CN102279261B

CN102279261B - 一种图案编码微载体的喷墨打印制备方法

Info

Publication number: CN102279261B
Application number: CN 201110166457
Authority: CN
Inventors: 张继中
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2031-06-20
Also published as: CN102279261A

Abstract

图案编码微载体的喷墨印刷制备方法涉及一种图案编码微载体的喷墨打印或者印刷制备方法，尤其是将液态材料采用喷墨打印或者喷墨印刷方法分配至基底上并固化以形成上有图案的微颗粒，从基底上分离收集图案编码微颗粒并在微颗粒上固定传感敏感材料而成为图案编码微载体，该方法采用下述步骤制备：a、将可固化液态材料通过喷墨印刷方法分配到基底上并固化液态材料以形成表面有图案编码的微颗粒；b、从基底上分离收集并在微颗粒上固定传感敏感材料而成为图案编码微载体；c、重复步骤a、b分别制备不同图案编码的微载体。该方法具有操作简单，成本低廉及能够批量制备的特点。

Description

一种图案编码微载体的喷墨打印制备方法

技术领域

本发明涉及一种图案编码微载体的喷墨打印或者印刷制备方法，尤其是将液态材料采用喷墨打印或者喷墨印刷方法分配至基底上并固化以形成上有图案的微颗粒，从基底上分离收集图案编码微颗粒并在微颗粒上固定传感敏感材料而成为图案编码微载体。该方法具有操作简单，成本低廉及能够批量制备的特点。

背景技术

悬浮阵列芯片技术也称微载体技术，它是一种通过编码微颗粒上固定的传感敏感材料与待测样品间特异性相互作用而在流体中进行多目标检测分析的工具。它不仅具有通常多目标检测分析技术所具备的信息量大、检测时间短、所需检测样品体积小以及检测成本相对传统检测方法低的特点，而且无论是制备还是使用它均较另外一种多目标检测分析技术-平面微阵列芯片技术有着许多突出的优势：更大的产量、更灵活的检测目标安排、更快速的反应以及更高质量的实验结果。因此，悬浮阵列芯片的研发正越来越受到了人们的高度关注并逐渐在药物筛选、医疗卫生、食品安全、反恐等领域得到广泛应用。其中具代表性的例子是美国的Luminex公司的双荧光标记微球技术。

目前人们开发了多种微载体的制备方法包括液相合成法、模板法、刻蚀法等，并且制备出了包括球状、杆状、片状及块状等多种形貌的微载体。然而目前在微载体的制备成本、制备产量及制备性能方面却还存在诸多问题。这些都限制了悬浮阵列芯片的进一步推广应用。

而另外一方面虽然图案编码作为方便、廉价、高效的编码方式已经在包括条形码等商业领域广泛使用，但是目前在悬浮阵列芯片领域却由于其制备方法需要微流体芯片或者微电子工艺而使得其制备仍然局限于实验室。目前商业上人们使用的悬浮阵列芯片编码方式仍然主要是荧光编码微球微载体。由于图案编码微载体能够与具有前景的显微成像检测方法兼容，因此迫切需要人们开发能大批量生产、高通量、低成本、方便可靠、易于操作的图案编码微载体的制备方法。为此本申请首次将喷墨印刷技术即非接触式印刷技术批量制备图案编码微载体，以期为悬浮阵列芯片的发展及应用做出贡献。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种图案编码微载体的喷墨印刷制备方法，即以喷墨印刷技术批量制备图案编码微载体以期促进悬浮阵列芯片的进一步发展和应用。

技术方案： 本发明的图案编码微载体的喷墨印刷制备方法是采用下述步骤制备：

a、将可固化液态材料通过喷墨印刷方法分配到基底上并固化液态材料以形成表面有图案编码的微颗粒；

b、从基底上分离收集并在微颗粒上固定传感敏感材料而成为图案编码微载体；

c、重复步骤a、b分别制备不同图案编码的微载体。

所述固定传感敏感材料是指在液态材料中添加传感敏感材料并在随后的微颗粒固化过程中固定在微颗粒上或者在液态材料中添加传感敏感材料的模板并在微颗粒固化后去除模板而暴露传感敏感材料或者在微颗粒固化后连接传感敏感材料而固定传感敏感材料。

