CN104169378B - 亲水流体输送装置 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了亲水制品以及使用此类制品的方法。所述亲水制品包括亲水层，所述亲水层包含附接到基底的烧结的、酸化的二氧化硅纳米粒子。附接到所述亲水层的第一部分的间隔层限定至少一个流体输送通道，所述至少一个流体输送通道在一侧上由所述亲水层的第二部分界定。所述纳米粒子可包含球形纳米粒子和细长纳米粒子中的一者或两者。

Description

亲水流体输送装置
技术领域
本发明涉及亲水制品，所述亲水制品包括能够提供流体输送的那些。描述了包括亲水层的制品，所述亲水层包含烧结的、酸化的纳米粒子。本发明还涉及制备和使用亲水流体输送制品的方法。
发明内容
简而言之，在一个方面，本发明提供了一种亲水制品，所述亲水制品包括基底、附接到基底的包含烧结的、酸化的二氧化硅纳米粒子的亲水层的第一表面、以及附接到亲水层的与第一表面相背第二表面的第一部分的间隔层。间隔层限定至少一个流体输送通道，所述至少一个流体输送通道在一侧上由亲水层的第二部分界定。
在一些实施例中，亲水制品还包括覆盖层，所述覆盖层附接到间隔层，并且覆盖流体输送通道的至少一部分。在一些实施例中，流体输送通道包括着陆区，所述着陆区包括亲水层的暴露部分。在一些实施例中，流体输送通道包括检测区。在一些实施例中，亲水制品包括与间隔层的与亲水层相背的表面的至少一部分接触的覆盖层，如，包括第二亲水层的覆盖层，所述第二亲水层包含烧结的、酸化的二氧化硅纳米粒子并且附接到第二基底。
在一些实施例中，所述纳米粒子包含平均长度与直径比率至少为2(如，3至15)的细长二氧化硅纳米粒子。在一些实施例中，所述纳米粒子包含最大直径与最小直径的比率小于2(如，小于1.2)的基本上球形二氧化硅纳米粒子。在一些实施例中，所述纳米粒子包含基于所述纳米粒子的总重量计50重量％至95重量％的、最大直径与最小直径的比率小于2的基本上球形二氧化硅纳米粒子，和5重量份至50重量份的、平均长度与直径比率至少为2的细长二氧化硅纳米粒子。
在一些实施例中，亲水层包含至少95重量％的纳米粒子。在一些实施例中，亲水层包含不大于5重量％的树脂。在一些实施例中，亲水层基本上由纳米粒子组成。
在另一方面，本发明提供了利用本发明的亲水制品来输送流体的方法。此类方法包括将流体施加到亲水层的第二表面的第二部分的第一区域，以及将流体输送通道内的流体从第一区域芯吸到亲水层的第二表面的第二部分的第二区域。在一些实施例中，所述流体为生物流体。
本公开的上述发明内容并不旨在描述本发明的每一个实施例。本发明的一个和多个实施例的细节还在下面的描述中示出。本发明的其他特征、目标和优点根据描述和权利要求将显而易见。
附图说明
图1示出了根据本发明的一些实施例的示例性亲水制品的边缘视图。
图2示出了根据本发明的一些实施例的图1的示例性亲水制品的透视图。
图3示出了根据本发明的一些实施例的图1的示例性亲水制品的顶视图。
图4示出了根据本发明的一些实施例的另一个示例性亲水制品的边缘视图。
图5示出了根据本发明的一些实施例的图4的示例性亲水制品的透视图。
图6示出了根据本发明的一些实施例的另一个示例性亲水制品的边缘视图。
具体实施方式
某些装置(例如，流体诊断测试装置)将流体从第一位置传送到第二位置，例如，从源传送到该装置的检测区。一般来讲，流体诊断测试装置包括由一种或多种材料制成的基底，所述材料经选择以向该装置提供某些理想的特性。例如，基底通常包括提供所需机械特性的聚合物膜。然而，大多数聚合物膜为疏水性的并且不能将流体(尤其是水溶液，例如体液)的输送提高到足以提供具有所需性能水平的装置的程度。因此，大多数聚合物膜需要某种形式的表面处理或涂布以使得它们具有足够的亲水性，由此来提供流体输送。
