JP2025528189A - Methods for covalently attaching biomolecules to plastics - Google Patents
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Abstract
本発明は、生体分子をプラスチックに共有結合させるための方法に関する。特に、本発明は、生体分子が共有結合するプラスチックウェル又は皿上のプラズマ活性化コーティングに関する。
The present invention relates to a method for covalently attaching biomolecules to plastics, and in particular to a plasma-activated coating on plastic wells or dishes to which biomolecules are covalently attached.
Description
本出願は、オーストラリア仮特許出願第2022902232号(2022年8月9日出願)の優先権を主張し、該仮特許出願の内容はその全体が本明細書に組み入れられる。 This application claims priority to Australian Provisional Patent Application No. 2022902232 (filed August 9, 2022), the contents of which are incorporated herein in their entirety.
本発明は、生体分子をプラスチックに共有結合させるための方法に関する。特に、本発明は、生体分子が共有結合しているプラスチックのウェル又は皿のプラズマ活性化コーティングに関する。しかしながら、本発明は、この特定の使用の分野に限定されないことは理解されるであろう。 The present invention relates to a method for covalently attaching biomolecules to plastic. In particular, the present invention relates to plasma-activated coating of plastic wells or dishes to which biomolecules are covalently attached. However, it will be understood that the present invention is not limited to this particular field of use.
本明細書全体にわたる従来技術に関するいかなる議論も、そのような従来技術が広く知られていること又は当該技術分野における一般的な常識の一部を形成していることを認めるとみなされるべきではない。 Any discussion of prior art throughout this specification should not be construed as an admission that such prior art is widely known or forms part of common general knowledge in the art.
マイクロプレートは、生体分子又は細胞を固体支持体上に固定化することにより、ハイスループットアッセイで生物学的プロセスを研究するための迅速かつ便利なプラットフォームを提供する。一般的な用途には、酵素結合免疫吸着測定法(ELISA)及び生体分子相互作用研究が含まれる。標準化されたマイクロプレート形式により、少量のサンプルを使用した自動光学マイクロプレートリーダーにおける蛍光及び比色検出による堅牢な特性評価が容易になる。市販のマイクロプレートは、典型的には、疎水性を低下させて細胞接着を増強する組織培養表面処理によって改質されたプラスチック(ポリスチレンなど)で作られている。しかしながら、ポリスチレンの不活性な特性のため、固相アッセイ用の生体分子を固定化するには、追加の表面機能化が必要になる。対象の生体分子には、抗体及びストレプトアビジンなどのタンパク質、並びにDNA及びペプチドなどのより小さな分子が含まれる。例えば、DNAプローブは、正確なDNA検出に使用するために、及び、DNA指向性多酵素複合体の組み立ての足場として、マイクロプレート上に固定化される。しかしながら、物理的吸着及び化学的活性化など、現在の生体分子の固定化方法には制限がある。 Microplates provide a rapid and convenient platform for studying biological processes in high-throughput assays by immobilizing biomolecules or cells on a solid support. Common applications include enzyme-linked immunosorbent assays (ELISAs) and biomolecular interaction studies. Standardized microplate formats facilitate robust characterization using small sample volumes via fluorescent and colorimetric detection in automated optical microplate readers. Commercially available microplates are typically made of plastics (e.g., polystyrene) modified with tissue culture surface treatments that reduce hydrophobicity and enhance cell adhesion. However, due to the inert properties of polystyrene, additional surface functionalization is required to immobilize biomolecules for solid-phase assays. Biomolecules of interest include proteins such as antibodies and streptavidin, as well as smaller molecules such as DNA and peptides. For example, DNA probes are immobilized on microplates for use in accurate DNA detection and as a scaffold for the assembly of DNA-directed multienzyme complexes. However, current biomolecule immobilization methods, such as physical adsorption and chemical activation, have limitations.
最も一般的には、物理的吸着は、疎水性相互作用又は静電相互作用によってDNA及びストレプトアビジンなどの生体分子をマイクロプレートの表面に付着させるために使用される。しかしながら、物理的に吸着した生体分子は、ランダムな配向でマイクロプレートに弱く結合し、イオン濃度、pH、及び熱の変化への感受性が高いため、再現性が低下する。タンパク質はまた、物理的吸着によって変性し、例えば、モノクローナル抗体の活性を10%未満に低下させる。 Physical adsorption is most commonly used to attach biomolecules such as DNA and streptavidin to the surface of a microplate through hydrophobic or electrostatic interactions. However, physically adsorbed biomolecules bind weakly to the microplate in a random orientation and are highly sensitive to changes in ion concentration, pH, and heat, resulting in poor reproducibility. Proteins are also denatured by physical adsorption, reducing the activity of, for example, monoclonal antibodies to less than 10%.
より強力かつより特異的な結合はマイクロプレートの化学的活性化によって達成され、これにより、安定性、活性、洗浄耐性が増加し、競合的なタンパク質交換が減少する。シラン化学、例えば、アミノプロピルトリエトキシシラン(APTES)は、生体分子の結合のための表面の活性化に使用されることが多い。この表面活性化アプローチは、DNAが表面に化学的に結合する前にチオール基又はアミン基で官能化されたDNAマイクロアレイで使用されている。しかしながら、化学活性化法は、複数工程のプロセスであり、アミン修飾又はチオール修飾DNAオリゴヌクレオチドなどの修飾された生体分子が必要になることが多く、細胞毒性試薬を含む場合があり、これを細胞培養の下流の適用の前に完全に除去する必要がある。 Stronger and more specific binding is achieved through chemical activation of microplates, which increases stability, activity, and washing resistance, and reduces competitive protein exchange. Silane chemistry, such as aminopropyltriethoxysilane (APTES), is often used to activate surfaces for biomolecule attachment. This surface activation approach has been used with DNA microarrays, where DNA is functionalized with thiol or amine groups before chemically binding to the surface. However, chemical activation methods are multi-step processes, often require modified biomolecules, such as amine- or thiol-modified DNA oligonucleotides, and may contain cytotoxic reagents that must be thoroughly removed before downstream applications in cell culture.
プラズマ浸漬イオン注入(PIII)は、プラスチック上に生体分子を固定化するため
にこれまで使用されてきた(Bilek & McKenzie,Biophysical Reviews 2010,2,55-65;Nosworthy et al.,Acta Biomaterialia 2007,3,695-704;Kosobrodova et al.,ACS Applied Materials & Interfaces 2018,10,227-237)。PIIIでは、窒素、アルゴン、又はヘリウムなどの炭素を含まないガスのエネルギーイオンがポリマー表面に衝突し、生体分子が共有結合し得るポリマーの表面下にラジカルのリザーバを生成する。この方法は高速で再現性があり、これらの表面の反応性は長期間維持されるが、ウェルの壁によって生ずるシャドーイング(shadowing)の影響でプラスチック表面の反応性が不均一になるため、マイクロプレートのウェルの処理には適していない。
Plasma immersion ion implantation (PIII) has previously been used to immobilize biomolecules on plastics (Bilek & McKenzie, Biophysical Reviews 2010, 2, 55-65; Nosworthy et al., Acta Biomaterialia 2007, 3, 695-704; Kosobrodova et al., ACS Applied Materials & Interfaces 2018, 10, 227-237). In PIII, energetic ions of carbon-free gases such as nitrogen, argon, or helium bombard the polymer surface, generating reservoirs of radicals below the polymer surface to which biomolecules can be covalently attached. Although this method is fast and reproducible and the reactivity of these surfaces is maintained over time, it is not suitable for treating microplate wells because shadowing caused by the well walls leads to non-uniform reactivity of the plastic surface.
アルゴンプラズマ活性化及び窒素プラズマ活性化などのプラズマベースの代替方法は、これまでマイクロプレートに使用されてきた(North et al.,ACS Applied Materials & Interfaces 2010,2,2884-2891;Boulares-Penderet al.,Journal of Applied Polymer Science 2009,112,2701-2709)。しかしながら、これらの方法では、化学活性化ステップ及び生体分子上の特定の官能基が必要になる。さらに、これらのアプローチによって組み込まれる活性基の密度は、機械的に堅牢な表面コーティングを生成するために必要なガス混合物の種類によって制限される。別のアプローチには、誘導体バリア放電プラズマによってコラーゲンなどの噴霧されるタンパク質をマイクロプレート上に直接蒸着させることが含まれる(O’Sullivan et al.,ACS Omega 2020,5,25069-25076)。しかしながら、この方法では大量のタンパク質が必要であり、コーティングに組み込まれたすべての生体分子が表面にアクセスすることができない。 Alternative plasma-based methods, such as argon plasma activation and nitrogen plasma activation, have been used on microplates (North et al., ACS Applied Materials & Interfaces 2010, 2, 2884-2891; Boulares-Pender et al., Journal of Applied Polymer Science 2009, 112, 2701-2709). However, these methods require a chemical activation step and specific functional groups on the biomolecules. Furthermore, the density of active groups incorporated by these approaches is limited by the type of gas mixture required to produce a mechanically robust surface coating. Another approach involves depositing sprayed proteins such as collagen directly onto microplates using dielectric barrier discharge plasma (O'Sullivan et al., ACS Omega 2020, 5, 25069-25076). However, this method requires large amounts of protein and does not allow all biomolecules incorporated into the coating to access the surface.
したがって、生体分子を長期間にわたってマイクロプレートに共有結合させる、迅速で再現性の高い方法が必要である。 Therefore, a rapid and reproducible method for covalently binding biomolecules to microplates over long periods of time is needed.
本発明の目的は、従来技術の欠点の少なくとも1つを克服若しくは改善すること、又は有用な代替手段を提供することである。 The object of the present invention is to overcome or ameliorate at least one of the disadvantages of the prior art, or to provide a useful alternative.
驚くべきことに、パルスバイアス下で炭素含有ガス混合物を使用するプラズマ強化化学蒸着(PECVD)により、プラスチック表面上にプラズマ活性化コーティング(PAC)が生成され、これが生体分子の共有結合による固定化を可能にすることが見出された。この方法は迅速で再現性が高く、プラスチック表面の反応性が長期間にわたって維持される。さらに、反応性の範囲が他のプラズマ活性化法(PIIIなど)と比較して大幅に改善され、これにより、ペトリ皿及びマイクロプレートのウェルでの使用に適したものとなる。 Surprisingly, it has been discovered that plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) using a carbon-containing gas mixture under pulsed bias produces plasma-activated coatings (PACs) on plastic surfaces that enable the covalent immobilization of biomolecules. This method is rapid and highly reproducible, and the reactivity of the plastic surface is maintained over long periods of time. Furthermore, the range of reactivity is significantly improved compared to other plasma activation methods (e.g., PIII), making it suitable for use in Petri dishes and microplate wells.
一態様では、本発明は、プラスチック表面をコーティングするための方法であって、
(a)パルスバイアス下で、プラスチック表面をイオンで処理することと、
(b)パルスバイアス下で、アセチレン及びアルゴンを含むガス混合物のプラズマ強化化学蒸着(PECVD)により、プラスチック表面にプラズマを蒸着すること、とを含み、
メッシュがプラスチック表面上に配置され、これにより、プラズマがプラスチック表面に蒸着される前にメッシュを通過し、該方法により、プラスチック表面上にプラズマ活性化コーティング(PAC)が生成され、該PACが生体分子と共有結合する、方法を提供する。
In one aspect, the present invention provides a method for coating a plastic surface, comprising:
(a) treating a plastic surface with ions under a pulsed bias;
(b) depositing plasma on the plastic surface by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of a gas mixture comprising acetylene and argon under a pulsed bias;
A method is provided in which a mesh is placed on a plastic surface whereby plasma passes through the mesh before being deposited on the plastic surface, the method producing a plasma activated coating (PAC) on the plastic surface, and the PAC covalently bonding to biomolecules.
一実施形態では、イオンは、希ガス由来である。 In one embodiment, the ions are derived from a noble gas.
一実施形態では、イオンは、アルゴンイオンである。 In one embodiment, the ions are argon ions.
一実施形態では、ガス混合物は、窒素をさらに含む。 In one embodiment, the gas mixture further comprises nitrogen.
一実施形態では、ガス混合物中の窒素の大気割合は、35%未満である。 In one embodiment, the atmospheric percentage of nitrogen in the gas mixture is less than 35%.
一実施形態では、ガス混合物中の窒素の大気割合は、約21%である。 In one embodiment, the atmospheric percentage of nitrogen in the gas mixture is approximately 21%.
一実施形態では、イオンによる処理は、約5~約300WのRF電力及び約1~約1000Vの負パルスバイアス電圧で約0.5~約30分間行われる。 In one embodiment, the ion treatment is carried out for about 0.5 to about 30 minutes at an RF power of about 5 to about 300 W and a negative pulsed bias voltage of about 1 to about 1000 V.
一実施形態では、イオンによる処理は、約50~約100WのRF電力及び約300~約700Vの負パルスバイアス電圧で約1~約15分間行われる。 In one embodiment, the ion treatment is performed at an RF power of about 50 to about 100 W and a negative pulsed bias voltage of about 300 to about 700 V for about 1 to about 15 minutes.
