CN113352654B - 一种适配体分子探针修饰的多孔微针贴片及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适配体分子探针修饰的多孔微针贴片及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：步骤一、制备PDMS针状孔微针阵列模板；步骤二、将造孔剂表面包覆上一层生物粘合剂，制得造孔材料；步骤三、将所述造孔液和微针原材料溶液分步依次灌注入PDMS针状孔微针阵列模板中，待造孔液和微针原材料溶液固化后进行剥离处理，得到含造孔材料的微针贴片；步骤四、制备多孔微针贴片：将含造孔材料的微针贴片与造孔刻蚀剂进行反应，造成孔洞，制得多孔微针贴片；步骤五、制备适配体分子探针修饰的多孔微针贴片：将多孔微针贴片和适配体分子探针在缓冲液中反应，得到适配体分子探针修饰的多孔微针贴片。本发明具有简单、方便、高效等优点。
Description
技术领域
本发明属于生物医用材料技术领域，涉及一种微针贴片，尤其涉及一种适配体分子探针修饰的多孔微针贴片及其制备方法和应用。
背景技术
随着现代医学的进步和人民生活水平的提高，人们对临床检测的需求量日益增加。体液检测是一种较常见的临床检测类型，其中血液检测占比最大。血液检测的采样通常使用注射器或真空采血管进行。但这种抽样方法往往给患者带来痛苦和心理压力，并且这些影响可能会导致某些生理指标发生波动，从而降低测试结果的准确性。微针阵列是一种很具有创新性的微结构材料，近年来已经被开发用于体液采样。然而，常见的微针阵列在制造过程中通常需要复杂的微加工技术，制造成本高，并且常需要例如体液回收等后续处理。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种适配体分子探针修饰的多孔微针贴片及其制备方法和应用，通过微针原材料的亲水作用以及微针的多孔结构提取皮肤间质液，并且基于孔壁上固定的适配体分子探针捕获皮肤间质液中的内毒素，有利于提高皮肤间质液内毒素检测的效率，并且简化了操作步骤。
为实现上述目的，本发明提供一种适配体分子探针修饰的多孔微针贴片的制备方法，具有这样的特征：包括以下步骤：
步骤一、制备PDMS针状孔微针阵列模板：将PDMS(Polydimethylsiloxane)和固化剂配制成待固化PDMS，PDMS和固化剂的质量比为10∶1；然后将该待固化PDMS转移到在ETPTA(Ethoxylated trimethylolpropane triacrylate)微针阵列阳模板表面；将该体系抽真空处理15分钟，然后在70-80℃下加热固化；冷却后进行剥离处理，制得PDMS针状孔微针阵列模板；
步骤二、制备造孔材料：将造孔剂表面包覆上一层生物粘合剂，制得造孔材料；
步骤三、制备含造孔材料的微针贴片：将微针原材料溶液和造孔材料混合配制成造孔液，造孔材料的质量体积百分数为12％；然后将所述造孔液和微针原材料溶液(另一微针原材料溶液，非造孔液中的微针原材料溶液)分步依次灌注入PDMS针状孔微针阵列模板中，造孔液和微针原材料溶液的灌注体积比为130∶400；待造孔液和微针原材料溶液固化后进行剥离处理，得到含造孔材料的微针贴片；
步骤四、制备多孔微针贴片：将含造孔材料的微针贴片与造孔刻蚀剂进行反应，造成孔洞，制得多孔微针贴片；具体方法为：将含造孔材料的微针贴片浸泡在造孔刻蚀剂中进行反应12小时，待反应结束后，造孔完成，得到多孔微针贴片；
其中，造孔剂为可被造孔刻蚀剂腐蚀的微球颗粒；
步骤五、制备适配体分子探针修饰的多孔微针贴片：将多孔微针贴片和适配体分子探针在缓冲液中反应；缓冲液为PBS缓冲液，浓度为0.01M，pH为7.2-7.4；缓冲液的用量为满足浸没多孔微针贴片；适配体分子探针在反应体系中的浓度为1μM；利用生物粘合剂的粘性将适配体分子探针连接在多孔微针贴片的孔壁上，然后用封闭液进行封闭处理，减少后续检测中的非特异性吸附，得到适配体分子探针修饰的多孔微针贴片。
进一步，本发明提供一种适配体分子探针修饰的多孔微针贴片的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤二中，所述造孔剂为硅酸盐微球或玻璃微珠，直径为20-50μm；步骤四中，所述造孔刻蚀剂为氢氟酸溶液，体积百分数为20％。
