本發(fā)明涉及一種用于生物/化學(xué)反應(yīng)體系的反應(yīng)裝置及其制備方法和應(yīng)用，特別是涉及一種可用于多種生物/化學(xué)反應(yīng)體系的微陣列芯片及其表面處理和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

微陣列芯片可以通過(guò)在固相支持介質(zhì)上構(gòu)建密集排列的二維點(diǎn)陣，實(shí)現(xiàn)對(duì)大批量樣品的高通量、原位分析，并可對(duì)生物/化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在疾病監(jiān)測(cè)、藥物篩選、理論研究等領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用價(jià)值。具體來(lái)講，微陣列芯片可用于數(shù)字聚合酶鏈反應(yīng)(dPCR)、藥物小分子與蛋白等生物樣品相互作用研究、單細(xì)胞分析等。

理想的可用于上述研究的微陣列芯片需要具有以下特點(diǎn)：(1)高通量，可單次實(shí)現(xiàn)大批量樣品的分析檢測(cè)；(2)芯片表面及反應(yīng)位點(diǎn)表面對(duì)樣品無(wú)吸附，與樣品之間不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等相互作用；(3)芯片中各個(gè)反應(yīng)位點(diǎn)之間獨(dú)立進(jìn)行反應(yīng)，各個(gè)反應(yīng)之間不會(huì)產(chǎn)生交叉干擾等；(4)材料易得，制備方法簡(jiǎn)單，成本低廉等。

但是，目前可用的微陣列芯片尚不能很好的滿足以上要求。以dPCR為例，它是一種核酸絕對(duì)定量技術(shù)，通過(guò)將微量樣品高倍稀釋和分液，使每個(gè)反應(yīng)單元含有不超過(guò)一個(gè)模板分子，再將所有樣品進(jìn)行PCR擴(kuò)增，最后對(duì)結(jié)果以陽(yáng)性或陰性直接計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)分析。dPCR的出現(xiàn)，顯著推動(dòng)了生命科學(xué)研究的進(jìn)度，使得人們可以快速、高通量檢測(cè)病人樣本中致病基因的許多變化，具有廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)，dPCR的推廣應(yīng)用對(duì)其所用芯片的高通量、抗吸附、低干擾、低成本的要求非常高，而現(xiàn)有的技術(shù)仍然有很大的改進(jìn)空間。因此，發(fā)展新型的微陣列芯片，使其滿足多種應(yīng)用需求并且成本可控，對(duì)生命醫(yī)學(xué)的發(fā)展等有著非常重要的意義。

參考文獻(xiàn)1：CN104334273A公開(kāi)了一種用于生物反應(yīng)系統(tǒng)的包被的基體，其通過(guò)氣相沉積方法在基體以及反應(yīng)位點(diǎn)上形成親水/疏水性涂層，或者直接的通過(guò)浸漬的處理，將清洗后的基體分次浸入不同親水/疏水性硅烷溶液中，從而賦予基體以及基體上的反應(yīng)位點(diǎn)相同或不同的親水性/疏水性。盡管其由于基體和反應(yīng)位點(diǎn)存在不同的前進(jìn)角的特性使得進(jìn)入反應(yīng)位點(diǎn)的試劑能夠固定于反應(yīng)位點(diǎn)的井或凹槽，避免相互交叉，串?dāng)_，但其生物反應(yīng)芯片的整個(gè)制備過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，尤其是使用氣相沉積技術(shù)直接對(duì)基體以及反應(yīng)位點(diǎn)進(jìn)行涂層沉積的操作具有安全隱患，控制工藝復(fù)雜，成本也相對(duì)高昂，且在直接浸漬的處理方式中可能存在形成涂層前基體表面或者反應(yīng)位點(diǎn)活化程度不夠充分、均勻的擔(dān)憂。此外，將清洗后的基體直接使用浸漬的方法分次在基體表面以及反應(yīng)位點(diǎn)形成不同親水性/疏水性涂層的方式，也存在基體表面以及反應(yīng)位點(diǎn)的活化程度不足的擔(dān)憂，使得后續(xù)浸漬形成涂層的結(jié)合性不強(qiáng)，且分次浸入含有不同親水性/疏水性基體的溶液中，使得基體表面以及反應(yīng)位點(diǎn)涂層材料相互干擾，對(duì)于基體和反應(yīng)位點(diǎn)的接觸角的精確控制難度加大。

