JP2023553874A - 生体適合性固相マイクロ抽出デバイスのためのプレコーティング - Google Patents

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Abstract

固相マイクロ抽出のための改善されたデバイスであって、プラスチック基質、プラスチック基質上のプレコーティング層およびプレコーティング層上のＳＰＭＥコーティングを含む、デバイス。ＳＰＭＥコーティングは、典型的に基質およびコーティングの間の表面エネルギーの差異により、プラスチック基質と不適合であり、不均一なコーティングおよび悪い接着となる。プレコーティング層の付加は、均一性増加およびＳＰＭＥコーティングのプラスチック基質へのより強い接着をもたらす。また提供されるのは、プラスチック基質上にＳＰＭＥコーティングをコーティングする方法であって、プラスチック基質をプレコーティングして、プレコーティングされた基質を提供し、次いで、プレコーティングされた基質をＳＰＭＥコーティングでコーティングする工程を含み、ここで、プレコーティングがコーティング均一性およびＳＰＭＥコーティングのプラスチック基質への接着の改善を提供する、方法である。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年１２月３日出願の米国仮出願６３／１２１,０５０、２０２０年１２月３日出願の米国仮出願６３／１２１,０３５および２０２０年１２月３日出願の米国仮出願６３／１２１,０７１の優先権の利益を主張し、その各々を全体として引用により本明細書に包含させる。
浸漬抽出のための使い捨て生体適合性固相マイクロ抽出(ＢｉｏＳＰＭＥ)デバイスの要望がある。費用を抑えるために、プラスチックなどの安価な材料が好ましい。しかしながら、ポリオレフィンなどの安価なプラスチックの使用は、ＢｉｏＳＰＭＥ抽出相に適用したとき、問題がある。ポリアクリロニトリル(ＰＡＮ)におけるＣ１８シリカなどの有用な抽出相は、適切にプラスチック基質に付着しない。
プラスチックの表面エネルギーは低い。例えば、ポリプロピレンの表面エネルギーは約３０mJ／ｍ２である。ＳＰＭＥコーティングスラリーの表面エネルギーはプラスチックよりはるかに高く、すなわち、プラスチック表面がＳＰＭＥコーティングスラリーで湿潤不可能であることを意味する。換言すると、ＳＰＭＥコーティングはプラスチック表面に均一にコーティングされ得ず、ＳＰＭＥコーティングはプラスチック表面の何らかの前処理無しでは、プラスチック表面に強く接着しない。
伝統的に、プラスチックは３つの方法で処理され得る。第一に、電動工具でのサンドブラスティング、タンブリングおよび研磨などの機械的方法；第に、火炎、コロナ放電、プラズマなどの物理的方法；第三に、酸エッチング、陽極酸化などの化学的方法。しかしながら、これらの方法の使用がプラスチック表面へのコーティングの接着を改善できたとしても、接着は、特に尖端などの領域で強力ではなく、これらの方法は、ＳＰＭＥデバイスなどの先端を有するデバイスに不適となる。
従って、プラスチック表面に生体適合性ＳＰＭＥコーティングなどのコーティングを接着させる新規方法が必要とされる。このような方法は、デバイスの費用を低く抑えるために安価でなければならず、同時に縁または先端に沿っても、デバイスのプラスチック基質に強く、均一な接着をもたらさなければならない。
概要
提供されるのは、プラスチック基質、プラスチック基質上のプレコーティング層およびプレコーティング層上のＳＰＭＥコーティングを有する、固相マイクロ抽出(ＳＰＭＥ)のためのデバイスである。
ある実施態様において、ＳＰＭＥのためのデバイスは第一表面エネルギーを有するプラスチック基質、プラスチック基質上のプレコーティング層および第二表面エネルギーを有するプレコーティング層上のＳＰＭＥコーティングを含み、ここで、第一表面エネルギーは第二表面エネルギーより低く、プレコーティング層はプラスチック基質に強く接着し、生体適合性コーティングはプレコーティング層に強く接着する。
他の実施態様において、ＳＰＭＥのためのデバイスは複数のプラスチックピン、プラスチックピン上のプレコーティング層(ここで、プレコーティング層はＰＡＮまたはＸ１８であり、所望によりシリカ、チタニア、炭酸ナトリウムまたはポリマー樹脂などの粒子を含む)、結合剤および吸着剤を含むプレコーティング層上のＳＰＭＥコーティングを含む。この実施態様において、結合剤はポリアクリロニトリル(ＰＡＮ)、ポリエチレングリコール(ＰＥＧ)、ポリピロール、誘導体化セルロース、ポリスルホン、ポリアクリルアミド、ポリアミド、ポリジメチルシロキサン(ＰＤＭＳ)、ポリアクリレート、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)およびポリアニリンから選択される。吸着剤は官能化シリカ、炭素、ポリマー樹脂およびそれらの組み合わせから選択される。
また提供されるのは、プラスチック基質上のＳＰＭＥコーティングの接着を改善する方法である。方法は、プラスチック基質をプレコーティングでコーティングし、次いでプレコーティングされた基質をＳＰＭＥコーティングでコーティングして、ＳＰＭＥコーティングが未処理プラスチック基質に接着するより良好にプレコーティングされた基質に接着するデバイスを提供することを含む。プレコーティングはポリアクリロニトリルおよびＸ１８から選択される。プレコーティングがＸ１８である実施態様において、プレコーティング層はシリカまたはチタニア、炭酸ナトリウムまたはポリマー樹脂などの他の粒子をさらに含み得る。
図１ＡはＸ１８：シリカプレコーティング上のＢｉｏＳＰＭＥコーティングでコーティングしたピンデバイスの顕微鏡画像である；図１ＢはＰＡＮプレコーティング上のＢｉｏＳＰＭＥコーティングでコーティングしたピンデバイスの顕微鏡画像である。
プラスチック基質上のＢｉｏＳＰＭＥコーティングの直接コーティングに起因する不均一なコーティングエッジを示す顕微鏡画像を示す。
慣用の前処理方法により産生した粗面を示す顕微鏡画像である。
図４Ａはピン型基質の先端のＢｉｏＳＰＭＥコーティングの弱い接着を示す、側面からの顕微鏡画像である；図４Ｂは同じピン型基質を端から示す。
図５Ａは７：１(ｗ／ｗ)比のＸ１８：シリカでのプレコーティングを示す顕微鏡画像である；図５Ｂは５.８：１(ｗ／ｗ)比のＸ１８：シリカでのプレコーティングを示す；図５Ｃは５：１(ｗ／ｗ)比のＸ１８：シリカでのプレコーティングを示す；図５Ｄは３.５：１(ｗ／ｗ)比のＸ１８：シリカでのプレコーティングを示す。
図６ＡはＸ１８：シリカプレコーティングおよびＰＡＮ／Ｃ１８ ＢｉｏＳＰＭＥコーティングでコーティングされた１６ピンデバイスを示す；図６ＢはＸ１８：シリカプレコーティングおよびＰＡＮ／Ｃ１８ ＢｉｏＳＰＭＥコーティングでコーティングされた９６ピンデバイスを示す；図６ＣはＸ１８：シリカプレコーティングおよびＰＡＮ／Ｃ１８ ＢｉｏＳＰＭＥコーティングでコーティングされた３８４ピンを示す。
同じピンから複数回１０００ng／mLでカフェイン、カルバマゼピンおよびジアゼパムを複数抽出したパーセント相対標準偏差を示す。
同じデバイスから複数回１０００ng／mLでカフェイン、カルバマゼピンおよびジアゼパムを抽出したピン毎のパーセント相対標準偏差を示す。
複数デバイスから１０００ng／mLでカフェイン、カルバマゼピンおよびジアゼパムを抽出したデバイス毎のパーセント相対標準偏差を示す。
アルブミンタンパク質、抽出ピンおよび２.５μg／mL標準の代表的クロマトグラムである。
タンパク質沈殿サンプル、ＢｉｏＳＰＭＥ抽出サンプルおよび脱着溶液中のリン脂質のＴＩＣクロマトグラムを示す。クロマトグラムを同じ相対計数に調整する。
血漿および緩衝液から遊離検体を除去する抽出工程(左)および脱着溶液に放出される検体(右)を示す。
ＲＥＤおよびＳＰＭＥ方法のタンパク質結合値の比較を示す。
対照サンプル(アセトニトリルタンパク質沈殿)およびＢｉｏＳＰＭＥサンプル中のリン脂質の代表的クロマトグラムを示す。
詳細な記載
本発明者らは、従来不適合のＳＰＭＥコーティングが、コーティング前のプラスチック基質の慣用の前処理方法を使用する必要なく、プラスチック基質とＳＰＭＥコーティングの適合性を改善するプレコーティングの使用により、プラスチック基質に十分に接着することを発見した。本明細書で用語ＳＰＭＥおよびＢｉｏＳＰＭＥが使用されているが、ここに記載するプレコーティングは、例えば固相抽出(ＳＰＥ)デバイスを含む他のデバイスにも有用である。
先に記載のとおり、例えば、複数ピンＳＰＭＥデバイスの産生に、理想的にされる安価なプラスチックの表面エネルギーは、典型的ＳＰＭＥコーティングの表面エネルギーよりはるかに低く、種々の表面エネルギーによる悪い湿潤性の問題を説明する図２に示すとおり、コーティングと基質の不適合性に至る。ある近似表面エネルギーを下表に示す。
