CN1010131B - 标定和表征亚微孔的致密星状聚合物 - Google Patents

Abstract

本文涉及一种标定和表征有孔径为0.0008到1μm的孔的物质的方法。这些物质包括离散的生物颗粒，如病毒、酶和蛋白质，和其它亚细胞组份，如膜蛋白构成的生物通路(它允许养分、离子及其它必需物料进入动植物细胞)。本文还涉及用于此法的新的共价桥连致密星状聚合物或树枝状聚合物。该法包括使至少一个其分子直径小于或等于该孔径的致密星状聚合物穿过该物质的孔，检测穿过或未穿过的聚合物(或二者)，以计算孔的直径。

Description

本发明涉及一种标定和表征具有微孔的物质的方法，所述孔的孔径为8至10，000 （0.0008至1μm）之间，所述的物质包括天然的或人工合成的膜，或是离散的生物粒子，例如病毒、酶或蛋白质。

在过去二十年间，在医学和生物学领域中的许多技术成就促进了对微观世界或用肉眼看不见的物质的认识。标定和表征孔径分布在0.1微米（μm）到10μm（1000 至100，000 ，1μm＝10，000 ）之间的微孔的方法已为人们所了解。

这一孔径范围覆盖了大多数细菌的大小和形状，例如立克次氏体Rickettside和枝原体（0.1至3μm），流感嗜血杆菌（0.2至0.3μm×0.5至2μm），大肠杆菌（0.5×10至30μm），炭疽杆菌（1至1.3×3至10μm）以及血细胞（70μm）。与此相比，人类视觉的极限是40μm。

但是，这些已知的方法对于标定和表征直径更小的微孔，例如直径为0.1μm（1000

）到0.001μm（10

）之间的微孔还不能令人满意。可以在这一直径范围内测量的离散的生物粒子，包括病毒，例如呼肠孤（Reo）病毒和能引起灰质炎的病原脊髓灰质炎病毒（0.031μm）;发育障碍豆形病毒（0.02μm）;流感病毒（0.1μm）;重要的蛋白质，例如胰岛素（直径0.005至0.006μm）;血细胞中的载氧血红蛋白分子（直径0.008-0.01μm）;β-脂蛋白（直径0.02μm）和其他各种亚细胞成份，例如由膜蛋白形成的生物通路，这种通路可使养分、离子和其他必需的物质进入动植物细胞。关于膜蛋白，在N.Urwin和Hendersor所著《在生物膜中的蛋白质的结构》（“科学的美国”。1984年2月，第78至94页）一文中已有论述。

标定和测量这种通路的微孔和现有技术目前所获得的成就是有限的，这是因为设计一种象细胞通路（0.0015至0.002μm）这样小的圆形结构是非常困难的。例如，这些已知工艺技术应用了这样一种结构，这种结构是随意盘成螺旋形的，当与一个孔径小于测量结构的微孔相接触时，就会发生蠕动， 或散开。测量结构的这种蠕动或散开又引起了很大的测量误差，测量需要数周甚至数月才能完成。这种测量结构包括非球形的低分子量的化合物和蛋白质。例如一种低分子量类型的糖类-葡聚糖，当通过尺寸比葡聚糖分子小的孔时会发生蠕动。葡聚糖分子能够伸展开来并象蛇一样通过微孔。使用这种可变形的分子作为探测物，引起了对被测分子直径大小的准确性的严重怀疑。

因此，人们非常强烈地要求提供一种精密的、准确的、可靠的标定和表征具有亚微孔的物质的方法。

广义地讲，本发明是一种测量和表征物质的孔径的方法，这种物质具有至少一个直径为10，000

（1μm）或更小的孔。此方法包括以下步骤：

（a）令所述物质同大量具有至少一个从核心发散出去的核心分枝的致密星状聚合物相接触，每一核心分枝至少具有一个末端基团，且（1）.末端基团与核心发散出去的核心分枝之比为2∶1或更大些;（2）.在致密星状聚合物中的末端基的密度至少是伸展的普通星状聚合物的1.5倍，这种普通星状聚合物具有类似的核心和单体残基，以及相似的分子量和核心分枝数目，在伸展的普通星状聚合物中每一分枝只带有一个末端基团;（3）.致密星状聚合物的分子体积等于或小于所述伸展的普通星状聚合物的分子体积的80%;（4）.致密星状聚合物的二维分子直径分布在8至10，000

（0.0008至1μm）的范围内;

（b）使至少一个分子直径等于或小于所述孔的致密星状聚合物穿过或进入所述孔;

（c）测量那些穿过或进入所述孔的致密星状聚合物或者测量那些没有穿过或进入所述孔的致密星状聚合物，或者是联合测量那些穿过或进入所述孔的致密星状聚合物以及那些没有穿过或进入所述孔的致密星状聚合物，从这些测量结果计算所述孔的直径。

在本发明的某种较为局限的和优选的实施例中，有一种用致密星状聚合物测量两维分子直径为8至500 （0.0008至0.05μm），特别是8至100

（0.0008至0.01μm）的微孔的方法。在具有分子直径为40-500至10，000 （0.004-0.05至1μm）的孔的物质中，本发明的方法可以利用桥连共价致密星状聚合物和树枝状聚合物。在40-500A（0.004-0.05μm）范围之间不论使用树枝状聚合物还是桥连共价树枝状聚合物，都很好。实际上可以用本发明测量或表征其孔的那些物质的类型或数目是没有限制的，所要求保护的方法尤其适用于测量和表征人工合成或天然的膜的孔。本发明的方法特别适用于和反渗透与超过滤过程结合在一起进行。

本发明的方法还可以用于表征离散的生物粒子，例如病毒、细菌和蛋白质（包括酶）的表面。

例如，本发明的方法还可以用于测绘离散的生物粒子的表面孔（例如抗原位点），这些生物粒子例如用于匹配或平衡共轭抗体表面的细胞、病毒、酶、蛋白质或细菌。从其中获得的这些信息可以用于设计和制造抗病毒试剂。这种局部的表面在M.Lewis和D.C.Rees所著《蛋白质的局部表面》（《科学》，1985年12月6日，230卷，第1163-1165页）一文中有过描述。

如前所述，对于具有分子直径为40至10，000A（0.004至1μm）的孔的物质，某些新颖的桥连共价致密星状聚合物或树枝状聚合物可以用于标定。因此，本发明还提供了一种致密星状聚合物，它通过每个致密星状聚合物的至少一个末端基团与至少一种其他的致密星状聚合物共价桥连，其中每一致密星状聚合物至少具有一个从核心发散出的核心分枝，每一个核心分枝至少具有一个末端基团，且（1）末端基团与从这个核心发散出的分枝之比为2∶1或更大;（2）在致密星状聚合物中，末端基团的密度至少为具有类似的核心和单体残基、相似的分子量和核心分枝数目的普通星状聚合物的1.5倍，其中普通星状聚合物的每一个这样的分枝只具有一个末端基团;（3）这种致密星状聚合物的分子的体积等于或者小于所述普通星状聚合物分子体积的80%。

这种桥连共价致密星状聚合物还可用作抗油水乳化的抗乳化剂、造纸的湿强度剂和改善水制剂（如涂料）粘度的试剂。

在某些优选的实施例中，本发明的桥连共价聚合物具有（1）.每个核心至少有两个核心分枝;（2）.末端基团的密度至少是相应的普通星状聚合物中末端基团密度的5倍，（3）.分子体积等于或小于普通星状聚合物分子体积的50%。

在另一个优选的实施例中，桥连共价致密星状聚合物的核心是由具有多个活泼氢的核心化合物衍生出来的，这些活泼氢能够同烯烃系列不饱和基发 生米氏（Michael）加成反应。

在本发明的又一个优选实施例中，桥连共价致密星状聚合物是树枝状聚合物，至少与另一个树枝状聚合物通过各聚合物的至少一个末端基团共价桥连而成，其中每个树枝状聚合物具有一个多价核，这个核至少与一个有序树枝状分枝共价键接，这一分枝扩展到两代，于是每一树枝状分枝至少具有4个末端基团并形成对称结构。

另一方面本发明又提供了制备共价桥连致密星状聚合物的方法。在一个实施例中，通过使至少具有一个亲核末端基的致密星状聚合物或树枝状聚合物与至少一个具有至少一个亲电末端基的致密星状聚合物或树枝状聚合物相接触，在所述末端基团之间形成共价桥。

