專利名稱：擠壓型高密度分析板的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于生物分析或化學分析的玻璃多孔分析板。
背景技術(shù)：
分子結(jié)構(gòu)與功能之間的關系，在生物和其他化學基礎系統(tǒng)的研究中是一個基本課題。結(jié)構(gòu)與功能間的關系對于理解例如酶功能、細胞通信、以及細胞控制和反饋機理等是至關重要的。已知某些大分子可作用并結(jié)合于其他具有特定三維空間和電子分布的分子。任何具有這種特異性的大分子被認為是受體，無論該大分子是酶、蛋白質(zhì)、糖蛋白、抗體、DNA和RNA的寡核苷酸序列等物質(zhì)。與受體結(jié)合的各種不同分子稱為配體。
藥物的開發(fā)是一類依賴于結(jié)構(gòu)功能關系研究的工作。大多數(shù)現(xiàn)代藥物的發(fā)現(xiàn)涉及發(fā)現(xiàn)新的配體，而這些配體與生物學上重要的受體需要具有所需模式的特異性。因此，使用能快速產(chǎn)生和篩選大量配體的方法和設備，就能夠大大減少將新藥投放市場所需的時間。
一種常用的產(chǎn)生這些配體的方法，是在固相樹脂上合成配體文庫。自從引入了肽、寡核苷酸和其他多聚核苷酸的固相合成方法后，已經(jīng)開發(fā)了采用固相策略的一些新方法，這些方法采用自動或手工技術(shù)能夠產(chǎn)生數(shù)以千計并在某些情況下數(shù)以百萬計的各種肽或核酸聚合物。這些可產(chǎn)生化合物家族或文庫的合成策略，通常被稱為＂組合化學＂或＂組合合成＂策略。
目前用于化合物文庫的儲存格式是96孔格式的多孔板，它通常是用聚丙烯制成并且具有橡皮塞板或熱封蓋。某些過程和化學反應需要化學試劑(可以是反應劑、溶劑、或溶于溶劑中的反應劑)被保持在惰性或無水條件下，以防止活性基團與分子氧、水蒸汽或其他物質(zhì)反應。對潮濕敏感的化學反應例子包括肽化學、核酸化學、有機金屬、雜環(huán)、以及通常用于構(gòu)建組合化學文庫的化學反應。用于儲存合成的化學物質(zhì)的溶劑通常是二甲基亞砜(DMSO)。
用聚合物制成的儲存板具有如下缺點；它不能承受在組合化學反應和儲存過程中有時需遇到的極端溫度變化(-20℃至370℃)。
用玻璃制造多孔板是解決這一問題以及使用聚合物時其他固有問題(如樣品與構(gòu)成板的基本聚合物發(fā)生相互作用)的解決辦法。然而，玻璃是不能注塑成形的，而且將玻璃坯壓成96孔板模型極其困難。一種目前用于制造玻璃多孔板的方法涉及膛削過程。在該過程中，對符合工業(yè)標準96孔板印痕(footprint)的硼硅酸鹽玻璃板坯進行切削加工，即在板坯上膛出96個孔。然而，這種方法是極其昂貴的。
另一種制造玻璃多孔板的方法涉及真空熱成形。如共同轉(zhuǎn)讓的法國專利申請96-13530中所述，用這種方法，可通過對薄玻璃板進行真空熱成形，從玻璃制得小的多孔板。這種技術(shù)提供的孔體積為每個孔200微毫升至0．1微毫升。盡管這種體積對于高通量篩選性生物分析的用途(旨在保存樣品和試劑)是方便的，然而對于在有機溶劑中的化學合成、在有機溶劑中的藥物或藥物候選物質(zhì)的儲存、或需要封蓋的長時間儲存情況可能太小了。
此外，已出現(xiàn)了對具有不透明側(cè)壁和透明底部的孔的分析板的需求?？椎牡撞客该骺稍试S分析檢測在許多化學和生物試驗、實驗和分析中所用的化學發(fā)光、磷光和熒光標記物。同時，孔的側(cè)壁不透明可防止相鄰孔之間的交叉干擾，從而有助于消除虛假讀數(shù)。具有不透明側(cè)壁和透明底部的孔的塑料板，通常由包括Corning Incorporated和Parkard在內(nèi)的公司銷售。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種可經(jīng)濟上有效地用玻璃制造的多孔板。此外，本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造玻璃多孔板的方法，它可產(chǎn)生孔設計多種多樣而獨特的多孔板。本發(fā)明的另一目的是提供一種玻璃多孔板，它在每個單元板上有高密度的孔。本發(fā)明的再一個目的是提供能夠承受溫度變化很大的多孔板。本發(fā)明的另一目的是提供一種制造板的方法，該板具有許多底部透明和側(cè)壁不透明的孔。本發(fā)明的另一目的是提供一種具有透明底部和不透明側(cè)壁的孔的板，其中板的至少一部分是由玻璃制成的。本發(fā)明的另一目的是提供一種深度／孔直徑之比遠大于目前的多孔板。本發(fā)明的另一目的是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)靈敏度更高地對孔進行光檢測的板。
