DE10237518A1

DE10237518A1 - Verwendung von Schichtdoppelhydroxiden zur An- bzw. Abreicherung von Biomolekülen aus flüssigen oder fluiden Medien

Info

Publication number: DE10237518A1
Application number: DE2002137518
Authority: DE
Inventors: Björn-Oliver Dr. Jackisch; Simone Brethauer; Arne Burzlaff; Cornelia Dr. Kasper; Thomas Prof. Dr. Scheper
Original assignee: Sued Chemie AG
Current assignee: Sued Chemie AG
Priority date: 2002-08-16
Filing date: 2002-08-16
Publication date: 2004-02-26

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Entfernung oder Gewinnung von mindestens einem Biomolekül aus einem flüssigen oder fluiden Medium mit Hilfe eines Sorptionsmittels, wobei als Sorptionsmittel ein Schichtdoppelhydroxid, ausgewählt aus der Gruppe der natürlichen und synthetischen Hydrotalcite sowie der Hydrotalcit-ähnlichen Verbindungen, verwendet wird, und wobei das Schichtdoppelhydroxid vor der Verwendung calciniert wird und eine mittlere Teilchengröße (D50) von mehr als 1 mum aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung der vorstehenden Schichtdoppelhydroxide zur An- bzw. Einlagerung von Biomolekülen, insbesondere zur An- bzw. Abreicherung von Biomolekülen aus flüssigen oder fluiden Medien sowie eine Zusammensetzung mit einem solchen Schichtdoppelhydroxid und mindestens einem Biomolekül, die insbesondere als anorganischer Vektor oder pharmazeutische Zusammensetzung zum Einbringen von Biomolekülen in Zellen verwendet werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Schichtdoppelhydroxiden in Verfahren zur An- bzw. Einlagerung von Biomolekülen, insbesondere zur An- bzw. Abreicherung von Biomolekülen aus flüssigen oder fluiden Medien sowie eine Zusammensetzung mit einem Schichtdoppelhydroxid und mindestens einem Biomolekül, die insbesondere als anorganischer Vektor oder pharmazeutische Zusammensetzung zum Einbringen von Biomolekülen in Zellen verwendet werden kann.

Aus dem Stand der Technik ist die Verwendung bestimmter Schichtdoppelhydroxide als Anionenaustauscher bzw. -adsorbens bekannt.

So beschreibt beispielsweise die EP 0 206 799 B1 die Verwendung von gemischten Metallhydroxiden als Anionenaustauscher, insbesondere zur Steuerung der Farbstoffmigration in einer Flüssigkeit.

Die EP 0 566 260 B1 beschreibt ein Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten mit Hydrotalciten als Sorptionsmittel, wobei es erfindungswesentlich ist, dass das Sorptionsmittel mindestens teilweise ungetrocknet ist bzw. frisch hergestellt oder in situ bei der Behandlung eines flüssigen Mediums erzeugt wird.

Die WO 01/49869 A1 beschreibt Zusammensetzungen mit Nukleinsäuren, die in bilaminare mineralische Teilchen eingelagert sind. Bevorzugt werden Hydrotalcite zur Herstellung eines Medikaments verwendet, das zur Transfektion von Zellen mit den eingelagerten Nukleinsäuren dient.

In ähnlicher Weise beschreibt die EP 0 987 328 A2 bioanorganische Hybridzusammensetzungen, die Biomaterialien stabil aufnehmen können. Die Hybridzusammensetzung weist dabei die Formel [M²⁺ ₁__xN³⁺ _x(OH)₂][A_Bi _o ^n–]_x/ _n⋅yH₂O auf . Die Verwendung von Schichtdoppelhydroxiden als nicht-virale Vektoren zum Einbringen von DNA in Zellen ist ebenfalls in der Literaturstelle Choy et al., Angew. Chem. 2000, 112 (22), Seiten 4208–4211, beschrieben. Die Literaturstelle Lotsch et al., Solid State Sciences 3 (2001), Seiten 883–886, beschäftigt sich mit der Trennung von Nukleosid-Monophosphaten unter Verwendung der preferenziellen Anionenaustauschinterkalation in Schichtdoppelhydroxiden.

Die Interkalation von Aminosäuren und Zucker in Schichtdoppelhydroxide ist beispielsweise in Aisawa und Narita, Zeoraito (2000) 17, Seiten 101–107, beschrieben.

Mit der Verwendung von Schichtdoppelhydroxiden bzw. Hydrotalciten und Hydrotalcit-ähnlichen Strukturen zur Absorption bestimmter Anionen beschäftigen sich weiterhin Ulibarri et al., Applied Clay Science 18 (2001), Seiten 17–27, Parker et al., Ind. Eng. Chem. Res. 34 (1995), Seiten 1196–1202, Pavan et al., Journal of Colloid and Interface Science 229 (2000), Seiten 346–352, sowie die JP-A-63-132898 .

