用于在固体载体上缀合生物分子的异官能涂层及其用于生物分析的用途制造技术

技术编号:36173461 阅读:18 留言:0更新日期:2022-12-31 20:26
本公开涉及施加在固体载体上的异官能涂层。该涂层包含用于缀合生物分子以进行蛋白质或核酸分析的第一官能团,和用于防止感兴趣分析物与固体载体表面之间不期望的相互作用的第二官能团。第二官能团。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在固体载体上缀合生物分子的异官能涂层及其用于生物分析的用途
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求于2020年5月8日提交的名称为“Hetero

Functional Coating for Conjugating Biomolecules on a Solid Support and Use Thereof for Bioanalysis”的美国临时专利申请第63/022,047号的优先权和权益。本专利申请要求于2020年5月8日提交的名称为“Hetero

Functional Coating for Conjugating Biomolecules on a Solid Support and Use Thereof for Bioanalysis”的美国临时专利申请第63/022,051号的优先权和权益。各专利申请的内容全文以引用方式并入本文。


[0003]本公开涉及一种用于缀合生物分子的材料。更具体地,本公开涉及一种用于在固体载体表面上缀合生物分子的涂层,诸如异官能涂层,以及其用于生物分析的用途。

技术介绍

[0004]生物分子是复杂的分子,需要复杂的工作流进行分析。这些复杂的工作流涉及许多步骤,包括各种样品制备步骤,诸如样品清洁和蛋白质消化。在不影响样品质量的同时获得基本上完全的消化(例如,不引入需要附加清洁的副产物)具有挑战性。例如,用于消化的一些酶在溶液中使用时可能变得不稳定,从而导致副产物。这些酶的固定有助于使酶稳定。然而,用于固定酶的常规技术导致感兴趣分析物与载体表面的次级相互作用,从而影响消化效率和样品回收率。

