用于吸附生物材料的聚合物結(jié)構(gòu)及它們的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種生物制品吸附(例如蛋自質(zhì)吸附)材料，其通過如下方式制得:將聚合物基材成型為具有高表面積形貌特征的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)的生物制品吸附性能可得以控制。通過溫和處理表面，例如通過氧等離子體，而基本上不改變形貌特征，增加了具有優(yōu)化的高表面積形貌特征的這些結(jié)構(gòu)的生物制品吸附。結(jié)構(gòu)可具有定制的幾何形狀特征，包括直徑為100nm-5Oμm且高度大于1μm的微結(jié)構(gòu)，例如柱。
【專利說明】用于吸附生物材料的聚合物結(jié)構(gòu)及它們的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有優(yōu)化生物制品(例如蛋白質(zhì))的吸附的形狀和機(jī)械性能的聚合物基結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]持續(xù)需要具有改進(jìn)的生物制品(例如蛋白質(zhì))的吸附的聚合物基結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可適用于多種應(yīng)用中，如醫(yī)學(xué)應(yīng)用，例如醫(yī)學(xué)診斷。尤其希望的是提供這樣的結(jié)構(gòu):所述結(jié)構(gòu)的表面具有生物材料的特定的細(xì)微調(diào)節(jié)的吸附。
[0003]美國專利N0.5，246，451公開了一種通過涂布血管移植物材料而制得的血管假體，所述血管移植物材料如涂布有含氟聚合物(PTFE)的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯等離子體，其隨后在非聚合氣氛(例如氧氣)中用等離子體處理以改進(jìn)對(duì)含氟聚合物的生物體結(jié)合。該公開的產(chǎn)品依賴于等離子體處理以改進(jìn)蛋白質(zhì)結(jié)合，且缺乏經(jīng)改性的形貌特征。
[0004]美國專利N0.7，195，872教導(dǎo)了提供具有高表面積和結(jié)構(gòu)微特征的基材，所述結(jié)構(gòu)微特征提供接近其中的流體和組分的通路。所述基材可通過模制、壓印、光致抗蝕技術(shù)制得，且也可通過例如使用氬氣、氧氣、氦氣、氯氣、SF6XF4和C4F8蝕刻而進(jìn)行處理。表面可通過化學(xué)處理或輻射處理，例如在氣體中的等離子體處理，進(jìn)行改性。參考文獻(xiàn)強(qiáng)調(diào)單獨(dú)的形貌特征來結(jié)合蛋白質(zhì)，或者使用用以蝕刻表面的氧等離子體和用于在表面上接枝胺基的氨等離子體的另外的處理。
[0005]Microelectronic Engineering (微電子工程)86 (2009) 1424-1427 教導(dǎo)了通過氧等離子體處理來處理聚(甲基丙烯酸甲酯)聚合物(PMMA)的基材，以引起粗糙化或納米紋理化。等離子體處理和老化條件控制基材的形貌特征高度和表面化學(xué)。教導(dǎo)了當(dāng)表面發(fā)生疏水性恢復(fù)(即親水性隨時(shí)間損失)時(shí)，蛋白質(zhì)吸附增加2-4倍。
[0006]Microelectronic Engineering (微電子工程)86 (2OO9) 1321-1324 顯不通過等離子體誘導(dǎo)的SF6處理而處理聚(二甲基硅氧烷)聚合物(PDMS)的基材，所述等離子體誘導(dǎo)的SF6處理去除疏水性有機(jī)甲基基團(tuán)，并在基材表面上形成柱狀納米粗糙度，即等離子體誘導(dǎo)的形貌特征。在氧氣等離子體處理和誘導(dǎo)的疏水性恢復(fù)之后，觀察到增加的蛋白質(zhì)吸附。
[0007]因此，本領(lǐng)域描述了使用單獨(dú)的等離子體或單獨(dú)的形貌特征來處理基材，以改進(jìn)蛋白質(zhì)結(jié)合或吸附。討論所述兩者的組合的領(lǐng)域是有限的，因?yàn)閮烧叩慕M合涉及表面疏水化或表面蝕刻或接枝以增加蛋白質(zhì)結(jié)合或吸附。另外，本領(lǐng)域未討論調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)吸附的量的方式。
[0008]因此，希望通過調(diào)節(jié)基材的特性以提供具有與生物材料的表面吸附相關(guān)或成比例的增大的表面積的形貌特征，從而提供具有生物制品(例如蛋白質(zhì))的受控吸附的具有基本上固定的形貌特征的可潤濕聚合物基結(jié)構(gòu)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明涉及用于多種應(yīng)用(包括醫(yī)學(xué)應(yīng)用，例如醫(yī)學(xué)診斷)中的結(jié)構(gòu)，其具有生物材料的特定的細(xì)微調(diào)節(jié)的吸附?？赏ㄟ^如下方式由基材制得這些結(jié)構(gòu):賦予基材(相對(duì)于平坦或基本上平面的表面)具有增加的表面積的所需形貌特征，并處理所述增加的表面積以改進(jìn)可潤濕性而基本上不降低基材的增加的表面積。該處理可通過使基材的基本上全部的表面積可接近生物制品而優(yōu)化生物制品的吸附。這種處理可為，例如，在賦予增加的可潤濕性而基本上不降低基材的表面積的條件下等離子體處理。
