RECUBRIMIENTOS FUNCIONALIZADOS CON TIOL Y MÉTODOS PARA SU PRODUCCIÓN.

Un método para aplicar un recubrimiento que contiene tiol reactivo a un sustrato,

incluyendo dicho método someter dicho sustrato a una descarga de plasma en presencia de un compuesto de fórmula (I) o fórmula (Ia): en el que X es una cadena o cadenas de alquileno lineales o ramificadas opcionalmente sustituidas o un grupo o grupos arilo; R 1 , R 2 o R 3 son opcionalmente hidrógeno, grupos heterocíclicos o hidrocarbilos sustituidos y m es un número entero mayor que 0;R n es un número de grupos heterocíclicos o hidrocarbilos opcionalmente sustituidos, donde n es 0- y caracterizado porque una vez que el recubrimiento que contiene tiol se aplica al sustrato, dicho método incluye la etapa de derivatización de los grupos tiol con un reactivo, seguido de la eliminación del reactivo del recubrimiento en tales condiciones que la derivatización de la superficie que contiene tiol sea reversible para crear una superficie reescribible

La presente invención está relacionada con la producción de recubrimientos que contienen grupos funcionales de tiol.

La funcionalización de superficie de objetos sólidos es un tema de importancia considerablemente tecnológica, puesto que ofrece un medio eficaz en coste de mejorar el rendimiento del sustrato sin afectar a las propiedades globales de masa. Por ejemplo, la unión de biomoléculas tales como ADN o proteínas es de gran interés técnico, lo que permite la construcción de conjuntos biológicos que están encontrando aplicación en campos de estudio tan diversos como la informática (Aldeman, M. Science 1994, 266, 1021; Frutos, A. G. et al., Nuc. Acids Res. 1997, 25, 4748), descubrimiento de fármacos (Debouck, C. et al., Nature Genet. 1999, 1 (sup/.) 48), investigación del cáncer (Van't Veer, L. J. et al. Nature 2002, 415, 530) y la elucidación del genoma humano (McGlennen, R. C. Clinical Chemistry 2001, 47, 393).

Además, una superficie de tiol ofrece un sustrato químicamente versátil que permite modificación de superficie por la aplicación de química basada en solución ampliamente usada incluyendo, sin limitación, la reacción de Mannich, la formación de puentes disulfuro, adición nucleófila, reacción con aldehídos, reacción con alquil haluros, reacción con cetonas, reacción con metales nobles y preciosos (tales como oro y plata), la formación de sulfuros y la oxidación o reducción de la funcionalidad de tiol.

Los métodos existentes para unir tioles de superficies sólidas incluyen el auto ensamblaje de mercapto-sitano (Levicky, R. et al, documento WO 2004113872), auto ensamblaje de tiol en oro usando grupos tiol en ambos extremos de la molécula enlazadora (Tivansky, A. V. et al J. Phys. Chem. B. 2005, 109, 5398), y la inmovilización de enlazadores que contienen tiol con otras superficies funcionalizadas (Steichen, M. et al., Electrochemistry Communications 2005, 7, 416; Lucarelli et al., Biosensors and Bioelectronics 2005, 20, 2001). Todos estos enfoques padecen inconvenientes que incluyen la implicación de procedimientos multietapa, especificidad de sustrato y el requisito de química de fase en solución.

Otro método para formar funcionalidad de tiol en una superficie comprende el tratamiento de la superficie de un polímero, tal como polietileno, con un plasma de gas que contiene azufre, tal como sulfuro de hidrógeno. Sin embargo, tales enfoques conducen a la generación de una amplia serie de grupos funcionales de superficie tales como sulfuros y episulfuros (Muguruma, H. et al., Chemistry Letters 1996, 4, 283).

La funcionalización de superficie por polimerización de plasma de onda continua es una vía adicional con la que los tioles se han unido a superficies sólidas. Este enfoque padece el inconveniente de una retención estructural baja, con superficies que muestran una sulfonación aumentada y/o pérdida de funcionalidad del tiol en comparación con sus precursores monoméricos (Roh, J. H. et al. Journal of Adhesion Science and Technology, 2002, 16, 1529; Thyen, R. et al. Solicitud internacional de PCT WO 2001076773).