一実施形態では、イオンによる処理は、約75WのRF電力及び約500Vの負パルスバイアス電圧で約2分間行われる。 In one embodiment, the ion treatment is performed for approximately 2 minutes at an RF power of approximately 75 W and a negative pulsed bias voltage of approximately 500 V.
一実施形態では、プラズマ蒸着は、約5~約300Wのプラズマ放電及び約1~約1000Vの負パルスバイアス電圧で約10~約30分間行われる。 In one embodiment, plasma deposition is performed with a plasma discharge of about 5 to about 300 W and a negative pulsed bias voltage of about 1 to about 1000 V for about 10 to about 30 minutes.
一実施形態では、プラズマ蒸着は、約10~約100Wのプラズマ放電及び約300~約700Vの負パルスバイアス電圧で約10~約30分間行われる。 In one embodiment, plasma deposition is performed with a plasma discharge of about 10 to about 100 W and a negative pulsed bias voltage of about 300 to about 700 V for about 10 to about 30 minutes.
一実施形態では、プラズマ蒸着は、約50Wのプラズマ放電及び約500Vの負パルスバイアス電圧で約10~約30分間行われる。 In one embodiment, plasma deposition is performed with a plasma discharge of about 50 W and a negative pulsed bias voltage of about 500 V for about 10 to about 30 minutes.
一実施形態では、ガス混合物は、約110mTorrで維持される。 In one embodiment, the gas mixture is maintained at approximately 110 mTorr.
一実施形態では、負パルスバイアスは、約0.5~約10kHzの周波数及び約1~約100μsのパルス持続時間で印加される。 In one embodiment, the negative pulse bias is applied at a frequency of about 0.5 to about 10 kHz and a pulse duration of about 1 to about 100 μs.
一実施形態では、負パルスバイアスは、約1~約5kHzの周波数及び約5~約30μsのパルス持続時間で印加される。 In one embodiment, the negative pulse bias is applied at a frequency of about 1 to about 5 kHz and a pulse duration of about 5 to about 30 μs.
一実施形態では、負パルスバイアスは、約3kHzの周波数及び約20μsのパルス持続時間で印加される。 In one embodiment, the negative pulse bias is applied at a frequency of approximately 3 kHz and a pulse duration of approximately 20 μs.
一実施形態では、メッシュは、導電性金属から形成される。 In one embodiment, the mesh is formed from a conductive metal.
一実施形態では、メッシュは、プラスチック表面を取り囲むファラデーケージの蓋を形成する。 In one embodiment, the mesh forms the lid of a Faraday cage that surrounds the plastic surface.
一実施形態では、メッシュは、1リニアインチあたり50個の開口部を有する。 In one embodiment, the mesh has 50 openings per linear inch.
一実施形態では、導電性金属は、ステンレス鋼である。 In one embodiment, the conductive metal is stainless steel.
一実施形態では、プラスチック表面は、非平坦な形状を有する。 In one embodiment, the plastic surface has a non-flat shape.
一実施形態では、プラスチック表面は、マイクロプレートウェル又はペトリ皿である。 In one embodiment, the plastic surface is a microplate well or a Petri dish.
一実施形態では、プラスチックは、ポリスチレンである。 In one embodiment, the plastic is polystyrene.
一実施形態では、生体分子は、核酸である。 In one embodiment, the biomolecule is a nucleic acid.
一実施形態では、生体分子は、タンパク質である。 In one embodiment, the biomolecule is a protein.
一実施形態では、タンパク質は、ストレプトアビジン又はラミニンである。 In one embodiment, the protein is streptavidin or laminin.
一実施形態では、PACは、約4~約14%の表面窒素濃度を有する。 In one embodiment, the PAC has a surface nitrogen concentration of about 4 to about 14%.
一実施形態では、PACは、約0.016~約0.021の相対ラジカル密度を有する。 In one embodiment, the PAC has a relative radical density of about 0.016 to about 0.021.
一実施形態では、PACは、450nmにおいて約0.052~約0.056a.u.の平均吸光度を有する。 In one embodiment, the PAC has an average absorbance at 450 nm of about 0.052 to about 0.056 a.u.
一実施形態では、PACは、約20nmの厚さを有する。 In one embodiment, the PAC has a thickness of approximately 20 nm.
一実施形態では、PACは、約2×1011~約5×1011個の分子/cm2の濃度でDNAをハイブリダイズさせる。 In one embodiment, the PAC hybridizes DNA at a concentration of about 2×10 11 to about 5×10 11 molecules/cm 2 .
一実施形態では、PACは、約2×1011~約9×1011個の分子/cm2の濃度のストレプトアビジンを固定化する。 In one embodiment, the PAC immobilizes streptavidin at a concentration of about 2×10 11 to about 9×10 11 molecules/cm 2 .
一実施形態では、メッシュ蓋を有するファラデーケージは、蓋のない容器、メッシュ蓋、及びメッシュ蓋を蓋のない容器に固定するためのキャップを含み、容器、メッシュ蓋、及びキャップはすべて導電性金属から形成される。 In one embodiment, the Faraday cage with mesh lid includes a lidless container, a mesh lid, and a cap for securing the mesh lid to the lidless container, wherein the container, mesh lid, and cap are all formed from a conductive metal.
別の態様では、本発明は、本発明の方法によって製造された場合にプラズマ活性化コーティング(PAC)でコーティングされたプラスチック表面を提供する。 In another aspect, the present invention provides a plastic surface coated with a plasma activated coating (PAC) when produced by the method of the present invention.
別の態様では、本発明は、プラズマ活性化コーティング(PAC)でコーティングされたプラスチック表面であって、PACが、約4~約14%の表面窒素濃度を有する、プラスチック表面を提供する。 In another aspect, the present invention provides a plastic surface coated with a plasma-activated coating (PAC), wherein the PAC has a surface nitrogen concentration of about 4 to about 14%.
別の態様では、本発明は、プラズマ活性化コーティング(PAC)でコーティングされたプラスチック表面であって、PACが、約0.016~約0.021の相対ラジカル密度を有する、プラスチック表面を提供する。 In another aspect, the present invention provides a plastic surface coated with a plasma activated coating (PAC), wherein the PAC has a relative radical density of about 0.016 to about 0.021.
別の態様では、本発明は、プラズマ活性化コーティング(PAC)でコーティングされたプラスチック表面であって、PACが、450nmにおいて約0.052~約0.056a.u.の平均吸光度を有する、プラスチック表面を提供する。 In another aspect, the present invention provides a plastic surface coated with a plasma-activated coating (PAC), wherein the PAC has an average absorbance at 450 nm of about 0.052 to about 0.056 a.u.
別の態様では、本発明は、プラズマ活性化コーティング(PAC)でコーティングされたプラスチック表面であって、PACが、約1nm~約10nmの厚さを有する、プラスチック表面を提供する。 In another aspect, the present invention provides a plastic surface coated with a plasma activated coating (PAC), wherein the PAC has a thickness of about 1 nm to about 10 nm.
別の態様では、本発明は、プラズマ活性化コーティング(PAC)でコーティングされたプラスチック表面であって、PACが、約2nmの厚さを有する、プラスチック表面を
提供する。
In another aspect, the present invention provides a plastic surface coated with a plasma activated coating (PAC), wherein the PAC has a thickness of about 2 nm.
別の態様では、本発明は、プラズマ活性化コーティング(PAC)でコーティングされたプラスチック表面であって、PACが、約2×1011~約5×1011個の分子/cm2の濃度でDNAをハイブリダイズさせる、プラスチック表面を提供する。 In another aspect, the present invention provides a plastic surface coated with a plasma activated coating (PAC), wherein the PAC hybridizes DNA at a concentration of about 2 x 10 to about 5 x 10 molecules/cm .
別の態様では、本発明は、プラズマ活性化コーティング(PAC)でコーティングされたプラスチック表面であって、PACが、約2×1011~約9×1011個の分子/cm2の濃度でストレプトアビジンを固定化している、プラスチック表面を提供する。 In another aspect, the present invention provides a plastic surface coated with a plasma-activated coating (PAC), wherein the PAC has immobilized streptavidin at a concentration of about 2×10 11 to about 9×10 11 molecules/cm 2 .
別の態様では、本発明は、プラズマ活性化コーティング(PAC)でコーティングされたプラスチック表面であって、PACが、ラミニンに結合している、プラスチック表面を提供する。 In another aspect, the present invention provides a plastic surface coated with a plasma-activated coating (PAC), wherein the PAC is bound to laminin.
定義
本発明を説明及び請求するにあたり、以下の定義に従って以下の用語が使用される。本明細書で使用される用語は、本発明の特定の実施形態を説明するためだけのものであり、限定することを意図しないことも理解されたい。別途定義しない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語及び科学用語は、本発明が関係する技術分野における当業者が一般的に理解する意味と同じ意味を有する。
DEFINITIONS In describing and claiming the present invention, the following terminology will be used in accordance with the definitions set forth below. It is also to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments of the present invention only, and is not intended to be limiting. Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention pertains.
本明細書において使用する場合、「約」という用語は、当該技術分野における慣例に従って、1以上の標準偏差内を意味し得る。あるいは、「約」は、最大20%の範囲を意味し得る。明細書及び特許請求の範囲に特定の値が示されている場合、「約」の意味は、その特定の値に対して許容される誤差範囲内であると推定するべきである。 As used herein, the term "about" may mean within one or more standard deviations, as is customary in the art. Alternatively, "about" may mean a range of up to 20%. When a specific value is given in the specification and claims, "about" should be assumed to mean within an acceptable range of error for that specific value.
本発明の文脈において、「対象」という用語には、任意のヒト又は非ヒト動物が含まれる。「非ヒト動物」という用語には、すべての脊椎動物、例えば、哺乳動物及び非哺乳動
物、例えば、非ヒト霊長類、ウマ、ウシ、イヌなどが含まれる。
In the context of the present invention, the term "subject" includes any human or non-human animal. The term "non-human animal" includes all vertebrates, e.g., mammals and non-mammals, such as non-human primates, horses, cows, dogs, etc.
本発明の文脈において、「含む(comprise)」、「含む(comprising)」などの語は、排他的意味ではなく、包括的意味、すなわち、「含むが、これらに限定されない」という意味で解釈される。 In the context of the present invention, the words "comprise", "comprising" and the like are to be interpreted in an inclusive rather than exclusive sense, i.e., "including but not limited to".
「好ましい」及び「好ましくは」という用語は、特定の状況下で特定の利点をもたらし得る本発明の実施形態を指す。しかしながら、同じ状況で又は他の状況下で、他の実施形態が好ましいものであってもよい。さらに、1つ以上の好ましい実施形態の記載は、他の実施形態が有用でないことを意味するものではなく、本発明の範囲から他の実施形態を排除することを意図していない。 The terms "preferred" and "preferably" refer to embodiments of the invention that may offer certain advantages, under particular circumstances. However, other embodiments may be preferred, under the same or other circumstances. Furthermore, the recitation of one or more preferred embodiments does not imply that other embodiments are not useful, and is not intended to exclude other embodiments from the scope of the invention.
実施例以外又は別途示されている場合には、本明細書で使用される成分の量又は反応条件を表すすべての数値は、すべての場合において「約」という用語によって修飾されていると理解されたい。 Other than in the examples, or where otherwise indicated, all numbers expressing quantities of ingredients or reaction conditions used herein should be understood to be modified in all instances by the word "about."
端点を使用した数値範囲の記載には、その範囲に含まれるすべての数値が含まれる(例えば、1~5には、1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5などが含まれる)。 Reciting numerical ranges using endpoints includes all numbers within that range (e.g., 1 to 5 includes 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, 5, etc.).
「a.u.」という用語は、吸光度単位を意味する。 The term "a.u." stands for absorbance units.
「生体分子」という用語は、アミノ酸、脂質、炭水化物、タンパク質、多糖類、及び核酸など、生物に見出される分子を意味する。 The term "biomolecule" means a molecule found in living organisms, such as amino acids, lipids, carbohydrates, proteins, polysaccharides, and nucleic acids.
「培養プレート」、「マイクロプレート」、「マイクロタイタープレート」、「マイクロウェルプレート」、「マルチウェルプレート」、及びELISAプレートという用語は、例えば、2:3の長方形マトリックスに配置された6、12、24、48、96、384、又は1536個のサンプルウェルを含み得るプレートを意味する。各ウェルは、ナノリットルからミリリットルの液体を収容し得、円形又は正方形であり得る。 The terms "culture plate," "microplate," "microtiter plate," "microwell plate," "multiwell plate," and ELISA plate refer to plates that may contain, for example, 6, 12, 24, 48, 96, 384, or 1536 sample wells arranged in a 2:3 rectangular matrix. Each well may hold nanoliters to milliliters of liquid and may be round or square.
「ペトリ皿」及び「培養皿」という用語は、細胞を培養することができる増殖培地を収容するために使用され得る浅い円筒形の皿を意味する。 The terms "Petri dish" and "culture dish" refer to a shallow cylindrical dish that can be used to contain growth medium in which cells can be cultured.