[0010]因此，本發(fā)明利用形貌特征和可潤濕性來實(shí)現(xiàn)所需的生物制品吸附量。表面形貌特征或結(jié)構(gòu)可用于增加對(duì)于生物制品吸附可得的表面積?？墒褂萌魏伪砻嫘蚊蔡卣?，且使用高縱橫比結(jié)構(gòu)、緊密間隔的結(jié)構(gòu)和/或分層結(jié)構(gòu)來獲得更高的表面積。然而，希望表面可潤濕以提供生物制品接近結(jié)構(gòu)的通路。因此，形貌特征和可潤濕性一起提供所需的提高的生物制品或蛋白質(zhì)吸附。引入形貌特征的方法包括澆鑄和印刻，例如納米印刻或熱壓印。提高表面可潤濕性的方法包括等離子體處理。通過本發(fā)明，具有所需形貌特征的適當(dāng)結(jié)構(gòu)上的生物制品吸附可通過如下方式進(jìn)行控制:將表面潤濕技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)表面，包括其子結(jié)構(gòu)(例如柱)的表面。可生物吸收的和生物耐久的聚合物，例如乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)、聚(二甲基)硅氧烷(PDMS)和聚丙烯(PP)分別尤其適用于本發(fā)明中。
[0011]本發(fā)明涉及含聚合物的基材，其包括高表面積的固定至結(jié)構(gòu)或與結(jié)構(gòu)一體化的子結(jié)構(gòu)，所述子結(jié)構(gòu)可被進(jìn)一步處理以增加可潤濕性和生物制品吸附。為此目的，子結(jié)構(gòu)可包括納米結(jié)構(gòu)或微結(jié)構(gòu)，所述納米結(jié)構(gòu)或微結(jié)構(gòu)定義為具有約100納米至約50微米范圍內(nèi)的至少一個(gè)尺寸的子結(jié)構(gòu)。
[0012]本發(fā)明就如下而言不同于現(xiàn)有技術(shù):其提供具有特定形貌特征的聚合物基材，所述特異性形貌特征通過如下方式形成以賦予更大的表面積:與成形或紋化理形式接觸，例如模制或澆鑄、印刻(如納米印刻)或熱壓印。通過溫和的等離子體處理而增加所得基材的親水性，同時(shí)初始形貌特征和子結(jié)構(gòu)的損失達(dá)到最小，例如在如5000X放大率或更低下檢測(cè)不到。因此，本發(fā)明提供了特定的優(yōu)選成形的聚合物基材，所述聚合物基材的親水性得以增加而不顯著改變所需形狀。
[0013]取決于生物制品吸附(例如蛋白質(zhì)吸附)，本發(fā)明的材料可用于各種應(yīng)用中，包括診斷測(cè)試和其他醫(yī)學(xué)用途，如吻合裝置、移植物、血管假體裝置、軟組織植入物。
[0014]在一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種具有含聚合物的基材的生物制品吸附結(jié)構(gòu)，所述含聚合物的基材包括:i)基本上固定的形貌特征，其包括約100納米至約50微米范圍內(nèi)尺寸的子結(jié)構(gòu)，所述形貌特征通過與成形表面接觸而形成，所述成形表面賦予與平坦表面相比增加的表面積jPii)經(jīng)等離子體處理的表面。本發(fā)明還涉及一種診斷測(cè)試裝置，其包括生物制品吸附結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)的表面能夠吸附生物制品分析物。
[0015]在另一方面，本發(fā)明涉及一種制備生物制品吸附結(jié)構(gòu)的方法，其包括:a)使聚合物物質(zhì)與成形表面接觸，以賦予與平坦表面相比增加的表面積，并提供具有基本上固定的形貌特征的表面；以及b)等離子體處理所述具有基本上固定的形貌特征的表面，以增加如由水接觸角測(cè)得的親水性，而基本上不改變所述形貌特征。
[0016]在又一方面，本發(fā)明涉及一種調(diào)節(jié)具有基本上固定的形貌特征和高表面積的聚合物結(jié)構(gòu)的生物體吸收量的方法，所述聚合物結(jié)構(gòu)的生物體吸收另外不隨表面積而變化，所述方法包括:通過等離子體處理來表面處理所述結(jié)構(gòu)，以增加可潤濕性而基本上不改變所述形貌特征。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1示出了包括約I微米直徑和20微米高度的柱的聚丙烯(PP)結(jié)構(gòu)的SEM圖像，所述聚丙烯結(jié)構(gòu)通過使用聚碳酸酯膜作為模具以及印刻過程而制得。
[0018]圖2示出的圖顯示了對(duì)于蛋白質(zhì)白蛋白，具有增加的表面積(歸一化至平膜)的具有固定形貌特征的基材的蛋白質(zhì)吸收。所述基材為包括約I微米直徑和20微米高度的柱的聚丙烯結(jié)構(gòu)，所述聚丙烯結(jié)構(gòu)通過使用聚碳酸酯膜作為模具以及印刻過程而制得。一種基材(即經(jīng)等離子體處理的柱(Plasma-treated Pillar))為具有柱的經(jīng)等離子體處理的聚丙烯(PP)膜，其提供明顯高于未處理的平面(Untreated Flat)、未處理的柱(UntreatedPillar)或經(jīng)等離子體處理的平面(Plasma-treated Flat)的蛋白質(zhì)吸收。蛋白質(zhì)吸收歸一化至平膜的表面積。