在本发明另一个实施例中提供了一个制备共价桥连致密星状聚合物或树枝状聚合物的方法，该方法是通过使至少具有一个烯类末端基团的致密星状聚合物或树枝状聚合物与至少一个具有相应的引发剂末端基团的致密星状聚合物或树枝状聚合物相接触，以使在所述末端基团之间形成所述的共价桥。

在本发明的又一个实施例中提供了一个制备共价桥连致密星状聚合物或树枝状聚合物的方法。在这个方法中，通过使至少具有一个亲核的或烯类的末端基的致密星状聚合物或树枝状聚合物与至少一个具有至少一个亲电的或引发剂的末端基的树枝状聚合物相接触而形成共价桥，在此过程中，接触是在有可共聚的单体存在下进行的，以使在所述的每一致密星状聚合物或树枝状聚合物的末端基之间通过可共聚的单体形成一个共价桥。

在又一个实施例中提供了一个制备本发明的共价桥连致密星状聚合物的方法，此方法是在足以引起致密星状聚合物或树枝状聚合物之间形成共价桥连的温度下，加热具有亲核、亲电、烯类或引发剂末端基的致密星状聚合物或树枝状聚合物。致密星状聚合物或树枝状聚合物具有亲核末端基比较好，最好是具有从乙二胺或氮丙啶衍生出的亚烷胺基。

在本发明的又一个实施例中，所用的共反应物，其用量少于制备单分散（非桥连）致密星状聚合物或树枝状聚合物所必需的统计过量（如美国专利4507466、4558120和4568737中所述）。就可以制备共价桥连致密星状聚合物或树枝状聚合物。

“物质”可广义地指为包括任何物质成分。

“孔”这个词指一个物质内部或上面的一个开口，一个洞，一个弧坑或任何一个小区域表面。

“亚微”这个词指在任何物质中的直径为10，000 （1μm或更小的孔。具有可用本发明的方法测量和/或表征的亚微孔的物质包括人工合成膜，例如纤维素酯，聚砜，和聚丙烯;天然膜，例如在动物细胞，植物细胞，真菌细胞，细菌细胞，原生动物细胞，病毒粒子和其他有生命的有机体中发现的，或从有机来源派生出的物质中发现的那些物质。其他可以测量其多微孔表面的孔径的物质包括催化剂，例如沸石、硅藻土和多微孔硅石。

“膜”这个词指的是多微孔结构（天然的或人工合成的），对于分子尺寸在一定范围内的物质来说，其作用象一个过滤器。膜通常允许某些离子、水、其他溶剂和非常小的分子通过，但实质上不允许较大分子例如大分子（蛋白质）和胶体粒子通过。

最重要的人工膜是用有机聚合物制作的。它们具有金属、碳、无机玻璃和其他物质也具有的功能，但是它们在现代制膜技术中有着特殊重要的作用，大多数人工合成膜是用有机聚合物制造出来的。早期的人工膜是以天然聚合物为基础，例如纤维素，并且到目前为止还在使用。由于对用途更广和适用性更高的膜的要求，现在的制膜技术使用着更广泛的其他聚合物，以及专用于此目的合成的物质。这些聚合物的化学结构从最简单的碳氢化合物（例如聚乙烯或聚丙烷）到极性结构（例如聚酰胺）或离子结构，在这种离子结构中阳离子或阴离子与主链相连。

多微孔膜通常用作过滤器。具有相当大的孔隙的膜可用于分离粗的，离散的，悬浮的物质，例如用于除去在精制蔗糖、油泵和液压油中的粒子污染。具有较小孔隙的膜用于气体的无菌过滤，气溶胶的分离和药物的、生物的和热敏溶液的无菌过滤。具有非常小的孔隙的膜用于分离和提纯可溶性大分子样品。

膜还用于渗析过滤，例如从人血液中除去废物（血液渗析），用于分离分子量在10，000至100，000范围内的生物聚合物并且还用于聚合物分子量的分析测试。多微孔膜还可用作非常薄的致密的皮肤的支承物，或用作液膜的容器。

“致密星状聚合物”这一词是指一种聚合物，它至少具有一个从核心发散出去的分枝（以下称为 核心分枝），所述分枝具有至少一个末端基，而且（1）.末端基与核心分枝之比大于1，最好是2或更大些;（2）.在聚合物中，每单位体积末端基的密度至少是具有类似的核心、单体残基，相似的分子量和核心分枝数的普通星状聚合物的1.5倍，而普通的星状聚合物的每一这样的分枝只带有一个末端基;（3）.致密星状聚合物的分子体积不大于所述普通星状聚合物分子体积的80%，如同用分级标度的Corey-Pauling分子模型进行尺寸研究所测定的那样。

“致密的”这个词在修饰“星状聚合物”时，指的是所述聚合物的分子体积比相同分子量的普通星状聚合物的分子体积要小。用来与致密星状聚合物相比较的基准的普通星状聚合物是一种具有与致密星状聚合物相同的分子量、相同的核心和单体成分以及相同的核心分枝数的聚合物。此外，对于致密星状聚合物的分子来说，虽然末端基数大于常规星状聚合物的分子，其末端基的化学结构是相同的。

在致密星状聚合物中，其核心至少与一个核心分枝共价键接，以至少为2个较好，至少为3个最好;这些核心分枝中每一个核心分枝具有计算出的长度，至少3 （0.0003μm），4

（0.0004μm）更好，6 （0.0006μm）为最好。这些聚合物的每个分子所具有的末端基个数的平均值至少为2个，至少为3个更好，以至少为4个最好。核心分枝宜具有树枝状特征，最好具有后面所述的有序树枝状特征。

“桥连致密星状聚合物”这一词指的是致密星状聚合物与至少一个另外的致密星状聚合物通过各聚合物的至少一个端基共价桥连而形成的聚合体。因此，就这种意义而言，“桥连”和“共价桥连”是可以通用的。

“树枝状聚合物”是一种致密星状聚合物的特殊的和专门的优选实施例，它具有一个多价的核心，这个核心至少与2个有序树枝状（象树一样）分枝互相共价键接，所述分枝至少扩展为两代（下文举例称为D¹、D²、D³等）。

树枝状聚合物的特征为具有一新颖的有序的星状分枝结构（这里称为星突结构）。

作为一种说明，以下图来描述一个有序的第二代树枝状分枝结构：

这里“a”表示第一代，“b”表示第二代。一个有序的第三代树枝状分枝用下图描述：

这里“a”和“b”分别表示第一代和第二代，“c”表示第三代。有序树枝状分枝的主要特征是分枝的均匀性和基本上的对称性，如上面的说明所示，这种特征使其与普通聚合物的普通分枝有所区别。此外，就每一新的一代而言，在树枝状分枝上的末端基的数目是前一代末端基数目的整数倍。

“桥连树枝状聚合物”这个词指的是一个树枝状聚合物与至少一个另外的树枝状聚合物通过前面所述的每一聚合物的至少一个末端基共价桥连的树枝状聚合体。

“亲核末端基”（下面举例称为NT）这一词指的是活泼的亲核残基，它可作为一个致密星状聚合物或树枝状聚合物上的末端基。这种亲核基与可相容的亲电末端基相接触，结果在末端基之间形成了共价桥连。

适用于与亲电基相反应的有代表性的亲核基包括（但不限于）氨基、巯基、羧基、羟基或丙二酰基、乙炔基和乙酰乙酸酯。以氨基、羟基和巯基为好，其中氨基为最好。

“亲电末端基”这一词（后面的例子中称为ET）指的是作为致密星状聚合物或树枝状聚合物的末端基的活泼亲电残基。这种亲电基通常用与之相容的亲核的末端基相连。

适于与亲核基反应的有代表性的亲电基包括（但不限于）酯、米氏（Michael）受体活化烯、环氧乙烷、氮丙啶基、酸酐、烯丙基、苄基卤化物、酰基卤、铵盐或硫盐，最好是活化卤化物和酯。

当亲电基是羧酸酯时，有代表性的酯包括（但 不限于）甲苯磺酸酯、甲磺酸酯或triflate。（三氟甲磺酸酯）。

“链烯末端基”（下面举例称为OT）这个词是指在致密星状聚合物或树枝状聚合物上作为末端基的活性链烯残基。链烯末端基通过链烯活化基与树枝状聚合物相连，这种链烯活化基能使链烯成为可聚合残基。这类活化基包括苯甲基，亚芳基，酯，亚烷基，酰氨基和醚残基。这种链烯末端基具有如下分子式：

