ES2200861T3

ES2200861T3 - Uso de una superficie hidrofilizada con plasma con una superficie de contacto liquida y un dispositivo microfabricado con una superficie hidrofilizada con plasma.

Info

Publication number: ES2200861T3
Application number: ES00920571T
Authority: ES
Inventors: Anders Larsson; Anette Ocklind; Helene Derand
Original assignee: Gyros AB
Current assignee: Gyros Protein Technologies AB
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2004-03-16
Anticipated expiration: 2020-03-24
Also published as: WO2000056808A3; DE60003642T2; US6967101B1; EP1163103A2; ATE244130T1; SE9901100D0; EP1163103B1; CA2367736A1; EP1323475A3; AU4110000A; JP2003526702A; WO2000056808A2; JP5025043B2; DK1163103T3; EP1323475A2; DE60003642D1

Abstract

El uso de una superficie hidrofilizada con plasma de gas de un substrato hecho de material plástico, como una superficie de contacto líquido en un sistema de transporte de líquidos de un dispositivo microfabricado, en el que el citado sistema de transporte de líquidos consta de canales y cámaras con una profundidad de < 1000 m definidos en la citada superficie y tapados por una cubierta, la citada superficie hidrofilizada con plasma de gas: a) tiene un ángulo de contacto con agua < 30º que no ha cambiado más de + un 20% y/o +5º mediante el lavado con un 70% de etanol, tal y como se define en la parte experimental, y b) se ha obtenido mediante un método que consta de las fases siguientes: I) presentando una forma no hidrofilizada del citado substrato en la que la superficie tiene un ángulo de contacto con agua > 30º; II) tratando la superficie del substrato presentado en el punto I) con un plasma de gas de un gas no polimerizable a una intensidad de plasma seleccionada en el intervalo de > 5W/cm3/min.

Description

Uso de una superficie hidrofilizada con plasma con una superficie de contacto líquida y un dispositivo microfabricado con una superficie hidrofilizada con plasma.

La presente invención está relacionada con un método destinado a mejorar la hidrofilicidad de la superficie de un polímero mediante un tratamiento con plasma.

Un sistema común para modificar la superficie de plástico es someterla a diversas formas de tratamiento de plasma (Chan et al., Surface Science Reports 24 (1996) 1-54; y Garbassi et. al, Superficies del polímero - De la física a la tecnología, John Wiley (1998) (238-241). Esto se lleva a cabo en un reactor de plasma, que es un recipiente al vacío con gas a baja presión (normalmente entre 10 y 1000 mTorr). Al aplicar un campo eléctrico de alta frecuencia a un reactor, se forma un plasma (también denominado descarga luminosa) que contiene especies reactivas, como iones, radicales libres y fotones UV al vacío. Dichas especies reaccionan con la superficie del plástico dando lugar a una modificación química con propiedades que dependen de la naturaleza del gas y de los parámetros del plasma. Normalmente se utilizan gases como el oxígeno y el argón para las hidrofilizaciones, así como para mejorar la adhesión en plásticos no polares, en tanto que pueden emplearse vapores de monómeros polimerizantes para aplicar finas capas en plásticos, siendo diversos los objetivos (Yasuda, Polimerización del plasma, Academic Press 1985).

Existe una serie de publicaciones relativas al tratamiento de superficies de policarbonato con plasmas de oxígeno y argón. En un estudio sobre la estabilidad (Morra et al., Angew. Makromol. Chem. 189 (3184) (1991) 125-136) quedó demostrado que gran parte de la hidrofilicidad de las superficies tratadas se perdía bien tras la extracción de agua, o bien después de un almacenamiento en seco de 3 días. La pérdida de hidrofilicidad tras la extracción del agua se debía a la formación de especies de superficies hidrosolubles de bajo peso molecular durante el tratamiento del plasma. La inestabilidad del almacenamiento se atribuyó al reagrupamiento de las cadenas de polímeros en la superficie. Un estudio de ESCA (Greenwood et al., Macromoléculas 30 (1997) 1091-1098) demostró que un 79% del oxígeno incorporado en la superficie del policarbonato por el tratamiento de plasma de oxígeno quedaba eliminado lavándolo con una mezcla de 1:1 ciclohexano/isopropanol, lo cual se atribuye a una degradación de las cadenas de polímeros durante el tratamiento del plasma.

Se han observado también efectos similares en el poliestireno. Un estudio de ESCA de una superficie de poliestireno de cultivo de tejidos tratada con plasma demostró una pérdida aproximada del 35% de oxígeno de la superficie tras un lavado con agua (Onyiruka et al., J. Coll. Interf. Sci. 144(1) (1991) 98). En otros dos estudios de ESCA, el poliestireno tratado con plasma de oxígeno dio lugar a una pérdida del 25% del oxígeno de la superficie tras un lavado con agua (Callen et al., J. Vac. Sci. Technol. A 13 (4) (1991) 2023-2029), (Morra et al., Angew. Macromol. Chem. 189 (3184) (1991) 125-136). Una superficie de poliestireno tratada con plasma de oxígeno tenía en principio un ángulo de contacto con agua de 7º, pero tras un lavado de metano, el ángulo aumentó hasta 64º (Murakami et al., J. Coll. Interf. Sci. 202 (1998) 37-44).

WO 9618498 describe una tentativa para crear una superficie permanentemente hidrofilizada hecha de plástico. El método consta de un primer paso en un plasma de gas inorgánico con vistas a introducir cargas en la superficie, y en un segundo paso durante el cual un polímero poliónico con carga opuesta se absorbe hasta la superficie.

EP-A-106.046 describe la hidrofilización de superficies de polímeros fluorinados mediante el tratamiento en un plasma de gas en el que el componente principal es un compuesto orgánico con contenido de nitrógeno polimerizable.

GB 2.061.969 describe la fabricación de un polímero de cloruro de vinilo hidrofílico y antistático mediante tratamiento en un plasma de gas inorgánico. No se hace mención al problema de convertir el plástico en permanentemente hidrofílico.

DE 3712491 describe un método de plasma que emplea un gas no polimerizable a subpresión para hidrofilizar membranas porosas que pueden estar hechas de poliolefinas, como polietileno, polipropileno, etc.

