一種磁珠與量子點聯(lián)用制作蛋白質(zhì)芯片的方法
【技術(shù)領域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種使用量子點與磁珠的結(jié)合體固定并陣列化蛋白質(zhì)制作蛋白質(zhì)芯片的方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]微米或納米級磁珠和量子點誕生以后，迅速成為生物科研領域檢測或制備蛋白質(zhì)、核酸、基因、細胞器、細菌或病毒等物質(zhì)的靈敏而高效的工具。
[0003]一些磁性物質(zhì)被制成納米顆粒后具有超順磁性，能被磁場強烈吸引，而去除磁場后納米顆粒又不具有磁性?；诩{米磁珠的這種特性，將磁珠表面包裹一些有機或無機物質(zhì)后使其外表具有特定的化學基團，如氨基、羥基、羧基、巰基等，將它們加入蛋白質(zhì)等溶液后，可以與待純化制備的生物物質(zhì)優(yōu)先結(jié)合，待其結(jié)合后再利用磁場將磁珠吸到一起取出，從而達到快速富集濃縮和純化制備稀有物質(zhì)的目的。
[0004]量子點是一類粒徑在納米尺度的半導體化合物，受到不同波長的激發(fā)光照射時可以發(fā)射出不同波長的熒光。因其獨特而優(yōu)良的光學性質(zhì)已經(jīng)在化學、醫(yī)學和生物學的研究及開發(fā)領域獲得了廣泛的應用。不同于納米磁珠，量子點更多地被用于借助光學手段檢測與其結(jié)合的待測物質(zhì)。同樣，量子點通常要針對不同的應用需要對表面進行特定的化學修飾處理。
[0005]生物芯片作為21世紀發(fā)展最快的生物技術(shù)之一，在生命科學和醫(yī)學等研究和應用領域發(fā)揮著越來越重要的作用。當前，制備蛋白質(zhì)芯片面臨的最大問題是蛋白質(zhì)在芯片基板或載體上的固定問題。常用的固定方法有物理吸附法、化學交聯(lián)法和親和結(jié)合法。物理吸附法適用性廣，一般采用點樣技術(shù)，陣列密度小、樣點與基板結(jié)合不牢固而易受液體環(huán)境影響，蛋白質(zhì)容易失活?；瘜W交聯(lián)法結(jié)合牢固，但是對千變?nèi)f化的蛋白通用性較差，也不便于再生復用，蛋白質(zhì)活性保持也困難。親和結(jié)合固定固然牢固性較好，并且構(gòu)建的芯片準確性最好，但是因為需要借助固定相與待測物質(zhì)的專一性結(jié)合因而適用性最差。
[0006]傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)芯片檢測方式越來越不能滿足復雜生物芯片的技術(shù)要求，采用熒光檢測被巰基乙酸修飾的量子點標記的蛋白質(zhì)芯片為生物芯片的檢測提供了一種快速、可靠、廉價的檢測方式。
[0007]因此，借助磁珠和量子點的特性，尋找合適蛋白質(zhì)芯片制備方法，兼顧不同蛋白固定的通用性、良好的蛋白質(zhì)活性保持能力、滿意的固定強度以及良好的性價比，是推動蛋白質(zhì)芯片獲得大規(guī)模應用需要解決的重要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0008]本發(fā)明要解決的問題在于建立一種具有通用性的高通量和性價比良好的蛋白質(zhì)芯片制備方法，芯片基板可復用，蛋白質(zhì)活性不丟失，檢測收集方便。
[0009]為解決以上問題，本發(fā)明采取磁珠與量子點聯(lián)用技術(shù)，使蛋白質(zhì)、量子點和磁珠結(jié)合在一起形成復合體；然后利用磁場和芯片基板上的順磁性陣點將復合體吸引到基板，順磁性陣點位于基板上的凹坑內(nèi)；用溶劑沖去表面多余的蛋白質(zhì)后即可封裝保存。而使用過的蛋白質(zhì)芯片只要撤除磁場或者反向施加一個適當強度的磁場即可將蛋白質(zhì)復合體從基板上取下，基板經(jīng)過清洗后可以重復使用。