Figure 2023553874000002
いくつかの慣用の方法が異なる表面エネルギーを有する基質へのコーティングの接着を促進することが知られる。このような方法は、電動工具を用いるサンドブラスティング、タンブリングおよび研磨などの機械的方法；火炎、コロナ放電およびプラズマを含む物理的方法；および酸エッチングおよび陽極酸化などの化学的方法を含む。これらの方法の背後にある原理は、コーティングスラリーがプラスチック表面に均一にコーティングでき、コーティングがプラスチックに強く接着できるような表面エネルギーおよび接触面積増加である。しかしながら、このような方法は図３に示す粗面を生じ、図４におけるピンの端において示されるとおり、接着を悪くし得る。
ここに記載するとおり、ＳＰＭＥコーティングでのコーティング前に基質上のプレコーティングまたはプライマーの層を使用する、コーティング均一性と接着を促進する新規方法が発見された。プレコーティングはプラスチック表面とＳＰＭＥコーティングの間の緩衝材として作用する。それはプラスチック基質に強く接着し、図１に示すとおり、ＳＰＭＥコーティングなどのトップコーティングが均一にコーティングされかつ強く接着され得る表面を提供する。
ここに提供する方法は、何らかの慣用の前処理工程の必要性なくプラスチック基質をＳＰＭＥコーティングでコーティングすることを可能とする。適当なプラスチック基質のある非限定的例は、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)、ポリエーテルエーテルケトン(ＰＥＥＫ)、ポリスルホンおよびポリテレフタレート基質を含む。好ましい実施態様において、プラスチック基質はポリプロピレンまたはポリエチレンである。プレコーティングを、ＳＰＭＥまたはＢｉｏＳＰＭＥコーティングに適用する同じコーティング方法で未処理プラスチック基質に直接適用し得る。ＢｉｏＳＰＭＥコーティングを使用するとき、プレコーティングは、ＳＰＭＥコーティングの生体適合性を維持しながら、ＳＰＭＥコーティングの接着を改善しなければならない。すなわち、プレコーティングは興味ある生物学的サンプルと適合性でなければならない、ＳＰＭＥコーティングの吸着性の性質に負に干渉すべきではないまたはサンプリングもしくは分析でその他の干渉を引き起こさない。本明細書で用語ＳＰＭＥおよびＢｉｏＳＰＭＥが使用されるが、ここに記載するプレコーティングは、例えば固相抽出(ＳＰＥ)デバイスを含む他のデバイスにも有用である。
ここに記載する方法は、例えば、繊維、ブレード、チューブ、ふるいまたは網、カラムおよびピンを含む、ＳＰＭＥに有用なあらゆるプラスチックデバイスのコーティングに有用である。ここで使用する用語「ピン」は、一端に尖端を有するプラスチックの薄片を含む。このようなピンは円筒形、棒様、円錐、円錐台形、ピラミッド形、角錐台形(frustopyramidal)、長方形、正方形などであり得る。ここに記載するピンは、好ましくは、固体の、閉じた表面を有する。ピンが「固体ピン」または「ピンが固体である」として記載されるとき、ピン表面が固体であることを意味する。ここで定義する固体ピンは、典型的に金属繊維がＳＰＥまたはＳＰＭＥコーティングでコーティングされた基質である、ＳＰＥまたはＳＰＭＥ繊維を保持する覆いとして使用され得る、先端に開口部を有する設計と区別され得る。ピン表面はＳＰＭＥコーティングでコーティングされる。ピンのコーティングされた外表面のみがサンプルと接触するため、コーティングもサンプルも内表面と接触しないため、内表面が固体または空洞であるかは重要ではない。ピンの先端または先は平らでも曲線的でもよくまたは先が細くなっていてよい。ある実施態様において、ＳＰＭＥデバイスは単一ピンを含み得て、一方他の実施態様において、デバイスは複数のピンを含み得る。特に好ましいピンデバイスは、全体を引用により本明細書に包含させる、同時係属国際出願公開ＷＯ２０１９／０３６４１４に記載される。
好ましくは、ピンは、約０.２mm～約５mmの範囲の直径を有する。好ましい実施態様において、ピンの直径は約０.５mm～約２mmの範囲である。特に好ましい実施態様において、ピンは約１mmの直径を有する。ピンの長さは、例えば、種々のサンプル体積およびウェルの深さに合わせるために、変わり得る。ピンの長さは好ましくは約０.２mm～約５cmの範囲である。ある実施態様において、長さは約０.５mm～約２.５cmであり得る。他の実施態様において、長さは約１mm～約１cmであり得る。
ここに記載するコーティング、プレコーティングおよびＳＰＭＥコーティングは、目的のサンプルと接触するピンの端に適用される。ある実施態様において、ピンの長さのおよそ半分をプレコーティングおよびＳＰＭＥコーティングでコーティングする。他の実施態様において、ピンの長さの約１／４をプレコーティングおよびＳＰＭＥコーティングでコーティングする。種々の実施態様において、プレコーティングおよびＳＰＭＥコーティングは、１以上のピンの長さの一定部分、例えば、１以上のピンの長さの１／１０、１／５、１／４、１／３または１／２を覆い得る。他の実施態様において、コーティングを、サンプルと接触するピンの選択される、ピンの先端から測定する。ある実施態様において、プレコーティングおよびコーティングはピンの１mmを覆ってよく、他の実施態様において、プレコーティングおよびコーティングは１.５mmを覆ってよく、一方他の実施態様において、プレコーティングおよびコーティングはピンの２mmを覆い得る。１cmピンの実施態様において、プレコーティングおよびコーティングはピンの先端から０.５mm、０.６mm、０.７mm、０.８mm、０.９mm、１mm、１.１mm、１.２mm、１.３mm、１.４mm、１.５mm、１.６mm、１.７mm、１.８mm、１.９mm、２mm、２.１mm、２.２mm、２.３mm、２.４mm、２.５、２.６mm、２.７mm、２.８mm、２.９mm、３mm、３.１mm、３.２mm、３.３mm、３.４mm、３.５mm、３.６mm、３.７mm、３.８mm、３.９mm、４mm、４.１mm、４.２mm、４.３mm、４.４mm、４.５mm、４.６mm、４.７mm、４.８mm、４.９mmまたは５mmを覆い得る。他の実施態様において、他の適当なコーティング被覆率は、ピンの長さ、形状および直径に基づき容易に決定され得る。
デバイスが１を超えるピン、例えば、４ピン、８ピン、１２ピン、２４ピン、４８ピン、９６ピン、３８４ピンまたは１５３６ピンを含むとき、コーティングが各ピンの類似の部分を被覆するのが好ましい。ある実施態様において、複数ピンデバイスのピンを、ディップコーティング過程を使用して同時にコーティングする。このような過程において、プラスチック複数ピンデバイスをまずプレコーティングに浸漬し、取り出し、乾燥させ、次いでＳＰＭＥコーティングに浸漬し、取り出し、乾燥。コーティングすべきピンの部分のみを、コーティング調製物またはスラリーと接触させる。このようなコーティング方法は、デバイスの全ピンの一貫したコーティングを確実にし得る。あるいは、噴霧コーティングなどの他のコーティング方法を使用し得る。単一ピンおよび複数ピン両方の実施態様において、ディップコーティングは、プレコーティングおよびＳＰＭＥコーティング層をプラスチック基質／ピンに適用する最も好ましい方法である。
ある実施態様において、プラスチック基質は、プレコーティングが適用されるとき未処理である。好ましい実施態様において、プレコーティングの使用は、機械的、物理的または化学的方法などの他の前処理方法を使用したときより、ＳＰＭＥコーティングの接着を良好にする。
ある実施態様において、プラスチック基質を、プレコーティングの適用前に慣用の前処理方法を使用して前処理し得る。
ここに提供するプレコーティングは、ＳＰＭＥコーティングの表面および接着両方の均一性を改善する。２個の特によく適しているプレコーティングは、ポリアクリロニトリル(ＰＡＮ)およびMaster Bond, Inc., Hackensack, NJ 07601から入手可能な、専有の低粘性、１成分プライマーであるＸ１８を含む。プレコーティングがＸ１８であるとき、シリカまたは他のチタニア、炭酸ナトリウムまたはポリマー樹脂などの固体粒子をプレコートスラリーに添加して、粘性を調節し、プレコーティングの表面性質を微調整し得る。シリカまたは他の粒子の添加は必須ではないが、Ｘ１８単独の使用より均一性を改善する。ある実施態様において、Ｘ１８にシリカを添加するのが好ましい。
