CN109311066B - 用于应用于高蛋白质含量液滴运输的数字微流体装置的表面活性剂添加剂 - Google Patents

用于应用于高蛋白质含量液滴运输的数字微流体装置的表面活性剂添加剂 Download PDF

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Abstract

本文公开了具有16个环氧乙烷重复单元和18个环氧丙烷重复单元的乙二胺四(乙氧基化物‑嵌段‑丙氧基化物)四醇(以其商品名称为Tetronic 90R4)的表面活性剂添加剂，其用作液滴添加剂或用于涂覆DMF驱动电极表面，显著地改善了在数字微流体芯片上使用高蛋白质含量液体(例如，全血)的能力。该表面活性剂防止DMF电极表面的蛋白质吸附和淤积到迄今为止不可能的程度。具体地，该表面活性剂允许每个电极操作未稀释的全血液滴1小时以上(比任何已知添加剂好150倍以上)。处理高蛋白质含量培养基的这种改进将彻底改变在数字微流体平台上进行的基于血液的诊断。

Description

用于应用于高蛋白质含量液滴运输的数字微流体装置的表面 活性剂添加剂
技术领域
本公开涉及两亲性分子结构的用途，所述两亲性分子结构当作为添加剂包含在由数字微流体操作的液滴中时，防止蛋白质吸附到迄今为止不可能的程度。一种特殊的表面活性剂(乙二胺四(乙氧基化物-嵌段-丙氧基化物)四醇(称为Tetronic 90R4))允许每个电极操作未稀释的全血液滴1小时以上(比任何已知添加剂好150倍以上)。
背景技术
血液是从人体收集的最重要的临床样本，每年抽取数亿个管用于疾病诊断和治疗监测。1临床诊断中一个长期存在的问题是血液蛋白在分析装置(诸如植入式传感器或体外诊断平台)表面上的非特异性吸附。2即使在去除血液中的细胞成分后，剩余的液体(即，血浆)也含有高浓度的蛋白质(>60g L-1)，这可妨碍这些装置的性能。3因此，化学家和材料科学家已在抗蛋白质表面的开发方面付出了巨大的努力。4,5这些材料通常包括亲水的、不带电的官能团[例如聚(环氧乙烷)(PEO)或磺基甜菜碱]，使得紧密结合的水分子层在表面形成，阻碍蛋白质的吸附。2然而，这些表面对于所有应用不是万能的，实际上，这些材料的亲水性使得它们与数字微流体(DMF)不相容，所述数字微液控是一种最近在临床诊断应用中已变得普及的流体处理技术。6-8
在数字微流体(DMF)装置中，通过在绝缘驱动电极的通用(m x n)阵列上施加电势，以离散的皮升至微升尺寸的液滴的形式操作样品和试剂(图1a)。9DMF的通用几何和简单激励方案允许用户使用“编程”方法，调用一系列“功能”(包括液滴操作的各种组合：从储库计量、分离(splitting)、合并和混合)来实施测定方案(图1b)。DMF最通用和最流行的装置格式是双板配置，其中液滴被夹在两个平行的被电极图案化的基板之间(图1a)。通常，底板容纳由绝缘介电层(例如，Parylene C、氮化硅、PDMS或SU-8)覆盖的(任何导电材料的)驱动电极阵列。这些电极参考顶板中的连续接地电极，通常由铟锡氧化物(ITO)(一种光致透明导电材料)形成。隔片用于分隔顶板和底板，从而在它们之间形成固定的间隙。
DMF的一个关键要求是与液滴接触的表面必须涂有氟化疏水涂层(例如，来自DuPont的
Figure GDA0001894024330000021
来自Asahi Glass的
Figure GDA0001894024330000022
或来自Cytonix的
Figure GDA0001894024330000023
)以在电极阵列上方移动期间最小化含水液滴所经受的摩擦。这种疏水层的要求使该装置易受蛋白质淤积。当将一滴含蛋白质的溶液置于装置上时，蛋白质开始淤积表面，使其亲水并因而(在足够的蛋白质分子吸附之后)不适合液滴移动。例如，DMF中含水牛血清白蛋白(BSA)的最大可移动浓度仅为0.005g L-1；在浓度高于该水平时，蛋白质如此快速地吸附到覆盖驱动电极表面的介电层上，使得液滴变得不可能移动。10,11这种限制使得DMF完全不适用于基于血液的临床诊断应用，其中样本含有至少60g L-1蛋白质。
