CN106370831B - 用于生物分子相互作用动态检测的检测芯片及制备方法 - Google Patents

用于生物分子相互作用动态检测的检测芯片及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于生物分子相互作用动态检测的检测芯片，主要由芯片本体以及固化填充材料组成，所述固化填充材料填充于所述芯片本体上的表面金属膜层图案化所产生的空隙中。检测芯片的制备方法，主要包括如下步骤：(A)配制高分子材料溶液，将芯片本体与所述高分子材料溶液融合，以使高分子材料溶液渗入到所述芯片本体上的表面金属膜层图案化所产生的空隙中；(B)将经过上述步骤处理过的芯片本体固化处理，以使所述高分子材料溶液固化成固化填充材料，即可。该检测芯片保证了芯片的一致性，也避免了原有滴加匹配液时，由于滴加位置、滴加方法、液滴大小及气泡等对检测结构造成的误差。

Description

用于生物分子相互作用动态检测的检测芯片及制备方法
技术领域
本发明涉及生物分子相互作用的实时动态检测领域，具体而言，涉及一种用于生物分子相互作用动态检测的检测芯片及其制备方法。
背景技术
生物分子相互作用的实时动态检测是生命科学、医疗、食品工业、生物工业等领域的基本科学问题和关键技术环节。由于生物分子相互作用过程非常复杂，涉及因素众多，如要准确解析生物分子相互作用动力学参数信息，需要借助检测技术从生物分子反应过程中获得高信息量。目前能够经一次原位实时检测，获得信息量最多的是光声联合检测技术。该技术方法需要同时保证光学检测和声学检测的有效性，因此在制作其中的关键部件芯片时，需要在芯片两面分别镀上图案化金属膜层。然而，在检测应用中，需要保证芯片一面与光学耦合器的一光滑平面无缝拼接，现有的处理方法是采用具有一定粘度的光学匹配液来填补芯片表面金属膜层图案化产生的空隙。但是在检测过程中，匹配液的流动性对检测信号造成很强的干扰，尤其是芯片采用立式放置方式时，干扰更强。
另外，匹配液滴加在芯片表面的位置、液滴大小(体积)、液滴内气泡的影响等等，也会给检测带来误差。还有匹配液带来的润滑效果会导致芯片安装不便，增加操作量。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种用于生物分子相互作用的动态检测的检测芯片，该检测芯片采用的固化填充材料填充于所述芯片本体上的表面金属膜层图案化所产生的空隙中，通过采用固化材料代替目前采用的匹配液，使得芯片安装更加方便。可实现批量化制备芯片，保证了芯片的一致性，也避免了原有滴加匹配液时，由于滴加位置、滴加方法、液滴大小及气泡等对检测结构造成的误差。
本发明的第二目的在于提供上述检测芯片的制备方法，该制备方法具有方法简单易于操作，前后步骤衔接紧密，操作条件温和、整个操作方法中所涉及的试剂均绿色环保，对人体和环境没有伤害等优点。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供了一种用于生物分子相互作用动态检测的检测芯片，主要由芯片本体以及固化填充材料组成，所述固化填充材料填充于所述芯片本体上的表面金属膜层图案化所产生的空隙中。
现有技术中，经常采用的从生物分子反应过程中获得高信息量的检测技术为光声联合检测技术，这种检测技术需要同时保证光学检测和声学检测的有效性，因此在制作其中的关键部件芯片时，需要在芯片两面分别镀上图案化金属膜层。然而，在检测应用中，需要保证芯片一面与光学耦合器的一光滑平面无缝拼接，现有的处理方法是采用具有一定粘度的光学匹配液来填补芯片表面金属膜层图案化产生的空隙。但是在检测过程中，匹配液的流动性对检测信号造成很强的干扰，尤其是芯片采用立式放置方式时，干扰更强。
另外，匹配液滴加在芯片表面的位置、液滴大小(体积)、液滴内气泡的影响等等，也会给检测带来误差。还有匹配液带来的润滑效果会导致芯片安装不便，增加操作量。
