CN111266141B - 一种检测芯片及其修饰方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种检测芯片及其修饰方法，该修饰方法包括对具有硅氧化物的检测芯片活化处理，以使硅氧化物转化为硅羟基；将具有硅羟基的检测芯片置于3‑氨丙基三乙氧基硅烷的有机溶液中，形成在硅羟基上接枝的氨基；将具有氨基的检测芯片置于丁二酸酐的饱和溶液中，得到表面结合有羧基的检测芯片。通过在检测芯片表面上进行一系列表面化学反应操作，使得检测芯片表面生成了通过化学键连接的羧基，解决了相关技术中检测芯片上包含羧基的化合物薄膜易脱落的问题，提高了后续蛋白偶联效率。

Description

一种检测芯片及其修饰方法
技术领域
本申请涉及生物医学技术领域，尤其涉及一种检测芯片及其修饰方法。
背景技术
微流控芯片这一名词最初源于20世纪90年代Manz与Widmer提出微全分析系统(μTAS)。Manz教授成功的把MEMS技术运用到分析化学领域，并在不久后在微芯片上实现了高速毛细管电泳，成果发表在《Science》等杂志上，从此这一领域迅速受到学界重视，并成为当今世界上最前沿的科技领域之一。芯片实验室(Lab on a chip)和微流控芯片(Microfluidic Chip)都是人们对这一领域提出的不同名称，而随着这一学科的应用从最初的分析化学拓展到多个研究与应用领域，以及研究者对这一学科的深入理解，微流控芯片已经成为对这一领域的统称。
生物芯片是一种芯片技术，其实质就是在基片表面上有序地点阵排列一系列已知的识别分子，使之与被测物质结合或反应，再以一定的方法进行显示和分析，最后得出被测物质的化学分子结构等信息。生物芯片应用十分广泛，可以应用于分子生物学、生物医学、药物的研究和开发等领域。与传统的检测方法相比，具有高通量、高信息量、快速、微型化、自动化、用途广等特点。
申请内容
本申请实施例提供一种检测芯片及其修饰方法，旨在提供一种表面形成高密度羧基分布的检测芯片，可用于后续蛋白偶联。
本申请实施例提供的一种检测芯片的修饰方法，包括：
对具有硅氧化物的所述检测芯片活化处理，以使所述硅氧化物转化为硅羟基；
将具有所述硅羟基的所述检测芯片置于3-氨丙基三乙氧基硅烷的有机溶液中，形成在所述硅羟基上接枝的氨基；
将具有所述氨基的所述检测芯片置于丁二酸酐的饱和溶液中，得到表面结合有羧基的所述检测芯片。
可选地，在本申请实施例提供的上述修饰方法中，所述将具有所述硅羟基的所述检测芯片置于3-氨丙基三乙氧基硅烷的有机溶液中，形成在所述硅羟基上接枝的氨基，具体包括：
将具有所述硅羟基的所述检测芯片放入1％-2％(v/v)3-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液或甲苯溶液中，常温密闭浸泡12h-24h。
可选地，在本申请实施例提供的上述修饰方法中，所述将具有所述氨基的所述检测芯片置于丁二酸酐的饱和溶液中，得到表面结合有羧基的所述检测芯片，具体包括：
在常温常压条件下，将具有所述氨基的所述检测芯片放入丁二酸酐的N,N-二甲基甲酰胺饱和溶液中浸泡24h-48h。
可选地，在本申请实施例提供的上述修饰方法中，所述将具有所述氨基的所述检测芯片置于丁二酸酐的饱和溶液中，得到表面结合有羧基的所述检测芯片，具体包括：
将具有所述氨基的所述检测芯片放入丁二酸酐的N,N-二甲基甲酰胺饱和溶液中，在75℃-90℃的温度条件下水浴回流24h-48h。
可选地，在本申请实施例提供的上述修饰方法中，所述对具有硅氧化物的所述检测芯片活化处理，以使所述硅氧化物转化为硅羟基，具体包括：
将具有硅氧化物的所述检测芯片放入食人鱼溶液中，在70℃-90℃的温度条件下浸泡12h-24h；所述食人鱼溶液由浓硫酸和30％双氧水构成，其中，所述浓硫酸与所述30％双氧水的体积比为1:3。
可选地，在本申请实施例提供的上述修饰方法中，在执行每一步骤之后，对所述检测芯片进行如下处理：
采用去离子水对所述检测芯片冲洗两遍；
将冲洗后的所述检测芯片在去离子水中超声清洗处理后，氮气吹干备用。