Die gemäß Stand der Technik als Anionenadsorptionsmittel verwendeten Schichtdoppelhydroxide sind jedoch insbesondere zur stabilen und reversiblen An- bzw. Einlagerung von Biomolekülen, z.B. zur An- bzw. Abreicherung von Biomolekülen aus flüssigen oder fluiden Medien, nicht ausreichend geeignet. So besteht ein ständiger Bedarf an verbesserten Materialien auf diesem Gebiet.

Aufgabe der Erfindung war es daher, Schichtdoppelhydroxide bereitzustellen, die eine besonders effiziente An- bzw. Einlagerung von Biomolekülen, insbesondere zur An- bzw. Abreicherung von Biomolekülen aus flüssigen oder fluiden Medien, ermöglichen. Dabei sollen die Nachteile des Standes der Technik vermieden und eine besonders wirkungsvolle Interaktion zwischen dem Schichtdoppelhydroxid und den Biomolekülen je nach Art der Verwendung sichergestellt werden.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Ansprüchen 2 bis 24.

Erfindungsgemäß kann dabei ein Schichtdoppelhydroxid, ausgewählt aus der Gruppe der natürlichen und der synthetischen Hydrotalcite und der Hydrotalcit-ähnlichen Verbindungen verwendet werden, wie sie beispielsweise in der Literaturstelle Catalysis today, Vol. 11 (No.2) vom 2. Dezember 1991, Seiten 173 bis 301, be schrieben sind ("hydrotacite-like compounds). Solche Verbindungen weisen eine Hydrotalcit-ähnliche Struktur auf.

Zur Herstellung der Hydrotalcite kann dabei grundsätzlich jedes dem Fachmann geläufige Verfahren eingesetzt werden, wie es beispielsweise in der vorstehenden Literaturstelle Catalysis today (a.a.O.) auf den Seiten 173 bis 301, insbesondere 201 bis 212, in der DE 20 61 114 , den US-A-5,399,329 und 5,578,286, der DE 101 19 233 oder der WO 01/12570 beschrieben ist.

Besonders bevorzugt wird dabei ein Schichtdoppelhydroxid (LDH) der allgemeinen Summenformel [M₁__x ²⁺N_x3+(OH)₂]^x+[A^n–]_x/n⋅yH₂O verwendet, wobei M²⁺ mindestens ein zweiwertiges Metallion und N³⁺ mindestens ein dreiwertiges Metallion darstellt, A^n– mindestens ein Anion, x eine rationale Zahl zwischen 0 und 1, n eine positive Zahl und y eine positive Zahl einschließlich 0 bedeuten.

Allgemein kann jedes für Schichtdoppelhydroxide geeignete und dem Fachmann geläufige zweiwertige Metallion oder eine Kombination aus zwei oder mehr solcher Metallionen als M²⁺ verwendet werden. Insbesondere stellt M²⁺ ein oder mehrere aus der Gruppe von Mg²⁺, Ca²⁺, Zn²⁺, Mn²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Fe²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺ und/oder Cu²⁺ dar.

Allgemein kann jedes für Schichtdoppelhydroxide geeignete und dem Fachmann geläufige dreiwertige Kation oder eine Kombination aus zwei oder mehr solcher Kationen als N³⁺ verwendet werden. Insbesondere stellt N³⁺ ein oder mehrere aus der Gruppe von Al³⁺, Mn³⁺, Co³⁺, Ni³⁺, Ni³⁺, Fe³⁺, Ga³⁺, SC³⁺, B³⁺ und/oder dreiwertige Kationen von Seltenerdenmetallen dar.

Nach einer besonders vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform ist M²⁺ Magnesium und N³⁺ Aluminium. Es können erfindungsgemäß auch solche Doppelschichthydroxide (LDHs) verwendet werden, die auch einwertige Kationen, wie z.B. Li⁺, enthalten, die die zweiwertigen Kationen teilweise oder ganz ersetzen können. Somit sind auch Schichtdoppelhydroxide mit einwertigen Kationen von der vorliegenden Erfindung erfasst, insbesondere diejenigen mit der nachstehenden allgemeinen Summenformel: [M₁__x ¹⁺N_x ³⁺(OH)₂]^b+[A^n–]x/n⋅yH₂O, wobei M¹⁺ ein geeignetes einwertiges Kation, insbesondere Li+ darstellt, N³⁺, A^n–, x und y die vorstehend angegebene Bedeutung haben, und b = 2x–1.

Das Anion A^n– ist, in der nicht calcinierten Form des Schichtdoppelhydroxids, ausgewählt aus Carbonat, Nitrat, Halogenid, Sulfat, Phosphat und/oder Arsenat. Besonders bevorzugt ist das Anion Aⁿ ^– in der nicht calcinierten Form Carbonat.

