TWI391485B - 生物分子固定化之方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種生物分子固定化之方法，尤指一種適用於降低製程時間及提升製程穩定性之生物分子固定化之方法。
近年來，發展用於醫療診斷之生物感測器已成為許多研究學者努力的目標。生物感測器的架構為固定化生物分子(immobilized biomolecules)與信號換能器(signal transducer)，以量測固定化生物分子與待測生物樣本相互作用後之變化。
一般而言，用於辨析待測生物樣本之固定化生物分子必須具有鍵結的專一性及高親和力，一般常用的為抗體、抗原、酵素、核酸、組織部份或個體細胞。另一方面，信號換能器則朝向多元化之設計，如：場效半導體、光纖是光學感測器、壓電晶體及表面聲波器等。由於生物感測器必須使用固定化之生物分子，因此生物分子固定化之技術為生物感測器領域中之重要技術之一。
請參見圖1A至1B，係為習知之生物分子固定化流程圖。首先，如圖1A所示，於具有金屬膜111之基材11表面進行表面改質，以形成表面改質層12。其中，傳統表面改質技術係使用於具有表面電漿共振特性之金屬膜111上，在此，該金屬膜111為金膜。為了使無機金屬與有機薄膜鍵結，習知係採用靜置淨泡法，利用11－硫醇十一烷酸(11－Mercaptoundecanoic acid,11－MUA)中硫元素上的電子對與金屬原子外層的空軌域形成穩定的配位鍵，而形成具有羧基(COOH)末端之表面改質層12，如圖1A所示。最後，如圖1B所示，於1－乙基－3－(3－二甲胺基丙基)碳化二亞胺(N
－(3－Dimethylaminopropyl)－N’
－ethylcarbodiimide,EDC)/羥基丁二酰胺(N
－Hydroxysuccinimide,NHS)偶聯活化劑之存在下，使生物分子13與表面改質層12之羧基(COOH)反應鍵結，達到生物分子固定化之目的。
然而，11－硫醇十一烷酸(11－MUA)僅溶於酒精液體，因此，於進行靜置淨泡時，11－硫醇十一烷酸(11－MUA)需與酒精液體混合，並進行長時間之靜泡，因而有製程時間冗長，大量增加實驗不穩定性與降低一致性之缺點。此外，表面接植密度的取捨亦不易控制。
本發明之主要目的係在提供一種生物分子固定化(Biomolecule Immobilization)之方法，俾能降低製程時間，提升製程穩定性，有效控制鍵結分子密度，且其應用於生物感測器中更可大幅提升檢測效果。
為達成上述目的，本發明提供一種生物分子固定化(Biomolecule Immobilization)之方法，包括：提供一基材；形成一具有羧基之表面改質層於該基材之一表面上，其中，該表面改質層之形成步驟包括電漿表面改質(Plasma Surface Modification)；以及提供複數生物分子，並使該些生物分子與該表面改質層鍵結。
於本發明之生物分子固定化方法中，基材之種類並無特殊限制，其可為矽基材。此外，基材之一表面可具有一金屬膜，而表面改質層係形成於金屬膜之表面。據此，此生物分子固定化之方法可應用於光纖生物感測器之感測區中，利用金屬膜之表面電漿共振之光學原理，進行感測動作。其中，該金屬膜可為金膜或銀膜。
於本發明之生物分子固定化方法中，電漿表面改質係以低溫電漿作為表面改質的工具。由於電漿表面改質僅對基材表層作用，故可保有基材本身之性質。此外，電漿表面改質為乾式處理法，相較於習知靜置淨泡法，不但反應步驟簡單迅速，對環境之污染亦較輕微。再者，電漿表面的反應溫度通常低於200℃，因此可避免材料本身因高熱而變化。另外，電漿表面改質可自由控制設計化學組成結構與交連性，提升製程穩定性，有效控制鍵結分子密度。
於本發明之生物分子固定化方法中，此電漿表面改質可為電漿聚合(Plasma Polymerization)，其將電漿聚合單體混合進入低溫電漿中，以電漿中高能電子撞擊電漿聚合單體而使電漿聚合單體分裂為各種活性化學物種，再經複雜之化學反應後，反應生成物將沉積於基材表面，聚合形成一薄膜，以形成具有羧基之表面改質層於基材之一表面上。據此，此表面改質層具有厚度薄、均勻、低孔隙率、基材附著性及覆蓋佳之特點。其中，電漿聚合所使用之電漿聚合單體可為醇類化合物，較佳為，異丙醇。
於本發明之生物分子固定化方法中，該表面改質層之形成步驟更包括接枝聚合(Grafting Polymerization)。更詳細地說，表面改質層之形成步驟可包括：利用電漿表面改質，形成表面活性層；接著，使表面活性層進行接枝聚合反應，以完成具有羧基之表面改質層於基材之一表面上。其中，此電漿表面改質可為電漿聚合，其可以烴基矽胺烷作為電漿聚合單體，較佳為，六甲基二矽胺烷(Hexamethyldisilazane,HMDSZ)；而接枝聚合可以烯酸類(alkenic acid)化合物作為接枝聚合單體，並於紫外光之照射下，使接枝聚合單體與表面活性層進行接枝聚合反應。其中，較佳為，接枝聚合單體為丙烯酸。
於本發明之生物分子固定化方法中，生物分子可為抗體、抗原、酵素、組織部份或個體細胞等，以應用於生物感測器中。
於本發明之生物分子固定化方法中，生物分子與表面改質層可於偶聯活化劑之存在下鍵結。該偶聯活化劑可選自由1-乙基-3-(3-二甲胺基丙基)碳化二亞胺(EDC)、羥基丁二酰胺(NHS)及其組合所組之群組。