Los polímeros de plasma se consideran por lo tanto con frecuencia estructuralmente diferentes en comparación con polímeros convencionales, puesto que poseen niveles altos de reticulación y carecen de una unidad de repetición regular (Yasuda, H. Plasma Polymerisation Academic Press: Nueva York, 1985). Esto puede atribuirse a que el ambiente de plasma genera una serie completa de intermedios de reacción que contribuyen a una falta global de selectividad química. Sin embargo, se ha descubierto que emitiendo impulsos de descarga eléctrica en la escala de tiempo ms-µs se puede mejorar significativamente la retención estructural de la especie monomérica parental (Panchalingam, V. et al., Appl. Polym. Sci. 1994, 54, 123; Han, L. M. et al., Chem. Mater., 1998, 10, 1422; Timmons et al., patente de Estados Unidos nº. 5.876.753) y en algunos casos se han sintetizado polímeros lineales convencionales (Han, L. M. et al., J. Polym.Sci., Part A: Polym. Chem. 1998, 36, 3121). En tales condiciones, se entiende que impulsos cortos repetitivos del plasma controlan el número y tiempo de vida de especies activas creadas durante el período de activación, que se sigue después por vías de reacción convencionales (por ejemplo polimerización) que se producen durante el período de desactivación (Ryan, M.E. et al., Chem. Mater., 1996, 8, 37).

La preparación de superficies funcionalizadas con tiol mediante polimerización de plasma de onda continua se ha indicado previamente usando etanotiol (Maguruma, H. et al. Chemistry Letters 1996, 4, 283). Sn embargo, la retención de la estructura monomérica fue pobre y las superficies recubiertas mostraron niveles bajos de funcionalidad de tiol. El nivel inadecuado observado de rendimiento de la muestra se debió principalmente a la estructura del monómero utilizado. El etanotiol carece de grupo funcional, tal como funcionalidad de acrilato o alqueno, que pueda polimerizarse fácilmente mediante rutas de reacción convencionales durante el tiempo de inactivación del plasma pulsado. Por lo tanto, para que suceda la deposición de dichos monómeros, deben aplicarse condiciones de plasma relativamente duras, suficientes para iniciar la polimerización mediante grupos funcionales normalmente no polimerizables (por ejemplo, restos de alquilo). Claramente las condiciones capaces de romper y reunir tales estructuras insaturadas entre si son igualmente capaces de destruir la funcionalidad de tiol deseada. Esto conduce inevitablemente al bajo grado de retención de monómeros observado en experimentos previos. Para conseguir la deposición exitosa de una superficie que contiene tiol, debe utilizarse una metodología que combina técnicas de plasma pulsado y la selección de una estructura monomérica polimerizable adecuada.

Los solicitantes han descubierto que la polimerización por plasma pulsado de monómeros que contienen funcionalidades de tiol de fórmula general (I) o fórmula (Ia) puede potencialmente superar las limitaciones de las técnicas existentes para formar superficies funcionalizadas con tiol. Los compuestos de fórmula (I) o fórmula (Ia) poseen grupos funcionales insaturados (tales como alqueno, acilato, metacrilato y fenilo) que pueden experimentar rutas de polimerización convencionales durante el período de inactivación del plasma pulsado con impacto insignificante sobre el resto de tiol deseado. Las películas resultantes, en comparación con la técnica anterior, muestran una retención casi total de la funcionalidad de monómeros y se ha descubierto que son capaces de los niveles rigurosos de rendimiento demandados por aplicaciones tales como una producción de microseries de ADN.

