JP2005538372A - 表面張力測定方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、サンプルの表面張力測定方法であって、ウェル壁と開口部により形成され、テスト対象のサンプルを受け入れる空間を形成する少なくとも１つのウェルを有するウェルプレートを提供する工程と、前記ウェル内の前記サンプルの表面にプローブを接触させる工程と、前記サンプルによって前記プローブに対して付与される力を測定する工程を含む方法であって、前記ウェルの断面が、前記ウェルの前記開口部から前記ウェルの底部に向かって減少し、前記ウェル内にある時に前記サンプルのメニスカスが平坦又は凸形状となるようなジオメトリを提供するべく前記ウェルの前記壁が前記ウェルの前記開口部によって形成される平面に対して傾斜し、少なくとも、前記サンプル空間に面する前記ウェルの前記壁の表面が、静電防止材を含み、かつ、前記ウェルからの静電気を散逸させるための手段を提供することを特徴とする方法に関する。本発明は、更に、この方法に使用されるウェルプレートにも関する。

Description

本発明は、概して、表面張力を測定する方法に関する。詳しくは、本発明は、ウェルプレートのウェル内のサンプルの表面にプローブを接触させることによって表面張力を測定するように意図されるウェルプレートの構成に関する。本発明は、薬剤等の物質の表面化学的特性を測定するために使用することができる。

薬剤等の物質の両親媒性と表面活性特性は、胃腸管におけるその吸収、組織におけるその分布、そして、特に、その血液脳関門（ＢＢＢ）透過性、肝臓代謝及び尿排泄、即ち、その所謂ＡＤＭＥ特性に関連している。両親媒性と表面活性（detergent）特性とは、従来、その物質の水の表面張力に対する作用を測定することによって決定されてきた。ＡＤＭＥ特性を推定するために従来使用されてきたもう１つの方法は、その物質のオクタノール／水中の分配係数（log P）を測定する方法である。

両親媒性物質が水溶液に添加されると、その物質は、空気／水界面へと分かれ、表面張力の低下（表面圧の増加）を引き起こす。表面張力は、例えば、前記空気／水界面においてプローブにかかる力を測定することによって測定することができる。そのようなプローブは、例えば、Wilhelmyプレートなどの薄いプラチナプレートとして構成することができ、これが空気／水界面中に置かれる。プローブの別の構造は、小径の金属ワイヤ状のものである。

表面張力の変化は、そのプローブに付着する液体の量の変化として示される。液体の表面張力が減少すると、プローブへの付着量が直線的に減少し、その逆の場合は逆のことが起こる。付着した液体は、プローブに対して垂直な力を加え、これを微量天秤を使用して検出することができる。

一般に、表面張力測定技術は、大量の試薬と長い実験時間を必要とする。しかし、新しい薬剤候補をスクリーニングすることが極めて多くなってきていることによって、広い表面張力範囲で利用可能な迅速で信頼性の高い技術が必要とされている。更に、経済的理由により、試薬の量を最小化することが、特に薬剤候補などの高価な物質用に望まれている。

本発明は、サンプルの表面張力測定方法であって、ウェル開口部を形成するウェル壁とテスト対象の前記サンプルを受け入れる空間を形成するウェルの壁とによって形成される少なくとも１つのウェルを有するウェルプレートを提供する工程と、前記ウェル内の前記サンプルの表面にプローブを接触させる工程と、前記サンプルによって前記プローブに対して付与される力を測定する工程を含む方法に関する。この方法は、前記ウェルの断面が、前記ウェルの前記開口部から前記ウェルの底部に向かって減少し、前記ウェル内にある時に前記サンプルのメニスカスが平坦又は凸形状となるようなジオメトリを提供するべく前記ウェルの前記壁が前記ウェルの前記開口部によって形成される平面に対して傾斜し、少なくとも、前記サンプル空間に面する前記ウェルの前記壁の表面が静電防止材を含み、かつ、前記ウェルからの静電気を散逸させるための手段を提供することを特徴とする。

