專利名稱：多孔的吸附或色譜介質(zhì)的制作方法
背景技術(shù)：
色譜是一種利用所關(guān)心的分子在固定相和流動(dòng)相之間的分布來進(jìn)行分子分離的通用分離方法。固定相是指多孔介質(zhì)與吸收的固定溶劑。帶有相關(guān)堵頭、配件和管件的柱子是最常見的配置，介質(zhì)充填在管子或柱子中。流動(dòng)相通過泵送流過柱子。樣品從柱子的一端引入，各種組分與固定相相互作用，從而被吸附到介質(zhì)上或吸附進(jìn)介質(zhì)中，或者以不同的速度穿過柱子。在柱子的另一端對分離的組分進(jìn)行收集或檢測。在單獨(dú)的步驟中，通過泵送洗提溶劑流過柱子，釋放出吸附的組分。除了包括其它的方法，所述色譜方法還包括凝膠色譜法、離子交換色譜法、疏水作用色譜法、反相色譜法、親合色譜法、免疫吸附色譜法、外源凝集素親合色譜法、離子親合色譜法、以及其它眾所周知的此類色譜方法。目前“技術(shù)水平”的色譜或吸附分離使用基于珠粒的、塊材的或膜的介質(zhì)來完成所要求的分離。這三種技術(shù)(珠粒、塊材或膜)通過不同的物理形式來進(jìn)行分離，因此，在現(xiàn)象上其操作方法也不相同。這三種介質(zhì)的主要差別是吸附表面(在其中發(fā)生主體對一種或多種配體的吸附)與對流流體流動(dòng)之間的關(guān)系。
基于珠粒的介質(zhì)的對流發(fā)生在珠粒的表面，而且大部分吸附表面為珠粒的內(nèi)表面，只有通過擴(kuò)散才能到達(dá)。對流流體的流動(dòng)性質(zhì)由珠粒的大小決定。在柱子中，較小的珠粒要求較高的壓力才能達(dá)到相同的流動(dòng)。然而，平衡吸附容量不由珠粒的大小決定。因此，材料的靜態(tài)容量與流動(dòng)性能并不一定相對應(yīng)或相關(guān)聯(lián)。然而，因?yàn)榇蟛糠值娜萘恳ㄟ^擴(kuò)散來達(dá)到，所以動(dòng)態(tài)結(jié)合容量(在給定流速模式下的流通中的容量)與珠粒的大小相對應(yīng)，因此也就與吸附劑的對流性能對應(yīng)。
在色譜分離領(lǐng)域中典型地使用諸如瓊脂糖等多糖聚合物，通過從水溶液中對該聚合物進(jìn)行熱的相分離形成凝膠介質(zhì)。能這樣做是因?yàn)檫@些聚合物具有熔點(diǎn)和凝膠點(diǎn)。以處理瓊脂糖為例，聚合物必須加熱到為約92℃的其熔融溫度以上、并在存在水時(shí)進(jìn)行溶解。在該溫度或高于該溫度時(shí)，聚合物熔融，然后用水使該熔融聚合物溶劑化，形成溶液。聚合物在水中保持可溶，只要溫度高于聚合物的凝膠點(diǎn)即可，該凝膠點(diǎn)為約43℃。在該凝膠點(diǎn)或低于該凝膠點(diǎn)時(shí)，聚合物相分離，并且成為水凝膠，其獲得的形狀為正好凝膠化前溶液的任何形狀。此外，當(dāng)瓊脂糖接近其凝膠點(diǎn)時(shí)，隨著水凝膠的開始形成，溶液的粘度變得越來越高。
傳統(tǒng)上，對于如色譜介質(zhì)中所使用的多糖珠粒，加熱后的溶液保持在其凝膠點(diǎn)以上，經(jīng)攪拌成為不混溶的熱液體，如礦物油或植物油，從而形成珠粒。然后對該兩相物質(zhì)(不混溶流體中的瓊脂糖珠粒)進(jìn)行冷卻，以回收珠粒。珠粒本身為擴(kuò)散多孔性的，然后可以用作如用于尺寸排阻色譜法中的珠粒。優(yōu)選對其進(jìn)行進(jìn)一步處理，處理方法包括交聯(lián)、加入各種捕獲化學(xué)物、或交聯(lián)和化學(xué)物相結(jié)合以增強(qiáng)其捕獲能力，所述化學(xué)物如親合化學(xué)物或配體、正電荷或負(fù)電荷及疏水物等。
然后將珠粒裝填到色譜柱中，形成介質(zhì)床，含有待捕獲物質(zhì)的流體流過該介質(zhì)床。隨后洗滌珠粒去除沒有結(jié)合的污染物，再從珠粒中洗脫捕獲的物質(zhì)，并進(jìn)行收集。
這類介質(zhì)存在一些問題。珠粒裝填到柱子的工作難度高、人工任務(wù)重。必須確認(rèn)柱子裝填正確，避免在柱子內(nèi)留有溝槽、旁路和阻塞。常常認(rèn)為裝填是一種科學(xué)，也是一門藝術(shù)。
珠粒的使用限制了方法應(yīng)用中介質(zhì)的深度，因?yàn)楸仨毧朔毫?。過高的壓力可能會壓縮珠粒，或者要求柱子有昂貴的保壓能力。較軟的珠粒比硬的珠粒更容易受壓縮。壓縮表現(xiàn)為在足夠高的流速下床間壓力降的陡然升高。高壓力降的原因是珠粒受到壓縮，在接近柱子出口處的狹小區(qū)域內(nèi)導(dǎo)致空隙體積減少。流動(dòng)的液體通過床的累積曳力產(chǎn)生壓縮。曳力隨著流速增高而加大，結(jié)果產(chǎn)生更高的流動(dòng)阻力，曳力還隨床高增加而加大。為了保證壓力降在可接受的范圍內(nèi)，經(jīng)常要在以較低的流速下操作軟凝膠的珠粒體系。
由于珠粒是多孔的，選擇的待捕獲分子必須擴(kuò)散到介質(zhì)的孔隙中才能被捕獲，因此系統(tǒng)的速度和容量受擴(kuò)散限制。擴(kuò)散有兩個(gè)限制，一個(gè)在珠粒周圍，此處可能會形成材料的膜，抑制所選的分子移動(dòng)到珠粒的表面，第二為內(nèi)部擴(kuò)散阻力，該阻力由在珠粒表面中形成的孔隙的大小、數(shù)量和長度決定。此外，介質(zhì)的滲透性與珠粒的大小(其變化可能會很大)及介質(zhì)的穩(wěn)定性有關(guān)。較大的珠粒和具有較大孔隙的珠粒常常具有更高的滲透性。(在其上面珠粒的重量及流經(jīng)床的液流壓力的共同作用下)不受壓縮或不太受壓縮的珠粒也常常具有更高的滲透性。然而，在高流速時(shí)，滲透性的確下降，動(dòng)態(tài)容量也下降。
替代方法是使用膜的或塊材的吸附劑。對于膜的和塊材的介質(zhì)，對流直接與吸收表面接觸。吸收主體不必依賴于擴(kuò)散就可到達(dá)吸收表面。因?yàn)樵谀ず蛪K材介質(zhì)中對流直接與吸附表面接觸，所以液體的流量與吸收能力相關(guān)聯(lián)。舉例來說，膜的表面積隨著平均孔徑的增大而減少。因?yàn)榻Y(jié)合容量在該設(shè)計(jì)中只是表面的現(xiàn)象，所以隨著孔徑的增大，結(jié)合容量降低。然而，該表面支配的結(jié)合的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)容量基本上與平衡或靜態(tài)容量相同，因?yàn)榻橘|(zhì)結(jié)構(gòu)沒有對吸收產(chǎn)生傳質(zhì)阻力。平衡或靜態(tài)容量是指在足夠的接觸時(shí)間后，能夠保證在熱動(dòng)力學(xué)上完全利用介質(zhì)中的吸收或吸附部位時(shí)所吸收或吸附的目標(biāo)分子的數(shù)量。不幸的是，因?yàn)楸砻娣e決定了結(jié)合容量，由于流動(dòng)和結(jié)合性能的相關(guān)聯(lián)，所以在給定的滲透率下能夠達(dá)到的結(jié)合容量有限。
Cerro等在Biotechnol.Prog 2003，19 921-927(Use of ceramicmonoliths as stationary phase in affinity chromatography)中教導(dǎo)了表面官能化的塊材的一個(gè)實(shí)例，在此實(shí)例中，在陶瓷塊材上生成了只在表面具有活性的、薄的瓊脂糖涂層，其方法包括用傳統(tǒng)的瓊脂糖熱溶液浸漬塊材，隨后用壓縮空氣除去塊材內(nèi)孔隙中多余的瓊脂糖熱溶液，然后冷卻塊材，使瓊脂糖涂層凝膠。
該涂覆方法的一個(gè)主要問題是涂覆難以對多孔材料產(chǎn)生作用。在上述制件中，瓊脂糖必須在加熱狀態(tài)下使用(因此要求有熱穩(wěn)定的基材)，這使得在應(yīng)用上難以控制，因?yàn)闇囟认陆禃r(shí)會產(chǎn)生凝膠。另一個(gè)問題是只能產(chǎn)生只在表面具有活性的、非常薄的涂層，如發(fā)生于薄膜吸附劑的情況。部分地，這可能是由于所使用的除去多余瓊脂糖的方法。也可以是由于瓊脂糖的凝膠點(diǎn)及瓊脂糖溫度接近凝膠點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生的高粘度的作用。此外，對于具有比現(xiàn)有技術(shù)中的塊材孔隙大小相對要小的多孔基材，現(xiàn)有技術(shù)的方法不說不可能，但也是非常困難的。對于這些困難的原因，在有些情況下是因?yàn)榭諝怆y以輕易受壓穿過某些多孔材料而不弄破或者毀壞其多孔結(jié)構(gòu)，如對于某些織物或多孔膜的情況。因此必須使用具有相對大的孔且堅(jiān)硬的塊材結(jié)構(gòu)。
WO 00/44928提出另一種方法，通過使用高含量(如8M)如尿素等離液劑，來形成對溫度穩(wěn)定的瓊脂糖溶液。該發(fā)明的瓊脂糖被吸收到多孔載體中形成連續(xù)相。小心地加入水，以便在瓊脂糖溶液和所加的水之間的界面形成薄的凝膠層。凝膠層防止瓊脂糖遷移，但允許水和尿素分子進(jìn)一步從瓊脂糖溶液遷移到所加的水中。該過程一直持續(xù)到瓊脂糖溶液在多孔基材小孔的空隙內(nèi)變成凝膠。
該現(xiàn)有技術(shù)方法的一個(gè)主要問題是該方法會引起基材小孔的大量堵塞，從而嚴(yán)重限制了通過多孔載體的對流。此外，其擴(kuò)散阻力大，限制了介質(zhì)快速運(yùn)作的能力。
