具有增強的結合容量的配體官能化基材的制作方法
【專利說明】具有増強的結合容量的配體官能化基材
[0001 ] 優(yōu)先權聲明
[0002] 本專利申請要求2013年10月3日提交的美國臨時專利申請61/886177的優(yōu)先權，該 臨時專利申請的內容在此W引用方式并入本文。
技術領域
[0003] 本發(fā)明設及包含配體官能化基材的制品，在其它方面，設及用于制備和使用所述 制品的方法。
【背景技術】
[0004] 目標生物材料，諸如病毒和生物大分子(包括活細胞的組分或產物，例如蛋白質、 碳水化合物、脂質和核酸)的檢測、定量、分離和純化一直W來都是研究人員的目標。從診斷 上來講，檢測和定量是重要的，例如，作為各種生理條件(諸如疾?。┑闹甘?。生物大分子的 分離和純化對治療性用途和生物醫(yī)學研究十分重要。
[0005] 聚合物材料已廣泛用于多種目標生物材料的分離和純化。此類分離和純化方法可 基于多個結合因子或機制中的任何一者，該多個結合因子或機制包括離子基團的存在、目 標生物材料的尺寸、疏水相互作用、親和相互作用、共價鍵的形成等。
[0006] 基于膜的技術，尤其是一次性的形式，在生物醫(yī)藥和疫苗制造工藝中變得越來越 重要。膜已用于無源的、基于尺寸的分離（例如，在病毒清除應用中），并且最近已用于有源 過濾(例如，在純化工藝的后期用于清除微小污染物）。
[0007] 然而，官能化膜(包括官能化的承載聚合物的膜)通常具有相對較低的生物材料結 合容量，運通常限制它們在大規(guī)模純化中的使用。因此，多孔珠粒色譜樹脂(承載離子交換 或其它交互配體官能團）已替代官能化膜，標準化地用于"捕集和洗脫"型蛋白純化工藝。

【發(fā)明內容】

[0008] 因此，我們認識到，存在對于具有相對較高的生物材料結合容量的配體官能化基 材(具體地講，配體官能化膜）的需要。同時還需要相對簡單、有成本效益和/或有效的配體 官能化方法(例如，設及相對易于獲取的起始物質和/或相對較少的工藝步驟）。
[0009] 簡而言之，在一個方面，本發(fā)明提供了可用于生物材料捕集的制品。該制品包含
[0010] (a)多孔基材;和
[0011] (b)所述多孔基材上承載的聚合物，所述聚合物包含至少一種單體的共聚單元，所 述單體由W下基團組成：（1)至少一個一價締屬不飽和基團，（2)至少一個選自酸性基團、除 脈基之外的堿性基團、W及它們的鹽的一價配體官能團，和(3)多價間隔基團，其直接鍵合 到所述一價基團，W便通過具有至少六個鏈中原子的鏈將至少一個締屬不飽和基團和至少 一個配體官能團連接在一起。
[0012] 優(yōu)選地，所述多孔基材為多孔膜(更優(yōu)選地，多孔聚合物膜）。配體官能團優(yōu)選地選 自簇基、麟酷基、憐酸根、橫酸根、硫酸根、棚酸根、叔氨基、季氨基W及它們的組合。所述多 價間隔基團優(yōu)選地包含至少一個氨鍵合部分。
[0013] 已發(fā)現(xiàn)，可通過使用在單體的可聚合基團與配體官能團之間具有多原子間隔基團 的某些單體來制備具有相對較高結合容量的配體官能化基材。所述單體包括配體官能化的 締屬不飽和化合物，其中至少一個配體官能團與至少一個締屬不飽和基團被具有至少六個 鏈中原子的連接鏈分離或隔開。當自由基聚合時，此類單體提供承載聚合物的配體官能團， 所述配體官能團與所得的聚合物鏈或聚合物主鏈被具有至少六個鏈中原子的連接鏈分離 或隔開。
