JP2018500153A

JP2018500153A - 表面をコーティングするための組成物および方法

Info

Publication number: JP2018500153A
Application number: JP2017523473A
Authority: JP
Inventors: クラレンスルー，; チトラケー．ラトナヤケ，
Original assignee: Beckman Coulter Inc
Current assignee: Beckman Coulter Inc
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2018-01-11
Also published as: WO2016067220A1; EP3212339A1; US20170335137A1; CN107206418A; CA2966317A1; EP3212339A4

Abstract

本明細書に記載される実施形態は、特に表面をコーティングするための組成物および方法に関し、表面をコーティングすることはアルコキシシランを用いる疎水性コーティングで表面をコーティングすることを含むが、これに限定されない。それらはコーティングされた表面もまた提供される。いくつかの実施形態において、疎水性コーティングを用いて表面をコーティングする方法が提供され、ここでその方法は疎水性のコーティングされた表面を生成するために、部分的に加水分解されたアルコキシシランを含む酸性水溶液を表面に接触することを含む。

Description

関連出願
本出願は、２０１４年１０月３０日に出願された米国仮出願第６２／０７２，９２４号からの優先権の利益を主張し、その全体が本明細書において参考として援用される。

分野
本明細書に記載される実施形態は、アルコキシシランを使用する疎水性コーティングを用いて表面をコーティングすることを含むが、これらに限定されない、表面をコーティングするための組成物および方法を対象とする。

背景
コーティングされたキャピラリーは様々な応用において必要とされる。しかし、現在コーティングするプロセスは複雑で、パフォーマンスの再現性を維持することは困難である。例えば、様々なシロキサン試薬が、キャピラリー電気泳動に用いられるキャピラリーのための主要なコーティングの材料として用いられる。メーカーは、販売会社からもたらされるこの主要なコーティングの材料の問題点のために、コーティングされたキャピラリーのパフォーマンスの再現性を維持することに取り組む。それ故、これらの原材料を用いてコーティングされたキャピラリーのパフォーマンスをロットごとに維持することは困難である。加えて、このコーティングのプロセスの２段階目は、電気浸透流（ＥＯＦ）を最小にするようにもう一つの疎水性層または親水性層を付着させることである。原材料問題に加えて、ポリマー中の利用できる官能基の数が第２の層が付着した後の表面のカバー範囲に影響を及ぼす。それ故、動作寿命およびロット間再現性は妥協される。したがって、キャピラリーおよび他の表面のコーティングのためのよりよいプロセスおよび組成物が必要である。

概要
いくつかの実施形態において、疎水性コーティングを用いて表面をコーティングする方法が提供される。いくつかの実施形態において、その方法は、疎水性のコーティングされた表面を生成するのに十分な条件下で、アルコキシシランを表面に接触することを含む。

いくつかの実施形態において、疎水性コーティングを用いて表面をコーティングする方法が提供され、ここでその方法は疎水性のコーティングされた表面を生成するために、部分的に加水分解されたアルコキシシランを含む酸性水溶液を表面に接触することを含む。

いくつかの実施形態において、アルコキシシランと共有結合したシリカ表面を含む組成物が提供される。いくつかの実施形態において、アルコキシシランはトリアルコキシシランである。

図１は、加水分解反応および重縮合反応、その後シリカ表面へのグラフト化を例示する。

図２は、４つのマーカーを分離し検出するためのコーティングされた表面の使用の非限定的実施形態を例示する。

図３は、モノクローナル抗体を分離し検出するためのコーティングされた表面の使用の非限定的実施形態を例示する。

詳細な説明
本組成物および本方法が記載される前に、本発明は、記載される特定のプロセス、組成物、または方法論に限定されず、これらは変わり得るということが理解されるべきである。本明細書で用いられる用語は、特定のバージョンまたは特定の実施形態を記載するためのものであり、本発明の範囲を制限することを意図しないこと、本発明の範囲は添付された特許請求の範囲によってのみ限定されることも同様に理解されるべきである。他に定義されない限り、本明細書において用いられる全ての技術用語および科学用語は、当業者によって一般に理解されるのと同義を有する。本発明の実施形態の実施または試験において、本明細書に記載される方法および材料と類似または同等のあらゆる方法および材料が用いられ得るが、好ましい方法、装置、および材料はここで記載される。本明細書で言及される刊行物は全て、その全体が参考として本明細書において援用される。本発明が、以前の発明による、そのような開示に先行する権利が与えられないことを認めるものとして解釈されるべきものは本明細書には何もない。