所需要的是一種具有良好的對流和擴(kuò)散流動(dòng)的多孔吸附或色譜介質(zhì)。更具體地，所需要的是由具有多孔涂層的多孔基材所形成的多孔吸附或色譜介質(zhì)，多孔涂層可以使所述介質(zhì)具有穿過多孔基材的良好對流、在涂層自身內(nèi)的擴(kuò)散流、并提供良好的動(dòng)態(tài)容量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及多孔的吸附或色譜介質(zhì)，及其制造方法。更具體而言，本發(fā)明涉及具有一種或多種多孔聚合物系涂層的多孔吸附或色譜介質(zhì)，該介質(zhì)具有良好的對流和擴(kuò)散流特性，且具有高的動(dòng)態(tài)容量。
為了克服與珠粒、膜和塊材介質(zhì)有關(guān)的局限性，發(fā)明了一種新的復(fù)合介質(zhì)。該新復(fù)合介質(zhì)可以提高與對流性能無關(guān)的動(dòng)態(tài)結(jié)合容量。該新的介質(zhì)為涂覆有可滲透的多孔水凝膠層的多孔基材材料(如膜、非織造材料、塊材、纖維和/或其它多孔材料)，其中水凝膠層的厚度足以增加結(jié)合容量，卻沒有厚到明顯增加擴(kuò)散阻力。該吸附層的平均厚度根據(jù)多孔材料的特性及所針對的應(yīng)用而變化。涂覆后基材的孔隙優(yōu)選為可滲透的，這樣使得細(xì)胞和/或細(xì)胞碎片可以穿透它們，而所述水凝膠涂層必須是可以穿過如蛋白質(zhì)、DNA碎片及其它選擇的分子的大實(shí)體。
新的復(fù)合介質(zhì)還繞開了與珠粒介質(zhì)有關(guān)的問題。典型地，珠狀介質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度與所使用的吸附材料有關(guān)聯(lián)。例如，瓊脂糖珠粒為色譜應(yīng)用中常用的吸附劑。必須對瓊脂糖珠粒進(jìn)行改性，例如可通過交聯(lián)來提高其機(jī)械完整性，便于在合理的流速下進(jìn)行操作。這一改性可以改變所獲得材料的結(jié)合性能。機(jī)械性能與結(jié)合性能相關(guān)聯(lián)是與許多珠粒介質(zhì)有關(guān)的限制。本發(fā)明依靠下面的基材獲得強(qiáng)度，依靠涂層獲得吸附性能。
該復(fù)合介質(zhì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是容易處理。一般來說，珠粒必須裝填到柱子里。裝填的質(zhì)量決定了吸附床的性能。這就為色譜方法增加了另一個(gè)可變因素，必須在使用前進(jìn)行驗(yàn)證。該新的復(fù)合介質(zhì)可在幾種形式的裝置中操作，而在各種形式中都可以“裝填”，并且可以在使用前進(jìn)行驗(yàn)證，這樣就減少了色譜處理過程中的可變因素來源。
使用本發(fā)明，可以對任何物件的表面，包括如多孔材料等不規(guī)則材料的、也包括其孔隙的內(nèi)表面涂覆多孔聚合物層，而且涂層不會大量堵塞基材孔隙，從而可以使對流通過多孔基材。此外，該涂層足夠厚且多孔，可以使涂層自身內(nèi)部產(chǎn)生擴(kuò)散流。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，涂層是以多孔聚合物的形式，并且是從溶液涂覆到預(yù)先形成的多孔基材表面上的。在一個(gè)實(shí)施方案中，涂層溶液中的所有或部分溶劑在涂層材料凝膠化前被蒸發(fā)。在該實(shí)施方案中，任選使用如表面活性劑等潤濕劑幫助形成相對均勻的連續(xù)涂層。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于色譜或吸附分離的包括多孔涂覆基材的介質(zhì)，其中所述基材為多孔的(PS1)自支撐結(jié)構(gòu)，并且在基材全部表面的至少一部分上具有一個(gè)或多個(gè)多孔(PS2)涂層，所述一個(gè)或多個(gè)涂層占所述結(jié)構(gòu)的相對孔隙率為至少1％，優(yōu)選約20％～約65％，并且該一個(gè)或多個(gè)涂層為足夠多孔，可以在其本體中吸附諸如生物分子的分子?；牡亩嗫最愋蜑榇罂最?，流動(dòng)相流經(jīng)其中并與固定相即介質(zhì)相接觸。這被稱為“多孔體系1”(PS1)。涂層的多孔類型、“多孔體系2”(PS2)是指涂層中的孔隙，流動(dòng)相中溶解的物質(zhì)滲透進(jìn)其中，經(jīng)過與涂層的相互作用或者被吸附，其速度受到改變。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于色譜或吸附分離的包括多孔涂覆基材的介質(zhì)，所述基材為多孔的(PS1)自支撐結(jié)構(gòu)，并且在基材全部表面的至少一部分上具有一個(gè)或多個(gè)多孔(PS2)涂層，所述基材選自以下組中纖維、織物、非織造織物、氈、墊子、塊材和多孔膜，一個(gè)或多個(gè)多孔聚合物涂層在基材的所有表面上，所述一個(gè)或多個(gè)涂層占基材孔隙的空隙體積的約1％～約50％、優(yōu)選約1％～約50％，所述基材具有良好的對流和擴(kuò)散流。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于色譜或吸附分離的包括多孔涂覆基材的介質(zhì)，所述基材為多孔的(PS1)自支撐結(jié)構(gòu)、并且至少在基材全部表面的一部分上具有一個(gè)或多個(gè)多孔(PS2)涂層，所述基材選自以下組中纖維、織物、非織造織物、氈、墊子、塊材和多孔膜，所述一個(gè)或多個(gè)多孔聚合物涂層在基材的所有表面上，所述一個(gè)或多個(gè)涂層占基材孔隙的空隙體積的約10％～約50％，所述基材具有良好的對流和擴(kuò)散流。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于色譜或吸附分離的包括多孔涂覆基材的介質(zhì)，所述基材為多孔的(PS1)自支撐結(jié)構(gòu)，并且在基材全部表面的至少一部分上具有一個(gè)或多個(gè)多孔(PS2)涂層，所述一個(gè)或多個(gè)涂層占有基材孔隙的空隙體積的約10％～約50％，并且介質(zhì)的動(dòng)態(tài)結(jié)合容量與介質(zhì)的對流性能無關(guān)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于色譜或吸附分離的包括多孔涂覆基材的介質(zhì)，所述基材為多孔的(PS1)自支撐結(jié)構(gòu)，并且在基材全部表面的至少一部分上具有一個(gè)或多個(gè)多孔(PS2)涂層，基底基材為多孔的自支撐結(jié)構(gòu)，其選自以下組中織物、非織造織物、氈、墊子、纖維、塊材和多孔膜，所述一個(gè)或多個(gè)多孔涂層在基材的所有表面上，所述一個(gè)或多個(gè)涂層占基材孔隙的空隙體積的約10％～約50％，該一個(gè)或多個(gè)涂層由一種或多種聚合物形成，并且基材具有良好的對流和擴(kuò)散流。
本發(fā)明的這些目的及其它目的將在以下的說明書和權(quán)利要求書中予以更詳細(xì)的描述。


圖1所示為本發(fā)明實(shí)施方案的部分的平面圖。
圖2所示為本發(fā)明實(shí)施方案的部分的剖視圖。
圖3所示為含有本發(fā)明實(shí)施方案的介質(zhì)的裝置剖視圖。
圖4所示為含有本發(fā)明實(shí)施方案的介質(zhì)的第二裝置的剖視圖。
圖5所示為含有本發(fā)明實(shí)施方案的介質(zhì)的另一個(gè)裝置的剖視圖。
圖6所示為含有本發(fā)明實(shí)施方案的介質(zhì)的又一個(gè)裝置的剖視圖。
圖7所示為含有本發(fā)明實(shí)施方案的介質(zhì)的另外裝置的剖視圖。
圖8所示為含有本發(fā)明實(shí)施方案的介質(zhì)的另一個(gè)裝置的剖視圖。
圖9所示為本發(fā)明介質(zhì)的另一個(gè)實(shí)施方案的平面圖。
圖10所示為本發(fā)明的介質(zhì)另一個(gè)實(shí)施方案的平面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及一種具有形成于多孔自支撐基材(PS1)之上的多孔聚合物涂層(PS2)的多孔色譜或吸附介質(zhì)，以使涂層為所述結(jié)構(gòu)空隙體積的至少10％，并且可以在其本體中吸附諸如蛋白質(zhì)、DNA碎片或其它選擇分子的生物分子。更詳細(xì)地，本發(fā)明涉及一種具有形成于多孔自支撐基材(PS1)之上的多孔聚合物涂層(PS2)的多孔色譜或吸附介質(zhì)，以使介質(zhì)保留基材初始空隙體積的至少20％、并且具有良好的對流和擴(kuò)散流及高的動(dòng)態(tài)容量。
圖1顯示了本發(fā)明的第一實(shí)施方案。介質(zhì)由多孔基材(PS1)2形成，其表面至少部分為一個(gè)或多個(gè)多孔涂層(PS2)4所涂覆。如圖中可見，所述基材具有一系列被相互連接的壁8彼此隔離的大孔6。
圖2近距離顯示了上面帶有涂層4的基材2的一個(gè)孔6的剖視圖。如圖所示，涂層至少部分與基材的表面接觸；優(yōu)選其大部分與基材的表面接觸，形成相對均勻的涂層表面。
