CN114377736A - 一种亲疏水图案化阵列芯片、制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于质谱检测领域，具体涉及构筑一种亲疏水图案化阵列芯片，这种图案化芯片可以被广泛地应用于基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪(MALDI‑TOF MS)样品的制备及检测。其步骤为：在基底上构筑外圈为疏水层，中间为亲水点的阵列芯片；中间亲水点为金属薄膜或纳米粒子组装膜；基质和生物样品混合溶液滴加于所述芯片的亲水区域上，在室温下自然晾干，得到均匀的、细小的基质与样品的共结晶颗粒。利用本发明的芯片，不但能实现对于生物样品的富集，而且还能改善基质和样品的共结晶形态，从而提高MALDI‑TOF MS检测的灵敏度和重现性，因此具有很大的实际应用的价值。

Description

一种亲疏水图案化阵列芯片、制备方法及其应用
技术领域
本发明属于质谱检测领域，具体涉及一种亲疏水图案化阵列芯片的制备方法和在质谱检测领域的应用。
背景技术
精准医学是应用现代遗传技术、分子影像技术、生物信息技术，结合患者的生活与临床数据，实现精准的疾病分类与诊断，制定具有个性化的疾病预防与处置方案的新兴医学手段。然而，要全面实现精准医疗，是离不开精准诊断和精准治疗的。其中，先进的临床检测技术是实现精准诊断的前提。
质谱作为一种高特异性、高灵敏性、高准确性、分析速度快、多指标可同时检测等特点的新兴技术正逐渐被临床医学市场所认识与接受。目前在我国的临床检测中应用最多的两种质谱：一种是高效液相色谱串联三重四级杆质谱技术(LC-MS/MS)，一种是基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)。但是，LC-MS/MS技术对技术人员以及样本前处理的能力要求较高，使得LC-MS/MS在临床检测的推广方面不及后来兴起的MALDI-TOFMS。
MALDI-TOF MS作为一种软电离的质谱检测方法，它的整体检测流程是将待测样品与过量的有机小分子基质进行混合，滴于不锈钢的靶板上，待室温下自然干燥，基质与待测物会形成共结晶，随后将其送入质谱仪中，通过脉冲激光进行样品的解吸和离子化，最终通过飞行时间检测器进行检测，得出待测物的质荷比。MALDI-TOF MS以其操作简便、微量化、高通量、高度自动化处理等特点，近年已经被广泛用于微生物、核酸、蛋白等物质检测和鉴定中，成了临床检测中必不可缺的重要工具之一。
但是，在实际的应用过程中，痕量的样品量，样品沉积面积的不可控、样品与基质之间的不均匀共结晶都会严重地影响MALDI-TOF MS检测的灵敏度和重现性。因此，利用合适的方法来富集样品，改善样品和基质之间共结晶的均匀性对于MALDI-TOF MS的检测是至关重要的。近几年，也陆续地出现一些相关的研究。
中国授权专利“质谱基片及制备方法与用途”(专利号：201810052139.9)提供了一种利用表面图案化技术在芯片上设置亲疏水区域来制备检测芯片，其方法是先使用硅烷偶联剂修饰基片，形成疏水区域，再通过酸性试剂对点样区的表面进行化学修饰，形成亲水性孔状结构。当样品和基质的混合溶液滴加在亲水点样区时，由于点样区外圈的疏水性会将溶液限制在亲水孔状的点样区域中，从而起到富集生物样品的作用。同时，点样区较小的尺寸，对于改善样品和基质的共结晶形态也起到一定的作用。但是此方法中使用的酸性的试剂，涉及到氢氟酸(HF)、硫酸(H2SO4)、或溴化氢(HBr)中的一种，这些酸都具有很强的腐蚀性，对于人员操作会带来危险性和难度，不利于在大规模制备中使用。