过去，已经开发了两种策略来克服蛋白质吸附在DMF装置上的挑战：(1)将液滴包封在非导电的、不混溶的液体中，或(2)将添加剂掺杂至含水液滴本身中。在方法(1)中，用低粘度流体(通常为硅油)填充装置；在该构型中(左，图1c)，液滴(其必须与填料不混溶)被膜包封，这防止液滴直接接触疏水表面。例如，通过使用这种方法，Srinivasan等12演示了长达40分钟的成功的全血操作，之后作者观察到该装置的性能下降。
在该方法的另一个变型中，含水液滴被封装在薄油壳中，并在主要充满空气的装置上运输(中间，2图1c)。13这种含水油核-壳构型降低了粘滞曳力，以及消除了将硅油限制在装置中所需的制造和包装。然而，油的使用会给分析应用带来若干缺点。首先，目标分析物(例如蛋白质或小分子)可分配到油相中，这可对测定性能产生不利影响并导致交叉污染。其次，需要与装置表面相互作用的技术，诸如核苷酸杂交或电化学检测，可受到液滴周围的油屏障阻碍。
在用于限制DMF装置中蛋白质吸附效应的第二类技术中，在液滴组成中包含添加剂来防止蛋白质与表面相互作用(右，图1c)。用于防止数字微流体中蛋白质吸附的最公认的添加剂是Pluronics。该线性三嵌段共聚物家族是两亲性的；也就是说，它们由两侧存在两个相对亲水的聚(环氧乙烷)(PEO)链的相对疏水的聚(环氧丙烷)(PPO)链形成(PEO-PPO-PEO)。当溶解在水溶液中时，已知两亲性分子(携带疏水性和亲水性残基)减少蛋白质和细胞对疏水表面的吸附；在许多不同种类的Pluronics中，通过改变PPO和PEO组分的长度来调节该特性。14Pluronic添加剂在DMF的开发中被证明作为防污剂是非常有价值的。例如，在早期报告中，Luk等10证明了对于含有低浓度(0.08％)的Pluronic F127(PEO/PPO/PEO平均链长为100/65/100)的液滴，含有高达50g L-1的BSA的液滴在无油装置中的持续移动。在更系统的研究中，Au等15测试了一系列8种Pluronic表面活性剂用于减少细胞培养基(含有10％牛血清)的液滴在DMF装置上淤积的适用性。与先前的观察一致，14作者观察到具有较长疏水性PPO链的Pluronics在减少液滴移动期间的蛋白质吸附方面更有效。具体而言，具有少于30PPO单位的Pluronic分子(F38、L35和L44)无法移动含有10％胎牛血清的液滴(由于表面淤积)，而具有大于30PPO单位的Pluronic分子(F68、L64、L62、L92和P105)抵抗淤积，并支持数百个液滴操作的运动。
自从这些初步报告以来，在用于DMF的试剂制剂中包含Pluronic添加剂在使用该有前景的技术的全球数百名科学家中已成为几乎普遍的现象。例如，Pluronic L64已广泛用作用于适用DMF的免疫测定(DMF-enabled immunoassay)的防淤积添加剂。不幸的是，Pluronic添加剂技术是不完美的技术，特别是对于含有很高浓度的蛋白质的溶液(如全血)。事实上，尽管对涉及血液的DMF应用非常感兴趣，但没有能够可靠地使每个电极操作血液滴超过1分钟的任何添加剂的报告。16这表明，亲水性高分子添加剂的常规特性(参见美国专利第8,481,125号)对于含有大于50g·L-1蛋白质的溶液(例如，全血)的数字微流体操作是不够的。
发明内容
本文公开了具有独特分子结构的表面活性剂添加剂，其显着改善了在数字微流体芯片上与高蛋白质含量液体(例如，全血)一起工作的能力。本文公开的用于此目的的高效表面活性剂是具有16个环氧乙烷重复单元和18个环氧丙烷重复单元的乙二胺四(乙氧基化合物-嵌段-丙氧基化物)四醇(以其商品名称已知为Tetronic 90R4)，并且发明人的研究已经表明，这种表面活性剂可以防止蛋白质吸附到迄今为止不可能的程度。具体地，该表面活性剂允许每个电极操作未稀释的全血液滴1小时以上(比任何已知添加剂好150倍以上)。处理高蛋白质含量培养基的这种改进将彻底改变数字微流体平台上的基于血液的诊断。具有四个R基团的表面活性剂的其它实施方案通过改变各种基团从该表面活性剂衍生而来。另外，本文公开了具有多于4个R基团的表面活性剂。