EP 467639 describe un método de hidrofilización del plasma utilizando un gas no polimerizante a presión atmosférica durante la hidrofilización de diversos materiales.

El campo de excitación eléctrica aplicado tiene normalmente una frecuencia en la zona de radioondas o microondas, es decir, kHz-MHz o GHz respectivamente. La modificación (hidrofilización) en la superficie del polímero producida por el plasma dependerá principalmente de una serie de parámetros de plasma internos como: tipo de especies presentes en el plasma, distribuciones espaciales, distribuciones de la energía y distribuciones direccionales. Estos parámetros dependen a su vez, de forma compleja, de los parámetros del plasma externos: geometría de reactores, tipo de excitación, potencia aplicada, tipo de gas del proceso, presión del gas y caudal unitario del gas.

En muchas aplicaciones en las que existe contacto entre líquidos polares y superficies, no supone un gran problema el que la hidrofilicidad introducida sea estable al lavarse o no. Surgen problemas específicos en caso de que la superficie del polímero forme parte de un canal de dimensiones capilares, donde es necesario un alto grado de hidrofilicidad si van a introducirse líquidos acuosos mediante autosucción o fuerzas centrípetas. Esto es particularmente cierto en el caso de que vaya a producirse un contacto repetido con el mismo resultado, en cuyo caso se suprimirá la modificación de una superficie inestable durante el primer contacto con el líquido. Cuanto más pequeñas sean las dimensiones del canal, más grave será el problema.

En el contexto de la invención, la expresión "superficie tratada con plasma", si no se especifica lo contrario, hará referencia a una superficie desnuda, sin revestimiento, tratada con plasma, posiblemente estando derivatizada para contener especies reactivas independientes firmemente unidas a la superficie.

Los dispositivos que producen microfluidez en los que los sistemas de transporte de líquidos se definen por barreras hidrofílicas/hidrofóbicas han sido anteriormente descritos en, por ejemplo, WO 9958245. El transporte de líquidos puede dirigirse por fuerza capilar y/o centrífuga (= fuerza centrífuga como se contempla en el presente documento).

WO 9721090 describe un dispositivo microfabricado que contiene un sistema de transporte de líquidos en el que el caudal del líquido se dirige por fuerza centrífuga. Al hablar de hidrofilización, se indica como una de muchas alternativas el uso de plasma de gas reactivo o no reactivo.

Se han presentado resultados experimentales parcialmente correspondientes a esta invención en el Segundo Simposio Internacional sobre Modificación de la Superficie de los Polímeros, New Ark, Junio de 1999 (Anders Larsson: Policarbonato tratado con plasma como substrato en el cultivo de células adherentes de mamíferos).

Un dispositivo microfabricado tiene uno o más sistemas de transporte de líquidos que constan de canales y cámaras, con una profundidad de \leq 1000 \mum, como \leq 100 \mum o incluso más profundo que 10 \mum, como \leq 1 \mum. Se dice que las cámaras/canales están en microformato. Normalmente un dispositivo microfabricado tiene los canales y las cámaras en un plano, como en la superficie de una placa, por ejemplo en un disco. La placa puede ser circular, ovalada, rectangular o de cualquier otra forma geométrica en 2D.

Objetivos de la invención

Los objetivos hacen referencia a superficies de contacto líquido de sistemas de transporte de líquidos en dispositivos microfabricados.

\bullet: Un primer objetivo es ofrecer un método de plasma de gas para la hidrofilización de superficies de polímeros, que mejora la estabilidad de la hidrofilicidad introducida.

\bullet: Un segundo objetivo es ofrecer superficies tratadas con plasma que son hidrofílicas tras el tratamiento y permanecen así tras repetidas acciones de humedecimiento/mojado. Dicho de otra manera, superficies de contacto líquido en dispositivos microfabricados con una hidrofilicidad inicial que no se ve alterada de forma significativa al contacto con líquidos hidrofílicos, por ejemplo, mezclas de etanol/agua, permitiendo la repetida introducción de soluciones acuosas de forma reproducible.

\bullet: Un tercer objetivo es ofrecer sistemas de transporte de líquidos de dispositivos microfabricados en los que al menos una parte de las superficies interiores cumplen con el segundo objetivo.

Dichos objetivos se adaptan principalmente a superficies que, antes del tratamiento del plasma tienen un ángulo inmediato de contacto con agua relativamente alto, es decir, \geq 30º o \geq 50º. Por el término "ángulo de contacto inmediato con agua" se entiende que el ángulo de contacto se mide sobre una superficie seca antes de evaporarse suficientemente un líquido aplicado. Consulte la parte experimental.

La invención

Ya hemos descubierto que pueden satisfacerse los objetivos anteriormente indicados si la superficie del polímero (superficie de plástico) entra en contacto con un plasma de gas de alta intensidad (entrada de energía por molécula de gas). Nuestro descubrimiento puede explicarse en términos de la introducción de dos tipos de grupos polares: 1) Grupos que se mantienen firmemente sobre la superficie del polímero, y 2) grupos asignados a fragmentos de degradación que se mantienen sueltos. El resultado de la primera alternativa será una hidrofilicidad estable, y el de la segunda será una hidrofilicidad que se elimina fácilmente al contacto con líquidos polares, como soluciones acuosas.

Por consiguiente, la invención hace referencia a la presentación de la superficie de un polímero (superficie de plástico), en la que se pretende definir una superficie de contacto líquido de un sistema de transporte de líquidos en un dispositivo microfabricado permanentemente más hidrofílico al contacto de la superficie con plasma de gas, de manera que se introducen en la superficie grupos polares firmemente unidos. Lo más probable es que estos grupos polares se introduzcan directamente en el esqueleto del polímero que constituye la superficie, posiblemente implicando un enlace cruzado de la capa superficial.

Los grupos de hidroxi y/o amino, grupos de carboxi, grupos de éter, etc. y otros en los que un átomo de carbono enlaza con un heteroátomo seleccionado entre oxígeno, azufre y nitrógeno, son ejemplos de grupos polares que pueden introducirse. ESCA (XPS) puede estudiar los cambios en la superficie de este tipo de grupos.

