CN102123789B - 具有接枝链的固体载体 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了包括固体载体的制品、制备这种制品的方法以及所述制品的多种用途，所述固体载体具有从所述固体载体伸出的接枝链。更具体地讲，所述接枝链具有可与目标化合物反应或相互作用的官能团。或者，所述接枝链上的官能团可与改性剂反应以提供能够与所述目标化合物反应或相互作用的另一基团。所述接枝链通过开环的二氢唑酮基团连接至所述固体载体。所述制品可用于纯化所述目标化合物或使所述目标化合物与样品中的其他分子分离。

Description

具有接枝链的固体载体
技术领域
本发明描述了包括固体载体和接枝链的制品、这种制品的制备方法以及这种制品的多种用途，所述接枝链具有从固体载体伸出的官能团。
背景技术
多种固体载体已经用于目标化合物的分离和/或纯化。例如，多种聚合物固体载体已被用来基于离子基团的存在、基于目标化合物的尺寸、基于疏水性相互作用、基于亲合相互作用或基于共价键的形成而纯化或分离目标化合物。
在生物技术产业中，诸如蛋白质、酶、疫苗、DNA、RNA等之类的多种生物分子的大规模分离和/或纯化受到极大的关注。用于生物分子分离和纯化的改进材料及方法是人们所期望的。
发明内容
本发明描述了包括固体载体的制品、制备这种制品的方法以及所述制品的多种用途，所述固体载体具有从固体载体伸出的接枝链。更具体地讲，接枝链具有能与目标化合物反应或相互作用的官能团。或者，接枝链上的官能团可与改性剂反应以提供能够与目标化合物反应或相互作用的另一基团。接枝链通过开环的二氢唑酮基团连接至固体载体。
在第一个方面，提供了制备制品的方法。该制品包括固体载体和从固体载体伸出的接枝链。制备所述制品的方法包括提供式(I)二氢唑酮官能化载体。
Figure BPA00001311327400021
在式(I)中，SS代表固体载体，变量p是等于0或1的整数，且每个R1独立地选自烷基、杂烷基、芳基或芳烷基。该方法进一步包括由式(I)二氢唑酮官能化载体形成式(II)的(甲基)丙烯酰基官能化载体。
SS-(CO)-NH-C(R1)2-(CH2)p-(CO)-Q-Y1-Q-(CO)-CR2＝CH2
(II)
在式(II)中，每个Q独立地为选自氧基、硫基或-NR3-的二价基团，其中R3是氢、烷基、杂烷基、芳基或芳烷基。基团Y1是含有亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的第一连接基团。基团R2是氢或烷基。该方法还包括使式(II)的(甲基)丙烯酰基官能化载体与含式(III)单体的单体组合物反应，
Z1-Y2-CR2＝CH2
(III)
从而形成式(IV)的接枝载体。
SS-(CO)-NH-C(R1)2-(CH2)p-(CO)-Q-Y1-Q-(CO)-CR2U2-CH2-U1
(IV)
基团U1包含至少一个式-CR2(Y2Z1)-CH2-的二价单体单元。基团U2选自氢或包含至少一个式-CR2(Y2Z1)-CH2-的二价单体单元的基团。基团Y2是第二连接基团，选自单键或含有亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的二价基团。基团Z1是选自以下的官能团：(1)酸性基团或其盐、(2)氨基或其盐、(3)羟基、(4)二氢唑酮基团或所述二氢唑酮基团的前体、(5)缩水甘油基或(6)它们的组合。
在第二方面，提供了包括式(IV)的接枝载体的制品：
SS-(CO)-NH-C(R1)2-(CH2)p-(CO)-Q-Y1-Q-(CO)-CR2U2-CH2-U1
(IV)。
在式(IV)中，SS是固体载体，R1各自独立地选自烷基、杂烷基、芳基或芳烷基。变量p是等于0或1的整数。每个基团Q独立地为选自氧基、硫基或-NR3-的二价基团，其中R3是氢、烷基、杂烷基、芳基或芳烷基。基团Y1是含有亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的第一连接基团。基团R2是氢或烷基。基团U1包含至少一个式-CR2(Y2Z1)-CH2-的二价单体单元。基团U2选自氢或包含至少一个式-CR2(Y2Z1)-CH2-的二价单体单元的基团。基团Y2是第二连接基团，选自单键或含亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的二价基团。基团Z1是选自以下的官能团：(1)酸性基团或其盐、(2)氨基或其盐、(3)羟基、(4)二氢唑酮基团或所述二氢唑酮基团的前体、(5)缩水甘油基或(6)它们的组合。
在第三方面，提供了式(II)的(甲基)丙烯酰基官能化载体：
SS-(CO)-NH-C(R1)2-(CH2)p-(CO)-Q-Y1-Q-(CO)-CR2＝CH2
(II)。
在式(II)中，SS是固体载体，R1各自独立地选自烷基、杂烷基、芳基或芳烷基。变量p是等于0或1的整数。每个Q独立地为选自氧基、硫基或-NR3-的二价基团，其中R3是氢、烷基、杂烷基、芳基或芳烷基。基团Y1是含有亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的第一连接基团。基团R2是氢或烷基。
在第四方面，提供了制备制品的方法。该制品包括固体载体和从固体载体伸出的接枝链。该方法包括提供具有式(I)的二氢唑酮官能化载体。
在式(I)中，SS代表固体载体，变量p是等于0或1的整数，且每个R1独立地选自烷基、杂烷基、芳基或芳烷基。该方法进一步包括由式(I)二氢唑酮官能化载体形成式(II)的(甲基)丙烯酰基官能化载体。
SS-(CO)-NH-C(R1)2-(CH2)p-(CO)-Q-Y1-Q-(CO)-CR2＝CH2
(II)
在式(II)中，每个Q独立地为选自氧基、硫基或-NR3-的二价基团，其中R3是氢、烷基、杂烷基、芳基或芳烷基。基团Y1是含有亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的第一连接基团。基团R2是氢或烷基。该方法还包括使式(II)的(甲基)丙烯酰基官能化载体与含式(III)单体的单体组合物反应，
Z1-Y2-CR2＝CH2
(III)
从而形成式(IV)的接枝载体。
SS-(CO)-NH-C(R1)2-(CH2)p-(CO)-Q-Y1-Q-(CO)-CR2U2-CH2-U1
(IV)
基团U1包含至少一个式-CR2(Y2Z1)-CH2的二价单体单元。基团U2是氢或包含至少一个式-CR2(Y2Z1)-CH2-的二价单体单元的基团。基团Y2是第二连接基团，选自单键或含有亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的二价基团。基团Z1是选自以下的官能团：(1)酸性基团或其盐、(2)氨基或其盐、(3)羟基、(4)二氢唑酮基团或所述二氢唑酮基团的前体、(5)缩水甘油基或(6)它们的组合。该方法还进一步包括使接枝载体的官能团Z1与式A-T的改性剂反应以形成式(V)的改性接枝载体：
SS-(CO)-NH-C(R1)2-(CH2)p-(CO)-Q-Y1-Q-(CO)-CR2U4-CH2-U3
(V)。
在式(V)中，基团U3包含至少一个式-CR2(Y2-L-T)-CH2-的二价单体单元。基团U4选自氢或包含至少一个式-CR2(Y2-L-T)-CH2-的二价单体单元的基团。基团L是通过接枝载体上的基团Z1与改性剂的改性基团A反应形成的连接基团。基团T是改性剂A-T的残基，并且等于改性剂A-T减去改性基团A。
在第五方面，提供了包括式(V)的改性接枝载体的制品：
SS-(CO)-NH-C(R1)2-(CH2)p-(CO)-Q-Y1-Q-(CO)-CR2U4-CH2-U3
(V)。
在式(V)中，SS是固体载体，R1各自独立地选自烷基、杂烷基、芳基或芳烷基。基团R2是氢或烷基。变量p是等于0或1的整数。每个基团Q独立地为选自氧基、硫基或-NR3-的二价基团，其中R3是氢、烷基、杂烷基、芳基或芳烷基。基团Y1是含有亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的第一连接基团。基团U3包含至少一个式-CR2(Y2-L-T)-CH2-的二价单体单元。基团U4选自氢或包含至少一个式-CR2(Y2-L-T)-CH2-的二价单体单元的基团。基团L是通过使基团Z1与式A-T的改性剂的改性基团A反应而形成的连接基团。基团T是改性剂的残基，并且等于改性剂A-T减去改性基团A。基团Z1是选自以下的官能团：(1)酸性基团或其盐、(2)氨基或其盐、(3)羟基、(4)二氢唑酮基团或所述二氢唑酮基团的前体、(5)缩水甘油基或(6)它们的组合。
在第六方面，提供了纯化或分离目标化合物的方法。该方法包括提供包括如上所述的式(IV)接枝载体的制品。该方法进一步包括使所述制品与含目标化合物的样品接触，使得目标化合物与接枝载体上的至少一个官能团Z1相互作用或发生反应。
在第七方面，提供了纯化或分离目标化合物的另一种方法。该方法包括提供包括如上所述的式(V)改性接枝载体的制品。该方法进一步包括使所述制品与含目标化合物的样品接触，使得目标化合物与改性接枝载体的至少一个基团T相互作用或发生反应。
本发明的上述发明内容并不旨在描述本发明的每个实施例或每种实施方式。随后的具体实施方式和实例更具体地说明这些实施例。
具体实施方式
本发明描述了包括固体载体和从所述固体载体伸出的接枝链的制品、制备这种制品的方法以及这种制品的多种用途。更具体地讲，接枝链具有能与目标化合物反应或相互作用的官能团。或者，接枝链上的官能团可与改性剂反应以提供能够与目标化合物反应或相互作用的另一基团。与目标化合物的反应或相互作用可用于(例如)纯化目标化合物或使目标化合物与样品中的其他分子分离。在至少一些实施例中，可以通过使官能团位于接枝链上而不是在固体载体的表面上来提高对目标化合物的结合能力。
如本文所用，术语“一种”、“一个”和“该”与“至少一种”可互换使用，是指一种或多种被描述的要素。
术语“二氢唑酮基团”是指下式的单价基团
Figure BPA00001311327400071
其中每个R1独立地选自烷基、杂烷基、芳基或芳烷基，变量p选自0或1。在许多实施例中，R1是甲基。本文中二氢唑酮基团可表示为“Az”。
术语“二氢唑酮基团的前体”指可经历闭环反应而形成二氢唑酮基团的基团，可具有式-(CO)-NH-C(R1)2-(CH2)p-COOH或其盐，其中R1和p的定义如上面针对二氢唑酮基团所述。例如，可使N-丙烯酰基甲基丙氨酸聚合然后进行闭环反应，以形成具有二氢唑酮基团的聚合物材料。在N-丙烯酰基甲基丙氨酸中，二氢唑酮基团的前体是-(CO)-NH-C(CH3)2-COOH或其盐。
术语“烷基”指饱和并具有最多18个碳原子的单价烃基团。烷基可以是直链、支链、环状的，或者是它们的组合。在一些例子中，烷基是直链或支链的，并具有1至12个碳原子、3至12个碳原子、1至10个碳原子、1至8个碳原子、1至6个碳原子、3至6个碳原子、1至4个碳原子或1至3个碳原子。在其他例子中，烷基是环状的(即，烷基是环烷基)，并具有3至12个碳原子、3至6个碳原子或4至6个碳原子。
