加速并統(tǒng)一藥物研發(fā)過程對于降低新藥開發(fā)成本至關(guān)重要。多樣化的化學(xué)和生物條件、專門的基礎(chǔ)設(shè)施以及現(xiàn)有分析方法與高通量、納升規(guī)?；瘜W(xué)方法之間的不兼容性，使得整個藥物研發(fā)過程漫長且成本高昂。在此，我們展示了一個結(jié)合了芯片上化學(xué)合成、表征和生物篩選的“chemBIOS”平臺。我們開發(fā)了一種基于樹狀聚合物的表面圖案技術(shù)，能夠生成用于有機和水性液體的高密度納米滴陣列。每個板（每塊板上超過 50,000 個液滴）中的液滴可作為一個獨立的、空間上分離的納米容器，可用于溶液合成或分析測試。另外，一層銦錫氧化物涂層使該平臺能夠通過矩陣輔助激光解吸/電離質(zhì)譜法實現(xiàn)超快的芯片內(nèi)檢測，精度可達每個液滴的阿托分子級別。該化學(xué)生物平臺出色的光學(xué)特性使其能夠在紫外、可見（芯片內(nèi)紫外-可見光譜和光學(xué)顯微鏡）和紅外（芯片內(nèi)紅外光譜）區(qū)域進行芯片內(nèi)表征和原位反應(yīng)監(jiān)測。該平臺與各種細胞生物篩選兼容，為高通量合成和藥物發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域開辟了新的途徑。

圖2 基于接枝聚硫醚樹狀大分子制造圖案化樹狀大分子載片的過程。a 制備樹狀大分子載片始于將玻璃載片用三乙氧基乙烯基硅烷進行硅烷化處理，隨后進行一系列重復(fù)步驟，包括兩步反應(yīng)。烯烴在光化學(xué)硫醇-烯烴點擊反應(yīng)中與 1-硫甘油發(fā)生反應(yīng)，然后與 4-戊烯酸進行酯化反應(yīng)。b 每個樹狀大分子代（G）的官能端基數(shù)量會增加 2n（n：重復(fù)次數(shù)），直到 G3 表面達到 8 個反應(yīng)基團。c 通過光化學(xué)硫醇-烯烴反應(yīng)制備具有高活性、含烯烴的樹狀大分子表面。無親水邊緣（紅色）通過與全氟癸烷硫醇（PFDT）反應(yīng)生成，隨后 1-硫甘油（TG）形成親水性斑點（綠色）。d 在親水-親油圖案化載片上溶解不同化合物的納米液滴陣列的照片。斑點直徑：900 微米；親水邊緣寬度：225 微米；液滴體積：100 納升；“規(guī)?！背叽纾?.8 毫米。

為了制備具有高和低表面張力液體的液滴陣列，疏水/疏油性圖案應(yīng)具有較大的前接觸角，而親水/親油性部分則應(yīng)具有極低的后接觸角。我們假設(shè)，通過在高密度功能基團作用下對樹狀分子表面進行改性，可以增強潤濕性特性的對比度，從而形成一種全親水-全疏水的圖案。樹狀分子表面改性基于 Killops 等人開發(fā)的高密度功能基團聚硫醚樹狀分子合成方法（圖 2a）。將標(biāo)準(zhǔn)玻璃片用三乙氧基乙烯基硅烷進行硅烷化處理，以生成具有活性的乙烯基基團的表面。然后在重復(fù)的兩步反應(yīng)循環(huán)中合成樹狀分子層，該循環(huán)包括與 1-硫甘油反應(yīng)的光化學(xué)硫烯點擊反應(yīng)，隨后與 4-戊烯酸酯化（圖 2b）；三個循環(huán)可生成裝飾有高密度烯基的樹狀化表面。然后，該表面可以通過光化學(xué)方式分別與 1-硫甘油或 1H，1H，2H，2H-四氫呋喃酸進行功能化。利用洛羅德-辛卡硫醇（PFDT）可分別制得親水性或疏水性的表面。通過使用石英光掩模依次進行功能化處理，可以制備出具有特定幾何形狀的全親水或全疏水的微圖案（圖 2c）。

