可光固化和光構圖的二氫唑酮共聚物基水凝膠基質的製作方法

2023-05-29 03:16:41

專利名稱：可光固化和光構圖的二氫唑酮共聚物基水凝膠基質的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可光固化和光構圖的組合物，含有光交聯劑和具有二氫唑酮官能度的聚合物。該組合物可以在基底上進行高解析度地構圖，用於結合生物學活性分子。
背景技術：
目前已有多種將生物分子固定在基底上的方法。
US5,552,270涉及一種DNA測序方法，其中的DNA寡核苷酸固定在由基底支承的凝膠方格基質中。DNA與基底的結合是通過氧化附加的3′端3-甲基尿苷，然後與結合在基底上的肼反應，生成「相對穩定的嗎啉衍生物」(′270，第5欄，第41-47行)。其中的凝膠方格的邊長為25-100μm，彼此間隔2倍寬度(′270，第2欄，第60-64行)。
US5,744,305涉及一種生物晶片板，具有通過「光定向合成」原位合成的DNA或肽寡聚物斑，其中，在每次加入單體前，利用掩模通過光反應選擇性地去除保護基。各寡聚物鏈最初的鹼基顯然是通過胺官能團與基底結合的(′305，

圖1和2)。
US4,871,824涉及一種低溶脹的二氫唑酮官能聚合物珠，用作固定生物反應性分子的反應性支持體。
US5,344,701涉及一種通過生物分子與二氫唑酮官能塗層結合將其固定於基底上的方法。其中，將具有自由基加成位點的二氫唑酮官能單體加到基底上，可以任選地加二乙烯基之類的自由基交聯劑，然後進行原位聚合。
US5,725,989涉及一種可雷射定位熱轉移成像元件，具有支持體，光一熱轉換層，中間層和熱轉移層。
發明概述簡而言之，本發明提供一種可光固化和光構圖的組合物，包含a)由1-99重量份至少一種二氫唑酮官能單體和0-99份至少一種共聚單體形成的至少一種共聚物；和b)至少一種光交聯劑；所述組合物用於結合生物學活性分子。
另一方面，本發明提供一種水凝膠，包含固化的本發明組合物，該凝膠能夠結合生物學活性分子。該凝膠的優點在於可溶脹，因此在用作塗料時，可提供更高的單位面積上生物學活性分子濃度。
另一方面，本發明提供一種塗有本發明組合物的基底，可對該組合物進行高解析度構圖，並固化，該組合物能夠與生物分子反應從而將其固定在基底上。
另一方面，本發明提供一種製造上述帶塗層基底的方法。
本領域尚沒有而由本發明提供的是用二氫唑酮官能聚合物與光交聯劑組合，用於固定化生物分子的組合物和方法。而且，可對本發明組合物進行高解析度光構圖。最後，所得固化凝膠可溶脹，提供了更高的單位面積上的生物分子濃度。
在本申請中「二氫唑酮」，「二氫唑酮官能團」和「二氫唑酮部分」表示通式Ⅰ所示的取代或非取代2-噁唑啉-5-酮基團和/或通式Ⅱ所示的2-噁嗪-6-酮基團 「二氫唑酮官能單體」指結構中具有一個二氫唑酮部分的單體，該部分可以已經通過二氫唑酮的開環反應形成生物分子-二氫唑酮鍵而與生物分子結合；「水凝膠」是一種會在水中因吸附或吸收等物理作用，或因水解等化學作用而溶脹的聚合物材料，指的是在水中溶脹之前或之後的凝膠材料。
「光交聯劑」是這樣的化學物質它能因電磁輻射作用而將兩個或多個聚合物分子結合，並能結合於聚合物分子上除增長鏈末端之外的位置。
「寡聚交聯劑」指這樣的化學物質它能夠結合兩個或更多個聚合物分子，並能結合於聚合物增長鏈末端。
「生物學活性」包括生物化學、免疫化學、生理學或藥理學活性。
「生物學活性分子」與「生物分子」等同，包括抗體、抗原、酶、輔因子、抑制劑、激素、受體、凝集因子、胺基酸、組蛋白、維生素、藥物、細胞表面標記、蛋白質和多肽，DNA(包括DNA寡核苷酸)，RNA(包括RNA寡核苷酸)，PNA，以及以上物質的衍生物；「取代」表示被不影響所需產物的常規取代基取代，例如，取代基可以是烷基、烷氧基、芳基、苯基、滷素(F、Cl、Br、I)、氰基、硝基等。
本發明的優點在於提供了一種用於將生物分子固定在基底上的組合物和方法，適用於多種生物分子，並可進行高解析度的光構圖。
