DE102015210395A1 - Filter device and a method for the selective separation of an analyte from a liquid - Google Patents

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Nikos Oelsner
Bernhard Ferse
Denise Gruner
Mirko Richter
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung und ein Verfahren zur selektiven Abtrennung eines Analyten aus einer Flüssigkeit, wobei das erfindungsgemäße folgende Schritte umfassend: a) Kontaktieren einer Filtervorrichtung umfassend ein Trennmaterial, welches als Nanokompositpolymernetzwerk für den Ionenaustausch ausgebildet ist, mit einer Flüssigkeit enthaltend einen Analyten und zumindest eine weitere Komponente, wobei der Analyt an das Nanokompositpolymernetzwerk absorbiert, b) Abtrennung der analytfreien Flüssigkeit, enthaltend zumindest die eine weitere Komponente, von dem Trennmaterial, wobei das Trennmaterial unter Standardbedingungen einen Benetzungsfaktor φ größer 0,95 aufweist.The present invention relates to a filter device and a method for the selective separation of an analyte from a liquid, wherein the following steps according to the invention comprises: a) contacting a filter device comprising a separation material, which is designed as a nanocomposite polymer network for ion exchange, with a liquid containing an analyte and at least one further component, wherein the analyte absorbs to the nanocomposite polymer network, b) separation of the analyte-free liquid containing at least the one further component from the separating material, wherein the separating material under standard conditions has a wetting factor φ greater than 0.95.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung und ein Verfahren zur selektiven Abtrennung eines Analyten aus einer Flüssigkeit.The present invention relates to a filter device and a method for the selective separation of an analyte from a liquid.

Aus dem Stand der Technik sind derzeit lediglich polymerbasierte Strukturen bekannt, die als ladungsbasierte Barriereschichten mit einer positiven oder negativen Überschussladung ausgebildet sind. Eine Absorption von Stoffen ist nicht vorgesehen.At present, only polymer-based structures are known from the prior art, which are formed as charge-based barrier layers with a positive or negative excess charge. An absorption of substances is not provided.

Beispielsweise sind aus EP 2 315 815 A1 Polyelektrolytkomplexe mit Fettbarriereeigenschaften bekannt, die bei pH-Werten < 6,0 eine anionische Ladung tragen.For example, are off EP 2 315 815 A1 Polyelectrolyte complexes with fat barrier properties known that carry an anionic charge at pH <6.0.

Bereits Kaiser et al. (Biochim. Biophys. Acta. 1971, 232(2), 388–402) beschrieben die Verwendung von Tonmineralien zur selektiven Entfernung von Ribozymen aus Zelllysaten.Already Kaiser et al. (Biochim Biophys Acta 1971, 232 (2), 388-402) described the use of clay minerals for the selective removal of ribozymes from cell lysates.

EP 0 937 735 A1 offenbart die selektive Entfernung von pathogenen Virusproteinen (NCTA) aus einer Proteinlösung durch Adsorption an Kieselgur, Diatomeenerde, Tonmineralien, Metallhydroxide oder -oxihydrate. EP 0 937 735 A1 discloses the selective removal of pathogenic virus proteins (NCTA) from a protein solution by adsorption on kieselguhr, diatomaceous earth, clay minerals, metal hydroxides or oxyhydrate.

Aus US 2014/0158619 A1 ist eine Filtervorrichtung zur Abtrennung unerwünschter Proteine aus Lösungen bekannt, bei der Tonmineralien des Typs Montmorillonit auf einer Membran immobilisiert oder als lose Schüttung zwischen zwei Membranen bzw. einem Filtergehäuse angeordnet sind. Die Abtrennung ist irreversibel.Out US 2014/0158619 A1 a filter device for the separation of unwanted proteins from solutions is known in which clay minerals of the montmorillonite type are immobilized on a membrane or arranged as a loose bed between two membranes or a filter housing. The separation is irreversible.

Das Arbeiten mit Tonmineralien bei all diesen Verfahren ist besonders nachteilig, da es im trockenen Zustand als partikuläres Schüttgut rieselfähig bzw. im dispergierten Zustand diffus verteilt vorliegt. Um den Austrag insbesondere kleiner Tonmineralpartikel zu verhindern oder zumindest zu minimieren muss die Partikelschüttung bzw. Partikeldispersion stets durch den Einsatz von engmaschigen Gitterelementen oder mittels Membranen in einem Behältnis ortsfest gelagert werden.Working with clay minerals in all these processes is particularly disadvantageous because it is free-flowing in the dry state as a particulate bulk material or diffusely dispersed in the dispersed state. In order to prevent or at least minimize the discharge of particularly small clay mineral particles, the particle bedding or particle dispersion must always be stored in a stationary manner by the use of close-meshed grid elements or by means of membranes.

Zudem nachteilig weisen die bekannten Partikelschüttungen bei dem Kontaktieren der Tonmineralpartikel mit einer Flüssigkeit Gaseinschlüsse auf bzw. neigen zum Verkleben/Verklumpen (vgl. 4, linke Seite), so dass verhindert ist, dass unter Standardbedingungen (T = 25°C; p = 101,3 Pa) die gesamte Oberfläche der Tonmineralpartikel für die Stoffadsorption nutzbar ist. Dieser Umstand wird durch den Benetzungsfaktor φ berücksichtigt. Der Benetzungsfaktor φ (als Maß für die tatsächliche von Adsorbens benetzte Oberfläche der Tonmineralpartikel) berechnet sich wie folgt: φ = tatsächlich benetzte Oberfläsche / theoretisch benetzbare Oberfläche In addition, disadvantageous the known particle beds in the contacting of the clay mineral particles with a liquid gas inclusions or tend to stick / lumping (see. 4 , left side), so that under standard conditions (T = 25 ° C, p = 101.3 Pa) the entire surface of the clay mineral particles is prevented from being used for the adsorption of matter. This circumstance is taken into account by the wetting factor φ. The wetting factor φ (as a measure of the actual adsorbent wetted surface of the clay mineral particles) is calculated as follows: φ = actually wetted surface / theoretically wettable surface

Die aus dem Stand der Technik bekannten Partikelschüttungen weisen unter Standardbedingungen lediglich einen Benetzungsfaktor φ kleiner 1 auf. Um eine homogene Verteilung der Flüssigkeit zwischen den Tonmineralpartikeln zu bewirken und den Benetzungsfaktor φ nahe 1 zu bringen, muss die Probe mit Unterdruck beaufschlagt oder zentrifugiert werden.The particle beds known from the prior art have only a wetting factor φ less than 1 under standard conditions. In order to achieve a homogeneous distribution of the liquid between the clay mineral particles and bring the wetting factor φ close to 1, the sample must be subjected to negative pressure or centrifuged.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Filtervorrichtung auf Basis von Tonmineralien anzugeben, welche die selektive Abtrennung eines Analyten aus einer Lösung in einfacher Weise erlaubt und dabei die vorbenannten Nachteile aus dem Stand der Technik überwindet.It is therefore an object of the present invention to provide a filter device based on clay minerals, which allows the selective separation of an analyte from a solution in a simple manner and thereby overcomes the aforementioned disadvantages of the prior art.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung zur selektiven Abtrennung eines Analyten aus einer Flüssigkeit gemäß nachfolgender Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The object is achieved by a method according to claim 1 and an apparatus for the selective separation of an analyte from a liquid according to the following claims. Advantageous embodiments are specified in the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur selektiven Abtrennung eines Analyten aus einer Flüssigkeit umfassend die Schritte:

  • a) Kontaktieren einer Filtervorrichtung umfassend ein Trennmaterial, welches als Nanokompositpolymernetzwerk für den Ionenaustausch ausgebildet ist, mit einer Flüssigkeit enthaltend einen Analyten und zumindest eine weitere Komponente, wobei der Analyt an das Nanokompositpolymernetzwerk absorbiert,
  • b) Abtrennung der analytfreien Flüssigkeit, enthaltend zumindest die eine weitere Komponente, von dem Trennmaterial,
wobei das Trennmaterial unter Standardbedingungen einen Benetzungsfaktor φ größer 0,95 aufweist.The method according to the invention for the selective separation of an analyte from a liquid, comprising the steps:
  • a) contacting a filter device comprising a release material, which is designed as a nanocomposite polymer network for ion exchange, with a fluid containing an analyte and at least one further component, wherein the analyte absorbs to the nanocomposite polymer network,
  • b) separating the analyte-free liquid containing at least the one further component from the separating material,
wherein the release material under standard conditions has a wetting factor φ greater than 0.95.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff „Nanokompositpolymernetzwerk“ ein physikalisch vernetztes Nanokompositpolymer aufweisend zumindest ein organisches Polymer und zumindest eine Art Tonmineralpartikel, ausgewählt aus der Stoffgruppe der quellfähigen Schichtsilikate, wobei die Tonmineralpartikel in dem Nanokompositpolymernetzwerk als Vernetzer fungieren (exemplarisch 4, rechte Seite).For the purposes of the present invention, the term "nanocomposite polymer network" refers to a physically crosslinked nanocomposite polymer comprising at least one organic polymer and at least one kind of clay mineral particles selected from the group of swellable phyllosilicates, wherein the clay mineral particles in the nanocomposite polymer network act as crosslinkers (by way of example 4 , right side).

„Analytfrei“ bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass zumindest 70%, bevorzugt mindestens 85%, besonders bevorzugt mindestens 95% des Analyten, bezogen auf die Konzentration des Analyten in der Flüssigkeit vor dem Zeitpunkt des Kontaktierens mit dem Trennmaterial, von dem Trennmaterial absorbiert werden.For the purposes of the present invention, "analyte-free" means that at least 70%, preferably at least 85%, particularly preferably at least 95%, of the analyte, based on the concentration of the analyte in the liquid before the time of contacting with the separating material, absorbs from the separating material become.

Besonders vorteilhaft sind die erfindungsgemäß eingesetzten Tonmineralpartikel in das Nanokompositpolymernetzwerk als Vernetzer eingebaut, so dass das Trennmaterial im Gegensatz zu herkömmlichen Tonmineral-basierten Trennmaterialien keine rieselfähige Partikelschüttung darstellt. Hierdurch kann bei der Anwendung in einer Filtervorrichtung, insbesondere bei der Anwendung in der Mikrosystemtechnik (MST) auf eine in Flussrichtung vorgelagerte und/oder nachgelagerte Membran bzw. Gitterelement verzichtet werden. The clay mineral particles used according to the invention are particularly advantageously incorporated into the nanocomposite polymer network as crosslinker, so that the release material, in contrast to conventional clay mineral-based release materials, does not constitute a free-flowing particle bed. In this way, when used in a filter device, in particular when used in microsystem technology (MST), it is possible to dispense with a membrane or grid element which is upstream and / or downstream of the flow direction.

Ganz besonders vorteilhaft kann das Trennmaterial passgenau und abschließend an die Form des Behälters (bspw. Zylinder, Rechteck, Kanal) angepasst werden.In a particularly advantageous manner, the separating material can be adapted precisely and finally to the shape of the container (for example cylinder, rectangle, channel).

Besonders vorteilhaft weisen die erfindungsgemäß verwendeten Nanokompositpolymernetzwerke gegenüber herkömmlichen spröden Tonmineralien, eine hohe mechanische Stabilität auf. So zeichnet sich das erfindungsgemäß eingesetzte Trennmaterial insbesondere durch eine Bruchdehnung (charakteristische Kenngröße für die Verformungsfähigkeit (bzw. Duktilität) eines Werkstoffes, d.h. bleibende Verlängerung des Trennmaterials nach dessen Bruch ΔL, bezogen auf die Anfangsmesslänge L0) von größer 1500% und eine maximale mechanische Zugspannung im Bereich von 50 bis 400 kPa aus. Gleichzeitig kann das Trennmaterial über 90% komprimiert werden. Zur Bestimmung der Bruchdehnung in Anlehnung an DIN 53504 werden erfindungsgemäß zylindrische Probenkörper mit einem Durchmesser von 5 mm und der Länge 5 cm im gequollenen Zustand, d.h. im Gleichgewichtsquellungsgrad (QV zwischen 5 und 100) bzw. im Synthesezustand, bei Raumtemperatur werden in eine Zugmaschine eingespannt und mit einer Zugkraft beaufschlagt.Particularly advantageously, the nanocomposite polymer networks used according to the invention have a high mechanical stability compared to conventional brittle clay minerals. Thus, the separation material used according to the invention is characterized in particular by an elongation at break (characteristic parameter for the deformability (or ductility) of a material, ie permanent extension of the release material after its fraction ΔL, based on the initial measurement length L 0 ) of greater than 1500% and a maximum mechanical Tensile stress in the range of 50 to 400 kPa. At the same time, the release material can be compressed over 90%. For determining the elongation at break on the basis of DIN 53504 According to the invention cylindrical sample body with a diameter of 5 mm and the length of 5 cm in the swollen state, ie in equilibrium swelling degree (Q V between 5 and 100) or in the synthesis state, at room temperature are clamped in a tractor and subjected to a tensile force.