本发明为了解决上述现有技术中存在的技术问题，提供了一种专门用于生物分子相互作用实时动态检测的检测芯片，该芯片通过采用固化材料代替目前采用的匹配液，使得芯片安装更加方便。可实现批量化制备芯片，保证了芯片的一致性，也避免了原有滴加匹配液时，由于滴加位置、滴加方法、液滴大小及气泡等对检测结构造成的误差。
该检测芯片非常适用于生物分子相互作用实时动态检测，克服了现有技术中存在的诸多缺陷，因此非常适于广泛推广应用，也相应的提高了该配套检测方法的附加值，值得大力推广宣传。
其中，所用的固化填充材料最好为高分子材料，并且这种高分子材料最好挑选光学性质与光学耦合器相匹配的材料，采用这样的材料作为固化填充材料能够更加提高检测的准确性。
更进一步的，高分子材料可以为PDMA材料、壳聚糖基凝胶材料、海藻酸钠基凝胶材料、PVA材料、PPMA材料等中的其中一种。这些高分子材料均可以作为固化填充材料进行应用，可以根据实际操作情况进行任意挑选，但是最为优选为聚N,N-二甲基丙烯酰胺材料(PDMA)，在具体选用哪种材料时，要看系统光学耦合器，两者光学性质需要互相匹配。
本发明除了提供了一种用于生物分子相互作用动态检测的检测芯片，还提供了该检测芯片的制备方法，主要包括如下步骤：
(A)配制高分子材料溶液，将芯片本体与所述高分子材料溶液融合，以使高分子材料溶液渗入到所述芯片本体上的表面金属膜层图案化所产生的空隙中；
(B)将经过上述步骤处理过的芯片本体固化处理，以使所述高分子材料溶液固化成固化填充材料，即可。
该制备方法简单易于操作，前后步骤衔接紧密，操作条件温和、整个操作方法中所涉及的试剂均绿色环保，对人体和环境没有伤害，通过采用该方法制备出的检测芯片有很强的应用性，通过采用固化材料代替了目前采用的匹配液，使得芯片安装更加方便。可实现批量化制备芯片，保证了芯片的一致性，也避免了原有滴加匹配液时，由于滴加位置、滴加方法、液滴大小及气泡等对检测结构造成的误差。
其中，配制高分子材料溶液时，溶质的质量百分比浓度最好控制在20-30％，这样后续应用时分散性比较好，所以最好控制适宜，不要浓度过高，也不能过低，如果溶液太稀后续多余的水不易回收。
优选地，融合的方式包括将芯片本体浸入所述高分子材料溶液中、将高分子材料溶液滴加到芯片本体表面中的其中一种。
如果采用将芯片本体浸入所述高分子材料溶液的方式，浸渍的时间最好控制在0.5-1h，这样可以使得芯片本体得到充分的浸渍，但是也不能时间过长，因为会相应的延长操作时间，浪费时间。浸渍时间还可以为0.6h、0.7h、0.8h等。
步骤(A)中，如果采用将高分子材料溶液滴加到芯片本体表面的方式，那么滴加后最好静置0.5-1h，目的也是为了使得高分子材料溶液能够充分渗入到芯片表面金属膜层图案化所产生的空隙中，但是同样的也不能时间过长，因为会相应的延长操作时间，浪费时间。静置时间还可以为0.6h、0.7h、0.8h等。
总之，上述两种操作方式中优选采用将芯片浸入高分材料溶液的方式为好，因为这样使得芯片表面金属膜层图案化所产生的空隙填充的更加均匀。
步骤(B)中，将经过步骤(A)处理过的芯片本体固化处理，固化处理的时间一般控制在1-2h，还可以为1.2h、1.3h、1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h等。
另外，固化的方式包括高温加热、光线照射、化学交联中的其中一种，如果采用高温加热的方式，温度控制在200-300℃，优选230-280℃，这样使得芯片表面形成一层高分子材料膜，这种方式避免了检测误差的发生，使得检测的准确率更高。