【附圖說明】
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[0010]圖1是芯片制備系統(tǒng)實例結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2是蛋白質(zhì)-量子點-磁珠復合體示意圖。
[0012]圖3是芯片固定蛋白質(zhì)復合體不意圖。
【具體實施方式】
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[0013]第一步是制備磁珠、量子點與蛋白質(zhì)的復合體。
[0014]選擇表面化學基團呈反應互補的量子點和磁珠，實施化學反應，使它們通過化學鍵交聯(lián)到一起形成磁珠-量子點復合體。反應時量子點添加過量，以保證磁珠全部結(jié)合量子點。
[0015]利用磁鐵將交聯(lián)的磁珠-量子點復合體從溶液中分離出來，清洗純化。
[0016]將磁珠-量子點復合體與蛋白質(zhì)溶液混合，使其發(fā)生化學反應。反應時蛋白質(zhì)添加過量，確保磁珠-量子點復合體全部結(jié)合蛋白質(zhì)。
[0017]利用磁鐵將磁珠、量子點與蛋白質(zhì)的三元復合體從溶液中分離出來，清洗純化待用。
[0018]第二步是制備順磁性陣點基板。
[0019]首先在硬質(zhì)基板上加工出微米尺度凹坑陣點。
[0020]在凹坑中注入含有順磁性顆粒的可硬化液體。
[0021]加熱反應使液體硬化，順磁性顆粒被嵌入硬化層內(nèi)部。
[0022]清洗烘干待用。
[0023]第二步是蛋白質(zhì)芯片制備。
[0024]在芯片基板沒有凹坑的背面貼合磁片，或施加電磁場。
[0025]將蛋白質(zhì)復合體溶液涂鋪在親水固體表面，形成一層液膜。
[0026]將貼合有磁片的芯片基板凹坑向下蓋在蛋白質(zhì)復合體液膜上。
[0027]將基板取下清洗封裝保存。
[0028]下面結(jié)合具體實施例加以詳細說明。
[0029]購買直徑10微米含羧基基團的Fe304磁珠和直徑50納米含羥基基團的CdTe量子點試劑，由商業(yè)服務公司完成化學交聯(lián)。
[0030]將制備的磁珠-量子點復合體溶液加入碳二亞胺和羥基琥珀酰亞胺后置37度搖床0.5-2小時，再加入牛血清白蛋白溶液，碳酸緩沖液，pH7.4，繼續(xù)于37度搖床內(nèi)保持2_4小時。
[0031]磁鐵在錐形瓶底部吸附蛋白質(zhì)復合體，用碳酸緩沖液沖洗3次后加入I毫升緩沖液，撤去磁鐵，將溶液收入離心管。
[0032]切取10毫米見方石英載玻片，由商業(yè)服務機構(gòu)在其上加工出1X 10陣列凹坑，凹坑直徑10-100微米，深度20-100微米，對10微米磁珠優(yōu)選凹坑直徑30微米和深30微米。
[0033]將甲苯、聚甲基丙烯酸甲酯和納米順磁顆粒配制成液體加入基板凹坑，將基板至于80度烘箱烘干I小時。
[0034]裁剪10毫米見方磁粉與塑料或橡膠壓合的磁片。
[0035]搭建圖1所示芯片制備系統(tǒng)。電源8通電后，在負極7和正極9之間形成的磁場使具有凹坑陣列的順磁性基板4產(chǎn)生磁性，進而使基板表面凝膠層3上經(jīng)修飾的納米磁珠保持一定姿態(tài)；使用微量進樣器向溶液池2中注入一定濃度經(jīng)過修飾的蛋白質(zhì)10與量子點11和磁珠12組成的蛋白質(zhì)復合體I溶液，打開超聲波震蕩5的電源6使復合體穿過凝膠層3而固定在基板4上。
