超声聚焦微喷制备脂质体微阵列研究

　　引言

　　脂质体是由磷脂双层构成的脂质微囊，由于其在结构和性能上接近天然生物膜，因而对绑定和检测各类功能蛋白具有独特能力。将脂质体搭载功能蛋白并实现阵列化和器件化，可制造生物传感器，广泛用于生化检测、疾病诊断、基因筛选以及药物筛选等方面[1]。高生物活性、高精度、高通量、低成本是脂质体阵列化的重要指标[2]。目前所采用的阵列化方法多为接触式点样[3]、接触式喷样[4]以及以光刻和印章为代表的半导体方法[5～6]等，但存在生物活性不易保持、易堵塞、试剂用量大等不足。超声聚焦微喷是一种无喷嘴、无堵塞、非接触、不易破坏生物样品、低样品消耗的先进喷射方式[7]，适用于要求操作过程温和、节约用量的生物微阵列的制作。本文以载有F0F1-ATP酶的分子马达脂质体[8]为超声聚焦微喷的实施对象，研究并分析其阵列化工艺性能。

　　1 超声聚焦微喷系统设计

　　1.1 超声聚焦微喷头及向下隔离喷射设计

　　超声聚焦微喷头是超声聚焦微喷系统的核心工作部件，在结构上主要由超声换能器、球面声透镜以及必要的声学阻抗匹配材料和电学阻抗匹配电路构成。其工作原理是: 借助球面声透镜将脉冲调制的高频超声波聚焦到自由液面上，在局部范围内形成很高的声压来克服液体表面张力，从而形成微小的液滴并喷射出去，且以该方式喷射出来的液滴直径完全由超声波频率和液体的声学性能决定。本研究设计的超声聚焦微喷头如图1所示，所用压电陶瓷片(汕头超声研究所) 谐振频率20MHz，直径5mm，所用球面声透镜球面半径3mm。经验证，该微喷头具有良好的微喷能力[7]。

　　为提高微阵列中各喷点的定位精度，提高阵列密度，同时有效减少昂贵的生物试剂用量，本研究提出了向下隔离喷射的工作方式，如图2所示。一方面，在微喷头下方搭建锥形(容积约0.05cm³，底面直径为2mm)贯通式试剂小池，并通过流道注入所喷射生物试剂，借助液体的表面张力使其形成自由液面而不致下漏; 另一方面，在待喷射试剂与换能器间用透明塑料薄膜隔离，利用水作耦合液传递声波。超声聚焦微喷头及向下隔离喷射机构在微动台上的安装位置如图3所示。

　　与向上喷射方式相比，向下隔离喷射有以下优势:

　　①所喷射液滴以加速“坠落”方式到达基片形成喷点，其定位精度将得到有效提高。

　　②由于喷射液滴所需动能的降低，所需脉冲宽度也将减少，而脉宽的减小使得液滴(喷点)直径也相应减小，其结果是除生物试剂减少消耗外，微阵列上喷点的密度进一步提高，这有利于制备高通量的生物芯片。