CN106604992B - 用于分离生物大分子的吸附剂材料 - Google Patents

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Abstract

公开了一种吸附剂材料，所述吸附剂材料用于生物大分子在从分子和化学物的复杂混合物中单通提取(single pass extraction)DNA的一步分离。在一个实施方案中，吸附剂材料包含至少部分地用选自由以下组成的组的聚合物涂覆或形成的硅烷化材料：聚(甲基丙烯酸芳酯)、聚(丙烯酸芳酯)、聚(甲基丙烯酸杂芳酯)、聚(丙烯酸杂芳酯)及其共聚物。

Description

用于分离生物大分子的吸附剂材料
背景
DNA是由被称为核苷酸的亚单位组成的阴离子型聚合物，核苷酸一起形成被称为核酸的分子。DNA由Friedrich Miescher于1871年第一次鉴定并且分离。DNA的双螺旋结构由James Watson和Francis Crick于1953年推断出。
天然的核碱基(nucleobase)可以是四种亚单位腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)、鸟嘌呤(G)和胸腺嘧啶(T)中的一种。双链DNA(dsDNA)包含两条包含不同的核碱基的核苷酸长链(例如，AGTCATCGTAGCT)，具有通过磷酸二酯键连接的交替的磷酸酯和糖残基的骨架。核碱基被分类成两种类型：嘌呤类，A和G，是稠合的五元和六元杂环化合物；和嘧啶类，六元环C和T。
在DNA双螺旋中，在一条链上的每种类型的核碱基与在另一条链上的仅一种类型的核碱基氢键结合。这被称为互补碱基配对(complementary base pairing)。此处，嘌呤与嘧啶形成氢键，腺嘌呤经由两个氢键优先地仅与胸腺嘧啶结合，并且胞嘧啶通过三个氢键与鸟嘌呤结合。此双链反向平行结构(double stranded antiparallel structure)(dsDNA)主要通过链内碱基堆积相互作用来保持，所述链内碱基堆积相互作用对于G、C序列是最强的。dsDNA形式的稳定性不仅仅取决于GC含量(％G、C碱基对)，而且还取决于序列(因为堆积是序列特异性的)和还取决于长度(较长的分子是更稳定的)。该稳定性可以多种方式来测量；常见方式是“解链温度(melting temperature)”，其是双链分子的50％被转化成单链分子所在的温度。解链温度取决于DNA的离子强度和浓度。因此，GC碱基对的百分比和DNA双螺旋的总长度两者决定DNA的两条链之间的缔合的强度。具有高GC含量的长DNA螺旋具有较强相互作用的链，而具有高AT含量的短螺旋具有较弱相互作用的链。互补碱基对之间的此可逆且特异性的相互作用对于在活体生物体(living organism)中的DNA的所有功能是重要的。
DNA双螺旋的两条链在相反的方向上彼此运行(反向平行)，一个骨架是3’(threeprime)而另一个骨架是5’(five prime)，5’端具有末端磷酸酯基团且3’端具有末端羟基。沿着骨架的这四种核碱基的序列编码遗传信息，指定蛋白质内的氨基酸的序列。
所有物种的DNA的结构包括两条螺旋链，每条围绕相同的轴盘绕，每条具有34埃(3.4纳米)的螺距(pitch)和22埃(2.2纳米)的半径。
当链相对于彼此不对称地定位时，两个不等尺寸的沟(groove)可在该结构中被发现。一个沟，大沟是
Figure GDA0002380595710000021
宽，且另一个沟，小沟是
Figure GDA0002380595710000022
宽。小沟的狭窄意味着碱基的边缘在大沟中是更可及的。因此，可与双链DNA中的特定异性序列结合的蛋白如转录因子通常与暴露在大沟中的碱基侧接触。
用于从其他生物大分子以及低分子量化合物一步分离DNA的吸附剂材料一直力图帮助生物样品(包括溶液、悬浮液、组织提取物和固定样品)的迅速和/或自动化的DNA分析。对于某些应用，另外合意的是，材料允许DNA或非DNA杂质的优先保留—从而可能有助于DNA的纯化。
概述
本公开内容的实施方案涉及用于在单流通通道(single flow through channel)中一步分离生物大分子的吸附剂材料。吸附剂材料包含至少部分地用选自由以下组成的组的聚合物涂覆的硅烷化无机材料：聚(甲基丙烯酸芳酯)、聚(丙烯酸芳酯)、聚(甲基丙烯酸杂芳酯)、聚(丙烯酸杂芳酯)及其共聚物。本文描述了粒度、疏水性和亲水性单体单元的组合的使用，以在材料的表面上产生有区别的结构。新的共单体单元(co-monomer unit)提供在聚合和表面固定化(surface immobilization)之前定制表面性质的一锅溶液(one-potsolution)。遍及本公开内容，血液仅被用作示例性样品类型；这样的其他样品类型包括但不限于；可以使用组织、拭子(swabs)、痰和尿。本文所描述的样品类型绝不限制本公开内容的使用的范围。
提供期望的性能特征的至少某些的材料和方法学包括但不限于本体多孔聚合物(bulk porous polymer)、凝胶、电纺丝毡/塞(electrospun mats/plugs)、聚合物的共挤出、产生孔的牺牲盐(sacrificial salt)或可溶性聚合物、多孔硅纳米结构(固体构造)和硬模板/膜产生。
如本文所使用的，“芳基”指的是贯穿所有环具有完全离域化的π电子体系(pi-electron system)的碳环(全碳)的单环或多环芳族环体系(包括其中两个碳环共享化学键的稠合的环体系)。芳基中的碳原子的数目可变化。例如，芳基可以是C6-C14芳基、C6-C10芳基、或C6芳基。芳基的实例包括但不限于苯、萘以及薁。芳基可以是未被取代的或被取代的，例如被甲基或甲氧基取代的，并且芳基与更大分子的其他部分的连接可以经由芳环或经由取代基。被取代的芳基的实例包括苄基、羟基苄基、2-苯乙基、二苯甲基、三苯基甲基、苯甲醚甲基、苯乙醇以及萘甲基。
如本文所使用的，“杂芳基”指的是包含一个或更多个杂原子(例如，1个、2个或3个杂原子)的单环或多环芳族环体系(具有完全地离域化的π电子体系的环体系)，所述杂原子也就是，不同于碳的元素，包括但不限于氮、氧和硫。杂芳基的环中的原子的数目可变化。例如，杂芳基可包含4个至14个在环中的原子、5个至10个在环中的原子或5个至6个在环中的原子。此外，术语“杂芳基”包括其中两个环例如至少一个芳环和至少一个杂芳环或至少两个杂芳环共享至少一个化学键的稠合的环体系。杂芳基环的实例包括但不限于呋喃、呋咱、噻吩、苯并噻吩、酞嗪、吡咯、噁唑、苯并噁唑、1,2,3-噁二唑、1,2,4-噁二唑、噻唑、1,2,3-噻二唑、1,2,4-噻二唑、苯并噻唑、咪唑、苯并咪唑、吲哚、吲唑、吡唑、苯并吡唑、异噁唑、苯并异噁唑、异噻唑、三唑、苯并三唑、噻二唑、四唑、吡啶、哒嗪、嘧啶、吡嗪、嘌呤、蝶啶、喹啉、异喹啉、喹唑啉、喹喔啉、噌啉和三嗪。杂芳基可以是被取代的或未被取代的，例如，被甲基或甲氧基取代的，并且杂芳基与更大分子的其他部分的连接可以经由杂芳基环或经由取代基。吡啶甲基和噻吩-3-基甲基是被取代的杂芳基的实例。
在一方面中，因此提供的本公开内容涉及用于分离生物大分子的吸附剂材料。吸附剂材料可以包含至少部分地用选自由以下组成的组的聚合物涂覆或形成的硅烷化材料：聚(甲基丙烯酸芳酯)(poly(aryl methacrylate))、聚(丙烯酸芳酯)(poly(arylacrylate))、聚(甲基丙烯酸杂芳酯)(poly(heteroaryl methacrylate)、聚(丙烯酸杂芳酯)(poly(heteroaryl acrylate))及其共聚物。
在一种变化形式中，硅烷化无机材料选自由以下组成的组：硅烷化二氧化硅颗粒、硅烷化二氧化硅纤维以及硅烷化二氧化硅膜。
在一种变化形式中，硅烷化材料是选自由以下组成的组的有机材料：多孔有机材料和膜。
在另一种变化形式中，聚合物包含选自由以下组成的组的重复单元(recurringunit)：甲基丙烯酸苯甲醚甲酯(anisolemethyl methacrylate)、甲基丙烯酸苯乙醇酯(phenylethanol methacrylate)、甲基丙烯酸吡啶甲酯(pyridinemethyl methacrylate)以及甲基丙烯酸萘甲酯(naphthalenemethyl methacrylate)。
在另一种变化形式中，吸附剂材料具有在约65°至约100°的范围内的润湿性值。
在另一种变化形式中，吸附剂材料具有在约0.1m2至约130m2的范围内的表面积。
在另一种变化形式中，硅烷化无机材料包含具有在约1nm至约100nm的范围内的平均孔径(average pore size)的硅烷化二氧化硅颗粒。
在一个实施方案中，平均孔径是约30nm。
在另一种变化形式中，硅烷化无机材料包含具有小于约200微米的平均直径的硅烷化二氧化硅颗粒。
在一个实施方案中，平均直径是约15微米。
在另一个实施方案中，公开了一种物品。该物品包含上文描述的吸附剂材料，所述吸附剂材料包含至少部分地用选自由以下组成的组的聚合物涂覆的硅烷化无机材料：聚(甲基丙烯酸芳酯)、聚(丙烯酸芳酯)、聚(甲基丙烯酸杂芳酯)、聚(丙烯酸杂芳酯)及其共聚物。
该物品可以是呈选自以下的形式：颗粒物、整体(monolithic)或膜样(membrane-like)。平均间隙距离(average interstitial distance)可以大于约10nm。
在一种变化形式中，平均间隙距离小于约12微米。
在另一种变化形式中，物品是呈膜的形式，并且吸附剂材料被包埋在多孔的有机基质或无机基质内。
公开了一种用于制备吸附剂材料的方法，所述吸附剂材料包含至少部分地用聚(甲基丙烯酸苄酯)涂覆的硅烷化二氧化硅。该方法包括：使二氧化硅悬浮在二甲基乙烯基氯硅烷在三氟甲苯中的溶液中；除去液体，并且使二氧化硅再悬浮在二甲基乙烯基氯硅烷在三氟甲苯中的新鲜溶液中；任选地除去液体，并且使二氧化硅再次再悬浮在二甲基乙烯基氯硅烷在三氟甲苯中的新鲜的5％溶液中；收集并且干燥产生的硅烷化二氧化硅；将硅烷化的二氧化硅、甲基丙烯酸苄酯和过氧二硫酸钾添加到硬脂酸钠在水中的搅拌的溶液；以及收集并且干燥包含用聚(甲基丙烯酸苄酯)涂覆的硅烷化二氧化硅的产生的吸附剂材料。
在又一方面中，因此提供的本公开内容涉及用于使生物样品裂解并且从该生物样品分离核酸的双重加工装置(dual processing device)。该装置包括样品输入单元、样品裂解单元、核酸提取单元以及核酸接收单元。核酸提取单元包括至少部分地用选自由以下组成的组的聚合物涂覆或形成的硅烷化材料：聚(甲基丙烯酸芳酯)、聚(丙烯酸芳酯)、聚(甲基丙烯酸杂芳酯)、聚(丙烯酸杂芳酯)及其共聚物。硅烷化材料被配置成保留来自生物样品的蛋白质和其他非核酸，并且允许核酸穿过进入到核酸接收单元中。
在一种变化形式中，样品裂解单元包括被配置成在样品裂解单元中旋转以便使生物样品裂解的叶片(blade)。
在一种变化形式中，样品裂解单元包括珠。
在一种变化形式中，该装置还包括被配置成控制叶片在样品裂解单元内的旋转的弹簧负载的柱塞(spring loaded plunger)。
在一种变化形式中，该装置还包括被配置成当生物样品在样品裂解单元和/或核酸提取单元中被加工时，充当迁移载体(mobility carrier)的缓冲液。
在一种变化形式中，核酸接收单元包括盖。
在一种变化形式中，盖是可从装置中移除的压力密封盖(pressure sealed cap)。
在又一方面中，因此提供的本公开内容涉及用于分离生物大分子的吸附剂材料。吸附剂材料包含至少部分地用聚合物涂覆或形成的硅烷化材料，其中吸附剂材料包括大于约6μm并且小于约23μm的平均间隙间距(average interstitial spacing)、大于约10nm并且小于约200nm的孔径、以及大于约0.1m2并且不大于约150m2的表面积。
附图简述