Nach einer besonders vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Schichtdoppelhydroxid ein Hydrotalcit dessen allgemeine Summenformel zwischen [Mg₂Al(OH)₆](CO₃)_0,5 und [Mg_2,5Al(OH)₇](CO₃)_0,5 liegt und insbesondere der Summenformel der Formel [Mg_2,2Al(OH)_6,46](CO₃)_0,5 genügt . Mit diesen Hydrotalciten wurden besonders vorteilhafte Sorptionsmittel für Biomoleküle erhalten.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde überraschend gefunden, dass eine besonders vorteilhafte An- bzw. Einlagerung des Biomoleküls erfolgt, wenn das Schichtdoppelhydroxid in calcinierter Form eingesetzt wird. Dabei wird bevorzugt die Fähigkeit der Schichtdoppelhydroxide genutzt, die durch den Prozess der Calcinierung zerstörte Brucit-ähnliche Struktur (Doppelschichtstruktur) erneut auszubilden. Geschieht dies in einer Lösung, werden die darin enthaltenen Anionen eingebaut. Diese Fähigkeit wird allgemein als "memory-effect" bezeichnet. Es wurde überraschend gefunden, dass die Verwendung von calcinierten Schichtdoppelhydroxiden zu einer besonders wirkungsvollen An- bzw. Einlagerung von Biomolekülen führt.

Die zur Calcinierung von Schichtdoppelhdroxiden verwendeten Calcinierungsbedingungen sind dem Fachmann geläufig. Allgemein kann die Calcinierung in einem Ofen bei 350 bis 650 Grad Celsius über einen Zeitraum von 0,5 bis 15 Stunden erfolgen. Bevorzugt findet die Calcinierung bei 450 bis 600 Grad Celsius über einen Zeitraum von 0,5 bis 5 Stunden statt.

Nach einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform wird das calcinierte Schichtdoppelhydroxid in trockener Form mit dem das bzw. die Biomolekül (e) enthaltenden flüssigen oder fluiden Medium in Kontakt gebracht, so dass vorzugsweise während der Rekonstituierung der Doppelschichtstruktur die in dem flüssigen bzw. fluiden Medium enthaltenen Biomoleküle an das Schichtdoppelhydroxid gebunden bzw. darin eingelagert und/oder davon umhüllt werden. Ohne auf diesen theoretischen Mechanismus beschränkt zu sein, wird vermutet, dass während der Rekonstituierung der Doppelschichtstruktur neben einer Interkalation in die Schichtzwischenräume auch eine Adsorption der negativ geladenen Biomoleküle an der positiv geladenen Oberfläche des regenerierten Schichtdoppelhydroxids und eine (teilweise) Umhüllung der Biomoleküle stattfindet. Die neu entstehende Doppelschichtstruktur wird dabei durch die Anwesenheit der polyanionischen Biomoleküle in der gewünschten Weise, d.h. zu Gunsten einer schonenden und wirkungsvollen An- bzw. Einlagerung, beeinflusst.

Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kann das calcinierte Schichtdoppelhydroxid jedoch auch vor der Kontaktierung mit dem das bzw. die Biomolekül e) enthaltenden flüssigen oder fluiden Medium zumindest teilweise "rekonstituiert" werden, beispielsweise durch Suspendieren des trockenen calcinierten Materials in wasserhaltigen oder wässrigen Medien. Es ist jedoch auch eine Rekonstituierung über die Luftfeuchtigkeit und Kohlendioxid in der Luft denkbar. Es wurde überaschenderweise gefunden, dass auch vor der Verwendung als Sorptionsmittel rekonstituierte Schichtdoppelhydroxide eine vorteilhaftere An- bzw. Einlagerung von Biomolekülen zeigen, als nicht calcinierte Schichtdoppelhydroxide. Es wird vermutet, dass dies auf die mit der Rekonstituierung der calcinierten Schichtdoppelhydroxide verbundenen Einflüsse auf die Struktur der einzelnen Schichtdoppelhydroxidteilchen zurück zu führen ist.

Zusammenfassend wurde gefunden, dass es bei der Verwendung von calcinierten Doppelschichthydroxiden als Sorptionsmittel, gegebenenfalls nach zumindest teilweiser Rekonstituierung der Doppelschichtstruktur, zu einer besonders schonenden und gleichzeitig effizienten An- bzw. Einlagerung von Biomolekülen an bzw. in das Schichtdoppelhydroxid kommt, wobei auch von einer zumindest teilweisen Umhüllung der Biomoleküle durch das (rekonstituierte) Doppelschichthydroxid ausgegangen wird.

Besonders bevorzugt wird erfindungsgemäß ein Schichtdoppelhydroxid verwendet, das vor der Calcinierung in der Carbonatform vorlag, da hierdurch der "memory-effect" begünstigt wird.

Erfindungsgemäß wurde weiterhin gefunden, dass eine besonders effiziente und zugleich schonende An- bzw. Einlagerung von Biomolekülen erzielt wird, wenn das in calcinierter Form eingesetzte Schichtdoppelhydroxid eine mittlere Teilchengröße (D50) von mehr als etwa 1 μm aufweist. Es wird vermutet, dass bei Einhal tung dieser Teilchengröße die An- und Einlagerung der Biomoleküle in das sich rekonstituierende oder rekonstituierte Schichtdoppelhydroxid in dem flüssigem bzw. fluidem Medium begünstigt wird.

