專利名稱：具有穩(wěn)定親水性的表面活性劑組合物的制作方法
背景技術(shù)：
用于表面的表面活性劑涂層有很多用途，包括流體傳輸、防霧涂層、防濺涂層、潤濕、泡沫控制等等。表面活性劑可以提供其下基體表面所不具備的所需物理或化學(xué)性能。
例如，某些設(shè)備如診斷試驗裝置可以構(gòu)造成由一種或多種材料制成的基體，所述材料促進流體(例如水溶液)傳輸?shù)某潭炔蛔阋詾樵O(shè)備提供其所需水平的性能，即使該基體材料為設(shè)備提供其他所需性能。因此，在設(shè)備至少一部分上的表面活性劑涂層能夠提供促進流體傳輸?shù)奈锢砘蚧瘜W(xué)性能，因而提高設(shè)備的性能。
表面活性劑可以為基體提供親水性表面，促進流體在涂覆有表面活性劑的基體的一部分上傳輸。這類親水性表面可通過涂覆適當?shù)谋砻婊钚詣┒玫?。適合的表面活性劑包括但不局限于烷氧基化烴基醇；聚亞烷基二醇烴基醚和酯；硅氧烷共聚醇；聚乙氧基化酚；聚烷氧基化(例如聚乙二醇)的脂肪酸酯；含氟化合物表面活性劑，例如含聚烷氧基化全氟烷基的表面活性劑和含全氟烷基的陰離子表面活性劑；烷基、芳烷基和烷芳基的陰離子表面活性劑，包括磺酸鹽、硫酸鹽、膦酸鹽和磷酸鹽；烷基、芳烷基和烷芳基的兩性表面活性劑，例如內(nèi)銨鹽、磺基內(nèi)銨鹽(sultaines)和脂肪咪唑啉及其衍生物。然而，這些表面活性劑中很多都不能適用在經(jīng)歷長期儲存的設(shè)備中，尤其在高溫和/或在有試劑、粘合劑、染料、藥物和賦形劑或其他污染物存在的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中，因為隨著長期儲存或者在高溫下，其會喪失由表面活性劑涂層產(chǎn)生的親水性質(zhì)。
因此，存在對這樣表面活性劑組合物的需要，其用于形成能夠為基體提供親水性表面，從而涂層能夠促進流體傳輸，并能比已知的表面活性劑涂層更大程度地保持其親水性。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種用于形成為基體提供親水性表面的涂層的表面活性劑組合物。該表面活性劑涂層可以促進流體傳輸，同時隨著長期儲存、高溫和/或在有污染物存在的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中能夠保持其親水性。此處所用的“污染物”是指包含有一種或多種可能是揮發(fā)性或者遷移(即使?jié)舛确浅５停绲偷桨偃f分之幾的程度)和沉淀在涂覆的表面活性劑組合物上或與表面活性劑組合物結(jié)合的化合物。例如已知通常包含有顯著水平的單體、催化劑、增塑劑、增粘劑和其它組分的壓敏粘合劑或結(jié)構(gòu)粘合劑，其隨著時間可遷移和沉積在表面活性劑組合物上或與表面活性劑組合物結(jié)合，從而降低其親水性能。其他潛在的污染物包括可為醫(yī)療設(shè)備如診斷設(shè)備(例如監(jiān)測葡萄糖水平的條狀物、泌尿條狀物、驗孕裝置等)一部分的試劑、可為指示劑或其它系統(tǒng)一部分的染料、藥物和/或可為藥物輸送裝置一部分的賦形劑和類似物質(zhì)。
本發(fā)明提供一種表面活性劑組合物，其包括表面活性劑組分和穩(wěn)定劑組分。在低于45℃的溫度下、優(yōu)選在低于25℃的溫度下純態(tài)的表面活性劑組分通常為液態(tài)，其包括烷氧基化烷基二醇；烷氧基化烷基炔屬二醇；烷基或芳烷基醇的聚烷氧基化甘油單酯；聚烷氧基化烷基或芳烷基醇；硅氧烷共聚醇；聚乙氧基化酚；聚烷氧基化二醇或三醇的脂肪酸酯；含氟化合物表面活性劑，例如含聚烷氧基化全氟烷基的表面活性劑或含全氟烷基的陰離子表面活性劑；烷基、芳烷基和烷芳基的陰離子表面活性劑，例如磺酸鹽、硫酸鹽、膦酸鹽或磷酸鹽；烷基、芳烷基或烷芳基的兩性表面活性劑，例如內(nèi)銨鹽、磺基內(nèi)銨鹽或脂肪咪唑啉及其衍生物；或者上述兩種或多種的組合物。此處使用的術(shù)語“烷氧基化”是指表面活性劑或穩(wěn)定劑已經(jīng)與環(huán)氧烷發(fā)生反應(yīng)，從而一個或多個環(huán)氧烷單元已經(jīng)共價鍵合到表面活性劑或穩(wěn)定劑上。
穩(wěn)定劑組分包括帶有約8～約24個碳原子的烷基、芳烷基或烷芳基磺酸鹽、硫酸鹽、膦酸鹽或磷酸鹽表面活性劑，其不會抑制表面活性劑組分產(chǎn)生親水性表面，且不含任何溶劑時的熔點高于約25℃。優(yōu)選的穩(wěn)定劑是帶有10～18個碳原子的烷基、芳烷基或烷芳基鏈。最優(yōu)選的穩(wěn)定劑是帶有10～14個碳原子(例如12個碳原子)的烷基、芳烷基或烷芳基鏈。有些情況下，當不含任何溶劑時穩(wěn)定劑組分的熔點高于約45℃。所述烷基可以是直鏈、支鏈、環(huán)鏈或其任意組合。