Da die Tonmineralpartikel in dem Polymernetzwerk vollständig exfoliert und immobilisiert vorliegen und statistisch verteilt sind, können sie von der Flüssigkeit vollumfänglich und vollständig umspült werden (vgl. 4, rechte Seite)Since the clay mineral particles are completely exfoliated and immobilized in the polymer network and are distributed statistically, they can be completely and completely lapped by the liquid (cf. 4 , right side)

Zudem bietet die Quellfähigkeit des Trennmaterials (die Fähigkeit ein Quellungsmittel gleichmäßig aufzunehmen) den Vorteil, dass das Trennmaterial auch bei Standardbedingungen eine gute Durchdringung erfährt, so dass die Tonmineralpartikel vollständig mit der Flüssigkeit umspült werden und die gesamte spezifische Oberfläche der Tonmineralpartikel für die Stoffadsorption nutzbar ist. Besonders vorteilhaft werden dadurch Totzonen (d.h. Gaseinschlüsse) im Trennmaterial vermieden und ein Benetzungsfaktor φ größer 0,95 realisiert, und somit im Gegensatz zu herkömmlichen Tonmineral-basierten Trennverfahren eine deutlich größere spezifische Oberfläche zur Verfügung steht. Besonders vorteilhaft werden daher für die erfindungsgemäß eingesetzten Trennmaterialien im Gegensatz zu herkömmlichen Tonmineralpartikel-basierten Trennmaterialien (bei identischer Größe, Form und Porosität der Partikel) 50% weniger, bevorzugt 75% weniger Tonmineralpartikel pro Volumeneinheit des Trennmaterials benötigt.In addition, the swellability of the release material (the ability to uniformly absorb swelling agent) provides the release material with good penetration even under standard conditions such that the clay mineral particles are completely immersed in the liquid and the total specific surface area of the clay mineral particles is usable for the material adsorption , In this way, dead zones (i.e., gas inclusions) in the separating material are particularly advantageously avoided, and a wetting factor φ greater than 0.95 is realized, and thus, in contrast to conventional clay mineral-based separation processes, a significantly larger specific surface area is available. In contrast to conventional clay mineral-particle-based release materials (with identical size, shape and porosity of the particles), it is therefore particularly advantageous for the release materials used according to the invention to require 50% less, preferably 75%, less clay mineral particles per unit volume of the release material.

Besonders bevorzugt beträgt der Benetzungsfaktor φ der Tonmineralpartikel in dem erfindungsgemäß eingesetzten Trennmaterial mindestens 0,97, ganz besonders bevorzugt mindestens 0,98.Particularly preferably, the wetting factor φ of the clay mineral particles in the release material used according to the invention is at least 0.97, very particularly preferably at least 0.98.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Nanokompositpolymernetzwerke werden definitionsgemäß als Festkörper (auch als Bulkmaterialien) bezeichnet, wobei sich im Gegensatz zu herkömmlichen Tonmineralpartikel-basierten Trennmaterialien durch Kontaktieren mit einer Flüssigkeit keine Dispersion der Tonmineralpartikel bildet. Folglich unterbleibt besonders vorteilhaft über den Zeitraum des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Austrag der Tonmineralpartikel aus dem Nanokompositpolymernetzwerk, so dass vorteilhaft die Trennwirkung des Trennmaterials über das gesamte Verfahren gleich hoch bleibt. Weiterhin vorteilhaft wird gleichzeitig eine Verunreinigung der Probe oder des Analyten mit Tonmineralpartikeln während des Verfahrens verhindert.By definition, the nanocomposite polymer networks used according to the invention are referred to as solids (also referred to as bulk materials), in contrast to conventional clay mineral-particle-based separation materials in that no dispersion of the clay mineral particles forms by contact with a liquid. Consequently, a discharge of the clay mineral particles from the nanocomposite polymer network is particularly advantageous over the period of the inventive method, so that advantageously the separation effect of the release material remains the same throughout the entire process. Furthermore advantageously, contamination of the sample or of the analyte with clay mineral particles during the process is prevented at the same time.

Nach einer Vorzugsvariante der vorliegenden Erfindung werden als Flüssigkeiten hydrophile Flüssigkeiten, insbesondere Wasser oder hydrophile organische Flüssigkeiten ausgewählt aus der Gruppe Ethanol, Methanol, iso-Propanol, n-Propanol, Ammoniak, Aceton oder Mischungen daraus eingesetzt.According to a preferred variant of the present invention are used as liquids hydrophilic liquids, in particular water or hydrophilic organic liquids selected from the group of ethanol, methanol, isopropanol, n-propanol, ammonia, acetone or mixtures thereof.

Nachteilig an dem Einsatz herkömmlicher Tonmineral-basierter Trennmaterialien (konventionelle Partikelschüttungen) ist, dass die Tonmineralpartikel in organischen Flüssigkeiten nicht oder nur schwer dispergiert werden können und folglich nur in Wasser anwendbar sind.A disadvantage of the use of conventional clay mineral-based release materials (conventional particle beds) is that the clay mineral particles in organic liquids can not or only with difficulty be dispersed and consequently are only applicable in water.

Besonders vorteilhaft erlaubt der erfindungsgemäße Einsatz der Nanokompositpolymernetzwerke entgegen den herkömmlichen Tonmineral-basierten Trennmaterialien das Arbeiten mit Mischungen von Wasser und mindestens einer der vorgenannten organischen Flüssigkeit, so dass auch in Wasser nichtlösliche organische Materialien in Lösung gebracht und über das erfindungsgemäße Verfahren selektiv abgetrennt werden können. Dem Fachmann ist bekannt, dass Wasser und die vorgenannten organischen Flüssigkeiten grundsätzlich in jedem Verhältnis miteinander mischbar sind, so dass Mischungen von Wasser und organischen Flüssigkeit in einem Volumenverhältnis von 1:99 bis 99:1 bevorzugt sind.The use according to the invention of the nanocomposite polymer networks particularly advantageously allows working with mixtures of water and at least one of the abovementioned organic liquids, so that organic materials that are insoluble in water can be dissolved and selectively removed via the process according to the invention. It is known to the person skilled in the art that water and the abovementioned organic liquids are basically miscible with each other in any ratio, so that mixtures of water and organic liquid in a volume ratio of from 1:99 to 99: 1 are preferred.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die wässrige Flüssigkeit einen pH-Wert im Bereich von 2 bis 12, besonders bevorzugt im Bereich von 3 bis 10 auf. According to a preferred embodiment of the present invention, the aqueous liquid has a pH in the range from 2 to 12, particularly preferably in the range from 3 to 10.

Gegebenenfalls kann in der Flüssigkeit ein konstanter pH-Wert durch den Zusatz von Pufferkomponenten gewährleistet werden. Bevorzugt sind die Pufferkomponenten unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe Tris, MES, Bis-Tris, ADA, aces, PIPES, MOPSO, Bis-Tris Propane, BES, MOPS, TES, HEPES, DIPSO, MOBS, TAPSO, Trizma, HEPPSO, POPSO, TEA, EPPS, Tricine, Gly-Gly, Bicine, HEPBS, TAPS, AMPD, TABS, AMPSO, CHES, CAPSO, AMP, CAPS, CABS, Phthalate, Acetate, Phosphate und Zitrate sowie deren Mischungen. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung liegt die Konzentration der Pufferkomponente in einem Bereich von 0,01 bis 0,2 mol/l Die einzelnen Abkürzungen für die jeweiligen Pufferkomponenten sind dem Fachmann bekannt.Optionally, a constant pH can be ensured in the liquid by the addition of buffer components. Preferably, the buffer components are independently selected from the group consisting of Tris, MES, bis-tris, ADA, aces, PIPES, MOPSO, bis-trispropanes, BES, MOPS, TES, HEPES, DIPSO, MOBS, TAPSO, trizma, HEPPSO, POPSO , TEA, EPPS, Tricine, Gly-Gly, Bicine, HEPBS, TAPS, AMPD, TABS, AMPSO, CHES, CAPSO, AMP, CAPS, CABS, phthalates, acetates, phosphates and citrates, and mixtures thereof. According to a preferred embodiment of the present invention, the concentration of the buffer component is in a range from 0.01 to 0.2 mol / l. The individual abbreviations for the respective buffer components are known to the person skilled in the art.

Vorzugsweise ist der Analyt ausgewählt aus der Stoffgruppe der Biomoleküle, insbesondere bevorzugt ein Peptid, insbesondere ein Oligopeptid (bspw. Botenstoffe) oder Protein (bspw. Antikörper oder Antigen), ein Bestandteil von Nukleotiden (bspw. Adenin, Uracil oder Ribose) oder Polynukleinsäurestrang (bspw. DNA, RNA oder modifizierte Derivate davon), wobei die Flüssigkeit vorzugsweise eine wässrige Flüssigkeit ist. Ganz besonders bevorzugt ist das Biomolekül ein Peptid, vorzugsweise mit einem Molekulargewicht im Bereich von 1100 g/mol bis 70000 g/mol oder DNA.Preferably, the analyte is selected from the substance group of the biomolecules, particularly preferably a peptide, in particular an oligopeptide (for example messenger substances) or protein (for example antibody or antigen), a constituent of nucleotides (for example adenine, uracil or ribose) or polynucleic acid strand ( For example, DNA, RNA or modified derivatives thereof), wherein the liquid is preferably an aqueous liquid. Most preferably, the biomolecule is a peptide, preferably having a molecular weight in the range of 1100 g / mol to 70000 g / mol or DNA.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Analyt eine niedermolekulre organische Verbindung.According to a preferred embodiment of the present invention, the analyte is a low-molecular-weight organic compound.

Als niedermolekulare, organische Verbindung werden im Sinne der Erfindung molekulare Verbindungen verstanden, die primär aus den Elementen Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff aufgebaut sind und vorzugsweise ein Molekulargewicht im Bereich von 100 bis 1500 g/mol, insbesondere von 150 bis 1000 g/mol, vor allem 200 bis 750 g/mol aufweisen. Beispiele für niedermolekulare Verbindungen im Sinne der Erfindung sind organische Farbstoffe, Naturstoffe und pharmazeutisch Wirkstoffe.For the purposes of the invention, low molecular weight organic compounds are understood as meaning molecular compounds which are composed primarily of the elements carbon, hydrogen, oxygen and nitrogen and preferably have a molecular weight in the range from 100 to 1500 g / mol, in particular from 150 to 1000 g / mol , especially 200 to 750 g / mol. Examples of low molecular weight compounds in the context of the invention are organic dyes, natural products and pharmaceutically active substances.

Aufgrund der negativ geladenen Oberfläche der Tonmaterialpartikel erfolgt eine Adsorption der positiv geladenen niedermolekularen organischen Verbindungen an der Oberfläche der Tonmaterialpartikel durch Aufbau ionischer Bindungen.Due to the negatively charged surface of the clay particles, adsorption of the positively charged low molecular weight organic compounds takes place on the surface of the clay particles by building up ionic bonds.

