适于紫外线检测的聚合物装置的制作方法

专利名称：适于紫外线检测的聚合物装置的制作方法
专利说明适于紫外线检测的聚合物装置 发明领域 本发明涉及基于聚合物的装置及其制备方法。该装置适于液体介质中诸如蛋白质和核酸的生物分子的紫外线检测。

背景技术：
大量的文献涉及开发适于紫外线(UV)检测的装置，其一般用作生物分子过滤、或色谱分析或电泳分离系统中的检测器。
传统上，石英是用于UV检测装置中的优选材料，因为其是UV可穿透的。然而，石英有许多的缺点其比聚合材料更贵，并且石英装置的生产方法相对复杂且昂贵。因此，石英装置不适合用于一次性系统。对一次性系统存在显著的兴趣，尤其是用于严格控制的过程，例如用于药物应用的化学物质、生物分子或其它组分的分离或纯化。在此类系统中使用的材料必须满足美国药典(USP)VI类的要求，以保证在使用的过程中它们不会释放有害物质。尽管这一标准对用于分析目的系统具有较小的关联性，然而其对用于制备目的的系统是极其重要的标准。此类用于制备目的的系统应当还提供无菌的环境，以满足此类应用的严格卫生要求。因此，应当可以对该系统进行消毒。在本文中将消毒解释为减少微生物群的意思。
可通过应用许多种方法对设备消毒，例如通过应用100％环氧乙烯气体。然而，这一方法具有许多缺点。首先，消毒后，必须将该设备转移至充气室中，其保持在该充气室中直到气体被驱散并且可以安全的使用该设备。此外，该气体可能没有深入到待消毒设备内的所有腔，并且封条可能是紧张的。此外，可能必须使用气体可渗透包装材料，以允许气体通过。
γ辐射是用于消毒设备的另一种方法。在本文中将γ辐射消毒解释为通过应用γ辐射减少微生物群的意思。一般而言，将25kGy的辐射剂量用于这一目的，并且该辐射源一般是60Co，但也可以使用137Cs。辐射剂量应当为至少15kGy。对于少于15kGy的辐射剂量(例如，10kGy)，管理机构需要存在于待消毒系统上所有细菌的清单，以及所有列出的细菌均被杀死的证据。因此，优选应用高于15kGy的辐射剂量。在测试USP<85>中提供了γ辐射后的无菌可接受的测试标准，并且包括流通道内微生物载量(CFU/100ml)和内毒素水平(EU/ml)的结果。应用γ辐射克服了上面提到的环氧乙烯消毒的缺陷。在γ辐射期间，设备的包装保持完整且封条不紧张。γ辐射可穿透深入大多数材料，并且排除了对气体可渗透包装材料的需要。在γ辐射后，可以直接使用该设备，因为其不留有有害残余或污染物。
用于非UV检测的装置的通过γ辐射的设备消毒是本领域公知的。因此，例如，用于生物膜生长在线显微研究的连续培养室或流通池是可获得的(例如，Stovall Life Sciences，Inc.，参见www.slscience.com/flowcell)。由于在此类应用中应用了可见光，与UV检测相反，可以应用许多材料，这些材料即使在γ辐射后在可见范围内仍然可透射。
在WO02/29397中描述了在用于UV检测的装置中应用聚合物材料。WO02/29397公开了在UV检测装置中应用环烯共聚物或无定形氟聚合物(优选称为Teflon

的氟聚合物)。其还公开的应用

(乙烯和降冰片烯共聚物)，据说其在250nm以上以＞50％的效率透射UV。然而，多数环烯共聚物(从降冰片烯单体制得的聚合物)不是USP分类的。此外，许多环烯共聚物在γ辐射处理后将阻断UV辐射。实际上，在经过γ辐射处理后，多数聚合物倾向于阻断UV辐射。作为原料Teflon

无定形氟聚合物非常昂贵，这使得对于一次性装置是经济上不适合的。