一方面，本發(fā)明涉及一種表面活性劑溶液或乳液，其中表面活性劑組分和穩(wěn)定劑組分至少部分溶解在溶液中或分散在介質(zhì)中。在一個實施方式中，表面活性劑溶液包括在溶劑中的約0.05wt.％～約0.5wt.％的支鏈十二烷基苯磺酸鈉、鉀或鋰鹽，和約0.10wt.％～約0.6wt.％的乙氧基化炔屬二醇，其中溶劑包括異丙醇和水的混合物。所述溶劑可以是水或有機溶劑，例如水醇溶劑。因此，一旦被干燥，失去揮發(fā)性溶劑的涂層包含重量比為0.2～12的表面活性劑和穩(wěn)定劑。
另一方面，本發(fā)明涉及一種表面活性劑涂層，其由以下方法制備將表面活性劑溶液涂覆到基體表面，然后干燥基體，從而得到包括表面活性劑組分和穩(wěn)定劑組分的干涂層，其在25℃下老化13周后接觸角不超過25°。
另一方面，本發(fā)明提供一種在基體表面上制備親水性表面的方法，包括以下步驟將約0.2％～0.6％的表面活性劑組分、約0.05％～0.5％的穩(wěn)定劑組分和溶劑混合，形成表面活性劑組合物，將該表面活性劑組合物涂覆到基體上，干燥基體上的表面活性劑組合物。一旦被干燥，當被干燥和涂覆在基體上時，不含溶劑的表面活性劑組合物包括重量比為0.2∶1～12∶1的表面活性劑組分和穩(wěn)定劑組分。
另一方面，所述表面活性劑組合物可以作為涂層用在醫(yī)療診斷測試裝置中，裝置基體的至少一個面的至少部分涂覆有親水性涂層，該涂層包括約0.2％～0.6％的表面活性劑組分、約0.05％～0.5％的穩(wěn)定劑組分和溶劑，其中當被干燥和涂覆在基體上時，不含溶劑的表面活性劑組合物包含重量比為0.2∶1～12∶1的表面活性劑和穩(wěn)定劑；其中在溫度為23℃、相對濕度為50％的條件下老化3周后，通過液滴鋪展測試(Spreading Drop Test)表征的親水性保持為原液滴鋪展直徑的至少85％。該涂層可用于接觸或傳輸體液，例如人的血液、人的血液組分、尿液、粘液等。
結(jié)合以下的詳細說明，本發(fā)明的各種其它特征和優(yōu)點將變得非常顯而易見。在說明書的多個地方，通過列舉實施例提供了指導(dǎo)。在各種情況下，列表只作為代表性的組合，不應(yīng)當被解釋為排他性列舉。
發(fā)明詳述當將包含表面活性劑的涂料涂覆在基體上時，很多表面活性劑都能夠為基體提供相對親水的表面。涂覆的基體的親水性可以通過測試來評價，例如涂覆的基體的潤濕性、水作用在涂覆的基體上的接觸角、或液體穿過涂覆的基體一定距離所需的時間，例如芯吸速率或填充時間。然而，隨著長期的儲存或高溫和/或在有污染物存在的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中，涂覆有表面活性劑的表面會損失其至少一部分親水性能，表現(xiàn)為潤濕性降低、接觸角增大、穿過一定距離的時間變長、充滿儲存器的時間變長等，這樣就影響了基體的性能。如果基體的親水性能對設(shè)備的性能非常重要，那么該設(shè)備的性能也會受到損害。在有些情況下，在僅僅24小時之后就喪失了其親水性質(zhì)。
本發(fā)明提供一種適用于作為基體上涂層的表面活性劑組合物，該涂層為基體提供親水性，該親水性能夠長期保持基本穩(wěn)定，甚至在高溫下，例如溫度高于45℃。另外，本發(fā)明的表面活性劑組合物能夠為某些親水性表面涂層提供其他有利的性質(zhì)。
下面描述本發(fā)明的表面活性劑組合物，有時在上下文中，其為微流體裝置的一部分提供親水性涂層。例如，該裝置可以是設(shè)計用于將至少一部分液體樣品從裝置的一部分輸送到另一部分的任何裝置。這類裝置可以包括一個或多個基本平坦的基體，或者也可以包括例如通道的結(jié)構(gòu)。這類通道可以包括微結(jié)構(gòu)。此處所用的“微結(jié)構(gòu)”是指最小橫截面尺寸通常為1μm～1000μm、通常為10～500μm的結(jié)構(gòu)。例如，通道可能有100μm的深度，但可能寬10mm，長20mm，則仍屬于“微結(jié)構(gòu)”。此處所用的“微流體”裝置是指其至少一個用于輸送流體的一體化微結(jié)構(gòu)的那些。例如，代表性的裝置可以是設(shè)計用來檢測或識別液體樣品中一種或多種組分的診斷或檢測裝置。然而，本發(fā)明的特征同樣適用于包括一種或多種含親水性涂層的基體或表面的任何物品或裝置。
在一個實施方式中，本發(fā)明包括在溶液中的表面活性劑組合物。通常，該表面活性劑組合物包含表面活性劑組分和穩(wěn)定劑組分。穩(wěn)定劑組分自身也可以包含表面活性劑。