In Abhängigkeit des eingesetzten Analyten, kann die Konzentration des Analyten in der Flüssigkeit in einem weiten Bereich variieren. Der Fachmann weiß, dass die zuzusetzende Höchstmenge an Analyt zum einen durch die Löslichkeit des Analyten in der Flüssigkeit begrenzt ist und zum anderen durch den Umstand, dass bei sehr hoher Analytkonzentration eine Absättigung der für die Adsorption des Analyten verfügbaren Oberfläche der Tonmineralpartikel eintritt. Weiterhin wurde erkannt, dass sich die zu adsorbierende Konzentration weiterhin nach dem Molekulargewicht des zu adsorbierenden Analyten richtet. Vorzugsweise werden durch den Einsatz des erfindungsgemäß eingesetzten Schichtsilikats absolute adsorbierte Mengen an Analyten von bis zu 500 mmol / 100 g, besonders bevorzugt von bis zu 300 mmol / 100 g, ganz besonders bevorzugt 200 mmol / 100 g Tonmineralpartikel erreicht.Depending on the analyte used, the concentration of the analyte in the liquid can vary within a wide range. A person skilled in the art knows that the maximum amount of analyte to be added is limited on the one hand by the solubility of the analyte in the liquid and on the other hand by the fact that at very high analyte concentration saturation of the surface of the clay mineral particles available for the adsorption of the analyte occurs. Furthermore, it was recognized that the concentration to be adsorbed continues to depend on the molecular weight of the analyte to be adsorbed. By the use of the phyllosilicate used according to the invention, it is preferred to achieve absolute adsorbed amounts of analytes of up to 500 mmol / 100 g, more preferably of up to 300 mmol / 100 g, most preferably 200 mmol / 100 g of clay mineral particles.

Vorzugsweise liegt der Analyt in Lösung monomolekular verteilt vor.Preferably, the analyte is present in solution monomolecularly distributed.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung liegt der Analyt zusammen mit einer anderen homogen verteilten Komponente vor, wobei die andere Komponente wie der Analyt aus der Stoffgruppe der Biomoleküle oder niedermolekularen Verbindungen ausgewählt ist.According to a preferred embodiment, the analyte is present together with another homogeneously distributed component, wherein the other component, such as the analyte, is selected from the substance group of biomolecules or low molecular weight compounds.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt das Kontaktieren des Trennmaterials mit der Flüssigkeit, enthaltend zumindest den Analyten, über einen Zeitraum von 10 min bis 24 h, besonders bevorzugt 30 min bis 12 h.According to a preferred embodiment of the present invention, the contacting of the separating material with the liquid containing at least the analyte takes place over a period of 10 minutes to 24 hours, more preferably 30 minutes to 12 hours.

Vorzugsweise erfolgt das Kontaktieren des Trennmaterials mit der Flüssigkeit, enthaltend zumindest den Analyten, bei einer Temperatur im Bereich von 0 bis 80°C, besonders bevorzugt im Bereich von 0 bis 60°C.The contacting of the separating material with the liquid containing at least the analyte preferably takes place at a temperature in the range from 0 to 80 ° C., particularly preferably in the range from 0 to 60 ° C.

Bevorzugt ist das quellfähige Schichtsilikat ausgewählt aus der Stoffgruppe der Zweischicht-Tonmineralien (1:1-Schichtsilikate), insbesondere Kaolinit und Chrysotil sowie der Dreischicht-Tonmineralien (2:1-Schichtsilikate), insbesondere Beidellit, Montmorillonit, Vermiculit, Illit, Saponit, Smectit, Nontronit, Muskovit, Laponite und Hektorit.The swellable phyllosilicate is preferably selected from the substance group of the two-layer clay minerals (1: 1 phyllosilicates), in particular kaolinite and chrysotile and the three-layer clay minerals (2: 1 phyllosilicates), in particular beidellite, montmorillonite, vermiculite, illite, saponite, smectite , Nontronite, Muscovite, Laponite and Hectorite.

Besonders bevorzugt sind die quellfähigen Schichtsilikate ausgewählt aus der Stoffgruppe der kationenreichen 1:1-Schichtsilikate, insbesondere Kaolinit und Chrysotil bzw. der kationenreichen 2:1-Schichtsilikate, insbesondere Montmoroillonit, Muskovit, Hektorit, Laponite und Vermiculit. Ganz besonders bevorzugt sind die quellfähigen Schichtsilikate ausgewählt aus Montmorillonit, Hektorit, Laponite (bspw. Laponite XLG, XLS bzw. RD, RDS) und Vermiculit.The swellable phyllosilicates are particularly preferably selected from the substance group of the cation-rich 1: 1 phyllosilicates, in particular kaolinite and chrysotile or the cation-rich 2: 1 phyllosilicates, in particular montmorillonite, muscovite, hectorite, laponite and vermiculite. The swellable phyllosilicates are very particularly preferably selected from montmorillonite, hectorite, Laponite (for example Laponite XLG, XLS or RD, RDS) and vermiculite.

Vorzugsweise weisen die erfindungsgemäß eingesetzten Tonmineralpartikel eine spezifische Oberfläche im Bereich von 250 bis 2000 m2/g, besonders bevorzugt im Bereich von 500 bis 21000 m /g auf. The clay mineral particles used according to the invention preferably have a specific surface area in the range from 250 to 2000 m 2 / g, more preferably in the range of 500 to 21,000 m / g.

Besonders vorteilhaft weisen die erfindungsgemäß eingesetzten Tonmineralpartikel eine Ionenaustauschkapazität von 30–200 mval/100 g Tonmineralpartikel auf.Particularly advantageously, the clay mineral particles used according to the invention have an ion exchange capacity of 30-200 meq / 100 g of clay mineral particles.

Besonders bevorzugt sind Tonmineralpartikel mit einer negativ geladenen Oberfläche und einer Kationenaustauschkapazität von 30–200 mval /100 g Tonmineralpartikel.Particularly preferred are clay mineral particles having a negatively charged surface and a cation exchange capacity of 30-200 meq / 100 g of clay mineral particles.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Schichten der Tonmineralpartikel in einem Bereich zwischen 0,25 und 2 nm2 negativ geladen.According to a preferred embodiment of the present invention, the layers of the clay mineral particles in a range between 0.25 and 2 nm 2 are negatively charged.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Tonmineralpartikel 2:1-Schichtsilikate mit der allgemeinen kristallchemischen Zusammensetzung [Si4O10(OH)2]6–. Zusätzlich werden Kationen eingebaut, die oktaedrisch von Sauerstoffatomen umgeben sind. Somit bilden sich an der Silikattetraederschicht (SiO4) zwei Oktaederschichten. Zur Herstellung der Trennmaterialien werden bevorzugt Montmorilonit (Mg0.33Al1.67[Si4O10(OH)2])x– (Ca,Na)n(H2O)x+, wobei die Schichtladung x eine Zahl zwischen 0,25 und 0,6 ist, oder Laponite (synthetisches Hektorit): Mg5.34Li0.66[Si8O20(OH)4]Na0.66 verwendet.According to a preferred embodiment of the present invention, the clay mineral particles are 2: 1 sheet silicates having the general crystal chemical composition [Si 4 O 10 (OH) 2 ] 6- . In addition, cations are incorporated, which are octahedrally surrounded by oxygen atoms. Thus, two octahedral layers are formed on the silicate tetrahedral layer (SiO 4 ). For preparing the release materials, montmorillonite (Mg 0.33 Al 1.67 [Si 4 O 10 (OH) 2 ]) x- (Ca, Na) n (H 2 O) x + is preferred, the layer charge x being a number between 0.25 and 0 , 6, or Laponite (synthetic hectorite): Mg 5.34 Li 0.66 [Si 8 O 20 (OH) 4 ] Na 0.66 .

Gleichwertig können als Tonmineralpartikel auch die kationenreichen 1:1-Schichtsilkate Kaolinit (kristallchemische Zusammensetzung Al4[(OH)8|Si4O10]) oder Chrysotil (Mg3Si2O5(OH)4) zum Einsatz kommen.The cation-rich 1: 1 layered silicate kaolinite (crystal chemical composition Al 4 [(OH) 8 | Si 4 O 10 ]) or chrysotile (Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 ) can equally be used as the clay mineral particles.

Bevorzugt weisen die Tonmineralpartikel eine plättchenförmige Geometrie auf. Der Partikeldurchmesser der Tonmineralpartikel liegt dabei zweckmäßig unter 2 µm wobei die Tonmineralpartikel vorzugsweise eine Höhe im Bereich von 0,7 bis 2,0 nm aufweisen.The clay mineral particles preferably have a platelet-shaped geometry. The particle diameter of the clay mineral particles is expediently below 2 μm, the clay mineral particles preferably having a height in the range from 0.7 to 2.0 nm.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Oberfläche des eingesetzten Tonmineralpartikels eine Oberflächenmodifizierung auf. Die Oberflächenmodifikation der Tonmineralpartikel erfolgt vor der Synthese des erfindungsgemäß eingesetzten Trennmaterials und erfolgt dabei insbesondere mit Chlorsilane, oder mit Methoxy- bzw. Ethoxygruppen funktionalisierte Silanen, die mit den an der Oberfläche der Tonmineralpartikel befindlichen OH-Gruppen reagieren. Derartige Silane sind dem Fachmann bekannt, wie bspw. γ-Methacryloyloxypropyltriethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltriethoxysilan, N-(3-Chlorsilylpropyl)dimethylmaleinimid, 2-[Methoxy(polyethyleneoxy)6–9propyl] trimethoxysilane.According to a preferred embodiment of the present invention, the surface of the clay mineral particle used has a surface modification. The surface modification of the clay mineral particles takes place before the synthesis of the release material used according to the invention and is carried out in particular with chlorosilanes, or with methoxy or ethoxy functionalized silanes, which react with the located on the surface of the clay mineral OH groups. Such silanes are known to the person skilled in the art, for example γ-methacryloyloxypropyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, N- (3-chlorosilylpropyl) dimethylmaleimide, 2- [methoxy (polyethyleneoxy) 6-9propyl] trimethoxysilane.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt die Oberflächenmodifikation mit einem Silan mit einem Volumenanteil von maximal 1,0 Vol.-%, besonders bevorzugt von maximal 0,5 Vol.-% bezogen auf das Gesamtvolumen der Tonmineralpartikel.According to a preferred embodiment of the present invention, the surface modification is carried out with a silane having a volume fraction of not more than 1.0% by volume, more preferably of not more than 0.5% by volume, based on the total volume of the clay mineral particles.

Vorzugsweise liegen die immobilisierten Tonmineralpartikel in dem Nanokompositpolymernetzwerk kolloidal und homogen verteilt vor.Preferably, the immobilized clay mineral particles are colloidally and homogeneously distributed in the nanocomposite polymer network.

Im Sinne der Erfindung dienen die Tonmineralpartikel als multifunktionelle Vernetzer für die im Nanokompositpolymernetzwerk befindlichen Polymerketten, wodurch ein in Wasser oder einer organischen Flüssigkeit quellbares, polymerbasiertes Gel (im Falle von Wasser ein sogenanntes Hydrogel) entsteht. Die effektive Funktionalität der Tonmineralpartikel, d.h. die Fähigkeit Polymerketten zu binden, liegt je nach Konzentration der Tonmineralpartikel im Bereich von 10 bis 100. Zum Beispiel bedeutet eine Funktionalität von 10, dass durchschnittlich 10 Polymerarme, vorzugsweise physikalisch an die Oberfläche eines Tonmineralpartikels gebunden sind.For the purposes of the invention, the clay mineral particles serve as multifunctional crosslinkers for the polymer chains present in the nanocomposite polymer network, whereby a polymer-based gel swellable in water or an organic liquid (in the case of water, a so-called hydrogel) is formed. The effective functionality of the clay mineral particles, i. the ability to bind polymer chains is in the range of 10 to 100, depending on the concentration of the clay mineral particles. For example, a functionality of 10 means that on average 10 polymer arms are bonded, preferably physically, to the surface of a clay mineral particle.

Überraschend war für die Erfinder, dass trotz der hohen Funktionalität (d.h. hohe Anteil physikalisch gebundener Polymerkonzentration) an der Oberfläche der Tonmineralpartikel dennoch ein Analyt selektiv und mit einem hohen Wirkungsgrad von dem Nanokompositpolymernetzwerk absorbiert wird.Surprisingly, for the inventors, despite the high functionality (i.e., high level of physically bound polymer concentration) on the surface of the clay mineral particles, an analyte is nevertheless selectively and efficiently absorbed by the nanocomposite polymer network.