De acuerdo con la presente invención se proporciona un método para aplicar un recubrimiento que contiene tiol reactivo a un sustrato, incluyendo dicho método someter a dicho sustrato a una descarga de plasma en presencia de un compuesto de fórmula (I) o fórmula (Ia);

**(Ver fórmula)**

En las que X es una cadena o cadenas de alquileno lineales o ramificadas opcionalmente sustituidas o un grupo o grupos arilo; R1, R2 o R3 son opcionalmente hidrógeno, grupos heterocíclicos o hidrocarbilo sustituidos y m es un entero mayor que 0; Rn es una variedad de grupos heterocíclicos o hidrocarbilo opcionalmente sustituidos, siendo n 0-5 y caracterizada por que una vez que se aplica el recubrimiento que contiene tiol al sustrato, dicho método incluye la etapa de derivatización de los grupos tiol con un reactivo, seguido de eliminación del reactivo ("stripping") del recubrimiento en tales condiciones que la derivatizacion de la superficie que contiene tiol sea reversible para crear una superficie re-escribible.

Como se usa en la presente memoria, el término “hidrocarbilo” incluye grupos alquilo, alquenilo, alquinilo, arilo y aralquilo. El término “arilo” se refiere a grupos cíclicos aromáticos tales como fenilo o naftilo, en particular fenilo. El término “alquilo” se refiere a cadenas lineales o ramificadas de átomos de carbono que tienen, de forma adecuada, de 1 a 20 átomos de carbono de longitud. Los términos “alquenilo” y “alquinilo” se refieren a cadenas insaturadas lineales o ramificadas que tienen de forma adecuada de 2 a 20 átomos de carbono. Estos grupos pueden tener uno o más enlaces múltiples. De este modo los ejemplos de grupos alquenilo incluyen alenilo y dienilo.

Los sustituyentes opcionales adecuados para los grupos hidrocarbilo R1, R2, R3 y grupos alquileno/arilo X... [Seguir leyendo]

1. Un método para aplicar un recubrimiento que contiene tiol reactivo a un sustrato, incluyendo dicho método someter dicho sustrato a una descarga de plasma en presencia de un compuesto de fórmula (I) o fórmula (Ia):

**(Ver fórmula)**

en el que X es una cadena o cadenas de alquileno lineales o ramificadas opcionalmente sustituidas o un grupo o grupos arilo; R1, R2 o R3 son opcionalmente hidrógeno, grupos heterocíclicos o hidrocarbilos sustituidos y m es un número entero mayor que 0; Rn es un número de grupos heterocíclicos o hidrocarbilos opcionalmente sustituidos, donde n es 05 y caracterizado porque una vez que el recubrimiento que contiene tiol se aplica al sustrato, dicho método incluye la etapa de derivatización de los grupos tiol con un reactivo, seguido de la eliminación del reactivo del recubrimiento en tales condiciones que la derivatización de la superficie que contiene tiol sea reversible para crear una superficie reescribible.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 en el que el compuesto de fórmula (I) que contiene tiol reactivo es un compuesto de fórmula (II)

**(Ver fórmula)**

en el que R4 esun grupo heterocíclico o hidrocarbilo opcionalmente sustituido.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 2 en el que el compuesto de fórmula (II) es un compuesto de fórmula (III)

**(Ver fórmula)**

en el que n = 1-20.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 2 en el que el compuesto de fórmula (II) es un compuesto de fórmula (IIIa)

**(Ver fórmula)**

en el que n = 1-20.

5. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 en el que el compuesto de fórmula (I) que contiene tiol es un compuesto de fórmula (IV)

6. Un método de acuerdo con la reivindicación 5 en el que el compuesto de fórmula (IV) es un compuesto de fórmula (V)

**(Ver fórmula)**

**(Ver fórmula)**

7. Un método de acuerdo con la reivindicación 5 en el que el compuesto de fórmula (IV) es un compuesto de 10 fórmula (Va)

**(Ver fórmula)**

en el que n = 1-20.

8. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la descarga de plasma es por pulsos.

9. Un método de acuerdo con la reivindicación 8 en el que la energía media de la descarga de plasma pulsado es 15 menor de 0,05 W/cm3.