表面活性劑組合物的表面活性劑組分可以包括一種或多種為組合物提供親水性能的表面活性劑，從而也能夠為已涂覆到基體至少一部分上的表面活性劑組合物干燥所產(chǎn)生的涂層提供親水性能。此處所用的術(shù)語“表面活性劑”是指任何兩親性分子，當加到水中時，其可降低表面張力。優(yōu)選表面活性劑的分子量低于約2000道爾頓，優(yōu)選低于約1000道爾頓，最優(yōu)選低于約500道爾頓。在溫度低于45℃、優(yōu)選低于25℃時，純態(tài)的該表面活性劑為液體。適用于表面活性劑組合物中的表面活性劑包括但不局限于非離子表面活性劑，例如烷氧基化烴基醇；聚亞烷基二醇烴基醚或酯；硅氧烷共聚醇；聚乙氧基化酚；聚烷氧基化(如聚乙二醇)脂肪酸酯；聚烷氧基化烷基炔屬二醇，如2001年11月6日公布的美國專利6,313,182中所述的那些；和含氟化合物表面活性劑，例如含聚烷氧基化全氟烷基的表面活性劑。適合的表面活性劑還包括但不局限于陰離子表面活性劑，例如含全氟烷基的陰離子表面活性劑；烷基、芳烷基和烷芳基的陰離子表面活性劑，包括磺酸鹽、硫酸鹽、膦酸鹽和磷酸鹽；和烷基、芳烷基和烷芳基兩性表面活性劑，例如內(nèi)銨鹽、磺基內(nèi)銨鹽和脂肪咪唑啉及其衍生物等。其他適于本發(fā)明的表面活性劑包括2000年3月21日公開的美國專利6,040,053、1999年12月9日公開的美國專利5,997,621、1999年2月23日公開的美國專利5,873,931、1998年5月19日公開的美國專利5,753,373或1998年3月3日公開的美國專利5,723,175中所述的防霧表面活性劑。
表面活性劑組合物的穩(wěn)定劑組分包括一種或多種化合物，該化合物延長了表面活性劑組分為其上涂覆有表面活性劑組合物的基體提供親水性的時間?？梢赃x擇該穩(wěn)定劑組分使其基本上不妨礙表面活性劑組分的親水性能，實際上，可以選擇使其有助于表面活性劑組合物的親水性能。
在多數(shù)實施方式中，該表面活性劑組合物穩(wěn)定劑組分的熔點高于約23℃。在某些實施方式中，穩(wěn)定劑組分的熔點高于35℃，優(yōu)選至少45℃。在一些實施方式中，穩(wěn)定劑組分會有助于表面活性劑組合物的親水性能。
在一些實施方式中，穩(wěn)定劑組分包括陰離子表面活性劑。在一些實施方式中，穩(wěn)定劑組分包括帶有8～24個碳原子的烷基、芳烷基或烷芳基磺酸或硫酸的堿金屬鹽，例如十二烷基苯磺酸的堿金屬鹽，例如十二烷基苯磺酸鈉、鉀或鋰鹽。一種優(yōu)選實施方式包括十二烷基苯磺酸鈉。烷氧基化的烷基、芳烷基或烷芳基磺酸鹽、硫酸鹽、膦酸鹽或磷酸鹽衍生物表面活性劑也用作穩(wěn)定劑組分。優(yōu)選的穩(wěn)定劑組分每摩爾烷基、芳烷基或烷芳基團則含少于20和最優(yōu)選少于10摩爾的乙氧基化物。例子包括十二烷基-2-硫酸鈉、十二烷基磷酸鈉、十二烷基-4-磷酸鈉、二(十二烷基)-4-磷酸酯、油烯基磷酸鈉、十二烷基-4-磺基丁二酸鈉，等等。另外適用于穩(wěn)定劑組分的化合物在1999年2月23日公開的美國專利5,873,931中有所描述。
表面活性劑組合物可為溶液或乳液，或者為基體上的干涂層。當為溶液或乳液時，表面活性劑組合物可以溶解在任何適合的溶劑中。適合的溶劑包括水和有機溶劑，有機溶劑包括但不局限于酮、醚和醇。適合的醇包括甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇和丁醇。在某些實施方式中，適合的溶劑可以包括水醇溶劑，例如70/30的異丙醇和水的混合物。表面活性劑組合物還可以為在適當介質(zhì)中的分散液或乳液。在某些應(yīng)用中，為提供更均勻的涂層，所述介質(zhì)還包含水。
在本發(fā)明的一種實施方式中，表面活性劑組合物包括約0.05％～約0.5％的穩(wěn)定劑組分和約0.1％～約0.6％的表面活性劑組分的溶液。因此，當涂覆在基體上且干燥時，該組合物包括重量比為0.2∶1～12∶1的表面活性劑和穩(wěn)定劑。一旦干燥，表面活性劑組分在干燥涂層中的濃度按無溶劑計為25wt.％～95wt.％，穩(wěn)定劑組分在干燥涂層中的濃度按無溶劑計為5wt.％～75wt.％。在許多實施方式中，表面活性劑組分在干燥涂層中的濃度按無溶劑計為40wt.％～80wt.％，穩(wěn)定劑組分在干燥涂層中的濃度按無溶劑計為20wt.％～60wt.％。此處所用的“按無溶劑計”是指不含任何溶劑(除了水、或接觸空氣或外部條件時被涂層吸收的揮發(fā)物)的干燥涂層。
如上所述，某些實施方式可包括十二烷基苯磺酸鈉作為穩(wěn)定劑組分。如上所述，在某些實施方式中，表面活性劑組分也可包括一種或多種大范圍的表面活性劑。在特別的實施方式中，純態(tài)的該表面活性劑組分在溫度低于45℃時、優(yōu)選低于25℃時為液體，且在表面活性劑組合物中包括一種或多種乙氧基化二醇、聚乙氧基化酚或芳烷基磺酸鹽。在一種實施方式中，表面活性劑組分包括乙氧基化炔屬二醇。該乙氧基化炔屬二醇每含1摩爾炔屬二醇則含1摩爾或更多的環(huán)氧乙烷，優(yōu)選每含1摩爾的炔屬二醇則含4摩爾或更多的環(huán)氧乙烷。