中国授权专利“用于基质辅助电离(例如MALDI)的质谱样品制备”(申请号：202011029852.5)提供了一种能够快速制备均匀的、细小的基质与样品共结晶的方法。该方法是将0.3～2mm直径的固体颗粒加入到基质和样品溶液中，在特定时间内摇动或搅动，利用固体颗粒之间，固体颗粒与容器壁之间发生的刮擦，使溶液内形成的初级晶体发生破裂并使溶液中的细颗粒发生摩擦，这些细颗粒为二次成核提供了活性位点，基质与样品的结晶就会在这些活性位点上进行生长，通过肉眼可观察到溶液呈现略微浑浊的状态。随后，浑浊的液体被添加到质谱样品载体上，随着溶液干燥，载板上会形成非常薄，非常均匀的小基质晶体层，并且样品分子被包埋其中，从而改善质谱检测的效果。然而，通过视觉上检验液体的浊度的变化，这需要一定数量的实践才能正确进行判断，增加了应用的难度。另外，如果要实现自动操作，需要配置相应的摇动设备，如：振动器，这无形中又带来了成本的增加。
如前所述，能够提供一种制备简单、生产成本低廉，且能用于痕量样品的富集及改善基质与样品共结晶形态的MALDI-TOF MS靶板，在实际临床检测中至关重要，也成为了很多科学家和技术人员不断研究的一个方向。
发明内容
本发明提供了一种通过表面图案化技术，改变基底表面的亲疏水性状，从而制备出既能富集样品，又能获得改善基质与样品共结晶的亲疏水图案化阵列芯片。具体涉及在基底上构筑具有亲水-疏水阵列化结构的图案化表面，疏水区域的憎水性，使得样品溶液能够被限域在一个很小的亲水区域内，起到富集的作用；同时在该区域内，金属及其衍生物材料，更优异的为金属纳米粒子为基质和样品的共结晶提供了许多细小的成核活性位点，基质和样品可以在这些活性位点上缓慢形成均匀的，细小的微晶颗粒，从而提高MALDI-TOFMS检测的灵敏度和重现性。
本发明提出的利用亲水-疏水表面图案化阵列芯片对生物样品进行富集和同步改善基质和样品共结晶的方法，具体的步骤如下：
(1)在基底上构筑亲水-疏水表面图案化阵列芯片；
(2)将0.5～5μL分析物溶液(如：多肽或蛋白等生物分子)和0.5～5μL，5～10mg/mL基质溶液(如：溶质为芥子酸或2-氰基-4-羟基肉桂酸等基质，溶剂为70％乙腈与30％三氟乙酸水溶液等体积混合，三氟乙酸水溶液中的三氟乙酸的体积分数为0.1)进行等体积混合，将混合溶液滴加在上述步骤制备的芯片表面，在室温下自然干燥。在此过程中，由于亲水-疏水图案化表面的疏水区域对溶液有很强的憎水作用，会将溶液限制在一个很小的亲水区域内；中间的亲水区域由于分布着功能材料，更优异的为尺寸为10～100nm的金属纳米粒子组装膜，作为结晶成核的活性位点，样品和基质溶液会在这些活性位点上进行结晶，从而形成均匀的、细小的共结晶颗粒；
(3)将上述干燥的样品直接进行MALDI-TOF MS的分析和检测。
上述方法中，步骤1中构筑的亲水-疏水表面图案化阵列芯片的具体方法，包括如下几个步骤：
A.选取基底(基底可为：玻璃、石英、不锈钢或单晶硅等)；
B.将步骤A选取的基底先后放入丙酮、氯仿、乙醇、超纯水中分别超声清洗，取出基底干燥；
C.对步骤B处理的基底进行表面亲水化处理；
D.在步骤C处理的基底上通过原位自组装技术、喷涂技术或旋涂技术构筑疏水层，其厚度为20～5000nm；
