CN104415802B - 一种抗蛋白吸附聚合物芯片电泳微流通道的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种抗蛋白吸附聚合物芯片电泳微流通道的制作方法，采用聚乙二醇预聚物作为双基片夹心层材料，并采用紫外光刻的方法在夹心层上直接构筑微流通道，所得微流通道的分辨率可达到10μm，具有良好的抗蛋白吸附性能，与聚二甲基硅氧烷微流通道相比，抗蛋白吸附能力提高1倍以上。本方法所用工艺流程简单，无需制作模具，生产效率高，生产成本低，重复性好，易于大规模生产，制得的微流通道具有优良的分辨率和抗蛋白吸附性能，适用于构筑抗蛋白吸附芯片电泳，生物芯片，微流控芯片和微全分析系统等场合。
Description
技术领域
本发明涉及抗蛋白吸附聚合物芯片电泳微流通道的制备方法，确切的说是一种利用聚乙二醇预聚物与双基片形成的夹心层结构和紫外光刻制备抗蛋白吸附聚合物芯片电泳微流通道的方法。
背景技术
自1990年问世以来，芯片电泳因其体积小、分析速度快、成本低、集成度高、自动化程度高、便于携带、易于商业化等特点而倍受关注，并在环境保护、生物化学、医学卫生、临床检测、司法鉴定、食品卫生、药品检测、毒品和兴奋剂检测、农业化学、生物医药工程和生命科学等领域得到广泛应用。
近年来，有机聚合物材料在微流控芯片电泳制备中得到了广泛的应用。有机聚合物材料相对于无机的玻璃、硅、石英等具有价格便宜、成型容易、柔韧性优异等很多优点，可以实现微流控芯片电泳的低成本、大批量生产。制备微流控芯片电泳的有机聚合物材料有聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)和环氧树脂等。其中以PDMS和PMMA最为常用，但这些聚合物芯片电泳的制作过程通常需要额外制备模板或模具而变得比较繁琐。如：(1)Chen等在《Microchimica Acta》杂志2006，153，151-158报道了利用光刻胶SU-8为模板制备了PDMS芯片电泳。制作过程分为SU-8模板制作、PDMS浇注成型、PDMS键合等多个步骤；(2)Sun等在《Journal ofChromatography A》杂志2007，1162，162-166报道了利用热压键合的方法制备了PMMA芯片电泳，制作过程分为金属阳模制作，PMMA热压成型、PMMA热封接键合等多个步骤。并且这些有机聚合物芯片电泳材料的抗蛋白吸附性能普遍不佳，还需要对聚合物表面进行后续的修饰改性等步骤才能够较好地适用于蛋白质和生物大分子样品的分析检测。如：(3)Kitagawa等在《Journal of Pharmaceutical andBiomedical Analysis》杂志2010，53，1272-1277报道了通过亲核加成反应将抗蛋白吸附的聚乙二醇(PEG)分子链固定在模板热压法所制备的PMMA通道的表面，提高了生物大分子在芯片电泳分析中的分离效率和分析的重现性。芯片电泳微流通道表面所修饰的PEG分子链的抗蛋白吸附性能易受修饰密度、厚度和缺陷等因素的影响，并且存在由于不同材料间的不良键合而造成的涂层脱落等问题。
以上所列的制备方法，普遍工艺设备复杂，需要制备模具，制备流程繁琐，操作条件苛刻，生产效率偏低，生产成本偏高，所制备聚合物芯片电泳的抗蛋白吸附性能不佳，限制了它们在蛋白质分离分析中的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简化抗蛋白吸附聚合物芯片电泳微流通道的制备方法，解决制备工艺流程繁杂、需要制备模具、生产效率低、生产成本高、所制备聚合物芯片电泳的抗蛋白吸附性能不佳的问题。
本发明目的技术方案是：一种抗蛋白吸附聚合物芯片电泳微流通道的制备方法，其特征在于先将聚乙二醇二丙烯酸酯和光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮混合后形成的聚乙二醇预聚物填充在透明双基片之间形成夹心层结构，再透过光掩膜对夹心层中的聚乙二醇预聚物进行紫外曝光，用显影剂将未曝光的聚乙二醇预聚物除去即得抗蛋白吸附微流通道。
