編碼微球的製備方法
2023-06-30 04:20:21 1
專利名稱：編碼微球的製備方法
技術領域：
本發明涉及生物醫藥領域，尤其涉及一種通過加工微圖案實現編碼的微球 製備方法。
背景技術：
懸浮晶片(suspension array)、又叫液體晶片(liquid array)，其技術原 理不同於固相生物晶片技術注1、注2，懸浮晶片技術的核心是要採用多 種可區分的微球，或者說可以對微球進行編碼，在檢測時又能實現解碼。微球 晶片技術是新興的蛋白質晶片技術，是近年發展起來的一種新的多功能液相芯 片分析平臺。該技術有機地整合了有色微球技術、雷射技術、應用流體學、高 速數位訊號處理器和計算機運算法則等技術，具有相當高的檢測特異性和靈敏 度。通常用於免疫分析、核算研究、酶學分析、受體和配體識別分析等研究。
典型的有色微球編碼技術是Luminex公司開發出來的，這些乳膠微球是由 聚苯乙烯製成的大小均一的圓形微球(直徑約5.5微米)，在其製作過程中按 照嚴格比例摻入兩種螢光染料，每種染料又有10個濃度梯度，因而根據其搭 配比例不同可以將微球按照其顏色分為100種。根據檢測物的不同，每一種微 球表面可以共價結合一種核酸或蛋白質檢測探針，在同一反應體系中可以同時 加入不同的檢測微球，同時對多種目標分子進行檢測。檢測時，根據不同螢光 顏色微球的檢測信號可以知道是哪種被檢測物的信號。這種方法具有快速、高 通量、靈敏度高、成本低等優點，因而越來越多的被應用到臨床和科研中。目前多家公司基於Luminex公司的懸浮晶片技術推出了相應的試劑和設備。然 而，只有區區100中的編碼容量顯然無法滿足現代生物醫藥研究的需要，而且 其檢測手段是用昂貴的流式細胞儀來做。隨著各種各樣的新藥物成分被研製， 對用於生物醫藥分析的微球的編碼容量也提出了更高的要求。
注1D.A.A.Vignali,JJmmunol.Methods.2000，243，243—255.
注2K丄.Kellar，M.A.Iannone,Exp.Hemato1.2002,30,1227—1237.
發明內容
鑑於上述現有技術的不足，本發明的目的旨在提供一種編碼微球的製備方 法，解決微球在製備過程中的編碼容量瓶頸問題，進一歩拓展編碼微球在醫藥 領域進行多重生物分析、篩選的應用。
本發明目的將通過以下技術方案來實現 編碼微球的製備方法，其特徵在於包括歩驟
步驟一在襯底上塗覆犧牲層，用於微球製備完成後與襯底分離； 步驟二在犧牲層表面採用生長或沉積丄藝製備單層或多層複合的微球材 料層；
步驟三對微球材料層進行光阻塗布、光顯影、刻蝕、清洗的半導體微加 工製程，在微球材料層生成編碼的微圖案或陣列；
步驟四對生成編碼的微球材料層按製備要求的微球尺寸再次光刻，並清 洗去除微球輪廓以外的微球材料層；
步驟五選取對犧牲層具有溶解性的液劑，將夾有犧牲層的襯底及編碼微 球浸沒於液劑中，釋放出編碼各異的微球懸浮在液劑中。進一步地，所述微球材料層的組分包括聚合物、半導體材料、介質材料、 金屬中的一種或這些材料的複合物。
更進一步地，所述微球材料層的組分為二氧化矽、氮化矽或者二者的複合
進一步地，所述步驟三中微球上的微圖案是通過位置、形狀、大小、方向 或數量這些差別性特徵進行編碼的；或者
進一步地，所述歩驟三中微球上的陣列是通過排布方式的差異進行編碼的。
再進一步地，所述步驟五中對於以光刻膠作為犧牲層的情況，所述液劑選 為丙酮溶液。
本發明編碼微球的製備方法應用後，其有益效果是
通過點陣或圖形微加工手段實現對微球的編碼，提高了微球編碼的容量， 而且製備工藝過程具有較好的可重複性，便於實施；此外，所製備的微球可以 實現光、磁、電等功能的複合、便於偶聯各種生物分子或小分子，具有耐酸、 鹼、熱等苛刻條件的特性，更重要的是可採用常規螢光顯微鏡來進行檢測，有 效降低了生物分析的成本。
圖1是本發明編碼微球的製備方法流程圖2是本發明編碼微球的製備工藝分步驟示意圖3a 圖3d是本發明微球編碼微圖案形狀及編碼方式示意圖。
具體實施方式
以下結合本發明若干具體實施例及其附圖，對本發明編碼微球的製備方法 歩驟及其有益效果作進一步地詳細說明
本發明通過微加工技術製備具有微圖案的微球來實現微球的編碼功能。通 過一系列的生長、沉積、刻蝕等過程，在矽片或者其他襯底上製備出微球，並 通過釋放，最終將微球懸浮在溶液中。下面以二氧化矽和氮化矽的複合物作為 微球材料描述本發明的製備方法，如圖1和圖2製備方法的流程圖和工藝示意
圖所示
首先，在6寸矽片1上塗覆lpm厚的第一層光刻膠2，用於最後步驟中將
製成的編碼微球6從矽片1上脫離出來。
然後，在第一層光刻膠2表面磁控濺射生長一層厚度約為500nm的二氧化 矽3，並在該二氧化矽層3表面再磁控濺射生長一層厚度約為500nm的氮化矽 4。這裡磁控濺射只是生長方法的一種，並不以此為限。
