CS225010B1

CS225010B1 - Hydrofilní latexové částice, způsob jejich přípravy

Info

Publication number: CS225010B1
Application number: CS923580A
Authority: CS
Inventors: Hans-Georg Rndr Batz; Paul Phdr Tanswel; Manfred Baier
Original assignee: Batz Hans Georg Rndr; Paul Phdr Tanswel; Manfred Baier
Priority date: 1980-12-23
Filing date: 1980-12-23
Publication date: 1984-02-13
Also published as: HU191603B; CS231217B1; CS225369B1; CS413582A1; CS225367B1; CS225368B1; CS225366B1

Abstract

Předmětem vynálezu jsou hydrofilní latexové částice, které sestávají z homopolymeru monomeru obecného vzorce I ch2=cr1 -x-ch2ch-ch2 V ’ kde R. je vodík nebo methyl a x je -O- nebo -C0-0 či kopolymeru monomeru obecného vzorce I s 1 až 99 % hmot. radikálově polymerizovatelného monomeru vybraného ze skupiny zahrnující styren, divinylbenzen, alkylendiakryláty či dimethakryláty, hydroxyalkylendiakryléty či dimethakryláty, hydroxyakyleridiakryláty či dimethakryláty, hydroxyalkylakryláty či methakryláty, ákrylči dimethylakrylamidy, vinylacetét, N- -vinylpyrrolidon, isopren, butadién, alkylakryláty či methakryláty a jsou ve formě stejně velkých částic sférického tvaru o průměru 0,15 až 1,5 /im. Hydrofilní latexové částice podle vynálezu se připravují tak, že se monomer obecného vzorce I či jeho směs s jinými výše uvedenými monomery zbaví rozpuštěného kyslíku, současně se zbaví kyslíku i 8 až 1Énésobný objem vodního roztoku radikálového iniciátoru o koncentraci 0,5 až 1,5 g/1 vody, obě složky se smísí v polymerizačním reaktoru v atmosféře inertního plynu a polymerizacese nechá probíhat při teplotě 0 až 80 °C a intenzivním mícháním po dobu potřebnou k dosažení požadované konverze. Emulzní polymerace probíhá bez přídavku jakéhokoliv emulgátoru nebo stabilizátoru emulze.

Description

Předmětem vynálezu jsou hydrofilní latexové částice, které sestávají z homopolymeru monomeru obecného vzorce I ch₂=cr₁ -x-ch₂ch-ch₂

V ’ kde R. je vodík nebo methyl a x je -O- nebo -C0-0 či kopolymeru monomeru obecného vzorce I s 1 až 99 % hmot. radikálově polymerizovatelného monomeru vybraného ze skupiny zahrnující styren, divinylbenzen, alkylendiakryláty či dimethakryláty, hydroxyalkylendiakryléty či dimethakryláty, hydroxyakyleridiakryláty či dimethakryláty, hydroxyalkylakryláty či methakryláty, ákrylči dimethylakrylamidy, vinylacetét, N-vinylpyrrolidon, isopren, butadién, alkylakryláty či methakryláty a jsou ve formě stejně velkých částic sférického tvaru o průměru 0,15 až 1,5 /im.

Hydrofilní latexové částice podle vynálezu se připravují tak, že se monomer obecného vzorce I či jeho směs s jinými výše uvedenými monomery zbaví rozpuštěného kyslíku, současně se zbaví kyslíku i 8 až 1Énésobný objem vodního roztoku radikálového iniciátoru o koncentraci 0,5 až 1,5 g/1 vody, obě složky se smísí v polymerizačním reaktoru v atmosféře inertního plynu a polymerizacese nechá probíhat při teplotě 0 až 80 °C a intenzivním mícháním po dobu potřebnou k dosažení požadované konverze. Emulzní polymerace probíhá bez přídavku jakéhokoliv emulgátoru nebo stabilizátoru emulze.

Vynález se týká hydrofilních latexových částic, způsobu jejich výroby a jejich použití jako nosičů biologicky nebo imunologicky aktivních substancí v diagnostických prostředcích.

Pro aglutinaci komplexu antigen - protilátka, které se využívá v imunologii v rámci mnohých diagnostických stanovení, protože může být zvláStě rychle a jednoduše provedena a často pouhým okem pozorována, jsou již delší dobu používány hydrofobní latexová částice jako nosiče imunologicky aktivních látek. Tyto hydrofobní latexové částice sestávají většinou z homo- nebo kopolymerů styrenu, např. kopolymeru styren - butadien nebo kopolymerů styren-butadien-akrylonitril (ABS) a připravují se emulzní polymerací.