Bevorzugte organische Polymere im Sinne der Erfindung sind ausgewählt aus der Gruppe der Polyacrylamide, insbesondere der temperatur- und pH-sensitiven Polyacrylamide (bspw. Poly-N-isopropylacrylamid, N,N‘-Dimethylacrylamid, N,N‘-Dimethylaminoethylacrylamid). Des Weiteren können zum Einsatz kommen u.a. Polyethylenglykole (PEG), Polypropylenglykol, sowie Blockcopolymeren daraus (bspw. Pluronic®), Polyvinylcaprolactam, Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylpyridin, Polyvinylalkohol, Polyoxazoline. Der Fachmann weiß, welche Monomere er nehmen muss, um das gewünschte Polymer bereitzustellen.Preferred organic polymers in the context of the invention are selected from the group of polyacrylamides, in particular the temperature- and pH-sensitive polyacrylamides (for example poly-N-isopropylacrylamide, N, N'-dimethylacrylamide, N, N'-dimethylaminoethylacrylamide). Furthermore, can be used, inter alia, polyethylene glycols (PEG), polypropylene glycol, and block copolymers thereof (eg. Pluronic ®), polyvinyl caprolactam, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl pyridine, polyvinyl alcohol, polyoxazolines. The person skilled in the art knows which monomers to take in order to provide the desired polymer.

Besonders bevorzugt ist das organische Polymer ausgewählt aus der Klasse der Polyacrylamide, insbesondere Poly-N-isopropylacrylamid, N,N‘-Dimethylacrylamid, N,N‘-Dimethylaminoethylacrylamid, Polyethylenglykol, Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylpyridin, Polyvinylcaprolactam, ganz besonders bevorzugt sind die Polyacrylamide und/oder Polyethylenglykol.The organic polymer is particularly preferably selected from the class of the polyacrylamides, in particular poly-N-isopropylacrylamide, N, N'-dimethylacrylamide, N, N'-dimethylaminoethylacrylamide, polyethylene glycol, polyvinylpyrrolidone, polyvinylpyridine, polyvinylcaprolactam, very particular preference is given to the polyacrylamides and / or or polyethylene glycol.

Typischerweise zeichnen sich die erfindungsgemäß eingesetzten organischen Polymere durch eine mittlere Netzkettenmolmasse im Bereich von 5000 bis 26·10 g mol–1, bestimmt mittels Rheologie, aus. Besonders bevorzugt weisen die erfindungsgemäß eingesetzten Polymere eine mittlere Netzkettenmolmasse im Bereich von 10000 bis 1·106 g mol–1 auf.Typically, the organic polymers used in the invention are characterized by a mean Netzkettenmolmasse in the range from 5000 to 2 6 x 10 g mol -1, as determined by rheology, from. Particularly preferred according to the invention polymers used have a mean net chain molecular weight in the range of 10,000 to 1 × 10 6 g mol -1 .

Dem Fachmann sind die Methoden zur Herstellung von erfindungsgemäß eingesetzten physikalisch vernetzten Nanokompositpolymernetzwerke grundsätzlich bekannt. Beispielsweise lassen sich erfindungsgemäß eingesetzte Nanokompositpolymernetzwerke mittels freier radikalischer Polymerisation in Gegenwart der oben benannten Schichtsilikate, insbesondere thermisch initiiert, in Gegenwart eines Radikalstarters (Kaliumpersulfat (KPS) oder AIBN) mit oder ohne den Zusatz eines Katalysators (bspw. TEMED) oder durch photochemische Initiierung mit UV-Licht bei Wellenlängen im Bereich von 200 bis 450 nm mit einem Photoinitiatoren (bspw. Propiophenone oder Benzophenone, bspw. 2-Hydroxy-1-[4-(2-hydroxyethoxy)-phenyl]-2-methyl-1-propanone) bereitstellen. Beispielsweise haben Haraguchi et al. (Macromolecules 2002, 35, 10162) und Ferse et al. (Langmuir 2008, 24, 12627) gezeigt, dass dabei die Polymerisation und Vernetzung in einem Schritt ablaufen. Als Lösungsmittel kommen dabei bevorzugt Wasser oder Hexan zum Einsatz.The person skilled in the art generally knows the methods for the preparation of physically crosslinked nanocomposite polymer networks used in accordance with the invention. For example, nanocomposite polymer networks used according to the invention can be prepared by free radical polymerization in the presence of the abovementioned layer silicates, in particular thermally initiated, in the presence of a free-radical initiator (potassium persulfate (KPS) or AIBN) with or without the addition of a catalyst (for example TEMED) or by photochemical initiation UV light at wavelengths in the range from 200 to 450 nm with a photoinitiator (for example propiophenones or benzophenones, for example 2-hydroxy-1- [4- (2-hydroxyethoxy) -phenyl] -2-methyl-1-propanone) provide. For example Haraguchi et al. (Macromolecules 2002, 35, 10162) and Ferse et al. (Langmuir 2008, 24, 12627) have shown that the polymerization and crosslinking take place in one step. The solvents used are preferably water or hexane.

Alternativ können die erfindungsgemäß eingesetzten Nanokompositpolymere auch als sog. Schüttelgele bereitgestellt werden, wobei in einem ersten Schritt die Polymerisation der Monomere über freie radikalische oder kontrolliert radikalische Polymerisation (bspw. über Atom Transfer Radical Polymerisation (ATRP), Nitroxid-vermittelte radikalische Polymerisation (NMRP) oder Reversible Additions-Fragmentierung Kettenübertragung (RAFT)) erfolgt und in einem zweiten Schritt die erhaltene Polymerlösung mit einer Dispersion von Schichtsilikaten vorzugsweise in Wasser gemischt wird, wodurch die Vernetzung mit den Schichtsilikaten erfolgt ( Ferse et al., Macromol. Symp. 2007, 306–307, 59 und Can et al., Designed Monomers and Polymers 2005, 8, 453 ). Vorzugsweise liegen die mittleren Netzkettenmolmassen der so erhaltenen Polymere im Bereich von 10000 bis 500000 g mol–1.Alternatively, the nanocomposite polymers used according to the invention can also be provided as so-called shaking gels, in which the polymerization of the monomers is carried out by free-radical or controlled free-radical polymerization (for example via atom transfer radical polymerization (ATRP), nitroxide-mediated radical polymerization (NMRP). or reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT)), and in a second step the resulting polymer solution is mixed with a dispersion of sheet silicates, preferably in water, whereby crosslinking takes place with the sheet silicates ( Ferse et al., Macromol. Symp. 2007, 306-307, 59 and Can et al., Designed Monomers and Polymers 2005, 8, 453 ). Preferably, the average Netzkettenmolmassen the polymers thus obtained are in the range of 10,000 to 500,000 g mol -1 .

Überraschend haben die Erfinder nun gefunden, dass sich die erfindungsgemäß eingesetzten Nanokompositpolymernetzwerke auch über eine [2 + 2]-Cycloaddition von Polymer und oberflächenmodifizierten Schichtsilikaten synthetisieren lassen. Dabei laufen die Polymerisation und Vernetzung in zwei separaten Schritten ab. Beispielsweise erfolgt in einem ersten Schritt die Polymerisation eines Copolymers bestehend aus Poly-N-isopropylacrylamid oder N,N´-Dimethylacrylamid und des Acrylamidchromophors N-[2-(3,4-Dimethyl-2,5-dioxo-2,5-dihydro-pyrrol-1-yl)-ethyl]-acrylamid durch freie radikalische Polymerisation oder durch kontrolliert radikalische Polymerisationsarten (ATRP, NMRP, RAFT).Surprisingly, the inventors have now found that the nanocomposite polymer networks used according to the invention can also be synthesized via a [2 + 2] cycloaddition of polymer and surface-modified phyllosilicates. The polymerization and crosslinking proceed in two separate steps. For example, in a first step, the polymerization of a copolymer consisting of poly-N-isopropylacrylamide or N, N'-dimethylacrylamide and the acrylamide chromophore N- [2- (3,4-dimethyl-2,5-dioxo-2,5-dihydro -pyrrol-1-yl) -ethyl] -acrylamide by free radical polymerization or by controlled radical polymerization (ATRP, NMRP, RAFT).

Beispielsweise wird die ATRP in einem 5:1 Gemisch aus i-Propanol/H2O mit den Substanzen CuBr, Methyl-2-brompropionat und dem Ligand: Me6Tren bei Temperaturen im Bererich von –10 bis 50°, vorzugsweise im Bereich von 0 bis 40°C durchgeführt. Der Gehalt des Acrylamidchromophors kann in dem Copolymer in einem Konzentrationsbereich von 1 bis 15%, bezogen auf die Gesamtmenge eingesetzten Monomers des Trennmaterials im Synthesezustand variiert werden.For example, the ATRP in a 5: 1 mixture of i-propanol / H 2 O with the substances CuBr, methyl 2-bromopropionate and the ligand: Me 6 Tren at temperatures in the Bererich of -10 to 50 °, preferably in the range of 0 to 40 ° C performed. The content of the acrylamide chromophore can be varied in the copolymer in a concentration range of 1 to 15% based on the total amount of the used monomer of the separation material in the synthesis state.

Die so hergestellten Polymere werden mit gezielt funktionalisierten Tonmineralpartikel der oben genannten Schichtsilikate im zweiten Schritt umgesetzt. Zur Funktionalisierung werden die Schichtsilikate durch Umsetzung mit diversen Imidgruppenfunktionalisierten Silanen, die dem Fachmann grundsätzlich bekannt sind (bspw. N-(3-Chlorsilylpropyl)dimethylmaleinimid) hergestellt. The polymers prepared in this way are reacted with specifically functionalized clay mineral particles of the abovementioned phyllosilicates in the second step. For functionalization, the phyllosilicates are prepared by reaction with various imide-group-functionalized silanes which are generally known to the person skilled in the art (for example N- (3-chlorosilylpropyl) dimethylmaleimide).

Vorzugsweise erfolgt die Vernetzung zu den Nanokompositpolymernetzwerken durch eine photochemische Initiierung. Die Vernetzung erfolgt vorzugsweise mittels UV-Licht im Bereich von 200 bis 450 nm, um eine [2 + 2]-Cycloaddition einzuleiten. Für die Reaktionen werden Sensibilisatoren (z.B. Thioxanthondisulfonat) eingesetzt. Des Weiteren ist eine Vernetzung im trockenem Zustand in dünnen Schichten möglich.Preferably, crosslinking to the nanocomposite polymer networks is by photochemical initiation. The crosslinking is preferably carried out by means of UV light in the range of 200 to 450 nm in order to initiate a [2 + 2] cycloaddition. Sensitizers (e.g., thioxanthone disulfonate) are used for the reactions. Furthermore, crosslinking in a dry state in thin layers is possible.

Bevorzugt kann zur Herstellung des erfindungsgemäß eingesetzten Trennmaterials die Konzentration der Tonmineralpartikel zwischen 0,2 und 20 mol-%, bezogen auf die Gesamtmenge eingesetzten Monomers des Trennmaterials im Synthesezustand variiert werden.For the preparation of the release material used according to the invention, the concentration of the clay mineral particles between 0.2 and 20 mol%, based on the total amount of monomer used of the release material in the synthesis state, can preferably be varied.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Konzentration des Polymers in dem erfindungsgemäß eingesetzten Trennmaterial im Bereich von 3 bis 30 Ma-% bezogen auf alle Komponenten des Trennmaterials eingestellt.According to a preferred embodiment of the present invention, the concentration of the polymer in the release material used according to the invention in the range of 3 to 30% by mass based on all components of the release material is set.

Der Gleichgewichtsquellungsgrad bezogen auf das Volumen des Hydrogels (QV) ist die charakteristische Grundgröße von Hydrogelen, der sich definitionsgemäß als Quotient des Volumens eines Hydrogels im gequollen Zustand zu dessen Volumen im trocken Zustand berechnet. Beim Erreichen des Geleichgewichtsquellungsgrads gleichen sich die zwei entgegenwirkenden Kräfte, namentlich osmotischer Druck aufgrund von Polymer-Lösungsmittel-Wechselwirkungen (Quellung) und die rücktreibenden elastischen Kraft des polymeren Netzwerkes, aus. Je weniger Vernetzer in einem Hydrogel enthalten ist, umso größer ist QV und vice versa. Bevorzugt werden in dem als Trennmaterial verwendeten Nanokompositpolymernetzwerk Gleichgewichtsquellungsgrade zwischen 5 und 100 eingestellt.The equilibrium swelling ratio with respect to the volume of the hydrogel (Q V ) is the characteristic basic size of hydrogels, which by definition is calculated as the quotient of the volume of a hydrogel in the swollen state to its volume in the dry state. Upon reaching the magical weight swelling degree, the two counteracting forces, namely, osmotic pressure due to polymer-solvent interactions (swelling) and the repulsive elastic force of the polymeric network are balanced out. The less crosslinker contained in a hydrogel, the larger Q V and vice versa. Equilibrium swelling levels between 5 and 100 are preferably set in the nanocomposite polymer network used as the release material.

