生物芯片具有装置微型、自动、高度并行和高通量等特点,在临床诊断、新药筛选、个体化医疗及生物工程研究等领域有广阔的应用前景。20世纪90年代以来,生物芯片的制作工艺和检测手段已经有了飞速发展,但因涉及学科多,仍然面临巨大的挑战。如制备过程复杂、成本高,处理程序多导致重复性不理想等,这些问题制约了生物芯片的广泛应用。研发更为先进的生物分子固定技术,对于发展高效的微阵列芯片技术意义重大。本论文以光引发表面接枝聚合为基础,发展了两种制备表面三维接枝结构的新方法,进而制备了三维结构的基因芯片和复杂结构的蛋白质微阵列。实现了DNA探针和蛋白质分子在载体表面的高密度有效固定,并对三维基因芯片在脑胶质瘤诊断中的应用进行了初步研究。本文主要的研究工作及结果：1.以商用载玻片为基材,通过乙烯基三氯硅烷偶联剂处理引入双键,再在双键化表面以甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)与聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)为混合单体运用紫外光接枝法,制备具有一定厚度且表面含有环氧基团的三维基片。利用氨基与环氧基团的开环反应,将荧光分子(Cy3)标记且末端为氨基的DNA探针固定在基片上。通过改变环氧基团在三维交联层中的含量、交联层厚度及DNA探针点样液浓度,可以调节DNA探针的固定效率和密度。与传统的二维基因芯片相比,三维芯片的探针固定效率由30%提高到80%左右,固定密度也同时提高。芯片的杂交结果证明三维基材表面可成功实现核酸探针分子与靶基因的杂交。2.将三维基因芯片技术应用于脑胶质瘤疾病辅助诊断用基因芯片的研制。首先设计并完成了脑胶质瘤样本基因的荧光标记过程并进行了优化,确定了最佳的扩增时间、标记时间以及模板cDNA、随机引物和Klenow酶等的用量。进而设计了脑胶质瘤辅助诊断用基因芯片的探针序列并将探针点制成阵列,制备了包含240条探针的基因芯片。芯片与标记样品杂交后的荧光扫描结果表明所设计的探针可与标记样品成功杂交,并显示了较好的特异性和灵敏度。3.以低密度聚乙烯薄膜(LDPE)为基材,采用可见光引发接枝技术制备了具有层级结构的蛋白质微阵列。首先在紫外光照射下,异丙基硫杂蒽酮(ITX)通过夺氢-偶联反应将光敏休眠基引入LDPE表面。在可见光照射下休眠基能够断开,产生表面自由基并引发双官能团单体PEGDA的交联聚合,将PEG交联网络结构接枝在基材表面。以丙烯酸钠和PEGDA为混合单体在接枝PEG交联层表面进行二次接枝,红外光谱及图案化接枝的显微镜照片证明一次接枝后的表面仍含有活性的休眠基,可再次引发接枝发生聚合。基于上述特点,利用光掩膜依顺序进行多次接枝的方法,可在基材表面形成具有多层次复杂结构的3D蛋白质微阵列。原子力显微镜高度测试表明不论是没有接枝的LDPE-ITXSP区域还是在第一层接枝区域,第二层图案的增长速率是一致的,可以保证第二层接枝图案的完整性。以此方法为基础,通过加入活性单体成功实现在特定的区域内多层分隔固定不同的蛋白质分子。