Při již dlouho známé emulzní polymeraci se vychází obecně ze čtyř komponent: ve vodě omezeně rozpustného monomeru nebo směsi ve vodě omezeně rozpustných monomerů, vody, emulgátoru a vodorozpustného iniciátoru. Monomer se přitom prostřednictvím emulgátoru emulguje do formy jemných kapiček, přičemž se vzájemným spojením většího počtu molekul tvoří, kromě jiného, větší micely, které jsou z části prázdné a z části naplněny monomerními molekulami; poslední se označuje jako solubilizaoe monomerů. Vodorozpustný iniciátor tvoří radikály, které mohou vyvolat popř. aktivovat polymerizaoi jak jednotlivých molekul monomeru ve vodní fázi, tak monomerem naplněných micel, tak i kapiček monomeru. Ve skutečnosti probíhá ale polymerizace převážně v nabotnalých miceléch, nebot na jedné straně je koncentrace monomeru v micelách podstatně větší než jednotlivých monomerních molekul rozpuštěných v okolí micel a na druhé straně pak je pravděpodobnost aktivace micel s ohledem na jejich velký počet ve srovnání s monomerními kapkami výrazně vyšší. Průměr naplněných micel se během polymerrizaoe zvětšuje, až dojde k jejich změně na kulovité latexové částice. Polymerizací v micele spotřebávévaný monomer se přitom doplňuje z monomerních kapek difuzním transportem přes vodní roztok. Molekuly emulgátoru z neaktivovaných micel a z povrchu spotřebovaných monomerních kapek pokrývají povrch latexových částic a tak přispívají ke stabilizaci vznikající polymerní disperze.

Tyto latexy, vyráběné za přítomnosti emulgátoru nebo stabilizátoru emulze, kterými mohou být např, tenzidy, mají následující nevýhody, které vadí zejména při jejich použití jako nosičů imunologicky aktivních substancí a brání jejich použití v kontinuálních roztokových měřicích systémech:

1. Na hydrofobním povrchu latexové částice se váží vedle požadovaných imunologicky aktivních látek např. protilátek nespecificky četné jiné složky séra.

2. imunologicky aktivní látky, které jsou absorpčně a nikoliv kovalentně navázány, se mohou v průběhu diagnostického testu opět oddělit,

3. tenzidy použité při emulzní polymeraci jako emulgátory nebo stabilizátory emulze mohou ničit strukturu a tím i aktivitu biologicky aktivních proteinů, nebot difundují do vodního roztoku,

4. odstraněním stabilizujícího tenzidu koaguluje latexové suspenze podobně jako může dojít k destabilizaci odstřeňováním. Přitom vznikající sraženina může být je velmi těžko nebo vůbec ne opětovně resuspendována do původního stavu.

K odstranění těchto nedostatků byly již navrženy různé způsoby, které však umožňují vždy řešit jen část dříve uvedených:

Tak, jsou známy podle DAS 2 203 377 hydrofobní latexové čésticé o velikosti od 0,01 do 0,9 ;um z karboxylovaných styren-butadienovýoh kopolymerů, které mohou být použity jako serologickýi inertní nosiče biologicky aktivních proteinů, přičemž se proteiny váží na nosič kovalentně,ta to prostřednictvím do latexu zavedených karboxylových skupin za vzniku amidických vazéb.

Z DOS 2 812 845 jsou známy hydrofobní latexy s velikostí částic od 0,05 do 1 Jbm z kopolymerů ABS, v nichž je latex rovněž modifikován karboxylovými skupinami a kondenzován s reaktivním bočním řetězcem, takže k němu rovněž mohou být kovalentně navázány imunologicky aktivní látky.

S těmito známými hydrofobními latexy se řeší sice problém 2. (viz výše), avšak ostat ní nedostatky zůstávají beze změny.