本明細書および添付の特許請求の範囲において用いられる、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈がはっきりと他を規定しない限り、複数に言及することを含むことに気をつけなければならない。

本明細書において用いられる、「約」という用語は、用いられている数の数値のプラスまたはマイナス１０％を意味する。故に、約５０％は４５〜５５％の範囲を意味する。

「必要に応じた」または「必要に応じて」は、続けて記載される構造、事象、または状況が起こってもよく起こらなくてもよいということ、および本明細書に事象が起こる事例、および事象が起こらない事例が含まれることを意味するとみなされてよい。

本文書で用いられる、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」、および「含む・挙げられる（ｉｎｃｌｕｄｅ）」という用語および本明細書で用いられるそれらの活用形は、「含むがこれらに限定されない」を意味する。様々な組成物、方法、および装置が様々な構成要素または工程を「含む」という用語（「含むがこれらに限定されない」を意味するとして解釈される）で記載されるが、他方で同様に組成物、方法、および装置が、様々な構成要素および工程から「本質的になり（ｃｏｎｓｉｓｔｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙｏｆ）」または「なり（ｃｏｎｓｉｓｔｏｆ）」、そしてそのような用語は本質的に閉じたメンバーグループを定義するものとして解釈されるべきである。

本明細書で記載される実施形態は、キャピラリー電気泳動―質量分析のような特定の分子の分析において用いられ得る疎水性のコーティングされた表面のようなコーティングされた表面を生成することに用いられ得る組成物および方法を、提供する。

組成物、コーティング、およびプロセスの予想されない驚きの利点は、表面上に形成されたコーティングが、表面と目的の分析物との相互作用を削減または除去することであり、このことにより検出のレベルが向上する。加えて、本明細書に記載される実施形態は、より効果的な分離を提供し、この分離はいくつかの実施形態において、サンプルの損失なしで達成され得る。もう一つの利点は、電荷に関する電気浸透流を除去するために、コーティングが例えば表面（例えばキャピラリー壁面）のシラノール基の電荷を覆うことである。このことは維持され得る、増大されたパフォーマンスの再現性という結果をもたらす。さらなる利点には、プロセスが一工程の反応であること、コーティングがエッチング後におこなわれ得ること、加水分解によるコーティングの劣化に対する耐性、コーティング試薬が商業的に利用可能であること、一工程のコーティングプロセス、コーティング試薬が網状に形成され、共有結合的にキャピラリーの表面に結合すること、およびコーティングを用いた表面カバー範囲が均一であることが挙げられるが、これらに限定されない。その他の利点もまた、本明細書に記載される実施形態から明らかである。

したがって、本明細書において実施形態は、疎水性のコーティングされた表面を生成するのに十分な条件下で、アルコキシシランに表面を接触させることを含む、疎水性コーティングを用いて表面をコーティングする方法を提供する。いくつかの実施形態において、アルコキシシランは少なくとも部分的に加水分解される。いくつかの実施形態において、アルコキシシランは少なくとも酸性条件下で部分的に加水分解される。

用いられ得るアルコキシシランの例には、シリカ表面上のシラノール基と共有結合を形成可能な官能基がある、ハロアルキルシランおよび任意のアルコキシシランが挙げられるが、これらに限定されない。そのようなアルコキシシランの例には、トリメトキシ（トリフルオロメチル）シラン、ヘキサデシルトリメトキシシラン、（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリメトキシシラン、３，３，３−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリエトキシシランなどが挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態において、アルコキシシランはアルコキシ基を有するハロアルキルシランである。いくつかの実施形態において、アルコキシシランはハロアルコキシシランである。いくつかの実施形態において、シランはトリメチルシロキサン、またはトリメトキシシランである。いくつかの実施形態において、シランはトリアルキルシロキサン、またはトリアルコキシシランである。いくつかの実施形態において、アルコキシシランは下記の式を有する。

いくつかの実施形態において、アルコキシシランは加水分解される。いくつかの実施形態において、加水分解は部分的、または完全である。いくつかの実施形態において、酸性含有量が２．５％ｖ／ｖである場合、加水分解は十分である。

