TWI303662B - - Google Patents

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1303662 九、發明說明： 【务明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種生物晶片載件，更詳而古, 有關於-種用於固^生物材料之生物晶片載件。q，係 【先前技術】 目W生物晶片已廣泛地應用於各種領域，例如 現、癌症分類、新藥開發、疾病檢驗、食品生技、it 展等，因此生物晶片技術已成為未來重要的分析工具 此外，伴隨奈米科技與微機電工業、 除過去瞻曰費時逐-比對基因功能的檢測技二展而^ ，應現今人類基因體計劃所帶來之龐大的資料數據，亦可 精由指頭般大小的生物晶片瞬間將所需之基因 解析。 、凡战 ^而，基因功能係由其所轉譯的蛋白質活性來呈現， 2直接分析蛋白質的功能將更具有指標性。而由於蛋白 ^是以不㈣形式結構來表現其活性，對於環境中微小的 變化非常敏感，因此如何將蛋白質固定於晶片上不喪失或 影響其^能及活性將是生物晶片技術上的―大挑戰、。’ 目前業界所設計出的生物晶片皆須透過繁瑣的製程 將蛋白質固化於晶片上，例如wo第pct/se2qg3/刪 ^利申請案’係揭示使用—種含有生物分子及標諸序列的 樂劑將所檢測之生物分子(例如為蛋白質等)，加以固化於 基材上，以及美國第1 0/302,456專利申請案揭示利用一 種具有連結器組合之模板與基材連結，再利用生物素 18323DP01 5 1303662 (Biotin)使胜與其形成生化鍵結。 兮疋ΓΪ製程中所使用之任何藥劑皆有可能影響或破壞 该蛋白質的功能及性質，且無論湘共價鍵 : 結法、包埋法、交聯法來提㈣化方㈣，其均可= 化用基材過度反應、破壞生物材料的活性結構或^使= 無法使基材與生物材料形成穩定的連結。 b 3 ^如現有免疫型生化感測晶片之固化必

