CN1555294A - 导热微量滴定板 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种多孔容器，如微量滴定板，其由为提高热导率而配制的塑性材料成型而成。在优选实施方案中，所述塑性材料是由环状聚烯烃、间同立构聚苯乙烯、聚碳酸酯或液晶聚合物形成的、熔点高于130℃且显示出极低的固有荧光性能的导热制剂。在所述塑性材料制剂中，为提高热导率，包含约5wt％或更多的导热介质如导热碳黑。为进一步提高热导率，可以向制剂中加入导热陶瓷填料如氮化硼填料。还可以向制剂中加入聚合物表面活性剂以提高性能。本发明还可以包含贴合在所述板的平坦底部的导热材料平片，为该部件提供导热性和平坦性。替换地，所述板的平坦底部表面可以被金属化或用平层导热材料覆盖。所述板还可以包括透明的盖罩或罩子，其优选由聚碳酸酯、聚丙烯、环状聚烯烃制成或由具有所需的隔离性能的二种或多种透明材料制成的多层膜制成。另外，可以将荧光级的聚合物如用荧光模具制备的环氧树脂埋置在所述板的特定位置上，以便在测试设备上的灯点燃时帮助做出指示。

Description

导热微量滴定板
                      发明背景
技术领域
本发明涉及多孔容器，更具体而言，涉及诸如成型自导热材料的多孔容器如微量滴定板。
相关技术
多孔容器，如微量滴定板在制药业中用来贮存、加工和测试生物和化学样品。传统上，就生物活性对试剂的筛选是通过将少量液态或固态的待测试化合物放置在形成于微量滴定板上的多个孔中实现的。然后使化合物接触相关的靶例如纯化的蛋白质，如酶或受体，或者完整的细胞或非生物衍生的催化剂。接下来以放射化学、分光光度学或荧光测定的方式测量所述测试化合物与靶的相互作用。在荧光测量技术中，将给定波长的光照向微量滴定板孔中的样品，一部分光被样品吸收并以不同的，通常是更大的波长重发射，然后进行测量。
在很多情况下，需要控温环境来保持化合物的完整性或进行温度作为控制参数的实验。经常需要精确控温的加热和/或冷却步骤。如何快速地改变样品的温度以及样品温度的均匀性，这对于确保获得可再现和可靠的结果是重要的。一般的方法是加热和/或冷却循环的介质，如水或空气，其影响装有样品的容器，并且接下来使样品自身经历所需的加热和/或冷却过程。例如美国专利5,504,007；5,576,218和5,508,197公开了热循环系统，其中使用控温流体调节样品的温度。或者，例如美国专利5,187,084；5,460,780和5,455,175公开了热循环系统，其中使用经加热和冷却的空气来控制样品的温度。测试化合物的热循环通常也通过装有反应介质的容器和加热均温块(heatingblock)之间的接触来实现，所述加热均温块可以快速地加热和冷却。例如，将如美国专利5,525,300所公开的经冷却或加热的金属均温块与薄壁塑料微量滴定板接触放置。
然而，常规塑料微量滴定板的低热导率会造成样品间加热和冷却不一致，温度不均匀和使对样品进行热循环的速度或响应时间受到限制。通常用来形成微量滴定板的聚苯乙烯材料的热导率为约0.2W/m·K。因此，需要具有高热导率的微量滴定板，其可以快速、均匀和稳定地控制多孔容器中的温度。
                      发明概述
本发明是一种多孔容器，如微量滴定板，其由为提高热导率而配制的塑性材料制成以促进从加热表面向装有待评定化合物的孔进行传热。较高的热导率使所述板被更快速且沿板表面更为均匀地加热和冷却。本发明可以与采用了热循环进行分析和需要从加热器系统经由塑料板传热的任何系统一起工作。
具体而言，所述塑性材料可以是环状聚烯烃，间同立构聚苯乙烯，聚碳酸酯或液晶聚合物或相关技术人员已知的任何其它的塑性材料，该材料熔点要大于130℃，在暴露于紫外光下时应显示出极低的固有荧光性能。导热介质如导热碳黑或相关技术人员已知的其它导热填料以约3wt％或更高包含在塑性材料的制剂中以提高热导率。还可以向制剂中加入导热陶瓷填料和/或聚合物表面活性剂来提高性能。