前記静電防止材は、前記サンプルウェル中において発生して測定を妨害する可能性のある静電気を散逸させるために必要とされる。前記サンプルウェルからの静電気を逃がしその散逸を可能にするための前記手段は、例えば、静電防止材を含む、又は、静電防止材によってコーティングされた前記ウェルプレートの選択された部分によって提供することができる。従って、前記手段は、前記ウェルプレート全体、又は前記ウェルプレートの全表面に静電防止材を備えさせること、そして前記ウェルプレートを前記サンプルウェルからの電荷を逃がすために接地することとして構成することができる。前記サンプルウェル又は、例えば、コーティングとして構成されるその表面に加えて、それに関連つけられる、又は接続される前記ウェルプレートの特定部分又は領域も、前記ウェルと連通し、それを通して電荷を逃がす又は放出することが可能な静電防止材を含む領域又は通路を形成することができる。従って、本発明での使用においてウェルプレートの「選択された部分」という用語は、ウェルの一部のみならず、例えば、その選択された部分の表面層等の層を含めたウェルプレート全体も含むことが意図されている。

上記断面とは、前記ウェルの前記開口部によって形成される、又はこの開口部を含む平面に対して平行な前記ウェルの断面をいう。これは、又、前記ウェルのそのような断面の直径が、前記開口部から前記ウェルの底部に向かって減少するということも意味する。好ましくは、前記ウェルは、円錐又は切頭円錐状である。本発明は、更に、上述した方法に適したウェルプレートにも関する。このウェルプレートは、請求項に記載されているように定義される。

本発明の一実施例によれば、前記ウェルプレートは、測定中に於ける静電気の干渉を避けるべく、静電防止、即ち、導電性又は散逸性材から作成される。

テストされる前記サンプルは、好ましくは、そのＡＤＭＥ特性を測定するべき、薬剤等の物質の水溶液である。

本発明を生み出した実験によれば、小さなウェル内のサンプルの表面張力を測定する際に高い信頼性と再現性の結果を得るには、そのサンプルによって凸状又は平坦なメニスカスが形成されることが必須であることがわかった。もしも、その反対に、サンプルによって凹状のメニスカスが形成されると、サンプルに挿入されたプローブがウェルの側に引き付けられて、その測定結果は信頼性の低いものとなる。本発明によれば、この問題は、前記方法において、サンプルに対して凸状又は平坦なメニスカスを提供するウェル形状を使用することによって解決可能である。メニスカスの凸状又は平坦な形状によって、プローブはサンプル表面の中心に維持される。そして、このことによって、例えば、薬剤溶液の測定で使用するときのように、少量のサンプル流体を使用する場合でも正確な測定値が得られる。

本発明によれば、所定の傾斜した互いに収束する壁を備えるウェルによって、サンプルの量や溶液の表面張力の如何に拘わらず、凸状又は平坦な形状のサンプルメニスカスが得られる。サンプル流体とウェルの壁との間の接触角αは、ウェル−流体、ウェル−空気、及び流体−空気界面の特性によって決まる固有の量である。本発明によれば、ウェルの頂角、即ち、ウェルの壁間、又は、ウェルの壁の延出部間の角度はβによって示され、凸状又は平坦なメニスカスを提供するためには、この頂角βは、１８０−αか、又はそれ以下でなければならない。換言すると、サンプルの接触角αは、９０°−β／２≦α＜１８０°である。壁の傾斜の度合いは可変でありうるが、テスト結果によれば、壁間又は壁の延出部間に形成される前記頂角βは、３０°〜１５０°、好ましくは、７０°〜９０°である。