10. Un método de acuerdo con la reivindicación 8 en el que la descarga de plasma pulsado se aplica de modo que la energía está activada durante de 1 µs a 100 µs y desactivada de 100 µs a 20000 µs.

11. Un método de acuerdo con la reivindicación 8 en el que la descarga de plasma pulsado se aplica de modo que

el régimen de pulsos cambia de una manera controlada a lo largo del transcurso de una única deposición de 20 recubrimiento.

12. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la descarga de plasma contiene el compuesto de fórmula (I) en ausencia de cualquier otro material.

13. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 en el que se añaden materiales adicionales al compuesto de fórmula (I) a la descarga de plasma.

14. Un método de acuerdo con la reivindicación 13 en el que dichos materiales adicionales son inertes y no se incorporan dentro del recubrimiento de producto que contiene tiol reactivo.

15. Un método de acuerdo con la reivindicación 13 en el que dichos materiales adicionales son no inertes y poseen la capacidad de modificar y/o incorporarse en el recubrimiento del producto que contiene tiol reactivo.

16. Un método de acuerdo con la reivindicación 15 en el que el uso de dichos materiales adicionales no inertes dan como resultado un recubrimiento de copolímero que contiene funcionalidad de tiol reactivo.

17. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la introducción del compuesto de fórmula (I) y/o cualquier material adicional en la descarga de plasma es por pulsos.

18. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 en el que el compuesto de fórmula (I) y/o cualquier material adicional se introducen en la descarga de plasma en forma de gotas de líquido atomizadas.

19. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 en el que el medio para aplicar el recubrimiento es un aparato de deposición de plasma equipado con bobina abierta.

20. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la cámara de deposición de plasma se calienta.

21. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 en el que la etapa de la derivatización o reacción de los grupos tiol de recubrimiento se realiza con un reactivo que contiene tiol.

22. Un método de acuerdo con la reivindicación 21 en el que una solución de dicho reactivo que contiene tiol se pone en contacto con la superficie en condiciones en las que la funcionalidad de tiol del reactivo que contiene tiol reacciona con grupos tiol en la superficie.

23. Un método de acuerdo con la reivindicación 22 en el que la inmovilización de la solución de tiol se dirige espacialmente sobre la superficie que contiene tiol reactivo, de modo que la inmovilización de tiol se produce solamente en localizaciones espaciales dadas.

24. Un método de acuerdo con las reivindicaciones 21 o 22 en el que en tiol es biomolécula terminada en tiol.

25. Un método de acuerdo con la reivindicación 24 en el que la superficie modificada se utiliza para hibridación de ADN.

26. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 en el que el recubrimiento que contiene tiol producido por el método se hace reaccionar con un reactivo que contiene metales nobles o preciosos tales como oro y plata.

27. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 en el que el recubrimiento de polímero funcionalizado con tiol se aplica a dominios específicos en la superficie de sustrato, por ejemplo en un patrón.

28. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 en el que el sustrato es cualquiera o cualquier combinación de metal, vidrio, semiconductor, cerámica, polímero, fibras tejidas o no tejidas, fibras naturales, material celulósico o polvo.

29. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 en el que R1, R2 y/o R3 incluyen sustituyentes de flúor, cloro, bromo y/o yodo.

30. Un método de acuerdo con la reivindicación 3 en el que el compuesto de fórmula III, cuando m=1 y n=1, es acrilato de 2-mercaptoetilo.

31. Un método de acuerdo con la reivindicación 4 en el que el compuesto de fórmula IIIa, cuando m=1 y n=1, es metacrilato de 2-mercaptoetilo.

32. Un método de acuerdo con la reivindicación 6 en el que el compuesto de fórmula V es 4-mercaptoestireno.

33. Un método de acuerdo con la reivindicación 7 en el que el compuesto de fórmula Va, cuando m=1 y n=1, es mercaptano de alilo.

34. Un método de acuerdo con la reivindicación 9 en el que la energía media de la descarga de plasma pulsado es menor de 0,0025 W/cm3.

35. Un sustrato que tiene un recubrimiento que contiene tiol sobre el mismo, obtenido por un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1.