噴墨打印分子印跡聚合物（MIPs）微陣列制備生物芯片

2023-07-21 10:42 睿度光電RUIDU

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法國波爾多大學Cédric Ayela博士團隊使用MicroFab Jetlab 4噴墨打印系統(tǒng)將分子印跡聚合物（MIPs）進行圖案化（點直徑65μm），制備了生物芯片。通過核心噴墨打?。ㄗ陨隙碌姆椒ǎ┖涂刂谱杂苫酆希–RP）相結(jié)合，用MIP薄膜（自下而上的方法）裝飾核心的核殼結(jié)構(gòu)。最終通過熒光分析結(jié)果顯示，用噴墨技術(shù)制備的MIP生物芯片可以實現(xiàn)對恩諾沙星的定量、特異性和選擇性檢測。

介紹

在小的芯片尺寸的基材上集成多個實驗室工藝是生物學和化學領(lǐng)域的熱門研究之一，導致了各種芯片實驗室（lab-on-a-chip）方案的開發(fā)。傳統(tǒng)上，生物芯片是固定在一個小的玻璃或硅基基材上的生物分子陣列，用于藥物篩選、環(huán)境分析和許多其他化學或生物應(yīng)用。分子印跡聚合物（MIPs）是被使用的典型生物分子，化學、物理性質(zhì)上更穩(wěn)定，可以在微米尺度和納米尺度上進行化學調(diào)諧、成形和加工，已有許多合成、圖案化及微納加工的研究結(jié)果。

Cédric Ayela博士團隊采用創(chuàng)新策略研究了噴墨打印MIP微陣列的可行性，將噴墨打印與基于受控自由基聚合CRP的納米制造技術(shù)相結(jié)合，選擇恩諾沙星（一種在獸醫(yī)學中廣泛使用的氟喹諾酮類抗生素）作為生物測定的靶標進行圖案化制備，此外，恩諾沙星具有內(nèi)在熒光，可以通過熒光顯微鏡評估制造的MIP圖案。

實驗使用了MicroFab Jetlab 4噴墨打印系統(tǒng)，配備噴口直徑50μm的壓電噴頭，調(diào)整參數(shù)打印滴距不同的MIP圖像，71像素圖像間距為211μm；101像素圖像間距為180μm；102像素圖像間距為148μm；103像素圖像間距為130μm。微陣列芯片的示意圖和兩個區(qū)域的兩張顯微鏡圖像如圖1所示。

▲ 圖1 TRIM上噴墨打印的MIP微陣列和“MIP”字母的顯微圖像。

此外，粘度、基材的表面張力和墨水的疏水性是影響噴墨打印特征的關(guān)鍵參數(shù)，液滴間距是為了獲得均勻圖案化的結(jié)構(gòu)而變化的主要值。如圖2所示，a-c以不同液滴間距噴墨打印的聚合“MIP”圖案，圖2d為光學輪廓儀測定直徑65μm、厚度6.7μm的液滴特征尺寸。研究結(jié)果可以看出，通過調(diào)整液滴間距，合并單獨打印的液滴，可以實現(xiàn)均勻的圖案。

▲ 圖2 (a-c)不同液滴間距噴墨打印聚合“MIP”圖案的亮場圖像，液滴分離，液滴半融合，液滴完全融合。比例尺尺寸為800μm；(d)分離的噴墨打印聚合物液滴的光學輪廓儀圖像。

基于MIPs的噴墨打印微陣列制備的兩個概念，圖3顯示了用于開發(fā)靶向藥物恩諾沙星的MIP陣列的兩種方法。在**種方法（A）中，將MIP前體直接打印在基材上，并用365nm UV光源聚合。在第二種方法（B）中，在**步中從三官能交聯(lián)單體TRIM打印出核心聚合物圖案，使用了iniferter型聚合引發(fā)劑BDC通過重組終止生長的聚合物鏈，表現(xiàn)出聚合的TRIM核心的“活性”特征，第二步通過再引發(fā)聚合來接枝由MIP制成的殼。圖4c顯示了在接枝步驟后觀察到明亮的熒光。

▲ 圖3 噴墨打印MIP陣列的兩個概念。

▲ 圖4 ( a )iniferter聚合核心的明場圖像；( b )核心制作后的熒光圖像；( c )MIP接枝后的熒光圖像。

通過平衡結(jié)合實驗評估了核殼制造的MIP測定的結(jié)合特性，將制造后獲得的熒光值歸一化并用作參考點。圖5a顯示了分別在制造、模板提取和在50μM恩諾沙星中孵育后的MIP接枝噴墨打印聚合物結(jié)構(gòu)。在5、10和50μM恩諾沙星乙腈溶液中孵育2小時后，拍攝并分析熒光圖像。熒光強度的增加顯示出對分析物濃度的依賴性（圖5b），氟甲喹的熒光增加明顯小于恩諾沙星，表明MIP特異性靶向恩諾沙星（圖5c）。

▲ 圖5 ( a )制造、提取并結(jié)合50μM恩諾沙星后的恩諾沙星印跡結(jié)構(gòu)；( b )與5、10和50μM恩諾沙星的結(jié)合結(jié)果；( c )50μM恩諾沙星對MIP和NIP與50μM氟甲喹的特異性和選擇性研究。

結(jié)論

通過噴墨打印含有活性聚合引發(fā)劑的基于TRIM的預(yù)聚物混合物，在基材上生成聚合物圖案，隨后通過再引發(fā)和后聚合將靶向恩諾沙星的MIP殼接枝到圖案上，通過熒光顯微鏡對獲得的MIP殼進行研究分析，證明了特異性靶標結(jié)合。噴墨打印可以與局部光聚合或通過MIP前體的局部沉積結(jié)合進行多種生物芯片的制備，為了生產(chǎn)由多種不同（多重）MIP陣列組成的生物芯片，自上而下和自下而上的方法都是可行的，因此噴墨打印技術(shù)可以用作多種生物芯片的制備，并具有低芯片成本、高密度化、易于操作、低樣品消耗等優(yōu)勢。

參考文獻：

[1] Bokeloh F, Gibson K, Haupt K, Ayela C. Development of a Versatile Strategy for Inkjet-Printed Molecularly Imprinted Polymer Microarrays[J].Chemosensors, 2022, 10, 396.