[0014] 令人驚奇的是，此類聚合物的配體官能團可在與目標生物材料進行相互作用時尤 其有效。與承載衍生自單體的聚合物(其中配體官能團與締屬不飽和基團被較短連接鏈分 離）的對應多孔基材相比，承載聚合物(優(yōu)選地承載接枝聚合物）的多孔基材可表現(xiàn)出意想 不到的更高的生物材料結合容量。通過在單體的連接鏈中包括至少一個氨鍵合部分可令人 驚奇地進一步提高結合容量。
[0015] 通過使用自由基聚合技術和可衍生自易得的起始物質的單體可W相對容易地制 備此類配體官能化基材。配體官能化基材可用于各種不同應用，包括捕集、結合或純化相對 中性的或帶電荷的生物材料，諸如，病毒和其它微生物、蛋白質、細胞、內毒素、酸性碳水化 合物、核酸等。
[0016] 因此，在至少一些實施例中，包含上述配體官能化基材的本發(fā)明的制品可滿足上 文提到的具有相對較高生物材料結合容量的配體官能化基材(具體地講，配體官能化膜)的 需求。此外，在至少一些實施例中，本發(fā)明的制品制備方法可滿足對相對簡單、具有成本效 益和/或有效的配體官能化方法(例如，設及相對易于獲取的起始物質和/或相對較少的工 藝步驟)的附帶需求。
[0017] 在另一方面，本發(fā)明還提供了用于制備本發(fā)明的制品的方法。所述方法包括：
[0018] (a)提供多孔基材；W及
[0019] (b)提供具有聚合物的多孔基材，所述聚合物包含至少一種單體的共聚單元，所述 單體由W下基團組成：（1)至少一個一價締屬不飽和基團，（2)至少一個選自酸性基團、除脈 基之外的堿性基團、W及它們的鹽的一價配體官能團，和(3)多價間隔基團，所述多價間隔 基團直接鍵合到所述一價基團，W便通過具有至少六個鏈中原子的鏈將至少一個締屬不飽 和基團和至少一個配體官能團連接在一起。
[0020] 在另一個方面，本發(fā)明還提供了用于捕集或清除目標生物材料的方法。所述方法 包括：
[0021 ] (a)提供至少一種包含至少一個過濾元件的本發(fā)明的制品；W及
[0022] (b)使含有目標生物材料的流動生物溶液噴射到該過濾元件的上游表面上足夠時 間，W實現(xiàn)目標生物材料的結合。
[0023] 在另一個方面，本發(fā)明另外提供了可自由基聚合的化合物或單體，其由W下基團 組成：（a)至少一個一價締屬不飽和基團，（b)至少一個選自含憐的酸性基團、含棚的酸性基 團W及它們的鹽的一價配體官能團，和(C)多價間隔基團，所述多價間隔基團直接鍵合到所 述一價基團，W便通過具有至少六個鏈中原子的鏈將至少一個締屬不飽和基團和至少一個 配體官能團連接在一起。優(yōu)選的化合物或單體包括可由式V表示的那些，其可通過用L'置換 下式I中的L來獲得，其中L'為包含雜原子的基團，其包含選自含憐的酸性基團（優(yōu)選麟酷基 或憐酸根）、含棚的酸性基團(優(yōu)選棚酸根)和它們的鹽的至少一個一價配體官能團。
【具體實施方式】
[0024] 在W下【具體實施方式】中，描述了各組數(shù)值范圍（例如，特定部分中的碳原子數(shù)的數(shù) 值范圍、特定組分的量的數(shù)值范圍等等），并且在每組數(shù)值范圍內，范圍的任何下限都可與 范圍的任何上限配對。運種數(shù)值范圍另外旨在包括包含在該范圍內的所有數(shù)值(例如，1至5 包括 1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等等）。