這樣的基材可以是纖維、非織造織物、織造織物、墊子、氈、膜或塊材，更多的細(xì)節(jié)如以下描述。即使具有涂層，所述基材也具有高的滲透率和良好的流動(dòng)與容量特性?；氖亲灾蔚?，并且為涂層提供平臺或結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。
基材優(yōu)選為高度多孔的，以使其內(nèi)部有最少但足夠多的壁或固體材料，以提供結(jié)構(gòu)的完整性及高孔隙率和流量?？紫断到y(tǒng)的孔尺寸變化范圍為約1～約1000微米、優(yōu)選10～300微米、更優(yōu)選約50～約200微米、并且更優(yōu)選50～100微米，要根據(jù)液體及要求捕獲的成分而定。舉例來說，在一個(gè)從不清澈的、細(xì)胞溶解的細(xì)胞湯中捕獲所要求蛋白質(zhì)的應(yīng)用中，基材的孔隙應(yīng)該足夠大，使得湯高速流經(jīng)介質(zhì)即涂覆的基材時(shí)有良好的滲透率，而每一個(gè)通道還都能具有高水平的捕獲率，如大于50％。在上述應(yīng)用中，優(yōu)選的孔徑為約100～約300微米。在起始供入液流為清澈或干凈的應(yīng)用中，孔徑可以小一些，為約30～約60微米。對于如注射過濾器或微量滴定盤等用于各種溶液條件下的實(shí)驗(yàn)室器具，當(dāng)使用干凈且高度稀釋的溶液時(shí)，優(yōu)選更小的孔徑。這些孔徑為約0.1微米～約10微米。
涂層本身事實(shí)上也是多孔的(PS2)，所以它們可滲透生物分子。優(yōu)選可以在其本體內(nèi)，即在涂層內(nèi)形成的孔隙中吸收生物分子。涂層有足夠的厚度形成這些孔隙，并且有擴(kuò)散流流入其中，因此可在表面單獨(dú)容量上增加結(jié)構(gòu)的總體容量，在某些應(yīng)用中還可以增加捕獲的選擇性，但它們足夠薄，這樣擴(kuò)散長度有限且不會成為對捕獲或釋放生物分子性能上的不利因素。
典型地，涂層構(gòu)成涂覆基材總體積的至少1％。優(yōu)選為涂覆基材總體積的約5％～約80％。
用另一種測量方法，平均起來，所述涂層可將基材孔隙的平均直徑從未涂覆基材的平均直徑減少約1％～約80％、優(yōu)選約10％～約50％、更優(yōu)選約20％～約50％的量。
用另一種測量方法，所述涂層可將基材的滲透率從未涂覆基材的滲透率減少約5％～約80％的量。
確定所用涂層量的另一種方法是相對孔隙率，相對孔隙率對于保證流經(jīng)涂覆基材較為重要。相對孔隙率為對于正處理溶液可獲得的涂覆基材的體積與涂覆基材的總體積之比。更高的相對孔隙率可賦予涂覆基材更高的固有流動(dòng)容量。對于本發(fā)明的涂覆基材，優(yōu)選的相對孔隙率為約0.35～約0.55。
涂層的厚度一般為約1～100微米，優(yōu)選約2～約20微米，更優(yōu)選約5～約15微米。厚度是指基材固定相特征測量中的變化量。例如，對于織造或非織造織物，特征纖維半徑的變化量就是涂層的厚度。涂層(PS2)的孔隙直徑可以在色譜法中的常用范圍內(nèi)變化，或約1～約200納米、優(yōu)選約1～約100納米、更優(yōu)選約1～50納米。其大小應(yīng)足以使要求的材料通過或滲透其中，如蛋白質(zhì)、DNA或RNA碎片、質(zhì)粒或其它生物分子、如低聚核苷酸等合成分子、其它所選的分子等。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，涂層以相當(dāng)均勻的厚度覆蓋在基材的表面上。為此，要求進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)，對涂層溶液的粘度、基材孔隙的大小、除去多余溶液的方法及干燥過程等進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到這一目的。一般來說，一旦了解了本發(fā)明所教導(dǎo)的內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員就可大致決定可對要求溶質(zhì)的體積和吸收及釋放的速率進(jìn)行優(yōu)化的大致涂層厚度。然后他就可以選取孔隙尺寸和孔隙率合適的基材，使該厚度不會過多地減少流動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明所教導(dǎo)內(nèi)容的常規(guī)試驗(yàn)和誤差實(shí)驗(yàn)，可以為熟練的專業(yè)技術(shù)人員提供得到正確配方和干燥方法的途徑。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所有的表面基本上都覆蓋有多孔涂層，優(yōu)選其具有均勻的厚度。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)具有良好的水力滲透率。水力滲透率為對流經(jīng)介質(zhì)的流量的度量，定義為單位時(shí)間內(nèi)單位正面或鋒面面積的對壓力歸一化的體積流量。流量為單位時(shí)間內(nèi)通過介質(zhì)的體積。本發(fā)明具有固有流量，即使在壓力相對較低(1bar)時(shí)，并且在相對較高的流速如300cm/hr或更高時(shí)，也具有穩(wěn)定的流量。優(yōu)選在壓力范圍為約1cm/hr～約500cm/hr時(shí)流量為相對線性的。
該介質(zhì)還具有良好的容量。通常，這意味著與位于下面的基材表面積相比，所述結(jié)構(gòu)具有相對較高的表面可與流經(jīng)結(jié)構(gòu)的流體直接接觸。典型地，由于涂層的孔隙率，本發(fā)明的介質(zhì)所具有的表面積比基材本身的表面積高至少25％、優(yōu)選50％、更優(yōu)選75％基材可以是纖維、諸如織造織物、非織造織物、墊子、氈或膜的片狀物、或者是三維的結(jié)構(gòu)，如海綿、聚(HIPES)或其它的塊材結(jié)構(gòu)，如蜂巢；或多孔珠粒，如受控的多孔玻璃、多孔聚苯乙烯珠粒、硅膠和氧化鋯等。優(yōu)選基材為由織造或非織造織物或膜所形成的片材。
纖維可以有任何的長度、直徑，可以是孔的或?qū)嵭牡?。它們并不如基材一樣相互結(jié)合(雖然如以下所討論的，它們可以在涂覆后形成為單一的結(jié)構(gòu))，而是單獨(dú)的分散的實(shí)體。它們的形式可以是連續(xù)長的，如長度不定的線或單絲，也可以是更短的單獨(dú)的纖維，其可以通過將諸如非織造或織造織物等纖維材料剁碎、將連續(xù)的長纖維切成單獨(dú)的小段、及通過結(jié)晶生長增長方法形成等。
非織造織物是直接由纏結(jié)的纖維或單絲通過熱方法或化學(xué)方法粘接在一起的分離的纖維所制得的平的多孔片材。典型地，非織造織物制造商提供的介質(zhì)具有1～500微米的平均流動(dòng)孔隙(MFP)等級。對于非織造織物而言，多孔結(jié)構(gòu)就是纏繞的纖維，孔隙指的是纖維間的曲折空間。對于氈狀織物，孔隙的含義類似。優(yōu)選的非織造織物為由馬薩諸塞州Lowell的Freudenberg Nonwovens NA所制造，其型號為FO2463。
經(jīng)紗和緯紗相互間以預(yù)先確定的角度以規(guī)則圖樣或編織風(fēng)格相互交織制成織物。典型地緯紗與經(jīng)紗構(gòu)成約90度的角度。其它常用的角度包括但不限于30、45、60和75度。通過編織方法引起纖維機(jī)械聯(lián)鎖來保持織物的完整性。織物的懸垂度(織物對復(fù)雜表面的吻合能力)、表面光滑度和穩(wěn)定度主要受編織風(fēng)格的控制，如平紋織法、斜紋織法、緞紋織法、雙紋織法和紗羅織法等。在此情況下，基材的孔隙為纖維間的空間，其曲折特點(diǎn)不明顯。
塊材體為多孔的材料塊。它們可以是矩形、圓柱形或發(fā)泡成其它形狀。其實(shí)例是陶瓷塊材，它是填充的矩形或三角形毛細(xì)管的規(guī)整結(jié)構(gòu)。這些塊材可由阿拉巴馬州的Engelhard公司和紐約Corning的Corning公司所提供。一種形式的高分子塊材是由喬治亞州的FairburnPorex公司所制造的燒結(jié)塑料粒子所制得的。
Poly(HIPES)[高內(nèi)相乳液]材料為力學(xué)上穩(wěn)定的各向同性的開孔高分子泡沫。這些及其它大孔聚合物的結(jié)構(gòu)見述于“Porous polymersand resins for biotechnological and biomedical applications”，H.-P.Hentze和M.Antonietti，Reviews in Molecular Biotechnology 90(2002)27-53。
所述基材可由包括玻璃、塑料、陶瓷和金屬的各種材料形成。
硼硅酸鹽玻璃為合適的玻璃的一個(gè)實(shí)例。它可以形成為纖維、玻璃墊或多孔的珠粒，例如可以從馬薩諸塞州Billerica的Millipore公司所得到的受控的多孔玻璃珠。
可以使用各種陶瓷，這些陶瓷可以基于較常規(guī)的硅酸鹽化學(xué)物，或較罕見的化學(xué)物，如釔、氧化鋯和鈦等以及它們的混合物。它們可形成珠粒、纖維、墊子、氈、塊材或膜。
金屬如不銹鋼、鎳、銅、鐵或其它磁性金屬及合金、鈀、鎢和鉑等可以制成各種形式，包括纖維、燒結(jié)片材和結(jié)構(gòu)體，如燒結(jié)不銹鋼或鎳過濾器、編織篩和非織造墊、織物和氈，如不銹鋼毛。
