新型氟化表面活性剂的制作方法

本发明部分地涉及制备和使用表现出双重作用的表面活性剂：稳定亲氟相和非亲氟相之间的界面；并提供合适的活性部位以促进相关相内的生物活性和化学活性。

背景技术：

通常，表面活性剂分子对于稳定不混溶相之间的界面是必不可少的。特别令人感兴趣的是，由水相或亲油相和烃相或氟碳油相组成的乳液，需要使用表面活性剂。由于表面活性剂的主要目的是稳定相间的界面，所以表面活性剂分子设计的重点是使其在化学上和生物学上是惰性的。然而，在需要功能化表面活性剂的情况下，已经出现了新技术。特别感兴趣的是以选择性方式与特定生物或化学物质相互作用的表面活性剂。这种相互作用可以是例如用于标记或催化目的。

技术实现要素：

通常，本发明提供了两亲性氟化表面活性剂分子，其用于在存在亲氟连续相的情况下降低水相、烃相或固相的表面张力以及用于选择性地与生物分子和/或化学分子相互作用。在一些实施方式中，表面活性剂分子包括溶于亲氟连续相或亲氟表面、或者对亲氟连续相或亲氟表面有亲和力的一个或多个亲氟基团，以及溶于水相、亲油相、固体表面或其组合、或对水相、亲油相、固体表面或其组合具有亲和力的一个或多个头基，并且所述头基以特定模式(例如物理模式或化学模式)与存在于任何上述相或所有上述相中的生物实体或化学实体相互作用。本发明的表面活性剂及其组合可以提供足够的亲氟相和非亲氟相之间的界面的稳定性，并且可以提供合适的活性部位以促进相关相内的生物活性和化学活性。

本发明提供制备和使用生物活性的和化学活性的氟化表面活性剂分子的方法。氟化表面活性剂分子通过将一个或多个亲氟基团连接到一个或多个疏氟基团而形成，其中亲氟基团或疏氟基团或其组合被设计或选择为与化学物质或生物物质具有特异性相互作用。这种表面活性剂分子的一种使用方法是用在悬浮在亲氟油中的烃油或水滴的乳液中。这种表面活性剂分子的另一种使用方法是用在亲氟相和疏氟相的界面处。这种表面活性剂分子的另一种使用方法是与其他化学分子或生物分子、或者化学分子和生物分子两者的制剂具有特异性相互作用。亲氟成分和疏氟成分的性质、尺寸和相对尺寸可以根据使用表面活性剂分子的相和设置而变化。

在一些实施方式中，这种表面活性剂分子的使用方法是用在悬浮在亲氟油中的烃油或水滴的乳液中。

在一些实施方式中，这种表面活性剂分子的使用方法是用在亲氟相和疏氟相的界面处。疏氟相物质的非限制性实例包括水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、四氢呋喃或其组合。亲氟相物质的非限制性实例包括3-乙氧基-十二烷基氟基-2-三氟甲基-己烷、全氟三丁基胺、全氟甲基全氟二丁基胺、乙基九氟异丁基醚、乙基九氟丁基醚、甲基九氟丁基醚、全氟化油或其组合。

在一些实施方式中，这种表面活性剂分子的使用方法是与其他的化学分子或生物分子、或者化学分子和生物分子两者的制剂具有特异性相互作用。

在一些实施方式中，将表面活性剂分子溶解在亲氟相中、然后与疏氟相混合以形成乳液。使用例如振动器或乳化剂，可以以非受控的方式形成乳液。使用例如微流控装置，可以以受控的方式形成乳液。

在一些实施方式中，将表面活性剂分子溶解在疏氟相中、然后与亲氟相混合以形成乳液。使用例如振动器或乳化剂，可以以非受控的方式形成乳液。使用例如微流控装置，可以以受控的方式形成乳液。

在一些实施方式中，将表面活性剂分子溶解在疏氟相或溶解在亲氟相中，并且物理地或共价地施用于固相或固体表面。

附图说明

附图已经包括在本文中，使得本发明的上述特征、优点和目的将变得清楚并且可以被详细地理解。这些图形成了说明书的一部分。然而，应当注意，附图示出了本发明的适当实施方式并且不应被认为是限制本发明的范围。