技术实现思路

[0005]一般来讲,本公开的技术涉及一种用于分析生物分子的材料。更具体地,该技术涉及能够被施加到基底,例如固体载体上的异官能涂层用于缀合生物分子的用途。异官能涂层提供优于用于处理生物分子的常规技术的许多优点。该技术涉及用于复杂样品的生物分析并适于向下面的固体载体提供两种或更多种官能团(例如,异官能涂层)的涂层。这些官能团被设计成对生物分析工作流提供改善的效率并提供分析物的改善回收率。具体地,异官能涂层提供生物分子缀合的官能团,同时提供消除或减少样品处理期间的次级相互作用(例如,消化、亲和清洁)的官能团。此外,本技术的材料是有利的,因为它们通常是蒸气或液体沉积的,从而均匀地(即,没有间隙或孔)涂覆下面的固体载体。
[0006]在一个方面,本公开涉及一种施加在固体载体(例如,颗粒、膜、平面基底、小瓶的一部分、孔板、移液管尖端等)上的异官能涂层。涂层对固体载体的表面赋予第一官能团和第二官能团。第一官能团是用于缀合生物分子来进行蛋白质或核酸分析。第二官能团是用于防止感兴趣分析物与固体载体的表面之间不期望的相互作用。例如,第二官能团能够对载体的表面赋予亲水性。异官能涂层能够均匀地涂覆下面的固体载体并提供至少5μmol/m2或更大(例如,7μmol/m2、9μmol/m2、15μmol/m2)的总表面覆盖率。由于这是异官能涂层,因此
下面载体的表面被赋予有至少两个官能团。在一些实施方案中,第二官能团与第一官能团的比率为总表面覆盖率的至少15%(例如,18%、20%、30%、45%等)。
[0007]在另一方面,本公开涉及使用施加到固体载体的异官能涂层来分析生物分子。具体地,施加到所公开的固体载体中的一种或多种固体载体的异官能涂层可以用于复杂生物样品的样品处理中。例如,施加到固体载体的异官能涂层可以与固定化亲和配体一起使用以用于亲和处理步骤,或与固定化酶一起使用以用于消化或酶催化反应步骤。
[0008]在另一方面,本公开涉及一种涂覆固体载体的方法。该方法包括活化固体载体表面,在固体载体表面上沉积涂层,以形成大于5μmol/m2的表面覆盖率;以及处理涂层以形成两个部分:具有用于生物缀合的官能团的第一涂层部分和具有用于减少不期望的相互作用的官能团的第二涂层部分。一般来讲,沉积涂层并然后处理涂层以提供具有两个或更多个官能团的固体载体的表面。
[0009]在另一方面,本技术涉及在固体载体表面(例如,颗粒、膜、微芯片、平面基底、玻璃载片、PCR管、移液管尖端、多孔板等)上的异官能涂层。为了产生异官能涂层(即,形成两个或更多个官能团),执行以下步骤。首先,活化固体载体表面。接着,制备包含环氧化物基团的涂层。涂层沉积在固体载体表面上以形成大于5μmol/m2的表面覆盖率;环氧化物基团被水解或其环被打开成二醇以形成亲水性涂层(例如,第一官能团);然后,二醇以受控方式氧化成醛基团(例如,以提供第二官能团)以形成异官能涂层。在一些实施方案中,至少15%(例如15%、17%、20%、25%)的二醇基团已被氧化成醛基团。
[0010]本技术包括由其它工艺制成但仍可用于分析生物分子的其它异官能涂层。在另一方面,本技术涉及在固体载体表面上的异官能涂层。为了产生异官能涂层(即,形成两个或更多个官能团),执行以下步骤。首先,活化固体载体表面。接着,制备包含环氧化物基团的涂层。涂层沉积在固体载体表面上以形成大于5μmol/m2的表面覆盖率;环氧化物基团被水解或其环被打开成二醇以在固体载体表面上形成亲水性涂层,其中固体载体表面上的二醇百分比大于25%(例如,30%、35%、40%等)。产生异官能涂层的方法还可以包括用一种或多种接头化学物质活化涂层的步骤,该一种或多种接头化学物质带有用于缀合生物分子的官能团。此活化步骤可以是使用与残基环氧化物反应的多个异官能分子和同官能分子的单步或多步过程。
