一種實現(xiàn)腫瘤標志物富集的生物芯片及其應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)腫瘤標志物富集的生物芯片及其應用，屬于檢測技術領域。
[0002]
【背景技術】
[0003]惡性腫瘤是目前威脅人們身體健康的重大疾病之一，其在中國城鎮(zhèn)居民中的發(fā)病率連年位居榜首，對其早期、快速、靈敏的診斷是挽救患者生命的重要途徑。目前產業(yè)界以及科學界已經開發(fā)出多種策略進行腫瘤的檢測，包括ELISA法、電化學法、影像學檢測等，其中基于腫瘤特異性標志物的檢測已被廣泛使用，表現(xiàn)出了極大的應用價值。一般而言，腫瘤標志物在血液中的濃度較低，而在常規(guī)檢測過程中不可避免地會使用樣本前處理技術，如分離血細胞、緩沖液稀釋等，造成了腫瘤標志物濃度的進一步降低，影響后續(xù)檢測手段的靈敏度，同時限制了腫瘤發(fā)病早期時的檢測應用需求。因此，開發(fā)出一種快速、高效腫瘤標志物富集技術具有重要的應用價值。

【發(fā)明內容】

[0004]發(fā)明目的:針對現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明的第一個目的是提供一種實現(xiàn)腫瘤標志物富集的生物芯片，可以實現(xiàn)腫瘤相關標記物的高效富集，且操作簡單，成本低廉。
[0005]本發(fā)明的第二個目的是提供了上述生物芯片的應用。
[0006]為實現(xiàn)上述發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的技術方案是:一種實現(xiàn)腫瘤標志物富集的生物芯片，包括襯底以及微流道系統(tǒng)，所述微流道系統(tǒng)分布在襯底表面，所述微流道系統(tǒng)依次包括進樣口、通路、反應池、分離磁區(qū)域、收集池、固定磁區(qū)域和出樣口、所述進樣口通過通路與反應池連通，所述通路經過反應池后分出兩個支路，其中第一支路與收集池連通，第二支路與出樣口連通，所述分離磁區(qū)域位于第一支路的一側，所述固定磁區(qū)域環(huán)繞收集池；所述反應池內分布有磁性納米顆粒標記的抗體作為探針，其中磁性納米顆粒與抗體之間通過光致裂解分子連接。
[0007]上述生物芯片是通過微流道系統(tǒng)轉移至襯底表面，對準并鍵合固定而成。
[0008]所述襯底的制備包括以下步驟:
(1)清洗襯底，再在襯底表面均勻涂覆一層光刻膠；
(2)利用紫外光刻技術制備磁性區(qū)域光刻膠圖案，利用薄膜沉積技術，磁控濺射將磁性薄膜材料沉積于圖案表面，結合剝離技術獲得磁性區(qū)域，薄膜厚度為0.5 μ m~10 μ m ;
(3)在襯底表面再均勻涂覆一層光刻膠，結合紫外光刻技術制備反應池與收集池的光刻膠圖案；
(4)使用深硅刻蝕或離子束刻蝕等技術刻蝕襯底，獲得反應池與收集池結構；反應池與收集池的深度為100-500 μ m。
[0009]所述微流道系統(tǒng)的制備和集成包括以下步驟:
(I)利用紫外光刻技術在硅片表面制備微流道凸模，凸出結構高度50-500 μ m ； (2)將微流道材料澆筑在凸模表面并固化，脫模后獲得微流道結構；
(3)對微流道結構表面進行親水處理，獲得具有超親水性質的微流道系統(tǒng)。
[0010]所述襯底為硅片或石英片制成；所述微流道系統(tǒng)，其材料為聚二甲基硅氧烷(PDMS)或 SU-8 膠。
[0011]所述磁性納米顆粒的材料為Fe3O4納米顆粒、S12包裹的Fe 304納米顆粒、FeCo納米顆粒、FePt納米顆粒以及Co納米顆粒等中的一種；尺寸為5_50nm。
[0012]所述光致裂解分子包括鄰硝基芐基衍生物，所述光照的波長為200_400nm。
[0013]所述分離磁區(qū)域以及固定磁區(qū)域，均由Fe304、FeCo、CoPt材料中的任意一種組成。