如果采用光线照射的方式使得高分子材料溶液固化，优选采用紫外线照射的方式。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的用于生物分子相互作用的动态检测的检测芯片，该检测芯片采用的固化填充材料填充于所述芯片本体上的表面金属膜层图案化所产生的空隙中，通过采用固化材料代替目前采用的匹配液，使得芯片安装更加方便。可实现批量化制备芯片，保证了芯片的一致性，也避免了原有滴加匹配液时，由于滴加位置、滴加方法、液滴大小及气泡等对检测结构造成的误差，值得广泛推广应用；
(2)本发明的检测芯片的制备方法，该制备方法具有方法简单易于操作，前后步骤衔接紧密，操作条件温和、整个操作方法中所涉及的试剂均绿色环保，对人体和环境没有伤害；
(3)本发明的检测芯片非常适用于生物分子相互作用实时动态检测，克服了现有技术中存在的诸多缺陷，因此非常适于广泛推广应用，也相应的提高了该配套检测方法的附加值，值得大力推广宣传。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
用于生物分子相互作用动态检测的检测芯片的制备方法如下：
1)先将PDMA材料溶解配制成高分子材料溶液，高分子材料溶液的浓度为20wt％；
2)将芯片本体浸入高分子材料溶液中，以使高分子材料溶液填充到芯片本体上的表面金属膜层图案化所产生的空隙中，浸渍的时间为1h；
3)浸渍后300℃高温加热1h，以使芯片表面快速固化高分子材料成膜，固化膜的光学性质与光学耦合器的光学性质比较相近，这里所指的光学性质是指折射率、吸收系数等。
实施例2
用于生物分子相互作用动态检测的检测芯片的制备方法如下：
1)先将PVA材料与光固化剂混合溶解配制成高分子材料溶液，高分子材料溶液的浓度为25wt％；
2)将高分子材料溶液滴加到芯片本体表面，以使高分子材料溶液填充到芯片本体上的表面金属膜层图案化所产生的空隙中，滴加后静置的时间为1h；
3)然后采用紫外线照射，以使芯片表面快速固化高分子材料成膜，固化膜的光学性质与光学耦合器的光学性质比较相近，这里所指的光学性质是指折射率、吸收系数等。
实施例3
用于生物分子相互作用动态检测的检测芯片的制备方法如下：
1)先将壳聚糖基凝胶材料溶解配制成高分子材料溶液，高分子材料溶液的浓度为30wt％；
2)将高分子材料溶液滴加到芯片本体表面，以使高分子材料溶液填充到芯片本体上的表面金属膜层图案化所产生的空隙中，滴加后静置的时间为1h；
3)然后加入交联剂，交联的时间为2h，以使芯片表面快速固化高分子材料成膜，固化膜的光学性质与光学耦合器的光学性质比较相近，这里所指的光学性质是指折射率、吸收系数等。
实施例4
用于生物分子相互作用动态检测的检测芯片的制备方法如下：
1)先将海藻酸钠基凝胶材料溶解配制成高分子材料溶液，高分子材料溶液的浓度为40wt％；
2)将高分子材料溶液滴加到芯片本体表面，以使高分子材料溶液填充到芯片本体上的表面金属膜层图案化所产生的空隙中，滴加后静置的时间为0.5h；
3)然后采用加入交联剂，交联的时间为1.5h，以使芯片表面快速固化高分子材料成膜，固化膜的光学性质与光学耦合器的光学性质比较相近，这里所指的光学性质是指折射率、吸收系数等。
实施例5
用于生物分子相互作用动态检测的检测芯片的制备方法如下：
1)先将PVA材料溶解配制成高分子材料溶液，高分子材料溶液的浓度为25wt％；
2)将高分子材料溶液滴加到芯片本体表面，以使高分子材料溶液填充到芯片本体上的表面金属膜层图案化所产生的空隙中，滴加后静置的时间为1h；
3)然后采用用加入固化剂，固化时间为2h，以使芯片表面快速固化高分子材料成膜，固化膜的光学性质与光学耦合器的光学性质比较相近，这里所指的光学性质是指折射率、吸收系数等。
实施例6
用于生物分子相互作用动态检测的检测芯片的制备方法如下：
1)先将PPMA材料溶解配制成高分子材料溶液，高分子材料溶液的浓度为25wt％；
2)将芯片本体浸入高分子材料溶液中，以使高分子材料溶液填充到芯片本体上的表面金属膜层图案化所产生的空隙中，浸渍的时间为1h；