[0011]本技术还涵盖其它异官能涂层和产生它们的工艺。在一个方面,该技术涉及在固体载体表面上的异官能涂层。为了产生异官能涂层,执行以下步骤。首先,活化固体载体表面。接着,制备包含二醇基团的涂层。涂层沉积在固体载体表面上以形成大于5μmol/m2的表面覆盖率;通过使用与醛基团反应的多个异官能和同官能分子在多步过程中制备一种或多种接头化学物质,用这些接头化学物质活化该涂层。在一些实施方案中,多个异官能和同官能分子选自以下中的任一项:烷基二胺、烷基二酰肼、二叠氮化物、双官能PEG二胺、双官能PEG酰肼、多臂PEG叠氮化物、多臂PEG酰肼、丙烯酸酯PEG胺、生物素PEG胺、硫醇PEG胺或它们的衍生物。
[0012]本技术还涉及包括在固体载体上的异官能涂层的设备。在一些实施方案中,经涂覆的固体载体基底位于被设计成接收样品以进行处理的容器内部内。在其它实施方案中,异官能涂层沉积在处理设备的样品接收部分上。
[0013]一般来讲,根据本技术提供的材料和方法提供了许多优点。例如,材料提供用于生
物分子处理的稳定平台,同时防止分析物与固体载体之间不期望的次级相互作用。因此,可以实现效率增加(例如,消除进一步清洁或处理步骤,通过减少漏切百分比来增加消化)以及回收率增加(例如,消除次级相互作用)。除了效率和回收率的增加之外,其它优点也是可能的,诸如热和化学稳定性的增加,从而允许在不同条件下使用生物缀合物生物分子。例本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种施加在固体载体上的异官能涂层,所述涂层包含:用于缀合生物分子来进行蛋白质或核酸分析的第一官能团,和用于防止感兴趣分析物与固体载体表面之间不期望的相互作用的第二官能团。2.根据权利要求1所述的异官能涂层,其中所述第二官能团与所述第一官能团的比率为总表面覆盖率的至少15%。3.根据权利要求1所述的异官能涂层,其中所述总表面覆盖率大于5μmol/m2。4.根据权利要求1所述的异官能涂层,其中所述第二官能团是亲水性的。5.根据权利要求4所述的异官能涂层,其中所述第二官能团包含用于赋予所述亲水性的二醇。6.根据权利要求1所述的异官能涂层,其中所述第一官能团是醛。7.根据权利要求1所述的异官能涂层,其中所述生物分子的缀合是经由还原胺化的。8.根据权利要求1所述的异官能涂层,其中所述第一官能团是环氧化物。9.根据权利要求8所述的异官能涂层,其中所述生物分子的缀合是经由所述环氧化物的。10.根据权利要求1所述的异官能涂层,其中所述异官能涂层是亲水性的,被烷氧基硅烷活化。11.根据权利要求10所述的异官能涂层,其中所述烷氧基硅烷是醛。12.根据权利要求11所述的异官能涂层,其中缀合生物分子包括通过所述醛经由还原胺化来缀合所述生物分子。13.根据权利要求10所述的异官能涂层,其中所述烷氧基硅烷是丙烯酰氧基硅烷。14.根据权利要求13所述的异官能涂层,其中缀合所述生物分子包括通过所述丙烯酰氧基硅烷经由迈克尔加成来缀合所述生物分子。15.根据权利要求10所述的异官能涂层,其中所述烷氧基硅烷是胺硅烷,进一步包括使所述胺硅烷与二丙烯酸酯基团或二醛基团反应。16.根据权利要求15所述的异官能涂层,其中所述固定化生物分子经由还原胺化与所述二醛基团反应。17.根据权利要求15所述的异官能涂层,其中所述固定化生物分子经由迈克尔加成与所述二丙烯酸酯基团反应。18.根据权利要求15所述的异官能涂层,其中所述生物分子固定在所述涂层上,并且其中所述固定化生物分子用醛或丙烯酸酯化学物质预修饰。19.根据权利要求1所述的异官能涂层,其中所述生物分子固定在所述异官能涂层上。20.根据权利要求19所述的异官能涂层,其中所述固定化生物分子包含单一酶或混合酶。21.根据权利要求20所述的异官能涂层,其中所述酶选自包括以下的组:蛋白酶、脂肪酶、磷脂酶、连接酶、转移酶、氧化还原酶、异构酶、水解酶或它们的混合物。22.根据权利要求19所述的异官能涂层,其中所述固定化生物分子是选自蛋白酶的组的单一酶或酶的混合物。23.根据权利要求22所述的异官能涂层,其中所述蛋白酶是胰蛋白酶、Lyc