E.在步骤D处理得到的基底上利用遮挡板蒸镀金属技术、滴涂技术或红外激光精确定位打孔粘性膜技术完成带有金属薄膜或纳米粒子组装膜的亲水区域的制备，其中亲水区域的尺寸为100～2000μm，间距为500～5000μm，更优异地，金属纳米粒子的粒径分布为10～100nm；
F.在步骤E得到的基底上，利用超纯水清洗基底，干燥，从而得到外圈是疏水层，内圈是金属薄膜或纳米粒子组装膜亲水点的阵列化图案基底。
步骤C中基底的亲水化处理有两种方式，第一种是采用O2-Plasma进行表面亲水化处理，目的是除去表面残留的有机物并使整个表面羟基化，使其成为亲水的表面，具体的步骤是：采用氧气流速为60～140min，功率为100～300W，处理的时间为1～20min；再用超纯水对基底的表面进行超声清洗2～3次，每次的时间为2～5min，使表面彻底的清洁并羟基化；第二种的方式是采用化学方法进行处理，将基底浸入浓H2SO4和H2O2的混合溶液(体积比为3：1)中，80～100℃下加热10～30min，使表面彻底羟基化，随后用水冲洗，氮气吹干。
步骤D中在步骤C形成的亲水化基底表面上制备疏水层，可以利用喷涂技术、原位自组装方法、旋涂技术来完成。(1)原位自组装方法的具体步骤为：将具有亲水处理的表面贴于干净的上表面皿，用移液枪吸取1～50μL的含氟的硅烷化试剂滴于下表面皿，扣上上表面皿，在100～250℃下加热上生长为1～5h，从而在基底上进行单层膜的组装生长；(2)喷涂技术是将疏水性聚合物或疏水性的纳米粒子分散在相应的溶剂中形成分散液，随后将分散液装入喷枪中，喷涂到亲水化处理的基底上。喷涂后的基底在100～200℃的热台上进行加热以除去所有的溶剂，使材料更好的附着在基底上；(3)旋涂技术是在亲水化的基底上旋涂上疏水性光刻胶，旋涂速度为500～8000rpm然后置于光刻掩模版下，在紫外光曝光2～300s后用相应的显影液洗脱，从而构筑处有序疏水结构基底。
步骤E在步骤D制备得到的基底上采用挡板金属蒸镀技术、滴涂技术或红外激光精确定位打孔粘性膜技术来制备功能金属层，更优异的为金属纳米粒子薄膜(粒径分布：10～100nm)的亲水区域。(1)挡板金属蒸镀技术即在芯片的表面上蒸镀上图案化的金属点，具体的步骤为：将覆盖上具有孔洞的金属挡板覆盖在基底的表面上，将覆盖有挡板的基底倒置放入镀膜仪的腔体中进行蒸镀，孔洞处能被蒸镀上金属(如：金、银、铂等)，其他地方则不能被蒸镀上，其中蒸镀的速率：
Figure BDA0003464752970000061
蒸镀的时间：0.5-30min，再用超纯水对基底进行清洗。(2)滴涂技术：将金属(如：金、银、铂等)纳米粒子分散在相应的溶剂中，将其装入自动点样仪中，自动点样仪根据设置的滴液体积(0.5～5μL)以及滴液距离(500～5000μm)，准确地滴加金属纳米粒子于基底上；(3)红外激光精确定位打孔粘性膜技术是利用红外激光在聚乙烯酰亚胺膜(Kapton膜)上精确留下尺寸为100～2000μm，间距为500～5000μm的小孔，并将其粘在基底上，将0.5～5μL的金属纳米粒子的溶液滴加在小孔内，待溶剂挥发后，将Kapton薄膜揭去，形成均匀的亲水金属纳米粒子点阵。
本发明不但可以非常有效地实现样品的富集，还可以改善基质与样品之间的共结晶形态。本发明所采用的图案化表面是具有不同的亲疏水区域，且此基底上的沉积面积(直径：100～2000μm)远小于不锈钢的靶板(直径：4000μm)。当分析物(如：多肽或蛋白等生物分子)与基质的混合溶液沉积在此图案化表面上时，由于外圈的疏水层的存在会使溶液被有效地局限在亲水的功能金属区域内，从而对样品起到富集的作用。再加之基底的亲水区域有金属及其复合物，更优异的为纳米粒子作为结晶的成核点，因此样品和基质在此基板上更容易形成细小的、均匀的共结晶。当激光照射下，就会有更多的样品被解析离子化，从而提高了MALDI-TOF MS的灵敏度和重现性，为后续的定量分析奠定基础。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1：亲水-疏水图案化阵列芯片的构筑示意图；
