用于测定应用的聚合物支架制造技术

提供了与固体支持物结合的反应性聚合物，修饰的固体支持物和反应性聚合物。还提供了包含上述的固体支持物，其用作用于检测和/或表征诸如生物分子的分析物的分析装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测定应用的聚合物支架 政府利益声明 本文所述工作的部分资金基于第HSHQDC-10-C-00053和HSHQDC-11-C-00089号合 同由美国国土安全部提供。美国政府具有本专利技术的某些权利。 相关申请的引用 本专利技术基于35U.S.C. § 119(e)要求于2012年2月17日提交的第61/600, 569号 美国临时专利申请的权益；其申请的全部公开内容通过引入整体并入本文。 背景 专利
本专利技术一般涉及聚合物、包含该聚合物的固体支持物及其使用方法。 相关抟术描沭 生物测定用于探测分析物在生物样品中的存在和/或数量。在基于表面的测 定中，在固体支持物或基底上捕获和检测分析物质。基于表面的测定的实例是D NA微 阵列。DNA微阵列的应用已广泛用于基因表达和基因分型的研究中，这归因于同时监测 大量基因的能力（Schena 等人，Science 270:467-470(1995) ;Pollack et al. ,Nat. Genet.23:41-46(1999))。为了促进阵列形式（array format)的多种多样的生物测定，也 可以使用其他结合部分如碳水化合物、抗体、蛋白、半抗原或适体来制造阵列。 用于生物测定应用的有效官能化材料必须具有充足的容量来固定足量的来自相 关样品的分析物，从而在进行检测（例如聚合酶链反应）时提供适当的信号。合适的官能 化材料还必须提供高度可再现表面，从而有利地用于剖析（profiling)实验，特别是在以下 测定形式中，即，其中样品和对照必须在与其连接的不同支持表面（例如不同的支持物或 在相同支持物上的不同位置）上进行分析。例如，未基于高度可再现表面化学的支持物当 进行测定（例如剖析比较）时可产生显著的误差，这归因于支持物之间或相同支持物上不 同位置的差异。 参考包含有机聚合物（例如水凝胶）组分的装置来说明本领域对新官能化材料， 包含该材料的装置以及形成此类材料的方法的需求。通常，包含聚合物的装置通过在诸如 微珠、颗粒、片等的基底上原位聚合前体单体或预聚物而形成。包含有机聚合物的装置的选 择性和再现性经常高度取决于诸多实验变量，包括单体浓度、单体比例、引发剂浓度、溶剂 蒸发率、环境湿度（在溶剂为水的情况下）、交联剂浓度、单体/交联剂/溶剂的纯度、实验 室温度、移液时间、喷雾条件、反应温度（在热聚合的情况下）、反应湿度、紫外辐射均匀性 (在UV光聚合的情况下）以及环境氧条件。尽管可以在制造设置中控制这些参数中的许多 参数，但难以控制影响再生性的所有这些参数（如果有可能的话）。因此，原位聚合导致所 有参数在场地间、芯片间和批次间的相对不良的再现性。 此外，尽管对使用基于二氧化硅的基底如玻璃、石英、熔融二氧化硅和 娃来开发生物测定表面开展了大量的工作（参见例如，D. Cuschin等人，Anal. Biochem. 1997, 250, 203-211 ;G. M. Harbers 等人，Chem. Mater. 2007, 19, 4405-4414 ;以及 Shi等人的第6, 790, 613号美国专利、Boles等人的第5, 932, 711号美国专利、Bardhan等 人的第6, 994, 972号美国专利、Frutos等人的第7, 781，203号美国专利及Lewis等人的 第7, 217, 512和7, 541，146号美国专利），但使用较廉价、更易于制造的基底如聚合物基底 产生了额外的优势。然而，在选择和制备用于生物测定目的的此类基底方面，已遇到其它 挑战。例如，聚合物基底由于额外的表面官能化而常常遭受更严重的问题，例如，增加的自 体荧光性（参见例如Ofstead等人的第7, 309, 593号美国专利，描述了在聚合物中的含二 苯甲酮或叠氮化物的三聚物、离去二苯甲酮残基、硝基或亚硝基副产物导致过量的荧光背 景）、导致不期望的非特异性吸附的增加的疏水性、以及在使涂层与下面的聚合物基底附着 或连接方面的挑战。 因此，需要官能化材料及包含这些材料的装置，所述材料提供测定之间的可再现 结果，易于使用，且提供了多分析物系统的定量数据。此外，为了变得广为接受，所述材料应 是廉价且易于制备的，呈现低非特异性结合，并且能够形成多种功能装置形式。包含具有上 述特性的材料的装置的可用性会显著影响研究、临床实验室、医疗诊所、医院诊所、养老院、 门诊、急诊、个体床边诊断情形（医生办公室、急诊、非现场（out in the field)等）以及高 通量测试应用。