因此，探索一種高效、安全、低成本的生物反應(yīng)微陣列芯片及其制備方法是十分必要的。發(fā)展新型的微陣列芯片，使其滿足多種應(yīng)用需求并且成本可控，也對(duì)生命醫(yī)學(xué)的發(fā)展等有著非常重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問(wèn)題

本所要解決的技術(shù)問(wèn)題為提供一種用于生物/化學(xué)反應(yīng)體系的反應(yīng)裝置，尤其是一種微陣列芯片，該裝置的基體以及反應(yīng)位點(diǎn)表面具有親水性/憎水性表面層，且這些表面層與基體以及反應(yīng)位點(diǎn)的結(jié)合性得到改善，從而得到更加精確控制的親/疏水性。

本發(fā)明所要解決的另外的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種高效、安全、低成本的生物反應(yīng)裝置--尤其是生物反應(yīng)微陣列芯片的制備方法。

具體的，使用等離子體對(duì)形成有反應(yīng)位點(diǎn)的生物反應(yīng)裝置或生物反應(yīng)微陣列芯片的進(jìn)行活性處理，該種活化方式中等離子體能夠?qū)饘?、氧化物和大多?shù)高分子材料形成的基體進(jìn)行活化處理，其能夠使得基體以及位于基體的反應(yīng)位點(diǎn)充分的活化或官能化。

用于解決問(wèn)題的方案

本發(fā)明用于解決以上技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案為：

[1].一種用于生物/化學(xué)反應(yīng)體系的反應(yīng)裝置，所述反應(yīng)裝置包括基體以及在基體上形成的反應(yīng)位點(diǎn)，其特征在于，所述基體的材料選自金屬、陶瓷、石英或聚合物材料，在所述基體表面以及反應(yīng)位點(diǎn)表面形成有表面層，所述基體表面的表面層具有接觸角為α，所述反應(yīng)位點(diǎn)的表面層具有接觸角為β，所述基體表面以及反應(yīng)位點(diǎn)表面在形成表面層前經(jīng)過(guò)等離子體進(jìn)行表面處理，所述反應(yīng)位點(diǎn)的表面層具有親或疏水性。

[2].根據(jù)[1]所述的反應(yīng)裝置，其特征在于，所述等離子體進(jìn)行表面處理中使用氧等離子體。

[3].根據(jù)[1]或[2]所述的反應(yīng)裝置，其特征在于，所述基體表面的表面層的接觸角α大于或等于反應(yīng)位點(diǎn)的表面層的接觸角β，優(yōu)選基體表面的表面層的接觸角α與所述反應(yīng)位點(diǎn)的表面層的接觸角β的差值大于等于0°，小于等于65°。

[4].根據(jù)[1]-[3]任一項(xiàng)所述的反應(yīng)裝置，其特征在于，所述基體表面的表面層的接觸角α范圍為75°≤α≤125°，優(yōu)選為80°≤α≤110°，更優(yōu)選為85°≤α≤100°。

[5].根據(jù)[1]-[4]任一項(xiàng)所述的反應(yīng)裝置，其特征在于，所述反應(yīng)位點(diǎn)形狀為圓形、橢圓形、多邊形或它們的組合，和/或在每個(gè)反應(yīng)位點(diǎn)所加載的液體樣品體積為100納升以下。

[6].根據(jù)[5]所述的反應(yīng)裝置，其特征在于，所述反應(yīng)位點(diǎn)以通孔、或通孔與凹槽混合的形式存在于所述基體。

[7].根據(jù)[1]-[6]任一項(xiàng)所述的反應(yīng)裝置，其特征在于，所述反應(yīng)位點(diǎn)在加載液體樣品時(shí)，占反應(yīng)位點(diǎn)總數(shù)的90-100％的反應(yīng)位點(diǎn)被加載。

