JP2005522710A - 熱伝導性の生物検定用トレー - Google Patents

Abstract

熱伝導性の生物検定用トレー（１０）を提供している。トレーは、基本ポリマーマトリックスと熱伝導性材料とを含むポリマー組成物から作られる。トレーは蛍光免疫検定法のために使用することができる。ポリマー組成物の蛍光レベルは、蛍光免疫検定法を妨害しないような十分に低いものである。本発明にはまた、生物検定用トレーを製造する方法も含まれる。

Description

本発明は、一般に生物検定用トレーに関する。具体的には、本発明は熱伝導性の生物検定用トレー、およびこのようなトレーを製造する方法に関する。本トレーは、基本ポリマーマトリックスと熱伝導性材料とを含むポリマー組成物から作られている。

本出願は、出願日２００２年４月１５日の、米国仮出願第６０／３７３，０１４号の恩恵を請求するものである。

生化学研究および医学実験室では、遺伝物質、細胞、組織培養、免疫複合体などの分析および測定を含む様々な目的のために生物検定用トレーを使用している。一般に、試料物質中のある物質（例えばタンパク質）の存在または濃度を検出するために、生物検定が用いられる。

これらの検定は、縦および横に配列している多数のウェル（くぼみ）を含む容器トレー内で通例行われる。トレーは、典型的には２０、２４、４８、または９６箇所のウェルを含み、各ウェルはマイクロリットル量の流体を保有する。ウェルは種々の形状を有することができる。ウェルの上側部分は通常円形であるが、正方形のウェルも知られている。ウェルの底部分は平面、円形、Ｖ字形、またはＵ字形とすることができる。生物検定は、実施される特定のタイプの検定技術により、一連の工程を包含する。一般に、これらの技術は、分析される流体試料をトレー内のウェルに注入する工程、種々の液体試薬を添加する工程、試料を温置しまた冷却する工程、反応した試料を多数回洗浄する工程、および他の工程を包含する。液体試薬の添加および洗浄は、手動もしくは自動ピペットを使用して通常行われる。

生物学的物質を分析するために、免疫検定法がしばしば用いられる。多くの免疫検定法の手順は、抗原−抗体複合体を生成させる工程を包含する。抗原は、対応する抗体の生成を刺激する物質である。免疫検定法の手順は、全血、血清、血漿、および尿などの体液中に抗原が存在することを決定するために用いることができる。一般に、抗体は、特定の抗原に対応して生成される身体の任意の免疫グロブリンを指す。特定の抗体は特定の抗原と反応して、結合した抗原−抗体複合体を生成させる。このような結合反応は、しばしば試料中に、肉眼で見ることができる沈殿または凝集物をもたらす。しかし、多くの例では、このような抗原−抗体複合体の存在を分析するためには、特殊な機器を使用しなければならない。

多くの免疫検定法において、複合体の一方の成分（例えば、抗原または抗体）が、検定用トレーのウェル内部の位置にある固体の支持表面上に固定化されている。これにより、結局複合体全体が固体の支持表面上に固定化されることになる。トレーウェル内で固定化された固相複合体は洗浄し、温置し、単離し、かつ液体試薬で処理することができる。これらの検定は通例、免疫吸着物もしくは固相検定と呼ばれる。従来の固相検定には、例えば、酵素免疫検定法（ＥＩＡ）、放射線免疫検定法（ＲＩＡ）、および蛍光免疫検定法（ＦＩＡ）が含まれ、それらにおいて免疫吸着物材料は、いくつかのタイプのビーズ、円板、または他の固体の支持材料である。

