上还存在着大量的悬挂键。也就是，本发明固相载体的高分子三维纳米结构表面具有高比表面积、高表面能、多悬挂键等特点。
本发明人还发现，这些意外发现的悬挂键不仅使得进一步修饰表面相当方便，同时也很有利于增加各种生物分子的吸附。这些性质，使得这种特殊的高分子三维纳米结构特别适合用来吸附生物分子或细胞和组织等。因此，需要时，可以借助这种新刻蚀成的高分子纳米结构表面上的悬挂键方便地进一步进行表面修饰，从而增加生物分子的吸附。
具体而言，本发明涉及以下方面：
1.一种生物芯片，所述生物芯片具有的固相载体包括由高能粒子不均匀刻蚀所形成的高分子三维纳米结构，其中所述高分子三维纳米结构是通过将高能粒子导向到粗糙的高分子基片的表面上对该粗糙表面进行刻蚀而制备的。
2.第1项所述的生物芯片，其特征在于，所述三维纳米结构包括纳米线阵列结构、交联的纳米线形成的纳米网状结构和纳米沟槽结构。
3.第1或2项所述的生物芯片，其特征在于，所述高能粒子为等离子体，如电感耦合等离子体(ICP)。
4.第3项所述的生物芯片，其特征在于，在将高能粒子导向到粗糙的高分子基片的表面上对该粗糙表面进行刻蚀之前对高分子基片进行表面粗糙化。
5.第4项所述的生物芯片，其特征在于，所述对高分子基片的表面粗糙化包括溅射无机材料、机械刮划和/或溶剂熏蒸。
6.第1或2项所述的生物芯片，其特征在于，所述高能粒子为脉冲激光烧蚀产生的高能粒子。
7.第1-7项中任一项所述的生物芯片，其特征在于，另外使用镂空的掩模或者光刻技术控制所述三维纳米结构的分布。
8.第1-7项中任一项所述的生物芯片，其特征在于，所述高分子三维纳米结构在刻蚀后被进一步表面化学修饰，如用戊二醛或羰基二亚胺修饰，用于增加对生物分子的吸附。
9.第1-8项中任一项所述的生物芯片，其特征在于，所述固相载体上结合有生物分子，包括蛋白质、多肽、DNA和/或代谢产物。
10.由高能粒子不均匀刻蚀所形成的高分子三维纳米结构作为生物分子固相载体的用途，其中所述高分子三维纳米结构是通过将高能粒子导向到粗糙的高分子基片的表面上对该粗糙表面进行刻蚀制备的。
11.由高能粒子不均匀刻蚀所形成的高分子三维纳米结构用于调节细胞附着、生长与分化的用途，其中所述高分子三维纳米结构是通过将高能粒子导向到粗糙的高分子基片的表面上对该粗糙表面进行刻蚀制备的。
12.由高能粒子不均匀刻蚀所形成的高分子三维纳米结构用于吸附生物分子的用途，其中所述高分子三维纳米结构是通过将高能粒子导向到粗糙的高分子基片的表面上对该粗糙表面进行刻蚀制备的，所述生物分子优选DNA、多肽、蛋白质等。
13.第12项所述的用途，其特征在于，所述三维纳米结构包括纳米线阵列结构、交联的纳米线形成的纳米网状结构和纳米沟槽结构。
14.第12或13项所述的用途，其特征在于，所述高能粒子为等离子体，如电感耦合等离子体(ICP)。
15.第14项所述的用途，其特征在于，在将高能粒子导向到粗糙的高分子基片的表面上对该粗糙表面进行刻蚀之前对高分子基片进行表面粗糙化。
16.第14项所述的用途，其特征在于，所述对高分子基片的表面粗糙化包括溅射无机材料、机械刮划和/或溶剂熏蒸。
17.第12或13项所述的用途，其特征在于，所述高能粒子为脉冲激光烧蚀产生的高能粒子。
18.第12-17项中任一项所述的用途，其特征在于，另外使用镂空的掩模或者光刻技术控制所述三维纳米结构的分布。
19.第12-18项中任一项所述的用途，其特征在于，所述高分子三维纳米结构在刻蚀后被进一步表面化学修饰，如用戊二醛或羰基二亚胺修饰，用于增加对生物分子的吸附。