\newpage

Un primer aspecto de la invención es el uso de una superficie hidrofilizada de plasma de gas de un substrato fabricado con material plástico, como una superficie de contacto líquido en un sistema de transporte de líquidos de un dispositivo microfabricado. El sistema de transporte de líquidos consta de canales y cámaras con una profundidad de \leq 1000 \mum y se define en la citada superficie hidrofilizada de plasma de gas y se cubre con una cubierta. La superficie hidrofilizada de plasma de gas:

\bullet: Tiene un ángulo de contacto con agua \leq 30º que no cambia más de un \pm 20% y/o \pm 5º lavándolo con un 70% de etanol, como se define en la parte experimental, y

\bullet: Se ha obtenido mediante un método que consta de los pasos siguientes:

I): presentar una forma no hidrofilizada del citado substrato en la que la superficie tiene un ángulo de contacto con agua \geq 30º; y

II): tratar la superficie del substrato presentado en el paso I) en un plasma de gas de un gas no polimerizable a una intensidad del plasma que se selecciona en el intervalo de \geq 5 W/cm^{3}/min.

Un segundo aspecto de la invención es un dispositivo microfabricado que consta de un sistema de transporte de líquidos en el que hay canales y cámaras con una profundidad de \leq 1000 \mum, definidos en una superficie de un substrato fabricado con material plástico y tapado por una cubierta en la que al menos una parte de la citada superficie es una superficie de contacto líquido del mencionado sistema de transporte de líquidos. El dispositivo se caracteriza por que la citada superficie de contacto líquida

a): Tiene un ángulo de contacto con agua de \leq 30º que no cambia más de un + 20% y/o \pm 5º lavándolo con un 70% de etanol, como se define en la parte experimental, y

b): Se ha obtenido mediante un método de hidrofilización de plasma de gas en el que el gas del plasma ha sido no polimerizable.

Las expresiones "permanentemente más hidrofílico" e "hidrofilicidad estable" contemplan que el ángulo inmediato de contacto con agua permanece básicamente invariable tras el lavado con etanol (70% w/w, procedimiento de lavado como se indica en la parte experimental), lo cual significa que el procedimiento de lavado no debe dar lugar a un cambio del ángulo inmediato de contacto con agua mayor de \pm un 20% y/o superior a \pm 5º.

La estabilidad del almacenamiento (en seco) de la superficie hidrofilizada debe ser de al menos un mes con incrementos aceptables en el ángulo inmediato de agua de contacto con agua, no siendo superiores a 10º, y aún mejor a 5º. En el caso de que no resulte aceptable la estabilidad del almacenamiento en seco, a menudo puede lograrse suficiente estabilidad de almacenamiento en un entorno acuoso o en un líquido acuoso.

El método utilizado para hidrofilizar puede tener una fase de lavado opcional posterior a la fase de tratamiento del plasma de gas. Esta fase de lavado significa que la superficie tratada con plasma de gas está en contacto con una solución acuosa o algún otro líquido polar para eliminar los compuestos hidrofílicos que se mantienen sueltos. La solución de lavado será preferentemente agua, un líquido hidromiscible o una mezcla de los mismos. Estos son algunos ejemplos de líquidos hidromiscibles: metanol, etanol, isopropanol, n-propanol, t-butanol, sec-butanol, dimetil formamida, dimetil sulfóxido, acetona y otros compuestos líquidos con similar solubilidad en agua.

La intensidad requerida del plasma dependerá de las variables anteriormente comentadas. Pueden encontrarse plasmas de gas satisfactorios en el caso de que la potencia de excitación eléctrica aplicada sea \geq 250 W, preferentemente \geq 300 W, y normalmente 500\pm100 W, con un flujo de gas seleccionado en el intervalo de \leq 50 cm^{3}/min, preferentemente \leq 25 cm^{3}/min. La intensidad del plasma es normalmente \geq 5 W/cm^{3}/min, como \geq 10 W/cm^{3}/min \geq 20 W/cm^{3}/min o incluso \geq 35 W/cm^{3}/min. Los valores normalizados por área de electrodos m^{2} normalmente serán \geq 30 W/m^{2}/cm^{3}/min, como \geq 60 W/m^{2}/cm^{3}/min o \geq 120 W/m^{2}/cm^{3}/min o incluso W/m^{2}/cm^{3}/min. Las presiones normalmente son inferiores a 100 mTorr, preferentemente presiones que sean \leq 50 mTorr. Estos rangos se aplican a una temperatura de 25ºC, presión atmosférica y oxígeno. Con respecto a otros gases, los valores deben multiplicarse por M_{02}/ M_{X}, donde M_{02} y M_{X} son los pesos moleculares del oxígeno y el otro gas, respectivamente.

Los gases utilizados no deben ser polimerizables en el tipo de plasma contemplado. Normalmente, dichos gases son inorgánicos, lo cual significa que entre los gases apropiados encontramos oxígeno, nitrógeno, gases nobles (como helio, neón, argón, kriptón, xenón) y mezclas de los mismos, como aire y mezclas que contienen otras proporciones de oxígeno y nitrógeno. Otros gases potencialmente útiles son dióxido de carbono, monóxido de carbono, vapor de agua, etc., que podrían utilizarse bien solos o bien en combinación. Variando la composición del gas de los grupos introducidos en la superficie, es probable que los grupos puedan variar en cuanto a tipos y densidad.

Ejemplos ilustrativos de gases polimerizables son las moléculas orgánicas volátiles menores, como hidrocarburos y vapores menores de monómeros alil o acril, aromáticos, etc. Puede estar presente un gas no polimerizable junto con un compuesto orgánico polimerizable en forma de gas.

\newpage

Existen en el comercio recipientes de seguridad del reactor nuclear de plasma que permiten una salida de potencia suficientemente alta combinados con velocidades adecuadas del flujo de gas. Como hemos indicado anteriormente, los recipientes de seguridad del reactor nuclear deben permitir una entrada de potencia de excitación eléctrica, por ejemplo, en los rangos de ondas de radio o microondas. Un reactor de plasma apropiado es PS0500 (BOC Coating Technology, EEUU), que da lugar a una potencia de radiofrecuencia (RF) de 0-500 W y un flujo de gas de 0-100 ó

\hbox{0-1000}

cm^{3}/min estándar.