[0019]圖3示出的圖顯示了對(duì)于蛋白質(zhì)纖維蛋白原，具有增加的表面積(歸一化至平膜)的具有固定形貌特征的基材的蛋白質(zhì)吸收。所述基材為包括約I微米直徑和20微米高度的柱的聚丙烯結(jié)構(gòu)，所述聚丙烯結(jié)構(gòu)通過使用聚碳酸酯膜作為模具以及印刻過程而制得。一種基材(即經(jīng)等離子體處理的柱(Plasma-treated Pillar))為具有柱的經(jīng)等離子體處理的聚丙烯(PP)膜，其提供明顯高于未處理的平面(Untreated Flat)、未處理的柱(UntreatedPillar)或經(jīng)等離子體處理的平面(Plasma-treated Flat)的蛋白質(zhì)吸收。蛋白質(zhì)吸收歸一化至平膜的表面積。
[0020]圖4示出的圖顯示了對(duì)于蛋白質(zhì)溶菌酶，具有增加的表面積(歸一化至平膜)的具有固定形貌特征的基材的蛋白質(zhì)吸收。所述基材為包括約I微米直徑和20微米高度的柱的聚丙烯結(jié)構(gòu)，所述聚丙烯結(jié)構(gòu)通過使用聚碳酸酯膜作為模具以及印刻過程而制得。一種基材(即經(jīng)等離子體處理的柱(Plasma-treated Pillar))為具有柱的經(jīng)等離子體處理的聚丙烯(PP)膜，其提供明顯高于未處理的平面(Untreated Flat)、未處理的柱(UntreatedPillar)或經(jīng)等離子體處理的平面(Plasma-treated Flat)的蛋白質(zhì)吸收。蛋白質(zhì)吸收歸一化至平膜的表面積。
[0021]圖5示出了通過澆鑄生物耐久的聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)而制得的結(jié)構(gòu)的SEM圖像，所述結(jié)構(gòu)包括直徑為3微米且高度為3微米的柱，所述柱間隔開I微米。
[0022]圖6示出了通過澆鑄生物耐久的聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)而制得的結(jié)構(gòu)的SEM圖像，所述結(jié)構(gòu)包括直徑為3微米且高度為6微米的柱，所述柱間隔開I微米。
[0023]圖7示出了通過澆鑄生物耐久的聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)而制得的結(jié)構(gòu)的SEM圖像，所述結(jié)構(gòu)包括直徑為3微米且高度為9微米的柱，所述柱間隔開I微米。
[0024]圖8示出了通過澆鑄生物耐久的聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)而制得的結(jié)構(gòu)的SEM圖像，所述結(jié)構(gòu)包括直徑為3微米且高度為12微米的柱，所述柱間隔開I微米。
[0025]圖9的圖顯示了對(duì)于三種蛋白質(zhì)，即白蛋白、纖維蛋白原和溶菌酶，具有增加的表面積(如歸一化至平膜)的具有固定形貌特征的基材的蛋白質(zhì)吸收的線性度。所述基材為經(jīng)等離子體處理的聚(二甲基硅氧烷)聚合物(PDMS)。
[0026]圖10的圖顯示了對(duì)于三種蛋白質(zhì)，即白蛋白、纖維蛋白原和溶菌酶，具有增加的表面積(如歸一化至平膜)的具有固定形貌特征的未處理的基材的蛋白質(zhì)吸收的線性度的缺乏。未經(jīng)等離子體處理的所述基材顯示出有限的表面可潤濕性。
[0027]圖11示出了通過印刻可生物吸收的乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)而制得的結(jié)構(gòu)的SEM圖像，所述結(jié)構(gòu)包括直徑為10微米且高度為10微米的柱，所述柱間隔開50微米。
[0028]圖12示出了通過印刻可生物吸收的乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)而制得的結(jié)構(gòu)的SEM圖像，所述結(jié)構(gòu)包括直徑為10微米且高度為10微米的柱，所述柱間隔開20微米。
[0029]圖13示出了通過印刻可生物吸收的乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)而制得的結(jié)構(gòu)的SEM圖像，所述結(jié)構(gòu)包括直徑為10微米且高度為10微米的柱，所述柱間隔開10微米。
[0030]圖14示出了通過印刻可生物吸收的乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)而制得的結(jié)構(gòu)的SEM圖像，所述結(jié)構(gòu)包括直徑為10微米且高度為10微米的柱，所述柱間隔開6微米。
[0031]圖15示出的圖顯示了對(duì)于三種蛋白質(zhì)，即白蛋白、纖維蛋白原和溶菌酶，具有增加的表面積(如歸一化至平膜)的具有固定形貌特征的基材的蛋白質(zhì)吸收的線性度。所述基材為經(jīng)等離子體處理的乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)。
[0032]圖16示出的圖顯示了對(duì)于三種蛋白質(zhì)，即白蛋白、纖維蛋白原和溶菌酶，具有增加的表面積(如歸一化至平膜)的具有固定形貌特征的乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)的未處理的基材的蛋白質(zhì)吸收的線性度的缺乏。所述基材未經(jīng)等離子體處理，并顯示出有限的表面可潤濕性。

【具體實(shí)施方式】
[0033]本發(fā)明提供了基材，所述基材定制為控制它們的生物體(或生物制品)吸附。為此目的，基材為顯示出三維特性(與基本上平坦的結(jié)構(gòu)相反)的結(jié)構(gòu)。例如，結(jié)構(gòu)可包括成形固體，以及具有下述表面的膜:所述表面已例如通過澆鑄、印刻(包括納米印亥D改性，以將表面積增加至相應(yīng)未改性的平膜的表面積的至少約1.01倍，如至少約1.1倍，至少約2倍或甚至至少約20倍。