「非平坦な形状」という用語は、完全に平らではない又は単一平面上に限られない構造(structures that are not completely prone or confined on a single plane)を指す。このような構造は、実質的に平坦な形状ではなく、2次元超の次元(例えば、壁及び基体(base))を有する。非平坦な形状には、U字型、V字型、及び平底のウェル、ELISAプレート、培養皿、並びにペトリ皿が含まれる。 The term "non-planar shape" refers to structures that are not completely flat or confined on a single plane. Such structures are not substantially flat and have more than two dimensions (e.g., walls and a base). Non-planar shapes include U-shaped, V-shaped, and flat-bottom wells, ELISA plates, culture dishes, and Petri dishes.
本明細書で使用する場合、「パルス持続時間」という用語は、パルスバイアスが各パルスにおいて印加される時間を意味する。 As used herein, the term "pulse duration" refers to the time that the pulse bias is applied in each pulse.
本明細書で使用する場合、「ファラデーケージ」という用語は、導電性材料から形成された容器を意味する。 As used herein, the term "Faraday cage" means a container made from an electrically conductive material.
本発明の好ましい実施形態
本明細書で詳述している特定の実施形態を参照して本発明を説明しているが、他の実施形態でも同様の結果又は同様の結果を達成することができる。本発明の変形及び変更は当業者には明らかであり、本発明はそのような変更及び同等のものすべてを包含することを
意図している。
Preferred Embodiments of the Invention Although the present invention has been described with reference to the specific embodiments detailed herein, other embodiments may achieve the same or similar results. Variations and modifications of the present invention will be obvious to those skilled in the art, and the present invention is intended to cover all such modifications and equivalents.
本発明は、以下の非限定的な実施例によってさらに説明される。 The present invention is further illustrated by the following non-limiting examples.
実施例1-マイクロプレートの準備
本研究では、TC処理ポリスチレン(PS)マイクロプレート(CLS3603)(Sigma-Aldrich)に高エネルギープラズマ処理を行い、未改質のTC処理PSマイクロプレート及び未処理(UT)PSマイクロプレート(CLS3370)と比較した。すべてのマイクロプレートはポリスチレン(PS)で作られている。これらのマイクロプレートは、直径約6mm及び深さ約11mmのウェルを有する。マイクロプレートをPIIIホルダー又はPACステンレス鋼ホルダー上に配置した場合、ホルダーとウェルの底との間に2~3mmの隙間が存在する。ホルダーとの接触を改善するために、アルミホイルを成型して隙間を埋めた。マイクロプレートをプラズマ処理の前に熱線カッターで4つに切断し、それらを小型のプロトタイププラズマリアクターのサンプルホルダーに取り付け、DNA及びストレプトアビジンの固定化及び蛍光検出のためにテープで貼り合わせて元通りにした。
Example 1 - Microplate Preparation In this study, TC-treated polystyrene (PS) microplates (CLS3603) (Sigma-Aldrich) were subjected to high-energy plasma treatment and compared with unmodified TC-treated and untreated (UT) PS microplates (CLS3370). All microplates were made of polystyrene (PS). These microplates had wells approximately 6 mm in diameter and 11 mm deep. When the microplates were placed on a PIII holder or a PAC stainless steel holder, a 2-3 mm gap existed between the holder and the bottom of the wells. To improve contact with the holder, aluminum foil was molded to fill the gap. Before plasma treatment, the microplates were cut into four pieces with a hot wire cutter, which were then mounted in the sample holder of a miniature prototype plasma reactor and reassembled with tape for DNA and streptavidin immobilization and fluorescence detection.
実施例2-PIII処理
13.56MHzの誘導結合ラジオ周波数(RF)電力(ENIラジオ周波数電力発生器)を使用してプラズマを生成し、負電圧バイアスをステンレス鋼サンプルホルダーに印加して正イオンをサンプルに向かって加速することにより、PIII処理を行った。チャンバー内部の圧力を5×10-5Torr未満まで脱気し、高純度窒素ガスを導入し、処理中に2mTorrで維持した。マッチング時には、RF転送電力は100Wであり、逆電力は12Wであった。アルミホイル付き又はアルミホイルなしのマイクロプレートをステンレス鋼ホルダー上にテープで固定し、ステンレス鋼メッシュをホルダーから5cmに配置して、ホルダーに電子的に接続した。50Hzの周波数で20μsの持続時間の20kVの負バイアスパルスを用いて、メッシュを通してステンレス鋼ホルダーに向かって窒素イオンを加速した。マイクロプレートを400秒間又は800秒間(PIII400又はPIII800)処理した。
Example 2 - PIII Treatment. PIII treatment was performed by generating a plasma using 13.56 MHz inductively coupled radio frequency (RF) power (ENI radio frequency power generator) and applying a negative voltage bias to a stainless steel sample holder to accelerate positive ions toward the sample. The pressure inside the chamber was evacuated to less than 5 × 10-5 Torr, and high-purity nitrogen gas was introduced and maintained at 2 mTorr during treatment. During matching, the RF forward power was 100 W and the reverse power was 12 W. A microplate with or without aluminum foil was taped onto the stainless steel holder, and a stainless steel mesh was positioned 5 cm from the holder and electronically connected to it. Nitrogen ions were accelerated through the mesh toward the stainless steel holder using a 20 kV negative bias pulse of 20 μs duration at a frequency of 50 Hz. Microplates were treated for 400 or 800 seconds (PIII400 or PIII800).
実施例3-PAC処理
別のプラズマシステムにおいて、13.56MHzの容量結合RF電力(Eni OEM-6)及びRUP6パルス発生器(GBS Elektronik GmbH,Dresden,Germany)によって生成された負パルスバイアスを使用して、PAC処理を行った。マイクロプレートをRUP6に接続されたステンレス鋼のサンプルホルダー上に配置し、アルミホイルをマイクロプレートの下に置いてサンプルホルダーとプレートとの間の空気隙間をなくし、プレート表面上の加速電界を増強した。チャンバーを5×10-5Torr未満まで脱気にした。プラズマコーティングの前に、75WのRF電力及び500Vの印加バイアスで2分間、マイクロプレートをアルゴンイオンで活性化し、コーティング接着を促進した。チャンバー内部のアルゴン圧力を約70~80mTorrで維持した。PAC蒸着のために、アセチレン、窒素、及びアルゴンの反応性ガス混合物をチャンバーに導入した。ガス間の比率をマスフローコントローラ(Allicat Scientific)によって制御し、コーティング蒸着中のチャンバー内部の圧力を110mTorrで維持した。プラズマ蒸着を50Wのプラズマ放電及び500Vの負バイアス電圧で10分間又は30分間行った。RUP6からの負バイアスを3kHzの周波数及び20μsのパルス持続時間で印加した。比較のために、窒素なし(窒素0%)、低窒素(窒素21%)、中程度の窒素(窒素71%)、及び高窒素(窒素93%)の4つの異なるガス比率を選択した(表1)。コーティングの厚さを測定するために、別のPAC処理を自然酸化物層を有する滑らかなシリコンウェハに行った。
Example 3 - PAC Treatment In a separate plasma system, PAC treatment was performed using 13.56 MHz capacitively coupled RF power (Eni OEM-6) and a negative pulse bias generated by a RUP6 pulse generator (GBS Elektronik GmbH, Dresden, Germany). The microplate was placed on a stainless steel sample holder connected to the RUP6, and aluminum foil was placed under the microplate to eliminate an air gap between the sample holder and the plate and enhance the accelerating electric field on the plate surface. The chamber was evacuated to less than 5 × 10 Torr. Prior to plasma coating, the microplate was activated with argon ions for 2 minutes at 75 W RF power and 500 V applied bias to promote coating adhesion. The argon pressure inside the chamber was maintained at approximately 70-80 mTorr. For PAC deposition, a reactive gas mixture of acetylene, nitrogen, and argon was introduced into the chamber. The gas ratio was controlled by a mass flow controller (Allicat Scientific), and the pressure inside the chamber during coating deposition was maintained at 110 mTorr. Plasma deposition was performed for 10 or 30 minutes with a plasma discharge of 50 W and a negative bias voltage of 500 V. The negative bias from RUP6 was applied at a frequency of 3 kHz and a pulse duration of 20 μs. For comparison, four different gas ratios were selected: no nitrogen (0% nitrogen), low nitrogen (21% nitrogen), medium nitrogen (71% nitrogen), and high nitrogen (93% nitrogen) (Table 1). To measure the coating thickness, a separate PAC process was performed on smooth silicon wafers with a native oxide layer.
空気に曝した際、処理された表面上のラジカルは空気中の酸素と反応して酸素含有基を形成する。表面化学のこれらの変化は1週間後に飽和状態となるため、各処理後にマイクロプレートをアルミホイルで覆い、すべてのその後の分析及び生体分子の固定化の前に、空気中で室温で少なくとも1週間保存した。 Upon exposure to air, the radicals on the treated surface react with atmospheric oxygen to form oxygen-containing groups. These changes in surface chemistry saturate after one week, so after each treatment, the microplates were covered with aluminum foil and stored in air at room temperature for at least one week before any subsequent analyses and biomolecule immobilization.
実施例4-PAC及びPIII改質マイクロプレートの化学組成
偏光分光法を使用してPACのコーティングの厚さを計算した。コーティングの厚さを測定するための基板としてシリコンウェハを使用し、表1に示す様々なPACレシピでコーティングを蒸着した。J.A Woollam M2000V分光エリプソメータを使用して、3つの入射角(65°、70°、75°)において偏光解析データを収集した。シリコン基板、シリコン酸化物層(2nm)、及びPAC層を表すコーシー層からなるモデルを使用してデータをフィッティングし、膜厚を得た。
Example 4 - Chemical Composition of PAC and PIII Modified Microplates The thickness of the PAC coating was calculated using ellipsometry. Silicon wafers were used as substrates for measuring the coating thickness, and coatings were deposited with various PAC recipes as shown in Table 1. Ellipsometry data were collected at three angles of incidence (65°, 70°, and 75°) using a J. A. Woollam M2000V spectroscopic ellipsometer. The data were fitted using a model consisting of a Cauchy layer representing the silicon substrate, a silicon oxide layer (2 nm), and the PAC layer to obtain the film thickness.
PIII及びPAC処理したTC処理96ウェルマイクロプレート(処理後1週間)の表面自由エネルギーを計算し、未処理のポリスチレンと比較した。Theta Tensiometer(Biolin Scientific)を使用して、2つの液体プローブ(水及びジヨードメタン)を使用した接触角測定を行った。結果は、各サンプルについて10滴の平均である。Owens-Wendt-Rabel-Kaelble法を使用して表面自由エネルギーを計算した。 The surface free energy of PIII- and PAC-treated TC-treated 96-well microplates (1 week after treatment) was calculated and compared to untreated polystyrene. Contact angle measurements were performed using two liquid probes (water and diiodomethane) using a Theta Tensiometer (Biolin Scientific). Results are the average of 10 drops for each sample. Surface free energy was calculated using the Owens-Wendt-Rabel-Kaelble method.
マイクロプレートのPIII及びPAC処理後のラジカル密度を測定するために、ポリスチレンフィルム(Goodfellow、厚さ0.19mm)を40mm×5mmのストリップに切断し、PIII又はPACで処理した。測定機器にフィッティングしないマイクロプレートの代用として、ポリスチレンフィルムを使用した。電子常磁性共鳴(EPR)分光計(Bruker EMX X-band)を使用して、サンプルからの不対電子によるマイクロ波吸収を測定した。2mWのマイクロ波電力及び9.8MHzの周波数を用いて、室温で測定を行った。3523Gの中心値及び200Gの掃引幅で磁場をスキャンした。各サンプルについて10回のスキャンを測定した。同様の測定を既知のラジカル密度を有するEPRチューブを含む2,2-ジフェニル-1-ピクリルヒドラジル(DPPH)粉末に適用し、各サンプルの不対電子の数を計算した。 To measure the radical density of microplates after PIII and PAC treatment, polystyrene film (Goodfellow, 0.19 mm thick) was cut into 40 mm x 5 mm strips and treated with PIII or PAC. The polystyrene film was used as a substitute for microplates that did not fit into the measurement instrument. Microwave absorption by unpaired electrons from the samples was measured using an electron paramagnetic resonance (EPR) spectrometer (Bruker EMX X-band). Measurements were performed at room temperature using a microwave power of 2 mW and a frequency of 9.8 MHz. The magnetic field was scanned with a center value of 3523 G and a sweep width of 200 G. Ten scans were measured for each sample. Similar measurements were applied to 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) powder containing EPR tubes with known radical densities, and the number of unpaired electrons for each sample was calculated.