在一个实施方案中，提供了在处理含有蛋白质的流体的同时防止数字微流体电极淤积的方法，其包括：
在含蛋白质的流体中混合或溶解乙二胺四(乙氧基化合物-嵌段-丙氧基化物)四醇，使得乙二胺四(乙氧基化物-嵌段-丙氧基化物)四醇以约0.02％至0.4％wt:wt的量存在。
还提供了具有驱动电极阵列的数字微流体装置，其包含：
一个或多个驱动电极，其通过简单的非特异性干燥或通过共价连接而涂覆有乙二胺四(乙氧基化物-嵌段-丙氧基化物)四醇。
通过参考以下详细描述和附图，可实现对本公开的功能和有利方面的进一步理解。
附图说明
现将参考附图仅通过举例的方式描述实施方案，其中：
图1显示标准DMF装置，其中(a)是显示双板DMF装置的示意图的顶视图(左手侧)和侧视图(右手侧)；
(b)是预先编程的电压序列(左手侧)和来自视频的相应帧(右手侧)的图示，其描绘了从储库计量液滴；和
(c)说明了用于防止DMF中蛋白质吸附的常规方法包括具有可混溶添加剂的充油构型(左)、核-壳构型(中)和无油构型(右)。
图2显示“标准”Tetronic(Tetronic1107(顶部))和“反向”Tetronic(其化学名称为乙二胺四(乙氧基化物-嵌段-丙氧基化物)四醇的Tetronic 90R4(底部))的化学结构和分子量(MW)。
图3A显示左手侧的乙二胺四(乙氧基化物-嵌段-丙氧基化物)四醇的分子式，右手侧显示的R基团是x环氧乙烷重复单元和y环氧丙烷重复单元，其中x为在约4至约32的范围内的整数，并且y为在约2至约36的范围内的整数；
图3B1显示左手侧的另一分子的分子式，其可用于替代图3A的分子式，其中四个R基团与图3A的式中的相同，并且X和Y可以是右手侧显示的标记为I至IX的组中的任一个；
图3B2显示左手侧的另一分子的分子式，其可用于替代图3A的分子式，其中四个R基团与图3A的式中的相同，并且X可以是右手侧显示的标记为i至v的组中的任一个；
图3B3显示可用于替代图3A的分子式的另一分子的分子式，其中四个R基团与图3A的式中的相同，其中四个R基团与图3A中的相同；
图3B4显示可用于替代图3A的分子式的另一分子的分子式，其中四个R基团与图3A中的相同；
图3C1显示可用于替代图3A的分子式的另一分子的分子式，其中六个R基团与图3A中的相同，并且X、Y和Z可以是图3B1中右手侧显示的标记为I至IX的组中的至少一个；
图3C2显示可用于替代图3A的分子式的另一分子的分子式，其中六个R基团与图3A中的相同；
图4显示补充有0.1％Tetronic 90R4(a)或0.1％Pluronic L64(b)的全血液滴移动的代表性速度分布。将实验数据绘制为灰点；对数据的指数性拟合显示为虚线。
图5显示0.1mg/mL的于具有不同浓度的十二烷基硫酸钠(SDS)(a)或Tetronic90R4(b)的pH 8.0缓冲液中的BSA的圆二色(CD)光谱数据。CD的分辨率为±0.1度。
图6显示从补充有各种浓度的Tetronic 90R4的全血中提取的血浆的吸光度的柱状图(n＝3；误差条代表+/-1S.D.)。虚线表示仅用媒介物稀释的血液(无溶血)的吸光度，实线表示用1％SDS稀释的血液(溶血)的吸光度。
具体实施方式
将参考下面讨论的细节描述本公开的各种实施方案和方面。以下描述和附图是对本公开的说明，而不应被解释为限制本公开。附图未按比例绘制。描述了许多具体细节以提供对本公开的各种实施方案的透彻理解。然而，在某些情况下，没有描述公知的或常规的细节以便提供对本公开的实施方案的简明论述。
如本文中所用，术语“包括”和“包含”应被解释为包含性和开放性的，而不是排它性的。具体而言，当在说明书和权利要求中使用时，“包括”和“包含”及其变型意味着包括指定的特征、步骤或组件。这些术语不应被解释为排除其它特征、步骤或组件的存在。