美国专利5,885,470公开了由聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨基甲酸酯、聚砜、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)和聚碳酸酯制得的聚合物装置。这些材料的每一种都有缺点。根据WO02/29397，PDMS和聚氨基甲酸酯不是可注模的，PVC一般是化学不纯的，PMMA和聚碳酸酯不是特别UV可穿透的(300nm以下)，以及PTFE一般为光学不透明的。此外，作为原料和进行加工，聚砜都是非常昂贵的。
发明概述 本发明的一个目的是提供用于UV检测的装置，适合用于分离和纯化在药物应用中使用的化学物质、生物分子或其它组分。此类系统应当提供消毒环境以满足此类应用的严格要求。因此，应当能够通过应用γ辐射消毒该系统。γ辐射是用于例如在分离或纯化生物分子之前消毒装置的优选方法。应当理解，取决于所使用的γ辐射的剂量，在该装置中存在的微生物群可能没有被完全消灭，而是在数量上显著减少。不幸的是，多数聚合物在用γ辐射处理后，倾向于阻断UV辐射。此外，在γ辐射后，UV辐射对多数聚合物具有漂白效果，因此，聚合物暴露于UV辐射的时间越长，则该聚合物的UV吸收就越减少。这一效果导致UV检测的不稳定信号，这是一个缺点。
出人意料地，已发现聚丙烯即使在用γ辐射消毒后，仍然可用于UV检测装置。尽管在γ辐射后，多数聚合物在用UV辐射照射时，其UV吸收随着时间降低，但这没有在聚丙烯中发现令人惊讶地发现聚丙烯的UV吸收保持得非常稳定，即使在延长时间(最长达40小时)的UV辐射后也如此(表1)。时间稳定性是重要的，因为分离或纯化实验的一般运行时间都相对长(约10小时)并且该应用需要的是维持检测器稳定性＜10mAU/h。如从表1中可看到，在γ辐射后，聚丙烯提供了比这显著更好的UV吸收稳定性。如从

图1可看到，与PMMA相比，聚丙烯提供了显著改善的UV吸收稳定性。在具有约5mm2光斑尺寸的使用的实验设置中，估计到达流通池的总UV辐射强度约为3μW(表2)，得到约0.6μW/mm2的到达流通池的估计总UV辐射强度。
传统上认为聚丙烯不能作为用于UV检测的合适材料，因为对于1mm厚的材料层而言，UV仅透射约13％(±1％，λ＝280nm，在用γ辐射消毒后，对聚丙烯测量，RF830MO，从Borealis，Norway获得的医学质量)。然而，现已发现，当应用高强度UV光源，例如光发射二极管(LED)时，这一透射是足够的。可从若干个供应商获得提供UV辐射的LED，例如Sensor Electronic Technology Inc.(Columbia，South Carolina，USA)。尽管多数UV辐射源产生非常高的热，使得它们能够很容易引起聚合物(如热塑性塑料)变软或熔解，然而LED一般不会这样。聚丙烯是可注模的，并且作为原料和进行加工，其都是便宜的。此外，可以获得满足USP VI类要求的质量的聚丙烯，该标准使得其适合用于在高度控制环境中操作的系统，例如，用于分离、纯化和制备用于医学或制药应用的化学物质、生物分子、药物或其它组分的系统。
因此，根据本发明的第一方面，提供了包含通过样本流通室分开的流体入口和流体出口的流通池，所述样本流通室包含至少一个UV穿透窗口，其特征在于所述至少一个UV穿透窗口由聚合物材料制得并且经过γ辐射消毒。本文中词语“聚合物”定义为“有机聚合物”。
一方面，将至少10kGy的剂量用于γ辐射消毒。
另一方面，在经过γ辐射消毒后，该聚合物材料在280nm的波长下具有每mm1％-40％的UV透射率。
再一方面，在经受γ辐射消毒后，在暴露于约0.6μW/mm2的强度的UV光72小时期间，该聚合物材料的透射率不会变化超过10％。
另一方面，在经受γ辐射消毒后，在暴露于约0.6μW/mm2的强度的UV光48小时期间，该聚合物材料的透射率不会变化超过10％。
一方面，在经受γ辐射消毒后，该聚合物材料的UV透射率每mm大于2％且少于30％。在经受γ辐射消毒后，该聚合物材料的UV透射率优选每mm大于5％且少于20％。在经受γ辐射消毒后，该聚合物材料的UV透射率更优选每mm大于12％且少于18％。