所述基底要满足可固化液态材料在基底上的接触角大于10度且可固化液态材料固化后的微颗粒与基底间的界面张力小于微颗粒的表面能及基底的表面能。

所述特定编码图案的基底上编码图案为凹型、凸型或者由不同颜色或者荧光材料构建的图案。

所述固化液态材料的方法是通过液态材料中溶剂挥发溶质沉积、液态材料聚合或者液态材料凝固而固化。

所述喷墨印刷方法是指借助压电技术或者气泡技术即非接触方式由喷嘴将液态材料分配至基底上。

所述基底为有图案阵列的或者无图案阵列的。

所述图案阵列基底上制备图案编码微载体时喷嘴将液态材料分配至基底的图案上。

所述在微颗粒上固定传感敏感材料指通过物理方法或者化学方法在微颗粒上固定传感敏感材料。

所述图案编码微载体通过与待检样品混合作用而用于检测。

有益效果：本发明首次将喷墨印刷技术批量制备图案编码微载体，由于通过该技术生产的图案编码微载体图案编码丰富、产量大、成本低从而可以获得廉价、高效可同步检测多种生物、化学物质的高性能图案编码微载体。

附图说明

图1为凹型字符A阵列PDMS基底俯视图，

图2为凸型文字字符A图案编码的圆片微载体，

图3为镶嵌型文字字符A图案编码的圆片微载体，

图4为纯文字字符图案编码的微载体，

图5为不同形貌图案编码微载体，A方形，B圆形，C三角形。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一：

先通过爱普生R230喷墨打印机将浓度为20wt%的尺寸范围介于100纳米至250纳米的交联聚甲基丙烯酸甲酯微球含40%的乙二醇的水溶液在投影片基（溶液的接触角为80度）上打印出间距为500微米尺寸为350微米的字符A阵列。室温干燥后在150摄氏度下处理1小时，然后通过去离子水将交联聚甲基丙烯酸甲酯构建的A字符状微颗粒从投影片基上冲洗下来并清洗干燥。将所获得的A字符状交联聚甲基丙烯酸甲酯微颗粒先通过氨等离子处理1分钟后，将其置于1%的戊二醛PB缓冲液室温反应4小时，随后用PBS缓冲液10分钟清洗三次。然后用0.2mg/ml的甲肝抗体的PBS缓冲溶液4摄氏度反应12小时。未反应的戊二醛用1%的BSA的PBS缓冲溶液反应2小时进行阻塞。PBS缓冲液清洗后，以3-4个/10微升的浓度储存于4摄氏度的PBS缓冲液中，得到能够检测甲肝的A字符图案编码微载体。通过爱普生R230喷墨打印机重复制备能够检测乙肝的B字符图案编码微载体及能够检测丙肝的C字符图案编码微载体。检测前各取10微升的A字符编码微载体储存液、B字符编码微载体的储存液及C字符编码微载体的储存液混合并在37摄氏度与待测样品在振荡器中以180rpm速度孵育2小时，然后用PBST溶液清洗三次。加入4微克/毫升的CY3标记甲肝抗体、乙肝抗体及丙肝抗体PBS缓冲溶液，在37摄氏度以60RPM的速度孵育1小时，随后用PBS清洗三次并在荧光显微镜下观察字符A、B及C上的荧光即可判断待测样品中甲肝病毒、乙肝病毒及丙肝病毒的有无。例如，如果A字符上有荧光则待测样品中有甲肝病毒。