如本文中所使用的，术语“示例性”意味着“用作示例、实例或说明”，并且不应被解释为比本文公开的其它配置更优选或更具优势。
如本文中所用，术语“约”和“大致”旨在涵盖可存在于值范围的上限和下限中的变化，诸如性质、参数和尺寸的变化。在一个非限制性实例中，术语“约”和“大致”表示加或减10％或更少。
除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语旨在具有与本领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。
已经发现，具有16个环氧乙烷重复单元和18个环氧丙烷重复单元的表面活性剂乙二胺四(乙氧基化合物-嵌段-丙氧基化合物)四醇(称为Tetronic 90R4)，允许每个电极操作未稀释的全血液滴1小时以上(比任何已知添加剂好150倍以上)。Tetronic 90R4对DMF液滴驱动的作用的此令人惊讶的发现源于本发明人寻求Pluronics家族(线性三嵌段共聚物)的替代品作为添加剂以防止生物淤积(由与全血液滴一起工作的愿望推动)。该寻求使得发明人研究了具有不同分子结构的两亲表面活性剂的家族(称为Tetronics)。Tetronics被广泛用作工业应用中的消泡剂、润湿剂、分散剂、增稠剂和破乳剂。17大多数Tetronics是“X”形支链嵌段共聚物，其具有与中心乙二胺接头结合的四个PPO-PEO“臂”(图2，顶部是该家族的典型成员的一个实例Tetronic 1107)。因此，类似于Pluronics，Tetronics具有两侧存在相对亲水性链的相对疏水性核心。
在最初的工作中，本发明人筛选了商购可得的Tetronics的整个家族(即，Tetronics 1107、1301、1304、1307、150R1、304、701、901、904、908、90R4)的减少通过数字微流体操作的液滴中的蛋白质吸附的能力。令人惊讶的是，在这些初步测试中，后一种分子Tetronic 90R4(T90R4)是Tetronics家族中被观察到比Pluronic添加剂性能更好(更加标准得多)的唯一成员。有趣的是，T90R4是Tetronics的“反向”变体，其中疏水性PPO嵌段位于两侧，PEO嵌段位于核心(图2，底部)。17
多种Pluronic变体已被证明可有效降低蛋白质吸附到疏水表面的速度，从而有助于在DMF装置上处理富含蛋白质的溶液。这些分子共有相似的结构，但相异在于它们的PEO和/或PPO链的长度。类似地，本发明人预期其它Tetronic变体(特别是具有与T90R4相似的PEO/PPO链长的反向变体)也将是有效的防污剂。
乙二胺四(乙氧基化物-嵌段-丙氧基化物)四醇的分子通式示于图3a中，而T90R4具有x＝16和y＝18，预期该结构的变体将表现出与T90R4类似的一些功效。例如，x是整数，可在约4至约32的范围内，并且y是整数，可在约2至约36的范围内(图3a)。同样，x可在约8至约24的范围内，并且y可在约8至约30的范围内。同样，x可在约12至约20的范围内，并且y可在约12至约24的范围内。此外，x也可在约14至约18的范围内，并且y可在约16至约20的范围内。
还应理解，中心乙二胺接头可被其它合适的接头替代或取代，非限制性实例示于图3B1中。尽管T90R4中的接头相对于长的两亲性PEO/PPO侧链而言较小(短)，但其刚度可决定侧链的柔韧性，从而影响防污性能的效力。一些潜在的替代接头包括但不限于：(1)不同长度的饱和(即，没有双键)线性碳-氢链(图3B1(结构I)，例如甲基、乙基、丙基、丁基，戊基)，在该情况下，在任一端的碳桥接至分子的四个支腿，(2)具有一个或多个串联的氨基(图3B1结构II)的上述线性碳-氢链中的任何线性碳-氢链，(3)具有一个或多个串联的醚基团(-C-O-C-)(图3B1结构III)的上述线性碳-氢链中的任何线性碳-氢链，(4)具有一个或多个串联的酮基团(-CO-C-)(图3B1结构IV)的上述线性碳-氢链中的任何线性碳-氢链，(5)具有一个或多个串联的酯基团(图3B1结构V)(-CO-O-C-)的