图1示出了在不混溶相的界面处的与化学分子或生物分子相互作用的表面活性剂分子。

图2a、图2b和图2c示出了三种不同的实施方式，其中表面活性剂分子中的原子组的浓度和比例变化。

图3a、图3b和图3c示出了在所呈现的表面活性剂分子内原子组连接的方法的实例。

图4示出了由所呈现的表面活性剂分子促进的示例性缔合反应。

图5示出了由所呈现的表面活性剂分子促进的示例性解离反应。

具体实施方式

通常，表面活性剂分子被设计为降低不混溶相之间的表面张力。它们倾向于占据这些相之间的界面，同时通过一组原子锚定到每个相。例如，参考图1，设计成降低油(连续相(20))和水(不连续相(25))之间的表面张力的表面活性剂分子主要由两组原子组成：一组原子(30)被吸引到油相，另一组原子(35)被吸引到水相。这两组原子通过化学连接体(40)连接。可以存在这两组原子的各种组合。对于非限制性实例，被吸引到水相的一组原子可以结合到被吸引到油相的一组原子(参见图2a)。对于另一个非限制性实例，被吸引到水相的多组原子可以结合到被吸引到油相的一组原子(参见图2b)。对于另一个非限制性实例，被吸引到水相的一组原子可以结合到被吸引到油相的多组原子(参见图2c)。

除了上述一般描述之外，所呈现的表面活性剂分子被设计为表现出化学功能或生物功能。这种功能可以是将表面活性剂分子锚定在不混溶相的界面处的上述两组原子的一部分。对于非限制性实例，图1中的亲水基团(35)具有两种功能：将表面活性剂分子锚定在水相中；另一种功能是与水相的成分相互作用。在一些情形下，第三组原子(45)(参见图3a和图3b)物理地或化学地连接到上述两组原子上，并且可以进行将表面活性剂锚定在水相中以及与水相的成分相互作用中的任一功能或两种功能。基团(45)可以以各种方式连接到表面活性剂分子。对于非限制性实例，基团(45)可以连接到亲氟基团(30)，并且其中连接基团(40)可以相同或不同(参见图3a)。另一个非限制性实例，基团(45)可以连接到亲氟基团(30)和疏氟基团(35)两者，并且其中连接基团(40)可以相同或不同(参见图3b)。又一个非限制性实例，基团(45)可以连接到疏氟基团(35)，并且其中连接基团(40)可以相同或不同(参见图3c)。

化学功能或生物功能可以是将化学物质或生物物质吸引至界面，或催化在一个相或多个相中的一个反应或多个反应。所呈现的表面活性剂分子也可以作为有助于在一个相或多个相中的一个化学反应或多个化学反应的试剂之一。

非限制性实例是在官能团促进缔合反应中，化学上或物理上将多个基团(例如，图4中的基团(50)和基团(55)的缔合)组合成单个基团(例如，图4中的基团(60)))。

另一个非限制性实例是在官能团促进解离反应中，裂解基团之间的化学键或物理键(参见图5)。

生物功能可以与生物实体(如微生物及其成分(如脱氧核糖核酸、核糖核酸、蛋白质、肽、酶))相互作用。

如本文所用的“微生物”(即微生物(microbe))可以是单细胞生物或多细胞生物，包括例如原核生物(例如细菌和古细菌)、真核生物(例如原生动物、真菌、藻类、微观植物和动物)和病毒的有机体。例如，细菌可以是革兰氏阴性细菌或革兰氏阳性细菌。在具体实施方式中，微生物选自金黄色葡萄球菌(staphylococcusaureus)、链球菌(streptococcus)、大肠杆菌(e.coli)、铜绿假单胞菌(pseudomonasaeruginosa)、分枝杆菌、腺病毒、鼻病毒、天花病毒、流感病毒、疱疹病毒、人类免疫缺陷病毒(hiv)、狂犬病毒、基孔肯雅(chikungunya)、严重急性呼吸综合征(sars)、疟疾、登革热、结核病、脑膜炎、伤寒、黄热病、埃博拉病毒、志贺菌、李斯特菌、耶尔森菌、西尼罗河病毒、原生动物、真菌、肠炎沙门氏菌(salmonellaenterica)、白色念珠菌(candidaalbicans)、须毛癣(trichophytonmentagrophytes)、脊髓灰质炎病毒、产气肠杆菌(enterobacteraerogenes)、伤寒沙门氏菌(salmonellatyphi)、肺炎克雷伯杆菌(klebsiellapneumonia)、巴西曲霉(aspergillusbrasiliensis)和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(mrsa)或其任意组合。