本發(fā)明涉及一種制造用于生物分析和化學分析、實驗和儲存的玻璃多孔板的方法。該方法包括的步驟是將玻璃粉末／粘合劑的批料混合物通過一蜂窩模具擠壓，從而形成預成形板坯，燒結(jié)此擠壓的預成形件，從燒結(jié)板坯上切出區(qū)段(sections)，將切割出的區(qū)段粘合在由玻璃或有機聚合物構(gòu)成的基本平坦的底件上。也可以將聚合物通過模具擠壓，切割，然后與由玻璃或有機聚合物構(gòu)成的基本平坦的底件組合在一起。
附圖簡述
圖1是本發(fā)明的多孔板。
圖2是本發(fā)明多孔板的部分剖面圖。
圖3是原料板坯通過模具擠壓時的透視圖。
發(fā)明詳述圖1顯示了本發(fā)明的多孔板10。多孔板中有多個用于容納樣品的樣品孔，它是由頂板11(頂板11中有多個構(gòu)成樣品孔側(cè)壁的通道)和粘合于頂板的底板13構(gòu)成，底板13構(gòu)成樣品孔的底部。板10的尺寸符合多孔板的工業(yè)標準，即板的寬度和長度尺寸宜分別被標準化約為85mm和128mm。板的高度宜大于高度的工業(yè)標準(14毫米)，但可為任何高度。
圖2是多孔板10的部分放大剖面圖。各個孔12有側(cè)壁14和底部16。較佳地，側(cè)壁14是不透明的，而底部16是透光的。這種結(jié)構(gòu)對于依賴通過孔底部的光發(fā)射或光透射的的檢測試驗而言是至關重要的。不透明的側(cè)壁可消除或減少樣品之間的干擾。
底板13有下表面19和上表面18。上表面18構(gòu)成了孔的底部16。下表面可以是平的，或者在一優(yōu)選例中如圖5所示，呈微凸透鏡30陣列的形狀，每個微透鏡30與對應的孔底部16對齊，使透鏡的頂點基本上與孔底部中心對齊。由于這種形狀，這些微透鏡可放大來自于孔的樣品信號，從而提高位于板下方的閱讀儀的檢測。微透鏡在孔的容積非常小的情況下是特別有利的。
盡管在所公開的本發(fā)明中任何數(shù)目的孔都是可行的，然而多孔板具有超過96個孔為佳。而且板上的孔數(shù)目為96的倍數(shù)(即384，1536個等)為宜。此外，在板的x和y方向上多孔行之間的間距宜仿照工業(yè)標準的96孔板。例如，384孔板的行間優(yōu)選距離為96孔板行間的中心至中心距離(約9毫米)的一半(約4．5毫米)。類似地，1536孔板的間距宜為96孔板行間的中心至中心距離的1／4(約2．25毫米)。用這種方式，用于96孔板的輔助設備(如多孔移液器或機器人)經(jīng)簡單調(diào)整就可用于這些更高孔密度的板了。此外，384孔板(16×24相互垂直的行)和1536孔板(32×48相互垂直的行)的行數(shù)，為96孔板(8×12相互垂直的行)行數(shù)的倍數(shù)。側(cè)壁可以為任何高度，視所需的每個孔的容積而異。
本發(fā)明的多孔板的制造，可通過將頂板11和底板13(宜為同種材料)結(jié)合在一起。然而，構(gòu)成孔底部16的底板13宜為透明的，而構(gòu)成孔12側(cè)壁14的頂板11宜為基本上不透明的。然而，這兩塊板可以是由不同材料制成，例如用兩種不同的玻璃或者、兩種不同的聚合物，底板用玻璃和頂板用有機聚合物，頂板用有機聚合物和底板用玻璃，或者甚至用薄片或膜(如透紫外線材料，ACLAR)構(gòu)成底板。此外，底板可以由過濾性材料如微孔膜或經(jīng)跡蝕刻的膜構(gòu)成。
很明顯，如果對于具體測試需要極端的環(huán)境條件(如高溫)或長期保存樣品，那么可采用完全由玻璃(較佳地為高轉(zhuǎn)變溫度的玻璃，例如鋁硼硅酸鹽玻璃如PYREX 7761)構(gòu)成的板。