Dem Fachmann ist bekannt, dass er die Form und Dimensionierung des Trennmaterials in Abhängigkeit seiner Verwendung und des Behälters, in das es eingebracht wird nach Belieben frei gestalten kann. Insbesondere sind Bulk-Gele die in mindestens einer Dimension eine Mindestausdehnung von mindestens 1000 µm denkbar, die bspw. in die Form einer Scheibe (Diskus), eines Zylinders oder eines Würfels gebracht werden können. The person skilled in the art is aware that he can freely design the shape and dimensions of the release material depending on its use and the container in which it is introduced. In particular, bulk gels which, in at least one dimension, have a minimum extension of at least 1000 μm are conceivable which, for example, can be brought into the shape of a disk (diskus), a cylinder or a cube.

Das Trennmaterial kann natürlich auch als dünne Folie mit einer Schichtdicke von mindestens 50 µm, bevorzugt im Bereich von 200 bis 1000 µm ausgebildet sein.Of course, the release material may also be formed as a thin film having a layer thickness of at least 50 .mu.m, preferably in the range of 200 to 1000 .mu.m.

Alternativ bevorzugt ist das Trennmaterial als Partikel mit einem mittleren Partikeldurchmesser im Bereich von 50 µm bis 10 mm, besonders bevorzugt von 200 µm bis 5 mm. Partikuläre Trennmaterialien sind insbesondere von Vorteil, da das Trennmaterial von Flüssigkeiten gleichzeitig um- und durchströmt werden kann und somit eine gegenüber voluminös oder flächig ausgebildeten Trennmaterialien eine vergrößerte Absorptionsoberfläche bereitstellt.Alternatively, the separating material is preferably used as particles having a mean particle diameter in the range from 50 μm to 10 mm, particularly preferably from 200 μm to 5 mm. Particulate separation materials are particularly advantageous since the separation material can be simultaneously flowed around and through liquids, thus providing an enlarged absorption surface in contrast to voluminous or planar separation materials.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Trennmaterial, insbesondere in Form einer dünnen Folie oder eines Bulk-Gel, porös ausgebildet. Vorzugsweise weist ein poröses Trennmaterial Mikrokanäle mit einem mittleren Durchmesser im Bereich von 10 µm bis 1 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 20 µm bis 500 µm auf. Bevorzugt werden die Mikrokanäle während der Synthese des Nanokompositpolymernetzwerks durch das Einbringen mindestens eines Platzhalters (Metallstifte der gewünschten Größe) hergestellt.According to a preferred embodiment of the present invention, the release material, in particular in the form of a thin film or a bulk gel, is porous. A porous separating material preferably has microchannels with an average diameter in the range from 10 μm to 1 mm, particularly preferably in the range from 20 μm to 500 μm. Preferably, during the synthesis of the nanocomposite polymer network, the microchannels are made by introducing at least one spacer (metal pins of the desired size).

Typische Quellungsmittel sind im Sinne der vorliegenden Erfindung analog den oben angegebenen Flüssigkeiten, die den Analyten aufweisen oder deren Gemische, gewählt.For the purposes of the present invention, typical swelling agents are selected analogously to the abovementioned liquids which contain the analyte or mixtures thereof.

Überraschend wurde nun von den Erfindern gefunden, dass die selektive Absorption des Analyten in dem Trennmaterial reversibel ist, d.h. dass die Absorption des Analyten in dem Trennmaterial durch gezielte Änderung der Umgebungsbedingungen jederzeit umgekehrt ablaufen und der Analyt wieder vollständig freigesetzt werden kann.Surprisingly, it has now been found by the inventors that the selective absorption of the analyte in the separation material is reversible, i. that the absorption of the analyte in the separating material by reversing the ambient conditions at any time run in reverse and the analyte can be completely released again.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Analyt nach selektiver Absorption in dem Trennmaterial, insbesondere in dem Nanokompositpolymernetzwerk durch das Kontaktieren mit einem Lösungsmittel eluiert. Eluieren bezeichnet im Sinne der vorliegenden Erfindung das Herauslösen bzw. Freisetzen des, in dem Nanokompositpolymernetzwerk gebundenen (absorbierten) Analyten durch den Zusatz eines geeigneten Lösungsmittels. Insbesondere erfolgt eine quantitative Freisetzung durch das Kontaktieren des Trennmaterials, enthaltend den Analyten, mit einem Lösungsmittel ausgewählt aus der Stoffgruppe der organischen Tenside, starken Mineralsäuren (pKS < 3) und starke Base (pKb < 3).According to a preferred embodiment of the invention, the analyte is eluted after selective absorption in the release material, in particular in the nanocomposite polymer network by contacting with a solvent. For the purposes of the present invention, elution means the dissolution or release of the analyte bound (absorbed) in the nanocomposite polymer network by the addition of a suitable solvent. In particular, quantitative release takes place by contacting the separation material containing the analyte with a solvent selected from the group of organic surfactants, strong mineral acids (pK S <3) and strong base (pK b <3).

Vorzugsweise ist das Lösungsmittel zum Eluieren des Analyten aus dem Trennmaterial ein ionisches Tensid, zwitterionisches Tensid, insbesondere 3-[3-Cholamidopropyl)-dimethylammonio]-1-propansulfonat (CHAPS) oder nichtionisches Tensid, insbesondere aus der Gruppe der Polyoxyethylensorbitan-Derivate (bspw. Polysorbat 20, Tween® 80, Tween® X-100), Polyalkylenglycolether (PEG, Polypropylen), Oktylphenolethoxylate (Octoxinol 9). Besonders bevorzugt ist das Lösungsmittel CHAPS, Octoxinol 9, Tween® 80, Tween® X-100 oder Polysorbat 20.Preferably, the solvent for eluting the analyte from the release material is an ionic surfactant, zwitterionic surfactant, in particular 3- [3-cholamidopropyl) -dimethylammonio] -1-propanesulfonate (CHAPS) or nonionic surfactant, in particular from the group of polyoxyethylene sorbitan derivatives (eg . polysorbate 20, Tween ® 80, Tween ® X-100), polyalkylene glycol (PEG, polypropylene), Oktylphenolethoxylate (octoxynol 9). More preferably, the solvent CHAPS, octoxynol 9, Tween ® 80, Tween ® X-100 or polysorbate 20.

Nach einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Lösungsmittel zum Eluieren des Analyten aus dem Trennmaterial in Abhängigkeit der dominierenden Oberflächenladung des eingesetzten Tonmineralpartikels eine starke Mineralsäure (pKS < 3), insbesondere Salzsäure, Schwefelsäure oder Phosphorsäure bzw. eine starke Base (pKb < 3), Alkalihydroxid oder Erdalkalihydroxid, besonders bevorzugt NaOH, KOH, Ca(OH)2 und Ba(OH)2.According to a further preferred embodiment of the present invention, the solvent for eluting the analyte from the separating material depending on the dominant surface charge of the clay mineral particle used a strong mineral acid (pK S <3), in particular hydrochloric acid, sulfuric acid or phosphoric acid or a strong base (pK b <3), alkali metal hydroxide or alkaline earth metal hydroxide, more preferably NaOH, KOH, Ca (OH) 2 and Ba (OH) 2 .

Vorzugsweise liegt das Lösungsmittel zum Eluieren des Analyten homogen gelöst in einer wässrigen Flüssigkeit mit einer Konzentration von weniger als 2,0 mol%, besonders bevorzugt von weniger als 1,0 mol%, ganz besonders bevorzugt von weniger als 0,5 mol% vor.Preferably, the solvent for eluting the analyte is homogeneously dissolved in an aqueous liquid having a concentration of less than 2.0 mol%, more preferably less than 1.0 mol%, most preferably less than 0.5 mol%.

Vorteilhaft werden durch das Kontaktieren des Trennmaterials, enthaltend den absorbierten Analyten, mit dem Lösungsmittel zum Eluieren des Analyten, vorzugsweise in der vorgenannten Konzentration, mindestens 70%, bevorzugt mindestens 85%, besonders bevorzugt mindestens 95% des absorbierten Analyten aus dem Trennmaterial eluiert.Advantageously, by contacting the separation material containing the absorbed analyte with the solvent to elute the analyte, preferably at the aforementioned concentration, at least 70%, preferably at least 85%, more preferably at least 95% of the absorbed analyte is eluted from the separation material.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt das Kontaktieren des Trennmaterials, enthaltend den absorbierten Analyten, mehrmals mit frischem Lösungsmittel zum Eluieren des Analyten. Vorzugsweise werden nach dem Durchlauf des Lösungsmittels zum Eluieren des Analyten durch das Trennmaterial die verschiedenen Fraktionen gesammelt.According to a preferred embodiment of the present invention, contacting the separation material containing the absorbed analyte several times with fresh solvent to elute the analyte. Preferably, after passage of the solvent to elute the analyte, the various fractions are collected by the separation material.

Besonders vorteilhaft kann das Trennmaterial nach Extraktion mit Wasser als Absorptionsmittel wieder verwendet werden.Particularly advantageously, the separation material can be reused as an absorbent after extraction with water.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Flüssigkeit, enthaltend den Analyten und/oder das Lösungsmittel zu dessen Elution mittels Druck (bspw. mit Unterdruck beaufschlagen) oder Zentrifugation durch das Trennmaterial transportiert. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn das Trennmaterial partikulär vorliegt.According to a preferred embodiment of the invention, the liquid containing the Analytes and / or the solvent for its elution by means of pressure (for example. Apply negative pressure) or centrifugation transported through the release material. This is particularly advantageous if the release material is particulate.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Filtervorrichtung zur selektiven Abtrennung eines Analyten aus einer Flüssigkeit umfassend zumindest:

  • a) ein Behältnis mit zumindest einem Einlass und einem Auslass,
  • b) ein, dem Einlass und dem Auslass zwischengeordnetes, Trennmaterial, welches als vernetztes Nanokompositpolymernetzwerk zum Ionenaustausch ausgebildet ist,
  • c) eine Arretierung,
wobei das Trennmaterial unter Standardbedingungen einen Benetzungsfaktor φ größer 0,95 aufweist.The subject of the present invention is also a filter device for the selective separation of an analyte from a liquid comprising at least:
  • a) a container with at least one inlet and one outlet,
  • b) a separating material interposed between the inlet and the outlet, which is formed as a crosslinked nanocomposite polymer network for ion exchange,
  • c) a lock,
wherein the release material under standard conditions has a wetting factor φ greater than 0.95.

