CN1265739A - 用于化学过程的沉积试剂 - Google Patents

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威廉·R·罗奇
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Abstract

一种浮动电极装置(10),包括背板电极(20)、非导电层(30)、屏蔽电极(60)以及浮动电极(70)。

Description

用于化学过程的沉积试剂
本申请要求保护的是按照35U.S.C§119(e)(1)的申请日为1997年7月29日的临时申请60/054,070的权益。
本发明涉及在一固相支持体上可靠并可重复地沉积用于进行化学过程的试剂的方法和由此产生的固相支持体，其中在某些实施方案中，这些试剂在固相支持体上是以图案的形式排列的。本发明进一步提供了控释包囊，这些包囊排列在固相支持体上，用于推迟或控制容器暴露给液体之后包囊的内容物溶解所花费的时间。本发明的方法是利用静电和电场来制备载体和控释包囊的。
在进行临床、法医、环境、研究、质量控制和其它各种测定或化学过程时，经常需要进行大量的平行反应或处理，例如提供许多实验样品和进行对照反应。这些反应或化学过程中的每一种都典型地需要相同的试剂启动。那些在临床或其它科学实验室工作的技术人员将认识到大多数劳动量大的烦琐工作都涉及到建立一个过程。这种烦琐工作也是过程中变异源的首要嫌疑之一。认识到这一点，Eastman-Kodak开发了薄膜形式启动试剂的临床分析器，该薄膜形式的启动试剂是利用与生产照相软片类似的乳化技术制备的。这些分析器现在由Johnson & Johnson临床诊断公司(Raritan，NJ和Rochester，NY)以Vitros牌分析器销售。乳化技术在实施时是复杂的并且不易与试剂形成薄膜，这是因为试剂在用于制备薄膜的湿乳剂中不够稳定或不能充分溶解。另外，该技术只限于将试剂施加于薄膜中，而不太适于将试剂以图案的形式施加于载体的若干分隔开的位置上。
本发明提供了固相支持体，可利用静电或控制场沉积技术以高度的精确性和重复性将用于化学过程的试剂施加到这些载体上。那些在溶液中不稳定的试剂能够通过以下几种方式沉积下来：(a)以干粉的形式，(b)利用限度地暴露给湿的色料载色剂(toner vehicle)或(c)通过选择一种湿的色料载色剂，在该载色剂中试剂更稳定。在任何一种上述的情况下，试剂都是以层压在固相支持体上的非液体(“干燥”)形式储存的。这些沉积方法默许这样两种试剂，即，在被储存于相同载体时，这两种试剂可典型地发生反应或反之彼此不相容。例如，其中的这些试剂不具有显著的蒸汽压，从而可沉积在相同的薄层中，而避免过长时间地暴露给使反应加速的溶液。或者，可应用多个包括若干分开层的复层，以使两种试剂彼此的暴露最小。
本发明还提供了用于试剂或其它化合物的包囊，其中这些试剂或其它化合物被控释层包覆或掺和。在一种应用方式中，这些试剂或其它化合物能够在另外的化合物已经溶解之后再从包囊中释放出来进入液体中。于是，例如第二抗体和检测试剂只有在已经提供了用于支持与第一抗体的结合反应的试剂之后才能被释放出来。或者，在另一个例子中，推迟试剂溶解进入测定过程中的时间，直到经过足够长的时间使实验或对照样品被加入到整个反应容器中为止。发明概述
在一个实施方案中，本发明提供了一种其上干式沉积了第一固相层的固相支持体，该固相层至少包括了在第一溶液中进行的化学过程中所用的第一化合物。本发明默许以下稳定形式，其中第一化合物无论是(i)储存在第一溶液中还是(ii)在具有第一层的一种或多种其它化合物的溶液中都不稳定。
在第二实施方案中，本发明提供了一种适于进行化学测定的孔状盘或盒，至少一个孔(优选的是两个、多个或所有孔)上面沉积有第一固相层，该固相层包括一种或多种用于支持在第一溶液中进行的化学过程的化合物，其中向每一个孔中加入第一液体，以溶解所述的一种或多种化合物。
本发明还提供了一种其上沉积有第一固相层的固相支持体的制备方法，该固相层至少包括了用于在第一溶液中进行化学过程的第一化合物，所述的制备方法包括：
产生用于将具有第一电荷的粒子吸引到固相支持体表面的电磁力，以及
使所述表面与包含第一层材料的带电粒子接触。
该方法可包括：(1)在第一过程中，通过将与第一极性相反的第二极性离子指向所述表面而在表面上产生第二极性电荷来产生电磁力；或者(2)在第二过程中，通过在固相支持体表面产生电场来产生电磁力。在这些方法中，例如通过监测传感电极上的沉积物或者监测光密度或荧光度或所沉积的材料可监测所沉积的材料的量，而这时靶量的沉积物已经开始消除电场或去掉未粘附的带电粒子。
在另一实施方案中，本发明提供了一种其上沉积有第一化合物和延时释放组合物的固相支持体，其中，当固相支持体暴露给可溶解第一化合物的第一液体时，由于延时释放薄层的存在而推迟了第一化合物的溶解。加入到延时释放组合物上的一层材料可包括比第一化合物溶解更快的第二化合物。