未処理及び処理ポリスチレンのFTIR-ATRスペクトルの比較により、マイクロプレートのPIII及びPAC処理後の表面化学変化を決定した。ポリスチレンフィルムを切断して小さなディスクとし、PIII及びPAC処理のためにマイクロプレートウェルの底に配置した。処理から1週間後、マイクロゲルマニウム結晶ATRアクセサリを備えたHyperion FTIR分光計(Bruker)を使用してディスクを分析した。各分析は、4cm-1解像度での128回のスキャンからなる。比較のため、スペクトル
をポリスチレンの1490cm-1のピーク強度で正規化した。
Surface chemical changes following PIII and PAC treatment of microplates were determined by comparing FTIR-ATR spectra of untreated and treated polystyrene. Polystyrene films were cut into small disks and placed at the bottom of microplate wells for PIII and PAC treatment. One week after treatment, the disks were analyzed using a Hyperion FTIR spectrometer (Bruker) equipped with a microgermanium crystal ATR accessory. Each analysis consisted of 128 scans at 4 cm resolution. For comparison, the spectra were normalized to the peak intensity of polystyrene at 1490 cm .
PIII処理マイクロプレートの化学組成をXPSによって決定し、400秒(PIII-400)及び800秒(PIII-800)の処理時間を比較した(図1A)。PIII処理マイクロプレートの酸素含有量(6.1~11.1%)は、TC処理マイクロプレート(8.3%)と有意差はなかった。同様に、表面窒素含有量は、PIII処理前(0.6%)及び後(0.5~0.8%)で非常に低かった。これは驚くべきことであったが、それは、これまでの研究では、ポリスチレンをスピンコーティングしたガラスカバーガラスを400秒間PIII処理した後には窒素含有量(7~12%)が増加すること(Kosobrodova et al.,ACS Applied Materials
& Interfaces 2018,10,227-237)、及びポリスチレンフィルムの処理後に空気に曝すと酸素組成が増加することが示されていたからである(Kosobrodova et al.,Nuclear Instruments and
Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 2013,304,57-66.41)。ここで観察された結果の違いは、マイクロプレートの深いウェルの形状、又はポリスチレンフィルム若しくはスピンコーティングした層と比較したマイクロプレートのポリスチレン構造の種類(フェノール基の配向など)の違いによるものであり得る。
The chemical composition of PIII-treated microplates was determined by XPS and compared after 400 seconds (PIII-400) and 800 seconds (PIII-800) of treatment (Figure 1A). The oxygen content of PIII-treated microplates (6.1-11.1%) was not significantly different from that of TC-treated microplates (8.3%). Similarly, the surface nitrogen content was very low before (0.6%) and after (0.5-0.8%) PIII treatment. This was surprising, since previous studies have shown that nitrogen content (7-12%) increases after 400 seconds of PIII treatment of polystyrene spin-coated glass coverslips (Kosobrodova et al., ACS Applied Materials).
& Interfaces 2018, 10, 227-237), and it has been shown that the oxygen content of polystyrene films increases when exposed to air after treatment (Kosobrodova et al., Nuclear Instruments and
Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 2013, 304, 57-66. 41) The differences in the results observed here may be due to the deep well geometry of the microplates or differences in the type of polystyrene structure (e.g., orientation of phenolic groups) of the microplates compared to polystyrene films or spin-coated layers.
改質された表面層に存在する長寿命ラジカルは、PIII表面上の生体分子の共有結合固定化の基礎となる主なメカニズムとして提案されている(Bilek et al.,Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 2011,108,14405-14410)。サンプル中のラジカルのラジカル密度は、既知のラジカル密度を有する標準DPPHサンプルから得られるEPR強度と比較することによってEPR強度から計算することができる。しかしながら、形状及び体積の違い(DPPH粉末はEPRチューブに入れた一方、PIII及びPAC処理PSストリップはEPRチューブに取り付けられた)により、サンプルについて正確なラジカル密度を計算することができなかった。代わりに、測定面積がすべてのサンプルで同じであると仮定して、プラズマ処理の深さで正規化することにより、それらのサンプルの相対ラジカル密度を比較した。 Long-lived radicals present in the modified surface layer have been proposed as the primary mechanism underlying the covalent immobilization of biomolecules on PIII surfaces (Bilek et al., Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 2011, 108, 14405-14410). The radical density of the radicals in the sample can be calculated from the EPR intensity by comparing it with the EPR intensity obtained from a standard DPPH sample with known radical density. However, due to differences in shape and volume (DPPH powder was placed in an EPR tube, while PIII and PAC-treated PS strips were attached to the EPR tube), it was not possible to calculate the exact radical density for the samples. Instead, the relative radical densities of the samples were compared by normalizing them by the plasma treatment depth, assuming the measurement area was the same for all samples.
PIIIサンプルの場合、処理の深さは文献(Gan et al.,Nuclear
Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 2006,247,254-260.39)から75nmと推定された。処理マイクロプレート上の相対ラジカル密度は、UT PSマイクロプレート(1.12×10-6、図1B)と比較して、400秒及び800秒のPIII(それぞれ0.10±0.001及び0.24±0.0003)処理後に有意に増加することがここで見出された(一元配置分散分析、p<0.0001)。PIII-400からPIII-800への増加も有意であった(一元配置分散分析、p<0.0001)。
For PIII samples, the treatment depth was determined as described in the literature (Gan et al., Nuclear
The relative radical density on the treated microplates was found to be significantly increased after 400 and 800 seconds of PIII treatment (0.10 ± 0.001 and 0.24 ± 0.0003, respectively) compared to the UT PS microplate (1.12 × 10-6, Figure 1B) (one-way ANOVA, p<0.0001). The increase from PIII-400 to PIII-800 was also significant (one-way ANOVA, p<0.0001).
表面の濡れ性は、PIII処理によって影響を受けることが知られている別の特性である。ここで、PIII処理により、TC処理マイクロプレート(79.1±0.6°)と比較して、PIII-400(45.5±1.7°)及びPIII-800(37.0±1.9°)処理マイクロプレートの水接触角が有意に減少すること(一元配置分散分析、p<0.0001)が観察された(図1D)。Owens-Wendt-Rabel-Kaelble法により、表面エネルギーは極性成分及び分散成分から構成されると考えら
れる。PIII処理マイクロプレートの極性成分(23.7±0.3~30.1±0.3mJ/m2)は、TC処理マイクロプレート(4.8±0.1mJ/m2、一元配置分散分析、p<0.0001)よりも有意に高く、処理時間とともに増加することが見出された(図1E)。PIII処理マイクロプレートの濡れ性及び極性表面エネルギー成分の値は、表面窒素及び酸素の組成よりも、上記の相対ラジカル密度とより強い相関を有していた。
Surface wettability is another property known to be affected by PIII treatment. Here, we observed that PIII treatment significantly reduced the water contact angles of PIII-400 (45.5 ± 1.7°) and PIII-800 (37.0 ± 1.9°)-treated microplates compared with TC-treated microplates (79.1 ± 0.6°) (one-way ANOVA, p < 0.0001) (Fig. 1D). According to the Owens-Wendt-Rabel-Kaelble method, surface energy is considered to consist of polar and dispersive components. The polar component of PIII-treated microplates (23.7 ± 0.3 to 30.1 ± 0.3 mJ/ m ) was significantly higher than that of TC-treated microplates ( 4.8 ± 0.1 mJ/m , one-way ANOVA, p < 0.0001) and increased with treatment time (Fig. 1E). The wettability and polar surface energy component values of PIII-treated microplates were more strongly correlated with the relative radical densities described above than were the surface nitrogen and oxygen compositions.
XPSにより、窒素なし、低窒素、中程度(mod)の窒素、及び高窒素の4つの異なるガスレシピを比較して、PACマイクロプレートの化学組成を決定した(図1A)。表面窒素は、すべてのPACレシピで窒素ガスの割合とともに増加することが見出された。測定値は、TC(0.6%)、窒素なしPAC(4.0%)、低窒素PAC(9.7%)、中程度の窒素PAC(13.8%)、及び高窒素PAC(14.6%)であった。表面酸素については、窒素なしPAC処理マイクロプレートが増加した表面酸素(14.9%)を有していた。他のすべてのレシピでは、TC処理マイクロプレート(8.3%)と同様の酸素含有量(8.5~9.4%)を有していた。XPSによって測定したサンプリング深さ(約10nm)は、蒸着層の下のポリスチレン基板を含む場合があり、これにより窒素の割合は低下することに注意することが重要である。 The chemical composition of PAC microplates was determined by XPS, comparing four different gas recipes: no nitrogen, low nitrogen, moderate (mod) nitrogen, and high nitrogen (Figure 1A). Surface nitrogen was found to increase with the nitrogen gas percentage for all PAC recipes. Measured values were TC (0.6%), no nitrogen PAC (4.0%), low nitrogen PAC (9.7%), moderate nitrogen PAC (13.8%), and high nitrogen PAC (14.6%). Regarding surface oxygen, the no nitrogen PAC-treated microplates had increased surface oxygen (14.9%). All other recipes had similar oxygen contents (8.5-9.4%) to the TC-treated microplates (8.3%). It is important to note that the sampling depth measured by XPS (approximately 10 nm) may include the polystyrene substrate beneath the deposition layer, which reduces the nitrogen percentage.
異なるPAC処理サンプルの相対ラジカル密度間に有意差はなかった(図1B、窒素なし0.020±0.01、低窒素0.019±0.0008、中程度の窒素0.016±0.013、高窒素0.021±0.0035)。上記のように、これらの値をPACコーティングの厚さで正規化した(図1C)。 There were no significant differences in relative radical densities for the different PAC-treated samples (Figure 1B; no nitrogen: 0.020 ± 0.01, low nitrogen: 0.019 ± 0.0008, medium nitrogen: 0.016 ± 0.013, high nitrogen: 0.021 ± 0.0035). These values were normalized by the PAC coating thickness, as described above (Figure 1C).
マイクロプレートの水接触角は、PAC処理後に減少した(図1D)。低窒素PACと中程度の窒素PACとの間の水接触角に有意差はなかったが、高窒素の親水性は窒素なしの親水性よりも有意に高かった(一元配置分散分析、p<0.0001)。水接触角は42.1°~65.1°の範囲であった。PACサンプルの極性成分も、PACレシピにおける窒素量の増加とともに増加した。 The water contact angle of the microplates decreased after PAC treatment (Figure 1D). There was no significant difference in water contact angle between low-nitrogen and medium-nitrogen PACs, but the hydrophilicity of the high-nitrogen PACs was significantly higher than that of the no-nitrogen PACs (one-way ANOVA, p<0.0001). The water contact angles ranged from 42.1° to 65.1°. The polar content of the PAC samples also increased with increasing nitrogen content in the PAC recipe.
全体的に、PIIIマイクロプレートは、低い表面窒素組成及び高い相対ラジカル密度を有し、非常に親水性であることが見出された。PACマイクロプレートは、高い窒素組成及び中程度の相対ラジカル密度を有し、未処理のプレートよりも親水性が高かった。PIII及びPAC処理マイクロプレートでは、多くの測定パラメータが異なることが見出された。PAC処理マイクロプレートは、PIII処理マイクロプレートと比較して有意に高い表面窒素量を有し(PIII0.5~0.8%、PAC4~14.6%)、PIII処理マイクロプレートは、高い相対ラジカル密度を有し(PIII0.10~0.24、PAC0.016~0.021)、高窒素処理(42.1°)を除いて、すべてのPAC(50.7°~65.1°)と比較してより親水性であった(37.0°~45.5°)。相対ラジカル密度は、表面窒素及び酸素組成よりも表面親水性とより高い相関性を有するようであった。 Overall, PIII microplates were found to be very hydrophilic, with low surface nitrogen composition and high relative radical density. PAC microplates had high nitrogen composition and moderate relative radical density, making them more hydrophilic than untreated plates. Many measured parameters were found to differ between PIII and PAC-treated microplates. PAC-treated microplates had significantly higher surface nitrogen content than PIII-treated microplates (PIII 0.5-0.8%, PAC 4-14.6%), and PIII-treated microplates had higher relative radical density (PIII 0.10-0.24, PAC 0.016-0.021), and were more hydrophilic (37.0-45.5°) compared to all PACs (50.7-65.1°), except for the high-nitrogen treatment (42.1°). Relative radical density appeared to correlate more closely with surface hydrophilicity than surface nitrogen and oxygen composition.
実施例5-PIII及びPAC改質マイクロプレートの光学特性
光学読み取りが生化学プレートアッセイの検出の主な方法であるため、光学特性の変化はプラズマ活性化マイクロプレートの有用性に影響を与え得る。マイクロプレートのPIII及びPAC処理後の吸光度及び自家蛍光の変化をPHERAstar FSX(BMG Labtech)で測定し、未処理のマイクロプレートと比較した。上部光学系(top optic)を使用して、450nmにおいて1ウェルあたり22回のフラッシュで、吸光度を測定した。5つの光学モジュール(460/510、485/520、540/580、575/620、635-20/680-20)を使用して、一般的に使用される5つの励起波長及び発光波長において蛍光強度を測定した。各エンドポイント測定
では、上部光学系を使用してウェルの中心を10回のフラッシュでスキャンし、焦点高さを各サンプルについて調整し、ゲインを1400に設定した。
Example 5 - Optical Properties of PIII and PAC-Modified Microplates. Because optical reading is the primary method of detection for biochemical plate assays, changes in optical properties can affect the usefulness of plasma-activated microplates. The changes in absorbance and autofluorescence after PIII and PAC treatment of microplates were measured using a PHERAstar FSX (BMG Labtech) and compared to untreated microplates. Absorbance was measured at 450 nm with 22 flashes per well using top optics. Fluorescence intensity was measured at five commonly used excitation and emission wavelengths using five optical modules (460/510, 485/520, 540/580, 575/620, 635-20/680-20). For each endpoint measurement, the center of the well was scanned with 10 flashes using the top optics; the focal height was adjusted for each sample; and the gain was set to 1400.