其中R₁是链烯活化基，如前所述，它与树枝状聚合物或致密星状聚合物相连，其余的R₂、R₃和R₄分别表示氢、烷基或芳基。

适于与其他引发剂或可共聚单体反应的有代表性的链烯端基包括（但不限于）丙烯酸酯、丙烯酰氨基、苯乙烯基、甲基丙烯酰氨基、甲基丙烯酸酯、烯丙基、肉桂酸酯（Cinammate）或亚甲基丁二酸酯。

“引发剂末端基”（后面举例称为IT）这一词是指作为致密星状聚合物或树枝状聚合物的末端基的活性引发剂残基。引发剂可以是游离基、阳离子、阴离子或可以称为齐格勒-纳塔的特殊的离子核心，或者更广义地讲，可以是配位催化剂。

有代表性的引发剂端基包括（但不限于）丙烯酸酯、丙烯酰氨基、苯乙烯基、甲基丙烯酰氨基、甲基丙烯酸酯、烯丙基、肉桂酸酯（Cinammate）或亚甲基丁二酸酯。

“可共聚单体”（后面举例称为CM）这个词是指任意的活性单体，它将与具有至少一个亲核的或者是链烯末端基的树枝状聚合物，和与一个具有至少一个亲电的或者引发剂末端基的树枝状聚合物反应，所述的接触过程是在有可共聚的单体存在的情况下进行的，目的是各树枝状聚合物的末端基间借助所述共聚单体形成共价桥。在这一实施例中可共聚单体所起的作用如同是每一个树枝状聚合物的末端基之间的“隔离物”。

有代表性的可共聚单体包括（但不限于）苯乙基、烷基丙烯酸酯、烷基异丁烯酸酯、丙烯酰胺、n-烷基酰胺基酰胺、链烯基恶唑啉、乙烯基卤化物、亚乙烯基卤化物、亚甲基丁二酸酯、烯丙胺和烯丙基卤。

共聚单体的活性可由共聚反应参数来确定，这些参数可查《共聚手册》（Brandrup与Immergut编，Wiley    Interscience，纽约，1975）。

关于分离工艺的方法和材料，对于本领域的熟练技术人员来说是公知的。这种工艺在H.F.Lonsdale所著《膜技术的发展》（1982）（刊于荷兰阿姆斯特丹，E.S.出版公司出版的《膜科学》合订本，第10卷，第81-181页）一文中有过论述。这种公知的方法还在D.Paul和G.Morel所著《膜技术》（1981）（刊于《化学技术百科全书》John    Wiley    &    Sons出版，第15卷，第92-131页）一文中也描述过。

有三类分离方法，所使用的膜是一种用于分离直径为10 （0.001μm）至10，000

（1.0μm）的粒子或离子的膜。这三种分离方法叫作反渗透、超过滤和微过滤。以下将给出关于其过程原理的概述、膜的孔的大小，被膜所截留的物质、通过膜的物质以及在这种分离工艺中用作驱动力的压力。

反渗透是一种将溶解的盐类和悬浮物从含盐溶液中分离出来的过程。一般来说，反渗透所使用的膜的孔径的范围为10-100

（0.001-0.01μm）。实际上，输入的原液（即含盐水）与半透膜相接触，渗透膜（即纯水）通过半透膜，同时被抑止的流体（即浓缩盐溶液）留在膜的另一侧。在这三个过程中，用反渗透法进行分离所需要的压力最大，大约需要100-800磅每平方英寸（psi）（690-5520Kpa）。

超过滤是一种将生物物质、胶体和大分子从水溶液中分离出来的过程。一般说来，超过滤所使用的膜的孔径的范围为20-1000

（0.002-0.1μm）（相应于分子量截留限为1000-1，000，000道尔顿dalton）。超过滤所使用的膜的孔径用分子量截留限（MWCO）来分级。由于在超过滤膜中存在有一个孔径分布范围，所以分子量截留限是不明显的。实际上，输入的原液（即胶体或大分子水溶液）与超过滤膜相接触，渗透液（即水和盐）通过超过滤膜，同时，被抑止的流体（即浓缩的胶体和大分子）留在膜的另一侧。超过滤所需驱动分离的压力介于反渗透与微过滤之间。在超过滤中所使用的驱动分离的压力，典型压力范围为10-100psi（69-690Kpa）。

用于制造超过滤膜的典型材料包括（但不限于）聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚砜、聚偏氟乙烯、丙烯腈与氯乙烯的共聚物，聚缩醛、聚丙烯酸酯、聚电解质络合物和交连的聚乙烯醇。

微过滤是一种将悬浮物（即硅胶、细菌）从溶 液中分离出来的过程。微过滤所使用的膜的典型孔径范围为1000-10，000 （0.1-1μm）或更大些。输入的原液（即悬浮硅、细菌、乳状液）与多微孔膜接触。渗透液（即水和被溶解的物质）通过多微孔膜，同时，悬浮物质（硅、细菌、乳状液）被截留在膜的另一侧。这三种过程中，微过滤所需的驱动分离的压力为最低。在微过滤过程中所使用的典型的压力为10psi（69Kpa）或者更小一些。

制造微过滤膜所使用的材料包括（但不限于）硝酸纤维素、醋酸纤维素、丙烯酸共聚物、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚酰胺和聚四氟乙烯。

不久前，在美国专利4507466、4558120和4568737中叙述了致密星状和树枝状聚合物，其中每单位体积的聚合物大分子具有的官能团密度很大，这些官能团在这些大分子表面的分布也很均匀。粗略地讲，星突式树枝状聚合物具有一个核，发散出的树枝状分枝的数目呈指数形式增加。这种分枝发散效应使所生成的树枝状聚合物的分子在空间密集堆积，呈球形而不蠕动。采取各种措施，可通过连续的反应实现支化，以保证星突式聚合物的单分散性。这种致密的星状和树枝状聚合物具有如下优点，即他们可以分散开来溶于水或有机溶剂。这些聚合物设计成为球形和不蠕动的很有优越性。这种致密星状和树枝状聚合物的外面或外表可以按常规设计为具有阳离子（正电荷）、阴离子（负电荷）或中性电荷。通过控制形状和表面电荷可以使致密星状聚合物和树枝状聚合物充分地单分散在给定的溶剂介质中，然后再分散到前边指出的其他结构中。

可将这种聚合物制成具有确定的处于8-10，000

（0.0008-1.0μm）之间的直径，这一点也很重要。致密星状聚合物和树枝状聚合物的所有这些特性：溶剂溶解的能力、球形形状、表面的多样性、单分散性和确定的尺寸，使它们成为一种可以有规律地改变参比尺寸的模型，以便准确地精密地标定和表征亚微孔。

各种物质所固有的亚微孔可以便利地通过使被测物质与具有已知直径的星突状聚合物相接触来加以测量。孔的尺寸可以根据对那些通过或进入所述孔的致密星状聚合物，或没有通过或进入所述孔的星突状聚合物或树枝状聚合物，或者是通过联合测量通过或进入所述孔的和没有通过所述孔的两部分星突聚合物的测量结果，计算出来。例如，测量那些穿过或进入膜的星突状聚合物或树枝状聚合物可以采取下述方式，即将致密星状聚合物与一个标志物相连接，以跟踪这一聚合物的活动。这种标志物包括放射性示踪标记物，例如碳-14、磷-32、硫或碘以及非放射性同位素例如氮-15。其他鉴定致密星状聚合物的示踪物还包括荧光物质。其他测定通过或进入所述孔的星突状聚合物大小的方法还包括用紫外光、可见光或荧光来测定。

当被检验的膜是天然膜（例如细胞膜）时，可以采用与上述方法相类似的方法。简要地讲，将被标定的细胞表面与前面所述致密星状聚合物相接触，那些通过细胞膜的聚合物包含在细胞之内，或被细胞所包容。将细胞与致密星状聚合物/树枝状聚合物分离之后，对细胞里面（内部）的或外面（外部）的致密星状聚合物或树枝状聚合物进行测量，以确定通过或进入了膜的不同大小的聚合物的比例。

本发明的方法可按以下方式对特超过滤（反渗透）、超过滤或微过滤所用膜的孔径范围进行标定。令所选膜与大量致密星状聚合物相接触〔其二维分子直径是已知的，且在8至10000

