[发明专利]改进的防生物结垢涂层

说明书

本发明涉及用于防止基材的生物结垢的基材表面的涂层，并且涉及适 用于此的涂层材料。

与水接触的物体、尤其那些由合成材料制成的物体通常容易出现人们 不希望的生物来源的有机物质的堆积，不管这些堆积来自蛋白质吸附、细 菌吸附以及随后的扩散还是血栓形成。这通常被称为″生物结垢″，并且其 通常由于与包含生物材料的水或其他水性流体(此后称为″生物流体″)接 触而发生。生物结垢招致的生物材料的吸附和堆积通常是不可逆的并且是 非特异性的。

生物结垢在各种情形中发生。例如，船体易于遭受生物结垢。与体液 接触的医疗装置(例如，人工植入物、导管、接触镜)可能堆积来自体液 的生物材料(例如，细菌、蛋白质、细胞)。可能遭受生物结垢的典型表 面的另一实例是用于水净化装置中的那些表面。

生物结垢可能具有严重的不良后果。例如，在医药领域中，生物结垢 可能引起经由导管的细菌感染；在工业领域中，过滤器的堵塞、有机材料 在表面上的堆积等也可能引起诸多问题。

生物结垢的一个具体缺点是在检测生物流体的实验室中所遇到的。在 生化分析、诊断等中，使用许多合成的、通常是一次性的装置；在分析前 处理设备(诸如样品抽取之前的存储容器)中也是这样的。在这些例子 中，非常有害的是这些装置的表面易于生物结垢，因为对来自与其接触的 生物流体的生物材料的吸附可能影响检测结果，例如，生物流体的内容物 受到影响，因为生物材料被吸附并因此实际上被从流体取出，以及/或者生 物材料的天然构象(例如，蛋白质的三维结构)可能受到与合成表面的相 互作用(导致生物活性的损失)的影响。如果待测的物质的量较低，例如 当在用于分析研究实验室或临床诊断测试实验室的微滴定板中时，这个问 题特别显著。

例如，在微孔板(microplate)中的非特异性键合的情况下，与表面的 共价键合难以控制，常常导致带污点的覆盖，导致不规则键合、生物活性 损失(敏感的单克隆抗体有时由于由与疏水表面的相互作用引起的构象变 化而失去活性)以及反复试验的低可再现性。这样的非特异性键合也可能 发生于细菌培养、酵母培养、质粒纯化、cDNA存储、基因组库的存储、 冷冻培养物(例如细胞培养物)的存储、蛋白质分析、蛋白质治疗发现和 开发、干细胞发现、蛋白质激酶、邻近闪烁分析等中。

已经认识到尤其针对疏水表面较普遍的上述问题可以通过使得这样的 表面亲水的技术来解决。多种生物材料包含疏水片段，并且因此将被亲水 涂层排斥(正如它们易于被上述的典型合成表面的正常疏水表面吸附)。 该问题不限于疏水表面，并且可能发生于任何表面，尤其还发生于带电表 面(因为许多生物分子也包含带电基团)。

尽管不同的多种亲水材料，特别是聚合物是可能的，但是当前最有利 的材料是包含聚氧化乙烯(PEO)链的那些，即基于聚乙二醇(PEG)的 聚合物。

存在若干不同的方法用于将亲水材料(通常为PEG)附着到将要在与 生物流体接触时防止生物结垢的物体的基本疏水的表面上。

一种这样的技术是基于嵌段共聚物。因此，US 6,093,559公开了一种 通过提供涂层溶液降低疏水聚合物表面的蛋白质键合的水平的方法，其 中，所述涂层溶液由溶剂和HLB数小于5的非离子表面活性剂以及至少 一种可以添加到水性溶液中的疏水元素构成。表面活性剂通常是氧化乙烯/ 氧化丙烯嵌段共聚物。

WO95/06251采用了包含聚氧化乙烯嵌段、反应性基团功能化的聚氧 化乙烯嵌段和聚氧化丙烯嵌段的三嵌段共聚物。

上述的基于创建物理沉积层的技术的缺点在于这样涂覆的嵌段共聚物 包含易于渗出到生物流体中的组分，这对于例如分析目的是显著的缺点 (Clin Chim Acta 2007；378(1-2)：181-193)。非生物结垢产品的其他实例是 Corning NBS Microplate(Catalog#3676)。这个产品使用表面活性剂来提供 非生物结垢性质，并且这种表面活性剂也可能影响随后试验的结果。据推 测，非生物结垢表面活性剂会从涂层中渗出到样品中，从而会影响随后的 测试结果。