专利名称：编码微球的制备方法
技术领域：
本发明涉及生物医药领域，尤其涉及一种通过加工微图案实现编码的微球 制备方法。
背景技术：
悬浮芯片(suspension array)、又叫液体芯片(liquid array)，其技术原 理不同于固相生物芯片技术注1、注2，悬浮芯片技术的核心是要采用多 种可区分的微球，或者说可以对微球进行编码，在检测时又能实现解码。微球 芯片技术是新兴的蛋白质芯片技术，是近年发展起来的一种新的多功能液相芯 片分析平台。该技术有机地整合了有色微球技术、激光技术、应用流体学、高 速数字信号处理器和计算机运算法则等技术，具有相当高的检测特异性和灵敏 度。通常用于免疫分析、核算研究、酶学分析、受体和配体识别分析等研究。
典型的有色微球编码技术是Luminex公司开发出来的，这些乳胶微球是由 聚苯乙烯制成的大小均一的圆形微球(直径约5.5微米)，在其制作过程中按 照严格比例掺入两种荧光染料，每种染料又有10个浓度梯度，因而根据其搭 配比例不同可以将微球按照其颜色分为100种。根据检测物的不同，每一种微 球表面可以共价结合一种核酸或蛋白质检测探针，在同一反应体系中可以同时 加入不同的检测微球，同时对多种目标分子进行检测。检测时，根据不同荧光 颜色微球的检测信号可以知道是哪种被检测物的信号。这种方法具有快速、高 通量、灵敏度高、成本低等优点，因而越来越多的被应用到临床和科研中。目前多家公司基于Luminex公司的悬浮芯片技术推出了相应的试剂和设备。然 而，只有区区100中的编码容量显然无法满足现代生物医药研究的需要，而且 其检测手段是用昂贵的流式细胞仪来做。随着各种各样的新药物成分被研制， 对用于生物医药分析的微球的编码容量也提出了更高的要求。
注1D.A.A.Vignali,JJmmunol.Methods.2000，243，243—255.
注2K丄.Kellar，M.A.Iannone,Exp.Hemato1.2002,30,1227—1237.
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的旨在提供一种编码微球的制备方 法，解决微球在制备过程中的编码容量瓶颈问题，进一歩拓展编码微球在医药 领域进行多重生物分析、筛选的应用。
本发明目的将通过以下技术方案来实现 编码微球的制备方法，其特征在于包括歩骤
步骤一在衬底上涂覆牺牲层，用于微球制备完成后与衬底分离； 步骤二在牺牲层表面采用生长或沉积丄艺制备单层或多层复合的微球材 料层；
步骤三对微球材料层进行光阻涂布、光显影、刻蚀、清洗的半导体微加 工制程，在微球材料层生成编码的微图案或阵列；
步骤四对生成编码的微球材料层按制备要求的微球尺寸再次光刻，并清 洗去除微球轮廓以外的微球材料层；
步骤五选取对牺牲层具有溶解性的液剂，将夹有牺牲层的衬底及编码微 球浸没于液剂中，释放出编码各异的微球悬浮在液剂中。进一步地，所述微球材料层的组分包括聚合物、半导体材料、介质材料、 金属中的一种或这些材料的复合物。
更进一步地，所述微球材料层的组分为二氧化硅、氮化硅或者二者的复合
进一步地，所述步骤三中微球上的微图案是通过位置、形状、大小、方向 或数量这些差别性特征进行编码的；或者
进一步地，所述歩骤三中微球上的阵列是通过排布方式的差异进行编码的。
再进一步地，所述步骤五中对于以光刻胶作为牺牲层的情况，所述液剂选 为丙酮溶液。
本发明编码微球的制备方法应用后，其有益效果是
通过点阵或图形微加工手段实现对微球的编码，提高了微球编码的容量， 而且制备工艺过程具有较好的可重复性，便于实施；此外，所制备的微球可以 实现光、磁、电等功能的复合、便于偶联各种生物分子或小分子，具有耐酸、 碱、热等苛刻条件的特性，更重要的是可采用常规荧光显微镜来进行检测，有 效降低了生物分析的成本。
图1是本发明编码微球的制备方法流程图2是本发明编码微球的制备工艺分步骤示意图3a 图3d是本发明微球编码微图案形状及编码方式示意图。
具体实施方式
以下结合本发明若干具体实施例及其附图，对本发明编码微球的制备方法 歩骤及其有益效果作进一步地详细说明
本发明通过微加工技术制备具有微图案的微球来实现微球的编码功能。通 过一系列的生长、沉积、刻蚀等过程，在硅片或者其他衬底上制备出微球，并 通过释放，最终将微球悬浮在溶液中。下面以二氧化硅和氮化硅的复合物作为 微球材料描述本发明的制备方法，如图1和图2制备方法的流程图和工艺示意
图所示
首先，在6寸硅片1上涂覆lpm厚的第一层光刻胶2，用于最后步骤中将
制成的编码微球6从硅片1上脱离出来。
然后，在第一层光刻胶2表面磁控溅射生长一层厚度约为500nm的二氧化 硅3，并在该二氧化硅层3表面再磁控溅射生长一层厚度约为500nm的氮化硅 4。这里磁控溅射只是生长方法的一种，并不以此为限。