（0.0008至1.0μm）之间〕。这种聚合物的二维分子直径分布范围最好是很窄的，其直径变化范围以±5-10%比较好，±2-5%更好，最好是小于±2%。较小的变化范围能使本领域的熟练技术人员更精确地标定膜的孔径。

在膜与致密星状聚合物接触之后，那些二维直径等于或小于膜的孔径的致密星状聚合物就穿过或进入膜。这里作一个比喻，可以把致密星状聚合物看作是一种类似于乒乓球或兰球的“球”，可以把物质或膜看成一种“网”。较小的“球”（致密星状聚合物）将通过或进入“网”（膜）上较大的洞（孔或孔洞）。另一方面，那些二维分子直径大于膜网络的孔径的致密星状聚合物将被膜挡住，不能通过膜的微孔。同样，较大的“球”（致密星状聚合物）将被“网”（膜）上较小的洞（孔或孔洞）所阻挡。

膜的孔或洞的直径可以利用以下致密星状聚合物的尺寸数据来进行计算，这些聚合物是通过膜的;没有通过或进入膜并被膜挡住的;或者是上述两种情况联合考虑。例如，假设一个膜与具有二维分子直径分布范围为10-100

（0.001-0.01μm）的致密星状聚合物相接触，只有直径为20 （0.002μm）或更小的致密星状聚合物才能在溶液中找得到，或者通过 膜渗透过去。根据这一数据，可以说这种膜的孔的最大直径为20

（0.002μm）。反之，根据同一例，没有通过膜的被膜挡住的致密星状聚合物的直径分布在20-100

（0.002-0.01μm）之间。假设其中没有10-20 （0.001-0.002μm）这一部分。这样的数据也能指示出膜的孔径的上限是20 （0.002μm）。人们会懂得，两种测量数据，（a）.通过膜的那些聚合物，或（b）.没有通过膜的那些聚合物，将会提供关于膜中的孔或洞的尺寸的数据。一个本技术领域熟练的技术人员也会懂得，将（a）与（b）结合起来，会加强对于那些通过孔隙的致密星状聚合物或没有通过及进入孔隙的聚合物的测量结果的可靠性。

人们都知道，许多物质，包括膜，不具有均匀或单一的孔径尺寸，相反，许多物质都有一个孔径范围。本发明的方法可以方便地用于测量和表征这些物质的孔径分布。制备各种含有均一分子尺寸的致密星状聚合物的单独溶液，其中各单独溶液是由尺寸依次减小，或依次增大的各种聚合物构成的。例如，各溶液分别含有直径为10、20、30、40……、100A（0.001、0.002、0.003、0.004、……、0.01μm）的致密星状聚合物。令含有10 （0.001μm）的聚合物（最小尺寸）与待标定的膜相接触。如前所述，测量通过膜的或者被膜挡住的10

（0.001μm）聚合物，或者两者都测定。然后使膜与含有下一个最大的聚合物（或用下一个最小的聚合物，这取决于第一次用的是否是100

-0.01μm聚合物）相接触。接触和测量持续进行，直到几乎所有的聚合物都被膜所截留，或者达到某种可接受的抑止，或达到一定的截留百分比。例如，在超过滤过程中，抑止（相当于阻留）为90-100%，这对于确定一种被测膜的分子量截留限来说，可认为是一种可接受的值。将这些测量数据综合起来，可以表示出这个膜的孔隙的尺寸分布。

以下的例子说明了本发明的内容，以及实施本发明的方法。但是，不应认为这些例子是对本发明及其实施方法的限制。

例1

利用星突状树枝状聚合物对几种市售商品多孔膜的相对孔径分布已作了定量比较，本例的测试物是用美国专利4507466的例1所述方法制备和检验的高纯系列多代星突树枝状聚合物。采用一个氨核（Ⅰ）合成酰氨基胺。反应顺序是经丙烯酸甲酯的米氏（Michael）加成反应的完全烷基化，接下来是用乙二胺酰胺化。每一序列这些反应都可生成下一“代”。这些系列的流体动力学范围是通过测量特性粘数来确定的。

用致密星状聚合物标定了下列各种膜：Amicon YCO5-500 MWCO，由Amicon公司出品（Lexington，Massachusetts）;PSA-1000MWCO和PTGC-10，000MWCO，由Millipore公司出品（Bedford，Massachusetts）。这些膜被切成一定尺寸并放入一个Amicon Model 12UF型组件中。这个组件使膜面积4cm²暴露在静压头最高为75psi（520Kpa）的最多10ml的溶液中。一支磁力搅拌棒悬着并非常接近膜面，以减少胶体极化一即减少被截留样品在膜表面的堆积，以免导致流量的减少。

通过膜的去离子水的流速按照合适的压力来确定（取决于MWCO）。然后加入5%重量比的星突聚合物的去离子水溶液8ml，并且周期性测定流速和渗透水流中固体物质的百分数。渗透水流中的固体物质百分数通常在整个实验过程中是不变的。原液中以及渗透液中的固体物质用一种American    Optical    Model    10440型手持式折光仪（美国光学公司出品，Southbridge，Massachusetts）来测定。实验要进行很长时间，以便收集4-5ml渗透液。被膜所截留的树枝状聚合物的百分数按下式来确定

%R＝〔1- (C渗透液)/(C原液) 〕×100

这里

%R＝膜所截留的树枝状聚合物的百分数;

C渗透液＝通过膜的渗液中树枝状聚合物的浓度;

C原液＝加到膜表面的溶液中树枝状聚合物的浓度。

截留值百分数（%R）为100，意思是原液C中的树枝状聚合物没有通过膜。

截留值百分数为0，意思是原液C中的树枝状聚合物全部或100%地通过了膜。

截留值的百分数在二个极端情况（0或100%）下，精度最差，因为这时的折光仪的精密度低。

表1表示实验结果，包括所使用的压力、流速、截留值。表1还指出了胶体极化的情况。这是用溶液流量随时间减少量来表示的。由这种效应引起的流量减少的百分比是由初始状态与终了状态之间的 流速差而推算出的。在观察到胶体极化的这种情况下，使用总时间加权平均流量，以确定与去离子水相比流量减少的百分比。

桥连致密星状聚合物和树枝状聚合物的制备。

本发明的桥连共价致密星状聚合物可以用任何合适的方法制备。这些适用的方法包括缩合反应、利用游离基原理的加成反应和利用离子化原理的加成反应，如在W.R.Sorenson和T.W.Campbell合著的《聚合物化学的制备方法》一文中所论述的那样（美国全国科学出版社，（Interscience    Publishers）纽约，1968，第2版）

在表2中用图示法说明了制备本发明的桥连共价致密星状聚合物或树枝状聚合物的各种方法。

参考表（2），在（1）号制备方法中，是一种缩合反应，至少有一个亲核末端基团（NT）的树枝状聚合物（D¹）是与一个带有亲电基团（ET）的第二个树枝状聚合物（D²）接触，产生一个共价桥连的致密星状聚合物或树枝状聚合物产品，如式（Ⅰ）所示。例如，一个胺基一末端树枝状聚合物可与一个酯基一末端树枝状聚合物通过一个共价酰胺桥共价桥连。同样，连接树枝状聚合物（D¹）及（D²）的波状线（-）表示出式（Ⅰ）中已经桥连的树枝状聚合物还能与其它树枝状聚合物进一步聚合，形成更大的桥连致密星状聚合物或树枝状聚合物。

例2

树枝状聚合物A（代＝2.5，NH₃核心）与树枝状聚合物B（代＝3.0，NH₃核心）的反应

树枝状聚合物（A）树枝状聚合物（B）

（CO₂Me）₁₁（NH₂）₁₁

将树枝状聚合物（A），分子量（MW）2804（0.28g）和树枝状聚合物（B），分子量（MW）3252（0.32g）装到到一个管形瓶中，产生一个胶态的不透明物质。加2ml氘化的氯仿（CDCl₃），使树枝状聚合物混合物部分溶解。再加0.5ml MeOH，得到一个完全均匀的溶液。将这个反应混合物（1ml）的膜在红外辐射的盐板（infrared salt plate）（a）上和涂渍有聚四氟乙烯（Teflon

）的板（b）上浇注。Teflon

（聚四氟乙烯）是Du Pont de Nemours公司Wilmington，DE 19898的商标。这些样品放在100℃烘箱内，经65小时，用红外分析监测。测定了酯键（1730cm^-1）对酰胺键（1652cm^-1）谱带的比，并在表3中列出。