在另一方面，本發(fā)明提供一種表面活性劑組合物，將其干燥形成干表面活性劑涂層，該涂層對涂覆有表面活性劑組合物的表面或基體賦予親水性能。表面活性劑組合物可以沉積在任何需要本發(fā)明表面活性劑組合物特性的表面上。例如，表面活性劑可沉積在設(shè)計用來調(diào)節(jié)液體樣品運動的表面的至少一部分上。這種裝置的例子包括但不局限于用于對液體樣品進行診斷或檢測的裝置。可能需要這樣的裝置其表面是親水性的，從而促進至少一部分液體樣品從裝置中的一個位置傳輸?shù)搅硪晃恢?。然而，樣品通常必須穿越或通過的裝置表面可能親水性不夠強，不能為該裝置提供足夠的性能。在這種情況下，本發(fā)明的表面活性劑組合物可以沉積在至少一部分流體傳輸表面上，以促進流體樣品的流體傳輸，足以為該設(shè)備提供適當?shù)男阅堋Ｆ湟部梢杂酶鞣N方式沉積，從而以特定方式控制流體流動，例如連續(xù)、非連續(xù)或循環(huán)的方式。
上述溶液形式的表面活性劑組合物可以沉積在需要表面活性劑涂層的至少一部分表面上。表面活性劑溶液以本領(lǐng)域中已知的任何方式沉積。所述方法包括但不局限于噴涂法、刷涂法、凹版涂覆法、線棒涂覆法、浸漬或沉浸涂覆法、擠出(口模式)涂覆法、氣刀涂覆法、滑動涂覆法(slide coating)、刮涂法、靜電涂覆法、噴墨印刷法或流動涂覆法。
表面活性劑組合物也可復(fù)合到基體中，使一部分組合物起霜(bloom)到表面上。這可以在鑄塑和固化系統(tǒng)中完成，例如在丙烯酸基體中，表面活性劑和穩(wěn)定劑組分添加到未固化的或部分固化的單體中，最終固化該基體?？蛇x擇地，在擠出或噴射成型過程中將表面活性劑組合物添加到熱塑性塑料中。
可以用任何適當方法干燥表面活性劑溶液，從而形成基本干燥的親水性表面涂層。此處所用的術(shù)語“干的”或“干燥”指將表面活性劑組合物溶解或乳化在其中的溶劑除去的過程，所述溶劑可以包含或不包含水。例如，可以通過在再循環(huán)熱空氣爐、紅外爐或射頻爐中加熱涂覆過的基體來干燥表面活性劑溶液?？蛇x擇地，溶液可以不用加熱，僅通過簡單蒸發(fā)或強制通風(fēng)蒸發(fā)來干燥?？梢圆糠值赜苫w的物理和化學(xué)組成來確定加熱的溫度和時間，即一些基體材料可能能夠經(jīng)受高溫而不會改變在涂覆過程結(jié)束后基體所需的某些物理或化學(xué)特性。其它基體可能有壓紋或其它微復(fù)制結(jié)構(gòu)，這可能需要更高或更低的熱過程來均勻地干燥涂層。
基體可以由任何能被涂覆的材料構(gòu)成，實際上，至少部分由預(yù)期用途的物理和結(jié)構(gòu)需求來決定。適合的基體包括但不局限于玻璃、金屬、各種結(jié)構(gòu)和組成的聚合基體，包括板材、網(wǎng)膜、無紡布、管材、毛細管、平膜或結(jié)構(gòu)膜、和膜/膜或膜/無紡布的層壓品。在大部分實施方式中，基體是無孔的。多數(shù)優(yōu)選的基體是膜，其中可能包含或不包含三維結(jié)構(gòu)，例如通道、錐體、袋體等。適合用本發(fā)明的表面活性劑組合物涂覆的基體的適當聚合組成和構(gòu)造的實例在以下專利中有所描述例如1996年5月7日公開的美國專利5,514,120，1998年3月17日公開的美國專利5,728,446，2001年9月18日公開的美國專利6,290,685，2002年4月23日公開的美國專利6,375,871，2002年7月16日公開的美國專利6,420,622，2000年7月7日申請的美國申請09/612,418。不管在構(gòu)造基體中使用的具體材料，上述公開的基體構(gòu)造都是可適用的。聚合物基體可以用任何適當?shù)姆椒ㄖ瞥?，例如擠出、注模、吹塑、壓模、鑄塑等。
基體可以部分確定被認為適用于將表面活性劑組合物沉積在至少一部分基體上的溶劑。某些塑料基體如果接觸不相容的溶劑，可能發(fā)生龜裂、變薄或溶解。例如，聚碳酸酯基體在接觸酮類溶劑(例如丙酮)時會受到影響，有時會很嚴重。然而，這些基體可以用溶解在醇基溶劑中的表面活性劑組合物來涂覆，而不會帶來不良影響。
干燥的表面活性劑涂層可以為特定目的所需的任何厚度。例如，干燥的表面活性劑涂層的厚度可以為約10nm～約2000nm。在某些實施方式中，干燥涂層可以為約60nm～約300nm厚。涂層的厚度可以基于基體的性質(zhì)來選擇，可以部分取決于涂覆均勻性的要求。對于具有微特征的基體，厚度為約10nm～約1000nm的較薄涂層可適用于降低補充這類微細特征的可能性和程度。在某些實施方式中，厚度為約50nm～約500nm的涂層可與帶有微結(jié)構(gòu)的基體結(jié)合使用。
涂料溶液通常包括少于約5wt.％的穩(wěn)定劑組分和少于約5wt.％的表面活性劑組分。如果一種或兩種組分的濃度過高，那么很難獲得均勻的涂層。為提供均勻的涂層，穩(wěn)定劑的濃度可以低于總表面活性劑組合物的約2wt.％，本發(fā)明的某些表面活性劑組合物包括少于1wt.％的穩(wěn)定劑組分，例如約0.05wt.％～約0.5wt.％。
表面活性劑組分也可保持相對低的濃度，以提供均勻的涂層。表面活性劑組分的濃度可低于總表面活性劑組合物的約2wt.％。本發(fā)明的某些表面活性劑組合物可包括少于約1wt.％的表面活性劑組分，例如約0.1％～約0.6％。