いくつかの実施形態において、アルコキシシランは酸を含む水溶液中で表面と接触する。いくつかの実施形態において、アルコキシシランは加水分解される。いくつかの実施形態において、加水分解は部分的、または完全である。溶液のｐＨは、７．０未満、６．５未満、６．０未満、５．５未満、５．０未満、４．５未満、または４．０未満であり得る。いくつかの実施形態において、酸は硝酸または塩酸である。いくつかの実施形態において、酸は硝酸である。

いくつかの実施形態において、表面はシランと接触する前に洗浄される。いくつかの実施形態において、表面は水酸化ナトリウムなどの塩基で洗浄されるが、これに限定されない。その後、表面は不活性の気体（例えばアルゴンまたはヘリウム）と接触し得る。また、表面は水を用いて同様に洗浄され得る。キャピラリーであり得る表面は、圧力をかけてこれらの材料を用いて洗浄され、またはこれらの材料と接触し得る。いくつかの実施形態において、圧力は約２０ｐｓｉである。

いくつかの実施形態において、アルコキシシランは漸進的な加熱中に表面と接触する。いくつかの実施形態において、表面をアルコキシシランと一定時間保温した後、表面およびアルコキシシランは加熱される。いくつかの実施形態において、表面がアルコキシシランと接触した後に、加熱が少なくとも１５分、３０分、６０分、９０分または１２０分おこなわれる。いくつかの実施形態において、表面がシランと接触した後に、加熱が約１〜２時間おこなわれる。いくつかの実施形態において、アルコキシシランを表面と反応させる反応は完結するまでおこなわれる。つまり、反応中に存在するアルコキシシランは消費され、そして表面に結合する。いくつかの実施形態において、反応を完結までおこなうために、より高い温度が必要である。それゆえ、いくつかの実施形態において、アルコキシシランを表面と反応させるために、漸進的な加熱がおこなわれる。任意の特定の理論に束縛されることを望まず、ハロ基、または表面のＳｉ基に結合するアルコキシシランのアルコキシ基の加水分解は、例えば酸性水溶性媒体が室温である時に媒体中で、ゆっくりと加水分解を開始する。加水分解反応が進行中であると同時に、加水分解反応が重縮合反応を引き起こす。これは下記の図解を用いて例示され得る。

いくつかの実施形態において、反応１は室温（例えば、２０〜２５℃）で開始し得るが、反応がより高い温度（例えば、約５０℃よりも高い温度）でおこなわれる場合と比較して、反応完結にはより長い時間がかかる。いくつかの実施形態において、反応２はより高い温度（例えば、約７０℃よりも高い温度）を要求する。漸進的な加熱は加水分解および重縮合を同時に調節するために用いられ得る。例えば、漸進的な加熱が均一な網状のポリマーの生成に用いられ得るが、他方でポリマーは表面のシラノール基を経由して表面に結合する。これも図１で例示される。反応は約１００℃の温度に漸進的に加熱され得る。しかし、必要に応じて温度を１００℃よりも高い温度に上昇させてもよい。

いくつかの実施形態において、表面は階段的勾配で加熱される。いくつかの実施形態において、表面は一定時間第１の温度で加熱され、そしてその後で第２の一定時間第２の温度で加熱される。いくつかの実施形態において、第１の一定時間および第２の一定時間は同じである。いくつかの実施形態において、第１の一定時間および第２の一定時間は異なっている。いくつかの実施形態において、第１の温度は約６０Ｃ、約７０Ｃ、約８０Ｃ、約６０〜８０Ｃ、約６５〜７５Ｃ、または約７０〜８０Ｃである。いくつかの実施形態において、第２の温度は約１２０Ｃ、約１１０〜１３０Ｃ、約１１５から約１２５Ｃ、または約１２０〜１３０Ｃである。いくつかの実施形態において、第１の一定時間または第２の一定時間は約１２〜２０時間、約１２〜１８時間、約１２〜１６時間、約１２〜１４時間、約１４〜２０時間、約１４〜１８時間、約１４〜１６時間、約１６〜２０時間、約１６〜１８時間、である。いくつかの実施形態において、どちらかの一定時間は約１〜１０時間、約１〜８、約１〜６、約１〜４、約１〜３、約１〜２、または約１時間である。いくつかの実施形態において、どちらかの一定時間は約２〜１０時間、約２〜８、約２〜６、約２〜４、約２〜３、または約２時間である。いくつかの実施形態において、どちらかの一定時間は約３〜１０時間、約３〜８、約３〜６、約３〜４、または約３時間である。いくつかの実施形態において、どちらかの一定時間は約４〜１０時間、約４〜８、約４〜６、または約４時間である。いくつかの実施形態において、本明細書に記載される通りに第１の温度で約１４〜１８時間表面を加熱し、そしてその後本明細書に記載される通りに第２の温度で約２〜６時間加熱する。