可容易地将本发明的流通池装到分离、纯化或制备系统中，也很容易从该系统中卸下，不需要使用传统偶联装置，例如螺旋装置、箍和套管。在本发明中，通过应用特别构造的覆盖该UV检测装置主要部分的密封工具达到这一目的。该密封工具由不透明材料制得，以最小化进入该检测器的散射光，因此基本上没有UV辐射、可见辐射或近红外辐射可以通过该材料。该密封工具还可以包含UV辐射透射窗口。
一方面，该流通池是可燃的。这对于一次性系统是有利的，因为其最小化化学污染的危险，并且减少了环境负担。
根据本发明的第二方面，提供了制备上文描述的流通池的方法，其中该流通池通过模制制造。
根据本发明的第三方面，提供了制备上文描述的流通池的方法，其中该流通池通过注模制造。
根据本发明的第四方面，提供了制备上文描述的流通池的方法，其中该流通池通过挤压制造。
根据本发明的第五方面，提供了制备上文描述的流通池的方法，其中该流通池通过共挤压制造。
根据本发明的第六方面，提供了应用上文描述的流通池测量样本UV吸收的方法。在第六方面的一个实施方案中，通过光发射二极管(LED)提供UV辐射。
根据本发明的第七方面，提供了试剂盒，其包含上文描述的流通池，以及UV吸收检测器，所述检测器在一侧开口，以通过将该单元简单地装在一侧从而便于不需松开该管地更换流通池。
本领域技术人员将能理解，在本发明的另一方面，提供了包含通过样本流通室分开的流体入口和流体出口的流通池，所述样本流通室包含至少一个UV穿透窗口，其特征在于所述至少一个UV穿透窗口由聚合物材料制得，在经过γ辐射消毒后，该聚合物材料在280nm的波长下具有每mm1％-40％的UV透射率。优选地，在经受γ辐射消毒后，该聚合物材料的UV透射率每mm大于2％且少于30％。更优选地，在经受γ辐射消毒后，该聚合物材料的UV透射率每mm大于5％且少于20％。最优选地，在经受γ辐射消毒后，该聚合物材料的UV透射率每mm大于12％且少于18％。最优选地，该流通池是可燃的。
本领域技术人员能够理解，包含至少一个由聚合物材料制得且经过γ辐射消毒的UV穿透窗口的比色杯适合用于测量样本UV吸收的方法中。优选地，该比色杯已经经受了至少10kGy剂量的γ辐射消毒。更优选地，在经过辐射消毒后，该聚合物材料在280nm的波长下具有每mm1％-40％的UV透射率。更优选地，在经受γ辐射消毒后，该聚合物材料具有每mm大于15％且少于18％的UV透射率。最优选地，该比色杯是可燃的。
发明简述 图1是示出了与PMMA相比较的聚丙烯UV吸收稳定性(λ＝280nm)的图。
图2是根据本发明的流通池的第一个实施方案的示意透视图。
图3是根据本发明的流通池的第二个实施方案的示意透视图。
图4是示出了根据本发明的流通池的一个实施方案如何可与液体流通通道连接的示意透视分解图。
发明详述 通常将根据本发明的聚合物流通池置于UV辐射源和UV辐射检测器之间。
UV辐射源可以是汞(Hg)灯、氘灯、氙灯、光发射二极管(LED)、空心阴极灯、激光或本领域技术人员公知的任何其它UV辐射源。应用多个同类辐射源、或联合应用不同的辐射源也在本发明的范围之内。由于其低的热产生以及此类辐射源的稳定性，优选使用LED。
UV辐射检测器可以是光电倍增管、光电二极管、CCD相机或本领域技术人员公知的任何其它UV检测器。本领域技术人员能够理解，还可将分光光度计用作UV检测器。应用多个同类检测器，或联合应用不同的检测器(例如，其具有对不同波长辐射的不同的反应，和/或具有不同的动态范围)也在本发明的范围内。一般地，使用相同类型和性能的两个检测器一个样本检测器用于测量样本信号，以及一个参照检测器检测参照信号。