[0025] 如本文所用，術語和/或意指所列要素中的一個或全部，或所列要素中的任何兩個 或更多個的組合。
[0026] 詞語"優(yōu)選的"和"優(yōu)選地"指在某些情況下可提供某些有益效果的本發(fā)明實施例。 然而，其它實施例在相同或其它情況下也可能是優(yōu)選的。此外，對一個或多個優(yōu)選實施例的 表述并不暗示其它實施例是不可用的，且并非意圖將其它實施例排除在本發(fā)明范圍之外。
[0027] 術語"包括"和其變型形式在說明書和權利要求中出現(xiàn)運些術語的地方不具有限 制的含義。
[00%]如本文所用，一個、一種、所述、至少一個、和一個或多個可互換使用。
[0029] 上述
【發(fā)明內容】
部分并非意圖描述本發(fā)明的每個實施例或每種實施方式。W下具體 實施方式更具體地描述了示例性實施例。在整個【具體實施方式】中，通過實例的列表提供指 導，運些實例可W各種組合使用。在每種情況下，所述列表僅用作代表性的組類，并且不應 解釋為排它性列表。
[0030] 室義
[0031] 如本專利申請中所用：
[0032] "棚酸根"是指式-B(0H)2的一價基團；
[0033] "幾基亞氨基"是指式-(CO)NR-的二價基團或部分，其中R為氨、烷基(例如，選自具 有一至約四個碳原子的烷基基團)或芳基(優(yōu)選氨）；
[0034] "簇基"是指式-C00哺勺一價基團；
[0035] "鏈中原子"是指處于鏈中的原子(而不是鏈取代基的原子）；
[0036] "鏈中雜原子"是指代替碳鏈中的一個或多個碳原子的非碳(例如氧、氮或硫)的原 子(例如，W便形成碳-雜原子-碳鏈或碳-雜原子-雜原子-碳鏈）；
[0037] "締屬不飽和'是指式-CY = C出的基團，其中Y為氨、烷基、環(huán)烷基、或芳基；
[003引"脈堂'是指式R"2N-C(=NR")NH-的一價基團，其中每個R"獨立地為氨、控基、雜控 基或它們的組合，并且其中任何兩個或更多個r基團可任選地鍵合在一起W形成環(huán)結構 (優(yōu)選地，每個R"獨立地為氨、烷基、環(huán)烷基、雜烷基、芳基、雜芳基或它們的組合;更優(yōu)選地， 每個R"獨立地為氨、烷基、環(huán)烷基、芳基或它們的組合）；
[0039] "雜原子"是指除碳或氨之外的原子；
[0040] "氨鍵受體"是指選自具有孤電子對的氧、氮和硫的雜原子；
[0041] "氨鍵供體"是指由共價鍵合到雜原子的氨原子組成的部分，其中雜原子選自氧、 氮和硫；
[0042] "氨鍵合部分"是指包含至少一個氨鍵供體和至少一個氨鍵受體的部分；
[0043] "徑基"是指式-0哺勺一價基團；
[0044] "亞氨基幾基亞氨基"是指式-N(R)-C(0)-N(R)-的二價基團或部分，其中每個R獨 立地為氨、烷基(例如，選自具有一至約四個碳原子的烷基基團）或芳基(優(yōu)選地，至少一個R 為氨;更優(yōu)選地，兩者均為氨）；
[0045] "亞氨基硫代幾基亞氨基"是指式-N(R)-C(S)-N(R)-的二價基團或部分，其中每個 財蟲立地為氨、烷基(例如，選自具有一至約四個碳原子的烷基基團）或芳基(優(yōu)選地，至少一 個R為氨;更優(yōu)選地，兩者均為氨）；
[0046] "異氯酸基"是指式-N=C = 0的一價基團；