本方法は疎水性のコーティングされた表面を提供するのに用いられ得る。例えば、疎水性のコーティングされた表面は、アルコキシシランに共有結合する表面であり得る。いくつかの実施形態において、表面はシリカ表面であり得る。「シリカ表面」はアルコキシシランと共有結合を形成し得る、反応性の高いシリカ基を有する任意の表面である。いくつかの実施形態において、表面はガラスである。いくつかの実施形態において、表面はキャピラリーの表面である。いくつかの実施形態において、キャピラリーはキャピラリー電気泳動に適したキャピラリーである。

いくつかの実施形態において、接触は、表面を覆うように酸性水溶液中でアルコキシシランを通過させることを含む。いくつかの実施形態において、酸性水溶液は本明細書に記載されるように加水分解されたアルコキシシランを含む。いくつかの実施形態において、表面はキャピラリーの内表面である。いくつかの実施形態において、接触はキャピラリーの内表面を通ってアルコキシシランを通過させることを含む。溶液は、表面をコーティングするのに十分な任意の方法で、表面を覆うように通過され得る。これは洗浄またはベージング（ｂａｔｈｉｎｇ）の技術、他の任意のプロセスであり得る。例えば、シランは一定時間（たとえば約１〜２時間）表面と接触し得る。シランは、共有結合を形成する試薬として、固体の表面の周囲の試薬の減少を補うために補充され得る。いくつかの実施形態において、キャピラリーコーティングのためのような、コーティング溶液（シランを含む溶液）はキャピラリーを通して、室温で約１〜２時間、約５０μＬ／分の流量で押し出される。いくつかの実施形態において、その後キャピラリーを、未使用のシランを全て取り除くために、不活性ガス（例えばＨｅまたはＡｒ）を用いて洗い流し得る。キャピラリーを、この目的において十分な任意の時間、不活性ガスを用いて洗い流し得る。いくつかの実施形態において、その時間は約１０分である。本明細書に記載されるように、その後で表面は本明細書に記載される方法などで加熱され得るが、加熱方法はこれに限定されない。

本明細書に記載されるように、いくつかの実施形態において、表面との接触は漸進的な加熱中におこなわれる。

本明細書で提供される実施形態はまた、疎水性のコーティングされた表面を生成するために、部分的に加水分解されたアルコキシシランを含む酸性水溶液を用いて表面と接触することを含む、疎水性コーティングを用いて表面をコーティングする方法を提供する。いくつかの実施形態において、疎水性のコーティングされた表面は、疎水性のコーティングされたシリカ表面である。いくつかの実施形態において、疎水性のコーティングされた表面は、疎水性のコーティングされたガラス表面である。いくつかの実施形態において、疎水性のコーティングされた表面は、疎水性のコーティングされたキャピラリー表面である。いくつかの実施形態において、疎水性のコーティングされた表面は、キャピラリーの内表面である。いくつかの実施形態において、コーティングは本明細書に記載されるように、漸進的な加熱中におこなわれる。

本明細書に記載されるように、方法に関して様々な工程が記載される。いくつかの実施形態において、工程は順番にまたは同時に行われ得る。例えば、いくつかの実施形態において、ハロアルキルシランまたはアルコキシシランは部分的または完全に加水分解される。加水分解後、部分的または完全に加水分解されたハロアルキルシランまたはアルコキシシランは、酸性水溶液と混合または接触する。その後、酸性溶液は加熱され、そして／またはシリカ表面と接触し得る。また、加熱工程は溶液がシリカ表面と接触する前におこなわれ得る。

アルコキシシランと共有結合するシリカ表面を含む組成物もまた、提供される。いくつかの実施形態において、アルコキシシランはトリメトキシ（トリフルオロメチル）シランである。シリカ表面は、キャピラリー表面の内部のようなキャピラリー表面であり得るが、それに限定されない。組成物または表面は本明細書に記載される方法によって調製され得る。