Los resultados de un tratamiento pueden depender del diseño del recipiente de seguridad del reactor nuclear utilizado, lo que significa que el intervalo óptimo hasta un cierto grado variará en función del diseño del reactor. Los resultados también pueden depender de dónde se coloque la superficie en el reactor durante el tratamiento.

El ángulo de contacto inmediato con agua del material del polímero (plástico) de la superficie que va a ser tratada con gas es normalmente \geq 20º. Las mayores ventajas de la invención se obtienen con materiales poliméricos que presenten mayores ángulos de contacto inmediato con agua, como \geq 30º, por ejemplo \geq 50º. Estas cifras hacen referencia a superficies plásticas que se han limpiado con compuestos hidrosolubles y compuestos de bajo peso molecular (normalmente \leq 1 kD). En el cuadro 1 podemos ver ejemplos ilustrativos de cómo puede variar el ángulo de contacto con agua con el polímero. El resultado normal del método de la invención es un incremento de la hidrofilicidad permanente, que corresponde a una reducción del ángulo de contacto inmediato con agua de la superficie plástica inicial superior a un 20%, como más de un 50% (tras la eliminación de los compuestos hidrosolubles, los compuestos de bajo peso molecular y cosas por el estilo). Un gran incremento de la hidrofilicidad es más importante en los plásticos hidrofóbicos que en los hidrofílicos.

CUADRO 1

Plástico	Ángulo de contacto con agua
PTFE (Teflón™)	108º
Caucho de silicona (Sylgrad™ 184)	106º
Polipropileno	95º
Polietileno	94º
Poliestireno	90º
Policarbonato	78º
PET (poliéster)	76º
Estireno-acrilonitrilo	73º
PMMA (Plexiglas)	59º

Normalmente, el polímero sobre la superficie se ha obtenido por polimerización de los monómeros de los que consta la insaturación, como en los dobles enlaces de carbono-carbono o los triples enlaces de carbono-carbono. El polímero puede ser un homopolímero o un copolímero.

Los monómeros, por ejemplo, pueden ser seleccionados de compuestos mono, bi y poli/oligo insaturados, por ejemplo, los compuestos de vinilo y otros con insaturación. Los monómeros pueden contener o no sustitutos del halógeno, como flúor y/o cloro. Monómeros ilustrativos son:

I): Alquenos/alcadienos (como etileno, butadieno, propileno e incluso formas sustituidas como éteres de vinilo), cicloalquenos, monofluorovinilo y carbonatos de bi y polifluorovinil (por ejemplo, tetrafluoretileno), ácidos con contenido de alqueno, ésteres, amidas, nitrilos, etc., por ejemplo, diversos compuestos de metacril/acril; y

II): Compuestos de vinil aril (como bencenos de mono, bi y trivinil) que opcionalmente pueden ser sustituidos, por ejemplo, por grupos de alquil inferiores (C1-6), etc.

Otro tipo de polímeros son los polímeros de condensación donde los monómeros se seleccionan a partir de compuestos que presentan dos o más grupos seleccionados entre grupos de amino, hidroxi, carboxi, etc. (denominados compuestos polifuncionales). Los monómeros en los que hacemos un énfasis especial son monómeros de poliamino, monómeros de policarboxi (incluidos los correspondientes halidos reactivos, ésteres y anhídridos), polihidroxi monómeros, aminocarboxi monómeros, aminohidroxi monómeros e hidroxi-carboxi monómeros, en los cuales "poli" corresponde a dos, tres o más grupos funcionales. Los compuestos polifuncionales incluyen aquellos que tienen un grupo funcional que es reactivo dos veces, por ejemplo, ácido carbónico o formaldehido. Los polímeros contemplados son normalmente policarbonato, poliamidas, poliaminas, poliéteres, etc. Los poliéteres incluyen los correspondientes análogos de silicio, como el caucho de silicona.

La forma de los polímeros puede ser degradada.

El polímero de la superficie puede ser una mezcla de dos o más polímeros/copolímeros distintos. En este caso, los ángulos de contacto con agua y sus cambios anteriormente comentados se aplican a estas mezclas, es decir, la superficie real.

Polímeros particularmente interesantes son aquellos que tienen una fluorescencia no significativa para las longitudes de onda de excitación en el intervalo de 200-800 nm y las longitudes de onda de emisión en el intervalo de 400-900 nm. Por fluorescencia no significativa se entiende que la intensidad de la fluorescencia en el intervalo de la longitud de onda de emisión anteriormente mencionada debe ser inferior al 50% de la intensidad de la fluorescencia de un plástico de referencia (= un policarbonato de bisfenol A sin aditivos fluorescentes). De hecho, no es perjudicial que la intensidad de la fluorescencia de los plásticos sea aún menor, como \leq un 30% ó \leq un 15%, como \leq un 5% ó \leq un 1%, de la intensidad de la fluorescencia de los plásticos de referencia. Los plásticos normales que tienen una fluorescencia aceptable son polímeros de monómeros alifáticos que contienen enlaces dobles de carbono-carbono polimerizables, como polímeros de cicloalquenos (por ejemplo, norborneno y norbornenos de sustitución), etileno, propilenos, etc., así como otros polímeros no aromáticos de gran pureza, por ejemplo, determinados tipos de polimetilmetacrilato.

Tras el tratamiento con plasma, opcionalmente tras un procedimiento de lavado para eliminar los compuestos hidrofílicos que se mantienen sueltos, la superficie puede derivatizarse aún más hasta presentar uno o más tipos de grupos reactivos, es decir, grupos que pueden enlazar otros compuestos, ya sea mediante algún tipo de afinidad o de un enlace covalente. La derivatización tiene lugar preferentemente tras la fase de lavado, pudiendo ir precedida de una fase de revestimiento, por ejemplo, dotar a la superficie de un revestimiento que lleve grupos hidrofílicos adicionales que pueden utilizarse para la derivatización.

Pueden obtenerse dibujos hidrofílicos sobre una superficie hidrofóbica ocultando determinadas partes de la superficies y dejando otras al descubierto antes de la hidrofilización. Alternativamente, puede imprimirse un dibujo hidrofóbico en la superficie tras la hidrofilización. Estas técnicas pueden ser valiosas en la fabricación de sistemas de transporte de líquidos microfabricados. Consulte más adelante.