[0047] "氧基幾基亞氨基"是指式-0-C(0)-N(R)-的二價基團或部分，其中R為氨、烷基(例 如，選自具有一至約四個碳原子的烷基基團)或芳基(優(yōu)選氨）；
[0048] "氧基硫代幾基亞氨基"是指式-〇-C(S)-N(R)-的二價基團或部分，其中R為氨、燒 基(例如，選自具有一至約四個碳原子的烷基基團)或芳基(優(yōu)選氨）；
[0049] "憐酸根"是指式-0P03出的一價基團；
[0050] "麟酷基"是指式-P〇3出的一價基團；
[0051] "季氨基"是指式-NRV的一價基團，其中每個R'獨立地為控基、雜控基或它們的組 合，并且其中任何兩個或更多個R'基團可任選地鍵合在一起W形成環(huán)結構(優(yōu)選地，每個R' 獨立地為烷基、環(huán)烷基、雜烷基、雜環(huán)烷基、芳基、雜芳基或它們的組合;更優(yōu)選地，每個R '獨 立地為烷基、環(huán)烷基、芳基或它們的組合）；
[0052] "硫酸根"是指式-0S0抽的一價基團；
[0053] "橫酸根"是指式-SO抽的一價基團；
[0054] "叔氨基"是指式-NR'2的一價基團，其中每個R'獨立地為控基、雜控基或它們的組 合，并且其中任何兩個或更多個R'基團可任選地鍵合在一起W形成環(huán)結構(優(yōu)選地，每個R' 獨立地為烷基、環(huán)烷基、雜烷基、雜環(huán)烷基、芳基、雜芳基或它們的組合;更優(yōu)選地，每個R '獨 立地為烷基、環(huán)烷基、芳基或它們的組合）；并且
[0055] "硫代幾基亞氨基"是指式-(CS)NR-的二價基團或部分，其中R為氨、烷基(例如，選 自具有一至約四個碳原子的烷基基團)或芳基(優(yōu)選氨）。
[0化6] 單體
[0057] 于制備本發(fā)明的制品的單體包括由W下基團組成的那些：（a)至少一個一價 締屬不飽和基團，（b)至少一個選自酸性基團、除脈基之外的堿性基團、W及它們的鹽的一 價配體官能團，和(C)多價間隔基團，該多價間隔基團直接鍵合到所述一價基團，W便通過 具有至少六個鏈中原子的鏈將至少一個締屬不飽和基團和至少一個配體官能團連接在一 起。優(yōu)選地，單體只包含除脈基部分之外的部分。單體可處于中性狀態(tài)，但在一些pH條件下 也可W是帶負電的（酸性條件下）或帶正電的（堿性條件下）。當配體官能團為鹽的形式時 (例如，當配體官能團包含季錠或N-烷基化晚時），單體可永久性地帶電。
[005引單體的一價締屬不飽和基團（如上文所定義)可由式-CY = C此表示，其中Y為氨、燒 基、環(huán)烷基或芳基。優(yōu)選的締屬不飽和基團包括乙締基、1-烷基乙締基W及它們的組合（即， Y優(yōu)選地為氨或烷基;更優(yōu)選地，Y為氨或Cl至C4烷基；最優(yōu)選地，Y為氨或甲基）。單體可包含 單個締屬不飽和基團或多個締屬不飽和基團（例如，兩個或Ξ個或最多至6個），其性質可W 相同或不同（優(yōu)選地相同）。單體優(yōu)選地只具有一個締屬不飽和基團。
[0059]單體的一價配體官能團可選自酸性基團、除脈基之外的堿性基團W及它們的鹽。 合適的配體官能團包括表現(xiàn)出至少一定程度的酸性或堿性(其可在較弱至較強的范圍內） 的那些，W及它們的鹽。此類配體官能團包括常常用作離子交換或金屬馨合型配體的那些。