在优选实施方案中，多孔容器由导热级环状聚烯烃制成。通过将商购的聚合物与商购的导热碳黑、导热陶瓷填料和聚合物表面活性剂组合在一起来制备导热级环状聚烯烃。优选地，该导热级制剂含有约40％-约88％的聚合物，约1.5％-约7.5％的导热碳黑，约10％-约50％的导热陶瓷填料和约0.5％-约2.5％的聚合物表面活性剂。这样的制剂将提供出可加工性、热导率、形状稳定性和耐化学品性能(特别是对二甲基亚砜(DMSO))的最佳组合。
在聚合物表面活性剂以0.5％或更高的浓度使用的制剂中，所述板材料表现出对蛋白质的结合效应降低了至少90％。在本发明的替换实施方案中，可以以0.5％或更高的浓度加入作为常规板制剂中的加工助剂的聚合物表面活性剂以降低蛋白质结合效应。
为了提高热导率，本发明还可以包括贴合在所述板平坦底部的铜、黄铜或相关技术人员已知的其它导热材料的平片，为该部件增加热导率和平坦性。替换地，可以使与加热表面接触的所述板的平坦底部表面金属化或用平层的铜、黄铜或相关技术人员已知的其它导热材料，优选弹性材料进行覆盖。
本发明可以包括透明盖罩，其可以用超声焊接或不焊接在所述板上。该透明盖罩可由聚碳酸酯、聚丙烯、环状聚烯烃或相关技术人员已知的其它塑性材料制成，或由具有所需的隔离性能的二或多种透明材料制成的多层膜制成。在优选实施方案中，经光学透明的盖罩进行传感和测量。
在另一个实施方案中，可以将荧光级的聚合物如用荧光模具制备的环氧树脂埋置在所述板的特定位置上，以便在测试设备上的灯点燃时帮助做出指示。可以通过注射模塑后的二次操作将该指示器安装在每个板上或在成型所述板过程中通过夹物模压来实现。
                      附图简述
参考附图对本发明进行描述，其中：
图1A显示了本发明实施例的多孔容器，或微量滴定板的顶视图。
图1B显示了示于图1A的实施例微量滴定板沿B-B线的横断面视图。
图2显示了示于图1A的实施例微量滴定板沿A-A线的横断面视图。
图3显示了示于图2的实施例微量滴定板的一部分的详细视图。
图4显示了本发明实施例的多孔容器，或微量滴定板的横断面视图，包括透明盖罩和贴合在板底部的导热材料平片。
图5显示了具有384个孔的本发明实施例的多孔容器，或微量滴定板的顶部透视图。
图6显示了具有1536个孔的本发明实施例的多孔容器，或微量滴定板的顶部透视图。
图7显示了本发明实施例的多孔容器，或微量滴定板的底部透视图。
                      发明详述
本发明涉及多孔容器，更具体而言，涉及诸如成型自导热材料的多孔容器如微量滴定板。本发明是一种多孔容器，其由为提高热导率而配制的塑性材料制成以促进从加热表面向装有待评定化合物的孔进行传热。
下面参考附图详细描述本发明的其它特征和优点，以及本发明的结构和各种实施方案的操作。应当指出的是本发明不只限于本文中描述的具体实施方案。这样的实施方案仅用于举例说明的目的。依据本文包含的讲解，对相关的技术人员而言其它的实施方案将是显而易见的。
在附图中最先出现的元件一般用所对应的附图标记中最左边的数字表示。
本发明是一种多孔容器，如微量滴定板，由为提高热导率而配制的塑性材料制成。图1A显示了本发明实施例的多孔容器，或微量滴定板110的顶视图。图1B显示了图1A的微量滴定板110沿B-B线的横断面视图。图2显示了图1A的微量滴定板110沿A-A线的横断面视图。
