導熱微量滴定板的製作方法
2023-05-25 06:03:51 1
專利名稱：導熱微量滴定板的製作方法
發明
背景技術：
領域本發明涉及多孔容器，更具體而言，涉及諸如成型自導熱材料的多孔容器如微量滴定板。
相關技術多孔容器，如微量滴定板在製藥業中用來貯存、加工和測試生物和化學樣品。傳統上，就生物活性對試劑的篩選是通過將少量液態或固態的待測試化合物放置在形成於微量滴定板上的多個孔中實現的。然後使化合物接觸相關的靶例如純化的蛋白質，如酶或受體，或者完整的細胞或非生物衍生的催化劑。接下來以放射化學、分光光度學或螢光測定的方式測量所述測試化合物與靶的相互作用。在螢光測量技術中，將給定波長的光照向微量滴定板孔中的樣品，一部分光被樣品吸收並以不同的，通常是更大的波長重發射，然後進行測量。
在很多情況下，需要控溫環境來保持化合物的完整性或進行溫度作為控制參數的實驗。經常需要精確控溫的加熱和/或冷卻步驟。如何快速地改變樣品的溫度以及樣品溫度的均勻性，這對於確保獲得可再現和可靠的結果是重要的。一般的方法是加熱和/或冷卻循環的介質，如水或空氣，其影響裝有樣品的容器，並且接下來使樣品自身經歷所需的加熱和/或冷卻過程。例如美國專利5,504,007；5,576,218和5,508,197公開了熱循環系統，其中使用控溫流體調節樣品的溫度。或者，例如美國專利5,187,084；5,460,780和5,455,175公開了熱循環系統，其中使用經加熱和冷卻的空氣來控制樣品的溫度。測試化合物的熱循環通常也通過裝有反應介質的容器和加熱均溫塊(heatingblock)之間的接觸來實現，所述加熱均溫塊可以快速地加熱和冷卻。例如，將如美國專利5,525,300所公開的經冷卻或加熱的金屬均溫塊與薄壁塑料微量滴定板接觸放置。
然而，常規塑料微量滴定板的低熱導率會造成樣品間加熱和冷卻不一致，溫度不均勻和使對樣品進行熱循環的速度或響應時間受到限制。通常用來形成微量滴定板的聚苯乙烯材料的熱導率為約0.2W/m·K。因此，需要具有高熱導率的微量滴定板，其可以快速、均勻和穩定地控制多孔容器中的溫度。
發明概述本發明是一種多孔容器，如微量滴定板，其由為提高熱導率而配製的塑性材料製成以促進從加熱表面向裝有待評定化合物的孔進行傳熱。較高的熱導率使所述板被更快速且沿板表面更為均勻地加熱和冷卻。本發明可以與採用了熱循環進行分析和需要從加熱器系統經由塑料板傳熱的任何系統一起工作。
具體而言，所述塑性材料可以是環狀聚烯烴，間同立構聚苯乙烯，聚碳酸酯或液晶聚合物或相關技術人員已知的任何其它的塑性材料，該材料熔點要大於130℃，在暴露於紫外光下時應顯示出極低的固有螢光性能。導熱介質如導熱碳黑或相關技術人員已知的其它導熱填料以約3wt％或更高包含在塑性材料的製劑中以提高熱導率。還可以向製劑中加入導熱陶瓷填料和/或聚合物表面活性劑來提高性能。
在優選實施方案中，多孔容器由導熱級環狀聚烯烴製成。通過將商購的聚合物與商購的導熱碳黑、導熱陶瓷填料和聚合物表面活性劑組合在一起來製備導熱級環狀聚烯烴。優選地，該導熱級製劑含有約40％-約88％的聚合物，約1.5％-約7.5％的導熱碳黑，約10％-約50％的導熱陶瓷填料和約0.5％-約2.5％的聚合物表面活性劑。這樣的製劑將提供出可加工性、熱導率、形狀穩定性和耐化學品性能(特別是對二甲基亞碸(DMSO))的最佳組合。
在聚合物表面活性劑以0.5％或更高的濃度使用的製劑中，所述板材料表現出對蛋白質的結合效應降低了至少90％。在本發明的替換實施方案中，可以以0.5％或更高的濃度加入作為常規板製劑中的加工助劑的聚合物表面活性劑以降低蛋白質結合效應。
