[发明专利]一种仿生三维层级微纳结构集成微装置及制备与应用

说明书

本发明涉及一种仿生三维层级微纳结构集成微装置及制备与应用，属于仿生结构技术领域。将玫瑰花瓣内壁上的三维微纳结构复制到聚合物表面，得到含有玫瑰花瓣三维微纳结构的聚合物模板；在聚合物模板进行亲水处理，然后在三维微纳结构表面原位生长氧化物纳米粒子，所述氧化物纳米粒子用于增强三维微纳结构的表面粗糙度，即得到具有三维层级微纳结构微装置，用于循环肿瘤细胞(CTCs)的高灵敏捕获。该方法加工制作过程简单，成本低。通过在纳米粒子表面偶联不同的生物分子，例如DNA、蛋白等，能够广泛地应用于病原体的分离纯化。

技术领域

本发明属于仿生结构技术领域，更具体地，涉及一种仿生三维层级微纳结构集成微装置及制备与应用。

背景技术

仿生学是研究生物系统的结构和性质以为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学。仿生技术通过对各种生物系统所具有的功能原理和作用机理作为生物模型进行研究，最后实现新的技术设计并制造出更好的新型仪器、机械等。

与此同时，循环肿瘤细胞(CTC)的有效捕获和释放对于CTC相关的癌症诊断和后续分析是另一个研究热点。从复杂的外周血标本中分离和富集含量极低的CTC是一个巨大的挑战，因此，迫切需要发展快速、高效、便捷的细胞捕获技术。目前，许多研究报道了纳米结构衬底可以提高CTC的捕获效率，但构建三维微纳结构微装置以简单方式增强CTC捕获和高效释放的研究却很少。受大自然的启发，壁虎脚、玫瑰花瓣、贝壳、蝴蝶翅膀等多层次的自然结构可以作为模板构建仿生微纳米结构表面，提高CTC的捕获效率。

发明内容

本发明解决了现有技术中从标本中分离和富集含量较低的细胞、细菌、病毒和外泌体存在技术难度，提供了一种玫瑰花瓣模板法制备具有三维层级微纳结构微装置的简便方法。该方法加工过程简单，不需要昂贵的大型仪器，易于操作。利用该方法制作的微装置可以用于细胞或其他病原体的分离和捕获。

根据本发明第一方面，提供了利用花瓣模板法制备具有三维层级微纳结构微装置的方法，包括以下步骤：

(1)将玫瑰花瓣内壁上的三维微纳结构复制到聚合物表面，得到含有玫瑰花瓣三维微纳结构的聚合物；

(2)在步骤(1)得到的含有玫瑰花瓣三维微纳结构的聚合物进行亲水处理，然后在三维微纳结构表面原位生长氧化物纳米粒子，所述氧化物纳米粒子用于增强三维微纳结构的表面粗糙度，即得到具有三维层级微纳结构微装置。

优选地，步骤(1)的具体制备过程为：

(1-1)将玫瑰花瓣粘贴在培养皿上，玫瑰花瓣的外壁朝下，内壁朝上；

(1-2)采用原位反应成型法，将液态预聚物倒在培养皿中，预聚物固化后，将聚合物脱模成型；

(1-3)将成型的聚合物烘干，使玫瑰花瓣脆化，并取下花瓣，即得到含有玫瑰花瓣三维微纳结构的聚合物。

优选地，所述聚合物为弹性体聚合物或热塑性聚合物；

优选地，所述弹性体聚合物为聚二甲基硅氧烷；所述热塑性聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或聚苯乙烯。

优选地，所述玫瑰花瓣为红玫瑰花瓣或粉玫瑰花瓣。

优选地，所述氧化物纳米材料为ZnO、MnO₂或TiO₂。

根据本发明另一方面，提供了任一所述方法制备得到的具有三维层级微纳结构微装置。

根据本发明另一方面，提供了所述的具有三维层级微纳结构微装置用于捕获细胞、细菌、病毒或外泌体的应用。

优选地，所述细胞为循环肿瘤细胞。

优选地，所述应用具体为：在所述微装置上偶联适配体，所述适配体的碱基序列如SEQ ID NO:1所示，所述适配体能够捕获循环肿瘤细胞。