優(yōu)選的基材由塑料制成，更優(yōu)選熱塑性塑料。優(yōu)選的熱塑性塑料包括但不限于聚烯烴，如包括超高分子量聚乙烯的聚乙烯、聚丙烯、護(hù)套的聚乙烯/聚丙烯纖維、PVDF、聚砜、聚醚砜、聚芳基砜、聚苯基砜、聚氯乙烯、例如對苯二甲酸乙二酯和聚對苯二甲酸丁二酯等的聚酯、聚酰胺、例如聚甲基丙烯酸甲酯的丙烯酸脂、苯乙烯聚合物、及上述材料的混合物。其它優(yōu)選的合成材料包括纖維素、環(huán)氧樹脂和聚氨脂等。
合適的涂覆材料包括但不限于以下聚合物聚乙烯醇、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯、聚烯丙胺、如瓊脂糖、葡聚糖、環(huán)葡聚糖、纖維素、和取代的纖維素等多糖，其使用的濃度可以是溶液的約0.5～約20重量％，優(yōu)選為約1～約10重量％。
形成本發(fā)明的優(yōu)選方法包括以下步驟a)形成室溫下穩(wěn)定的涂料溶液，該溶液包括一種或多種聚合物、聚合物用溶劑和需要時(shí)的一種或多種凝膠抑制劑；b)用該溶液潤濕多孔基材，任選除去多余的溶液；c)將溶劑從溶液中蒸發(fā)，使涂層與基材的表面一致；d)由于使用了凝膠抑制劑，若有必要，用凝膠劑潤濕涂覆基材，該凝膠劑是聚合物的非溶劑，是凝膠抑制劑的溶劑；并且e)漂洗涂覆基材。此外，任選的步驟還包括對基材進(jìn)行交聯(lián)和/或者向涂層表面添加官能。
對于那些室溫水溶性的聚合物，如某些葡聚糖及低凝膠點(diǎn)的瓊脂糖，或者不溶于水的聚合物，如纖維素、聚乙烯醇、其它含乙烯基的化合物、丙烯酸酯、和甲基丙烯酸酯等，可以使用其它的方法和溶劑。
例如，對于纖維素，可以使用如N，N-二甲基乙酰胺等溶劑，并且用鹽如氯化鋰使溶劑飽和，將材料涂覆到基材上，然后在水中除去溶劑和鹽。
對于在室溫可溶于水的葡聚糖和低凝膠點(diǎn)的瓊脂糖，不需要使用凝膠抑制劑。對于這些材料的優(yōu)選方法是，形成具有如聚乙二醇二縮水甘油醚的合適交聯(lián)劑、如聚丙烯酰胺溶液(在水中10％)的一種或多種成孔劑的溶解在水中的涂料。涂覆該涂料，進(jìn)行干燥，然后加熱介質(zhì)交聯(lián)葡聚糖或低凝膠點(diǎn)的瓊脂糖。用水洗滌或在水中萃取除去成孔劑。
可以使用均勻的聚乙烯醇(PVA)和聚烷撐二醇的水溶液制成多孔的涂層。用于此目的的PVA聚合物為平均聚合度為500～3500、皂化度為85～100摩爾％的PVA聚合物，或者含有不到10％摩爾％的以下單體的PVA共聚物，所述單體如乙烯、乙烯基吡咯烷酮、氯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈和/或衣康酸。根據(jù)本發(fā)明可使用的聚烷撐二醇具有400～4000、優(yōu)選600～3000的平均分子量，且具有不超過3的碳氧比。
典型的溶液包括每100重量份聚乙烯醇含有15～150重量份聚烷撐二醇的聚乙烯醇聚合物。PVA聚合物的凝聚通過以下方法之一(1)將PVA聚合物的水溶液擠出到脫水鹽如硫酸鈉、硫酸銨、硫酸鉀或磷酸鈉的水溶液中；(2)將PVA聚合物的水溶液擠出到堿如氫氧化鈉、氫氧化鉀和氫氧化鋰的水溶液中；以及(3)將含有硼酸或其鹽的PVA聚合物的水溶液擠出到氫氧化鈉和硫酸鈉的堿性水溶液中。
可以使用具有上臨界溶液溫度(UCST)的PVA聚合物制成多孔的PVA涂層。水是優(yōu)選的溶劑，但也可以使用其它溶劑，其包括醇/水混合物、二甲亞砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮。這些溶液在其UCST之上是均勻的，所以必須在高于其UCST的溫度時(shí)進(jìn)行涂覆。優(yōu)選可使用UCST為約30℃～約95℃的溶液。這些溶液可以由含有以下組分的PVA溶液制成聚乙二醇、聚丙二醇、四甘醇、三甘醇、乙二醇、低級烷基醇、如甘油和丁二醇的多元醇、以及如乳酸乙酯或乳酸丁酯的低級烷基酯。可以少量使用如低于1％的增稠劑，如硼酸或醋酸或混合物。PVA的濃度優(yōu)選5-20％。由試驗(yàn)來決定添加劑的量，使產(chǎn)生的溶液有要求的UCST。添加劑的量與PVA及添加劑選擇的量和分子量有關(guān)。
涂覆基材可由各種方法制造。涂層可由預(yù)先形成的聚合物形成。一般的方法是用聚合物溶液與基材接觸，并且除去多余的溶液。下一步是使聚合物固定在基材上。這一步可通過除去溶劑，及除去溶液中的任何添加劑來完成。聚合物可以在這些步驟中，或者在單獨(dú)的步驟中進(jìn)行交聯(lián)。
對于簡單的溶液，通過蒸發(fā)就可以除去全部或部分的溶劑?；蛘咚鋈芤嚎梢院凶鳛槿軇┗旌衔镆徊糠纸M成的揮發(fā)性溶劑。那么通過具有加熱或不具有加熱的蒸發(fā)除去揮發(fā)性溶劑和/或主要溶劑的一部分將可以證明是有利的。也可以通過浸入不會溶解聚合物或除去任何反應(yīng)物(見以下)的液體中來除去溶劑和添加劑。對于不溶于水的聚合物，除去增強(qiáng)溶解性的溶劑和添加劑可使聚合物永久固定在基材上。通常有最后的洗滌和漂洗過程。然后可以干燥固定的聚合物，或?qū)⑵浔４嬖跐竦臓顟B(tài)下。
聚合物涂層可以在上述步驟過程中交聯(lián)，也可以在干燥后或漂洗后的單獨(dú)步驟中交聯(lián)。這些方法將在本節(jié)及實(shí)施例中進(jìn)一步描述。
另一個(gè)在基材上形成多孔水凝膠的方法中，反應(yīng)性單體的溶液與基材接觸，和/或在原位形成不可溶的或交聯(lián)的聚合物。該方法與剛才描述的預(yù)先形成聚合物的方法有相似性。
該溶液可以具有多種組分?？梢杂杏梢环N或多種溶劑形成的溶劑，并且可以有其它組分，如非溶劑或不良溶劑?？梢杂幸环N或多種單體。通?？梢杂幸环N或多種用于交聯(lián)目的的多官能分子。在大多數(shù)情況下可以有聚合引發(fā)劑?？梢杂杏糜谠黾诱扯饶康牡姆欠磻?yīng)性聚合物，或者在某些情況下的反應(yīng)性聚合物?？梢杂斜砻婊钚詣?，用于改善溶液對基材的涂覆。
溶劑通常為含水的，其包括100％的水，以及水和可與水混溶的有機(jī)溶劑的混合物，以提高單體、交聯(lián)劑和聚合物等溶解性。典型的為少于四個(gè)碳的醇、諸如丙酮的酮、MIBK等。有些情況下可以需要使用諸如二甲基乙酰胺、二甲亞砜、N-甲基吡咯烷酮、四氫呋喃的溶劑。如果最終產(chǎn)品在使用前是干燥的并再水合的，那么當(dāng)然可以從有機(jī)溶液制造水凝膠聚合物。
用于制造不帶電荷的離子水凝膠單體通常含有羥基或酰胺基團(tuán)。親水單體的實(shí)例有甲基丙烯酸2-羥乙酯、羥基乙氧基乙基甲基丙烯酸酯、羥基二乙氧基乙基甲基丙烯酸酯、甲氧基乙基甲基丙烯酸酯、甲氧基乙氧基乙基甲基丙烯酸酯、甲氧基二乙氧基乙基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸聚乙二醇酯、甲基丙烯酸甲氧基聚乙二醇酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸鈉、甲基丙烯酸甘油酯、甲基丙烯酸羥丙酯和甲基丙烯酸羥丁酯，諸如丙烯酰胺和取代的丙烯酰胺的丙烯酰胺單體，例如二甲基丙烯酰胺、二乙基丙烯酰胺、雙丙酮丙烯酰胺、N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酰胺，及類似的甲基丙烯酰胺單體、N-乙烯基吡咯烷和diacroylpiperazine。
帶電荷的水凝膠可由以下單體制得丙烯酸單體、2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙烷磺酸(AMPS)、3-磺丙基丙烯酸鉀鹽、2-(丙烯酰氧基)乙基三甲基-甲基硫酸銨、4-乙烯基吡啶、丙烯酸、甲基丙烯酸、(3-(甲基丙烯酰氨基)丙基)-三甲基氯化銨、(3-丙烯酰胺基丙基)三甲基氯化銨和氨基丙基甲基丙烯酰胺。
可使用的交聯(lián)劑包括二甲基丙烯酸乙二酯、二甲基丙烯酸二甘醇酯、二甲基丙烯酸三甘醇酯和二甲基丙烯酸聚乙二醇酯、低聚(多羥基烷基)甲硅烷基甲基丙烯酸酯、亞乙基-雙-丙烯酰胺、亞甲基-雙-丙烯酰胺和哌嗪二丙烯酰胺。
可用來提高水溶液粘度的聚合物包括聚乙二醇、聚環(huán)氧乙烷、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙基唑啉、環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷嵌段共聚物及多糖。
舉例來說，合適的引發(fā)劑實(shí)例包括過硫酸銨、過硫酸鉀、偶氮雙(4-氰戊酸、Irgacure 2959(Ciba-Geigy，Hawthorn，NY)、2，2′-偶氮(2-脒基-丙烷)氫氯化物及類似物、過硫酸鉀、2，2′-偶氮(2-脒基丙烷)氫氯化物、過硫酸氫鉀。
在下述方法中，各組分的范圍如下(所有的濃度都以重量％表示)單體濃度為約2％～約20％，優(yōu)選的范圍為約5％～約15％。
交聯(lián)濃度為約1％～約10％，優(yōu)選范圍為約3％～約6％。
聚合物添加劑濃度為約2％～約30％，優(yōu)選范圍為約5％～約20％。優(yōu)選的聚合物為低分子量聚乙二醇，分子量為約8000。高分子量聚合物不容易使多孔基材飽和，并且難于在最后的洗滌步驟中除去。
引發(fā)劑濃度為約0.1％～約10％，優(yōu)選范圍為約0.25％～約5％。
表面活性劑濃度為約0.01％～約10％，優(yōu)選范圍為約0.05％～約5％。陰離子表面活性劑如月桂基硫酸鈉為優(yōu)選的活性劑種類。