上述线性碳-氢链中的任何线性碳-氢链，(6)具有一个或多个串联的酰胺基团(-CO-NH-)(图3B1结构VI)的上述线性碳-氢链中的任何线性碳-氢链，(7)具有一个或多个串联的二硫基团(-S-S-)(图3B1结构VII)的上述线性碳-氢链中的任何线性碳-氢链，(8)具有一个或多个串联的酸酐基团(-CO-O-CO-)(图3B1结构VIII)的上述线性碳-氢链中的任何线性碳-氢链，(9)具有一个或多个串联的双键(-C＝C-，图3B1结构IX)的上述线性碳-氢链中的任何线性碳-氢链，(10)其中氢被其它侧基诸如氟、氯、硫酸根和磷酸根(图3B2结构i-v)替代的上述线性碳-氢链中的任何线性碳-氢链，(11)1,2,4,5-苯四甲醇(图3C1)，(12)2,2-双(羟甲基)1,3-丙二醇(图3C2)。
尽管上面在图3A、3B1、3B2、2B3和3B4中使用了四(4)个细长臂(PEO和PPO)，但还应当理解，还可将超过四(4)个臂与适当的中心接头一起使用。例如，连接到图3B1中所示的接头中的任何三(3)个的中心胺，在这种情况下，三个末端处的碳桥连到总共六(6)个臂，非限制性实例示于图3C1中。其它变体可包括其中氢被图3B2中所示的其它侧基替代的PEO/PPO臂，并且连接多达六(6)个臂的硅氧烷核示于图3C2中。
虽然将表面活性剂添加到含蛋白质溶液中的最常用方法包括简单地混合试剂(或溶解表面活性剂-添加剂)，然后将它们加载到DMF芯片上，但可使用几种替代方法来替代。这些方法包括但不限于将本发明公开的表面活性剂预干燥到DMF装置表面上，以预定的点涂覆或在整个装置表面上涂覆，使得当液体与干燥的表面活性剂接触时，其变为溶解的。此类方法对于生产支持直接(例如，从手指针刺)添加生物样品而无需任何额外的样品处理的DMF芯片特别有吸引力。
在Tetronic 90R4与Pluronic L64(通常用于数字微流体免疫测定中的表面活性剂)的头对头比较中，18本发明人测试了它们在涂覆有Teflon-Parylene C的数字微流体装置上操作绵羊全血-EDTA(补充有1％的T90R4或L64)的液滴的能力(图4)。在每个实验中，施加20μN-mm-1的力以在一对电极之间移动1μL液滴长达40分钟(相当于每个电极20分钟)。在每个实验期间，液滴的速度通过阻抗跟踪来监测。19正如预期的那样(根据之前的经验)，补充L64的血液液滴只能在装置不可逆地被淤积之前移动一小段时间。相反，补充T90R4的液滴能够完成完整的实验。用衰减指数函数外推速度分布图并将tL(装置寿命)定义为液滴速度(dx/dt)下降到1mm·s-1时的时间，本发明人观察到T90R4的装置寿命为L64的～150倍长(60.4分钟对比0.4分钟)。这是一个非凡的结果，代表了能够在全血中实现免疫测定(对于补充有Tetronic 90R4的液滴)或不能在全血中实现免疫测定(对于补充有Pluronic L64的液滴)之间的差异，这是对美国专利第8,481,125号的教导的重大飞跃。
在正在进行的实验中，如图4所示的趋势已多次重现(数据未显示)，其中含有高蛋白质浓度的水溶液的液滴在补充有Tetronic 90R4时可长时间移动，但在补充有各种Pluronics或其它(非“反向”或“标准”)Tetronics时不可移动(或仅可移动非常短的时间)。本发明人提出该方法对于增加针对任何富含蛋白质的溶液(包括(但不限于)全血、血清、血浆、细胞培养基、组织提取物、唾液、脑脊髓液、羊水、汗液、眼泪、皮脂、尿液等)的装置寿命是非常有价值的。
因此，不受任何理论束缚，本发明人假设两种一般现象可能涉及生物淤积的减少。首先(1)，T90R4单聚体被认为通过与蛋白质分子的复合(作为胶束或仅通过一种或多种表面活性剂分子与蛋白质分子的相互作用)来减少蛋白质至装置表面的吸附，使得蛋白质分子变得“被涂覆”，因而不能吸附到表面上。第二(2)，T90R4单聚体被认为通过在界面处形成连续的吸附层，从而“屏蔽”表面与溶液中的蛋白质分子的接触来减少蛋白质至装置表面的吸附。本发明人收集了两个数据集(在以下段落中概述)，表明现象2(即在界面处屏蔽)在减少生物淤积方面可能是主要贡献者。