吸光度及び自家蛍光に対するPIII及びPAC処理の影響を特性評価した(図1F)。450nmにおいて吸光度を測定したが、それは、この波長がHRP比色アッセイなどの多くのアッセイで使用されるためである。450nmにおける平均吸光度は、未処理のマイクロプレート(0.046±0.001a.u.)と比較して、PIII(0.150~0.207a.u.)及びPAC(0.052~0.056a.u.)では有意に高いことが見出された(一元配置分散分析、p<0.0001)。吸光度の最大の増加は、PIII-800(0.207±0.008a.u.)で観察され、次いで、PIII-400(0.150±0.010a.u.)であった。PIII処理による透明マイクロプレートの褐色化は肉眼でも確認でき、処理時間とともに増加した。この褐色化は、改質層における炭化構造のクラスター化によるものであり得、これは処理時間が長くなるにつれて数及びサイズが増加する。アルミニウム付きのPIIIサンプルは、アルミニウムなしのサンプル(0.030a.u.)と比較して、複数のウェルにわたってより小さい吸光度の変動(0.016a.u.)を有し、このことは、アルミニウムでの改質によってマイクロプレート全体の処理の均一性が向上したことを示している。PAC処理マイクロプレートでは、PIII処理マイクロプレート(3.36~4.5倍)と比較して、吸光度の増加が非常に小さく(1.13~1.22倍)、PACガス処理間では有意差はなかった(0.052~0.056a.u.、一元配置分散分析、p>0.1)。全体的に、PIIIによって未処理のマイクロプレートと比較して450nmにおける吸光度が大幅に増加した(288%)が、PACは相対的により穏やかな増加(17.5%)を有していた。 The effects of PIII and PAC treatment on absorbance and autofluorescence were characterized (Figure 1F). Absorbance was measured at 450 nm because this wavelength is used in many assays, such as the HRP colorimetric assay. The mean absorbance at 450 nm was found to be significantly higher with PIII (0.150-0.207 a.u.) and PAC (0.052-0.056 a.u.) compared with untreated microplates (0.046 ± 0.001 a.u.) (one-way ANOVA, p<0.0001). The greatest increase in absorbance was observed with PIII-800 (0.207 ± 0.008 a.u.), followed by PIII-400 (0.150 ± 0.010 a.u.). Browning of the transparent microplates with PIII treatment was visible to the naked eye and increased with treatment time. This browning may be due to clustering of carbonized structures in the modified layer, which increase in number and size with increasing treatment time. PIII samples with aluminum had smaller absorbance variations across wells (0.016 a.u.) compared to samples without aluminum (0.030 a.u.), indicating that aluminum modification improved treatment uniformity across the microplate. PAC-treated microplates experienced much smaller increases in absorbance (1.13-1.22-fold) compared to PIII-treated microplates (3.36-4.5-fold), with no significant differences between PAC gas treatments (0.052-0.056 a.u., one-way ANOVA, p>0.1). Overall, PIII significantly increased absorbance at 450 nm (288%) compared to untreated microplates, while PAC had a relatively more modest increase (17.5%).
一般的に、芳香族ポリマーは、πからπ*への遷移エネルギーが低いためにより短い波長で高い自家蛍光を有する。これはここでの観察と一致しており、すべての未処理及び処理マイクロプレートは、長い波長(540/580、575/620、635/680nm)よりも短い波長(460/510及び485/520nm)においてより高い自家蛍光を有する。この傾向に加えて、PAC処理マイクロプレートは未処理(155~157)と比較して短波長において有意に高い自己蛍光を有し(162~196、一元配置分散分析、p<0.0001)、PIII処理したものは有意に低い自己蛍光を有していた(100~144、一元配置分散分析、p<0.0001)。PIII処理では、芳香環は部分的に非晶質化されており、これはPIIIで観察されるより低い自己蛍光を説明するものであり、PIII-800がPIII-400(126~144)よりも低い自家蛍光(100~118)を有していたという観察によって裏付けられる。対照的に、より長い波長では、すべてのサンプル間で自家蛍光の差はより小さい。全体的に、PAC及びPIII処理によって、より短い波長(510~520nm)でマイクロプレートの自家蛍光が変化したが、長い波長(580~680nm)では変化がより小さかった。より短い波長での変化は、ポリスチレン基板の全自家蛍光と比較して小さく、PACでは8%増加し、PIIIでは27%減少した。より長い波長では、未処理のポリスチレンと比較して、PACでは9%増加し、PIIIでは14%減少した。 In general, aromatic polymers have higher autofluorescence at shorter wavelengths due to lower π to π * transition energy. This is consistent with the observations herein, where all untreated and treated microplates have higher autofluorescence at shorter wavelengths (460/510 and 485/520 nm) than at longer wavelengths (540/580, 575/620, 635/680 nm). In addition to this trend, PAC-treated microplates had significantly higher autofluorescence at shorter wavelengths (162-196 nm, one-way ANOVA, p<0.0001) compared to untreated (155-157 nm), and PIII-treated ones had significantly lower autofluorescence (100-144 nm, one-way ANOVA, p<0.0001). With PIII treatment, the aromatic rings are partially amorphized, which explains the lower autofluorescence observed with PIII, as supported by the observation that PIII-800 had lower autofluorescence (100-118) than PIII-400 (126-144). In contrast, at longer wavelengths, the difference in autofluorescence was smaller among all samples. Overall, PAC and PIII treatments altered the autofluorescence of the microplates at shorter wavelengths (510-520 nm), but the changes were smaller at longer wavelengths (580-680 nm). The changes at shorter wavelengths were small compared to the total autofluorescence of the polystyrene substrate: an 8% increase for PAC and a 27% decrease for PIII. At longer wavelengths, PAC increased by 9% and PIII decreased by 14% compared to untreated polystyrene.
実施例6-PIII及びPAC改質マイクロプレートのDNAオリゴヌクレオチドの固定化
DNA結合アッセイの用途では、固定化されたDNAが相補DNAとハイブリダイズする能力を維持することが重要である。したがって、測定は、ハイブリダイズDNAオリゴヌクレオチドに共有結合したAlexa-647蛍光体によって検出されるハイブリダイズしたDNAの密度に焦点を当てた。
Example 6 - Immobilization of DNA Oligonucleotides on PIII and PAC Modified Microplates In DNA binding assay applications, it is important that the immobilized DNA maintains its ability to hybridize with complementary DNA. Therefore, measurements focused on the density of hybridized DNA, as detected by Alexa-647 fluorophores covalently attached to hybridized DNA oligonucleotides.
20個の追加のアデニンヌクレオチドのリンカーを使用して、21ヌクレオチド(nt
)のssDNA配列(IDT DNA)を設計した(表3)。酸性条件下では、リンカーのアデニンヌクレオチド中のアミン基はプロトン化され、したがって、リンカーはコアDNA配列と比較して、負に帯電したプラズマ表面に優先的に静電的に引き寄せられると予想された。
A linker of 20 additional adenine nucleotides was used to create a 21-nucleotide (nt
We designed an ssDNA sequence (IDT DNA) of the linker (Table 3). Under acidic conditions, the amine groups in the adenine nucleotides of the linker were protonated, and therefore, the linker was expected to be preferentially electrostatically attracted to the negatively charged plasma surface compared to the core DNA sequence.
未処理、PIII処理、及びPAC処理96ウェルマイクロプレートのウェルを、pH3、4、5、若しくは6の10mMクエン酸/クエン酸ナトリウム緩衝液又はpH7若しくは8のリン酸水素二ナトリウム/リン酸二水素ナトリウム緩衝液中の2μM ssDNA40μLとともに、振盪機で室温で1時間インキュベートした。DNA溶液を振盪機で室温で1時間にわたり200μLの10mM PBS中1%BSA(pH7.4)で置き換え、残りの活性表面をブロッキングした。BSA溶液を除去し、ウェルを激しく振盪しながら200μLの2% SDSで3回洗浄した。200μLのMilliQ水で3回すすいだ後、3’Alexa647蛍光体修飾を有する21nt相補DNA鎖(IDT DNA)を添加することによってDNAハイブリダイゼーションを行った。相補DNAをハイブリダイゼーション用緩衝液(2mM塩化マグネシウム(Sigma-Aldrich)、1×Tris EDTA(Sigma-Aldrich)、1% BSA、及び0.6% SDSからなる)に添加し、最終濃度0.8μMとした。各ウェルを40μLの0.8μM相補DNA溶液とともに振盪機上で室温で1時間インキュベートした。溶液を除去した後、ウェルを激しく振盪しながら200μLの10mM PBSで3回洗浄した。次いで、ウェルを激しく振盪しながら200μLの各3つの洗浄用緩衝液:洗浄用緩衝液1(2×生理食塩水-クエン酸ナトリウム(SSC)+0.6%SDS)、洗浄用緩衝液2(0.2×SSC+0.6%SDS)、及び洗浄用緩衝液3(0.1×SSC+0.5%Tween20)で3回洗浄した。ウェルを200μLの10mM PBSですすいだ後、蛍光強度の測定のために、各ウェルに40μLの10mM PBSを充填した。PHERAstar FSXの635-20/680-20光学モジュールを使用して、相補DNA上のAlexa647修飾の蛍光強度を測定した。各測定では、上部光学系を使用して、各スキャンポイントにおいて10回のフラッシュで、ウェル直径3~5mmの10×10マトリックスをスキャンした。焦点高さを各サンプルについて調整し、ゲインを2000に設定した。 Wells of untreated, PIII-treated, and PAC-treated 96-well microplates were incubated with 40 μL of 2 μM ssDNA in 10 mM citric acid/sodium citrate buffer at pH 3, 4, 5, or 6 or disodium hydrogen phosphate/sodium dihydrogen phosphate buffer at pH 7 or 8 for 1 hour at room temperature on a shaker. The DNA solution was replaced with 200 μL of 1% BSA in 10 mM PBS (pH 7.4) for 1 hour at room temperature on a shaker to block the remaining active surface. The BSA solution was removed, and the wells were washed three times with 200 μL of 2% SDS with vigorous shaking. After rinsing three times with 200 μL of MilliQ water, DNA hybridization was performed by adding a 21-nt complementary DNA strand (IDT DNA) bearing a 3'Alexa647 fluorophore modification. Complementary DNA was added to a hybridization buffer (2 mM magnesium chloride (Sigma-Aldrich), 1x Tris EDTA (Sigma-Aldrich), 1% BSA, and 0.6% SDS) to a final concentration of 0.8 μM. Each well was incubated with 40 μL of the 0.8 μM complementary DNA solution on a shaker for 1 hour at room temperature. After removing the solution, the wells were washed three times with 200 μL of 10 mM PBS while vigorously shaking. The wells were then washed three times with 200 μL each of three wash buffers: Wash Buffer 1 (2x saline-sodium citrate (SSC) + 0.6% SDS), Wash Buffer 2 (0.2x SSC + 0.6% SDS), and Wash Buffer 3 (0.1x SSC + 0.5% Tween 20) while vigorously shaking. After rinsing the wells with 200 μL of 10 mM PBS, each well was filled with 40 μL of 10 mM PBS for fluorescence intensity measurement. The fluorescence intensity of Alexa647 modification on complementary DNA was measured using the 635-20/680-20 optical module of the PHERAstar FSX. For each measurement, a 10x10 matrix of wells with a diameter of 3-5 mm was scanned using the upper optical system with 10 flashes at each scan point. The focal height was adjusted for each sample, and the gain was set to 2000.