[0014]所述腫瘤標志物包括但不限于甲胎蛋白及其異質體(AFP、AFP-L3)、癌胚抗原(CEA)、白介素-6 (IL-6)、血清癌抗原(CA199、CA742)、細胞角蛋白(CK19)等中的一種或多種。
[0015]一種實現(xiàn)腫瘤標志物富集的生物芯片的應用，包括以下步驟:
(O首先利用注射泵或蠕動泵將待測樣本通過微流道系統(tǒng)輸送至芯片的反應池(3)中并穩(wěn)定1-12小時，以使待測樣本中的目標腫瘤標志物與探針充分結合；
(2)繼續(xù)利用注射泵或蠕動泵將溶液輸送至微流道出口，在輸送過程中，探針可以受分離磁區(qū)域的吸引而進入收集池中；
(3)在收集池中施加光照，促進探針中的光致裂解分子斷裂，分離磁性納米顆粒以及腫瘤標志物；
(4)收集已富集的腫瘤標志物溶液并進行后續(xù)處理；后續(xù)處理包括目標腫瘤標志物的提取以及純化，同時還可以進行生物傳感測量以檢測樣本中腫瘤標志物的含量等處理。
[0016]所述樣本為全血、血清或磷酸鹽緩沖液(PBS)；
在反應池內分布有磁性納米顆粒標記的抗體作為探針，其中磁性納米顆粒與抗體之間通過光致裂解分子連接；抗體可以與目標腫瘤標志物發(fā)生特異性結合；芯片表面的分離磁區(qū)域可以選擇性地吸引磁性納米顆粒流動至收集池；在收集池中施加一定波長的光照可以促進光致裂解分子斷裂，使得磁性納米顆粒與腫瘤標志物分離，從而實現(xiàn)了樣本中腫瘤標志物的富集。
[0017]有益效果:與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點包括:
(1)本發(fā)明通過使用磁性納米顆粒結合樣本中的目標腫瘤標志物，結合分離磁區(qū)域，可以實現(xiàn)磁性納米顆粒在微流道系統(tǒng)中的分流，選擇性地流入芯片表面的收集池，促進了腫瘤標志物的高效富集；
(2)利用光照技術結合分離磁區(qū)域實現(xiàn)了磁性納米顆粒與腫瘤標志物的分離，有效降低了樣本中的磁性納米顆粒殘留，提高了富集后的腫瘤標志物純度；
(3)本發(fā)明所涉及的生物芯片適應全血樣本，可避免因樣本前處理過程而造成腫瘤標志物的損失，能夠滿足后續(xù)檢測應用需求。
【附圖說明】
[0018]圖1本發(fā)明所涉及一種腫瘤標志物富集的生物芯片形貌俯視圖；1_微流道系統(tǒng)中的進樣口，2-微流道系統(tǒng)中的通路，3-襯底表面的反應池，4-襯底表面的分離磁區(qū)域，5-襯底表面的收集池，6-襯底表面的固定磁區(qū)域，7-微流道系統(tǒng)中的出樣口 ； 圖2本發(fā)明所涉及生物芯片的剖面圖:8_磁性納米顆粒探針，9-襯底，10-微流道系統(tǒng)；
圖3本發(fā)明芯片加工過程中，襯底表面涂覆一層光刻膠剖面圖:11_光刻膠；
圖4本發(fā)明芯片加工過程中，經過紫外光刻后，襯底表面的光刻膠圖案剖面圖，圖中以芯片表面的分離磁區(qū)域為示意；
圖5本發(fā)明芯片加工過程中，襯底表面沉積的磁性薄膜材料，本圖以分離磁區(qū)域的材料為示意；
圖6本發(fā)明芯片加工過程中，在圖5的基礎上，制備反應池以及收集池的過程中，在芯片表面均勻涂覆一層光刻膠剖面圖；
圖7本發(fā)明芯片加工過程中，經過紫外光刻后，襯底表面的光刻膠圖案剖面圖；
圖8本發(fā)明芯片加工過程中，利用刻蝕工藝獲得反應池以及收集池剖面圖；
圖9本發(fā)明芯片加工過程中，經過去膠工藝后得到的襯底結構剖面圖；
圖10制備微流道系統(tǒng)過程中，首先利用勻膠工藝以及紫外光刻工藝在硅片襯底表面獲得光刻膠圖案剖面圖；
圖11制備微流道系統(tǒng)過程中，經過去膠工藝后獲得的硅片凸模；
圖12將微流道材料澆筑在硅片凸模表面示意圖，10-微流道材料；
圖13經過脫模工藝處理后的微流道剖面圖；
圖14利用打孔器定義出微流道進口、出口剖面圖；
圖1