20.一种固相载体，其具有由高能粒子不均匀刻蚀所形成的高分子三维纳米结构，其中所述高分子三维纳米结构是通过将高能粒子导向到粗糙的高分子基片的表面上对该粗糙表面进行刻蚀而制备的。
21.第20项所述的固相载体，其特征在于，所述三维纳米结构包括纳米线阵列结构、交联的纳米线形成的纳米网状结构和纳米沟槽结构。
22.第20或21项所述的固相载体，其特征在于，所述高能粒子为等离子体，如电感耦合等离子体(ICP)。
23.第22项所述的固相载体，其特征在于，在将高能粒子导向到粗糙的高分子基片的表面上对该粗糙表面进行刻蚀之前对高分子基片进行表面粗糙化。
24.第23项所述的固相载体，其特征在于，所述对高分子基片的表面粗糙化包括溅射无机材料、机械刮划和/或溶剂熏蒸。
25.第20或21项所述的固相载体，其特征在于，所述高能粒子为脉冲激光烧蚀产生的高能粒子。
26.第20-25项中任一项所述的固相载体，其特征在于，另外使用镂空的掩模或者光刻技术控制所述三维纳米结构的分布。
27.第20-26项中任一项所述的固相载体，其特征在于，所述高分子三维纳米结构在刻蚀后被进一步表面化学修饰，如用戊二醛或羰基二亚胺修饰，用于增加对生物分子的吸附。
附图说明
图1是使用电感耦合等离子体作为高能粒子，刻蚀高分子表面得到高分子三维纳米结构的方法示意图。
图2是使用激光烧蚀固体材料产生的高能粒子刻蚀高分子表面得到纳米沟槽结构的方法示意图。
图3(a)是PET纳米线阵列的扫描电子显微镜照片(b)是PS纳米网状结构的扫描电子显微镜照片(c)是PDMS纳米沟槽结构的扫描电子显微镜照片。
图4是特定区域内壁含有高分子纳米结构的微流控芯片的照片。
图5是实施例5中免疫吸附实验的结果，荧光强度对通入的兔免疫球蛋白溶液浓度曲线图，图中虚线是非特异性吸附引起的噪音荧光信号强度。
图6是实施例5中所述的免疫吸附实验中，有纳米线的区域和没有纳米线的区域交界处的荧光照片(左)和普通光学照片(右)。
图7是Hela细胞在PET基片上有纳米结构的部分(a)与平整部分(b)贴壁培养12小时后的电镜照片。
具体实施方式
下面结合具体的实施例和附图来解释本发明，这些实施例和附图并不意在限制本发明。
实施例1
使用电感耦合等离子体刻蚀制备聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纳米线阵列基底
使用杜邦公司生产的PET薄片为原料，PET薄片厚约200微米。使用镂空的薄硅片(厚度为50微米)作为掩模，掩模中镂空的部位为设计中将要成为纳米线阵列的部位。将硅掩模置于PET薄片上，两者之间不留缝隙，用Kapton胶带将其固定，置于溅射仪中，溅射大约10纳米厚的金。之后，将样品放入电感耦合等离子体刻蚀机中，通入O2、Ar、CF4气体，流速分别控制在10sccm、15sccm、30sccm，压强控制在15mTorr，工作温度控制在55℃，用400瓦的功率来产生等离子体，100瓦的功率来加速产生的等离子体，进行大约半个小时的刻蚀。将样品取出，除去硅掩模，即可得到所需的纳米结构阵列。硅掩模可以重复使用。为保证没有溅射的金残留，用王水冲洗所得的高分子基片，再用纯水冲洗，并烘干。所得PET纳米线阵列如图3(a)所示。
实施例2
使用电感耦合等离子体刻蚀制备聚苯乙烯(PS)纳米网状阵列基底
与实施例1采用相同的操作，不过使用聚苯乙烯薄片为原料，最终得到的纳米结构中，部分纳米线之间相互交联，形成网状结构。如图3(b)所示。