可利用含表面活性剂的体系来制备适用于流体输送应用的产品。例如，如美国专利No.7,378,451(2008年5月27日公布的Levitt和Scholz的“Surfactant Compositionhaving Stable Hydrophilic Character”(具有稳定亲水特征的表面活性剂组合物))中所述，基底的至少一部分上的表面活性剂涂层可提供促进流体输送并且因此改善装置的性能的物理或化学特性。然而，表面活性剂的使用可导致不利的属性。例如，一些表面活性剂化学物赋予雾度，这可为不利的，尤其是在被设计用于依赖光学探询方法的诊断装置的应用中。另外，表面活性剂往往为逸散性的并且它们所赋予的亲水性可随时间推移而减弱；这因而限制产品的储存寿命。表面活性剂的逸散特性还可导致在使用期间污染与其接触的流体并且可干扰此类流体的后续分析。例如，表面活性剂污染可干扰采用亲水膜作为毛细管流装置的装置(如，糖尿病葡萄糖监测仪及其相关测试条)中的化学或电化学分析检测。另外，可能难以将粘合剂(包括压敏粘合剂)粘结到多种含表面活性剂的涂层。
本发明人已发现，可由烧结的、酸化的二氧化硅纳米粒子来制备亲水层。在一些实施例中，亲水层基本上不含表面活性剂。如本文所用，“表面活性剂”为两亲性有机化合物。理想的是，不含表面活性剂的材料将不包含任何两亲性有机化合物。然而，实际上，这可难以实现或者不可能实现。例如，痕量的此类材料可存在于所购买或制备的原料中，或者可作为污染物出现在特定制造过程中。如本文所用，“基本上不含表面活性剂”的材料是指其包含基于该材料的总重量计小于0.002重量％的两亲性有机化合物。在一些实施例中，基本上不含表面活性剂的材料包含基于该材料的总重量计不大于0.001重量％、或甚至不大于0.0005重量％的两亲性有机化合物。
根据本发明的一些实施例的一个示例性亲水制品100示于图1至3中。亲水制品100包括基底110、亲水层120、和间隔层130。一般来讲，亲水层120位于基底110与间隔层130之间。
在一些实施例中，亲水层120直接附接到基底110的第一表面112。在一些实施例中，亲水层120可间接附接到基底110，即，一个或多个附加层(如，粘合剂层或底漆层)可位于亲水层与基底之间。
相似地，在一些实施例中，亲水层120可直接附接到间隔层130的第一表面132。在一些实施例中，亲水层120可间接附接到间隔层130，即，一个或多个附加层(如，粘合剂层或底漆层)可位于亲水层与间隔层之间。
一般来讲，间隔层130仅覆盖亲水层的一部分。覆盖范围中的间隙产生流体输送通道140。流体输送通道140在一侧上由亲水层120的如下表面界定，所述表面是因间隔层的覆盖范围中的间隙而暴露的表面。间隔层130的暴露边缘产生限定流体输送通道140的边界的壁135。一般来讲，壁135约束流体输送通道内的流体。一般来讲，亲水层120有利于沿壁135之间的通道输送，并且基本上阻止流体在间隔层130下的流动。
一般来讲，流体输送通道可具有合适的尺寸并且可采用适用于预期应用的任何构型。图2和3示出了包括可有利于某些应用的某些一般特征的一个示例性流体输送通道。示于图2和3中的具体特征可单独地或者结合其他特征(包括未示出的特征)来使用。
例如，在一些实施例中，流体输送通道140包括着陆区150。如本文所用，“着陆区”是指允许将流体引入流体输送通道中的位置。在一些实施例中，着陆区可位于亲水制品的边缘处。例如，如图3和4所示，着陆区150靠近亲水制品100的边缘105。在此类实施例中，可通过仅使流体与着陆区150接触(如，通过使边缘105与流体接触)来将流体引入流体输送通道140中。间隔层130中在边缘105处的开口区域允许流体接触着陆区150并且进入流体输送通道140。
在一些实施例中，着陆区位于远离制品的边缘的位置处。在一些实施例中，无论其位置如何，可覆盖或者说是保护着陆区以防使用之前的流体接触。在此类实施例中，可需要(如)通过刺穿或移除覆盖件的至少一部分来破坏此类覆盖件，以将着陆区暴露于流体。