本发明所用的聚乙二醇预聚物中聚乙二醇二丙烯酸酯的分子量在214至1050，分子量太低，则抗蛋白吸附能力不佳，分子量太高则微流通道的交联密度降低，机械强度不佳，优选的分子量为258～830。
本发明所用的聚乙二醇预聚物中光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮的质量百分含量在0.5％至6％，光引发剂含量太低或太高，则会导致曝光光刻速度过慢或过快，优选的含量为1％～5％。
本发明所用的双基片材料为是透明的聚合物片材，石英片或玻璃片。石英片或玻璃片与聚乙二醇预聚物的相容性不佳，优选片材为聚合物。
本发明所用的紫外曝光光源波长在193nm至400nm，曝光剂量为5mJ/cm2至600mJ/cm2。曝光光源波长太短或太长，曝光剂量太高或太低，都会导致光刻微加工的质量下降，优选的紫外曝光光源波长在248nm至365nm，曝光剂量为30mJ/cm2至100mJ/cm2。
本发明所用的显影剂是水，乙醇或丙酮。乙醇或丙酮为有机溶剂，显影成本较高，因此优选的显影剂是水。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)采用本发明的方法，无须制备任何模板或模具，无须对聚合物芯片电泳微流通道进行任何后续的抗蛋白吸附改性或修饰，简化了聚合物芯片电泳微流通道的制备流程，工艺设备简单，重复性好，所用原料易得，生产成本低；
(2)通过本发明方法制备的微流通道的分辨率可达到10μm，具有良好的抗蛋白吸附性能，与聚二甲基硅氧烷微流通道相比，抗蛋白吸附能力提高1倍以上；
(3)本发明方法制备的抗蛋白吸附微流通道，可用于构筑抗蛋白吸附芯片电泳，生物芯片，微流控芯片和微全分析系统等场合。
附图说明
图1是实施例1所得的抗蛋白吸附微流通道截面的扫描电镜图；
图2是实施例1所得的抗蛋白吸附微流通道的光学显微镜图；
图3是实施例2所得的抗蛋白吸附微流通道的光学显微镜图；
图4是实施例3所得的抗蛋白吸附微流通道的光学显微镜图；
图5是实施例4所得的抗蛋白吸附微流通道的光学显微镜图；
图6是实施例5所得的抗蛋白吸附微流通道的光学显微镜图；
图7是实施例6所得的抗蛋白吸附微流通道的光学显微镜图；
图8是典型的抗蛋白吸附微流通道与聚二甲基硅氧烷微流通道抗蛋白吸附性能的比较。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
扫描电镜照片由FEI430型扫描电镜测得。
光学显微镜照片由SMZ-T1型数码显微镜测得。
抗蛋白吸附性能由浓度为0.135mg/ml的人血清白蛋白以0.2ml/h的流速通过微流通道时在管壁的累积吸附量测得。
实施例1
将分子量为214的聚乙二醇二丙烯酸酯与质量百分含量为0.5％的光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮混合后配制成聚乙二醇预聚物，取两片聚对苯二甲酸乙二醇酯的透明片材作为基片，利用旋转涂胶的办法将聚乙二醇预聚物均匀涂覆在基片的上表面，放在波长为193nm的紫外灯下曝光，曝光剂量为5mJ/cm2，曝光结束后，在其中的一个基片的上表面继续旋涂聚乙二醇预聚物，并将另外一个基片的上表面朝下慢慢覆于旋涂好的预聚物之上，形成双基片夹心层结构，将具有10μm芯片电泳微流通道图案的光掩膜放在上层基片上，然后放在波长为193nm的紫外灯下曝光，曝光剂量为5mJ/cm2，曝光结束在水中显影后，在夹心层中得到微流通道。如附图1的扫描电镜照片和附图2的光学显微镜照片所示，所得微流通道的宽度为10μm。由于聚乙二醇材料具有良好的亲水性、电中性和超低的表面能，因此该微流通道具有良好的抗蛋白吸附性能。
实施例2