在又一实施方案中，本发明提供了一种在盘的若干个孔中进行化学过程的方法，其中指定一个或多个孔来接收能够溶解在第一液体中的样品，该方法包括以下步骤：
(i)提供其中已经沉积有延时释放组合物的若干个孔，该组合物包括可溶解于第一液体中的延迟释放反应试剂，
(ii)将第一液体加入到所有孔中，以及
(iii)例如与步骤(ii)同时或紧随其之后，将样品加入到所指定的孔中，以便在将第一液体加入到孔中之后的一个特定的时间段之前，使每个所指定的孔接收样品，其中延时释放组合物可保证实质上推迟了延迟释放反应试剂溶解到第一液体中，直到特定的时间段之后。或者，该方法可包括：
(a)提供若干个孔，其中延时释放组合物包括可溶解于第一液体中的反应试剂，并且其表面被一个包含有可溶解于第一液体中的早期释放反应试剂的薄层所包覆，以及
(b)向所有孔中加入第一液体并向指定孔中加入样品，其中延时释放组合物确保通过溶解早期释放反应试剂而首先支持第一反应过程的条件，并且实质上推迟释放反应试剂的溶解保证了第二反应过程的条件。
在另一实施方案中，本发明提供了一种在其表面上包括一个若干第一固相层的非重叠图形的固相支持体，其中每个第一固相层包括在溶液中或以汽相形式进行的化学过程中所用的第一化合物。附图的简要说明
图1示出了一种浮动电极装置。
图2示出了材料A和材料B的沉积图形。
图3A和3B显示了孔状盘，在这些孔中有材料沉积其中。
图4示出了一种具有控释性质的基质。定义
为了本申请的目的，下列术语应该具有以下所示的含义。特别是，为了解释权利要求书，这些术语的定义应该控制在此处所出现的其它文献中的相反词义的任何意义之外。●附着(Attached)
对于″attached″、″attachment″、″attaching″以及相关词汇，本申请人意指使化合物结合或吸附到具有足够强度的固相支持体表面上，以便在具有以下这样的前提下在该表面进行液固相化学过程，该前提是化合物将保持结合在固相支持体上或者至少足够量的化合物将保持结合，从而不破坏该过程的意图。例如，化学过程是以表面结合的化合物不会被提取到所接触的液体中为前提的，这是由于，例如，表面结合的化合物不会较好地存在于本化学过程的随后的液相步骤中；然而，化合物被提取到所接触的液体中的有害程度取决于特定的反应方法。类似地，化学过程是以具有足量的表面结合的化合物仍然在产生与表面相关的检测信号时起作用为前提的。在一个优选的实施方案中，至少具有大约10％(更优选的是至少大约20％，还要优选的是至少大约50％，再进一步优选的是至少大约80％，还要进一步优选的是至少大约95％)的化合物在化学反应之后仍然结合在表面上。在一个特别优选的实施方案中，有超过约99％的表面结合的化合物在化学过程之后仍然结合在表面上。●干式沉积(Dry deposited)
材料如果在没有被加入到液体载色剂中的情况下而发生沉积，则称作“干式沉积”。●共价附着化合物的命名原则
其中，化合物借助共价键附着到固相支持体上，这种结合实际上意指最初沉积的化合物与最后附着到载体上的化合物从严格的化学意义上讲是不同的。然而，为了本申请的目的，所沉积的化合物与以共价附着到固相支持体上而形成的衍生物是充分一样的，特别是感兴趣的化合物的性质保持为附着到固相支持体上的形式。●核酸
用于本发明的核酸序列优选的是脱氧核糖核酸。然而，也可以是核糖核酸序列或核酸类似物，设计保持核酸的氢键以及碱基配对性质的有意义的化合物，但是在例如对核酸酶的敏感性方面却与天然核酸不同。●实质上推迟
“实质上推迟”溶解到第二液体中意指充分延迟，从而只要在一特定的时间段之前将样品加入到给定的孔(反应容器)中，对时间敏感的测试方法就可以基于第一液体加入到孔中的时刻而不是在样品加入的时刻进行。发明的详细描述
化学、生物化学和分子生物学反应都需要加入许多试剂组分。这些试剂可以包括酶、缓冲剂、盐、有机和无机化合物以及大分子。当试剂以液体的形式存在时，这些试剂的最优化混合物配方是有吸引力的。许多试剂在所要求的浓度下是不相容的。而且，混合物的稳定性以及储存要求又强制要求了其它一些条件。
目前，都要求过程的使用者将试剂的储存溶液等分到许多测定管瓶中。这个过程是费力的或者需要昂贵的自动化设备，并且容易出现误差。1.静电和受控的电场沉积
在静电沉积方法中，基质被充分电分离，从而静电荷能够聚集到基质上。聚集电荷的一种方式是利用光电效应的优势。在这种方法中，将基质暴露到对来自基质表面的条电荷(strip charges)(特别是电子)有效的电磁辐射中。其它方法包括摩擦生电、等离子处理、感应充电和电晕充电。在一个更优选的方法中，使离子发射器定向于在其上欲产生电荷的表面并运行起来。这些可控制地静电沉积带电材料(例如粉末)的离子印片(ion printing)的方法详细地记载在申请号为08/471,889(申请日：1995年6月6日)、08/659,501(申请日：1996年6月6日)和08/733,525(申请日：1996年10月18日)的美国专利申请中，这些文献在此全部作为参考文献。