本专利技术提供了具有这些及其他期望特性官能化材料。 简述 简言之，本专利技术一般涉及包含固定于基底的聚合物的固体支持物及其使用方法。 例如，聚合物可以通过一个或多个共价键而固定于基底。固体支持物在诸多应用中发现实 用性，包括在固体基底上固定捕获探针（例如生物分子）以用于分析测定。还提供了包含适 于与聚合物反应或相互作用的表面活性基团的固体基底，以及包含聚合物和任选的捕获探 针的固体支持物。本文公开的聚合物、固体基底和固体支持物可用于多种分析应用，例如用 于临床实验室、医疗诊所、医院诊所、养老院、门诊、急诊、个体床边诊断情形（医生办公室、 急诊、现场（in the field)等）、高通量测试及其他应用的DNA和蛋白微阵列。 本文描述的固体支持物及相关方法在多个实施方案中提供了诸多优势。例如，在 某些实施方案中，聚合物通过在聚合物中存在的热化学反应性单体单元而共价结合于基底 (例如塑料聚合物基底）。因此，聚合物可以共价结合于基底而不使用光化学连接物（即，在 光反应性基团与基底之间的UV诱导的键形成）。因此，结合的聚合物通常基本不包含分子 间和/或分子内交联，这是与将光化学活性基团用于与基底共价连接相关的常见副反应。 不受任何理论限制，本专利技术人确信上述情形在具有更大流体动力学柔性的基底上形成聚合 物涂层，所述基底对于捕获探针是更可渗透的并由此是更可进入的，因此促进聚合物与捕 获探针之间的结合反应。缺少光化学反应性连接物基团还被认为促成本文固体支持物的更 低的荧光背景信号。 此外，本专利技术的实施方案使聚合物固定于（共价或另外方式）除常用的载玻片之 外的基底。例如，在某些实施方案中，本公开提供了与聚合物基底共价结合的聚合物。在某 些实施方案中，这样的基底有利地具有400nm与SOOnm之间（常用于检测的波长）的高透 明度（例如>91% )。此外，基底可以在PCR测定的典型测定温度（例如高达IKTC )下使 用，并通常具有低的水吸收（例如小于约〇. 05% )。 因此，在一个实施方案中，本公开提供了固体支持物，其包含： 具有外部表面的非磁性基底；以及 与所述基底的外部表面共价结合的多个聚合物，所述聚合物各自包含多个稀释单 体和多个反应性单体，每一稀释单体包含亲水性侧基，并且每一反应性单体包含热化学反 应性侧基，其中所述聚合物通过所述基底的外表面与反应性单体或其经反应的片段中的至 少一个之间的共价键、或通过所述基底的外表面与至少一个所述聚合物之间的离子相互作 用而固定于所述基底的外表面，并且其中至少一个所述热化学反应性侧基可用于与捕获探 针上的官能团共价连接。这样的固体支持物在诸多应用中发现实用性，例如多个分析物的 多重检本文档来自技高网...

【技术保护点】
固体支持物，其包含：具有外部表面的非磁性基底；以及与所述基底的外部表面共价结合的多个聚合物，所述聚合物各自包含多个稀释单体和多个反应性单体，每一稀释单体包含亲水性侧基，并且每一反应性单体包含热化学反应性侧基，其中所述聚合物通过所述基底的外表面与所述反应性单体或其经反应的片段中的至少一个之间的共价键、或通过所述基底的外表面与至少一个所述聚合物之间的离子相互作用而固定于所述基底的外表面，并且其中至少一个所述热化学反应性侧基可用于与捕获探针上的官能团共价连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.17 US 61/600,5691. 固体支持物，其包含： 具有外部表面的非磁性基底；以及 与所述基底的外部表面共价结合的多个聚合物，所述聚合物各自包含多个稀释单体和 多个反应性单体，每一稀释单体包含亲水性侧基，并且每一反应性单体包含热化学反应性 侧基，其中所述聚合物通过所述基底的外表面与所述反应性单体或其经反应的片段中的至 少一个之间的共价键、或通过所述基底的外表面与至少一个所述聚合物之间的离子相互作 用而固定于所述基底的外表面，并且其中至少一个所述热化学反应性侧基可用于与捕获探 针上的官能团共价连接。2. 如权利要求1所述的固体支持物，其中所述聚合物通过所述基底的外表面与至少一 个所述热化学反应性基团的经反应的片段之间的共价键而固定于所述基底的外表面。3. 如权利要求1或2中任一项所述的固体支持物，其中每一聚合物独立地具有以下结 构（I)或其盐、立体异构体或互变异构体：其中： A每次出现时独立地为热化学反应性侧基； B每次出现时独立地为亲水性侧基； R1、R2和R3每次出现时独立地为H或C1-C6烃基； L1每次出现时独立地为连接物； T1和T2各自独立地为不存在或为选自H、烃基和引发剂残基的聚合物端基； Q表不基底的外表面；以及 X、y和z独立地为所述聚合物中各个单体的摩尔百分比，其中X、y和z各自大于O摩 尔％并且X、y和z的总和为100摩尔％。4. 