将分子量为258的聚乙二醇二丙烯酸酯与质量百分含量为1％的光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮混合后配制成聚乙二醇预聚物，取两片聚甲基丙烯酸甲酯的透明片材作为基片，利用旋转涂胶的办法将聚乙二醇预聚物均匀涂覆在基片的上表面，放在波长为248nm的紫外灯下曝光，曝光剂量为30mJ/cm2，曝光结束后，在其中的一个基片的上表面继续旋涂聚乙二醇预聚物，并将另外一个基片的上表面朝下慢慢覆于旋涂好的预聚物之上，形成双基片夹心层结构，将具有200μm芯片电泳微流通道图案的光掩膜放在上层基片上，然后放在波长为248nm的紫外灯下曝光，曝光剂量为30mJ/cm2，曝光结束在乙醇中显影后，在夹心层中得到微流通道。如附图3的光学显微镜照片所示，所得微流通道的宽度为200μm。由于聚乙二醇材料具有良好的亲水性、电中性和超低的表面能，因此该微流通道具有良好的抗蛋白吸附性能。
实施例3
将分子量为830的聚乙二醇二丙烯酸酯与质量百分含量为5％的光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮混合后配制成聚乙二醇预聚物，取两片聚氯乙烯的透明片材作为基片，利用旋转涂胶的办法将聚乙二醇预聚物均匀涂覆在基片的上表面，放在波长为365nm的紫外灯下曝光，曝光剂量为100mJ/cm2，曝光结束后，在其中的一个基片的上表面继续旋涂聚乙二醇预聚物，并将另外一个基片的上表面朝下慢慢覆于旋涂好的预聚物之上，形成双基片夹心层结构，将具有300μm芯片电泳微流通道图案的光掩膜放在上层基片上，然后放在波长为365nm的紫外灯下曝光，曝光剂量为100mJ/cm2，曝光结束在丙酮中显影后，在夹心层中得到微流通道。如附图4的光学显微镜照片所示，所得微流通道的宽度为300μm。由于聚乙二醇材料具有良好的亲水性、电中性和超低的表面能，因此该微流通道具有良好的抗蛋白吸附性能。
实施例4
将分子量为1050的聚乙二醇二丙烯酸酯与质量百分含量为6％的光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮混合后配制成聚乙二醇预聚物，取两片聚苯乙烯的透明片材作为基片，利用旋转涂胶的办法将聚乙二醇预聚物均匀涂覆在基片的上表面，放在波长为400nm的紫外灯下曝光，曝光剂量为600mJ/cm2，曝光结束后，在其中的一个基片的上表面继续旋涂聚乙二醇预聚物，并将另外一个基片的上表面朝下慢慢覆于旋涂好的预聚物之上，形成双基片夹心层结构，将具有300μm芯片电泳微流通道图案的光掩膜放在上层基片上，然后放在波长为400nm的紫外灯下曝光，曝光剂量为600mJ/cm2，曝光结束在水中显影后，在夹心层中得到微流通道。如附图5的光学显微镜照片所示，所得微流通道的宽度为300μm。由于聚乙二醇材料具有良好的亲水性、电中性和超低的表面能，因此该微流通道具有良好的抗蛋白吸附性能。
实施例5
将分子量为575的聚乙二醇二丙烯酸酯与质量百分含量为2％的光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮混合后配制成聚乙二醇预聚物，取两片透明的石英片材作为基片，利用旋转涂胶的办法将聚乙二醇预聚物均匀涂覆在基片的上表面，放在波长为310nm的紫外灯下曝光，曝光剂量为60mJ/cm2，曝光结束后，在其中的一个基片的上表面继续旋涂聚乙二醇预聚物，并将另外一个基片的上表面朝下慢慢覆于旋涂好的预聚物之上，形成双基片夹心层结构，将具有250μm芯片电泳微流通道图案的光掩膜放在上层基片上，然后放在波长为310nm的紫外灯下曝光，曝光剂量为60mJ/cm2，曝光结束在乙醇中显影后，在夹心层中得到微流通道。如附图6的光学显微镜照片所示，所得微流通道的宽度为250μm。由于聚乙二醇材料具有良好的亲水性、电中性和超低的表面能，因此该微流通道具有良好的抗蛋白吸附性能。
实施例6