[0034]為此目的，生物制品包括糖、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸、多核苷酸或這些物質(zhì)的復(fù)雜組合，以及諸如細(xì)胞和組織的活體。生物制品可從多種天然來源(人、動(dòng)物或微生物)中分離，并可通過生物技術(shù)方法和其他技術(shù)制得。在一些情況中，生物制品可使用非生物的化學(xué)方法制得。生物制品包括廣泛范圍的醫(yī)用產(chǎn)品，如疫苗、血液和血液組分、過敏原、體細(xì)胞、基因治療、組織、和通過生物過程(區(qū)別于化學(xué))產(chǎn)生的重組治療蛋白質(zhì)。
[0035]由聚合物制得或包含聚合物的生物制品(例如蛋白質(zhì))吸附材料可成型為具有高表面積形貌特征的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)可具有定制的幾何形狀特征，包括子結(jié)構(gòu)，例如直徑為0.1-50微米(100-50000nm)且高度大于I微米OlOOOnm)的柱，所述子結(jié)構(gòu)提供比由暴露的平坦表面組成的基材的表面積更大的表面積。基材的蛋白質(zhì)吸附不單獨(dú)取決于表面積?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，為了有效利用基材的增加的表面積，包括子結(jié)構(gòu)的基材表面的吸附可通過如下方式優(yōu)化:溫和地處理表面以改進(jìn)可潤濕性，而基本上不改變子結(jié)構(gòu)的表面。因此，具有所需高表面積形貌特征的聚合物結(jié)構(gòu)通過表面的溫和處理(例如通過氧等離子體)而顯示出改進(jìn)的生物制品吸附，前提是進(jìn)行這種處理而基本上不改變表面的形貌特征。
[0036]合適的子結(jié)構(gòu)可包括平均直徑為100納米至50微米、平均高度大于I微米且縱橫t匕(高度/直徑)為0.1至50的突起。所述突起通常具有I至10微米范圍內(nèi)的平均直徑、大于3微米的平均高度和I至20的縱橫比(高度/直徑)。
[0037]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可由選自熱塑性聚合物和熱固性聚合物中的至少一者的樹脂一體模制。通過一體模制意指結(jié)構(gòu)從模具以一片(包括其子結(jié)構(gòu)，例如突起)形成。為此目的，熱塑性聚合物在加熱時(shí)軟化，并在冷卻時(shí)再次硬化。熱固性聚合物發(fā)生它們的聚合物鏈的交聯(lián)，所述交聯(lián)由化學(xué)添加劑、紫外輻射、電子束和/或熱量引起。
[0038]在一個(gè)實(shí)施例中，所述聚合物為可生物降解的聚合物。為了本目的，可生物降解的聚合物是能夠被生物試劑(例如細(xì)菌、酶或水)作用分解的聚合物。
[0039]在另一實(shí)施例中，所述聚合物為不可生物降解的聚合物。為此目的，不可生物降解的聚合物是不能夠被生物試劑(例如細(xì)菌、酶或水)作用分解的聚合物。
[0040]為此目的，表面的可潤濕性可根據(jù)使用固著液滴法進(jìn)行的靜態(tài)水接觸角測(cè)量而確定。對(duì)于本發(fā)明，認(rèn)為小于60°的水接觸角為可潤濕的，認(rèn)為60°或更大的水接觸角為不可潤濕的。
[0041]如前所述，在一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種具有含聚合物的基材的生物制品吸附結(jié)構(gòu)，其包括:i)基本上固定的形貌特征，其包括約100納米至約50微米范圍內(nèi)尺寸的子結(jié)構(gòu)，所述形貌特征通過與成形表面接觸而形成，所述成形表面賦予與平坦表面相比增加的表面積；和ii)經(jīng)等離子體處理的表面。
[0042]在該方面的一個(gè)實(shí)施例中，所述結(jié)構(gòu)的經(jīng)等離子體處理的表面具有不大于60度的水接觸角。
[0043]在該方面的另一實(shí)施例中，當(dāng)所述聚合物以平坦的未經(jīng)等離子體處理的膜的形式或以具有子結(jié)構(gòu)的未經(jīng)等離子體處理的膜的形式進(jìn)行測(cè)試時(shí)，其提供60度或更大的水接觸角。所述聚合物可選自聚(二甲基)硅氧烷(PDMS)、聚丙烯(PP)和乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)。
[0044]在該方面的又一實(shí)施例中，所述聚合物是熱固性聚合物。所述聚合物可選自聚(二甲基)硅氧烷(PDMS)。
[0045]在該方面的再一實(shí)施例中，所述結(jié)構(gòu)的形貌特征為澆鑄形貌特征，即接觸通過澆鑄進(jìn)行。澆鑄可使用由照相平版印刷和聚碳酸酯膜中的至少一者制得的模具。
[0046]在該方面的又一實(shí)施例中，所述聚合物是熱塑性聚合物。通常，所述聚合物選自乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)和聚丙烯(PP)中的至少一者。