应该注意到，沉积材料的带电粒子的平均荷质比例是已知的，有效沉积的粒子的质量可根据预先聚集在基质上的电荷量而相对精确地预测出来。特别是，对于所给出的基质类型，可编辑校准数据库。对于所施用的离子的给定的平均荷质比，可校准所聚集的电荷与沉积质量在一系列给定的材料和充电条件方面的关系。在生产规程中，利用诸如1996年6月10日提出的美国专利申请08/661,211和08/661,210中所述的测速仪和改进的石英晶体监测器可监测粒子的平均荷质比。这些文献在此全部作为参考文献。该直观的荷质监测器通过将电压施加到晶体(例如石英晶体)上而获得振动频率、监测当暴露给带电粒子时振动频率的变化以及使这些变化与撞击监测器的粒子质量相关来起作用。另一荷质监测器利用C.B.Schein和J.Cranch在J.Applied Phys.46：5140,1975中所述的罐笼排出方法(cage blowoff method)。由于使用了一个或多个荷质监测器，反馈回路可并入沉积装置的电控制中。在一个优选的实施方案中，使荷质监测器定位以便取样于源极(例如以下所述的源极装置)处的粒子荷质并使电荷监测器(例如用于测定带电粒子沉积物所产生的电流的装置)定位在沉积物部位的附近。在这两个部位所产生的取样值提供了沉积装置运作的诊断数据。
也可以利用许多其它方法来监测沉积在固相支持体上的材料的量。例如，光学方法能够包括利用具有宽或窄谱带宽度的激光或非准直光测定反射度、透射性或荧光度。还可利用其它定向电磁能，例如利用X射线吸收或荧光或微波吸收。可利用调谐电路来监测这样一个端点(endpoint)，即在该端点，沉积材料与能源(例如微波能源)产生共振。还可利用声吸收，其中优选的声源是超声源。另一典型的测试方法利用了表面光度计，它是一种激光装置，该装置测定被具有沉积材料的表面偏转的光束的量从而测定所沉积的材料的深度。其它电学方法包括测定与固相支持体有关的导电材料(例如掺和到固相支持体中的导电材料或其附近定位有固相支持体的导电材料)和另一导体之间的电容值，其中所沉积的材料位于两个导体之间。
可监测或控制各种其它因素从而增大由带电的沉积材料源极产生的荷质比的可重复性。例如，控制局部环境的湿度、需要沉积的材料中所结合的溶剂的性质和含量、需要沉积的材料的纯度、以及在摩擦充电过程中生效的摩擦速度是重要的。
将带电的沉积材料吸引到表面上的另一方法业已定义为“控制场沉积”，该方法特别牵涉到将一个电位施加到一个电极上，它直接或间接导致在将沉积有带电材料的表面上形成引力电场。例如，基质在沉积表面之下定位有电导体，并且施加到导体上的电位导致在表面上形成引力场。由于基质表面与导体之间的间隙相当小，因此一旦外部电位不再施加到导体上，沉积材料的电荷就会导致导体中的电荷的重新分布，从而在沉积材料与导体之间形成了静电″析象″力(electrostatic″image″force)，借此有助于稳定沉积材料对表面的粘附性。
其它产生电场的装置的例子包括利用“浮动电极”。浮动电极是一种由于浮动电极中电荷的重新分布而产生了局部场的电极，它是例如通过在一个或多个邻近的偏压电极两端施加电压而产生的。这样，例如，如图1所示，浮动电极装置10具有底板电极20、非导电层30、屏蔽电极60和浮动电极70。在这个图示的浮动电极中，在底板电极和屏蔽电极(这两个电极作为偏斜电极)两端施加的偏置电位引起浮动电极中的电荷的重新分布，从而在浮动电极中产生带电粒子引力场。关于浮动电极的其它描述以及用于受控场沉积的其它形式的产生电场的装置都记载在1996年6月10日提出的申请号为08/661,210的美国专利申请中，在此全部作为参考文献。浮动电极装置的优点是由于浮动电极中所产生的电磁场而将有效粘附的带电粒子的量取决于偏置电位的大小(对于更直接的产生电磁场的装置，只要电位施加在其上，沉积就会基本连续地进行)。
用于受控场沉积的产生电场的装置被设计成以下两种方式：(a)直接将沉积材料施加到合并有电极以便产生电场的装置上，或(b)与静电吸盘(例如场应用结构)一起使用，该吸盘与其上将施加有沉积材料的基质结合起来运作。在前一种(a)情形中，一般希望用于生产电极的敷金属法易受批量生产工艺的影响。例如，利用平版印刷技术产生敷金属，在该技术中，需要或者通过将金属层粘附或熔融到基质上而形成细微的图形电极。在(b)设计中，静电吸盘一般对将基质静电粘附到吸盘上是有效的。基质对吸盘的这种粘附性并不取决于所用的在基质上产生电荷的任何方法，而是由于响应静电吸盘产生的电场而使电荷在基质中重新分配的结果。于是，基质上的电荷能有效地用于增强静电粘附性。第三种选择是将基质设计成与提供电极的设备反向耦合，从而使基质与耦合设备形成了一个产生电场的装置。在这种方式中，决定生产成本的电极结构与其上沉积有进行化学过程的试剂的消耗品是分开的。除了以上所述的文献之外，有关电极结构和静电吸盘的其它资料可在1996年4月9日提出的申请号为08/630,012的美国专利申请中找到，此文献在此全部作为参考文献。
