CN113358610A - 一种应用到微流控快检系统中硅基生物芯片及其封装工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种应用到微流控快检系统中硅基生物芯片及其封装工艺，芯片从下到上依次由经过氧化，Plasma、APTES硅烷化的带有氨基的衬底层、具有两个活性基团的双功能链接剂的表面修饰层、蛋白层和水融性封闭层，表面修饰层的两个活性基团活性基团分别与衬底层和蛋白层的氨基形成共价交联的共价键；采用上述方案后，本发明芯片荧光信号好、蛋白均一稳定，最快可以在30分钟内完成检测。

Description

一种应用到微流控快检系统中硅基生物芯片及其封装工艺

技术领域

本发明涉及一种生物检测芯片，特指微流控快检系统中的封装结构。

背景技术

目前中药材的质量控制仍以实验室检测为主，大量使用色谱及质谱技术，然而这种检测往往需要数小时的前处理，且不同的检测标志物需要配置不同的设备配件和实验室条件，而现实的情形是需要在半小时内即可以完成，生物蛋白芯片的出现解决了这一问题。

在多年的蛋白芯片技术的研究过程中，研究者为了寻找合适的物质作为蛋白的载体进行了不懈的探索。例如日本学者Velev利用含有阳离子表面活性剂 (HTAB)脂质体作为载体，通过戊二醛作用使其与一种铁蛋白包裹外壳的成分结合组装制备成为一种纳米水平的装配体，这种装配体可以在适当的pH条件下，使铁蛋白分子进入并固定于包裹外壳内面，形成蛋白质的载体。

Adachi等利用某些固体表面或薄膜覆盖上含有电解质的薄膜作为载体，可以将胶体蛋白质颗粒成分转移至薄膜上形成蛋白芯片。Uetz等在分析啤酒酵母基因组序列全长度阅读框架编码各种蛋白质的相互作用的过程，使用不同孔数的平板作为载体，建立了约含有6000个酵母转化株组成的平板蛋白芯片系统，平板上的每一个小孔中含有一个酵母转化株，可以根据其活性功能区开放阅读框架的编码表达生成一种蛋白质，利用这个系统可以用于蛋白质功能的检测和分析。Arenkov等利用聚丙烯酰胺凝胶板作为支持物，将蛋白样品置于凝胶上，然后经过电泳分离，使其成为蛋白的阵列用于进一步的研究。哈佛大学蛋白芯片研究中心Gavin等利用制备DNA芯片的高精密度机械手的针状点样枪头在只有显微镜载玻片一半大小的玻片上，制备了第一张含有样品点数为10800的蛋白芯片。

蛋白质芯片难于制作，且定位于载体表面的蛋白质分子易于改变空间构象而失去原有的生物活性。故而，目前研究热点集中在如何在保持蛋白质功能的前提下，将其固化于载体表面，另外，结构类似物固定在光刻胶修饰面上的荧光信号偏低，蛋白均一性和稳定性不好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种荧光信号好、蛋白均一稳定的微流控快检系统中的硅基生物芯片。

本发明的另一目的在于提供一种应用到微流控快检系统中硅基生物芯片的封装工艺。

为述成上述目的，本发明一种应用到微流控快检系统中硅基生物芯片，从下到上依次由硅衬底、表面修饰层和蛋白层组成，所述的硅衬底为经过氧化， Plasma、APTES硅烷化的带有氨基的衬底层，所述的表面修饰层为具有两个活性基团的双功能链接剂，蛋白层为设在表面修饰层上的点样蛋白，表面修饰层的两个活性基团活性基团分别与衬底层和蛋白层的氨基形成共价交联的共价键，在蛋白层上还设有水融性封闭层。

所述的表面修饰层为戊二醛。

所述的水融性封闭层为糖。

一种应用到微流控快检系统中硅基生物芯片的封装工艺，其步骤为：

步骤1，对硅衬底进行氧化，Plasma、APTES硅烷化；

步骤2，芯片戊二醛活化：

把即时配置好的15％戊二醛活化液使用移液枪注入对应装芯片的48孔培养皿中每个孔内，每个孔中注入200uL，浸没芯片，盖上盖子或封口，把48孔培养皿放在脱色摇床上，在25℃下200rpm转速下进行活化15小时；

步骤3，芯片蛋白点样：

1.芯片清洗：使用纯水清洗干净芯片；

2.芯片干燥：使用真空干燥箱进行芯片干燥1小时；

3.芯片点样：使用高精度点样机将配置好的蛋白试剂点到芯片上，点样温度要求：20℃，点样湿度：65％；

步骤4，芯片孵育：

点样后将芯片放入4℃的冰箱中进行孵育10小时；

步骤4，芯片封闭：

1.孵育好的芯片放入真空干燥箱中进行干燥处理；

2.加入封闭液，静置2小时封闭处理；

3.封闭后的芯片，放入氮气柜中做干燥处理。

采用上述方案后，快检蛋白芯片是在Si衬底表面通过共价结合交联生物蛋白方式，将待测物的结构类似物固化到已经过表面功能化处理的衬底来获得，其结构主要是制备的工序主要为衬底的表面修饰，蛋白点样，结构类似物固定工序，本发明的芯片最快可以在30分钟内完成检测。