本発明の一実施例によれば、前記ウェル及びウェルプレートに使用される材料は、静電防止性であるべきである。静電気の存在は測定に影響を及ぼし、その結果測定結果が歪められたものとなる。プローブとキュベットの壁との間の距離が短い場合に、少量のサンプルの表面張力を測定している間、静電気又は電荷の存在を避けることが特に重要である。そのような測定においては、たとえ少量の電荷であっても大きな測定誤差を生じさせる可能性がある。一般には水性のサンプル溶液が使用されることから、サンプルのメニスカスの凸形状の形成をより容易にするために、前記材料は疎水性であることが好ましい。材料の静電防止性を得るには、導電性又は本来的に散逸性の材料を使用することができる。そのような材料として、ポリオレフィン、好ましくは、炭素又は金属粒子を添加したポリプロピレンを使用することができる。最良の結果を得るためには、炭素又は金属をウェルプレートの材料に組み込むべきである。又、使用される材料は、例え少量でも、例えば、流体中に溶解する可能性のある軟化剤やスリップ剤を含むことがなく、可能な限り純粋であるべきである。少なくとも、前記サンプル空間に面する壁の表面が、前記疎水性材料によってライニングされるべきである。上述したような材料は、公知であり、種々の装置において静電気を避けるために一般的に使用されているものである。

本発明の一実施例によれば、前記ウェルプレートの壁の高さは、プローブがウェル内にフィットするように少なくとも１ｍｍの深さでなければならない。ウェルの深さは、通常、約３ｍｍである。プローブは通常、測定中、ウェル内のサンプルの表面から１ｍｍの深さで挿入され、プローブとウェル自身とが接触すれば、当然、測定結果は不正確になる。

プローブを移動させる必要がある距離を減少させるために、サンプル表面とウェルの上面、即ち、ウェルの前記開口部との間の距離を小さくするのに有利なジオメトリが好ましい。ウェルのエッジがウェルのサンプル空間の垂直上方に延出するウェルプレートを使用することも勿論可能ではあるが、これによって、プローブの移動距離が大きくなるため、これは望ましくない。縦壁を長くすることのもう一つの問題は、その垂直部分までウェルを満たすためのサンプル流体の量によって、サンプル流体のメニスカスが凹形状になって、それによって、上述したように測定値が不正確なものになることである。

添付の図面において、図１は、本発明によるウェル１と、そのウェル内のサンプル３によって形成される接触角αとを図示している。αの可変限度は、９０°−β／２≦α＜１８０°であり、ここで、βは、壁２又は壁の延出部間の頂角である。図２は、本発明の一好適実施例によるウェルプレートの二つの隣接するウェル１の断面を図示している。前記頂角βが示されている。図３ａは、一好適実施例のウェルプレートをその下方から図示し、図３ｂは、その断面Ａ−Ａ、図３ｃはウェルプレートを上方から図示している。本発明のこの好適実施例において、前記ウェルプレートは、標準的な実験室自動装置（laboratory robotics）の実施を容易にする標準的なフットプリントとプレートサイズを有する。図４は、４種類のウェルプレート、即ち、導電性プロピレン（●）、プロピレン（■）、アルミニウム（▽）及び標準的な９６−ウェルプレート（◇）、における表面圧測定からのグラフを示している。

本発明を、以下の例によって示す。
水の表面張力を、４種類のプレートで、Du Nuoy ring技術によるMultiPi HTS器具（Kibron Inc.）で測定した。この実験は、正確な表面張力測定のために、材料と形状との両方が重要であることを証明するものである。前記プレートに使用されている材料は、ポリプロピレン、導電性ポリプロピレン、アルミニウム、及び標準的な市販のポリスチレン９６−ウェルプレート（Nunc）であった。最初の二種類のプレートでは、ウェルのジオメトリを、凸状のメニスカス形状を提供するように設計した。これらの二種類の相異点はその導電性のみである。前記アルミニウムプレートの形状は最適化されず、凹状のメニスカス形状が得られる。

前記実験の結果を図１に示す。前記導電性ポリプロピレンプレート（●）は、複数の一連のウェル全体を通じて正確な値を示している。前記ポリプロピレンプレート（■）は、静電気の影響を受け、これは、特に、最初の方のウェルにおいて、表面張力値があまりにも低くかつ可変であることによって明白である。エラーが減少していく理由は、プローブを介して静電気が放出されることによる。前記アルミニウムプレート（▽）で得られた実験結果は、そのメニスカス形状が測定プローブをいかに歪めるかによって、非常にランダムに変化している。前記標準的な９６−ウェルプレート（◇）は、静電気とウェル形状の不備との両方の問題がある。