[0036]圖2表明了蛋白質(zhì)與磁珠和量子點三者的連接關系。
[0037]圖3表明了蛋白質(zhì)復合體在芯片基板凹坑內(nèi)的固定狀態(tài)，其中有機玻璃13將順磁顆粒14包裹住，凹坑中的水分沒有畫出。凹坑儲存一定量的緩沖液起到保持蛋白質(zhì)活性的作用。
[0038]由于蛋白質(zhì)復合體和基板是通過磁性結(jié)合固定的，因此很容易利用更強的磁場將蛋白質(zhì)復合物吸走，實現(xiàn)芯片基板的再生復用。
【主權(quán)項】
1.一種磁珠與量子點聯(lián)用制作蛋白質(zhì)芯片的方法，包括芯片基板(4)制備、蛋白質(zhì)(10)與磁珠(12)和量子點(11)化學交聯(lián)、磁場下蛋白質(zhì)復合體⑴固定到芯片基板(4)等步驟，其特征在于:使用正電極(9)、負電極(7)對產(chǎn)生磁場使芯片基板(4)順磁性陣點(14)吸引結(jié)合有磁珠(12)的蛋白質(zhì)復合體⑴穿過凝膠(3)固定在基板⑷凹坑中。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種磁珠與量子點聯(lián)用制作蛋白質(zhì)芯片的方法，其特征在于:將蛋白質(zhì)(10)與量子點(11)和磁珠(12)化學交聯(lián)，實現(xiàn)磁珠(12)與量子點(11)聯(lián)用，便于芯片檢測和蛋白質(zhì)(10)回收。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種磁珠與量子點聯(lián)用制作蛋白質(zhì)芯片的方法，其特征在于:芯片基板⑷凹坑陣列坑底固化了嵌入順磁性顆粒(14)的透明材料(13)，可以借助磁性實現(xiàn)物理固定。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種磁珠與量子點聯(lián)用制作蛋白質(zhì)芯片的方法，其特征在于:基板(4)表面涂敷松軟凝膠層(3)，蛋白質(zhì)復合體(I)在磁場作用下穿過凝膠(3)時形成了磁珠(12)指向基板⑷和蛋白質(zhì)(10)指向基板⑷外的定向分布。
5.按照權(quán)利要求1所述的一種磁珠與量子點聯(lián)用制作蛋白質(zhì)芯片的方法，其特征在于:基板(4)凹坑10-100微米直徑和20-100微米深的結(jié)構(gòu)借助毛細作用吸附液體，有助于保持蛋白質(zhì)(10)活性，同時減小外部環(huán)境對蛋白質(zhì)芯片陣點的影響。
【專利摘要】本發(fā)明一種磁珠與量子點聯(lián)用制作蛋白質(zhì)芯片的方法通過使用量子點與磁珠的結(jié)合體固定并陣列化蛋白質(zhì)而制作出蛋白質(zhì)芯片，旨在解決傳統(tǒng)方法適用范圍小、蛋白質(zhì)活性丟失、檢測不便以及芯片不能再生復用等問題。發(fā)明使用具有凹坑陣列的芯片基板，凹坑中固定了順磁性物質(zhì)；同時把磁珠、量子點和蛋白質(zhì)通過化學方法結(jié)合形成復合體；蛋白質(zhì)復合體借助磁場作用并穿過松散的凝膠層，最終固定在基板的凹坑中，形成了蛋白質(zhì)指向芯片外面的定向固定。凹坑中同時容納蛋白質(zhì)緩沖液能夠保持蛋白質(zhì)活性不丟失。
【IPC分類】G01N33-68
【公開號】CN104749374
【申請?zhí)枴緾N201310739818
【發(fā)明人】倉懷興, 張力, 段秉亞, 馬建華
【申請人】中國科學院生物物理研究所
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2013年12月30日