诸如利用等离子处理、辐射处理(包括用适当的高能电磁辐射来处理)或离子轰击可产生施加于基质上的粒子的电荷。然而，更优选的是，通过摩擦生电产生电荷，其中两种具有不同摩擦电常数的材料相互摩擦并在彼此之间迁移电荷。摩擦生电比大多数产生电荷的方法更优选，这是因为它使粒子暴露给极少量的反应加速能，从而摩擦生电方法极少会使化合物发生降解。可用于摩擦生电的材料的例子有聚四氟乙烯(″TEFLON″)和三氟氯乙烯、氯化丙烯、氯乙烯、氯化乙醚、4-氯苯乙烯、4-氯-4-甲氧基-苯乙烯、砜、表氯醇、苯乙烯、乙烯、碳酸酯、乙烯-醋酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、乙酸乙烯酯、乙烯基丁醛(vinyl butyral)、2-乙烯基吡啶苯乙烯、尼龙以及环氧乙烷的聚合物。例如，参见K.C.Frisch和A.Patsis在″聚合物的电学性质(Electrical Properties ofPolymers)″(Technomic Publications，Westport，CT)上的题目为“聚合物的摩擦起电”这篇文章，此文章在此全文作为参考文献。例如，聚四氟乙烯和聚乙烯以及其它带负电荷的材料一般将在物体上产生正电荷。尼龙和其它带正电荷的材料一般将在物体上产生负电荷。摩擦生电和用于分配带电粒子的设备记载在申请号为08/659,501(1996年6月6日提出)和08/661,211(1996年6月10日提出)的美国专利申请中。特别是，申请号为08/661,211的美国专利申请描述了一种利用振动能和选通电场来分配用于沉积在基质上的带电粒子的声分配器，该文献在此全文作为参考文献。
在一些实施方案中，带电粒子可由湿的色料组成，其中使液体材料粒子或具有悬浮固体的液体材料粒子充电。诸如通过在形成粒子的那一刻进行摩擦生电、利用固体粒子和这些粒子之间的接触电位差、或者利用表面处理物质(例如表面活性剂)改进电位差可给液体粒子充电(参见L.B.Schein，″电子照相术和显影物理学(Electrophotography andDevelopment Physics)″，Laplacian Press，1996，p.227)。通常，受欢迎的是干式沉积材料，这可以避免化学物质的溶解性和稳定性的问题。然而，另一方面，液相沉积物通常也是实用的，特别是在使用警戒程序(例如限制暴露给液相的时间以及选择合适的载体溶剂)的情况下。例如，液相分布是有用的，在此待沉积的材料不易转化成可沉积的干燥形式，或者未沉积的干式形式没有保持诸如生物活性这样的活性。2.图案形式的沉积物和多余粒子的消除
可利用静电或受控场沉积方法将材料的图案施加到基质上。例如，可在基质100上形成沉积材料A和沉积材料B的图形(如图2所示)。在本发明的一些实施方案中，沉积图案是高度密集的，例如每平方英寸有300、600或更多的点(dpi)。在优选的实施方案中，沉积物之间的间隙至少大约为5μm，而沉积物的宽度至少大约为10μm。
沉积过程之后，在一些实施方案中需要除去未粘附的粒子。这个消除过程在将两个分开的沉积材料图案施加到基质上的实施方案中尤为重要，这是因为在随后沉积有材料B的部位可能会发现有多余的材料A。除去这些未粘附的“背景”粒子的方法包括冲洗法(例如利用特别不导电并且不增溶的溶剂轻微冲洗)、吹拂法(例如利用惰性气体轻吹)、摇动法或者应用电子刷(electronic brush)。电子刷是任何经校准或可校准并定位以便施加一个在粒子上产生力的电场的设备，其中可机械或电子操纵电场和所产生的力，来便除去未粘附的带电粒子。
再参照图2，例如假设利用离子印片调理基质100，以便使“A”位置带有负电荷。施加了材料A的带正电荷的粒子之后，未粘附的那些粒子被除去了。然后利用离子印片调理“B”位置并施加材料B的适宜的带电粒子。正如以下所要进一步讨论的，可以将其它层施加到含有惰性物质(对于基质的作用是惰性的)的基质上，并且这些其它层通常可以被施加，而不需要图形形式的沉积，或者，用降低对沉积量的精确测量的要求来沉积。因此，经常利用静电或受控场沉积之外的方法施加这些层。例如，在A材料沉积之后，用一层材料涂覆基质，从而形成一个隔离层，然后利用离子印片使隔离材料的顶层处于良好状态以接收材料B。3.避免基质的过度吸附
在这种情形中，沉积是在基质材料(例如在基质随后将要面对的液体中是不溶的)上直接进行的，至少希望一定量的沉积材料附着到基质材料上。这种作用随着基质材料对出现于沉积材料中的物质的附着程度的变化而变化。在许多例子中，被附着的材料的量与随后在化学反应过程中溶解的材料的量相比是较少的，并且所附着的百分量是完全可重复的，从而其对随后的化学反应的实际影响可忽略不计。然而，通过用可溶性材料涂覆基质，然后再将沉积材料施加到这个初始涂层上还可将这些吸附作用减到最小。