プレコーティングがＰＡＮであるとき、プレコーティングの厚さは０.５μm～２００μmの範囲であり得る。ある実施態様において、ＰＡＮプレコーティングの厚さは０.４μm、０.５μm、０.６μm、０.７μm、０.８μm、０.９μm、１μm、１.５μm、２μm、２.５μm、３μm、３.５μm、４μm、４.５μm、５μm、５.５μm、６μm、６.５μm、７μm、７.５μm、８μm、８.５μm、９μm、９.５μm、１０μm、１０.５μm、１１μm、１１.５μm、１２μm、１２.５μm、１３μm、１３.５μm、１４μm、１４.５μm、１５μm、１５.５μm、１６μm、１６.５μm、１７μm、１７.５μm、１８μm、１９μm、２０μmであり得る。さらに他の実施態様において、ＰＡＮプレコーティングの厚さは、例えば、５μm、１０μm、２０μm、２５μm、３０μm、３５μm、４０μm、４５μmまたは５０μmであり得る。さらに他の実施態様において、ＰＡＮプレコーティングの厚さは、例えば、１０μm、２０μm、３０μm、４０μm、５０μm、６０μm、７０μm、８０μm、９０μm、１００μm、１１０μm、１２０μm、１３０μm、１４０μm、１５０μm、１６０μm、１７０μm、１８０μm、１９０μmまたは２００μmであり得る。好ましい実施態様において、ＰＡＮプレコーティングの厚さは０.５μm～１５μmの範囲である。
プレコーティングがＸ１８であるとき、Ｘ１８単独で使用してよくまたは粒子ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｎａ２ＣＯ３、固体ポリマー樹脂または他の固体粒子と組み合わせてよい。シリカまたは他の粒子をＸ１８プレコーティングに添加するとき、粒子径はナノ粒子～マイクロ粒子の範囲であり得る。好ましい実施態様において、Ｘ１８ベースのプレコーティングに使用される粒子は、ナノ粒子～１０μmの範囲の粒子径を有するシリカである。プレコーティング層に添加するシリカまたは他の粒子のタイプ、例えば、多孔度、分散性などは特に重要ではない。理論に拘束されないが、プレコーティング層における粒子の機能は、プレコーティングスラリーの粘性の調節、プレコーティングの表面性質の微調整および表面およびＳＰＭＥコーティングの基質への接着両方の均一性の改善の補助と考えられる。プレコーティングにおけるシリカまたは他の粒子は、ＳＰＭＥコーティングの機能に何ら役割を有しないと考えられる。
Ｘ１８対粒子比率は３：１(ｗ／ｗ)より大きいのが好ましい。種々の実施態様において、Ｘ１８対粒子の比は、重量／重量ベースで１２：１～３：１の範囲である。ある実施態様において、Ｘ１８：粒子の比(ｗ／ｗ)は７：１～３：１である。種々の他の実施態様において、Ｘ１８対シリカの比(ｗ／ｗ)は、例えば、１１：１、１０.５：１、１０：１、９.５：１、９：１、８.５：１、８：１、７.５：１、７：１、６.５：１、６：１、５.５：１、５：１、４.５：１、４：１、３.５：１または３：１であり得る。Ｘ１８：粒子(ｗ／ｗ)の好ましい範囲はこれらの何れかを含み得る。
好ましい実施態様において、粒子はシリカである。Ｘ１８対シリカ比率は３：１(ｗ／ｗ)より大きいのが好ましい。ある実施態様において、Ｘ１８対シリカの比、は、重量／重量ベースで１２：１である；種々の他の実施態様において、Ｘ１８対シリカの比(ｗ／ｗ)は、例えば、１１：１、１０.５：１、１０：１、９.５：１、９：１、８.５：１、８：１、７.５：１、７：１、６.５：１、６：１、５.５：１、５：１、４.５：１。４：１、３.５：１または３：１であり得る。ある実施態様において、Ｘ１８対シリカの比は１０：１～３：１(ｗ／ｗ)の範囲である。ある実施態様において、Ｘ１８対シリカの比は７：１～３.５：１(ｗ／ｗ)の範囲である。好ましい実施態様において、Ｘ１８対シリカの比は８：１～５：１(ｗ／ｗ)の範囲である。
粒子、すなわち、シリカ、チタニア、炭酸ナトリウムまたはポリマー樹脂がＸ１８プレコーティングに添加されるとき、プレコーティングの厚さは、例えば、０.４μm、０.５μm、０.６μm、０.７μm、０.８μm、０.９μm、１μm、１.５μm、２μm、２.５μm、３μm、３.５μm、４μm、４.５μm、５μm、５.５μm、６μm、６.５μm、７μm、７.５μm、８μm、８.５μm、９μm、９.５μm、１０μm、１０.５μm、１１μm、１１.５μm、１２μm、１２.５μm、１３μm、１３.５μm、１４μm、１４.５μm、１５μm、１５.５μm、１６μm、１６.５μm、１７μm、１７.５μm、１８μm、１９μmまたは２０μmであり得る。さらに他の実施態様において、Ｘ１８および粒子プレコーティングの厚さは、例えば、５μm、１０μm、２０μm、２５μm、３０μm、３５μm、４０μm、４５μmまたは５０μmであり得る。さらに他の実施態様において、Ｘ１８および粒子プレコーティングの厚さは、例えば、１０μm、２０μm、３０μm、４０μm、５０μm、６０μm、７０μm、８０μm、９０μm、１００μm、１１０μm、１２０μm、１３０μm、１４０μm、１５０μm、１６０μm、１７０μm、１８０μm、１９０μmまたは２００μmであり得る。好ましい実施態様において、Ｘ１８および粒子プレコーティングの厚さは好ましくは０.５μm～１５μmの範囲である。
ＳＰＭＥコーティングは、典型的に、結合剤および吸着剤を含む、固相マイクロ抽出適用に有用なコーティングである。ある適用において、結合剤および吸着剤は生体適合性である。「生体適合性」により、コーティングが興味ある生物学的サンプルと適合性であるおよび生物学的サンプルがＳＰＭＥコーティングの吸着性の性質に負に干渉すべきではないまたはサンプリングもしくは分析でその他の干渉を引き起こさないことが意味される。
ＳＰＭＥに有用な結合剤のある非限定的例は、ポリアクリロニトリル(ＰＡＮ)、ポリエチレングリコール(ＰＥＧ)、ポリピロール、誘導体化セルロース、ポリスルホン、ポリアクリルアミド、ポリアミド、ポリジメチルシロキサン(ＰＤＭＳ)、ポリアクリレート、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)およびポリアニリンを含む。ある適用に関して、結合剤はまた生体適合性でなければならない。特に適当な生体適合性結合剤は、ポリアクリロニトリル(ＰＡＮ)、ポリエチレングリコール(ＰＥＧ)、ポリピロール、誘導体化セルロース、ポリスルホン、ポリアクリルアミドおよびポリアミドを含む。好ましい実施態様において、結合剤は生体適合性結合剤である。特に好ましい実施態様において、生体適合性結合剤はＰＡＮである。
ここに記載するＳＰＭＥデバイスに有用な吸着剤は、官能化シリカスフェア、官能化炭素スフェア、ポリマー樹脂、混合モード樹脂およびそれらの組み合わせなどのマイクロスフェアを含む。典型的に、液体クロマトグラフィー、すなわち、親和性クロマトグラフィーに有用な、ならびに固相抽出(ＳＰＥ)および固相マイクロ抽出(ＳＰＭＥ)に有用なマイクロスフェアがここに記載するコーティングのために好ましい。
特に、吸着剤は、例えば、Ｃ１８シリカ(オクタデシル含有疎水性相で誘導体化されたシリカ粒子)、Ｃ８シリカ(オクチル含有結合相を有するシリカ粒子)、ＲＰ－アミド－シリカ(パルミトアミドプロピル含有結合相を有するシリカ)またはＨＳ－Ｆ５－シリカ(ペンタフルオロフェニル－プロピル含有結合相を有するシリカ)などの、官能化シリカマイクロスフェアを含み得る。
適当な吸着剤のあるその他の非限定的例は順相シリカ、Ｃ１シリカ、Ｃ４シリカ、Ｃ６シリカ、Ｃ８シリカ、Ｃ１８シリカ、Ｃ３０シリカ、フェニル／シリカ、シアノ／シリカ、ジオール／シリカ、イオン性液体／シリカ、TitanTMシリカ(MilliporeSigma)、分子インプリントポリマー微粒子、親水性－親油性－均衡(ＨＬＢ)微粒子、特にＵＳ２０２０／０１９７９０７として公開された係属中の米国特許出願１６／６４０,５７５に開示のもの、Carboxen(登録商標)1006(MilliporeSigma)、ジビニルベンゼン、スチレンおよびポリ(スチレン－コ－ジビニルベンゼン)を含む。吸着剤の混合物もコーティングに使用され得る。ここに記載するコーティングに使用する吸着剤は、無機(例えばシリカ)、有機(例えばCarboxen(登録商標)またはジビニルベンゼン)または無機／有機ハイブリッド(例えばシリカおよび有機ポリマー)であり得る。好ましい実施態様において、吸着剤はＣ１８シリカ、Ｃ８シリカまたは混合モード官能化シリカである。特に好ましい実施態様において、吸着剤はＣ１８シリカである。
吸着剤粒子またはマイクロスフェアは、約１０nm～約１mmの範囲の直径を有し得る。ある実施態様において、球状粒子は、約２０nm～約１２５μmの範囲の直径を有する。ある実施態様において、マイクロスフェアは、約３０nm～約８５μmの範囲の直径を有する。ある実施態様において、球状粒子は、約１０nm～約１０μmの範囲の直径を有する。球状粒子の粒子径分布が狭いのが好ましい。