為了提高熱導率，本發明還可以包括貼合在所述板平坦底部的銅、黃銅或相關技術人員已知的其它導熱材料的平片，為該部件增加熱導率和平坦性。替換地，可以使與加熱表面接觸的所述板的平坦底部表面金屬化或用平層的銅、黃銅或相關技術人員已知的其它導熱材料，優選彈性材料進行覆蓋。
本發明可以包括透明蓋罩，其可以用超聲焊接或不焊接在所述板上。該透明蓋罩可由聚碳酸酯、聚丙烯、環狀聚烯烴或相關技術人員已知的其它塑性材料製成，或由具有所需的隔離性能的二或多種透明材料製成的多層膜製成。在優選實施方案中，經光學透明的蓋罩進行傳感和測量。
在另一個實施方案中，可以將螢光級的聚合物如用螢光模具製備的環氧樹脂埋置在所述板的特定位置上，以便在測試設備上的燈點燃時幫助做出指示。可以通過注射模塑後的二次操作將該指示器安裝在每個板上或在成型所述板過程中通過夾物模壓來實現。
附圖簡述參考附圖對本發明進行描述，其中
圖1A顯示了本發明實施例的多孔容器，或微量滴定板的頂視圖。
圖1B顯示了示於圖1A的實施例微量滴定板沿B-B線的橫斷面視圖。
圖2顯示了示於圖1A的實施例微量滴定板沿A-A線的橫斷面視圖。
圖3顯示了示於圖2的實施例微量滴定板的一部分的詳細視圖。
圖4顯示了本發明實施例的多孔容器，或微量滴定板的橫斷面視圖，包括透明蓋罩和貼合在板底部的導熱材料平片。
圖5顯示了具有384個孔的本發明實施例的多孔容器，或微量滴定板的頂部透視圖。
圖6顯示了具有1536個孔的本發明實施例的多孔容器，或微量滴定板的頂部透視圖。
圖7顯示了本發明實施例的多孔容器，或微量滴定板的底部透視圖。
發明詳述本發明涉及多孔容器，更具體而言，涉及諸如成型自導熱材料的多孔容器如微量滴定板。本發明是一種多孔容器，其由為提高熱導率而配製的塑性材料製成以促進從加熱表面向裝有待評定化合物的孔進行傳熱。
下面參考附圖詳細描述本發明的其它特徵和優點，以及本發明的結構和各種實施方案的操作。應當指出的是本發明不只限於本文中描述的具體實施方案。這樣的實施方案僅用於舉例說明的目的。依據本文包含的講解，對相關的技術人員而言其它的實施方案將是顯而易見的。
在附圖中最先出現的元件一般用所對應的附圖標記中最左邊的數字表示。
本發明是一種多孔容器，如微量滴定板，由為提高熱導率而配製的塑性材料製成。圖1A顯示了本發明實施例的多孔容器，或微量滴定板110的頂視圖。圖1B顯示了圖1A的微量滴定板110沿B-B線的橫斷面視圖。圖2顯示了圖1A的微量滴定板110沿A-A線的橫斷面視圖。
微量滴定板110包含支持結構或主體112和形成於其中的存儲樣品用多孔114。本發明的多孔微量滴定板110具有384個(如圖5所示)或更多，優選1536個(如圖6所示)單孔114的陣列，或者更多的孔(例如，3456個孔)，但是也可涉及少於384孔的多孔陣列，如96孔。如圖3中所示，每個孔114包含孔底310，其優選形成主體112的一部分，以及直立的圓柱形壁320，其也可以相似地形成主體112的一部分。孔底310陣列處於同一平面內。根據需要，孔底310可以是透明的或不透明的，這對於普通的相關技術人員來講是顯而易見的。沿壁320，可以至少部分地提供經改造的表面以吸收其中放置的樣品，這對於普通的相關技術人員來講是顯而易見的。在一個實施方案中，多孔容器110包括光學透明的孔底310，其使經由該光學透明的孔底310進行樣品傳感和測量成為可能。然而，對於液體閃爍計數以及RIA和螢光或磷光測量而言，可能需要形成不透明材料的孔底310。圖7顯示了實施例的多孔容器，或微量滴定板110的底部透視圖。如圖所示，為板110提供了平底700。如以下的論述，在優選實施方案中，樣品的傳感和測量經由光學透明的蓋罩進行。
