微图形化技术及其在生物医学研究中的应用 - 生物化学与生物物理进展.pdf

生物化学与生物物理进展 Progress in Biochemistry and Biop hys ics 2012, 39(10): 931~944 微图形化技术及其在生物医学研究中的应用* ** 大海 崔明洋 夏亦秋 尤 政 ( 华大学精密仪器与机械学系，精密测试技术及仪器国家重点实验室，北京100084) 摘要 结合生物物理学与生物化学的微细加工技术已可以获得与生物大分子相近的特征尺寸，推动了微图形化技术在药物筛 选与新药开发、组织工程、疾病诊断等领域的应用 综述了微图形化技术在生物医学领域的发展，讨论了光刻、软光刻、模 板辅助构图、扫描探针加工、喷墨构图、 光诱导图形化等方法，分析了各种方法的优势、局限性与适用范围，指出分辨力 与精度、图形化规模、实验加工条件等是选择不同图形化方法的主要依据 而基于生物物理学和生物化学等对纳米尺度的处 理过程进行定量分析、进一步提高其生物兼容性及材料适应性、发展适合图形化芯片的体内微环境模拟技术等是微图形化技 术进一步发展的方向 关键词 生物微系统，微图形化，光刻，表面修饰，生物传感器 学科分类号 TH79，Q819 DOI: 10.3724/SP.J.1206.2011.00228 近年来，生物技术和医疗技术的发展对生化 构的缺点 另外一些“自上而下”的图形化技术源 检测技术提出了更高的要求，面向生化研究的检 于印刷工业的传统技术，如喷墨构图(j et patterning) 测技术和仪器不断出现，其中以基于微系统 技术，该技术在生命科学领域拥有众多潜在应用， (microsystem)技术的生物器件———生物微机电系统 但目前其分辨率还仅局限于微米量级 后期发展的 (bio micro electro mechanical systems，BioMEMS)发 表面加工技术则是通过 “自下而上”的方法完成 展最为快速 相对传统用于疾病诊治的常用技术来 的，如分子自组装(molecular self-assembly) 技术， 说，生物微机电系统具有高通量、高灵敏性、低成 现已达到 5～50 nm 的表面形态学尺度[4-5] 实际 本及快速性等特点，大大促进了生物医学领域的研 上，必威体育精装版研究中更多的是采用上述两种方式相互 究 现代医学需要在分子水平对生化物质进行研 结合的方法，如软光刻(soft lithography) 、扫描探 究，微图形化(micropatterning)技术可以使生物分子 针加工(scanning-probe lithography) 及纳米压印 处于所需的形态，固定于生物传感器的特定部位， (nanoimprint lithography) 技术等 下面我们将分别 以保证特异性生物反应的发生，并能被准确检测， 讨论这些方法，并介绍 光诱导图形化(laser [1-3] 在近十几年内得到了极大的发展 guided patterning)等必威体育精装版技术 本文主要关注基于生物物理与生物化学的表面 1 光刻法 设计方法，为精确控制生物分子黏附、散布而采用 的工程技术，介绍了在生化物质图形化、生物传感 在图形化技术中，光刻法(photolithography) 具 器方面为解决特定问题而创造的新方法或新工具， 描述了每种技术的概念、基本结构及优劣势 早期的图形化技术较多为“自上而下”的加工 * 国家自然科学基金资助项目(6107 1002) ，国家重大科学仪器设备 方法，主要源于微电子领域技术的推进，如光刻法 开发专项项目资助(20 11YQ030134) ，教育部留学回国人员科研启动 (photolithography)等，这些技术可以达到 10 nm 左 基金和国家重点实验室基金资助项目. ** 通讯联系人. 右较高的分辨率，但具有成本高、环境要求高、采