CN1646223A - 热传导性生物测定盘 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种热传导性生物测定盘(10)。该等测定盘由包含聚合物基质和热传导性材料的聚合物组合物所制成。该等测定盘可应用于荧光免疫测定法。该聚合物成分本身的荧光度相当低，所以在荧光免疫测定过程中不会构成干扰。本发明也包括制造该等生物测定盘的方法。

Description

热传导性生物测定盘

交叉相关申请案

本申请案主张2002年4月15日申请的美国临时专利申请案第60/373,014号的权利。

技术领域

本发明主要关于生物测定盘。本发明尤其关于热传导性、生物测定盘及其制造方法。该等测定盘由包含聚合物基质及热传导材料的聚合组合物所制成。

背景技术

生化研究及医学实验室应各种目的而使用生物测定盘，包括分析及测定遗传物质、细胞、组织培养物、免疫复合物及其类似物。一般而言，生物测定法用于检测样品材料中某种物质(如：蛋白质)存在与否或其浓度。

这些测定法通常在含有以行及列排列的多孔的托盘中执行。托盘通常含有20、24、48或96个孔，每个孔内盛有以微升计量的液体。这些孔可以有各种形状。虽然已知有方形孔，但该孔的上部通常是圆形。孔的底部可为平的、圆形、V字形或U字形。生物测定涉及一系列的步骤，其取决于所执行分析技术的特定类型。大体而言，这些技术包括：将待分析的流体样品置于盘中的该等孔中，加入各种液态试剂，培育并冷却样品，洗涤反应样品数次以及其它步聚。液态试剂的加入及洗涤通常使用人工或自动的移液管实施。

免疫测定法常用于分析生物学物质。许多免疫测定程序包含形成一种抗原-抗体复合物。抗原为刺激相应抗体形成的媒介。免疫测定程序可以用于确定体液中抗原的存在，如，全血，血清，血浆及尿液。抗体一般是指任何由于对特定抗原的反应而产生的体内免疫球蛋白。特定抗体与特定抗原反应应形成结合的抗原-抗体复合物。在样品中该等结合反应常造成肉眼可以分辨的沉淀或凝集。然而，在许多情况下，必须使用特殊的仪器来分析该等抗体-抗原复合物的存在与否。

在许多免疫测定法中，复合物的其中一个成分(例如：抗原或抗体)是固定在位于测定盘孔内的固体载体表面上。这导致整个复合物被固定在该固体载体表面上。可用液体试剂洗涤、培育、分离及处理托盘孔中的经固定的固相复合物。这些测定法通常是指免疫吸附剂或固相测定法。常用固相测定法包含：例如，酶免疫测定法(EIAs)，放射免疫测定法(RIAs)及荧光免疫测定法(FIAs)，其中免疫吸附物质为某种类型的珠子，圆盘或其它固体载体物质。

如上所述，免疫测定法及其它生物测定法包含加热及冷却托盘数次，由此来培育盘中的内容物并将其冷却至适当温度。加热及冷却托盘所需的时间是确定给定时期内可实施多少个分析测量的一个因素。加热及冷却的时间影响分析测试的成本及效率。使用金属测定盘，可快速地执行加热及冷却。然而，大部分的金属会干扰托盘孔内或检测方法中所使用的反应物；因此，不常使用金属测定盘。即使金属测定盘(如不锈钢或钛盘)不会干扰这些反应物，但其生产成本相当高。再者，许多实验室希望测定盘在单次使用后即丢弃。对单次使用而言，组装的金属测定盘十分昂贵。

因此，生化研究及医学实验室通常使用塑料生物测定盘。这些测定盘由生物惰性材料制成，且生产成本相当便宜。例如：该托盘可由聚合物制成，如：聚苯乙烯，聚乙烯，聚丙烯，丙烯酸盐，甲基丙烯酸酯，丙烯酸树脂，聚丙烯酰胺以及乙烯基聚合物如氯乙烯及聚氟乙烯。

这些塑料测定盘许多是由已知的注塑成型方法制成，且该等盘可有各种形态。

例如，Astle的美国专利5,225,164揭示了一个具有顶端开口孔的微量培养板托盘，其具有直线形状，用于分析液态试剂及其它样品材料。该等孔可含有隔板以促进混合并增加氧气转移到孔内液体的速率。该专利揭示了该托盘的成分可由模制聚苯乙烯所构成。