术语“亚烷基”指饱和并具有最多18个碳原子的二价烃基团。亚烷基可以是直链、支链、环状的或它们的组合。在一些例子中，亚烷基是直链或支链的，并具有1至12个碳原子、1至10个碳原子、1至8个碳原子、1至6个碳原子、1至4个碳原子或1至3个碳原子。在其他例子中，亚烷基是环状的(即，烷基是环烷基)，并具有3至12个碳原子、3至6个碳原子或4至6个碳原子。
术语“杂烷基”指饱和并具有被至少一个链杂原子隔开的至少两个碳原子的单价基团，所述链杂原子选自氧(即氧基)、硫(即硫基)或-NR3-，其中R3是氢、烷基、杂烷基、芳基或芳烷基。杂烷基可以是直链、支链、环状的或它们的组合。在一些例子中，杂烷基具有2至18个碳原子和1至6个杂原子、2至12个碳原子和1至6个杂原子、2至10个碳原子和1至5个杂原子、2至8个碳原子和1至4个杂原子或2至6个碳原子和1至3个杂原子。
术语“杂亚烷基”指饱和并具有被至少一个链杂原子隔开的至少两个碳原子的二价基团，所述链杂原子选自氧(即氧基)、硫(即硫基)或-NR3-，其中R3是氢、烷基、杂烷基、芳基或芳烷基。杂亚烷基可以是直链、支链、环状的或它们的组合。在一些例子中，杂亚烷基具有2至18个碳原子和1至6个杂原子、2至12个碳原子和1至6个杂原子、2至10个碳原子和1至5个杂原子、2至8个碳原子和1至4个杂原子或2至6个碳原和1至3个杂原子。
术语“芳基”指杂环或碳环单价芳族基团。芳基可具有一个或多个连接或稠合的环。一些示例性芳基具有带有0至3个杂原子的5至12元环结构，所述杂原子选自氧(即氧基)、硫(即硫基)或-NR3-，其中R3是氢、烷基、杂烷基、芳基或芳烷基。例如，芳基可具有2至12个碳原子和0至3个杂原子、3至12个碳原子和0至2个杂原子或4至12个碳原子和0至1个杂原子。
术语“亚芳基”指杂环或碳环二价芳族基团。亚芳基可具有一个或多个连接或稠合的环。一些示例性亚芳基具有带有0至3个杂原子的5至12元环结构，所述杂原子选自氧(即氧基)、硫(即硫基)或-NR3-，其中R3是氢、烷基、杂烷基、芳基或芳烷基。
术语“芳烷基”指芳基取代的烷基。芳烷基可具有(例如)3至15个碳原子和0至3个杂原子、4至15个碳原子和0至2个杂原子或5至15个碳原子和0至1个杂原子。
术语“羰基”指式-(CO)-的二价基团，其中碳与氧之间是双键。
术语“羰氧基”指式-(CO)-O-的二价基团，其中(CO)是指羰基。
术语“羰硫基”指式-(CO)-S-的二价基团，其中(CO)是指羰基。
术语“羰亚氨基”指式-(CO)-NR3-的二价基团，其中R3是氢、烷基、杂烷基、芳基或芳烷基。
术语“缩水甘油基”指下式的单价基团
其中每个R4独立地为氢、烷基、杂烷基、芳基或芳烷基。在许多缩水甘油基中，每个R4是氢。
术语“(甲基)丙烯酰基”指式H2C＝CRb-(CO)-基团，其中Rb是氢或烷基(例如甲基)。
术语“(甲基)丙烯酰胺基”指式H2C＝CRb-(CO)-NRa-基团，其中Rb是氢或烷基(例如甲基)，Ra是氢、烷基、杂烷基、芳基或芳烷基。
术语“(甲基)丙烯酰氧基”指式H2C＝CRb-(CO)-O-基团，其中Rb是氢或烷基(例如甲基)。
术语“亲核基团”是指羟基(即-OH)、硫醇基(即-SH)、伯氨基(即-NH2)或式-NHRa的仲氨基，其中Ra是烷基、杂烷基、芳基或芳烷基。
术语“聚合物”或“聚合物的”指为均聚物、共聚物、三元共聚物等的材料。同样地，术语“使…聚合”或“聚合”指制备均聚物、共聚物、三元共聚物等的过程。
短语“在…的范围内”包括该范围的端值以及端值之间的所有数值。例如，短语在1至10范围内包括1、10以及1与10之间的所有数值。此外，除非另外明确地指出，否则对未明确称之为范围的范围的任何表述包括端值以及端值之间的所有数值。
短语“和/或”意指所列选项中的任何一者或两者。例如，表述A和/或B表示单独的A、单独的B或A和B两者。
所述制品由二氢唑酮官能化载体制备，所述二氢唑酮官能化载体是在固体载体的表面上具有至少一个二氢唑酮基团的固体载体。可使用任何已知的二氢唑酮官能化载体。二氢唑酮官能化载体的至少一个二氢唑酮基团发生反应形成(甲基)丙烯酰基官能化载体。(甲基)丙烯酰基官能化载体的(甲基)丙烯酰基可与其他烯键式不饱和单体聚合而形成接枝链。接枝链通过开环的二氢唑酮基团共价地连接于固体载体。接枝链包含选自以下的官能团：(1)酸性基团或其盐、(2)氨基或其盐、(3)羟基、(4)二氢唑酮基团或所述二氢唑酮基团的前体、(5)缩水甘油基或(6)它们的组合。在一些实施例中，官能团能与目标化合物反应或相互作用。在其他实施例中，对官能团进行改性而形成能与目标化合物反应或相互作用的另一基团。通过与改性剂反应对官能团改性。
二氢唑酮官能化载体由式(I)表示：
Figure BPA00001311327400111
在式(I)中，SS指固体载体，变量p是等于0或1的整数，每个R1独立地选自烷基、杂烷基、芳基或芳烷基。尽管式(I)仅显示一个二氢唑酮基团连接于固体载体上以便于描述，但通常多个二氢唑酮基团连接至固体载体。式(I)的二氢唑酮官能化载体在本文中可用式SS-Az称之。
表面上具有至少一个二氢唑酮基团的固体载体(即，二氢唑酮官能化载体)的形式可以是珠、膜、泡沫、膜、薄片、基底上的涂层等。二氢唑酮官能化载体与制备这种载体的方法在例如如下专利中有所描述：美国专利No.5,336,742(Heilmann等人)、No.5,403,902(Heilmann等人)、No.5,344,701(Gagnon等人)、No.5,993,935(Rasmussen等人)、No.6,063,484(Exsted等人)、No.5,292,514(Capecchi等人)、No.6,548,607(Halverson等人)、No.5,408,002(Coleman等人)、No.5,476,665(Dennison)、No.5,510,421(Dennison等人)和No.6,794,458(Haddad等人)中。
可采用多种方法制备合适的二氢唑酮官能化载体。在一些方法中，可采用反相悬浮聚合法制备二氢唑酮官能化载体，反相悬浮聚合法为其中聚合反应发生于悬浮在助悬介质中的水滴内部的一种技术。助悬介质是不能与水混溶的并且单体是水溶性的。
在一个反相聚合工艺中，聚合介质包括水混溶性共溶剂中的至少一种烯基二氢唑酮和至少一种交联单体。交联量影响聚合物的性质，例如孔隙度和在溶剂中的溶胀度。合适的烯基二氢唑酮单体包括但不限于2-乙烯基-4，4-二甲基-2-
Figure BPA00001311327400121
唑啉-5-酮，其可商购自SNPE，Inc.(Princeton，NJ)；2-异丙烯基-4，4-二甲基-2-
Figure BPA00001311327400122
唑啉-5-酮；和2-乙烯基-4，4-二甲基-1，3-嗪-6-酮。合适的交联剂包括但不限于烯键式不饱和(α，β-不饱和)酯，例如(甲基)二丙烯酸乙二酯和三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯；和烯键式不饱和酰胺，例如亚甲基双(甲基)丙烯酰胺和N，N′-二(甲基)丙烯酰基-1，2-二氨基乙烷。另外，聚合介质可包括水溶性且可利用游离基加成聚合反应聚合的其他单体。合适的可选单体包括(例如)N，N-二甲基丙烯酰胺和N-乙烯基吡咯烷酮。这种聚合工艺在美国专利No.5,403,902(Heilmann等人)和No.5,336,742(Heilmann等人)中有进一步描述。
在另一反相聚合工艺中，采用两步聚合工艺制备二氢唑酮官能化载体。在第一步，制备具有羧基官能团的聚合物材料。随后使羧基官能团与环化剂反应以形成二氢唑酮基团。聚合介质包括N-(甲基)丙烯酰氨基酸的水溶盐、交联单体和不能与水混溶的悬浮介质。另外，聚合介质可包括水溶性且可利用游离基加成聚合反应聚合的其他单体。合适的可选单体包括(例如)N，N-二甲基丙烯酰胺和N-乙烯基吡咯烷酮。合适的环化剂包括(例如)乙酸酐、三氟乙酸酐和氯甲酸烷基酯。该工艺在美国专利No.5,403,902(Heilmann等人)和No.5,336,742(Heilmann等人)中有进一步描述。
在其他方法中，可采用分散聚合法制备二氢唑酮官能化载体，分散聚合法为其中选择可溶解单体但当聚合物形成时使聚合物沉淀的分散介质的一种技术。可添加多种表面活性剂以防止聚合物颗粒的聚集。例如，可采用分散聚合工艺制备二氢唑酮官能化载体，在该工艺中聚合介质包含有机溶剂(例如醇)中的2-烯基二氢唑酮单体、交联单体和至少一种表面活性剂。该工艺在美国专利No.5,403,902(Heilmann等人)和No.5,336,742(Heilmann等人)中有进一步描述。
聚合的二氢唑酮官能化载体可以是凝胶型聚合物材料或大孔聚合物材料。如本文所用，术语“凝胶型”指基于聚合介质中的单体重量而言，用不到20重量％交联剂制备的聚合物材料。如本文所用，术语“大孔的”指基于聚合介质中的单体重量而言，用至少20重量％交联剂制备的聚合物材料。凝胶型材料往往比大孔材料更易发生溶胀，并且往往刚性较小。
在一些实施例中，基底为珠的形式。珠可具有球形、规则形状或不规则形状。可采用反相悬浮聚合技术或分散聚合技术制备珠。与采用分散聚合技术制备的珠相比，采用反相悬浮聚合技术制备的珠往往更具多孔性，并具有更大的表面积。采用分散聚合技术制备的珠通常比采用反相悬浮聚合技术制备的珠尺寸小，并且多孔性低(例如，在某些情况下基本上是无孔的)。
取决于具体的应用，珠的尺寸可以变化。一般来讲，珠的平均直径在0.1微米至5毫米的范围内。一些示例性珠的平均直径为0.1至1,000微米、0.1至500微米、0.1至100微米、0.5至100微米、0.1至50微米、0.1至20微米、0.1至3微米或0.5至3微米。
在制备二氢唑酮官能化载体的一些方法中，基底的形式为包括分散在连续多孔基质中的含二氢唑酮的颗粒(例如珠)的复合膜。这种复合膜进在美国专利No.5,993,935(Rasmussen等人)中进一步描述。包括在复合膜中的含二氢唑酮的颗粒可以是如上所述的珠。或者，包括在膜中的含二氢唑酮的颗粒可以是无机颗粒，所述无机颗粒经涂料组合物改性而形成具有二氢唑酮基团的表面。无机颗粒可含有(例如)金属或金属氧化物、陶瓷材料(例如氧化铝、二氧化硅、氧化锆或它们的混合物)、玻璃(例如珠或泡)、可控孔度玻璃等。可通过如下手段对这些颗粒进行改性：用含有活性二氢唑酮官能团的聚合物涂覆颗粒，或使颗粒表面上的基团与含活性官能团的试剂(例如，具有用于与无机颗粒表面反应的烷氧基硅烷并且还含二氢唑酮基团的偶联剂)反应。
可用于复合膜的连续多孔基质包括但不限于织造和非织造纤维幅材或多孔纤维。示例的纤维材料包括由以下物质制造的那些：聚烯烃(如聚乙烯和聚丙烯)、聚氯乙烯、聚酰胺(如尼龙)、聚苯乙烯、聚砜、聚乙烯醇、聚丁烯、乙烯醋酸乙烯酯、聚(甲基)丙烯酸酯(例如聚甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯、纤维素塑料(如醋酸纤维素)、聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚酰亚胺、聚氨酯(如聚醚聚氨酯)以及它们的组合。
