[发明专利]用于改善基材的表面性质的组合物、装置和方法

说明书

本文描述了用于改善基材的表面性质的组合物、装置和方法。在一些实施方案中，表面的疏水性和/或疏碳氟性增加。一些实施方案包括用于改善塑料微流体装置上的微孔阵列反应的珠粒负载和/或不混溶性油密封的组合物、装置和方法。

相关申请数据

本申请主张2018年5月18日提交的美国临时专利申请第62/673,343号的权益，其全部内容通过引用结合于此。

联邦资助声明

本发明是以美国国防部(DARPA)授予的授予号HR0011-12-2-0001在政府资助下完成的。美国政府拥有本发明的某些权利。

技术领域

本发明涉及用于改善基材的表面性质的组合物、装置和方法。在一些实施方案中，本发明涉及用于改善塑料微流体装置上的微孔阵列反应的珠粒负载和/或不混溶性油密封的组合物、装置和方法。

背景技术

数字化测定正变得越来越流行并且不同于传统的模拟测定，因为它们将总反应体积划分或分割为许多较小的“平行”反应。通常，选择较小的反应体积，使得其包含1个或0个目标分子。反应完成后，确定阳性和阴性反应的数目，并使用百分比确定初始样品浓度。通过允许对单个分子进行计数，大大降低低浓度时的读取噪声，从而降低低浓度时的方差。这使得可以进行更精确的定量，并实现较低的检测限(LOD)。

反应的分割可分为两种主要类型：(1) 在不混溶性油中的水性液滴和(2)在基材中形成的小体积反应孔的阵列，所述基材与微量滴定板相似但通常体积更小，并且反应的数目和密度更大。可以通过数种方法将固态阵列中的反应相互隔离，诸如用硅橡胶垫圈进行密封、通过机械分离或不混溶性密封油进行密封(Kan等人，Lab Chip, 2012, 12, 977;US 9,329,174; US 2013/0345088; 和US 2012/0196774)。

油相中的水性液滴可以通过标准的宏观乳化方案制备，但是液滴大小可以变化，从而降低了定量实用性。因此，出于分析目的，通常优选微流体方法，因为它们以针对该测定优化的液滴体积产生了较低的液滴尺寸分布。然而，

液滴产生是每个液滴产生器处的一系列过程，限制了通过量并且经常需要大量的准备时间或使用许多平行的液滴产生器。固体阵列方法还可以产生具有低方差的预定大小的液滴，但是可以更容易地平行地进行分割，从而允许在短时间内产生非常大量的反应。

与使用硅橡胶垫圈相比，用不混溶性油进行密封提供了以下优势：复杂度低、对表面污染的耐受性更高以及制造成本低(Kan等人，Lab Chip, 2012, 12, 977和US 2013/0345088)；但是，必须仔细考虑表面性质以及水性缓冲液和不混溶性油的组成。不混溶性油密封的方法可以包括用水溶液淹没阵列基材以填充所有反应孔及其上方的空间。然后使密封油流过孔，使得其将所有水溶液推出孔上方的空间，而在孔中留下现在隔离的水溶液体积。液滴在孔中的“锁定(pinning)”是由水相的表面张力和孔(特别是孔顶部的边缘)的形状引起的。

通常，需要具有大的水接触角的疏水性表面和具有相对高的表面张力的水相(例如具有低或为零的表面活性剂浓度的那些)，以防止水相将反应孔流体连接或“桥接”。如果阵列基材的接触角不足(例如它包含一定浓度的表面活性剂或其他降低表面张力的实体)，则可能导致不期望的水性桥连，导致孔与孔之间的串扰或反应内容物的共混。对于旨在彼此隔离的反应，这通常是不希望的。

遗憾的是，很少有聚合物材料具有含水反应的不混溶性油密封所需的理想性能：高水接触角、所需波长下的光学纯度、成本低、易于在精密公差和微米级临界尺寸下注塑成型或压花、温度稳定性和低蒸气渗透性等。由于塑料表面的性质(包括缺少合适的反应性化学基团)，该表面也可能难以可靠地功能化。