在優選實施方案中，孔114體積為2-5微升並為圓錐柱形。就基底面、板高度和孔位置方面而言，優選根據Society for BiomolecularScreening(SBS)推薦的微孔板規範製備本發明的微量滴定板110，以使該板能用在當今可用的自動設備中，該規範在此全文引入作為參考。例如，SBS建議384孔的微量滴定板應排列為16排×24列，1536孔的微量滴定板應排列為32排×48列。
根據推薦的SBS標準，基底面的外部尺寸應是長度為約127.76mm(5.0299英寸)，寬度為約85.48mm(3.365英寸)。基底面應為連續的並沿板的基底不間斷。該板底部邊緣的四個外角應具有向外的約3.18mm(0.1252英寸)的圓角半徑。板的全高應為約0.5650英寸。
根據推薦的SBS標準，對於384孔微量滴定板，該板左邊的外緣至第一列孔中心的距離應為約12.13mm(0.4766英寸)，且隨後的每列至該板的左邊外緣的距離應遞加約4.5mm(0.1772英寸)。另外，該板頂部外緣至第一排孔中心的距離應為約8.99mm(0.3539英寸)，且隨後的每排至該板的頂部外緣的距離應遞加約4.5mm(0.1772英寸)。對於1536孔微量滴定板，該板左邊的外緣至第一列孔中心的距離應為約11.005mm(0.4333英寸)，且隨後的每列至該板的左邊外緣的距離應遞加約2.25mm(0.0886英寸)。另外，該板頂部外緣至第一排孔中心的距離應為約7.865mm(0.3096英寸)，且隨後的每排至該板的頂部外緣的距離應遞加約2.25mm(0.0886英寸)。
按照SBS標準的建議，板110上孔114中的頂部左邊的孔可以進行標記以示區別，如在孔114的左側用字母A或數字1標記，或在孔114的上面標記數字1。
根據本發明，主體112和孔114由為提高熱導率而配製的塑性材料模塑而成。具體而言，所述塑性材料可以是環狀聚烯烴，間同立構聚苯乙烯，聚碳酸酯或液晶聚合物或相關技術人員已知的任何其它的塑性材料，該材料熔點要大於130℃，在暴露於紫外光下時應顯示出極低的固有螢光性能。導熱介質如導熱碳黑或相關技術人員已知的其它導熱填料以約3wt％或更高包含在塑性材料的製劑中以提高熱導率。為了進一步提高熱導率，可以向製劑中加入導熱陶瓷填料如氮化硼填料或相關技術人員已知的其它陶瓷填料。
還可以向製劑中加入聚合物表面活性劑以提高性能。根據本發明，以不同的量使用基於氟化合成油的聚合物添加劑如購自DupontSpecialty Chemicals Enterprise，Wilmington，DE的FluoroguardPCA，顯示出對蛋白質的結合效應。在聚合物表面活性劑以0.5％或更高的濃度使用的製劑中，所述板材料表現出對蛋白質的結合效應降低了至少90％。在本發明的替換實施方案中，可以以0.5％或更高的濃度加入作為常規板製劑中的加工助劑的本發明的聚合物表面活性劑以降低蛋白質結合效應，這對於普通技術人員是顯而易見的。
在優選實施方案中，多孔容器110由導熱級環狀聚烯烴製成。通過將商購的聚合物與商購的導熱碳黑、導熱陶瓷填料和聚合物表面活性劑組合在一起來製備導熱級環狀聚烯烴。優選地，該導熱級製劑含有約40％-約88％的聚合物，約1.5％-約7.5％的導熱碳黑，約10％-約50％的導熱陶瓷填料和約0.5％-約2.5％的聚合物表面活性劑。這樣的製劑將提供出可加工性、熱導率、形狀穩定性和耐化學品性能(特別是對二甲基亞碸(DMSO))的最佳組合。