共有結合により固定化されたDNAにハイブリダイズしたDNAのみを正しく検出するには、非特異的に結合したDNAを除去するための洗浄ステップが必要であった。洗浄ステップは、共有結合していないssDNA(ステップ4、図2A)及びハイブリダイズしていないssDNAをマイクロプレートから除去するために含めた(ステップ7~11、図2A)。固定化ssDNAを有しない対照(ステップ2)又は誤ったハイブリダイズDNA配列を付加した対照(ステップ6、図2C)の両方について、陰性対照の蛍光信号をベースラインレベルまで低下させるのに洗浄が有効であることが見出された(t検定、p<0.0001)。例えば、ステップ7から11までで50%減少することは、表面から約8.4×1010個のDNA分子が除去されることと等しい。予備測定では、ハイブリダイズしたDNAの密度は、マイクロプレートウェルの中央では端と比較して高いことが見出された(図2B)。ウェルの端は、シャドーイング及びシース面積と壁面積との比率の低下により、より低い効率の流体混合を有し、かつ、より低い注入イオン流量を有し、これにより、端付近のDNA密度が制限される。したがって、ハイブリダイゼーション密度の測定値を、ウェルの中心の3mmの直径の円(5mmの総直径を有する)について平均化した。 To ensure accurate detection of only DNA hybridized to the covalently immobilized DNA, wash steps were necessary to remove nonspecifically bound DNA. Wash steps were included to remove noncovalently bound ssDNA (step 4, Figure 2A) and nonhybridized ssDNA from the microplate (steps 7-11, Figure 2A). For both controls without immobilized ssDNA (step 2) or with added mishybridizing DNA sequences (step 6, Figure 2C), washes were found to be effective in reducing the fluorescent signal of the negative controls to baseline levels (t-test, p<0.0001). For example, a 50% reduction from steps 7 to 11 equates to the removal of approximately 8.4 × 10 DNA molecules from the surface. Preliminary measurements indicated that the density of hybridized DNA was higher in the center of the microplate wells compared to the edges (Figure 2B). The edges of the wells have less efficient fluid mixing and lower injected ion flux due to shadowing and a reduced ratio of sheath area to wall area, which limits the DNA density near the edges. Therefore, hybridization density measurements were averaged over a 3 mm diameter circle (with a total diameter of 5 mm) in the center of the well.
PIII(PIII-400、PIII-800)及びPAC(窒素なし、低窒素、中程度の窒素、及び高窒素)のすべてのレシピについて、DNAハイブリダイゼーションを特性評価した。陰性対照(<3.1×1010個の分子/cm2)と比較して、プラズマ処理したすべてのサンプルでは、より高いDNAハイブリダイゼーション密度を示すより
大きな蛍光シグナルが観察され、PAC処理したマイクロプレートではPIII処理したマイクロプレートよりも高かった(PIII1.3×1011個の分子/cm2、PAC3.4×1011個の分子/cm2、一元配置分散分析、p<0.0001)(図2C、表2)。DNAハイブリダイゼーションは、PACではPIIIと比較して約2~5倍の密度であり(1.1~1.6×1011個の分子/cm2、一元配置分散分析、p<0.0001)、窒素なし及び窒素の少ないPACレシピが、全体で最も高い量のハイブリダイズしたDNAを有していた(4.7~4.8×1011個の分子/cm2、一元配置分散分析、p<0.0001)。4つの異なるPIII表面間に有意差はなく、アルミホイル及び処理時間はDNA固定化に影響を与えないことが示された。DNAの固定化に対するpHの影響を、固定化ssDNAをpH3~8でインキュベートすることによって試験した(ステップ2、図2A)。ほとんどすべてのPIII及びPAC処理マイクロプレートについて、最も高いハイブリダイゼーション密度がpH3及び4で観察された(図3A、B)。PIII処理マイクロプレートのDNA固定能力はPIII処理から1ヶ月後に低下したが、最大3ヶ月間さらなる低下はなかった(図3C)。すべてのPACサンプルは、同じDNA固定能力を最大3ヶ月間維持した(図3D)。新しく調製したハイブリダイゼーション溶液を使用し、直径5mmの代わりに直径3mmから蛍光強度を測定することによって、窒素なし及び低窒素PACサンプルのDNA固定化及びハイブリダイゼーションをさらに最適した。さらなる最適化後、窒素なし及び低窒素での平均ハイブリダイズ密度は5.2×1012分子/cm2に増加した(図4)。
DNA hybridization was characterized for all recipes of PIII (PIII-400, PIII-800) and PAC (no nitrogen, low nitrogen, medium nitrogen, and high nitrogen). Compared with the negative control (<3.1 × 10 molecules/ cm ), larger fluorescent signals, indicating higher DNA hybridization density, were observed in all plasma-treated samples, and were higher in PAC-treated microplates than in PIII-treated microplates (PIII 1.3 × 10 molecules/ cm , PAC 3.4 × 10 molecules/ cm , one-way ANOVA, p < 0.0001) (Figure 2C, Table 2). DNA hybridization was approximately 2-5 times denser on PAC compared to PIII (1.1-1.6 x 10 molecules/ cm² , one-way ANOVA, p<0.0001), with the nitrogen-free and low-nitrogen PAC recipes having the highest overall amounts of hybridized DNA (4.7-4.8 x 10 molecules/ cm² , one-way ANOVA, p<0.0001). There were no significant differences among the four different PIII surfaces, indicating that aluminum foil and treatment time do not affect DNA immobilization. The effect of pH on DNA immobilization was tested by incubating immobilized ssDNA at pH 3-8 (step 2, Figure 2A). For almost all PIII- and PAC-treated microplates, the highest hybridization densities were observed at pH 3 and 4 (Figures 3A and 3B). The DNA immobilization capacity of the PIII-treated microplates decreased one month after PIII treatment, but did not decrease further for up to three months (Figure 3C). All PAC samples maintained the same DNA immobilization capacity for up to three months (Figure 3D). DNA immobilization and hybridization of the no-nitrogen and low-nitrogen PAC samples were further optimized by using freshly prepared hybridization solution and measuring fluorescence intensity from a 3-mm diameter instead of a 5-mm diameter. After further optimization, the average hybridization density for the no-nitrogen and low-nitrogen PAC samples increased to 5.2 × 10 12 molecules/cm 2 (Figure 4).
興味深いことに、測定された相対ラジカル密度は、表面にハイブリダイズしたDNAの量と相関しないことが見出された。PIIIマイクロプレートは、PACよりも5~15倍高い相対ラジカル密度を有していたが、2~5倍低いDNAハイブリダイゼーション能力を有していた。これは、PAC表面上の少ないラジカル量が高密度のDNA固定化に十分であったことを示している。 Interestingly, the measured relative radical density was found not to correlate with the amount of DNA hybridized to the surface. PIII microplates had a relative radical density 5-15 times higher than PAC, but a DNA hybridization capacity 2-5 times lower. This indicates that the low amount of radicals on the PAC surface was sufficient for high-density DNA immobilization.
PAC表面はPIIIよりも高いDNA密度を有し、これはPAC表面上でプロトン化される、より高い窒素組成によって説明され、これにより、より好ましい静電相互作用が生ずる。最も高いDNA密度が、より低い表面窒素組成を有するPAC表面上で見出され
た。
The PAC surface has a higher DNA density than PIII, which is explained by the higher nitrogen composition that is protonated on the PAC surface, resulting in more favorable electrostatic interactions. The highest DNA density was found on the PAC surface with the lower surface nitrogen composition.
表面の親水性は、DNAとの分子間相互作用に影響を与え得るもう1つの重要な要素である。親水性表面及び疎水性表面の両方がDNAを引き付けることができる。疎水性表面は短い範囲のvdW力によって近くのDNAを引き付けることができ、親水性表面は双極子間結合及び水素結合によってより長い範囲のDNAを引き付けることができる。しかしながら、親水性の表面は、高密度の水和層を形成しやすく、これは水素結合を介した表面とDNAとの間の分子間引力と競合する。したがって、他のサンプルと比較して窒素なし及び低窒素PAC表面のより高いDNA密度は、中程度窒素PAC及び高窒素PAC並びにすべてのPIII条件と比較した相対的な疎水性によって説明することができ、該疎水性によって水和層の形成が最小限に抑えられ、vdW力が最大化される。 Surface hydrophilicity is another important factor that can affect intermolecular interactions with DNA. Both hydrophilic and hydrophobic surfaces can attract DNA. Hydrophobic surfaces can attract nearby DNA through short-range vdW forces, while hydrophilic surfaces can attract DNA over longer ranges through dipole-dipole and hydrogen bonding. However, hydrophilic surfaces tend to form a dense hydration layer, which competes with the intermolecular attraction between the surface and DNA via hydrogen bonding. Therefore, the higher DNA density on the no-nitrogen and low-nitrogen PAC surfaces compared to the other samples can be explained by their relative hydrophobicity compared to the medium- and high-nitrogen PACs and all PIII conditions, which minimizes hydration layer formation and maximizes vdW forces.
実施例7-PIII及びPAC改質マイクロプレートへのストレプトアビジンの固定化
プラズマ処理表面に固定化されたストレプトアビジンを、共有結合により修飾されたCy3ストレプトアビジンの蛍光によって直接検出した。PAC表面の場合、それをまた、二重ビオチン修飾Alexa647修飾DNA鎖との結合によって間接的に検出した。前者は固定化されたタンパク質を定量化するが、後者は表面上の活性タンパク質のみを検出する。
Example 7 - Immobilization of Streptavidin on PIII and PAC Modified Microplates Streptavidin immobilized on plasma-treated surfaces was detected directly by the fluorescence of covalently modified Cy3 streptavidin. In the case of PAC surfaces, it was also detected indirectly by binding to dual-biotin-modified Alexa647-modified DNA strands. The former quantifies immobilized protein, while the latter detects only active protein on the surface.
PIII処理、PAC処理、及び未処理のマイクロプレートのウェルを、10mMクエン酸/クエン酸ナトリウム緩衝液(pH3、4、5、又は6)又はリン酸水素二ナトリウム/リン酸二水素ナトリウム緩衝液(pH7又は8)中の10μg/mLストレプトアビジン-Cy3(Sigma-Aldrich、P6402)40μLとともに、振盪機で室温で1時間インキュベートした。ストレプトアビジン溶液を振盪機で室温で1時間にわたって10mM PBS(pH7.4)中の1%BSA200μLで置き換え、残りの活性表面をブロッキングした。BSA溶液を除去し、ウェルを200μLの10mM PBSで3回洗浄した。すすいだ後、各ウェルを200μLの10mM PBS中10%トリトンで3回洗浄した。次に、ウェルを200μLの10mM PBSでさらに3回すすぎ、次いで、ウェルを10mM PBS(pH7.4)中の2μM 5’ビオチン修飾ssDNA(IDT DNA、表3)とともに振盪機で室温で1時間インキュベートした。ビオチン-DNAインキュベーション後、DNA固定化方法で記載したように、ウェルをAlexa647修飾相補DNAとともにインキュベートした。ハイブリダイズした表面を200μLの洗浄用緩衝液4(2×SSC+0.05% Tween20)で3回洗浄した後、10mM PBSですすいだ。光学モジュール540/580及び635-20/680-20を備えたPHERAstar FSX蛍光プレートリーダーを使用して、固定化ストレプトアビジンCy3及びハイブリダイズした相補的Alexa647-DNAをそれぞれ検出した。各測定では、上部光学系を使用して、3~5mmのウェル直径の10×10マトリックスを各スキャンポイントにおいて10回のフラッシュでスキャンした。焦点高さを各サンプルについて調整し、ゲインを1000に設定した。 PIII-treated, PAC-treated, and untreated microplate wells were incubated with 40 μL of 10 μg/mL streptavidin-Cy3 (Sigma-Aldrich, P6402) in 10 mM citric acid/sodium citrate buffer (pH 3, 4, 5, or 6) or disodium hydrogen phosphate/sodium dihydrogen phosphate buffer (pH 7 or 8) on a shaker for 1 hour at room temperature. The streptavidin solution was replaced with 200 μL of 1% BSA in 10 mM PBS (pH 7.4) for 1 hour at room temperature on a shaker to block the remaining active surface. The BSA solution was removed, and the wells were washed three times with 200 μL of 10 mM PBS. After rinsing, each well was washed three times with 200 μL of 10% Triton in 10 mM PBS. The wells were then rinsed three more times with 200 μL of 10 mM PBS and then incubated with 2 μM 5'-biotin-modified ssDNA (IDT DNA, Table 3) in 10 mM PBS (pH 7.4) on a shaker for 1 hour at room temperature. After biotin-DNA incubation, the wells were incubated with Alexa647-modified complementary DNA as described in the DNA immobilization method. The hybridized surface was washed three times with 200 μL of wash buffer 4 (2x SSC + 0.05% Tween 20) and then rinsed with 10 mM PBS. The immobilized streptavidin-Cy3 and hybridized complementary Alexa647-DNA were detected using a PHERAstar FSX fluorescent plate reader equipped with optical modules 540/580 and 635-20/680-20, respectively. For each measurement, a 10x10 matrix of 3-5 mm well diameters was scanned using the top optics with 10 flashes at each scan point. The focal height was adjusted for each sample and the gain was set to 1000.