表3

经过的时间    酯的百分比    酰胺的百分比

（小时） （1730cm^-1） （1652cm^-1）

0.00    42%    57%

0.83    39%    61%

21.00    32%    68%

30.50    30%    70%

47.00    27%    73%

65.00    23%    77%

在第一个21小时（100℃），酯键（1730cm^-1）显著地减少（10%;0.5%/小时），并同时形成酰胺键（1652cm^-1）。此后，酯键以每小时0.2%水平减少，并在这个速率下继续减少到65小时（100℃）后。这个膜在30小时后，从TFE板上取下，在水中溶解/成烯浆，并用Amicon公司（Lexington，Massachusetts）制作的XM-300（200 （0.02μm），截留分子量30000）过滤。这个滤出液再通过XM-100（50 ）（0.005μm），（截留分子量100000）再次过滤，截留下的样品部分以水稀释，并用电子显微镜检验。用Richardson和Quayle方法将样品喷覆在涂碳（50 ）的铍栅网上，并用菲力浦（Philips）400型（TEM）显微镜检验。电子显微图表明，这个产物主要是断面为50-600

（0.005-0.06μm）的星突状聚合物的聚集体。

在第（2）号制备方法中，具有亲核末端基团的树枝状聚合物与亲电试剂（此后表示为E¹ _n1RE² _n2）相接触，产生如式（Ⅱ）所示的星状致密聚合物产物，或桥连的树枝状聚合物。

这里，E¹ _n1RE² _n2定义作亲电子试剂;其中

E¹和E²分别表示以前所定义的亲电子基团;

n₁和n₂分别表示1-10的整数;

R表示亚芳基和亚烷基残基。

式（Ⅱ）的桥连树枝状聚合物可以和其他树枝状聚合物聚合，以至形成更大桥连的致密星状聚合物或树枝状聚合物。

在（3）号制备方法中，具有末端亲核基团的树枝状聚合物D¹和D²可以与具有亲电子末端基团的第3个树枝状聚合物D³接触，形成式（Ⅲ）所示的桥连 致密星状聚合物或桥连的树枝状聚合物。式（Ⅲ）桥连的树枝状聚合物可以进一步聚合，产生更大的桥连的致密星状聚合物或树枝状聚合物。

在（4）号制备方法中，是一种缩合反应。具有亲电子末端基团的树枝状聚合物可以与一个亲核试剂N¹ _n1RN² _n2接触，产生式（Ⅳ）的致密星状聚合物或桥连树枝状聚合物。这个N¹ _n1RN² _n2定义为亲核试剂，这里，N¹和N²分别表示如前面所定义的亲核基团;

n₁和n₂分别表示1-10的整数;

R表示亚芳基和亚烷基残基。

例如，一个胺基-末端的树枝状聚合物可以与二个-或多个-取代苄基卤相接触，以使多个树枝状聚合物共价桥连。式（Ⅳ）的桥连树枝状聚合物可以进一步聚合，以至产生更大的共价桥连的致密星状聚合物或树枝状聚合物。

在（5）号制备方法中，具有亲电子末端基团的树枝状聚合物D¹和D²与具有亲核末端基团的第三个树枝状聚合物D³接触，产生式（Ⅴ）中的桥连的致密星状聚合物或树枝状聚合物。例如，具有酯-末端基团的树枝状聚合物可与二个-或多个-取代的聚胺或多元醇接触，以使多个树枝状聚合物共价桥连。式（Ⅴ）的桥连树枝状聚合物可进一步聚合，以产生更大的桥连致密星状聚合物，或树枝状聚合物。

在（6）号制备方法中，至少具有一个烯属末端基团（OT）的树枝状聚合物与至少具有一个引发剂（IT）（可共聚的）末端基团的第二个树枝状聚合物相接触，产生式（Ⅵ）的桥连的致密星状聚合物或树枝状聚合物。这个化学式（Ⅵ）中的桥连致密星状聚合物或树枝状聚合物可进一步聚合，以至产生更大的桥连致密星状聚合物或树枝状聚合物。

在（7）号制备方法中，具有一个烯属末端基团的树枝状聚合物和具有一个引发剂（IT）（可共聚的）末端基团的树枝状聚合物与一个能共聚的单体相接触，形成式（Ⅶ）的一个桥连致密星状聚合物或树枝状聚合物。这个式（Ⅶ）的桥连树枝状聚合物可进一步聚合，以至产生更大的桥连致密星状聚合物。

在（8）号制备方法中，具有亲核、亲电子、烯属或引发剂末端基团的致密星状聚合物可以加热到有效的温度，使得在这些致密星状聚合物或树枝状聚合物中实现有效的共价桥连。例如，在150°-200℃之间，在一个有效的时间内加热胺末端基的酰胺基胺（PAMAM）树枝状聚合物，将使氨基转移，于是在树枝状聚合物之间形成共价桥连。下面给出这个制备的典型例子：

在（9）号制备方法中，这些共价桥连的致密星状聚合物或树枝状聚合物可以通过少于统计过量的共反应物进行制备，例如乙撑二胺（EDA），用于制备这种单分散（桥连的）致密星状或树枝状聚合物。

例3

通过用丙烯酸甲酯使氨全部烷基化作用（米氏（Michael）加成）从一个氨（NH₃）核心制备0.5代单分散型树枝状聚合物。这个单分散树枝状聚合物在EDA比树枝状聚合物为10∶1到2∶1（克分子比）范围内与乙撑二胺（EDA）接触。

从每次接触得到的反应产物中真空脱除过量乙撑二胺以及这个反应付产物甲醇。然后这个产物用球状凝胶Spherogel TSK 2000和3000PW柱（由贝尔曼仪器公司，Berkeley，加里福尼亚出售）的筛析色谱法分析。这些柱是串联连接的，每个柱长30厘米。洗提液是0.05克分子浓度的磷酸氢二钾（K₂HPO₄），pH值用50%的氢氧化钠（重量百分比）调节到11。注射0.5%的溶液0.1毫升，流速是每分钟1毫升。用差示折光指数检测法来监控致密星状聚合物的洗出液。此色谱方法能够从较先流出的各种桥连的树枝状聚合物中分辨出第一代树枝状聚合物。表（4）表示出每次接触产物的纯度，以此产物中第一代树枝状聚合物的重要百分比来表示。

表4

EDA：0.5代树枝状聚合物    产物中第一代树枝状聚

（克分子比）    合物的重量百分比

10∶1    76

7∶1    62

5∶1    44

3∶1    19

2∶1    样品胶化

表4清楚地表明，这个过程中，随着EDA与原始 树枝状聚合物的比率的降低，所希望的产物越来越少。而且，色谱表明，随着这个比率减少，产物就包含有分子量越来越大的桥连树枝状聚合物，直到2∶1时，此产物胶化了。

本发明的这个共价桥连致密星状聚合物和桥连的树枝状聚合物是在类似于美国专利4558120，4568737和4507466所给出的致密星状聚合物制备条件下制备的。使那些具有所需活性亲核、亲电、烯属或引发剂末端基团的致密星状聚合物或树枝状聚合物相互接触，可以在-10℃到250℃的温度范围内进行，最好是从环境温度到150℃之间。这些致密星状聚合物或树枝状聚合物起始物料可在自生压力下接触，不过，压力小于或大于自生压力也可以。致密星状聚合物或树枝状聚合物起始物料在接触时，可以搅拌或不搅拌，但是搅拌更好些。此合成的共价桥连致密星状聚合物或树枝状聚合物在其起始物料共价桥连之后可用普通操作方法（例如溶剂萃取、结晶、沉淀、蒸发和过滤）回收。致密星状聚合物或树枝状聚合物起始物料的克分子比可在很大范围内变化，这取决于所需要的共价桥连的程度、所需要的桥连致密星状聚合物或树枝状聚合物的几何构型，以及所需要的桥连致密星状聚合物或树枝状聚合物的残留末端基的活性程度。反应物所需要的克分子比可以由一种普通技术人员确定。

除了在仅有两种致密星状聚合物或树枝状聚合物起始物料共价桥连的简单情况外，多个致密星状聚合物或树枝状聚合物起始物料也可以桥连，即一起聚合形成为大量的各种形状和大小的桥连致密星状聚合物或树枝状聚合物。