制造優(yōu)選的本發(fā)明多孔板的方法，可根據(jù)結(jié)構(gòu)材料而稍加變化。對于具有玻璃或玻璃陶瓷頂板的多孔板，所述方法包括下列步驟提供可擠壓的玻璃粉末和有機粘合劑的批料；將批料通過模具擠壓，形成預成形板坯；對預成形板坯進行燒結(jié)；從燒結(jié)板坯上切下區(qū)段，該區(qū)段具有基本相同的頂表面和底表面以及多個穿透燒結(jié)板坯的兩端開口的通道；對區(qū)段的上表面和下表面進行研磨和拋光；將底板粘合于頂板的底表面上。
為了用玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷材料制造多通道的板坯，人們必須使用熱塑性粘合劑如石蠟或美國專利5，602，197中所述的粘合劑(該專利在此引用作為參考)，將粘合劑與無機粉末(較佳地為PYREX 7761玻璃粉末)混合，其中玻璃粉末的粒度集中在10微米左右，從而形成可擠壓的批料混合物。該有機／無機混合物接著通過如圖3所示的，在室溫操作的雙螺桿擠壓機20而擠出。模頭22決定了擠壓材料即預成形件24的尺寸。較佳的是，擠壓以后，形成直徑2-7英寸的含正方形或圓形通道的，整塊的蜂窩狀預成形件，它具有15-40密耳的通道壁和20-400個通道／平方英寸前表面。預成形件可以以任何形狀擠壓出來，包括剖面形狀為圓形、長方形或正方形。預成形件接著進行燒結(jié)，使粉末顆粒融接并除去粘合劑。為了控制孔壁的塌陷，燒結(jié)條件必須嚴密檢測。PYREX 7761玻璃的燒結(jié)溫度約為675℃。在該溫度下，會發(fā)生玻璃顆粒的結(jié)合，同時成形件會均勻地發(fā)生10-15％的收縮。留下的是玻璃、玻璃陶瓷或陶瓷，這取決于燒結(jié)規(guī)程和原料粉末的組成。對于用于本發(fā)明，可以改變燒結(jié)規(guī)程和原料粉末組成，產(chǎn)生密度高而孔隙度低的基本上相同的通道壁。
一旦預成形件被燒結(jié)后，形成的板坯可按所需孔的深度進行切割。以基本上垂直于板坯擠壓的方向，將其切割成多個區(qū)段，這樣切出的區(qū)段的上表面和下表面就基本相同。切出的區(qū)段較佳地厚度為12-40毫米，然而可以為任何厚度。切割較佳地是用金剛石鋸，例如在內(nèi)部通以水流的條件下進行，防止玻璃碎片或碎屑殘留在通道中。切出的區(qū)段在多孔板結(jié)構(gòu)中用作頂板。
應指出，預成形板坯本身可以在燒結(jié)之前進行切割達到相同結(jié)果，即具有多個兩端開口的通道的玻璃區(qū)段。
在一個優(yōu)選例中，切出的用于作為頂板的區(qū)段，可以對其頂部和底部進行研磨和拋光。
為了根據(jù)本方法用有機聚合物制造頂板，可以先將熱塑性聚合物通過雙螺桿擠壓機擠壓，其模具處于熱塑性材料的熔融溫度，例如在約180℃下擠壓聚丙烯，形成了多通道的聚合物板坯。與玻璃擠壓的情況相同，形成的板坯的目標通道密度和壁厚度可大不相同，由模具確定。或者也可以在室溫下擠壓聚合物粉末的漿料，隨后進行燒結(jié)。
聚合物和玻璃粉末的擠壓，宜按垂直擠壓法進行。垂直擠壓有助于減少因重力效應而導致的通道壁塌陷問題。然而，水平擠壓法在大規(guī)模生產(chǎn)情況下較好。
聚合物板坯在冷卻后，用極鋒利的標準刀片切成區(qū)段，以保證通過聚合物板坯通道的切口光滑。切出的區(qū)段中有多個兩端開口的通道，它被用作頂板。當它與底板結(jié)合后就形成了本發(fā)明的多孔板。有利的是，在遠低于聚合物玻璃轉(zhuǎn)變溫度下進行切割，例如對于聚丙烯在-20℃用標準刀片切割。
底板可以用任何材料構(gòu)成，盡管較佳地是用與底板相同材料制成，但并不一定需用相同的材料。在一優(yōu)選例中，底板是用美國專利5，623，368中所述的無接觸式壓制技術(shù)成形，該專利在此引用作為參考。通過使用該方法，可使底板的下表面成形為微透鏡陣列形狀，并且每個微透鏡的排列是其中心與頂板上的通道對齊，如圖2所示。用這種方式，在多孔板成品中每個孔的底部起著對孔中樣品的光信號加以放大的微透鏡作用。
底板還可采用透明材料片的形式，例如聚苯乙烯或ACLAR薄片。