附圖簡述圖1是本發明水凝膠塊放大200倍的顯微照片。定標線代表100μm。
圖2是本發明水凝膠圖案放大1000倍的顯微照片。定標線代表40μm。
圖3是本發明水凝膠放大100倍的顯微照片。中心距為200μm。
優選實施方式的詳細描述本發明提供一種可光固化和光構圖的組合物，包含a)由1-99重量份至少一種二氫唑酮官能單體和0-99份至少一種共聚單體形成的至少一種共聚物；和b)至少一種光交聯劑；所述組合物用於結合生物學活性分子。
二氫唑酮官能單體的共聚物可以是聚烯烴、聚醯胺或聚醯亞胺等任意適宜類型。較好的是聚烯烴聚合物。該共聚物可以含有由二乙烯基化合物之類共聚交聯劑形成的交聯鍵。
所述二氫唑酮官能單體共聚物可用各種適宜的方法來製備，包括US4,451,619,US4,737,560,US5,200,471,US5,292,840,US5,336,742,US5,344,701,US5,403,902,US5,451,453和US4,871,824所述的方法。較好的是自由基聚合反應。較好的是，共聚物的聚合反應在與光交聯劑反應前完成。
所述二氫唑酮官能單體可以是任何含二氫唑酮官能團的單體，包括具有結構Ⅲ和Ⅳ的單體 其中，R1是可聚合物官能團，例如乙烯基、丙烯基和己烯基；R2各自是1-14個碳原子的烷基，3-14個碳原子的環烷基，5-12個環原子的芳基，含6-26個碳原子和0-3個S、N和非過氧性O雜原子的芳基，或者，兩R2取代基與相連的碳原子一起形成一個4-12個環原子的碳環。優選二氫唑酮官能單體是2-乙烯基-4,4-二甲基-2-噁唑啉-5-酮(乙烯基二甲基二氫唑酮，VDM)。
共聚單體可以是任意合適的單體。優選的單體包括含乙烯基和含丙烯醯基的化合物。此類單體的代表性一覽表包括丙烯醯胺，甲基丙烯醯胺，N,N-二甲基丙烯醯胺，雙丙酮丙烯醯胺，N-乙烯基吡咯烷酮，甲基丙烯酸羥基乙酯，2-丙烯醯氨基-2-甲基丙磺酸及其鹽，N-(3-甲基丙烯醯氨基丙基)-N,N,N-三甲基銨鹽，甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯，丙烯酸，甲基丙烯酸，衣康酸，和它們的混合物。優選的共聚單體是N,N-二甲基丙烯醯胺和N-乙烯基吡咯烷酮。
可選的共聚交聯劑可以是任何具有2個或更多可聚合官能團的適宜的物質。適宜的多官能交聯劑單體包括烯鍵式不飽和(α,β-不飽和)酯，例如二丙烯酸乙二酯，二甲基丙烯酸乙二酯，三羥甲基丙烷三丙烯酸酯和三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯；α,B-不飽和醯胺，例如亞甲基雙丙烯醯胺，亞甲基雙甲基丙烯醯胺，N，N′-二丙烯醯基-1,2-二氨基乙烷，N,N′-二甲基丙烯醯基-1,2-二氨基乙烷，和2-烯基二氫唑酮與短鏈二胺的反應產物。
光交聯劑可以任選如下物質能夠因電磁輻射而將兩個或多個聚合物分子結合，並能結合於聚合物上除增長鏈末端之外的位置。光交聯劑應能夠在聚合物聚合反應完成後結合在聚合物上。優選的光交聯劑包括雙疊氮化合物，雙重氮羰基化合物和bisdiazirines化合物。就使用方便而言，最好的是雙疊氮化合物。疊氮基(-N3)受UV光作用而釋放氮氣(N2)，留下一個高度反應性的二價氮，即氮賓。反應性卡賓可通過重氮羰基化合物和diazirine光解產生。反應性氮賓或卡賓可以插入預聚合聚合物上的許多鍵中，包括C-C鍵和C-H鍵。優選疊氮化合物、雙疊氮化合物和偶氮羰基和雙重氮羰基交聯劑，因為它們可形成基底-聚合物連接，以及聚合物-聚合物交聯。優選的雙疊氮化合物包括2,6-雙(4-疊氮基亞苄基)-4-甲基環己酮(BAMC),4,4′-二疊氮基二苯醚，4,4′-二疊氮基二苯基碸，4,4′-二疊氮基二苯基丙酮，4,4′-二疊氮基二苯基甲烷。優選的雙重氮羰基化合物包括1,4-雙(α-重氮苄基)苯。光交聯劑可以既能熱固化又可光固化。