下图表示一种线性共价桥连的致密星状聚合物或树枝状聚合物。为了便于说明，每个圆圈表示一种树枝状聚合物，而连接这些圆圈的线表示树枝状聚合物之间的共价桥。

在下面图中的致密星状聚合物或树枝状聚合物是以星突状或辐射状扩展方式共价桥连的。

这种桥连致密星状聚合物和树枝状聚合物也可以由致密星状聚合物和树枝状聚合物共价桥连成环式或大环形式。

这种桥连致密星状聚合物和树枝状聚合物也可以由致密星状聚合物和树枝状聚合物共价桥连成棒形结构形式。

一个具有亲电子末端基团（如上述3号制备法中所述的酯）的致密星状聚合物或树枝状聚合物“种子”可与大量或过量有亲核末端基团（即氢基）的致密星状聚合物或树枝状聚合物接触。带有亲核末端基团的过量树枝状聚合物“包覆”了致密星状或树枝状聚合物的“种子”，类似于在面粉（共反应的包覆物）中滚动糖果或软点心（种子）。例如，若这个种子具有亲电子末端基团，这个包覆物将具有亲核末端基团。相反，若这个种子具有亲核末端基团，那些包覆物将具有亲电子末端基团。例如，见5号制备法。这样一个加强桥连的致密星状聚合物或树枝状聚合物，如下图所示：

由树枝状聚合物共价桥连而成的致密星状聚合物，有利于在高度桥连聚合体中形成具有穴或孔洞的结构。

由于在桥连聚合体中还存在未被利用的活性末端基团，这个桥连聚合体或结构网格仍然保留进一步反应活性。另外，这些树枝状聚合物的桥连反应可以进行到产生膜、凝胶、小球或其他结构。这些产物具有空穴或孔洞，这取决于共价桥连的致密星状聚合物和树枝状聚合物的“装填效率”。

下面的示意图，概略地表示了可以根据所选树枝状聚合物的共价桥连方式来设计空穴的大小和形状。

空穴的 50×50

50×60-90 50×100

大小    （0.005×    （0.005×0.006    （0.005×

0.005μm）    到0.009μm    0.01μm）

正规六角形    稍稍伸长的六    完全伸长的

角形    八角形

空穴的大小在很大的程度上可以通过选择所用树枝状聚合物的大小来进行控制。桥连具有大直径的致密星状聚合物和树枝状聚合物将产生具有相应大空穴的聚合体。反之，桥连具有小直径的致密星状聚合物和树枝状聚合物将产生具有小空穴的聚合体。例如，根据各种NH₃核衍生的树枝状聚合物的大小（CPK），并假定树枝状聚合物呈六角形堆积（见表Ⅰ），就可以制备空穴大小从代＝1.0〔22×22到44

（0.0022×0.0022到0.0044μm）〕到代＝7.0〔126×126到252

（0.0126×0.0126到0.0252μm）〕的桥连树枝状聚合物的聚合体。

各种尺寸的空穴与不同的有机残基相结合，可成为用来进行尺寸选择的构架/模型，它们广泛地用于各种重要生物颗粒的物理分离、修饰和催化反应，这些生物颗粒应具有与这种空穴相似的微小体积。

初始材料的制备

制备具有亲核、亲电子、烯属或引发剂末端基团的致密星状聚合物和树枝状聚合物的方法是众所周知的，如美国专利4507466，4558120和4568737中所述。

适用的亲核、亲电子、烯属或引发剂基团对熟练技术人员来讲是众所周知的，例如，见上述《聚合物化学的制备方法》。

为了本说明书的目的，两维分子直径是用电子显微镜法测定的，在美国专利4568737，4558120，和4507466中对此法已有所描述。

这些致密星状聚胺可有6-1000 （0.0006-0.1μm）的两维分子直径，其中以10-250 （0.001-0.025μm）较好，25-125

（0.0025-0.0125μm）为最好。为本说明书的目的，三维分子直径是用下述Hester-Mitchell关系，通过计算流体动力学直径来确定的。见R.D.Hester等的文章，J.Poly sci.，Vol.18，P.1727（1980）

这里的d是流体动力学直径

（

÷10，000＝μm）

N＝6.02×10²³

M-树枝状聚合物的平均分子量

π＝3.14

η-在25℃下的致密星状聚胺的特性粘数，分升/克

在致密星状聚胺中，末端基团是氨基，较合适的是伯胺基团。虽然对某些应用来讲不太适宜，氨端基团可以是仲胺基，例如甲胺基，乙胺基，羟基乙胺基，苯甲胺基或巯基乙胺基，或者叔胺基、例如二甲胺基、二乙胺基、双（羟乙基）胺基，或其他分别与各种烷基化试剂、芳基化试剂和酰化试剂反应得到的N-烷基化、N-芳基化或N-酰化衍生物。此外还应懂得致密星状聚胺的末端胺基团可以利用下面详细描述的传统工艺，将其用其他基团取代。这种致密星状聚胺不同于普通星状或星状分枝聚胺，因为致密星状聚胺在每单位分子体积中比伸展的普通星状聚胺有浓度更高的末端基团，虽然这个普通星状聚胺具有相等数目的核心分枝和相 等核心分枝量。这样，在致密星状聚胺中每个单位体积中末端氨基团的密度至少是伸展的普通星状聚胺中末端基团的1.5倍，较好的是至少5倍，而更好的是至少10倍，最好的是15-50倍。在致密星状聚胺中每个核心分枝的末端基团至少是2，较好的至少是3，而从4-1024更好。对一个给定的聚胺分子量，这个致密星状聚胺的分子体积最好是小于伸展的普通星状聚胺的分子体积的70%，从16到60%比较合适。从7-50%最合适。

在较好的致密星状聚胺中，末端伯胺基的密度用伯胺基对仲和叔胺基总和的克分子比来表示。在这种聚合物中，这个1°胺：（2°胺+3°胺）从0.37∶1到1.33∶1是较合适的，更合适的是从0.69∶1到1.2∶1，而最合适的是从1.0∶1到1.2∶1。

本发明的较好的树枝状聚合物具有一个多价核心，此核心至少与两个有序树枝状分枝以共价键相连，它伸展到至少2代。这种有序的分枝结构可以用下面顺序表示，图中的G表示代的数目：

数学上，在一个均聚的树枝状聚合物中一个树枝状分枝中的末端基团的数目和该分枝代的数目之间可以用下式表示：

※每个树枝状分枝的末端基团数= (N_rG)/2 这里G是代的数目;

Nr是重复单位的重复性，如在胺的情况下至少是2;树枝状聚合物末端基团的总数用下式确定：

※每个树枝状聚合物末端基团数= (NcNrG)/2 这里G和N如前面定义;

Nc表示核心化合物的价（通常叫核心官能度）。因此，本发明的均聚树枝状聚合物可以用它的组分表示如下：

（核心）〔（重复单元） (NrG-1)/(Nr-1) （末端基） (NrG)/2 〕Nc

这里的核心，末端基，G和Nc如前面定义，而重复单元有数目为Nr+1的价，或官能度，这里Nr如前面定义。

适合于本发明目的的共聚树枝状聚合物是由多官能单体构成的高度分支排列的独特的化合物。这个树枝状聚合物分子是由多官能引发剂单元（核心化合物），多官能重复单元和与重复单元相同或不同的末端基单元制备而成的。这个核心化合物可用式①（Z^c）Nc表示，这里①表示核心，Z表示键合到上的官能团，而Nc表示核心官能度，它大小等于2，最好大于等于3。这样，树枝状聚合物分子包括一个多官能的核心①，键合到Nc个官能团Z^c上，每一个官能团连接到第一代的重复单元X¹Y¹（Z¹）N₁的单官能末端，而一代重复单元的每一个Z基团是键合到下一代一个重复单元的单官能末端基上的，一直达到最末一代。在树枝状聚合物分子中，在各单一代中的重复单元是同样的，但从一代到另一代可能不同。在重复单元X¹Y¹（Z¹）N¹中，X¹表示第一代的重复单元的单官能末端，Y¹表示构成第一代的残基，Z¹表示第一代重复单元的多官能首部的官能团，并且可能与核心化合物①②Nc或其他某代的官能团相同或不同;而N¹的数目等于或大于2，最好是2，3或4，它表示第一代中重复单元的多官能首部的重复性。一般来说，重复单元用式XⁱYⁱ（Zⁱ）Nⁱ表示，i表示从第一到t-1代的各个代。较好的树枝状聚合物分子中，是第一代重复单元的每个Z¹连到第二代一个重复单元的X²上，这样依次连接于各个代，也即在第i代中重复单元XⁱYⁱ（Zⁱ）Nⁱ的每个Zⁱ基团连接到i+1代的重复单元的末端（Xⁱ⁺¹）上。较好的树枝状聚合物的最后一代或末代包含末端单元X^tY^t（Z^t）N^t，这里t表示最后一代并相应于总的代数， 而X^t、Y^t、Z^t和N^t可能与Xⁱ、Yⁱ、Zⁱ和Nⁱ相同或不同，当然Z^t基团上不接有接续代，N^t可能小于2，例如为0或1。因此，较好的树枝状聚合物有一个由下式表示的分子式：