ある実施態様において、吸着剤粒子は約１０ｍ２／ｇ～１０００ｍ２／ｇの範囲の表面積を有する。ある実施態様において、多孔性球状粒子は約３５０ｍ２／ｇ～約６７５ｍ２／ｇの範囲の表面積を有する。ある実施態様において、表面積は約３５０ｍ２／ｇである；他の実施態様において、表面積は約３７５ｍ２／ｇである、他の実施態様において、表面積は約４００ｍ２／ｇである；他の実施態様において、表面積は約４２５ｍ２／ｇである；他の実施態様において、表面積は約４５０ｍ２／ｇである；他の実施態様において、表面積は約４７５ｍ２／ｇである；他の実施態様において、表面積は約５００ｍ２／ｇである；他の実施態様において、表面積は約５２５ｍ２／ｇである；他の実施態様において、表面積は約５５０ｍ２／ｇである；他の実施態様において、表面積は約５７５ｍ２／ｇである；他の実施態様において、表面積は約６００ｍ２／ｇである；他の実施態様において、表面積は約６２５ｍ２／ｇである；他の実施態様において、表面積は約６５０ｍ２／ｇである；さらに他の実施態様において、表面積は約６７５ｍ２／ｇである；およびさらに他の実施態様において、表面積は約７００ｍ２／ｇである。
好ましくは、ここに記載するデバイス吸着剤粒子は多孔性である。ある実施態様において、球状粒子は約５０Å～約５００Åの範囲の平均孔径を有する。ある実施態様において、多孔度は約１００Å～約４００Åの範囲である、他の実施態様において、多孔度は約７５Å～約３５０Åの範囲である。さらに、ここで使用する球状粒子の平均孔径は約５０Å、約５５Å、約６０Å、約６５Å、約７０Å、約７５Å、約８０Å、約８５Å、約９０Å、約９５Å、約１００Å、約１０５Å、約１１０Å、約１１５Å、約１２０Å、約１２５Å、約１５０Å、約１６０Å、約１７０Å、約１８０Å、約１９０Åまたは約２００Åであり得る。
コーティングの準備として、結合剤中の吸着剤のスラリーが調製される。吸着剤、結合剤および溶媒をコンテナに計り入れる。必要であれば、吸着剤の大きな塊または凝集体を、例えば、スパチュラまたはミキサーで破壊する。結合剤を溶媒に溶解する。音波処理および混合も使用して、結合剤溶液中の粒子の均一な分布を確実にし得る。所望により、スラリーを基質にコーティングする前に脱気し得る。
ディップコーティング過程において、基質はＳＰＭＥコーティングスラリー中に沈められ、次いで取り出され、乾燥および硬化される。ある実施態様において、乾燥工程は空気または窒素に実施でき、高温で実施できる。ある好ましい実施態様において、乾燥を、２０２１年１２月２日出願の“Drying Processes for BioSPME Coatings”なる名称の出願人Sigma-Aldrich Co. LLCの同時係属国際特許出願に開示の温度および湿度制御環境における空気または窒素下に実施し得る。他の好ましい実施態様において、コーティングを、２０２１年１２月２日出願の“Preparation of Solid Phase Microextraction (SPME) Coatings Using Immersion Precipitation”なる名称の出願人Sigma-Aldrich Co. LLCの同時係属国際特許出願に開示の浸漬沈殿過程で処理し得る。
ＳＰＭＥコーティングのコーティングの厚さは、所望の性質を達成するために変わり得る。種々の実施態様において、コーティングの厚さは約０.１μm～約２００μmの範囲であり得る。好ましい実施態様において、コーティングの厚さは約２μm～約５０μmの範囲である。他の実施態様において、コーティングの厚さは、例えば、約１μm、約２μm、約３μm、約４μm、約５μm、約６μm、約７μm、約８μm、約９μm、約１０μm、約１５μm、約２０μm、約２５μm、約３０μm、約３５μm、約４０μm、約４５μm、約５０μm、約５５μm、約６０μm、約６５μm、約７０μm、約７５μm、約８０μm、約９０μm、約１００μm、約１１０μm、約１２０μm、約１３０μm、約１４０μm、約１５０μm、約１６０μm、約１７０μm、約１８０μm、約１９０μmまたは約２００μmであり得る。ある実施態様において、コーティングの厚さは約２μm～約５０μmの範囲である、他の実施態様において、コーティングの厚さは約２μm～約４０μmの範囲である、さらに他の実施態様において、コーティングの厚さは約５μm～約４０μmの範囲である、さらに他の実施態様において、コーティングの厚さは約５ミクロン～約３０ミクロンの範囲である、さらに他の実施態様において、コーティングの厚さは約１０ミクロン～約１００ミクロンの範囲である。好ましい実施態様において、コーティングの厚さは約１０μm～約５０μmの範囲である。コーティングの厚さは、例えば、コーティング工程を複数回実施することにより、変わり得る。例えば、薄いコーティングを、サンプルサイズが極めて小さいときまたは速い平衡抽出が所望であるときに使用し得るが、しかしながら、薄いコーティングは、抽出され得る検体の量を制限し得る。複数ピンデバイスについて、全ピンでコーティングの厚さが一貫しているのが好ましい。
ここに記載する実施態様は、特にプラスチック基質上の生体適合性ＳＰＭＥコーティングを含むＳＰＭＥコーティングに適する。ＳＰＭＥデバイスは単一プラスチックピンを含んでよくまたは複数サンプルからの同時抽出のために設定されたデバイス上などの複数のプラスチックピンを含み得る。このようなデバイスは、自動化サンプリング系に特に有用である。
第一の実施態様において、固相マイクロ抽出(ＳＰＭＥ)のためのデバイスはプラスチック基質、プラスチック基質上のプレコーティング層およびプレコーティング層上のＳＰＭＥコーティングを含む。
この実施態様におけるプラスチック基質のある非限定的例は、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)、ポリエーテルエーテルケトン(ＰＥＥＫ)、ポリスルホンおよびポリテレフタレート基質を含む。好ましい実施態様において、プラスチック基質はポリプロピレンまたはポリエチレンである。
ある実施態様において、プレコーティング層はポリアクリロニトリル(ＰＡＮ)を含む。ある実施態様において、プレコーティング層はＰＡＮである。プレコーティング層がＰＡＮを含むときまたはプレコーティング層がＰＡＮであるとき、プレコーティング層の厚さは好ましくは０.５ミクロン～２００ミクロンの範囲である。ある実施態様において、プレコーティング層の厚さは０.５ミクロン～５０ミクロンの範囲である。さらに他の実施態様において、プレコーティング層の厚さは０.５ミクロン～２０ミクロンの範囲である。特に好ましい実施態様において、プレコーティング層の厚さは０.５ミクロン～１５ミクロンの範囲である。
他の実施態様において、プレコーティングはＸ１８を含む。ある実施態様において、プレコーティング層がＸ１８を含むとき、シリカ、チタニア、炭酸ナトリウム、ポリマー樹脂またはそれらの組み合わせから選択される粒子も含む。粒子をＸ１８にプレコーティングスラリーの粘性の修飾、プレコーティングの表面性質の微調整、コーティング均一性の改善およびＳＰＭＥコーティングの基質への接着の改善のために添加し得る。シリカまたは他の粒子のサイズはナノ粒子またはマイクロ粒子範囲であり得る。好ましい実施態様において、シリカまたは他の粒子は１０ミクロン以下の直径を有する。ある実施態様において、プレコーティング層はＸ１８およびシリカの組み合わせである。他の実施態様において、プレコーティング層はＸ１８およびチタニア、炭酸ナトリウムまたはポリマー樹脂の組み合わせである。好ましい実施態様において、プレコーティング層はＸ１８およびシリカである。プレコーティング層がＸ１８およびシリカを含むときまたはプレコーティング層がＸ１８およびシリカであるとき、プレコーティング層の厚さは好ましくは０.５ミクロン～２００ミクロンの範囲である。ある実施態様において、Ｘ１８およびシリカ含有プレコーティング層の厚さは０.５ミクロン～５０ミクロンの範囲である。さらに他の実施態様において、Ｘ１８およびシリカ含有プレコーティング層の厚さは０.５ミクロン～２０ミクロンの範囲である。特に好ましい実施態様において、Ｘ１８およびシリカ含有プレコーティング層の厚さは０.５ミクロン～１５ミクロンの範囲である。
プレコーティング層がＸ１８およびシリカ両方を含むとき、Ｘ１８対シリカの比は、重量(Ｘ１８：シリカ(ｗ／ｗ))で好ましくは３：１より大きい。ある実施態様において、Ｘ１８：シリカの比は５：１(ｗ／ｗ)より大きい。さらに他の実施態様において、Ｘ１８：シリカの比は１０：１～３：１(ｗ／ｗ)の範囲である。さらに他の実施態様において、Ｘ１８：シリカの比は８：１～５：１(ｗ／ｗ)の範囲である。チタニア、炭酸ナトリウムまたはポリマー樹脂などの他の粒子を同じ比率で加え得ることは理解される。