Insbesondere bei Arbeiten unter erhöhtem Druck, insbesondere größer 200 mbar, hat sich gezeigt, dass eine Arretierung (4) des Trennmaterials vorteilhaft sein kann, um die ortsfeste Positionierung des Trennmaterials in dem Behältnis über den gesamten Verfahrenslauf zur selektiven Absorption eines Analyten zu gewährleisten. Arretierung bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass das Trennmaterial physikalisch durch ein, dem Trennmaterial vor- oder nachgelagertes, Haftelement und/oder chemisch durch einen Haftvermittler in dem Behältnis fixiert ist.In particular, when working under elevated pressure, in particular greater than 200 mbar, it has been found that a lock ( 4 ) of the release material may be advantageous to ensure the fixed positioning of the release material in the container over the entire process for the selective absorption of an analyte. Locking in the context of the present invention means that the release material is physically fixed by a, upstream of the release material or downstream, adhesive element and / or chemically fixed by a bonding agent in the container.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die Oberfläche eines mit dem Trennmaterial zu beschichtenden bzw. auszukleidenden Behältnisses durch den Zusatz eines Haftvermittlers modifiziert werden. Der Fachmann kennt Haftvermittler als derartige Substanzen, die in der Grenzfläche von miteinander unmischbaren Stoffen eine enge physikalische oder meist chemische Bindung zwischen beiden herstellen. Je nach Materialart des zu beschichtenden bzw. auszukleidenden Behältnisses wird der Fachmann erkennen, welchen Haftvermittler er einzusetzen hat. Beispielsweise, aber nicht abschließend, kennt der Fachmann silanbasierte Haftvermittler, insbesondere Chlorsilane, oder mit Methoxy- bzw. Ethoxygruppen funktionalisierte Silane vorzugsweise für die Modifizierung von Glasoberflächen, Silikonoberflächen, aminbasierte Haftvermittler (insbesondere für die Modifizierung von kupferbasierten oder analogen Oberflächen) oder schwefelbasierte Haftvermittler (bspw. aus der Gruppe der Thiole bzw. Sulfide bspw. für die Beschichtung von Gold).According to a preferred embodiment of the present invention, the surface of a container to be coated or lined with the release material container can be modified by the addition of a coupling agent. The person skilled in the art is aware of adhesion promoters as substances which produce a close physical or mostly chemical bond between the two in the interface of mutually immiscible substances. Depending on the type of material to be coated or lined container, the skilled artisan will recognize which bonding agent he has to use. For example, but not exclusively, the person skilled in the art knows silane-based adhesion promoters, in particular chlorosilanes, or silanes functionalized with methoxy or ethoxy groups, preferably for the modification of glass surfaces, silicone surfaces, amine-based adhesion promoters (in particular for the modification of copper-based or analogous surfaces) or sulfur-based adhesion promoters ( for example, from the group of thiols or sulfides, for example, for the coating of gold).

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist zur Modifizierung der Oberfläche der Behältnisse ein Haftvermittler mit einem Volumenanteil von maximal 1,0 Vol.-%, besonders bevorzugt von maximal 0,5 Vol.-% bezogen auf das Gesamtvolumen aller Komponenten zugesetzt.According to a preferred embodiment of the present invention, an adhesion promoter with a volume fraction of not more than 1.0% by volume, particularly preferably of not more than 0.5% by volume, based on the total volume of all components, is added to modify the surface of the containers.

Flüssigkeiten, in denen der Haftvermittler gelöst vorliegt sind bevorzugt aprotische Lösungsmittel, z.B. Bicyclohexyl, Toluol, Aceton und weniger bevorzugt Ethanol.Liquids in which the coupling agent is present are preferably aprotic solvents, e.g. Bicyclohexyl, toluene, acetone and less preferably ethanol.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Behältnis (1) zur Aufnahme des Trennmaterials zusätzlich zum Haftvermittler oder alternativ ein dem Trennmaterial in Flussrichtung nachgelagertes Haftelement, das bspw. in Form einer zur Auslassfläche hin offene Sacklochbohrung, als Gitter oder als Stift ausgebildet sein kann, angeordnet.In a particular embodiment of the invention is in the container ( 1 ) for receiving the release material in addition to the adhesion promoter or alternatively a downstream of the release material in the flow direction adhesive element, which may be formed, for example. In the form of an open outlet hole blind hole, as a grid or a pin.

Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das nachgelagerte Haftelement ein Gitter, wobei die Maschenweite des Gitters entsprechend der Partikelgröße eingestellt werden kann. Vorzugsweise weist das Gitter gleichmäßig verteilte Maschen im Größenbereich von 50 µm bis 2000 µm, besonders bevorzugt zwischen 100 µm und 1000 µm, wobei die Werte 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900 µm sowie die jeweils zwischen den einzelnen Größenbereichen liegenden Werte mitumfasst sind. Ein Gitter ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Trennmaterial partikulär vorliegt, wobei die Maschenweite entsprechend der Partikelgröße des Nanokompositpolymernetzwerk eingestellt werden kann.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the downstream adhesive element is a grid, wherein the mesh size of the grid can be adjusted according to the particle size. The grid preferably has uniformly distributed meshes in the size range from 50 μm to 2000 μm, more preferably between 100 μm and 1000 μm, the values being 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900 μm and in each case between the individual ones Size ranges are included. A grid is particularly advantageous if the separating material is particulate, wherein the mesh size can be adjusted according to the particle size of the nanocomposite polymer network.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine, dem Trennmaterial in Flussrichtung vorgelagerte, poröse oder zumindest semipermeable Membran auf. Vorteilhaft gelangen dadurch lediglich die über Größenausschluss separierten, homogen in der Flüssigkeit gelösten Komponenten und der Analyt zu dem Trennmaterial, wohingegen größere Bestandteile, die in der Flüssigkeit bspw. lediglich dispergiert vorliegen, zurückgehalten werden können.According to a preferred embodiment of the present invention, the device according to the invention has a porous or at least semipermeable membrane upstream of the separating material in the direction of flow. Advantageously, thereby only separated by size exclusion, homogeneously dissolved in the liquid components and the analyte to the release material, whereas larger components that are present in the liquid, for example, only dispersed, can be retained.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Membran porös. Die Poren der porösen Membran liegen vorzugsweise im Größenbereich von 5 nm bis 100 µm, besonders bevorzugt zwischen 10 nm und 10 µm, wobei die Werte 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900 nm, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und 9 µm sowie die jeweils zwischen den einzelnen Größenbereichen liegenden Werte mitumfasst sind.According to a preferred embodiment of the invention, the membrane is porous. The pores of the porous membrane are preferably in the size range from 5 nm to 100 μm, more preferably between 10 nm and 10 μm, the values 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900 nm, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 and 9 μm and the values lying between the individual size ranges are also included.

Der Fachmann weiß, dass er die Form des Behältnisses für die Aufnahme des Trennmaterials entsprechend des gewünschten Verwendungszwecks frei gestalten kann und er keinen Beschränkungen unterliegt. So kann das Behältnis bspw. als Kugel, Zylinder, Kegel, Kegelstumpf oder Quader ausgebildet sein. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Material des Behältnisses ausgewählt aus der Stoffgruppe der Kunststoffe, Gläser oder Metalle/Metalllegierungen.The skilled person knows that he can freely design the shape of the container for receiving the release material according to the desired purpose and is not subject to any restrictions. Thus, the container can, for example, as a ball, cylinder, cone, truncated cone or cuboid be educated. According to a preferred embodiment of the invention, the material of the container is selected from the group of materials of plastics, glasses or metals / metal alloys.

Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weißt das Behältnis der erfindungsgemäßen Vorrichtung mindestens einen zusätzlichen Ein- und/oder Auslass auf, wodurch die Anströmfläche des Trennmaterials für die Flüssigkeit, enthaltend den Analyten, bzw. für das Lösungsmittels vergrößert wird und besonders vorteilhaft die Stoffaustauschrate zwischen Trennmaterial und Flüssigkeit verbessert ist.According to a particularly preferred embodiment of the present invention, the container of the device according to the invention at least one additional inlet and / or outlet, whereby the inflow surface of the separation material for the liquid containing the analyte, or for the solvent is increased and particularly advantageous the mass transfer rate between separating material and liquid is improved.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Kit umfassend zumindest:

  • a) eine erfindungsgemäße Filtervorrichtung,
  • b) einen Auffangbehälter.
The invention also provides a kit comprising at least:
  • a) a filter device according to the invention,
  • b) a collecting container.

Bevorzugt enthält das erfindungsgemäße Kit in Abhängigkeit für den gewünschten Anwendungszweck bereits eine, wie oben definierte, Pufferkomponente, die gegebenenfalls schon in einer geeigneten Flüssigkeit gelöst vorliegt.Depending on the desired application purpose, the kit according to the invention preferably already contains a buffer component as defined above, which if appropriate already dissolved in a suitable liquid.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das erfindungsgemäße Kit zumindest einen Platzhalter (bspw. Metallstifte der gewünschten Größe) auf, der in das Trennmaterial eingebracht ist, und vorteilhaft die Porosität des Trennmaterials über den Zeitraum der Lagerung des Kits gewährleistet. Vorzugsweise weist der Platzhalter einem mittleren Durchmesser im Bereich von 10 µm bis 1 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 20 µm bis 500 µm auf. Es kann dabei insbesondere vorgesehen sein, dass das Kit eine Mehrzahl an Platzhaltern in dem Trennmaterial, vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeordnet aufweist.According to a preferred embodiment of the invention, the kit according to the invention has at least one placeholder (for example metal pins of the desired size), which is introduced into the separating material, and advantageously ensures the porosity of the separating material over the period of storage of the kit. The spacer preferably has an average diameter in the range from 10 μm to 1 mm, particularly preferably in the range from 20 μm to 500 μm. It may be provided in particular that the kit has a plurality of placeholders in the separating material, preferably distributed evenly distributed.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Filtervorrichtung und/oder das Kit zur selektiven Absorption eines Analyten in der Mikrosystemtechnik oder der Molekularbiologie verwendet.According to a preferred embodiment of the present invention, the method according to the invention, the filter device according to the invention and / or the kit for the selective absorption of an analyte in microsystem technology or molecular biology are used.

Nach einer alternativ bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Filtervorrichtung und/oder das Kit in der Wasseraufbereitung für die Abtrennung von Stoffen aus Wässern oder Abwässern verwendet.According to an alternative preferred embodiment of the present invention, the inventive method, the filter device according to the invention and / or the kit are used in the water treatment for the separation of substances from water or wastewater.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Behältnis container
22
Trennmaterial separating material
33
Auslass outlet
44
Arretierung lock
55
Verschluss shutter
66
Auffangbehälter receptacle
77
Gitter grid
88th
Tonmineralpartikel clay mineral
99
Polymer polymer
1010
Flüssigkeit liquid
1111
Gaseinschluss gas inclusion
1212
Verklebung/Verklumpung Bonding / aggregation
1313
eluierter Analyt im Lösungsmittel eluted analyte in the solvent
1414
Lösungsmittel solvent
1515
Filtervorrichtung filter means
1616
in dem Trennmaterial adsorbierte Analyt analyte adsorbed in the release material

Ausführungsbeispieleembodiments

Es sei angemerkt, dass die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen in jeder Anordnung miteinander kombinierbar sind.It should be noted that the embodiments according to the invention can be combined with each other in any arrangement.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden schematischen Zeichnungen und Ausführungsbeispielen anhand derer die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden soll, ohne die Erfindung auf diese zu beschränken.Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following schematic drawings and exemplary embodiments by means of which the invention is to be explained in more detail by way of example, without limiting the invention to these.

Dabei zeigt:Showing:

1: drei schematische Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Filtervorrichtung mit dem Trennmaterial (2) zur selektiven Abtrennung von Biomolekülen; 1 FIG. 3 shows a schematic cross section through a filter device according to the invention with the separating material (FIG. 2 ) for the selective separation of biomolecules;

2: eine perspektivische Explosionszeichnung einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung für die Mikrosystemtechnik; 2 a perspective exploded view of a filter device according to the invention for the microsystem technology;

3: einen Verfahrensablauf zur selektiven Abtrennung von Biomolekülen mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung; 3 : a process for the selective separation of biomolecules with the aid of a filter device according to the invention;

4: die schematische Darstellung einer herkömmlichen Partikelschüttung (links) in Gegenüberstellung zu einem erfindungsgemäß eingesetzten Nanokompositpolymernetzwerk (13) (rechts). 4 : The schematic representation of a conventional particle bed (left) in comparison to a nanocomposite polymer network used according to the invention ( 13 ) (right).