在其它另外两个专利申请中(与本母案同时申请并在同时申请)，申请人描述了利用静电和受控场沉积产生一定量的附着材料的方法。参见Loewy等人的题目为“具有附着化合物的固相支持体”的共同待审理的专利申请(文档号SAR 12487)，在此全文作为参考文献。在某些实施方案中，需要使某些化合物附着到基质上，而其它可存在于覆盖涂层中的化合物以可溶解的形式被施加。例如，反应盘中的每个孔的底面可以附着有与测定有关的大分子(例如抗体、其它受体分子或核酸探针)。至少有关大分子的过程的第一步骤所必须的混合试剂也被施加到孔的表面上，使得增溶液体的加入就会使测试开始进行。4.载体、容器以及孔状盘
载体可以是具有一定刚性的固体例如玻璃、瓷器、硅胶、塑料等。载体也可以是柔性材料，例如塑料或其它合成材料、天然聚合物材料或其衍生物(例如纤维素或丝织品)等等。在某些实施方案中，载体是刚硬或柔韧的多孔材料，例如烧结玻璃、包括机织织物的经纬交织的纤维、以及诸如此类。在某些实施方案中，固相支持体是多孔的珠或小丸。在一固相支持体是多孔材料的实施方案中，载体材料在沉积物之间熔融。在这种情况下，基质上具有沉积物的部位是多孔的，但在两个沉积物区间之间的部位却是无孔的。因此基质具有使液体流过基质的限定通道。
其上沉积有试剂的基质能够构成要进行化学过程的容器的一部分。特别是，基质是诸如利用塑料的模压方法或在各种材料上利用蚀刻或激光钻孔技术制成的孔状盘(例如参见1996年4月9日提出的申请号为08/630,018的美国专利申请，在此一并作为参考文献)。这种容器能够具有相关的若干导电层，这些导电层能形成用于控制场沉积的电极(其中导电层例如可与提供电位的电线相耦合)或提供一个支持有助于保留带电粒子的析像力的导电层。例如，图3A和3B示出了分别包括孔202和212的基质201和211。在孔202和212中分别沉积有沉积物204和214。在图3B中，沉积物214位于孔212底部的凹陷处(未标号)。孔202和212的下面分别是导电层203和213，这些导电层可支持用于保留带电粒子的析像力。沉积物214由两层组成(正如以颜色明暗不同示出的两层)。
在本发明的一个实施方案中，以小丸的形式或其它被加入到要进行化学过程的部位的载体的形式将载体试剂加入到要进行化学过程的部位。例如，向许多容器的每一个中加入小丸，并且液体和样品材料的加入启动了化学过程。在这种情况下，选择其上沉积有试剂的初始基质以便在沉积过程之后由此构造出这些小丸(或其它载体)。另外，初始基质可是一层能够被切成小丸或其它载体的材料。5.实施涂覆层的可供选择的方法
不用静电或受控场沉积可将其它层施加到基质上。例如，可利用喷射、刷拂、浸渍等技术施加干燥或更优选的是溶解在或悬浮于挥发性载体中的涂覆材料。对于干粉沉积，经常需要机械刮擦所施加的材料的顶部，以便确保所施加的材料具有均匀的厚度。涂覆材料例如可含有诸如聚乙二醇这样的低熔点聚合物，它们可以用温热熔融以便更强地使所施加的涂覆材料层粘附到基质上。或者，也可以例如用中间粘合剂(在此，该材料是适宜的)或熔融粘附来施加材料片。熔融粘附技术包括热熔融、超声熔融、激光熔融、压力熔融等。
在一些实施方案中，其它层可溶于参与随后的化学过程的液体中。6.受控释放
作为本发明的一个方面，将试剂沉积下来以便直到一个延迟时间之后或条件变化(例如pH变化)之后再释放试剂。在本发明的一种形式中，利用受控释放推迟化学过程的有效阶段，直到要进行平行测试方法的所有部位都已经按配方完全配制好为止。例如，向所有部位中加入液体，然后至少使一部分部位接收来自未知样品或对照样品的材料。在一种情形中，液体的最初加入会启动开窗时间(window time)，在这段时间中加入所有未知或对照材料，这段开窗时间之后，不同的支持该过程的试剂被释放到液体中。或者，象pH变化这样简单的激发条件会使支持该过程的试剂开始释放。而且，利用多个材料层以便例如使第一沉积层提供支持第一化学过程的试剂，然后使另一沉积层释放支持第二化学过程的试剂。这种成层的多个释放层可提供给具有两个、三个或多个阶段的化学过程。
尤其是参考医药品，在控释领域或持续释放组合物方面业已进行了实质性的开发。这些组合物是由具有可变的溶胀性和不同赋形剂的聚合物的混合物构成的。其中一些组合物被设计成在酸性环境中(例如在人胃中)溶胀最少，而在碱性环境中(例如在小肠中)溶胀最快。特别是在兽医应用中，决定溶胀性的pH会倒转有利的溶胀，因此，该组合物中的活性组分在酸性环境中溶解。
