[发明专利]包括结构化水凝胶渗透层的生物技术设备

说明书

本发明涉及生物技术设备领域。

近年来，已经描述了使用渗透层的若干生物技术设备，例如分析生 物技术设备。渗透层例如提供用于使核酸(或者其它目标分子)固定 的捕获位置。在这些设备中，渗透层的主要功能在于将捕获的目标分 子与紧接着在电极表面生成的高度反应性电化学环境相分离。该层也 允许由于在电极处的电化学反应而出现的离子和气体逐渐地扩散到生 物溶液中。

例如，根据通过引用而在此并入的US 6,960,298和其中引用的有 关专利，已知合成聚合物水凝胶渗透层在用于生物测定的有源电子基 质(matrix)设备上使用。

该领域中所用的大多数类型的渗透层为水凝胶层，这特别是因为水 凝胶层能够收缩和/或膨胀。在许多应用中，甚至有可能在外部刺激下 使渗透层收缩和/或膨胀，该外部刺激例如是加热/冷却或者pH改变、 施加电场、去往所述渗透层的至少部分的电荷或者经过这些部分的电 流。

然而，在使用该领域中这种渗透层的许多生物技术设备(可以是分 析设备或者用于药物释放的设备)中，“包围”现象(也称为“厚肤”现 象)是在寻求增加设备的灵敏度和功效时的常见问题。这样的包围例 如在上水凝胶层收缩如此之快以至于位于该层的下部中的分子再也无 法或者无法足够快地离开渗透层并且因此在该层被“俘获”或者“包围” 时出现，这可能导致设备的误检和灵敏度下降。另外还限制此类设备 的速度。

因此，本发明的目的在于提供一种能够至少部分地克服一些上述弊 端并且有助于增加分析的特异性、速度和/或有效性的设备。

这个目的通过根据本发明权利要求1所述的设备来实现。因而，提 供一种生物技术设备，该设备包括响应水凝胶渗透层，该渗透层至少 在该渗透层的部分中具有在层厚度的方向上和/或在与至少一个预定 物种的生物分子的流动基本上平行的方向上的本征结构梯度。

术语“生物技术设备”将按照它的最广泛含义来理解并且特别是包 括以下设备中的一个或者多个设备：

-用于检测流体样本中的一个或者多个目标分子的设备，特别是 用于检测水溶液中的生物分子的设备，

-用于化合物受控释放、特别是用于药物释放的设备，

-用于进行诸如PCR(聚合酶链反应)、QPCR(量化PCR)、RTPCR (实时PCR)之类的放大反应的设备，

-用于组织工程和(干)细胞治疗的人造骨架，包括用于诸如生 长因子、细胞活素类等之类的分子的释放以刺激细胞生长或者增殖的 设备以及将营养物朝着细胞抽运或者按照命令来加速骨架降解的设 备。

根据本发明的术语“生物”以及“目标分子”、“捕获位置”、“药物” 将按照最广泛含义来理解并且特别是包括和/或意味着放大反应(包括 目标放大和信号放大二者)的一个或者多个产物；如净化基因组DNA、 RNA、蛋白质等之类的净化样本；原始样本(细菌、病毒、基因组DNA 等)；生物分子化合物，比如但不限于核酸和有关化合物(例如DNA、 RNA、核苷酸或者其类似物、PCR产物、基因组DNA、细菌人造染色体、 质粒等)、蛋白质和化合物(例如多肽、缩氨酸、单克隆或者多克隆 抗体、可溶或者束缚受体、转录因子等)、抗原、配位体、半抗原、 碳水化合物和有关化合物(例如多醣、寡糖等)、诸如膜片段、细胞 器官、完整细胞、细菌、病毒、原生动物等之类的细胞片段。

通过使用这样的设备，可以针对本发明内的广泛应用实现以下优点 中的至少一个或者多个优点：

-由于有可能更具体地控制水凝胶渗透层的收缩/膨胀过程，所以 可以减少或者在一些应用中完全避免所述“包围”现象；

-可以使设备的设计更紧凑；

-可以针对本发明内的广泛应用明显地加速流体经过渗透层的流 动；

-诸如药物之类的分子/药剂的快速、高效和良好控制的释放；

-有效的流体操控，例如清洗。

术语“水凝胶”按照本发明的意义特别是意指渗透层的至少一部分 包括如下聚合物，这些聚合物在水中形成水膨胀网络或者可水溶的聚 合物链网络。优选地，水凝胶渗透层在膨胀状态中包括≥50％的水和/ 或溶剂、更优选地≥70％并且最优选地≥90％，其中优选溶剂包括有机 溶剂、优选为有机极性溶剂并且最优选为诸如乙醇、甲醇和/或(异) 丙醇之类的烷醇。