可选地，在本申请实施例提供的上述修饰方法中，在所述对具有硅氧化物的所述检测芯片活化处理之前，还包括：
依次采用丙酮、乙醇、去离子水对具有硅氧化物的所述检测芯片进行超声清洗，并采用氮气对清洗后的所述检测芯片吹干备用。
可选地，在本申请实施例提供的上述修饰方法中，在所述采用丙酮对具有硅氧化物的所述检测芯片进行超声清洗之前，还包括：
对玻璃基底进行预处理，形成具有硅氧化物的所述检测芯片。
可选地，在本申请实施例提供的上述修饰方法中，所述对玻璃基底进行预处理，形成具有硅氧化物的所述检测芯片，具体包括：
在所述玻璃基底上形成多个点样平台；
采用等离子体增强化学的气相沉积法，在390℃的温度条件下，在各所述点样平台所在层上沉积厚度为300nm、材质为硅氧化物的亲水层，并对所述亲水层进行刻蚀，保留各所述点样平台所在区域的硅氧化物，获得具有所述硅氧化物的所述检测芯片。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种检测芯片，包括：玻璃基底，位于所述玻璃基底上的多个点样平台，以及覆盖各所述点样平台的亲水层，所述亲水层包括具有化学修饰基团的硅氧化物；其中，
所述化学修饰基团采用如上所述的修饰方法获得。
本申请有益效果如下：
本申请实施例提供了一种检测芯片及其修饰方法，该修饰方法包括对具有硅氧化物的检测芯片活化处理，以使硅氧化物转化为硅羟基；将具有硅羟基的检测芯片置于3-氨丙基三乙氧基硅烷的有机溶液中，形成在硅羟基上接枝的氨基；将具有氨基的检测芯片置于丁二酸酐的饱和溶液中，得到表面结合有羧基的检测芯片。通过对检测芯片的硅氧化物活化处理，使得检测芯片表面生成硅羟基；之后硅羟基与3-氨丙基三乙氧基硅烷进行反应，形成表面接枝有氨基的检测芯片；最后氨基与丁二酸酐之间发生反应，在检测芯片的表面形成了高密度羧基分布。也就是说，上述一系列表面化学反应，使得检测芯片表面生成了通过化学键连接的羧基，解决了相关技术中检测芯片上包含羧基的化合物薄膜易脱落的问题，提高了后续蛋白偶联效率。
附图说明
图1为本申请实施例提供的检测芯片的修饰方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的检测芯片的结构示意图；
图3为采用本申请实施例提供的检测芯片进行抗体标记的荧光图像。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
需要注意的是，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。附图中各图形的尺寸和形状不反映真实比例，目的只是示意说明本申请内容。并且自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
相关技术中，一般在玻璃基底上沉积或旋涂具备羧基或其他包含可与蛋白偶联的基团的化合物薄膜，实现检测芯片的制作，以用于后续蛋白偶联。然而，熔融工艺制备的玻璃基底具有诸多缺陷，致使上述化合物薄膜在玻璃基底上的附着性较差，易发生脱落，影响蛋白偶联效率。
针对相关技术中存在的上述问题，本公开实施例提供了一种检测芯片及其修饰方法。
具体地，本申请实施例提供的一种检测芯片的修饰方法，如图1所示，包括以下步骤：
S101、对具有硅氧化物SiOx的检测芯片活化处理，以使硅氧化物转化为硅羟基，如反应式I所示；
Figure BDA0002417672770000051
S102、将具有硅羟基的检测芯片置于3-氨丙基三乙氧基硅烷的有机溶液中，形成在硅羟基上接枝的氨基，如反应式II所示；
Figure BDA0002417672770000052
S103、将具有氨基的检测芯片置于丁二酸酐的饱和溶液中，得到表面结合有羧基的检测芯片，如反应式III所示。
Figure BDA0002417672770000053