この第一の実施態様において、ＳＰＭＥコーティングまたはＢｉｏＳＰＭＥコーティングは結合剤および吸着剤を含む。この実施態様に有用な結合剤のある非限定的例は、ポリアクリロニトリル(ＰＡＮ)、ポリエチレングリコール(ＰＥＧ)、ポリピロール、誘導体化セルロース、ポリスルホン、ポリアクリルアミド、ポリアミド、ポリジメチルシロキサン(ＰＤＭＳ)、ポリアクリレート、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)、ポリアニリンおよびそれらの組み合わせを含む。特に好ましい実施態様において、結合剤はＰＡＮである。
この実施態様における吸着剤はＳＰＭＥまたはＢｉｏＳＰＭＥで有用なあらゆる吸着剤を含む。このような吸着剤は官能化シリカ、炭素、ポリマー樹脂およびそれらの組み合わせを含む。多くの適当な吸着剤は上記である。ある好ましいシリカ吸着剤は、Ｃ１８シリカ、Ｃ８シリカおよび混合モード官能化シリカを含む。ある好ましいポリマー樹脂はＨＬＢ樹脂、ジビニルベンゼン樹脂、スチレン樹脂、ポリ(スチレン－コ－ジビニルベンゼン)樹脂およびそれらの組み合わせを含む。
この第一の実施態様において、プラスチック基質はピンの形状である。好ましくは、ピンは固体ピンである。ピンの長さはデバイスに適するどんな長さでもよい。コーティング、すなわちプレコーティングおよびＳＰＭＥコーティングは基質の先端、すなわち分析すべきサンプルと接触する基質の部分またはピンの部分にコーティングされる。ある実施態様において、デバイスは、多数の異なるサンプルの同時サンプリングを可能とする複数のピンを含む。このような複数ピンデバイスは、自動化サンプリング系との連動に特に適する。
第二の実施態様において、ＳＰＭＥのためのデバイスは第一表面エネルギーを有するプラスチック基質、プラスチック基質上のプレコーティング層および第二表面エネルギーを有するプレコーティング層上のＳＰＭＥコーティングを含み、ここで、第一表面エネルギーは第二表面エネルギーより低い。この実施態様において、プレコーティング層はプラスチック基質をコーティングし、そうしてＳＰＭＥコーティングとより適合性の表面エネルギーを提供し、それによりそれ以外の方法ではプラスチック基質と不適合であるＳＰＭＥコーティングが、プラスチック基質に均一にコーティングされ、強く接着することを可能とする。
好ましい実施態様において、プラスチック基質はポリオレフィンであり、一方他の実施態様において、プラスチック基質はポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホンまたはポリテレフタレートであり得る。
この実施態様において、プレコーティング層はＰＡＮまたはＸ１８を含み得る。ある実施態様において、プレコーティング層はＰＡＮまたはＸ１８である。プレコーティング層がＸ１８を含むまたはＸ１８である実施態様において、プレコーティング層はさらにシリカを含み得る。第一の実施態様と同様、プレコーティング層がシリカを含むとき、シリカ粒子のサイズはナノ粒子またはマイクロ粒子範囲であり得る。好ましい実施態様において、シリカ粒子は１０ミクロン以下の直径を有する。
プレコーティング層がＸ１８であり、シリカを含まないとき以外、プレコーティング層の厚さは好ましくは０.５ミクロン～２００ミクロンの範囲である。ある実施態様において、プレコーティング層の厚さは０.５ミクロン～５０ミクロンの範囲である。さらに他の実施態様において、プレコーティング層の厚さは０.５ミクロン～２０ミクロンの範囲である。特に好ましい実施態様において、プレコーティング層の厚さは０.５ミクロン～１５ミクロンの範囲である。
先の実施態様と同様、ＳＰＭＥコーティングは結合剤および吸着剤を含む。結合剤はポリアクリロニトリル(ＰＡＮ)、ポリエチレングリコール(ＰＥＧ)、ポリピロール、誘導体化セルロース、ポリスルホン、ポリアクリルアミド、ポリアミド、ポリジメチルシロキサン、ポリアクリレート、ポリテトラフルオロエチレンおよびポリアニリンから選択され得る。吸着剤は官能化シリカ、炭素、ポリマー樹脂およびそれらの組み合わせから選択され得る。好ましい実施態様において、プラスチック基質はポリプロピレンであり、結合剤はＰＡＮであり、吸着剤は官能化シリカである。
ここに提供される第三の実施態様は、デバイスが、例えば、４ピン、８ピン、１２ピン、２４ピン、４８ピン、９６ピン、３８４ピンまたは１５３６ピンなどの複数のピンを含む、ＳＰＭＥのためのデバイスである。この複数ピンデバイスのピンは、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホンおよびポリテレフタレートで作られ得る。好ましい実施態様において、ピンは固体プラスチックピンである。他の好ましい実施態様において、ピンは固体ポリプロピレンピンである。
この実施態様において、デバイスの各ピンはプレコーティング層を含み、プレコーティング層はＰＡＮまたはＸ１８を含み、プレコーティングがＸ１８を含むとき、さらにシリカ、チタニア、炭酸ナトリウムまたはポリマー樹脂などの粒子を含み得る。ある実施態様において、プレコーティング層はＰＡＮまたはＸ１８であり、所望によりシリカを含む。プレコーティングがＸ１８を含むかまたはそれであり、さらにシリカなどの粒子を含むとき、シリカまたは他の粒子のサイズはナノ粒子またはマイクロ粒子範囲であり得る。好ましい実施態様において、粒子は１０ミクロン以下の直径を有する。
プレコーティング層がＸ１８であり、シリカを含まないとき以外または他の粒子、プレコーティング層の厚さは好ましくは０.５ミクロン～２００ミクロンの範囲である。ある実施態様において、プレコーティング層の厚さは０.５ミクロン～５０ミクロンの範囲である。さらに他の実施態様において、プレコーティング層の厚さは０.５ミクロン～２０ミクロンの範囲である。特に好ましい実施態様において、プレコーティング層の厚さは０.５ミクロン～１５ミクロンの範囲である。
各ピンのプレコーティング層上のＳＰＭＥコーティング、は結合剤および吸着剤を含む。適当な結合剤は、ポリアクリロニトリル(ＰＡＮ)、ポリエチレングリコール(ＰＥＧ)、ポリピロール、誘導体化セルロース、ポリスルホン、ポリアクリルアミド、ポリアミド、ポリジメチルシロキサン、ポリアクリレート、ポリテトラフルオロエチレンおよびポリアニリンを含む。適当な吸着剤は官能化シリカ、炭素、ポリマー樹脂およびそれらの組み合わせを含む。
また提供されるのは、プラスチック基質上のＳＰＭＥコーティングの接着を改善する方法である。本方法により、１ピンまたは複数のピンなどのプラスチック基質をプレコーティングでコーティングして、プレコーティングされた基質を提供し、次いでプレコーティングされた基質をＳＰＭＥコーティングでコーティングする。この方法により、ＳＰＭＥコーティングは、未処理プラスチック基質に接着するより良好にプレコーティングされた基質に接着する。
この方法は、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホンおよびポリテレフタレートを含むが、これらに限定されないＳＰＭＥに有用な多様なプラスチック基質に適する。好ましい実施態様において、プラスチック基質はポリプロピレンまたはポリエチレンなどのポリオレフィンである。特に好ましい実施態様において、プラスチック基質は１ピンまたは複数ピンデバイスにおけるような複数のピンである。ある実施態様において、プラスチック基質をいかなる前処理もせずに使用する。他の実施態様において、基質を、プレコーティング層でコーティング前に機械的、物理的または化学的前処理に付してよい。
この方法によるプレコーティングは、好ましくはポリアクリロニトリル(ＰＡＮ)またはＸ１８を含む。ある実施態様において、プレコーティングはＰＡＮまたはＸ１８である。プレコーティング層がＸ１８である実施態様において、プレコーティング層はさらにシリカ、チタニア、炭酸ナトリウムまたはポリマー樹脂などの粒子を含み得る。プレコーティングがＸ１８を含むかまたはそれであり、かつさらに粒子を含むとき、粒子のサイズはナノ粒子またはマイクロ粒子範囲であり得る。好ましい実施態様において、粒子は１０ミクロン以下の直径を有する。
プレコーティング層がＸ１８であり、シリカを含まないとき以外または他の粒子、プレコーティング層の厚さは好ましくは０.５ミクロン～２００ミクロンの範囲である。ある実施態様において、プレコーティング層の厚さは０.５ミクロン～５０ミクロンの範囲である。さらに他の実施態様において、プレコーティング層の厚さは０.５ミクロン～２０ミクロンの範囲である。特に好ましい実施態様において、プレコーティング層の厚さは０.５ミクロン～１５ミクロンの範囲である。