微量滴定板110包含支持结构或主体112和形成于其中的存储样品用多孔114。本发明的多孔微量滴定板110具有384个(如图5所示)或更多，优选1536个(如图6所示)单孔114的阵列，或者更多的孔(例如，3456个孔)，但是也可涉及少于384孔的多孔阵列，如96孔。如图3中所示，每个孔114包含孔底310，其优选形成主体112的一部分，以及直立的圆柱形壁320，其也可以相似地形成主体112的一部分。孔底310阵列处于同一平面内。根据需要，孔底310可以是透明的或不透明的，这对于普通的相关技术人员来讲是显而易见的。沿壁320，可以至少部分地提供经改造的表面以吸收其中放置的样品，这对于普通的相关技术人员来讲是显而易见的。在一个实施方案中，多孔容器110包括光学透明的孔底310，其使经由该光学透明的孔底310进行样品传感和测量成为可能。然而，对于液体闪烁计数以及RIA和荧光或磷光测量而言，可能需要形成不透明材料的孔底310。图7显示了实施例的多孔容器，或微量滴定板110的底部透视图。如图所示，为板110提供了平底700。如以下的论述，在优选实施方案中，样品的传感和测量经由光学透明的盖罩进行。
在优选实施方案中，孔114体积为2-5微升并为圆锥柱形。就基底面、板高度和孔位置方面而言，优选根据Society for BiomolecularScreening(SBS)推荐的微孔板规范制备本发明的微量滴定板110，以使该板能用在当今可用的自动设备中，该规范在此全文引入作为参考。例如，SBS建议384孔的微量滴定板应排列为16排×24列，1536孔的微量滴定板应排列为32排×48列。
根据推荐的SBS标准，基底面的外部尺寸应是长度为约127.76mm(5.0299英寸)，宽度为约85.48mm(3.365英寸)。基底面应为连续的并沿板的基底不间断。该板底部边缘的四个外角应具有向外的约3.18mm(0.1252英寸)的圆角半径。板的全高应为约0.5650英寸。
根据推荐的SBS标准，对于384孔微量滴定板，该板左边的外缘至第一列孔中心的距离应为约12.13mm(0.4766英寸)，且随后的每列至该板的左边外缘的距离应递加约4.5mm(0.1772英寸)。另外，该板顶部外缘至第一排孔中心的距离应为约8.99mm(0.3539英寸)，且随后的每排至该板的顶部外缘的距离应递加约4.5mm(0.1772英寸)。对于1536孔微量滴定板，该板左边的外缘至第一列孔中心的距离应为约11.005mm(0.4333英寸)，且随后的每列至该板的左边外缘的距离应递加约2.25mm(0.0886英寸)。另外，该板顶部外缘至第一排孔中心的距离应为约7.865mm(0.3096英寸)，且随后的每排至该板的顶部外缘的距离应递加约2.25mm(0.0886英寸)。
按照SBS标准的建议，板110上孔114中的顶部左边的孔可以进行标记以示区别，如在孔114的左侧用字母A或数字1标记，或在孔114的上面标记数字1。
根据本发明，主体112和孔114由为提高热导率而配制的塑性材料模塑而成。具体而言，所述塑性材料可以是环状聚烯烃，间同立构聚苯乙烯，聚碳酸酯或液晶聚合物或相关技术人员已知的任何其它的塑性材料，该材料熔点要大于130℃，在暴露于紫外光下时应显示出极低的固有荧光性能。导热介质如导热碳黑或相关技术人员已知的其它导热填料以约3wt％或更高包含在塑性材料的制剂中以提高热导率。为了进一步提高热导率，可以向制剂中加入导热陶瓷填料如氮化硼填料或相关技术人员已知的其它陶瓷填料。
还可以向制剂中加入聚合物表面活性剂以提高性能。根据本发明，以不同的量使用基于氟化合成油的聚合物添加剂如购自DupontSpecialty Chemicals Enterprise，Wilmington，DE的FluoroguardPCA，显示出对蛋白质的结合效应。在聚合物表面活性剂以0.5％或更高的浓度使用的制剂中，所述板材料表现出对蛋白质的结合效应降低了至少90％。在本发明的替换实施方案中，可以以0.5％或更高的浓度加入作为常规板制剂中的加工助剂的本发明的聚合物表面活性剂以降低蛋白质结合效应，这对于普通技术人员是显而易见的。