在本申请实施例提供的上述修饰方法中，在检测芯片表面上进行了一系列表面化学反应操作，使得检测芯片表面生成了通过化学键连接的羧基，解决了相关技术中检测芯片上包含羧基的化合物薄膜易脱落的问题，提高了后续蛋白偶联效率。适用于体外诊断、药性筛选、细胞培养、免疫荧光检测等所需的微流控体系。
可选地，在本申请实施例提供的上述修饰方法中，步骤S102将具有硅羟基的检测芯片置于3-氨丙基三乙氧基硅烷的有机溶液中，形成在硅羟基上接枝的氨基，具体可以通过以下方式进行实现：
将具有硅羟基的检测芯片按照夹具构造竖直放入氨基化夹具中，并在该氨基化夹具中注入1％-2％(v/v)3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)的乙醇溶液或甲苯溶液，常温密闭浸泡12h-24h。
具体地，3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)在乙醇或甲苯中的体积比(v/v)可以为1％、1.2％、1.5％、1.8％、2％等；乙醇可选用超干乙醇或95％乙醇，甲苯可选用超干甲苯；浸泡时间可以为12h、15h、16h、18h、20h、21h、24h等。
可选地，在执行上述步骤S102后，还需要倒掉反应液，采用去离子水冲洗两遍检测芯片，再采用去离子水对检测芯片超声清洗5min，氮气吹干备用，以清洗掉检测芯片表面未反应的APTES或其他杂质。
可选地，在本申请实施例提供的上述修饰方法中，步骤S103将具有氨基的检测芯片置于丁二酸酐的饱和溶液中，得到表面结合有羧基的检测芯片，具体可以通过以下两种可能的方式进行实现：
其中一种可能的实现方式为：将氨基化处理好的玻璃片按照夹具构造竖直放入羧基化夹具中，并将丁二酸酐的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)饱和溶液加入该羧基化夹具中，在常温常压条件下浸泡24h-48h。
另一种可能的实现方式为：将氨基化处理好的玻璃片按照夹具构造竖直放入羧基化夹具中，并将丁二酸酐的N,N-二甲基甲酰胺饱和溶液加入该羧基化夹具中，在75℃-90℃的温度条件下水浴回流24h-48h。
具体地，浸泡时间可以为24h、30h、35h、40h、45h、48h等，回流温度可以为75℃、78℃、80℃、82℃、85℃、87℃、90℃等，回流时间可以为24h、27h、30h、35h、40h、45h、48h等。
可选地，在执行上述步骤S103后，还需要倒掉反应液，采用去离子水冲洗两遍检测芯片，再采用去离子水对检测芯片超声清洗10min，去除羧基化过程中检测芯片上沾染的杂质。随后采用氮气吹干超声清洗的检测芯片，并将其保存在氮气氛围中，完成修饰，以备后续用于蛋白偶联。
可选地，在本申请实施例提供的上述修饰方法中，步骤S101对具有硅氧化物的检测芯片活化处理，以使硅氧化物转化为硅羟基，具体可以通过以下方式进行实现：
将具有硅氧化物的检测芯片按照夹具构造竖直放入活化夹具中，现场配制食人鱼溶液(浓硫酸：30％双氧水＝1:3)，无需冷却，缓慢倒入上述活化夹具中，在70℃-90℃的条件下水浴搅拌12h-24h。
具体地，水浴搅拌的温度为70℃、72℃、75℃、80℃、83℃、85℃、88℃、90℃等，水浴搅拌的时间为12h、15h、18h、20h、21h、24h等。
可选地，在执行上述步骤S101后，还需要倒掉食人鱼溶液并妥善处理，采用去离子水冲洗两遍检测芯片，再采用去离子水对检测芯片超声清洗10min，去除活化过程中沾染在检测芯片表面的杂质，最后氮气吹干检测芯片备用。
可选地，在本申请实施例提供的上述修饰方法中，在执形步骤S101对具有硅氧化物的检测芯片活化处理之前，还可以执行以下步骤：
依次采用丙酮、乙醇、去离子水对具有硅氧化物的检测芯片进行超声清洗，并采用氮气对清洗后的检测芯片吹干备用。
具体地，在将0.5mm厚度的Corning Eagle玻璃切割成1in×3in标准载玻片大小后，装入清洗夹具中进行预清洗，清洗工艺流程依次包括：采用丙酮超声清洗10min，采用乙醇超声清洗10min，采用去离子水超声清洗10min，再次采用去离子水超声清洗10min。这样可以将玻璃表面的油脂等其他杂质清洗掉。清洗结束后，氮气吹干检测芯片备用。