[8].根據(jù)[1]-[7]任一項(xiàng)所述的反應(yīng)裝置，其特征在于，所述生物/化學(xué)反應(yīng)為擴(kuò)增反應(yīng)或小分子與蛋白相互作用、分子與單細(xì)胞相互作用等。

[9].一種用于生物/化學(xué)反應(yīng)體系的反應(yīng)裝置的制備方法，其特征在于，所述方法包括：a)準(zhǔn)備基體的步驟，所述基體的材料選自金屬、陶瓷、石英或聚合物材料，所述基體上形成有反應(yīng)位點(diǎn)；b)使用等離子體對(duì)基體以及反應(yīng)位點(diǎn)進(jìn)行表面處理的步驟；c)在基體表面、反應(yīng)位點(diǎn)形成表面層的步驟；所述基體表面的表面層具有接觸角為α，所述反應(yīng)位點(diǎn)的表面層具有接觸角為β，所述反應(yīng)位點(diǎn)的表面層具有親或疏水性。

[10].根據(jù)[9]所述的反應(yīng)裝置的制備方法，其特征在于，所述方法包括：所述a)步驟包括清洗所述基體的步驟。

[11].根據(jù)[10]所述的反應(yīng)裝置的制備方法，其特征在于，所述清洗所述基體的步驟包括將形成反應(yīng)位點(diǎn)后的基體用水、丙酮等超聲清洗。

[12].根據(jù)[9]-[11]任一項(xiàng)所述的反應(yīng)裝置的制備方法，其特征在于，所述b)步驟包括，使用氧等離子體對(duì)基體以及反應(yīng)位點(diǎn)進(jìn)行表面處理的步驟。

[13].根據(jù)[9]-[12]任一項(xiàng)所述的反應(yīng)裝置的制備方法，其特征在于，所述c)步驟包括，在基體的表面以及反應(yīng)位點(diǎn)的表面同時(shí)形成表面層的步驟C1)。

[14].根據(jù)[13]所述的反應(yīng)裝置的制備方法，其特征在于，所述C1)步驟包括，將基板浸入溶液中10-60分鐘，所述溶液包含硅烷化合物，以及它們的衍生物，優(yōu)選包含三甲氧基硅烷類化合物，更優(yōu)選為正丙基三甲氧基硅烷。

[15].根據(jù)[14]所述的反應(yīng)裝置的制備方法，其特征在于，所述溶液的配制方法為：將鹽酸水溶液和所述硅烷試劑混合攪拌30-40分鐘，所述鹽酸水溶液的pH值為4-6。

[16].根據(jù)[9]-[12]任一項(xiàng)所述的反應(yīng)裝置的制備方法，其特征在于，所述c)步驟包括，分別在基體表面形成表面層的步驟以及在反應(yīng)位點(diǎn)形成表面層的步驟，所述基體表面的表面層具有接觸角為α，所述反應(yīng)位點(diǎn)的表面層具有接觸角為β，且α≥β。

[17].根據(jù)[1]-[16]任一項(xiàng)所述的反應(yīng)裝置的制備方法，其特征在于，所述方法包括：在基體表面、反應(yīng)位點(diǎn)形成表面層后的后處理步驟d)，所述后處理步驟包括，用丙酮沖洗基體，烘干40-60分鐘，然后用水振蕩清洗基體，氮?dú)獯蹈伞?/p>

[18].根據(jù)[17]所述的反應(yīng)裝置的制備方法，其中所述的烘干的溫度為100-120℃。

[19].根據(jù)[1]-[9]任一項(xiàng)所述的反應(yīng)裝置或者根據(jù)[10]-[18]任一項(xiàng)所述制備方法得到的反應(yīng)裝置的用途，其特征在于，用于生物或化學(xué)反應(yīng)，包括但不局限于：擴(kuò)增反應(yīng)、小分子與蛋白相互作用、分子與單細(xì)胞相互作用。