另一實施例中，光交聯劑是一種雜一雙官能化合物，其第一官能團與聚合物結合，另一官能團在光照後形成交聯。例如，4-[對重氮水楊醯氨基]丁胺(ASBA,購自Pierce Chemical Co.,Rockford,IL)具有一個結合二氫唑酮的胺官能團，和一個在UV光照後與另一聚合物鏈交聯的重氮官能團。
當光交聯劑通過佔據聚合物的二氫唑酮官能團而與聚合物結合時，交聯劑必須少於1當量，從而不至於佔據結合生物分子所需的所有二氫唑酮位點。換言之，光交聯劑上的二氫唑酮反應性官能數必須少於聚合物上二氫唑酮官能的總數。然而，如果生物分子結合在光交聯之前，即組合物已含有生物分子-二氫唑酮鍵，則不必拘泥於上述要求。
可將本發明組合物加到基底上，固化(光交聯)，構圖，並與生物分子反應。通過改變方法，以上四步驟可按任意順序進行。許多技術，例如光刻構圖和雷射誘導的熱成像(LITI)構圖(見後文)，涉及同時或幾乎同時的組合物塗布、固化或構圖步驟。
基底可以是聚合物能粘著的任何適宜材料。可用的基底包括無機固體，例如玻璃、陶瓷、未燒制金屬和非金屬氧化物、黏土、沸石和有機聚合物。優選的是易與光交聯劑反應的基底。當光交聯劑含有疊氮基官能團時，所述優選基底包括有機聚合物和表面處理過的玻璃，包括矽氧烷改性玻璃。
可用各種合適的方法將組合物加到基底上。塗層的厚度為1nm-5mm，以0.05-100μm為佳，最好是1-20μm。
組合物在塗布時可加或不加溶劑。合適的方法包括旋塗、噴塗、刮圖、蘸塗或輥塗。可選擇性地塗布組合物以形成有圖案的表面。此類方法包括已知的印刷方法，例如噴墨印刷，膠印，苯胺印刷等。也可將所述組合物刮圖到具有顯微結構的表面(例如具有微米級凹陷和槽的表面)上，使之留存在顯微結構中，形成有圖案的組合物陣列。
本發明組合物可用電磁輻射來固化，以UV光為佳，最好是UV-A光。可通過選擇性曝光進行組合物的選擇性固化。選擇性曝光的方法包括通過掩模或照相底片曝光，或用定向光束或雷射曝光。然後，可通過例如洗滌去除未固化的組合物，得到有圖案的塗層。然後，可用光或熱固化，進一步固化組合物。有時，可用熱固化完全取代光固化，特別是不對凝膠進行構圖，或用化學方法等非光構圖方法進行構圖時。
可用各種方法進行構圖，包括將組合物選擇性地塗在基底上，選擇性地固化組合物，或選擇性地從基底上去除組合物。本發明的優點在於，可通過選擇性固化對組合物進行2μm以下解析度的光構圖。花樣尺寸一般小於1000μm。較好的是，有圖案塗層上的花樣尺寸小於200μm，小於20μm更好，小於2μm最好。以上尺寸是所塗花樣的面內尺寸，或所塗花樣之間的間隔尺寸。
組合物在基底上的構圖可通過雷射定位熱轉移成像法進行，例如美國專利5,725,989所述。該方法中，熱轉移供體具有一支持層、光-熱轉換層和含有待構圖組合物的轉移層。當熱轉移供體與受體接觸，並依圖案進行輻射時，發生熔粘轉移過程，含組合物的轉移層於是影印到受體上。本發明的可光交聯二氫唑酮組合物可用在此類系統的轉移層中。該可光交聯二氫唑酮組合物可在加到轉移層中之前，加入該層之後，或在雷射定位熱轉移到受體上之後，與生物分子反應。本發明的二氫唑酮組合物可在轉移過程之前或之後進行熱交聯或光化學交聯。這樣就可能將不同的生物分子在含有本發明二氫唑酮組合物的轉移層上預先構圖，然後將各二氫唑酮-生物分子共軛對雷射定位熱成像在受體基底上。可在轉移步驟之間自動改變供體-受體合模，從而使被轉移元件在受體上形成所需的陣列間隔和尺寸，不同於生物分子在轉移層上的圖案。雷射定位熱成像具有高解析度和高合模精度。本發明的獨特優點之一是能夠在熱成像之前或之後結合生物分子，並提供了在轉移後將樣品熱固化或光化學固化在受體上的方法。
聚合物的二氫唑酮官能團可結合生物分子上的多種結合性官能團，包括伯胺、仲胺、羥基和巰基。有或沒有合適催化劑存在下，這些基團與二氫唑酮發生親核加成反應，產生一個與二氫唑酮官能團殘基結合的生物分子殘基。
典型的反應途徑為 其中，R1是H或CH3。