图2：样品在图案化表面上富集的流程示意图；
图3：样品与基质在图案化表面的共结晶图；
图4：图案化表面的表面接触角照片；
图5：样品在不锈钢靶上和在图案化表面上的质谱测试对比图。
图中标号：1为基底(玻璃、石英、不锈钢或单晶硅)，3为疏水含氟单分子层、疏水聚合物涂层或疏水纳米粒子涂层，5为金属纳米粒子，7为样品与基质混合溶液，9为样品与基质的共结晶，步骤2为在基底上进行疏水层构筑，步骤4为在基底上进行金属纳米粒子亲水点阵构筑，步骤6为在图案化表面上滴加样品和基质的混合溶液，步骤8为基质与样品的混合溶液在室温下自然晾干，步骤10为进行MALDI-TOF MS检测。
图1所示是亲水-疏水图案化阵列芯片的构筑示意图。首先，在亲水化的基底上构筑疏水层(步骤2)；其次，在基底的表面上构筑尺寸为100～2000μm，间距为500～5000μm的亲水金属纳米粒子点阵(步骤4)。
图2所示是实施例1所述的样品在图案化表面上富集的流程示意图。利用图1所得的基底，将样品和基质的混合溶液沉积在基底上(步骤6)，由于外圈的疏水含氟单分子层的憎水性，样品和基质的混合溶液会被局限在面积比较小的内部亲水的金属点区域，从而改善样品在基底表面分布的均匀性。当溶剂挥发时(步骤8)，亲水区域内的金属纳米粒子作为结晶的成核活性位点，样品和基质会在这些细小的成核点上开始缓慢的结晶生长，从而形成均匀的、细小的共结晶颗粒，随后，将样品送入MALDI-TOF MS中进行检测(步骤10)。
图3所示是实施例5所述的样品与基质在图案化表面所测得的扫描电镜图。通过扫描电镜图可以看出来，样品和基质的混合溶液沉积在图案化的基底表面并自然晾干后，在中间亲水区域可以清楚地观察到均匀、细小的共结晶。
图4所示是实施例6所述的图案化表面的表面接触角照片。通过接触角照片可以清晰地观察到，由于图案化基底外圈的疏水的作用，水滴呈现一个收缩的状态，且接触角>120°。
图5所示是实施例11所述的多肽混合溶液(血管舒缓激肽-M1和血管紧张素II-M2)在不锈钢靶上和在图案化表面上的质谱测试对比图。图a是多肽混合物在图案化芯片表面上测得的质谱图，图b是在传统不锈钢靶表面上测得的质谱图。通过图a和图b对比，可以直观的看出，样品在图案化基底表面上测试得到的信号被显著地增强，并且信噪比有很明显地提高。
具体实施方式
下面通过实施例进一步阐明本发明方法及应用，而不是要用这些实施例来限制本发明。本发明主要是在基底上构筑阵亲疏水图案化阵列芯片，利用此表面不但能富集生物样品，同时还有利于样品和基质形成均匀的，细小的共结晶颗粒，从而改善质谱检测的灵敏度和重现性。
实施例1
将单晶硅【n type,(100)】先后放入丙酮、氯仿、乙醇、超纯水中分别超声清洗，用高纯氮吹干。随后利用O2-Plasma以100W的功率，处理2min，使硅片表面羟基化。
将羟基化的硅片贴在干净的上表面皿上，用移液枪吸取10μL十七氟癸基三甲氧基硅烷滴加在下表面皿，随后扣上上表面皿，在150℃下加热生长2h，从而使整个硅片的表面上都修饰上含氟硅烷，使得硅片表面具备疏水性。