上記で考察したように、免疫検定法および他の生物検定は、トレーの内容物を温置しまた適切な温度まで冷却するように、トレーを数回加熱しまた冷却する工程を包含する。トレーを加熱しまた冷却するのに要する時間は、所定時間内に何回分析測定が実施されるかを決定する１つの因子である。加熱および冷却時間は、分析試験のコストおよび効率に影響を及ぼす。金属製検定トレーでは、加熱および冷却工程が迅速に行われる。しかし、大部分の金属が、トレーウェル内の反応物、または使用される検出方法の妨害になり、したがって、金属製検定トレーは通例では使用されない。金属製トレー（例えば、ステンレス鋼もしくはチタン製トレー）が反応物の妨害にならないとしても、このようなトレーを製作することは高価である。さらに、多くの実験室では、１回使用後生物検定用トレーを捨てることを望んでいる。１回の使用のために金属製検定トレーを製作することは、非常に高価である。

したがって、生化学研究および医療検査室では、典型的にはプラスチック製生物検定用トレーを使用している。これらの検定用トレーは、生物学的に不活性な材料からできており、製造するのに比較的安価である。例えば、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリレート、メタクリレート、アクリル樹脂、ポリアクリルアミドなどのポリマー、ならびに塩化ビニルおよびポリフッ化ビニルなどのビニルポリマーからトレーを製造することができる。

多くのこのようなプラスチック製検定用トレーは、知られている射出成形方法を使用して作られ、トレーは様々な形状を有することができる。

例えば、Ａｓｔｌｅ、米国特許第５，２２５，１６４号は、液体試薬と他の試料物質とを分析するための、直線的形状を有する上部開放式のウェルを有するマイクロプレートトレーを開示している。ウェルは、ウェル内において混合を促進し、液体への酸素移動速度を増加させるためのバッフルを含むことができる。この特許は、トレーの部材を、ポリスチレン成型物で構築することができることを開示している。

Ｐｅｔｅｒｓ、米国特許第４，２９９，９２０号は、基板と、取外し可能なかつ液漏れのない方法で基板に接合させたウェル部材とを備える、細胞培養または生物学的試験向けの容器を開示している。この特許は、その基板が柔軟であり、かつポリスチレン、ポリカーボネート、フッ素化炭化水素重合物、またはガラスでその基板を作ることができることを開示している。特許はさらに、ポリ塩化ビニル、ポリウレタンエラストマー、ポリ塩化ビニリデン、メチルゴム、塩素化ゴム、またはフルオロカーボンエラストマーなどのエラストマー質合成材料から、壁部分を作ることができることを開示している。

Ｓｔｕｄｅｒ，Ｊｒ．、米国特許第４，０９０，９２０号は、複数の試験用ウェルもしくは室を有する生物学的培養試験プレートを開示している。この試験用プレートはプラスチック成形物から製作した使い捨ての透明構造体である。この特許は、プレート成形物を、メタクリル酸メチル、ビニル樹脂、または任意の生物学的不活性なポリマーから作ることができることを開示している。

Ｋａｔｏｈ他、米国特許第６，３１９，４７５号は、試料物質を保持するための容器であって、その容器が熱的加熱および冷却過程を受ける容器を開示している。その容器は、医学、化学、および生体工学の分野で使用することができる。その容器は、樹脂と、セラミックス、金属および炭素からなる群から選択された無機質充填材とを含有する組成物で作った層を含む、３つの層を備える。

しかし、従来のプラスチック製検定用トレーはいくつかの欠点を有する。特に、従来のプラスチック製検定用トレーは、一般に不十分な熱伝導性状を有する。このような知られているプラスチック製トレーを使用した検定の、熱的加熱および冷却効率が低い可能性がある。事実、多くのプラスチック製トレーは、良好な断熱性状を付与する目的のために設計されている。しかし、このようなプラスチック製トレーを加熱および冷却するための時間は、比較的長い可能性があり、これによりその検定方法のコストが上昇する。さらに、不十分な熱伝導性状を有するプラスチック製トレーでは、トレー内のウェルに均一に熱が伝達されない可能性がある。この不均一なトレーの加熱が原因で、ウェル間で温度勾配が生じる恐れがあり、ウェル内の内容物の分析に影響を及ぼす。