在第一数据集中，本发明人观察到蛋白质的分子排列由于T90R4的存在而未改变，表明现象1(即表面活性剂-蛋白质复合)不可能。表面活性剂-蛋白质复合通常与蛋白质的分子重排(即蛋白质构象的变化)相关。例如，当将蛋白质牛血清白蛋白(BSA)与表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)混合时，已知这两种物质形成分子复合物，这导致BSA构象的变化。可以使用如图5所示的圆二色性(CD)实验探测蛋白质构象变化。在图5a中，0.1g L-1BSA(无SDS)的光谱具有与和1mM、2mM、2.5mM、4mM或6mM SDS混合的0.1g·L-1BSA的光谱明显不同的CD光谱[注意，该浓度范围被选择来分别扩展至高于和低于针对于含有BSA的PBS中的SDS的临界聚集浓度(CAC)和临界胶束浓度(CMC)]。相反，在图5b中，0.1mg/mL BSA(不含T90R4)的光谱具有与从与0.0005％、0.001％、0.01％、0.1％或1％T90R4(w/vol)混合的0.1mg/mLBSA产生的光谱几乎相同的CD光谱(注意，该浓度范围被选择来分别扩展至高于和低于针对于含有BSA的PBS中的T90R4的CAC和CMC)。这些数据表明BSA与T90R4之间没有复合，或者如果存在，则蛋白质确认不受影响。
在第二数据集中，本发明人观察到表面活性剂与蛋白质的低摩尔比率(小于1:10)足以防污，并且保持恒定的比率在数字微流体中不产生相同的液滴运动性能，再次表明现象1(表面活性剂-蛋白质复合)不可能。如果通过与表面活性剂分子形成复合物来防止蛋白质分子吸附到装置表面，那么可首先预期两个种类的摩尔比为至少1:1(表面活性剂：蛋白质)。在该情况下，可进一步推测，如果给定的比率被确定来减少淤积，即使种类的绝对浓度发生变化，该比率也会具有类似的影响(例如，10mM表面活性剂和1mM蛋白质应该与100mM表面活性剂和10mM蛋白质表现相同)。在DMF装置上进行液滴操作的初步实验不支持这种想法。[在该研究中，“运动”代表减少的淤积，因为已知液滴容易移动穿过原始的Teflon-AF表面。同样地，“无运动”代表增加的淤积，因为已知液滴“粘附”在已被吸附的蛋白质淤积的表面上。同样地，为了确保观察到至少一个“无运动”结果，T90R4的浓度经选择为移动全血所需的浓度(0.1％wt/vol)的至多1/10]。如表1中所示，评估由T90R4和BSA(以不同浓度)的五种不同组合形成的液滴在DMF装置上以1mm/s移动的能力。有趣地，具有为1:22.4的相同摩尔比的三种条件产生了不同的结果。最重要的是，尽管所有这些条件都具有远低于1:1(表面活性剂：蛋白质)的摩尔比，但其中两种条件导致稳固的液滴移动。
表1：DM装置上液滴运动实验的结果。
Figure GDA0001894024330000121
基于上述数据，本发明人假设T90R4主要通过在界面处形成连续的屏蔽层来减少表面淤积，并且两个特性(在以下段落中概述的)对于T90R4变体的优异性能是必需的。似乎可能的是，这两种特性的组合结合起来在液体/表面界面处产生PEO/PPO嵌段共聚物链的独特结构化3D组织，并且该结构在防止蛋白质与疏水表面的相互作用方面特别有效。
因此，不受任何理论束缚，本发明人假设对于Tetronic 90R4观察到的独特性质与其以下分子结构相关：(1)其X-结构(T90R4优于所有已知的Pluronic变体，其具有线性三嵌段结构)，和(2)PEO和PPO嵌段的相对位置(反向变体T90R4(其中PPO嵌段在PEO嵌段侧面)具有远优于普通T904变体的性能)。据信T90R4的该“反向”取向可能允许分子在固-液界面处形成高度有序的层。这些表面活性剂分子在液体/表面界面处的结构组织似乎对防止蛋白质与疏水表面相互作用特别有效。因此，似乎可能的是，这两个特性的组合结合起来在液体/表面界面处产生PEO/PPO嵌段共聚物链的独特结构化3D组织，并且该结构在防止蛋白质与疏水表面的相互作用方面特别有效。