この方法により、ＳＰＭＥコーティングは結合剤および吸着剤を含む。この方法における使用に適当な結合剤は、ポリアクリロニトリル(ＰＡＮ)、ポリエチレングリコール(ＰＥＧ)、ポリピロール、誘導体化セルロース、ポリスルホン、ポリアクリルアミド、ポリアミド、ポリジメチルシロキサン、ポリアクリレート、ポリテトラフルオロエチレンおよびポリアニリンを含むおよび適当な吸着剤は官能化シリカ、炭素、ポリマー樹脂およびそれらの組み合わせを含む。
好ましい実施態様において、プレコーティングをスラリーとして調製し、ディップコーティングによりプラスチック基質上にコーティングし、次いで乾燥させる。ＳＰＭＥコーティングもスラリーとして調製する。次いで、プレコーティングされた基質を同様にディップコーティングによりＳＰＭＥコーティングでコーティングする。他の実施態様において、噴霧コーティングなどの他のコーティング技術をプレコーティングおよびＳＰＭＥコーティング工程の何れかまたは両方に使用し得る。次いで、コーティングされたＳＰＭＥデバイスを、慣用法で乾燥、硬化またはその他処理し得る
Ｘ１８の粒子でのプレコーティング手順。粒子(シリカ、チタニア、炭酸ナトリウムまたはポリマー樹脂)およびＸ１８をコンテナに計り入れ、溶媒を添加する。粒子の凝集によるなど必要であれば、粒子をスパチュラで破壊し得る。混合物を、均一スラリーの形成に十分な時間音波処理する。音波処理後、スラリーをさらに時間混合し、次いで超音波破砕装置で脱気し、室温に冷却する。Ｘ１８／粒子スラリーを使用する準備ができるまで混合する。基質をディップコーティングまたは他のコーティング方法によりコーティングし、次いでプレコーティングを硬化させる。プレコーティングを加熱、例えば、１１０℃で１～４分間の加熱により硬化させ、次いで、コーティングされた、硬化基質を室温に冷却し得る。
ＰＡＮのためのプレコーティング。ＰＡＮおよびＤＭＦなどの適当な溶媒をコンテナに計り入れる。ＰＡＮのあらゆる大きな断片を、スパチュラまたはミキサーを使用して小片に破壊してよい。ＰＡＮ－溶媒混合物を加熱して、ＰＡＮを溶解する。Ｘ１８／シリカプレコーティングと同様、基質をディップコーティングまたは他のコーティング方法によりコーティングし、次いでプレコーティングを硬化させる。プレコーティングを加熱、例えば、１１０℃で１～４分間の加熱により硬化させ、次いで、コーティングされた、硬化基質を室温に冷却し得る。
ＰＡＮ／Ｃ１８ ＢｉｏＳＰＭＥコーティングのコーティング手順。ＰＡＮおよびＤＭＦなどの適当な溶媒をコンテナに計り入れる。ＰＡＮのあらゆる大きな断片を、小片に破壊する。溶液を加熱して、ＰＡＮを溶解する。吸着剤を計り取り、ＰＡＮ溶液に添加し、良く混合する。スラリーを音波処理して、均質スラリーとする。スラリーを脱気してよく、コーティングの準備ができるまで混合すべきである。コーティングのために、プレコーティングした基質をディップコーティングし、取り出し、硬化する。比較例のために、ＳＰＭＥコーティングをプラスチック基質上に直接ディップコーティングする。
コーティングを顕微鏡を使用して目視観察する。コーティングの耐久性および接着を(ａ)硬化コーティングの指摩擦および(ｂ)ブルーテープ接着試験により試験した。ブルーテープ接着試験を次のとおり実施する：青色マスキングテープ(中程度接着)をコーティングされた、硬化ＳＰＭＥデバイスに適用し、９０秒間定着させ、次いで、テープをデバイスに対して１８０°の角度で剥がす。接着を、顕微鏡を使用して目視観察する。
ここに記載するプレコーティングは、プラスチック基質上のＳＰＭＥコーティングの均一性および接着を改善し、生体適合性の喪失なく、改善された結果をもたらす。図２に示すとおり、ディップコーティングによる直接プラスチックピン上への慣用のＰＡＮ／Ｃ１８ ＳＰＭＥコーティングは、プラスチック基質とコーティングの間の表面エネルギーの差による悪い湿潤性により不均一な端となる。プレコーティングがないプラスチック基質へのＰＡＮ／Ｃ１８コーティングの弱い接着をさらに図４に示し、コーティングされたピンの側面および先端両方を示す。
有利に、ここに提供するデバイスは、次の実施例により完全に示されるとおり、高レベルの生体適合性を維持する。
実施例１. プレコーティングスラリーを３３ｇのＸ１８、７ｇのシリカおよび１１ｇのメシチレンを使用して調製した。慣用のＰＡＮ／Ｃ１８ ＢｉｏＳＰＭＥコーティングスラリーを調製した。ポリプロピレン複数ピンＳＰＭＥデバイスを次のとおりコーティングした。プレコーティングの薄層を、ピンをプレコーティングスラリーにディップコーティングすることによりピン上に形成させ、１１０℃で４分間乾燥させた。プレコーティングされたピンデバイスを室温に冷却後、ＰＡＮ／Ｃ１８ ＳＰＭＥコーティングをプレコーティングされたピンツール上にディップコーティングし、乾燥した。均一なＰＡＮ／Ｃ１８の薄層がピン上に形成された。
実施例２. ＰＡＮプレコーティングスラリーを３５ｇのＤＭＦに５ｇのＰＡＮを溶解することにより調製した。慣用のＰＡＮ／Ｃ１８ ＢｉｏＳＰＭＥコーティングスラリーを調製した。ポリプロピレン複数ピンＳＰＭＥデバイスを次のとおりコーティングした。プレコーティングの薄層を、ピンをプレコーティングスラリーにディップコーティングすることによりピン上に形成させ、１１０℃で４分間乾燥させた。プレコーティングされたピンを室温に冷却後、ＰＡＮ／Ｃ１８ ＳＰＭＥコーティングをプレコーティングされたピンツール上にディップコーティングし、乾燥した。均一なＰＡＮ／Ｃ１８の薄層がピン上に形成された。
実施例１および２のＰＡＮ／Ｃ１８ ＳＰＭＥコーティングは、図１に示すとおり、プラスチック基質に均一にコーティングされ、強く接着する。
実施例３. 比較例。ポリプロピレン複数ピンデバイスをプラズマ処理に付した。(AST Products, Inc., Billerica, MA)。プラズマ処理ＰＰの接触角：６０～８０(参照：９０～１２０)。慣用のＰＡＮ／Ｃ１８ ＳＰＭＥコーティングをプレコーティングされたピンツール上にディップコーティングし、乾燥した。ＰＡＮ／Ｃ１８の薄層がピン上に形成された。未処理ＰＰ基質と比較して、プラズマ処理後ＰＰ表面上のＰＡＮ／Ｃ１８接着の有意な改善は観察されなかった。
実施例４. Ｘ１８：シリカプレコーティングスラリーを、Ｘ１８：シリカ比(Ａ)７：１、(Ｂ)５.８：１、(Ｃ)５：１および(Ｄ)３.５：１(全て(ｗ／ｗ))で調製した。各画像を図５に示す。
実施例５. 図６に示す複数ピンデバイス(Ａ)１６ピン、(Ｂ)９６ピンおよび(Ｃ)３８４ピンを、Ｘ１８：シリカプレコーティングおよびＰＡＮ／Ｃ１８ ＢｉｏＳＰＭＥコーティングでプレコーティングした。
実施例６. 分析的方法検証およびデバイス再現性。１６ピンデバイスをＸ１８／シリカプレコーティングおよびＰＡＮ／Ｃ１８ ＢｉｏＳＰＭＥコーティングを用いて調製した。１０００ng／mLのカフェイン、カルバマゼピンおよびジアゼパムを、各ピンあたり複数回抽出した。個々の％相対標準偏差はカルバマゼピンおよびジアゼパムについて５％未満であった。カフェインの％相対標準偏差はより変動性であり、２.７％～１６.３％の範囲であった。結果を図７に示す。
実施例７. １６ピンデバイスをＸ１８／シリカプレコーティングおよびＰＡＮ／Ｃ１８ ＢｉｏＳＰＭＥコーティングを用いて調製した。１０００ng／mLのカフェイン、カルバマゼピンおよびジアゼパムを同じデバイスで複数回抽出した。カルバマゼピンおよびジアゼパムについて％相対標準偏差は５％未満であり、カフェインについて１２％未満であった。結果を図８に示す。
実施例８. ３個の複数ピンデバイスをＸ１８／シリカプレコーティングおよびＰＡＮ／Ｃ１８ ＢｉｏＳＰＭＥコーティングを用いて調製した。１０００ng／mLのカフェイン、カルバマゼピンおよびジアゼパムを複数デバイスを使用して抽出し、相対標準偏差を比較した。パーセント相対標準偏差は３デバイス間で一貫し、カルバマゼピンおよびジアゼパムについてはデバイス内精度について５％未満であった。デバイス間精度は、カフェインおよびカルバマゼピンについて類似の％相対標準偏差を示すが、ジアゼパムについてデバイス内精度と比較してわずかに高かった。結果を図９に示す。
実施例９。生体適合性試験。プレコーティングしたピンツールの有効性を試験した。９６ピンデバイスをＸ１８／シリカプレコーティングおよびＰＡＮ／Ｃ１８ ＢｉｏＳＰＭＥコーティングを用いて調製した。
