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本文报道了利用微加工技术和化学修饰的方法在硅表面形成蛋白质微阵列的方法,并对蛋白质微阵列进行了一系列检测分析,以达到作为蛋白质芯片的应用要求。主要研究工作可分为以下三部分概述:
1.利用微加工技术使硅片表面图案化首先,利用旋涂法在清洗干净并且干燥的硅片表面形成一层均匀的光刻胶膜,并且通过前烘达到初步坚膜。再盖上掩模版进行接触式曝光,掩模版透光部分下的光刻胶发生反应。最后通过显影将反应部分的光刻胶洗去,得到光刻胶图案化的硅片,并且经过后烘达到进一步坚膜的目的。整个实验过程都在超净间内完成,我们使用了光学显微镜和台阶仪对光刻胶膜表面及边缘形貌进行了观察和检测。
2.硅表面蛋白质微阵列的形成我们在上述工作基础上,通过化学修饰的方法将蛋白质固定到微阵列的点阵中,形成蛋白质微阵列。整个实验过程分为七步:(1)对光刻胶图案化的硅片进行电化学腐蚀,暴露在外的硅片表面形成一层多孔硅,再将其余部分的光刻胶洗去形成多孔硅微阵列。(2)将新鲜腐蚀的多孔硅微阵列放入到Cu2+/Cu+、PEGMA聚合溶液中,在表面形成水凝胶聚合物膜。此聚合体系方便、快捷、可操作性强,而且形成的膜均匀。PEGMA的聚合物膜不但可以增加活性官能团的数量,并且可以形成水凝胶体系进一步保证连接到基底表面蛋白质的活性。(3)在上一步反应生成的聚合物膜上有大量的羟基,我们将它与丁二酸酐反应,将暴露在外层的羟基转换成羧基。(4)新生成的羧基在DCC的作用下与NHS发生反应生成NHS酯,NHS是氨基活性的交联基团。(5)将NHS修饰的表面放入ANTA的碱性溶液中,在碱性溶液中NHS基团脱去,NTA基团连接到水凝胶基底表面,暴露在外面的是三个羧酸根,其非常容易与金属离子发生螯合作用。(6)在多孔硅表面连接上NTA之后,将其放入到NiSO4水溶液中,NTA与Ni2+发生配位作用从而固定上Ni2+。(7)将已连接NTA-Ni的多孔硅浸入到His-tag Protein的溶液中,蛋白末端所含的两个组氨酸残基取代两个水分子与Ni2+配位,从而最终在多孔硅表面固定上蛋白。
通过NiII-NTA这一金属螯合系统与His-Tag proteins的配位作用,我们实现了将蛋白质连接到点阵中。我们对实验的每一步都做了相关检测(包括FTIR,光学、荧光显微镜等),所有的数据都很好地证实了我们在硅片表面形成蛋白质微阵列的成功。
3.硅表面蛋白质微阵列的检测蛋白质微阵列的检测即数据输出是一个关键性问题。通常的检测方法有两种:一种是直接检测法,用于检测未标记的蛋白质,一般用SELDI-TOF-MS或者用MALDI-TOF-MS进行检测;另一种是间接检测法,用于检测已标记过的蛋白质,应用最广泛的就是检测荧光标记的蛋白质。在本章中,分别用微阵列扫描仪和MALDI-TOF-MS对蛋白质微阵列进行了检测。利用微阵列扫描仪得到了微阵列对蛋白质的检测限和点阵表面固定的蛋白质浓度。利用MALDI-TOF-MS对两种不同的蛋白质进行了检测分析。检测的结果进一步证实了我们找到了一条在硅片表面形成蛋白质微阵列的方法。