可选地，在本申请实施例提供的上述修饰方法中，在采用丙酮对具有硅氧化物的检测芯片进行超声清洗之前，还可以执行以下步骤：
对玻璃基底进行预处理，形成具有硅氧化物的检测芯片。
相关技术中，检测芯片的玻璃基底具有一定程度的疏水性，而生物领域的待检测溶液所含溶剂一般为水，因此，待检测溶液与玻璃基底之间的接触不好，不利于待检测溶液中的标志物与检测芯片进行结合。硅氧化物具有亲水性，使得本申请提供的检测芯片可以更好地实现与待检测溶液的紧密接触，提升检测效果。
可选地，在本申请实施例提供的上述修饰方法中，上述步骤对玻璃基底进行预处理，形成具有硅氧化物的检测芯片，具体可以通过以下方式进行实现：
在玻璃基底上形成多个点样平台；
采用等离子体增强化学的气相沉积法(PECVD)，在390℃的温度条件下，在各点样平台所在层上沉积厚度为300nm、材质为硅氧化物的亲水层，并对亲水层进行刻蚀，保留各点样平台所在区域的硅氧化物，获得具有硅氧化物的检测芯片。
采用上述方法所形成硅氧化物材质的亲水层，具有膜厚均一性好、膜层针孔少、不易龟裂等优点，使得待检测溶液与检测芯片的接触效果更好。
值得注意的是，上述修饰过程中出现的时间和温度等参数仅是举例说明，并不作为限定条件。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种检测芯片，包括：玻璃基底，位于玻璃基底上的多个点样平台，以及覆盖各点样平台的亲水层，亲水层包括具有化学修饰基团的硅氧化物；其中，
化学修饰基团采用本申请实施例提供的上述修饰方法获得。
具体地，如图2所示，为本申请实施例提供的上述检测芯片的结构示意图。其中，201表示下玻璃基底，202表示一个点样平台，203表示硅氧化物，203’表示化学修饰基团，204表示导流坝，205表示疏水层，206表示上玻璃基片，207表示进样孔，208表示支撑部件，209表示定位部件。
化学修饰基团203’采用本申请实施例提供的上述修饰方法获得，因此化学修饰基团203’上具有羧基，该羧基可与目标抗原或抗体结合。具体地，在图3中，颜色较浅的区域(即图片中下半部分)示出了荧光标记的抗体与化学修饰基团203’中羧基之间连接效率的测试结果。结果证明：本申请提供的检测芯片表面较高的羧基接枝密度，致使在其与抗体等蛋白结合时，表现出超高的蛋白偶联效率和超低的非特异性吸附。
实际免疫检测过程中，待检测溶液经进样口170注入由下玻璃基底201、上玻璃基片206与支撑部件208共同限定的待检测溶液流动空间。在导流坝204的疏引作用和疏水层205的疏水作用下，待检测溶液均匀稳定地流过各点样平台202所在的区域。以硅氧化物203为基础经过上述修饰方法获得的化学修饰基团203’已与目标抗原或抗体结合，使得在待检测溶液流过点样平台202的过程中，待检测溶液中的标志物会与化学修饰基团203’上的目标抗原或抗体结合，从而将标志物固定到检测芯片上。然后，定位部件209与另行提供的光学检测设备配合来实现检测芯片的定位，以对检测芯片进行光学检测(例如荧光检测)，进而得到免疫检测结果。
综合上述描述可知，在本申请实施例提供的上述检测芯片及其修饰方法中，通过对检测芯片的硅氧化物活化处理，使得检测芯片表面生成硅羟基；之后硅羟基与3-氨丙基三乙氧基硅烷进行反应，形成表面接枝有氨基的检测芯片；最后氨基与丁二酸酐之间发生反应，在检测芯片的表面形成了高密度羧基分布。也就是说，上述一系列表面化学反应，使得检测芯片表面生成了通过化学键连接的羧基，解决了相关技术中检测芯片上包含羧基的化合物薄膜易脱落的问题，提高了后续蛋白偶联效率。适用于体外诊断、药性筛选、细胞培养、免疫荧光检测等所需的微流控体系。另外，本申请提供的上述修饰方法是基于玻璃基底进行的，既便于量产，又有效降低了成本。此外，由上述描述可见，本申请提供的上述修饰方法操作流程相对简易，便于提高效率。