Bylo proto rovněž vyzkoušeno namísto hydrofobnich latexů použít hydrofobních gelů jako nosičů imunologicky aktivních látek. Protože hydrofilní gely nemají žádnou nebo mají jen nepatrnou absorpční schopnost, avšak na druhé stranš je kovalentní vázáni proteinů na takovéto gely znémo, byly navrženy mikrogely, které na základě způsobů jejich výroby a jejich velikosti částic lze rovněž označit jako latexy. Takové latexy jsou známy např. z US patentu 4 138 383. Sestávají z kulovitých částic s průměrem menším než 0,35 /im vyráběných za podmínek emulzní polymerizace ve vodě iniciované volnými radiály, přičemž jako monomery se používají akrylamid, kyseliny akrylová a methakrylové nebo akryláty. Jako emulgátorů se používá kovových mýdel. Na takto získané hydrofilní mikrogely se váži kovalentně biologicky a/nebo imunologicky aktivní látky známým způsobem přes karbodiimid nebo glutardialdehyd. Tím se vyřeší sice problémy 1. a 2. (viz. výše), avšak nikoliv problémy 3. a 4., nebot emulzní polymerizace musí být opět provedena v přítomnosti eiulgátoru nebo stabilizátoru emulze.

Tento vynález spočívá v řešení úlohy nalézt hydrofilní latexové částice a způsob jejich výroby, s nimiž by se podařilo odstranit všechny čtyři shora uvedené nedostatky. Dále spočívá zejména v řešení úkolu nálézt hydrofilní latexové částice schopné kovalentně vázat biologicky a/nebo imunologicky aktivní látky, neovlivňující strukturu a tím i aktivitu biologicky aktivních proteinů, jejiphž stabilizace při odstřeSování nedozná změn a které lze koagulovat a následovně opět snadno resuspendovat.

Předmětem vynálezu jsou hydrofilní latexové částice, které sestávají s homopolymeru monomeru obecného vzorce I

CHgsC^-x-C^CH-C^

V kde R, je vodík nebo methyl a x je -0- nebo -C0-0 či kopolymerů monomeru obecného vzorce I s 1 až 99 % hmot. radikálově polymerizovatelného monomeru vybraného ze skupiny zahrnující styren, divinylbenzen, alkylendiakryláty, hydroxyalkylendiakryláty či dimethakryláty či methakryláty, akryl- či dimethakrylamidy, vinylacetát, N-vinylpyrrolidon, isopren, butadien, alkylakryláty či methakryléty a jsou ve formě stejně velkých částic sférického tvaru o průměru 0,15 až 1,5 Λ™.

Hydrofilní latexové částice se vyrábějí emulzní polymerizací iniciátoru tvořícího radikály, avšak bez přídavku jakéhokoliv emulgátorů nebo stabilizátoru emulze.

Podle přednostní formy provedení vynálezu je alespoň část z monomerů, z nichž jsou latexové čéstice zbudovány, tvořena epoxidem obsahujícím v molekule jednu polymerizovatelnou dvojnou vazbu C=C.

S překvapením bylo zjištěno, že na rozdíl od mínění odborných kruhů, jež je rovněž citováno ve stavu techniky, že přídavek emulgátorů či stabilizátoru není vůbec nezbytný pro provedení emulzní polymerizace. Tím ale odpadá většinou velmi těžké a pracné odstraňování zbytků emulgátorů z polymerních latexových částeček, které bylo až dosud nezbytně nutné, nebol kovová mýdla nebo tenzidy používané jako emulgátory difundovaly z latexových částic a ovlivňovaly nebo zcela zničily biologickou aktivitu proteinů kovalentně vázaných na latexové čéstice.

22501 O

Jako mimořádně výhodně se ukázalo použiti glycidylovýeh sloučenin obsahujících minimálně jednu polýmerizovatelnou dvojnou vazbu, jako monomer. Struktura těchto sloučenin vykazuje hydrofobní část v místě polymerizovatelné dvojné vazby a současně ale také hydrofilní část v podobě epoxidové skupiny, oxiranového kruhu. Podle vynálezu vzniklé latexové suspenze nekoagulují vzdor nepřítomnosti jakéhokoliv emulgátoru či stabilizátoru emulze. Stabilizace se neporuší ani odstřeSováním latexové suspenze. Protože koncové epoxidové skupiny bočních řetězců moňomerních jednotek jsou lehce přístupné různým modifikacím (hydrolýza, amonolýza, aminolýza, kondenzace), musí tyto epoxidové skupiny být na povrchu částic monodisperzně distribuovaného latexu orientovány směrem do vodní fáze.

Jako monomery se podle vynálezu používají předevěim glycidylmethakrylót, glycidylakrylát, glycidylvinylether, glycidylvinylftalát, 3,4-epoxy-1-butan. Přitom může být použit výlučně jeden z těchto monomerů, takže vznikající hydrofilní latexové částice jsou kopolymerem, avšak může být též kopolymer!zována směs těchto monomerů.

