MicroFab噴墨打印分子印跡聚合物（MIPs）微陣列在制備生物芯片的應(yīng)用

法國(guó)波爾多大學(xué)Cédric Ayela博士團(tuán)隊(duì)使用MicroFab Jetlab 4噴墨打印系統(tǒng)將分子印跡聚合物（MIPs）進(jìn)行圖案化（點(diǎn)直徑65μm），制備了生物芯片。通過(guò)噴墨打印核（自上而下的方法）和控制自由基聚合（CRP）相結(jié)合，用MIP薄膜（自下而上的方法）裝飾核的核殼結(jié)構(gòu)。最終通過(guò)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(shí)現(xiàn)對(duì)恩諾沙星的定量、特異性和選擇性檢測(cè)。

介紹
在小的芯片尺寸的基材上集成多個(gè)實(shí)驗(yàn)室工藝是生物學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域的熱門研究之一，導(dǎo)致了各種芯片實(shí)驗(yàn)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(gè)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(xué)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(xué)、物理性質(zhì)上更穩(wěn)定，可以在微米尺度和納米尺度上進(jìn)行化學(xué)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(tuán)隊(duì)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(xué)中廣泛使用的氟喹諾酮類抗生素）作為生物測(cè)定的靶標(biāo)進(jìn)行圖案化制備，此外，恩諾沙星具有內(nèi)在熒光，可以通過(guò)熒光顯微鏡評(píng)估制造的MIP圖案。

實(shí)驗(yàn)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(gè)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(xué)輪廓儀測(cè)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(guò)調(diào)整液滴間距，合并單獨(dú)打印的液滴，可以實(shí)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(chǎng)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(xué)輪廓儀圖像。
 

基于MIPs的噴墨打印微陣列制備的兩個(gè)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。在方法一（A）中，將MIP前體直接打印在基材上，并用365nm UV光源聚合。在方法二（B）中，在第一步中從三官能交聯(lián)單體TRIM打印出核聚合物圖案，使用了iniferter型聚合引發(fā)劑BDC通過(guò)重組終止生長(zhǎng)的聚合物鏈，表現(xiàn)出聚合的TRIM核的“活性”特征，第二步通過(guò)再引發(fā)聚合來(lái)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(gè)概念。
 

▲ 圖4 ( a )iniferter聚合核的明場(chǎng)圖像；( b )核制作后的熒光圖像；( c )MIP接枝后的熒光圖像。
 

通過(guò)平衡結(jié)合實(shí)驗(yàn)評(píng)估了核殼制造的MIP測(cè)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(diǎn)。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(shí)后，拍攝并分析熒光圖像。熒光強(qiáng)度的增加顯示出對(duì)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(duì)MIP和NIP與50μM氟甲喹的特異性和選擇性研究。

結(jié)論
通過(guò)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(guò)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(guò)熒光顯微鏡對(duì)獲得的MIP殼進(jìn)行研究分析，證明了特異性靶標(biāo)結(jié)合。噴墨打印可以與局部光聚合或通過(guò)MIP前體的局部沉積結(jié)合進(jìn)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(shì)。

參考文獻(xiàn)：
[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.