Los entendidos en la materia conocen diversos métodos destinados a introducir grupos reactivos en polímeros que presentan grupos hidrofílicos, como hidroxi, amino o carboxi, etc. Los conocidos grupos de afinidad son grupos cargados y grupos que ejercen afinidad mediante interacciones u otros tipos, posiblemente en combinación con interacciones de carga-carga. Ejemplos ilustrativos de grupos cargados son grupos de intercambio de iones, como grupos de intercambio de aniones y cationes, cuyos ejemplos típicos son los iones de amonio (primarios, secundarios, terciarios y cuaternarios), sulfatos, sulfonatos, fosfatos, fosfanatos, etc. Ejemplos ilustrativos de otros grupos de afinidad son los denominados grupos de afinidad, que incluyen elementos individuales de ligantes - pares receptores como - antígeno/hapten anticuerpos, ácidos nucléicos complementarios, proteínas de enlace Ig-Ig (por ejemplo, proteína A ó G - IgG), lectinas, estructuras de hidratos de carbono, células - moléculas de unión celular (fibronectina, colágeno, péptidos RGD) etc. Incluidos en los grupos de bioafinidad también se encuentran ligantes totalmente sintéticos y semisintéticos, que se asemejan más o menos completamente a los ligantes de bioafinidad nativos.

La superficie hidrofilizada puede presentar una parte importante de las superficies de contacto líquidas en sistemas destinados a transportar líquidos acuosos. Dichos sistemas pueden tener canales de dimensiones capilares, por ejemplo, con una distancia entre dos paredes opuestas de \leq 1000 \mum, como \leq 100 \mum, o incluso \leq 10 \mum, como \leq 1 \mum. Estos sistemas pueden contener también una o más cámaras conectadas a los canales y con volúmenes \leq 500 \mul, como \leq 100 \mul e incluso \leq \mul, como \leq 1 \mul. Las profundidades de las cámaras están normalmente en el intervalo \leq 1000 \mum, como \leq 100 \mum, como \leq 10 \mum o incluso \leq 1 \mum. El límite inferior es siempre significativamente mayor que el mayor de los reactivos utilizados. El límite inferior se encuentra normalmente en la gama de 0,1-0,01 \mum en dispositivos que serán entregados en seco. Pueden situarse uno o más sistemas de transporte de líquidos de este tipo en una placa común, por ejemplo, embutible, como un disco tipo CD. En el caso de formas embutibles, el líquido puede llevarse a través de uno o más segmentos del sistema de transporte embutiendo el disco (fuerza centrípeta). En este último caso, los sistemas de transporte de líquidos se sitúan radialmente. Pueden utilizarse asimismo otros tipos de sistemas generadores de presión para transportar el líquido en los sistemas de transporte de líquidos anteriormente comentados.

Los canales y/o cámaras se definen mediante barreras líquidas que sirven para guiar el caudal del líquido. Las barreras líquidas pueden tener forma de paredes físicas, superiores e inferiores. Paredes en forma de barreras hidrofóbicas para guiar los líquidos acuosos porque se han sugerido (WO 9955827). Al cubrir una superficie (I) que va a ser hidrofilizada con una máscara, dejando al descubierto un dibujo de líneas y puntos de comunicación e hidrofilizado, por ejemplo, como se ha indicado antes, la superficie (I) presentará un dibujo hidrofílico. Al situar una superficie hidrofóbica (II) (cubierta o tapa) contra el dibujo hidrofílico dejando una ranura capilar entre las superficies, se obtendrá un sistema de transporte de líquidos. La superficie (II) puede tener también un dibujo hidrofílico que coincida con el dibujo hidrofílico de la superficie (I). Como hemos comentado anteriormente, el dibujo hidrofílico puede obtenerse también hidrofilizando toda la superficie e imprimiendo en la misma el dibujo hidrofóbico deseado. La tapa/cubierta impedirá la evaporación del líquido, pudiendo tener orificios de paso destinados a la adición/extracción de líquidos.

Una buena manera de colocar la tapa/cubierta en la superficie hidrofóbica es mediante el termosellado, como se describe en WO 0154810.

Los sistemas de transporte de líquidos del tipo anteriormente indicado pueden incluir también válvulas, bombas, filtros y cosas por el estilo.

La superficie puede utilizarse al llevar a cabo reacciones químicas de carácter inorgánico y/u orgánico/bioquímico. La superficie puede utilizarse como matriz de transporte en cromatografía, para el cultivo de células, la síntesis química de fase sólida de oligo/polipéptidos, oligo/polinucleótidos, otros polímeros orgánicos y otros compuestos orgánicos. Los ejemplos ilustrativos de reacciones que tendrán lugar en la superficie de la invención son reacciones químicas convencionales o reacciones basadas en la afinidad que implica el reconocimiento a través de la aptitud geométrica y las interacciones basadas un enlace de hidrógeno, enlace van der Waals, interacción bipolo-bipolol, interacción carga-bipolo, interacción carga-carga, etc. Los recipientes cuyas superficies interiores han sido tratadas de acuerdo con la invención pueden utilizarse para el almacenamiento de diversos elementos químicos y/o líquidos orgánicos e inorgánicos. Con respecto al cultivo de células, presentamos detalles más adelante.

En WO 0147637 se describen otros logros importantes obtenidos mediante la presente invención en los cuales se ha aplicado la hidrofilización de plasma de la invención en parte o en la totalidad del sistema de transporte de líquidos. Tras la hidrofilización, la imina de polietileno a la que está enlazadas las cadenas de glicol de polietileno se absorbe en la superficie tratada. Asimismo se describen los diseños favoritos de los sistemas de transporte de líquidos.

El cultivo de células puede llevarse a cabo en los dispositivos microfabricados de la invención que incluye cultivo monocapa, cultivo en suspensión, etc., y excluye cultivo de grupos primarios de células, tejidos, biopsias, etc. Su uso abarca los cultivos de células normales inherentes.