従来の生物検定用トレーにおける前述の欠点のために、良好な熱伝導性状を有する改良された検定用トレーについての必要性が存在する。検定の効率を向上させるためには、急速に加熱し、また冷却することができる検定用トレーを有することが望ましいであろう。本発明は、このような生物検定用トレー、およびこのようなトレーを製造する方法を提供する。

本発明は、熱伝導性の生物検定用トレー、およびこのようなトレーを製造する方法に関する。

一般に、本熱伝導性ポリマー組成物は、ａ）２０〜８０重量％のポリマーマトリックスと、ｂ）２０〜８０重量％の非金属熱伝導性材料とを含む。このポリマーマトリックスは熱可塑性ポリマー、または熱硬化性ポリマーとすることができる。例えば、ポリフェニレンスルフィドを使用して、ポリマーマトリックスを形成することができる。この非金属熱伝導性材料は、セラミックス、酸化物、および炭素材料から選択することが好ましい。例えば、この熱伝導性材料は窒化ホウ素、窒化ケイ素、アルミナ、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、または炭素黒鉛とすることができる。

溶融したポリマー組成物を用意し、この組成物を金型中に射出する。次いで、この組成物を金型から取り出して、最終形状（ネット・シェイプ）に成形された、熱伝導性の生物検定用トレーを形成する。

この生物検定用トレーは、３Ｗ／ｍ°Ｋを超える、またより好ましくは２２Ｗ／ｍ°Ｋを超える熱伝導率を有することが好ましい。

本発明の特性である新規な特徴を、付属する特許請求範囲において記述している。しかし、本発明の好ましい実施形態は、さらなる目的および付帯する利点とともに、添付図面に関連して行われる下記の詳細な説明を参照することにより最もよく理解される。

本発明は、熱伝導性の生物検定用トレー、およびこのようなトレーを製造する方法に関する。このトレーは、高い熱伝導率を有するポリマー組成物を使用して作られる。このポリマー組成物は、ポリマーマトリックスと、その中に分散された熱伝導性材料とを含む。

１つの標準的な蛍光「サンドイッチ」免疫検定法技術において、生物検定用トレーウェルは、免疫吸着物支持表面（例えばアガロース被覆したガラス円板もしくはビーズ）を含む。分析しようとする抗原と反応する標識されない抗体を、多孔性ガラス円板上に固定化する。その抗原分子が固定化された抗体と反応し、結合するように、その円板を通過させて、その抗原を含有する流体を供給する。次に、検出可能な蛍光標識（例えば、フルオレセイン分子）で標識されている抗体分子を含有する溶液を、その多孔性ガラス円板を通過させ供給する。その標識された抗体分子は前記抗原分子に結合して、円板上にサンドイッチ層状構造体を形成する。この層状構造体は、標識されない抗体、抗原、および標識された抗体を含む。分光蛍光光度計を使用して、前記標識された抗体分子の存在および濃度を測定する。

他の知られている蛍光免疫検定法手順において、分析しようとする流体中の抗原と同一の免疫型の抗原を、支持円板上に吸着させる。その吸着された抗原を含有する支持円板を、標識された抗体と分析しようとする抗原とを含有する溶液中に浸漬する。その標識された抗体は、その溶液中の抗原と急速に反応しかつ結合して、それによりこの反応は完結するに至る。溶液中の抗原に結合していない過剰の標識された抗体は、支持表面上の固定化された抗原と反応するであろう。次に、緩衝溶液中でその支持表面を洗浄することができる。次いで、蛍光光度計または他の適正な機器を使用し、標識された抗体−抗原複合体の存在について、その支持表面を分析することができる。