通常通过应用位于UV源和流通池之间的分光镜将来自UV源的辐射束分为两个独立的束。第一束从分光镜通过流通池进入样本检测器。通常使第二束反射，使得其不经过流通池即进入参照检测器。
备选地，可将两个束引导至同一个检测器。在这种情况下，应用光断续器和一些镜子交替地引导该光线直接进入检测器或通过样本进入检测器。
根据本发明的流通池可以具有0.2-15mm范围内的光程(在图2中用H标记)。具有不同光程的流通池提供了不同的测量动态范围。1mm的光程适于光密样本，而5mm的光程适于具有低光学密度的样本。尽管在图中仅应用了一个流通池以例示根据本发明的流通池的不同实施方案的实施例，应用串联的两个或更多个流通池也是可以想到的。通过串联若干个具有不同光程的流通池，可以增加系统的动态范围。还可以并联两个或更多个根据本发明的流通池。为最小化并联流通池的谱带增宽效应，可以应用流导阀，以引导样本在一定时间相继地流入流通池。可以以预定的间隔转换并联流通池之间的样本流。备选地，可以响应从UV辐射测量得到的信号而转换并联流通池之间的样本流。
图1是展现了聚丙烯与PMMA相比较的UV吸收稳定性的图。在本发明的一个实施方案中，流通池由聚丙烯制得。
图2是根据本发明的流通池(10)的一个实施方案的示意透视图。尽管此处阐明的是基本上正方形的，但该流通池(10)可以是任何几何形状。该流通池被成形为由壁(14)包围的室(12)，预期入口(16)将液体流接受至流通池(10)中，以及预期出口(18)将液体流运出流通池(10)。显示流通池(10)为具有成形为矩形的横截面，所述矩形具有两个短侧和两个长侧，但是其它形状也是可以想得到的，诸如正方形、椭圆形、圆形等，其中所述室(12)由两对相互连接的壁限定——一对短壁(20’，20”)和一对长壁(22’，22”)。形成每对壁的两个壁(20’，20”，22’，22”)通常是彼此平行并对齐的。该两对壁(20’-22”)以彼此90度的角度放置，形成流通池(10)的室(12)。所述流通池的壁(22’-22”)具有＜2mm，优选＜1.5mm，更优选＜1.0mm，甚至更优选＜0.5mm的厚度，以促进UV辐射的穿透。在使用期间，预期UV光从流通池外侧的UV辐射源(未显示)穿过壁(22’)，穿过室(12)，并穿出壁(22”)，到达UV辐射检测器。因此，壁(22’，22”)扮演进出室(12)的窗口的角色。壁22’和22”的内表面之间的距离(H)优选为1-5mm的范围。作为壁，在所示实施方案中22’、22”基本上是连续的，可以理解，仅存在一个用于UV光进入和离开室(12)的窗口。还可以理解，其它的实施方案也是可能的，其中流通池具有圆形或管状结构，其仅需要存在单个、连续的窗口。本领域技术人员还可以理解，在其它实施方案中，可以在单个窗口的对面放置镜面。流通池(10)具有小于500mm2，优选小于50mm2的横截面面积，且具有小于100mm，优选小于20mm的长(L)。在这些范围内的尺寸下，流通池的反压通常为＜0.5巴，在对于水溶液的25ml/min-9L/min之间的液体流速下操作。当在用于色谱分离的系统中使用时，在25ml/min-9L/min之间的液体流速下操作，估计根据本发明的流通池的谱带增宽效应小于10％。
流通池(10)优选由可模制的材料生产。此外，流通池(10)的材料优选满足USP VI类材料的要求。甚至更优选地，流通池(10)的材料是验证了的USP VI类材料。根据本发明的流通池(10)可以通过应用模制生产。此外，可通过应用注模生产根据本发明的流通池(10)。还可以通过应用挤压生产根据本发明的流通池(10)。可以通过应用共-挤压生产根据本发明的流通池(10)。优选以一个单件模制流通池(10)，但也可以从若干个部分组装流通池(10)。表3列出了可以用于生产根据本发明的流通池(10)的不同材料实例的非穷举结果。