将阵列化图案的蒸镀掩模板(图案可为：圆形、三角形、正方形或多边形等，掩模板中图案的尺寸为100～2000μm，图案之间的间距为500～5000μm)覆盖在修饰上含氟单分子层的硅片上，并将覆盖有挡板的基底倒置放入镀膜仪的腔体。随后利用真空镀膜系统在含有挡层的硅基底上(疏水化处理过)蒸镀上金属(如：金、银、铂等)，蒸镀时其压力保持在5*10-4Pa以下，加热电流在30～80A，同时控制蒸镀的速率和时间，其中蒸镀的速率：
Figure BDA0003464752970000101
蒸镀的时间：0.5-30min，使得在基底表面上蒸镀上的金属的粒径分布在10～100nm。蒸镀结束，除去蒸镀掩模板，即可制备得到金属纳米亲水点阵。
随后，将基底用超纯水清洗，高纯氮吹干，即可在硅片上留下阵列化的亲水-疏水的图案。
实施例2
将玻璃片先后放入丙酮、氯仿、乙醇、超纯水中分别超声清洗，用高纯氮吹干。随后利用O2-Plasma以100W的功率，处理2min，使玻璃片表面羟基化。
将羟基化的玻璃片贴在干净的上表面皿上，用移液枪吸取10μL十七氟癸基三甲氧基硅烷滴加在下表面皿，随后扣上上表面皿，在120℃下加热生长3h，从而使整个玻璃片的表面上都修饰上含氟硅烷，使得玻璃片表面具备疏水性。
将阵列化图案的蒸镀掩模板(图案可为：圆形、三角形、正方形或多边形等，掩模板中图案的尺寸为100～2000μm，图案之间的间距为500～5000μm)覆盖在修饰上含氟单分子层的玻璃片上，并将覆盖有挡板的基底倒置放入镀膜仪的腔体。随后利用真空镀膜系统在含有挡层的玻璃片基底上(疏水化处理过)蒸镀上金属(如：金、银、铂等)，蒸镀时其压力保持在5*10-4Pa以下，加热电流在30～80A，同时控制蒸镀的速率和时间，其中蒸镀的速率：
Figure BDA0003464752970000111
蒸镀的时间：0.5-30min，使得在基底表面上蒸镀上的金属的粒径分布在10～100nm。蒸镀结束，除去蒸镀掩模板，即可制备得到金属纳米亲水点阵。
随后，将基底用超纯水清洗，高纯氮吹干，即可在玻璃片上留下阵列化的亲水-疏水的图案。
实施例3
将石英片先后放入丙酮、氯仿、乙醇、超纯水中分别超声清洗，用高纯氮吹干。随后利用O2-Plasma以100W的功率，处理2min，使石英片表面羟基化。
将羟基化的石英片贴在干净的上表面皿上，用移液枪吸取20μL十三氟辛基三甲氧基硅烷滴加在下表面皿，随后扣上上表面皿，在100℃下加热生长5h，从而使整个的表面上都修饰上含氟硅烷，使得表面具备疏水性。
将阵列化图案的蒸镀掩模板(图案可为：圆形、三角形、正方形或多边形等，掩模板中图案的尺寸为100～2000μm，图案之间的间距为500～5000μm)覆盖在修饰上含氟单分子层的石英片上，并将覆盖有挡板的基底倒置放入镀膜仪的腔体。随后利用真空镀膜系统在含有挡层的石英片基底上(疏水化处理过)蒸镀上金属(如：金、银、铂等)，蒸镀时其压力保持在5*10-4Pa以下，加热电流在30～80A，同时控制蒸镀的速率和时间，其中蒸镀的速率：
Figure BDA0003464752970000112
蒸镀的时间：0.5-30min，使得在基底表面上蒸镀上的金属的粒径分布在10～100nm。蒸镀结束，除去蒸镀掩模板，即可制备得到金属纳米亲水点阵。
随后，将基底用超纯水清洗，高纯氮吹干，即可在石英片上留下阵列化的亲水-疏水的图案。
实施例4
将不锈钢先后放入丙酮、氯仿、乙醇、超纯水中分别超声清洗，用高纯氮吹干。随后利用O2-Plasma以100W的功率，处理2min，使不锈钢表面羟基化。