一般来讲，流体输送通道140限定允许流体通过毛细管作用沿着亲水层120从着陆区行进到另一个所需位置(如，检测区170和175)的路径。如本文所用，“检测区”是指流体路径中能够检测流体的一个或多个特性的位置。例如，在一些实施例中，检测区可为其中能够光学探询流体的位置。例如，可将光(UV、IR、可见光等)引导到流体处，并且可检测和任选地记录流体与光的相互作用(如，吸收、散射、反射等)。
在一些实施例中，电化学传感器可用于检测。电化学传感器为如下装置，所述装置被构造用于通过传感器内的电化学氧化和还原反应来检测所存在的分析物并且/或者测量分析物的浓度。在一些实施例中，亲水制品包括检测区内的电极***，所述电极***包括一组测量电极，例如，至少工作电极和反电极。检测区可被构造为使得进入室的样品流体设置成与工作电极和反电极均电解接触。这允许电流在测量电极之间流动，以影响分析物的电氧化或电还原。
在一些实施例中，亲水制品包括化学试剂，所述化学试剂用于与测试分析物反应以产生表示在样品流体中存在分析物的电化学信号。例如，试剂可位于着陆区或检测区中的一者或多者中、或者可位于沿流体输送通道的位置处。在一些实施例中，试剂可涂布在限定着陆区、检测区、或流体输送通道的一个或多个表面上、或者可存在于这些表面内。在一些实施例中，试剂可包含多种活性成分，所述活性成分经选择以确定各种分析物的存在和/或浓度。因此相对于有待评价的分析物来选择测试化学物。适当化学物(例如，一种或多种酶、辅酶、和辅因子)的选择完全涵盖在本领域技术人员的范围内。
在一些实施例中，本发明的亲水膜还可用于制造微流体装置，以有助于流体通过毛细管流作用在装置内并且沿着装置移动。示例性的微流体装置在美国专利No.6,375,871(“Methods of Manufacturing Microfluidic Articles”(制造微流体制品的方法))中有所描述。此类装置可包括位于由亲水膜覆盖的基部或间隔层内的毛细管通道。此类装置可用于化学组分或生物组分的纯化或分析。微流体装置中所执行的此类方法的例子包括但不限于样品制备、细胞分选、捕集和检测、色度或荧光检测分析、核酸分析、免疫测定、血液化学分析、温控生物反应(例如，聚合酶链反应(PCR))。这些装置和测定或检测方法为本领域技术人员熟知的。
可存在于本公开的一些实施例的流体输送通道中的另一个特征由凹槽160和165示出。此类凹槽可包含与正被输送的流体(如，化学试剂中的一种或多种)反应或者说是改变该流体性能的组分。这种组分可保持在凹槽内，并且/或者可涂布或者说是涂覆到凹槽的暴露表面。在一些实施例中，可直到使用时才将此组分提供到凹槽中，如，可将此组分注入凹槽中。
在一些实施例中，凹槽可位于检测区的上游。例如，凹槽165位于检测区175的上游。在着陆区150处进入流体输送通道140的流体将沿着亲水层120输送到凹槽165。在此处，流体将接触存在于凹槽内的任何组分。流体随后将通过毛细管作用继续行进到检测区175中，在此处可检测流体的特征(包括可能被所述组分改进的特征)。
作为另外一种选择，凹槽160上的组分与流体的组合可发生在检测区170中。此处，流体从着陆区150输送到检测区170。组分为独立输送的，如，从凹槽160移动到检测区170中，在此处所述组分与流体反应或者说是相互作用。同样，可检测流体的特征(包括可能被所述组分改进的特征)。
如图2和3所示，检测区170和175和/或凹槽160和165可包括流体输送通道140的大致横截面中的变型。例如，检测区170和175被示为立方体，而凹槽160和165被示为圆柱体。然而，检测区和/或凹槽可具有任何所需的形状，并且可包括或可不包括流体输送通道的横截面中的任何变型。