图3是根据本发明的另一实施方案的示意透视图。将特异设计的密封工具(30)装配在流通池(10)外侧，以提供可密封的流通池(31)。该单密封工具(30)在流通池(10)入口(16)和出口(18)末端均提供了密封，并且如果在装配或使用期间遭遇冲击或振动的话，其还保护了可能脆弱的流通池(10)不被打碎。该密封工具(30)优选覆盖流通池(10)的所有壁，除了至少一个UV辐射透过窗口(44)之外。该密封工具(30)优选由不透明材料(在一个实施方案中，SantopreneTM TPV 181-64MED，Exxon Mobile Chemical，USA)制得，因此基本上没有UV辐射、可见辐射或近红外辐射能够通过该材料。因此，进入流通池以及检测器的散射光减到最小。
使密封工具(30)成形为适合上述流通池(10)的外侧。因此，一般地使密封工具(30)形成为由至少一个壁(32)、预期提供围绕流通池(10)入口部分(16)密封的入口部分(34)和预期提供围绕流通池(10)出口部分(18)密封的出口部分(36)限定的壳。该密封工具(30)被显示为具有成形为矩形的横截面(但是其它横截面形状，诸如正方形、椭圆形、圆形等也是可以想得到的)，并且包括由两对壁(40’，40”，42’，42”)限定的室(38)。所述室(38)被设计为紧密地包住流通池(10)，并围绕其密封。形成每一对壁的两个壁(40’，40”，42’，42”)一般相互平行并对齐。两对壁以相互90度的角度放置，形密封工具(30)的室(38)。一对壁优选在每一壁上具有UV辐射透过窗口(44)。该两个窗口(44)彼此相对放置并对齐，因此UV辐射光束能够穿过两个窗口。该窗口可以是任意几何形状。优选使该窗口(44)形成为圆形。图3所示的可密封流通池(31)显示为具有两个UV辐射透过窗口(44)，但仅用一个窗口(44)或超过两个窗口(44)也是可以想得到的。任选地，该密封工具包含环绕UV辐射透过窗口(44)的凸起的边缘(46)，以提供帮助密封进或出流通池(10)的光路的结构。在实线显示的实施方案中，流通池(10)的端面没有被密封工具覆盖，其允许简化流通池/密封工具部件的生产。然而，这一实施方案具有光从暴露的端面进入流通池的危险，在本发明优选的实施方案中，流通池(10)暴露的端面也被不透明密封工具覆盖，如图3中虚线所示。
密封工具(30)的壁(40’-42”)优选具有＜3mm，优选＜1.5mm，更优选＜1.0mm，甚至更优选＜0.5mm的厚度。密封工具(30)优选是有弹性的，以有助于密封流通池和意图使用该密封工具的系统的其它组件。密封工具(30)优选由可模制材料生产。此外，密封工具(30)的材料优选满足USPVI类材料的要求。甚至更优选地，密封工具(30)的材料是验证了的USP VI类材料。在一个实施方案中，作为分开的部分生产流通池(10)和密封工具(30)，例如通过应用模制。然而，当然也可以作为单个部分生产流通池(10)和密封工具(30)，例如通过应用序贯模制。
可通过应用模制生产根据本发明的可密封的流通池(31)。此外，可通过应用注模生产根据本发明的可密封的流通池(31)。还可以通过应用挤压生产根据本发明的可密封的流通池(31)。此外，还可以通过应用共-挤压生产根据本发明的可密封的流通池(31)。优选以一个单件模制可密封的流通池(31)，但也可以从若干个部分组装可密封的流通池(31)。
图4是阐明了根据本发明的可密封流通池(31)的实施方案如何可与液体流通道(50，52)连接的示意透视分解图。在密封工具(30)内部包含流通池(10)的可密封流通池(31)很容易地被插入到系统中，以与液体流通道(50，52)连接，不需要使用标准的套管和箍。可通过应用支架(54，56)使密封工具(30)内部的流通池(10)连接至液体流通道(50，52)，如图4所示。当然，也可以将该支架直接模制在装在外面的密封工具(30)材料上，或直接模制在流通池(10)上面。