コーティングされた表面を含む系もまた提供される。いくつかの実施形態において、コーティングされた表面を含む質量分析計が提供される。いくつかの実施形態において、質量分析計はキャピラリー電気泳動−質量分析法に用いられるものである。いくつかの実施形態において、質量分析計は本明細書に記載されるようなコーティングされたキャピラリーを含む。

実施例１：キャピラリーコーティングのための表面のコーティングの材料：エタノール、フルオロカーボンシロキサン、および１Ｍ硝酸。キャピラリーコーティングの手順：１．５μＬのエタノールを２ｍＬのシロキサン試薬、および５０μＬの硝酸と混合することにより、コーティング溶液混合物を調製した。最初に、キャピラリーを１ＭのＮａＯＨを用いて２０ｐｓｉで３０分間すすぎ、続いて同圧力でもう３０分間蒸留水ですすいだ。２０ｐｓｉで３０分間アルゴンガスをキャピラリーに流しこみ、そしてその後室温で２時間コーティング溶液をキャピラリーに通した。その後、キャピラリーを８０Ｃで１８時間加熱し、そしてさらに１２０でもう３時間加熱した。加熱後、キャピラリーを室温になるようにさせ、そしてその後でメタノールを用いて１５分間５０ｐｓｉですすいだ。その後、キャピラリーをＣＩＥＦ実験にうまく用いて、図２および図３に示されるようなスペクトルを生成した。

様々な参考や特許を、本明細書に記載してもよく、それらを引用する目的のために、それぞれが本明細書において参考として援用される。

前述から、本開示の様々な実施形態を例示のために本明細書に記載すること、および本開示の範囲および精神から逸脱することなく様々な改変を作製し得ることは、評価されることである。したがって、本明細書に記載される様々な実施形態を制限することは意図しないことである。

Claims

疎水性コーティングを用いて表面をコーティングする方法であって、該方法は疎水性のコーティングされた表面を生成するのに十分な条件下で少なくとも部分的に加水分解されるアルコキシシランと該表面とを接触させる工程を包含する、方法。
前記アルコキシシランが酸性条件下で少なくとも部分的に加水分解される、請求項１に記載の方法。
前記アルコキシシランが前記表面と漸進的な加熱下で接触する、請求項１に記載の方法。
前記の漸進的な加熱が段階的な勾配加熱である、請求項３に記載の方法。
前記アルコキシシランが前記表面と酸を含む水溶液中で接触し、該溶液のｐＨが７未満である、請求項１に記載の方法。
前記酸が硝酸または塩酸である、請求項５に記載の方法。
前記疎水性コーティングが前記表面と共有結合する、請求項１に記載の方法。
前記表面がシリカ表面である、請求項７に記載の方法。
前記表面がガラスである、請求項７に記載の方法。
前記表面がキャピラリー表面である、請求項７に記載の方法。
接触させる工程が前記表面を覆うように（ｏｖｅｒ）酸性水溶液中で前記アルコキシシランを通過させることを含む、請求項１に記載の方法。
前記表面がキャピラリーの内表面である、請求項１１に記載の方法。
接触させる工程が、前記アルコキシシランを前記キャピラリーの前記内表面を通って通過させることを含む、請求項１２に記載の方法。
前記アルコキシシランがハロアルコキシシランである、請求項１３に記載の方法。
前記アルコキシシランがトリアルコキシシランである、請求項１３に記載の方法。
前記アルコキシシランがトリメトキシ（トリフルオロメチル）シラン、ヘキサデシルトリメトキシシラン、（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリメトキシシラン、３，３，３−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、または（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリエトキシシランである、請求項１３に記載の方法。
前記疎水性のコーティングされた表面が疎水性のコーティングされたキャピラリー表面である、請求項１に記載の方法。
前記表面が前記キャピラリーの内表面である、請求項１７に記載の方法。
前記アルコキシシランがハロアルコキシシランまたはトリアルコキシシランである、請求項１８に記載の方法。
前記アルコキシシランがトリメトキシ（トリフルオロメチル）シラン、ヘキサデシルトリメトキシシラン、（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリメトキシシラン、３，３，３−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、または（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロデシル）トリエトキシシランである、請求項１８に記載の方法。