粘合頂板和頂板可用本領域已知的數(shù)種方法中的任何一種進行。在選擇粘合方法時，必須考慮被粘合的材料。例如，在粘合都由聚苯乙烯制成的頂板和底板時，超聲波焊接、熱封或膠粘都可采用。在粘合都由玻璃制成的頂板和底板時，在適當溫度下熔接或封接是優(yōu)選的。
所述方法使得多孔板可具有常規(guī)注塑技術(shù)無法或極難實現(xiàn)的孔的深度。事實上，本發(fā)明多孔板的孔深度與孔直徑之比(即節(jié)距之比)可大于5∶1。
還在構(gòu)思之中的是，為了制造孔密度非常高的板，擠出的板坯(無論是燒結(jié)的玻璃還是有機聚合物)可被再拉伸成比例基本均勻的區(qū)段。如前所述，然后此再拉伸的板坯區(qū)段被切割成用作頂板的部件。如果頂板由玻璃構(gòu)成，再拉伸過程宜在預成形件燒結(jié)后進行(盡管可在燒結(jié)之前進行)。對燒結(jié)并冷卻后的多通道板坯進行再加熱，并進行再拉伸減輕。再拉伸可在玻璃相變溫度附近進行。如果頂板是有機聚合物，則擠壓成的聚合物板坯宜在室溫下進行再拉伸，但也可能需要對其外部加熱至例如150℃。對擠壓的聚合物板坯的再拉伸，還可能需要對其進行內(nèi)部加熱，例如用強制熱空氣方式，以便消除在再拉伸過程中板坯中的內(nèi)部加熱梯度。盡管已用聚烯烴(具體地為聚丙烯)證明了這種擠壓，然而正如本領域技術(shù)人員所認識的那樣，任何熱塑性聚合物都可用于該方法。
雖然出于闡述目的詳細地描述了本發(fā)明，但應理解這些細節(jié)僅用于闡述目的。本領域的技術(shù)人員可以在不背離本發(fā)明精神和下列權(quán)利要求所界定的本發(fā)明范圍情況下，進行各種不同變動。
權(quán)利要求
1．一種制造多孔板的方法，其特征在于，它包括步驟(a)將材料通過模具擠壓出來，形成具有多個通道的板坯；(b)從所述的板坯切下區(qū)段，所述的區(qū)段具有基本相同的頂表面和底表面以及多個兩端開口的通道；(c)將底板粘合于所述的底表面
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的區(qū)段的厚度為12-40毫米。
3．一種制備多孔板的方法，其特征在于，它包括步驟(a)提供可擠壓的含玻璃粉末和有機粘合劑的批料；(b)將所述批料通過模具擠壓，形成預成形板坯；(c)燒結(jié)所述的預成形板坯；(d)從所述的燒結(jié)板坯切下區(qū)段，所述的區(qū)段具有基本相同的頂表面和底表面以及多個兩端開口的通道；(e)將底板粘合于所述的底表面。
4．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，它在粘合之前還包括研磨和拋光上表面和下表面的步驟。
5．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的區(qū)段的厚度為12-40毫米。
6．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的底板呈具有多個微透鏡的形狀，每個微透鏡與所述區(qū)段的通道對齊匹配。
7．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的底板由透光材料制成。
8．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的底板由玻璃制成。
9．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的底板由有機聚合物制成。
10．一種制造多孔板的方法，其特征在于，它包括步驟(a)通過模具擠壓有機聚合物，在預定方向上形成擠出件，所述的擠出件有多通道；(b)按基本上垂直于擠壓的方向，從所述的擠出件上切下區(qū)段，所述的區(qū)段具有多個兩端開口的通道；(c)將所述的區(qū)段粘合于底板。
11．如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述的區(qū)段的厚度為12-40毫米。