所提供物质的一个目的可以是促进界面处或界面之外的某些反应或相互作用。目的还可以是将某些生物物质或化学物质募集到界面。

现在将描述某些示例性实施方式以提供对本文呈现的设备和方法的结构、功能、制造和使用的原理的全面理解。在附图中示出了这些实施方式的一个或多个示例。本领域技术人员将理解，本文中具体描述并在附图中示出的材料、装置和方法是非限制性的示例性的实施方式，并且本发明的范围仅由权利要求限定。结合一个示例性实施方式示出或描述的特征可以与其他实施方式的特征组合。这样的修改和变化旨在包括在本发明的范围内。

本文引用的所有出版物、专利和专利申请，无论上下文，均通过引用整体并入本文。如本说明书和所附权利要求中所使用的，除非内容另有明确规定，否则单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该”包括复数形式。本发明中使用的术语符合本领域普通技术人员普遍接受的标准定义。如果可能需要任何进一步的解释，下面已经进一步说明了一些术语。

本发明提供了表面活性剂分子的结构。在一些实施方式中，表面活性剂分子的成分可以是亲氟的、因此溶于氟油，或亲油的、因此溶于油。相同表面活性剂分子的其它片段可以是亲水的，因此溶于水溶液。表面活性剂分子的片段可以被吸引到某些固体表面。表面活性剂分子的上述片段或其它片段可以是化学活性的、生物学活性的、或化学和生物学活性的。

本发明还提供了所呈现的活性表面活性剂分子的合成过程。这样的过程描述了具有将最终表面活性剂分子锚定在预期的相的功能的原子组和具有与化学部分或生物部分、或化学和生物部分相互作用的功能的原子组的连接。

亲氟片段的实例包括但不限于部分氟化或完全氟化的直链烃、支链烃、环状烃、饱和烃或不饱和烃。当烃部分氟化时，碳原子上的1％至99％的氢原子被氟原子取代。当烃完全氟化(全氟化)时，碳原子上的100％的氢原子被氟原子取代。该亲氟成分可以任选地包括至少一个杂原子。

亲氟片段的实例包括但不限于部分或完全氟化的醚及其聚合物、部分或完全氟化的乙烯亚胺及其聚合物、部分或完全氟化的硫醚及其聚合物、部分或完全氟化的硅烷基醚(silylether)及其聚合物以及衍生物、及其任意组合。

生物活性片段的实例包括但不限于抗体、抗体受体、蛋白质、蛋白质受体、氨基酸、氨基酸受体、细胞受体、微生物受体、生物素、链霉亲和素、亲和素、荧光素、罗丹明、叶酸、酶、生物催化剂、马来酰亚胺、脂质、糖脂、鼠李糖脂、胆固醇、油酸、维生素、1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺、融合蛋白标记、6-氯己烷衍生物、halo标签、苄基鸟嘌呤衍生物、snap标签、苄基胞嘧啶衍生物、clip标签、acp标签标记、mcp标签标记、肝素、壳聚糖、乳糖(天然的和合成的)、唾液乳糖、单糖和多糖、及其衍生物和组合。

化学活性片段的实例包括但不限于催化剂，例如过渡金属、过渡金属络合物、共价有机催化试剂和非共价有机催化试剂。

在一些实施方式中，亲氟成分与疏氟成分的连接是化学转化，例如其中一个官能团被另一官能团取代的取代反应。例如，包含胺基的物质可以与酸反应以形成酰胺键。在另一个实例中，包含卤化物的物质可以与含羟基的片段反应形成醚键。

在一些实施方式中，表面活性剂分子可以溶解在氟相中，氟相又与非氟相混合。将这两个相混合以形成乳液，其中表面活性剂分子位于这两个相的界面。

在一些实施方式中，表面活性剂分子可以溶解在氟相中，氟相又在微流控装置中与非氟相混合。控制这两个相的流动以在氟相的连续流中产生非氟液滴。所产生的液滴的尺寸分布可以是高度均一的。

在一些实施方式中，表面活性剂分子可以溶解在非氟相中。将所得的非氟相与氟相混合，然后按照上述过程生成乳液和液滴。

在一些实施方式中，表面活性剂分子可以溶解在流体中。然后使所得的流体在固体表面上流动，包括与珠和树脂混合，允许表面活性剂分子沉积在固体表面上。

在一些实施方式中，表面活性剂分子可以溶解在流体相中。然后使所得的流体相在固体表面上流动，包括与珠和树脂混合。然后通过蒸馏或蒸发除去流体，允许表面活性剂分子沉积在固体表面上。

为了更有效地理解本文公开的主题，以下提供了实施例。应当理解，这些实施例仅用于说明目的，而不应被解释为以任何方式限制所要求保护的主题。除非另有说明，否则在这些实施例中，根据maniatis等人的molecularcloning-alaboratorymanual，第2版，coldspringharborpress(1989)中描述的方法、使用市售的试剂，进行分子克隆反应和其它标准重组dna技术。