实施例3
使用激光脉冲烧蚀产生的高速粒子刻蚀制备聚二甲基硅氧烷(PDMS)纳米沟槽结构
使用道康宁公司Sylgard 184硅橡胶(主要成分是PDMS)，基本组分与固化剂按10比1的比例混合，抽真空除去气泡后，涂在玻璃片上形成大约200微米厚的薄层，再在60℃下固化10小时，得到PDMS基片。之后，将镂空的掩模放在PDMS基片上，置于脉冲激光沉积所用的真空腔中。使用氧化锌为固体靶材，PDMS基片正对氧化锌靶材，之间距离控制在4厘米。使用KrF脉冲激光器为激光源(波长为248纳米)，将脉冲激光聚焦在氧化锌靶材上，每个激光脉冲的能量为150mJ，脉冲频率为10Hz，进行半个小时的脉冲激光沉积操作，之后取出PDMS基片，用盐酸洗去沉积在表面的氧化锌，得到位置可控的纳米沟槽结构。如图3(c)所示。
实际上，目前常用的化学刻蚀方法的局限性主要在于对刻蚀材料的适应性很差，而实验已经证实，本发明中使用的高能粒子不均匀刻蚀方法能够适用于绝大多数高分子材料。
实施例4
制作PET纳米线阵列为固相载体的微流控芯片
首先用光刻的方法在50微米厚的硅片表面制作图案，画200微米宽，5毫米长的长方形条阵列，长方形内部区域没有光刻胶覆盖，外部区域覆盖有大约5微米厚的光刻胶。用深度反应离子刻蚀将没有光刻胶的部分刻蚀穿，得到硅掩模。将硅掩模置于PET薄片上，再进行实施例1中的操作，得到200微米宽的长条状PET纳米线阵列。用光刻的方法在平整的固体基片(如硅片)上用突出表面20微米的光刻胶画出设计的微流管道的形状，设计的微流管道位置覆盖纳米线阵列。在上面倒入sylgard 184硅橡胶及其固化剂10：1的混合液，厚度大约为4毫米，放入80摄氏度烘箱中半个小时后取出，将硅橡胶层接下，用打孔器在微流管道的末端打孔，作为液体进入与流出的通道。之后，将硅橡胶片上的微沟槽与PET纳米线阵列对齐，贴合，再放入100摄氏度烘箱中3个小时后取出，则可以得到微流芯片。
实施例5
PET纳米线阵列固相载体的免疫吸附实验
使用实施例4中得到的微流控芯片，在不同的微流管道内，首先在1个小时内，缓慢流过10微升不同浓度的兔免疫球蛋白(Rabbit IgG)溶液，之后，用2微升的1X PBS缓冲溶液冲洗微流管道，再在1个小时内，缓慢流过10微升5％酪素(Casein)溶液以减小非特异性吸附，同样用2微升1X PBS缓冲溶液冲洗微流管道，最后在1个小时内，缓慢流过10微升稀释了100倍的Goat anti-Rabbit IgG-FITC溶液，用2微升1X PBST缓冲溶液冲洗微流管道3次，在荧光显微镜下，用蓝光为激发光源，观测绿色的FITC荧光信号。初始通入的Rabbit IgG溶液浓度越高，吸附在固相载体上的Rabbit IgG就越多，特异性吸附的Goat anti-Rabbit IgG-FITC也就越多，导致最后的荧光信号越强(如图5所示)。在初始通入的Rabbit IgG浓度为20微克每毫升情况下，免疫吸附的结果显示，有PET纳米线阵列的区域，荧光信号明显强于没有纳米线的区域(如图6所示)，说明纳米线结构能有效的增加生物分子吸附。
本文使用的高分子纳米线阵列在吸附富集蛋白质方面的表现优于电纺丝等其他高比表面积纳米材料。以信噪比大于2为检出限标准，使用电纺丝制成的生物芯片，做同样的免疫吸附实验，Rabbit IgG的浓度需要大于0.625微克每毫升才能使芯片吸附到足以用Goat anti-Rabbit IgG-FITC显色的蛋白质量，而使用我们的PET高分子纳米线阵列，Rabbit IgG的浓度只要0.2微克每毫升，就可以得到足以用Goat anti-Rabbit IgG-FITC显色的蛋白质量。