出于说明的目的，在附图中描述各个实施方案，并且绝不应当被解释为限制这些实施方案的范围。此外，公开的不同的实施方案的各种特征可被组合以形成为本公开内容的部分的另外的实施方案。
图1示出通过荧光强度确定的作为接触角的函数的蛋白质吸附。
图2示出被沉积在Si/SiO2基底上的超纯水(nanopure water)的滴的接触角随对烷基硅烷的变化的暴露时间的变化。
图3示出从此研究获得的典型的AFM图像。大于70°的接触角被示出防止DNA粘附(图3a)，而低于60°的值导致材料的大规模(wholesale)的沉积(图3b)。
图4示出作为表面润湿性的函数的级分中的DNA和蛋白质的定量。
图5示出从一系列聚合体系中研究的甲基丙烯酸苄酯的三种衍生物收集的级分中的DNA浓度和蛋白质浓度。
图6示出柱的实例。左侧；其中平均间隙间距/表面积落在指定的标准之外的实例，裂解物明显地直接通过柱，右侧；其中平均间隙间距/表面积已经被满足的实例，没有裂解物明显地大体上通过柱。
图7示出来自从电纺丝聚合物(electro spun polymer)、整体柱(monolithiccolumn)和整体块(monolithic block)收集的洗脱物的PCR产物的琼脂糖凝胶图像。‘+’是添加基因组DNA的PCR混合物，‘-‘是添加水的PCR混合物。N.b部分由于展示质量，某些带难以看到。
图8示出来自从电纺丝聚合物、整体柱和整体块收集的洗脱物的PCR产物的琼脂糖凝胶图像。‘+’是添加基因组DNA的PCR混合物，‘-‘是添加水的PCR混合物。N.b由于展示质量，某些带难以看到。
图9示出证实颗粒的宽分布的图。
图10示出证实在代表比较实施例的提取材料中的颗粒的宽分布的电子显微照片图像。
图11示出裸露的多孔硅(左侧)、硅烷改性的多孔硅(中间)以及被甲基丙烯酸苄酯改性的多孔硅(右侧)。
图12示出裸露的多孔硅的AFM分析。
图13示出被甲基丙烯酸苄酯改性的多孔硅的FT-Ir光谱(3500cm-1–2000cm-1区)。
图14示出被甲基丙烯酸苄酯改性的二氧化硅颗粒的FT-Ir光谱(3500cm-1–2000cm-1区)。
图15示出聚甲基丙烯酸苄酯的电纺丝纤维(electro spun fiber)的SEM图像。SEM放大率是180x(左侧)和2.01kx(右侧)。
图16示出大块整体材料(bulk monolith)的SEM图像(左图：SEM放大率是4.97kx，右图：SEM放大率是9.99kx)。
图17示出证实一系列多孔整体材料的SEM分析结果。左侧：包含甲基丙烯酸苄酯单体的整体材料(monolith composed on benzyl methacrylate monomer)的SEM图像，中间：甲基丙烯酸苄酯和甲基丙烯酸丁酯的50:50混合物的SEM图像，右侧：包含甲基丙烯酸丁酯的整体材料的SEM图像。
图18示出DNA提取盒(DNA extraction cassette)(DEC)和由DEC产生的级分。
图19示出在原位形成的、因此结构和容器独立的可选择的包装内的整体材料制备。
图20示出能够使生物样品裂解并且然后使裂解物穿过吸附剂滤器两者的双重加工装置。
图21示出使用连续流DEC的大肠杆菌提取。
图22A示出在血液Q-过滤器和可选择的装置之间的DNA浓度的比较数据(血液Q-过滤器相对于可选择的装置)。图22B-22D示出比较来自对于组织(夹活检(pinch biopsy))、细菌质粒和口腔拭子(buccal swabs)的Q-过滤器和可选择的装置的DNA收率的数据(血液Q-过滤器相对于可选择的装置)。
详述
在血液裂解物中的游离DNA对于灵敏的分子分析不是容易地可及的。裂解的血液是脂类、蛋白质、盐和其他细胞材料和非细胞材料的高度复杂的混合物。许多此材料对于核酸(DNA/RNA)的下游分析是抑制性的。核酸从此复杂的裂解物混合物的纯化允许通过分子和非分子技术的分析。例如，聚合酶链式反应的生物化学反应被在血液裂解物中存在的血红蛋白抑制。DNA从血液裂解物中的纯化除去血红蛋白并且允许PCR以明显较大的效率进行。对于某些应用，另外合意的是，该材料允许DNA或非DNA杂质的优先保留—从而有助于DNA的纯化。
为了研究或分析来自样品的DNA的序列和生物学，通常必要的是，提取核酸或将核酸与临床或生物样品的其余部分(即，其他细胞成分例如脂质、碳水化合物、蛋白质等等)分离。用于以此方式实现DNA的分离的标准方法学由用不同的变化形式的方案组成，取决于应用和样品类型，从细胞破坏或细胞裂解从而释放DNA开始。这通常通过机械裂解(例如碾磨或在液氮中碾磨组织)、声处理、酶学(enzymatically)或化学方法(例如向样品添加离液盐(chaotropic salt)(例如硫氰酸胍))来实现。细胞脂膜和其他脂质通常通过添加去污剂(detergent)来除去，且蛋白质通常通过添加蛋白酶(例如蛋白酶K，任选地但几乎总是这样做)来除去。水饱和的苯酚、氯仿允许通过离心含水样品和溶液的混合物进行相分离，导致包含在上层水相中，而蛋白质在有机相中被发现。在最后一步中，通过用冰冷的2-丙醇或乙醇沉淀而从水相回收RNA。在硫氰酸胍不存在下，DNA将存在于水相中。因为DNA在这些醇中是不溶性的，所以DNA将沉淀并且团聚，离心后得到小团。此步骤还除去醇溶性盐。添加螯合剂以螯合二价阳离子例如Mg2+和Ca2+，防止DNA酶降解DNA。与DNA结合的细胞蛋白和组蛋白蛋白可通过添加蛋白酶或通过用乙酸钠或乙酸铵沉淀这些蛋白质，或然后在DNA沉淀之前，用苯酚-氯仿混合物提取来除去。
在另一种方法中，DNA从裂解物(不考虑所使用的哪种裂解方法)中借助于其在高浓度的离液盐的存在下结合的能力来分离。DNA可与任何二氧化硅表面结合，不管这是具有微流体盒(microfluidic cassettes)的柱、二氧化硅涂覆的顺磁珠、在旋转柱(spincolumn)内的二氧化硅过滤器或其他二氧化硅表面。然后，用基于醇的洗涤除去离液盐，在低离子强度溶液例如TE缓冲液(由三羟甲基氨基甲烷(‘Tris’)和乙二胺四乙酸(‘EDTA’)组成的缓冲液)或水中洗脱DNA。由于脱水和氢键形成，这与弱的静电排斥(electrostaticrepulsion)相竞争，DNA与二氧化硅结合。因此，高浓度的盐将有助于驱使DNA吸附在二氧化硅上，且低浓度将释放DNA。由于DNA结合在二氧化硅表面，在将与二氧化硅结合的DNA洗脱到H2O或TE缓冲液中之前，用洗涤缓冲液(wash buffer)简单地洗掉细胞的其余部分和其他碎片。
Figure GDA0002380595710000091
(Invitrogen)方法研究裂解物中带负电荷的DNA(通过其带负电荷的磷酸骨架)，与在低pH(<6.5)下获得正电荷的特定的配体结合。通过使用含水洗涤缓冲液从
Figure GDA0002380595710000092
结合的核酸除去蛋白质和其他杂质。然后，当周围介质的pH升高(>8.5)并且正电荷被中和时，核酸可从
Figure GDA0002380595710000093
配体释放。
Nexttec DNA分离系统允许在细胞裂解后四分钟内用单离心步骤纯化DNA。其比其他当前使用的DNA分离体系快多达五倍。这可能通过专有吸附剂基质实现，与基于二氧化硅的方法相反，其保留抑制物质例如蛋白质和低分子量物质，并且允许在裂解的样品中的纯DNA通过。此方法的一个限制是，其依赖于在60℃下长时间酶裂解步骤。
复杂混合物的分离通常使用色谱法进行。此处，将液体和样品混合物通过填充有吸附剂的柱，导致样品组分的分离。柱的活性组分即吸附剂，典型地是由尺寸2–50微米的固体颗粒(例如二氧化硅、聚合物)制成的粒状材料。由于样品混合物的组分与吸附剂颗粒的不同程度的相互作用，样品混合物的组分彼此分离。液体通常是溶剂(例如，水、缓冲液、乙腈和/或甲醇)的混合物，并且被称为‘流动相’。其组成和温度通过影响样品组分和吸附剂之间发生的相互作用在分离过程中起主要作用。这些相互作用在性质上是物理的，例如疏水性(分散性)、偶极-偶极和离子，最经常是组合。
在柱色谱中使用的二氧化硅颗粒通常由四乙氧基硅烷形成，所述四乙氧基硅烷部分地被水解成聚乙氧基硅烷，以形成在乙醇水混合物中通过剧烈的搅拌乳化的粘稠的液体。此搅拌引起形成的颗粒是球形的，并且这些球体通过催化诱导的水解缩合被转化成二氧化硅水凝胶(‘Unger’法)，这经由表面硅醇物质引起广泛的交联。然后，将水凝胶球体加热(干燥)以产生干凝胶。pH、温度、催化剂和溶剂以及硅溶胶浓度全部对控制高度多孔二氧化硅干凝胶(有时称为溶胶-凝胶(sol-gel))材料的粒度和孔径起作用。
可选择的工艺使用二氧化硅微粒，所述二氧化硅微粒然后在溶液中使用脲/甲醛试剂来聚集，以产生由团聚的微球体组成的颗粒-所谓的‘二氧化硅-凝胶(sil-gel)’材料。微粒的浓度和直径以及反应条件控制产生的二氧化硅-凝胶颗粒的粒度和孔径。
二氧化硅球体的粒度控制二氧化硅材料的效率，并且指的是二氧化硅颗粒的平均直径。反压与粒度成反比，且色谱效率与粒度成反比。
小颗粒(<2μm)通常被用于使用较长柱的高分辨率分离(high-resolutionseparation)，或使用较短柱的高速分离(high-speed separation)。而5μm–10μm颗粒被用于较不复杂的样品的常规分析或用于其中分析物容量(负载)具有高重要性的制备型色谱法。
用于色谱法的二氧化硅颗粒具有非常高的表面积，这是良好的分析物保留所需的性质。表面积的大部分被包含在具有超过可用的表面积的99％的二氧化硅颗粒的内部孔结构。用于色谱法的二氧化硅的典型的表面积是约330m2/g，并且在150 x 4.6mm柱中，可以存在多达1.5g的二氧化硅。
颗粒的表面积与孔直径成反比，并且因此具有120nm孔直径的3mm颗粒将具有比具有300nm孔直径的3μm颗粒大两倍的表面积。在8nm–12nm范围内的孔直径通常被用于小分子(<3,000Da)的分析，其可容易地穿透进入到孔中，并且接近大部分的二氧化硅表面。这些小孔柱对于较大分子例如肽或蛋白质的分析不是有用的，较大分子由于其较大的流体力学体积，从孔中排出。通常，孔直径需要是分析物的流体力学直径的倍数的三倍以便是可进入的。
理论上，van Deemter等式(Eqn1)可被用于描述相对于分离的物理性质、动力学性质和热力学性质为直线流动相速度(linear mobile phase velocity)的每单位长度的分离柱的变化。此处，柱的分辨力根据流和动力学来描述。
Figure GDA0002380595710000111
其中，H是塔板高度(plate height)，λ是颗粒形状(关于包装(packing))，dp是颗粒直径，γ、ω和R是常数，Dm是流动相的扩散系数，dc是毛细管直径，df是膜厚度，Ds是固定相的扩散系数并且u是线性速度。显然地,减小包装材料(packing material)的粒度提高柱效率和最优流动相线性速度(optimal mobile phase linear velocity)，允许较快速的分析。然而，虽然微粒包装材料(micro particle packing material)提供此类优点，但是它们还具有增大柱中的压力损失的缺点。因此，包装材料粒度必须被优化，以利用增大的速度和较高的分离的益处，同时减轻其压力的缺点。
粒度分布是应当被考虑的另一个关键参数。粒度被陈述为来自粒度的分布的平均值，由制造者使用自动亚筛筛分技术(sub-sieve sizing technique)实际地产生。实际上，宽的颗粒分布将导致在柱内的不均匀性，以及同样地，分析物分子可采取通过柱的可变的路径长度的增大。
熟知的是，蛋白质可以被物理吸收到绝大多数有机的和无机的表面。关于这一点，调节有机聚合物的结构的机会呈现对于定制表面性质的许多可能。在此类应用中，聚合物充当用于生物固定化或排斥的有辨别力的基质。在合成上使单体单元改性以引入另外的官能性的能力；可以聚合后(post polymerization)利用的官能性呈现定制在表面呈递的官能团的物理的和化学的结构，以在滤液-基质界面内进行特定的作用的可能性。另外，近些年已经看到对于具有纳米尺度尺寸的材料的制造的日益增加的强调。特别地，注意力已经集中于设想用于产生高度各向异性形式的聚合物例如纳米线(nanowire)、纳米纤维(nanofiber)和纳米管(nanotube)的方法。