接触角αを示す図 本発明に係るウェルプレートの隣接するウェルの断面図 本発明に係るウェルプレートの下面図 図３ｃのＡ−Ａ断面図 本発明に係るウェルプレートの上面図 表面張力測定グラフ

Claims (16)

1. サンプルの表面張力測定方法であって、
   ウェル開口部を形成するウェル壁とテスト対象の前記サンプルを受け入れる空間を形成するウェルの壁とによって形成される少なくとも１つのウェルを有するウェルプレートを提供する工程と、
   前記ウェル内の前記サンプルの表面にプローブを接触させる工程と、
   前記サンプルによって前記プローブに対して付与される力を測定する工程を含み、
   前記ウェルの断面が、前記ウェルの前記開口部から前記ウェルの底部に向かって減少し、前記ウェル内にある時に前記サンプルのメニスカスが平坦又は凸形状となるようなジオメトリを提供するべく前記ウェルの前記壁が前記ウェルの前記開口部によって形成される平面に対して傾斜し、少なくとも、前記サンプル空間に面する前記ウェルの前記壁の表面が静電防止材を含み、かつ、
   前記ウェルからの静電気を散逸させるための手段を提供することを特徴とする方法。
2. 前記ウェルは、円錐又は切頭円錐状である請求項１に記載の方法。
3. 前記円錐の頂角βは、３０°〜１５０°、好ましくは、７０°〜９０°である請求項２に記載の方法。
4. 前記ウェルからの静電気を散逸させるための前記手段は、静電防止材を含む、又は、静電防止材によってコーティングされた前記ウェルプレートの選択された部分によって提供される請求項１に記載の方法。
5. 前記ウェルプレート全体が静電防止材から形成されるか、又は、静電防止材によってコーティングされている請求項１又は４に記載の方法。
6. 前記静電防止材は、疎水性材、好ましくはポリオレフィンである請求項１に記載の方法。
7. 使用される前記疎水性材は、炭素又は金属粒子を含む高純度のポリプロピレンなどの、導電性で、本来的に散逸性の材料である請求項６に記載の方法。
8. 前記表面張力は、水溶液から測定される請求項１に記載の方法。
9. 前記サンプルは、薬剤の水溶液であり、前記薬剤のＡＤＭＥ特性をテストするために使用される請求項８に記載の方法。
10. ウェル壁と開口部により形成され、テスト対象のサンプルを受け入れる空間を形成する少なくとも１つのウェルを有するウェルプレートであって、
    前記ウェルの断面が、前記ウェルの前記開口部から前記ウェルの底部に向かって減少し、前記ウェル内にある時に前記サンプルのメニスカスが平坦又は凸形状となるようなジオメトリを提供するべく前記ウェルの前記壁が前記ウェルの前記開口部によって形成される平面に対して傾斜し、少なくとも、前記サンプル空間に面する前記ウェルの前記壁の表面が静電防止材を含み、かつ、
    前記ウェルからの静電気を散逸させるための手段を含むことを特徴とするウェルプレート。
11. 前記ウェルは、円錐又は切頭円錐状である請求項１０に記載のウェルプレート。
12. 前記円錐の頂角βは、３０°〜１５０°、好ましくは、７０°〜９０°である請求項１１に記載のウェルプレート。
13. 前記ウェルからの静電気を散逸させるための前記手段は、静電防止材を含む、又は、静電防止材によってコーティングされた前記ウェルプレートの選択された部分によって提供される請求項１０に記載のウェルプレート。
14. 前記ウェルプレート全体が静電防止材から形成されるか、又は、静電防止材によってコーティングされている請求項１０に記載のウェルプレート。
15. 前記静電防止材は、疎水性材、好ましくはポリオレフィンである請求項１０に記載のウェルプレート。
16. 使用される前記疎水性材は、炭素又は金属粒子を含む高純度のポリプロピレンなどの、導電性で、本来的に散逸性の材料である請求項１５に記載のウェルプレート。

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