3)浸渍后采用高温加热，加热的时间为1.5h，温度为280℃，以使芯片表面快速固化高分子材料成膜，固化膜的光学性质与光学耦合器的光学性质比较相近，这里所指的光学性质是指折射率、吸收系数等。
实施例7
用于生物分子相互作用动态检测的检测芯片的制备方法如下：
1)先将PPTA材料溶解配制成高分子材料溶液，高分子材料溶液的浓度为25wt％；
2)将芯片本体浸入高分子材料溶液中，以使高分子材料溶液填充到芯片本体上的表面金属膜层图案化所产生的空隙中，浸渍的时间为0.5h；
3)然后采用高温加热，加热的时间为1.5h，温度为270℃，以使芯片表面快速固化高分子材料成膜，固化膜的光学性质与光学耦合器的光学性质比较相近，这里所指的光学性质是指折射率、吸收系数等。
实施例8
用于生物分子相互作用动态检测的检测芯片的制备方法如下：
1)先将PDMA材料溶解配制成高分子材料溶液，高分子材料溶液的浓度为27wt％；
2)将芯片本体浸入高分子材料溶液中，以使高分子材料溶液填充到芯片本体上的表面金属膜层图案化所产生的空隙中，浸渍的时间为0.8h；
3)然后采用高温加热，加热的时间为1.5h，温度为250℃，以使芯片表面快速固化高分子材料成膜，固化膜的光学性质与光学耦合器的光学性质比较相近，这里所指的光学性质是指折射率、吸收系数等。
比较例1
采用具有一定粘度的光学匹配液来填补芯片表面金属膜层图案化产生的空隙的方法来制备检测芯片。
实验例1
采用本发明实施例1-8的检测芯片与比较例1的检测芯片同时进行低浓度生物分子相互作用的实时动态检测，并对最后的检测准确率进行统计，具体统计结果如下：
表1准确率统计结果
组别 准确率
实施例1 99％
实施例2 99.2％
实施例3 99.3％
实施例4 99.5％
实施例5 99.5％
实施例6 99.6％
实施例7 99.6％
实施例8 100％
比较例1 50％
从上表1中也可以看出，本发明实施例的检测芯片正因为避免了原有滴加匹配液时，由于滴加位置、滴加方法、液滴大小及气泡等对检测结构造成的误差，因此准确率大大提高，可见这种检测芯片具有很广的应用价值。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (6)

1.一种用于生物分子相互作用动态检测的检测芯片，其特征在于，主要由芯片本体以及固化填充材料组成，所述固化填充材料填充于所述芯片本体上的表面金属膜层图案化所产生的空隙中；
所述检测芯片的制备方法包括：
(A)配制高分子材料溶液，将芯片本体与所述高分子材料溶液融合，以使高分子材料溶液渗入到所述芯片本体上的表面金属膜层图案化所产生的空隙中；
(B)将经过上述步骤处理过的芯片本体固化处理，以使所述高分子材料溶液固化处理成固化填充材料，即可，固化处理的时间为1-2h；
融合的方式包括将芯片本体浸入所述高分子材料溶液中、将高分子材料溶液滴加到芯片本体表面中的其中一种，芯片本体浸入所述高分子材料溶液中，浸渍0.5-1h，将高分子材料溶液滴加到芯片本体表面后，静置0.5-1h；
所述高分子材料包括PDMA材料、壳聚糖基凝胶材料、海藻酸钠基凝胶材料、PVA材料、PPMA材料中的其中一种。
2.根据权利要求1所述的用于生物分子相互作用动态检测的检测芯片，其特征在于，所述固化填充材料为高分子材料。
3.根据权利要求1所述的检测芯片，其特征在于，所述步骤(B)中，固化处理的方式包括高温加热、光线照射、化学交联中的其中一种。
4.根据权利要求1所述的检测芯片，其特征在于，所述步骤(B)中，高温加热的温度控制在200-300℃。
5.根据权利要求1所述的检测芯片，其特征在于，高温加热的温度为230-280℃。
6.根据权利要求1所述的检测芯片，其特征在于，所述步骤(B)中，光线照射采用紫外线照射。
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