密封工具(30)使得能够应用在一侧开口的UV检测器。在所示的实施方案中，可以不用松开管，仅通过从侧面滑入流通池即可更换流通池。如果流通池和连接的液体流通道是作为一个整体消毒的话，这是有利的。
根据本发明的流通池适用于测量样品UV吸收的方法中。此外，根据本发明的流通池适用于在色谱系统或过滤系统中测量样品UV吸收的方法中。UV辐射源可以是本领域技术人员公知的任何源。在一个测量样品UV吸收的方法中，由LED提供UV能量。
表1 在用γ辐射(20-30kGy)消毒后1mm聚丙烯的UV吸收(mAU，λ＝280nm) 表2 到达流通池的UV辐射(λ＝280nm)总强度的估测，计算自所使用的仪器和光学设置。


权利要求
1.包含通过样本流通室(12)分开的流体入口(16)和流体出口(18)的流通池(10)，所述样本流通室(12)包含至少一个UV穿透窗口(22’)，其特征在于所述至少一个UV穿透窗口(22’)由聚合物材料制得并且经过γ辐射消毒。
2.权利要求1的流通池，其特征在于将10kGy的剂量用于所述的γ辐射消毒。
3.权利要求1-2任一项的流通池，其特征在于在经受γ辐射消毒后，所述聚合物材料在280nm的波长下具有每mm 1％-40％的UV透射率。
4.权利要求1-3任一项的流通池，其特征在于在经受γ辐射消毒后，在暴露于约0.6μW/mm2的强度的UV光72小时期间，所述聚合物材料的透射率不会变化超过10％。
5.权利要求1-3任一项的流通池，其特征在于在经受γ辐射消毒后，在暴露于约0.6μW/mm2的强度的UV光48小时期间，该聚合物材料的透射率不会变化超过10％。
6.权利要求1-5任一项的流通池，其特征在于在经受γ辐射消毒后，该聚合物材料的UV透射率每mm大于2％且少于30％。
7.权利要求1-6任一项的流通池，其特征在于在经受γ辐射消毒后，该聚合物材料的UV透射率每mm大于5％且少于20％。
8.权利要求1-7任一项的流通池，其特征在于在经受γ辐射消毒后，该聚合物材料的UV透射率每mm大于12％且少于18％。
9.权利要求1-8任一项的流通池，其特征在于在所述流通池外侧装有密封工具(30)，以提供可密封的流通池(31)。
10.权利要求9的流通池，其特征在于该密封工具由不透明材料制得，因此基本上没有UV辐射、可见辐射或近红外辐射可以通过该材料，所述密封工具还包含UV辐射穿透窗口(44)。
11.权利要求1-10的流通池，其特征在于是可燃烧的。
12.生产权利要求1-11任一项的流通池的方法，其特征在于通过模制制造所述流通池。
13.生产权利要求1-11任一项的流通池的方法，其特征在于通过注模制造所述流通池。
14.生产权利要求1-11任一项的流通池的方法，其特征在于通过挤压制造所述流通池。
15.生产权利要求1-11任一项的流通池的方法，其特征在于通过共挤压制造所述流通池。
16.应用根据权利要求1-11任一项的流通池测量样本UV吸收的方法。
17.权利要求16的方法，其特征在于通过一个或更多个发光二极管提供UV辐射。
18.试剂盒，其包含根据权利要求1-11任一项的流通池和在一侧开口的UV吸收检测器。
全文摘要
本发明涉及包含通过样本流通室(12)分开的流体入口(16)和流体出口(18)的流通池(10)，所述样本流通室(12)包含至少一个UV穿透窗口(22’)，其中所述至少一个UV穿透窗口(22’)由聚合物材料制得并且经过γ辐射消毒。一方面，该流通池可燃烧。
文档编号G01N21/05GK101611305SQ200880004895
公开日2009年12月23日 申请日期2008年2月15日 优先权日2007年2月20日
发明者H·埃林 申请人:通用电气健康护理生物科学股份公司