在優選實施方案中，該導熱級製劑含有約76.5％的環狀聚烯烴(如Topas5013，購自Ticona of Summit，NJ)，3.0％的導熱碳黑(如ConductexSC Ultra，購自Columbian Chemicals of Marietta，GA)，20.0％的導熱氮化硼填料(如PolarThermPT110，購自AdvancedCeramics of Lakewood，OH)，和0.5％的聚合物表面活性劑(如購自Dupont Specialty Chemicals Enterprise，Wilmington，DE的FluoroguardPCA)。
為了提高熱導率，本發明還可以包含銅、黃銅或其它導熱材料的平片，如導熱彈性複合材料的平片，添加到板110的平底700中，為該部件提供導熱性和平坦性。在一個實施方案中，如圖4所示，本發明的板110為雙針模塑熱板(two shot molded thermo-plate)，其中將厚度為至少10密耳(0.254mm)，優選約10-約15密耳(0.254-0.381mm)的銅質平片410貼合在板110的底部以提供高導熱性的平坦表面。替換地，本發明的板110可進行模塑，然後使與熱源接觸的所述板的表面金屬化或用平層的銅、黃銅或相關技術人員已知的其它導熱材料覆蓋。較高的熱導率使所述板的加熱和冷卻速度更快而且沿板表面更為均勻。
板110可以包括透明蓋罩420，可以將其用超聲焊接或不焊接在所述板上。透明蓋罩420可由聚碳酸酯、聚丙烯、環狀烯烴或相關技術人員已知的其它塑性材料製成，或由具有所需隔離性能的二或多種透明材料製成的多層膜製成。在優選實施方案中，經光學透明的蓋罩420進行樣品的傳感和測量。
在另一個實施方案中，可以將螢光級的聚合物如用螢光模具如螢光素製備的環氧樹脂片埋置在所述板的特定位置上，以便在測試設備上的燈點燃時幫助做出指示。可以通過注射模塑後的二次操作將該指示器安裝在每個板上或在成型所述板過程中通過夾物模壓來實現。例如，可以將微量滴定板模具構建一個凹槽，這樣稍後就可以將螢光材料嵌片在凹槽處插入成型的板中。在優選的實施方案中，在所述板的基底上成型了一個直徑1/4英寸(6.35mm)的凹槽。
本發明的微量滴定板合用於貯存、加工和測試生物和化學樣品，這對於相關的技術人員是顯而易見的。例如，本發明的微量滴定板可以用作公開在美國專利6,020,141；6,036,920和6,268,218中的熱轉換分析系統的組件，將它們全文引如作為參考。
實施例實施例1用間同立構聚苯乙烯(購自Dow Plastic of Midland，Mich.的Questra)和不同含量的導熱碳黑形成的製劑製備本發明的微量滴定板。如以下表1所示，隨著加入約5wt％的導熱碳黑，觀測到熱導率以2.5的係數增加。
然後，隨著導熱碳黑量的變化，向所述板的底部貼合厚度為約10密耳(.254mm)的銅質平片。如以下表1所示，與0％導熱碳黑的微量滴定板相比，隨著加入銅片，觀測到熱導率增加了約5W/m·K。向含有5wt％導熱碳黑的微量滴定板添加銅片觀測到了近似的熱導率增長。
如表1所示，從這些觀測結果估算出添加10wt％和15wt％導熱碳黑，帶有和不帶有金屬片時的熱導率值。
表1
實施例2用液晶聚合物(LCP)和不同含量的導熱碳黑形成的製劑製備本發明的微量滴定板。如以下表2所示，隨著加入約5wt％的導熱碳黑，觀測到熱導率以2.5的係數增加。