R2和R3各自可以是1-14個碳原子的烷基，3-14個碳原子的環烷基，5-12個環原子的芳基，具有6-26個碳原子和0-3個S、N和非過氧性O雜原子的芳基，或者，R2和R3與所在碳原子共同形成一個4-12個環原子的碳環；n是整數0或1，X可以是-O-、-S-、-NH-或NR4，其中R4可以是C1-20烷基，C6-30芳基或連接G的二次鍵，HXG是具有結合性官能團HX-的生物分子，XG是HXG與聚合物結合後保留的殘基。
根據生物分子的結合性官能團，要獲得有效的結合反應速度，可能需要催化劑。伯胺官能團不需要催化劑。對羥基和仲胺官能團有效的是三氟乙酸、乙磺酸、甲苯磺酸等酸催化劑。對羥基和巰基有效的是三乙基胺、1,8-二氮雜雙環[5.4.0]十一-7-烯(DBU)和1,5-二氮雜雙環[4.3.0]壬-5-烯(DBN)(均購自Aldrich ChemicalCo.,Milwaukee,WI)等胺鹼。催化劑用量一般為每100份二氫唑酮1-10份催化劑，以1-5份為佳。本發明二氫唑酮官能團的優點在於能優先地末端結合多肽和聚核苷酸。
生物分子與聚合物結合的步驟可在塗布之前或之後，固化之前或之後，以及構圖之前或之後進行。
生物分子結合後，可加入加帽劑以佔據所有未被使用的二氫唑酮官能團，以免凝膠被不需要的物質汙染。較好的是，加帽劑易於與二氫唑酮反應，且不影響所需的凝膠特性。較好的是，加帽劑是水溶性的，這可以提高凝膠的溶脹性。優選的加帽劑是伯胺和水。
所得固化凝膠的優點在於具有溶脹性，因為可溶脹的凝膠可在給定基底面積內結合更多生物分子。這一單位面積上密度的提高增強了檢測能力(例如靶位點的光學讀數)，並允許進一步的小型化。在水中浸過夜後，凝膠可溶脹至幹體積的至少2倍，以至少3倍為佳，至少4倍更好，至少5倍最好。溶脹程度可通過光交聯劑用量來控制。
本發明可用於使用生物分子的分析儀器中，可作為檢測探針或參照標準，特別適用於需要在緊湊的基底面積內使用多種不同生物分子的場合。
例如，將DNA測序操作微化至微晶片上可提供高速和低耗的優點。含寡核苷酸的本發明凝膠塊可用來製造高密度DAN晶片，在該晶片表面上可具有成千至上百萬的探針。在雜交測序法中，可將整個寡核苷酸探針陣列(例如全部1024種可能的五聚體，或全部65,536種八聚體)構圖到一基底上，使待測序DNA樣品與該陣列特異性雜交。分析與靶序列形成完好雙螺旋體的覆蓋共聚物組，即可鑑定出靶DNA序列。例如，這樣的晶片可用於需要對多基因突變進行測序的應用，例如檢測多基因疾病所需要的那樣。
低密度DNA晶片一般最多有300個探針，特別適合需要檢測一種特定微生物或菌株或進行一組測試的診斷性用途。如果是低密度陣列，可將含有寡核苷酸的本發明凝膠構圖在可單獨尋址的微電極上，作為可尋址可程控電子基質用於自由場電泳控制靶DNA雜交，參見美國專利5,632,957和5,605,662所述。DNA樣品從一個顯微位置電泳移動到下一個。利用電子嚴謹度控制將與捕捉探針匹配的DNA留在各顯微位置。
本發明的含酶凝膠陣列可用來篩選具有酶抑制或酶活化作用的化合物。將各凝膠片與不同劑量的靶化合物接觸，通過測定各凝膠片內的酶活性來跟蹤劑量應答。
天然或基因工程微生物也可固定在本發明的凝膠片上。微生物表面的生物分子起著與凝膠結合的錨著點的作用。由此，可監測微生物對化學刺激物或其他環境條件的生物學反應。或者，可將這樣的含微生物的凝膠片單獨用作生物反應器。
可用上述方法和組合物構圖含有能促進細胞結合和生長的生物分子(例如生長因子或膠原)的凝膠。所得的有圖案凝膠可用來產生兩維細胞結構，例如神經元網絡，皮膚或血管。
本發明的組合物還可用來支承免疫試驗板，候選藥物試驗板(drugs ofabuse)，酶電極和酶光極。此外，凝膠塊陣列可用來定量吸收內含待測微生物的液體。可在凝膠塊內加入生長營養素和螢光探針。可將微生物數量與發出螢光的凝膠塊數量相關聯。
以下實施例將進一步體現本發明的目的和優點，但不應將其中的具體物質、具體量，以及其他條件和細節認為是對本發明的限定。