以下文献记载了控释技术的例子：(1)题目为“持续释放配方”的美国专利4,012,498，申请人为Komblum等人，Sandoz，Inc.(含有混入碱性pH的生物碱类，该碱性pH影响从以下物质中选择的控释基质：乙酸邻苯二甲酸纤维素、聚乙烯基乙酸酯邻苯二甲酸酯(polyvinyl acetatephthalate)和羟丙基甲基纤维素邻苯二甲酸酯)；(2)题目为“用于根据时间控制和释放药剂的渗透系统”的美国专利4,111,202，申请人为；Feliz，Alza Corp.；(3)题目为“控释消炎痛”的美国专利4,173,626，申请人为Dempski等人，Merck & Co.，Inc.(用聚乙酸乙烯酯包覆丸剂以便减缓释放)；(4)题目为“持续释放的药物组合物”的美国专利4,178,361，申请人为Cohen等人，Union Corp.(使用含有生物结合剂的水溶性但水溶胀的基质)；(5)题目为“延长释放药物的制备”的美国专利4,221,778，申请人为Raghunathan，Pennwalt Corp.(其上吸附有药物的离子交换树脂粒子，该粒子用浸渍剂〔聚乙二醇、丙二醇、甘露糖醇、乳糖和甲基纤维素)处理以便减缓在水中的溶胀并用扩散膜包覆)；(6)题目为“持续释放的药物组合物”的美国专利4,248,857，申请人为DeNeale等人，American Home Products Corp.；(7)题目为“控释片剂”的美国专利4,252,786，申请人为Weiss等人，E.R.Squib & Sons，Inc.(用聚合的乙烯基吡咯烷酮和羧乙烯基亲水聚合物的掺合物压制成、并且用基本上水不溶但水可渗透的薄膜包覆的药物)；(8)题目为“用于制备受控的长效药物的方法和组合物”的美国专利4,259,314，申请人为Lowey；(9)题目为“控释配方和治疗方法”的美国专利4,293,539，申请人为Ludwig等人，Eli Lilly and Company(在乙醇酸和乳酸的共聚物中有效分散)；(10)题目为“持续释放的药物组合物”的美国专利4,309,404，申请人为DeNeale等人，American Home Products，Corp.；(11)题目为“持续释放的药物组合物”的美国专利4,309,405，申请人为Guley等人，AmericanHome Products，Corp.；(12)题目为“控释配方和方法”的美国专利4,505,890，申请人为Jain等人，E.R.Squib & Sons，Inc.(含有水解胶体胶凝剂(甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素钠以及这些物质的混合物〕的包核)；(13)题目为“干式持续释放的茶碱口服药剂”的美国专利4,587,118，申请人为Hsiao，Key Pharmaceuticals，Inc.(先用茶碱和聚乙烯吡咯烷酮涂覆、然后再用乙基纤维素和羟丙基纤维素的混合物包覆的籽粒)；(14)题目为“控释配方”的美国专利4,666,705，申请人为DeCrosta等人，E.R.Squib & Sons，Inc.；(15)题目为“包覆的多单位剂量形式的扩散体”的美国专利4,716,041，申请人为Kjomaes等人，A/S Alfred Benzon(该配方药剂被加热从而在位于外层内部的涂覆膜中形成一个连续相)；(16)题目为“控释片剂”的美国专利4,784,858，申请人为Ventouras，Zyma SA(核心含有水溶性药剂、水不溶性聚合的赋形剂(例如聚氯乙烯或丙烯酸或甲基丙烯酸低级烷基酯的聚合物)以及在接触的水面上溶胀的水不溶性物质，并且核心用弹性、水不溶的半渗透分散涂层包覆)；(17)题目为“含有齐多夫定的控释药剂”的美国专利4,917,900，申请人为Jones等人，Burroughs WellcomeCo.(用丙烯酸或甲基丙烯酸烷基酯的聚合物与乙基纤维素的混合物包覆)；(18)题目为“给药系统”的美国专利4,973,469，申请人为Mulligan等人，Elan Corp.，PLC(活性成分和水溶解度与活性成分成反比的惰性物质被吸附到诸如交联的聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素或甲基纤维素的交联聚合物上)；(19)题目为“剂量形式”的美国专利5,178,868，申请人为Malmqvist-Granlund等人，Kabi Pharmacia Aktiebolaq(用(a)氯乙烯/乙酸乙烯酯/乙烯醇单体的共聚物和(b)可溶于水的用于产生细孔的物质的混合物包覆核心)；(20)题目为“碱性药剂盐酸盐的持续释放的制备方法”的美国专利5,234,691，申请人为Uemura等人，SumitomoPharmaceuticals，Co.，Ltd.(颗粒含有碱性药剂和聚阴离子例如羧乙烯基聚合物或羧甲基纤维素，并且用微溶于水的大分子物质包覆，这些大分子物质例如有聚乙酸乙烯酯、乙基纤维素、甲基丙烯酸氨烷基酯共聚物、甲基丙烯酸共聚物、乙酸纤维素、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、硬化油、蜂蜡、巴西棕榈蜡、蔗糖脂肪酸酯、脱水山梨糖醇单硬脂酸、单硬脂酸甘油酯、单肉豆蔻酸甘油酯、二硬脂酸甘油酯、硬脂酸、十八烷醇以及这些物质的混合物)；(21)题目为“具有丙烯酸聚合物涂层的稳定的控释药剂”的美国专利5,286,493，申请人为Oshlack等人，Euroceltique，S.A.