Es wurde gefunden, dass sich insbesondere größere bzw. langkettige Biomoleküle erfindungsgemäß besonders schonend und effizient an- bzw. einlagern ("verpacken") lassen. Es wird angenommen, dass es bei diesen größeren LDH-Teilchen zu einer An- bzw. Einlagerung nur an ein bzw., wenige Teilchen kommt und vermutlich auch eine besonders vorteilhafte An- bzw. Einlagerung und Umhüllung durch das (rekonstituierte) Schichtdoppelhydroxid ermöglicht wird.

Die bei der weiteren Verarbeitung des die Biomoleküle enthaltenen flüssigen bzw. fluiden Mediums, insbesondere bei der Abtrennung der Zusammensetzung mit dem Schichtdoppelhydroxid und den Biomolekülen von dem Medium unvermeidlich auftretenden Scherkräfte, können zu einer Fragmentierung von insbesondere größeren bzw. langkettigen Biomolekülen führen, oder zumindest Teilbereiche dieser Moleküle für enzymatische Spaltungen anfällig machen. Dies wird offenbar bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Schichtdoppelhydroxide in calcinierter Form mit der vorstehenden Mindestteilchengröße besonders effizient vermieden.

Besonders bevorzugt werden erfindungsgemäß dabei mittlere Teilchengrößen (D50) zwischen etwa 2 μm und 50 μm, insbesondere zwischen 3 μm und 20 μm, besonders bevorzugt zwischen 5 μm und 15 μm. Die Obergrenze der mittleren Teilchengröße wird dabei durch die jeweilige Verwendung bestimmt, wobei sich Teilchengrößen von mehr als etwa 50 μm bei den meisten Anwendungen als unpraktikabel erwiesen haben Bevorzugt liegt der D10-Wert der Teilchengröße zwischen etwa 1,0 und 5,0 μm, insbesondere zwischen 1,5 und 4,0 μm, und vorzugsweise der D90-Wert der Teilchengröße zwi schen etwa 10 und 45 μm, insbesondere zwischen 15 und 30 μm. Bei Einhaltung dieser Teilchengrößen ergeben sich überraschend besonders vorteilhafte Bindungseigenschaften für Biomoleküle, insbesondere größere Biomoleküle.

Nach einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das calcinierte Schichtdoppelhydroxid einen mittleren Porendurchmesser von mehr als etwa 10 nm auf.

Nach einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform werden mehr als 50%, vorzugsweise mehr als 65%, und insbesondere mehr als 75% des Porenvolumens von Poren mit einem Durchmesser von mehr als 10 nm gebildet.

Nach einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das calcinierte Schichtdoppelhydroxid eine BET-Oberfläche (bestimmt nach DIN 66131) von mindestens 50 m²/g, insbesondere mindestens 100 m²/g, besonders bevorzugt von mindestens 150 m²/g, auf. Durch die hohe Oberfläche wird offenbar die Rekonstitution bzw. die vorteilhafte An- und Einlagerung der Biomoleküle begünstigt.

Unter Biomolekül wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Molekül verstanden, das als Bausteine Nukleotide bzw. Nukleoside (Nukleobasen), Aminosäuren, Monosaccharide und/oder Fettsäuren aufweist. Zu dieser Gruppe zählen somit die Mono-, Oligo- und Polymere aus diesen Bausteinen, insbesondere die Oligonukleotide und Nukleinsäuren, Oligopeptide und Proteine, Oligo- und Polysaccharide und/oder die Lipide sowie deren vorstehende Bausteine und jeweiligen Derivate. Unter Derivaten werden dabei alle chemischen Modifikationen der vorstehenden Moleküle verstanden, die weiterhin als Polyanionen an Schichtdoppelhydroxide gebunden werden können. In der Regel wird es sich hierbei um Modifikationen oder Derivatisierungen der funktionellen (Seiten)-Gruppen eines oder mehrerer Bausteine der Biomoleküle handeln. Jedoch sind im Rahmen der Erfindung auch Derivate erfasst, bei denen das "Rückgrat" des Biomoleküls modifiziert ist, wie beispielsweise bei den peptidischen Nukleinsäuren (PNA).

Nach einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform handelt es sich bei den Biomolekülen um DNA- oder RNA-Moleküle in doppelsträngiger oder einsträngiger Form mit einem oder mehreren Nukleotidbausteinen; Aminosäuren bzw. Oligopeptide und Proteine sowie mono-, oligo- oder polymere Kohlehydrate und Lipide, einschließlich von Glycoproteinen und Glycolipiden, solange diese als (Poly-)Anionen an Schichtdoppelhydroxide an- bzw. eingelagert werden können.

Wie vorstehend erwähnt, lassen sich mit Hilfe der vorliegenden Erfindung Biomoleküle besonders schonend an bzw. in die Schichtdoppelhydroxide an- bzw. einlagern. Dieser erfindungsgemäße Vorteil kommt natürlich insbesondere bei größeren bzw. längerkettigen Biomolekülen, wie längerkettigen Oligonukleotiden und Nukleinsäuren oder Oligopeptiden und Proteinen oder langkettigen Sacchariden zur Geltung.