實施例除非另作說明，所有化合物和試劑均來自Aldrich Chemical Co.,Milwaukee,WI。實施例1:1∶1二甲基丙烯醯胺∶乙烯基二甲基二氫唑酮(DMA∶VDM)共聚物的製備將70份二甲基丙烯醯胺(DMA)和70份2-乙烯基-4,4-二甲基-2-噁唑啉-5-酮(乙烯基二甲基二氫唑酮，VDM，購自SNPE,Princeton,NJ)溶於210份甲基·乙基酮(MEK)，將該溶液與0.7份N,N′-偶氮二(異丁腈)引發劑(AIBN，購自WakoChemicals USA,Inc.,Richmond,VA的VAZO64TM)混合。該混合物在反應瓶中以氮氣鼓泡5分鐘，然後密封，並在耐洗實驗器的60℃水浴中翻滾24小時。將樣品在120℃蒸發3小時後，所得反應混合物根據比重分析顯示含40.6％固體。實施例2用2,6-二(4-疊氮基亞苄基)-4-甲基環己酮(BAMC)光交聯劑∶二甲基甲醯胺(DMF)溶液進行(DMA∶VDM)的石印構圖將50∶50(w/w)DMA∶VDM共聚物(實施例1所製備)在甲基·乙基酮(MEK)溶劑中製成40％(w/w)的溶液。在真空乾燥器中抽除MEK,24小時。將乾燥的共聚物在二甲基甲醯胺中重溶成40％(w/w)溶液。在微光條件下(＜0.1英尺燭光(fc)，用Spectroline DIX-555A檢測器(Spectonics Corp.,Westbury,CT)在555nm測得)，28mg溼2,6-二(4-疊氮基亞苄基)-4-甲基環己酮(BAMC)(含水30％)在真空乾燥器內於23℃,0.1mtorr乾燥，然後加到2g DMA∶VDM溶液中。用刮刀將所得混合物手工塗布在1.5cm×2.0cm×1mm厚的聚(甲基丙烯酸甲酯)片(PMMA,DRG-100,Atohaas Americas,Inc.,Philadelphia,PA)上。熔融二氧化矽光刻掩模(MRS-3,Geller Microanalytical Laboratory,Topsfield,MA)蘸塗脫模劑即十二烷基硫酸鈉的1％水溶液，然後以氮氣吹乾。手工將光掩模蓋到有塗層的PMMA片上，使圖案與DMA∶VDM塗層接觸，該層合件於UV光源(ELC4001型，Electro-liteCorp.,Danbury,CT,400WHg燈，18mW/cm2，用Spectroline DIX-365檢測儀(Spectronics Corp.,Westbury,CT)在365nm處測得)下曝光3分鐘。微光條件下(如前所述)去除掩模，用100％異丙醇洗掉PMMA上未曝光的聚合物。在氮氣下乾燥所得的石印構圖的DMA∶VDM水凝膠，得到高解析度的凝膠陣列。200倍顯微顯示(用DMRX型Leica顯微鏡，Leica,Wetzler,Germany)，可方便地製得20μm×20μm的凝膠塊，以及小到5μm×20μm的凝膠塊。參見圖1。
用類似方式，用上述MRS-3掩模在PMMA上進行水凝膠構圖，得到了解析度達2μm以下的圖案。1000倍顯微顯示(用DMRX型Leica顯微鏡，Leica,Wetzler,Germany)，二氫唑酮水凝膠可進行解析度2μm以下的石印圖案。參見圖2。實施例3用BAMC光交聯劑MEK/乙酸丁酯溶劑混合物進行DMA∶VDM石印構圖50∶50DMA∶VDM共聚物(實施例1製備)的40％MEK溶液與等量2.86％(w/w)的BAMC(30％水懸浮液)乙酸丁酯溶液混合。在Photo-resist旋轉器(1-ECl01D-R435型，Headway Research Inc.,Garland,TX)上，以4,500rpm將所得混合物的乙酸丁酯溶液旋塗到1.5cm×2.0cm×1mm的PMMA片上。塗層在真空乾燥器內於23℃，約0.1mtorr乾燥1小時。如實施例2所述的石印過程得到顯微鏡下解析度與實施例2基本相同的凝膠圖案。