进一步，本发明提供一种适配体分子探针修饰的多孔微针贴片的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤二中的具体方法为：将造孔剂分散在缓冲液中，搅拌，然后添加生物粘合剂或生物粘合剂前体，继续搅拌，在造孔剂表面包覆一层生物粘合剂，反应结束后固液分离，即得造孔材料。
缓冲液为Tris-HCL缓冲液，浓度为0.01M，pH为8.5；造孔剂在Tris-HCL缓冲液中的浓度为10w/v％；生物粘合剂前体在体系中的终浓度为2mg·mL-1。
进一步，本发明提供一种适配体分子探针修饰的多孔微针贴片的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤二中，所述生物粘合剂为聚多巴胺、羧基化氧化石墨烯中的一种。
聚多巴胺的前体是盐酸多巴胺，盐酸多巴胺在缓冲液中发生自聚合反应，在造孔剂表面生成聚多巴胺；羧基化氧化石墨烯直接添加在缓冲液中，通过吸附作用在造孔剂表面包覆一层羧基化氧化石墨烯。
进一步，本发明提供一种适配体分子探针修饰的多孔微针贴片的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤三中，所述微针原材料溶液为乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯ETPTA，其分子量为428。所述微针原材料溶液在固化之前需要避光放置。
进一步，本发明提供一种适配体分子探针修饰的多孔微针贴片的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤三中，所述微针原材料溶液和造孔液通过真空处理的方式灌注入PDMS针状孔微针阵列模板。
进一步，本发明提供一种适配体分子探针修饰的多孔微针贴片的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤三中，所述微针原材料溶液和造孔液的固化方法为在造孔液和微针原材料溶液中均混入2-羟基-2-甲基苯丙酮，体积百分比为1％，用紫外光固化仪照射，使其聚合固化。
进一步，本发明提供一种适配体分子探针修饰的多孔微针贴片的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤五中，所述封闭液为牛血清白蛋白(BSA)，质量体积百分数为2％、5％其中的一种。
进一步，本发明提供一种适配体分子探针修饰的多孔微针贴片的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，所述微针贴片的微针为圆锥形、三棱锥形或四棱锥形；当微针为圆锥形时，其底部半径为300-500μm，微针高度为500-1000μm；当微针为四棱锥形时，其底部边长为300-500μm，微针高度为500-1000μm。
本发明还提供上述制备方法制得的适配体分子探针修饰的多孔微针贴片在内毒素检测中的应用，具有这样的特征：其中，所述适配体分子探针为DNA单链小分子。
本发明的有益效果在于：
一、本发明提供的适配体分子探针修饰的多孔微针贴片的制备方法，该方法通过制备PDMS针状孔微针阵列模板、分步灌注、模板复制、造孔处理和适配体分子探针连接，制备得到表面及内部均具有相互连通的孔洞结构的多孔微针贴片，且多孔微针贴片的孔壁上修饰有适配体分子探针。可以根据适配体分子探针的核苷酸序列检测不同的物质。
本发明提供的制备方法简单、反应技术条件容易达到、可行性以及可重复性强、原材料具有生物安全性。
二、本发明提供的适配体分子探针修饰的多孔微针贴片具有相互连通的孔洞结构，这种多孔结构使其比表面积大大增加，在微针刺入皮肤时就可以利用通过毛细作用提取皮肤间质液，提高了检测效率。
三、本发明制备的适配体分子探针修饰的多孔微针贴片表面及孔壁内部均固定了适配体分子探针，可以根据适配体分子探针的核苷酸序列检测不同的物质。
此外，本发明将多孔微针贴片用适配体进一步功能化，提供了用于内毒素检测的适配体分子探针修饰的多孔微针贴片，使其能够适配内毒素的检测要求，有望广泛应用于多种生物医学和临床检测项目。
附图说明
图1是PDMS针状孔微针阵列模板的结构示意图；
图2是适配体分子探针修饰的多孔微针贴片的结构示意图；
图3是适配体分子探针修饰的多孔微针贴片的激光共聚焦显微镜图；
图4是用于内毒素检测的适配体分子探针修饰的多孔微针贴片用于检测模拟皮肤间质液中内毒素的检测标准曲线图；