将羟基化的不锈钢贴在干净的上表面皿上，用移液枪吸取5μL十三氟辛基三甲氧基硅烷滴加在下表面皿，随后扣上上表面皿，在250℃下加热生长1h，从而使整个不锈钢的表面上都修饰上含氟硅烷，使得不锈钢表面具备疏水性。
将阵列化图案的蒸镀掩模板(图案可为：圆形、三角形、正方形或多边形等，掩模板中图案的尺寸为100～2000μm，图案之间的间距为500～5000μm)覆盖在修饰上含氟单分子层的不锈钢上，并将覆盖有挡板的基底倒置放入镀膜仪的腔体。随后利用真空镀膜系统在含有挡层的不锈钢基底上(疏水化处理过)蒸镀上金属(如：金、银、铂等)，蒸镀时其压力保持在5*10-4Pa以下，加热电流在35～85A，同时控制蒸镀的速率和时间(蒸镀的速率：
Figure BDA0003464752970000121
蒸镀的时间：0.5-30min)，使得在基底表面上蒸镀上的金属的粒径分布在10～100nm。蒸镀结束，除去蒸镀掩模板，即可制备得到金属纳米亲水点阵。
随后，将基底用超纯水清洗，高纯氮吹干，即可在不锈钢上留下阵列化的亲水-疏水的图案。
实施例5
将单晶硅【n type,(100)】先后放入丙酮、氯仿、乙醇、超纯水中分别超声清洗，用高纯氮吹干。随后将基底放入H2SO4:H2O2＝3:1的混合溶液中，80℃下加热10min，用水冲洗，氮气吹干，使单晶硅表面羟基化。
利用光刻的方法，将光刻胶(SU-8)旋涂于羟基化的硅片上，旋转速度：500～8000rpm，旋转时间：5～50s，利用光刻掩模板(图案可为：圆形、三角形、正方形或多边形等，掩模板中图案的尺寸为100～2000μm，间距为500～5000μm)，在紫外光下曝光2～300s，然后进行显影洗脱，可以得到尺寸为100～2000μm，间距为500～5000μm的阵列。
将阵列化图案的蒸镀掩模板(图案可为：圆形、三角形、正方形或多边形等，掩模板中图案的尺寸为100～2000μm，间距为500～5000μm)覆盖在基底上(带有光刻胶的孔阵列)，并将覆盖有挡板的基底倒置放入镀膜仪的腔体。随后利用真空镀膜系统在含有挡层的基底上蒸镀上金属(如：金、银、铂等)，蒸镀时其压力保持在5*10-4Pa以下，加热电流在35～85A，同时控制蒸镀的速率和时间(蒸镀的速率：
Figure BDA0003464752970000131
蒸镀的时间：0.5-30min)，使得在光刻胶孔内蒸镀上粒径分布为10～100nm的金属纳米粒子。蒸镀结束，除去蒸镀掩模板，即可制备得到金属纳米亲水点阵。
随后，将基底用超纯水清洗，高纯氮吹干，即可在硅片上留下阵列化的亲水-疏水的图案。
实施例6
将单晶硅【n type,(100)】先后放入丙酮、氯仿、乙醇、超纯水中分别超声清洗，用高纯氮吹干。随后利用O2-Plasma以100W的功率，处理2min，使硅片表面羟基化。
利用喷涂的方法，将预先分散在乙醇中的氟化二氧化硅涂料装入喷枪中，利用喷枪将涂料喷涂到羟基化的硅片上，随后将基底置于100～200℃的热台上进行加热以除去所有的溶剂，从而得到均匀的疏水的涂层基底。
将阵列化图案的蒸镀掩模板(图案可为：圆形、三角形、正方形或多边形等，掩模板中图案的尺寸为100～2000μm，间距为500～5000μm)覆盖在基底上，并将覆盖有挡板的基底倒置放入镀膜仪的腔体。随后利用真空镀膜系统在含有挡层的基底上蒸镀上金属(如：金、银、铂等)，蒸镀时其压力保持在5*10-4Pa以下，加热电流在35～85A，同时控制蒸镀的速率和时间(蒸镀的速率：
Figure BDA0003464752970000141