Ein bevorzugter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft daher die Verwendung der vorstehend definierten Schichtdoppelhydroxide zur Entfernung bzw. Gewinnung von Biomolekülen aus flüssigen oder fluiden Medien, die mindestens ein größeres oder langkettiges Biomolekül wie nachstehend definiert enthalten. Vorzugsweise weist das größere bzw. langkettige Biomolekül, wenn es sich um ein Oligopeptid oder Protein handelt, mindestens 5 Aminosäuren, vorzugsweise mindestens 50 Aminosäuren und besonders bevorzugt mindestens 100 Aminosäuren auf; wenn es sich um eine Oligonukleotid oder eine Nukleinsäure handelt, mindestens 10 Nukleotidbausteine, vorzugsweise mindestens 100 Nukleotidbausteine und besonders bevor zugt mindestens 1000 Nukleotidbausteine auf; wenn es sich um ein Oligo- oder Polysaccharid handelt, mindestens 3 Monosaccharidbausteine, vorzugsweise mindestens 30 Monosaccharidbausteine und besonders bevorzugt mindestens 100 Monosaccharidbausteine auf.

Nach einem besonders vorteilhaften erfindungsgemäßen Aspekt enthält die vorstehende Zusammensetzung somit mindestens ein Biomolekül mit einem Molekulargewicht von mindestens 200 D, insbesondere 10 kD, besonders bevorzugt mindestens 100 kD. Der Größe des Biomoleküls sind dabei im Rahmen der Erfindung nach oben keine Grenzen gesetzt, so dass auch sehr große Biomoleküle mit mehr als 500 kD oder mehr als 1 MD besonders vorteilhaft an- bzw. eingelagert werden können.

In Bezug auf Aminosäuren ist das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Verwendung der calcinierten Schichtdoppelhydroxide insbesondere für flüssige oder fluide Medien geeignet, die Peptide bzw. Proteine mit mindestens 5 Aminosäuren, vorzugsweise mindestens 50 Aminosäuren und besonders bevorzugt mindestens 100 Aminosäuren aufweisen.

In Bezug auf Nukleinsäuren ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft bei flüssigen bzw. fluiden Medien, die Oligonukleotide bzw. Nukleinsäuren mit mindestens 10 Basen(paaren), vorzugsweise mit mindestens 100 Basen (paaren), insbesondere mindestens 1000 Basen (paaren) enthalten.

In Bezug auf Kohlenhydrate ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft bei flüssigen bzw. fluiden Medien, die Oligonukleotide bzw. Nukleinsäuren mit mindestens 3 Monosaccharideinheiten, vorzugsweise mit mindestens 30 Monosaccharideinheiten und insbesondere mindestens 100 Monosaccharideinheiten enthalten.

Unter flüssigen oder fluiden Medien werden dabei alle Medien verstanden, die ein In-Kontakt-Bringen und somit eine An- bzw. Einlagerung der Biomoleküle in das Schichtdoppelhydroxid ermöglichen. Insbesondere handelt es sich in der Praxis hierbei um wässrige bzw. wasserhaltige Medien in Form einer Lösung, Suspension, Dispersion, kolloidalen Lösung oder Emulsion.

Typische Beispiele sind industrielle oder nicht-industrielle Abwässer, Prozessbrauchwässer, Fermentationsrückstände bzw. – medien, Biomoleküle enthaltende Medien aus der medizinischen oder biologischen Forschung, mit Biomolekülen kontaminierte, flüssige oder fluide Altlasten und dergleichen.

Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren, das die folgenden Schritte umfasst: a) in-Kontakt-Bringen des flüssigen oder fluiden Mediums, enthaltend mindestens ein Biomolekül wie in einem der vorstehenden Ansprüche definiert, mit dem Sorptionsmittel, gegebenenfalls nach zumindest teilweiser Rekonstitution der Doppelschichtstruktur des calcinierten Schichtdoppelhydroxids; b) Ermöglichen der An- bzw. Einlagerung des mindestens einen Biomoleküls an bzw. in das Schichtdoppelhydroxid; c) Abtrennen des an- bzw. eingelagerten Biomoleküls mit dem Schichtdoppelhydroxid; d) gegebenenfalls Abtrennung bzw. Desorption des mindestens einen Biomoleküls von dem Schichtdoppelhydroxid.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur An- bzw. Einlagerung von Biomolekülen an bzw. in Schichtdoppelhydroxide kann sowohl zur Anreicherung (d.h. Erhöhung der Konzentration des/der gewünschten Biomoleküle) als auch Abreicherung (d.h. Verringerung der Konzentration des/der gewünschten Biomoleküle) genutzt werden.

Wenn das erfindungsgemäße Verfahren auf eine Entfernung oder Entsorgung von Biomolekülen abzielt, kann in einem weiteren Schritt das die Biomoleküle enthaltende Schichtdoppelhydroxid entsorgt werden. Die Entsorgung kann dabei beispielsweise durch thermische Behandlung zur Entfernung des die Biomoleküle enthaltenden Schichtdoppelhydroxids erfolgen, wobei nach der thermischen Desintegration der Biomoleküle das Schichtdoppelhydroxid besonders vorteilhaft entsorgt werden kann.