Peters的美国专利4,299,920揭示了用于细胞培养或生物测试的容器，其包含一基底板及一以可拆卸及防水的方式连接于基底板的壁构件。该专利揭示了此基底盘为可弯曲的并可由聚苯乙烯，聚碳酸酯，氟化聚合碳氢化合物或玻璃制得。该专利更进一步揭示其壁部分可由弹性合成材料制造，如：聚氯乙烯，聚氨酯弹性体，聚偏二氯乙烯，甲基橡胶，氯化橡胶或氟碳弹性体。

Studer的美国专利4,090,920揭示一种具有多个测试孔或小室的生物培养测试板。该测试板为一种模制塑料所制成的可抛弃、透明的结构。该专利揭示了模制板可由甲基丙烯酸甲酯、乙烯树脂或任何生物惰性聚合物制成。

Katoh等人的美国专利6,319,475揭示了一种用于盛装样品物质的容器，其中该容器经受加热及冷却过程。该容器可用于医学、化学及生物技术领域。容器由三层组成，其中包括由含有树脂及无机填充料所制成的层，该无机填充料选自由陶瓷、金属及碳组成的群组。

然而，常用塑料测定盘有一些缺点。尤其是常用塑料测定盘通常热传导性极差。使用此类已知的塑料盘致使测定法的加热及冷却效率较低。事实上，许多塑料盘的设计目的为可具有良好的热绝缘性质。然而，加热及冷却该等塑料盘的时间可能相当长，并增加了测定过程的成本。此外，热传导性差的塑料盘可能无法均匀地将热传到盘内的每个孔。塑料盘的不均匀加热可能导致孔间产生温度梯度，并影响孔中内容物的分析。

鉴于常规生物测定盘的前述缺点，因此需要具有良好热传导性质的改良测定盘。希望能有一种可以迅速加热及冷却的测定盘，以改善该等测定法的效率。本发明提供该等生物测定盘及制造该等盘的方法。

发明内容

本发明涉及热传导性生物测定盘及制造该等盘的方法。

大体而言，该热传导性聚合物组合物包含a)以重量计20％到80％的聚合物基质，及b)以重量计20％到80％的非金属热传导性材料。该聚合物基质可为一种热塑性或热固性聚合物。例如，可用聚苯硫醚来形成该聚合物基质。非金属热传导性材料较佳为选自陶瓷、氧化物及碳材料。例如，非金属热传导性材料可以是氮化硼、氮化硅、氧化铝(明矾)、氧化硅、氧化镁或碳石墨。

准备熔融的聚合物组合物，并将该组合物注入到模具里，然后从模具中移出组合物，即形成一网状模制的、热传导性的生物测定盘。

生物测定盘较佳具有大于3W/m°K的热传导性，且更佳为大于22W/m°K。

附图说明

本发明特征的新颖特性发表在附加的权利要求中。然而，通过参照下列附图的详细描述能更好地了解本发明的较佳实施例和更进一步的目的及其伴随的利益，其中：

图1是依照本发明的热传导性聚合物所制成的生物测定盘的透视图；及

图2是配置在图1测定盘内的单一测试孔的透视图。

具体实施方式

本发明涉及热传导性生物测定盘及制造该等盘的方法。该等测定盘是由具有高热传导性的聚合物组合物制成。该聚合物组合物包含聚合物基质及散布其中的热传导性材料。

在一标准的荧光“三明治”免疫测定技术中，生物测定盘的孔内含有免疫吸附剂载体表面(如，涂有琼胶的玻璃圆盘或珠子)。将会与待分析抗原反应的未标记抗体固定在孔状玻璃圆盘上。将含有该抗原的液体注入小碟，由此抗原分子能反应并结合在经固定的抗体上。然后，将含有标记了可检测荧光标记(如，一种荧光分子)的抗体分子溶液注入有孔玻璃圆盘中。经标记的抗体分子与抗原分子结合后在圆盘上形成三明治的层状构造。该层状构造包含未标记的抗体、抗原及已标记的抗体。使用荧光分光光度计测量经标记抗体的存在及浓度。

在另一已知的荧光免疫测定程序中，具有与溶液中被检测抗原相同免疫型的抗原吸附在支持圆盘上。将含有吸附抗原的圆盘浸没在含有经标记抗体及待分析抗原的溶液中。经标记抗体快速地与溶液中的抗原反应并结合，由此完成该反应。没有与溶液中抗原反应的过量经标记抗体将与固定在载体表面上的抗原反应。随后，以缓冲溶液洗涤该载体表面。接着，使用荧光计或其它适当的仪器来分析载体表面上经标记抗体-抗原复合物的存在。