一般的方法是在水有機(jī)溶劑混合物中制備單體和交聯(lián)劑與其它組分的溶液。有機(jī)溶劑通常為容易蒸發(fā)的揮發(fā)性溶劑。甲醇和丙酮為優(yōu)選溶劑的實(shí)例。構(gòu)成的揮發(fā)性組分為溶劑總量的約10％～約50％，優(yōu)選范圍為約20％～約40％。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，最終的組成能使其粘度允許溶液輕易滲入到基材中，并完成對所有表面的潤濕。
基材與溶液接觸，并且被溶液所飽和，多余的溶液用輥?zhàn)?、刮擦或其它方法除去。通常在低溫下使?jié)櫇窕闹械娜芤赫舭l(fā)，以除去揮發(fā)性的有機(jī)組分。這減少了基材中的總質(zhì)量，增加了溶液中溶解物質(zhì)的濃度，同時(shí)也增加了粘度。其結(jié)果是剩下的溶液收回(pull back)基材的固體相，如非織造織物中的纖維，并在基材中留下沒有溶液的區(qū)域，即對流孔隙。該方法還有一個(gè)重要的方面是，留有一些水可使聚合反應(yīng)進(jìn)行。
除了從聚合體系外，也可以從單體體系形成涂層。舉例來說，可以由單體體系生成丙烯酸脂、丙烯酰胺或烯丙胺的多孔涂層，并聚合它們作為該方法的一部分。選取一種單體或多種單體、聚合試劑、成孔劑和溶劑和/或稀釋劑，將得到的溶液涂覆于多孔基材。干燥溶液除去至少一部分溶劑和/或稀釋劑，然后通過如紫外線幅照方法進(jìn)行聚合。再除去成孔劑，由此形成涂覆介質(zhì)。
現(xiàn)結(jié)合將形成的如瓊脂糖的多糖、一種或多種如各種鹽的凝膠抑制劑、及一種或多種如用于涂層材料的水的溶劑，對以上優(yōu)選方法的涂料溶液進(jìn)行描述。
將多糖、一種或多種凝膠抑制劑和溶劑混合，并在多糖的熔點(diǎn)以上進(jìn)行加熱。熔點(diǎn)隨多糖牌號的不同而變，但對瓊脂糖典型的熔點(diǎn)為約90℃～98℃，最常見的為92℃～約98℃?？稍谝粋€(gè)步驟內(nèi)將所有三種組分一起混合并加熱。備選且優(yōu)選的是，可以首先向如水的溶劑中加入粉末形式的多糖，并將粉末分散成漿液。然后加熱溶解多糖。將其冷卻形成凝膠。然后重新將凝膠加熱成液體溶液，然后加入凝膠抑制劑并將其溶解在溶液中。一旦等其完全溶解，對溶液進(jìn)行冷卻，典型地大約至室溫(23℃)。
在另一種方法中，在大約95℃至沸點(diǎn)溫度的范圍內(nèi)對分散體進(jìn)行加熱使多糖溶解。舉例來說，這可以在攪拌容器中、或在微波爐中完成。若有需要，可對熱溶液進(jìn)行過濾除去凝膠或其它粒子。一旦形成清澈的溶液，優(yōu)選使溶液冷卻。
冷卻過程可以自然進(jìn)行，若有需要也可對溶液進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。在室溫時(shí)，該溶液為穩(wěn)定的非凝膠溶液。通過加入一種或多種凝膠抑制劑對凝膠點(diǎn)(典型地為30℃～68℃)進(jìn)行抑制。
所用多糖種類可以根據(jù)所要求的最終涂層的特性來確定。所制得的分散體應(yīng)使多糖的最終濃度為最終溶液總重量的約0.1％～約20％、優(yōu)選約1％～約10％、更優(yōu)選約2％～約6％。
雖然對于多糖水是優(yōu)選的溶劑，也可以加入少量的、最多可達(dá)溶解溶液重量20％的助溶劑，以改善多糖的溶解性。合適的助溶劑實(shí)例為二甲基乙酰胺或二甲亞砜。其余的為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉。
凝膠抑制劑被用來防止凝膠在熔化和冷卻后再次形成凝膠。所示抑制劑可加入到熱溶液中，或可以加入到冷卻至凝膠點(diǎn)以上溫度的溶液中，或可以在完成凝膠前的任何時(shí)間加入。在優(yōu)選的方法中，將凝膠抑制劑加入形成凝膠的溶液中。當(dāng)加入到凝膠中時(shí)，溶解熱常會幫助所述抑制劑溶解。優(yōu)選的抑制劑為基于鋅、鋰或鈉的鹽，例如ZnCl2、LiCl和NaOH。鋅鹽使用時(shí)的濃度可以大于約15重量％，根據(jù)溶解溶液，最高可達(dá)溶解度極限，對于ZnCl2為約45.8％，對于Zn(NO3)2為約54.6％。鋰鹽使用時(shí)的濃度可以高于約18％，直到其溶解度極限，對于LiCl為約45.8％，對于LiNO3為約51.0％，或者對于LiSCN為約54.0％。NaOH也可以在大約1M的濃度下使用。優(yōu)選的鹽為ZnCl2。
凝膠抑制劑也可以是離液劑，即可增強(qiáng)溶劑溶劑化多糖能力的少量的溶質(zhì)。這類凝膠抑制劑的非限定性實(shí)例為濃度可高達(dá)8M的尿素和胍鹽、無機(jī)鹽和緩沖劑，如KI、NaI、MgCl2、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉、三羥甲基氨基甲烷、四硼酸鈉、及其它本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。
然后從以上所討論的任何之一種選取多孔基材。
室溫下穩(wěn)定的溶液可直接用于涂覆。優(yōu)選向溶液加入凝膠改性物，以對最終涂層的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行改良和控制。
一類加入的凝膠改性材料包括可與溶液混溶的揮發(fā)性有機(jī)物。實(shí)例為一元醇，如甲醇、乙醇和丙醇等。其使用的濃度可高達(dá)能夠產(chǎn)生輕微混濁的溶液。這類醇的用量更高時(shí)可能會引起瓊脂糖的沉淀。優(yōu)選的量為與溶液中的水等體積，更優(yōu)選加入的醇為水的約40％～約60％。優(yōu)選的醇為甲醇。也可以使用如丙酮的可混溶酮，但必須小心，因?yàn)榄傊窃谕旌衔镏械娜芙舛容^低。也可以考慮兩種或多種這類物質(zhì)的任何混合物。
另一類加入的凝膠改性材料包括可混溶的非揮發(fā)性有機(jī)物。其非限定性的實(shí)例包括甘油、乙二醇、甲基戊二醇、二甘醇、丙二醇、三甘醇、乙二醇的甲基-、乙基-、或正丁基醚、乙二醇的二甲基-或二乙基醚、乙二醇二甲醚醋酸酯、乙二醇二乙醚醋酸酯、二甘醇甲基醚、二甘醇乙基醚、二甘醇正丁基醚、二甘醇二甲基醚、二甘醇二乙基醚、二甘醇二甲基醚醋酸酯、二甘醇二乙基醚醋酸酯、N-甲基嗎啉和N-乙基嗎啉等。這類物質(zhì)的實(shí)例還有低分子量的聚乙二醇。也可以考慮兩種或多種這類物質(zhì)的任何混合物。
另一類加入的凝膠改性材料包括水溶性聚合物，舉例來說它們包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、葡聚糖和水溶性聚酰胺，包括如聚二甲基丙烯酰胺的取代的聚酰胺。相信這些聚合物起到“成孔劑”的作用。也就是，在涂覆過的多孔基材的使用中，它們控制可自由滲透以溶解溶質(zhì)的涂層體積的量。
這類聚合物添加劑可在最初的溶解步驟中與瓊脂糖混合使用，它們也可以在溶液與剛才討論的添加物質(zhì)混合時(shí)或混合后溶解到溶液中。必須小心不要加入過量的聚合物，因?yàn)槿芤嚎赡軙l(fā)生凝聚。聚合物與瓊脂糖的比例可以是約0.1～10。優(yōu)選的聚合物為聚乙烯醇和葡聚糖。發(fā)現(xiàn)也可以使用聚丙烯酰胺。
為了獲得最佳的溶液可涂覆性，向溶液加入一種或多種表面活性劑。溶液類型和基材的每一種組合可能都需要一些試驗(yàn)來決定用于所要求涂覆體系的最佳的表面活性劑類型。發(fā)現(xiàn)可以使用陰離子表面活性劑，優(yōu)選陰離子氟表面活性劑。其中，尤其優(yōu)選3M FC-99和FC-95或其它供應(yīng)商的同類產(chǎn)品。其使用的濃度為約0.001％～約10％，優(yōu)選約0.01％～約5％。
用涂料對基材進(jìn)行浸漬，例如在涂料浴中對基材進(jìn)行浸泡，用刮刀、噴嘴、幕涂機(jī)、輥涂機(jī)、擠涂機(jī)或本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知的任何其它方法將涂料涂覆到多孔基材上。除去多余的涂料，例如通過吸收或搖晃涂覆基材、用軋輥擠壓、對涂覆基材的表面進(jìn)行擦刮，或者用空氣或氣體吹基材的表面。
然后通過蒸發(fā)至少部分地除去涂料的溶劑。優(yōu)選通過受控蒸發(fā)使溶劑蒸發(fā)，以便產(chǎn)物相對均勻地布滿整個(gè)基材。如果需要，可以使用溫?zé)岬目諝?優(yōu)選其溫度為20～80℃)、微波干燥和真空烘箱干燥等來控制和/或加快蒸發(fā)。這可使多糖涂層在基材表面上形成，該涂層的觸感是干燥的，但其中仍含有殘留的水分。
然后涂覆基材經(jīng)過凝膠劑處理，除去涂層上的鹽，使多糖形成多孔水凝膠涂層。該試劑可以是水，如果這樣不會使涂層過度膨脹的話。這可以通過控制此前的溶劑去除/干燥步驟來實(shí)現(xiàn)，以便可以在發(fā)生有害的膨脹之前用水將凝膠抑制劑萃取出來。一旦除去了大部分的凝膠抑制劑，水中的膨脹就可降至最低。加入的鹽與水一起使用可降低水漂洗時(shí)涂層膨脹的趨勢。
不使涂層膨脹的有機(jī)溶劑來作為凝膠劑的使用是優(yōu)選的，以除去凝膠抑制劑?？梢允褂帽⒓状?、乙醇或丙醇。發(fā)現(xiàn)可以使用丙酮或甲醇在水中約25％～約95％的混合物。也可以使用類似的丙酮/甲醇混合物。
也可以將凝膠劑噴到基材上，雖然優(yōu)選將基材浸泡在含所示試劑的浴中。所述試劑優(yōu)選在室溫下使用。