蒸镀的时间：0.4-30min)，使得在基底表面上蒸镀上的金属的粒径分布在10～100nm。蒸镀结束，除去蒸镀掩模板，即可制备得到金属纳米亲水点阵。
随后，将基底用超纯水清洗，高纯氮吹干，即可在硅片上留下阵列化的亲水-疏水的图案。
实施例7
将单晶硅【n type,(100)】先后放入丙酮、氯仿、乙醇、超纯水中分别超声清洗，用高纯氮吹干。随后将基底放入H2SO4:H2O2＝3:1的混合溶液中，80℃下加热10min，用水冲洗，氮气吹干，使单晶硅表面羟基化。
将羟基化的硅片贴在干净的上表面皿上，用移液枪吸取1μL十七氟癸基三甲氧基硅烷滴加在下表面皿，随后扣上上表面皿，在250℃下加热生长1h，从而使整个硅片的表面上都修饰上含氟硅烷，使得硅片表面具备疏水性。
用红外激光精确定位打孔技术，构筑出尺寸为100～2000μm，间距为500～5000μm的图案化孔阵列的聚乙烯酰亚胺膜(Kapton膜)，将Kapton膜贴在疏水化的基底上，随后将0.5～5μL的金属纳米粒子的溶液滴于阵列的孔内，待溶剂挥发干后，揭去贴Kapton膜，即可得到金属纳米粒子亲水点阵。
随后，将基底用超纯水清洗，高纯氮吹干，即可在硅片上留下阵列化的亲水-疏水的图案。
实施例8
将单晶硅【n type,(100)】先后放入丙酮、氯仿、乙醇、超纯水中分别超声清洗，用高纯氮吹干。随后将基底放入H2SO4:H2O2＝3:1的混合溶液中，80℃下加热10min，用水冲洗，氮气吹干，使单晶硅表面羟基化。
将羟基化的硅片贴在干净的上表面皿上，用移液枪吸取50μL十七氟癸基三甲氧基硅烷滴加在下表面皿，随后扣上上表面皿，在100℃下加热生长5h，从而使整个硅片的表面上都修饰上含氟硅烷，使得硅片表面具备疏水性。
将金属(如：金、银、铂等)纳米粒子分散在乙醇溶剂中，将其装入自动点样仪中，自动点样仪根据设置的滴液体积(0.5～5μL)以及滴液距离(500～5000μm)，在疏水性的基底上准确地滴加金属纳米粒子，待溶剂挥发完，即可形成金属纳米粒子亲水点阵。
随后，将基底用超纯水清洗，高纯氮吹干，即可在硅片上留下阵列化的亲水-疏水的图案。
实施例9
将0.5μL的多肽(血管舒缓激肽h)和0.5μL，10mg/mL的基质溶液(溶质为2-氰基-4-羟基肉桂酸，溶剂为70％乙腈与30％三氟乙酸水溶液等体积混合，三氟乙酸水溶液中的三氟乙酸的体积分数为0.1)均匀混合，混合溶液滴加在实施例1所得的图案化表面，室温下自然晾干，在扫描电镜下观察靶材上的结晶形态，如图3所示。通过扫面电镜图可以很清晰地观察到在图案化表面上的结晶形态，呈现规整的圆形，分布均匀，且晶体的各向生长细致。
实施例10
将1μL水滴加在实施例1所得的图案化表面上，使用接触角测试仪测定水滴在此图案化表面上的接触角大小，测试所得的接触角大于120°，为137°，如图4所示。
实施例11
调整多肽混合物(血管舒缓激肽和血管紧张素II)浓度各为10fmolμL-1来评估亲水-疏水图案化表面对与样品的富集效率。采用实施例1所得的亲水-疏水图案化表面和传统的不锈钢靶作为样品的沉积载板。0.5μL的多肽混合溶液和0.5μL，10mg/mL的基质溶液(溶质为2-氰基-4-羟基肉桂酸，溶剂为70％乙腈与30％三氟乙酸水溶液等体积混合，三氟乙酸水溶液中的三氟乙酸的体积分数为0.1)均匀混合，随后混合溶液被分别滴加在这两种载板上，室温下自然晾干，结晶好的样品送入MALD-TOF MS检测。质谱的条件：激光器为Nd:YAG激光器，波长是355nm；加速电压：20KV；正离子反射模式，得到的质谱图如图5所示。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种亲疏水图案化阵列芯片，其特征在于，包括：基底，所述基底上排布有由内圈金属薄膜或纳米粒子组装膜的亲水点阵列，亲水点外围由疏水区域包围。