如权利要求1至3中任一项所述的固体支持物，其中所述热化学反应性基团是活化 酯或吖内酯。5. 如权利要求4所述的固体支持物，其中所述活化酯是芳基酯。6. 如权利要求1至4中任一项所述的固体支持物，其中所述热化学反应性基团具有以 下结构之一：其中R4a、R4b、R'R4d和俨各自独立地为Η、卤素、腈或硝基。7. 如权利要求6所述的固体支持物，其中所述热化学反应性基团具有以下结构：8. 如权利要求7所述的固体支持物，其中R4a、R4b、R'R4d和俨各自为氟。9. 如权利要求1至8中任一项所述的固体支持物，其中所述亲水性侧基具有以下结构 之一： 其中：R5、R6、R7、R8和R9各自独立地为H、C1-C6烃基或C1-C6杂烃基，或者R6和R7,或R8和R9 连同它们所结合的氮原子一起形成杂环；以及 η为1至2,OOO的整数。10. 如权利要求9所述的支持物，其中R6和R7各自独立地为H或甲基。11. 如权利要求1至10中任一项所述的固体支持物，其中所述亲水性侧基具有以下结 构之一：12. 如权利要求1至10中任一项所述的固体支持物，其中所述亲水性侧基具有以下结 构之一：13. 如权利要求3至12中任一项所述的固体支持物，其中L1包括硅-氧键、胺键、酰胺 键、磺酰胺键、亚烃基键、聚合物或其组合。14. 如权利要求13所述的固体支持物，其中所述聚合物是聚乙二醇、聚烯丙胺或聚亚 乙基亚胺。15. 如权利要求14所述的固体支持物，其中所述聚乙二醇包括10至50, 000个单体亚 单元。16. 如权利要求15所述的固体支持物,其中所述聚乙二醇包括55至90个单体亚单元。17. 如权利要求3至16中任一项所述的固体支持物，其中L1具有以下结构：其中： L2和L3各自独立地为任选的包含亚烃基部分、氧化亚烃基部分、酰亚胺部分、醚部分、 酯部分、胺部分或酰胺部分或其组合的连接物； Rltl和R11各自独立地为H、羟基、烃基、烃氧基或-OQ; R12、R13、R14和R15各自独立地为H、烃基、卤素、卤代烃基、腈、硝基、烷基铵或卤代烷基 铵； P在每次出现时独立地表示单体亚单元； A为直接键或-S(O)2-; Q为所述基底的外表面；以及Y为1至2000的整数。18. 如权利要求17所述的固体支持物，其中每一P独立地为-CH2-、-CH2CH(CH2NH2)-或-OCH2CH2-。19. 如权利要求3至18中任一项所述的固体支持物，其中L1具有以下结构之一：其中： Q表示所述基底的外表面；以及 Y为1至2000的整数；以及 a和b各自独立地为1至1999的整数。20. 如权利要求19所述的固体支持物，其中γ为55至90。21. 如权利要求1至20中任一项所述的固体支持物，其中通过所述基底的外表面上反 应性基团与至少一个所述热化学反应性侧基之间的反应形成所述共价键。22. 如权利要求1至21中任一项所述的固体支持物，其中所述聚合物还包含与捕获探 针的至少一个共价键。23. 如权利要求22所述的固体支持物，其中通过在所述捕获探针上的反应性基团与至 少一个所述热化学反应性侧基之间的反应形成与所述捕获探针的至少一个共价键。24. 如前述权利要求中任一项所述的固体支持物，其中所述聚合物包含小于约 40mol%的所述稀释单体。25. 如前述权利要求中任一项所述的固体支持物，其中所述聚合物包含约35mol%或 更少的所述稀释单体。26. 如权利要求1至23中任一项所述的固体支持物，其中所述聚合物包含至少约 30mol%的所述稀释单体。27. 如权利要求1至23中任一项所述的固体支持物，其中所述聚合物包含至少约 75mol%的所述反应性单体。28. 如权利要求1至23中任一项所述的固体支持物，其中所述聚合物包含至少约 90mol%的所述反应性单体。29. 如权利要求1至23中任一项所述的固体支持物，其中所述聚合物包含至少约 95mol%的所述反应性单体。30. 如权利要求1至29中任一项所述的固体支持物，其中所述聚合物是无规共聚物。31. 如权利要求1至29中任一项所述的固体支持物，其中所述聚合物是无规三聚物。32. 如权利要求31所述的固体支持物，其中所述聚合物包含多于一种类型的结构上不 同的亲水性侧基。33. 如权利要求31所述的固体支持物，其中所述结构亲水性侧基具有以下结构：34. 如权利要求1至33中任一项所述的固体支持物，其中所述捕获探针是生物分子。35. 如权利要求1至34中任一项所述的固...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥尔德里奇·N·K·劳，罗伯特·G·伊森，克里斯蒂安·斯卡布，布莱德·塔夫特，
申请(专利权)人：NVS技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US