このような蛍光免疫検定法技術において、バックグラウンドの蛍光を最低限に維持することができ、かつその蛍光が試験読取り値を邪魔することがないように、トレーを構成する基本ポリマーは比較的低レベルの蛍光を有することが重要である。バックグラウンドの蛍光は、実際の蛍光レベルを隠ぺいし、それにより正確な読取り値が得られるのを困難にする可能性がある。換言すると、基本ポリマーの蛍光レベルは、蛍光免疫検定法の過程を妨害しないような十分に低いものとする。マトリックスを形成するために、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ビニル樹脂、フルオロカーボン、ポリアミド、ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、および熱可塑性芳香族ポリエステルなどの液晶ポリマーからなる群から選択された熱可塑性ポリマーを使用することができる。標識された抗体−抗原複合体の蛍光レベルの読取り値を妨害しないように十分に低い蛍光を有する液晶ポリマーが、特に好ましい。別法として、エラストマー、エポキシ樹脂、ポリイミド、およびアクリロニトリルなどの熱硬化性ポリマーを使用することができる。適切なエラストマーには、例えば、スチレン−ブタジエンコポリマー、ポリクロロプレン、ニトリルゴム、ブチルゴム、ポリスルフィドゴム、エチレン−プロピレンターポリマー、ポリシロキサン（シリコーン）、およびポリウレタンが含まれる。一般に、ポリマーマトリックスは、全組成物の約２０〜約８０重量％、またより詳細には組成物の約４０〜約８０重量％を構成する。

本発明においては、このポリマーマトリックス内に非金属熱伝導性材料を添加し、分散させている。これらの材料により、非伝導性のポリマーマトリックスに熱伝導性が付与される。トレーウェル内で金属、金属汚染物が反応物と反応しまた結合して、分析上の問題を引起こす恐れがあるので、非金属材料を使用することが重要である。さらに、上記において考察した理由のため、バックグラウンドの蛍光レベルを最低限に維持するように、熱伝導性材料は低い蛍光を有するべきである。

適切な非金属熱伝導性材料には、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、および酸化チタンなどの金属酸化物；窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ホウ素などのセラミックス、ならびにカーボンブラックまたは黒鉛などの炭素材料が含まれる。このような充填材の混合物も適切である。一般に、熱伝導性充填材は、全組成物の約２０〜約８０重量％、またより詳細には組成物の約３０〜約６０重量％を構成する。

熱伝導性材料は、粒子、粒状粉末、ウィスカー、繊維，または任意の他の適切な形の形態とすることができる。粒子または粒状粉末は、様々な構造および広い粒度分布を有することができる。例えば、粒子または粒状粉末は０．５〜３００ミクロンの範囲にある粒径とともにフレーク、プレート、米粒状（ｒｉｃｅ）、ストランド（ｓｔｒａｎｄ）、六角形、または球形様の形状を有することができる。粒径は小さい（例えば、＜１ミクロン）ことが好ましい。なぜならこのような粒子は、以下に詳細に考察するように、試料を読み取る蛍光光度計または他の機器からの光線を反射しない傾向があるからである。いくつかの例では、熱伝導性材料は、約１０：１以上の比較的高いアスペクト（長さ対厚さ）比を有することができる。例えば、約５０：１のアスペクト比を有するＰＩＴＣＨ系炭素繊維を使用することができる。別法として、熱伝導性材料は、約５：１以下の比較的低いアスペクト比を有することができる。例えば、約４：１のアスペクト比を有する窒化ホウ素粒を使用することができる。参照によりその開示が本明細書に組み込まれているＭｃＣｕｌｌｏｕｇｈ、米国特許第６，０４８，９１９号に記載されるように、低アスペクト比の材料および高アスペクト比の材料を両方、ポリマーマトリックスに添加することができる。特に、本発明の組成物は、約１０：１以上の高いアスペクト比を有する熱伝導性材料約２５〜約６０重量％と、約５：１以下の低いアスペクト比を有する熱伝導性材料約１０〜約２５重量％とを含有することができる。

このポリマーマトリックスに、場合によって補強材を添加することができる。補強材はガラス、無機鉱物、または他の適切な材料とすることができる。補強材はポリマーマトリックスを強化する。補強材は、添加する場合、組成物の約３重量％〜約２５重量％を構成する。