由于使具有低维度的这些材料组合的可能的优点，聚合物的纳米结构已经吸引了日益增加的兴趣。具有在纳米范围内的尺寸的材料具有许多高度合意的特性，例如容易地可调节的表面性质、高机械柔性、比许多无机材料更大的生物相容性以及高表面积。纳米纤维膜和纳米纤维复合材料可以许多方式包括拉伸、硬/软模板合成(hard/soft templatesynthesis)、自组装以及电纺丝(electro spinning)来产生。
模板引导的生长(Template-directed growth)是用于制备此类1-D纳米结构的最频繁使用的方法，并且若干不同的方法已经被示出是有效的。此处，外‘膜’被用于引导聚合物生长成为期望的构造。许多可选择的材料已经被用于有助于此工艺，所述材料可概括地被分成两类；‘硬’或‘软’模板。
‘硬’模板的使用由Martin等人开辟。此方法必需使用纳米级(nanoscopic)的孔作为主体膜并且遵循相当简单的3步法，1)用单体填充膜的纳米尺度孔，2)使单体在孔内聚合，以及3)除去模板以便获得纯的聚合物。产生的结构的直径和形态由所采用的模板的孔或通道来决定。最近这些年，最常使用的硬模板是包含阳极蚀刻的孔(anodically etchedpore)的氧化铝膜(多孔硅通过在含水或非含水介质内阳极蚀刻结晶硅来产生，孔径和厚度由电流来决定)。这些膜可由具有被布置在相对高密度的规则的六角晶格中的孔的铝金属来制备。一系列孔径已经被合成并且小至5nm的一些已经被报告。
使用此方法，Martin团队特别地使用阳极化的氧化铝、多孔硅和径迹蚀刻聚碳酸酯膜(track-etched polycarbonate membrane)作为模板已经合成聚苯胺(PAni)、聚吡咯(PPy)、聚(吡咯丙酸)、聚苯胺和聚噻吩(PTh)的许多纳米结构。对于以此方式产生聚合物的纳米结构的唯一的先决条件是能够用前体材料负载孔。
取决于感兴趣的单体和使用的膜，这可在困难度上变化。用于负载孔的不同的方法包括负压、液相注射、气相沉积或使模板浸没在单体的溶液中。后者方法通过控制通过孔的单体的量，允许良好地控制产生的结构的长度。单体填充的孔的聚合可通过化学氧化剂的添加，或更常见地通过电化学聚合来实现。
软模板方法是用于制造聚合物纳米结构的另一种相对简单的、便宜的且强有力的方法。此方法是基于非共价相互作用例如氢键、范德华力、π-π堆积、配位和分散力的选择性控制，以引导纳米尺度聚合材料的自组装。迄今为止，胶体颗粒、低聚体、肥皂泡以及胶体全部已经作为软模板来实施以制备线、带和球状纳米结构。例如，PPy纳米管(直径～94nm和长度～2mm)已经使用双(2-乙基己基)磺基琥珀酸钠(AOT)逆圆柱形胶束(reversecylindrical micelle)作为软模板来合成。
现存的1-D纳米结构例如天然存在的生物聚合物还可用作有用的软模板或种子(seed)以便引导聚合物纳米线的生长。以此方式产生的聚合物纳米结构常常是由生物聚合物芯和聚合物鞘组成的复合芯-鞘材料，消除合成后除去模板的需要。不同于在多孔介质中制模(templating)，此方法产生混合超分子聚合物(hybrid supramolecular polymer)，这是相对最近类别的材料。主要由于其自组装且形成高度复杂的超分子结构的能力，生物分子提供用于用许多开发的策略构建超分子纳米尺度结构的令人印象深刻的工具库(arsenal)。
电纺丝代表聚合物纳米纤维可以藉以形成的可选择的方法。此处，应用高电压以诱导聚合物溶液或熔体的液体喷射的形成。基本电纺丝设置具有3种主要部件：高电压电源、毛细管装置和地面收集器(ground collector)。随着泵迫使聚合物离开毛细管，高压电荷被应用，在喷嘴处使聚合物液体的悬垂滴带电荷。将高电场应用于从毛细管流动的聚合物引起表面电荷，表面张力一克服所述表面电荷就引起薄聚合物喷射物的喷射，其朝向收集器移动。带电的喷射物经历拉伸和抽打，产生长的薄的纤维。由于带电的喷射物连续地延伸，并且溶剂蒸发，存在喷射物的直径从数百微米到数十纳米的明显的减小。带电的纤维被沉积到收集器板上，所述收集器板例如纤维的无纺毡。
电纺丝工艺受许多不同因素影响，并且因此这些因素的控制使得能够形成具有期望的尺寸的纳米纤维。通过定制，可制备为平的、圆柱形的、具有插入的珠或孔的电纺丝工艺纤维。操作条件和聚合物溶液性质定义产生的纳米纤维的许多性质。通过改变收集器，人们可选择是否得到随意的或对齐的纤维。例如，人们可以使用旋转缸、旋转线鼓(rotatingwire drum)或圆盘收集器。
本文描述了在给定的表面积上，使用聚合材料以形成或赋予期望的官能性和性质，用于在单通技术(single pass technology)中，从其他细胞材料中分离DNA，包括但不限于被填充到微流体通道、移液管尖、真空板、旋转柱等等中。具体地，我们使用明确定义的活性表面积、疏水的和亲水的性质以及特定的单体单元特性的组合，以在合适地尺寸大小的构建体的形成或改性中产生有区别的表面终止(surface termination)，以提供例如血液裂解物的复杂生物混合物的分离。
期望的性能特征的至少某些包括但不限于：本体多孔聚合物、凝胶、电纺丝毡、共挤出聚合物、牺牲盐、能够产生孔的可溶解的聚合物、多孔硅纳米结构以及被合适的单体或聚合物单元改性的硬/软模板。
整体聚合物组合这些方法的许多有利的特征，并且在最近的化学分离文献中已经看到相当大的兴趣并且特别地适于直接并入到流体装置中。整体柱产生特征为形成连续骨架的相互连接的孔的“单一大颗粒”。此大孔结构为整体材料提供多种独特的特性，包括高渗透性和高质量转移，允许在低压下高流速。
在下面的描述中，对形成描述一部分的附图进行参考。详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施方案不意味着是限制性的。可以利用其他的实施方案，并且可以作出其他的变化，而不偏离本文提出的主题的精神或范围。将容易地理解的是，如本文一般描述的和说明的，本公开内容的方面可以许多不同的配置被布置、取代、组合、分离和设计，其全部明确地被涵盖在本文中。在详述和实施例中公开的所有数据和图像已经由本申请人来产生。
蛋白质吸附
蛋白质的物理吸附是受与基底和分子之间的静电相互作用和疏水相互作用有关的许多因素影响的复杂的过程。蛋白质向改性的表面的吸附被示出呈现对表面的润湿性的一般依赖性。蛋白质优先地吸附到疏水表面(高接触角)。小的蛋白质例如溶菌酶(14.3kDa,pl 11.4)示出弱吸附到疏水表面。而较大的蛋白质例如牛血清白蛋白(66.5kDa,pl 4.7)更多吸附到亲水表面(低接触角)。
为了研究作为接触角的函数的蛋白质吸附，我们用荧光标记的蛋白质(BSA-CF568和溶菌酶-CF568)使样品带斑点。在湿度室中温育，随后冲洗之后，在共聚焦荧光显微镜下研究样品。图1示出通过荧光强度确定的蛋白质吸附作为接触角的函数。从所示出的结果，可总结出，较高的接触角值(>40)导致大的和小的蛋白质两者吸附到表面。
DNA排斥
DNA吸附到呈现Si-O官能性的表面例如云母和二氧化硅上是熟知的。用合适的烷基硅烷处理此类表面使基底改性以产生疏水表面终止。已知这样的处理减小与DNA的表面相互作用，并且因此促进相对于DNA粘附的区别(discrimination)。
为了获得硅烷化二氧化硅的表面润湿性的进一步的理解，我们集中于确定接触角，并且因此与DNA粘附有关的各个温育时间的硅表面的疏水性。图2示出被沉积在Si<111>基底上的超纯水的滴的接触角随对烷基硅烷的不同暴露时间的变化。
清楚地，接触角最初显著地增大并且然后在～20秒暴露之后达到平台期。数据示出，在这些较短的暴露时间(20-60秒)下，认为仅一部分表面被改性。在较长暴露时间(>60秒)下，将看起来全部表面被改性。
在Si/SiO2表面的硅烷化之后，使用移液管尖，以一系列接触角，将小份DNA溶液穿过晶片(wafer)梳理。图3示出从此研究获得的典型的AFM图像。大于70°的接触角被示出防止DNA粘附(图3a)，而低于60°的值导致材料的大规模的沉积(图3b)。至少在某些实施方案中，Si/SiO2可以指的是用于模拟二氧化硅颗粒的表面性质的块状硅基底(bulk siliconsubstrate)的晶体结构。在某些实施方案中，更常称为Si/SiO2的可以是被二氧化硅的层覆盖的硅的层-与二氧化硅大体上类似的或相同的表面终止。
作为润湿性的函数的生物活性
为了找到用于大的和小的蛋白质吸附同时排除DNA吸附的良好平衡表面，我们评估了一系列单体单元和其组合的性能性质，作为表面润湿性特性的函数。此处，N-掺杂的Si/SiO2晶片被清洁并且被每个单体体系改性，并且对一系列样品取接触角。表1总结了研究的16种不同聚合物体系的结果。
基于这些发现，我们进行检查作为润湿性的函数的每种体系的性能特性。对于此研究，我们使用直径～15μm和具有
Figure GDA0002380595710000161
孔的二氧化硅凝胶颗粒。简略地，DNA提取盒(DEC)—被设计成保持100mg吸附剂—以化合物或未改性的二氧化硅填充，并且被用于从40μl的血液裂解物(通过使用珠击打(bead beating)的机械裂解产生的)或从仅裂解缓冲液中纯化DNA。DNA提取盒可以是但不限于模制或碾压的(milled)具有能够保持吸附剂材料并且使流体例如裂解的血液通过包装材料的微尺寸的热塑性构造。DEC的构成因素在性质上可以是蛇纹状的(serpentine)、厚的、薄的和还是完全地集成的盒。描述的吸附剂材料的包装和功能独立于保持材料的容器。事实上，其他容器例如离心柱也已经被用于从血液、血清中的无细胞DNA和在脏水中掺加的大肠杆菌以及其他样品基质进行DNA提取。在来自填充有一系列化合物的DEC的级分中的DNA和蛋白质的定量。使用100μl/min的流速，将DNA洗脱到300μl的级分中，并且使用Qubit 2.0荧光计(Invitrogen)，将这些级分的样品用于DNA和蛋白质定量。还使用实时定量PCR(RT-qPCR)确定DNA浓度：将5μl的级分添加到RT-qPCR反应，所述反应包含12.5μl 2x Rotor-Gene SYBR Green PCR Master Mix(QIAGEN)、0.25μl 100μM CYP2C9*3f(正向引物)、0.25μl 100μM CYP2C9*3r(反向引物)和去离子水，以组成25μl的最终体积。使用Rotor-Gene Q循环器(QIAGEN)使用以下反应条件进行RT-qPCR：95℃,5分钟；95℃,10秒；58℃,20秒；72℃,20秒；重复后三步(x44),50-99℃(解链)。然后，DNA浓度通过比较循环阈值(cycle threshold)(Ct)与已知浓度的人类gDNA标准物的那些循环阈值来确定。
表1.用于可选择的聚合物体系的接触角
Figure GDA0002380595710000171
图4示出作为表面润湿性的函数的级分中的DNA和蛋白质的定量。感兴趣地，关于块状材料(bulk materials)观察到的趋势在生物性能数据中被良好地代表。当润湿性接近80°时，通常观察到DNA浓度增大，而蛋白质浓度被示出减小。显著地，DNA浓度和蛋白质浓度在其相反的响应中彼此为镜像，这给出哪种材料被保留在DEC中的良好的指示。显著地，存在80°-94°表面润湿性的明显的窗口，这有助于大的和小的蛋白质两者的吸附，同时还降低DNA粘附。
作为结构变化的函数的生物活性
蛋白质的物理吸附是受与基底和分子之间的静电相互作用和疏水相互作用有关的许多因素影响的复杂的过程。通过使单体单元合适地官能化，非共价相互作用例如氢键、范德华力、π-π堆积、配位和分散力的选择性控制可以参与将生物物质的吸附/排斥选择性地引导到给定的基底。
