CN100342228C - 表面张力测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用来测量样品表面张力的方法，包括提供孔板，该孔板包含至少一个由孔壁确定的孔和一孔口，孔壁形成用来容纳被试验的样品的空间，使探针与所述孔中的样品的表面接触，并测量样品施加到探针上的力，其特征在于孔壁相对于由孔口确定的平面倾斜，使得孔的横截面在从孔口到孔底部的方向上减小，以便提供一种几何结构，该几何结构导致样品在所述孔中时的液面的平的或凸的形状，并且，至少面对样品空间的孔壁表面包括抗静电材料，和提供用来从所述孔耗散静电的手段。本发明还涉及在该方法中使用的孔板。

Description

表面张力测量方法
技术领域
本发明一般涉及一种测量表面张力的方法，具体地，本发明涉及通过用探针接触孔板(well plate)的孔(well)中的样品表面来进行表面张力测量的孔板的设计。本发明能用来测量物质的表面化学性质，例如药物。
背景技术
例如药物等物质的两亲性和表面活性性质与其在胃肠道中的吸收性、其在组织中的分布、特别是其血-脑屏障(BBB)渗透性、肝脏代谢性和排尿作用，即所谓的ADME性质相关。两亲性和去污性(detergent properties)传统上通过测量物质对水表面张力的影响来确定。另一种传统使用的估计ADME性质的方法是确定物质在辛醇/水中的分配系数(log P)。
当将两亲物质加入含水溶液(aqueous solution)中时，物质分配到空气/水交界面中，引起表面张力的减小(表面压力的增大)。表面张力例如能通过测量施加到空气/水交界面中的探针上的力来进行测量，这种探针能呈薄铂板的形式，例如Wilhelmy板，其放置在空气/水交界面中。探针的另一种构造呈小直径金属线的形式。
当粘附到探针上的液体量改变时，就证明了表面张力的改变。当液体的表面张力减小时，粘附到探针的数量线性减小，反之亦然。粘附的液体对探针施加垂直力，能用微量天平检测该力。
通常，表面张力测量技术需要很大的试剂体积和很长的试验时间，然而，新候选药物的筛选的巨大增长需要适用于广泛表面张力范围的迅速而可靠的技术。另外，由于经济原因，对于例如候选药物等昂贵物质来说，试剂体积的小型化是特别希望的。
发明内容
为了解决前述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种用来测量样品表面张力的方法包括：提供孔板，该孔板包含至少一个由孔壁确定的孔，所述孔壁确定孔口，孔壁形成用来容纳被试验的样品的空间，使探针与所述孔中的样品的表面接触，和，测量所述样品施加到探针上的力，其特征在于所述孔壁相对于由所述孔口确定的平面倾斜，使得所述孔的横截面在从孔口到孔底部的方向上减小，以便提供一种几何结构，其中在孔壁或孔壁延伸部之间形成的孔的顶角在30°到150°之间，该几何结构导致所述孔中样品的液面的平的或凸的形状，并且，至少面对所述样品空间的孔壁表面包括抗静电材料，和提供用来从所述孔耗散静电的手段。
根据本发明的又一方面，提供一种孔板，包含至少一个由孔壁确定的孔和一孔口，孔壁形成用来容纳被试验的样品的空间，其特征在于所述孔壁相对于由孔口确定的平面倾斜，使得孔的横截面在从孔口到孔底部的方向上减小，以便提供一种几何结构，其中在孔壁或孔壁延伸部之间形成的孔的顶角在30°到150°之间，该几何结构导致样品在所述孔中时的液面的平的或凸的形状，并且，至少面对所述样品空间的孔壁表面包括抗静电材料，和包括用来从所述孔耗散静电的手段。
另外，本发明还提供一种用来测量样品表面张力的方法，包括提供孔板，该孔板包含至少一个由孔壁确定的孔，所述孔壁确定孔口，孔壁形成用来容纳被试验的样品的空间，使探针与所述孔中的样品的表面接触，和测量样品施加到探针上的力，该方法特征在于孔壁相对于由孔口确定的平面倾斜，使得孔的横截面在从孔口到孔底部的方向上减小，以便提供一种几何结构，该几何结构导致在所述孔中样品的液面的平的或凸的形状，并且，至少面对样品空间的孔壁表面包括抗静电材料，以及提供用来从所述孔耗散静电的手段。