12．如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述的底板由有機聚合物制成。
13．如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述的底板是過濾膜。
14．如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述的粘合是通過超聲波粘合實現(xiàn)的。
15．如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述的粘合是通過熱熔接實現(xiàn)的。
16．如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述的底板是透光的。
17．如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述的底板是透明膜。
18．如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述的底板呈具有多個凸起的微透鏡的形狀，使至少一個微透鏡與所述的區(qū)段的通道對齊。
19．如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述的底板由玻璃制成。
20．一種多孔板，其特征在于，它具有多個具有側(cè)壁和底部的孔，所述的孔具有預定的深度和預定的直徑，從而使所述的孔深度與所述的孔直徑之比大于或等于5∶1。
21．如權(quán)利要求20所述的多孔板，其特征在于，微透鏡與每個孔對齊。
22．如權(quán)利要求20所述的多孔板，其特征在于，所述的側(cè)壁是由玻璃制成。
23．如權(quán)利要求20所述的多孔板，其特征在于，所述的底部由玻璃制成。
24．如權(quán)利要求20所述的多孔板，其特征在于，所述的側(cè)壁由有機聚合物制成。
25．如權(quán)利要求20所述的多孔板，其特征在于，所述的底部由有機聚合物構(gòu)成。
26．如權(quán)利要求20所述的多孔板，其特征在于，所述的側(cè)壁是基本上不透明的。
27．如權(quán)利要求20所述的多孔板，其特征在于，所述的底部是基本上透光的。
28．如權(quán)利要求20所述的多孔板，其特征在于，所述的底部是透明膜。
29．一種多孔板，其中有多個盛裝樣品的樣品孔，其特征在于，所述的板包括一玻璃頂板，它具有多個穿透該板構(gòu)成樣品孔側(cè)壁的通道；粘合于所述頂板的底板，所述的底板構(gòu)成了樣品孔的底部。
30．如權(quán)利要求29所述的多孔板，其特征在于，所述的頂板由玻璃構(gòu)成。
31．如權(quán)利要求29所述的多孔板，其特征在于，所述底板的下表面上有微透鏡形狀的陣列，每個微透鏡與每個通道對齊。
32．如權(quán)利要求29所述的多孔板，其特征在于，所述的底板由玻璃制成。
33．如權(quán)利要求29所述的多孔板，其特征在于，所述的底板由有機聚合物制成。
34．如權(quán)利要求29所述的多孔板，其特征在于，所述的頂板是基本上不透明的。
35．如權(quán)利要求29所述的多孔板，其特征在于，所述的底板是基本上透光的。
36．如權(quán)利要求29所述的多孔板，其特征在于，所述的底板是透明膜。
37．如權(quán)利要求29所述的多孔板，其特征在于，所述的底板是過濾膜。
全文摘要
一種制造多孔板(10)的方法,它包括將頂板(11)與基本平坦的底板(13)粘合在一起,其中頂板是擠出的并具有多個末端開口的通道。頂板(11)構(gòu)成了板中孔(12)的側(cè)壁(14),而底板(13)構(gòu)成了孔(12)的底部。形成的多孔板(10)符合工業(yè)標準印痕,并可具有分布密度高的孔,每個孔的容織可通過板的高度加以控制。
文檔編號B01L3/00GK1292751SQ99803660
公開日2001年4月25日 申請日期1999年2月16日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月18日
發(fā)明者T·L·A·達努克斯 申請人:康寧股份有限公司