一种编码微针贴片及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于生物分子检测领域，更具体地，涉及一种编码微针贴片及其制备方法和应用。


背景技术：

2.目前，通常采用血检或尿检的方式来确定人体中的生物标志物，但血检会有损害皮肤，有痛感，而且血检或尿检需要专业人员操作，有传染的风险，病人会有一定的抵触心理。
3.皮肤间质液是一种存在于细胞间质中的液体，是血液与周围组织进行物质交换的媒介，除不含大分子蛋白外，其他成分与血浆中的基本相同，包括葡萄糖、胆固醇和抗坏血酸等小分子和各种生长因子、炎症因子、抗体等蛋白质。近年来使用微针技术吸取相对大量的皮肤间质液，用于检测生物标志物得到了一定的研究，由于其侵害性低，无痛感，没有血细胞干扰，逐渐成为了生物标志物检测的一种重要方式。专利文献(cn111544756a)报道了一种载光敏剂的无痛可溶性微针和微针阵列及制备方法，以解决光动力治疗中给药方式不合理的问题；专利文献(cn104117137a)报道了一种胶囊式中空载药微针阵列及其制备方法，以解决递送的药物与生物材料融合在一起的不足。发明人在仔细检索后，发现目前大多研究采用微针来提取间质液，随后还需通过复杂的提取过程，在体外进行一系列复杂反应，最终确定待测物含量，这样操作存在着流程复杂、效率低的问题；此外，微针的排列也多方正排列，装载物质单一。
4.为了促进微针在生物分子检测中的应用，满足即时检验的需要，本发明提供一种编码微针贴片，能够快速区分微针所包载的蛋白质分子种类，实现对多种生物标志物的同时快速检测。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于提供一种编码微针贴片，实现微针包载的蛋白分子种类的快速区分，以及多种生物标志物的同时定量检测，操作简单，效率高。
6.本发明的另外一个目的在于提供一种上述编码微针贴片的制备方法，所述方法的制备工艺简单，具有高效、方便的优点。
7.本发明的最后一个目的在于提供一种上述编码微针贴片在生物标志物检测中的应用。
8.为实现上述目的，本发明如下技术方案：
9.一种编码微针贴片，包含微针基座、微针针体；所述微针针体位于所述微针基座上，所述微针针体用于包载信号分子和识别生物标志物的蛋白分子，通过所述信号分子或微针针体阵列的不同来识别所述蛋白质分子的种类，通过所述生物标志物与蛋白分子的特异性结合实现生物标志物的定量检测，从而实现多种生物标志物的同时定性、定量检测；
10.其中，所述蛋白分子为抗原抗体、生物酶中的一种或多种。
11.优选的，所述信号分子为染料、荧光、光子晶体、量子点中的一种或多种。
12.优选的，所述染料的颜色为赤、橙、黄、绿、青、篮和紫中的一种或多种。
13.优选的，所述抗原抗体为tnf-α、il-1、il-6、cd80或cd86中的一种或多种，所述生物酶为葡萄糖氧化酶、胆固醇氧化酶或坏血酸氧化酶中的一种或多种。通过蛋白分子的使用，能够实现生物标志物中相应待检测成分的特异性结合，其原理是抗原与抗体的特异性结合，胆固醇氧化酶与胆固醇特异性结合，坏血酸氧化酶与坏血酸特异性结合，如葡萄糖氧化酶与葡萄糖则是基于酶联显色。进一步的，基于蛋白分子与生物标志物的特异性结合，通过滴加或浸泡于荧光标记的抗体、酶联显色或电化学反应来放大生物信号，最后通过检测荧光强度、颜色强度、吸光度或拉曼散射强度等方式实现相应生物标志物的定量检测，从而实现多种生物标志物的同时定性或定量检测。
14.作为本发明技术方案的进一步优选，对于蛋白分子的信号分子可以是肉眼可见的颜色，也可以是不同颜色的荧光，但是，颜色要与蛋白分子特异性匹配；如以可见颜色为例，可以用红色底座来标记包载tnf抗体的微针；用蓝色底座来标记包载il-1抗体的微针，用黄色底座来标记包载tl-6抗体的微针；当蛋白抗原进入微针针体与包载的抗体特异性结合，以及在荧光标记的二抗作用下，然后根据荧光强度来定量判断蛋白分子的含量。
15.作为本发明技术方案的进一步优选，也可使用不同颜色的荧光来标记的抗体，例如可以使用发绿光的fitc标记tnf，使用发红光的pe标记il-6，在荧光颜色以及荧光强度的双重作用下实现蛋白分子的定量定性检测。
16.作为本发明技术方案的进一步优选，对于葡萄糖等小分子，微针针体可以包载葡萄糖氧化酶和四甲基联苯胺(tmb)，组织液的葡萄糖与葡萄糖氧化酶发生反应会生成h2o2，h2o2进一步会与tmb反应，使得tmb显色，从而根据颜色的深浅可以确定葡糖糖的含量。