附图说明

图1为本发明Si衬底与修饰层结构剖面示意图；

图2为本发明芯片蛋白点样结构剖面示意图；

图3为本发明芯片蛋白与修饰层形成共价剖面示意图；

图4为本发明电压回路接线示意图。

附图编号说明：

1、衬底层；2、戊二醛修饰层；3、点样蛋白；4、封闭层。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

如图4所示，本发明一种应用到微流控快检系统中硅基生物芯片，从下到上依次由经过氧化，Plasma、APTES硅烷化的带有氨基的衬底层、具有两个活性基团的双功能链接剂的戊二醛表面修饰层、蛋白层和水融性封闭层(糖)，芯片检测时只需用水将封闭层冲洗掉即可露出点样蛋白，表面修饰层的两个活性基团活性基团分别与衬底层和蛋白层的氨基形成共价交联的共价键。

本发明的封装工艺如下：

步骤1，对硅衬底进行氧化，Plasma(等离子清洗)、APTES硅烷化；其中APTES为硅烷偶联剂KH550，化学名为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。硅烷偶联剂含有反应性基团，它的一端能与无机材料表面的羟基或金属表面的氧化物生成共价键或形成氢键，另一端与有机材料形成氢键或生成共价键；从而将无机材料和有机材料的界面有机地连接起来。

步骤2芯片戊二醛活化

把即时配置好的15％戊二醛活化液使用移液枪注入对应装芯片的48孔培养皿中每个孔内，每个孔中注入200uL，浸没芯片。盖上盖子或封口。把48孔培养皿放在脱色摇床上，在25℃下200rpm转速下进行活化15小时，形成如图1 所示结构，戊二醛的一个醛基与底面的氨基形成共价连接。

步骤3，芯片蛋白点样，

1.芯片清洗：使用纯水清洗干净芯片；

2.芯片干燥：使用真空干燥箱进行芯片干燥1小时；

3.芯片点样：使用高精度点样机将配置好的蛋白试剂点到芯片上，如图2 所示，点样温度要求：20℃，点样湿度：65％。

步骤4，芯片孵育

点样后将芯片放入4℃的冰箱中进行孵育10小时，如图3所示，戊二醛的一个醛基与抗原的氨基形成共价连接，这时点样蛋白与图2相比明显融入修饰层。

步骤4，芯片封闭

1.孵育好的芯片放入真空干燥箱中进行干燥处理；

2.加入封闭液(糖溶液)，静置2小时封闭处理(结构如图4所示)；

3.封闭后的芯片，放入氮气柜中做干燥处理。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效形状或结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种应用到微流控快检系统中硅基生物芯片，从下到上依次由硅衬底、表面修饰层和蛋白层组成，其特征在于：所述的硅衬底为经过氧化，Plasma、APTES硅烷化的带有氨基的衬底层，所述的表面修饰层为具有两个活性基团的双功能链接剂，蛋白层为设在表面修饰层上的点样蛋白，表面修饰层的两个活性基团活性基团分别与衬底层和蛋白层的氨基形成共价交联的共价键，在蛋白层上还设有水融性封闭层。

2.如权利要求1所述的一种应用到微流控快检系统中硅基生物芯片，其特征在于：所述的表面修饰层为戊二醛。

3.如权利要求1所述的一种应用到微流控快检系统中硅基生物芯片，其特征在于：所述的水融性封闭层为糖。

4.一种应用到微流控快检系统中硅基生物芯片的封装工艺，其特征在于：

步骤1，对硅衬底进行氧化，Plasma、APTES硅烷化；

步骤2，芯片戊二醛活化：

把即时配置好的15％戊二醛活化液使用移液枪注入对应装芯片的48孔培养皿中每个孔内，每个孔中注入200uL，浸没芯片，盖上盖子或封口，把48孔培养皿放在脱色摇床上，在25℃下200rpm转速下进行活化15小时；

步骤3，芯片蛋白点样：

1.芯片清洗：使用纯水清洗干净芯片；

2.芯片干燥：使用真空干燥箱进行芯片干燥1小时；

3.芯片点样：使用高精度点样机将配置好的蛋白试剂点到芯片上，点样温度要求：20℃，点样湿度：65％；

步骤4，芯片孵育：

点样后将芯片放入4℃的冰箱中进行孵育10小时；

步骤4，芯片封闭：

1.孵育好的芯片放入真空干燥箱中进行干燥处理；

2.加入封闭液，静置2小时封闭处理；

3.封闭后的芯片，放入氮气柜中做干燥处理。

Images