因为只有两种商购可得的“反向”变体(Tetronic 90R4和150R1)，所以很难预测T90R4是否代表了防止蛋白质吸附的全局最优结果；然而，应预期，如果要合成70R4、110R4、90R3或90R5变体，则它们可实现相似或更好的性能。
虽然在将液体加载到DMF装置上之前通常将0.01％w/v至0.2％w/v的T90R4添加到含蛋白质的液体中，但应当理解，通常，较高浓度的表面活性剂将进一步降低蛋白质吸附速率(从而延长装置寿命)，但如果浓度太高，其可在全血的情况下导致溶血(血细胞的裂解)或在细胞生长培养基的情况下导致细胞毒性。为方便起见，还可将表面活性剂预先干燥到DMF芯片上，使得表面活性剂一旦被加载到芯片上，其就在样品中自动复原。
值得注意的是，基于血液的诊断的一个重要问题是全血样本的溶血。溶血通常是不期望的，因为该全血样品否则释放被包含的可干扰临床测定的细胞内成分。因此，本发明人通过以各种T90R4终浓度将含有Tetronic 90R4的磷酸盐缓冲盐水(PBS)与绵羊全血(含有1:8的T90R4:血液的PBS)混合来测试该效果。在将这些混合物在室温下孵育1小时后，通过离心(500g/5分钟)提取血浆，且通过测量630nm处的血浆吸光度测定释放的高铁血红蛋白。如图6中所示，对于补充有<0.4％Tetronic 90R4的样品，未观察到明显的溶血。这证实了Tetronic 90R4作为与全血中的非溶血测定相容的适合性。
因此，综上所述，已表明包含乙二胺四(乙氧基化物-嵌段-丙氧基化物)四醇(Tetronic 90R4)作为添加剂(或将其预涂覆在表面上)是非常有利的，因为这使得能够操作高蛋白质含量的溶液(例如，全血)，否则所述高蛋白质含量的溶液不可能移动超过几秒钟。该表面活性剂的使用起到针对所有含蛋白质溶液延长DMF装置寿命的作用，并且预期该表面活性剂可用于在其它系统(例如，通道和/或2-相微流体)中减少生物淤积。
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Claims (19)

1.一种在处理含有蛋白质的流体的同时防止数字微流体电极淤积的方法，所述方法包括：
在所述流体中混合或溶解具有16个环氧乙烷重复单元和18个环氧丙烷重复单元的乙二胺四(乙氧基化物-嵌段-丙氧基化物)四醇。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述乙二胺四(乙氧基化物-嵌段-丙氧基化物)四醇以至少0.02％wt:wt的量存在。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述流体是血液，并且其中所述乙二胺四(乙氧基化物-嵌段-丙氧基化物)四醇以约0.02％wt:wt至约0.4％wt:wt的范围存在，高于该范围则发生溶血。
4.一种在处理含有蛋白质的流体的同时防止数字微流体装置中的数字微流体驱动电极淤积的方法，所述方法包括：
用预干燥的具有16个环氧乙烷重复单元和18个环氧丙烷重复单元的乙二胺四(乙氧基化物-嵌段-丙氧基化物)四醇以预定的点或在整个装置表面上涂覆而涂覆一个或多个驱动电极，使得当液滴与干燥的表面活性剂接触时，其变为溶解的，使得所述乙二胺四(乙氧基化物-嵌段-丙氧基化物)四醇以至少0.02％wt:wt的量存在于所述液滴中。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述流体是血液，并且其中所述乙二胺四(乙氧基化物-嵌段-丙氧基化物)四醇以约0.02％wt:wt至约0.4％wt:wt的范围存在，高于该范围则发生溶血。
6.一种具有驱动电极的阵列的数字微流体装置，所述数字微流体装置包括：
一个或多个所述驱动电极，所述驱动电极涂覆有预干燥的具有16个环氧乙烷重复单元和18个环氧丙烷重复单元的乙二胺四(乙氧基化物-嵌段-丙氧基化物)四醇。