DNAと同様に、ストレプトアビジンもまた、PIII処理マイクロプレートよりもPAC処理マイクロプレート上で多く結合することが見出され(図5A)、すべてのプラズマ処理条件で未処理の対照よりも有意に増加した(TC処理0.01×1011個の分子/cm2、PIII0.7×1011個の分子/cm2、PAC4.9×1011個の分子/cm2、一元配置分散分析、p<0.0001)。DNAとは対照的に、低窒素PACは、最も高い量の結合ストレプトアビジンを有していた(窒素なしでは2.2×1011個の分子/cm2、低窒素では9.0×1011個の分子/cm2、中程度の窒素では4.3×1011個の分子/cm2、高窒素では4.0×1011個の分子/cm2)が、DNAについては低窒素PAC及び窒素なしPACの両方が同様に高かった。このPACの傾向はビオチン-DNA結合で再現され、固定化されたタンパク質が活性を維持することを示している(図5B、窒素なし×1011個、低窒素12.2×1011個、中程度窒素7.3×1011個、高窒素7.8×1011個のビオチン-DNA分子/cm2)。計算により、表面上の各固定化ストレプトアビジンに結合したハイブリダイズしたDNA-ビオチン分子が平均2.14個存在した。ストレプトアビジンの固定化に最良のPIII表面はアルミニウム有りのPIII-400であったが、最良のPAC条件と比較して約10分の1未満のストレプトアビジンを有していた。固定化のpHは、PIII及びPACマイクロプレート上に固定化されたストレプトアビジンの量に影響を与えた。PIIIマイクロプレートでは、最適な固定化はpH5で達成された(図5C)。PACマイクロプレートでは、最適なストレプトアビジンの固定化は、窒素を含まないPACではpH5で達成され、他のPACレシピではpH4~7で達成された(図5D)。ストレプトアビジンの固定化は、すべてのPIIIサンプルにおいて1ヶ月後に著しく低下した(図5E)。しかしながら、固定化されたストレプトアビジンの量は、最大3ヶ月経過のPACサンプルでは著しい変化はなかった(図5F)。 Similar to DNA, streptavidin was also found to bind more on PAC-treated microplates than on PIII-treated microplates (Figure 5A), with all plasma treatment conditions showing a significant increase over untreated controls (TC-treated 0.01x1011 molecules/ cm2 , PIII 0.7x1011 molecules/ cm2 , PAC 4.9x1011 molecules/ cm2 ; one-way ANOVA, p<0.0001). In contrast to DNA, low-nitrogen PAC had the highest amount of bound streptavidin (no nitrogen 2.2x1011 molecules/ cm2 , low nitrogen 9.0x1011 molecules/ cm2 , medium nitrogen 4.3x1011 molecules/ cm2 , high nitrogen 4.0x1011 molecules/ cm2 ), although DNA was similarly high for both low- and no-nitrogen PACs. This PAC trend was reproduced with biotin-DNA conjugation, indicating that the immobilized protein maintained activity (Figure 5B; no nitrogen × 10 11 , low nitrogen 12.2 × 10 11 , medium nitrogen 7.3 × 10 11 , and high nitrogen 7.8 × 10 11 biotin-DNA molecules/cm 2 ). Calculations indicated that there were an average of 2.14 hybridized DNA-biotin molecules bound to each immobilized streptavidin on the surface. The best PIII surface for streptavidin immobilization was PIII-400 with aluminum, but it had approximately 10-fold less streptavidin compared to the best PAC condition. The pH of immobilization affected the amount of streptavidin immobilized on PIII and PAC microplates. For PIII microplates, optimal immobilization was achieved at pH 5 (Figure 5C). In PAC microplates, optimal streptavidin immobilization was achieved at pH 5 for nitrogen-free PAC and at pH 4–7 for the other PAC recipes (Figure 5D). Streptavidin immobilization significantly decreased after 1 month in all PIII samples (Figure 5E). However, the amount of immobilized streptavidin did not change significantly in PAC samples up to 3 months old (Figure 5F).
実施例8-PIII及びPAC改質マイクロプレートの比較
PAC表面は、PIII表面よりも多くの窒素及び多くのラジカル密度を有し、疎水性が高く、3ヶ月にわたって安定していることが見出された。高密度DNA(PAC、窒素0%又は21%、pH3~4)及びストレプトアビジン(PAC、窒素21%、pH5~7)の結合のための最適な条件が得られた。PAC活性化マイクロプレートにより、特定のリンカー化学反応なしに、単一ステップで機能性DNA及びタンパク質の高密度の共有結合固定化が可能とする。
Example 8 - Comparison of PIII and PAC Modified Microplates. PAC surfaces have more nitrogen and radical density than PIII surfaces, are more hydrophobic, and were found to be stable over three months. Optimal conditions for high-density DNA (PAC, 0% or 21% nitrogen, pH 3-4) and streptavidin (PAC, 21% nitrogen, pH 5-7) binding were obtained. PAC-activated microplates allow for high-density covalent immobilization of functional DNA and proteins in a single step without specific linker chemistry.
実施例9-プラズマ生成ナノ粒子の蓄積の防止
プラズマ生成ナノ粒子がPACコーティングされた24ウェルプレート中に蓄積することが観察された。プラズマ生成ナノ粒子がウェルに落ちるのを防止するために、サンプルホルダーの構成を変更した。以下に示す3つの条件を使用し、図6に示すように、24ウェルプレートのプラズマ処理を行った。
・ ポリマーメッシュ:3つのサイズ(間隔3、4、及び5mm)を有する正方形メッシ
ュをレーザー切断を使用して組織培養プレートの蓋から改質し、プラズマ処理中にウェルプレートにフィッティングした。
・ 導電性メッシュ:4メッシュ(すなわち、1リニアインチあたり4つの開口部)、10メッシュ(すなわち、1リニアインチあたり10個の開口部)、及び50メッシュ(すなわち、1リニアインチあたり50個の開口部)の3つのサイズを有するステンレス鋼メッシュを切断して、プレートを覆った。メッシュはステンレス鋼線で作られ、間隔のサイズが6mm~0.45mmの範囲である正方形の隙間を作った。組織培養プレートの蓋から切り取ったポリマーフィッティングを使用して、メッシュをプレート上部に固定した。ステンレス鋼メッシュはサンプルホルダーに電気的に接続されていなかった。
・ メッシュ蓋を有するファラデーケージ:メッシュ蓋を有するファラデーケージは、蓋のない容器、メッシュ蓋、及び蓋のない容器にメッシュ蓋を固定するためのキャップの3つの部分からなる。蓋のない容器は、導電性金属(例えば、鋼、真鍮、アルミニウムなど)で作られ、コーティングするプレート又は皿を収容するサイズである。キャップも導電性金属で作られており、蓋のない容器の形状に適合させ、ステンレス鋼メッシュ蓋を蓋のない容器に電気的に接続するために使用される(すなわち、メッシュ蓋はキャップと開いた容器との間に挟まれる)。これにより、プレート又は皿の周囲にファラデーケージが形成される。同じサンプルホルダー及び他のパラメータを使用して、プラズマ処理の効果について4メッシュ、10メッシュ、50メッシュの3つのメッシュサイズを調べた。プレートを固定するのに好適なファラデーケージの構成及びサイズを図7に示す。
Example 9 - Prevention of Accumulation of Plasma-Generated Nanoparticles Plasma-generated nanoparticles were observed to accumulate in PAC-coated 24-well plates. To prevent the plasma-generated nanoparticles from falling into the wells, the sample holder configuration was modified. Plasma treatment of the 24-well plate was performed using the following three conditions, as shown in Figure 6.
Polymer mesh: Square meshes with three sizes (3, 4, and 5 mm spacing) were modified from tissue culture plate lids using laser cutting and fitted into the well plates during plasma treatment.
Conductive mesh: Stainless steel mesh was cut to cover the plate in three sizes: 4 mesh (i.e., 4 openings per linear inch), 10 mesh (i.e., 10 openings per linear inch), and 50 mesh (i.e., 50 openings per linear inch). The mesh was made of stainless steel wire with square gaps ranging in size from 6 mm to 0.45 mm. The mesh was secured to the top of the plate using polymer fittings cut from tissue culture plate lids. The stainless steel mesh was not electrically connected to the sample holder.
Faraday cage with mesh lid: The Faraday cage with mesh lid consists of three parts: an open container, a mesh lid, and a cap for securing the mesh lid to the open container. The open container is made of a conductive metal (e.g., steel, brass, aluminum, etc.) and is sized to accommodate the plate or dish to be coated. The cap, also made of a conductive metal, conforms to the shape of the open container and is used to electrically connect the stainless steel mesh lid to the open container (i.e., the mesh lid is sandwiched between the cap and the open container). This creates a Faraday cage around the plate or dish. Using the same sample holder and other parameters, three mesh sizes were investigated for the effects of plasma treatment: 4 mesh, 10 mesh, and 50 mesh. The configuration and size of the Faraday cage suitable for securing the plate is shown in Figure 7.
特注の3つのチャンバーシステムを使用してプラズマ処理を行った(図8)。培養プレート(Corning Costar、24組織培養プレート)を金属プレート上又はメッシュ蓋を有するファラデーケージ中のサンプルホルダー上に配置した。5×10-5Torrの基体の圧力に達するまでシステムを脱気した。プラズマ処理は、アルゴンプラズマによる表面活性化及びプラズマ蒸着の2つのステップからなる。両方のステップでは、RF電源装置によって生成されたプラズマが利用され、表面活性化では75Wに設定し、蒸着では50Wに設定した。3kHz及び持続時間20μsでの500Vのパルス負バイアスをサンプルホルダーに印加した。表面活性化ステップ中、アルゴンの圧力を70~80mTorrの範囲内で調整した。蒸着ステップでは、アセチレン、窒素、及びアルゴンを含むガス混合物を110mTorrに維持し、流量をそれぞれ1、3、及び10sccmにした。表面活性化は2、5、及び10分間行い、蒸着ステップの持続時間は10分間に固定した。 Plasma treatment was performed using a custom-built three-chamber system (Figure 8). Culture plates (Corning Costar, 24-well tissue culture plates) were placed on a metal plate or on a sample holder in a Faraday cage with a mesh lid. The system was evacuated until a substrate pressure of 5 × 10-5 Torr was reached. Plasma treatment consisted of two steps: surface activation with argon plasma and plasma deposition. Both steps utilized plasma generated by an RF power supply, set at 75 W for surface activation and 50 W for deposition. A 500 V pulse negative bias at 3 kHz and 20 μs duration was applied to the sample holder. During the surface activation step, the argon pressure was adjusted within the range of 70–80 mTorr. During the deposition step, a gas mixture containing acetylene, nitrogen, and argon was maintained at 110 mTorr with flow rates of 1, 3, and 10 sccm, respectively. Surface activation was performed for 2, 5, and 10 minutes, and the duration of the deposition step was fixed at 10 minutes.
ウェル内部に配置されたシリコンウェハ及びガラスカバーガラスを使用して、PACの厚さの測定及びナノ粒子の定量化を行った。分光エリプソメトリー(J.A.Woollam M2000)を使用してPACの厚さを決定し、Olympus BMX-10光学顕微鏡を使用してナノ粒子数を計数した。プラズマ粒子及び汚染ダストのナノスケールサイズによって、光学顕微鏡での同定が難しくなるため、フローサイトメーター及び走査型電子顕微鏡(SEM)を使用してさらに検証を行った。Zeiss Sigma HD
SEMを使用し、1000倍及び5000倍の倍率でシリコンウェハについてSEM画像を撮影した。表面の帯電を低減し、画像化を可能にするために、サンプルを5nmの厚さを有する導電性金層でコーティングした。SEM画像化プロセスでは、3~5mmの範囲の作動距離を有するインレンズ検出器を使用した。画像化プロセスを容易にするために、電界放出銃を5kVに設定した。
Silicon wafers and glass cover slips placed inside the wells were used to measure the thickness of the PAC and quantify the nanoparticles. Spectroscopic ellipsometry (J.A. Woollam M2000) was used to determine the thickness of the PAC, and an Olympus BMX-10 optical microscope was used to count the number of nanoparticles. Because the nanoscale size of plasma particles and contaminant dust makes their identification by optical microscopy difficult, further verification was performed using a flow cytometer and a scanning electron microscope (SEM). Zeiss Sigma HD
SEM images were taken of silicon wafers at 1000x and 5000x magnifications using an SEM. To reduce surface charging and enable imaging, the samples were coated with a conductive gold layer with a thickness of 5 nm. The SEM imaging process used an in-lens detector with a working distance ranging from 3 to 5 mm. The field emission gun was set at 5 kV to facilitate the imaging process.
プラズマ処理中にメッシュを使用した場合、ナノ粒子数が減少した。ポリマーメッシュの使用により、粒子がわずかに減少した。導電性メッシュは、特にメッシュ間隔のサイズがより小さい場合に、ポリマーメッシュに比べて粒子を防止するのにより効果的である。50メッシュ蓋を有するファラデーケージは、未処理の対照プレートと同等の粒子数を示す(表1)。 The use of mesh during plasma treatment reduced nanoparticle counts. The use of polymer mesh resulted in a slight reduction in particles. Conductive mesh is more effective at preventing particles than polymer mesh, especially when the mesh spacing size is smaller. A Faraday cage with a 50-mesh lid exhibits particle counts comparable to an untreated control plate (Table 1).