在制备复合膜的另一方法中，将含二氢唑酮的颗粒分散在液体中以形成胶态悬浮液。在足以形成均相溶液的温度下将热塑性聚合物与胶态悬浮液熔融共混。可将溶液成形为期望的形状，然后冷却以引起液体与聚合物材料的相分离并使聚合物材料固化。除去液体后，将含二氢唑酮的颗粒分散在微孔聚合物基质中。该方法在美国专利No.4,957,943(McAllister等人)中有详细描述。
也可以由多孔原纤化聚合物基质(如原纤化聚四氟乙烯(PTFE))制备复合膜。可将含二氢唑酮的颗粒与PTFE分散体共混以得到油灰样料块。然后可在5℃至100℃之间的温度下混合油灰样料块以造成PTFE的原纤化，并进行双轴压延以形成薄片。可对片进行干燥以除去任何溶剂。这种制备膜的方法在美国专利No.4,153,661(Ree等人)、No.4,565,663(Errede等人)、No.4,810,381(Hagen等人)和No.4,971,736(Hagen等人)中有进一步描述。
制备复合膜的又一种方法描述于美国专利No.4,539,256(Shipman)中。可通过加热和搅拌在聚烯烃中分散含二氢唑酮的颗粒。将所得到的熔融混合物浇注在热板上，使之经受压力，然后在冰水中冷却。
另外，也可以采用如美国专利No.5,476,665(Dennison)中所述的溶剂相转化技术形成复合膜。将含二氢唑酮的颗粒和共混聚合物引入装有能溶解所述聚合物的溶剂的容器中，将溶液浇注成所需形状，并将浇注的形状引至液体的凝结浴，所述液体能与溶剂混溶，但所述聚合物在其中沉淀而形成二氢唑酮官能化膜。
也可由聚合物共混物形成二氢唑酮官能化载体，如美国专利No.5,408,002(Coleman等人)和6,063,484(Exsted等人)中所述。可将由2-烯基二氢唑酮制备的含二氢唑酮的均聚物与热塑性聚合物熔融共混。合适的热塑性材料包括聚酰胺(例如尼龙6)、聚氨酯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚烯烃、乙烯醋酸乙烯共聚物、聚(N-乙烯基内酰胺)(例如聚乙烯基吡咯烷酮)、聚醋酸乙烯酯、聚氧化环氧烷、含氟弹性体、聚碳酸酯、聚酯等。
制备二氢唑酮官能化基底的另一方法描述于美国专利No.6,063,484(Exsted等人)中。将聚烯烃树脂与自由基引发剂(例如过氧化物或偶氮化合物)混合，然后在挤出机中在足以产生自由基的温度下加热。将2-烯基二氢唑酮注入挤出机中以形成接枝的二氢唑酮热塑性组合物。然后将此组合物成形为膜。
或者，可采用含二氢唑酮的聚合物的溶剂相转化形成二氢唑酮官能化载体，如美国专利No.5,510,421(Dennison等人)中所述。将含二氢唑酮的组合物和共混聚合物置于装有能溶解它们的溶剂的容器中。然后将溶液浇注成合适的形状，然后将其引入液体的凝结浴中，所述液体能与溶剂混溶但可引起二氢唑酮官能化膜的沉淀。
也可通过对固体载体涂敷涂料组合物来制备二氢唑酮官能化载体。示例性的固体载体可由金属、金属氧化物或氢氧化物、聚合物材料、玻璃、陶瓷材料或它们的组合制备。固体载体可具有任何所需的形状或尺寸。例如，载体可以是膜、颗粒、纤维、织造或非织造幅材、膜、模制塑料品等。在一些实施例中，涂料组合物可包含具有二氢唑酮基团的可溶性聚合物(例如，通过烯基二氢唑酮单体的自由基聚合形成的聚合物)和交联剂。可采用诸如挤压涂布、模具涂布、浸渍涂布、气刀涂布、凹版涂布、幕帘涂布、喷涂等技术对固体载体涂敷涂料组合物。该工艺在美国专利No.6,794,458(Haddad等人)中有进一步描述。在其他实施例中，用包含二氢唑酮官能化单体和交联单体的涂料组合物涂覆固体载体的表面。使涂料组合物聚合以在固体载体上形成二氢唑酮官能化表层。该实施例在美国专利No.5,344,701(Gagnon等人)中有进一步描述。
在一些例子中，含具有二氢唑酮基团的可溶性聚合物的涂料组合物对固体载体的表面有足够的粘附力。对其他固体载体，可以通过多种预处理提高粘附力，如对固体载体进行等离子体或电晕处理，或者通过在固体载体与涂料组合物之间应用底漆层。
具有二氢唑酮基团的聚合物珠可以商品名“EMPHAZE”商购自3M公司(St.Paul，MN)。
使式(I)的二氢唑酮官能化载体反应以形成式(II)的(甲基)丙烯酰基官能化载体。
SS-(CO)-NH-C(R1)2-(CH2)p-(CO)-Q-Y1-Q-(CO)-CR2＝CH2
(II)
在式(II)中，SS代表固体载体。基团R1和变量p与上文针对式(I)所述的一样。每个基团Q独立地为选自氧基、硫基或-NR3-的二价基团，其中R3是氢、烷基、杂烷基、芳基或芳烷基。基团R2通常是氢或烷基。式(II)中的基团Y1是含有亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的第一连接基团。基团Y1可以还含有将两个或更多亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合连接在一起的其他可选基团。所述可选基团可包括(例如)羰基、羰氧基、羰硫基、羰亚氨基、氧基、硫基、-NR3-或它们的组合。
可采用任意已知的合成方法由式(I)的二氢唑酮官能化载体制备式(II)的(甲基)丙烯酰基官能化载体。在一个示例的方法中，使式(I)的二氢唑酮官能化载体与兼有(a)亲核基团和(b)(甲基)丙烯酰基的化合物反应。例如，化合物可如式(VI)所示。
HQ-Y1-Q-(CO)-CR2＝CH2
(VI)
在式(VI)中，Y1和Q与上面针对式(II)所述的一样。基团-QH(对应-OH、-SH或-NR3H)是可与二氢唑酮官能化载体的二氢唑酮基团反应的亲核基团。该反应导致二氢唑酮环打开。
其中基团-QH是羟基的式(VI)示例化合物包括但不限于：(甲基)丙烯酸羟烷酯，例如(甲基)丙烯酸-2-羟乙酯、(甲基)丙烯酸-2-羟丙酯、(甲基)丙烯酸-3-羟丙酯、(甲基)丙烯酸-4-羟丁酯、(甲基)丙烯酸甘油酯、二(甲基)丙烯酸甘油酯；和羟烷基(甲基)丙烯酰胺，例如羟丙基(甲基)丙烯酰胺和羟甲基(甲基)丙烯酰胺。
其中基团-QH是伯或仲氨基的式(VI)示例化合物包括但不限于：氨烷基(甲基)丙烯酰胺，例如氨乙基(甲基)丙烯酰胺和氨丙基(甲基)丙烯酰胺；N-烷基氨烷基(甲基)丙烯酰胺，例如N-甲基氨乙基(甲基)丙烯酰胺和N-异丙基氨丙基(甲基)丙烯酰胺；(甲基)丙烯酸氨烷基酯，例如(甲基)丙烯酸氨乙酯、(甲基)丙烯酸氨丙酯；和(甲基)丙烯酸-N-烷基氨烷基酯，例如(甲基)丙烯酸-N-甲基氨乙酯和(甲基)丙烯酸-N-甲基氨丙酯。
式(I)的二氢唑酮官能化载体与式(VI)化合物的反应示于“反应方案A”中，其中基团“Az”代表二氢唑酮基团，基团“Az1”代表开环的二氢唑酮基团。如本文所用，开环的二氢唑酮基团Az1是式-(CO)-NH-C(R1)2-(CH2)p-(CO)-的二价基团。式(II)的(甲基)丙烯酰基官能化载体可以写成式SS-Az1-Q-Y1-Q-(CO)-CR2＝CH2。
反应方案A
SS-Az+HQ-Y1-Q-(CO)-CR2＝CH2→SS-Az1-Q-Y1-Q-(CO)-CR2＝CH2
在制备式(II)的(甲基)丙烯酰基官能化载体的另一示例方法中，使式(I)的二氢唑酮官能化载体与具有至少两个亲核基团的亲核化合物反应，所述亲核基团选自羟基(-OH)、硫醇基(-SH)、伯氨基(-NH2)或仲氨基(-NHR3)。第一亲核基团可以与式(I)的二氢唑酮官能化载体的二氢唑酮基团反应。该反应打开二氢唑酮环。第二亲核基团可以与另一化合物反应，使得产物具有(甲基)丙烯酰基团。具有两个亲核基团的化合物可以由式(VII)表示。
HQ-Y1a-QH
(VII)
在式(VII)中，Q的定义与先前针对式(II)的一样。像基团Y1一样，基团Y1a包括亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合，并且可任选还包括氧基、硫基、氨基(-NR3-)、羰氧基、羰硫基、羰亚氨基或它们的组合。
式(VII)的一些示例亲核化合物是兼有羟基和伯或仲氨基的醇胺(即，羟胺)。示例的醇胺包括但不限于2-羟基乙胺、3-羟基丙胺、4-羟基丁胺、1，2-二羟基-3-氨基丙烷、1-羟基-6-氨基己烷、双-(2-羟乙基)胺、三乙醇胺、1-氨基-3，5-二羟基环己烷、1-氨基-3，5-二羟基苯、N，N′-双(2-羟乙基)哌嗪、N-羟乙基哌嗪、2-氨基-2-甲基-1，3-丙二醇等。式(VI)的其他示例亲核化合物具有至少两个伯或仲氨基，例如肼、己二酸二酰肼、乙二胺、N-甲基乙二胺、哌嗪、N-(2-氨乙基)-哌嗪、1，3-丙二胺、1，4-丁二胺、苯二胺、间二甲苯二胺、1，3-环己烷-双-甲胺、1，4-环己二胺、1，8-二氨基-3，6-二氧杂辛烷、1，3-二氨基-2-羟基丙烷、三-(2-氨乙基)胺和1，6-已二胺。另外的具有至少两个氨基的亲核化合物是聚醚胺，例如可以商品名JEFFAMINE商购自Huntsman Corporation(TheWoodlands，TX)的聚醚胺。还有式(VI)的其他示例性亲核化合物是具有两个或更多羟基的化合物，例如乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，2-丁二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、二羟基苯、三羟基苯和双酚A。另外的具有至少两个羟基的亲核化合物是具有端羟基的聚环氧乙烷和聚环氧丙烷。
式(I)的二氢唑酮官能化载体与式(VII)的亲核化合物的反应导致二氢唑酮环打开，如式(VIII)中间体所示
SS-(CO)-NH-C(R1)2-(CH2)p-(CO)-Q-Y1a-QH
(VIII)
其也可以由式SS-Az1-Q-Y1a-QH表示。然后可使式(VIII)中间体与第二化合物反应，使得产物具有(甲基)丙烯酰基团。第二化合物可具有能与所述中间体的亲核基团-QH反应的第一基团和为烯键式不饱和的第二基团。例如，中间体可与第二化合物反应，所述第二化合物是乙烯基二氢唑酮(如乙烯基二甲基二氢唑酮)、具有(甲基)丙烯酰基的酰基卤、具有(甲基)丙烯酰基的酸酐、(甲基)丙烯酸异氰酸根合烷基酯(例如(甲基)丙烯酸异氰酸根合乙酯)或(甲基)丙烯酸缩水甘油酯。对于第二化合物为式Az-CR2＝CH2的乙烯基二氢唑酮来说，在“反应方案B”示范了该方法。
反应方案B
SS-Az+HQ-Y1a-QH→SS-Az1-Q-Y1a-QH
SS-Az1-Q-Y1a-QH+Az-CR2＝CH2→SS-Az1-Q-Y1a-Q-Az1-CR2＝CH2
式SS-Az1-Q-Y1a-Q-Az1-CR2＝CH2对应于SS-Az1-Q-Y1a-Q-(CO)-(CH2)p-C(R1)2-NH-(CO)-CR2＝CH2，后者继而又对应于式(II)，其中Y1相当于-Y1a-Q-(CO)-CH2)p-C(R1)2-，且其中一个Q基团是氨基。