在该等荧光免疫测定技术中，重要的是包含测定盘的基料聚合物具有相对低的荧光度，使得背景荧光度能维持在最低并且不干扰测试读取的进行。背景荧光度可掩盖真正的荧光度而使得难以获得精确的读取。换句话说，基料聚合物的荧光度必须足够低，以免干扰荧光免疫测定过程。热塑性聚合物是由下列各物组成的群组中选出：聚碳酸酯、聚乙烯，聚丙烯、丙烯酸树脂、乙烯基、碳氟化合物、聚酰胺、聚酯、聚苯硫醚，及液晶聚合物如，热塑性芳香聚酯，其均能用来合成基质。较佳为具有足够低荧光度并因此不会干扰经标记抗体-抗原复合物荧光度的读取的液晶聚合物。或者，使用热固性聚合物如，弹性体、环氧树脂、聚酰亚胺及丙烯腈。适合的弹性体包括，例如，苯乙烯-丁二烯共聚物、聚氯丁二烯、腈类橡胶、丁基橡胶、聚硫化物橡胶、乙烯-丙烯三元聚合物、聚硅氧烷(聚硅氧)及聚氨基甲酸酯。大体而言，聚合物基质包含以重量计约20至约80％的总组合物，更尤其是以重量计约40至约80％的组合物。

在本发明中，将非金属热传导性材料加入并散布在聚合物基质内。该等材料赋予非传导性聚合基质热传导性。重要的是使用非金属性材料，因为金属的金属污染物能与测定盘孔内的反应物反应并结合而造成分析上的困难。此外，热传导性材料应具有低荧旋光性，由此出于上面所讨论的原因，背景荧光度维持在最低值。

适合的非金属热传导性材料包括，金属氧化物，如，氧化铝、氧化镁、氧化锌及氧化钛；陶瓷，如，氮化硅、氮化铝、氮化硼、碳化硼；及碳材料如，炭黑或石墨。该等填充物的混合物也是适合的。大体而言，该等热传导性填充物包含以重量计约20至约80％的总组合物，更尤其是以重量计约30至约60％的组合物。

热传导性材料可为颗粒状、细粒粉末、细丝状、纤维状或任何其它适合的形式。颗粒或细粒可有多种结构及广泛的颗粒大小分布。例如，该颗粒或细粒可有薄片、盘状、米粒、绳股、六角形或类球形等形状，颗粒大小范围从0.5到300微米。如下进一步的详细讨论，因为该等颗粒不会反射来自读取样品的荧光计或其它仪器的光束，所以颗粒大小较佳为小的(如，小于1微米)。在某些实例中，该热传导性材料可具有相对高的纵横比(长度比厚度)：约10∶1或更高。例如，可使用具有约50∶1纵横比的沥青基质碳纤维。或者，该热传导性材料可具有相对低的纵横比：约5∶1或更低。例如，可使用纵横比约为4∶1的氮化硼细粒。如McCullough的美国专利6,048,919中所描述，低与高纵横比的材料均可加入聚合物基质中，其揭示内容以引用的方式并入本文中。详言之，本发明的组合物可含有以重量计约25至约60％的具有约10∶1或更高高纵横比的热传导性材料，以及以重量计约10至约25％具有约5∶1或更低低纵横比的热传导性材料。

可将选择性的增强材料加入聚合物基质中。该增强材料可为玻璃、无机矿物质或其它适合的材料。该增强材料加强聚合物基质。如加入该增强材料，其组成了以重量计约3至约25％的组合物。

将该热传导性物质及选择性的增强材料与非传导性聚合物基质充分混合而形成聚合物组合物。必要时，该混合物可含有添加剂，如，阻燃剂、抗氧化剂、增塑剂、分散剂及脱模剂。该等添加剂较佳为生物惰性物质。可使用此项技艺中已知的技术来制备该混合物。

此外，如上所述，在一些类型的测定法中，如荧光免疫测定法及酶免疫测定法，测定的读取步骤包括将光束穿过测定盘中的孔并“读取”孔的内容物。用来制造生物测定盘的本发明聚合物组合物生物测定不会干扰入射的光束，尤其是该聚合物组合物不会反射光束。因此，可以得到更精确的读取数值及测量。在某些情况下，可使用黑碳将该聚合物组合物染成黑色，以使该组合物能更有效率地做为紫外线吸收物并减低光束的反射。

该聚合物组合物较佳具有大于3W/m°K的热传导性及更佳大于22W/m°K。这些良好的热传导性容许测定盘有效地加热及冷却。此外，由于用于制造生物测定盘的聚合物组合物具有良好的热传导性，热可以均匀地传至测定盘的所有孔。因此，孔间几乎不可能有显着的温差，并可获得更精确的读数。