1 zeigt auf der linken Seite eine erfindungsgemäße Filtervorrichtung (15) mit einem Trennmaterial (2), das über eine Arretierung (4) im Bodenbereich eines Behältnisses (1) mit einem Auslass (3) eingebracht und fixiert ist. Zur Abgrenzung gegenüber äußeren Umwelteinflüssen weist das Behältnis (1) vorzugsweise einen wiederverschließbaren Verschluss (5) auf. Um aus dem Auslass (3) austretende Flüssigkeiten auffangen zu können, ist die erfindungsgemäße Filtervorrichtung in einem Auffangbehälter (6), der als Röhrchen ausgebildet ist, angeordnet. Weiterhin ist in 1 mittig ausschnittsweise eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung dargestellt, die den Bodenbereich eines Behältnisses (1) mit einem Auslass (3) zeigt, wobei das Trennmaterial (2) auf einer Arretierung (4), die als Gitter (7) ausgebildet ist aufgelagert ist. Auf der rechten Seite von 1 ist ausschnittsweise eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung aufgezeigt, wobei das Trennmaterial (2) über einen Haftvermittler mit der inneren Oberfläche des Behältnisses (1) verbunden ist. 1 shows on the left side of a filter device according to the invention ( 15 ) with a release material ( 2 ), which has a lock ( 4 ) in the Bottom area of a container ( 1 ) with an outlet ( 3 ) is introduced and fixed. To distinguish it from external environmental influences, the container ( 1 ) preferably a resealable closure ( 5 ) on. To get out of the outlet ( 3 ) to be able to absorb leaking liquids, the filter device according to the invention in a collecting container ( 6 ), which is formed as a tube arranged. Furthermore, in 1 in the middle section of an alternative embodiment of the filter device according to the invention shown, the bottom portion of a container ( 1 ) with an outlet ( 3 ), wherein the release material ( 2 ) on a lock ( 4 ), which act as grids ( 7 ) is superimposed. On the right side of 1 1 shows a detail of a further embodiment of the filter device according to the invention, wherein the separating material ( 2 ) via a bonding agent with the inner surface of the container ( 1 ) connected is.

In 2 ist eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Filtervorrichtung dargestellt, wie sie bspw. in der Mikrofluidik eingesetzt werden kann. Hierbei ist das Trennmaterial (2) über die gesamte Länge des Behältnisses (1), das als Röhrchen mit Auslässen (3) im Mantel ausgebildet ist, ausgelegt. Das Trennmaterial (2) ist über zwei endständige Arretierungen (4), die als Gitterelemente ausgebildet sind, im Behältnis fixiert. Die Größe dieser Vorrichtung kann beliebig gewählt und für den Anwendungszweck angepasst werden.In 2 an alternative embodiment of a filter device according to the invention is shown, as it can be used, for example, in microfluidics. Here is the release material ( 2 ) over the entire length of the container ( 1 ), which is used as a tube with outlets ( 3 ) is formed in the jacket, designed. The release material ( 2 ) is via two terminal locks ( 4 ), which are formed as grid elements, fixed in the container. The size of this device can be chosen arbitrarily and adapted to the application.

In 3 ist schematisch eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur selektiven Abtrennung von Biomolekülen dargestellt. Dabei wird in einem ersten Schritt die gemäß 1 beschriebene Vorrichtung mit einer Flüssigkeit (10) beladen, die neben dem abzutrennenden Analyten (∎) auch weitere Komponenten (Δ, •) enthält. Durch selektive Absorption wird der Analyt in dem Trennmaterial (2) aufgenommen, wobei die weitere Komponenten mit der Flüssigkeit (10) aus der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung über den Auslass (3) in einen Auffangbehälter (6), der als Becken ausgebildet ist, ausgetragen werden. In einem letzten Schritt kann der in dem Trennmaterial adsorbierte Analyt (16) nach Inkubation mit einem Lösungsmittel (14), das eine Flüssigkeit aufweist, aus dem Trennmaterial eluiert und in einem zweiten Auffangbehälter (6), der als Röhrchen ausgebildet ist, aufgefangen werden.In 3 schematically a variant of the method according to the invention for the selective separation of biomolecules is shown. In a first step, the according to 1 described device with a liquid ( 10 ), which also contains other components (Δ, •) in addition to the analyte (∎) to be separated. By selective absorption, the analyte in the separating material ( 2 ), wherein the further components with the liquid ( 10 ) from the filter device according to the invention via the outlet ( 3 ) in a collecting container ( 6 ), which is designed as a pool to be discharged. In a final step, the analyte adsorbed in the separating material may ( 16 ) after incubation with a solvent ( 14 ) having a liquid, eluted from the separating material and in a second collecting container ( 6 ), which is designed as a tube to be collected.

4 zeigt auf der linken Seite ein herkömmliches Tonmineralpartikel-basiertes Trennmaterial in Form einer Partikelschüttung, wobei die Tonmineralpartikel (8) beim Aufschwämmen in einer Flüssigkeit (10) unter der Bildung von Verklebungen/Verklumpungen (12) zudem besonders nachteilig Gaseinschlüsse (11) aufweist. Auf der rechten Seite von 4 ist ein erfindungsgemäß eingesetztes Trennmaterial (2), welches als Nanokompositpolymernetzwerk (13) ausgebildet ist, wobei die Tonmineralpartikel (8), die eine plättchenförmige Geometrie aufweisen, als multifunktionelle Vernetzer für die im Nanokompositpolymernetzwerk (13) befindlichen Polymere (8) dienen und so ein quellbares Gel bilden, das vollständig eine Flüssigkeit (10) einschließt. Vorteilhaft weist das Nanokompositpolymernetzwerk weist keine Verklebungen/Verklumpungen (12) und/oder Gaseinschlüsse (11) auf. 4 shows on the left a conventional clay mineral particle-based release material in the form of a particle bed, wherein the clay mineral particles ( 8th ) when sponging in a liquid ( 10 ) with the formation of bonds / clumps ( 12 ) particularly disadvantageous gas inclusions ( 11 ) having. On the right side of 4 is a release material used according to the invention ( 2 ), which serves as nanocomposite polymer network ( 13 ), the clay mineral particles ( 8th ), which have a platelet-shaped geometry, as multifunctional crosslinkers for those in the nanocomposite polymer network ( 13 ) ( 8th ) and thus form a swellable gel which is completely a liquid ( 10 ). Advantageously, the nanocomposite polymer network has no adhesions / lumps ( 12 ) and / or gas inclusions ( 11 ) on.

Beispiel 1example 1

In einem anschaulichen Versuch wurde eine phosphat-gepufferte wässrige Lösung (pH = 7,4) mit den Triphenylmethan-Farbstoffen Kristallviolett (26 µg/ml, positive Ladung; 408 g/mol) und Kresolrot (64 µg/ml, eine negative Ladung; 404 g/mol) über eine Polydimethylacrylamid-Laponite-Gelschicht mit einem Durchmesser von 550 µm geleitet. Schon nach 90 min lässt sich die selektive Absorption von Kristallviolett deutlich erkennen. Nach 6 h ist die Ausgangslösung zu ca. 95% von Kristallviolett gereinigt, während das negativ geladene Kresolrot vollständig in Lösung verbleibt. Durch UV/Vis-spektroskopische Messungen der gefilterten Lösungen von Kristallviolett (λmax,Ext = 596 nm) oder Kresolrot (λmax,Ext = 509 nm) konnten diese Resultate bestätigt und ausgewertet werden.In an illustrative experiment, a phosphate-buffered aqueous solution (pH = 7.4) was reacted with the triphenylmethane dyes crystal violet (26 μg / ml, positive charge, 408 g / mole) and cresol red (64 μg / ml, one negative charge; 404 g / mol) was passed over a Polydimethylacrylamid-Laponite gel layer with a diameter of 550 microns. After only 90 minutes, the selective absorption of crystal violet can be clearly recognized. After 6 h, the starting solution is purified to about 95% of crystal violet, while the negatively charged cresol red remains completely in solution. By UV / Vis spectroscopic measurements of the filtered solutions of crystal violet (λ max, Ext = 596 nm) or cresol red (λ max, Ext = 509 nm), these results were confirmed and evaluated.

Beispiel 2:Example 2:

Ein mit dem Plasmid pCMV-Sport6_Bmp4 transformierter E. coli Stamm (E. coli DH5α) wurde in 500 ml LB-Medium (1% (m/V) Pepton, 0,5% (m/V) Hefe-Extrakt, 0,5% (m/V) NaCl, pH 7,4, 100 µg/ml Ampicillin) bei 37°C für 12 h kultiviert. Die erhaltene Kultur wurde in Zentrifugenbecher überführt und zur Abtrennung der Zellen für 15 min bei 5.000 × g und 4°C zentrifugiert. Die so erhaltenen Zellen wurden zweimal mit Tris-Puffer (25 mM Tris-HCl, pH 7,5) gewaschen.An E. coli strain (E. coli DH5α) transformed with the plasmid pCMV-Sport6_Bmp4 was dissolved in 500 ml LB medium (1% (w / v) peptone, 0.5% (w / v) yeast extract, 0, 5% (w / v) NaCl, pH 7.4, 100 μg / ml ampicillin) were cultured at 37 ° C for 12 h. The resulting culture was transferred to centrifuge beakers and centrifuged at 5,000 xg and 4 ° C for 15 min to separate the cells. The cells thus obtained were washed twice with Tris buffer (25 mM Tris-HCl, pH 7.5).

Die Plasmidisolierung erfolgte nun entsprechend der Herstellerangaben des Macherey-Nagel Kits „NucleoBond plasmid purification“ für eine Maxi-Präparation. Das nach Elution und Fällung erhaltende, getrocknete DNA-Pellet wurde in 2 ml TE-Puffer (10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, pH 8,0) aufgelöst und die DNA-Konzentration mittels Mikrovolumen-Spektralphotometer bestimmt. The plasmid isolation was carried out according to the manufacturer's instructions of the Macherey nail kit "NucleoBond plasmid purification" for a maxi preparation. The dried DNA pellet obtained after elution and precipitation was dissolved in 2 ml of TE buffer (10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, pH 8.0) and the DNA concentration was determined by microvolume spectrophotometer.

Zur Untersuchung des Absorptionsverhaltens von Plasmid-DNA an ein Polydimethylacrylamid-Montmorillonit-Nanokomposit wurde Wasser bzw. ein Trispuffer (10 mM Tris-HCl) mit verschiedenen pH-Werten (pH 6,5; 7; 8; 9) verwendet. Das Trennmaterial, das als Block mit einer mittleren Abmessung von 5 mm × 5 mm × 5 mm vorlag, wurde in 1 ml Wasser bzw. des Puffers eingebracht, wobei DNA-Konzentrationen von 10, 50 und 100ng/µl eingestellt wurden. Die Inkubation der Proben erfolgte für 30 min, 60 min bzw. 90 min in einem Thermoschüttler bei 25°C. Nach Inkubation wurde der Überstand abgenommen und das Trennmaterial für 30 min bei 16.000 × g zentrifugiert. Die Konzentration an Plasmid-DNA im vereinten Überstand wurde mittels Mikrovolumen-Spektralphotometrie bestimmt. Die Menge an adsorbierter Plasmid-DNA erfolgte als Differenzermittlung aus der Konzentration der eingesetzten Plasmid-DNA und der nach Zentrifugation im Überstand verbliebenen DNA-Menge. Rechnerisch wurden nach 90 min im Durchschnitt 92% der ursprünglich in Lösung gebrachten DNA-Menge von dem Trennmaterial aufgenommen. Nach 30 min Inkubationszeit waren es im Durchschnitt lediglich 60%.To investigate the absorption behavior of plasmid DNA on a polydimethylacrylamide-montmorillonite nanocomposite, water or a Tris buffer (10 mM Tris-HCl) with different pH values (pH 6.5, 7, 8, 9) was used. The separation material, which was in the form of a block with a mean dimension of 5 mm × 5 mm × 5 mm, was introduced into 1 ml of water or the buffer, with DNA concentrations of 10, 50 and 100 ng / μl being set. The incubation of the samples was carried out for 30 min, 60 min or 90 min in a thermo shaker at 25 ° C. After incubation, the supernatant was removed and the separation material centrifuged for 30 min at 16,000 × g. The concentration of plasmid DNA in the pooled supernatant was determined by microvolume spectrophotometry. The amount of adsorbed plasmid DNA was carried out as a difference determination from the concentration of the plasmid DNA used and remaining in the supernatant after centrifugation DNA amount. Mathematically, after 90 minutes on average, 92% of the amount of DNA originally brought into solution was taken up by the separating material. After 30 minutes of incubation, the average was only 60%.

Für die Desorptionsexperimente wurde nach Zentrifugation der Überstand verworfen und die im Polydimethylacrylamid-Montmorillonit-Nanokomposit verbliebene Lösung durch auswiegen ermittelt, wodurch auch die Menge an nicht-absorbierter Plasmid-DNA kalkuliert werden konnte. For the desorption experiments, the supernatant was discarded after centrifugation and the solution remaining in the polydimethylacrylamide-montmorillonite nanocomposite was determined by weighing, whereby the amount of unabsorbed plasmid DNA could also be calculated.