[0047]在本發(fā)明的該方面的再一實(shí)施例中，權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中所述接觸通過印刻(例如納米印刻)或熱壓印而進(jìn)行。印刻或熱壓印為基本上將圖案模制或壓印至聚合物中，所述聚合物通過將聚合物的溫度上升至剛剛在其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上而軟化。用于限定聚合物中的圖案的模具或壓模可以以多種方式制得，包括照相平版印刷、電子束平版印刷和聚碳酸酯膜。
[0048]在該方面的另一實(shí)施例中，經(jīng)等離子體處理的表面是用氧等離子體處理的。通常，經(jīng)等離子體處理的表面在50至150瓦下處理15至45秒，如例如在75至125瓦下處理25至35秒。
[0049]在本發(fā)明的該方面的又一實(shí)施例中，在足以增加可潤濕性到如下程度而基本上不改變形貌特征的條件下處理所述經(jīng)等離子體處理的表面:所述程度足以提供不大于60度的水接觸角。
[0050]在該方面的再一實(shí)施例中，所述形貌特征包含100納米至50微米范圍內(nèi)的平均橫截面寬度、I至50微米范圍內(nèi)的平均高度、且0.1至50范圍內(nèi)的縱橫比的柱狀子結(jié)構(gòu)，如I至10微米范圍內(nèi)的平均橫截面寬度、3至20微米范圍內(nèi)的平均高度、且I至20范圍內(nèi)的縱橫比的柱狀子結(jié)構(gòu)。
[0051]在該方面的又一實(shí)施例中，增加的表面積與平坦表面相比的比率為至少1.01，如至少1.1,例如至少2，至少5或甚至至少20。
[0052]在本發(fā)明的該方面的另一實(shí)施例中，所述柱狀子結(jié)構(gòu)以100納米至100微米的平均結(jié)構(gòu)間間距間隔開，如以I至50微米的平均結(jié)構(gòu)間間距間隔開?；蛘撸瑢?duì)于高度致密堆積的結(jié)構(gòu)，“突起密度”可描述為每平方厘米粘合劑結(jié)構(gòu)表面所存在的突起或柱的數(shù)目。柱狀子結(jié)構(gòu)具有I X 15至6 X 18個(gè)突起/cm2如約I X 17至約5 X 17個(gè)突起/cm2的突起密度。
[0053]如前所述，在一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種診斷測(cè)試裝置，其包括權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)的表面能夠吸附生物制品分析物。合適的應(yīng)用包括檢測(cè)分析物的水平，包括體液分析，如血液、血清、膽汁、尿液、唾液和腦髓液。
[0054]如前所述，在另一方面，本發(fā)明涉及一種制備生物體吸附結(jié)構(gòu)的方法，其包括:a)使聚合物物質(zhì)與成形表面接觸，以賦予與平坦表面相比增加的表面積，并提供具有基本上固定的形貌特征的表面；以及b)等離子體處理所述具有基本上固定的形貌特征的表面，以增加如由水接觸角測(cè)得的可潤濕性，而基本上不改變所述形貌特征。
[0055]在本發(fā)明的該方面的另一實(shí)施例中，當(dāng)所述聚合物以平坦的未經(jīng)等離子體處理的膜的形式或以具有子結(jié)構(gòu)的未經(jīng)等離子體處理的膜的形式進(jìn)行測(cè)試時(shí)，其提供60度或更大的水接觸角。所述聚合物可選自聚(二甲基)硅氧烷(PDMS)、聚丙烯(PP)和乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)。
[0056]在本發(fā)明的該方面的又一實(shí)施例中，接觸通過澆鑄進(jìn)行。澆鑄可使用由照相平版印刷和聚碳酸酯膜中的至少一者制得的模具。
[0057]在本發(fā)明的該方面的再一實(shí)施例中，所述經(jīng)等離子體處理的表面是用氧等離子體處理的。經(jīng)等離子體處理的表面在50至150瓦下處理15至45秒,如在75至125瓦下處理25至35秒。
[0058]在本發(fā)明的該方面的另一實(shí)施例中，在足以增加可潤濕性到如下程度而基本上不改變形貌特征的條件下處理所述經(jīng)等離子體處理的表面:所述程度足以提供不大于60度的水接觸角。
[0059]在本發(fā)明的該方面的又一實(shí)施例中，所述形貌特征包含100納米至50微米范圍內(nèi)的平均橫截面寬度、I至50微米范圍內(nèi)的平均高度、且0.1至50范圍內(nèi)的縱橫比的柱狀子結(jié)構(gòu)，如I至10微米范圍內(nèi)的平均橫截面寬度、3至20微米范圍內(nèi)的平均高度、且I至20范圍內(nèi)的縱橫比的柱狀子結(jié)構(gòu)。
[0060]在本發(fā)明的該方面的又一實(shí)施例中，增加的表面積與平坦表面相比的比率為至少1.01，如至少1.1，至少2，至少5或甚至至少20。
[0061]在本發(fā)明的該方面的再一實(shí)施例中，所述柱狀子結(jié)構(gòu)以100納米至100微米的平均結(jié)構(gòu)間間距間隔開，如以I至50微米的平均結(jié)構(gòu)間間距間隔開?；蛘撸瑢?duì)于高度致密堆積的結(jié)構(gòu)，“突起密度”可描述為每平方厘米粘合劑結(jié)構(gòu)表面所存在的突起或柱的數(shù)目。柱狀子結(jié)構(gòu)具有I X 15至6 X 18個(gè)突起/cm2如約I X 17至約5 X 17個(gè)突起/cm2的突起密度。
[0062]在又一方面，本發(fā)明涉及一種調(diào)節(jié)具有基本上固定的形貌特征和高表面積的聚合物結(jié)構(gòu)的生物制品吸收量的方法，所述聚合物結(jié)構(gòu)的生物制品吸收另外不隨表面積而變化，所述方法包括:通過等離子體處理來表面處理所述結(jié)構(gòu)，以增加可潤濕性而基本上不改變所述形貌特征。