接着，在该氮化硅层4表面进一歩涂覆用于生成微图案的第二层光刻胶 5，并对该多层衬底进行光刻，在该多层衬底上形成单个或多个方形、圆形、 三角形，或其他几何形状排列的微图案。
继而，采用离子束干法刻蚀(IBE) 500nm的氮化硅层4，并用氧气等离子 体去除该第二层光刻胶；再在该生成有微图案的多层衬底上涂覆用于光刻微球 轮廓的第三层光刻胶，对其进行光刻后用BOE溶剂腐蚀该500nm的二氧化硅 层3，在硅片1和第一层光刻胶2上形成相互独立，且具有微图案的微球。
最后，将以上步骤制成的硅片衬底1浸没在丙酮溶液中将第一层光刻胶2 完全溶解，如此便可释放出实现编码的微球悬浮在溶液之中。
从这些制备方法歩骤可见，本发明的制备工艺过程具有较好的可重复性，便于实施。以上生成微图案的歩骤中，光刻所用的掩膜板具有多样化(即微球 编码的规则是通过图案的位置、形状、大小、方向和数量等差别性特征来确定 的，而且更可以通过图案的排列方式来确定)。
除上述实施方式中由二氧化硅及表面生长的氮化硅复合物作为微球材料 外，单独使用二氧化硅或者单独使用氮化硅制备编码微球亦为可行。此外，各 类聚合物、半导体材料、介质材料、金属中的一种或这些材料的复合物也为微 球材料提供了广泛的可选择性。
如图3a 图3d所示，是本发明微球编码微图案形状及编码方式示意图。 由图可见图3a反映的是一种根据矩形图案排布的编码方式，从两个微球表 面图案的排列差异来实现区分微球类型的编码。这种排布的方式具有多样性， 并不局限于图示排布。而且，这种图案的排布方式同样可适用于阵列编码方 式；图3b反映的是一种根据图案形状进行编码的方式；图3c反映的是一种根 据图案大小进行编码的方式；图3d反映的是一种根据图案数量进行编码的方 式。
从图示及其他可行的微图案相关编码方式可见，本发明制备而成的微球具 有远超现有技术的编码容量。而且根据微球选材的不同，各种由聚合物、半导 体材料、介质材料、金属等或其复合物制成的微球可以实现光、磁、电等功能 的复合、便于偶联各种生物分子或小分子、具有耐酸、碱、热等苛刻条件的特 性，且可采用常规荧光显微镜来进行检测，无需再购置流式细胞仪或其他专用 设备。
综上，本发明编码微球的制备方法，可以广泛应用于DNA、 RNA、蛋白 质、糖分子等的检测、药物筛选、组合化学等领域，具有突出的优越性。
权利要求
1. 编码微球的制备方法，其特征在于包括步骤步骤一在衬底上涂覆牺牲层，用于微球制备完成后与衬底分离；步骤二在牺牲层表面采用生长或沉积工艺制备单层或多层复合的微球材料层；步骤三对微球材料层进行光阻涂布、光显影、刻蚀、清洗的半导体微加工制程，在微球材料层生成编码的微图案或阵列；步骤四对生成编码的微球材料层按制备要求的微球尺寸再次光刻，并清洗去除微球轮廓以外的微球材料层；步骤五选取对牺牲层具有溶解性的液剂，将夹有牺牲层的衬底及编码微球浸没于液剂中，释放出编码各异的微球悬浮在液剂中。
2. 根据权利要求1所述的编码微球的制备方法，其特征在于所述微球 材料层的组分包括聚合物、半导体材料、介质材料、金属中的一种或由几种这 些材料形成的复合物。
3. 根据权利要求2所述的编码微球的制备方法，其特征在于所述微球 材料层的组分为二氧化硅、氮化硅或者二者的复合物。
4. 根据权利要求1所述的编码微球的制备方法，其特征在于所述步骤 三中微球上的微图案是通过位置、形状、大小、方向或数量这些差别性特征进 行编码的。
5. 根据权利要求1所述的编码微球的制备方法，其特征在于所述步骤 三中微球上的阵列是通过排布方式的差异进行编码的。
6. 根据权利要求1所述的编码微球的制备方法，其特征在于所述歩骤 五中对于以光刻胶作为牺牲层的情况，所述液剂选为丙酮溶液。
全文摘要
本发明公开了一种编码微球的制备方法，其特征在于包括步骤在衬底上涂覆牺牲层；进而在其表面生长或沉积制备单层或多层复合的微球材料层；对微球材料层进行光阻涂布、光显影、刻蚀、清洗的半导体微加工制程，生成编码的微图案或阵列；再按制备要求的微球尺寸再次光刻，并清洗去除微球轮廓以外的微球材料层；选取对牺牲层具有溶解性的液剂，将夹有牺牲层的衬底及编码微球浸没于液剂中，最后释放出编码各异的微球悬浮在液剂中。通过微加工技术实现编码微球的制备，提高了微球编码的容量，而且制备工艺过程具有较好的可重复性，便于实施；且可采用常规荧光显微镜来进行检测，有效降低了生物分析的成本。
文档编号B01J13/02GK101543755SQ20091002613
公开日2009年9月30日 申请日期2009年4月1日 优先权日2009年4月1日
发明者榕 曹, 炯 李, 郑克孝, 芳 鲍 申请人:苏州纳米技术与纳米仿生研究所