Las células pueden ser dependientes de anclaje o no anclaje. Asimismo pueden ser de origen normal o tumoral y haber sido genéticamente modificadas en el cultivo. Pueden proceder de mamíferos, bacterias, hongos (levadura), plantas, peces, aves, anfibios, reptiles, etc. Con respecto a las células de mamíferos, pueden proceder de cualquier tejido, por ejemplo, células epiteliales, endoteliales, de fibroblastos, músculos, nervios, pigmentos, hematopoéticas y germinales.

A continuación ilustraremos la invención mediante experimentos ilimitados. Ésta se define posteriormente en las reivindicaciones adjuntas que forman parte del texto de la solicitud

Parte experimental Materiales Superficies (discos, CD)

Blancos CD de policarbonato de bisfenol y polimetilmetacrilato, moldeados por inyección en Toolex Alpha AB, Sundbyberg, Suecia. Blancos CD sin dibujos, moldeados por inyección de Zeonex (un copolímero de cicloolefina de Nippon Zeon, Japón) o Luran KR2536 (un copolímero de estireno-acrilonitrilo (SAN) de BASF, Alemania) en Amic AB, Uppsala, Suecia). En todos los experimentos se utilizó el lado plano (sin dibujo) de los discos.

Gases

El oxígeno, el argón y el aire sintético eran de Air Liquide, Francia.

Reactor del plasma

Ciencia del plasma, PS0500 (BOC Tecnología del revestimiento) con los principales parámetros ajustables: Potencia de radiofrecuencia (RF) 0-500 W y magnitud del flujo de gas 0-100 ó 0-1000 sccm (cm^{3}/min estándar).

Normalmente, el reactor PS0500 lleva incorporadas tres placas de electrodos, pero tras realizar una reconstrucción, sólo quedó una de ellas.

Métodos Lavado

Antes del tratamiento por plasma, todos los discos fueron sumergidos en isopropanol para análisis durante 2 minutos, ligeramente rociados con un 99% de etanol y secados con nitrógeno, lo cual se hizo para eliminar los agentes de desmoldeo, agentes antiestáticos, etc. que puedan dificultar los tratamientos por plasma.

Tratamientos por plasma

Se colocaron los discos en el reactor de plasma en una de estas dos posiciones: o sobre un soporte de plástico a 20,5 cm del suelo de la cámara o sobre soportes de cristal situados en la placa del electrodo (a 45 cm del suelo de la cámara). Tras la evacuación a una presión básica de 60 mTorr, se ajustó el flujo de gas al nivel deseado. A continuación se activó la potencia RF durante el tiempo previsto y la cámara del reactor se ventiló finalmente con aire ambiental.

Mediciones del ángulo de contacto

Inmediatamente después del tratamiento, se midió el ángulo de contacto con el agua en equilibrio con el método de gotas de sésil en un banco goniométrico Ramé-Hart. Se tomaron seis mediciones en cada muestra (dos lados en cada una de las tres gotitas). También se hicieron mediciones del ángulo de contacto después de haber sumergido durante 2 min los discos tratados con plasma en un 70% de etanol/agua y secado con nitrógeno. La medición se llevó a cabo durante los 20 s posteriores a la aplicación del líquido para evitar cambios en el ángulo de contacto, por ejemplo, a causa de la evaporación de las gotitas.

Comprobación de la introducción de degradaciones

El material del polímero se disolvió en un disolvente adecuado para el polímero original, pero no para las cadenas de polímeros degradadas durante el tratamiento del plasma antes y después de los tratamiento de plasma de gas. La presencia de cualquier material insoluble tras el tratamiento se consideró como una indicación de la introducción de degradaciones.

Comprobación de la introducción de grupos polares con contenido de oxígeno

Estudios preliminares de ESCA demostraron que el dibujo de estos grupos en la superficie cambió tras el tratamiento por plasma de gas de un modo que sugería un incremento del oxígeno unido a la superficie. Puede utilizarse ESCA para determinar los diversos grupos polares/cargados que pueden resultar importantes para el cultivo de células.

Estudio del almacenamiento

Los discos tratados con plasma se colocaron sobre cápsulas Petri de poliestireno y se guardaron en condiciones ambientales de laboratorio. A intervalos regulares se cortaron trozos pequeños, midiéndose el ángulo inmediato de contacto con agua, tanto directamente como después de su inmersión en un 70% de etanol/agua. Las muestras cortadas fueron desechadas después de las mediciones.

Criterios de aceptación

El criterio preliminar de aceptación fue que el ángulo de contacto con el agua debería ser de 20º o menos tras el lavado en un 70% de etanol.

Cultivo de células Métodos para evaluar las superficies

Se utilizó el cultivo de células como método de evaluación de las superficies tratadas con plasma, puesto que las células exigen demandas muy altas a su substrato.

Se colocaron trozos de material tratado con plasma en placas de múltiples cavidades, se añadió en cada cavidad una suspensión de células en un medio de cultivo y se incubaron varias veces las placas en un ambiente de cultivo de células. Se evaluaron al microscopio la adhesión, la morfología y la proliferación celular y, ocasionalmente, mediante el uso de inmunocitoquímica contra marcadores de proliferación celular y contactos adhesivos. Los resultados preliminares indicaron que podían utilizarse las superficies tratadas con plasma para el cultivo de células y que las células presentan las características necesarias para un comportamiento óptimo. Dichas características incluyen la adhesión de la casi totalidad de las células de la placa en un dibujo uniforme, extendiendo la célula adecuada sobre la superficie del material, signos de motilidad celular normal y división celular. Los signos patológicos, incluidos vacoles, cantidades excesivas de gránulos lisosomales, formación de vejigas o destrucción de membranas, fueron insignificantes. Las líneas de células comprobadas hasta el momento incluyen MRC5 (fibroblastos pulmonares normales), HeLa (células carcinógenas de cerviz de origen epitelial), Chang (hepatoma, células hepáticas). Las células han sido seleccionadas de manera que abarquen un amplio abanico de demandas en las superficies. Las células dependientes del no anclaje exigen muy pocas demandas en las superficies como tales. Se ha cultivado con éxito un ejemplo de dichas células (linfoma de Raji) en presencia de las superficies tratadas con plasma.