C、Asp

N、胃蛋白酶、Glu

C或它们的混合物。
24.根据权利要求22所述的异官能涂层,其中所述蛋白酶是IdeZ或IdeS,并且其中所述酶用于表征抗体和抗体药物缀合物。25.根据权利要求20所述的异官能涂层,其中所述酶是用于O

聚糖和N

聚糖谱分析的糖苷酶以及它们的混合物。26.根据权利要求20所述的异官能涂层,其中所述酶来自糖苷酶家族并且用于葡糖苷酸药物缀合物的水解。27.根据权利要求19所述的异官能涂层,其中所述固定化生物分子是亲和配体。28.根据权利要求27所述的异官能涂层,其中所述亲和配体是免疫球蛋白结合蛋白。29.根据权利要求28所述的异官能涂层,其中所述免疫球蛋白结合蛋白是蛋白质A、G、L或它们的混合物。30.根据权利要求27所述的异官能涂层,其中所述亲和配体是抗原结合的。31.根据权利要求30所述的异官能涂层,其中所述抗原结合的是抗体、纳米体或它们的混合物。32.根据权利要求27所述的异官能涂层,其中所述亲和配体是核酸配体。33.根据权利要求27所述的异官能涂层,其中所述亲和配体含有抗生物素蛋白并且与生物素化蛋白质样品一起使用。34.根据权利要求33所述的异官能涂层,其中所述含抗生物素蛋白的亲和配体是链霉亲和素、抗生物素蛋白或中性亲和素。35.根据权利要求19所述的异官能涂层,其中所述固定化生物分子包含至少一种酶和/或至少一种亲和配体。36.一种涂覆固体载体表面的方法,所述方法包括:活化所述固体载体表面以接收所述涂层;将所述涂层沉积在所述固体载体表面上以形成大于5μmol/m2的表面覆盖率;以及处理所述涂层以形成两个部分:具有用于生物缀合的官能团的第一涂层部分,和具有用于减少感兴趣分析物与所述固体载体表面之间不期望的相互作用的官能团的第二涂层部分。37.根据权利要求36所述的方法,所述方法进一步包括通过在所述涂层上固定生物分子来形成所述第一涂层部分,其中所述固定化生物分子在用于分析生物治疗剂的工作流中的样品清洁、目标捕获和消化步骤中使用。38.根据权利要求37所述的方法,其中所述固定化生物分子包含单一酶或混合酶。39.根据权利要求38所述的方法,其中所述酶选自包括以下的组:蛋白酶、脂肪酶、磷脂酶、连接酶、转移酶、氧化还原酶、异构酶、水解酶或它们的混合物。40.根据权利要求38所述的方法,其中所述固定化生物分子是选自蛋白酶的组的单一酶或酶的混合物。41.根据权利要求40所述的方法,其中所述蛋白酶是胰蛋白酶、Lyc

C、Asp

N、胃蛋白酶、Glu

C或它们的混合物。42.根据权利要求40所述的方法,其中所述蛋白酶是IdeZ或IdeS,并且
其中所述酶用于表征抗体和抗体药物缀合物。43.根据权利要求38所述的方法,其中所述酶是用于O

聚糖和N

聚糖谱分析的糖苷酶以及它们的混合物。44.根据权利要求38所述的方法,其中所述酶来自糖苷酶家族并且用于葡糖苷酸药物缀合物的水解。45.根据权利要求37所述的方法,其中所述固定化生物分子是亲和配体。46.根据权利要求45所述的方法,其中所述亲和配体是免疫球蛋白结合蛋白。47.根据权利要求46所述的方法,其中免疫球蛋白结合蛋白是蛋白质A、G、L或它们的混合物。48.根据权利要求45所述的方法,其中所述亲和配体是抗原结合的。49.根据权利要求48所述的方法,其中所述抗原结合的是抗体、纳米体或它们的混合物。50.根据权利要求45所述的方法,其中所述亲和配体是核酸配体。51.根据权利要求45所述的方法,其中所述亲和配体含有抗生物素蛋白并且与生物素化蛋白质样品一起使用。52.根据权利要求51所述的方法,其中所述含抗生物素蛋白的亲和配体是链霉亲和素、抗生物素蛋白或中性亲和素。53.根据权利要求37所述的方法,其中所述固定化生物分子包含根据权利要求38至44所述的酶、根据权利要求46至52所述的亲和配体或它们的混合物中的至少一者。54.根据权利要求53所述的方法,其中所述酶和亲和配体的混合物使用所述环氧化物基团固定。55.根据权利要求37所述的方法,所述方法进一步包括通过在所述涂层上固定生物分子来形成所述第一涂层部分,其中所述固定化生物分子用于分析生物治疗剂,其中所述第二部分是亲水性的,并且其中所述第一涂层部分和所述第二涂层部分不包含额外处理。56.根据权利要求55所述的方法,其中所述第一涂层部分含有多个用于生物缀合的环氧化物基团,并且所述第二涂层部分含有多个用于消除所述固体载体表面上不期望的相互作用的亲水性二醇。57.根据权利要求38