图4和5示出了覆盖层180，其为可有利于本发明的一些实施例的另一个任选特征。在一些实施例中，可能有利的是最大程度地减小或消除流体输送通道的入口。例如，为了避免污染，可将通道的入口限制在某些特定位置，例如，着陆区。覆盖层180示出了用于防止与流体输送层非期望接触的一种可能方式。在一些实施例中，覆盖层180与间隔层130的与亲水层120相背的表面接触。在一些实施例中，覆盖层180覆盖间隔层130的全部或基本上全部。在一些实施例中，覆盖层可仅覆盖间隔层的一部分，例如，覆盖层可覆盖流体输送通道140的全部或选定部分，由此使得在保持其位置所需或期望的程度下来接触间隔层。
根据预期用途，可定位覆盖层以便(如)在着陆区、凹槽、或检测区中的一者或多者处暴露流体输送通道的一部分。在一些实施例中，可将覆盖层的全部或一部分可释放地附接到间隔层。例如，在一些实施例中，可在需要时(如，仅在使用之前)来移除整个覆盖层。在一些实施例中，可在需要时移除覆盖层的选定部分。例如，可移除覆盖层的一部分以暴露着陆区、凹槽、或检测区中的一者或多者。
一般来讲，任何合适的材料均可用于覆盖层，包括(例如)纸、聚合物膜、织造和非织造幅材、金属箔、多层构造等，包括它们的组合。在一些实施例中，覆盖层可为亲水膜。例如，在一些实施例中，覆盖层可与亲水层120相同或相似。例如，覆盖层180可包括具有亲水层120的基底，所述亲水层120直接或间接地粘附到基底并且相对于间隔层进行定位以使得亲水层形成流体输送通道的边界。一般来讲，如果覆盖膜仍然完整地覆盖检测区，则覆盖层不应显著地干扰检测方式。例如，当使用光学检测方式时，覆盖层应允许足够透射适当频率的光，由此来允许检测。
图6示出了本发明的亲水制品的另一个示例性实施例的边缘视图。亲水制品300包括第一基底110、亲水层120、以及包括间隔层330和覆盖层380的第二基底390。在此实施例中，间隔层330与覆盖层380形成一体。在一些实施例中，可改进(例如，压印、蚀刻、研磨、模制等)基底390以在基底390中形成流体输送通道340。一般来讲，虚线A-A下方的改进区称为间隔层，而未改进区称为覆盖层。如同前述实施例，亲水层120粘附到间隔层330，使得流体输送通道340在一侧上由亲水层界定。一般来讲，第二基底390可直接或间接地粘结到亲水层120。
亲水层包含酸化的、烧结的二氧化硅纳米粒子，例如描述于美国专利公布2010/0035039(2008年8月7日提交的名称为“Acicular Silica Coating for EnhancedHydrophilicity/Transmissivity”(用于提高的亲水性/透射率的针状二氧化硅涂层)的美国专利申请No.12/187977)中的那些。
如本文所用，“纳米粒子”是指具有不大于200nm(例如，不大于150nm、不大于100nm、或甚至不大于50nm)的最大尺寸的粒子。在一些实施例中，纳米粒子包含基本上球形纳米粒子，即，具有不大于2(在一些实施例中，不大于1.5、或甚至不大于1.2)的最大尺寸与最小尺寸的比率的纳米粒子。在一些实施例中，基本上球形纳米粒子具有不大于50nm、不大于40nm、不大于20nm、不大于10nm、或甚至不大于5nm的平均直径。
在一些实施例中，可使用球形纳米粒子的多峰分布。一般来讲，此类多峰分布包括具有不大于40nm的平均直径的至少一个峰。此类多峰分布包括至少此峰，并且在一些实施例中包括具有大于40nm(例如，大于100nm、大于200nm、或甚至大于300nm)的平均直径的多个附加峰。一般来讲，此类多峰分布在具有不大于40nm的平均直径的至少一个峰中包括至少1重量％(例如，至少5重量％、或甚至至少10重量％)的纳米粒子。
在一些实施例中，纳米粒子包含细长纳米粒子。在一些实施例中，细长纳米粒子的长度与平均横截面直径的比率至少为2(在一些实施例中，至少为3、至少为5、或甚至至少为10)。在一些实施例中，长度与平均横截面直径的比率不大于20，例如，不大于15。在一些实施例中，长度与平均横截面直径的比率的范围是2.5至20(包括(例如)3至15)(包括端值在内)。