熱伝導性材料および場合によって補強材を、非伝導性ポリマーマトリックスと均質に混合してポリマー組成物を形成させる。所望される場合、この混合物は、例えば、難燃剤、酸化防止剤、可塑剤、分散助剤、および離型剤などの添加剤を含有できる。このような添加剤は生物学的に不活性であることが好ましい。当技術分野で知られている技術を用いて、本混合物を調製することができる。

上記において考察したように、蛍光免疫検定法および酵素免疫検定法などのあるタイプの検定法では、検定における読取りの工程は、トレー内のウェルを通して光線を通過させる工程と、ウェルの内容物を「読み取る」工程とを包含する。生物検定用トレーを製造するために使用している本発明のポリマー組成物は、入射光線を妨害しない傾向があり、特に本ポリマー組成物は光線を反射しない傾向がある。したがって、より正確な読取りおよび測定を行うことができる。いくつかの例では、カーボンブラックを使用してポリマー組成物を黒色に着色させ、それにより本組成物をより効果的に紫外（ＵＶ）光吸収体として作用させ、また光線の反射を減らすことができる。

本ポリマー組成物は、３Ｗ／ｍ°Ｋを超える、またより好ましくは２２Ｗ／ｍ°Ｋを超える熱伝導率を有することが好ましい。これらの良好な熱伝導性状により、本検定用トレーをより効率的に加熱し、また冷却することが可能になる。さらに、本検定用トレーを製造するのに使用しているポリマー組成物が良好な熱伝導率性状を有するので、トレー内の全てのウェルに均一に熱を伝達することができる。したがって、ウェル間の温度差が著しくなる可能性が少なくなり、より正確な読取り値を得ることができる。

得られたポリマー組成物は、溶融押出し、注型、または射出成形などの任意の適切な成形方法を使用して成形し、生物検定用トレーとすることができる。

一般に、射出成形は、ａ）押出機の加熱室に本組成物を供給し、かつ組成物を加熱して溶融した組成物（液体プラスチック）を生成させる工程と、ｂ）溶融した組成物を金型の空洞中に射出する工程と、ｃ）冷却するまで高圧のもとで組成物を金型内に保持する工程と、ｄ）成形された物品を取り出す工程とを包含する。

この成形法により、「最終形状（ネット・シェイプ）に成形された」生物検定用トレーが生産される。生物検定用トレーの最終形状は、金型の空洞の形状によって決まる。生物検定用トレーの最終形状を作り出すために、さらなる加工、ダイ打抜き、機械加工、または他の工具加工を全く必要としない。

本発明の生物検定用トレーは単層構造を有することを理解されたい。熱伝導性ポリマー組成物は、試験用ウェルがその中に配列されている平坦なプラットフォーム（台）を備えたトレー組立体の形状に成形される。トレー組立体（プラットフォームおよびウェル）は、上述のポリマー組成物から作った一体型ユニット構造体である。トレー組立体は、ある度合いの熱伝導率を有する第１のポリマー組成物から作った内部層と、異なる度合いの熱伝導率を有する第２のポリマー組成物から作った外部層とを備えているものではない。

本生物検定用トレーは、所望される生物検定用トレーのタイプによって、種々の形状および構造を有することができる。例えば、図１に示すデザインを有する熱伝導性の生物検定用トレーを、本発明に従って製造することができる。図１において、生物検定用トレーを一般に１０で示している。トレーは、その中に配列されている多数の試験用ウェル（くぼんだ部分）１４を含む平坦なプラットフォーム１２を備えている。試験用ウェルは縦および横に配列されている。

図２では、試料流体１６が入っている単一の試験用ウェル１４を示している。試験用ウェル１４は、円形の上側部分１８と、Ｖ字形の下側部分２０とを有する。試験用ウェル１４が、図２に示しているデザイン以外の構造を有することができることが理解される。試験用ウェル１４については、広く様々な適切な構造がある。例えば、ウェルの上側部分は正方形の形状を有することができ、またウェルの下側部分は円形の、平面の、またはＵ字形の構造を有することができる。