在优选实施方案中，多孔容器110由导热级环状聚烯烃制成。通过将商购的聚合物与商购的导热碳黑、导热陶瓷填料和聚合物表面活性剂组合在一起来制备导热级环状聚烯烃。优选地，该导热级制剂含有约40％-约88％的聚合物，约1.5％-约7.5％的导热碳黑，约10％-约50％的导热陶瓷填料和约0.5％-约2.5％的聚合物表面活性剂。这样的制剂将提供出可加工性、热导率、形状稳定性和耐化学品性能(特别是对二甲基亚砜(DMSO))的最佳组合。
在优选实施方案中，该导热级制剂含有约76.5％的环状聚烯烃(如Topas5013，购自Ticona of Summit，NJ)，3.0％的导热碳黑(如ConductexSC Ultra，购自Columbian Chemicals of Marietta，GA)，20.0％的导热氮化硼填料(如PolarThermPT110，购自AdvancedCeramics of Lakewood，OH)，和0.5％的聚合物表面活性剂(如购自Dupont Specialty Chemicals Enterprise，Wilmington，DE的FluoroguardPCA)。
为了提高热导率，本发明还可以包含铜、黄铜或其它导热材料的平片，如导热弹性复合材料的平片，添加到板110的平底700中，为该部件提供导热性和平坦性。在一个实施方案中，如图4所示，本发明的板110为双针模塑热板(two shot molded thermo-plate)，其中将厚度为至少10密耳(0.254mm)，优选约10-约15密耳(0.254-0.381mm)的铜质平片410贴合在板110的底部以提供高导热性的平坦表面。替换地，本发明的板110可进行模塑，然后使与热源接触的所述板的表面金属化或用平层的铜、黄铜或相关技术人员已知的其它导热材料覆盖。较高的热导率使所述板的加热和冷却速度更快而且沿板表面更为均匀。
板110可以包括透明盖罩420，可以将其用超声焊接或不焊接在所述板上。透明盖罩420可由聚碳酸酯、聚丙烯、环状烯烃或相关技术人员已知的其它塑性材料制成，或由具有所需隔离性能的二或多种透明材料制成的多层膜制成。在优选实施方案中，经光学透明的盖罩420进行样品的传感和测量。
在另一个实施方案中，可以将荧光级的聚合物如用荧光模具如荧光素制备的环氧树脂片埋置在所述板的特定位置上，以便在测试设备上的灯点燃时帮助做出指示。可以通过注射模塑后的二次操作将该指示器安装在每个板上或在成型所述板过程中通过夹物模压来实现。例如，可以将微量滴定板模具构建一个凹槽，这样稍后就可以将荧光材料嵌片在凹槽处插入成型的板中。在优选的实施方案中，在所述板的基底上成型了一个直径1/4英寸(6.35mm)的凹槽。
本发明的微量滴定板合用于贮存、加工和测试生物和化学样品，这对于相关的技术人员是显而易见的。例如，本发明的微量滴定板可以用作公开在美国专利6,020,141；6,036,920和6,268,218中的热转换分析系统的组件，将它们全文引如作为参考。
                        实施例
实施例1
用间同立构聚苯乙烯(购自Dow Plastic of Midland，Mich.的Questra)和不同含量的导热碳黑形成的制剂制备本发明的微量滴定板。如以下表1所示，随着加入约5wt％的导热碳黑，观测到热导率以2.5的系数增加。
然后，随着导热碳黑量的变化，向所述板的底部贴合厚度为约10密耳(.254mm)的铜质平片。如以下表1所示，与0％导热碳黑的微量滴定板相比，随着加入铜片，观测到热导率增加了约5W/m·K。向含有5wt％导热碳黑的微量滴定板添加铜片观测到了近似的热导率增长。
如表1所示，从这些观测结果估算出添加10wt％和15wt％导热碳黑，带有和不带有金属片时的热导率值。
                          表1
聚合物(Questra)浓度 碳黑浓度 热导率(W/m·K) 添加了金属片后的热导率
100％ 0％ 0.2 5.2
95％ 5％ 0.5 5.5
90％ 10％ 0.8(est.) 5.8(est.)