需要抗静电材料带走或放掉可能出现在样品孔中的可能的静电，否则静电可能干扰测量。用来从样品孔耗散可能的静电的手段可以由包括或覆盖有抗静电材料的孔板的选定部分提供。因而，手段可包括：提供以抗静电材料制成的整个孔板、或提供以抗静电材料制成的孔板的整个表面，和使孔板接地以从样品孔带走可能的电荷。除了样品孔或其例如呈覆层形式的表面之外，孔板的与其相关或连接到其上的特定部分或区域也能形成多个区域或通道，这些区域或通道包括与孔相通的抗静电材料，通过这些区域或通道，电荷能被带走或排出。因而，除了孔的部分之外，本发明中使用的术语孔板的“选定部分”还打算包括整个孔板，例如包括一个层，譬如这种选定部分的表面层。
前述横截面指的是孔的一横截面，该横截面平行于由孔口确定或包含孔口的平面。这也意味着孔的该横截面的直径在从孔口到孔底部的方向上减小。优选地，孔成形为锥形或截头圆锥形。本发明还涉及一种孔板，其适用于上述方法。孔板如权利要求中所述的那样定义。
根据本发明的实施方式，孔板由抗静电材料、即导电材料或耗散材料作出，以防止测量期间的静电干扰。
试验样品优选地是物质，例如药品，的含水溶液，其ADME性质将被确定。
发明的详细说明
导致本发明的试验已经显示，为了在测量小孔中的样品的表面张力时获得可靠和可再现的结果，必需由样品形成凸的或平的液面(meniscus)。相反，如果样品形成凹液面，则插入样品中的探针将被拉向孔的侧部，测量结果将不可靠。根据本发明，通过在所述方法中使用一种孔形状，该问题能得到解决，所述孔形状能使样品具有凸的或平的液面。液面的凸或平的形状将使探针保持在样品表面的中心。即使例如在对药品溶液使用所述测量方法时的情况下，使用小体积的样品流体，这仍给出了精确的测量值。
根据本发明，带有所确定的倾斜收缩壁的孔将导致样品液面的凸或平的形状，而不管样品体积和溶液的表面张力。样品流体和孔壁之间的接触角α是固有量，其由孔-流体、孔-空气和流体-空气的交界面的性质确定。根据本发明，如果孔的顶角，即孔壁或孔壁的延长部分之间的角表示为β，那么为了提供凸或平的液面，顶角β必须小于或等于180-α，或换句话说，样品的接触角α是90°-β/2≤α＜180°。壁的倾斜度能够改变，但试验显示，形成于壁或壁的延长部分之间的顶角β应该处于30°到150°之间的间隔内，优选地70°到90°。
根据本发明的实施方式，用于孔和孔板的材料应该是抗静电的。静电的存在影响测量，导致失真的测量值，在测量小体积样品的表面张力时，尤其必需避免静电或电荷的存在，其中在小体积样品的场合，探针和小池的壁之间的距离很短。在这种测量中，即使小电荷也能导致重大的测量误差。由于含水样品溶液被广泛使用，所以材料优选地是疏水的，以进一步便于形成样品液面的凸起形状。为了获得材料的抗静电性质，能使用导电材料或固有耗散性的材料。这种材料可以是聚烯烃，优选地是带有碳或金属颗粒添加物的聚丙烯。碳或金属应该结合到孔板的材料中以给出最好的结果。所用的材料还应该尽可能的纯，例如没有可以溶解在流体中的软化剂和润滑剂的任何微量。至少面对样品空间的壁表面用所述疏水材料覆盖里层，上述材料是公知的，通常用来避免各种设备中的静电。
根据本发明的实施方式，孔板的壁高度必须至少是1mm深，以便探针配合到所述孔中。孔的深度通常是大约3mm，探针在测量期间通常深入孔的样品表面中1mm，探针和孔本身之间的接触必然导致错误的测量值。
有利于样品表面和孔的上表面即孔口之间的小距离的几何结构是优选的，以便能减少探针必需的移动。当然能使用这样一种孔板，其中孔的边缘垂直延伸于孔的样品空间上方，但这导致探针的移动增加，这是不可取的。关于垂直延伸壁的另一个问题是，填充所述孔达到垂直部分的高度的样品流体量可能导致样品流体液面的凹入形状，如上所述，这又导致错误的测量值。
附图简要说明
图1表示根据本发明的孔1和在孔中由样品3形成的接触角α。α能变化的限度是：90°-β/2≤α＜180°，其中β是壁2或壁的延长部分之间的顶角。
图2表示根据本发明优选实施方式的孔板的两个相邻孔1的横截面，顶角β被示出。图3a表示从下面看的优选实施方式的孔板，图3b表示该孔板的横截面A-A，图3c表示从上面看的孔板。在本发明的该优选实施方式中，孔板具有便于实现标准化实验室机器人技术的标准着陆点(footprint)和板尺寸。图4以图解形式表示在四个不同孔板中测量的表面压力：导电的丙烯(●)，丙烯(■)，铝()和标准的96孔板(◇)。