如上所述，本發(fā)明的表面活性劑組合物對其涂覆的表面或基體提供親水性涂層。這些親水性可以為涂覆的表面提供特定應(yīng)用所需的某些功能性質(zhì)。例如，如果表面活性劑涂層涂覆在診斷裝置的流體傳輸控制膜的表面，表面活性劑涂層可提高流體控制膜接收液體樣品的速度或程度。表面活性劑涂層還可以提高流體樣品從流體控制膜的接收部分到流體控制膜的診斷或分析部分的流動速度、均勻性和穩(wěn)定性。本發(fā)明的表面活性劑組合物還可提供親水性涂層，且其親水性可以得到保持，同時提供一種能夠允許寬范圍粘合劑很好粘合的表面，所述粘合劑包括壓敏粘合劑(例如丙烯酸)和嵌段共聚物粘合劑(例如Kraton基粘合劑)。通過如下方法對好的粘合性進行了簡單的檢查將雙面帶(產(chǎn)品編號315，可購自3M，St.Paul，MN)粘合在膜上，并將其粘合到第二基體(例如玻璃)上，在23℃和50％的相對濕度下老化7天，檢測其粘合性。本發(fā)明的優(yōu)選樣品可保持粘合性長達21周。
本發(fā)明的表面活性劑組合物還可以提供一種比可選擇的親水性涂層保持其親水性更長時間(甚至在高溫下)的親水性涂層。因此，與涂覆有可選擇的親水性涂層的類似表面相比，涂覆有本發(fā)明表面活性劑組合物的表面可提供就更長時間和/或更高溫度而言與親水性涂層相關(guān)的有益效果。因此，與包括涂覆有可選擇的親水性涂層的表面的類似裝置相比，包括涂覆有本發(fā)明表面活性劑組合物的表面的裝置具有更長的使用壽命，因此提供一種更適于在其有效壽命結(jié)束之前使用的設(shè)備，并減少由于過期設(shè)備的丟棄而產(chǎn)生的廢物。
例如，涂覆有不穩(wěn)定親水性表面活性劑組合物的基體在例如45℃和50％相對濕度的室內(nèi)環(huán)境中保存30天就失去其大部分親水性特征。親水性的一種量度是一部分液體樣品在涂覆的表面上從一點移動到另一點所需的時間，可互換地稱為芯吸速率(wicking rate)或填充時間(filltime)。更短的液體傳輸時間與表面更強的親水性能相關(guān)。不穩(wěn)定的親水性表面活性劑在例如40℃時儲存3周后，其填充時間發(fā)生顯著降低，即大于15％。相反地，涂覆有本發(fā)明穩(wěn)定的表面活性劑組合物的基體在相同條件下儲存相同時間之后，其填充時間發(fā)生降低，即低于85％。
親水性的另一種量度是隨時間對其表面的接觸角測量，其可用于監(jiān)測涂覆的基體表面潤濕性能的變化。小的接觸角值與強的表面親水性相關(guān)。不穩(wěn)定的親水性表面活性劑在例如25℃儲存13周，其接觸角值會有顯著變化。相反地，涂覆有本發(fā)明穩(wěn)定的表面活性劑組合物的基體能夠在相同條件下儲存相同時間之后，其接觸角值幾乎很少變化或沒有變化。
本發(fā)明的表面活性劑組合物還能提供可用于各種應(yīng)用的涂層。例如，本發(fā)明的多種表面活性劑組合物可用于涂覆診斷或檢測設(shè)備的流體控制表面，因為它們與診斷或檢測分析中的試劑或樣品組合物不發(fā)生反應(yīng)。因此，可以選擇本發(fā)明的表面活性劑組合物的親水性涂層，使其不會影響診斷或檢測分析所需的化學(xué)或物理環(huán)境要求。本發(fā)明的非離子表面活性劑和陰離子穩(wěn)定劑特別適合測試條中的試劑，例如葡萄糖測試條，如美國專利6,270,637中所述。
本發(fā)明的某些表面活性劑組合物可以提供在經(jīng)過儲存后仍保持一定透明度的親水性涂層。因此，當用于需要親水性涂層透明的設(shè)備時，這種表面活性劑組合物會有特別的用途。當涂覆在透明基體(例如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、丙烯酸樹脂等)上時，這是特別重要的。
因此，本發(fā)明的某些實施方式可以特別用于在例如診斷設(shè)備的流體傳輸表面提供親水性涂層，因為所公開的表面活性劑組合物提供一種具有如下性質(zhì)的涂層1)其親水性使得涂層能夠促進至少一部分液體樣品從設(shè)備的樣品接收部分有效地傳輸?shù)皆O(shè)備的分析部分；2)其穩(wěn)定性使得能夠保持表面的親水性和在某些情況下的透明度，因此增加了設(shè)備在其使用壽命終止前使用的可能性；3)其與診斷分析中的試劑和樣品組分不發(fā)生反應(yīng)和4)提供一個與用于該設(shè)備的多種常規(guī)粘合劑有很好粘合性能的表面。表面活性劑組合物的上述特征中每一項都有助于提高包括涂覆有本發(fā)明表面活性劑組合物的表面的設(shè)備的性能。
通過以下實施例對本發(fā)明做進一步的描述，以下實施例并不用于限定本發(fā)明的范圍。在實施例中，除非特別指出，份數(shù)、比值和百分數(shù)都以重量計。
實施例表3

實施例5在以下反應(yīng)條件下測試催化劑B總的氣時空速為750h-1，1500h-1，或3000h-1，反應(yīng)物CO/H2/H2S的摩爾比例分別為1/1/2，催化劑床層溫度在220℃(最低)和320℃(最高)之間改變，絕對壓力為7bar。在反應(yīng)器的單一通路中評價催化活性。