((a)用氨合甲基丙烯酸酯(ammonio methacrylate)共聚物的经增塑的水分散体包覆基质，该共聚物是丙烯酸和甲基丙烯酸酯的共聚物，并且具有少量的四价铵基丙烯酸和甲基丙烯酸酯，而其渗透性不受在胃肠道中占优势的pH条件的影响，以及(b)用比水分散体的玻璃化转变温度高的温度固化经包覆的基质)；(22)题目为“用乙基纤维素的水分散体包覆的控释药剂”的美国专利5,472,712，申请人为Oshlack等人，Euroceltique，S.A.；(23)题目为“改进控释吉非贝齐剂量形式的方法及组合物”的美国专利5,492,700，申请人为Ghebre-Sellassie等人，Warner-Lambert Co.(用控释剂(例如纤维素邻苯二甲酸酯、乙基纤维素、聚邻苯二甲酸乙烯酯、琥珀酸纤维素、丁酸纤维素、聚(甲基)丙烯酸、部分酯化的聚(甲基)丙烯酸、以及这些物质的混合物〕粒化的单个吉非贝齐颗粒)；(24)题目为“用丙烯酸聚合物的水分散体涂覆的控释药剂”的美国专利5,580,578，申请人为Oshlack等人，Euroceltique，S.A.；(25)题目为“用于治疗肠炎的口服组合物”的美国专利5,643,602，申请人为Ulmius，Astra Aktiebolag(具有水溶性或水不溶性可形成薄膜的聚合物的第一涂层和含有在低pH值下难溶而在大约4-7.5的较高pH值下可溶的药物可接受的可形成薄膜的阴离子羧基聚合物的第二薄膜涂层的籽粒)；(26)题目为“控释氧可酮组合物”的美国专利5,656,295，申请人为Oshlack等人，Euroceltique，S.A.；以及(27)Ishikawa等人在Chem.Pharm.Bull.43：2215-20，1995上的文章(描述了在其侧链具有交联部分的用作控释药剂外层的聚甲基丙烯酸甲苯酯共聚物，例如通过接触氧等离子体而使共聚物交联)。
控释技术的焦点在于使感兴趣的化合物用在给定类型的液体中以预定速度溶胀的组合物涂覆或与之混合。该技术实质上依赖于聚合物的溶胀性。如果想要减小在酸性含水环境下的溶胀速度，所使用的聚合物经常包括在低溶解度的酸形式和较高溶解度的盐形式之间滴定的酸官能团。如果想要减小在碱性含水环境下的溶胀速度，所使用的聚合物经常包括在低溶解度的碱形式和较高溶解度的盐形式之间滴定的碱官能团。应该注意到，赋形剂或填充剂对于调节控释组合物的溶胀速度具有一定的作用。
另外，正如本领域的普通技术人员将认识到的，在随后的化学过程中起积极作用的控释药剂的组分会影响溶解现象。如果与控释组合物掺和而不是沉积在控释组合物层之下，则通常希望对溶胀现象所起的这些积极作用更大些。
在设计化学过程时可利用某些控释组合物的pH敏感性。例如，如果第一过程在低pH值下进行，而随后的过程在较高的pH值下进行，则利用在酸性环境下更具抗溶胀性的控释组合物来按时间排列支持第二反应过程的试剂。
控释的另一机制是向沉积有进入液体的化学物质的基质提供动力学/扩散屏障。例如，图4示出了基质301，在301的空穴302中已沉积了一些材料，再将膜303覆盖在其上。该基质具有下部305，向下部305上融合上部306。上部在空穴部位之上限定出若干个孔。此扩散控制机制当然可与以上讨论的溶胀速度机制结合起来。正如以上所公开的控释药剂的例子中所声称的，当将含有聚合物的薄膜覆盖内部的组合物时就形成了扩散控制。7.用于处理不相容试剂的方法和基质
在许多情况下，在化学过程中一起使用的若干试剂如果存放在一起则是不稳定的，特别是在溶液中。当将这些试剂以固体的形式存放，以便使试剂发生冲突的机会减到最小时，通常会削弱这种不稳定性(至少从长远的观点来看)。根据本发明，利用干式沉积法来沉积试剂，或者，如果液体用于沉积过程中，则试剂溶解或悬浮到液体中的时间会保持最短。利用上述的中间层，甚至控释组合物的插入层，还可分离这些不相容的试剂。通过在分开的沉积步骤中沉积试剂，甚至当不相容的试剂沉积在相邻的层中时，也会减小试剂之间的相互暴露。
试剂在以下情形中是不相容的，即一种试剂在液体中可以有效地处理而第二种试剂在该液体中却不溶或不稳定。本发明通过利用干式沉积法施加这两种试剂或利用干式沉积法施加第二种试剂而实现了这种可能性。8.优选的化学过程
应用受控释放的例子是需要几种酶催化反应的过程。一种酶反应的产物需作为用于第二过程步骤中的另一种酶的底物。每一种酶对于有关诸如盐、缓冲剂、辅因子、温度等具有不同的要求。例如，利用逆转录酶可启动核酸扩增(例如聚合酶链反应)，而该反应具有特定的pH、盐、温度等要求。启动了逆转录酶反应之后，可利用DNA聚合酶，而聚合酶具有与逆转录酶不同的要求。而且，在随后的以DNA聚合酶介导的操作过程中，需要确保逆转录酶在下一反应的最适条件下不再起作用，从而设计控释配方来释放逆转录酶的抑制剂。