綜上所述，本發明利用電漿表面改質可有效縮短製程時間，提升製程穩定性，減少環境污染，有效控制鍵結分子密度。此外，本發明所形成之表面改質層更具有厚度薄、均勻、低孔隙率、基材附著性及覆蓋佳之優點。再者，本發明所提供之生物分子固定化之方法可應用於生物感測器，以提升檢測效果，進而開發量測精確且反應迅速之生物感測器。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
請參見圖2A至2B，係為本實施例之生物分子固定化流程圖。
首先，如圖2A所示，提供表面具有金屬膜211之基材21，於本實施例中，此基材21為矽基材，而金屬膜211為金膜；接著，藉由電漿表面改質(Plasma Surface Modification)，形成具有羧基之表面改質層22於基材21之金屬膜211上。
本實施例所利用之電漿表面改質為電漿聚合(Plasma Polymerization)，其係以異丙醇為電漿聚合單體。更詳細地說，於真空放電中通入異丙醇之原料氣體，而原料氣體受放電解離後，可分裂為各種活性化學物種，再經複雜之化學反應後，反應生成物將沉積於基材表面，聚合形成一薄膜，以形成具有羧基之表面改質層22於基材21之表面上。其中，此利用電漿聚合所形成之表面改質層22具有厚度薄、均勻、低孔隙率、基材附著性及覆蓋佳之特點。
最後，如圖2B所示，提供複數生物分子23，並使生物分子23之胺基與表面改質層22之羧基於偶聯活化劑之存在下鍵結，以完成生物分子固定化之流程。本實施例所使用之偶聯活化劑為1－乙基－3－(3－二甲胺基丙基)碳化二亞胺。
請參見圖3A至3C，係為本實施例之生物分子固定化流程圖。
首先，如圖3A所示，提供表面具有金屬膜311之基材31，於本實施例中，此基材31為矽基材，而金屬膜311為金膜；接著，藉由電漿表面改質(Plasma Surface Modification)，形成表面活化層32’於基材31之金屬膜311上。本實施例所利用之電漿表面改質為電漿聚合(Plasma Polymerization)，其步驟與實施例1之電漿聚合大致相同，但不同的是，本實施例係以六甲基二矽胺烷為電漿聚合單體，以形成如圖3A所示之表面活化層32’。
接著，如圖3B所示，利用接枝聚合(Grafting Polymerization)，於紫外光之照射下，將丙烯酸之接枝聚合單體接枝於如圖3A所示之表面活化層32’，以形成具有羧基之表面改質層32於基材31之表面上。
最後，如圖3C所示，提供複數生物分子33，並使生物分子33之胺基與表面改質層32之羧基於偶聯活化劑之存在下鍵結，以完成生物分子固定化之流程。本實施例所使用之偶聯活化劑為1－乙基－3－(3－二甲胺基丙基)碳化二亞胺。
據此，本發明利用電漿表面改質及接枝聚合可有效縮短製程時間，提升製程穩定性，減少環境污染，有效控制鍵結分子密度。此外，本發明所形成之表面改質層更具有厚度薄、均勻、低孔隙率、基材附著性及覆蓋佳之優點。再者，本發明所提供之生物分子固定化之方法可應用於生物感測器，以提升檢測效果，進而開發量測精確且反應迅速之生物感測器。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
11,21,31．．．基材
111,211,311．．．金屬膜
12,22,32．．．表面改質層
13,23,33．．．生物分子
32’．．．表面活化層
圖1係習知之生物分子固定化流程圖。
圖2A至2B係本發明一較佳實施例之生物分子固定化流程圖。
圖3A至3C係本發明另一較佳實施例之生物分子固定化流程圖。
21．．．基材
211．．．金屬膜
22．．．表面改質層
23．．．生物分子
Claims (8)
- 一種生物分子固定化(Biomolecule Immobilization)之方法，包括：提供一基材；形成一具有羧基之表面改質層於該基材之一表面上，其中，該表面改質層之形成步驟包括電漿聚合(Plasma Polymerization)及接枝聚合(Grafting Polymerization)，該接枝聚合係於進行該電漿聚合後進行，且該電漿聚合係以烴基矽胺烷作為電漿聚合單體，而該接枝聚合係以烯酸類化合物作為接枝聚合單體；以及提供複數生物分子，並使該些生物分子與該表面改質層鍵結。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該些生物分子與該表面改質層係於偶聯活化劑之存在下鍵結。
- 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中，該偶聯活化劑為1-乙基-3-(3-二甲胺基丙基)碳化二亞胺。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該基材之一表面具有一金屬膜，而該表面改質層係形成於該金屬膜之表面。
- 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中，該金屬膜為金膜或銀膜。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該電漿聚合係以六甲基二矽胺烷為電漿聚合單體。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該接枝聚合係於紫外光之照射下進行。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該接枝聚合係以丙烯酸為接枝聚合單體。
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