尽管落在期望的润湿性范围的附近或之内，仅包含明显的芳族内容物的样品良好地同时进行吸附蛋白质和排斥DNA。例如，4-乙烯基苯酚、二乙烯基苯和甲基丙烯酸呈现85.5°的接触角，其良好地落在最优窗口内。然而，DNA表现为被保留在柱上，在DEC级分中收集高蛋白质含量。而含芳族的体系例如[甲基丙烯酸苄酯]、[甲基丙烯酸苄酯和苯乙烯]、[甲基丙烯酸苄酯、二乙烯基苯和苯乙烯]、[甲基丙烯酸2-羟乙酯、二乙烯基苯和苯乙烯]表现为在DNA和蛋白质之间更好地区分。这再次通过[甲基丙烯酸乙酯]来示例，其给出87°的接触角、高DNA浓度而且还有高蛋白质含量。图5示出从一系列聚合体系中研究的甲基丙烯酸苄酯的三种衍生物收集的级分中的DNA浓度和蛋白质浓度。使用被甲基丙烯酸2-羟乙酯(2HM)、甲基丙烯酸苄酯(B)或甲基丙烯酸乙酯(E)改性的二氧化硅-苯乙烯(SS)/二氧化硅-苯乙烯-二乙烯基苯(SSD)的样品，并且再次从血液裂解物中提取DNA。
此处，芳族取代基在从柱中获得的DNA浓度中的作用是清楚的，所有含苄基的化合物被示出表现良好。单独甲基丙烯酸苄酯的直接表面改性给出与更复杂的体系可比较的性能。在一个实施方案中，在80°-90°之间的接触角和芳族的结构要求对于同时的蛋白质的吸附和DNA的排斥是优选的。
作为活性表面积的函数的生物活性
用聚合物改性二氧化硅通常导致使孔填充有期望的材料，这实质上使聚合物刷(polymer brush)在孔内生长。如较早讨论的，流体力学半径应当具有能够使分析物进入并且被孔保留的合适的尺寸。在此情况下，我们已经定义此为活性表面积。然而，我们认识到活性表面积更精确地被描述为孔径和颗粒之间的平均间隙距离，以便考虑到体系的尺寸挤出机制。
为了研究活性表面积在聚合物方面的作用，研究
Figure GDA0002380595710000191
或
Figure GDA0002380595710000192
孔径。使用100μl/min的流速，将DNA洗脱到300μl的级分中，如先前描述的，将这些级分用于DNA和蛋白质定量。还应当注意，在每个实验中，路径保持固定。
表2.孔径和有关的生物功能
Figure GDA0002380595710000193
表2示出，通过增大活性表面积，DNA和蛋白质之间的区别增大，并且DNA提取效率借助于增大DNA浓度和减少蛋白质含量来改进。相反地，当表面积增大时，作为粒度的函数，即，活性表面积贡献是较小的，我们观察到DNA浓度的降低(表3)。
表3.作为粒度的函数的表面积和相关的生物性能
Figure GDA0002380595710000194
孔径的作用通过减小样品的总表面积同时增大活性表面积贡献进一步来证实。表4比较对于15μm颗粒，
Figure GDA0002380595710000195
和
Figure GDA0002380595710000196
孔径的DNA提取性能。表面积分别是108m2/g和19m2/g。因此，
Figure GDA0002380595710000197
的活性表面积的增加比例导致来自相同样品的较高的DNA浓度。
表4.对于15μm颗粒，
Figure GDA0002380595710000198
和
Figure GDA0002380595710000199
孔径的生物响应。表面积分别是108m2/g和 19m2/g。
Figure GDA0002380595710000201
虽然活性表面积参与使得能够从蛋白质分离DNA，但是平均间隙间距也起作用。此处，粒度在确保高体积的样品开始与活性表面积充分接触用于发生分离方面起作用。间隙距离或平均间隙距离与粒度成比例。如果此值过大，那么提取效率将降低。因此，较大的颗粒呈现较差的性能特性。虽然难以区分活性表面积的作用与平均间隙距离的作用，但是平均间隙距离/面积是确定提取装置的效率的因素并且基于研究的样品的尺寸，评估功能区为0.2μm–1.5μm和12μm2-24.5μm2。
结构均匀性对于下游工艺(例如，PCR)的效果
如此前讨论的，对于色谱柱所陈述的任何粒度实际上是来自粒度的分布的平均值，由制造者使用自动亚筛筛分技术实际地产生。实际上，宽的颗粒分布将导致在柱内的不均匀性，这可导致分析物分子通过柱采取的可变的路径长度增大。同样地，均匀性是降低测试间变化(inter-test variation)的关键。当比较使用qPCR分析具有均匀尺寸分布的样品相对于具有高程度的不均匀性的样品的DNA提取能力时，可变粒度的效果是明显的。表5示出对于具有>55％尺寸分布(样品A)和尺寸分布12.5％变化(样品B)的材料，使用qPCR分析的DNA提取能力。
表5.对于具有>55％尺寸分布(样品A)和尺寸分布12.5％变化(样品B)的材料，使 用qPCR分析的DNA提取能力。
Figure GDA0002380595710000202
结果清楚地说明对于通过提取装置的分析物，路径长度的增大的变化的效果。不考虑吸附剂材料或其构成因素，趋势是明显的，如下文所描述的。同样地，均匀性被认为是定义提取性能的另一因素。表面积和活性表面积是定义性能特性的因素。在一个实施方案中，平均间隙距离/表面积的功能区优选地是约0.2μm–1.5μm和12μm2-24.5μm2。因此，尺寸均匀性是定义提取性能的因素。
作为表面积、孔径和平均间隙间距的函数的生物活性
为了充分证实所描述的每个实施方案的基本作用，用所描述的参数在线产生吸附剂材料。每种材料的生物性能证实在有效DNA提取方面，平均间隙间距、合适的聚合物选择、孔径和活性表面积的特定的标准。
定义有效表面积
二氧化硅颗粒
15μm表面积80m2/g-120m2/g
平均孔径
Figure GDA0002380595710000211
/30nm
在柱/DEC内的填充200mg＝在装置内的16m2-24m2表面积
电纺丝纤维
纤维的表面积＝2πrl
吸附剂材料的表面积＝2πrl x纤维数
R＝SA/2πrl x纤维数
SA＝16m2(较小间距)–24m2(较大间距)
假定1％有效表面积＝0.16m2，即，仅来自二氧化硅的颗粒的孔提取
1cm包含～50000(200nm)个纤维将给出1cm长的方形
R＝2.58/纤维数至381.9/纤维数＝400m/200nm＝2 x 10E9纤维
Figure GDA0002380595710000212
＝5/纤维数至800/纤维数
2.0x109/1.0x105(所需纤维数/在1cm2内的纤维数)＝20000片材数x200nm＝4x10- 3m路径长度
电纺丝聚合物
将以此前描述的方式产生的甲基丙烯酸苄酯纳米纤维(0.2g)称重到5ml注射器中。使用手控压力(manual pressure)，将纤维压缩持续2分钟一提供计算的4x10-3 m路径长度。然后，使样品在40度下加热持续30分钟并且随后缓慢冷却。将活化缓冲液(700μl)泵送通过体系，之后添加80μl的裂解物。将流体推动通过体系，并且保留洗脱物用于分析。图7示出以此方式制备的注射器的典型的性能。
在其中不满足合适的路径长度(以提供合适的平均间隙间距和表面积)的所有情况下，对于PCR，提取是不成功的(图6和图7)。
进行在旋转柱内和在预处理的熔融的二氧化硅毛细管、预处理的玻璃移液器、塑料注射器和无预处理的玻璃小瓶内，整体材料系列的流通测试。此处，添加350μl的活化缓冲液并且在离心机中旋转持续1分钟。将旋转速度增大到5000rpm以洗脱缓冲液。将80μl的血液裂解物添加到活化缓冲液已经通过其的柱；然后使这些在5000rpm下旋转持续1分钟。收集洗脱物并且通过凝胶电泳分析其生物成分(图8)。
实施例概述
假定均匀的填充，将二氧化硅(15μm,
Figure GDA0002380595710000221
)的平均间隙距离计算为6.95μm。平均间隙间距还是表面积和两个参数之间的比率的函数。通过固定单体单元和定义表面积(如上文)，具有合适尺寸的新的构造已经被形成以从血液裂解物中提取DNA。如在表6中所示出的，具有低于约6μm或高于约23μm的平均间隙间距的实施例对于将DNA纯化到用于分析的可接受的水平失败。
表6.测试的样品的尺寸
Figure GDA0002380595710000222
平均间隙间距的计算的范围是基于整体材料和电纺丝材料的精确的二氧化硅平均直径值和测量的值。“未定量”指的是由于来自高蛋白质浓度的太多的PCR抑制或从提取装置中获得的太低的DNA浓度，RT-PCR失败。
比较实施例
颗粒分布/孔半径
粒度和孔半径的宽的分布(图9和图10)将导致在柱内的不均匀性，且同样地，分析物分子通过柱可采取的可变的路径长度增大。在这样的情况下，DNA提取效率严重地被损害，并且常常导致高蛋白质污染。
表面积
活性表面积在DNA提取效率方面起显著的作用。如此前所描述的，在至少某些实施方案中，我们理解最优范围是在0.1m2-150m2之间。至少在某些实施方案中，各自落在指定的范围内的所描述的参数的离散的组合可以在确定吸附剂材料从血液裂解物中提取DNA的能力方面起作用。
基于差地提取的二氧化硅的材料的测量的表面积落在此范围内。然而，从先前所展示的数据明显的是，表面积联合孔径、聚合物体系和平均间隙间距的特定的组合提供DNA提取机制。某些测试的样品的表面积在表7中来提供。
表7.测试的样品的表面积
样品A表面积
58.48m<sup>2</sup>/g(BET表面积)
80.24m<sup>2</sup>/g(Langmuir表面积)
实施例
多孔硅片的合成
p-Si(100)晶片的恒电流阳极氧化(Galvanostatic anodisation)形成多孔硅层。这使用包含48％含水HF和乙醇溶液的1:1v/v溶液的电池来进行。电化学电池包括PTFE并且具有圆形横截面。使用Teflon涂覆的VitonTM O-环，将硅片密封到基质(base)。对电极包括盘绕成线圈的钨线；这提供均匀的电流分布。使用高电流密度(在500mA cm2下5min)以产生多孔硅的层。图11示出裸露的多孔硅(左侧)、硅烷改性的多孔硅(中间)以及被甲基丙烯酸苄酯改性的多孔硅(右侧)，并且图12示出裸露的多孔硅的AFM分析。
图13示出被甲基丙烯酸苄酯改性的多孔硅的FT-Ir光谱(3500cm-1–2000cm-1区域)。聚合物固定化对振动和因此官能团的振动模式具有的限制效应在光谱中是明显的，并且产生归因于C-H振动位移至较低波数的许多带。苄基的芳族C-H振动是明显的，并且被观察到从3066cm-1位移到～2950cm-1。注意-在2300cm-1处观察到的强带归因于CO2的大气存在。
二氧化硅颗粒，15微米，
Figure GDA0002380595710000241
孔径
使
Figure GDA0002380595710000242
二氧化硅(2.20g)在200℃下在真空中干燥持续3h，随后在室温下在住房真空(house vacuum)下过夜。使50mL圆底烧瓶和搅拌器在烘箱中干燥过夜。
使
Figure GDA0002380595710000243
二氧化硅(2.15g)悬浮在二甲基乙烯基氯硅烷在三氟甲苯(6mL)中的5％溶液中并且在110℃下搅拌持续15min。允许混合物冷却到室温，并且停止搅拌。在二氧化硅已经沉降之后，用移液器移走液体，并且用二甲基乙烯基氯硅烷在三氟甲苯(6mL)中的新鲜的5％溶液替换。然后，使混合物加热回到110℃并且搅拌持续15min。进行此方法另外的时间，之后冷却到室温并且过滤。经由真空过滤收集二氧化硅，并且用丙酮(5×10mL)和水(5×10mL)洗涤。使二氧化硅在室温下空气干燥持续30min，之后在真空中干燥持续3h，同时谨慎地将温度升高到120℃，以避免二氧化硅的任何损失。
向硬脂酸钠(140mg)在水(10mL)中的搅拌的溶液添加二氧化硅(～2g)、甲基丙烯酸苄酯(0.53mL)和过氧二硫酸钾(5mg)。使聚合在95℃进行持续4h。使混合物冷却到室温并且过滤。将产生的二氧化硅用DMF(5×10mL)、乙醇(5×10mL)和水(5×10mL)洗涤，之后在室温下空气干燥持续30min。使二氧化硅在真空中最后干燥持续3h，同时谨慎地将温度升高到80℃，并且当用水饱和时改变阱(trap)。获得作为白色固体的