So ist es nach einem ersten erfindungsgemäßen Aspekt möglich, Biomoleküle gezielt aus Medien zu entfernen. Dies spielt beispielsweise bei der Abwasseraufbereitung eine große Rolle, da hier in den meisten Staaten strenge gesetzliche Vorschriften zur Entfernung von Biomolekülen aus Abwässern bestehen.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann auch die Abreicherung bzw. Entfernung von Biomolekülen aus Kulturmedien durchgeführt werden. So kann es beispielsweise in Bioreaktoren aufgrund der im Medium enthaltenen hohen Konzentration an Biomolekülen, insbesondere hochmolekularen Nukleinsäuren, zu einem unerwünschten Anstieg der Viskosität kommen. Hier kann über das erfindungsgemäße Verfahren eine effiziente und biologisch verträgliche Entfernung der störenden Biomoleküle aus dem Kulturmedium erfolgen. Durch die Zugabe des erfindungsgemäßen Sorptionsmittels zu dem Kulturmedium kann die Viskosität auch auf ein gewünschtes Maß eingestellt werden.

Genauso ist es in vielen Fällen erwünscht, die Konzentration an Biomolekülen in einem Medium zu erhöhen bzw. diese Biomoleküle möglichst in reiner Form zu gewinnen. Beispielsweise fällt die Gewinnung bzw. Aufreinigung gewünschter Proteine, Kohlenhydrate oder Nukleinsäuren aus Lösungen zu den Standardprozeduren in der biologischen und medizinischen Forschung. Dabei kann erfindungsgemäß in einem weiteren Schritt das Biomolekül von dem Schicht doppelhydroxid wieder desorbiert bzw. gewonnen werden, wodurch das Schichtdoppelhydroxid ggf. erneut eingesetzt werden kann.

Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt können die Schichtdoppelhydroxidteilchen über ein geeignetes Bindemittel zu größeren Agglomeraten, Granulaten bzw. Formkörpern verbunden oder auf einen Träger aufgebracht werden. Die Form und Größe solcher übergeordneter Strukturen, die die primären Schichtdoppelhydroxidteilchen enthalten, richtet sich nach der jeweils gewünschten Anwendung. Es können somit alle dem Fachmann geläufigen und im Einzelfall geeigneten Formen und Größen eingesetzt werden. Beispielsweise können in vielen Fällen Agglomerate mit einem Durchmesser von mehr als 10 μm, insbesondere mehr als 50 μm bevorzugt sein. Bei einer Schüttung für Chromatographiesäulen und dergleichen kann dabei eine Kugelform der Agglomerate vorteilhaft sein. Ein möglicher Träger ist beispielsweise Calciumcarbonat.

Auch kann jedes dem Fachmann geläufige Bindemittel verwendet werden, solange die An- bzw. Einlagerung der Biomoleküle in bzw. an die Schichtdoppelhydroxidteilchen nicht zu stark beeinträchtigt wird bzw. die für die jeweilige Anwendung zu erfordernde Stabilität der Teilchenagglomerate bzw. Formkörper gewährleistet ist. Beispielsweise, ohne hierauf beschränkt zu sein, können als Bindemittel verwendet werden: Agar-Agar, Alginate, Chitosane, Pektine, Gelatinen, Lupinenproteinisolate oder Gluten.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Zusammensetzung mit einem Schichtdoppelhydroxid wie vorstehend definiert und mindestens einem Biomolekül wie vorstehend definiert.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen als anorganische Vektoren zum Einbringen von Biomolekülen in Zellen oder als pharmazeutische Zusammensetzung, insbesondere als Reservoir zur Speicherung und kontrollierten Freisetzung von Biomolekülen, bevorzugt von Nukleinsäuren. So wurde überraschenderweise gefunden, dass die schonende und wirkungsvolle An- bzw. Einlagerung der Biomoleküle in bzw. an die Schichtdoppelhydroxide, die durch in-Kontakt-Bringen des die Biomoleküle enthaltenen flüssigen oder fluiden Mediums mit dem calcinierten bzw. (teilweise) rekonstituierten Schichtdoppelhydroxid erhalten werden kann, auch zu einer besonders effizienten Einschleusung dieser Biomoleküle in prokaryontische oder eukaryontische Zellen dienen kann. Offenbar lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Biomoleküle, insbesondere Nukleinsäuren, in besonders vorteilhafter Weise zur Einschleusung in Zellen verpacken. Der prinzipielle Mechanismus einer solchen Einschleusung von DNA-LDH-Nanohybriden ist beispielsweise in der Literaturstelle Choy et al., Angew. Chem. 2000, 112 (22), Seiten 4207–4211, sowie in der EP 0 987 328 A2 beschrieben, auf die diesbezüglich verwiesen wird und die hiermit durch Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen werden. Die Verwendung als pharmazeutische Zusammensetzung, insbesondere als Reservoir zur Speicherung und kontrollierten Freisetzung von Biomolekülen, bevorzugt von Nukleinsäuren, ist als solche in der WO 01/49869 beschrieben, auf die diesbezüglich verwiesen und die hiermit durch Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen wird.

Die vorliegend angegebenen BET-Oberflächen wurden nach DIN 66131 bestimmt.