然后可使式(II)的(甲基)丙烯酰基官能化载体与含有式(III)的官能化单体的单体组合物反应。
Z1-Y2-CR2＝CH2
(III)
在式(III)中，基团Y2是第二连接基团，选自单键或含有亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的二价基团。基团Y2可以还含有起到连接两个或更多亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的功能的其他可选基团。所述可选基团可包括(例如)羰基、羰氧基、羰硫基、羰亚氨基、氧基、硫基、-NR3-或它们的组合。基团Z1是选自以下的第一官能团：(1)酸性基团或其盐、(2)氨基或其盐、(3)羟基、(4)二氢唑酮基团或所述二氢唑酮基团的前体、(5)缩水甘油基或(6)它们的组合。基团R2和R3与上面针对式(II)所述的一样。
式(III)的官能化单体兼有能经历自由基聚合反应的烯键式不饱和基团加上官能团Z1。式(III)的官能化单体与式(II)的(甲基)丙烯酰基官能化载体经历自由基聚合反应，导致形成包括从固体载体伸出的接枝链的接枝载体。在许多实施例中，固体载体具有多个接枝链。接枝链包含至少一个式-CR2(Y2Z1)-CH2-的二价单体单元。接枝链经常是聚合的，并且含至少两个或至少三个式-CR2(Y2Z1)-CH2-的单体单元。接枝链具有至少一个式-Y2-Z1的侧基。如果接枝链是聚合的，则接枝链含有至少两个或至少三个式-Y2Z1的侧基。
在一些实施例中，式(III)的官能化单体具有如式(IIIa)所示的(甲基)丙烯酰基团：
Z1-Y2a-Q-(CO)-CR2＝CH2
(IIIa)。
基团Y2a是包括亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的二价基团，并且可任选包括氧基、硫基、氨基、羰亚氨基、羰氧基、羰硫基或它们的组合。
式(III)或(IIIa)的官能化单体的基团Z1可以是酸性基团或它们的盐。官能化单体可以是弱酸、弱酸盐、强酸、强酸盐或它们的组合。官能化单体可以处于中性状态，但如果对pH值进行调节则其可以带负电荷。式(III)或(IIIa)的一些示例官能化单体是磺酸或其盐，例如(甲基)丙烯酰胺基磺酸或其盐。更具体的(甲基)丙烯酰胺基磺酸包括但不限于N-(甲基)丙烯酰胺基甲磺酸、2-(甲基)丙烯酰胺基乙磺酸和2-(甲基)丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸。也可以使用这些酸性单体的盐。具有酸性基团或其盐的一些其他示例官能化单体包括其他磺酸，例如乙烯基磺酸、(甲基)丙烯酸-3-磺丙酯、(甲基)丙烯酸磺乙酯和4-苯乙烯磺酸。
其他示例性的具有酸性基团的官能化单体包括但不限于膦酸或其盐或者羧酸或其盐。例如，官能单体可以是：(甲基)丙烯酰胺烷基膦酸，例如2-(甲基)丙烯酰胺乙基膦酸和3-(甲基)丙烯酰胺丙基膦酸；丙烯酸和甲基丙烯酸；和(甲基)丙烯酸羧烷酯，例如(甲基)丙烯酸-2-羧乙酯和(甲基)丙烯酸-3-羧丙酯。其他合适的单体包括(甲基)丙烯酰氨基酸，例如美国专利No.4,157,418(Heilmann)中所述的那些。示例性的(甲基)丙烯酰氨基酸包括但不限于N-(甲基)丙烯酰甘氨酸、N-(甲基)丙烯酰天冬氨酸、N-(甲基)丙烯酰基-β-丙氨酸和N-(甲基)丙烯酰基-2-甲基丙氨酸。也可以使用任何这些酸单体的盐。如果官能化单体为弱酸盐或强酸盐的形式，则这些盐的抗衡离子可以是(但不限于)碱金属离子、碱土金属离子、铵离子或四烷基铵离子。
式(III)或(IIIa)的第二类官能化单体对Z1具有氨基或其盐。所述氨基或其盐可以是伯氨基、仲氨基、叔氨基或季铵基团。这类官能化单体可以是弱碱、强碱、弱碱盐、强碱盐或它们的混合物。官能化单体可以处于中性状态，但如果对pH值进行调节则其可以带正电荷。如果官能化单体为盐的形式，则抗衡离子可以是(但不限于)卤离子(如氯离子)、羧酸根(如醋酸根或甲酸根)、硝酸根、磷酸根、硫酸根、硫酸氢根、甲基硫酸根或氢氧根。
一些示例性的具有氨基或其盐的官能化单体包括如式(IIIb)所示的氨基(甲基)丙烯酸酯或氨基(甲基)丙烯酰胺(以及它们的季铵盐)：
N(R5)u-Y2a-Q-(CO)-CR2＝CH2
(IIIb)，
在式(IIIb)中，Y2a、Q和R2与上面针对式(III)或(IIIa)所述的一样。每个R5独立地为氢、烷基、羟烷基(即羟基取代的烷基)、氨烷基(即氨基取代的烷基)、芳基或芳烷基。对于伯、仲或叔氨基，变量u等于2，对于季氨基，变量u等于3。当u等于3时，三个R5基团独立地选自烷基、羟烷基、氨烷基、芳基或芳基烷基。也就是说，当变量u等于3时，R5通常不等于氢。
当变量u等于2时，式(IIIb)中的R5基团与它们连接的氮原子合起来可以形成芳族的、部分不饱和(即，不饱和但非芳族的)或饱和的杂环基团。这种杂环基团可任选稠合至为芳族的第二环(例如苯)、部分不饱和的第二环(例如环己烯)或饱和的第二环(例如环己烷)。季铵盐的抗衡离子经常是卤离子、硫酸根、磷酸根、硝酸根等。
在其中变量u等于2的式(IIIb)的一些实施例中，两个R5基团均为氢。在其中变量u等于2的其他实施例中，一个R5基团是氢，另外一个是具有1至10、1至6或1至4个碳原子的烷基。在其中变量u等于2的其他实施例中，至少一个R5基团是具有2至10、2至6或2至4个碳原子的羟烷基或氨烷基，其中羟基或氨基位于烷基中除了第一个碳原子外的任意碳原子上。在其中变量u等于2的其他实施例中，至少一个R5基团是具有5或6个碳原子的芳基；或其中烷基具有1至10个碳原子且芳基具有5或6个碳原子的芳烷基。在其他实施例中，两个R5基团与它们连接的氮原子组合而形成杂环基团。杂环基团包含至少一个氮原子，并且可含有其他杂原子，例如氧或硫。示例性的杂环基团包括但不限于咪唑基、哌嗪基和吗啉基。杂环基团可稠合至另外的环，例如苯、环己烯或环己烷。稠合至另外环的示例性杂环基团包括但不限于苯并咪唑基。
其中Q是氧基的式(IIIb)的示例性氨基(甲基)丙烯酸酯包括但不限于(甲基)丙烯酸-N，N-二烷氨基烷基酯，例如(例如)(甲基)丙烯酸-N，N-二甲氨基乙酯、(甲基)丙烯酸-N，N-二乙氨基乙酯、(甲基)丙烯酸-N，N-二甲氨基丙酯、(甲基)丙烯酸-N-叔丁基氨基丙酯等。
其中Q是-NH-的式(IIIb)的示例性氨基(甲基)丙烯酰胺包括但不限于N-(3-氨丙基)(甲基)丙烯酰胺、N-[3-(二甲氨基)丙基](甲基)丙烯酰胺、N-(3-咪唑基丙基)(甲基)丙烯酰胺、N-(2-咪唑基乙基)(甲基)丙烯酰胺、N-(1，1-二甲基-3-咪唑基丙基)(甲基)丙烯酰胺和N-(3-苯并咪唑基丙基)(甲基)丙烯酰胺。
式(IIIb)的官能化单体的示例性季盐包括但不限于(甲基)丙烯酰胺基烷基三甲基铵盐，例如(甲基)丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵；和(甲基)丙烯酰氧基烷基三甲基铵盐，例如2-(甲基)丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵和2-(甲基)丙烯酰氧基乙基三甲基甲基硫酸铵。
式(III)或(IIIa)的第三类官能化单体具有羟基Z1基团。合适的含羟基单体包括羟基取代的(甲基)丙烯酸烷基酯、羟基取代的烷基(甲基)丙烯酰胺或乙烯醇。具体的含羟基单体包括但不限于(甲基)丙烯酸-2-羟乙酯、(甲基)丙烯酸-3-羟丙酯、(甲基)丙烯酸-4-羟丁酯、(甲基)丙烯酸甘油酯、N-[三(羟甲基)甲基]丙烯酰胺、乙烯基苄醇和羟乙基(甲基)丙烯酰胺。
式(III)或(IIIa)的第四类官能化单体具有二氢唑酮Z1基团。具有二氢唑酮基团的示例性官能化单体包括但不限于乙烯基烷基二氢唑酮，例如2-乙烯基-4，4-二甲基二氢唑酮(也称为2-乙烯基-4，4-二甲基-2-
Figure BPA00001311327400241
唑啉-5-酮)、2-(4-乙烯基苯基)-4，4-二甲基二氢唑酮、2-异丙烯基-4，4-二甲基二氢唑酮、2-乙烯基-4-乙基-4-甲基-2-
Figure BPA00001311327400242
唑啉-5-酮和2-乙烯基-4，4-二甲基-1，3-
Figure BPA00001311327400243
嗪-6-酮。第四类官能化单体的另外的实施例具有二氢唑酮基团的前体基团作为Z1基团。前体基团可经受闭环反应而形成二氢唑酮基团。可提供这种前体基团的示例性官能化单体包括但不限于N-丙烯酰基甲基丙氨酸。
式(III)或(IIIa)的第五类官能化单体具有缩水甘油基作为Z1基团。具有缩水甘油基的示例单体包括但不限于(甲基)丙烯酸缩水甘油酯。
其他官能化单体具有两种或更多种Z1官能团的组合，所述Z1官能团选自(1)酸性基团或其盐、(2)氨基或其盐、(3)羟基、(4)二氢唑酮基团或(5)缩水甘油基。具有多个且为不同类型的官能团的示例性官能化单体是3-(甲基)丙烯酰氧基-2-羟丙基三甲基氯化铵和2-(甲基)丙烯酰胺基乙醇酸。
式(II)的(甲基)丙烯酰基官能化载体与含式(III)的官能化单体的单体组合物的聚合导致式(IV)的接枝载体的形成：
SS-(CO)-NH-C(R1)2-(CH2)p-(CO)-Q-Y1-Q-(CO)-CR2U2-CH2-U1
(IV)。
在式(IV)中，SS指固体载体。基团Q、Y2、Z1、R1、p和Y1如针对式(II)和(III)所述的一样。基团U1是包含至少一个式-CR2(Y2Z1)-CH2-二价单体单元的聚合单元。基团U2为氢或包含至少一个式-CR2(Y2Z1)-CH2-的二价单体单元的基团。包含在基团U1或基团U1和U2两者中的Z1基团经常可与目标化合物反应或相互作用。
接枝链可包含一个或多个式-CR2(Y2Z1)-CH2-的单体单元。在许多实施例中，接枝链包含至少两个或至少三个单体单元。也就是说，接枝链经常是聚合的，并且包含至少两个或至少三个侧基-Y2-Z1。
基团U1和U2可包含至少一个式-CR2(Y2Z1)-CH2-的基团。通常，这些基团包含至少两个或至少三个式-CR2(Y2Z1)-CH2-的单体单元，且被认为是聚合链。在一些情况下，基团U2或U1是用于聚合反应中的链转移剂的残基，或者是自由基引发剂分子的残基。如果U1或U2中的任一者是链转移剂的残基，则其通常是卤素例如来自四溴甲烷的卤素。
接枝载体可用于分离和/或纯化目标化合物。也就是说，提供了分离或纯化目标化合物的方法，所述方法包括提供式(IV)的接枝载体以及使含目标化合物的样品接触所述接枝载体。目标化合物与接枝载体的接枝链的官能团Z1反应或相互作用。
在式(IV)的接枝载体的一些实施例中，接枝链具有为酸性基团或其盐的Z1基团。接枝载体可以起到阳离子交换材料的作用。当适当地调节pH值时，接枝链上的Z1基团可以是能够与目标化合物的带正电基团(即，目标化合物是阳离子)相互作用的带负电基团。目标化合物可吸附到接枝载体上。为了释放吸附的目标化合物，可提高pH值(例如，可以提高pH值到至少为6或7或更高)。或者，当目标化合物是生物分子时，可以在pH值约3至10或在pH值约4至6的低离子强度缓冲液(如，5至150毫摩尔每升浓度(mM)的缓冲盐加上0至200毫摩尔每升浓度的氯化钠)中使样品与接枝载体相接触并吸附在接枝载体上。为了释放吸附的生物分子，可使接枝载体与高离子强度的缓冲液相接触。在一些实施例中，高离子强度缓冲液包含用于吸附目标化合物的相同缓冲组成加上1或2摩尔每升浓度(M)的氯化钠。吸附和释放过程通常在接近室温的温度下进行。