实施例6
使用具有纳米线阵列结构的PET基片进行细胞培养
使用部分表面具有纳米线阵列结构的PET片为培养基底，使用DMEM培养基培养Hela细胞(人宫颈癌细胞)。细胞悬浮液密度为2×105/mL，让其贴壁，在37℃下，CO2培养箱中培养12小时。之后用1X PBS缓冲溶液润洗基片，将基片连同上面培养的细胞浸入2.5％戊二醛细胞固定液中1小时，将细胞固定，再用1X PBS缓冲溶液润洗3次，最后将基片浸入1％氯金酸溶液1小时，将其表面用金染色。样品干燥后，置于Hitachi S4800扫描电子显微镜中，在加速电压1kV的条件下观察样品。细胞培养结果如图7所示，在同一块基片上，在平面部分上的细胞贴壁比较充分和伸展，而与此明显不同的是，在具有纳米结构的部分上细胞贴壁面积较小，伸展得到控制。
这个性质，即对细胞贴壁情况的改变，使得该高分子基片可以在细胞培养中用来对细胞生长情况进行调节。
Claims (25)
1.一种生物芯片，所述生物芯片具有的固相载体包括由方向性比较好的高能粒子不均匀刻蚀所形成的高分子三维纳米结构，其中所述高分子三维纳米结构是通过将该高能粒子导向到粗糙的高分子基片的表面上对该粗糙表面进行刻蚀而制备的，其中所述三维纳米结构包括纳米线阵列结构、交联的纳米线形成的纳米网状结构和纳米沟槽结构，其中所述方向性比较好的高能粒子为电感耦合等离子体(ICP)。
2.权利要求1所述的生物芯片，其特征在于，在将高能粒子导向到粗糙的高分子基片的表面上对该粗糙表面进行刻蚀之前对高分子基片进行表面粗糙化。
3.权利要求2所述的生物芯片，其特征在于，所述对高分子基片的表面粗糙化包括溅射无机材料、机械刮划和/或溶剂熏蒸。
4.一种生物芯片，所述生物芯片具有的固相载体包括由方向性比较好的高能粒子不均匀刻蚀所形成的高分子三维纳米结构，其中所述高分子三维纳米结构是通过将该高能粒子导向到粗糙的高分子基片的表面上对该粗糙表面进行刻蚀而制备的，其中所述三维纳米结构包括纳米线阵列结构、交联的纳米线形成的纳米网状结构和纳米沟槽结构，其中所述方向性比较好的高能粒子为脉冲激光烧蚀产生的高能粒子。
5.权利要求1-4中任一项所述的生物芯片，其特征在于，另外使用镂空的掩模或者光刻技术控制所述三维纳米结构的分布。
6.权利要求1-4中任一项所述的生物芯片，其特征在于，所述高分子三维纳米结构在刻蚀后被进一步表面化学修饰，用于增加对生物分子的吸附。
7.权利要求6所述的生物芯片，其特征在于，用戊二醛或羰基二亚胺进行表面化学修饰。
8.权利要求1-4中任一项所述的生物芯片，其特征在于，所述固相载体上结合有生物分子，包括蛋白质、多肽、DNA和/或代谢产物。
9.由高能粒子不均匀刻蚀所形成的高分子三维纳米结构作为生物分子固相载体的用途，其中所述高能粒子为方向性比较好的高能粒子，所述高分子三维纳米结构是通过将该高能粒子导向到粗糙的高分子基片的表面上对该粗糙表面进行刻蚀制备的，并且所述三维纳米结构包括纳米线阵列结构、交联的纳米线形成的纳米网状结构和纳米沟槽结构，其中所述方向性比较好的高能粒子为电感耦合等离子体(ICP)或脉冲激光烧蚀产生的高能粒子。
10.由高能粒子不均匀刻蚀所形成的高分子三维纳米结构用于调节细胞附着、生长与分化的用途，其中所述高能粒子为方向性比较好的高能粒子，所述高分子三维纳米结构是通过将该高能粒子导向到粗糙的高分子基片的表面上对该粗糙表面进行刻蚀制备的，并且所述三维纳米结构包括纳米线阵列结构、交联的纳米线形成的纳米网状结构和纳米沟槽结构，其中所述方向性比较好的高能粒子为电感耦合等离子体(ICP)或脉冲激光烧蚀产生的高能粒子。