44和56所述的方法,其中所述酶使用所述环氧化物基团固定。58.根据权利要求46

52和56所述的方法,其中所述亲和配体使用所述环氧化物基团固定。59.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述涂层覆盖率大于9μmol/m2。60.根据权利要求36所述的方法,其中所述固体载体表面上的所述涂层是完全亲水性的。61.根据权利要求60所述的方法,其中所述涂层含有亲水性二醇基团。62.根据权利要求36所述的方法,其中将所述涂层沉积在所述载体表面上包括通过使含有环氧化物的烷氧基硅烷预聚合来制备所述涂层以及使预聚物与所述固体载体表面反应。63.根据权利要求62所述的方法,其中所述烷氧基硅烷是选自5.5环氧基三官能硅烷、3
缩水甘油丙基三官能硅烷或2

(3,4

环氧环己基)乙基三官能硅烷的含有环氧化物的硅烷。64.根据权利要求63所述的方法,其中所述涂覆过程包括使用有机单体和聚合技术,并且其中所述有机分子选自一组,所述组包括缩水甘油、苯基缩水甘油和衍生物、三甲基丙烷三缩水甘油醚、三(4

羟基苯基)甲烷三缩水甘油醚、PEG二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、缩水甘油基甘油(三缩水甘油基)多官能醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、双酚A二缩水甘油醚和衍生物。65.根据权利要求64所述的方法,其中使用单体和聚合技术包括将所述涂层共价键合在所述聚合物表面上。66.根据权利要求64所述的方法,其中所述涂层吸附在所述固体载体表面上。67.根据权利要求36所述的方法,其中处理所述涂层以形成所述第二涂层部分包括以受控方式水解所述环氧化物基团以将所述环氧化物基团的一部分转化成表面二醇。68.根据权利要求67所述的方法,其中未转化成表面二醇的环氧化物基团的所述部分用于处理所述第一涂层部分,并且其中所述第一涂层部分缀合来自权利要求38

52的生物分子。69.根据权利要求67所述的方法,其中转化成表面二醇的环氧化物基团的所述部分大于约50%。70.根据权利要求69所述的方法,其中未转化成表面二醇的环氧化物基团的所述部分用于固定来自权利要求38

52的酶或亲和配体。71.根据权利要求36所述的方法,其中处理所述涂层包括将未打开的环氧化物水解成亲水性二醇以形成所述第一涂层部分,以及将所述亲水性二醇的一部分氧化成醛以用于经由还原胺化进行生物分子的生物缀合。72.根据权利要求71所述的方法,其中氧化所述亲水性二醇的一部分包括控制所述二醇的氧化程度以达到预定的氧化部分。73.根据权利要求71所述的方法,其中氧化成醛的亲水性二醇的量大于10%。74.根据权利要求71所述的方法,其中氧化成醛的二醇的量大于或等于50%。75.根据权利要求71所述的方法,其中所述生物分子是权利要求38

44中的酶。76.根据权利要求71所述的方法,其中所述生物分子是权利要求46

52中的亲和配体。77.根据权利要求71所述的方法,其中所述生物分子是含抗生物素蛋白的生物分子,并且用于固定生物素化的酶和亲和配体。78.根据权利要求71所述的方法,其中所述生物分子是酶和亲和配体的混合物。79.根据权利要求71所述的方法,其中所述生物分子是含有抗生物素蛋白的生物分子,以与生物素化的酶和亲和配体一起使用。80.根据权利要求36或38所述的方法,其中所述固体载体表面包括(1)二氧化硅、玻璃或杂化无机有机表面上的硅烷醇或(2)聚合物或纤维素表面上的羟基基团。81.根据权利要求36或38所述的方法,其中所述固体载体表面包括聚合物或纤维素表面上的表面羟基基团。82.根据权利要求36所述的方法,其中所述固体载体表面上的涂层覆盖率大于15μmol/m2。83.根据权利要求36所述的方法,其中所述第二涂层部分跨所述第一涂层部分的表面
分散。84.一种用于在用液相色谱检测设备处理之前对蛋白...

【专利技术属性】
技术研发人员:B
申请(专利权)人:沃特世科技公司
类型:发明
国别省市:

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