Figure GDA0002380595710000244
硅烷化的二氧化硅-甲基丙烯酸苄酯(2.21g)。
图14示出被甲基丙烯酸苄酯改性的二氧化硅颗粒的FT-Ir光谱(3500cm-1–2000cm-1区域)。聚合物固定对振动和因此官能团的振动模式具有的各自的影响在光谱中是明显的，并且产生归因于C-H振动位移以降低波数的许多带。苄基的芳族C-H振动是明显的，并且被观察到从3066cm-1位移到～2900cm-1。
二氧化硅颗粒的合成的另外的实施例
用
Figure GDA0002380595710000251
15μm(硅烷化二氧化硅)聚合
向硬脂酸钠(67mg)在水(4.8mL)中的搅拌的溶液添加二氧化硅、单体和过氧二硫酸钾(2.4mg)。使聚合在95℃进行持续4h。使混合物冷却到室温并且过滤。将产生的二氧化硅用DMF(5×5mL)、乙醇(5×5mL)和水(5×5mL)洗涤，之后在室温下空气干燥持续30min。使二氧化硅在真空中最后干燥持续3h，同时谨慎地将温度升高到80℃，并且当用水饱和时改变阱。
Figure GDA0002380595710000252
15μm(硅烷化二氧化硅-苯乙烯)的合成
使
Figure GDA0002380595710000253
二氧化硅(2.20g)在200℃下在真空中干燥持续3h，随后在室温下在住房真空下过夜。使50mL圆底烧瓶和搅拌器在烘箱中干燥过夜。
使
Figure GDA0002380595710000254
二氧化硅(2.15g)悬浮在二甲基乙烯基氯硅烷在三氟甲苯(6mL)中的5％溶液中并且在110℃下搅拌持续15min。允许混合物冷却到室温，并且停止搅拌。在二氧化硅已经沉降之后，用移液器移走液体，并且用二甲基乙烯基氯硅烷在三氟甲苯(6mL)中的新鲜的5％溶液替换。然后，使混合物加热回到110℃并且搅拌持续15min。进行此方法另外的时间，之后冷却到室温并且过滤。经由真空过滤收集二氧化硅，并且用丙酮(5×10mL)和水(5×10mL)洗涤。使二氧化硅在室温下空气干燥持续30min，之后在真空中干燥持续3h，同时谨慎地将温度升高到120℃，以避免二氧化硅的任何损失。
向硬脂酸钠(140mg)在水(10mL)中的搅拌的溶液添加二氧化硅(～2g)、苯乙烯(0.52mL)和过氧二硫酸钾(5mg)。使聚合在95℃进行持续4h。使混合物冷却到室温并且过滤。将产生的二氧化硅用DMF(5×10mL)、乙醇(5×10mL)和水(5×10mL)洗涤，之后在室温下空气干燥持续30min。使二氧化硅在真空中最后干燥持续3h，同时谨慎地将温度升高到80℃，并且当用水饱和时改变阱。获得作为白色固体的
Figure GDA0002380595710000261
硅烷化的二氧化硅-苯乙烯(1.68g)。
Figure GDA0002380595710000262
15μm硅烷化二氧化硅-二乙烯基苯的合成
使
Figure GDA0002380595710000263
二氧化硅(1.20g)在200℃下在真空中干燥持续3h，随后在室温下在住房真空下过夜。使50mL圆底烧瓶和搅拌器在烘箱中干燥过夜。
使
Figure GDA0002380595710000264
二氧化硅(1.15g)悬浮在二甲基乙烯基氯硅烷在三氟甲苯(3mL)中的5％溶液中并且在110℃下搅拌持续15min。允许混合物冷却到室温，并且停止搅拌。在二氧化硅已经沉降之后，用移液器移走液体，并且用二甲基乙烯基氯硅烷在三氟甲苯(3mL)中的新鲜的5％溶液替换。然后，使混合物加热回到110℃并且搅拌持续15min。进行此方法另外的时间，之后冷却到室温并且过滤。经由真空过滤收集二氧化硅，并且用丙酮(5×5mL)和水(5×5mL)洗涤。使二氧化硅在室温下空气干燥持续30min，之后在真空中干燥持续3h，同时谨慎地将温度升高到120℃，以避免二氧化硅的任何损失。
向硬脂酸钠(70mg)在水(5mL)中的搅拌的溶液添加二氧化硅(～1g)、二乙烯基苯(0.38mL)和过氧二硫酸钾(2.5mg)。使聚合在95℃进行持续4h。使混合物冷却到室温并且过滤。将产生的二氧化硅用DMF(5×5mL)、乙醇(5×5mL)和水(5×5mL)洗涤，之后在室温下空气干燥持续30min。使二氧化硅在真空中最后干燥持续3h，同时谨慎地将温度升高到80℃，并且当用水饱和时改变阱。获得作为白色固体的
Figure GDA0002380595710000268
硅烷化的二氧化硅-二乙烯基苯(1.00g)。
Figure GDA0002380595710000265
15μm(硅烷化二氧化硅-甲基丙烯酸2-羟乙酯)的合成
使
Figure GDA0002380595710000266
二氧化硅(1.20g)在200℃下在真空中干燥持续3h，随后在室温下在住房真空下过夜。使50mL圆底烧瓶和搅拌器在烘箱中干燥过夜。
使
Figure GDA0002380595710000267
二氧化硅(1.15g)悬浮在二甲基乙烯基氯硅烷在三氟甲苯(3mL)中的5％溶液中并且在110℃下搅拌持续15min。允许混合物冷却到室温，并且停止搅拌。在二氧化硅已经沉降之后，用移液器移走液体，并且用二甲基乙烯基氯硅烷在三氟甲苯(3mL)中的新鲜的5％溶液替换。然后，使混合物加热回到110℃并且搅拌持续15min。在冷却到室温并且过滤之前，进行此方法另外的时间。经由真空过滤收集二氧化硅，并且用丙酮(5×5mL)和水(5×5mL)洗涤。使二氧化硅在室温下空气干燥持续30min，之后在真空中干燥持续3h，同时谨慎地将温度升高到120℃，以避免二氧化硅的任何损失。
向硬脂酸钠(70mg)在水(5mL)中的搅拌的溶液添加二氧化硅(～1g)、甲基丙烯酸2-羟乙酯(0.33mL)和过氧二硫酸钾(2.5mg)。使聚合在95℃进行持续4h。使混合物冷却到室温并且过滤。将产生的二氧化硅用DMF(5×5mL)、乙醇(5×5mL)和水(5×5mL)洗涤，之后在室温下空气干燥持续30min。使二氧化硅在真空中最后干燥持续3h，同时谨慎地将温度升高到80℃，并且当用水饱和时改变阱。获得作为白色固体的
Figure GDA0002380595710000271
硅烷化的二氧化硅-甲基丙烯酸2-羟乙酯(1.00g)。
混合的粒度
二氧化硅颗粒的混合物通过以下来制备：首先使两个单独批次的材料用互补的或相同的聚合物体系改性，例如在某些实施方案中分别使用但不限于苯乙烯和甲基丙烯酸2-羟乙酯单体体系。以期望的比率的颗粒的混合物可以使组合物能够由质量组合物的比率来定制，以便根据被提取的样品类型确定提取性质。
硅表面的改性
使硅芯片(块状且多孔的，1cm2)在200℃下在真空中干燥持续3h，随后在室温下在家用真空(house vacuum)下过夜。使50mL圆底烧瓶和搅拌器在烘箱中干燥过夜。
使二氧化硅芯片(1cm2)悬浮在二甲基乙烯基氯硅烷在三氟甲苯(12mL)中的5％溶液中并且在110℃下搅拌持续15min。允许混合物冷却到室温，并且停止搅拌。在二氧化硅已经沉降之后，用移液器移走液体，并且用二甲基乙烯基氯硅烷在三氟甲苯(12mL)中的新鲜的5％溶液替换。然后，使混合物加热回到110℃并且搅拌持续15min。进行此方法另外的时间，随后冷却到室温并且过滤。经由真空过滤收集二氧化硅，并且用丙酮(5×20mL)和水(5×20mL)洗涤。使二氧化硅在室温下空气干燥持续30min，之后在真空中干燥持续3h，同时谨慎地将温度升高到120℃。
向硬脂酸钠(280mg)在水(20mL)中的搅拌的溶液添加苯乙烯(1.04mL)、二乙烯基苯(128μL)、甲基丙烯酸2-羟乙酯(120μL)和过氧二硫酸钾(10mg)。将二氧化硅芯片添加到溶液。使聚合在95℃进行持续4h。使混合物冷却到室温并且过滤。将产生的二氧化硅用DMF(5×20mL)、乙醇(5×20mL)和水(5×20mL)洗涤，之后在室温下空气干燥持续30min。使二氧化硅在真空中最后干燥持续3h，同时谨慎地将温度升高到80℃，并且当用水饱和时改变阱。
电纺丝毡
聚乙烯醇(PVA)
使10％wt.PVA(mw 89,000-98,000)溶液泵向捆绑到铜棒的铝箔。针和收集器之间的距离是16cm，具有20kv的应用电压。聚合物溶液的流速是0.075ml/h。环境条件：19％R.H.,20.3℃。
聚甲基丙烯酸苄酯(P(BzMA))
使在THF溶液中的37.5％wt.P(BzMA)泵向捆绑到铜棒的铝箔。针和收集器之间的距离是10cm，具有20kv的应用电压。聚合物溶液的流速是0.05ml/min。环境条件：21％R.H.,20.6℃。图15示出聚甲基丙烯酸苄酯(P(BzMA))的电纺丝毡的光学图像。
在此情形中的孔径被认为类似于平均间隙间距，而表面积可从如先前示出的纤维尺寸来计算。虽然难以区分活性表面积的作用与平均间隙距离的作用，但是我们理解平均间隙距离/面积是确定提取装置的效率的因素。通常，平均间隙距离可以大于约10nm。在一种变化形式中，平均间隙距离小于约12微米。
多孔聚甲基丙烯酸苄酯纤维
以17.5％w/w聚合物/丙酮，制备溶液并且留在室温下在水中过夜。可选择地，将箔上的2cm2方形的纤维毡用弱酸(1M乙醇酸)、乙醇和水的50:50组合、甲醇和水的50:50组合以及水在水中在40°℃处理。
新颖的单体单元的合成
苯甲醚甲基丙烯酸甲酯
Figure GDA0002380595710000291
向甲基丙烯酸(169mg,167μL,1.96mmol)、3-甲氧基苄醇(271mg,244μL,9.16mmol)和4-(二甲基氨基)吡啶(311mg,2.55mmol)在无水二氯甲烷(12mL)中的搅拌的溶液添加N-(3-二甲基氨基丙基)-N′-乙基碳二亚胺盐酸盐(0.52g,2.75mmol)并且继续搅拌过夜。将溶液用饱和的NaHCO3水溶液(10mL)、水(10mL)以及饱和的盐水(10mL)洗涤，干燥(MgSO4)并且浓缩以给出粘稠的油。使用Biotage Isolera自动色谱系统在正相条件下(二氧化硅柱，2％→16％在石油中的二乙醚的梯度)在254nm下检测纯化此材料以提供作为无色油的苯甲醚甲基丙烯酸甲酯(121mg,30％)。Rf 0.33(石油–二乙醚,92:8v/v)。
甲基丙烯酸苯乙醇酯
Figure GDA0002380595710000292
向苯乙醇(0.50g,0.50mL,4.09mmol)、和三乙胺(1.24g,1.71mL,12.27mmol)在无水二氯甲烷(5mL)的搅拌的溶液在0℃下逐滴地添加甲基丙烯酰氯(470mg,436μL,4.50mmol)，并且搅拌继续持续30分钟，在此期间允许混合物升温至室温。添加水(25mL)并且混合物用二氯甲烷(3×25mL)萃取。将合并的有机层干燥(MgSO4)并且浓缩以给出黄色的油(0.74g)。使用Biotage Isolera自动色谱系统在正相条件下(二氧化硅柱，12％→100％在石油中的二乙醚的梯度)在254nm下检测纯化此材料以提供作为无色油的甲基丙烯酸苯乙醇酯(0.80g,定量的)。Rf 0.61(石油–二乙醚,3:1v/v)。
吡啶甲基丙烯酸甲酯
Figure GDA0002380595710000301
向甲基丙烯酸(0.72g,0.71mL,8.33mmol)、和3-吡啶甲醇(1.00g,0.89mL,9.16mmol)在无水二氯甲烷(23mL)的搅拌的溶液在0℃下添加N-(3-二甲基氨基丙基)-N′-乙基碳二亚胺盐酸盐(2.23g,11.66mmol)、三乙胺(1.05g,1.45μL,10.41mmol)以及4-(二甲基氨基)吡啶(102mg,0.83mmol)，并且搅拌继续持续30分钟，在此期间允许混合物升温至室温。将溶液用二氯甲烷(50mL)稀释并且用饱和的NaHCO3水溶液(30mL)、水(2×2mL)以及饱和的盐水(30mL)洗涤，干燥(MgSO4)并且浓缩以给出粘稠的油。使用Biotage Isolera自动色谱系统在正相条件下(二氧化硅柱，12％→100％在石油中的乙酸乙酯的梯度)在254nm下检测纯化此材料以提供作为无色油的吡啶甲基丙烯酸甲酯(1.06g,72％)。Rf 0.38(石油–乙酸乙酯,1:1v/v)。