９６ピンツールを使用して抽出後サンプルに残存するリン脂質の量を決定するために、アセトニトリル補助タンパク質沈殿後残存するリン脂質と比較した。簡潔には、ピンツールをイソプロパノールでコンディショニングし、続いて水で短く濯ぐ。この点で、ピンツールは抽出の準備ができている。抽出後、ピンツールを短く濯いで、ピン表面に残存している可能性のあるあらゆるタンパク質を除去し、その後検体を脱着し、次いで分析の準備が整う。
タンパク質沈殿を１００μL ヒト血漿を使用して実施し、３００μLのアセトニトリルと混合した。混合物を４℃で２０分間保管し、その後５,０００rpmで１０分間遠心分離した。上清を移し、１０PSIの窒素流下４５℃で乾燥させた。次いで、サンプルを２００μLの出発移動相に再懸濁した。
２つの方法からの５サンプルを、Agilent 1290 LCを備えたAB Sciex-3200 Q Trapマススペクトロメトリーで、表２に記載する方法を使用して分析した。モニターしたリン脂質を表３に列記する。
Figure 2023553874000003
Figure 2023553874000004
ＬＰＣ － リソホスファチジルコリン
ＰＣ － ホスファチジルコリン
タンパク質(アルブミン)の除去。ピン上の非特異的保持を介して抽出サンプルに残存するタンパク質の量をNanoOrangeTMキットを使用して決定した。ピン(８)を、静的条件下、ウェルプレートで８００μLのイソプロパノール中１５分間コンディショニングした。次いで、ピンを８００μLの水で１０秒間洗浄した。３７℃設定の熱アダプターと共に１２００rpmで撹拌しながら、９６ウェルプレートから貯留ヒト血漿(８００μL)を抽出した。抽出後、ピンを水で１分間洗浄した。
他のウェルプレートを、生成物管理で記載したとおり、ウェルプレートの適切なウェルに充填した１mLの作業溶液(タンパク質染色用色素)で調製した。ＢＳＡ抽出に使用するピンを作業溶液に暴露し、３００rpmで振盪しながら９０～９６℃で１０分間反応させた。ウェルプレートをホイルで覆って、サンプルを遮光した。次いで、サンプルを室温に冷却した。
サンプルを、ダイレクトフロー(カラムなし)の蛍光検出器を使用するThermo Scientific Dionex HLPCで分析した(表４参照)。サンプルを、ＢＳＡの０.１～５.０μg／mLの範囲の外部較正を使用するピークｈ８を使用して、定量した。
Figure 2023553874000005
全体的サンプル清浄度。サンプルの清浄度を、３条件のＴＩＣの取得により決定した。これらの条件は、８０：２０脱着溶液対照、抽出されたスパイクした血漿サンプルおよびアセトニトリルタンパク質沈殿サンプルであった。
アセトニトリル沈殿サンプルを次のとおり調製した。抽出サンプルで使用した血漿に対応する残ったスパイクした血漿を、アセトニトリルで３倍希釈した。次いで、このサンプルを１０分間、１０,０００rpmで４℃で遠心分離した。完了後、上清を取り出し、１０PSIの窒素下に乾燥させ、脱着溶液に再懸濁して、溶媒効果を最小とし、サンプル清浄度を良好に反映させた。全３サンプルを、１００～９００ｍ／ｚのＱ１の走査を用いて、２μL注入を使用して、表２に記載するとおり分析した。複数メタノール注入を、各目的のサンプルの後に行い、サンプル間のキャリーオーバーを除去した。
結果。ＢｉｏＳＰＭＥ調製サンプルにおけるリン脂質量を、アセトニトリル補助タンパク質沈殿調製サンプルと比較した。０.１％未満のリン脂質が、アセトニトリルタンパク質沈殿対照と比較してＢｉｏＳＰＭＥからの最終抽出サンプルで残存した。２条件を比較するサンプルクロマトグラムを図１４に示す。
NanoOrangeＴＭ試験から、ＢＳＡとして定量して、ピンツールは、ピン表面に約１.２μgのタンパク質を蓄積した。較正物質と比較した、ピンからの代表的クロマトグラムは図１０に見られ得る。アルブミンは、血漿中総タンパク質の約半分を占める(３５mg／mL～５０mg／mL)(Merlot, A., Kalinowski, D., & Richardson, D. (2014). Unraveling the mysteries of serum albumin - more than just a serum protein. Frontier in Physiology, 1-7, https://doi.org/10.3389/fphys.2014.00299)。この値は、試験した８ピンにわたる最終抽出サンプルにおけるタンパク質が０.０１％未満であることと相関する。
サンプルが標準調製物と比較して明示的により清浄であることを示すために、完全ＴＩＣを、タンパク質沈殿血漿サンプル、ＢｉｏＳＰＭＥ抽出血漿サンプルおよび脱着溶液について取得した(図１１参照)。見られるとおり、ＢｉｏＳＰＭＥ抽出サンプルは、アセトニトリル沈殿サンプルよりも顕著に脱着溶液に近い。脱着溶液で観察されるピークは、存在する重水素化カルバマゼピンに対応する。
実施例１０. ＢｉｏＳＰＭＥによるタンパク質結合を試験した。９６ピンデバイスをＸ１８／シリカプレコーティングおよびＰＡＮ／Ｃ１８ ＢｉｏＳＰＭＥコーティングを用いて調製した。ヒト血漿および緩衝液を、治療上適切な濃度でスパイクし、３００rpmで振盪しながら、１時間、３７℃でインキュベートした。インキュベーション後、２００μL血漿および緩衝液を、抽出ウェルプレートの別々のカラムに充填した(ｎ＝８)。タンパク質結合の決定を、ＢｉｏＳＰＭＥ Ｃ１８ ９６ピンツールを使用する自動化ロボット方法により決定した。簡潔には、ピンツールをイソプロパノール中、２０分間静的にコンディショニングし、次いで新規ウェルプレートに、１０秒間、水中で移す(洗浄工程)。この後、抽出工程が続く。ピンツールを、先に記載の予め充填した抽出プレートに移す。ここで、ピンツールは、３７℃で１５分間、１２００～１２５０rpmで振盪させながら、検体を抽出する。ピンツールを、６０秒間洗浄のために水溶液に戻し、最後に脱着プレートに移す。脱着溶液は８０：２０ メタノール：水であり、２０分間、静的条件下に脱着させる。サンプルを、表５および６に記載の方法を使用して、分析した。
この試験で使用した抽出プレートは、プラスチックおよびガラスコーティングされたプレート両方を含んだ。プレートの選択は、化合物の性質および化合物が緩衝液溶液中で以下に良く行動するかに依存する。ケトコナゾールおよびイミプラミンなど、より疎水性の化合物は、プラスチックに非特異的結合を示し、ガラス－コーティングされた９６ウェルプレートからの抽出効率が良好であることが判明した。エリスロマイシンおよびプロプラノロールの抽出を、プラスチックプレートからの抽出と比較して、高い抽出効率値がガラスで得られたため、同様にガラス－コーティングされたプレートから実施した。
迅速な平衡透析(ＲＥＤ)によるタンパク質結合決定
ＲＥＤを、指示書に指示されるとおり実施した。簡潔には、２００μLの治療上適切な濃度で「スパイクされた」ヒト血漿および４００μLのリン酸緩衝化食塩水(ＰＢＳ)を、対応するチャンバーに少なくともトリプリケートで充填した。透析を、エッペンドルフシェーカーで、カバーし、３００rpmおよび３７℃で振盪しながら、少なくとも４時間実施した。透析終了時、５０μLのスパイクされた血漿を５０μLの清浄(スパイクされていない)ＰＢＳと混合し、５０μLの透析液(緩衝液区画)を５０μLの清浄血漿と混合した。これにより、マトリクス一貫性を確認できた。次に、３００μLの氷冷アセトニトリルを各サンプルに添加し、その後５,０００rpmで４℃で１０分間遠心分離した。最後に、上清を、脱着溶液中マトリクスマッチ外部較正を使用するAgilent 1290 LCを備えたAB Sciex 6500を使用する、表５および６に記載するＬＣ－ＭＳ／ＭＳによる分析のために、ガラスバイアルに移した。
Figure 2023553874000006
Figure 2023553874000007
リン脂質除去(マトリクス効果)
種々の方法間で残存するリン脂質の量を決定するために、迅速な平衡透析またはＢｉｏＳＰＭＥで各々処理したサンプルを、アセトニトリル補助タンパク質沈殿により残存するリン脂質と比較した。タンパク質沈殿を１００μL ヒト血漿を使用して実施し、３００μLのアセトニトリルと混合した。混合物を、４℃で２０分間保管し、その後５,０００rpmで１０分間遠心分離した。上清を移し、１０PSIの窒素流下４５℃で乾燥させた。次いで、サンプルを２００μLの出発移動相に再懸濁した。
３つの方法からの５サンプルを、Agilent 1290 LCを備えたAB Sciex-3200 Q Trapマススペクトロメトリーで、表７に記載する方法を使用して分析した。モニターしたリン脂質を表８に列記する。
Figure 2023553874000008
Figure 2023553874000009
ＬＰＣ － リソホスファチジルコリン
ＰＣ － ホスファチジルコリン