在一些实施例中，亲水层包含仅基本上球形纳米粒子。在一些实施例中，可使用仅细长纳米粒子。然而，如图1至3所示，在一些实施例中，亲水层120结合基本上球形纳米粒子122和细长纳米粒子124。在一些实施例中，亲水层包含基于纳米粒子的总重量计至少30重量％(例如，至少40重量％、至少50重量％、或甚至至少60重量％)的基本上球形纳米粒子。在一些实施例中，亲水层包含基于纳米粒子的总重量计至少2重量％(例如，至少5重量％、至少10重量％、至少30重量％、或甚至至少50重量％)的细长纳米粒子。在一些实施例中，亲水层包含40重量％至98重量％(例如，50重量％至95重量％)(包括端值在内)的球形纳米粒子以及相应的2重量％至60重量％(例如，5重量％至50重量％)的细长纳米粒子。
一般来讲，二氧化硅纳米粒子基本上不含有机表面改性剂，即，离子或共价键合到二氧化硅纳米粒子表面的有机化合物。实际上，消除离子或共价键合到二氧化硅纳米粒子表面的痕量的有机材料的存在可能是困难的或者甚至是不可能的。然而，本公开的未改性的二氧化硅纳米粒子基本上不含此类材料，即，当存在时，表面改性剂含量不大于100％表面覆盖百分比所需的理论含量的5％(如，小于此理论含量的2％、或甚至小于1％)。在一些实施例中，二氧化硅纳米粒子不含任何有机表面改性剂。
一般来讲，可通过如下方式来制备亲水层：在涂料溶液中酸化二氧化硅纳米粒子、将涂料溶液施用到基底的表面、以及干燥涂层以提供包含酸化的、烧结的二氧化硅纳米粒子的亲水层。含水介质(溶胶)中的无机二氧化硅纳米粒子是本领域熟知的，并且可商购获得。水或含水醇溶液中的二氧化硅溶胶可以如下商品名商购获得：LUDOX(由美国特拉华州威明顿市杜邦公司(E.I.du Pont de Nemours and Co.,Inc.,Wilmington,Del.,USA)制备)、NYACOL(可得自马萨诸塞州爱许兰市尼亚珂公司(Nyacol Co.,Ashland,Mass.))、SNOWTEX(由得克萨斯州休斯顿市日产化学美国公司(Nissan Chemical AmericaCorporation,Houston,Texas)制备)、和NALCO(由美国伊利诺斯州内珀维尔市纳尔科化学公司(Nalco Chemical Co.,Naperville,Ill)制备)。也可使用非-水性二氧化硅溶胶(也称为二氧化硅有机溶胶)，其为二氧化硅溶胶分散体，其中液相为有机溶剂。此类有机溶胶可得自日产化学公司(Nissan Chemical)。
可利用具有小于5的pKa(H2O)(在一些实施例中，小于2.5(例如，小于1))的酸来将涂料组合物酸化到所需pH水平。可用的酸包括有机酸和无机酸两者，并且可举例如下：草酸、甲酸、H2SO3、H3PO4、CF3CO2H、HCl、HBr、HI、HBrO3、HNO3、HClO4、H2SO4、CH3SO3H、CF3SO3H、CF3CO2H、和CH3OSO2OH。在一些实施例中，优选的酸包括HCl、HNO3、H2SO4、和H3PO4。在一些实施例中，希望提供有机酸和无机酸的混合物。在一些实施例中，可使用酸的混合物，所述酸的混合物包含具有不大于5(在一些实施例中，不大于2.5、或甚至不大于1)的pKa的酸和少量的具有大于5的pKa的其他酸。在一些实施例中，涂料组合物通常包含足够的酸以提供小于5(在一些实施例中，小于4、或甚至小于3)的pH。
这些酸化分散体的光散射测量表明这些二氧化硅粒子往往凝聚，从而提供(在涂布和干燥之后)二氧化硅粒子的三维多孔网络，其中每个粒子看起来牢固地粘结到相邻的粒子。令人惊讶的是，酸化的分散体在pH处于1至3的范围内时显得稳定。光散射测量表明，这些凝聚的、酸化的二氧化硅粒子在pH～2至3以及在10重量％的浓度下超过一周或甚至超过一个月之后，仍保持相同的粒度，但观察到形状变形。应当预期到，这种酸化的二氧化硅粒子分散体在较低的分散体浓度下将在甚至更长的时间内保持稳定。