7.一种在表面上处理含有蛋白质的流体的同时防止所述表面淤积的方法，所述方法包括：
在所述流体中混合或溶解具有16个环氧乙烷重复单元和18个环氧丙烷重复单元的乙二胺四(乙氧基化物-嵌段-丙氧基化物)四醇，使得所述乙二胺四(乙氧基化物-嵌段-丙氧基化物)四醇以至少0.02％wt:wt的量存在。
8.一种在处理含有蛋白质的流体的同时防止数字微流体电极淤积的方法，所述方法包括：
在所述流体中混合或溶解化合物，使得所述化合物具有如下的式
Figure FDA0002299885400000021
其中R为x个环氧乙烷重复单元和y个环氧丙烷重复单元，其中x为在约4至约32的范围内的整数，并且y为在约2至约36的范围内的整数。
9.根据权利要求8所述的方法，其中x为在约8至约24的范围内的整数，并且其中y为在约8至约30的范围内的整数。
10.根据权利要求8所述的方法，其中x在约12至约20的范围内，并且其中y在约12至约24的范围内。
11.根据权利要求8所述的方法，其中x在约14至约18的范围内，并且其中y在约16至约20的范围内。
12.一种在处理含有蛋白质的流体的同时防止数字微流体电极淤积的方法，所述方法包括：
在流体中混合或溶解化合物，使得所述化合物具有如下的式
Figure FDA0002299885400000031
其中n为至少2的整数，其中R是x个环氧乙烷重复单元和y个环氧丙烷重复单元，并且其中x为在约4至约32的范围内的整数，并且y为在约2至约36的范围内的整数，并且其中X和Y是以下基团之一
Figure FDA0002299885400000032
13.根据权利要求8所述的方法，其中n为在2至40的范围内的整数。
14.一种在处理含有蛋白质的流体的同时防止数字微流体电极淤积的方法，所述方法包括：
在流体中混合或溶解化合物，使得所述化合物具有如下的式
Figure FDA0002299885400000041
其中R为x个环氧乙烷重复单元和y个环氧丙烷重复单元，并且其中x为在约4至约32的范围内的整数，并且y为在约2至约36的范围内的整数。
15.一种在处理含有蛋白质的流体的同时防止数字微流体电极淤积的方法，所述方法包括：
在流体中混合或溶解化合物，使得所述化合物具有如下的式
Figure FDA0002299885400000042
其中R是x个环氧乙烷重复单元和y个环氧丙烷重复单元，并且其中x为在约4至约32的范围内的整数，并且y为在约2至约36的范围内的整数。
16.一种在处理含有蛋白质的流体的同时防止数字微流体电极淤积的方法，所述方法包括：
在流体中混合或溶解化合物，使得所述化合物具有如下的式
Figure FDA0002299885400000051
其中n为至少2的整数，其中R为x个环氧乙烷重复单元和y个环氧丙烷重复单元，其中x为在约4至约32的范围内的整数，并且y为在2至约36的范围内的整数，并且其中X是以下中的任一个
Figure FDA0002299885400000052
17.根据权利要求16所述的方法，其中n为在2至40的范围内的整数。
18.一种在处理含有蛋白质的流体的同时防止数字微流体电极淤积的方法，包括：
在流体中混合或溶解化合物，使得所述化合物具有如下的式
Figure FDA0002299885400000061
其中R为x个环氧乙烷重复单元和y个环氧丙烷重复单元，其中x为在约4至约32的范围内的整数，并且y为在约2至约36的范围内的整数，并且其中X、Y和Z为以下中的任何一个
Figure FDA0002299885400000062
19.一种在处理含有蛋白质的流体的同时防止数字微流体电极淤积的方法，所述方法包括：
在流体中混合或溶解化合物，使得所述化合物具有如下的式
Figure FDA0002299885400000071
其中R为x个环氧乙烷重复单元和y个环氧丙烷重复单元，其中x为在约4至约32的范围内的整数，并且y为在约2至约36的范围内的整数。
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