然後，隨著導熱碳黑量的變化，向所述板的底部貼合厚度為約10密耳(.254mm)的銅質平片。如以下表2所示，與0％導熱碳黑的微量滴定板相比，隨著加入銅片，觀測到熱導率增加了約5W/m·K。向含有5wt％導熱碳黑的微量滴定板添加銅片觀測到了近似的熱導率增長。
如表2所示，從這些觀測結果估算出添加10wt％和15wt％導熱碳黑，帶有和不帶有金屬片時的熱導率值。
表2
實施例3用具有不同濃度的環狀聚烯烴和導熱碳黑和氮化硼導熱填料形成的環狀聚烯烴製劑製備本發明的微量滴定板。如以下表3所示，隨著加入3wt％的導熱碳黑和20.0wt％的導熱陶瓷填料，觀測到熱導率以13的係數增加。
然後，向所述板的底部貼合厚度為約10密耳(.254mm)的銅質平片並觀測每個製劑的熱導率。如以下表3所示，與0％導熱碳黑的微量滴定板相比，隨著加入銅片，觀測到熱導率增加了約5W/m·K。向含有3wt％的導熱碳黑和20.0wt％的導熱陶瓷填料的微量滴定板添加銅片觀測到了近似的熱導率增長。
如表3所示，從這些觀測結果估算出加入1.5wt％的導熱碳黑和10.0wt％的導熱陶瓷填料以及加入7.5wt％的導熱碳黑和50.0wt％的導熱陶瓷填料，帶有和不帶有金屬片時的熱導率值。
表3
雖然以上描述了本發明的各種實施方案，但應當認為僅以示範而非限制的方式提供了這些實施方案。因此，本發明的廣度和範圍不應被上述的任何示範性實施方案所限制，而應只由以下的權利要求及其等同方案所定義。另外，本文引用的所有參考文獻，包括出版的期刊文章和摘要或相應的由美國或它國公布的美國或它國專利申請，均全文引入本文作為參考，包括所引用參考文獻中全部的數據，表格，圖形和文本。
前面對具體實施方案的描述完備地反映了本發明的一般特徵，通過運用技術知識(包括本文引用的參考文獻的內容)，無需過多的實驗，在不背離本發明的總體構思的情況下，本領域的技術人員就能夠就其用途輕易地做出改良和改造。因此，基於本文的講解和指導，這樣的改造和改良落在所公開實施方案的等同方案的意義和範圍之內。應當認為本文的措辭和術語是出於描述的目的而非為了限制，這樣，依據本文的講解和指導，結合普通技術人員的知識，本說明書的術語和措辭將得到技術人員的理解。
權利要求
1.多孔樣品板，包含由導熱塑料製成的主體，其包括成型於其中的多個孔，其中所述導熱塑料包括(a)選自環狀聚烯烴、間同立構聚苯乙烯、聚碳酸酯和液晶聚合物的聚合物；(b)導熱填料。
2.權利要求1的裝置，其中所述的導熱填料為碳黑。
3.權利要求1的裝置，其中所述的導熱塑料包含至少約5％的所述導熱填料。
4.權利要求3的裝置，其中所述的導熱塑料包含約5％-約15％的所述導熱填料。
5.權利要求1的裝置，其中所述的導熱塑料還包含導熱陶瓷填料。
6.權利要求5的裝置，其中所述的導熱陶瓷填料是氮化硼填料。
7.權利要求5的裝置，其中所述的導熱塑料包含約10％-約50％的所述導熱陶瓷填料。
8.權利要求1的裝置，其中所述的導熱塑料還包含聚合物表面活性劑。
9.權利要求8的裝置，其中所述的聚合物表面活性劑是基於氟化合成油的聚合物添加劑。
10.權利要求8的裝置，其中所述的導熱塑料包含約0.5％-約2.5％的所述聚合物表面活性劑。
11.權利要求1的裝置，包含至少384個孔。
12.權利要求5的裝置，包含至少1536個孔。
13.權利要求12的裝置，包含3456個孔。
14.權利要求1的裝置，還包含底部表面和加在所述板的所述底部表面上的導熱金屬平片。
15.權利要求14的裝置，其中所述的導熱金屬是銅。
16.權利要求14的裝置，其中所述的導熱金屬是黃銅。
17.權利要求14的裝置，其中所述的導熱金屬平片的厚度至少約為10密耳。
18.權利要求14的裝置，其中所述的導熱金屬平片的厚度為約10密耳-約15密耳。