:;ΤΓ蛋白質固化於感測晶片上，晶片必須先= 干7^何生上可以進行化學反應之官能基，如石英片為基 料，_先騎酸紐處理，使表面生歧氧基，再^ ，父聯_蛋白f結合，處理過程十分繁;貞， =聯_度反騎低生㈣性，使得該類生化感測晶片貝 在使用上不易控制品質。 因此習知之固定化程序皆費時長久，手續繁雜，將可 此引起生物材料的結構、功能變質及降低活性外，且生物 ，料將處於不穩定狀況而導致與蛋白質間及與基材的游 離或刀离隹S者，此等因素將嚴重影響實驗結果。 【發明内容】 本發明之主要目的在於提供一種不需使用交聯劑或 固化劑之固定生物材料之生物晶片載件。 本發明之再-目的在於提供—種可以簡單地製作免 疫型生物晶片之生物晶片載件。 本發明之又-目的在於提供於製作高活性與 反應性免疫型生物晶片之生物晶片載件。 18323DP01 6 1303662 本卷月之再一目的在於提供一種利用生物晶片載件 純化生物材料之方法。 —為達成上揭及其它 < 目的，本發明係揭露一種用於固 定生物材料之生物晶片載件’係包括基材、以及垂直形成 於該基材表面之金屬氧化物奈米線。本發日㈣於固定生物 材，之生物晶片載件係利用垂直形成於該基材表面之金 屬氧化物奈米線直接將生物材料固接於該晶片載件之基 材上，不須使用交聯劑或固化劑進行繁ί貞的固化步驟，因 而具有製程簡單之優點，可應用於純化生物材料。再者， :土屬氧化物奈米線具有高表面積之特性，用於製作免 疫型生化晶片，不但可以維持生物材料之高活性與反應 性，更可以增加反應速度與反應量。 【實施方式】 以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方 目 =广技藝之人士可由本說明書所揭示之内容輕易地 、$明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同 3體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦 土方；不同硯點與應用，在不悖離本發明之 種修飾與變更。 卜進订各 二第i圖所示，本發明用於固定生物材料之生物晶片 ’主要係包括：基材η以及垂直形成於該基材表 =屬乳化物奈米線12,該金屬氧化物奈米線12係具 一尖端結構用以固接生物材料。該生物晶片载妯 可依目的製品而加以選擇，其實例包括，但非限於矽： 18323DP01 7 1303662 材、玻璃基材、金屬箔基材、金屬複合基材、及透明導電 膜基材等。 本發明用於固定生物材料之生物晶片載件中，該金屬 氧化物奈米係垂直形成於該基材表面。所謂奈米線係指直 徑在1至300 rnn以内之線狀結構，而本發明之生物晶片 載件中，用以固接生物材料之金屬氧化物奈米線較佳係具 有1:1至1:100之寬高比，又更佳係具有1:1〇至1:1〇〇 之寬鬲比；以及該金屬氧化物奈米線之長度較佳係介於 鲁〇·1微米至5微米之範圍内，又更佳係介於2.5微米至5 微米之範圍内。較佳者，該金屬氧化物奈米線係於6〇〇χ： 以上之溫度條件下，又更佳係於65(rc以上之溫度條件下 所幵y成，而具有一尖端結構用以固接生物材料。該金屬氧 •化物奈米線可為具有尖端之線狀、顆粒狀、針狀（如第2 圖所示）、疣狀（如第3圖所示）、雙層柱狀結構（如第4 圖所示）、長柱狀結構（如第5圖所示）、菱狀、片狀、角 鲁狀、及塊狀等結構，無須使用其他交聯劑或固接劑即可直 •接將蛋白質固定於該生物晶片載件。垂直形成於基材表面 之金屬氧化物奈米線並無特定之排列形狀，可呈現矩形 狀、圓狀、連續線狀、分散點狀、或不規則狀。 本發明之生物晶片載件中，該金屬氧化物奈米線可用 方、固接不同的生物材料，該生物材料之實例包括，但非限 方；胜、酵素、抗原、抗體、蛋白質、病毒、蛋白質粒子、 岭菌（lysos⑽e)、荷爾蒙等。由於本發明之生物晶片載件 不而使用任何交聯劑或固化劑進行繁雜的固接步驟，因此 8 18323DP01 1303662 不會降低該生物材料之活性或改變生物材料之功能。 =明之生物晶片载件可用於製作蛋白質晶片、生化 反應曰曰片、生物感測型晶片(Biosensor)、檢測型晶片、 免疫型晶片、或藥物_選型晶片（Seree 微晶片實驗室（Lab一on_a_Chi )、 值 „ d bfllP) 生物材料之純化量產 态、及生物材料之過濾分離系統。 本發明之生物晶片載件用於生物材料之純化係包括 下列步驟：（a)於基材上形成與基材表面垂直之金屬氧化 物奈米線，製備晶片載件；⑻使生物材料與金屬氧化物 奈米線接觸，而固接於該晶片載件。 第6圖係說明製作生物晶片並進行檢測之流程圖。 >在步驟S1中，製作生物晶片載件，係於基材上形成 與該基材表面垂直之金屬氧化物奈米線。例如，氧化鋅奈 米線或其他金屬氧化物奈米線。 在步驟S2中，固定化（Immobilizati〇n)步驟，係將 蛋白質，例如抗原（Antigens)或抗體（Antibody)，置於該 生物晶片載件。該固定化步驟係在例如4 的環境中反 應16小時。 在步驟S3中，清洗步驟，係使用磷酸緩衝液 (Phosphate buffer saline，PBS)於振動器（shaker)上清 洗10分鐘’並置換新鮮的PBS，重複清洗步驟二次，完 成生物晶片之製作； 在步驟S4中，雜交反應（Hybridization)步驟，使用 磷酸緩衝液稀釋抗體或抗原，與所製作之生物晶片反應以 9 18323DP01 !3〇3662 進仃檢測。該反應係例如在震盪器 在步驟S5中，清洗牛职 應2小知。 步驟。 ⑼’使㈣酸緩衝液進行清洗 在步驟S6中，測量步驟。例如 … 紅外光顯微光譜儀測』光譜儀或 傳統蟹先或二級蛋白質反應顯 號’或利用 本發明之載件係利用金屬 、、 質之生物材料直接固定於該生：曰片線將例如蛋白 發生變性或喪失功能的可能性J 一方面了蛋白質 晶片载件中的金屬氧化物奈米線且有务明之生物 但可以維持生物材料之古' 呵表面牙貝之特性，不 速度盥反；*量，用人反應性，更可以增加反應 用於純化生物材料具有提升產業效益之優 實施例 ——之製作 在梦基材之表面形成氧化鋅金屬奈米線陣列，使 7進打清洗約30分鐘’以自然風乾的方式進二 ，晶片載件之製作。生物晶片載件結構之掃描式電； 絲員Μ鏡（SEM)圖，係如第7圖所示。 免施例2生物晶羞作 根據實施例1之方法’製作四種生物晶片載件(2·! 柱狀形貌氧化辞奈求線石夕基板樣品、zn〇_2柱狀形貌氧化 辞奈米線Si/Si02基板樣品、Zn〇_3長柱狀形貌氧化鋅奈 米線玻璃基板樣品、及Zn〇_4短柱狀形貌氧化鋅奈米線玻 18323DP01 10 1303662 埚基板樣品），使用磷酸緩衝液（PBS)配製5% (v/v)馬免 疫球蛋白（horse-IgG)之蛋白質抗原，取5// i之蛋白質 ，原置於該生物晶片載件，於室溫下乾燥。利用紅外光光 %儀進行測試，可在波長1680 cnfl的位置觀察到—之 吸收、在1572 cm—1的位置觀察到—NH2之吸收、以及在112〇 的位置觀察到C-0與C-N-Η之互相作用吸收，其結果 如第8圖所示。 /、、" 勿晶片定性測試 +根據實施例1之方法，製作生物晶片載件（〇225Β，針 =狀形貌氧化鋅奈米線樣品），使用磷酸緩衝液配製 5% (v/v)馬免疫球蛋白（h〇rse—丨邱）之蛋白質抗原，取5 之史白貝抗原置於該生物晶片載件，於室溫下乾燥。 π水進行清洗，分別於清洗5分鐘、30分鐘、與120 :#里後’利用紅外光光譜儀進行測試，其結果如第9圖與 第10圖所示。