接著，在該氮化矽層4表面進一歩塗覆用於生成微圖案的第二層光刻膠 5，並對該多層襯底進行光刻，在該多層襯底上形成單個或多個方形、圓形、 三角形，或其他幾何形狀排列的微圖案。
繼而，採用離子束幹法刻蝕(IBE) 500nm的氮化矽層4，並用氧氣等離子 體去除該第二層光刻膠；再在該生成有微圖案的多層襯底上塗覆用於光刻微球 輪廓的第三層光刻膠，對其進行光刻後用BOE溶劑腐蝕該500nm的二氧化矽 層3，在矽片1和第一層光刻膠2上形成相互獨立，且具有微圖案的微球。
最後，將以上步驟製成的矽片襯底1浸沒在丙酮溶液中將第一層光刻膠2 完全溶解，如此便可釋放出實現編碼的微球懸浮在溶液之中。
從這些製備方法歩驟可見，本發明的製備工藝過程具有較好的可重複性，便於實施。以上生成微圖案的歩驟中，光刻所用的掩膜板具有多樣化(即微球 編碼的規則是通過圖案的位置、形狀、大小、方向和數量等差別性特徵來確定 的，而且更可以通過圖案的排列方式來確定)。
除上述實施方式中由二氧化矽及表面生長的氮化矽複合物作為微球材料 外，單獨使用二氧化矽或者單獨使用氮化矽製備編碼微球亦為可行。此外，各 類聚合物、半導體材料、介質材料、金屬中的一種或這些材料的複合物也為微 球材料提供了廣泛的可選擇性。
如圖3a 圖3d所示，是本發明微球編碼微圖案形狀及編碼方式示意圖。 由圖可見圖3a反映的是一種根據矩形圖案排布的編碼方式，從兩個微球表 面圖案的排列差異來實現區分微球類型的編碼。這種排布的方式具有多樣性， 並不局限於圖示排布。而且，這種圖案的排布方式同樣可適用於陣列編碼方 式；圖3b反映的是一種根據圖案形狀進行編碼的方式；圖3c反映的是一種根 據圖案大小進行編碼的方式；圖3d反映的是一種根據圖案數量進行編碼的方 式。
從圖示及其他可行的微圖案相關編碼方式可見，本發明製備而成的微球具 有遠超現有技術的編碼容量。而且根據微球選材的不同，各種由聚合物、半導 體材料、介質材料、金屬等或其複合物製成的微球可以實現光、磁、電等功能 的複合、便於偶聯各種生物分子或小分子、具有耐酸、鹼、熱等苛刻條件的特 性，且可採用常規螢光顯微鏡來進行檢測，無需再購置流式細胞儀或其他專用 設備。
綜上，本發明編碼微球的製備方法，可以廣泛應用於DNA、 RNA、蛋白 質、糖分子等的檢測、藥物篩選、組合化學等領域，具有突出的優越性。
權利要求
1. 編碼微球的製備方法，其特徵在於包括步驟步驟一在襯底上塗覆犧牲層，用於微球製備完成後與襯底分離；步驟二在犧牲層表面採用生長或沉積工藝製備單層或多層複合的微球材料層；步驟三對微球材料層進行光阻塗布、光顯影、刻蝕、清洗的半導體微加工製程，在微球材料層生成編碼的微圖案或陣列；步驟四對生成編碼的微球材料層按製備要求的微球尺寸再次光刻，並清洗去除微球輪廓以外的微球材料層；步驟五選取對犧牲層具有溶解性的液劑，將夾有犧牲層的襯底及編碼微球浸沒於液劑中，釋放出編碼各異的微球懸浮在液劑中。
2. 根據權利要求1所述的編碼微球的製備方法，其特徵在於所述微球 材料層的組分包括聚合物、半導體材料、介質材料、金屬中的一種或由幾種這 些材料形成的複合物。
3. 根據權利要求2所述的編碼微球的製備方法，其特徵在於所述微球 材料層的組分為二氧化矽、氮化矽或者二者的複合物。
4. 根據權利要求1所述的編碼微球的製備方法，其特徵在於所述步驟 三中微球上的微圖案是通過位置、形狀、大小、方向或數量這些差別性特徵進 行編碼的。
5. 根據權利要求1所述的編碼微球的製備方法，其特徵在於所述步驟 三中微球上的陣列是通過排布方式的差異進行編碼的。
6. 根據權利要求1所述的編碼微球的製備方法，其特徵在於所述歩驟 五中對於以光刻膠作為犧牲層的情況，所述液劑選為丙酮溶液。
全文摘要
本發明公開了一種編碼微球的製備方法，其特徵在於包括步驟在襯底上塗覆犧牲層；進而在其表面生長或沉積製備單層或多層複合的微球材料層；對微球材料層進行光阻塗布、光顯影、刻蝕、清洗的半導體微加工製程，生成編碼的微圖案或陣列；再按製備要求的微球尺寸再次光刻，並清洗去除微球輪廓以外的微球材料層；選取對犧牲層具有溶解性的液劑，將夾有犧牲層的襯底及編碼微球浸沒於液劑中，最後釋放出編碼各異的微球懸浮在液劑中。通過微加工技術實現編碼微球的製備，提高了微球編碼的容量，而且製備工藝過程具有較好的可重複性，便於實施；且可採用常規螢光顯微鏡來進行檢測，有效降低了生物分析的成本。
文檔編號B01J13/02GK101543755SQ20091002613
公開日2009年9月30日 申請日期2009年4月1日 優先權日2009年4月1日
發明者榕 曹, 炯 李, 鄭克孝, 芳 鮑 申請人:蘇州納米技術與納米仿生研究所