在一些实施例中，随着水或溶剂蒸发以及酸浓度增大，通过凝聚的二氧化硅纳米粒子的酸烧结获得二氧化硅纳米粒子的多孔网络。电子显微图显示出诸如相邻粒子间的二氧化硅“颈”之类的键，其是在存在二氧化硅源(例如四烷氧基硅烷或硅氧烷低聚物)的情况下通过酸产生的。它们的形成归因于强酸在产生和断裂硅氧烷键中的催化作用。
在一些实施例中，作为另外一种选择或除此之外，可利用热处理(例如，火焰处理)来烧结二氧化硅纳米粒子。热处理可例如通过使结构化基底在火焰(燃烧器)下方通过通常约1-3秒或甚至更长来进行，前提条件是基底不经受将熔融基底的条件。其他加热技术也可包括例如红外加热器和热鼓风机。与涂布表面相背的表面可例如通过冷却的金属辊或经由液体施加来冷却以使得在火焰下更长的停留时间。
在一些实施例中，施用本发明的涂料以实现介于50nm和1000nm(包括端值在内)之间、优选75nm至400nm、并且更优选100nm至300nm(包括端值在内)之间的均一平均干燥厚度，如利用椭圆率计(例如，格特科学公司(Gaertner Scientific Corp)的型号L115C)所测定。
可利用常规技术(例如棒涂、辊涂、帘式涂布、轮转凹版涂布、喷涂、或浸涂技术)将组合物涂布在制品上。为了确保膜的均一涂布和润湿，可能有利的是在利用电晕放电或火焰处理方法进行涂布之前氧化基底表面。能够增加制品的表面能的其他方法包括使用底漆。
本公开的制品包括支承二氧化硅粒子凝聚物的连续网络的基底。如本文所用，术语“连续”是指覆盖基底表面，且实际上在涂覆凝胶网络的区域中不存在中断或间隙。因此，例如，如果二氧化硅粒子进行图案涂布，则可产生未涂布区域，然而涂层仍将被视为“连续的”，前提条件是实际上在施用凝胶网络的区域中不存在中断或间隙。术语“网络”是指连接在一起以形成多孔三维网络的针状二氧化硅粒子的聚集物或凝聚物。
烧结的纳米二氧化硅涂料的纳米级孔隙性导致高亲水性，例如，超亲水性。根据ASTM D7334-08，小于45度的前进接触角指示润湿，而小于20度的前进接触角指示优异的润湿。典型的二氧化硅玻璃表面表现出37-43度的水接触角。然而，高度多孔的酸烧结纳米的二氧化硅涂料在小于0.5-2秒内表现出较低的水接触角(例如，小于10度)，这部分地因为水被纳米芯吸到存在于涂料中的毛细管网络内。一般来讲，液体在表面上的表观水接触角取决于表面的粗糙度。具体地讲，随着粗糙度的增加，表观接触角减小。对于纳米多孔表面而言，粗糙度接近无穷大，并且在平滑表面上具有小于90度的接触角的任何液体将在纳米多孔表面上具有接近零的接触角，由此导致纳米多孔表面的完全润湿。
在一些实施例中，树脂(例如，聚合物树脂)可存在于亲水层中。然而，在许多应用中，使用树脂可为不利的，例如，树脂的组分可在流体接触亲水层时滤到流体中。在一些实施例中，亲水层包含基于亲水层的总重量计不大于5重量％(5wt.％)(如，不大于2重量％)的树脂、或甚至基本上不含树脂。如本文所用，基本上不含树脂是指除去可因(例如)正常材料供应和制备工艺产生的任何痕量的之外，亲水层不含树脂。
在一些实施例中，亲水层包含基于亲水层的总重量计至少95重量％的纳米粒子，例如，至少98重量％的纳米粒子。在一些实施例中，亲水层基本上由纳米粒子组成。例如，在一些实施例中，亲水层包含基于亲水层的总重量计至少95重量％的纳米粒子和不大于5重量％的树脂，例如，至少98重量％的纳米粒子和不大于2重量％的树脂。
一般来讲，本公开的亲水制品可用于输送流体，所述流体包括(例如)生物流体。示例性的生物流体包括血液、尿液、汗液、和唾液。
实例