11.由高能粒子不均匀刻蚀所形成的高分子三维纳米结构用于吸附生
物分子的用途，其中所述高能粒子为方向性比较好的高能粒子，所述高分子三维纳米结构是通过将该高能粒子导向到粗糙的高分子基片的表面上对该粗糙表面进行刻蚀制备的，其中所述三维纳米结构包括纳米线阵列结构、交联的纳米线形成的纳米网状结构和纳米沟槽结构，其中所述方向性比较好的高能粒子为电感耦合等离子体(ICP)。
12.权利要求11所述的用途，其特征在于，在将高能粒子导向到粗糙的高分子基片的表面上对该粗糙表面进行刻蚀之前对高分子基片进行表面粗糙化。
13.权利要求12所述的用途，其特征在于，所述对高分子基片的表面粗糙化包括溅射无机材料、机械刮划和/或溶剂熏蒸。
14.由高能粒子不均匀刻蚀所形成的高分子三维纳米结构用于吸附生物分子的用途，其中所述高能粒子为方向性比较好的高能粒子，所述高分子三维纳米结构是通过将该高能粒子导向到粗糙的高分子基片的表面上对该粗糙表面进行刻蚀制备的，其中所述三维纳米结构包括纳米线阵列结构、交联的纳米线形成的纳米网状结构和纳米沟槽结构，所述方向性比较好的高能粒子为脉冲激光烧蚀产生的高能粒子。
15.权利要求11-14中任一项所述的用途，其特征在于，所述生物分子选自DNA、多肽、蛋白质。
16.权利要求11-14中任一项所述的用途，其特征在于，另外使用镂空的掩模或者光刻技术控制所述三维纳米结构的分布。
17.权利要求11-14中任一项所述的用途，其特征在于，所述高分子三维纳米结构在刻蚀后被进一步表面化学修饰，用于增加对生物分子的吸附。
18.权利要求17所述的用途，其特征在于，用戊二醛或羰基二亚胺进行表面化学修饰。
19.一种固相载体，其具有由方向性比较好的高能粒子不均匀刻蚀所形成的高分子三维纳米结构，其中所述高分子三维纳米结构是通过将该高能粒子导向到粗糙的高分子基片的表面上对该粗糙表面进行刻蚀而制备的，其中所述三维纳米结构包括纳米线阵列结构、交联的纳米线形成的纳米网状结构和纳米沟槽结构，其中所述方向性比较好的高能粒子为电感耦合等离子体(ICP)。
20.权利要求19所述的固相载体，其特征在于，在将高能粒子导向到粗糙的高分子基片的表面上对该粗糙表面进行刻蚀之前对高分子基片进行表面粗糙化。
21.权利要求20所述的固相载体，其特征在于，所述对高分子基片的表面粗糙化包括溅射无机材料、机械刮划和/或溶剂熏蒸。
22.一种固相载体，其具有由方向性比较好的高能粒子不均匀刻蚀所形成的高分子三维纳米结构，其中所述高分子三维纳米结构是通过将该高能粒子导向到粗糙的高分子基片的表面上对该粗糙表面进行刻蚀而制备的，其中所述三维纳米结构包括纳米线阵列结构、交联的纳米线形成的纳米网状结构和纳米沟槽结构，其中所述方向性比较好的高能粒子为脉冲激光烧蚀产生的高能粒子。
23.权利要求19-22中任一项所述的固相载体，其特征在于，另外使用镂空的掩模或者光刻技术控制所述三维纳米结构的分布。
24.权利要求19-22中任一项所述的固相载体，其特征在于，所述高分子三维纳米结构在刻蚀后被进一步表面化学修饰，用于增加对生物分子的吸附。
25.权利要求24所述的固相载体，其特征在于，用戊二醛或羰基二亚胺进行表面化学修饰。
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