Die angegebenen (mittleren) Porendurchmesser, -volumina und -flächen wurden unter Verwendung eines vollautomatischen Stickstoff-Adsorptionsmessgerätes (ASAP 2000, Firma Micrometrics) nach dem Standardprogramm des Herstellers (BET, BJH, t-plot und DFT) bestimmt. Die prozentualen Angaben zum Anteil bestimmter Porengrößen beziehen sich auf das Gesamtporenvolumen an Poren zwischen 1,7 und 300 nm Durchmesser (BJH Adsorption Pore Distribution Report).

Die Erfindung wird nun anhand der nachstehenden nichtbeschränkenden Beispiele näher erläutert.

Es wurden die nachstehenden Hydrotalcite als Ausgangsmaterialien verwendet, wobei die Herstellung entsprechender Schichtdoppelhydroxide auch nach dem Fachmann geläufigen Verfahren (siehe oben) leicht möglich ist. Die Einstellung der Porosimetrie und der Oberflächen der Schichtdoppelhydroxide kann dabei insbesondere durch routinemäßige Versuche zur hydrothermalen Nachbehandlung und zur Calcinierung leicht erfolgen.

1. HT-696, erhältlich von der Firma Süd-Chemie AG unter CERA-TOFIX^®NA (HT-696), ist ein nicht-calcinierter Mg/Al-Hydrotalcit in der Carbonatform.
2. HT-701, erhältlich von der Firma Süd-Chemie AG unter CERA-TOFIX^®NA (HT-701), ist ein Mg/Al-Hydrotalcit in calcinierter Form.
3. HT-16, erhältlich unter dem Handelsnamen CERATOFIX^®NA (HT-16) von der Firma Süd-Chemie AG, ist ein nichtcalcinierter Mg/Al-Hydrotalcit in der Nitratform.

Die calcinierten Hydrotalcite wurden entweder direkt zu dem die Biomoleküle enthaltenden flüssigen Medium gegeben, oder zuvor in Wasser suspendiert, um die Hydroxidform zu erzeugen.

Zur vergleichsweisen Aktivierung von HT-696 mit Säure wurden zu 0,1 g des Hydrotalcits in Form einer 10%igen Suspension in destilliertem Wasser 28,6 μl 99,8%ige Essigsäure gegeben, gründlich gemischt und anschließend 10 min mit 2500 UpM zentrifugiert. Der Rückstand wurde zum Entfernen der Säurereste in 5 ml Tris-Puffer (10 mM Tris/HCl, pH 8,0) suspendiert und erneut zentrifugiert.

Als weiterer Vergleich wurde der Hydrotalcit HT-16 von der Nitratform in die Chloridform überführt, indem 0,1 g des trockenen Materials in 5 ml Pufferlösung (10mM Tris/HCl, 1M NaCl, pH 8,0) gewaschen, abzentrifugiert und zur Entfernung von verbliebenem NaCl in 5 ml Tris-Puffer (siehe oben) gewaschen und erneut abzentrifugiert wurden (siehe Tab. I und II; HT-16, gewaschen).

1. Bestimmung der DNA-Bindungskapazität

Es werden jeweils 0,1 g der vorstehenden Hydrotalcitproben zu 5 ml DNA-Lösung Heringssperma-DNA-Natriumsalz bzw -Säure, Firma Sigma, Schnelldorf) bekannter Konzentration (2,5 mg/ml) hinzugegeben und solange gemischt, bis eine gleichmäßige Suspension entsteht. Die Probe wird anschließend 1 h bzw. 16 h mit 250 UpM bei Raumtemperatur geschüttelt. Es wird 15 min bei 2500 UpM zentrifugiert (der Rückstand wird nachstehend bei den Elutionsversuchen verwendet) und der Überstand sterilfiltriert. Enthält der verwendete Puffer kein EDTA, so werden 10 μl 0,5 M EDTA-Lösung hinzugegeben, um die Proben vor DNase-Kontamination zu schützen. Die DNA-Konzentration des Überstandes wird photometrisch anhand der UV-Absorption bei 260 nm bestimmt (Sambrook et al., "Molecular Cloning – A Laboratory Manual", Band III, Seite Cl, Cold Spring Harbour Laboratory Press, 2^nd Edition (1989). Aus der Konzentrationsdifferenz wird die Bindungskapazität berechnet.

Es wurden für die eingangs beschriebenen Hydrotalcitproben die statischen Bindungskapazitäten sowohl für die DNA-Säure als auch für das DNA-Salz (siehe oben) bestimmt.

Als Puffer zur Herstellung der DNA-Lösungen wurden sowohl ein Tris-Puffer (10mM Tris/HCl, pH 8) als auch ein TE-Puffer (10mM Tris/HCl, 1mM EDTA, pH 8) verwendet. Die ermittelten Kapazitäten waren für beide Puffersysteme identisch.

Die Kapazitäten sind immer auf das Gewicht des eingesetzten Materials bezogen. Bei der Aktivierung mit Säure ist das Gewicht der unaktivierten, trockenen Form angegeben.