[0063]在本發(fā)明的該方面的一個(gè)實(shí)施例中，可潤濕性的增加通過測(cè)量處理的表面與未處理的表面相比水接觸角的降低來確定。
[0064]在本發(fā)明的該方面的另一實(shí)施例中，所述生物制品選自糖、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸和多核苷酸中的至少一者，如例如蛋白質(zhì)。
[0065]在本發(fā)明的該方面的又一實(shí)施例中，所述等離子體處理是氧等離子體處理。
[0066]本發(fā)明將在以下說明書中參照附圖圖解以本發(fā)明的非限制性實(shí)例、各種實(shí)施例的方式得到進(jìn)一步的解釋。
[0067]實(shí)例1
[0068]該實(shí)例顯示了高縱橫比的致密堆積的結(jié)構(gòu)可被等離子體處理以提供可潤濕的表面積的大的增加，因此產(chǎn)生增加的蛋白質(zhì)吸收。使用聚碳酸酯膜作為模具和納米印刻過程如下制得直徑I微米且高度20微米的聚丙烯柱:商用徑跡蝕刻的聚碳酸酯膜獲自美國馬薩諸塞州比勒利卡的密理博公司(Millipore Corporat1n of Billerica, MA, USA),其具有I微米直徑的孔，且其圓直徑為2.5cm，厚度為20微米。將所述膜用作模板以印刻300微米厚的耐溶劑聚丙烯聚合物膜，所述聚合物膜獲自美國新澤西州紐賓士域的愛惜康公司(Ethicon, Inc.0f New Brunswick, NJ, USA)。在高溫和高壓(180°C, 600kPa (6bar))下將聚丙烯膜壓入聚碳酸酯膜模板中達(dá)20分鐘，從而熔融聚丙烯。在移除壓力前，將聚丙烯聚合物和膜冷卻至175°C，此后將聚合物結(jié)構(gòu)去模塑并通過在二氯甲烷中溶解膜而釋放。
[0069]任何可熱成型的材料均可替代聚丙烯作為基材或芯材料。充當(dāng)用于產(chǎn)品柱狀突起的模板的多孔、溶劑可溶解聚碳酸酯材料可用另一溶劑可溶解多孔聚合材料替代。作為另外一種選擇，可替代使用可剝離模具例如陽極化鋁氧化物以提供最終產(chǎn)品的柱狀圓柱形突起而無需暴露至化學(xué)溶劑。將由美國特拉華州威明頓的E.1.邦?德?穆爾公司(E.1.duPont de Nemours and Company Corporat1n of Wilmington, DE, USA)以商品名 KAPTON 銷售的聚酰亞胺膜用作封蓋裝置或屏蔽以防止聚合物表面直接接觸表面(如金屬)。也可為此目的作為膜或其他層提供的其他合適的基本上化學(xué)惰性的材料包括由美國特拉華州威明頓的 E.1.邦.德.穆爾公司(E.1.du Pont de Nemours and Company Corporat1n ofWilmington, DE, USA)以商品名TEFLON銷售的聚四氟乙烯。有利的是，這些材料不與聚碳酸酯溶劑可溶解模具或模板材料反應(yīng)并且一旦壓縮完成易于從其上移除或剝離。
[0070]用于這些結(jié)構(gòu)的表面積比率為平膜的表面積的6.5倍，如圖1所示，圖1示出了顯示聚丙烯高表面積柱的SHM圖像。
[0071]使用固著液滴法進(jìn)行靜態(tài)水接觸角測(cè)量，本文稱為接觸角測(cè)量。使用具有DropImage軟件的Rame-Hart接觸角側(cè)角計(jì)。就在接觸角測(cè)量之前完成等離子體處理。將2微升的去離子水滴置于表面上用于測(cè)量，每個(gè)表面進(jìn)行5次測(cè)量。記錄平均接觸角。
[0072]這些結(jié)構(gòu)的接觸角高于對(duì)應(yīng)的平膜(148度相對(duì)于101度)，表明它們具有更大的疏水性或不可潤濕性。氧等離子體處理降低水在這些表面上的接觸角，如下表1所示，從而獲得可潤濕表面(和更大的親水性)。使用微波等離子體處理器(100W，30秒)進(jìn)行氧等離子體處理。
[0073]表1

【權(quán)利要求】
1.一種具有含聚合物的基材的生物制品吸附結(jié)構(gòu)，包括: i)基本上固定的形貌特征，其包括具有約100納米至約50微米范圍內(nèi)尺寸的子結(jié)構(gòu)，所述形貌特征通過與成形表面接觸而形成，所述成形表面賦予與平坦表面相比增加的表面積；和 ii)經(jīng)等離子體處理的表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中所述經(jīng)等離子體處理的表面具有不大于60度的水接觸角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中當(dāng)所述聚合物以平坦的未處理的膜或具有子結(jié)構(gòu)的未處理的膜的形式測(cè)試時(shí)，其提供60度或更大的水接觸角。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)，其中所述聚合物選自聚(二甲基)硅氧烷(PDMS)、聚丙烯(PP)和乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中所述聚合物是熱固性聚合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)，其中所述聚合物選自聚(二甲基)硅氧烷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中所述形貌特征是澆鑄的形貌特征。