需要说明的是，本申请通过上述实施例来说明本申请的工艺方法，但本申请并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本申请必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本申请的任何改进，对本申请所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本申请的保护范围和公开范围之内。

Claims (8)

1.一种检测芯片的修饰方法，其特征在于，包括：
在玻璃基底上形成疏水层后，在所述疏水层上形成多个点样平台、以及在各所述点样平台所在区域覆盖所述点样平台的硅氧化物SiOx，获得具有所述硅氧化物SiOx的所述检测芯片；
对具有所述硅氧化物SiOx的所述检测芯片活化处理，以使所述硅氧化物SiOx转化为硅羟基；
将具有所述硅羟基的所述检测芯片置于3-氨丙基三乙氧基硅烷的有机溶液中，形成在所述硅羟基上接枝的氨基；
将具有所述氨基的所述检测芯片置于丁二酸酐的饱和溶液中，得到表面结合有羧基的所述检测芯片；
所述将具有所述硅羟基的所述检测芯片置于3-氨丙基三乙氧基硅烷的有机溶液中，形成在所述硅羟基上接枝的氨基，具体包括：
将具有所述硅羟基的所述检测芯片放入1％-2％(v/v)3-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液或甲苯溶液中，常温密闭浸泡12h-24h。
2.如权利要求1所述的修饰方法，其特征在于，所述将具有所述氨基的所述检测芯片置于丁二酸酐的饱和溶液中，得到表面结合有羧基的所述检测芯片，具体包括：
在常温常压条件下，将具有所述氨基的所述检测芯片放入丁二酸酐的N,N-二甲基甲酰胺饱和溶液中浸泡24h-48h。
3.如权利要求1所述的修饰方法，其特征在于，所述将具有所述氨基的所述检测芯片置于丁二酸酐的饱和溶液中，得到表面结合有羧基的所述检测芯片，具体包括：
将具有所述氨基的所述检测芯片放入丁二酸酐的N,N-二甲基甲酰胺饱和溶液中，在75℃-90℃的温度条件下水浴回流24h-48h。
4.如权利要求1所述的修饰方法，其特征在于，所述对具有硅氧化物的所述检测芯片活化处理，以使所述硅氧化物转化为硅羟基，具体包括：
将具有硅氧化物的所述检测芯片放入食人鱼溶液中，在70℃-90℃的温度条件下浸泡12h-24h；所述食人鱼溶液由浓硫酸和30％双氧水构成，其中，所述浓硫酸与所述30％双氧水的体积比为1:3。
5.如权利要求1所述的修饰方法，其特征在于，在执行每一步骤之后，对所述检测芯片进行如下处理：
采用去离子水对所述检测芯片冲洗两遍；
将冲洗后的所述检测芯片在去离子水中超声清洗处理后，氮气吹干备用。
6.如权利要求1-5任一项所述的修饰方法，其特征在于，在所述疏水层上形成多个点样平台、以及在各所述点样平台所在区域覆盖所述点样平台的硅氧化物SiOx，获得具有所述硅氧化物SiOx的所述检测芯片之后，且在所述对具有硅氧化物的所述检测芯片活化处理之前，还包括：
依次采用丙酮、乙醇、去离子水对具有硅氧化物SiOx的所述检测芯片进行超声清洗，并采用氮气对清洗后的所述检测芯片吹干备用。
7.如权利要求1-5任一项所述的修饰方法，其特征在于，在所述疏水层上形成多个点样平台、以及在各所述点样平台所在区域覆盖所述点样平台的硅氧化物SiOx，获得具有所述硅氧化物SiOx的所述检测芯片，具体包括：
在所述疏水层上形成多个点样平台；
采用等离子体增强化学的气相沉积法，在390℃的温度条件下，在各所述点样平台所在层上沉积厚度为300nm、材质为硅氧化物SiOx的亲水层，并对所述亲水层进行刻蚀，保留各所述点样平台所在区域的所述硅氧化物SiOx，获得具有所述硅氧化物SiOx的所述检测芯片。
8.一种检测芯片，其特征在于，包括：玻璃基底，位于所述玻璃基底上的多个点样平台，以及覆盖各所述点样平台的亲水层，所述亲水层包括具有化学修饰基团的硅氧化物；其中，
所述化学修饰基团采用如权利要求1-7任一项所述的修饰方法获得。
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