發(fā)明的效果

本發(fā)明使用等離子體處理生物/化學(xué)反應(yīng)裝置，將生物反應(yīng)芯片基體以及位于基體的反應(yīng)位點(diǎn)使用等離子處理手段進(jìn)行表面功能化，然后在所述基體以及所述反應(yīng)位點(diǎn)形成表面層，所述基體的材料選自金屬、陶瓷、石英或聚合物材料。這樣形成的表面層與所述基體、反應(yīng)位點(diǎn)結(jié)合能力增強(qiáng)。

本發(fā)明的效果還在于，所述基體表面的表面層具有接觸角為α，所述反應(yīng)位點(diǎn)的表面層具有接觸角為β，且α≥β，使得進(jìn)入反應(yīng)位點(diǎn)的樣品被固定于范圍位點(diǎn)之內(nèi)，避免相互交叉，串?dāng)_，提高信號(hào)的可識(shí)別性。

此外，本發(fā)明的效果還在于，省略了氣相沉積等較為昂貴、危險(xiǎn)的工藝過(guò)程，同時(shí)，也避免了使用不同親/疏水性硅烷原料分別形成基體的表面層、反應(yīng)位點(diǎn)的表面層時(shí)反復(fù)的清洗工藝，提高了對(duì)基體的表面層、反應(yīng)位點(diǎn)的表面層親/疏水性的控制精度。

附圖說(shuō)明

圖1：生物反應(yīng)芯片局部的正面(上)，及側(cè)切面(下)示意圖。

圖2.：生物反應(yīng)芯片的主要制作流程。

具體實(shí)施方式

為了提供對(duì)本發(fā)明更充分的理解，以下描述列舉了很多具體細(xì)節(jié)如具體結(jié)構(gòu)、參數(shù)、實(shí)例等。然而，應(yīng)認(rèn)識(shí)到這樣的描述并非旨在限制本發(fā)明的范圍，而是旨在提供對(duì)示例性實(shí)施方案的更好描述。

本發(fā)明的目的在于提供一種可用于多種生物/化學(xué)反應(yīng)裝置，特別是微陣列芯片的設(shè)計(jì)以及制備方法和用途。通過(guò)特定的芯片設(shè)計(jì)及對(duì)芯片的基體和反應(yīng)位點(diǎn)的表面處理，使得所述微陣列芯片具有高通量、抗吸附、低干擾等優(yōu)勢(shì)，為數(shù)字聚合酶鏈反應(yīng)、藥物篩選、腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)等提供良好的操作平臺(tái)。

所述反應(yīng)裝置包括基體和在所述基體中的多個(gè)微陣列式反應(yīng)位點(diǎn)；所述芯片的基體表面及所述微陣列式反應(yīng)位點(diǎn)的表面根據(jù)反應(yīng)體系的要求可被修飾為具有特定親水/疏水等性質(zhì)的表面，以便將特定體積的反應(yīng)體系引入到反應(yīng)位點(diǎn)中，減少基體表面對(duì)反應(yīng)體系樣品的不必要的吸附，并避免交叉干擾。每個(gè)反應(yīng)位點(diǎn)中的反應(yīng)體系基本被局限于各自的反應(yīng)位點(diǎn)中，獨(dú)立進(jìn)行生物或化學(xué)反應(yīng)。

基體

所述的基體可以由以下材料之一組成：金屬、陶瓷、石英或聚合物材料。進(jìn)一步，為了更好的適應(yīng)后續(xù)的等離子處理的表面活化，優(yōu)選金屬或者聚合物材料所形成的基體，特別的優(yōu)選聚合物材料形成的基體。

反應(yīng)位點(diǎn)

所述的多個(gè)微陣列反應(yīng)位點(diǎn)可以為上下通透小孔或不通透小槽，形狀可以為圓形、正多邊形、或其它可以形成緊密排列的形狀，每個(gè)反應(yīng)位點(diǎn)可容納的反應(yīng)體系的體積例如為100納升以下，或50納升以下，或20納升以下，或2納升以下，或1納升以下，在一些情況中至多為0.5納升，數(shù)目至少為10000個(gè)。