17.优选的，所述高分子材料为胶原蛋白、交联透明质酸、壳聚糖、果胶、明胶、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙烯醇、羟丙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、多元醇、藻酸盐、环糊精、糊精、果糖、淀粉、海藻糖、麦芽糖、乳糖、乳果糖、松二糖、棉子糖、松三糖、右旋糖酐、木糖醇、聚乳酸、聚乙醇酸、聚氧化乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸或聚马来酸中的一种或多种。
18.优选的，所述微针针体的高度为50μm～1500μm。
19.本发明还提供一种上述所述编码微针贴片的制备方法，包括以下步骤：
20.(1)pdms微针模板的制备：使用激光雕刻机在聚二甲基硅氧烷膜上雕刻出微针针体空穴，制得pdms微针模板；
21.(2)将高分子材料、信号分子、蛋白质分子混合均匀，得混合物；
22.(3)微针针体空穴的填充：将掩膜覆盖于步骤(1)所得pdms微针模板上，然后将步骤(2)所得混合物涂覆于pdms微针模板上，接着将上述混合物均匀填充于微针针体空穴中；
23.(4)固化、脱模处理：对步骤(3)中混合物填充完后的微针进行固化，经脱模处理，即得所述编码微针贴片。
24.优选的，步骤(3)中填充采用抽真空、离心或挤压中的一种或多种方法。
25.优选的，步骤(4)中固化采用真空干燥、光固化、冷冻干燥中的一种或多种方法。
26.同时，本发明还要求保护所述编码微针贴片在检测生物标志物中的应用。
27.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
28.(1)本发明通过编码微针贴片负载不同种类的蛋白分子，基于微针的排布特性或信号分子予以不同蛋白分子的区分，进而实现编码微针贴片不同区域所负载的蛋白分子种类的甄别；同时，基于蛋白分子与生物标志物的特异性结合，采用荧光分析、拉曼分析等分析手段对生物标志物实现定量检测，最终实现对多种生物标志物的同时定性、定量检测。
29.(2)本发明通过提出在微针中引入信号分子或通过微针阵列的不同识别微针所包载的蛋白质分子的种类，有利于在实际检测中区分微针的类别，简单、实用。
30.(3)本发明首次提出微针中包载不同蛋白质分子以达到多种生物分子同时检测的目的，方便、高效。
31.(4)本发明制备得到的编码微针贴片，能够通过蛋白分子与生物标志物的特异性结合实现生物信号的放大，进而通过荧光强度、吸光度、颜色强度等方式进行定量检测，构思独特，方法简单。
32.(5)本发明制备得到的编码微针贴片具有良好的应用前景，如可以将数据采集识别系统及图像处理系统进行联用，通过建立相应抗体抗原结合的数据库，对相应病人的编码微针贴片进行扫描，经图像处理系统处理后与数据库比对，即可得生物标志物的含量，在疾病诊断上具有很好的应用前景。
附图说明
33.图1是实施例1中编码微针贴片的主视图；
34.图2是实施例1中编码微针贴片基座上颜色条码的俯视图；
35.图3是实施例1中编码微针贴片的立体图；
36.图4是实施例2的编码微针贴片示意图；
37.图5实施例3的编码微针贴片示意图；
38.图6实施例4的编码微针贴片示意图；
39.图7实施例5的编码微针贴片示意图。
40.其中，1、微针基座；2、颜色条码；21、第一颜色条码；22、第二颜色条码；23、第三颜色条码；3、微针针体；31、第一微针针体；32、第二微针针体；33、第三微针针体。
具体实施方式
41.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
42.实施例1
43.参见图1～图3，一种编码微针贴片，包含微针基座1、微针针体3，所述微针针体位于所述微针基座上，所述微针针体5、微针针体6、微针针体7用于包载识别三种炎症因子tnf-α、il-1和il-6的蛋白分子，所述编码微针贴片通过染料颜色的不同来标识上述蛋白分子的种类，所述染料在微针针体底部的微针基座上形成相应的颜色条码2。
44.本实施例中，所述颜色条码包括第一颜色条码21、第二颜色条码22、第三颜色条码
23；所述微针针体包括第一微针针体31、第二微针针体32、第三微针针体33。
45.本实施例中，所述微针针体的材料为生物相容性好的聚乙二醇二丙烯酸酯(poly(ethylene glycol)diacrylate,pegda)，微针阵列大小为6*10，并将其分为三组，2*10的微针阵列为一组，每组微针针体阵列包载tnf-α、il-1和il-6三种炎症因子对应的抗体。