K řízení obsahu epoxidových skupin mohou být s vyjmenovanými glyciúylovými skupinami kopolymerizovány také další monomery, např styren, dieny, akrylamid, methakrylamid, alkyl-, hydroxyalkyl- a aminoalkylakryláty, alkyl-, hydroxyalkyl- a aminoalkylmethakryláty, vinyl ethery, vinylestery, N-vinylpyrrolidon a další.

Polymerizace může být provedena rovněž v přítomnosti monomerních polymerizovatelných derivátů barevných nebo fluoreskujících sloučenin, např. fluoresceinu. Tímto způsobem se získají barevné, popř. fluoreskující latexové částice, vhodné k důkazu antigenů, popř. protilátek v lidských nebo zvířecích tkáních. Tato důkazové metoda-je vhodná zvláště k přípravě řezů tkání v histologii. Jako monomerní polymerizující deriváty jsou používány barevné nebo fluoreskující látky, v nichž jsou známým způsobem zabudovány methakrylové či akrylové zbytky.

Aby se snížila rozpustnost vznikajících latexových částic ve vodě, mohou být během polymerizace přidány obvyklé sítovačla, např. alkylen- nebo hydroxyalkylendiakryláty, alkylen- nebo hydroxyalkylendimethakryláty, alkylenbisakrylamidy, divinylbenzen a podobně.

Jako iniciátor může být použit každý vodorozpustný iniciátor obvykle používaný pro emulzní polymerizacij podle vynálezu se s výhodou peroxodisulfátů, peroxoborátů, peroxidu vodíku nebo vhodných redox systémů.

Způsob bezemulgátorové emulzní polymerizace jednoho nebo více ve vodě obtížně rozpustných monomerů podle vynálezu vedoucí k hydrofilním latexovým částicím je citlivý vůči vzdušnému kyslíku, respektive kyslíku vůbec. Kyslík je proto třeba velmi pečlivě odstranit ze všech reakčních komponent a nádob bu3 vyvářením nebo destilací pod inertní atmosférou nebo proháněním dusíku, argonu či jiného inertního plynu.

Bezemulgátorové emulzní polymerizace podle vynálezu se provádí s výhodou při objemovém poměru vodní a monomerní fáze v násadě od 8:1 do 16:1.

Koncetrace iniciátoru rozpuětěného ve vodní fázi obnáší s výhodou 0,5 až 1,5 g/1 a koncentrace epoxidů v monomerní fázi bývá s výhodou 1 až 100 % hmot.

Emulzní polymerizace se provádí s výhodou při teplotě 0 až 80 °C. Teplota je přitom odvislá od použitého iniciátoru: při použití peroxodisulfátu draselného se pracuje převážně při 60 až 70 °C. Na volbě iniciátoru závisí rovněž doba reakce, jež činí 5 až 40 hodin.

Hydrofilní latexové částice podle vynálezu jsou přísně kulovité, monodisperzně distribuované a vzájemně přibližně stejně velké částice s průměrem od asi 0,15 do 1,5 >um. Hydrofilní latexové částice mohou po ukončené polymerizaci obsahovat zbytky nezreagovaných monomerů, které se mohou odstranit destilací s vodní párou nebo dialýzou. Také přitom se uplatňuje zvláště výhodná vlastnost hydrofilníeh latexových částic podle vynálezu spočívající v tom, že latexové částice mohou sedimentovat při odstřelování, aniž by došlo k destabilizaci, takže'je lze následně opět redispergovat. Tímto způsobem může být latex podle vynálezu několikanásobně opakovaným odstředěním a dekantací jednoduše vyčiětěn.

Koncové epoxidové skupiny bočních řetězců v latexu podle vynálezu jsou vysoce reaktivní vůči nejrůznšjšim chemickým substancím.

Přikladl

V 80 ml destilované vody se rozpustí 0,08 g peroxodvojsíranu draselného a 30 minutovým probublávánim dusíkem se z roztoku odstraní vzdušný kyslík. Současně se stejným způsobem zbaví vzdušného kyslíku 10 ml glycidylmethakrylátu. Obě komponenty se převedou do skleněného reaktoru a dalších 10 minut se probublájí dusíkem. Poté se reaktor uzavře a směs ponechá za stálého míchání 6 hodin reagovat při teplotě 65 °C. Po uplynutí této doby je konverze reakce 98 %. Reakčním produktem je latex tvořený kulovitými, monodisperzně distribuovanými částečkami polyglycidylmethakrylátu o průměru 0,44 /um.