将分子量为918的聚乙二醇二丙烯酸酯与质量百分含量为4％的光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮混合后配制成聚乙二醇预聚物，取两片透明的玻璃片材作为基片，利用旋转涂胶的办法将聚乙二醇预聚物均匀涂覆在基片的上表面，放在波长为380nm的紫外灯下曝光，曝光剂量为400mJ/cm2，曝光结束后，在其中的一个基片的上表面继续旋涂聚乙二醇预聚物，并将另外一个基片的上表面朝下慢慢覆于旋涂好的预聚物之上，形成双基片夹心层结构，将具有400μm芯片电泳微流通道图案的光掩膜放在上层基片上，然后放在波长为380nm的紫外灯下曝光，曝光剂量为400mJ/cm2，曝光结束在丙酮中显影后，在夹心层中得到微流通道。如附图6的光学显微镜照片所示，所得微流通道的宽度为400μm。由于聚乙二醇材料具有良好的亲水性、电中性和超低的表面能，因此该微流通道具有良好的抗蛋白吸附性能。
Claims (5)
1.一种抗蛋白吸附聚合物芯片电泳微流通道的制备方法，其特征在于先将聚乙二醇二丙烯酸酯和光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮混合后形成的聚乙二醇预聚物, 取两片透明片材作为基片，利用旋转涂胶的办法将聚乙二醇预聚物均匀涂覆在基片的上表面，放在紫外灯下曝光，曝光结束后，在其中的一个基片的上表面继续旋涂聚乙二醇预聚物，并将另外一个基片的上表面朝下慢慢覆于旋涂好的预聚物之上，形成双基片夹心层结构，再透过光掩膜对夹心层中的聚乙二醇预聚物进行紫外曝光，用显影剂将未曝光的聚乙二醇预聚物除去即得抗蛋白吸附芯片电泳微流通道；
所述的聚乙二醇预聚物中聚乙二醇二丙烯酸酯的分子量在214至1050，光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮的质量百分含量在0.5％至6％。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的双基片材料为透明的聚合物片材、石英片或玻璃片。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的紫外曝光光源波长在193nm至400nm，曝光剂量为5mJ/cm2至600mJ/cm2。
4.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于所用的显影剂是水、乙醇或丙酮。
5.根据权利要求1或3或4所述的制备方法，其特征在于工艺条件为：聚乙二醇预聚物中聚乙二醇二丙烯酸酯的分子量为258～830，光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮的质量百分含量为1％～5％，紫外曝光光源波长在248nm至365nm，曝光剂量为30mJ/cm2至100mJ/cm2，显影剂为水。
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| Fabrication of non-biofouling polyethylene glycol micro- and nanochannels by ultraviolet-assisted irreversible sealing;Pilnam Kim et al.;《The Royal Society of Chemistry》;20060914;第6卷;第1432页右栏第2段、第1433页左栏第1段，scheme 1及其附图、第1437页左栏第1段 |
| 水凝胶微流控芯片的快速加工及在细胞培养检测中的应用;霍丹群 等;《高等学校化学学报》;20130630;第34卷(第6期);第1.2.1节 |
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