85％ 15％ 1.0(est.) 6.0(est.)
实施例2
用液晶聚合物(LCP)和不同含量的导热碳黑形成的制剂制备本发明的微量滴定板。如以下表2所示，随着加入约5wt％的导热碳黑，观测到热导率以2.5的系数增加。
然后，随着导热碳黑量的变化，向所述板的底部贴合厚度为约10密耳(.254mm)的铜质平片。如以下表2所示，与0％导热碳黑的微量滴定板相比，随着加入铜片，观测到热导率增加了约5W/m·K。向含有5wt％导热碳黑的微量滴定板添加铜片观测到了近似的热导率增长。
如表2所示，从这些观测结果估算出添加10wt％和15wt％导热碳黑，带有和不带有金属片时的热导率值。
                         表2
聚合物(LCP)浓度 碳黑浓度 热导率(W/m·K) 添加了金属片后的热导率
100％ 0％ 0.2 5.2
95％ 5％ 0.5 5.5
90％ 10％ 0.8(est.) 5.8(est.)
85％ 15％ 1.0(est.) 6.0(est.)
实施例3
用具有不同浓度的环状聚烯烃和导热碳黑和氮化硼导热填料形成的环状聚烯烃制剂制备本发明的微量滴定板。如以下表3所示，随着加入3wt％的导热碳黑和20.0wt％的导热陶瓷填料，观测到热导率以13的系数增加。
然后，向所述板的底部贴合厚度为约10密耳(.254mm)的铜质平片并观测每个制剂的热导率。如以下表3所示，与0％导热碳黑的微量滴定板相比，随着加入铜片，观测到热导率增加了约5W/m·K。向含有3wt％的导热碳黑和20.0wt％的导热陶瓷填料的微量滴定板添加铜片观测到了近似的热导率增长。
如表3所示，从这些观测结果估算出加入1.5wt％的导热碳黑和10.0wt％的导热陶瓷填料以及加入7.5wt％的导热碳黑和50.0wt％的导热陶瓷填料，带有和不带有金属片时的热导率值。
                         表3
聚合物(环状聚烯烃)浓度 碳黑浓度 导热陶瓷填料(氮化硼)浓度 热导率(W/m·K) 添加了金属片后的热导率
100％ 0％ 0％ 0.2 5.2
88％ 1.5％ 10％ 1.5(est.) 6.5(est.)
76.5％ 3.0％ 20.0％ 2.6 7.6
40％ 7.5％ 50％ 7.5(est.) 12.5(est.)
虽然以上描述了本发明的各种实施方案，但应当认为仅以示范而非限制的方式提供了这些实施方案。因此，本发明的广度和范围不应被上述的任何示范性实施方案所限制，而应只由以下的权利要求及其等同方案所定义。另外，本文引用的所有参考文献，包括出版的期刊文章和摘要或相应的由美国或它国公布的美国或它国专利申请，均全文引入本文作为参考，包括所引用参考文献中全部的数据，表格，图形和文本。
前面对具体实施方案的描述完备地反映了本发明的一般特征，通过运用技术知识(包括本文引用的参考文献的内容)，无需过多的实验，在不背离本发明的总体构思的情况下，本领域的技术人员就能够就其用途轻易地做出改良和改造。因此，基于本文的讲解和指导，这样的改造和改良落在所公开实施方案的等同方案的意义和范围之内。应当认为本文的措辞和术语是出于描述的目的而非为了限制，这样，依据本文的讲解和指导，结合普通技术人员的知识，本说明书的术语和措辞将得到技术人员的理解。

Claims (40)

1.多孔样品板，包含：
由导热塑料制成的主体，其包括成型于其中的多个孔，其中所述导热塑料包括(a)选自环状聚烯烃、间同立构聚苯乙烯、聚碳酸酯和液晶聚合物的聚合物；(b)导热填料。
2.权利要求1的装置，其中所述的导热填料为碳黑。
3.权利要求1的装置，其中所述的导热塑料包含至少约5％的所述导热填料。