讓這些凝膠在水中水解溶脹過夜。凝膠溶脹至約500％,30天後沒有明顯變形。重要的是，溶脹後的凝膠仍與PMMA支持層結合。
為了表明光交聯組合物的反應性，製備了第二份樣品，並如下處理將含有螢光素報導探針的胺封端寡聚八核苷酸(5′-FITC-T8-3′NH2,Genemed Synthesis,SSan Francisco,CA；FITC=螢光素異硫氰酸酯)溶於20μl碳酸鹽碳酸氫鹽緩衝液(0.05M,pH9.2)。用EFD32號平頭針(EFD Corp.,E.Providence,RI)將寡核苷酸溶液點到光固化的DMA∶VDM塗層上。樣品在密封、保溼容器內室溫下放置2小時，然後用去離子(DI)水洗滌，在去離子水中浸10小時。用落射螢光顯微鏡(Leica)觀察螢光亮斑以檢測FITC報導劑，表明寡核苷酸通過胺與二氫唑酮官能團的反應而與光交聯凝膠共價結合。
在對照樣品中，固化的DMA∶VDM塗層在DI水中浸1小時以水解二氫唑酮環，以氮氣吹乾後進行胺封端寡核苷酸溶液點樣，並在保溼容器內放置2小時。用DI水洗滌樣品，在螢光顯微鏡下檢視。在相同的檢測儀增益下沒有觀察到螢光斑。
以上結果支持以下說法(1)反應性二氫唑酮官能團在光交聯步驟中被保留，(2)胺封端的寡核苷酸通過與這些完好的二氫唑酮環反應而迅速形成共價結合，和(3)加帽反應(將殘留的二氫唑酮轉化為羧酸酯)完成後，沒有發生非特異性的寡核苷酸結合。實施例4用4-(對疊氮基水楊醯氨基)丁胺(ASBA)進行DMA∶VDM石印構圖微光條件下(如前所述)，將25mg4-(對疊氮基水楊醯氨基)丁胺(ASBA，購自Pierce Chemical Co.,Rockford,IL)和10mg1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺促進劑(EDC,HCI鹽，Pierce Chemical Co.,Rockford,IL)溶於0.5ml 95∶5(v/v)異丙醇∶水。將該溶液和1滴1N HCl水溶液加入50∶50DMA∶VDM共聚物(實施例1)的40％MEK溶液中。室溫下進行2小時的ASBA丁胺部分與二氫唑酮官能團偶聯反應。將所得混合物的MEK溶液旋塗到PMMA基底上，真空乾燥器內乾燥15分鐘。用MRS-3掩模，將樣品在18mW/cm2(365nm處測得)UV光下曝光3分鐘，通過所結合的ASBA的疊氮基部分發生光交聯。去除掩模，用純異丙醇徹底清洗樣品。用Leica DMRX型顯微鏡觀察解析度與實施例2相當的凝膠圖案。與雙疊氮化物交聯劑相比，以上雙重固化法提高了交聯效率。實施例5用UV-可固化丙烯酸酯膠粘劑進行DMA∶VDM石印構圖本實施例表明具有二氫唑酮官能度的凝膠能用二氫唑酮聚合物與UV-可固化聚合物的混合物進行石印構圖。該方法的優點在於可通過改變UV-可固化聚合物與二氫唑酮聚合物的混合比改變二氫唑酮密度。
50∶50DMA∶VDM共聚物(實施例1)的40％(w/w)MEK溶液與不同量UV可固化丙烯酸酯膠粘劑(Ⅵ類，醫用級膠粘劑，4M01型，Electro-lite Corp.,Danbury,CT)按1∶1-1∶30(v/v)的比例混合。手工將該混合物塗布到PMMA上。如實施例2所述進行石印，然後UV曝光5分鐘。5份丙烯酸酯膠粘劑∶2份二氫唑酮共聚物(v/v)凝膠陣列的解析度與實施例2的相當。實施例6用BAMC光交聯劑進行的雷射誘導的DMA∶VDM熱成像(LITI)雷射誘導熱成像(LITI)供體片由聚對苯二甲酸乙二酯基底上的二氫唑酮水凝膠層、聚丙烯酸酯中間層和炭黑光-熱轉換層構成。如下製備上述供體片用Yasui Seiki CAG-150型實驗室塗布機(Yasui Seiki Co.,Bloomington,Ind.)，用每英寸線距90螺槽的微槽輥，將炭黑在輻射可固化樹脂中所成的水性分散系塗在4milPET基底上，製備成光-熱轉換層。