图5是大鼠皮下内毒素理论浓度与实际检测浓度的相对关系曲线图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。下述实施例中所使用的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。
本发明提供一种以多巴胺为生物粘合剂的用于内毒素检测的适配体分子探针修饰的多孔微针贴片，按照如下方法制备：
步骤一、制备PDMS针状孔微针阵列模板：将PDMS和固化剂按质量比为10∶1配制成待固化PDMS，然后将该待固化PDMS抽真空20分钟，进行预脱气处理；将预脱气处理后的待固化PDMS倾倒在ETPTA微针阵列阳模板表面；将该体系再次抽真空15分钟，然后在70-80℃烘箱中加热固化8-10小时；冷却后将固化的PDMS从圆锥形ETPTA微针阵列阳模板表面剥离下来，得到PDMS针状孔微针阵列模板，如图1所示。
步骤二、制备造孔材料：将直径为40μm的玻璃微珠分散在Tris-HCL缓冲液(0.01M，pH 8.5)中，玻璃微珠在Tris-HCL缓冲液中的浓度为10w/v％；然后将反应体系在25℃的摇床上匀速搅拌40分钟，随后添加盐酸多巴胺，使盐酸多巴胺在体系中的终浓度为2mg·mL-1，继续在25℃摇床上搅拌反应6小时。当反应结束后进行离心处理，条件为6500rpm，时间为10分钟，离心结束后弃去上层废液，得到造孔材料。
步骤三、制备含造孔材料的微针贴片：取乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(ETPTA)避光放置作为微针原材料溶液，在微针原材料溶液中加入2-羟基-2-甲基苯丙酮，体积分数为1％，配制成待固化微针原材料溶液；
配制造孔液：将造孔材料和待固化微针原材料溶液混合，充分吹打后避光保存，配制成造孔液，其中造孔材料的质量体积百分数为12％。
首先，取130微升造孔液加在针状孔模板表面，接着抽真空处理，使造孔液充分填充到PDMS针状孔微针阵列模板的针状孔中，随后用移液枪和棉签移除去针状孔内多余的造孔液；然后在PDMS针状孔微针阵列模板中继续加入400微升待固化微针原材料溶液，再次抽真空5分钟，随后用紫外光照射40s使体系聚合固化，待造孔液和待固化微针原材料溶液固化后将其从PDMS针状孔微针阵列模板中剥离出来，得到含造孔材料的微针贴片。
微针贴片的微针为圆锥形、三棱锥形或四棱锥形；当微针为圆锥形时，其底部半径为300-500μm，微针高度为500-1000μm；当微针为四棱锥形时，其底部边长为300-500μm，微针高度为500-1000μm。PDMS针状孔微针阵列模板及ETPTA微针阵列阳模板的形状尺寸根据目标制作微针的形状尺寸而设置。
步骤四、制备多孔微针贴片：首先配制体积百分数为20％的氢氟酸作为造孔刻蚀剂；然后将先前制备的含造孔材料的微针贴片用等离子体表面处理仪连接空气处理30分钟，再浸泡在造孔刻蚀剂中进行反应12小时，待反应结束后，造孔完成，随后用去离子水清洗微针贴片，清洗结束后，得到多孔微针贴片。
步骤五、制备适配体分子探针修饰的多孔微针贴片：将多孔微针贴片和适配体分子探针在pH7.2-7.4，0.01M的PBS缓冲液中反应，在25℃的摇床上震荡反应12小时，其中PBS缓冲液的用量需浸没多孔微针贴片，适配体分子探针在反应体系中的浓度为1μM，反应结束后，用PBS缓冲液清洗多余的适配体分子探针；然后将多孔微针贴片浸泡在体积百分数5％BSA中进行封闭处理，减少后续检测中的非特异性吸附，条件为25℃1小时，封闭完成后，将多孔微针贴片以PBS缓冲液清洗，清洗完成后，制得适配体分子探针修饰的多孔微针贴片，如图2和所示。
适配体分子探针修饰的多孔微针贴片在内毒素检测中的应用，适配体分子探针为DNA单链小分子。具体应用方法为：
检测标准曲线的绘制：将制备的适配体分子探针修饰的多孔微针贴片与不同浓度的内毒素(LPS)PBS溶液在37℃的恒温摇床上孵育反应1小时。反应结束后，用PBS缓冲液将捕捉到内毒素的适配体分子探针修饰的多孔微针贴片洗涤多次，然后在37℃下与FAM标记的内毒素适配体混合再孵育反应1小时，最后用PBS缓冲液将未结合的FAM标记的适配体清洗干净，用酶标仪读取多孔微针贴片的荧光强度。以内毒素浓度为X轴，相应的荧光强度为Y轴，绘制标准曲线，如图4所示。
检测皮肤间质液内毒素：将适配体分子探针修饰的多孔微针贴片贴附在皮肤上，提取皮肤间质液，捕捉内毒素；提取捕捉完成后，用PBS缓冲液将捕捉到内毒素的适配体分子探针修饰的多孔微针贴片洗涤多次，然后在37℃下与FAM标记的内毒素适配体混合再孵育反应1小时，最后用PBS缓冲液将未结合的FAM标记的适配体清洗干净，用酶标仪读取多孔微针贴片的荧光强度，根据检测标准曲线，得到对应的内毒素浓度，即为检测浓度。
