一種固定化微膠囊檢測陣列及其加工方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一類基于冰打印技術的新型固定化微膠囊檢測陣列的加工方法及其 在目標物的可視化檢測方面的應用。
【背景技術】
[0002] 目前已經發展的檢測陣列芯片，檢測過程中試劑長時間暴露于光照條件或空氣 中，帶來一些弊端，如在光照條件下試劑可能顯色或吸收空氣中的氮氧化合物而使得試劑 空白值增高；一些毒性較大的試劑對操作人員的健康和安全造成威脅；無法有效地隔絕外 界的污染物。同時，一般的陣列檢測儀器如激光共聚焦掃描儀或電荷偶聯攝像機價格較為 昂貴、體積龐大，不利于檢測方法的推廣與普及，提高了檢測的成本。
[0003] 因此，發展安全性高、防污染、檢測過程簡便、成本低的檢測陣列是高通量的生化 分析檢測領域急需要解決的問題。
[0004] 微膠囊化技術通過成膜物質將分散的固體、液體或氣體包裹起來，形成囊內空間 與囊外空間隔離開的微小粒子微膠囊，包在微膠囊內部的物質稱為"囊心"。囊心種類多樣， 如藥物、染料、納米微粒和活細胞等都可作為囊心被包埋。微膠囊依靠囊壁的屏蔽作用可以 有效地保護囊心物質免受環境因素（如光、熱、溫度、壓力、氧等）的不利影響而變質，減少 了囊心物質向環境的擴散和蒸發，因而提高了囊心的穩定性，延長了貯存期，并且改變物態 利于攜帶與運輸。微膠囊的這些優點為解決檢測陣列芯片的弊端提供了有力的支持。
[0005] 但由于常規的微膠囊化方法側重于提高微膠囊的分散性，分散的微膠囊很難進行 固定化，無法制備結構較穩定的微膠囊陣列，極大地限制了微膠囊化技術在加工檢測陣列 芯片方面的應用。
[0006] 因此，發展固定化微膠囊陣列檢測技術對于改善檢測陣列芯片的安全系和穩定性 非常必要。
【發明內容】
[0007] 本發明基于現有檢測陣列芯片的缺點，提供一種安全性高、防污染、低成本的新型 固定化微膠囊檢測陣列的制作方法以及該方法在目標物的可視化檢測方面的應用。
[0008] 本發明利用軟刻的加工思想將液態的聚合物的前體傾倒于成冰的檢測溶液之上， 然后進行光聚合形成位置確定的微膠囊，達到預封裝試劑的目的，同時實現了微膠囊的固 定化，從而可以制備一種新型的高通量、多目標、低成本的固定化微膠囊檢測陣列，以滿足 現場、即時、便攜的目標檢測需求。
[0009] 為了實現本發明目的，本發明的一種固定化微膠囊檢測陣列，包括襯底、檢測試劑 溶液、光敏聚合膠以及限制液體膠的擋板。
[0010] 所述檢測陣列由以下方法制作：檢測試劑溶液以液體形式由移液器滴加于放置在 提供零下低溫（<〇°c)的襯底上，并迅速凍成冰，待穩定的冰完全形成后，用擋板限制冰形 成的區域，將液態的光敏聚合膠傾倒于冰上，使用相對應波長的光源進行照射，使液態膠聚 合完成封裝過程。
[0011] 上述檢測陣列中：
[0012] 所述襯底為疏水性好、可以達到溶液冰點以下，并且導熱性良好的材料，優選為封 口膜或高分子材料等或導熱性良好的其他材料；所述襯底優選為聚苯乙烯、聚對苯二甲酸 乙二酸酯；
[0013] 進一步優選地，襯底的厚度為1-100微米，以保證襯底的強度足夠大可以有效地 保護微膠囊中的溶液。
[0014] 更進一步優選為表面疏水性較好（即接觸角大于90° )的厚度為30-50微米的聚 苯乙烯膜，由于聚苯乙烯材料同時也被應用于生化分析容器中，可以確保微膠囊陣列在生 化分析方面具有良好的兼容性。
[0015] 所述檢測試劑溶液為水溶液，檢測的底物主要為致癌物、葡萄糖、神經遞質、乳酸、 尿酸、蛋白質或DNA等溶于水的目標物；
[0016] 檢測試劑溶液優選為亞硝酸鹽、葡萄糖、乳酸、尿酸、黃曲霉毒素、多巴胺、腎上腺 素。
[0017] 每個膠囊的檢測試劑溶液的體積大小為1-100微升，滴加于疏水性襯底形成半球 形的液滴，液滴之間的間距為100-1000微米。
[0018] 所述光敏聚合膠為毒性較小的、主要由液態的丙烯酸酯單體與丙烯酰胺組成的膠 黏劑，及在光敏劑的存在下可以經光催化聚合而固化。
[0019] 光敏膠在避光條件下可長期保存，在紫外光及可見光（波長為200-800納米）的 照射下可迅速固化。在UV光照射過程中，檢測液以冰的形式存在，可以保證光敏膠在聚合 過程中不會與檢測溶液中的物質發生化學反應。優選的光敏膠為商品化：Loetite? 3311?光 固化粘合劑，其照射光的波長為405納米。