实施例

实施例1：[全氟聚醚]-[聚(乙二醇)]-生物素的合成

作为实验工作的实例，[全氟聚醚]-[聚(乙二醇)]-生物素的合成按照以下这些步骤：将100ml单颈圆底烧瓶安装磁力搅拌棒和橡胶塞。在惰性气体的正压下加入0.05毫摩尔生物素-[聚(乙二醇)]胺，然后加入5毫升无水thf和0.075毫摩尔net3。在试剂加入结束时，加入5毫升作为氟相的0.05毫摩尔全氟聚醚草酰氯。氟相的加入使无色溶液转变成白色乳液。将最终的白色乳液在室温下搅拌过夜。第二天，在真空下除去所有挥发性的试剂和溶剂。然后将乳白色溶液通过烧结玻璃过滤器过滤。将滤液在旋转蒸发仪上抽真空，得到油状产物。

实施例2：[全氟聚醚]-[聚(乙二醇)]-生物素的合成

作为合成[全氟聚醚]-[聚(乙二醇)]-生物素的实验工作的实例，按照以下这些步骤：将100ml单颈圆底烧瓶安装磁力搅拌棒和橡胶塞。在惰性气体的正压下加入0.05毫摩尔生物素-[聚(乙二醇)]溴，然后加入5毫升无水thf。在试剂加入结束时，加入5毫升作为氟相的0.05毫摩尔全氟聚醚氧化锂。氟相的加入使无色溶液转变成白色乳液。将最终的白色乳液在室温下搅拌过夜。第二天，在真空下除去所有挥发性的试剂和溶剂。然后将乳白色溶液通过烧结玻璃过滤器过滤。将滤液在旋转蒸发仪上抽真空，得到油状产物。

实施例3：全氟聚醚-乳糖的合成

作为实验工作的实例，全氟聚醚-乳糖的合成按照以下这些步骤：将100ml单颈圆底烧瓶安装磁力搅拌棒和橡胶塞。在惰性气体的正压下加入0.058毫摩尔乳糖胺衍生物，然后加入5毫升无水thf和0.087毫摩尔net3。在试剂加入结束时，加入5毫升作为氟相的0.058毫摩尔全氟聚醚草酰氯。氟相的加入使无色溶液转变成白色乳液。将最终的白色乳液在室温下搅拌过夜。第二天，在真空下除去所有挥发性的试剂和溶剂。然后将乳白色溶液通过烧结玻璃过滤器过滤。将滤液在旋转蒸发仪上抽真空，得到清澈的油。

实施例4：[全氟聚醚]-[聚(乙二醇)]-荧光素的合成

作为实验工作的实例，[全氟聚醚]-[聚(乙二醇)]-荧光素的合成按照以下这些步骤：将100ml单颈圆底烧瓶安装磁力搅拌棒和橡胶塞。在惰性气体的正压下加入0.05毫摩尔荧光素胺，然后加入5毫升无水thf和0.075毫摩尔net3。在试剂加入结束时，加入5毫升作为氟相的0.05毫摩尔全氟聚醚草酰氯。氟相的加入使无色溶液转变成白色乳液。然后将橡胶塞用玻璃流体控制接头代替并将最终的白色乳液在室温下搅拌过夜。第二天，在真空下除去所有挥发性的试剂和溶剂。然后将乳白色溶液通过烧结玻璃过滤器过滤。将滤液在旋转蒸发仪上抽真空，得到油状产物。

实施例5：[全氟聚醚]-[聚(乙二醇)]-荧光素的合成

作为合成[全氟聚醚]-[聚(乙二醇)]-荧光素实验工作的又一个实例，按照以下这些步骤：将100ml单颈圆底烧瓶安装磁力搅拌棒和橡胶塞。在惰性气体的正压下加入0.05毫摩尔氯化荧光素，然后加入5毫升无水thf。在试剂加入结束时，加入5毫升作为氟相的0.05毫摩尔全氟聚醚氧化锂。氟相的加入使无色溶液转变成白色乳液。将最终的白色乳液在室温下搅拌过夜。第二天，在真空下除去所有挥发性的试剂和溶剂。然后将乳白色溶液通过烧结玻璃过滤器过滤。将滤液在旋转蒸发仪上抽真空，得到油状产物。

