高通量药物筛选中全降解式可编码智能载药微芯片技术的研究

Based on the Mico/Nano Biotechnology, our project focuses on the construct a full-biodegradable encoded drug delivery chip technology, and research on the exploration of the technology in the important applications of micro and high throughput drug screening and multiple analysis detection methods. The technical methods take advantage of the biological material characteristics to load a minute amount of drug, and transfer the high-capacity encoded information on drug-chip using the DMD lithography methods. The drug-chips can be with the encoded Identifications, multilayer structure, and soluble functions. We can create high capacity encoded solid pharmaceutical libraries based this chip technology. A micro-operation method will be developed to control quickly the high throughput drug-chips disorderly to arrange on the board of samples. Then the encoded informations on the drug-chip will be acquired and recognized by the optical microscopy and CCD. This technology is hoped to using for the high throughput drug screening, biological activity analysis, immune biochemical analysis, multiplexed assay and single-cell analysis detection.

本项目面向超高通量药物筛选和多重分析检测这一重要领域，利用微/纳米技术，系统构建一种全生物降解性可编码智能载药芯片技术，并深入探索该技术在微量载药、高通量药物筛选和分析中实现方法。该技术方法引入多层微注模技术，用可降解生物材料装载每一种药物固化成微型芯片，并将编码信息转印在芯片上以识别药物，利用材料特性实现芯片上多区域智能药物释放，实现药物超微量装载、可编码识别、智能释放、可生物降解等多重功能，可创建药物自带编码信息的高容量固体药物库。将可编码载药芯片技术与微操控技术相结合，发展一种可宏观操作高通量微芯片排列方法，实现大量无序芯片的无标记快速排列，达到高通量药物识别和筛选进样，同步进行图像获取和识别。该技术可望为高通量药物筛选、生物活性分析、复杂生化免疫分析、单细胞分析检测等重要领域提供新的技术思路。

本项目面向超高通量药物筛选和多重分析检测这一重要领域，利用微/纳米技术，系统构建一种全生物降解性可编码智能载药芯片技术，并深入探索该技术在微量载药、高通量药物筛选和分析中实现方法。该技术方法引入多层微注模技术，用可降解生物材料装载每一种药物固化成微型芯片，并将编码信息转印在芯片上以识别药物，利用材料特性实现芯片上多区域智能药物释放，实现药物超微量装载、可编码识别、可生物降解等多重功能，创建了药物自带编码信息的高容量固体药物库。本项目对多种加工方式进行了参数和精度的摸索实验以及可行性分析，并总结了这几种加工方式的应用领域。搭建了无掩模光刻平台，进行了平台性能评估和测试，完善和优化了平台功能，实现平台控制、自动曝光功能一体化操作，实现快速大量制备编码芯片编码层的目标。本项目在编码图像识别方面，通过直接扫描以及间接通过图像处理算法，包括使用阈值分割算法和区域填充法分别实现了不受环境光场影响的编码识别。在编码芯片载药层制备方面主要通过微铸模工艺来实现，通过双层工艺实现编码层和载药层的贴合以及包裹药物分子，并对多种可溶生物兼容材料的性能进行了总结和评估，包括水溶性、细菌毒性、对药物的稳定性等测试，总结了这几种材料作为载药层制备材料的应用特点。为了实现载药编码芯片药物库的功能，进行了以抗生素作为药物的药敏试验研究。通过无掩模光刻工艺和双层微铸模工艺制备编码抗生素药物库，加入抗生素药物获得有效抑菌圈，并通过CCD显微镜获取芯片上的编码信息进而实现快速高效高通量获得药物信息的目标。本项目中还成功实现了可降解式编码药物标签技术，通过片剂式和胶囊式两种制剂形式，实现药物服用前快速辨别药物自身信息真伪。