i-1

（①（Z^c）Nc）〔（XⁱYⁱ（Zⁱ）Nⁱ）NcⅡNⁿ〕（X^tY^t（Z^t）N^t）Nc

n是1

t-1

Ⅱ Nⁿ这里i是1到t-1

n是1

这里，这些符号的定义与前面相同。Ⅱ函数是所有在其定义域内的值的积，于是

i-1

ⅡNⁿ＝（N¹）（N²）（N³）（N^i-2）（N^i-1）

n-1

它是构成一个树枝状分枝的第i代的重复单元XⁱYⁱ（Zⁱ）Nⁱ的数目。在共聚树枝聚合物中，一代的重复单元不同于至少一个其它代的重复单元。较好的树枝状聚合物，如在后面结构式中所示的是很对称的。较好的树枝状聚合物可以通过与另一个试剂接触转化为官能化的树枝状聚合物。例如，通过与酰氯反应，在末代的伯胺可以转化为酰胺，得到一个酰胺末端官能化树枝状聚合物。通过与硫酸二甲酯接触，内叔胺发生季铵反应，得到一个内部季铵官能化树枝状聚合物。这些树枝状聚合物可能在末端、或在内部、或两者兼有官能化。这种官能化不需要达到如所定义的官能团数目的理论最大值，这样，一个官能化的树枝状聚合物可能没有本发明树枝状聚合物那样的高度的对称性或精确定义的分子式。下图给出一个三元的或三价核心的官能活化的树枝状聚合物，它具有三个有序的第二代树枝状分枝结构。

这里“I”是具有与每个三叉树枝状分枝共价键合的三价核心原子，或分子，“Z”是一个末端胺基，而“a”和“b”如前面定义。多胺就是这种三元树枝状聚合物的一个例子，用下面的结构式来表示：

这里Y表示二价亚烃基，例如亚乙基（-CH₂-CH₂-），亚丙基（-CH₂CH₂CH₂-或-CH₂CH₂CH₃）和其他具有4-6个碳原子的亚烃基以及亚烃基氨基、亚烃基氨基亚烃基和多亚烃基多胺，而“a”和“b”分别表示第一和第二代。在这两种表示方法中，Nc是3，而Nr是2，对于后者，重复单元是YN。虽然在以前述构型和分子式表示了三价核心，核心原子或分子可以是任何的单价或单官能部分，或是任何多价或多官能部分，以具有2-2300个可与树枝状分枝键合的价键或官能位置的多价或多官能部分为宜，而最好是具有3-200个价键或官能位置。在核心为单价或单官能部分的情况下，这个致密星状聚胺仅有一个核心分枝，并且为了确定合理的末端基团密度和分子体积，一定要与线性聚胺相比较。因此，为了呈现所希望的末端基团密度，这个致密星状聚胺一定至少有2代。还有Y，可能是任何其他2价有机残基，例如，亚芳基（如亚苯基）亚芳基烷撑、烷撑亚芳基烷撑，氧代烷撑（例如氧代乙撑），以及类似物，其中烷撑较合适，亚乙基更合适。还可以进一步理解为，Y可以是一个多价的残基，如脂族和芳族碳氢化合物的三价基，四价基或其他多价基，如

以及类似物。除了胺外，这个树枝状聚合物的末端基团可以是任何官能活性残基，它们可用来使树枝状分枝生长到下一代。这些其他结构残基的实例包括酯残基，例如，烷氧羰基;含烯键的不饱和残基，如链烯基、氮丙啶基、恶唑啉基、卤代烷基、环氧乙烷基、巯基、羟基、异硫氰氧基，和异氰氧基，而以氨基部分为最合适。虽然包括有2-6代树枝状分枝的树枝状聚合物是较好的，但包含树枝状分枝高达12代的树枝状聚合物也比较容易制造，并已应用于本发明的实践中。

用下式表示的本发明胺树枝状聚合物是最为合适的。

A-｛（CH₂）_m-NH-B-N〔-（CH₂）_m-NH-B-N（Z）₂〕₂n｝

这里A是一个从氨或其他胺化合物衍生的n价核心，B是能连接胺基团的一个2价残基，m是2到12的整数，n是3或大于3的与核心分枝数对应的数整，Z是氢，烷基，芳基，烷基芳基，羟基烷基，巯基烷基，烷氧基羰基，

其中R¹是氢或

这里的每代分别用下式表示：

N-CH₂CH₂

_y， N-CH₂CH₂CH_{2 y}，or N（CHR²）_{x y}

H    H    H

这样的核心，其中R²是烷基或芳基，X是2或3，Y是2-2300的整数;B是一个多胺的二价残基，最合适是烷基多胺，如乙二胺，或多亚烷基多胺，如三亚乙基四胺;n是3-2000的整数，较合适的是从3到1000，最合适的是从3到125;m是2到12，2到6较合适;Z最好是：

-（CH₂）₂NH（CH₂）_nNH₂，-CHR²CH₂NH₂

这里R²是烷基、

-（CH₂）₂NH（CH₂）₂NH（CH₂）₂NH₂或

通过一个能产生多价核心的化合物与一个或多个能从核心生长的树枝状分枝的化合物相反应，就可容易地制备本发明的致密星状聚胺。一种能形成一个多价核心的化合物W（X）_n〔W是多价核心原子，并与nX活性末端基团（通常是氨基，并且n≥2）共价键合〕，与一种部分封闭的多官能试剂T-（U）

y反应，这里U表示一个与封闭残基y

共价键合的多价残基，（y≥2），并与一个T共价键合。T是一种能与X反应形成W〔（X¹-T¹-）U

y〕n的残基，其中X¹和T¹表示在X和T之间反应的残余基。然后，使第一代化合物活化，从而，这个（V）残基再活化（去除封闭），并与部分封闭的多官能反应剂T-U-

y再反应，形成第二代封闭树枝状聚合物，W〔（X¹-T¹-）U

yT¹-U

y〕n。这个封闭树枝状聚合物可以活化并再次以类似方式反应而产生第三代封闭树枝状聚合物。这个部分封闭反应剂的方法在后面进行具体说明。

下面说明部分封闭反应剂的方法，含有多胺树枝状聚合物的致密星状聚胺可以用氨或具有多个伯胺基团的胺与N-取代氮丙啶反应制备而成，如N-甲苯磺酰氮丙啶，

N-甲磺酰氮丙啶，N-三氟甲磺酰氮丙啶;N-酰基氮丙啶，如

或与相应的氮杂环丁烷衍生物反应制备而成，例如

这里R³是烷基，如甲基，乙基和丙基;芳基如苯基;和多氟烷基，如，三氟甲基或其他全氟烷基，形成一个封闭的第一代聚砜酰胺。然后，这个产物用酸，如盐酸、硫酸活化，形成第一代聚胺盐，用氢氧化钠中和，然后与N-甲苯磺酰氮丙啶进一步反应，形成封闭第二代聚砜酰胺，可重复此过程以产生更高代的聚胺，反应条件见宾夕法尼亚大学论文集（Humrichause，c.p.，phD，）“用作烷基化试剂的N-取代氮丙啶”，No.66-10，624（1966）。

在所述的致密星状聚胺制备方法中，水或硫化氢可以用作生产二元树枝状聚合物的亲核核心。其他亲核核心化合物的例子包括磷化氢，多烷撑多胺，如二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺、以及线性和分枝的多乙烯亚胺;伯胺类，如甲胺，羟乙基胺、十八烷基胺和多亚甲基二胺，如六甲撑二胺;多胺基烷基芳烃，如1，3，5-三（氨基甲基）-苯;三（氨基烷基）胺类，如三（氨乙基）胺;杂环胺类，如咪唑啉和哌啶;以及各种其他胺类，如羟乙基氨乙胺，巯基乙胺，吗啉，哌嗪，聚乙烯苄基氯的氨衍生物，以及其他苯甲基类多胺，如三（1，3，5-氨甲基）-苯。其他合适的亲核核心包括多元醇，如前面提到的季戊四醇、乙二醇和聚亚烷基二醇，如聚乙二醇，聚丙二醇;1，2-二巯基乙烷和聚烷撑多巯基，苯硫酚和苯酚。在这些核心化合物中，氨、亚烷基二胺和聚亚烷基多胺宜于用这种方法制备如胺树枝状聚合物和其他致密星状聚胺。在美国专利4599400中所述的星状/梳状-分枝多胺也是较好的核心化合物。

