[发明专利]一种制备可物理再生蛋白质芯片的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种利用阵列化微小毛细空间固定蛋白质溶液和微纳磁珠或量子点制备可物理再生蛋白质芯片的方法。

技术背景：

蛋白质是生命体特有的活性物质，它们既作为结构单元构筑生命体，又作为功能单元执行生命活动。许多蛋白质可以与另外一些蛋白质或基因片段等特异性结合，如抗体与抗原的结合、配体与受体的结合、酶与底物的结合等。利用蛋白质之间这种特异性结合可以实现对细菌、病毒等有害物质的检测，蛋白质芯片就是在此背景下诞生的一种快速高效的检测手段。蛋白质芯片是生物芯片的一种，它与另一大类基因芯片的最大区别是需要具备保持蛋白质活性的能力，蛋白质离开水就会失去活性。

将特定蛋白质固定到芯片基板可以使用共价结合的化学方法，也可以使用非共价结合的物理方法。有报道认为，可以将组氨酸标记的蛋白质固定到镍氨三乙酸处理过的盖玻片上(ZhuH，BilginM，Bangham R，et a1.Global Analysis ofProtein Activities Using Proteome Chips.Science2001；293(5537)：2101-05)，但是结合不够稳定，容易受到化学品如盐类的干扰，而且芯片必须保存在高湿度的密封容器中。也有通过对纯化制备蛋白质用的凝胶进行化学修饰处理的办法，将蛋白质以化学结合方式固定在富含水分的凝胶中，该方法较好地解决了蛋白质活性保持的问题，但是芯片仍为一次性使用，成本较高。

采用物理方法将蛋白质固定到芯片基板，理论上讲具有制作成本低和芯片容易再生复用，但是如何固定牢固并保持蛋白质活性是这种方法需要解决的关键问题。单就物理固定方法而言，电场、磁场等技术复杂且芯片不透明，给后续检测造成很大困难；直接将蛋白质点入凝胶简便易行，不足之处是存在蛋白质扩散会使阵点扩大、浓度降低，还可能使阵点相连；在基板上打孔的办法也是可行的，但是微孔加工成本高，质量也难以保证。

发明内容：

该发明要解决的关键问题是将蛋白质溶液或者将固定在微小磁珠或量子点上的蛋白质连同水，通过物理方法固定在芯片基板上，形成实用的蛋白质芯片。为解决上述技术问题，本发明首先通过刻蚀办法在单晶硅片上制备出每个阵点具有筒状结构的阴模；然后采用可硬化透明材料填充阴模即可将阴模上的筒形结构转变为表面突出的筒；这些呈阵列分布的微小的筒作为蛋白质溶液的容器，筒内壁经过亲水处理，可以较好地固定蛋白质溶液并保持其生物活性；在微筒的侧面有狭窄的缝隙，一方面在吸取蛋白液时起到排气的作用，另一方面在检测时起到增大与环境液体或气体接触面的作用。

附图说明：

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1是单筒式阵列阴模三维透视图。

图2是多筒式阵列阴模三维透视图。

图3是芯片一级阵列和二级阵列示意图。

图4是单筒式蛋白质芯片三维效果图。

图5是多筒式蛋白质芯片三维效果图。

具体实施方式：

第一步是设计阵列及花样设计。

首先是根据使用需求和制造工艺设计单个阵点对应筒的结构。筒的结构设计为柱形，优选为圆柱形设计，以避免拐角处应力集中。筒外径10-100微米，高度10-100微米，筒壁厚3-10微米；每个筒侧面开有1-4条狭缝，狭缝宽度1-5微米。筒可以是单筒，也可以是厚3-10微米肋片分割成的复合筒。

图1和图2分别对应单筒和多筒两种优选设计实例。对于图1所示单筒结构，筒外径50微米，壁厚5微米，筒深30微米，筒壁有一条狭缝，狭缝宽2微米。图2对应多筒结构，一个圆柱形筒被内部十字形肋片分割为四个近似三棱柱形筒，每个小筒向外的侧面有一条狭缝；圆柱外径50微米，壁厚5微米，肋片厚5微米，筒高30微米，狭缝宽2微米。

接下来设计筒阵列。考虑到显微检测的方便性、检测结果的重复性以及检测的种类，阵列可以从2×2到10×10甚至更多。由筒组成的一级阵列还可以作为复合阵点构建更大的二级阵列。

图3是一个付诸制造的阵列设计实例：一级阵列为5×5，阵列周期为100微米；二级阵列也是5×5，阵列周期为1毫米；单张芯片尺寸为10×10毫米。

第二步是根据以上设计制作光刻掩模，可委托专业服务机构完成。

第三步是利用掩模在单晶硅片上进行光刻制作阴模，也由专业服务机构完成。