式(IV)的接枝载体可通常在对某些已知的离子交换树脂来说不合适的pH值条件和/或盐条件下使用。例如，在比许多已知的离子交换树脂高或低0.5或1个pH值单位的pH值下，接枝载体的动态结合容量可具有最大值。较高pH值下的较大容量对于分离或纯化多种蛋白质来说可能是特别有利的。许多蛋白质对低pH值条件敏感，并且许多已知的离子交换树脂往往在对于蛋白质来说非最佳的pH值下使用。可以在对有些蛋白质来说更合适的较高pH值下使用接枝载体。
可用于控制阳离子交换反应的pH值的缓冲盐包括但不限于磷酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、硼酸钠、醋酸钠和TRIS(三(羟甲基)氨基甲烷)。其他合适的缓冲液包括“Good′s”缓冲液，例如MOPS(3-吗啉丙烷磺酸)、EPPS(4-(2-羟乙基)哌嗪-1-丙烷磺酸)、MES(2-吗啉乙烷磺酸)等。
在式(IV)的接枝载体的其他实施例中，接枝链具有为氨基或其盐的Z1基团。伯氨基或仲氨基可作为亲核试剂与目标化合物反应。或者，接枝载体可以起到阴离子交换材料的作用。当适当调节pH值时，接枝载体可具有能与目标化合物的带负电基团(即，目标化合物是阴离子)相互作用的带正电基团。
一般来说，为了使带负电的目标化合物有效吸附于阴离子交换材料，可采用高于目标化合物的pKa(或蛋白质的pI)至少约1至2个pH值单位的pH值。为了从阴离子交换材料中释放吸附的目标化合物，根据需要，pH值可以降低至少1到2个pH值单位或更多。或者，当带电目标化合物是生物分子时，可以在适当pH值(例如，对于牛血清白蛋白，pH值约6-8)的低离子强度缓冲液(例如，5至20毫摩尔每升浓度的缓冲盐)中使样品与阴离子交换材料相接触。为了释放吸附的生物分子，通常使阴离子交换材料与高离子强度缓冲液相接触。在一些实施例中，高离子强度缓冲液包含用于吸附目标化合物的相同缓冲组成加上1摩尔每升浓度的氯化钠。吸附和释放过程通常在接近室温的温度下进行。
可用于控制阴离子交换材料的pH值的缓冲盐包括但不限于磷酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、硼酸钠、醋酸钠和TRIS(三(羟甲基)氨基甲烷)。其他合适的缓冲液包括“Good′s”缓冲液，例如MOPS(3-吗啉丙烷磺酸)、EPPS(4-(2-羟乙基)哌嗪-1-丙烷磺酸)、MES(2-吗啉乙烷磺酸)等。
在式(IV)的接枝载体的其他实施例中，接枝链具有羟基Z1基团。接枝链上的羟基可以与目标化合物经历缩合反应。例如，羟基可以与具有羧基(-COOH)的目标化合物反应形成酯。也就是说，反应导致形成使目标化合物共价键合至接枝链的羰氧基键连基团。例如，蛋白质或其他分子可共价键合至接枝链。或者，具有羟基的接枝链可用来提供中性、亲水性、孔修饰性材料，使得所述树脂可以用作尺寸排阻树脂。
在式(IV)接枝载体的其他实施例中，接枝链具有二氢唑酮Z1基团。接枝链上的二氢唑酮基团可与具有亲核基团的目标化合物经历开环反应。与二氢唑酮基团反应的合适亲核基团包括但不限于伯氨基、仲氨基、硫醇基和羟基。二氢唑酮基团与目标化合物的亲核基团的反应通常导致形成将目标化合物附着至接枝链的键连基团。由二氢唑酮基团的开环形成的键连基团通常含-(CO)NHC(R1)2(CH2)p(CO)-基团。二氢唑酮官能化树脂与各种亲核化合物(例如，目标化合物)的反应在美国专利No.5,292,840(Heilmann等人)、No.5,561,097(Gleason等人)和No.6,379,952(Rasmussen等人)中有进一步描述。
或者，式(IV)的接枝载体可具有包含二氢唑酮基团的前体基团的接枝链。这些前体基团可以经受闭环反应而形成二氢唑酮基团。一旦二氢唑酮基团形成，其则可如上所述与多种目标化合物反应。通过(例如)用醋酸酐、三氟醋酸酐或氯甲酸烷基酯处理式(IV)的接枝载体可以发生闭环反应。该工艺在美国专利No.5,403,902(Heilmann等人)和No.5,336,742(Heilmann等人)中有进一步描述。
在式(IV)接枝载体的另外的实施例中，接枝链具有缩水甘油基Z1基团。缩水甘油基可与具有亲核基团的目标化合物经历开环反应。适于与缩水甘油基反应的亲核基团包括但不限于伯氨基、仲氨基、羟基、叔氨基、硫醇基和羧基。缩水甘油基与目标化合物的亲核基团的反应通常导致形成起到将目标化合物附着至接枝链的功能的键连基团。通过缩水甘油基的开环形成的键连基团通常含-C(OH)HCH2-基团。当缩水甘油基与氨基反应时，键连基团可以是(例如)-C(OH)HCH2NR3-，当缩水甘油基与羟基反应时，键连基团可以是-C(OH)HCH2O-，当缩水甘油基与硫醇基反应时，键连基团可以是-C(OH)HCH2S-，或者当缩水甘油基与羧基反应时，键连基团可以是-C(OH)HCH2O(CO)-。
在一些应用中，可以对式(IV)的接枝载体进一步改性以提供与目标化合物相互作用或反应的其他基团。在许多实施例中，将式A-T的改性剂与接枝载体反应。在式A-T中，基团A是改性基团，T是改性剂的残基，并且等于改性剂A-T减去改性基团A。改性基团A可与接枝链上的官能团Z1反应。官能团Z1与改性基团A的反应导致形成连接基团L。连接基团L连接于T，T为改性剂的残基。反应示于“反应方案C”中。G-Z1用来指接枝链上具有官能团Z1的式(IV)接枝载体。
反应方案C
G-Z1+A-T→G-L-T
为便于讨论，式G-Z1只含有一个Z1基团。许多接枝载体具有多个接枝链，且许多接枝链具有多个Z1基团。对于每种类型的Z1官能团，表1中示出了示例性的改性剂。在表1中，基团X表示卤素(如，X-是卤素离子)，基团D选自氧基、硫基或-NR3-。每个基团R4独立地选自氢、烷基、杂烷基、芳基或芳烷基。基团R5是亚烷基。基团Az表示二氢唑酮基团，基团Az1指开环的二氢唑酮基团。
表1：接枝载体与改性剂的反应
Figure BPA00001311327400291
改性的固体载体可以由式(V)表示：
SS-(CO)-NH-C(R1)2-(CH2)p-(CO)-Q-Y1-Q-(CO)-CR2U4-CH2-U3
(V)。
在式(V)中，SS是固体载体，R1各自独立地选自烷基、杂烷基、芳基或芳烷基。基团Rw是氢或烷基。变量p是等于0或1的整数。每个基团Q独立地为选自氧基、硫基或-NR3-的二价基团，其中R3是氢、烷基、杂烷基、芳基或芳烷基。基团Y1是含有亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的第一连接基团。Y1可任选包括分隔一个或多个亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的混合物的氧基、硫基、氨基、羰亚胺基、羰氧基、羰硫基或它们的组合。基团U3包含至少一个式-CR2(Y2-L-T)-CH2-的二价单体单元。基团U4选自氢或包含至少一个式-CR2(Y2-L-T)-CH2-的二价单体单元的基团。基团L是通过使基团Z1与式A-T改性剂的改性基团反应而形成的连接基团，其中A是改性基团。基团T是改性剂A-T的残基，并且等于改性剂A-T减去改性基团A。基团Z1是选自以下的官能团：(1)酸性基团或其盐、(2)氨基或其盐、(3)羟基、(4)二氢唑酮基团或所述二氢唑酮基团的前体、(5)缩水甘油基或(6)它们的组合。
改性接枝载体可用于分离和/或纯化目标化合物。也就是说，提供了分离或纯化目标化合物的方法，所述方法包括提供式(V)的接枝载体以及使含目标化合物的样品与接枝载体相接触。目标化合物与改性接枝载体的残基T反应或相互作用。改性接枝载体可起到亲合树脂或材料、离子交换树脂或材料、疏水性相互作用树脂或材料、反相树脂或材料、尺寸排阻树脂或材料、螯合树脂或材料、细胞选择树脂或材料、固定化酶树脂或材料、混合模式树脂或材料等的作用。
可以(例如)通过使基团Z1与包含改性基团加上亲合配体的改性剂反应来制备亲合树脂或材料。亲合配体是可结合另一基团或化合物的基团或化合物。例如，式(IV)的接枝载体上的二氢唑酮基团或缩水甘油基Z1基团可与含有亲核改性基团加上亲合配体的改性剂反应。更具体地，生物分子的氨基可与二氢唑酮或缩水甘油基反应，以使生物分子共价连接至接枝载体。连接的生物分子可与互补的生物分子相互作用。示例性的改性剂包括可与相应(即互补)抗体结合的抗原或能与相应(即互补)抗原结合的抗体。其他示例改性剂包括可与互补DNA或RNA片段结合的DNA或RNA片段以及能与含碳水化合物部分的化合物或生物分子结合的凝集素。
可以(例如)通过使式(IV)的接枝载体上的Z1与具有改性基团加上离子基团的改性剂反应来制备离子交换树脂或材料。例如，改性剂可具有亲核改性基团加上第二基团，所述第二基团是碱性、酸性的或者是它们的盐。亲核基团可与二氢唑酮或缩水甘油基Z1基团反应，从而导致离子基团(即酸性基团、碱性基团或它们的盐)连接至接枝载体。兼有亲核基团和离子基团的合适改性剂包括但不限于2-氨基乙磺酸或氨基丙基二甲胺。
可以(例如)通过使式(IV)的接枝载体上的基团Z1与具有改性基团加上疏水基团的改性剂反应来制备疏水性相互作用树脂或材料。例如，改性剂可具有亲核改性基团，该亲核改性基团可与二氢唑酮基团或缩水甘油基Z1基团反应，从而导致疏水基团连接至接枝载体。兼有亲核基团和疏水基团的合适改性剂包括但不限于苄胺、丁胺、己胺或苯乙胺。疏水性相互作用树脂可用于(例如)纯化或分离相对较大的分子，例如蛋白质。
可以(例如)使用与用于制备疏水性相互作用树脂相类似的改性剂来制备反相树脂或材料。也就是说，可以通过使式(IV)的接枝载体上的二氢唑酮基团或缩水甘油基Z1基团与具有亲核改性基团和疏水性第二基团的改性剂反应来制备反相树脂。亲核基团可与二氢唑酮或缩水甘油基Z1基团反应，导致具有疏水基团的改性剂连接于接枝载体。具有亲核基团和疏水基团的合适改性剂包括(例如)辛基癸胺。对于反相相互作用树脂，洗脱液通常是有机溶剂而不是水基溶液。此外，反相树脂通常用于分离或纯化相对较小的分子和肽而不是蛋白质。
可以(例如)通过使式(IV)的接枝载体上的基团Z1与具有改性基团和非相互作用性或中性的第二基团的改性剂反应来制备尺寸排阻树脂或材料。例如，改性剂可包含亲核改性基团，该亲核改性基团可与二氢唑酮或缩水甘油基Z1基团反应从而导致非相互作用性或中性基团的连接。兼有亲核基团和可与二氢唑酮Z1基团反应的非相互作用性或中性基团的合适改性剂包括多种胺、硫醇、醇或醇胺。例如，改性剂可以是乙醇胺、乙醇或乙胺。兼有亲核基团和可与缩水甘油基Z1基团反应的非相互作用性或中性基团的合适改性剂包括多种羧酸和醇。例如，改性剂可以是乙醇或乙酸。