所述反應(yīng)位點(diǎn)的形成方式?jīng)]有特別的限定，可以為本領(lǐng)域常規(guī)的刻蝕技術(shù)等。

通常認(rèn)為，減少反應(yīng)體積可允許更高密度的反應(yīng)體積，從而可在給定的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行更多的反應(yīng)。例如，基體上由300μm直徑的通孔組成的陣列可含有約30nL的反應(yīng)體積。例如，通過(guò)將陣列中每個(gè)通孔的大小降低至直徑60-70μm，每個(gè)反應(yīng)體積可為100pL。根據(jù)本文描述的各種實(shí)施方案，反應(yīng)體積的范圍可為約1pL至40nL。在一些實(shí)施方案中，反應(yīng)位點(diǎn)陣列可由各種不同體積的反應(yīng)區(qū)域組成以增加動(dòng)態(tài)范圍。

所述的多個(gè)微陣列反應(yīng)位點(diǎn)可以通過(guò)濕法刻蝕或干法刻蝕設(shè)計(jì)制備。

本發(fā)明提供了可用樣品體積充分加載的裝置?；w特定區(qū)域的表面特性如疏水性和/或親水性可有助于將液體樣品加載至反應(yīng)位點(diǎn)。如上所述，疏水性/親水性的水平可基于影響加載基體的多個(gè)反應(yīng)位點(diǎn)的便利性和效率的各種因素。

例如，影響反應(yīng)位點(diǎn)加載的一個(gè)因素為反應(yīng)位點(diǎn)的物理幾何形狀，并且/或者基體可能有助于加載所述樣品。例如基于反應(yīng)位點(diǎn)深度(芯片厚度)和反應(yīng)位點(diǎn)直徑的反應(yīng)位點(diǎn)之間的縱橫比，可為確定充分加載所述反應(yīng)位點(diǎn)所需特性的因素。反應(yīng)位點(diǎn)深度(芯片厚度)與直徑的比率被稱為縱橫比。例如，如果反應(yīng)位點(diǎn)深度等于反應(yīng)位點(diǎn)直徑，則縱橫比為1。在另一實(shí)例中，當(dāng)反應(yīng)位點(diǎn)深度為反應(yīng)位點(diǎn)直徑的10倍時(shí)，縱橫比為10。應(yīng)位點(diǎn)的直徑影響毛細(xì)管力，其使得能夠/有助于用液體反應(yīng)媒介加載反應(yīng)位點(diǎn)。在一些實(shí)施方案中，直徑越小，毛細(xì)管力越大，且更利于/便于加載反應(yīng)位點(diǎn)。

根據(jù)各種實(shí)施方案，影響用樣品體積加載反應(yīng)位點(diǎn)的另一因素為期望的加載效率和/或一致性。期望的效率是大于或等于90％的反應(yīng)位點(diǎn)被加載。在其他實(shí)施方案中，期望的效率可為90％的反應(yīng)位點(diǎn)被加載，且反應(yīng)位點(diǎn)之間的差異最多為10％。

根據(jù)各種實(shí)施方案，影響用樣品體積加載反應(yīng)位點(diǎn)的另一因素為在反應(yīng)位點(diǎn)內(nèi)材料與期望的反應(yīng)的相容性。在一些實(shí)施方案中，所述期望的反應(yīng)可為擴(kuò)增反應(yīng)。更具體地，所述擴(kuò)增反應(yīng)可為數(shù)字聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(dPCR)。根據(jù)各種實(shí)施方案，裝置接觸例如參與反應(yīng)的樣品體積、酶或試劑的部分，不應(yīng)該與樣品體積、酶或試劑發(fā)生化學(xué)相互作用。例如，接觸反應(yīng)的材料不應(yīng)該將可能干擾反應(yīng)的離子泄露到所述反應(yīng)位點(diǎn)。根據(jù)各種實(shí)施方案，影響加載反應(yīng)位點(diǎn)的又一因素為被加載至反應(yīng)位點(diǎn)后所需的樣品體積的限制。換句話說(shuō)，需要有足夠的力來(lái)防止從每個(gè)反應(yīng)位點(diǎn)泄漏樣品體積，以防止從一個(gè)反應(yīng)位點(diǎn)溢出至另一反應(yīng)位點(diǎn)，并防止樣品體積在反應(yīng)位點(diǎn)外的任何積聚。