实施例二：

先配制15wt%聚苯乙烯（Mn=100000）的含10%2-甲基吡咯烷酮的甲苯溶液为A液。再配制20wt%聚乙二醇（Mn=100000）的水溶液为B液。然后通过佳能iP4760喷墨打印机在聚丙烯膜上打印出由聚苯乙烯构成字符X而聚乙二醇构成字符周围部分的薄膜。其中字符尺寸约为350微米而间隔约500微米。待薄膜干燥后将薄膜浸入去离子水中并轻微振荡溶解聚乙二醇并将聚苯乙烯微颗粒从聚丙烯膜上分离，则由聚苯乙烯构成的字符X分散在水中。用去离子水彻底清洗后干燥得到由聚苯乙烯构成的X字符图案编码微颗粒。将将所获得的X字符状聚苯乙烯微颗粒先通过氨等离子处理1分钟后，将其置于1%的戊二醛PB缓冲液室温反应4小时，随后用PBS缓冲液10分钟清洗三次。然后用0.2mg/ml的甲肝抗体的PBS缓冲溶液4摄氏度反应12小时。未反应的戊二醛用1%的BSA的PBS缓冲溶液反应2小时进行阻塞。PBS缓冲液清洗后，以3-4个/10微升的浓度储存于4摄氏度的PBS缓冲液中，得到能够检测甲肝的X字符图案编码微载体。通过佳能iP4760喷墨打印机重复制备能够检测乙肝的Y字符图案编码微载体及能够检测丙肝的Z字符图案编码微载体。检测前各取10微升的X字符编码微载体储存液、Y字符编码微载体的储存液及Z字符编码微载体的储存液混合并在37摄氏度与待测样品在振荡器中以180rpm速度孵育2小时，然后用PBST溶液清洗三次。加入4微克/毫升的CY3标记甲肝抗体、乙肝抗体及丙肝抗体PBS缓冲溶液，在37摄氏度以60RPM的速度孵育1小时，随后用PBS清洗三次并在荧光显微镜下观察字符X、Y及Z上的荧光即可判断待测样品中甲肝病毒、乙肝病毒及丙肝病毒的有无。例如，如果X字符上有荧光则待测样品中有甲肝病毒。

实施例三

向浓度为10wt%尺寸介于90纳米至110纳米的二氧化硅500毫升乙醇胶体溶液中加入500毫升5%氨丙基三乙氧基硅烷乙醇溶液室温反应8小时后离心并用乙醇清洗后分散于PB缓冲液中形成浓度为1wt%的二氧化硅胶体水溶液。向上述二氧化硅胶体水溶液中加入戊二醛使得其浓度为1%v/v，然后在室温下反应4小时后离心并用PBS缓冲液清洗三次。随后将连接了戊二醛的二氧化硅胶体以终浓度为1wt%的量分散至含0.2毫克/毫升的甲肝病毒PBS缓冲溶液中于4摄氏度反应12小时后离心用1%的牛血清白蛋白BSA于室温反应2小时以阻塞未反应的戊二醛。然后将连接了甲肝抗体的二氧化硅胶体以终浓度5wt%的量加入2M丙烯酰胺及2mM甲叉双丙烯酰胺及1.5%v/v的2-羟基-2-甲基苯丙酮中并通过爱普生R270喷墨打印机在甲基烷基硅烷蒸汽处理过的石英玻璃片打印出间距为500微米尺寸为350微米的等边三角形阵列。将该石英玻璃片在100瓦365纳米波长的紫外灯下照射10分钟后用PBS缓冲液将交联聚丙烯酰胺三角片从石英片上冲洗下来。随后将交联聚丙烯酰胺三角片置于1%的氢氟酸水溶液中反应以去除二氧化硅并用去离子水彻底冲洗后得到内有甲肝病毒印迹（即传感敏感材料）的三角形图案编码片状微载体。重复制备内有乙肝病毒印迹的方形图案编码片状微载体及内有丙肝病毒印迹的圆形图案编码片状微载体。从上述不同形状的微载体中各取三个置于PBS缓冲液中与待测样品混合后并在37摄氏度与待测样品在振荡器中以180rpm速度孵育2小时，然后用PBST溶液清洗三次。加入4微克/毫升的CY3标记甲肝抗体、乙肝抗体及丙肝抗体PBS缓冲溶液，在37摄氏度以60RPM的速度孵育1小时，随后用PBS清洗三次并在荧光显微镜下观察三角片、方片及圆片上的荧光即可判断待测样品中甲肝病毒、乙肝病毒及丙肝病毒的有无。例如，如果方片上有荧光则待测样品中有乙肝病毒。