然后用水漂洗涂覆基材，并優(yōu)選將其保持在濕的狀態(tài)下。該漂洗步驟進(jìn)行溫度一般為約15℃～約50℃，優(yōu)選20℃～50℃。涂覆基材至少在其全部表面(外表面和內(nèi)表面)的一部分覆蓋有可滲透生物分子的涂層。優(yōu)選將涂料相對均勻地涂覆到基材上。更優(yōu)選幾乎其全部表面都覆蓋上涂層。同時(shí)還優(yōu)選在整個(gè)基材中涂層的厚度相對均勻。
然后，如果需要，可以使用工業(yè)上常用于例如多糖珠粒等含多羥基材料交聯(lián)的任何化學(xué)物對涂層進(jìn)行交聯(lián)，這些化學(xué)物的非限定性實(shí)例有表氯醇或其它多官能環(huán)氧化合物、各種bromyl化學(xué)物或其它多官能鹵化物；甲醛、gluteraldehyde及其它多官能醛、雙(2-羥乙基)砜、二甲基二氯硅烷、二羥甲基脲、二羥甲基亞乙基脲、二異氰酸鹽酯或多異氰酸酯等。
對于葡聚糖涂層，使用交聯(lián)步驟是需要的。典型地，該步驟發(fā)生在涂層干燥到基材上之后，但在漂洗之前，雖然可以在涂覆上涂層之前進(jìn)行溶液的部分交聯(lián)。
涂層上也可以連接一個(gè)或多個(gè)官能，包括如A蛋白或G蛋白的配體，每一種為天然型或重組衍生型的，以及使它們對腐蝕等更穩(wěn)定的A蛋白或G蛋白的改進(jìn)型等，各種化學(xué)配體如2-氨基苯并咪唑(AMI)、氨甲基苯并咪唑(AMBI)、巰基乙基吡啶(MEP)或巰基苯并咪唑(MBI)，或各種使涂料呈陽離子的、陰離子的、親的、疏的或帶電荷的化學(xué)物，如在介質(zhì)形成技術(shù)領(lǐng)域所熟知的。
液相色譜中所使用的適用于本發(fā)明的官能團(tuán)包括、但不限于以下基團(tuán)離子交換、生物親合、疏水基團(tuán)、可用于共價(jià)色譜的基團(tuán)、親硫的相互作用基團(tuán)、螯合物或螯合基團(tuán)、與目標(biāo)化合物有所謂π-π相互作用的基團(tuán)、氫鍵鍵合和親水基團(tuán)等。
然后可以把介質(zhì)放置在一個(gè)固定裝置中，使一股液流(含有捕獲的一種或多種要求組分)流經(jīng)介質(zhì)，以使要求的組分與液體的其它部分分離。典型地，從液體中捕獲的是所要求的組分，而包括雜質(zhì)的液體的其它部分則會流走?；蛘撸蟮慕M分可以流走，而雜質(zhì)可以被介質(zhì)捕獲。洗滌復(fù)合材料以除去任何沒有結(jié)合的物質(zhì)，然后利用離子強(qiáng)度或pH值等的變化對捕獲物進(jìn)行洗脫。
如果有需要或要求，可以在第一涂層上涂覆第二或甚至更多涂層以達(dá)到要求的涂層厚度，和改變其化學(xué)性質(zhì)(即不同的涂料層)等。
在一種形式中，可以將一系列單獨(dú)的纖維放在一個(gè)具有如熔塊或過濾器的多孔表面容器中，并保留在此處的表面上。這些裝置包括但不限于可從馬薩諸塞州Billerica的Millipore公司得到的MICRON離心過濾裝置、可從Billerica的Millipore公司得到的STERICUP過濾裝置、或者如可從Fisher Scientific得到的封閉試管等。將流體添加到一系列纖維的上面，選擇的分子被介質(zhì)所吸附。在使用過濾裝置時(shí)，通過多孔載體的流體被過濾，然后洗滌纖維，再用洗脫劑處理纖維收回選擇的分子。在封閉的系統(tǒng)中，經(jīng)過適當(dāng)?shù)耐Ａ魰r(shí)間后，對流體進(jìn)行離心分離，并對液體進(jìn)行傾析。然后用洗滌液和洗脫劑進(jìn)行類似的處理，以收回選擇的所關(guān)心的分子。任選地，可以將一系列的纖維放在一起，然后在使用之前對涂層進(jìn)行交聯(lián)以幫助形成整體結(jié)構(gòu)。另外的方法是，在涂覆之后通過如加熱和粘接劑等其它機(jī)理將纖維彼此結(jié)合在一起，只要這些機(jī)理不對涂覆纖維的吸附性能產(chǎn)生負(fù)面影響。
在一種形式中，首先通過在如細(xì)絲或單絲等連續(xù)纖維上形成涂層而形成連續(xù)的涂覆纖維。這可以通過許多方法來實(shí)現(xiàn)，包括讓纖維穿過涂料浴、將涂料噴到纖維上或讓纖維穿過?？p涂布機(jī)等方法。
然后將涂覆纖維包裹到或纏繞到芯軸上，形成裝置的多孔內(nèi)芯。包線相互隔開，并與其下面和上面的包線形成各種角度，這樣貫穿結(jié)構(gòu)形成對流孔。可以在纖維纏繞成多孔的深度過濾器后對纖維進(jìn)行交聯(lián)。可以在裝置入口和出口附近的兩端將纏繞的芯原樣使用并安裝到如過濾器固定器、色譜柱、或具有如熔塊等流量分配器的腔室等固定器上。然后流體軸向流過裝置，選擇的分子被捕獲?；蛘撸黧w沿著纏繞介質(zhì)的內(nèi)芯或外周引入，徑向流過介質(zhì)，從對面的周表面流出。
在結(jié)合親合力大并且對流量的均勻性沒有要求的應(yīng)用中，可以在其外表面形成具有纏繞的涂覆纖維或多股纖維的芯。兩端中的一端可以附在出口，而另一端則典型地用端封進(jìn)行封閉。所述芯可以放置在具有入口的過濾器外殼或一次性腔室中，以便流體可以通過此入口進(jìn)入外殼或腔室中，流經(jīng)纏繞的涂覆纖維的外表面，一直通到其流經(jīng)的芯，然后從出口離開外殼/腔室。當(dāng)流體流經(jīng)纏繞結(jié)構(gòu)時(shí)，選擇的分子被涂層捕獲。
在另一種形式中，容納本介質(zhì)的裝置可以是一種簡單的塑料或金屬過濾器固定器，如可以從馬薩諸塞州Billerica的Millipore公司得到的SWINNEX塑料過濾器固定器，或可從馬薩諸塞州Billerica的Millipore公司得到的不銹鋼過濾器固定器。這些如圖3所示的裝置由兩個(gè)半件10和12組成，每個(gè)半件都分別有口14和16供液體流進(jìn)或流出的裝置。在本實(shí)例中，半件10有入口14，半件12有出口16。本發(fā)明的一層或多層片狀介質(zhì)18(在本實(shí)例中表示出了一層)布置在裝置的兩個(gè)半件10和12之間，通過夾緊壓力簡單地密封在其間，典型地通過如所示配對的公母螺紋20和22。
另一個(gè)實(shí)施方案將一個(gè)或多個(gè)層永久地密封在塑料過濾器固定器的兩個(gè)半件之間，如圖4中所示。在此第一半件30有入口32，第二半件34有出口36?；?0外周邊的邊緣38夾在兩個(gè)半件30和34之間。兩個(gè)半件30和34的各自外周邊緣42和44通過塑料46的重疊模(overmold)密封在一起，形成液體不能透過的密封裝置。可以從馬薩諸塞州Billerica的Millipore公司得到稱為MILLEX過濾器的這類裝置。
介質(zhì)也可作為折疊的介質(zhì)或深度過濾器容納在圖5所示的過濾器盒中。盒50具有與第一封端54相連的中間芯52，其形成盒50的出口56。介質(zhì)55在芯52的上游。若有需要，可在介質(zhì)55的外邊、里邊或兩邊使用支撐層或支撐架(沒有顯示出)，如本領(lǐng)域所熟知的。介質(zhì)55在其各自端與第一封端54和第二封端60密封，液體不能透過，這樣通過入口53進(jìn)入盒50的所有流體在進(jìn)入芯52之前必須流經(jīng)介質(zhì)55。外筒58環(huán)繞介質(zhì)55，并且也通過如匹配螺紋、夾子、粘合劑、溶劑粘接和超聲波焊接等與封端54密封。采用折疊形式時(shí)，可以使用一層或多層介質(zhì)。類似地，在采用深度過濾器形式時(shí)，介質(zhì)可以是一個(gè)厚層，如墊子或氈或塊材，或者可以是自身卷起來的介質(zhì)單片，或者可以是沿著其開口兩邊密封的相互頂部上的一系列獨(dú)立的片(沒有顯示出)。盒可裝入到液體不能透過的可重復(fù)使用的外殼中，或者可以具有液體不能透過的外套(沒有顯示出)，這樣所述盒就變成為一次性腔室盒的形式。
圖6顯示了另一個(gè)裝置的實(shí)施方案。該設(shè)計(jì)也在US 4,895,806中給出，它由兩個(gè)半件70和72組成，第一個(gè)半件70有入口74，第二個(gè)半件72有出口76。在裝置內(nèi)有多個(gè)介質(zhì)盤78，這些盤分別在上多孔介質(zhì)80和下多孔介質(zhì)82之間一個(gè)壓一個(gè)地疊放。通過提供一系列襯墊84圍繞在盤的周邊及盤堆的頂部和底部而提供密封。
圖7顯示了圖6設(shè)計(jì)的一個(gè)變體，其中一系列介質(zhì)層90通過隔離物92彼此相互隔離，通過襯墊94，限于裝置內(nèi)部地圍繞著一系列介質(zhì)層90的頂和底的周邊對所有的液體進(jìn)行密封。裝置由兩個(gè)半件98和100組成，在裝置的兩個(gè)半件98和100其相應(yīng)的端部形成入口102和出口104。
圖8顯示了由盒110形成的另一種裝置形式，盒110的一端113有入口112，另一端115有出口114，兩端之間有一系列介質(zhì)層116。多孔隔離物118和120鄰近各自的入口和出口，將介質(zhì)保持在位置上。介質(zhì)所形成的大小使介質(zhì)能接觸裝置的內(nèi)壁，這樣所有的流動(dòng)都必須流經(jīng)介質(zhì)體，而不是沿著內(nèi)壁等從介質(zhì)旁通過。
本發(fā)明的另外的實(shí)施方案是，有選擇地只對基材的某些表面用本發(fā)明的涂料進(jìn)行涂覆。其實(shí)現(xiàn)方法可通過用掩模、膠帶、濾網(wǎng)和可溶性聚合物等預(yù)先選擇的圖案進(jìn)行遮蔽，從而只有沒有遮掩的表面才會被涂覆。在這些實(shí)施方案中可以使用諸如網(wǎng)格、圓圈和方塊等圖案。