可以(例如)通过使式(IV)的接枝载体上的Z1与兼有改性基团和金属螯合性第二基团的改性剂反应来制备螯合树脂或材料。例如，改性剂可具有亲核改性基团，该亲核改性基团可与二氢唑酮或缩水甘油基Z1基团反应从而导致金属螯合基团的连接。合适的改性剂包括但不限于亚氨基二乙酸、N-(3-氨丙基)亚氨基二乙酸和N-(2-羟乙基)亚氨基二乙酸。金属离子螯合后，金属-螯合基团可以(例如)与蛋白质上的某些基团(如组氨酸基团)相互作用。
可以(例如)通过使式(IV)的接枝载体上的Z1与细胞表面标记物的抗体反应来制备细胞选择树脂。也就是说，抗体是改性剂。抗体通常具有可与二氢唑酮基团或缩水甘油基反应以将抗体连接于接枝载体的亲核基团(如氨基)。而抗体又能与细胞上的细胞表面标记物结合，导致细胞附着于接枝载体。细胞选择树脂可用于(例如)纯化或分离干细胞、血细胞或细菌。
可以通过使聚合物树脂上的二氢唑酮或缩水甘油基Z1基团与酶的亲核基团反应来制备固定化酶树脂，以使酶连接于接枝载体。例如，酶可以是青霉素G-酰基转移酶或葡糖淀粉酶。固定化酶树脂可以用作多种反应的催化剂。
可以通过使式(IV)的接枝载体上的Z1基团与具有改性基团加上附加基团的改性剂反应来制备混合模式树脂，所述附加基团可以为接枝载体赋予两种或更多种相互作用模式。两种或更多种相互作用模式可以是任何上述的那些。例如，二氢唑酮基团或缩水甘油基可以与诸如苯基丙氨酸之类的改性剂反应，其中氨基起到亲核基团的作用，苯基起到疏水基团的作用，羧基起到离子基团的作用。
在一些实施例中，将接枝载体或改性接枝载体置于色谱柱内。色谱柱可以是分析仪器的一部分或者可以是制备系统的一部分。制备系统可以具有任意合适的规模，例如实验室规模、中试规模或工业规模。在其他实施例中，接枝载体或改性接枝载体可以设置在过滤介质的表面上。可以使用任意合适的过滤介质。过滤介质可设置在料筒内以形成滤筒。在许多应用中，接枝载体或改性接枝载体是珠的形式。珠可以具有任意合适的尺寸。
实例
这些实例仅仅是为了进行示意性的说明，并非旨在限制所附权利要求书的范围。除另有说明外，否则在实例和说明书其他部分中的所有份数、百分数、比例等均为按重量计。所用的溶剂和其他试剂均购自Sigma-AldrichChemical Company(Milwaukee，WI)，除非另有说明。
术语表
Figure BPA00001311327400351
测试方法
对免疫球蛋白G(IgG)的静态阳离子交换容量
通过如下方式制备阳离子交换聚合物珠的50体积％的浆料：将聚合物珠与去离子水混合，以3000相对离心力(rcf)离心20分钟以形成填充珠床，然后调节去离子水量，使得总体积为填充珠床的两倍。使浆料混合均匀以悬浮聚合物珠，然后吸移400微升浆料样品到5mL的0.45微米醋酸纤维素离心微量过滤器当中，该过滤器是可以商品名CENTREX MF通过VWR(Eagan，MN)商购获得。通过以3000rcf离心5分钟除水。然后将聚合物珠与4mL缓冲液在pH 4.5下混合，所述缓冲液含50mM醋酸钠和80mM氯化钠。将样品以3000rcf再次离心10分钟。弃去上清液。然后将4.5mL相同的醋酸盐缓冲液中浓度约7mg/mL的IgG样品加入到含聚合物珠的过滤器中。将混合物通过翻滚过夜进行混合，然后通过以3000rcf离心20分钟从聚合物珠中移除上清液。
通过UV光谱分析上清液。将样品在280nm处的吸光度与起始IgG溶液的吸光度进行比较。差值用于计算聚合物珠的IgG容量。进行三次测定，取平均值。
对免疫球蛋白G(IgG)的阳离子动态结合容量(DBC)
将聚合物珠的水性浆料(聚合物珠总体积大约350微升)填充到5厘米×0.3厘米内径的玻璃柱(以商品名OMNIFIT商购自Chromtech，Apple Valley，MN)当中，置于快速蛋白液相色谱仪上(以商品名AKTA商购自GE Healthcare，Uppsala，Sweden)，用缓冲液A(50mM醋酸盐，40mM NaCl)以0.7毫升/分钟平衡10柱体积。除非另外指明，否则缓冲液A的pH值为4.5。以0.09毫升/分钟(3.9分钟停留时间/76厘米/小时)上样测试溶液(缓冲液A中的5.0mg/mL人IgG)，直到上完7mL样品或波长280纳米下的UV吸光度(A280)超过800mAU(按先达到者为准)。在初始上样期间离开柱的溶液的浓度为初始IgG测试溶液浓度的10％的点上测定IgG对载体的结合量(扣除非结合蛋白的水平)。
对氢离子的小离子容量(SIC)
将大约8mL聚合物珠浆料(在去离子水中大约50体积％)转移到15mL刻度离心管中，以3000相对离心力(rcf)离心5分钟。将所得到的填充聚合物珠的体积记录到最小0.1mL，将浆料定量转移至烧结玻璃漏斗，用去离子水(3×50mL)、用0.5N HCl(3×50mL)并再用去离子水(3×50mL)洗涤。然后将洗过的聚合物珠定量转移至125mL锥形瓶，加入4.0mL的2M NaCl置换氢离子。5分钟后向浆料中加入2滴酚酞溶液(在100mL乙醇中1克)，用0.1N NaOH滴定混合物(同时在磁力搅拌板上进行搅拌)，直到溶液出现淡粉红色。通过如下方式计算以每毫升聚合物珠的微摩尔数表示的小离子容量：用所加的0.1NaOH的体积除以被分析的珠的体积并乘以100。
对牛血清白蛋白(BSA)的静态阴离子交换容量
通过如下方式制备阴离子交换聚合物珠的50体积％的浆料：将聚合物珠与去离子水混合，以3000相对离心力(rcf)离心20分钟以形成填充珠床，然后调节去离子水量，使得总体积为填充珠床的两倍。使浆料混合均匀以悬浮聚合物珠，然后吸移400微升浆料样品到5mL的0.45微米醋酸纤维素离心微量过滤器当中，该过滤器是可以商品名CENTREX MF通过VWR(Eagan，MN)商购获得。通过以3000rcf离心5分钟除水。然后将聚合物珠与4mL缓冲液在pH 7.5下混合，所述缓冲液含有10mM的3-(N-吗啉基)丙磺酸(MOPS)。将样品以3000rcf再离心10分钟。弃去上清液。然后将在相同的MOPS缓冲液中浓度为约9mg/mL的BSA(购自Sigma-Aldrich，St.Louis，MO)样品4.5mL加至含有所述聚合物珠的过滤器中。将混合物通过翻滚过夜进行混合，然后通过以3000rcf离心20分钟从聚合物珠中移除上清液。
通过UV光谱分析上清液。将样品在279nm处的吸光度与起始BSA溶液的吸光度进行比较。差值用于计算聚合物珠的BSA容量。进行三次测定，取平均值。
对BSA的阴离子动态结合容量(DBC)
将聚合物珠的水性浆料(聚合物珠总体积大约350微升)填充到5厘米×0.3厘米内径的玻璃柱(以商品名OMNIFIT商购自Chromtech，Apple Valley，MN)当中，置于快速蛋白液相色谱仪上(以商品名AKTA商购自GE Healthcare，Uppsala，Sweden)，用缓冲液A(25mM的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐(Tris-HCl)，pH 8.0)以0.5毫升/分钟平衡9柱体积。以0.1毫升/分钟(3.5分钟停留时间/85厘米/小时)上样测试溶液(在缓冲液A中5.0mg/mL BSA)，直到上完15mL样品或波长280纳米下的UV吸光度(A280)超过250mAU(按先达到者为准)。在初始上样期间离开柱的溶液的浓度为初始BSA测试溶液浓度的10％的点上测定BSA对载体的结合量。
对氢氧根离子的小离子容量(SIC)
将大约8mL聚合物珠浆料(在去离子水中大约50体积％)转移到15mL刻度离心管中，以3000相对离心力(rcf)离心5分钟。将所得到的填充聚合物珠的体积记录到最小0.1mL，将浆料定量转移至烧结玻璃漏斗，用去离子水(3×50mL)、用0.1N NaOH(3×50mL)并再用去离子水(3×50mL)洗涤。然后将洗过的聚合物珠定量转移至125mL锥形瓶，加入4.0mL的2M硫酸钠置换氢氧根离子。5分钟后往浆料中加入2滴酚酞溶液(在100mL乙醇中1克)，用0.1N HCl滴定混合物(同时在磁力搅拌板上进行搅拌)，直到溶液的颜色由粉红变成无色。通过如下方式计算以每毫升聚合物珠的微摩尔数表示的小离子容量：用所加的0.1HCl的体积除以被分析的珠的体积并乘以100。
对免疫球蛋白G(IgG)的静态亲合结合容量
通过如下方式制备蛋白A衍生的聚合物珠的50体积％的浆料：将聚合物珠与去离子水混合，以3000相对离心力(rcf)离心20分钟以形成填充珠床，然后调节去离子水量，使得总体积为填充珠床的两倍。使浆料混合均匀以悬浮聚合物珠，然后吸移200微升浆料样品到5mL的0.45微米醋酸纤维素离心微量过滤器当中，该过滤器是可以商品名CENTREX MF通过VWR(Eagan，MN)商购获得。通过以3000rcf离心5分钟除水。然后将聚合物珠与2.25mL人IgG溶液(约5mg/mL hIgG，于10mM磷酸盐、150mM氯化钠，pH 7.4中)混合。将混合物通过翻滚过夜进行混合，然后通过以3000rcf离心5分钟从聚合物珠中移除上清液。
通过UV光谱分析上清液。将样品在280nm处的吸光度与起始IgG溶液的吸光度进行比较。差值用于计算聚合物珠的IgG容量。进行三次测定，取平均值。
对免疫球蛋白G(IgG)的亲合动态结合容量(DBC)
将蛋白A衍生的聚合物珠的水性浆料(聚合物珠总体积为大约350微升)填充到5厘米×0.3厘米内径的玻璃柱(以商品名OMNIFIT商购自Chromtech，Apple Valley，MN)当中，置于快速蛋白液相色谱仪上(以商品名AKTA商购自GE Healthcare，Uppsala，Sweden)，用缓冲液A(10mM磷酸盐，150mM氯化钠，pH 7.4，掺杂有0.01％w/v叠氮化钠)以0.7毫升/分钟平衡10柱体积。以0.09毫升/分钟(3.9分钟停留时间/76厘米/小时)上样测试溶液(在缓冲液A中3.0mg/mL人IgG)，直到装载7mL样品或波长280纳米下的UV吸光度(A280)超过300mAU(按先达到者为准)。通过以0.7毫升/分钟的流速流动18柱体积的缓冲液A，进行未结合样品的洗出。接下来用缓冲液B(2％v/v冰醋酸，0.1M甘氨酸)进行9柱体积的等度洗脱。在初始装载期间离开柱的溶液的浓度为初始IgG测试溶液浓度的10％的点上测定IgG对载体的结合量(扣除非结合蛋白的水平)。然后通过流动15柱体积的缓冲液A对柱进行再平衡。
实例1
在具有顶置式搅拌器的1L圆底烧瓶中，在乙酸乙酯(250mL)中浆化15克EMPHAZE AB1珠样品。添加甲基丙烯酸-2-羟乙酯(HEMA，15mL)。搅拌5分钟后，添加三氟化硼乙醚(300μL)，让混合物在环境温度下反应72小时。然后过滤珠浆料，用丙酮洗涤(4×250mL)，在真空下干燥过夜。
实例2
重复实例1，不同的是用丙烯酸-2-羟乙酯(HEA)代替HEMA。
实例3