核酸扩增方法包括但不限于：(1)聚合酶链反应(PCR；参见例如美国专利4,683,202和″分子生物学中的简明方案(Short Protocols InMolecular Biology)″(Frederick M.Ausubel等人编，1992)(后面称之为Ausubel等人)，15.1单元)；(2)连接酶链反应(LCR；参见例如欧洲专利公开文本320,380和Schachter等人的J.Clin.Microbiol.，32，2540-2543(1994))；(3)链置换扩增(SDA；参见例如Walker等人的″PCR方法和应用(PCR Methods and Applications)″，3，1-6(1993))；(4)基于核酸序列的扩增(NASBA；参见例如van Gemen等人的J.Virol.Methods，43，177-188(1993))；以及(5)转录介导的扩增(TMA；Pfyffer等人，J.Clin.Micro.，34，834-841(1996))。这些扩增方法的步骤描述在所列举的上述文献中，这些方法学的描述在本公开文本中作为参考文献。在以下文献中还发现了扩增方法学的其它描述：Myers和Sigua，在″PCRStrategies″，Academic Press，1995中的文章“RNA的扩增：高温逆转录和具有栖热菌嗜热DNA的DNA扩增”，在此全文作为参考文献。
虽然本发明已经着重描述了优选的实施方案，但是利用这些优选装置和方法的变型和利用本文所作的特别描述之外的其他形式来实施本发明，对于本领域的普通技术人员来说都是显而易见的。因此，本发明包括在以下的权利要求书所限定的本发明的精髓和范围内作出的所有变型。

Claims (11)

1、一种固相支持体，具有干式沉积其上的至少包含第一化合物的第一固相层，该化合物用于在第一溶液中进行的化学过程。
2、如权利要求1所述的固相支持体，其特征在于，该固相支持体具有两个或多个第一固相层的分开区域。
3、一种适于进行化学过程的孔状盘或盒，至少一个孔上面沉积有包括一种或多种化合物的第一固相层，所述化合物用于支持在第一溶液中进行的化学过程，其中，向所述孔的每一个加入第一液体，以溶解所述的一种或多种化合物。
4、一种制备固相支持体的方法，所述的载体上沉积有至少包含第一化合物的第一固相层，所述化合物用于在第一溶液中进行的化学过程，该方法包括：
产生用于将具有第一电荷的粒子吸引到固相支持体表面的电磁力，以及
使所述表面与包含第一层材料的带电粒子接触。
5、如权利要求4所述的方法，包括：
(1)在第一过程中，通过将与第一极性相反的第二极性离子指向所述表面而在该表面上产生第二极性电荷来产生电磁力；或者
(2)在第二过程中，通过在固相支持体表面产生电场来产生电磁力。
6、一种其上沉积有第一化合物和一种延时释放组合物的固相支持体，其中，当将固相支持体暴露给可溶解第一化合物的第一液体时，由于延时释放层的存在，推迟了第一化合物的溶解。
7、一种权利要求6的制备固相支持体的方法，包括：
产生用于将具有第一电荷的粒子吸引到固相支持体表面的电磁力；以及
使所述表面与带电粒子接触，该粒子包含第一层或延时释放层之一的材料。
8、一种孔状盘或盒，其中每个孔都包括一个涂覆有一种延时释放组合物和至少一种第一化合物的表面，当表面暴露给可溶解第一化合物的第一液体时，由于延时释放组合物的存在，推迟了第一化合物的溶解。
9、一种在权利要求13的孔中进行化学过程的方法，其中指定一个或多个孔来接收可溶于第二液体的样品，该方法包括：
(i)提供若干个孔，其中该延时释放组合物包括可溶于第一液体中的延迟释放反应试剂，
(ii)将第一液体加入到所有孔中，以及
(iii)将样品加入到指定的孔中，从而使每个指定的孔都在将第一液体加入到孔中之后的一段指定的时间段之前接收样品，其中，该延时释放组合物确保实质上推迟了延迟释放反应试剂在第一液体中的溶解，直到指定的时间段之后。
10、一种在权利要求13的孔中进行化学过程的方法，其中指定一个或多个孔来接收可溶于第二液体的样品，该方法包括：
(i)提供若干个孔，其中延时释放组合物包括可溶于第一液体的反应试剂，并且其表面还用一个包含可溶于第一液体的早期释放反应试剂的层包覆，
(ii)将第一液体加入到所有孔中并将样品加入到指定孔中，其中，该延时释放组合物通过溶解早期释放反应试剂而确保首先支持第一反应过程，而随后的延迟释放反应试剂的溶解确保第二反应过程的条件。
11、一种固相支持体，其表面上包含若干第一固相层的非重叠图案，每个第一固相层包含用于在溶液中或以汽相形式进行的化学过程的第一化合物。
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