圖1顯示了甲硫醇形成的選擇性是總的氣時空速和反應(yīng)溫度的函數(shù)。
表4證實了在本方法的反應(yīng)條件下副產(chǎn)物甲烷、甲硫醚和二硫化碳的形成被保持在絕對的最低(S＜1％)。
表4

GHSV＝總的氣時空速S＝選擇性
b.接觸時間為5秒。
c.催化劑是由重鉻酸銨通過熱解制得的并且在900℃煅燒(參見U.S.專利5,036,036)。
按照一般方法用HF預(yù)處理的。
d.從市售來源獲得的高表面積氧化鉻。按照一般方法用HF預(yù)處理的。
可拆除硬盤驅(qū)動器放置在視頻編輯系統(tǒng)中，開啟上述電子元件。按下“顯示”鍵開啟計時器。將取自Accu-Chek Advantage測試儀的條放置在攝影機下。從視頻編輯系統(tǒng)的主菜單中選擇“編輯”按鈕。隨后，選擇“記錄”按鈕，攝影機中顯示出圖像。通過旋轉(zhuǎn)光纖光源上的調(diào)節(jié)鈕來調(diào)節(jié)光源。利用攝影機上的大環(huán)和鏡頭(macro ring andlens)聚焦傳感器的圖像。檢查時間戳的格式(通常是SSTH)，確定其在運行狀態(tài)。通過用于取適當樣品體積的Rainin吸液管(2.0μL為NWS-V型傳感器，1.0μL為Crusader型傳感器)，從混合的全血管中提取該體積，用Kimwipe抹吸液管的頂端，壓下活塞形成懸滴。通過用左鼠標按鈕選擇“記錄”按鈕來開啟視頻編輯系統(tǒng)。通過將血滴與測試條傳感器部分的中部接觸，立即計量傳感器劑量。用左鼠標按鈕按下“停止”按鈕。通過視頻編輯系統(tǒng)用以字母S開頭的標識符自動標記每個夾子(clip)，隨后用遞增的數(shù)字指示片數(shù)(slide number)。使用記錄表來記錄樣品體積、血細胞比容和傳感器標識符。重復(fù)該方法直到充滿所有的傳感器，并記錄下來。
當記錄下所有的傳感器后，選擇第一個記錄片(slide)，在視頻編輯系統(tǒng)的“編輯”屏上選擇“修整”按鈕。使用滾輪選擇“in”，滾輪滾到右邊直到血樣第一次進入毛細管腔。由時間戳發(fā)生器屏上顯示的時間被記錄為以秒計的“最初”時間。
將滾輪再次滾到右邊直到血樣接觸液滴檢測電極。這是血樣第一次跨在兩個液滴檢測電極間的豎直間隙上，這樣血液同時接觸兩個電極。此時顯示在屏上的時間記錄為“樣品足量”時間。
用“樣品足量”時間減去“最初時間”，計算出“總填充時間”。
測試條在儲存瓶中于三個不同溫度(4℃、32℃和45℃)下分別老化0周(T0)、3周(T3)、6周(T6)、13周(T13)和21周(T21)。
表1b中示出了4℃、32℃和45℃下經(jīng)過T13和T21老化后的總填充時間結(jié)果。

結(jié)果顯示乙氧基化炔屬二醇、DynolTM604和Rhodacal DS10的組合物非常穩(wěn)定。實施例1在各種測試溫度下老化1周后，其填充時間保持相同或減少。
水接觸角測試水接觸角測試用于檢測涂層薄膜表面潤濕性能的變化。這些膜被切成8×70mm的條，在25℃、32℃和45℃下的儲存瓶(帶有螺旋頂蓋的玻璃瓶，包括涂有TeflonTM的襯層(涂有TeflonTM的襯層側(cè)總是朝向廣口瓶內(nèi)部)，40mL(I-Chem/VWR#IRC236-0040))中儲存0、1、3、6、9、13、21、26、39、52、78和104周，進行水接觸角測量。使用視頻接觸角分析儀(以First Ten Angstroms，modelFTA 125視頻接觸角分析系統(tǒng)購買)確定水(類型I)接觸角。對于儲存溫度/時間的各種組合，測量三個條在襯層和膜間親水性表面上的接觸角。
使用一次性腈類手套握住測試條，在測試之前或測試過程中不接觸表面。
FTA分析用I型水充滿100μL的儀器注射器。將光源、照相機焦距和光圈調(diào)節(jié)到注射器針尖的最佳圖像。將該條放置在位于FTA樣品臺頂部的金屬板上。該條的末端用磁鐵固定，使測試條的邊緣盡可能靠近金屬板的邊緣。如果測試條平放沒有褶皺，取向FTA樣品臺以使照相機的光程垂直于測試條的前沿。移動所述臺直到注射器針正好位于條邊緣內(nèi)，從而有足夠的空間分散水滴。收集視頻圖像(約4秒)來對每個接觸角進行分析。目的在于捕集設(shè)計的計時零點和圖像進展的錄像，直到建立液滴平衡。
測試條平放沒有褶皺，沿25×75mm的載玻片的縱向邊粘結(jié)一片雙面帶(產(chǎn)品號315，購自3M，St.Paul，MN)。將待測試的條附著于載玻片上的雙面帶上，使測試條的邊緣盡可能靠近玻片和雙面帶的邊緣。在金屬板上將附著有測試條的玻片放置在FTA樣品臺的頂部，如前所述獲得視頻錄像。
記錄每個分析區(qū)域的最初和“平衡”接觸角。計算并以度為單位記錄每個條的九個水接觸角的平均值。表1c示出了實施例1和2在25℃、32℃和45℃下13和21周后的平均水接觸角測試結(jié)果。