Zur Desorption der im Polydimethylacrylamid-Montmorillonit-Nanokomposit absorbierten Plasmid-DNA wurden 2 mg des Substrates mit 1 ml der Desorptionspuffer (a) Wasser, b) TE-Puffer, c) Phosphatpuffer mit 0,1% Triton X-100 bzw. Tween 20 bzw. CHAPS gemischt. Die Kontaktierungszeit betrug 30 min, 60 min bzw. 90 min bei 25°C in einem Thermoschüttler. Nach Inkubation wurde der Überstand abgenommen und das Trennmaterial 30 min bei 16.000 × g zentrifugiert. Die Konzentration an Plasmid-DNA im vereinten Überstand wurde mittels Mikrovolumen-Spektralphotometer bestimmt. Nach 90 min Inkubation wurden mit Wasser im Durchschnitt weniger als 20%, mit TE-Puffer weniger als 40% und mit Phosphatpuffer mit den zugesetzten Tensiden im Durchschnitt 94% der absorbierten DNA-Menge eluiert. Nach 30 min Inkubationszeit lagen die im Durchschnitt eluierten DNA-Mengen deutlich unter den nach 90 min erhaltenen Werten.For desorption of the plasmid DNA absorbed in the polydimethylacrylamide-montmorillonite nanocomposite, 2 mg of the substrate were mixed with 1 ml of the desorption buffer (a) water, b) TE buffer, c) phosphate buffer with 0.1% Triton X-100 or Tween 20 or CHAPS mixed. The contacting time was 30 min, 60 min or 90 min at 25 ° C in a thermo shaker. After incubation, the supernatant was removed and the separation material was centrifuged at 16,000 × g for 30 minutes. The concentration of plasmid DNA in the pooled supernatant was determined by microvolume spectrophotometer. After 90 minutes of incubation, water was eluted on average less than 20%, with TE buffer less than 40%, and with phosphate buffer with the added surfactants an average of 94% of the amount of DNA absorbed. After 30 minutes of incubation, the average amounts of DNA eluted were well below the values obtained after 90 minutes.

Beispiel 3:Example 3:

Das Absorptions- und Desorptionsverhalten von Proteinen wurden am Beispiel von BSA (bovine serum albumin, Roth) bzw. GFP (Green Fluorescent Protein, Institut für Genetik) untersucht. Die Proteine wurden mit einer Konzentration von 5 mg/ml in MES-Puffer (20 mM MES, 10 mM NaH2PO4, pH 5,5) bzw. Phosphatpuffer (10 mM NaH2PO4, pH 7,0) bereitgestellt.The absorption and desorption behavior of proteins was investigated using the example of BSA (bovine serum albumin, Roth) or GFP (Green Fluorescent Protein, Institute of Genetics). The proteins were provided at a concentration of 5 mg / ml in MES buffer (20 mM MES, 10 mM NaH 2 PO 4 , pH 5.5) and phosphate buffer (10 mM NaH 2 PO 4 , pH 7.0, respectively).

Zur Untersuchung des Absorptionsverhaltens von Proteinen an einem Polydimethylacrylamid-Montmorillonit-Nanokomposit wurde Wasser bzw. ein MES-Puffer (20 mM MES, 10 mM NaH2PO4) mit verschiedenen pH-Werten (pH 5,5; 6,5; 7,5) verwendet. Das Trennmaterial wurde mit einer Schichtdicke von 2 cm in einem 50 ml Säule (ø = 1,5 cm) auspolymerisiert und mit 10 ml des Puffers überschichtet, wobei Proteinkonzentrationen von 1; 5 und 10,0 mg/ml eingestellt wurden. Die Inkubation der Proben erfolgte für 30 min, 60 min bzw. 90 min in einem Thermoschüttler bei 25°C. Nach Inkubation wurden die Proben für 30 min bei 16.000 × g zentrifugiert und die Konzentration an Protein im Überstand mittels Mikrovolumen-Spektralphotometrie bzw. mittels Fluoreszenzmessung bestimmt. Die Menge an absorbiertem Protein erfolgte als Differenzermittlung aus der Konzentration der eingesetzten Proteine und der nach Zentrifugation im Überstand verbliebenen Protein-Menge. Die durchschnittlich in dem Trennmaterial absorbierte Menge an Protein betrug nach 90 min 86% der ursprünglich in Lösung gebrachten Protein-Menge.To study the absorption behavior of proteins on a polydimethylacrylamide-montmorillonite nanocomposite, water or an MES buffer (20 mM MES, 10 mM NaH 2 PO 4 ) with different pH values (pH 5.5, 6.5, 7, 5) used. The release material was polymerized to a thickness of 2 cm in a 50 ml column (ø = 1.5 cm) and overlaid with 10 ml of the buffer, with protein concentrations of 1; 5 and 10.0 mg / ml were set. The incubation of the samples was carried out for 30 min, 60 min or 90 min in a thermo shaker at 25 ° C. After incubation, the samples were centrifuged at 16,000 × g for 30 min and the concentration of protein in the supernatant was determined by microvolume spectrophotometry or by fluorescence measurement. The amount of absorbed protein was determined as difference determination from the concentration of the proteins used and the amount of protein remaining in the supernatant after centrifugation. The average amount of protein absorbed in the release material after 90 minutes was 86% of the amount of protein initially dissolved.

Für die Desorptionsexperimente wurde nach Zentrifugation der Überstand verworfen und die im Trennmaterial verbliebene Lösung durch auswiegen ermittelt, wodurch auch die Menge an nicht-absorbierter Protein kalkuliert werden konnte. For the desorption experiments, the supernatant was discarded after centrifugation and the solution remaining in the separating material was determined by weighing, whereby the amount of unabsorbed protein could also be calculated.

Zur Desorption der im Trennmaterial absorbierten Proteine wurde das in der Säule behaltene Substrat mit 10 ml der Desorptionspuffer a) Wasser, b) MES-Puffer (20 mM MES, 10 mM NaH2PO4, pH 5,5) bzw c) Phosphatpuffer (10 mM NaH2PO4, pH 7,0) mit 0,1% Triton X-100 bzw. Tween 20 bzw. CHAPS überschichtet. Die Kontaktierungszeit betrug 30 min, 60 min bzw. 90 min bei Raumtemperatur. Nach Inkubation wurde der Desorptionspuffer durch Zentrifugation innerhalb von 30 min bei 16.000 × g vom Trennmaterial abgetrennt und die Konzentration an Protein im Überstand mittels Mikrovolumen-Spektralphotometer bzw. Fluoreszenzmessung bestimmt. Dabei wurde erhalten, dass durch Kontaktierung mit einem Tensidenthaltenen Puffer nach 90 min durchschnittlich 91% der absorbierten Protein-Menge eluiert werden konnten. Nach 30 min konnten lediglich weniger 38% der absorbierten Protein-Menge zurückgewonnen werden. Mit Wasser konnten nach 90 minütiger Inkubation im Durchschnitt 18% der absorbierten Protein-Menge eluiert werden. For desorption of the proteins absorbed in the separating material, the substrate kept in the column was incubated with 10 ml of the desorption buffer a) water, b) MES buffer (20 mM MES, 10 mM NaH 2 PO 4 , pH 5.5) or c) phosphate buffer ( 10 mM NaH 2 PO 4 , pH 7.0) with 0.1% Triton X-100 or Tween 20 or CHAPS. The contacting time was 30 minutes, 60 minutes and 90 minutes at room temperature. After incubation, the desorption buffer was separated from the separation material by centrifugation within 30 min at 16,000 × g, and the concentration of protein in the supernatant was determined by microvolume spectrophotometer or fluorescence measurement. It was found that by contacting with a surfactant-containing buffer after 90 minutes on average 91% of the amount of protein absorbed could be eluted. After 30 minutes, only less than 38% of the amount of protein absorbed could be recovered. With water, an average of 18% of the amount of protein absorbed was eluted after 90 minutes of incubation.

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Claims (12)

Verfahren zur selektiven Abtrennung zumindest eines Analyten aus einer Flüssigkeit umfassend die Schritte: a) Kontaktieren einer Filtervorrichtung umfassend ein Trennmaterial, welches als Nanokompositpolymernetzwerk für den Ionenaustausch ausgebildet ist, mit einer Flüssigkeit enthaltend einen Analyten und zumindest eine weitere Komponente, wobei der Analyt an das Nanokompositpolymernetzwerk absorbiert, b) Abtrennung der analytfreien Flüssigkeit, enthaltend zumindest die eine weitere Komponente von dem Trennmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass der Benetzungsfaktor des Trennmaterials unter Standardbedingungen φ größer 0,95 ist.A method of selectively separating at least one analyte from a liquid comprising the steps of: a) contacting a filter device comprising a release material formed as a nanocomposite polymer network for ion exchange with a fluid containing an analyte and at least one further component, wherein the analyte is attached to the nanocomposite polymer network b) separation of the analyte-free liquid containing at least the one further component from the separating material, characterized in that the wetting factor of the separating material under standard conditions φ is greater than 0.95. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Analyt nach der Absorption an das Trennmaterial durch das Kontaktieren mit einem Lösungsmittel ausgewählt aus der Stoffgruppe der Tenside, der starken Mineralsäuren und/oder der starken Basen eluiert wird.A method according to claim 1, characterized in that the analyte after absorption to the release material by contacting with a solvent selected from the group of surfactants, the strong mineral acids and / or the strong bases is eluted. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die analytenthaltene Flüssigkeit durch das Trennmaterial geleitet wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the analyte-containing liquid is passed through the separating material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Analyt monomolekular gelöst vorliegt.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the analyte is monomolecular dissolved. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit Wasser oder eine hydrophile organische Flüssigkeit ausgewählt aus der Gruppe Ethanol, Methanol, iso-Propanol, n-Propanol, Amoniak oder Aceton oder Mischungen daraus ist.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the liquid is water or a hydrophilic organic liquid selected from the group of ethanol, methanol, isopropanol, n-propanol, ammonia or acetone or mixtures thereof. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Nanokompositpolymernetzwerk Schichtsilikate ausgewählt aus der Stoffgruppe der Zweischicht-Tonmineralien und Dreischicht-Tonmineralien enthält. Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the nanocomposite polymer network contains phyllosilicates selected from the group of substances of the two-layer clay minerals and three-layer clay minerals. Filtervorrichtung zur selektiven Abtrennung eines Analyten aus einer Flüssigkeit umfassend: a) ein Behältnis mit einem Einlauf und einem Auslauf, b) ein, dem Einlass und dem Auslass zwischengeordnetes, Trennmaterial, welches als vernetztes Nanokompositpolymernetzwerk zum Ionenaustausch ausgebildet ist, c) eine Arretierung, wobei das Trennmaterial unter Standardbedingungen einen Benetzungsfaktor φ größer 0,95 aufweist.Filter device for the selective separation of an analyte from a liquid, comprising: a) a container with an inlet and an outlet, b) a separating material interposed between the inlet and the outlet, which is formed as a crosslinked nanocomposite polymer network for ion exchange, c) a lock, wherein the release material under standard conditions has a wetting factor φ greater than 0.95. Filtervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Trennmaterial in Flussrichtung eine poröse oder zumindest semipermeable Membran vorgelagert ist.Filter device according to claim 7, characterized in that the separating material in the flow direction is preceded by a porous or at least semipermeable membrane. Filtervorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierung ein Haftvermittler oder ein Haftelement ist.Filter device according to claim 7 or 8, characterized in that the lock is a bonding agent or an adhesive element. Kit umfassend zumindest: a) eine Filtervorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, b) einen Auffangbehälter.Kit comprising at least: a) a filter device according to one of the preceding claims, b) a collecting container. Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorgenannten Ansprüche, einer Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9 und/oder eines Kits nach Anspruch 10 zur selektiven Absorption eines Analyten in der Mikrosystemtechnik oder Molekularbiologie.Use of a method according to one of the preceding claims, a filter device according to one of claims 7 to 9 and / or a kit according to claim 10 for the selective absorption of an analyte in microsystem technology or molecular biology. Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorgenannten Ansprüche, einer Filtervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9 und/oder eines Kits nach Anspruch 10 in der Wasseraufbereitung.Use of a method according to one of the preceding claims, a filter device according to one of claims 7 to 9 and / or a kit according to claim 10 in the water treatment.
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