甲基丙烯酸萘甲酯
Figure GDA0002380595710000302
向甲基丙烯酸(0.72g,0.71mL,8.33mmol)、和1-萘甲醇(1.45g,9.16mmol)在无水二氯甲烷(23mL)的搅拌的溶液在0℃下添加N-(3-二甲基氨基丙基)-N′-乙基碳二亚胺盐酸盐(2.23g,11.66mmol)、三乙胺(1.05g,1.45μL,10.41mmol)以及4-(二甲基氨基)吡啶(102mg,0.83mmol)，并且搅拌继续持续30分钟，在此期间允许混合物升温至室温。将溶液用二氯甲烷(50mL)稀释并且用饱和的NaHCO3水溶液(30mL)、水(2×2mL)以及饱和的盐水(30mL)洗涤，干燥(MgSO4)并且浓缩以给出粘稠的油。使用Biotage Isolera自动色谱系统在正相条件下(二氧化硅柱，2％→20％在石油中的乙酸乙酯的梯度)在254nm下检测纯化此材料以提供作为无色油的甲基丙烯酸萘甲酯(1.28g,68％)。Rf 0.53(石油–乙酸乙酯,9:1v/v)。
甲基丙烯酸噻吩-3-基甲酯
Figure GDA0002380595710000311
向噻吩-3-甲醛(1.00g,0.78mL,8.92mmol)在无水甲醇(30mL)的搅拌的溶液在0℃下逐滴地添加硼氢化钠(0.35g,9.36mmol)，并且搅拌继续持续2h，在此期间允许混合物升温至室温。将溶液浓缩并且添加乙酸乙酯(25mL)和水(25mL)。将层分离并且水层用乙酸乙酯(2×25mL)萃取。将合并的有机层用水(2×25mL)、饱和的盐水(25mL)洗涤，干燥(MgSO4)并且浓缩以提供作为棕色油的噻吩-3-基甲醇(1.01g,98％)。不经进一步纯化地使用此材料。
向噻吩-3-基甲醇(1.01g,98％)和无水吡啶(2.04g,2.08mL,25.82mmol)在无水二氯甲烷(20mL)中的搅拌的溶液在0℃下逐滴地添加甲基丙烯酰氯(0.99g,0.92mL,9.81mmol)，并且搅拌继续持续1h，在此期间允许混合物升温至室温。将溶液用水(25mL)稀释并且用二氯甲烷(3×25mL)萃取。将合并的有机层用0.5M盐酸(25mL)、水(2×25mL)、饱和的盐水(25mL)洗涤，干燥(MgSO4)并且浓缩以给出棕色的油。使用Biotage Isolera自动色谱系统在正相条件下(二氧化硅柱，0％→100％在石油中的二氯甲烷的梯度)在254nm下检测纯化此材料以提供作为无色油的甲基丙烯酸噻吩-3-基甲酯(0.68g,44％)。Rf 0.53(石油–二氯甲烷,2:3v/v)。
丙烯酸苄酯
Figure GDA0002380595710000312
向苄醇(2.00g,18.5mmol)和三乙胺(4.67g,6.43mL,46.3mmol)在无水二氯甲烷(25mL)中的搅拌的溶液在室温下逐滴地添加丙烯酰氯(1.76g,1.58mL,19.4mmol)，并且搅拌继续持续3h。将溶液用水(30mL)稀释并且用二氯甲烷(2×30mL)萃取。将合并的有机层用饱和的盐水(30mL)洗涤，干燥(MgSO4)并且浓缩以给出橙色的油。使用Biotage Isolera自动色谱系统在正相条件下(二氧化硅柱，7％→60％在石油中的乙酸乙酯的梯度)在254nm下检测纯化材料以提供作为无色油的丙烯酸苄酯(2.02g,67％)。Rf0.69(石油–乙酸乙酯,7:3v/v)。
甲基丙烯酸2-羟基苄酯
Figure GDA0002380595710000321
向2-羟基苄醇(1.00g,8.06mmol)和吡啶(1.91g,1.96mL,24.2mmol)在无水二氯甲烷(10mL)中的搅拌的溶液在0℃下逐滴地添加甲基丙烯酰氯(0.84g,0.78mL,8.06mmol)，并且搅拌继续持续1h，同时加温至室温。将溶液用0.5M盐酸(10mL)、水(10mL)稀释并且用二氯甲烷(3×10mL)萃取。将合并的有机层用饱和的盐水(25mL)洗涤，干燥(MgSO4)并且浓缩以给出浅棕色的油。使用Biotage Isolera自动色谱系统在正相条件下(二氧化硅柱，15％→100％在石油中的二氯甲烷的梯度)在254nm下检测纯化材料以提供作为无色油的甲基丙烯酸2-羟基苄酯(381mg,25％)。Rf0.36(二氯甲烷–石油,6:4v/v)。
甲基丙烯酸2-苯乙酯
Figure GDA0002380595710000322
向2-苯乙醇(2.50g,20.5mmol)和三乙胺(6.20g,8.54mL,61.4mmol)在无水二氯甲烷(35mL)中的搅拌的溶液逐滴地添加甲基丙烯酰氯(2.16g,2.00mL,20.7mmol)，并且搅拌在室温下继续持续2h。将溶液用水(30mL)稀释并且用二氯甲烷(3×30mL)萃取。将合并的有机层用饱和的盐水(30mL)洗涤，干燥(MgSO4)并且浓缩以给出黄色的油。使用BiotageIsolera自动色谱系统在正相条件下(二氧化硅柱，7％→42％在石油中的乙酸乙酯的梯度)在254nm下检测纯化材料以提供作为黄色油的甲基丙烯酸2-苯乙酯(3.23g,83％)。
Rf 0.58(石油–乙酸乙酯,7:3v/v)。
甲基丙烯酸二苯甲酯
Figure GDA0002380595710000331
向二苯甲醇(3.77g,20.5mmol)和三乙胺(6.21g,8.55mL,61.4mmol)在无水二氯甲烷(35mL)中的搅拌的溶液逐滴地添加甲基丙烯酰氯(2.16g,2.00mL,20.7mmol)，并且搅拌在室温下继续持续2h。将溶液用水(30mL)稀释并且用二氯甲烷(2×20mL)萃取。将合并的有机层用饱和的盐水(40mL)洗涤，干燥(MgSO4)并且浓缩以给出橙色的固体。使用BiotageIsolera自动色谱系统在正相条件下(二氧化硅柱，7％→33％在石油中的乙酸乙酯的梯度)在254nm下检测纯化材料以提供作为白色固体的甲基丙烯酸二苯甲酯(3.85g,75％)。
Rf 0.77(石油–乙酸乙酯,7:3v/v)。
甲基丙烯酸三苯基甲酯
Figure GDA0002380595710000332
向三苯基甲基氯(6.11g,22.0mmol)和三乙胺(11.1g,15.3mL,110mmol)在无水DME(60mL)中的搅拌的溶液在冰浴中在N2下逐滴地添加甲基丙烯酸(9.47g,9.30mL,110mmol)，并且搅拌继续持续1h，同时加温至80℃。将混合物过滤通过Celite并且将滤液用饱和的NaHCO3水溶液(3×4mL)、饱和的盐水(30mL)洗涤，干燥(MgSO4)并且浓缩以给出乳膏/白色固体。将固体在真空中在室温下干燥持续3h以给出作为灰白色固体的甲基丙烯酸三苯基甲酯(6.51g,90％)。
Rf 0.52(石油–乙酸乙酯,9:1v/v)。
甲基丙烯酸2-(羟甲基)四氢吡喃酯
Figure GDA0002380595710000333
向2-(羟甲基)四氢吡喃(2.75g,2.68mL,23.7mmol)和三乙胺(7.18g,9.9mL,71.0mmol)在无水二氯甲烷(40mL)中的搅拌的溶液逐滴地添加甲基丙烯酰氯(2.50g,2.31mL,23.9mmol)，并且搅拌继续持续1h。将溶液用水(40mL)稀释并且用二氯甲烷(3×10mL)萃取。将合并的有机层用饱和的盐水(30mL)洗涤，干燥(MgSO4)并且浓缩以给出橙色的油。使用Biotage Isolera自动色谱系统在正相条件下(二氧化硅柱，7％→54％在石油中的乙酸乙酯的梯度)在254nm下检测纯化材料以提供作为无色油的甲基丙烯酸2-(羟甲基)四氢吡喃酯(3.09g,71％)。Rf0.66(石油–乙酸乙酯,7:3v/v)。
其他可能的单体
表8列出可被用于本公开内容的某些实施方案的某些其他单体。
表8.其他单体单元
单体 文献中制备的单体
甲基丙烯酸萘-1-基甲酯 是
甲基丙烯酸四氢呋喃-2-基甲酯 是
甲基丙烯酸苯乙醇酯 否
甲基丙烯酸3-甲氧基苄酯 否
甲基丙烯酸1-苯乙醇酯 是
甲基丙烯酸噻吩-3-基甲酯 否
表9总结了本公开内容的测试的单体的某些的生物性质。
表9.生物活性的概述(二氧化硅,15μm,
Figure GDA0002380595710000341
颗粒)
Figure GDA0002380595710000342
Figure GDA0002380595710000351
整体聚合物
样品预处理
对于所有整体材料样品制备，遵循以下基本程序，在塑料容器中产生的样品除外，玻璃预处理不能在塑料容器中进行。0.1M氢化钠洗涤(5min)，去离子水洗涤(20min)，甲醇洗涤(5min)，在氮气的流下干燥，用甲基丙烯酸3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯(MSMA):甲醇(1:1)注射，密封容器末端，容器浸没在35℃水浴中(17h)，甲醇洗涤(13min)，去离子水洗涤(13min)，在氮气的流下干燥。
整体材料聚合
在预处理之后，然后容器立即可以用于经由自由基聚合官能化的聚合反应混合物填充。同样地制备将被注射到毛细管或其他容器中的包含单体的反应混合物、自由基引发剂和致孔溶剂体系。使单体混合物预混并且包含不同比例的苯乙烯(Sty)、甲基丙烯酸丁酯(But)和/或甲基丙烯酸苄酯(Bnz)和交联剂二乙烯基苯(DVB)或二甲基丙烯酸乙二醇酯(EDMA)。然后添加活化剂、乙烯基苯磺酸(VBSA)和/或偶氮二异丁腈(AIBN)。然后将两种致孔溶剂体系中的一种添加到反应混合物(环己醇、水和NMP或1-丙-1-醇、1,4-丁二醇)。将单体混合物超声处理(15min/直到匀化)。然后对整体材料容器注射单体混合物并且将末端密封。将剩余的单体混合物转移到玻璃小瓶。将容器浸没在70℃水浴中持续20h或用紫外光处理持续15min。将样品在甲醇(15min)中洗涤。
使用多种单体替代品用一系列致孔溶剂体系在多种容器中已经制备一系列整体材料制品(表10和图19)。容器遵循两种格式：用于样品检查和分析的玻璃小瓶/塑料Eppendorf管；以及为了用于DNA提取设计的形式，例如熔融的二氧化硅毛细管、DNA提取旋转柱以及其他一次性过滤器和玻璃移液器(象征不同填充的柱)。
表10.制备的整体材料列表
Figure GDA0002380595710000361
Figure GDA0002380595710000371
用具有烯基的硅烷使玻璃小瓶和熔融的二氧化硅毛细管的内表面官能化允许整体材料直接键合到此基底，这产生更鲁棒性且耐用的整体材料。
包含甲基丙烯酸苄酯单体的整体材料被示出具有微孔结构(图16，大块整体材料)，缺少大孔特性。其中通过添加甲基丙烯酸丁酯的甲基丙烯酸苄酯和甲基丙烯酸丁酯的50:50混合物已经明显地增大孔隙度。
SEM分析揭示成功地产生一系列多孔整体材料。包含甲基丙烯酸苄酯单体的整体材料被示出具有微孔结构(图17，左侧)。其中通过添加甲基丙烯酸丁酯的甲基丙烯酸苄酯和甲基丙烯酸丁酯的50:50混合物已经明显地增大孔隙度(图17,中间)。
此处，整体材料呈现大孔特征和微孔特征两者，这是用于整体柱流通的品质。仅包含甲基丙烯酸丁酯的柱再次呈现大孔特性和微孔特性两者(图17,右侧)。这些发现突出了将甲基丙烯酸烷基酯组分掺入到单体反应混合物中以实现期望的孔隙率的作用。类似于二氧化硅颗粒的硅烷改性，甲基丙烯酸烷基酯组分提供用于蛋白质的吸附和相对于全部尺度DNA粘附的区分的合适的表面润湿性特性。
吸附剂材料的现场应用(In-FieldApplication)