實施例1和2中更小的接觸角值表明在一個溫度范圍(包括高溫)其表面非常親水，經(jīng)過相當長時間(例如21周)后，仍保持穩(wěn)定的親水性。
實施例3涂料溶液、涂覆基體的制備和測試條的結(jié)構(gòu)都與實施例1和2所述的相同。
用實施例1和2中所述的填充時間測試法評價測試條。表2a中示出了在4℃、32℃和45℃下老化T13和T21后的總填充時間結(jié)果。



在各種試驗溫度下老化3～6周，實施例3的填充時間略有增加，在老化13～21周后減少到幾乎相同的時間。
用實施例1和2中所述的水接觸角測試法來評價該親水性膜。其結(jié)果如表2d、2e和2f所示。


*無效

*無效為了比較，T0時測試條(沒有親水性涂層)后部的最初/最終接觸角測試為43°/24°，在45℃老化26周后的最初/最終接觸角測試為91°/91°。與此相比，實施例3的接觸角最初低于比較值，老化26周后仍保持較低。
實施例4～13和比較例A～I
將如表3a中所示量的組分添加到70/30重量百分比的異丙醇/水溶劑中，制備涂料溶液。

用Meyer棒將溶液涂覆在聚酯塑料膜(0.10mm厚的雙軸取向電暈放電處理過的聚對苯二甲酸乙二醇酯膜)上，在100℃下干燥該涂層。對涂覆的膜進行加速老化(使用表2b中的數(shù)據(jù))。涂覆過的膜被切成約7.5×12cm的片，垂直置于支架中，所有的表面都暴露于常溫(25℃)和相對濕度(50％)房間內(nèi)的循環(huán)空氣中。通過液滴鋪展測試，每周至21天評價其親水性。
液滴鋪展測試在測試之前和測試過程中，將每個樣品在23℃和50％相對濕度的條件下放置至少8小時。注意確保膜樣品不被污染，暴露于環(huán)境中不會導(dǎo)致潤濕性降低。將膜樣品放置在清潔的平坦水平面上，其側(cè)面用于測試。在環(huán)境條件(約23℃)下，通過垂直握住注射器，使液滴剛剛接觸表面以致于液滴不會落下碰撞表面，用精確注射器將包含0.07wt.％的“Wool Fast Brilliant Red R.L.Dye”(可購自Pylam，Garden City，NY)3微升去離子蒸餾水滴輕輕放置在表面上。使液滴鋪展到最大程度，完全變干。通過將膜放置在具有不同直徑預(yù)先測量的圓周的紙上來測量液滴的直徑。記錄平均液滴直徑。近似計算不規(guī)則形狀的液滴尺寸。計算出在7天和22天之間液滴尺寸或親水性的保持百分比。表3b示出了液滴尺寸或親水性的保持百分比。

實施例4～13中液滴鋪展測試結(jié)果的保持百分比都高于87％，而比較例A～I的液滴鋪展測試結(jié)果的保持百分比都低于85％。
在不脫離本發(fā)明的范圍和主旨的情況下，對本發(fā)明的各種改進和變化對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的。如果有所抵觸，本發(fā)明的說明書包括解釋將起到參考作用。
應(yīng)當理解不通過在此提出的示例性實施方式對本發(fā)明進行不適當?shù)南薅?，這些示例性的實施方式在此只作為實施例，本發(fā)明的范圍僅通過隨后提出的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種涂覆有表面活性劑組合物的親水性表面，所述組合物包括約0.2％～0.6％的表面活性劑組分；約0.05％～0.5％的穩(wěn)定劑組分；和溶劑；其中當被干燥且涂覆在基體上時不含溶劑的所述表面活性劑組合物包含重量比為0.2∶1～12∶1的表面活性劑和穩(wěn)定劑；在23℃和50％相對濕度下老化3周后，由液滴鋪展測試表征的親水性保持為原液滴鋪展直徑的至少85％。
2.如權(quán)利要求1的表面活性劑組合物，其中所述溶劑包括水和醇的混合物。
3.如權(quán)利要求2的表面活性劑組合物，其中所述醇選自甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇和丁醇。
4.如權(quán)利要求1的表面活性劑組合物，其中所述表面活性劑組分在低于25℃的溫度下為液態(tài)。
5.如權(quán)利要求1的表面活性劑組合物，其中所述表面活性劑組分是非離子表面活性劑。
6.如權(quán)利要求5的表面活性劑組合物，其中所述表面活性劑組分選自烷氧基化烷基二醇、烷氧基化烷基炔屬二醇、烷基醇的烷氧基化甘油單酯、芳烷基醇的烷氧基化甘油單酯、烷氧基化烷基醇、聚烷氧基化芳烷基醇、硅氧烷共聚醇、聚乙氧基化酚、聚烷氧基化二醇的脂肪酸酯、聚烷氧基化三醇的脂肪酸酯和含聚烷氧基化全氟烷基的表面活性劑。
7.如權(quán)利要求1的表面活性劑組合物，其中所述表面活性劑組分是乙氧基化炔屬二醇。
8.如權(quán)利要求1的表面活性劑組合物，其中所述穩(wěn)定劑組分的熔點高于25℃。
9.如權(quán)利要求8的表面活性劑組合物，其中所述穩(wěn)定劑組分的熔點至少為45℃。