19.權利要求1的裝置，其中所述板還包含底部表面和貼合在所述板的所述底部表面上的導熱彈性複合材料平片。
20.權利要求1的裝置，其中所述板還包含底部表面且所述板的所述底部表面用平層的導熱金屬進行了金屬化。
21.權利要求20的裝置，其中所述的導熱金屬是銅。
22.權利要求20的裝置，其中所述的導熱金屬是黃銅。
23.權利要求1的裝置，還包含透明蓋罩。
24.權利要求23的裝置，其中所述的蓋罩由選自聚碳酸酯、聚丙烯和環狀烯烴的聚合物成型而成。
25.權利要求1的裝置，還包含埋置在所述板上作為指示器的螢光級聚合物。
26.權利要求1的裝置，其中所述導熱塑料包含約40％-約80％的所述聚合物。
27.權利要求1的裝置，其中所述導熱塑料包含約40％-約80％的環狀聚烯烴，約1.5％-約7.5％的導熱碳黑，約10％-約50％的導熱陶瓷填料和約0.5％-約2.5％的聚合物表面活性劑。
28.權利要求1的裝置，其中所述導熱塑料包含約76.5％的環狀聚烯烴，約3％的導熱碳黑，約20.0％的導熱陶瓷填料和約0.5％的聚合物表面活性劑。
29.權利要求28的裝置，其中所述導熱陶瓷填料是氮化硼填料。
30.權利要求28的裝置，其中所述聚合物表面活性劑基於氟化合成油的聚合物添加劑。
31.多孔樣品板，包含包括成型於其中的多個孔的主體和底部表面，還包含為提高熱導率加在所述板的所述底部表面上的導熱材料平片。
32.權利要求31的裝置，其中所述的導熱金屬是銅。
33.權利要求31的裝置，其中所述的導熱金屬是黃銅。
34.權利要求31的裝置，其中所述的導熱金屬平片的厚度至少為10密耳。
35.多孔樣品板，包含包括成型於其中的多個孔的主體和底部表面，還包含為了提高熱導率而在所述板的所述底部表面上金屬化的平層導熱金屬。
36.權利要求35的裝置，其中所述的導熱金屬是銅。
37.權利要求35的裝置，其中所述的導熱金屬是黃銅。
38.多孔樣品板，包含由導熱塑料製成的主體，其包括成型於其中的多個孔，其中所述導熱塑料包含至少約0.5％的聚合物表面活性劑。
39.權利要求38的裝置，其中所述聚合物表面活性劑基於氟化合成油的聚合物添加劑。
40.權利要求38的裝置，其中所述導熱塑料包含約0.5％-約2.5％聚合物表面活性劑。
全文摘要
本發明是一種多孔容器，如微量滴定板，其由為提高熱導率而配製的塑性材料成型而成。在優選實施方案中，所述塑性材料是由環狀聚烯烴、間同立構聚苯乙烯、聚碳酸酯或液晶聚合物形成的、熔點高於130℃且顯示出極低的固有螢光性能的導熱製劑。在所述塑性材料製劑中，為提高熱導率，包含約5wt％或更多的導熱介質如導熱碳黑。為進一步提高熱導率，可以向製劑中加入導熱陶瓷填料如氮化硼填料。還可以向製劑中加入聚合物表面活性劑以提高性能。本發明還可以包含貼合在所述板的平坦底部的導熱材料平片，為該部件提供導熱性和平坦性。替換地，所述板的平坦底部表面可以被金屬化或用平層導熱材料覆蓋。所述板還可以包括透明的蓋罩或罩子，其優選由聚碳酸酯、聚丙烯、環狀聚烯烴製成或由具有所需的隔離性能的二種或多種透明材料製成的多層膜製成。另外，可以將螢光級的聚合物如用螢光模具製備的環氧樹脂埋置在所述板的特定位置上，以便在測試設備上的燈點燃時幫助做出指示。
文檔編號B01L3/00GK1555294SQ02818088
公開日2004年12月15日 申請日期2002年9月20日 優先權日2001年9月20日
發明者J·克瓦斯諾斯基, E·O·辛普森, E·格拉夫, J 克瓦斯諾斯基, 辛普森 申請人:3-維藥品公司