2.如权利要求1所述的亲疏水图案化阵列芯片，其特征在于，所述的亲水点的直径为100～2000μm，亲水点之间的距离为500～5000μm。
3.如权利要求1所述的亲疏水图案化阵列芯片，其特征在于，所述的基底选自玻璃、石英、不锈钢或单晶硅。
4.如权利要求1所述的亲疏水图案化阵列芯片，其特征在于，所述的金属薄膜或纳米粒子组装膜亲水点可以通过挡板蒸镀金属技术、滴涂技术或红外激光精确定位打孔粘性膜技术来制备得到，且所述金属可以为以下材料中的一种：银、金、铜、铂或镉；进一步地，金属材料也可以利用其衍生物替代，包括：官能团、金属氧化物或金属硫化物。
5.如权利要求1所述的亲疏水图案化阵列芯片，其特征在于，所述的亲水点阵的数量为48、96、384、1536，亲水区域形状为圆形、三角形、正方形或多边形等。
6.如权利要求1所述的亲疏水图案化阵列芯片，其所述的疏水层可以为以下材料中的一种：含氟单分子层、疏水性聚合物、疏水性纳米粒子，所述含氟疏水单分子层可以为以下材料中的一种：十七氟癸基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷；所述疏水聚合物可以为以下材料中的一种：聚四氟乙烯、聚丙烯酸六氟丁酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、疏水性光刻胶；所述疏水性的纳米粒子可以为以下材料中的一种：氟化二氧化硅纳米粒子、聚苯乙烯纳米粒子。
7.如权利要求6所述的亲疏水图案化阵列芯片，其所述的含氟疏水单分子层的修饰，可以采用原位自组装的方式进行修饰；所述疏水聚合物层的构筑可以采用喷涂或旋涂的方式进行构筑；所述疏水性纳米粒子层的构筑可以采用喷涂的方式进行构筑。
8.一种如权利要求1～7中任一项所述的亲疏水图案化阵列芯片的制备方法，所述制备方法包括：
1)在基底上构筑疏水-亲水表面图案化阵列芯片；
a)选取基底(基底可为：玻璃、石英、不锈钢或单晶硅)；
b)将步骤a选取的基底先后放入丙酮、氯仿、乙醇、超纯水中分别超声清洗，取出基底干燥；
c)对步骤b处理的基底进行表面亲水化处理；
d)在步骤c处理的基底上通过原位自组装、喷涂或旋涂的方式构筑疏水层，其厚度为20～5000nm；
e)在步骤d处理得到的基底上利用挡板蒸镀金属技术、滴涂技术或红外激光精确定位打孔粘性膜技术制备尺寸为100～2000μm，间距为500～5000μm的金属薄膜/纳米粒子组装膜亲水点阵，其中金属纳米粒子的粒径分布在10～100nm；
f)在步骤e得到的基底上，利用超纯水清洗基底，干燥，从而最终得到外圈是疏水层，内圈是金属薄膜或纳米粒子组装膜亲水点的阵列化图案芯片；
2)将0.5～5μL分析物溶液和0.5～5μL基质溶液等体积混合并滴加在上述步骤制备的芯片表面，在室温下自然干燥，得到均匀的、细小的共结晶颗粒。随后，将此芯片放入MALDI-TOF MS中进行分析物的检测。
9.一种应用于MALDI-TOF MS分析和检测的芯片，其特征在于，包括如权利要求1-8中任意一项所述的亲疏水图案化阵列芯片。
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