圖 3 銦錫氧化物基底能夠通過 MALDI-TOF 質(zhì)譜分析和紅外光譜分析實現(xiàn)芯片內(nèi)表征。a 圖示展示了通過 MALDI-TOF 質(zhì)譜進行芯片內(nèi)表征的過程。在導(dǎo)電、樹狀聚合物修飾且有圖案化的銦錫氧化物（ITO）薄片上生成的化合物庫，在進行 MALDI-TOF 分析之前可以進行處理并與基質(zhì)溶液共結(jié)晶。b MALDI-TOF 質(zhì)譜圖，其中脂質(zhì)體 1 的每個斑點分別為 2、0.3 和 0.1 道爾頓。斑點直徑：500 微米；斑點間距：250 微米。MALDI-TOF 測量是在有圖案化的 ITO 玻璃薄片上進行的。c 柱狀圖顯示了不同大小斑點中脂質(zhì)體 1 的芯片內(nèi)質(zhì)譜分析所獲得的信噪比。數(shù)據(jù)基于三重實驗得出，代表平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差；n = 3 獨立實驗。d 圖示展示了通過紅外光譜進行芯片內(nèi)表征的過程。通過蒸發(fā)溶劑后進行的非侵入式芯片內(nèi)化合物庫紅外光譜表征。e 芯片內(nèi)對含有不同量脂質(zhì)體 1 的多個斑點進行的紅外成像。顏色標(biāo)度：吸光度 [單位：個]。f 脂質(zhì)體 1 的紅外光譜（每個斑點 94.7 道爾頓）。斑點直徑：500 微米；點距離：250 微米。

ITO涂層使化學(xué)生物傳感器表面具有導(dǎo)電性，從而使其與MALDI-TOF MS兼容（圖3a）。通過使用一個典型的脂質(zhì)類化合物組來研究芯片內(nèi)MALDI-TOF MS方法的靈敏度。對于尺寸越來越小的斑點（直徑分別為900和500微米），觀察到每個斑點的靈敏度都有所提高，最低可達atto摩爾級別（圖3b、c）。較小斑點尺寸的更高靈敏度之間的協(xié)同作用使得芯片方法能夠小型化，從而實現(xiàn)并行化。我們在微孔板中創(chuàng)建了一個納米滴陣列，該陣列包含 50，400 個滴體（330×330 微米2的點；邊框?qū)挾龋?0 微米），這展示了進行超高通量篩選的可能性。此外，ITO 涂層的紅外反射特性使得能夠?qū)衔镪嚵羞M行紅外成像，并對選定的化合物點進行芯片內(nèi)紅外光譜分析（圖 3e、f）。

圖 4 芯片內(nèi)高通量反應(yīng)監(jiān)測。a 基于胺 A1、硫酯酮 T14 和吡啶二硫化物 PY12 的三組分脂質(zhì)體合成反應(yīng)方案。b 平行芯片內(nèi)六十種脂質(zhì)體合成的陣列布局。胺 A1 以不同濃度逐列分裝在載玻片 A 上。含有不同比例硫酯酮 T14 與吡啶二硫化物 PY12 的混合物逐行分裝在載玻片 B 上。所有反應(yīng)均通過將兩塊載玻片重疊夾合的方式同時啟動。c 重疊過程的示意性可視化以及由此產(chǎn)生的芯片內(nèi)基于溶液的反應(yīng)。最終的譯文：這個具有紫外線吸收特性的副產(chǎn)物 2-噻吩酮能夠通過紫外-可見光譜技術(shù)實現(xiàn)芯片內(nèi)原位反應(yīng)監(jiān)測。通過三維繪圖展示各反應(yīng)條件下的反應(yīng)半衰期（t1/2），展示了這種高通量系統(tǒng)在研究反應(yīng)參數(shù)和反應(yīng)機理方面所具有的強大能力。原始數(shù)據(jù)以“源數(shù)據(jù)文件”形式提供。