塗料組合物為1份三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(SartomerTMSR351HP,Sartomer Co.Inc.,Exton,PA),1.15份3M匹配圖案底片黑色研磨料(Matchprint Negative Black Millbase)(3M Co.St.Paul,MN)和5％2-羥基-2,2-二甲基乙醯苯光引發劑(DarocurTM1173,Ciba SpecialityChemicals Co.,Tarrytown,NY)。然後在塗布機上在線乾燥和UV固化該塗層。1060nm處的塗層膜透射(transmission)光密度(TOD=-logT,T是測得的透光度分數)為2.35。
製備的聚丙烯酸酯中間層為固含量20％的溶液，即331.5g甲基·乙基酮中含130g三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(SartomerTMSR351HP),130g3∶1混合物(固含量25％(w/w))和聚乙烯醇縮丁醛(ButvarTMB98,Monsanto Co.,St.Louis,MO),221g1-甲基-2-丙醇，8.13DarocurTM1173，然後將溶液在光-熱轉換層上塗成1.0-1.2μm厚，在Radiation Polymer Corporation(Plainfield,Ill.)的QC1202AN3TR型UV處理儀(中壓UV燈，總曝光能量100毫焦耳/cm2,N2氣氛)中通過光化學輻射固化，形成中間層。
如實施例2所述，將60∶40(w/w)DMA/VDM共聚物(按實施例1製備，56份DMA和84份VDM)固體在環己酮中分散成40％(w/w)溶液。將28mg30％BAMC交聯劑水性懸浮液乾燥後的殘留物溶解在2ml聚合物-環己酮溶液中，弱光條件下，將所得混合物手工塗到中間層上至5μm厚，就此完成LITI供體基底。
材料通過LITI被轉移到玻璃受體片上。所用的LITI裝置是以連續波長(cw)模式運行的YAG雷射儀(Control Laser Corporation,Orlando,FL的2600型)。cw輸出光入射到231A型rf驅動器驅動的1201E-2型聲-光調節器(AOM)上，驅動器和調節器均購自Isomet Corporation,Springfield,VA。用三部件，2.5″焦距物鏡通過一透光孔選擇YAG雷射束中經AOM衍射成第一級的部分，聚焦於一個直徑100μm的點上。在Aerotech Inc.,Pittsburg,PA的ATS50030xy平移平臺上，將與玻璃受體接觸的LITI供體片置於該物鏡的焦點。用Hewlett-Packard,SantaClara,CA的8116A型函數發生儀(function generator)開關AOM的rf驅動器。用這種方法，使LITI供體片/受體組合件的不同區域移動到雷射束中，雷射束開關產生脈衝寬度0.1-100msec的光脈衝。供體片吸收這些雷射脈衝，迅速加熱上述DMA/VDM共聚物層，將共聚物熱轉移到玻璃受體上。
用0.128W(用Molectron Detector,Inc.Portland,OR的J3-09型檢測儀測定)的雷射功率進行熱轉移實驗。在這些實驗中，光脈衝寬度在2-7msec之間變化。我們發現，共聚物不含BAMC交聯劑的供體片上，沒有照到雷射束的區域也有部分共聚物發生轉移。此供體片上去除殘留的環己酮可以減少這種轉移，但不能完全消除。交聯後的共聚物沒有任何結塊傾向。用Leica DMRX型顯微鏡放大100倍觀察可以看到以6和7msec的脈衝寬度可由交聯供體片產生直徑50μm，厚4μm的凝膠塊。參見圖3。實施例7用BAMC光交聯劑進行的結合於DMA∶VDM的酶的雷射誘導熱成像(LITI)如實施例6所述製備雷射誘導熱成像(LITI)供體片，但進行以下改變用以50mM磷酸鈉緩衝液(pH7.6)配製的β-D-葡糖苷酶1mg/ml溶液處理不同位置的二氫唑酮水凝膠塗層，任其乾燥。這使得酶通過其反應性側基與水凝膠組合物的二氫唑酮官能團反應，與供體片的二氫唑酮轉移層共價結合。