Příklad 2

Způsobem popsaným v příkladu 1 byly odděleně zbaveny kyslíku roztok 0,08 g peroxodvojsíranu draselného (KgSgOg) ^{ve 1 V0}^J’ ^{a 1} θ ^SD>ési sestávající z 1 5 % hmot. glycidylmethakrylátu a 85 % hmot. styrenu, smíseny a za stálého míchání při teplotě 65 °C polymeryzovány po dobu 6 hodin. Nezpolymerizované monomery byly odstraněny destilací s vodní párou. Vznikající monodisperzní latexové částice mají průměr 0,22 ^im, konverze byla 71,6 %.

Přiklad 3

Způsobem popsaným v příkladu 1 byla zpolymerizována směs, připravené smísením 0,1 g ^K2®2°8 ^νθ ' θ° ^m3· ^^esti-^ova:n^ vody a 1 0 ml směsi, obsahující 15 % hmot. glycidylmethakrylátu a 85 % hmot. vinylacetátu. Konverze činila 80 %. Zbylé monomery byly odstraněny destilací s vodní párou. Vzniklý latex sestává z monodisperzních kulovitých částic o průměru 0,16/um.

Z*

Příklad 4

Způsobem popsaným v příkladu 1 byla zpolymerizována násada složená z roztoku 0,1 g K₂S₂0g ve 100 ml vody (destilované) a 10 ml směsi složené z 15 % hmot. glycidylmethakrylátu a 85 i hmot. isoprenu za 24 hodin při teplotě 65 °C. Konverze reakce byla 76 %. Poté byly zbývající monomery odstraněny destilací s vodní párou. Vznikly stabilní, monodisperzní, kulovité latexové částice s průměrem 0,25 ^im.

Příklad 5

Způsobem popsaným v příkladu 1 byly odděleně zbaveny kyslíku roztok 1,5 g ^2^S2°8 Ve 1,5 1 destilované vody a 15 ml glycidylmethakrylátu zbaveného kyslíku bylo za vyloučeni přístupu kyslíku kontinuálně prikapáváno do reakční nádoby po dobu 6 hodin. Poté byla polymerizace prováděna ještě dalších 30 minut. Reakční přeměna byla 85 & a vznikající částice měly průměr 1 ,1 jum.

Příklad 6

Způsobem popsaným v přikladu 1 byly společně polymerizovány roztok 0,1 g K₂S₂O_gve 1 00 ml destilované vody a 1 0 ml směsi složené z 1 % hmot. glycidylmethakrylátu a 99 % hmot. styrenu při teplotě 65 °C po dobu 22 hodin, přičemž vznikají hydrofilní latexové částice s průměrem 0,5/um. Konverze byla 90 %.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Hydrofilni latexové částice, vyznačené tim, že sestávají z homopolymeru monomeru obecného vzorce I ch₂=ck,-x-ch₂ch-ch₂ \?

kde I?₁ je vodík nebo methyl a x je -0- nebo -C0-0 či kopolymerů monomeru obecného vzorce I s 1 až 99 % hmot. radikálově polymerizovatelného monomeru vybraného ze skupiny zahrnující styren, divinylbenzen, alkylendiakryláty či dimethakryláty, hydroxyalkylendiakryláty či dimethakryláty, hydroxyalkylaryláty či methakryláty, akryl- či dimethakrylamidy, vinylacetét, N-vinylpyrrolidon, isopren, butadien, alkylakryléty či methakryláty a jsou ve formě stejně velkých částic sférického tvaru o průměru 0,15 až 1,5 μηι.
2. Způsob přípravy hydrofilnich latexových částic podle bodu 1, vyznačený tím, že se monomer obecného vzorce I či jeho směs s jinými monomery definovanými v bodě 1 zbaví rozpuštěného kyslíku, současně se zbaví kyslíku i 8 až lónósobný objem vodního roztoku radikálového iniciátoru o koncentraci 0,5 až 1,5 g/1 vody, obě složky se smísí v polymerizačním reaktoru v atmosféře inertního plynu a polymerizace se nechá probíhat při teplotě 0 až 80 °C a intenzivním mícháním po dobu potřebnou k dosažení požadované konverze.