将配有顶置式搅拌器、加热控制装置、回流冷凝器和氮气进口的2L分流树脂烧瓶(Morton型)中装上甲苯(188mL)和聚合稳定剂(0.13g)。聚合稳定剂是按重量计为91.8∶8.2的丙烯酸异辛酯与2-丙烯酰胺基异丁酰胺的共聚物，其制备如Rasmussen等人，Makromol.Chem.，Macromol.Symp.，54/55，535-550(1992)中所述。以450rpm搅拌溶液，直到所有的稳定剂溶解。加入庚烷(348mL)，在慢速氮吹扫的条件下加热混合物，直到温度平衡至35℃。向225mL锥形瓶中称入MBA(13.86克)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙氨酸(0.14克)。向烧瓶添加异丙醇(80mL)、去离子(DI)水(38.3mL)、1N氢氧化钠(1.78mL)和聚乙二醇1000(20mL DI水中的50％w/w溶液)。低热搅拌混合物，直到所有单体溶解。伴随涡旋将硫酸钠(0.56克)在DI水(5mL)中的溶液添加至所述单体溶液。将所得到的溶液立即添加至平衡了的反应烧瓶中。继续进行搅拌和吹扫，直到批料再次平衡至35℃。加入四甲基乙二胺(TMEDA，0.56mL)以引发聚合。让聚合反应进行总共两个小时。过滤珠悬浮液，用丙酮(2×500mL)、甲醇(2×500mL)、再用丙酮(2×500mL)洗涤。将湿滤饼转移至锥形瓶，悬浮在丙酮(250mL)中，伴随涡旋用超声处理10分钟以破碎团聚物。过滤珠，再次在水中浆化，用RO-TAP筛(W.S.Tyler，Mentor OH)过筛。收集直径在38-90微米的粒度级分。平均粒度确定为82.3微米。
过滤大约20mL水合珠浆料，然后用0.1N盐酸(2×50mL)、DI水(2×50mL)、丙酮(3×50ml)和二甲亚砜(DMSO，3×50mL)洗涤。将潮湿珠置于50mL聚丙烯离心管中，用DMSO稀释至高达两倍溶胀体积。加入醋酸酐(1.7mL)和三乙胺(0.1mL)，将混合物在25℃混合4小时。过滤珠，用丙酮洗涤(3×50mL)，在高真空条件下干燥过夜。然后如实例1所述使干燥的珠与HEMA反应。
实例4
将乙二胺(12.0克)溶于异丙醇(200mL)，然后加入20克EMPHAZEAB1珠样品。浆料在环境温度下混合2小时，过滤，然后用异丙醇(3×200mL)、蒸馏水(4×200mL)、0.1N HCl(3×200ml)和蒸馏水(5×200mL)洗涤。当按上面针对氢离子的小离子交换容量所述的程序进行滴定时，所得到的胺官能化珠经测定具有约29微摩尔/毫升珠的胺官能度。
过滤上述浆料的一半，用异丙醇(100mL)、含0.1N NaOH(20mL)的异丙醇(100mL)和异丙醇(3×100mL)进行洗涤。然后在异丙醇中浆化湿饼(约50体积％浆料)，加入VDM(5mL)，让混合物在环境温度下混合2小时。然后过滤珠，用丙酮洗涤(3×100mL)，在60℃旋转蒸发器上干燥两个小时，从而得到约10克丙烯酰胺官能化珠，其适合接枝反应。
实例5
向三颈圆底烧瓶添加甲苯(100mL)、庚烷(300mL)和Triton X-100(1000μL)。将混合物用氮气吹扫，同时在室温下用顶置式搅拌器搅拌。
在单独的125mL锥形瓶中溶解AMPS(30克，50％w/w水溶液)、过硫酸钠(0.20克)、异丙醇(35mL)和水(20mL)。向该水性混合物添加来自实例3的HEMA官能化珠(2.0克)并让其浸泡10分钟。过滤珠以除去多余的液体，然后转移到有机甲苯/庚烷混合物中。搅拌悬浮的珠并用氮气吹扫30分钟，然后添加四甲基乙二胺(TMEDA，0.2mL)。搅拌混合物1小时。过滤珠，用丙酮(3×100mL)和DI水(3×100mL)两者进行洗涤，然后作为浆料保存于DI水中以供进一步分析。表1示出了对该材料的分析。
实例6至9
重复实例5的制备程序，但AMPS溶液量不同(分别为10、15、20和40克)。调整DI水量，使得每一反应有总共35mL水。表1示出了对这些材料的分析。
实例10-13
使用制备例1的HEMA官能化珠分别连同5、10、20和30克AMPS溶液重复实例6至9。表1示出了对这些材料的分析。
实例14至18
重复实例12，不同的是异丙醇和水的量不同。对于实例14至17，用量分别为0/70、20/50、49/21和60/10mL。对于实例18，使用7.5克AMPS溶液、7.5mL异丙醇和18.75mL DI水。表1示出了对这些材料的分析。
比较例1
按类似于实例3的程序制备98∶2w/w MBA/AMA珠。该珠不用HEMA衍生化，使之进行实例18的接枝程序。所得到的珠的小离子容量为31μmol/mL。该低的小离子容量表明，即使发生接枝也是极少的。
表1：阳离子交换珠的表征
Figure BPA00001311327400421
实例19
使用实例1中的HEMA官能化珠(2.0克)重复实例5的接枝程序，以APTAC(20克75重量％的水溶液)代替AMPS。由于APTAC单体是75重量％水溶液而不是50重量％水溶液，故对所添加到DI水的量进行适当调整。表2示出了对所得接枝珠的表征。
实例20-24
重复实例19，不同的是APTAC溶液的用量分别为15、10、7.5、5和2.5克。调整所添加的DI水的量以得到总共17.5mL水。表2示出了对所得接枝珠的表征。
实例25-29
用来自实例1的HEMA官能化珠(1克)重复实例19，以不同量的(3-甲基丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵(MAPTAC，50重量％的水溶液)代替APTAC。再次对所添加的DI水的量进行调节以得到总共17.5mL水。MAPTAC溶液用量分别为20、15、10、7.5和5克。表2示出了对所得接枝珠的表征。
表2：接枝阴离子交换珠
  实例  SIC(μmol/mL)   静态BSA(mg/mL)   DBC(pH 8.0)
  19   442   75.3   45.9
  20   382   99.7   69.2
  21   300   143.5   92.6
  22   188   169.0   89.2
  23   123   161.9   74.7
  24   55   89.4   50.0
  25   260   144.3   81.2
  26   192   132.2   95.5
  27   161   138.2   82.6
  28   133   137.0   82.2
  29   95   116.5   49.6
实例30
向三颈圆底烧瓶添加甲苯(50mL)、庚烷(150mL)和Triton X-100(500μL)。将混合物用氮气吹扫，同时在室温下用顶置式搅拌器搅拌。
将N-丙烯酰基-2-甲基丙氨酸(AMA，30毫克)、甲基丙烯酰胺(MA，544毫克)、过硫酸钠(0.12克)、异丙醇(17.5mL)、0.1N氢氧化钠(1.92mL)和去离子水(15.58mL)溶解于单独的125mL锥形瓶中。向水性混合物添加来自实例3的HEMA官能化珠(1.0克)并让其浸泡10分钟。过滤珠以除去多余的液体，然后转移至有机甲苯/庚烷混合物中。搅拌悬浮的珠并用氮气吹扫30分钟，然后添加四甲基乙二胺(TMEDA，0.1mL)。搅拌混合物1小时，然后过滤珠。过滤的珠用丙酮(3×50mL)、DI水(3×50mL)、0.1N盐酸(2×50mL)、DI水(2×50mL)、丙酮(3×50ml)、然后用二甲亚砜(DMSO，3×50mL)洗涤。将潮湿珠置于50mL聚丙烯离心管中，用DMSO稀释至高达2x溶胀体积。加入醋酸酐(1.7mL)和三乙胺(0.1mL)，将混合物在25℃混合4小时。过滤珠，用丙酮洗涤(3×50mL)，在高真空条件下干燥过夜。在红外分析中，在大约1820cm-1处的吸收带的存在表明对二氢唑酮的成功环化。
实例31
通过合并1.87mL缓冲液“A”(0.135M MOPS，1.018M硫酸钠，pH 7.55)、0.4mL去离子水和0.532mL蛋白A储备溶液(50mg/mL)制备蛋白A偶联溶液。借助于水浴将此溶液与单独的溶液(5.0mL缓冲液“B”，即0.100M MOPS，0.4M TRIS，1.27M硫酸钠，pH 7.5)平衡至25℃。向15mL聚丙烯离心管中加入200mg来自实例26的干二氢唑酮官能化珠，然后添加2.80mL蛋白A偶联溶液。将所得到的浆料在轨道式震荡器上混合15分钟。添加缓冲液“B”并继续在25℃下再混合一个小时。以3000rcf离心珠浆料5分钟，轻轻滗出上清液并添加乙醇胺骤冷缓冲液(5mL，3.0M乙醇胺，pH 9.0)。将该混合物在环境温度下混合1小时，过滤，用pH 7.5的磷酸盐缓冲液洗涤(5×20mL)，然后在10℃作为水中的20％乙醇溶液(vol/vol)保存。对IgG的静态亲合结合容量测定为55mg/mL，而10％临界点时的动态结合容量测定为35mg/mL。
实例32
向三颈圆底烧瓶添加甲苯(50mL)、庚烷(150mL)和Triton X-100(500μL)。将混合物用氮气吹扫，同时在室温下用顶置式搅拌器搅拌。
将N-丙烯酰基-2-甲基丙氨酸钠盐(AMA-Na，1.0克，在水中40重量％的固体)、过硫酸钠(0.12克)、异丙醇(17.5mL)和去离子水(16.9mL)溶解于单独的125mL锥形瓶中。向该水性混合物添加来自实例1的HEMA官能化珠(1.0克)并让其浸泡20分钟。过滤珠以除去多余的液体，然后转移至有机甲苯/庚烷混合物中。搅拌悬浮的珠并用氮气吹扫60分钟，然后添加四甲基乙二胺(TMEDA，0.1mL)。搅拌混合物2小时，过滤珠，用丙酮(3×50mL)、DI水(3×50mL)、0.1N盐酸(2×50mL)、DI水(2×50mL)、丙酮(3×50ml)、然后用二甲基亚砜(DMSO，3×50mL)洗涤。将潮湿珠置于50mL聚丙烯离心管中，用DMSO稀释至高达2x溶胀体积。加入醋酸酐(1.7mL)和三乙胺(0.1mL)，将混合物在25℃混合4小时。过滤珠，用丙酮洗涤(3×50mL)，在高真空条件下干燥过夜。对在大约1820cm-1处的红外吸收带的定量分析表明二氢唑酮含量为9.5重量％。
实例33-34
分别使用2.5克和20克AMA-Na溶液重复实例32，所添加的去离子水的量分别调节为16mL和5.5mL。所得到的接枝珠的红外分析表明二氢唑酮含量分别为14.2重量％和27.2重量％。

Claims (19)

1.一种制备制品的方法，所述方法包括：
提供式(I)的二氢唑酮官能化载体
Figure FDA0000383547600000011
其中
SS包括固体载体；
p是等于0或1的整数；且
每个R1独立地选自烷基、杂烷基、芳基或芳烷基；
由所述式(I)的二氢唑酮官能化载体形成式(II)的(甲基)丙烯酰基官能化载体，
SS-(CO)-NH-C(R1)2-(CH2)p-(CO)-Q-Y1-Q-(CO)-CR2=CH2
(II)
其中
每个基团Q独立地为选自氧基、硫基或–NR3-的二价基团，其中R3是氢、烷基、杂烷基、芳基或芳烷基；
Y1是包含亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的第一连接基团；且
R2是氢或烷基；
使所述式(II)的(甲基)丙烯酰基官能化载体与包含式(III)单体的单体组合物聚合
Z1-Y2-CR2=CH2
(III)
以形成式(IV)的接枝载体，