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的結(jié)構(gòu)，其中所述澆鑄的形貌特征使用模具獲得，所述模具使用照相平版印刷和聚碳 酸酯膜中的至少一者制得。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中所述聚合物是熱塑性聚合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的結(jié)構(gòu)，其中所述聚合物選自聚(丙烯)和丙交酯-乙交酯共聚物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中所述形貌特征通過接觸而形成，所述接觸通過印刻或熱壓印而形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的結(jié)構(gòu)，其中所述印刻的形貌特征使用模具獲得，所述模具使用照相平版印刷和聚碳酸酯膜中的至少一者制得。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中所述經(jīng)等離子體處理的表面是經(jīng)氧等離子體處理的表面。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的結(jié)構(gòu)，其中所述經(jīng)等離子體處理的表面是在50至150瓦下處理15至45秒的表面。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的結(jié)構(gòu)，其中所述經(jīng)等離子體處理的表面是在75至125瓦下處理25至35秒的表面。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的結(jié)構(gòu)，其中在足以增加可潤濕性到如下程度而基本上不改變所述形貌特征的條件下等離子體處理所述表面:所述程度足以提供不大于60度的水接觸角。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中所述形貌特征包括柱狀子結(jié)構(gòu)，所述柱狀子結(jié)構(gòu)具有100納米至50微米范圍內(nèi)的平均橫截面寬度、I至50微米范圍內(nèi)的平均高度、和0.1至50范圍內(nèi)的縱橫比。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的結(jié)構(gòu)，其中所述形貌特征包括柱狀子結(jié)構(gòu)，所述柱狀子結(jié)構(gòu)具有I至10微米范圍內(nèi)的平均橫截面寬度、3至20微米范圍內(nèi)的平均高度、和I至20范圍內(nèi)的縱橫比。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中所述增加的表面積與平坦表面相比的比率為至少 1.01。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的結(jié)構(gòu)，其中所述增加的表面積與平坦表面相比的比率為至少 1.1。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的結(jié)構(gòu)，其中所述柱狀子結(jié)構(gòu)以100納米至100微米的平均結(jié)構(gòu)間間距而間隔開。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的結(jié)構(gòu)，其中所述柱狀子結(jié)構(gòu)以I至50微米的平均結(jié)構(gòu)間間距而間隔開。
23.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的結(jié)構(gòu)，其中所述柱狀子結(jié)構(gòu)具有約IX 15至約6 X 18個(gè)突起/cm2的突起密度。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的結(jié)構(gòu)，其中所述柱狀子結(jié)構(gòu)具有約IX 17至約5X 17個(gè)突起/cm2的突起密度。
25.—種診斷測(cè)試裝置，包括權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)的表面能夠吸附生物制品分析物。
26.—種制備生物制品吸附結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括: a)使聚合物物質(zhì)與成形表面接觸，以賦予與平坦表面相比增加的表面積，并提供具有基本上固定的形貌特征的表面；以及 b)等離子體處理所述具有基本上固定的形貌特征的表面，以增加如由水接觸角測(cè)得的可潤濕性，而基本上不改變所述形貌特征。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中當(dāng)所述聚合物以平坦的未處理的膜或具有子結(jié)構(gòu)的未處理的膜的形式測(cè)試時(shí)，其提供60度或更大的水接觸角。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述聚合物選自聚(二甲基)硅氧烷(PDMS)、聚丙烯(PP)和乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述接觸通過澆鑄進(jìn)行。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述澆鑄使用模具，所述模具使用照相平版印刷和聚碳酸酯膜中的至少一者制得。