[0020] 優選地，所述檢測陣列由以下方法制作：
[0021] 1)檢測試劑溶液以液體形式由移液器滴加于放置在提供零下低溫（<〇°C )的襯底 上，并迅速凍成冰，所述襯底的厚度為20-50微米，冰與冰之間的間距為100-400微米，冰的 體積為5-20微升；
[0022] 2)待穩定的冰完全形成后，用擋板限制冰形成的區域，將液態的光敏聚合膠傾倒 于冰上，厚度為1-5毫米，使用相對應波長的光源進行照射，使液態膠聚合完成封裝過程。
[0023] 所述的擋板主要由玻璃或有機玻璃等材料經過機械加工而制得，可以重復使用。
[0024] 所述的冷卻器主要為帕爾貼熱電半導體制冷器件，可將溫度降至_30°C以下，也可 以為制冷效果良好的其他類型制冷器。實際操作中，帕爾貼制冷器的溫度根據所選襯底的 厚度和導熱性而設定。
[0025] 本發明還提供了上述檢測陣列在用于可視化檢測方面的應用，所述可視化檢測為 初級診斷測試、環境檢測或食品安全能等方面的檢測。
[0026] 與現有技術相比，本發明提出的固定化微膠囊檢測陣列的優點在于：
[0027] 1、采用疏水性好、可以達到溶液冰點以下，并且導熱性良好的材料作為襯底，可以 保證水溶液在疏水性襯底上的液滴形狀為半球形，并且在較短的時間內完全凝結成冰，利 于水溶液的規則成形，以獲得形狀均一的微膠囊。
[0028] 同時，分離的檢測溶液成冰之后，利用光敏聚合膠可將冰球預封裝，固化后的聚合 物可以保護檢測試劑免受外界灰塵、病菌的污染。膠囊之間的物理隔離可以有效地避免交 叉污染，同時確定了微膠囊的位置，便于制備多目標的微膠囊檢測陣列。
[0029] 2、采用移液器將檢測試劑輸滴加于襯底上的特定區域，無需引入微泵、微閥等流 動系統，有效地降低了加工成本，并且具有操作簡單、通量高、效率高等優勢。
[0030] 3、微膠囊陣列體積小，并且尺寸和形狀設計靈活，便于攜帶，樣品消耗量少，節約 了檢測的成本，利于在欠發達地區推廣，在初級診斷測試、環境檢測、食品安全能領域有潛 在的應用價值。
[0031] 本發明的一種基于冰打印概念的便攜、易操作、防污染的固定化微膠囊檢測陣列 的制作方法，綜合了軟刻蝕、犧牲層技術以及微陣列合成方法的優勢，既具有軟刻蝕方法加 工技術簡單、成本低、易推廣等優點，又具有微陣列合成方法高通量、合成效率高、無交叉污 染等優點，可進一步采用固定化微膠囊陣列的加工方法，將目標物的檢測試劑預封裝于微 膠囊中，利用目標物與檢測試劑之間發生的顯色反應，可以實現對目標物的快速、簡便的可 視化檢測。
【附圖說明】
[0032] 圖1為本發明中固定化微膠囊檢測陣列的制備流程示意圖，其中：1為冷卻器，2為 襯底，3為檢測液溶液的液滴，4為移液器，5為擋板，6為光敏膠，UV light為紫外光。
【具體實施方式】
[0033] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明：
[0034] 本發明用到的裝置為常規裝置，而實施例中用到的裝置，是為了使得本發明的固 定化微膠囊檢測陣列制備更佳，不應該作為必須使用的工具。
[0035] 實施例1 : 一種用于亞硝酸鹽檢測的固定化微膠囊陣列的制備
[0036] 以導熱性良好的疏水的聚苯乙烯高分子膜為襯底采用冰打印的技術制作亞硝酸 鹽檢測的固定化微膠囊陣列，具體為：
[0037] 1、亞硝酸鹽檢測液（含有以下成分）：檸檬酸（60毫克/毫升），磺胺（5毫克/毫 升），N- (1-萘基）-乙二胺（1暈克/毫升）；
[0038] 2、以厚度為50微米的聚苯乙烯膜為襯底（見附圖1的標記2,簡寫為2,下同），將 襯底2置于帕爾貼冷卻器1上，調整冷卻器溫度，使其低于-20°C，待聚苯乙烯膜的溫度完全 冷卻后，采用移液器4以200微米為間距滴加亞硝酸鹽檢測液溶液3于襯底表面，每個液滴 的體積為10微升，液滴迅速冷凍后，形成小冰珠，見圖IA ;
[0039] 3、采用擋板5將陣列區域圍住，加入液體狀態的Loctite? 3311?光固化粘合劑光 敏膠6,厚度控制在3±0. 5毫米，如圖1B。然后用紫外光（由照射光波長為405納米的發 光二極管提供）照射液體膠5-10分鐘，保證光聚合反應發生完全，冰珠被光聚合膠封閉良 好，如圖1C。將襯底2與冷卻器1分離，即得亞硝酸鹽的微膠囊檢測陣列，如圖1D。使用前 避光保存。
[0040] 測亞硝酸鹽時，在常溫下，用微量進樣針刺破較薄的聚苯乙烯膜注射待檢測的亞 硝酸鹽溶液。反應1分鐘，觀察溶