SS-(CO)-NH-C(R1)2-(CH2)p-(CO)-Q-Y1-Q-(CO)-CR2U2-CH2-U1
(IV)
其中
U1包含至少一个式–CR2(Y2Z1)-CH2-的二价单体单元；
U2是氢或包含至少一个式–CR2(Y2Z1)-CH2-的二价单体单元；
Z1是选自以下的官能团：(1)酸性基团或其盐、(2)氨基或其盐、(3)羟基、(4)二氢唑酮基团或所述二氢唑酮基团的前体、(5)缩水甘油基或(6)它们的组合；且
Y2是第二连接基团，其选自单键或包含亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的二价基团。
2.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述式(II)的(甲基)丙烯酰基官能化载体包括使所述式(I)的二氢唑酮官能化载体的二氢唑酮基团与式(VI)的化合物反应：
HQ-Y1-Q-(CO)-CR2=CH2
(VI)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述式(II)的(甲基)丙烯酰基官能化载体包括形成式(VIII)的中间体
SS-(CO)-NH-C(R1)2-(CH2)p-(CO)-Q-Y1a-QH
(VIII)
其中
Y1a包含亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合。
4.根据权利要求3所述的方法，该方法还包括使所述式(VIII)的中间体与第二化合物反应，所述第二化合物具有能与亲核基团(-QH)反应的第一基团和包含烯键式不饱和基团的第二基团。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述式(III)的单体可以由式(IIIa)表示
Z1-Y2a-Q-(CO)-CR2=CH2
(IIIa)
其中
Y2a是包含亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的二价基团。
6.一种制品，所述制品包括式(IV)的接枝载体
SS-(CO)-NH-C(R1)2-(CH2)p-(CO)-Q-Y1-Q-(CO)-CR2U2-CH2-U1
(IV)
其中
SS包括固体载体；
p是等于0或1的整数；
每个R1各自独立地选自烷基、杂烷基、芳基或芳烷基；
每个Q独立地为选自氧基、硫基或–NR3-的二价基团，其中R3是氢、烷基、杂烷基、芳基或芳烷基；
Y1是包含亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的第一连接基团。
每个R2独立地为氢或烷基；
U1包含至少一个式–CR2(Y2Z1)-CH2-的二价单体单元；
U2是氢或包含至少一个式–CR2(Y2Z1)-CH2-的二价单体单元；
Y2是第二连接基团，其选自单键或包含亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的二价基团；且
Z1是选自以下的官能团：(1)酸性基团或其盐、(2)氨基或其盐、(3)羟基、(4)二氢唑酮基团或所述二氢唑酮基团的前体、(5)缩水甘油基或(6)它们的组合。
7.根据权利要求6所述的制品，其中所述固体载体为珠的形式。
8.根据权利要求6或7所述的制品，其中所述固体载体包括交联的聚合物材料。
9.一种制备制品的方法，所述方法包括
提供式(I)的二氢唑酮官能化载体
Figure FDA0000383547600000041
其中
SS包括固体载体；
p是等于0或1的整数；且
每个R1独立地选自烷基、杂烷基、芳基或芳烷基；
由所述式(I)的二氢唑酮官能化载体形成式(II)的(甲基)丙烯酰基官能化载体，
SS-(CO)-NH-C(R1)2-(CH2)p-(CO)-Q-Y1-Q-(CO)-CR2=CH2
(II)
其中
每个基团Q独立地为选自氧基、硫基或–NR3-的二价基团，其中R3是氢、烷基、杂烷基、芳基或芳烷基；
Y1是包含亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的第一连接基团；且
R2是氢或烷基；
使所述式(II)的(甲基)丙烯酰基官能化载体与包含式(III)单体的单体组合物聚合，
Z1-Y2-CR2=CH2
(III)
以形成式(IV)的接枝载体，
SS-(CO)-NH-C(R1)2-(CH2)p-(CO)-Q-Y1-Q-(CO)-CR2U2-CH2-U1
(IV)
其中
U1包含至少一个式–CR2(Y2Z1)-CH2-的二价单体单元；
U2是氢或包含至少一个式–CR2(Y2Z1)-CH2-的二价单体单元；
Z1是选自以下的官能团：(1)酸性基团或其盐、(2)氨基或其盐、(3)羟基、(4)二氢唑酮基团或所述二氢唑酮基团的前体、(5)缩水甘油基或(6)它们的组合；且
Y2是第二连接基团，其选自单键或包含亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的二价基团；以及
使所述接枝载体的官能团Z1与式A-T的改性剂反应以形成式(V)的改性接枝载体：
SS-(CO)-NH-C(R1)2-(CH2)p-(CO)-Q-Y1-Q-(CO)-CR2U4-CH2-U3
(V)，
其中
U3包含至少一个式-CR2(Y2L-T)-CH2-的二价单体单元；
U4是氢或包含至少一个式-CR2(Y2L-T)-CH2-的二价单体单元；
L是通过使基团Z1与所述改性剂的改性基团A反应而形成的连接基团；并且
T是所述改性剂A-T的残基，并且等于所述改性剂A-T减去所述改性基团A。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述改性剂是包含至少一个亲核基团的亲合配体。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述改性剂包含第一基团和第二基团，所述第一基团为亲核性的而所述第二基团为碱性的、酸性的或它们的盐。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述改性剂包含第一基团和第二基团，所述第一基团为亲核性的而所述第二基团为疏水性的。
13.根据权利要求9所述的方法，其中所述改性剂包含第一基团和第二基团，所述第一基团为亲核性的而所述第二基团为金属螯合性的。
14.根据权利要求9所述的方法，其中所述改性剂是生物分子。
15.一种制品，所述制品包括式(V)的改性接枝载体，
SS-(CO)-NH-C(R1)2-(CH2)p-(CO)-Q-Y1-Q-(CO)-CR2U4-CH2-U3
(V)
其中
SS包括固体载体；
p是等于0或1的整数；
每个R1各自独立地选自烷基、杂烷基、芳基或芳烷基；
Y1是包含亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的第一连接基团；
每个Q独立地为选自氧基、硫基或–NR3-的二价基团，其中R3是氢、烷基、杂烷基、芳基或芳烷基；
每个R2独立地为氢或烷基；
U3包含至少一个式CR2(Y2L-T)-CH2-的二价单体单元；
Y2是第二连接基团，其选自单键或包含亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的二价基团；
U3包含至少一个式-CR2(Y2L-T)-CH2-的二价单体单元；
U4是氢或包含至少一个式-CR2(Y2L-T)-CH2-的二价单体单元；
L是通过使基团Z1与改性剂A-T的改性基团A反应而形成的连接基团；
Z1是选自以下的官能团：(1)酸性基团或其盐、(2)氨基或其盐、(3)羟基、(4)二氢唑酮基团或所述二氢唑酮基团的前体、(5)缩水甘油基或(6)它们的组合；并且
T是所述改性剂A-T的残基，并且等于所述改性剂A-T减去所述改性基团A。
16.根据权利要求15所述的制品，其中所述固体载体为珠的形式。
17.根据权利要求15或16所述的制品，其中所述固体载体包括交联的聚合物材料。
18.一种纯化或分离目标化合物的方法，所述方法包括
提供包括式(IV)的接枝载体的制品：
SS-(CO)-NH-C(R1)2-(CH2)p-(CO)-Q-Y1-Q-(CO)-CR2U2-CH2-U1
(IV)，
其中
SS包括固体载体；
p是等于0或1的整数；
每个R1各自独立地选自烷基、杂烷基、芳基或芳烷基；
每个Q独立地为选自氧基、硫基或–NR3-的二价基团，其中R3是氢、烷基、杂烷基、芳基或芳烷基；
Y1是包含亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的第一连接基团；
每个R2独立地为氢或烷基；
U1包含至少一个式–CR2(Y2Z1)-CH2-的二价单体单元；
U2是氢或包含至少一个式–CR2(Y2Z1)-CH2-的二价单体单元；
Y2是第二连接基团，其选自单键或包含亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的二价基团；且
Z1是选自以下的官能团：(1)酸性基团或其盐、(2)氨基或其盐、(3)羟基、(4)二氢唑酮基团或所述二氢唑酮基团的前体、(5)缩水甘油基或(6)它们的组合；以及
使所述制品与含有所述目标化合物的样品接触，其中所述目标化合物与所述接枝载体的至少一个官能团Z1相互作用或发生反应。
19.一种纯化或分离目标化合物的方法，所述方法包括
提供包括式(V)的改性接枝载体的制品：
SS-(CO)-NH-C(R1)2-(CH2)p-(CO)-Q-Y1-Q-(CO)-CR2U4-CH2-U3
(V)，
其中
SS包括固体载体；
p是等于0或1的整数；
每个R1各自独立地选自烷基、杂烷基、芳基或芳烷基；
Y1是包含亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的第一连接基团；
每个Q独立地为选自氧基、硫基或–NR3-的二价基团，其中R3是氢、烷基、杂烷基、芳基或芳烷基；
每个R2独立地为氢或烷基；
U3包含至少一个式CR2(Y2L-T)-CH2-的二价单体单元；
Y2是第二连接基团，其选自单键或包含亚烷基、杂亚烷基、亚芳基或它们的组合的二价基团；
U3包含至少一个式-CR2(Y2L-T)-CH2-的二价单体单元；
U4是氢或包含至少一个式-CR2(Y2L-T)-CH2-的二价单体单元；
L是通过使基团Z1与改性剂A-T的改性基团A反应而形成的连接基团；
Z1是选自以下的官能团：(1)酸性基团或其盐、(2)氨基或其盐、(3)羟基、(4)二氢唑酮基团或所述二氢唑酮基团的前体、(5)缩水甘油基或(6)它们的组合；并且
T是所述改性剂A-T的残基，并且等于所述改性剂A-T减去所述改性基团A；以及
使所述制品与含有所述目标化合物的样品接触，其中所述目标化合物与所述改性接枝载体的至少一个基团T相互作用或发生反应。
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