4.权利要求3的装置，其中所述的导热塑料包含约5％-约15％的所述导热填料。
5.权利要求1的装置，其中所述的导热塑料还包含导热陶瓷填料。
6.权利要求5的装置，其中所述的导热陶瓷填料是氮化硼填料。
7.权利要求5的装置，其中所述的导热塑料包含约10％-约50％的所述导热陶瓷填料。
8.权利要求1的装置，其中所述的导热塑料还包含聚合物表面活性剂。
9.权利要求8的装置，其中所述的聚合物表面活性剂是基于氟化合成油的聚合物添加剂。
10.权利要求8的装置，其中所述的导热塑料包含约0.5％-约2.5％的所述聚合物表面活性剂。
11.权利要求1的装置，包含至少384个孔。
12.权利要求5的装置，包含至少1536个孔。
13.权利要求12的装置，包含3456个孔。
14.权利要求1的装置，还包含底部表面和加在所述板的所述底部表面上的导热金属平片。
15.权利要求14的装置，其中所述的导热金属是铜。
16.权利要求14的装置，其中所述的导热金属是黄铜。
17.权利要求14的装置，其中所述的导热金属平片的厚度至少约为10密耳。
18.权利要求14的装置，其中所述的导热金属平片的厚度为约10密耳-约15密耳。
19.权利要求1的装置，其中所述板还包含底部表面和贴合在所述板的所述底部表面上的导热弹性复合材料平片。
20.权利要求1的装置，其中所述板还包含底部表面且所述板的所述底部表面用平层的导热金属进行了金属化。
21.权利要求20的装置，其中所述的导热金属是铜。
22.权利要求20的装置，其中所述的导热金属是黄铜。
23.权利要求1的装置，还包含透明盖罩。
24.权利要求23的装置，其中所述的盖罩由选自聚碳酸酯、聚丙烯和环状烯烃的聚合物成型而成。
25.权利要求1的装置，还包含埋置在所述板上作为指示器的荧光级聚合物。
26.权利要求1的装置，其中所述导热塑料包含约40％-约80％的所述聚合物。
27.权利要求1的装置，其中所述导热塑料包含约40％-约80％的环状聚烯烃，约1.5％-约7.5％的导热碳黑，约10％-约50％的导热陶瓷填料和约0.5％-约2.5％的聚合物表面活性剂。
28.权利要求1的装置，其中所述导热塑料包含约76.5％的环状聚烯烃，约3％的导热碳黑，约20.0％的导热陶瓷填料和约0.5％的聚合物表面活性剂。
29.权利要求28的装置，其中所述导热陶瓷填料是氮化硼填料。
30.权利要求28的装置，其中所述聚合物表面活性剂基于氟化合成油的聚合物添加剂。
31.多孔样品板，包含：
包括成型于其中的多个孔的主体和底部表面，还包含为提高热导率加在所述板的所述底部表面上的导热材料平片。
32.权利要求31的装置，其中所述的导热金属是铜。
33.权利要求31的装置，其中所述的导热金属是黄铜。
34.权利要求31的装置，其中所述的导热金属平片的厚度至少为10密耳。
35.多孔样品板，包含：
包括成型于其中的多个孔的主体和底部表面，还包含为了提高热导率而在所述板的所述底部表面上金属化的平层导热金属。
36.权利要求35的装置，其中所述的导热金属是铜。
37.权利要求35的装置，其中所述的导热金属是黄铜。
38.多孔样品板，包含：
由导热塑料制成的主体，其包括成型于其中的多个孔，其中所述导热塑料包含至少约0.5％的聚合物表面活性剂。
39.权利要求38的装置，其中所述聚合物表面活性剂基于氟化合成油的聚合物添加剂。
40.权利要求38的装置，其中所述导热塑料包含约0.5％-约2.5％聚合物表面活性剂。
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