在一个实例中，DNA提取盒(DEC，图18)-被设计成保持吸附剂材料-已经被用于从40μl的血液裂解物(通过使用珠击打的机械裂解产生的)中或从仅裂解缓冲液中纯化DNA。先前描述的工作已经示出填充有吸附剂的DEC(表2-表5)可从血液裂解物中纯化DNA。图21示出使用连续流DEC的大肠杆菌提取。该图证实在来自DEC的由输入裂解材料造成的100μl级分中的洗脱物DNA的浓度(pg/ml)衍生自大肠杆菌样品的降低的浓度(细胞/ml)。
在另一个实例中，该实施方案进行能够使生物样品裂解并且然后使裂解物通过所描述的吸附剂滤器两者的双重加工装置的部分。该装置的示例性实施方案在图20中被图示。此处，细胞基质结合到被包含在该装置内的吸附剂材料，同时允许DNA通过过滤器进入可被取出并且储存/送去分析的样品接收装置中。加工时间在5分钟下是完全的。
该装置利用具有压力密封盖的样品接收端口(port)。将样品放置到由弹簧负载的柱塞控制的裂解室中，所述弹簧负载的柱塞允许使用者使叶片在室内旋转，并且使用叶片自身或搅动的在室内的珠使样品裂解。样品室还可以包含缓冲液以充当通过提取阶段的迁移载体，或帮助酶地或化学地裂解，取决于样品的需要。
同时，机械裂解的作用还在该装置内建立压力。此压力累积提供推动力以使样品移动通过过滤器，并且允许裂解物保持在过滤器上并且包含DNA/RNA/核酸的上清液流动到然后可被取出和储存/分析的样品接收“盖”中。
裂解物释放到装置的提取区段可通过使两个区段旋转以允许压力释放，或两个部件之间的密封单独刺穿来实现。
在另一个实例中，旋转柱填充有用所描述的聚合物涂覆的二氧化硅珠。通常，添加活化缓冲液并且在离心机中旋转持续1分钟。将旋转速度增大到5000rpm以洗脱缓冲液。将80μl的血液裂解物添加到活化缓冲液已经通过其的柱；然后使这些在5000rpm下旋转持续1分钟。收集洗脱物并且通过凝胶电泳分析其生物成分。以通用旋转柱的格式和用于每种样品类型的不同的方案，DNA提取已经对以下样品类型进行。
除非所指示的，否则使用旋转柱，比较用于各种样品类型的所公开的DNA提取工艺(本文称为“Q-过滤器”的已知形式)数据。图22A示出在血液Q-过滤器和可选择的装置(血液Q-过滤器相对于可选择的装置)之间的DNA浓度的比较数据。图22B-22D示出对于组织(夹活检)、细菌质粒和口腔拭子，比较来自Q-过滤器和可选择的装置(血液Q-过滤器相对于可选择的装置)的DNA收率的数据。
本公开内容不受限于本申请中所描述的具体实施方案的方面，实施方案意图作为各个方面的例证。可做出许多修改和变化形式，而不偏离其精神和范围，如对本领域技术人员将是明显的。从前述描述，除了本文所列举的那些之外，在本公开内容的范围内的功能上等效的方法和设备对本领域技术人员将是明显的。此类修改和变化形式意图落在所附权利要求的范围内。本公开内容将仅按照所附权利要求、连同此类权利要求所具有的等效物的完全的范围来限制。应理解，本公开内容不受限于特定的方法、试剂、化合物、组合物或生物体系，这些当然可变化。还应理解，本文使用的术语仅用于描述具体实施方案的目的，而不意欲进行限制。
本领域技术人员将理解，对于本文所公开的工艺和方法以及其他工艺方法，在该工艺和方法中进行的功能可以以不同的顺序来实施。此外，所概述的步骤和操作仅作为实例来提供，并且步骤和操作中的某些可以是任选的、被组合成较少的步骤和操作、或扩展成另外的步骤和操作，而不减损所公开的实施方案的本质。
关于本文的大体上任何复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员可以适于上下文和/或应用来将复数翻译为单数和/或将单数翻译为复数。各种的单数/复数排列可以为了清楚而在本文中明了地陈述。
本领域技术人员将理解，一般地，本文所使用的术语，且尤其是在所附的权利要求(例如，所附的权利要求的主体)中所使用的术语，一般意指“开放的”术语(例如，术语“包括(including)”应被理解为“包括但不限于”，术语“具有”应被理解为“至少具有”，术语“包括(includes)”应被理解为“包括但不限于”等)。本领域技术人员还将理解，如果意图得到特定数目的引入的权利要求表述，则这种意图将明确地在权利要求中表述，并且在这样表述不存在时，这样的意图不存在。例如，作为对理解的帮助，以下所附权利要求可包含引导性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引导权利要求表述。然而，这样的短语的使用不应解释为意味着通过不定冠词“一(a)”或“一(an)”引入权利要求表述将包含这样的引入的权利要求表述的任何特定的权利要求限制为包含仅仅一个这样的表述的实施方案，甚至当相同的权利要求包括引导性短语“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词例如“一(a)”或“一(an)”(例如，“一(a)”和/或“一(an)”应被解释为表示“至少一个”或“一个或多个”)时；这对于用于引导权利要求表述的定冠词的使用是适用的。另外，即使被引入的权利要求叙述的具体数字被明确引用，本领域技术人员将认识到，这样的叙述应被理解为意指至少所引用的数字(例如，“两个叙述”的没有其他修饰语的纯叙述，意指至少两个叙述，或者是指两个或更多个叙述)。另外，在使用与“A、B和C等中的至少一个”相似的惯例的那些情况下，一般地，这样的结构在意义上意图是本领域中技术人员在惯例中所理解的意思(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”可能包括但不限于只具有A、只具有B、只具有C、具有A和B一起、A和C一起、B和C一起、和/或A、B和C一起等的系统)。另外，在使用与“A、B和C等中的至少一个”相似的惯例的那些情况下，一般地，这样的结构在意义上意图是本领域中技术人员在惯例中所理解的意思(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”可能包括但不限于只具有A、只具有B、只具有C、具有A和B一起、A和C一起、B和C一起、和/或A、B和C一起等的系统)。本领域技术人员还应理解，实际上表示两个或多个可选术语的任何转折性词语和/或短语，无论是在说明书、权利要求或附图中，都应被理解为考虑了包括一个术语、术语中的任一个、或两个术语的可能性。例如，短语“A或B”将被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
此外，当本公开内容的特征或方面根据马库什组来描述时，本领域技术人员将认识到，本公开内容从而还根据马库什组的任何单独的成员或成员的子组来描述。
如将被本领域技术人员所理解的，出于任何的和所有的目的，例如在提供书面描述的方面，本文公开的所有范围还涵盖任何的和所有可能的子范围和其子范围的组合。任何所列出的范围可容易地被认识为充分地描述且能够使相同的范围被分解成至少相等的一半、三分之一、四分之一、五分之一、十分之一等等。作为非限制性实例，本文讨论的每个范围可容易地被分解成下三分之一、中间的三分之一和上三分之一等等。如还将被本领域技术人员所理解的，所有措辞，例如“多达(up to)”、“至少”及类似措辞包括所列举的数值并且指的是如上文所讨论的随后可被分解成子范围的范围。最后，如将被本领域技术人员所理解的，范围包括每个单独的成员。因此，例如，具有1个-3个电池的组指的是具有1个、2个或3个电池的组。同样地，具有1个-5个电池的组指的是具有1个、2个、3个、4个或5个电池的组等等。
根据前述，将理解的是，出于例证的目的，本公开内容的各个实施方案已经被本文描述，并且可以做出各种修改，而不偏离本公开内容的范围和精神。因此，本文所公开的各个实施方案不意图是限制性的，真正的范围和精神通过以下权利要求指示。

Claims (23)

1.一种用于分离生物大分子的吸附剂材料，所述吸附剂材料包含至少部分地用具有单一类型的重复单元的聚合物涂覆或形成的硅烷化材料，所述聚合物选自聚(甲基丙烯酸芳酯)、聚(丙烯酸芳酯)、聚(甲基丙烯酸杂芳酯)或聚(丙烯酸杂芳酯)。
2.如权利要求1所述的吸附剂材料，其中所述硅烷化材料是选自由以下组成的组的无机材料：硅烷化二氧化硅颗粒、硅烷化二氧化硅纤维和硅烷化二氧化硅整体膜或结构。
3.如权利要求1所述的吸附剂材料，其中所述硅烷化材料是选自由以下组成的组的有机材料：多孔有机材料和膜。
4.如权利要求2或3所述的吸附剂材料，其中所述重复单元选自由以下组成的组：甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸苯甲醚甲酯、甲基丙烯酸苯乙醇酯、甲基丙烯酸吡啶甲酯以及甲基丙烯酸萘甲酯。
5.如权利要求1所述的吸附剂材料，其中所述吸附剂材料具有在65°至100°的范围内的润湿性值。
6.如权利要求1所述的吸附剂材料，其中所述吸附剂材料具有在0.1m2至130m2的范围内的表面积。
7.如权利要求1所述的吸附剂材料，其中所述硅烷化材料包括具有在1nm至100nm的范围内的平均孔径的硅烷化二氧化硅颗粒。
8.如权利要求7所述的吸附剂材料，其中所述平均孔径是30nm。
9.如权利要求1所述的吸附剂材料，其中所述硅烷化材料包括具有小于200微米的平均直径的硅烷化二氧化硅颗粒。
10.如权利要求9所述的吸附剂材料，其中所述平均直径是15微米。
11.一种物品，所述物品包含权利要求1所述的吸附剂材料，其中所述物品是呈选自以下的形式：颗粒、整体或膜样，并且其中平均间隙距离大于10nm。
12.如权利要求11所述的物品，其中所述平均间隙距离小于12微米。
13.如权利要求12所述的物品，其中所述物品呈膜的形式，并且其中所述吸附剂材料被包埋在多孔的有机基质或无机基质内。
14.一种制备吸附剂材料的方法，所述吸附剂材料包含至少部分地用聚(甲基丙烯酸苄酯)涂覆的硅烷化二氧化硅，所述方法包括：
使二氧化硅悬浮在二甲基乙烯基氯硅烷在三氟甲苯中的溶液中；
除去液体，并且使所述二氧化硅再悬浮在二甲基乙烯基氯硅烷在三氟甲苯中的新鲜溶液中；
收集并且干燥所产生的硅烷化二氧化硅；
将所述硅烷化二氧化硅、甲基丙烯酸苄酯和过氧二硫酸钾添加到硬脂酸钠在水中的搅拌的溶液；以及
收集并且干燥包含用聚(甲基丙烯酸苄酯)涂覆的硅烷化二氧化硅的所产生的吸附剂材料。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述方法包括：
除去液体，并且使所述二氧化硅再次再悬浮在二甲基乙烯基氯硅烷在三氟甲苯中的新鲜的5％溶液中。
16.一种用于裂解生物样品并且从所述生物样品中分离核酸的双重加工装置，所述装置包含：
样品输入单元；
样品裂解单元；
核酸提取单元；以及
核酸接收单元；
其中所述核酸提取单元包括至少部分地用具有单一类型的重复单元的聚合物涂覆或形成的硅烷化材料，所述聚合物选自聚(甲基丙烯酸芳酯)、聚(丙烯酸芳酯)、聚(甲基丙烯酸杂芳酯)或聚(丙烯酸杂芳酯)，其中所述硅烷化材料被配置成保留来自所述生物样品的蛋白质和其他非核酸物质，并且允许所述核酸穿过进入到所述核酸接收单元中。
17.根据权利要求16所述的装置，其中所述样品裂解单元包括被配置成在所述样品裂解单元中旋转以便使所述生物样品裂解的叶片。
18.根据权利要求16所述的装置，其中所述样品裂解单元包括珠。
19.根据权利要求17所述的装置，其中所述装置还包括被配置成控制所述叶片在所述样品裂解单元内的旋转的弹簧负载的柱塞。
20.根据权利要求16所述的装置，其中所述装置还包括被配置成当所述生物样品在所述样品裂解单元和/或所述核酸提取单元中被加工时充当迁移载体的缓冲液。
21.根据权利要求16所述的装置，其中所述核酸接收单元包括盖。
22.根据权利要求21所述的装置，其中所述盖是可从所述装置中移除的压力密封盖。