材料。以下实例采用两种不同的二氧化硅纳米粒子。“SILICA-SPH”为具有4nm的平均直径的基本上球形胶态二氧化硅(NALCO1115，可得自伊利诺斯州内珀维尔市纳尔科公司(Nalco,Naperville,Illinois))。“SILICA-ELG”为具有9-15nm的直径和40-100nm的长度的细长胶态二氧化硅(SNOWTEX OUP，可得自得克萨斯州休斯顿市日产化学公司(NissanChemical,Houston,Texas))。
接触角工序。按照ASTM-D7334-08来测定接触角。利用去离子水并且利用测角计(得自瑞典斯德哥尔摩市FIBRO System AB公司(FIBRO System AB,Stockholm,Sweden))来对涂布样品进行接触角测量。
铺展液滴工序。在测试之前和期间将样品膜在23℃/50％RH(相对湿度)下调理八小时。将膜样品布置在清洁的平坦水平表面上，其中将被测试的一侧面向上。利用微量移液管来将包含0.07重量％的Wool Fast Brilliant Red R.L.染料(可得自纽约州加登城普拉姆产品公司(Pylam Products,Garden City,New York))的3微升去离子水的液滴轻轻地布置在表面上。允许液滴铺展到其最大程度并且完全干燥。通过将膜布置在具有不同直径的预测量圆的纸上来测定染色区的直径。记录平均液滴直径。
实例1。通过将70重量％的SILICA-SPH与30重量％的SILICA-ELG混合来制备二氧化硅涂料溶液。通过将2重量％至3重量％的所得混合二氧化硅组合物与97重量％至98重量％的水混合来制备悬浮液。加入硝酸(商品级，得自新泽西州吉布斯敦市EMD公司(EMD,Gibbstown,New Jersey))以将二氧化硅涂料的pH调节至2.5。
利用狭槽进料模头来将二氧化硅涂料施加到PET膜(0.09mm厚的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜，得自明尼苏达州圣保罗市3M公司(3M Company,St.Paul,Minnesota))。在约130℃下干燥涂料，由此产生0.3至0.4克/平方米的干燥涂料重量。使实例1(EX-1)的经涂布的膜经受接触角工序和铺展液滴工序。结果汇总于表1中，并且与利用相同的、但未经涂布的PET(CE-1)获得的结果进行比较。
表1：实例EX-1和CE-1的接触角和铺展液滴结果。
使实例1的样品经受多个条件以评价涂料的耐久性。将结果与如下市售亲水膜进行比较，所述亲水膜包括具有常规有机亲水涂料的PET基底(3MTM亲水聚酯膜9962，“CE-2”)。将膜样品浸入25℃或90℃的水浴中并持续五分钟。一旦干燥，就测量接触角。针对EX-1和CE-2的膜的重复测量的平均结果示于表2中。
表2：EX-1和CE-1的接触角(度)。
本发明人已惊讶地发现，亲水层在水浸之后仍保持其亲水特性。包括在暴露于液体之后仍保持其亲水特性的亲水表面的装置的一个优点在于该表面化学物不溶解并且不污染测试流体。包括可重复使用的亲水层的流体输送装置的另一个优点在于流体能够多次地流过膜并且流体流将不会(例如)在芯片实验室测定(包括(但不限于)洗涤或流体分离步骤)中失能。令人惊讶的是，本发明中的亲水涂料当在90摄氏度水中浸渍之后仍保持其亲水特性，由此可有利地用于需要高温以进行分析物测试(例如，聚合酶链反应)的装置中。
另外通过利用薄纸(KIMTECH擦拭纸，可得自德克萨斯州欧文市Kimberly-Clark公司(Kimberly-Clark Corporation,Irving,Texas))的3次或10次擦拭来评价EX-1的耐擦拭(磨损)性。擦拭之后，测量接触角和铺展液滴。最后，通过将实例膜在保持为24℃/60％相对湿度(“60％RH”)和49℃/干燥下的室中放置8周来评价EX-1的加速稳定性。其后，测量接触角和铺展液滴。重复测量的平均结果示于表3中。
表3：对于EX-1的接触角和铺展液滴结果。

Claims (21)