^根據實施例1之方法，製作生物晶片載件（柱狀形貌 ^化鋅奈米線矽基板樣品為fl94編號），使用磷酸緩衝液 抑幻配製5% (v/v)馬免疫球蛋白（horse-IgG)之蛋白質 抗原，取51 1 、 μ 1之史白質抗原置於該生物晶片載件，於室 溫下乾燥。使用、、主 使用/月水進行清洗，分別於清洗5分鐘、30 分"隹童、纺? 12 Π八^ 立％ : 刀f里後’利用紅外光光譜儀進行測試，其結 果如第11圖與第12圖所示。 定性測試 11 18323DP01 1303662 根據實施例1之方法，製作生物晶片载件（長柱狀形 貌氧化鋅奈米線玻璃基板樣品為Si〇new-65〇編號），使用 石粦酸緩衝液（PBS)配製5% (v/v)馬免疫球蛋白 (horse-IgG)之蛋白質抗原，取5// i之蛋白質抗原置於 該生物晶片載件，於室溫下乾燥。使用清水進行清洗，分 別於清洗15分鐘、3〇分鐘、6〇分鐘、與12〇分鐘後，利 用紅外光光譜儀進行測試，其結果如第13圖與第14圖所 不 〇 • __生物晶>1之活性檢測 斤根據實施例1之方法，製作生物晶片載件（針尖狀形 貌氧化鋅奈米線樣品為0225B編號），使用磷酸緩衝液 (PBS)配製5% (v/v)馬免疫球蛋白（h〇rse—igG)之蛋白質 、原取5 # 1之蛋白質抗原置於該生物晶片載件，於室 溫下乾燥，製作生物晶片。 、、以體積比1〇000倍之緩衝溶液配製相對應之抗體溶 _曰H h〇rse IgG)。使用pH 7· 4之磷酸緩衝液清洗該 片30刀|里，將该晶片置於1〇之抗體溶液中，於室 T下進行反應歷時2小時。利用紅外光光譜儀進㈣試， 其結果如第15圖所示。 根據實施例1之方法，製作生物晶片載件(柱狀形貌 :鋅奈米線Sl/Si〇2基板樣品為Zn〇65〇編號），使用磷 -义緩衝液（PBS)配製5% (v/v)馬免疫球蛋白（h〇rse_igG) 之蛋白質抗原，取5 w之蛋白質抗原置於該生物晶片載 18323DP01 12 1303662 件，於室溫下乾燥，製作生物晶片。 以體積比1 0000倍之緩衝溶液配製相對應之抗體溶 液（anti-horse IgG)。使用pH 7.4之磷酸緩衝液清洗該 曰=片30分鐘，將該晶片置於1〇 ml之抗體溶液中，於室 溫下進行反應歷時2小時。利用紅外光光譜儀進行測試， 其結果如第16圖所示。 上述之實施例僅為例示性說明本發明之原理及其功

