[发明专利]用亲水性聚合物助剂减弱生物分子的吸附

说明书

在先申请的参照引用

本申请要求申请日为2005年5月21日的美国临时申请60/683,476的优先权；将其内容以法律允许的程度引入本文以作参考。

美国政府的支持

此处所述的工作中的部分得到国家安全部资助的小型企业创新研究(NSF SBIR/STTRPhase I Award NO.DMI-0320082)的支持，并且美国政府对该专利保留一定的权利。

技术领域

本发明涉及流控技术，尤其是微流控技术。

背景技术

微流控技术涉及到微型流体设备；通常将该技术定义为在至少大小小于1毫米的通道中典型地处理较小的流体体积(亚毫升体积)的技术。当然，该定义是灵活的，并且本发明能用于具有不同构造和不同大小的设备中。事实上，存在根本没有限制通道的微流控设备。典型的微流控设备具有微型机械结构(微通道、微阀门等)并使用各种流体运动方法，比如机械部件(例如，微型泵)液压装置/方法和基于电的效应(电泳、介电泳、电渗析、电润湿、光-电润湿、这些效应的变形以及其他效应)。

在生物医学应用中，一些微流控设备被设计以进行试样处理，包括浓缩、过滤、洗涤、分配、混合、传送、分样、溶解试样以及其他的试样处理操作。生物分子吸附对微流控设备来说是一个问题，这是因为在试样处理、操作或检测期间暴露于试样液体的表面会因各种生物分子的吸附而变“脏”。因不希望有的生物分子的表面吸附而导致的表面性能的改变会导致交叉污染、损失可用于感应的靶分子、降低感应表面、和/或降低表面效应的被动控制和主动控制、需要用于试样处理的阀门和其他机械效应。

一个已知的减弱生物分子吸附的方法是在试样处理之前用封闭剂预处理或涂覆微流控设备的表面。例如，“聚乙二醇化”是指用聚乙二醇(PEG)预涂覆微观流体表面以阻断试样处理期间的非特定吸附。PEG的反应衍生物可用于确保其共价结合到表面上。附加的封闭剂包括各种常用的包含大分子比如普通蛋白质和较小分子的亲水物质，该亲水物质可以包括羧酸衍生物、碳水化合物、甚至含硅化合物。当表面能经封闭剂的被动吸收而“聚乙二醇化”(包括用其他的封闭剂处理)时，通常优选在封闭剂与表面间产生共价联接。

预处理或预涂覆微流控设备以防止非特定结合的一个可能的缺点是，该处理会导致表面特性的永久改变，从而会妨碍为获得局部和间歇的试样处理效果所需的对表面效应(吸附、润湿性等)的主动控制。用封闭剂预涂覆的另一缺点是，特定的试样液体或分子需要特定的封闭剂或表面涂覆，从而使设备不适用于其他的试样分子或试样液剂。

发明内容

正如所料，不同类型的分子具有不同的污染流控技术表面的倾向。生物试样中的蛋白和其他组分(即“生物分子”)通常具有异乎寻常的污染效果。我们已经发现，通过在相关操作之前将某些亲水性聚合物与试样液体混合，能被动地和主动地减弱微流控设备表面的分子吸附。至于“亲水性聚合物”，是指包含亲水基团比如羟基基团的重复性单体的有机聚合物，优选该聚合物是两亲性的并至少具有一些表面活性剂特点，即能降低表面张力、并且/或者与疏水物质和亲水物质均能相互作用。人们相信，有效的亲水性聚合物或许可以通过代替污染分子占据表面位置、或通过与污染分子相互作用，以防止它们与表面结合，从而防止在许多类型的微流控设备中所发现的污染分子与表面的结合。

有时候，亲水性聚合物可以因主动诱导的表面电荷而暂时和局部地聚集在表面处。该聚集既可发生在带电聚合物中，也可发生在具有充足的偶极矩的聚合物中以响应诱导的电荷。在表面上或附近的亲水性聚合物的存在能防止或屏蔽污染分子与表面随后进行的相互作用。当表面吸附因此而减弱时，微流控设备可容易地处理包含生物分子的试样，从而实现活性试样的浓缩、过滤、洗涤、传送、混合及其他试样处理操作。一个优选的减弱方法是向试样液体中实际添加亲水性聚合物。在该情况中，亲水性聚合物分子可直接与污染分子相互作用或另外屏蔽住污染分子，从而防止污染分子结合到表面上。在某些情况中，简要的预处理可以防止或减轻污染，同时不出现于传统的表面涂覆技术中常见的表面特性的永久改变。