圖9中顯示了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案。如圖所示，有多孔基材150，該基材的一個(gè)或多個(gè)表面152有涂覆材料，一個(gè)或多個(gè)表面154沒有被涂覆。在該設(shè)置方案中，沒有被涂覆的表面154形成為交叉線條，形成了一系列的網(wǎng)格，每個(gè)方塊的內(nèi)部則由涂覆的表面152所組成。這些網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)可用于許多應(yīng)用，如用于流體中的蛋白質(zhì)和DNA分析，或用作單獨(dú)的電泳凝膠。
圖10中顯示了另一種設(shè)計(jì)，其中基材162的一個(gè)或多個(gè)涂覆表面160的樣式為以均勻的行和列排列的圓形設(shè)計(jì)。涂覆表面之間的表面為基材的非涂覆部分164。這類設(shè)計(jì)可用于蛋白質(zhì)捕獲和其它小體積的分離。它也可以作為過濾器容納在一個(gè)多井的盤中，其中涂覆的表面對準(zhǔn)井敞開的底部。基材可以作為材料單片附在盤上，只在有過濾活動(dòng)或流動(dòng)的地方有涂層。任選地，在基材附到了井上后可以使未涂覆表面成為非多孔的或者將其除去，以減少交叉污染(串?dāng)_)。
本發(fā)明可以使用其它的裝置設(shè)計(jì)，包括但不限于透鏡狀裝置，如WO 01/83077A1中所示的。
本發(fā)明還可以使聚合物吸附層起作用，而不要求吸附層為對付與所裝填的珠粒床有關(guān)的流速和壓力降而需要的額外機(jī)械穩(wěn)定性。水凝膠的機(jī)械性能與所裝填色譜床的機(jī)械要求“脫除關(guān)聯(lián)”，因?yàn)槎嗫谆奶峁┝艘蟮姆€(wěn)定性。這樣就可以克服與珠粒介質(zhì)有關(guān)的壓力降與分離分辨率的反相關(guān)聯(lián)性。多孔材料可以由任何具有恰當(dāng)?shù)目讖胶涂讖椒植嫉亩嗫撞牧辖M成?？讖椒植急仨氝m當(dāng)?shù)恼员苊庖后w通過材料時(shí)的流速產(chǎn)生較大的波動(dòng)(這可能對所要求的色譜分離產(chǎn)生負(fù)面影響)?！?.1cm的降低的盤高度在合理的“孔徑分布”范圍內(nèi)。這樣，吸附實(shí)體的擴(kuò)散路徑將會足夠的短，所以進(jìn)入及流出水凝膠的擴(kuò)散不會如現(xiàn)有的制備級珠粒介質(zhì)成為色譜分離的限制因素。
本發(fā)明的介質(zhì)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的色譜介質(zhì)，用于從含有所選擇分子和其它分子及污染物的料流中捕獲所選擇的分子。它可用于初級凈化步驟，在該步驟中相對來說未經(jīng)過濾的細(xì)胞湯、細(xì)胞溶解的細(xì)胞湯和其它粗過程料流進(jìn)行初步處理，脫除大的污染物。它可用于處理血液或其它體液以脫除選擇的分子，如果該選擇的分子是污染物或不想要的實(shí)體，如病原體或白細(xì)胞，或者是所需要的分子，如生長激素等。它可用于傳統(tǒng)的色譜應(yīng)用以純化蛋白質(zhì)及其它分子。它也可用于在最終發(fā)布產(chǎn)品前除去病毒、內(nèi)毒素和其它雜質(zhì)。如所能認(rèn)識到的，本發(fā)明的介質(zhì)可經(jīng)特別定制以盡量適合特定的應(yīng)用或使用。
實(shí)施例1.適于涂覆的室溫穩(wěn)定的瓊脂糖溶液將6g瓊脂糖粉末(XII型，可從Sigma-Aldrich得到)加入40g水中，在95℃的溫度下一邊加熱一邊攪拌，直到形成初始的瓊脂糖溶液。將該自由流動(dòng)的初始溶液冷卻至室溫，在該溫度點(diǎn)溶液變成完全沒有自由流動(dòng)特性的凝膠。將15g氯化鋅加入到該凝膠中，一邊攪拌一邊將混合物再次加熱至95℃，直到凝膠和鹽溶解形成均勻的溶液。然后該溶液冷卻至室溫，在該溫度下所述溶液保持自由流動(dòng)的特性。一邊將39.9g甲醇和0.1g Fluorad FC-95氟表面活性劑(3M公司)加入到該溶液中，一邊將它們混合形成最終的瓊脂糖溶液。該最終溶液在室溫下保持液態(tài)。
實(shí)施例2.用室溫下穩(wěn)定的瓊脂糖進(jìn)行涂覆根據(jù)以下步驟使用實(shí)施例1的瓊脂糖溶液對孔徑為約100微米、孔隙率為約65％的聚烯烴非織造織物(F02463型，出自馬薩諸塞州Lowell的Freudenberg)進(jìn)行涂覆。將該織物暴露在實(shí)施例1的瓊脂糖溶液中，使得該織物完全被溶液潤濕。然后將潤濕織物放在兩片聚乙烯膜之間，輕輕擠壓除去織物表面的多余溶液，然后從薄膜片中取出織物，在室溫下任其干燥，通過蒸發(fā)除去甲醇和沒有結(jié)合的水。然后將干的涂覆織物浸漬在丙酮中，使瓊脂糖形成凝膠，除去鹽和表面活性劑，由此生成基本上為純瓊脂糖的涂層。將涂覆織物浸泡在水中進(jìn)一步漂洗織物以除去丙酮，然后將涂覆有瓊脂糖的織物保存在水中。
實(shí)施例3.瓊脂糖涂層的交聯(lián)將實(shí)施例2的涂覆有瓊脂糖的水濕織物浸入含有5g表氯醇和95g2M氫氧化鈉的混合物中，然后將該混合物的溫度升至50℃，在該溫度下輕微攪拌使交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行16個(gè)小時(shí)。交聯(lián)后的涂覆織物用水漂洗數(shù)次，除去過量的反應(yīng)物和堿。
實(shí)施例4.用磺丙基(SP)對交聯(lián)瓊脂糖涂層的官能化將實(shí)施例3的交聯(lián)瓊脂糖涂覆織物浸入含有6g溴丙磺酸鈉和94g1M氫氧化鈉的溶液中，然后將該溶液的溫度升至50℃，在該溫度下輕微攪拌使官能化反應(yīng)進(jìn)行16個(gè)小時(shí)。將磺丙基官能化的涂覆織物用水漂洗數(shù)次，除去過量的反應(yīng)物和堿，將織物保存在水中。經(jīng)測量改性織物在pH 4.5的醋酸鈉緩沖液中的滲透率為1.78cm2/min-psi的鈉，導(dǎo)電率為8mS。
實(shí)施例5.SP官能化瓊脂糖涂覆織物的蛋白質(zhì)結(jié)合將實(shí)施例4的涂覆有SP官能化瓊脂糖的織物的13mm圓片浸入6ml pH為7、電導(dǎo)率為2mS、含有濃度為1g/L的溶菌酶的磷酸鹽緩沖液中，使織物在攪拌下與蛋白質(zhì)溶液在室溫下保持接觸16小時(shí)。16小時(shí)后，對蛋白質(zhì)溶液中溶菌酶的濃度進(jìn)行測量，根據(jù)13mm織物圓片的體積計(jì)算出織物上結(jié)合的蛋白質(zhì)的量。經(jīng)測量，所述織物的蛋白質(zhì)結(jié)合容量為50mg溶菌酶/ml織物。通過使用15cm高的水柱測量流經(jīng)直徑為13mm的改性織物圓形樣品時(shí)的流速，對流經(jīng)介質(zhì)的水的流速進(jìn)行測量。在這些條件下樣品的水流速為14秒內(nèi)50ml。在相同條件下未涂覆基材的流速為6秒內(nèi)50ml。
實(shí)施例6.基材上的纖維素涂覆根據(jù)以下步驟使用瓊脂糖對孔徑約100微米、孔隙率約65％的實(shí)施例2的聚烯烴非織造織物進(jìn)行涂覆。將該織物暴露在含3g纖維素和97g N，N-二甲基乙酰胺的氯化鋰飽和溶液中，使織物完全被溶液潤濕。然后將濕的織物放在兩片聚乙烯膜之間，輕輕擠壓除去織物表面的多余溶液，然后從薄膜片中取出織物，并立即浸入水中10分鐘形成涂層。將涂覆有纖維素的織物保存在水中。根據(jù)實(shí)施例3和4的步驟對涂覆織物進(jìn)行交聯(lián)和SP官能化。根據(jù)實(shí)施例5的步驟對改性織物的溶菌酶結(jié)合容量進(jìn)行測量。經(jīng)測量涂覆織物的溶菌酶結(jié)合容量為120mg/ml織物。
實(shí)施例7.基材上的葡聚糖涂覆根據(jù)以下步驟用葡聚糖涂覆孔徑為約100微米、孔隙率為約65％的實(shí)施例2的聚烯烴非織造織物。制備含有15g葡聚糖(500,000MW)、1g聚乙二醇二縮水甘油醚、20g聚丙烯酰胺溶液(在水中10％)、1.5g 1N的氫氧化納及62.5g水的溶液。將所述非織造織物暴露于上述葡聚糖涂料溶液中，使織物完全被溶液潤濕。然后將濕織物放在兩片聚乙烯膜之間，輕輕擠壓除去織物表面的多余溶液，然后從薄膜片中取出織物，在室溫下任其干燥。然后將干的涂覆織物在85℃的烘箱中放置4小時(shí)，使葡聚糖產(chǎn)生交聯(lián)。然后在水中漂洗涂覆織物數(shù)次，除去包括聚丙烯酰胺的任何未反應(yīng)的物質(zhì)。涂覆織物保存在水中。然后根據(jù)實(shí)施例4的步驟對涂覆有交聯(lián)葡聚糖的織物進(jìn)行SP官能化，并且根據(jù)實(shí)施例5的步驟對溶菌酶結(jié)合容量進(jìn)行測量。經(jīng)測量所述涂覆織物的溶菌酶結(jié)合容量為28mg/ml織物。
實(shí)施例8.涂覆有聚烯丙胺的基材用以下配方制備pH為9的反應(yīng)介質(zhì)11.6％聚烯丙胺11.6％氯化鈉23.2％表氯醇改性的聚乙烯亞胺(水中17％的溶液)18.6％氫氧化鈉(1.0N溶液)34.9％水用甲醇對0.45微米的超高分子量聚乙烯(UPE)膜進(jìn)行預(yù)潤濕，并使其直接與上述溶液接觸5分鐘。將濕膜放置在聚乙烯薄膜袋中，該袋在溫度設(shè)為85℃的烘箱中放置7分鐘，同時(shí)需小心不使膜變干引發(fā)交聯(lián)反應(yīng)。然后從袋中取出濕膜，在室溫下任其干燥。然后將干的膜在100℃的烘箱中放置4小時(shí)完成交聯(lián)反應(yīng)。再用水、甲醇和鹽酸(1.0N)對膜進(jìn)行徹底洗滌，任其在室溫下干燥。發(fā)現(xiàn)所述膜被水完全潤濕，并且對Ponceau-S(一種陰離子染料)有很強(qiáng)的親合力。