可使用任何适合的制模过程来将所得的聚合物成形为生物测定盘，诸如，熔融挤压、铸造或注塑成型。

大体而言，注塑成型包括的步骤有：a)将组合物进料到制模机器的加热室中，并将组合物加热成熔融组合物(液态塑料)；b)将熔融组合物注入模具腔中；c)维持模具中组合物在高压下直至其冷却；及d)移出模制品。

该制模过程生产出“网状模制”的生物测定盘。该生物测定盘的最终形状取决于模具腔的的形状。不需要进一步的处理、冲切、机械加工或其它的模具来生产出生物测定盘的最终形状。

应考虑本发明的生物测定盘为单层构造。将该热传导性聚合物组合物模制成测定盘装配，其包含一测试孔散布其中的平台。该盘装配(平台及孔)为由上述聚合物组合物所制成的整体统一结构。该盘装配不包含由具有某种程度热传导性的第一聚合物组合物所制造的内层，及由具有不同程度热传导性的第二聚合物组合物所制造的外层。

该等生物测定盘可具有各种形状与结构，其取决于所需要的生物测定盘的类型。例如，可根据本发明制造具有如图1设计的一种热传导性生物测定盘。在图1中，通常以10来表示生物测定盘，该盘包括含有多个测试孔14(嵌壁式的的部分)  散布其中的平台12，。测试孔则以行列方式排列。

图2显示了含有样品液体16的单一测试孔14。该测试孔14具有圆形的上部18及V字形的下部20。应了解该等测试孔14的结构可有别于图2所示的设计。测试孔14具有广泛多种适合的形状。例如，孔的上部可为方形而孔下部可为圆形、平的或U形结构。

本发明的生物测定盘具有良好的热传导性。该测定盘较佳具有大于3W/m°K的热传导性且更佳地大于22W/m°K。使用本发明测定盘可以有效地执行各种免疫测定法的加热及冷却步骤。

所属领域的技术人员应了解：在不背离本发明精神的情况下，可对说明性实施例作出各种变更及修正。所有该等修正及变化应涵盖于附加的权利要求内。

Claims (17)

1.一种热传导性生物测定盘，其包含具有多个测试孔散布于其中的平台，该平台包含聚合物组合物，该组合物包含：i)以重量计约20至约80％的聚合物基质，及ii)以重量计约20至约80％的非金属、热传导性物质。

2.如权利要求1所述的测定盘，其中该盘具有大于3W/m°K的热传导性。

3.如权利要求1所述的测定盘，其中该聚合物基质包含热塑性聚合物。

4.如权利要求3所述的测定盘，其中该热塑性聚合物是由下列各物组成的群组中选出：聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸树脂、乙烯基化合物、碳氟化合物、聚酰胺、聚酯、聚苯硫醚及液晶聚合物。

5.如权利要求1所述的测定盘，其中该聚合物基质包含热固性聚合物。

6.如权利要求1所述的测定盘，其中该热传导性材料是由下列各物组成的群组中选出：陶瓷、金属氧化物及碳材料。

7.如权利要求6所述的测定盘，其中该热传导性材料是由下列各物组成的群组中选出：氮化硅、氮化硼、氧化铝、氧化镁及碳石墨。

8.如权利要求1所述的测定盘，其中该聚合物组合物另外包含：(iii)增强材料。

9.如权利要求8所述的方法，其中该增强材料为玻璃。

10.一种制造网状模制、热传导性生物测定盘的方法，包含步骤：

a)提供熔融组合物，其包含：i)以重量计约20至约80％的聚合物基质，及

ii)以重量计约20至约80％的非金属、热传导性材料；

b)将该熔融组合物注入模具中；

c)由模具中移出该组合物以形成网状模制、热传导性生物测定盘，其包含具有多个测试孔散布于其中的平台。

11.如权利要求10所述的方法，其中该测定盘具有大于3W/m°K的热传导性。

12.如权利要求10所述的方法，其中该聚合物基质包含热塑性聚合物。

13.如权利要求11所述的方法，其中该热塑性聚合物是由下列各物组成的群组中选出：聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸树脂、乙烯基化合物、碳氟化合物、聚酰胺、聚酯、聚苯硫醚及液晶聚合物。

14.如权利要求10所述的方法，其中该聚合物基质包含热固性聚合物。

15.如权利要求10所述的方法，其中该热传导性材料是由下列各物组成的群组中选出：陶瓷、金属氧化物及碳材料。

16.如权利要求15所述的方法，其中该热传导性材料是由下列各物组成的群组中选出：氮化硅、氮化硼、氧化铝、氧化镁及碳石墨。

17.如权利要求10所述的方法，其中该组合物另外包含增强材料。

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