实施例四

配制含1%丙烯酰氧基在5’位修饰的核酸探针序列及0.1%偶氮二异丁腈光引发剂的35wt%的平均分子量为700的聚乙二醇双丙烯酸酯PBS缓冲溶液。核酸探针序列即传感敏感材料分别为：a：5’-丙烯酰氧基-TTT TGA TGT AGA TGT TTT ATT AGG GTT GT-3’； b：5’-丙烯酰氧基-TAT TGA TGT AGA TGT TTT ATT AGG GTT GT-3’；c：5’-丙烯酰氧基-TCT TGA TGT AGA TGT TTT ATT AGG GTT GT-3’； d：5’-丙烯酰氧基-TGT TGA TGT AGA TGT TTT ATT AGG GTT GT-3’；将含有a核酸探针序列的溶液通过爱普生R230喷墨打印机在疏水的投影片基上打印出间距为500微米尺寸为350微米的等边三角形阵列。在饱和水蒸气及氮气的保护下于16瓦紫外灯的照射反应12小时后，用去离子水清洗，获得能够检测核酸序列a的三角形图案编码片状微载体。重复制备能够检测核酸序列b的方形图案编码片状微载体、能够检测核酸序列c的圆形图案编码片状微载体及能够检测核酸序列d的菱形图案编码片状微载体。从四种微载体中各取三个微载体与0.2M的氯化钠及含0.05%的Tween-20的Tris-EDTA缓冲液中的生物素连接待测样品杂交后用PBS缓冲液清洗。随后将微载体进一步与连接有藻红蛋白的抗生蛋白链菌素的PBST缓冲液在37摄氏度混合孵育30分钟。随后用PBS清洗。在荧光显微镜下观察不同形状图案编码微载体上的荧光即可判断核酸序列a、b、c及d的有或者无。

实施例五

先通过掩膜板结合光刻技术在12吋硅片上以圆心为中心的边长为20厘米的正方形上刻蚀出中心间隔为500微米大小为360微米深度为10微米的正写凸型字符A阵列模板。将由PDMS 前体与固化剂按质量比10∶1 混匀，去除气泡后浇铸于正写凸型字符A阵列的硅片模具，置于烘箱加热固化。脱模后获得反写凹型字符A阵列的PDMS模板。将该PDMS模板背面通过胶粘剂与耐高温PVC胶片胶接，然后在反写凹型字符A阵列的PDMS模板面向上的情况下通过氧等离子处理1分钟，随后通过氟代烷基硅烷蒸汽处理使反写凹型字符A阵列的PDMS模板具有疏水、疏油的特性。清洗、干燥后备用。另外配制15wt%尺寸介于100纳米至250纳米的聚苯乙烯微球的含20%v/v乙二醇的水溶液。将配制的聚苯乙烯水溶液注入爱普生R230喷墨打印机的连续供墨系统。在计算机内通过AUTOCAD软件绘制边长为20厘米的正方形上有着间隔为500微米大小为360微米圆形阵列的图片。然后连接计算机及爱普生R230喷墨打印机并调整连有PDMS模板的投影胶片使得计算机内图片左上角的第一个圆与PDMS模板左上角的第一个反写凹形字符A对齐，然后通过喷墨打印机依次将聚苯乙烯水溶液以圆形的方式分配至反写凹形字符A阵列上。待PDMS模板上聚苯乙烯溶液的溶剂挥发后，在150摄氏度处理2小时，冷却至室温。然后用去离子水将聚苯乙烯微颗粒从PDMS模板上分离后清洗，干燥后得到有凸型字符A图案编码的聚苯乙烯微颗粒。将该微颗粒在氨等离子中处理1分钟后将其置于1%的戊二醛PB缓冲液室温反应4小时，随后用PBS缓冲液10分钟清洗三次。然后用0.2mg/ml的甲肝抗体的PBS缓冲溶液4摄氏度反应12小时。未反应的戊二醛用1%的BSA的PBS缓冲溶液反应2小时进行阻塞。PBS缓冲液清洗后，以3-4个/100微升的浓度储存于4摄氏度的PBS缓冲液中，得到能够检测甲肝的凸型A字符图案编码微载体。重复制备能够检测乙肝的凸型B字符图案编码微载体及能够检测丙肝的凸型C字符图案编码微载体。从三种编码微载体中各取三个与待测样品混合后在在37摄氏度与待测样品在振荡器中以180rpm速度孵育2小时，然后用PBST缓冲溶液清洗三次。加入4微克/毫升的CY3标记甲肝抗体、乙肝抗体及丙肝抗体PBS缓冲溶液，在37摄氏度以60RPM的速度孵育1小时，随后用PBS清洗三次并在荧光显微镜下观察字符A、B及C编码微载体上的荧光即可判断待测样品中甲肝病毒、乙肝病毒及丙肝病毒的有无。例如，如果B字符编码微载体上有荧光则待测样品中有乙肝病毒。