10.如權(quán)利要求1的表面活性劑組合物，其中所述穩(wěn)定劑組分選自含全氟烷基的陰離子表面活性劑；烷基、芳烷基或烷芳基磺酸鹽；烷基、芳烷基或烷芳基硫酸鹽；烷基、芳烷基或烷芳基膦酸鹽；烷基、芳烷基或烷芳基磷酸鹽；芳烷基或烷芳基膦酸鹽；烷基、芳烷基或烷芳基內(nèi)銨鹽；芳烷基或烷芳基膦酸酯磺基內(nèi)銨鹽；和脂肪咪唑啉及其衍生物。
11.如權(quán)利要求10的表面活性劑組合物，其中所述穩(wěn)定劑組分是芳烷基磺酸鹽。
12.如權(quán)利要求10的表面活性劑組合物，其中所述穩(wěn)定劑組分是十二烷基苯磺酸的堿金屬鹽。
13.如權(quán)利要求1的表面活性劑組合物，其中在23℃和50％的相對濕度下老化3周后，由液滴鋪展直徑表征的親水性保持為原液滴鋪展直徑的至少90％。
14.如權(quán)利要求1的表面活性劑組合物，其中在23℃和50％的相對濕度下老化3周后，由液滴鋪展直徑表征的親水性保持為原液滴鋪展直徑的至少95％。
15.一種涂覆在無孔基體上的涂層，其包含重量比為0.2∶1～12∶1的表面活性劑組分和穩(wěn)定劑組分，其中在23℃和50％的相對濕度下老化3周后，由液滴鋪展直徑表征的親水性保持為原液滴鋪展直徑的至少85％。
16.如權(quán)利要求15的涂層，其中所述表面活性劑組分在低于25℃的溫度下為液態(tài)。
17.如權(quán)利要求15的涂層，其中所述表面活性劑組分是非離子表面活性劑。
18.如權(quán)利要求17的涂層，其中所述表面活性劑組分選自烷氧基化烷基二醇、烷氧基化烷基炔屬二醇、烷基醇的烷氧基化甘油單酯、芳烷基醇的烷氧基化甘油單酯、烷氧基化烷基醇、聚烷氧基化芳烷基醇、硅氧烷共聚醇、聚乙氧基化酚、聚烷氧基化二醇的脂肪酸酯、聚烷氧基化三醇的脂肪酸酯和含聚烷氧基化全氟烷基的表面活性劑。
19.如權(quán)利要求18的涂層，其中所述表面活性劑組分是乙氧基化炔屬二醇。
20.如權(quán)利要求15的涂層，其中所述穩(wěn)定劑組分的熔點高于25℃。
21.如權(quán)利要求15的涂層，其中所述穩(wěn)定劑組分選自含全氟烷基的陰離子表面活性劑；烷基、芳烷基或烷芳基磺酸鹽；烷基、芳烷基或烷芳基硫酸鹽；烷基、芳烷基或烷芳基膦酸鹽；烷基、芳烷基或烷芳基磷酸鹽；烷基、芳烷基或烷芳基內(nèi)銨鹽；烷基、芳烷基或烷芳基磺基內(nèi)銨鹽；和脂肪咪唑啉及其衍生物。
22.如權(quán)利要求21的涂層，其中所述穩(wěn)定劑組分是十二烷基苯磺酸的堿金屬鹽。
23.如權(quán)利要求13的涂層，其中在環(huán)流室內(nèi)于23℃和50％相對濕度下老化3周后，由液滴鋪展直徑表征的親水性保持為原液滴鋪展直徑的至少90％。
24.如權(quán)利要求13的涂層，其中所述基體是膜。
25.一種接觸體液的微流體裝置，包括基體；涂層，其包含按無溶劑計約25wt.％～95wt.％的表面活性劑組分，和按無溶劑計約5wt.％～75wt.％的穩(wěn)定劑組分；其中在25℃下老化13周后，涂層的接觸角不超過25°。
26.一種涂覆有表面活性劑組合物的親水性表面，所述組合物包括約0.2％～0.6％的表面活性劑組分；約0.05％～0.5％的穩(wěn)定劑組分；和溶劑；其中當被干燥和涂覆在基體上時，不含溶劑的所述表面活性劑組合物包含重量比為0.2∶1～12∶1的表面活性劑和穩(wěn)定劑；且在25℃下老化13周后，其接觸角不超過25°。
27.一種在基體上制備親水性表面的方法，包括將約0.2％～0.6％的表面活性劑組分、約0.05％～0.5％的穩(wěn)定劑組分和溶劑混合，形成表面活性劑組合物，將該表面活性劑組合物涂覆到基體上，和干燥基體上的表面活性劑組合物，其中當被干燥和涂覆在基體上時，不含溶劑的所述表面活性劑組合物包含重量比為0.2∶1到12∶1的表面活性劑和穩(wěn)定劑，在23℃和50％相對濕度下老化3周后，由液滴鋪展測試表征的親水性保持為原液滴鋪展直徑的至少85％。
28.如權(quán)利要求27的方法，其中所述基體是無孔的。
29.如權(quán)利要求27的方法，其中所述基體是膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種親水性表面活性劑組合物，其包含表面活性劑組分和穩(wěn)定劑組分?？赏ㄟ^如下方法將所述表面活性劑涂覆到表面上使表面活性劑溶液沉積在表面的一部分上，然后干燥表面活性劑溶液形成干涂層。當將所述表面活性劑組合物涂覆到基體上時，其可以提供親水性表面，該表面在經(jīng)過長時間、高溫或兩種條件同時存在的情況下可以保持其親水性。
文檔編號C09D7/12GK1867407SQ200480030603
公開日2006年11月22日 申請日期2004年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月17日
發(fā)明者約拉·B·萊維特, 馬修·T·肖爾茨 申請人:3M創(chuàng)新有限公司