将通过下面的例子证明本发明。
在MultiPi HTS仪器(Kibron Inc.)上，通过Du Nuoy环技术对四个不同的板类型测量水的表面张力，该试验证明材料和形状对于精确的表面张力测量是重要的。板中的材料是聚丙烯、导电的聚丙烯、铝和标准的市场上可买到的聚苯乙烯96孔板(Nunc)。在前两者中，孔的几何结构设计成给出凸的液面形状，这两者仅仅在它们的导电率上不同，铝板的形状没有进行最优化，获得了凹入的液面形状。
试验结果在图1中示出。导电的聚丙烯板(●)在整个孔系列中展示了正确值。聚丙烯板(■)因静电而变略，静电很明显，特别是在孔系列的开始，表现出非常低且可变的表面张力值。减小的误差是由于通过探针放出静电。用铝板()获得的试验结果依据液面形状使测量探针怎样变形而随机改变。标准的96孔板(◇)因静电以及差的孔形状而变略。

Claims (17)

1.一种用来测量样品表面张力的方法包括
提供孔板，该孔板包含至少一个由孔壁确定的孔，所述孔壁确定孔口，孔壁形成用来容纳被试验的样品的空间，
使探针与所述孔中的样品的表面接触，和，
测量所述样品施加到探针上的力，其特征在于所述孔壁相对于由所述孔口确定的平面倾斜，使得所述孔的横截面在从孔口到孔底部的方向上减小，以便提供一种几何结构，其中在孔壁或孔壁延伸部之间形成的孔的顶角(β)在30°到150°之间，该几何结构导致所述孔中样品的液面的平的或凸的形状，并且，至少面对所述样品空间的孔壁表面包括抗静电材料，和
提供用来从所述孔耗散静电的手段。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述孔具有圆锥形状或截头圆锥的形状，孔的顶角为圆锥的顶角。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述圆锥的顶角在70°到90°之间。
4.如权利要求1所述的方法，其中用来从所述孔耗散静电的手段由包括或覆盖有抗静电材料的孔板的选定部分提供。
5.如权利要求1或4所述的方法，其中整个孔板由抗静电材料制成或覆盖有抗静电材料。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述抗静电材料是疏水材料。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述抗静电材料是聚烯烃。
8.如权利要求6所述的方法，其中所用的疏水材料是包括碳或金属颗粒的高纯度聚丙烯。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述样品是药品的含水溶液，用于测试所述药品的AMDE性质。
10.一种孔板，包含至少一个由孔壁确定的孔和一孔口，孔壁形成用来容纳被试验的样品的空间，其特征在于所述孔壁相对于由孔口确定的平面倾斜，使得孔的横截面在从孔口到孔底部的方向上减小，以便提供一种几何结构，其中在孔壁或孔壁延伸部之间形成的孔的顶角(β)在30°到150°之间，该几何结构导致样品在所述孔中时的液面的平的或凸的形状，并且，至少面对所述样品空间的孔壁表面包括抗静电材料，和包括用来从所述孔耗散静电的手段。
11.如权利要求10所述的孔板，其中所述孔具有圆锥形状或截头圆锥的形状，孔的顶角为圆锥的顶角。
12.如权利要求11所述的孔板，其中所述圆锥的顶角在70°到90°之间。
13.如权利要求10所述的孔板，其中用来从所述孔耗散静电的手段由包括或覆盖有抗静电材料的孔板的选定部分提供。
14.如权利要求10所述的孔板，其中整个孔板由抗静电材料制成或覆盖有抗静电材料。
15.如权利要求10所述的孔板，其中所述抗静电材料是疏水材料。
16.如权利要求15所述的孔板，其中所述抗静电材料是聚烯烃。
17.如权利要求15所述的孔板，其中所用的疏水材料是包括碳或金属颗粒的高纯度聚丙烯。
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