效二而非用於限制本發明。任何熟習此技藝之人士均可在 不延背本發明之精神及料下，對上述實施例進行修飾與 變化。因此，本發明之權利保護範圍，應如後申往直 利範圍所列。 〈肀明專 【圖式簡單說明】 =1圖係為本發明生物晶片載件之剖面示意圖； 、第2圖係為本發明之生物晶片載件之金屬氧化物太 米線呈針狀之掃描式電子顯微鏡（SEM)圖，· 不 '，第3圖係為本發明之生物晶片載件之金屬氧 米線呈疣狀之掃描式電子顯微鏡（SEM)圖； 不 乎d係為本發明之生物晶片載件之金屬氧化物夺 未線王雙層柱狀之掃描式電子顯微鏡（sem)圖；’、 第5圖係為本發明之生物晶片載件之金屬 米線壬長柱狀之掃描式電子顯微鏡（S·)圖； 示 f6圖係為製作生物晶片並進行檢測之流程圖； 弟7圖係為實施例丨之生物晶片載件之 微鏡（SEM)圖； 心式电子鮮貝 18323DP01 13 1303662 第8圖係為實施例2 圖； 之生物晶片之紅外光光譜剛試 第9圖係為實施例3 圖； 之生物晶片之紅外光光譜測試 弟1Q圖係為貫施例3之生物晶片在15 7 2 cm 1之}# 定性測試結果； 第11圖係為實施例 圖； 4之生物晶片之紅外光光譜剛試 第12圖係為實施例 定性測試結果； 4之生物晶片在1572cm-1之水穋 第13圖係為實施例 圖； 5之生物晶片之紅外光光譜測試 第14圖係為實施例 3之生物晶片在1572cm1之水穩 定性测試結果； 第15圖係為實施例6之生物晶片檢測之紅外光光譜 鲁’則试圖；以及 -第16圖係為實施例7之生物晶片檢測之紅外光光譜 測試圖。 【主要元件符號說明】 10 生物晶片載件 11 基材 12 金屬氧化物奈米線 S1-S6 步驟 14 18323DP01

Claims (1)

1. .1303662 讲㈣K日修復)正本丨請_號專: 申請專利範圍： -種生物晶片，係包括 公告本 基材； 垂直形成於該基材表面之金屬氧化物奈米線；以 固定於該金屬氧化物奈米線之生物材料，其中， 該金屬氧化物奈米線係具有1 :1至1 :丨〇〇之寬高比。 2·如申請專利範圍第1項之生物晶片，其中，該金屬氧 化物奈米線係具有1:10至1:1〇〇之寬高比。 3·如申請專利範圍第1項之生物晶片，其中，該金屬氧 化物奈米線之長度係介於〇·1微米至5微米之範圍 内。 4 ·如申睛專利乾圍第1項之生物晶片，其中，該金屬氧 化物奈米線之長度係介於2.5微米至5微米之範圍 内。 籲5.如申請專利範圍第丄項之生物晶片，其中，該金屬氧 化物奈米線係具有尖端結構。 6·如申請專利範圍第1項之生物晶片，其中，該金屬氧 化物奈米線係具有尖端之線狀、顆粒狀、針狀、疣狀、 雙層柱狀結構、長柱狀結構、菱狀、片狀、角狀、或 塊狀結構。 7·如申請專利範圍第丨項之生物晶片，其中，該垂直形 成於基材表面之金屬氧化物奈米線係呈現矩形狀、圓 狀、連續線狀、分散點狀、或不規則狀排列。 15 18323DP01 (修正版） .1303662 8·如、申請專利範圍第}項之生物晶片，其中，該金屬享 化物奈米線係於6〇〇°C以上之溫度條件下所形成者 9·如申請專利範圍第丨項之生物晶片，其中，該金^ 化物係為氧化辞。 氣 如申請專利範圍第丨項之生物晶片，其中，該基材係 選自矽基材、玻璃基材、金屬箔基材、金屬複合基材 以及透明導電膜基材所構成之組群之一者。 、 # a如申請專利範圍第！項之生物晶片，其中，該生 料係選自胜肽、酵素、抗原、抗體、蛋白質、病毒、 ，白質粒子、溶菌（lyS_me)、荷爾蒙或其組成之群

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