31.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述接觸通過印刻或熱壓印而形成。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述印刻使用模具，所述模具使用照相平版印刷和聚碳酸酯膜中的至少一者制得。
33.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述經(jīng)等離子體處理的表面是用氧等離子體處理的。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述經(jīng)等離子體處理的表面在50至150瓦下處理15至45秒。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述經(jīng)等離子體處理的表面在75至125瓦下處理25至35秒。
36.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中在足以增加可潤濕性到如下程度而基本上不改變所述形貌特征的條件下處理所述經(jīng)等離子體處理的表面:所述程度足以提供不大于60度的水接觸角。
37.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述形貌特征包括柱狀子結(jié)構(gòu)，所述柱狀子結(jié)構(gòu)具有100納米至50微米范圍內(nèi)的平均橫截面寬度、I至50微米范圍內(nèi)的平均高度、和0.1至50范圍內(nèi)的縱橫比。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中所述形貌特征包括柱狀子結(jié)構(gòu)，所述柱狀子結(jié)構(gòu)具有I至10微米范圍內(nèi)的平均橫截面寬度、3至20微米范圍內(nèi)的平均高度、和I至20范圍內(nèi)的縱橫比。
39.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述增加的表面積與平坦表面相比的比率為至少 1.01。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中所述增加的表面積與平坦表面相比的比率為至少 1.1。
41.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中所述柱狀子結(jié)構(gòu)以100納米至100微米的平均結(jié)構(gòu)間間距而間隔開。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中所述柱狀子結(jié)構(gòu)以I至50微米的平均結(jié)構(gòu)間間距而間隔開。
43.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中所述柱狀子結(jié)構(gòu)具有約IX 15至約6 X 18個(gè)突起/cm2的突起密度。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中所述柱狀子結(jié)構(gòu)具有約IXlO7至約5X107個(gè)突起/cm2的突起密度。
45.一種調(diào)節(jié)具有基本上固定的形貌特征和高表面積的聚合物結(jié)構(gòu)的生物制品吸收量的方法，所述聚合物結(jié) 構(gòu)的生物制品吸收另外不隨表面積而變化，所述方法包括: 通過等離子體處理來表面處理所述結(jié)構(gòu)，以增加可潤濕性而基本上不改變所述形貌特征。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中通過測(cè)量所述經(jīng)處理的表面與所述未處理的表面相比水接觸角的降低來確定可潤濕性的增加。
47.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中所述生物制品選自糖、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸和多核苷酸中的至少一者。
48.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中所述等離子體處理是氧等離子體處理。
49.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中在足以增加可潤濕性到如下程度而基本上不改變所述形貌特征的條件下處理所述經(jīng)等離子體處理的表面:所述程度足以提供不大于60度的水接觸角。
50.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中在足以增加可潤濕性到如下程度而基本上不改變所述形貌特征的條件下處理所述經(jīng)等離子體處理的表面:所述程度足以提供不大于60度的水接觸角。
【文檔編號(hào)】B01J20/26GK104053499SQ201280025595
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月26日
【發(fā)明者】N.埃莫伊希, K.庫珀, S.納塔拉詹, H.Y.勞, I.羅德里古伊茲, E.K.魯昂-范 申請(qǐng)人:先進(jìn)科技及再生醫(yī)學(xué)有限責(zé)任公司, 科學(xué)技術(shù)研究機(jī)構(gòu)