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。通過噴墨打印核（自上而下的方法）和控制自由基聚合（CRP）相結合，用MIP薄膜（自下而上的方法）裝飾核的核殼結構。最終通過熒光分析結果顯示，用噴墨技術制備的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、物理性質上更穩(wěn)定，可以在微米尺度和納米尺度上進行化學調諧、成形和加工，已有許多合成、圖案化及微納加工的研究結果。

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的納米制造技術相結合，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鍵參數(shù)，液滴間距是為了獲得均勻圖案化的結構而變化的主要值。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。研究結果可以看出，通過調整液滴間距，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通過重組終止生長的聚合物鏈，表現(xiàn)出聚合的TRIM核的“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聚合核的明場圖像；( b )核制作后的熒光圖像；( c )MIP接枝后的熒光圖像。
 

通過平衡結合實驗評估了核殼制造的MIP測定的結合特性，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構。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、提取并結合50μM恩諾沙星后的恩諾沙星印跡結構；( b )與5、10和50μM恩諾沙星的結合結果；( 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。

結論
通過噴墨打印含有活性聚合引發(fā)劑的基于TRIM的預聚物混合物，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前體的局部沉積結合進行多種生物芯片的制備，為了生產由多種不同（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.