實(shí)施例9.單體涂覆單體溶液的配制如下12.5g丙烯酰胺基丙烷磺酸、1.875g亞甲基雙丙烯酰胺、6.8mL 50％的NaOH、3.8g十二烷基硫酸鈉、25g的聚乙二醇(MW 8,000)和76g水。然后用125mL含0.5％Irgacure 2959光敏引發(fā)劑的丙酮對該溶液進(jìn)行稀釋，形成涂料溶液。將該溶液涂覆在非織造織物(Freudenberg FO2463)，使該非織造織物完全被涂料溶液填充。然后空氣干燥該非織造織物1～15分鐘，除去大部分丙酮。再將該非織造織物通過頻率為約200～450nm、照射時(shí)間為約2秒的UV引發(fā)室，單體溶液發(fā)生聚合。然后經(jīng)一系列的(3個(gè))水浴洗滌樣品24小時(shí)。經(jīng)測量涂覆織物的溶菌酶結(jié)合容量為64mg/ml織物。
實(shí)施例10.單體涂覆配制實(shí)施例9的單體溶液，除了用208mL含有0.375％Irgacure2959光敏引發(fā)劑的丙酮稀釋形成涂料溶液。根據(jù)實(shí)施例9涂覆該溶液。經(jīng)測量所述涂覆織物的溶菌酶結(jié)合容量為68mg/ml織物。
實(shí)施例11.單體涂覆配制實(shí)施例9的單體溶液，除了用375mL含有0.25％Irgacure2959光敏引發(fā)劑的丙酮稀釋形成涂料溶液。根據(jù)實(shí)施例9涂覆該溶液。經(jīng)測量所述涂覆織物的溶菌酶結(jié)合容量為70mg/ml織物。
實(shí)施例12.單體涂覆配制實(shí)施例9的單體溶液，除了在涂料溶液中沒有使用十二烷基硫酸鹽。根據(jù)實(shí)施例9涂覆該溶液。經(jīng)測量涂覆織物的溶菌酶結(jié)合容量為110mg/ml織物。其離子交換容量為285？eq/ml。
實(shí)施例13.尼龍基材上的單體涂覆單體溶液的配制如下12.5g丙烯酰胺丙烷磺酸、1.875g亞甲基雙丙烯酰胺、6.8mL 50％的NaOH、25g的聚乙二醇(MW 8,000)和80g水。然后用125mL含0.25％Irgacure 2959光敏引發(fā)劑的丙酮對該溶液進(jìn)行稀釋，形成涂料溶液。該溶液通過毛細(xì)作用引入織造的尼龍篩(Millipore公司，60微米的絲網(wǎng))，使該非織造織物完全被涂料溶液填充。然后用空氣將該非織造織物干燥1～15分鐘，除去大部分丙酮。然后讓該非織造織物通過頻率為約200～450nm、照射時(shí)間約2秒的UV引發(fā)室，單體溶液發(fā)生聚合。然后通過一系列的(3～5個(gè))水浴對樣品洗滌24小時(shí)。得到的織物具有約～10～30微米厚的吸附涂層，如通過光學(xué)顯微法所測量的。經(jīng)測量涂覆織物的溶菌酶結(jié)合容量為67mg/ml織物。
比較例1.基材上根據(jù)WO 00/44928的瓊脂糖涂層將24.4g尿素溶解在50ml的水中，制備成8M尿素水溶液。將1.25g瓊脂糖(XII型，可從Sigma-Aldrich得到)溶解在50ml的8M尿素溶液中，制備成2.5％(w/v)的瓊脂糖溶液。
根據(jù)以下步驟使用瓊脂糖對孔徑為約100微米、孔隙率為約65％的實(shí)施例2的聚烯烴非織造織物進(jìn)行涂覆。將該織物在上述8M尿素瓊脂糖溶液中暴露5分鐘，使該織物完全被溶液潤濕。然后從瓊脂糖溶液中取出濕的織物，并立即在去離子水中放置24小時(shí)。然后將改性織物保存在水中。通過使用15cm高的水柱測量流經(jīng)直徑為13mm的改性織物圓形樣品時(shí)的流速，對流經(jīng)織物的水流速進(jìn)行測量。在這些條件下樣品沒有顯示出任何可測到的流速，表明織物的孔隙基本上被瓊脂糖堵塞。
通過實(shí)施本發(fā)明可獲得的優(yōu)勢和結(jié)果包括用于分離的新的復(fù)合介質(zhì)，在該介質(zhì)中結(jié)合容量大于表面結(jié)合容量(基于表面積的、單層結(jié)合的容量)，但要求吸附實(shí)體通過的擴(kuò)散距離卻又足夠短，使其不會妨礙傳質(zhì)。因此，動(dòng)態(tài)結(jié)合容量基本上與對流流速無關(guān)；一種新的介質(zhì)，在該介質(zhì)中吸附/相互作用不會決定色譜床的機(jī)械性能。
機(jī)械性能和色譜性能的“脫除關(guān)聯(lián)”使得有更大的介質(zhì)開發(fā)優(yōu)化窗口；新介質(zhì)具有高分辨率的珠粒性能(類似于a＝30微米的珠粒)、但滲透率類似于或大于制備規(guī)模珠粒介質(zhì)(90微米的珠粒)，用于生物分子及所關(guān)心的其它實(shí)體分離的高分辨制備介質(zhì)；其中結(jié)合容量比基于多孔基材表面積的預(yù)期結(jié)合容量大的新介質(zhì)；使用前不要求對介質(zhì)進(jìn)行裝填的新介質(zhì)。(如珠粒介質(zhì)所典型結(jié)合的)復(fù)合多孔材料/吸附水凝膠材料可以被制成“盒式”裝置，因?yàn)檫@樣不要求在使用前進(jìn)行裝填，并且新介質(zhì)可以一次性使用。介質(zhì)盒可以容易地拆下，并且無需“拆填”過程就可以處置。
權(quán)利要求
1.一種用于基于吸附或色譜的分離的多孔涂覆介質(zhì)，其包括多孔的自支撐結(jié)構(gòu)的底部基材、在所述基材全部表面的至少一部分上的一個(gè)或多個(gè)多孔的聚合物涂層、所述一個(gè)或多個(gè)的多孔涂層具有至少1％的基材空隙體積部分，并且通過將生物分子吸附在其本體中而對分子生物多孔。
2.權(quán)利要求1的基材，其中所述基材的形式選自以下組中片、纖維和塊材。
3.權(quán)利要求1的基材，其中所述一個(gè)或多個(gè)涂層基本上在所述基材的全部表面上形成。
4.一種用于基于吸附的分離的多孔涂覆基材，其包括多孔的自支撐結(jié)構(gòu)的底部基材、在所述基材全部表面上的一個(gè)或多個(gè)多孔的聚合物涂層，所述一個(gè)或多個(gè)涂層占基材孔隙空隙體積的約1％～約50％、優(yōu)選約10％～約50％，并且該基材具有良好的對流和擴(kuò)散流。
5.一種用于基于吸附的分離的多孔涂覆基材，其包括多孔的自支撐結(jié)構(gòu)的選自以下組中的底部基材織造織物、非織造織物、氈、纖維、墊子、塊材和多孔膜，以及在所述基材全部表面上的一個(gè)或多個(gè)多孔的聚合物涂層，所述一個(gè)或多個(gè)涂層占基材孔隙空隙體積的約10％～約50％，并且該基材具有良好的對流和擴(kuò)散流。
6.一種用于基于吸附的分離的多孔涂覆基材，其包括多孔的自支撐結(jié)構(gòu)的選自以下組中的底部基材織造織物、非織造織物、氈、墊子、纖維、塊材和多孔膜，并且是由選自以下組中的材料形成塑料、金屬和玻璃，以及在所述基材全部表面上的一個(gè)或多個(gè)多孔的聚合物涂層，所述一個(gè)或多個(gè)聚合物涂層占基材孔隙空隙體積的約10％～約50％，并且該基材具有良好的對流和擴(kuò)散流。
7.一種用于基于吸附的分離的多孔涂覆基材，其包括多孔的自支撐結(jié)構(gòu)的選自以下組中的底部基材織造織物、非織造織物、氈、墊子、纖維、塊材和多孔膜，以及在基本上所述基材全部表面上的一個(gè)或多個(gè)多孔的聚合物涂層，所述一個(gè)或多個(gè)涂層占基材孔隙空隙體積的約10％～約50％，并且所述一個(gè)或多個(gè)涂層由一種或多種多糖形成，并且該基材具有良好的對流和擴(kuò)散流。
8.權(quán)利要求1的基材，其中所述基材為非織造織物，涂層則由瓊脂糖形成。
9.權(quán)利要求1的基材，其中所述基材的孔徑為約20～約200微米。
10.權(quán)利要求1的基材，其中所述涂層的厚度為約2～約50微米。
11.權(quán)利要求1的基材，其中所述涂層的厚度為約2～約50微米，平均孔徑為約1～約200納米。
12.一種用于基于吸附的分離的多孔涂覆基材，其包括多孔的自支撐結(jié)構(gòu)的底部基材，以及在所述基材全部表面上的一個(gè)或多個(gè)多孔聚合物涂層，所述一個(gè)或多個(gè)涂層占基材孔隙空隙體積的約1～約50％，并且所述基材的容量與基材的對流性能無關(guān)。
全文摘要
一種可對流體進(jìn)行吸附過濾的多孔基材，其具有多孔的自支撐基材以及一種或多種多孔的吸附聚合物涂層，包括約1～約80％的基材孔隙的空隙體積。得到的基材具有良好的對流和擴(kuò)散流以及容量。該基材可以是交聯(lián)的，可以結(jié)合有一種或多種捕獲化學(xué)物，該基材可用作色譜介質(zhì)，用于對所要求的物質(zhì)進(jìn)行選擇性過濾，所述物質(zhì)包括生物分子，如蛋白質(zhì)和DNA碎片。
文檔編號B01J20/32GK1960803SQ200580003978
公開日2007年5月9日 申請日期2005年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月5日
發(fā)明者安東尼·迪萊奧, 賈斯廷·麥丘, 威爾遜·莫亞, 伊戈?duì)枴た鲓W尼斯－加西亞, 尼爾·P·索伊斯, 福爾克馬爾·湯姆, 袁慶 申請人:米利波爾公司