Nuestros resultados indican buenas propiedades del cultivo de células para nuestras superficies hidrofilizadas con plasma de la invención. Puede lograrse una buena adhesión y un buen crecimiento celular en células similares a fibroblastos en superficies con ángulos de contacto con agua en el intervalo de 10-40º y en células epiteliales en el intervalo de 5-40º.

Resultados Discos CD planos tratados con plasma Reactor Plasma Science PS0500 con una placa de electrodos

Muestras colocadas en un soporte de popipropileno a 20 cm del suelo de la cámara del reactor en el centro de la cámara.

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Material del	Gas	Valor de ajuste	Potencia RF	Potencia/	Tiempo de	Ángulo de	Ángulo de
disco		del flujo de gas		flujo	tratamiento	contacto	contacto tras
					del plasma	directo	lavado en
		Sccm	W	W/sccm	Min		70%EtOH
Policarbonato	Oxígeno	15	500	33,33333	5	3	25
Policarbonato	Oxígeno	15	300	20	5	3	38
Policarbonato	Oxígeno	10	500	50	5	3	11
Policarbonato	Oxígeno	10	300	30	5	4	31
Policarbonato	Oxígeno	5	500	100	5	3	5
Policarbonato	Oxígeno	5	300	60	5	4	16

Policarbonato	Aire (sint)	25	500	20	5	4	17
Policarbonato	Aire (sint)	25	300	12	5	10	33
Policarbonato	Aire (sint)	5	500	100	5	3	2
Policarbonato	Aire (sint)	5	300	60	5	4	13
Policarbonato	Argón	100	500	5	5	25	48
Policarbonato	Argón	100	300	3	5	27	56
Policarbonato	Argón	25	500	20	5	4	18
Policarbonato	Argón	25	300	12	5	9	39
Policarbonato	Argón	5	500	100	5	4	3
Policarbonato	Argón	5	300	60	5	4	9

Zeonex	Oxígeno	100	500	5	5	20	29
Zeonex	Oxígeno	100	300	3	5	17	34
Zeonex	Oxígeno	50	500	10	5	10	5
Zeonex	Oxígeno	50	300	6	5	15	28
Zeonex	Oxígeno	25	500	20	5	7	4
Zeonex	Oxígeno	25	300	12	5	11	10
Zeonex	Oxígeno	5	500	100	5	4	2
Zeonex	Oxígeno	5	300	60	5	4	4

Zeonex	Aire (sint)	100	500	5	5	16	29
Zeonex	Aire (sint)	100	300	3	5	16	36
Zeonex	Aire (sint)	50	500	10	5	9	6
Zeonex	Aire (sint)	50	300	6	5	15	26
Zeonex	Aire (sint)	25	500	20	5	5	5

(Continuación)

Material del	Gas	Valor de ajuste	Potencia RF	Potencia/	Tiempo de	Ángulo de	Ángulo de
disco		del flujo de gas		flujo	tratamiento	contacto	contacto tras
					del plasma	directo	lavado en
		Sccm	W	W/sccm	Min		70%EtOH
Zeonex	Aire (sint)	25	300	12	5	9	6
Zeonex	Aire (sint)	5	500	100	5	8	4
Zeonex	Aire (sint)	5	300	60	5	5	4

SAN	Oxígeno	100	500	5	5	8	27
SAN	Oxígeno	100	300	3	5	11	23
SAN	Oxígeno	50	500	10	5	8	7
SAN	Oxígeno	50	300	6	5	9	22
SAN	Oxígeno	25	500	20	5	5	7
SAN	Oxígeno	25	300	12	5	7	14
SAN	Oxígeno	5	500	100	5	4	2
SAN	Oxígeno	5	300	60	5	5	3

SAN	Aire (sint)	100	500	5	5	8	27
SAN	Aire (sint)	100	300	3	5	8	26
SAN	Aire (sint)	50	500	10	5	7	8
SAN	Aire (sint)	50	300	6	5	8	26
SAN	Aire (sint)	25	500	20	5	4	5
SAN	Aire (sint)	25	300	12	5	6	12
SAN	Aire (sint)	5	500	100	5	5	4
SAN	Aire (sint)	5	300	60	5	4	4

PMMA	Aire (sint)	50	500	10	5	20	40
PMMA	Aire (sint)	50	300	6	5	39	53
PMMA	Aire (sint)	25	500	20	5	8	21
PMMA	Aire (sint)	25	300	12	5	26	44
PMMA	Aire (sint)	10	500	50	5	4	4
PMMA	Aire (sint)	10	300	30	5	6	14
PMMA	Aire (sint)	5	500	100	5	8	4
PMMA	Aire (sint)	5	300	60	5	5	3

(Continuación)

Material del	Gas	Valor de ajuste	Potencia RF	Potencia/	Tiempo de	Ángulo de	Ángulo de
disco		del flujo de gas		flujo	tratamiento	contacto	contacto tras
					del plasma	directo	lavado en
		Sccm	W	W/sccm	Min		70%EtOH

PMMA	Oxígeno	50	500	10	5	29	54
PMMA	Oxígeno	50	300	6	5	39	52
PMMA	Oxígeno	25	500	20	5	11	40
PMMA	Oxígeno	25	300	12	5	31	53
PMMA	Oxígeno	10	500	50	5	5	10
PMMA	Oxígeno	10	300	30	5	7	45
PMMA	Oxígeno	5	500	100	5	4	4
PMMA	Oxígeno	5	300	60	5	4	7

Claims

1. El uso de una superficie hidrofilizada con plasma de gas de un substrato hecho de material plástico, como una superficie de contacto líquido en un sistema de transporte de líquidos de un dispositivo microfabricado, en el que el citado sistema de transporte de líquidos consta de canales y cámaras con una profundidad de \leq 1000 \mum definidos en la citada superficie y tapados por una cubierta, la citada superficie hidrofilizada con plasma de gas: a) tiene un ángulo de contacto con agua \leq 30º que no ha cambiado más de \pm un 20% y/o \pm5º mediante el lavado con un 70% de etanol, tal y como se define en la parte experimental, y b) se ha obtenido mediante un método que consta de las fases siguientes:

I): presentando una forma no hidrofilizada del citado substrato en la que la superficie tiene un ángulo de contacto con agua \geq 30º;

II): tratando la superficie del substrato presentado en el punto I) con un plasma de gas de un gas no polimerizable a una intensidad de plasma seleccionada en el intervalo de \geq 5 W/cm^{3}/min.