实施例六

将700份的去离子水40份的苯乙烯及1份的甲基丙烯酸混合后取500毫升加入1wt%的过硫酸钾并加热煮沸反应5小时得到尺寸介于100纳米至250纳米不含染料的聚苯乙烯微球，然后离心，去离子水清洗重复三次。随后将离心后的聚苯乙烯微球分散在含20%乙二醇的去离子水中并使得聚苯乙烯微球的终浓度为15wt%。另外将700份的去离子水40份的苯乙烯及1份的甲基丙烯酸混合后取500毫升加入0.1wt%的油溶兰06L并混合均匀后加入1wt%的过硫酸钾并加热煮沸反应5小时得到尺寸介于100纳米至250纳米含兰色染料的聚苯乙烯微球，然后离心，乙醇清洗重复三次。随后将离心后的兰色聚苯乙烯微球分散在含20%乙二醇的去离子水中并使得兰色聚苯乙烯微球的终浓度为15wt%。将不含染料的聚苯乙烯微球溶液注入爱普生R230喷墨打印机的连续供墨系统的黑色墨盒，而将兰色聚苯乙烯微球溶液注入青色墨盒。在计算机上通过WORD软件绘制间距为500微米而尺寸为360微米的字符A阵列。A字符尺寸约300微米为兰色，而其周围360微米的圆则为黑色。通过爱普生R230喷墨打印机在投影片基上打印获得由周围为白色而中心为兰色字符A的图案编码圆形片状聚苯乙烯微颗粒。将该微颗粒在在氨等离子中处理1分钟后将其置于1%的戊二醛PB缓冲液室温反应4小时，随后用PBS缓冲液10分钟清洗三次。然后用0.2mg/ml的甲肝抗体的PBS缓冲溶液4摄氏度反应12小时。未反应的戊二醛用1%的BSA的PBS缓冲溶液反应2小时进行阻塞。PBS缓冲液清洗后，储存于4摄氏度的PBS缓冲液中，得到能够检测甲肝的A字符图案编码微载体。重复制备能够检测乙肝的兰色B字符图案编码圆形片状微载体及能够检测丙肝的兰色C字符图案编码圆形片状微载体。从三种编码微载体中各取三个与待测样品混合后在在37摄氏度与待测样品在振荡器中以180rpm速度孵育2小时，然后用PBST缓冲溶液清洗三次。加入4微克/毫升的CY3标记甲肝抗体、乙肝抗体及丙肝抗体PBS缓冲溶液，在37摄氏度以60RPM的速度孵育1小时，随后用PBS清洗三次并在荧光显微镜下观察字符A、B及C编码微载体上的荧光即可判断待测样品中甲肝病毒、乙肝病毒及丙肝病毒的有无。例如，如果B字符编码微载体上有荧光则待测样品中有乙肝病毒。

Claims

1.一种图案编码微载体的喷墨印刷制备方法，其特征是采用下述步骤制备：

c、重复步骤a、b分别制备不同图案编码的微载体；

2.根据权利要求1所述的一种图案编码微载体的喷墨印刷制备方法，其特征是所述固定传感敏感材料是指在液态材料中添加传感敏感材料并在随后的微颗粒固化过程中固定在微颗粒上或者在液态材料中添加传感敏感材料的模板并在微颗粒固化后去除模板而暴露传感敏感材料或者在微颗粒固化后连接传感敏感材料而固定传感敏感材料。

3.根据权利要求1所述的一种图案编码微载体的喷墨印刷制备方法，其特征是所述基底要满足可固化液态材料在基底上的接触角大于10度且可固化液态材料固化后的微颗粒与基底间的界面张力小于微颗粒的表面能及基底的表面能。

4.根据权利要求1所述的一种图案编码微载体的喷墨印刷制备方法，其特征是所述特定编码图案的基底上编码图案为凹型、凸型或者由不同颜色或者荧光材料构建的图案。

5.根据权利要求1所述的一种图案编码微载体的喷墨印刷制备方法，其特征是所述固化液态材料的方法是通过液态材料中溶剂挥发溶质沉积、液态材料聚合或者液态材料凝固而固化。

6.根据权利要求1所述的一种图案编码微载体的喷墨印刷制备方法，其特征是所述基底为有图案阵列的或者无图案阵列的。

7.根据权利要求1所述的一种图案编码微载体的喷墨印刷制备方法，其特征是所述图案阵列基底上制备图案编码微载体时喷嘴将液态材料分配至基底的图案上。

8.根据权利要求1所述的一种图案编码微载体的喷墨印刷制备方法，其特征是所述在微颗粒上固定传感敏感材料指通过物理方法或者化学方法在微颗粒上固定传感敏感材料。