等離子處理方法

等離子，即物質(zhì)的第四態(tài)，是由部分電子被剝奪后的原子以及原子被電離后產(chǎn)生的正負(fù)電子組成的離子化氣狀物質(zhì)。它的能量范圍比氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)物質(zhì)都高，存在具有一定能量分布的電子、離子和中性粒子，在與材料表面的撞擊時(shí)會(huì)將自己的能量傳遞給材料表面的分子和原子，產(chǎn)生一系列物理和化學(xué)過(guò)程。其作用在物體表面可以實(shí)現(xiàn)物體的超潔凈清洗、物體表面活化、蝕刻、精整以及等離子表面涂覆。

本發(fā)明中，所述的基體表面和反應(yīng)位點(diǎn)表面可以通過(guò)等離子體處理進(jìn)行表面活化，所述活化是使用等離子體的濺射或注入使得基材表面獲得所期望的活性基團(tuán)。

具體的，本發(fā)明中使用氧等離子體對(duì)基體進(jìn)行表面處理，能夠使得基體以及基體中反應(yīng)位點(diǎn)獲得所期望的活性基團(tuán)，從而為后續(xù)的基體表面層、反應(yīng)位點(diǎn)的表面層的形成提供改善的結(jié)合力。

更具體的，使用含氧等離子體對(duì)芯片進(jìn)行處理，在一些實(shí)施方式中，例如，用低溫氧等離子體方法對(duì)基體材料進(jìn)行處理，通過(guò)掃描電鏡、紅外光譜和光電子能譜綜合分析結(jié)果表明，基體以及反應(yīng)位點(diǎn)表面含有表面上產(chǎn)生了-OH、-COOH和CO等極性基團(tuán)，一方面使得被處理的材料的各暴露面具有親水性，特別的，使得在后續(xù)的基體以及反應(yīng)位點(diǎn)表面層形成時(shí)，提供基體材料與表面層更緊固的結(jié)合。

有機(jī)硅烷

本發(fā)明在反應(yīng)裝置，尤其是生物化學(xué)反應(yīng)芯片的基體表面以及反應(yīng)位點(diǎn)所形成的表面層由各種有機(jī)硅烷形成。

有機(jī)硅烷上取代基性質(zhì)的不同，有機(jī)硅烷包括了親水性有機(jī)硅烷以及憎水性有機(jī)硅烷。因此，使得不同類型的有機(jī)硅烷進(jìn)行表面處理使得精確控制反應(yīng)裝置基體表面以及反應(yīng)位點(diǎn)的親/疏水性成為可能。

本發(fā)明中使用的有機(jī)硅烷包括：烷基-三甲氧基硅烷、烷基-三乙氧基硅烷、烷基-二甲氧基單甲基硅烷、烷基-二乙氧基單甲基硅烷、烷基-單甲氧基二甲基硅烷、烷基-單乙氧基二甲基硅烷、(3-氨基丙基)二甲基乙氧基硅烷、或者其他硅烷、硅氧烷。

在本申請(qǐng)的一種實(shí)施方案中，可以采用如下步驟：

(1)將打孔后的基體用水或丙酮超聲清洗后，再用氧等離子體處理；

(2)將處理后的基體浸入配置好的硅烷溶液中10-30分鐘；

(3)然后用丙酮沖洗基體，高溫烘干40-60分鐘；

(4)用水振蕩清洗基體，氮?dú)獯蹈伞?/p>

所述的硅烷溶液的配制方法為：將體積分?jǐn)?shù)為0.1-0.2mol/L的鹽酸水溶液和所述的硅烷試劑混合攪拌30-40分鐘，所述的硅烷試劑可以為三甲氧基硅烷，優(yōu)選為正丙基三甲氧基硅烷，所述鹽酸水溶液的pH值為4-6。