1.一种亲水制品，包括基底、附接到所述基底的包含烧结的、酸化的二氧化硅纳米粒子的亲水层的第一表面、以及附接到所述亲水层的与所述第一表面相背的第二表面的第一部分的间隔层，其中所述间隔层限定至少一个流体输送通道，所述至少一个流体输送通道在一侧上由所述亲水层的第二表面的第二部分界定，并且其中所述二氧化硅纳米粒子包含细长二氧化硅纳米粒子，所述细长二氧化硅纳米粒子的平均长度与直径比率为2.5至20，包括端值在内。
2.根据权利要求1所述的亲水制品，其中所述亲水层包含基于所述亲水层的总重量计不大于0.001重量％的表面活性剂。
3.根据权利要求2所述的亲水制品，其中所述亲水层包含基于所述亲水层的总重量计不大于0.0005重量％的表面活性剂。
4.根据权利要求1所述的亲水制品，其中所述流体输送通道包括着陆区，所述着陆区包括所述亲水层的暴露部分。
5.根据权利要求4所述的亲水制品，其中所述着陆区位于所述基底的边缘处。
6.根据前述权利要求中任一项所述的亲水制品，其中所述流体输送通道包括检测区，所述检测区包括所述亲水层的一部分，所述部分为(i)暴露的，或者(ii)被如下的层覆盖，所述层对于介于200nm和800nm之间并且包括端值在内的至少一个波长的电磁能量具有至少50％的透射率。
7.根据权利要求6所述的亲水制品，其中所述制品包括所述着陆区，并且其中所述检测区经由所述输送通道而与所述着陆区流体连通。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的亲水制品，还包括覆盖层，所述覆盖层与所述间隔层的与所述亲水层相背的表面的至少一部分接触，并且覆盖所述流体输送通道的至少一部分。
9.根据权利要求8所述的亲水制品，其中所述覆盖层包括第二亲水层，所述第二亲水层包含附接到第二基底的烧结的、酸化的二氧化硅纳米粒子。
10.根据权利要求8所述的亲水制品，其中所述覆盖层与所述间隔层形成一体。
11.根据权利要求1-5中任一项所述的亲水制品，其中所述细长二氧化硅纳米粒子的平均长度与直径比率为3至15。
12.根据权利要求1-5中任一项所述的亲水制品，其中所述纳米粒子包含最大直径与最小直径的比率小于2的基本上球形二氧化硅纳米粒子。
13.根据权利要求12所述的亲水制品，其中所述基本上球形二氧化硅纳米粒子的最大直径与最小直径的比率小于1.2。
14.根据权利要求1-5中任一项所述的亲水制品，其中所述纳米粒子包含基于所述纳米粒子的总重量计50重量％至95重量％的、最大直径与最小直径的比率小于2的基本上球形二氧化硅纳米粒子，和5重量份至50重量份的、平均长度与直径比率至少为2.5的细长二氧化硅纳米粒子。
15.根据权利要求14所述的亲水制品，其中所述基本上球形二氧化硅纳米粒子的最大直径与最小直径的比率小于1.2，并且所述细长二氧化硅纳米粒子的平均长度与直径比率为3至15。
16.根据权利要求15所述的亲水制品，其中所述纳米粒子包含基于所述纳米粒子的总重量计60重量％至80重量％的所述基本上球形纳米粒子，和20重量份至40重量份的所述细长纳米粒子。
17.根据权利要求1-5中任一项所述的亲水制品，其中所述亲水层包含基于所述亲水层的总重量计至少95重量％的所述纳米粒子。
18.根据权利要求17所述的亲水制品，其中所述亲水层包含基于所述亲水层的总重量计不大于2重量％的树脂。
19.根据权利要求18所述的亲水制品，其中所述亲水层基本上由所述纳米粒子组成。
20.一种用根据权利要求1-5中任一项所述的亲水制品来输送流体的方法，包括：将所述流体施加到所述亲水层的第二表面的第二部分的第一区域，以及将所述流体输送通道内的所述流体从所述第一区域芯吸到所述亲水层的第二表面的第二部分的第二区域。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述流体为生物流体。
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