用類似實施例6的方法，通過LITI將浸漬了酶的二氫唑酮轉移到PVdC(聚偏1,1-二氯乙烯)打底的PET受體片上。此例中，在受體上形成了寬100μm的條形，然後進行交聯。有些條對應於供體片上有酶的區域。有些對應於沒有酶的對照區。給所有條形接種以指示劑(4-甲基-繖形基(umbelliferyl)-β-D-葡糖苷)的0.05mM溶液，該指示劑會因β-D-葡糖苷酶酶解而發螢光。用Leica落射螢光顯微鏡可觀察到浸有酶的條形有亮藍色的螢光，對照條形則沒有。以上結果表明，與水凝膠組合物共價結合後，組合物的LITI轉移，組合物的交聯，而且，酶活性被保留。
對本領域技術人員來說，本發明範圍內的各種修改是顯而易見的，不應認為本發明僅限於以上說明性實施例。
權利要求
1．一種可光固化和光構圖的組合物，包含a)1-99重量份至少一種二氫唑酮官能單體與0-99重量份至少一種共聚單體形成的至少一種共聚物；和b)至少一種光交聯劑；其中，如果該組合物不含生物分子-二氫唑酮鍵，光交聯劑上的二氫唑酮反應性官能團數少於該組合物中所含的二氫唑酮官能團數。
2．一種製品，含有含權利要求1所述組合物的水凝膠，所述組合物已光固化，所述水凝膠與基底結合。
3．根據權利要求2所述的製品，所述水凝膠被分隔成離散的各區，各自與所述基底結合，各區的大小以及區際間隔在所述水凝膠層面內的最小尺寸小於200μm。
4．根據權利要求1所述的組合物，還包含與二氫唑酮官能團殘基共價結合的生物學活性分子。
5．根據權利要求2或3所述的製品，還包含與所述水凝膠二氫唑酮官能團殘基共價結合的生物學活性分子。
6．根據權利要求3所述的製品，還包含與所述不同水凝膠離散區的二氫唑酮官能團殘基共價結合的不同生物學活性分子。
7．一種製品的製造方法，包括以下步驟a)將權利要求1所述的可光固化組合物加到基底上；和b)用電磁伯輻射該層，使得該層的至少一部分固化。
8．根據權利要求7所述的方法，其中的輻射步驟包括通過光掩模選擇性地使所述層部分地接受輻射。
9．根據權利要求7所述的方法，其中所述的可光固化組合物層在所述基底上呈圖案形式，覆蓋基底的某些部分，而使另一些部分不被覆蓋。
10．根據權利要求7所述的方法，還包括在固化之前去除所述可光固化組合物層的某些部分，以形成圖案。
11．根據權利要求7所述的方法，還包括在固化之後去除所述可光固化組合物層的某些部分，以形成圖案。
12．根據權利要求7-11中任一項所述的方法，還包括在所述可光固化組合物層固化前，通過與所述水凝膠的二氫唑酮官能團反應，將生物學活性分子固定於所述製品的一部分。
13．根據權利要求7-11中任一項所述的方法，還包括在所述可光固化組合物層固化後，通過與所述水凝膠的二氫唑酮官能團反應，將生物學活性分子固定於所述製品的一部分。
14．根據權利要求1所述的組合物，所述二氫唑酮官能單體中至少其一是2-乙烯基-4,4-二甲基-2-噁唑啉-5-酮(乙烯基二甲基二氫唑酮，VDM)單體。
15．根據權利要求1所述的組合物，所述光交聯劑中至少其一選自2,6-二(4-疊氮基亞苄基)-4-甲基環己酮(BAMC)和4-(對疊氮基水楊醯氨基)丁胺(ASBA)。
16．根據權利要求5或6所述的製品，所述生物學活性分子至少其一是微生物的一部分，該微生物由此固定於所述製品上。
全文摘要
本發明公開了一種可光固化並可光構圖的組合物,其中包含:a)1－99重量份二氫唑酮官能單體與0－99重量份至少一種共聚單體形成的至少一種共聚物;和b)至少一種光交聯劑。本發明還公開了一種具有基底和以上固化組合物凝膠層的製品,可對其進行高解析度的光構圖,並用於將生物分子與基底結合。
文檔編號C08K5/00GK1325505SQ99813055
公開日2001年12月5日 申請日期1999年3月8日 優先權日1998年10月30日
發明者劉傑, J·G·本特森 申請人:美國3M公司