[0060] 可用的配體官能團包括雜控基基團和其它包含雜原子的基團。例如，可用的酸性 或堿性配體官能團可包含一個或多個雜原子，所述雜原子選自氧、氮、硫、憐、棚等W及它們 的組合。可用的酸性基團的鹽包括具有抗衡離子的那些，所述抗衡離子選自堿金屬(例如， 鋼或鐘）、堿±金屬（例如，儀或巧）、錠和四烷基錠離子等，W及它們的組合?？捎玫膲A性基 團的鹽包括具有抗衡離子的那些，所述抗衡離子選自面離子(例如，氯離子或漠離子）、簇酸 根、硝酸根、憐酸根、硫酸根、硫酸氨根、甲基硫酸根和氨氧根離子等，W及它們的組合。
[0061] 單體可包含單個配體官能團或多個配體官能團（例如，兩個或Ξ個或最多至6個）， 其性質可W相同或不同（優(yōu)選地相同）。配體官能團優(yōu)選地選自簇基、麟酷基、憐酸根、橫酸 根、硫酸根、棚酸根、叔氨基、季氨基W及它們的組合。更優(yōu)選的配體官能團包括簇基、麟酷 基、橫酸根、叔氨基、季氨基W及它們的組合。
[0062] 單體的多價間隔基團可直接鍵合到一價基團，W便使至少一個締屬不飽和基團與 至少一個配體官能團被具有至少六個鏈中原子的鏈連接在一起。因此，鏈可包含6、7、8、9、 10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35 或更多個鏈中原子(例如，包括最多至40或50個）。鏈優(yōu)選地包含至少屯個鏈中原子(更優(yōu)選 地，至少八個;最優(yōu)選地，至少九、十、十一或十二個)和/或包含不超過約30個鏈中原子(更 優(yōu)選地，不超過約25個;甚至更優(yōu)選地，不超過約20個;最優(yōu)選地，不超過約16個）。
[0063] 盡管不希望受理論的約束，但鏈的長度可有助于使聚合物主鏈(通過單體聚合反 應形成)采用螺旋狀或部分螺旋狀構象。當鏈相對較短時（例如，少于約六個鏈中原子），帶 電配體官能團之間的離子排斥可迫使聚合物主鏈變成無規(guī)則卷曲類型構象。隨著鏈長增 加，可能采用螺旋狀構象并在鏈長為約8-14個鏈中原子時達到最大?；慕又酆衔锏穆?旋狀構象可有利于顯示配體官能團，W便與目標生物材料相互作用。
[0064] 優(yōu)選的多價間隔基團包含至少一個氨鍵合部分，其在上文中被定義為包含至少一 個氨鍵供體和至少一個氨鍵受體(兩者均包含雜原子，如上所述)的部分。因此，優(yōu)選的多價 間隔基團包括含雜原子的控基(更優(yōu)選地，含鏈中雜原子的控基）。更優(yōu)選的間隔基團包含 至少兩個氨鍵合部分或包含至少一個氨鍵合部分和至少一個與氨鍵合部分不同的氨鍵受 體(不是氨鍵合部分的一部分）。
[0065] 優(yōu)選的氨鍵合部分包括含有至少兩個氨鍵供體(例如，諸如亞氨基、琉基或徑基的 供體）、至少兩個氨鍵受體(例如，幾基、幾氧基或酸氧形式的受體)或兩者的那些。例如，亞 氨基幾基亞氨基部分(具有兩個N-H供體和至少兩個受體，所述受體為幾基上的兩個孤電子 對的形式)有時可優(yōu)于單個亞氨基幾基部分。優(yōu)選的間隔基團包括含有至少一個亞氨基幾 基亞氨基部分(更優(yōu)選地，與至少一個諸如幾氧基的受體結合）、至少兩個亞氨基幾基部分 或它們的組合的那些。
[0066] 氨鍵合部分的氨鍵供體和氨鍵受體可彼此相鄰(直接鍵合)或可W不相鄰(優(yōu)選 地，相鄰或被具有不超過約4個鏈中原子的鏈分離;更優(yōu)選地，相鄰）。氨鍵供體和/或氨鍵受 體的雜原子可位于間隔基團的鏈中原子的鏈中，或者，作為另一種選擇，可位于鏈取代基 中。
[0067] 盡管氨鍵供體也