46.本实施例中，采用混合有红色、蓝色、黄色三种颜色染料的pegda制备得到不同颜色的条形码，用以标记不同微针所包载的不同抗体。具体而言，包载tnf-α抗体的微针，用红色条形码来标记；包载il-1抗体的微针，用蓝色条形码来标记；包载tl-6抗体的微针，用黄色条形码来标记，通过条形码颜色的不同，能够快速区分各个微针中蛋白分子的种类。
47.本实施例中的编码微针贴片通过以下方法制备得到：
48.(1)pdms微针模板的制备：使用激光雕刻机在聚二甲基硅氧烷(pdms)膜上雕刻出微针针体空穴，制得pdms微针模板，其中微针阵列大小为6*10，分为三组，2*10的微针阵列为一组，微针高度800μm，三组微针阵列包载有tnf-α、il-1和il-6三种炎症因子对应的抗体；
49.(2)将三种抗体、染料、pegda材料直接混合，得混合物；
50.(3)微针针体空穴的填充：将掩膜覆盖于步骤(2)所得pdms微针模板上，然后将步骤(2)所得混合物涂覆于pdms微针模板上，采用抽真空的方法，将上述混合物填充于所述微针针体空穴中；
51.(4)固化、脱模处理：采用真空干燥的方法对步骤(3)中填充完后的微针针体进行固化，经脱模处理，即得所述编码微针贴片。
52.编码微针贴片使用过程如下：按照抗体抗原特异性结合原理，微针刺入的皮肤后，微针针体包载的抗体会特异性捕获炎性因子，即tnf-α抗体和tnf-α炎性因子结合，il-1抗体和il-1炎性因子结合，il-6抗体和il-6炎性因子结合，通过贴片基座颜色的不同即可识别微针贴片所包含的抗体种类。
53.编码微针贴片取样后，可以同时对tnf-α抗体和tnf-α炎性因子的进行定量分析。本实施例中信号分子采用的是染料，按照抗体抗原特异性结合的原理，在特定荧光波长下，抗体或抗原结合含量不同，荧光强度不同。通过建立的抗原或抗体浓度与荧光强度的线性关系，在已知荧光强度情况下，可以计算出相应抗体或抗原的浓度，同时，如前面所述，在颜色编码的标识下，可以炎性因子的具体种类。因此，采用本实施例的编码微针贴片，能够实现三种炎性因子的同时定性、定量分析。
54.作为编码微针贴片应用的延伸，编码微针贴片还可以和数据采集识别系统及图像处理系统进行联用，通过建立相应抗体抗原结合的数据库，对相应病人的编码微针贴片进行扫描，经图像处理系统处理后与数据库比对，即可得生物标志物的含量。此种应用方式简单方便，符合智慧医疗的发展方向。
55.实施例2
56.参见图4，是本发明编码微针贴片的另一种实施方式。本实施例中，所述编码微针贴片同样包含微针基座1和微针针体(图中未画出)，微针针体使用聚甲基丙烯酸制备，微针针高500μm，不同之处在于微针阵列的大小进行了调整。从图中可以看到，颜色条码2有10个，相应地，能够包载10种不同的蛋白质分子，通过颜色的不同可以快速区分微针针体包载的蛋白分子的种类。
57.本实施例中，编码微针贴片的制备方法同实施例1。通过采用相应的检测方法能够实现10种不同生物标志物的定量分析。
58.因此，本实施例中，可以通过改变微针贴片的阵列大小可以灵活调整生物标志物的检测数量，通过颜色条码对蛋白质分子的种类进行甄别，同时基于蛋白分子与生物标志物的特异性结合后采用相应的检测手段予以定量分析，从而实现多达10种生物标志物的定性、定量分析。
59.实施例3
60.参见图5，是本发明编码微针贴片的另一个实施例。本实施例中，所述编码微针贴片同样包含微针基座1和微针针体2，微针针体2使用羧甲基纤维素钠制备，微针针高600μm，不同之处在于，染料不是在微针针体的底部了，而是位于微针针体上。
61.同样可以通过染料颜色的不同可以快速区分微针针体包载的蛋白分子的种类。
62.至于微针针体的制备方法及定量分析的具体实施，参见实施例1。
63.实施例4
64.参见图6，是本发明编码微针贴片的另一种实施方式。本实施例中，所述编码微针贴片同样包含微针基座1和微针针体2，微针针体使用羟乙基纤维素制备，微针针高1000μm，不同之处在于所述微针针体2为两段式，靠近微针基座的一段包载有染料，长度400μm，另一段包载有相应的蛋白质分子。通过染料颜色的不同，同样可以快速区分微针针体包载的蛋白分子的种类。
65.至于微针针体的制备方法及定量分析的具体实施，参见实施例1。
66.实施例5
67.参见图7，是本发明编码微针贴片的另一种实施方式。本实施例中，所述编码微针贴片同样包含微针基座1和微针针体(图中未画出)，微针针体使用聚乙二醇二丙烯酸酯制备，微针针高500μm，不同之处在于微针基座上形成有不同大小的微针阵列，通过微针阵列的大小的不同，同样可以快速区分微针针体包载的蛋白分子的种类。
68.至于微针针体的制备方法及定量分析的具体实施，参见实施例1。
69.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。