2. El uso de la reivindicación 1, en la que el ángulo de contacto con el agua de la citada superficie hidrofilizada de plasma de gas no aumenta más de 10º durante un mes de almacenamiento en seco, o en un entorno acuoso, o en un líquido acuoso.

3. El uso de cualquiera de las reivindicaciones 1-2 en las que el citado método de hidrofilización por plasma de gas después de la fase II) consta de la fase III), en la que la superficie obtenida en la fase II) se lava con un disolvente seleccionado a partir del agua, un disolvente hidromiscible y una mezcla del mismo.

4. El uso de cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 3, en las que la superficie hidrofilizada por plasma de gas tiene un ángulo de contacto con agua \leq 20º.

5. El uso de cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 4, donde el paso II) se ha llevado a cabo a una presión inferior a 100 mTorr.

6. El uso de cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 5, donde el gas no polimerizable ha contenido oxígeno, nitrógeno, un gas noble, dióxido de carbono, monóxido de carbono o vapor de agua.

7. El uso de cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 6, donde la superficie posterior al método de hidrofilización del plasma de gas ha sido derivatizada para presentar grupos de intercambio de aniones, grupos de intercambio de cationes, grupos anfóteros, grupos hidroxi, grupos de bioafinidad y/o grupos de quelante.

8. El uso de cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 7, donde el material plástico ha sido seleccionado de materiales de polímeros que se han obtenido por polimerización de monómeros que contienen polímeros de insaturación y/o condensación.

9. El uso de cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 8, donde el dispositivo microfabricado consta de uno o más sistemas de transporte de líquidos que se colocan sobre una placa embutible que utiliza la fuerza centrípeta para que el líquido atraviese uno o más segmentos de un sistema de transporte de líquidos.

10. El uso de cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 9 donde la superficie del líquido de contacto tiene suficiente hidrofilicidad para la introducción de un líquido acuoso mediante autosucción.

11. Un dispositivo mocrofabricado que consta de un sistema de transporte de líquido en el que hay canales y cámaras con una profundidad \leq 1000 \mum, definidos en la superficie de un substrato hecho de material de plástico y cubierto por una cubierta en el que al menos una parte de la citada superficie es una superficie de contacto líquido en el citado sistema de transporte de líquido, caracterizado por que la citada superficie de contacto líquido tiene un ángulo de contacto con agua \leq 30º, cuyo ángulo de contacto con agua no cambia más de un + 20% y/o + 5º lavándolo con un 70% de etanol, como se define en la parte experimental y se ha obtenido por un método de hidrofilización de plasma de gas en el que el gas del plasma ha sido no polimerizable y en el que la intensidad del plasma se ha seleccionado en el intervalo de \geq 5 W/cm^{3}/min.

12. El dispositivo microfabricado de la reivindicación 11, que se caracteriza por que el citado ángulo de contacto con agua es \leq 20º.

13. El dispositivo microfabricado de cualquiera de las reivindicaciones de 11 a 12, que se caracteriza por que el ángulo de contacto con agua de la citada superficie hidrofilizada de plasma de gas no aumenta más de 10º durante un mes de almacenamiento en seco, o en ambiente acuoso, o en un líquido acuoso.

14. El dispositivo microfabricado de cualquiera de las reivindicaciones de 11 a 13, que se caracteriza por que el citado método hidrofilizado por plasma de gas consta de la fase siguiente:

a) presentar una forma hidrofilizada del citado substrato en el que la superficie tiene un ángulo de contacto con agua \geq30º.

15. El dispositivo microfabricado de cualquiera de las reivindicaciones de 11 a 14, que se caracteriza por que el citado método de hidrofilización por plasma de gas posterior al paso II) consta del paso III), en el que la superficie obtenida en el paso II) se lava con un disolvente seleccionado a partir de agua, un disolvente hidromiscible y una mezcla del mismo.

16. El dispositivo microfabricado de cualquiera de las reivindicaciones de 11 a 15, que se caracteriza por que el reactor de plasma de gas utilizado en el método de hidrofilización por plasma de gas ha sido inferior a 100 mTorr.

17. El dispositivo microfabricado de cualquiera de las reivindicaciones de 11 a 16, que se caracteriza por que el gas no polimerizable utilizado en el método de hidrofilización por plasma de gas contiene oxígeno, nitrógeno, un gas noble, dióxido de carbono, monóxido de carbono o vapor de agua.

18. El dispositivo microfabricado de cualquiera de las reivindicaciones de 11 a 17, que se caracteriza por que la superficie de contacto con el líquido después del método de hidrofilización por plasma de gas ha sido derivatizada para presentar grupos de intercambio de aniones, grupos de intercambio de cationes, grupos anfóteros, grupos hidroxi, grupos de bioafinidad y/o grupos quelantes.

19. El dispositivo microfabricado de cualquiera de las reivindicaciones de 11 a 18, que se caracteriza por que el material plástico se selecciona a partir de materiales de polímeros que se han obtenido por polimerización monómeros que contienen polímeros de insaturación y/o condensación.

20. El dispositivo microfabricado de cualquiera de las reivindicaciones de 11 a 19, que se caracteriza por que el dispositivo microfabricado consta de uno o más sistemas de transporte de líquidos que se colocan sobre una placa embutible que utiliza la fuerza centrífuga para obligar al líquido a atravesar uno o más segmentos de un sistema de transporte de líquidos.

21. El dispositivo microfabricado de cualquiera de las reivindicaciones de 11 a 21, que se caracteriza por que la citada superficie de líquido de contacto tiene suficiente hidrofilicidad para introducir un líquido acuoso por autosucción.

22. El dispositivo microfabricado de cualquiera de las reivindicaciones de 11 a 21, que se caracteriza por que el material plástico consta de un polímero de monómeros alifáticos.

23. El dispositivo microfabricado de cualquiera de las reivindicaciones de 11 a 22, que se caracteriza por que el material plástico consta de un polímero de norborneno o norborneno sustituido.