23.一种用于分离生物大分子的吸附剂材料，所述吸附剂材料包含至少部分地用具有单一类型的重复单元的聚合物涂覆或形成的硅烷化材料，所述聚合物选自聚(甲基丙烯酸芳酯)、聚(丙烯酸芳酯)、聚(甲基丙烯酸杂芳酯)或聚(丙烯酸杂芳酯)，其中所述吸附剂材料包括大于6μm并且小于23μm的平均间隙间距、大于10nm并且小于200nm的孔径以及大于0.1m2并且不大于150m2的表面积。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201703625D0 (en) 2017-03-07 2017-04-19 Quantumdx Group Ltd Aptamer based methods for protein detection
CN108795929A (zh) * 2018-07-06 2018-11-13 大连元和健路医学检验实验室有限公司 一种dna分子筛柱子的制备方法
CN108795727A (zh) * 2018-07-06 2018-11-13 大连元和健路医学检验实验室有限公司 一种快速提取基因组dna的分子筛柱子
US11376561B2 (en) * 2018-10-02 2022-07-05 Waters Technologies Corporation Sorbent particles for sample treatment
MA53990A (fr) * 2018-10-23 2021-09-15 Japan Chem Res Filtre pour filtrage, récipient avec filtre, et procédé d'élimination de matière étrangère dans une suspension cellulaire
GB201819417D0 (en) * 2018-11-29 2019-01-16 Quantumdx Group Ltd Vacuum-assisted drying of filters in microfluidic systems
CN112898469B (zh) * 2021-01-25 2023-04-18 三明学院 一种具有微孔结构的全芳基簇发光聚合物及其制备方法

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB467900A (en) * 1935-12-20 1937-06-21 Du Pont Esters of methacrylic acid and their manufacture
US3987058A (en) * 1975-02-27 1976-10-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Agriculture Preparation and uses of stable, bound stationary phases
US5047438A (en) * 1988-09-26 1991-09-10 Supelco, Inc. Porous rigid resins and process of preparation
EP0899567A1 (en) * 1989-07-06 1999-03-03 Perseptive Biosystems, Inc. Perfusive Chromatography
DE4233396A1 (de) * 1992-10-05 1994-04-07 Merck Patent Gmbh Oberflächenmodifizierte Oxidpartikel und ihre Anwendung als Füll- und Modifizierungsmittel in Polymermaterialien
US5470463A (en) * 1992-06-19 1995-11-28 Sepracor Inc. Passivated porous supports and methods for the preparation and use of same
US5906747A (en) * 1995-11-13 1999-05-25 Biosepra Inc. Separation of molecules from dilute solutions using composite chromatography media having high dynamic sorptive capacity at high flow rates
US7078224B1 (en) * 1999-05-14 2006-07-18 Promega Corporation Cell concentration and lysate clearance using paramagnetic particles
WO2000006495A1 (en) 1998-07-30 2000-02-10 Minnesota Mining And Manufacturing Company Nanosize metal oxide particles for producing transparent metal oxide colloids and ceramers
DE19962577A1 (de) * 1999-12-23 2001-07-12 Tittgen Biotechnologie Dr Chromatographiematerial und Verfahren unter Verwendung desselben
US7169298B2 (en) 2000-01-26 2007-01-30 Transgenomic, Inc. Method and apparatus for separating polynucleotides using monolithic capillary columns
US6623733B1 (en) 2001-06-27 2003-09-23 Advanced Cardiovascular Systems, Inc. Methods for treatment of vascular disease and device for preparation of an autologous composition for treating vascular disease
US20040127648A1 (en) 2002-12-31 2004-07-01 Ciphergen Biosystems, Inc. Sorbent and method for the separation of plasmid DNA
FR2854071B1 (fr) 2003-04-25 2009-01-30 Ethypharm Sa Procede de dispersion de substances hydrosolubles ou hydrophiles dans un fluide a pression supercritique
JP5173406B2 (ja) * 2004-04-02 2013-04-03 ネクストテツク・ゲー・エム・ベー・ハー 生体高分子のクロマトグラフ分離のための複合吸収剤材料の製造方法
US20060057738A1 (en) * 2004-09-16 2006-03-16 Hall Gerald E Jr Device, method, system and kit, for collecting components from a biological sample
EP1907585A4 (en) * 2005-07-01 2010-04-07 Promega Corp FLOATING PARTICLE ARRAY FOR PURIFYING BIOMOLECULES AND USES THEREOF OR FLOATING PARTICLE ARRAY FOR PURIFYING BIOMOLECULES
WO2007146956A2 (en) * 2006-06-12 2007-12-21 Rhodia Inc. Hydrophilized substrate and method for hydrophilizing a hydrophobic surface of a substrate
US20080116137A1 (en) * 2006-11-22 2008-05-22 Leopold-Franzens-Universitat Innsbruck Monolithic organic copolymer
US8377379B2 (en) 2006-12-15 2013-02-19 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Lateral flow assay device
JP2011512238A (ja) * 2008-01-04 2011-04-21 スパルクシス・ビー．ブイ． 金属酸化物のナノ粒子の表面修飾
DE102008063001A1 (de) * 2008-12-23 2010-06-24 Qiagen Gmbh Nukleinsäureaufreinigungsverfahren
US9062304B2 (en) 2009-02-11 2015-06-23 The University Of Rochester Spatially inhomogenously functionalized porous media and method for use in selective removal of contaminants
JP5789200B2 (ja) * 2009-03-13 2015-10-07 アクゾ ノーベル ケミカルズ インターナショナル ベスローテン フエンノートシャップＡｋｚｏ Ｎｏｂｅｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂ．Ｖ． 水性シラン処理シリカ分散体
US8303911B2 (en) 2009-10-19 2012-11-06 The Regents Of The University Of California Centrifugal microfluidic system for nucleic acid sample preparation, amplification, and detection
WO2012073115A1 (en) * 2010-11-30 2012-06-07 Quantumdx Group Limited Microfluidic device for nucleic acid extraction and fractionation
CN103459519B (zh) * 2011-03-25 2016-04-13 阿克佐诺贝尔化学国际公司 醇酸树脂基涂料组合物
CA2850442A1 (en) * 2011-09-28 2013-04-04 King Abdullah University Of Science And Technology Grafted membranes and substrates having surfaces with switchable superoleophilicity and superoleophobicity and applications thereof
WO2014079580A1 (en) * 2012-11-26 2014-05-30 Eth Zurich Method for the preparation of macroporous particles and macroporous particles obtained using such a method

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