适用于本发明的N-取代氮丙啶包括N-甲苯磺酰氮丙啶，N-甲磺酰氮丙啶，N-三氟甲磺酰氮丙啶和N-苯甲酰氮丙啶。适合的N-取代氮杂环丁烷包括N-甲苯磺酰氮杂环丁烷，N-甲磺酰氮杂环丁烷，和N-三氟甲磺酰氮杂环丁烷。

如此制备完毕后，聚胺树枝状聚合物和其他致密星状聚合物可以和各种化合物反应，产生具有独特性能的多官能化合物，其特性归因于树枝状聚合物的结构特点。例如，具有末端胺的一个树枝状聚合物可以和一个不饱和的腈反应，产生一个聚腈（腈末端）树枝状聚合物。另一方面，聚胺树枝状聚合物可以和（1）一个α.β-烯属不饱和酰胺反应，形成一个聚酰胺（酰胺末端）树枝状聚合物;和（2）α.β-烯属不饱和酯反应，形成一个聚酯（酯末端）树枝状聚合物，和（3）一个烯属不饱和硫化物反应，产生一个聚巯基（巯基末端）树枝状聚合物，或与（4）一个烯化氧化反应，产生一个羟基末端树枝状聚合物，然后与亚硫酰氯反应，形成一个氯末端树枝状聚合物，或与甲苯磺酸酯反应，形成一个甲苯磺酰末端树枝状聚合物。这些甲苯磺酰末端和氯末端树枝状聚合物是亲电子末端树枝状聚合物的例子。氯末端树枝状聚合物可能与钠代甲烷三羧酸三烷基酯反应，形成一个三羧酸酯末端树枝状聚合物。一个酯（烷氧基羰基）末端树枝状聚合物，象上面的（2），或从卤羧酸衍生得来，可以与链烷醇胺，如二乙醇胺、氨乙基乙醇胺、或三（羟基甲基）氨基乙烷反应，产生羟基末端树枝状聚合物。

另外，树枝状聚合物可以与一个合适的二官能或三官能化合物反应，如有机多卤化物，例如1，4-二氯丁烷;聚酯，例如聚丙烯酸甲酯;聚醚，例如聚环氧氯丙烷，或聚异氰酸酯，或聚异硫氰酸酯，例如甲苯二异氰酸酯，亚甲基二苯撑二异氰酸酯，和其聚合物（称为MDI和MDI聚合物），以及其他芳族聚异氰酸酯，脂族聚异氰酸酯，和相应于上述的聚异氰酸酯的聚异硫氰酸酯，从而形成一个多元（树枝状聚合物）或桥连树枝状聚合物的聚合体，其中大量树枝状聚合物通过多卤化物、聚酯、聚醚、或聚异氰酸酯的残余基团连接到一起。桥连树枝状聚合物也可以通过化学计算量的本发明的胺末端树枝状聚合物与本发明的酯末端树枝状聚合物相结合来制备，或与美国专利4507466所述的酯末端树枝状聚合物相结合来制备。在反应条件下，当胺末端树枝 状聚合物与氮丙啶末端基树枝状聚合物混合时，也可制成桥连树枝状聚合物。

过程    原理    膜中孔径大小    被截留的物质    通过的物质    驱动力

特超过滤 含盐水原液 浓缩物 10-100

实际上包括 水 典型压差为

（反渗透）

（0.001-0.01μm） 所有的悬浮 100-800psi

物和可溶解    （690-5520

水    的盐    Kpa）

半透膜

超过滤 原液 浓缩物 20-1000

生物物质，如 典型压差为

1000-1，000，000 葡聚糖和聚乙 水和盐 10-100psi

道尔顿    二醇，胶体和    （69-690

水    （0.002-0.1μm）    大分子，分子    Kpa）

UF膜    量截留限内的

各种物质。

微过滤 原液 1，000-10，000

悬浮物 水和可 典型压差为

（0.1-1μm） （二氧化硅、细 溶解样 10psi

菌、浮状液等）    品    （69Kpa）

颗粒尺寸截留

多微孔膜    限内的各种物

质。

表1

在各种UF膜上星突聚合物的截留值

脱离子    含星突聚合物

膜    星突状聚合物的代    树枝状聚合物    压力    水    的溶液的流速

的直径A（μm）    （Kpa）    （ml/min）    （ml/min）

Amicon    YCO5    1    11（0.0011）    40（276）    .11    .012

500    MWCO    3    23（0.0023）    40（276）    .09    .010

4    31（0.0031）    40（276）    .07    .037

5    49（0.0049）    40（276）    .08    .042

Millipore    PSA    1    11（0.0011）    40（276）    .11    .013

1，000    MWCO    3    23（0.0023）    40（276）    .13    .018

4    31（0.0031）    40（276）    .12    .037

5    49（0.0049）    40（276）    .12    .035

Millipore    PTGC    1    11（0.0011）    20（138）    .80    .54

10，000    MWCO    3    23（0.0023）    10（69）    .64    .17

4    31（0.0031）    10（69）    .60    .17

5    49（0.0049）    10（69）    .53    .11

a    由于胶体极化，溶液流量减少的百分比。

表1（续）

流量减少 被膜所截留的星突状树枝 胶体极化^a

%    聚合物的截留值百分数

%

89    60    -

89    79    42

47    94    29

48    99    -

88    55    -

86    74    23

69    93    17

71    98    -

33    9    -

74    24    -

72    43    -

80    69    25

Claims (6)

1、对一种至少具有一个直径为10，000A(1μm)或更小的孔的物质，测量或表征所述孔的直径的方法，它包括：

a.用至少具有一个从核心发散出来的核心分枝的大量致密星状聚合物与所述的物质相接触，每个核心分枝至少具有一个末端基团，而且：(1).末端基团与从核心发散的分枝的比是2∶1或更大，(2).致密星状聚合物中的末端基团的密度至少是伸展的普通星状聚合物的1.5倍，该伸展的普通星状聚合物具有类似的核心和单体残基，以及相似的分子量和核心分枝数，且这种伸展的普通星状聚合物的每一个分枝仅带有一个末端基团，(3).致密星状聚合物的分子体积等于或小于所述伸展的普通星状聚合物分子体积的80%，并且(4).致密星状聚合物的两维分子直径是在8到10000埃(A)(0.0008到1μm)范围内；

b.使至少一种具有分子直径等于或小于所述孔径的致密星状聚合物穿过或进入所述的孔；

c.测量穿过或进入所述孔的那些致密星状聚合物，或测量没有穿过或没有进入所述孔的致密星状聚合物，或者联合测量穿过或进入所述孔的致密星状聚合物和那些没有穿过或进入所述孔的致密星状聚合物，从测量结果计算所述孔的直径。

2、按权利要求1规定的方法，其特征是，该致密星状聚合物是：（1）.一个共价桥连致密星状聚合物，或（2）.一个具有多价核心的树枝状聚合物，此多价核心至少与一个有序的树枝状分枝共价键合，此分枝扩展到两代，这样每个树枝状分枝有至少四个末端基团和对称结构。

3、按权利要求1规定的方法，其特征是，该致密星状聚合物有（1）.每个核心至少带2个中心分枝，（2）.末端基团的密度至少是相应伸展普通星状聚合物的5倍，（3）.分子体积等于或小于伸展普通星状聚合物的60%，（4）.致密星状聚合物的二维分子直径是在8到500

（0.0008到0.05μm）范围内。

4、按权利要求2规定的方法，其特征是，所述共价桥连树枝状聚合物的分子直径是在40 到10000 （0.004到1μm）之间。

5、按前述任何一个权利要求规定的方法，其特征是所述具有至少一个孔的物质是一种人造膜，天然膜，或从病毒、细菌、蛋白质或细胞选出的离散的生物颗粒。

6、按权利要求1-4任一个规定的方法，其特征是：以下各步骤（a）接触，（b）穿过或进入，（c）计算，是用反渗透法或超过滤法完成的。