适配体分子探针修饰的多孔微针贴片检测大鼠皮肤间质液内毒素：将5周龄雄性SD大鼠通过腹腔注射10％水合氯醛进行麻醉，麻醉后进行腹部脱毛处理。随后对大鼠施行尾静脉注射不同浓度的内毒素生理盐水溶液，注射完毕后，将适配体分子探针修饰的多孔微针贴片按压入大鼠腹部皮肤，并贴附于皮肤上1小时。1小时后，从大鼠腹部皮肤上取下适配体分子探针修饰的多孔微针贴片，用酶标仪读取适配体分子探针修饰的多孔微针贴片的荧光强度。然后根据获得的荧光强度和标准曲线得到对应的内毒素浓度，结果如图5所示。
本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种适配体分子探针修饰的多孔微针贴片的制备方法，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤一、制备PDMS针状孔微针阵列模板：将PDMS和固化剂配制成待固化PDMS，然后将该待固化PDMS转移到ETPTA微针阵列阳模板表面；将前述体系抽真空处理，然后在70-80℃下加热固化；冷却后进行剥离处理，制得PDMS针状孔微针阵列模板；
步骤二、制备造孔材料：将造孔剂表面包覆上一层生物粘合剂，制得造孔材料；
步骤三、制备含造孔材料的微针贴片：将微针原材料溶液和造孔材料混合配制成造孔液；然后将所述造孔液和微针原材料溶液分步依次灌注入PDMS针状孔微针阵列模板中，待造孔液和微针原材料溶液固化后进行剥离处理，得到含造孔材料的微针贴片；
所述微针原材料溶液为乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；
步骤四、制备多孔微针贴片：将含造孔材料的微针贴片与造孔刻蚀剂进行反应，造成孔洞，制得多孔微针贴片；
其中，造孔剂为可被造孔刻蚀剂腐蚀的微球颗粒；
步骤五、制备适配体分子探针修饰的多孔微针贴片：将多孔微针贴片和适配体分子探针在缓冲液中反应，利用生物粘合剂的粘性将适配体分子探针连接在多孔微针贴片的孔壁上，然后用封闭液进行封闭处理，得到适配体分子探针修饰的多孔微针贴片；
所述适配体分子探针修饰的多孔微针贴片在内毒素检测中的应用，所述适配体分子探针为DNA单链小分子。
2.根据权利要求1所述的一种适配体分子探针修饰的多孔微针贴片的制备方法，其特征在于：
其中，步骤二中，所述造孔剂为硅酸盐微球或玻璃微珠，直径为20-50μm；
步骤四中，所述造孔刻蚀剂为氢氟酸溶液，体积百分数为20 %。
3.根据权利要求1所述的一种适配体分子探针修饰的多孔微针贴片的制备方法，其特征在于：
其中，步骤二中的具体方法为：将造孔剂分散在缓冲液中，搅拌，然后添加生物粘合剂或生物粘合剂前体，继续搅拌，在造孔剂表面包覆一层生物粘合剂，反应结束后固液分离，即得造孔材料。
4.根据权利要求1所述的一种适配体分子探针修饰的多孔微针贴片的制备方法，其特征在于：
其中，步骤二中，所述生物粘合剂为聚多巴胺、羧基化氧化石墨烯中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种适配体分子探针修饰的多孔微针贴片的制备方法，其特征在于：
其中，步骤三中，所述微针原材料溶液和造孔液通过真空处理的方式灌注入PDMS针状孔微针阵列模板。
6.根据权利要求1所述的一种适配体分子探针修饰的多孔微针贴片的制备方法，其特征在于：
其中，步骤三中，所述微针原材料溶液和造孔液的固化方法为在造孔液和微针原材料溶液中均混入2-羟基-2-甲基苯丙酮，体积百分比为1%，紫外光照射，使其聚合固化。
7.根据权利要求1所述的一种适配体分子探针修饰的多孔微针贴片的制备方法，其特征在于：
其中，步骤五中，所述封闭液为牛血清白蛋白，质量体积百分数为2%、5%其中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种适配体分子探针修饰的多孔微针贴片的制备方法，其特征在于：
其中，所述微针贴片的微针为圆锥形、三棱锥形或四棱锥形；
当微针为圆锥形时，其底部半径为300-500 μm，微针高度为500-1000 μm；
当微针为四棱锥形时，其底部边长为300-500 μm，微针高度为500-1000 μm。
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