ＢｉｏＳＰＭＥによる％遊離フラクション(ＦＵ)の決定
ＢｉｏＳＰＭＥ方法は、検体の１００％がタンパク質結合がないとみなされる緩衝液サンプルからの検体の抽出と比較して、血漿中の検体の遊離濃度を決定する。
遊離パーセントまたは非結合パーセントを、式１で決定する：
Figure 2023553874000010
 式中、遊離濃度は、この場合血漿であるマトリクス中の検体の非結合濃度を表し、総濃度は検体の総濃度を表す。抽出された量は単位に非依存的であり、好ましい数量(例えばナノグラムまたはモル濃度)Ｍ遊離および血漿抽出体積、Ｖ血漿を使用して、適用できる。脱着溶液中の検体濃度を、外部較正曲線により定量し、脱着体積と血漿および緩衝液抽出体積が等しいならば、脱着からの濃度は、式２に示すとおり、抽出濃度と等しい。
Figure 2023553874000011
 結合フラクション、ＦＢを、式６に示すとおり、抽出濃度から決定できる。
Figure 2023553874000012
 図１２は、血漿(桃色)および緩衝液(青色)から遊離検体を除去する抽出工程(左)および脱着溶液に放出された検体(右)を示す。抽出された量は、非枯渇性と称される遊離検体濃度に大きな影響はなかった。緩衝液溶液が１００％遊離とみなされるため、ＢｉｏＳＰＭＥは、血漿よりも緩衝液から多く抽出される。
ＢｉｏＳＰＭＥ抽出により血漿からの化合物枯渇が顕著なとき(抽出がスパイクされた総検体の５％を超える)、計算結合フラクションに対する補正が、下記のとおり必要であった：
Figure 2023553874000013
 式中、ＢおよびＰは、緩衝液、Ｂおよび血漿、Ｐから抽出された各量を示す。Ｂ０はサンプルがもともとスパイクされた濃度を表す。式８は繊維上の抽出後の溶液中の濃度；サンプルからの検体の枯渇を説明する。６式６および式７はこの係数に考慮されない。しかしながら、抽出量が５％未満であるとき、正確な値を提供する。
ＲＥＤ対ＢｉｏＳＰＭＥの比較
式、式５および式６を使用して、検体－タンパク質結合についての表９における値を、ＢｉｏＳＰＭＥ抽出から決定した。これらの値は、迅速な平衡透析デバイス(ＲＥＤ)を使用して決定した値および文献報告値と良好に一致する。これらの値を、図１３でグラフで比較する。
さらに、表１０は、標準タンパク質沈殿方法と比較した残存リン脂質量を示す。ＢｉｏＳＰＭＥサンプル対アセトニトリルタンパク質沈殿サンプルのクロマトグラムを図１４に示す。表１０に示すとおり、ＢｉｏＳＰＭＥは、処理サンプルの９９％を超えるリン脂質を除去する。これは、約５０％のリン脂質が残存するＲＥＤデバイスと極めて対照的である。この量を、試験する区画に依存した清浄緩衝液または血漿での遠心分離サンプルにより説明されるため、代表的値から減算される。
ＢｉｏＳＰＭＥ技術はまた表１１に示すとおり、５０％を超える時短を提供する。ＢｉｏＳＰＭＥ過程の最長工程は、検体と血漿の最初のインキュベーションである(６０分間)。これは、ＲＥＤデバイスで必要な４時間インキュベーション時間より相当短い。
Figure 2023553874000014
図１３はＲＥＤおよびＳＰＭＥ方法のタンパク質結合値の比較を示す。青色線は、タンパク質結合文献値間隔を示す。星印をした化合物は、生理学的ｐＨで荷電されている。
Figure 2023553874000015
Figure 2023553874000016
ＢｉｏＳＰＭＥ Ｃ１８技術は、迅速な平衡透析(ＲＥＤ)方法と比較したとき、タンパク質結合決定について５０％時短を提供し、完全自動化ロボット方法を介して使用された。ＢｉｏＳＰＭＥタンパク質結合値は、これら１０化合物のｌｏｇ Ｐが１～５の範囲であることにより示されるとおり、迅速な平衡透析方法と遜色なかった。さらに、ＢｉｏＳＰＭＥはまたＲＥＤデバイスと比較して、清浄サンプルも提供する。
ここに含まれる実施例は説明の目的のみであり、特許請求の範囲により規定される本発明の範囲を限定することを意図しない。

Claims (15)

  1. 固相マイクロ抽出(ＳＰＭＥ)のためのデバイスであって、
    プラスチック基質、
    プラスチック基質上のプレコーティング層および
    プレコーティング層上のＳＰＭＥコーティング
    を含む、デバイス。
  2. プラスチック基質がポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)、ポリエーテルエーテルケトン(ＰＥＥＫ)、ポリスルホンおよびポリテレフタレートからなる群から選択される、請求項１のデバイス。
  3. プラスチック基質がポリプロピレンおよびポリエチレンからなる群から選択される、請求項１または２のデバイス。
  4. プレコーティング層がポリアクリロニトリル(ＰＡＮ)を含む、請求項１～３の何れかのデバイス。
  5. プレコーティング層がＸ１８および所望によりシリカ、チタニア、炭酸ナトリウム、ポリマー樹脂およびそれらの組み合わせからなる群から選択される粒子を含む、請求項１～３の何れかのデバイス。
  6. プレコーティング層がＸ１８および粒子、好ましくはシリカ粒子を含み、粒子の粒子径が１ナノメートル～１０ミクロンの範囲であり、Ｘ１８対粒子の範囲が８：１～３：１(ｗ／ｗ)である、請求項５のデバイス。
  7. ＳＰＭＥコーティングが
    ポリアクリロニトリル(ＰＡＮ)、ポリエチレングリコール(ＰＥＧ)、ポリピロール、誘導体化セルロース、ポリスルホン、ポリアクリルアミド、ポリアミド、ポリジメチルシロキサン(ＰＤＭＳ)、ポリアクリレート、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)およびポリアニリンからなる群から選択される結合剤および
    官能化シリカ、炭素、ポリマー樹脂およびそれらの組み合わせからなる群から選択される吸着剤
    を含む、請求項１～６の何れかのデバイス。
  8. 吸着剤がＣ１８シリカ、Ｃ８シリカ、混合モード官能化シリカ、ＨＬＢ樹脂、ジビニルベンゼン樹脂、スチレン樹脂、ポリ(スチレン－コ－ジビニルベンゼン)樹脂およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項７のデバイス。
  9. プラスチック基質が１ピンまたは複数のピンを含む、請求項１～８の何れかのデバイス。
  10. １以上のピンが固体である、請求項８のデバイス。
  11. プラスチック基質が第一表面エネルギーを有し、
    ＳＰＭＥコーティングが第二すなわちプラスチック基質の表面エネルギーより高い表面エネルギーを有し、
    ここで、プレコーティング層がプラスチック基質に強く接着し、
    ＳＰＭＥコーティングがプレコーティング層に強く接着する、
    請求項１～１０の何れかのデバイス。
  12. プラスチック基質上のＳＰＭＥコーティングの接着を改善する方法であって、
    プラスチック基質を準備し、
    基質をプレコーティングでコーティングして、プレコーティングされた基質を提供し、そして
    プレコーティングされた基質をＳＰＭＥコーティングでコーティングする
    工程を含み、
    ここで、プレコーティングがポリアクリロニトリルおよびＸ１８からなる群から選択され；レコーティング層がＸ１８であるならば、プレコーティング層はさらにシリカ、チタニア、炭酸ナトリウム、ポリマー樹脂およびそれらの組み合わせから選択される粒子を含んでよく、そして
    ＳＰＭＥコーティングが未処理プラスチック基質に接着するより良好にプレコーティングされた基質に接着する、
    方法。
  13. プラスチック基質がポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)、ポリエーテルエーテルケトン(ＰＥＥＫ)、ポリスルホンおよびポリテレフタレートからなる群から選択される、請求項１２の方法。
  14. 結合剤がポリアクリロニトリル(ＰＡＮ)、ポリエチレングリコール(ＰＥＧ)、ポリピロール、誘導体化セルロース、ポリスルホン、ポリアクリルアミド、ポリアミド、ポリジメチルシロキサン(ＰＤＭＳ)、ポリアクリレート、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)およびポリアニリンからなる群から選択され、
    吸着剤が官能化シリカ、炭素、ポリマー樹脂およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、
    請求項１２または１３の方法。
  15. 結合剤がＰＡＮであり、吸着剤がＣ１８官能化シリカである、請求項１４の方法。
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