フローサイトメーターCytek Aurora(米国)を使用して、溶液中の粒子の数を計数した。メッシュ有り及びメッシュ無しでプラズマ処理したプラズマ処理24ウェルプレートのウェルに200mlのミリQ水を添加し、以下に記載するように、せん断力のレベルを段階的に増加させた4つの方法を使用してナノ粒子を除去した。
・蒸留器:水を静かに添加して、粒子を取り除く。
・ピペット:ピペットを使用して水を数回抜き取り、かつ、放出して、粒子を取り除く。・ロッカー(Rocker):サンプルに水を添加し、ロッカー上に5分間放置して、粒子を取り除く。
・超音波処理:高出力超音波処理を5分間適用して、粒子を取り除く。
The number of particles in the solution was counted using a Cytek Aurora flow cytometer (USA). 200 ml of Milli-Q water was added to the wells of a plasma-treated 24-well plate, both with and without a mesh, and nanoparticles were removed using four methods with increasing levels of shear force, as described below.
Distiller: Add water gently to remove particles.
Pipette: Use a pipette to draw and release water several times to remove particles. Rocker: Add water to the sample and leave on a rocker for 5 minutes to remove particles.
- Sonication: High power sonication is applied for 5 minutes to remove particles.
次いで、ナノ粒子を含む溶液を収集し、フローサイトメトリー(Cytek Aurora、米国)を使用して分析した。各サンプルについて、15μlの停止体積を設定し、検出されたナノ粒子の数をFlowJoによって記録した。 The nanoparticle-containing solution was then collected and analyzed using flow cytometry (Cytek Aurora, USA). A stop volume of 15 μl was set for each sample, and the number of detected nanoparticles was recorded by FlowJo.
図9は、フローサイトメーターを使用して15μlの液体中に検出されたナノ粒子の数を比較しており、50メッシュ蓋を有するファラデーケージを使用してプラズマ処理を行った場合、メッシュ無しの従来の処理と比較して、粒子数が大幅に減少していることを示している。メッシュ無しの未処理プレートから除去された液体サンプル中のナノ粒子の高
密度は、これらのナノ粒子がPACに緩く結合しており、蒸留法などの低せん断力で容易に除去することができることを示している。
Figure 9 compares the number of nanoparticles detected in 15 μl of liquid using a flow cytometer and shows that plasma treatment using a Faraday cage with a 50-mesh lid significantly reduces particle counts compared to conventional treatment without a mesh. The high density of nanoparticles in the liquid sample removed from the untreated plate without a mesh indicates that these nanoparticles are loosely bound to the PAC and can be easily removed by low shear forces, such as distillation.
コーティング上に形成されたナノ粒子をSEM画像で視覚化した(図10)。これらは、メッシュ無しのプラズマ処理で得られたコーティング上に単一の粒子又は粒子の塊として存在する。対照的に、50メッシュ蓋を有するファラデーケージを使用した場合、透明で滑らかなコーティング上にナノ粒子はほとんど見出されない。 The nanoparticles formed on the coating were visualized in SEM images (Figure 10). They are present as single particles or clusters of particles on the coating obtained with plasma treatment without a mesh. In contrast, when a Faraday cage with a 50-mesh lid was used, very few nanoparticles were found on the clear, smooth coating.
シリコンウェハをウェル内部に配置し、分光エリプソメトリーを使用してシリコンの表面に蒸着したPACを測定することによって、コーティングの厚さを決定した。図11は、シリコンウェハをプレートの様々な位置に配置したときのPACの厚さを比較している。コーティングの厚さは、ポリマーメッシュに比べて、ステンレス鋼メッシュを使用すると一般的に厚くなり、特にメッシュサイズが小さくなると厚くなる。ポリマーメッシュは該ポリマーメッシュ上にある電荷を排除することができないため、時間経過とともに正電荷が増大し、これにより負バイアスによって生成される電界が減少し、したがって、コーティングを作成するためにプラズマからイオンを引き出す力も減少すると仮定される。ステンレス鋼メッシュの場合、電荷が排除されるため、これはそれほど問題とならない。 The coating thickness was determined by placing a silicon wafer inside the well and measuring the PAC deposited on the silicon surface using spectroscopic ellipsometry. Figure 11 compares the PAC thickness when the silicon wafer was placed at various positions on the plate. Coating thickness is generally greater using stainless steel mesh compared to polymer mesh, especially as the mesh size decreases. It is hypothesized that because the polymer mesh cannot eliminate the charge present on it, the positive charge increases over time, reducing the electric field generated by the negative bias and therefore the force that draws ions from the plasma to create the coating. This is less of an issue with stainless steel mesh, as the charge is eliminated.
図12は、メッシュ無しの処理と50メッシュ蓋を有するファラデーケージを使用した処理との間のPACの厚さの包括的な比較を示している。メッシュを使用しない場合、PACの厚さは1.13±0.35nmと測定された。しかしながら、メッシュを使用した場合、PACの厚さは1.89±0.54nmに増加した。 Figure 12 shows a comprehensive comparison of PAC thickness between treatments without a mesh and treatments using a Faraday cage with a 50-mesh lid. Without a mesh, the PAC thickness was measured to be 1.13 ± 0.35 nm. However, with the mesh, the PAC thickness increased to 1.89 ± 0.54 nm.
実施例10-プラズマ処理ウェルでの細胞培養の比較
人工多能性幹細胞(iPSC)から心筋細胞(CM)への分化に対するプラズマ処理の影響を、未処理とし(UT)、メッシュ無しでプラズマ処理し(-Mesh)、及び50メッシュ蓋を有するファラデーケージでプラズマ処理し(+Mesh)、次いで、ラミニン521(LN521)でコーティングした、24ウェルプレートで調べた。
Example 10 - Comparison of Cell Culture in Plasma-Treated Wells The effect of plasma treatment on differentiation of induced pluripotent stem cells (iPSCs) to cardiomyocytes (CMs) was investigated in 24-well plates that were untreated (UT), plasma-treated without a mesh (-Mesh), and plasma-treated in a Faraday cage with a 50-mesh lid (+Mesh) and then coated with laminin 521 (LN521).
簡単に説明すると、ラミニン521(LN521)をPBS(Ca2+及びMg2+を含む)で10μg/mLの濃度に希釈し、UT、-Mesh、及び+Mesh処理ウェルの各ウェルに200μLを添加した。4℃で一晩インキュベートした後、ウェルを洗浄した。Plus 5X Supplementを添加したmTeSR Plus基礎培地(STEMCELL、#100-0276)での6ウェルプレート(Corning Costar)中のMatrigel上で培養されたヒト人工多能性幹細胞(iPSC)(Gibco Episomal iPSC Line;A18945)を継代し、約3×105個の細胞/ウェルの密度でプレーティングした。播種の翌日(-1日目)、Plus
5X Supplementを含む新鮮なmTeSR Plus基礎培地を添加して、ROCK阻害剤を希釈した。翌日(0日目)、CM分化培地A(STEMCELL、#05010)を2日間にわたって添加した。分化培地B(STEMCELL、#05010)を2日目に添加し、続いて4日目及び6日目に分化培地C(STEMCELL、#05010)を添加した。最後に、分化培地を8日目に心筋細胞維持基礎培地(Cardiomyocyte Maintenance Basal Medium)(STEMCELL、#05010)に置き換え、2日ごとに継続的に補充した。
Briefly, laminin 521 (LN521) was diluted to a concentration of 10 μg/mL in PBS (containing Ca 2+ and Mg 2+ ), and 200 μL was added to each well of the UT, -Mesh, and +Mesh treatments. After overnight incubation at 4°C, the wells were washed. Human induced pluripotent stem cells (iPSCs) (Gibco Episomal iPSC Line; A18945) cultured on Matrigel in a 6-well plate (Corning Costar) in mTeSR Plus basal medium (STEMCELL, #100-0276) supplemented with Plus 5X Supplement were passaged and plated at a density of approximately 3 × 10 5 cells/well. The day after seeding (day -1), Plus 5X Supplement was added to the mTeSR Plus basal medium (STEMCELL, #100-0276).
Fresh mTeSR Plus basal medium containing 5X supplement was added to dilute the ROCK inhibitor. The next day (day 0), CM differentiation medium A (STEMCELL, #05010) was added for 2 days. Differentiation medium B (STEMCELL, #05010) was added on day 2, followed by differentiation medium C (STEMCELL, #05010) on days 4 and 6. Finally, the differentiation medium was replaced with Cardiomyocyte Maintenance Basal Medium (STEMCELL, #05010) on day 8 and continuously replenished every 2 days.
4倍対物レンズを備えたNikon顕微鏡を使用して、iPSCから拍動心筋細胞(CM)への進行を測定した。接眼レンズ中の可視領域の割合としての拍動コロニーの量を9個の異なる箇所で記録し、平均を採って、拍動コロニーを含むウェル全体の相対的割合を概算した。各サンプルを3つ組で行い、n=3のデータポイントを得て、GraphPad(GraphPad Software,version 9.5.1,San Di
ego,California)にプロットした。
The progression of iPSCs to beating cardiomyocytes (CMs) was measured using a Nikon microscope equipped with a 4x objective. The amount of beating colonies as a percentage of the visible area in the eyepiece was recorded at nine different locations and averaged to estimate the relative percentage of the total well containing beating colonies. Each sample was run in triplicate, yielding n=3 data points, and analyzed using GraphPad (GraphPad Software, version 9.5.1, San Diego, CA).
The data were plotted on a computer program (Ego, California).
図13は、+Meshが、iPSCが成長してCMに分化することができる安定した表面を提供することを示している。+Meshは-Meshよりも優れており、-MeshはUTよりも優れている。これは、ラミニンが結合しているUT及び-Mesh処理ウェル中のナノ粒子の数が増加し、培地交換中に洗い流され、ラミニンコーティングのない領域が露出するためであると仮定される。対照的に、+Meshウェルは、ラミニンが共有結合している均一なPACコーティングを有し、より少ないナノ粒子を有する。 Figure 13 shows that +Mesh provides a stable surface on which iPSCs can grow and differentiate into CMs. +Mesh is superior to -Mesh, which in turn is superior to UT. This is hypothesized to be due to an increased number of laminin-bound nanoparticles in UT and -Mesh-treated wells, which are washed away during medium changes, exposing areas without laminin coating. In contrast, +Mesh wells have a uniform PAC coating with covalently bound laminin and fewer nanoparticles.
Claims (17)
(a)パルスバイアス下で、前記プラスチック表面をイオンで処理することと、
(b)パルスバイアス下で、アセチレン及びアルゴンを含むガス混合物のプラズマ強化化学蒸着(PECVD)により、前記プラスチック表面にプラズマを蒸着させること、とを含み、
メッシュが前記プラスチック表面上に配置され、これにより、前記プラズマが前記プラスチック表面上に蒸着される前に前記メッシュを通過し、前記方法によって、前記プラスチック表面上にプラズマ活性化コーティング(PAC)が生成され、前記PACが生体分子と共有結合する、方法。 1. A method of coating a plastic surface, said method comprising:
(a) treating the plastic surface with ions under a pulsed bias;
(b) depositing plasma on the plastic surface by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of a gas mixture comprising acetylene and argon under a pulsed bias;
A method in which a mesh is placed on the plastic surface, whereby the plasma passes through the mesh before being deposited on the plastic surface, and the method produces a plasma activated coating (PAC) on the plastic surface, whereby the PAC covalently bonds to biomolecules.
約4~約14%の表面窒素濃度;
約0.016~約0.021の相対ラジカル密度;
約0.052~約0.056a.u.の450nmにおける平均吸光度;
約1nm~約10nmの厚さ;
約2×1011~約5×1011個の分子/cm2の濃度のDNAをハイブリダイズさせること;及び
約2×1011~約9×1011個の分子/cm2の濃度のストレプトアビジンを固定化すること
のうち1つ以上から選択される特性を有する、請求項1~15のいずれか一項に記載の方法。 The PAC comprises:
a surface nitrogen concentration of about 4 to about 14%;
a relative radical density of about 0.016 to about 0.021;
an average absorbance at 450 nm of about 0.052 to about 0.056 a.u.;
a thickness of about 1 nm to about 10 nm;
16. The method of any one of claims 1 to 15, having properties selected from one or more of: hybridizing DNA at a concentration of about 2 x 10 11 to about 5 x 10 11 molecules/cm 2 ; and immobilizing streptavidin at a concentration of about 2 x 10 11 to about 9 x 10 11 molecules/cm 2 .
約4~約14%の表面窒素濃度;
約0.016~約0.021の相対ラジカル密度;
約0.052~約0.056a.u.の450nmにおける平均吸光度;
約1nm~約10nmの厚さ;
約2×1011~約5×1011個の分子/cm2の濃度のDNAをハイブリダイズさせること;及び
約2×1011~約9×1011個の分子/cm2の濃度のストレプトアビジンを固定化すること
のうちの1つ以上から選択される特性を有する、プラスチック表面。 A plastic surface coated with a plasma activated coating (PAC), said PAC covalently binding biomolecules and comprising:
a surface nitrogen concentration of about 4 to about 14%;
a relative radical density of about 0.016 to about 0.021;
an average absorbance at 450 nm of about 0.052 to about 0.056 a.u.;
a thickness of about 1 nm to about 10 nm;
A plastic surface having properties selected from one or more of: hybridizing DNA at a concentration of about 2x1011 to about 5x1011 molecules/ cm2 ; and immobilizing streptavidin at a concentration of about 2x1011 to about 9x1011 molecules/ cm2 .
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