实施例6：[全氟聚醚]-[聚(乙二醇)]-链霉亲和素的合成

作为实验工作的另一个实例，[全氟聚醚]-[聚(乙二醇)]-链霉亲和素的合成按照以下这些步骤：将100ml单颈圆底烧瓶安装磁力搅拌棒和橡胶塞。在惰性气体的正压下加入0.05毫摩尔链霉亲和素胺，然后加入5毫升无水thf和0.075毫摩尔net3。在试剂加入结束时，加入5毫升作为氟相的0.05毫摩尔全氟聚醚草酰氯。氟相的加入使无色溶液转变成白色乳液。然后将橡胶塞用玻璃流体控制接头代替并将最终的白色乳液在室温下搅拌过夜。第二天，在真空下除去所有挥发性的试剂和溶剂。然后将乳白色溶液通过烧结玻璃过滤器过滤。将滤液在旋转蒸发仪上抽真空，得到油状产物。

实施例7：[全氟聚醚]-[聚(乙二醇)]-苄基鸟嘌呤的合成

作为实验工作的实例，[全氟聚醚]-[聚(乙二醇)]-苄基鸟嘌呤的合成按照以下这些步骤：将100ml单颈圆底烧瓶安装磁力搅拌棒和橡胶塞。在惰性气体的正压下加入0.05毫摩尔苄基鸟嘌呤-[聚(乙二醇)]胺，然后加入5毫升无水thf和0.075毫摩尔net3。在试剂加入结束时，加入5毫升作为氟相的0.05毫摩尔全氟聚醚草酰氯。氟相的加入使无色溶液转变成白色乳液。将最终的白色乳液在室温下搅拌过夜。第二天，在真空下除去所有挥发性的试剂和溶剂。然后将乳白色溶液通过烧结玻璃过滤器过滤。将滤液在旋转蒸发仪上抽真空，得到油状产物。

实施例8：[全氟聚醚]-[聚(乙二醇)]-苄基鸟嘌呤的合成

作为合成[全氟聚醚]-[聚(乙二醇)]-苄基鸟嘌呤实验工作的实例，按照以下这些步骤：将100ml单颈圆底烧瓶安装磁力搅拌棒和橡胶塞。在惰性气体的正压下加入0.05毫摩尔苄基鸟嘌呤-[聚(乙二醇)]溴，然后加入5毫升无水thf。在试剂加入结束时，加入5毫升作为氟相的0.05毫摩尔全氟聚醚氧化锂。氟相的加入使无色溶液转变成白色乳液。将最终的白色乳液在室温下搅拌过夜。第二天，在真空下除去所有挥发性的试剂和溶剂。然后将乳白色溶液通过烧结玻璃过滤器过滤。将滤液在旋转蒸发仪上抽真空，得到油状产物。

实施例9：[全氟聚醚]-[聚(乙二醇)]-氯己烷的合成

作为实验工作的实例，[全氟聚醚]-[聚(乙二醇)]-氯己烷的合成按照以下这些步骤：将100ml单颈圆底烧瓶安装磁力搅拌棒和橡胶塞。在惰性气体的正压下加入0.05毫摩尔6-氯己烷-[聚(乙二醇)]胺，然后加入5毫升无水thf和0.075毫摩尔net3。在试剂加入结束时，加入5毫升作为氟相的0.05毫摩尔全氟聚醚草酰氯。氟相的加入使无色溶液转变成白色乳液。将最终的白色乳液在室温下搅拌过夜。第二天，在真空下除去所有挥发性的试剂和溶剂。然后将乳白色溶液通过烧结玻璃过滤器过滤。将滤液在旋转蒸发仪上抽真空，得到油状产物。

实施例10：[全氟聚醚]-[聚(乙二醇)]-氯己烷的合成

作为合成[全氟聚醚]-[聚(乙二醇)]-氯己烷实验工作的实例，按照以下这些步骤：将100ml单颈圆底烧瓶安装磁力搅拌棒和橡胶塞。在惰性气体的正压下加入0.05毫摩尔6-氯己烷-[聚(乙二醇)]溴，然后加入5毫升无水thf。在试剂加入结束时，加入5毫升作为氟相的0.05毫摩尔全氟聚醚氧化锂。氟相的加入使无色溶液转变成白色乳液。将最终的白色乳液在室温下搅拌过夜。第二天，在真空下除去所有挥发性的试剂和溶剂。然后将乳白色溶液通过烧结玻璃过滤器过滤。将滤液在旋转蒸发仪上抽真空，得到油状产物。

除了本文所描述的主题之外，所描述的主题的各种变型对于本领域技术人员来说将从上述描述中变得显而易见。这样的变型也旨在落在所附权利要求的范围内。