本発明の生物検定用トレーは良好な熱伝導性状を有する。本トレーは、３Ｗ／ｍ°Ｋを超える、またより好ましくは２２Ｗ／ｍ°Ｋを超える熱伝導率を有することが好ましい。本発明の生物検定用トレーを使用して、非常に様々な免疫検定法の加熱および冷却工程を効率的に実施することができる。

本発明の精神から逸脱することなく、例示している実施形態に対して種々の変更および修正を行うことができることが当分野の技術者によって理解される。全てのこのような修正および変更は、添付する特許請求範囲により包含されると考えている。

本発明に従って熱伝導性ポリマーから製造した生物検定用トレーを示す透視図である。 図１の検定用トレー内に配列されている、単一の試験用ウェルを示す透視図である。

Claims (17)

1. 多数の試験用ウェルをその中に配列したプラットフォームを備える、熱伝導性の生物検定用トレーであって、前記プラットフォームがポリマー組成物を含み、前記組成物が、ｉ）約２０〜約８０重量％のポリマーマトリックスと、ｉｉ）約２０〜約８０重量％の非金属熱伝導性材料とを含むトレー。
2. 前記トレーが３Ｗ／ｍ°Ｋを超える熱伝導率を有する、請求項１に記載の検定用トレー。
3. 前記ポリマーマトリックスが熱可塑性ポリマーを含む、請求項１に記載の検定用トレー。
4. 前記熱可塑性ポリマーが、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ビニル樹脂、フルオロカーボン、ポリアミド、ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、および液晶ポリマーからなる群から選択される、請求項３に記載の検定用トレー。
5. 前記ポリマーマトリックスが熱硬化性ポリマーを含む、請求項１に記載の検定用トレー。
6. 前記熱伝導性材料が、セラミックス、金属酸化物、および炭素材料からなる群から選択される、請求項１に記載の検定用トレー。
7. 前記熱伝導性材料が、窒化ケイ素、窒化ホウ素、アルミナ、酸化マグネシウム、および炭素黒鉛からなる群から選択される、請求項６に記載の検定用トレー。
8. 前記ポリマー組成物が、（ｉｉｉ）補強材をさらに含む、請求項１に記載の検定用トレー。
9. 前記補強材がガラスである、請求項８に記載の方法。
10. 最終形状に成形された熱伝導性の生物検定用トレーを製造する方法であって、
    ａ）ｉ）約２０〜約８０重量％のポリマーマトリックスと、ｉｉ）約２０〜約８０重量％の非金属熱伝導性材料とを含む、溶融した組成物を用意する工程と、
    ｂ）前記溶融した組成物を、金型中に射出する工程と、
    ｃ）前記溶融した組成物を、前記金型から取り出して、多数の試験用ウェルをその中に配列したプラットフォームを備える、最終形状に成形された熱伝導性の生物検定用トレーを形成する工程と
    を含む方法。
11. 前記検定用トレーが３Ｗ／ｍ°Ｋを超える熱伝導率を有する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記ポリマーマトリックスが熱可塑性ポリマーを含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記熱可塑性ポリマーが、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ビニル樹脂、フルオロカーボン、ポリアミド、ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、および液晶ポリマーからなる群から選択される、請求項１１に記載の方法。
14. 前記ポリマーマトリックスが熱硬化性ポリマーを含む、請求項１０に記載の方法。
15. 前記熱伝導性材料が、セラミックス、金属酸化物、および炭素材料からなる群から選択される、請求項１０に記載の方法。
16. 前記熱伝導性材料が、窒化ケイ素、窒化ホウ素、アルミナ、酸化マグネシウム、および炭素黒鉛からなる群から選択される、請求項１５に記載の方法。
17. 前記組成物が、補強材をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
    

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