通過(guò)該實(shí)施方式所得到微陣列芯片的基體表面以及反應(yīng)位點(diǎn)的表面層具有相同的親疏水性質(zhì)。根據(jù)本文教導(dǎo)的這種實(shí)施方案，基體表面部分的涂層具有疏水特性，且反應(yīng)位點(diǎn)表面的部分的表面層具有疏水特性。盡管兩種表面均具有疏水特性，所述反應(yīng)位點(diǎn)可通過(guò)例如毛細(xì)管作用來(lái)加載。當(dāng)然，作為上述實(shí)施方式的并列方式，取決于使用的硅烷的種類的不同，也可以通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)的調(diào)整，在基體表面和反應(yīng)位點(diǎn)表面形成親水性的涂層。

本發(fā)明的第二實(shí)施方式中，采用如下步驟：

(1)將打孔后的基體用水或丙酮進(jìn)行超聲清洗后，再用氧等離子體處理；

(2)對(duì)基體表面以及反應(yīng)位點(diǎn)分別地形成表面層的步驟；

(3)然后用丙酮沖洗基體，高溫烘干40-60分鐘；

(4)用水振蕩清洗基體，氮?dú)獯蹈伞?/p>

在該種實(shí)施方式中，第(2)步驟中，包括在基體表面形成表面層的步驟。

具體的，將使用氧等離子體處理過(guò)的基體中的通孔或凹槽形式的反應(yīng)位點(diǎn)預(yù)先導(dǎo)入鹽酸溶液，作為保護(hù)。然后將該基體進(jìn)入包含有有機(jī)硅烷S1的有機(jī)溶劑中，所述有機(jī)溶劑為不于水混溶的有機(jī)溶劑，這樣確保包含有S1的有機(jī)溶劑不進(jìn)入反應(yīng)位點(diǎn)。所述有機(jī)溶劑可以為各種烴類溶劑，優(yōu)選為戊烷、庚烷或己烷等。由于基體經(jīng)過(guò)氧等離子體處理，使得表面具有羥基等活性基團(tuán)的基體與S1進(jìn)行反應(yīng)，S1均勻的覆蓋于基體表面，形成表面層。

第(2)步驟中，還包括在反應(yīng)位點(diǎn)表面形成表面層的步驟。

具體的，在基體表面形成表面層后，進(jìn)而將與S1反應(yīng)完畢的基體浸入到包含有有機(jī)硅烷S2的水性溶劑中，所述有機(jī)硅烷S2為親水性有機(jī)硅烷，所述有機(jī)溶劑可以為，乙腈、乙醇、甲醇、酮類等。典型的，S2可以采用雙功能化的硅烷(烷氧基和環(huán)氧基)來(lái)實(shí)現(xiàn)，即S2可以與反應(yīng)位點(diǎn)上剩余的(即以上所提及的鹽酸溶液保護(hù)而為被反應(yīng)的)羥基進(jìn)行反應(yīng)，其烷氧基結(jié)合至水化的基體。

進(jìn)過(guò)以上步驟，使得基體的表面以及反應(yīng)位點(diǎn)分別形成有表面層，所述基體表面的表面層具有接觸角為α，所述反應(yīng)位點(diǎn)的表面層具有接觸角為β，且α≥β。

需要說(shuō)明的是，在這樣的實(shí)施方式中，由于基體預(yù)先經(jīng)過(guò)氧等離子處理，在形成反應(yīng)位點(diǎn)的表面層前，基體表面由于被活化或官能化，使之能夠與S1表示的有機(jī)硅烷充分、均勻的反應(yīng)形成連續(xù)的表面層。因此，在后續(xù)的使用浸漬方法在反應(yīng)位點(diǎn)形成表面層時(shí)，基體表面沒(méi)有明顯剩余的羥基等極性基團(tuán)，防止了基體表面與S2的反應(yīng)或結(jié)合，即基體表面的表面層不會(huì)被S2所干擾。這樣，在一些情況中，如需要得到不同親/疏水性質(zhì)表面層的情況下，可以實(shí)現(xiàn)精確的控制基體體表面的表面層與反應(yīng)位點(diǎn)的表面層的親/疏水性，而不必?fù)?dān)憂或?qū)嵤?duì)基體表面親/疏水性的二次調(diào)節(jié)或修飾。

進(jìn)一步，在第二實(shí)施方式中，可任選的，所述步驟(2)在使用S2形成反應(yīng)位點(diǎn)表面層后可以進(jìn)一步使得所述S2中環(huán)氧丙基與各種分子量的聚乙二醇、聚乙烯醇或聚丙烯醇反應(yīng)進(jìn)行親水性修飾。

本發(fā)明所述的可用于生物或化學(xué)反應(yīng)體系包括但不局限于：擴(kuò)增反應(yīng)、小分子與蛋白相互作用、分子與單細(xì)胞相互作用等。

所述的基體表面和反應(yīng)位點(diǎn)表面修飾后有助于將特定體積的反應(yīng)體系引入到反應(yīng)位點(diǎn)中，減少基體表面和反應(yīng)位點(diǎn)表面對(duì)反應(yīng)體系樣品的吸附，并避免交叉干擾。

所述的每個(gè)反應(yīng)位點(diǎn)中的反應(yīng)體系基本被局限于各自的反應(yīng)位點(diǎn)中，獨(dú)立進(jìn)行生物或化學(xué)反應(yīng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)所述微陣列芯片可用于多種生物/化學(xué)體系，具有一定的通用性；

(2)特別是氣相沉積等方法相比，本發(fā)明所述微陣列芯片的基體及表面修飾材料價(jià)格便宜，成本低廉，易于推廣，且制備過(guò)程安全，簡(jiǎn)單，可控性高。此外本發(fā)明也能夠避免不必要的二次修飾；

(3)所述微陣列芯片同時(shí)具有高通量、抗吸附、低干擾的特點(diǎn)，對(duì)提高研究結(jié)果的準(zhǔn)確度與精密度有很大的幫助。

實(shí)施例

以下基于實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。但是本發(fā)明不被以下的實(shí)施例任何限定，在不變更其主旨的范圍內(nèi)能夠適當(dāng)變更來(lái)實(shí)施。

實(shí)施例1

微陣列芯片的制備：

(1)取得微陣列芯片用基體，進(jìn)行打孔作業(yè)，打孔后結(jié)束后，依次用清潔劑、丙酮、水超聲分別清洗10min；

(2)將清洗干凈的基體置于等離子體發(fā)生器中，采用氧等離子體處理80s，控制等離子發(fā)生器的功率為60W；

(3)將氧等離子體處理后的基體取出，并迅速浸入配置好的硅烷溶液中浸泡25分鐘；

(4)將浸泡后的基體去除，然后用丙酮反復(fù)沖洗基體，再置于100℃烘箱中高溫烘干50分鐘；

(5)用水振蕩清洗基體，氮?dú)獯蹈伞?/p>

所述的硅烷溶液的配制方法為：將鹽酸水溶液和所述的硅烷試劑混合攪拌30分鐘，所述的硅烷試劑為三甲氧基硅烷，所述鹽酸水溶液的pH值為4。

實(shí)施例2

微陣列芯片的制備：

(1)取得微陣列芯片用基體，進(jìn)行打孔作業(yè)，打孔后結(jié)束后，依次用清潔劑、丙酮、水超聲分別清洗10min；

(2)將清洗干凈的基體置于等離子體發(fā)生器中，采用氧等離子體處理85s，控制等離子發(fā)生器的功率為60W；

(3)將氧等離子體處理后的基體取出，并迅速浸入配置好的硅烷溶液中浸泡25分鐘；

(4)將浸泡后的基體去除，然后用丙酮反復(fù)沖洗基體，再置于100℃烘箱中高溫烘干60分鐘；

(5)用水振蕩清洗基體，氮?dú)獯蹈伞?/p>

所述的硅烷溶液的配制方法為：將鹽酸水溶液和所述的硅烷試劑混合攪拌40分鐘，所述的硅烷試劑為正丙基三甲氧基硅烷，所述鹽酸水溶液的pH值為5。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

本發(fā)明的技術(shù)方案可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，用于制備生物/化學(xué)反應(yīng)芯片，具體來(lái)講，本發(fā)明的微陣列芯片可用于數(shù)字聚合酶鏈反應(yīng)(dPCR)、藥物小分子與蛋白等生物樣品相互作用研究、單細(xì)胞分析等。