Alle Versuche wurden dreimal durchgeführt, als Ergebnis ist der Mittelwert der drei Messungen in den nachstehenden Tabellen I und II angegeben.

Tabelle I: Bindungskapazitäten verschiedener Hydrotalcite und der Vergleichssysteme für DNA-Säure

Tabelle II: Bindungskapazität verschiedener Hydrotalcite und der Vergleichssysteme für DNA-Salz

Es zeigt sich, dass bei Einsatz des erfindungsgemäß verwendeten calcinierten Hydrotalcits die Bindungskapazitäten für DNA sowohl in der Säureform als auch der Salzform erheblich höher liegen als dies bei nicht aktivierten oder säureaktivierten Hydrotalciten sowie Hydrotalcit in der Nitratform bzw. in der Chloridform der Fall ist.

Die mittlere Teilchengröße (D50) von calciniertem HT-701 lag bei 8,2 μm, die D10 bei 2,7 μm und die D90 bei etwa 20 μm. Zum Vergleich wurde die mittlere Teichengröße von HT-701 durch einen dynamischen Sichtungsprozess mit Hilfe eines Sichtrades fraktioniert. Durch Einstellung der Drehzahl und der Luftgeschwindigkeit ist es möglich, beliebige mittlere Teichchengrößen einzustellen. Die statischen Bindungskapazitäten so hergestellter Teilchengrößenfraktionen von HT-701 wurden nach dem vorstehenden Verfahren bestimmt. Es zeigte sich, dass bei einem mittleren Teilchendurchmesser von weniger als 1 μm eine erheblich schlechtere Bindungskapazität für DNA-Salz bzw. -Säure erhalten wurde. Ein Optimum der Bindungskapazität zeigte sich bei mittleren Teichengrößen (D50) im Bereich zwischen 2 μm und 50 μm, insbesondere zwischen 3 μm und 20 μm. Die höchsten Bindungskapazitäten wurden bei D50-Werten zwischen 5 μm und 15 μm erzielt.

2. Elution der gebundenen DNA:

Vor der Elution wird der jeweilige Rückstand (siehe Punkt 1. oben) mit 5 ml Tris-Puffer (10mM Tris/HCl, pH 8) gewaschen, dann wird das angegebene Volumen des nachstehenden Elutionspuffers hinzugefügt und 16 h mit 250 UpM geschüttelt. Es wird 15 min mit 2500 UpM zentrifugiert und der Überstand sterilfiltriert. Die DNA-Konzentration der Elutionsfraktion wird photometrisch bestimmt und die Wiederfindungsrate berechnet.

Zur Elution der DNA von dem Schichtdoppelhydroxid wurde der folgende Puffer eingesetzt: 0,5 M Na₃PO₄, pH 7,3 mit Na₃PO₄ eingestellt (Elutionspuffer). Mit diesem Puffer konnte bei einem relativen Elutionsvolumen von 500ml/g der überwiegende Teil der DNA vom erfindungsgemäß verwendeten LDH eluiert und im Überstand photometrisch nachgewiesen werden.

Somit ist eine reversible Bindung der DNA an den Hydrotalcit gewährleistet und eine Gewinnung des gewünschten Biomoleküls in Reinform möglich. Das abgetrennte Schichtdoppelhydroxid kann, gegebenenfalls nach erneuter Calcinierung, erneut eingesetzt werden.

3. Bindung von Proteinen am Beispiel von BSA

Als Modellprotein wurde BSA (Fraktion V, Firma Sigma) verwendet.

Es wurden jeweils 0,1 g der eingangs angegebenen Hydrotalcitproben zu 5 ml BSA-Lösung in TE-Puffer (c = 2 mg⋅ml^–1) gegeben und für 16 h mit 250 UpM geschüttelt. Nach dem Abzentrifugieren für 10 min mit 2500 UpM wurde die Proteinkonzentration im Überstand photometrisch durch Messung der Absorption bei 280 nm bestimmt. Auch dieser Versuch wurde dreimal durchgeführt.

Auch hier zeigte sich, dass bei Einsatz der im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten calcinierten Hydrotalcite die Bindungskapazitäten für Protein erheblich höher liegen als dies bei nicht aktivierten oder säureaktivierten Hydrotalciten sowie Hydrotalcit in der Nitratform bzw. Chloridform der Fall ist.

4. Transfektion von NIH-3T3-Zellen mit Hydrotalcit als anorganischem Vektor

a) Zellkultivierung:

Für die Transfektionsexperimente wird die Zellinie NIH-3T3 verwendet. Hierbei handelt es sich um adhärent wachsende Mausembryo-Fibroblasten. Die Verdoppelungszeit beträgt ca. 20 h. Die Zellen werden in dem Standardmedium DMEM (mit 4,5 g⋅l^–1 Glukose) mit 10% NCS kultiviert. Die Kultivierung erfolgt in einem Brutschrank bei 37°C unter humidizierter 5%iger CO₂-Atmosphäre.

Zum Ansetzen der Stammkultur wird die aufgetaute Zellsuspension in eine Monolayerflasche (25 cm²) mit 10 ml Medium gegeben. Eine direkte Zellzahlbestimmung ist bei adhärent wachsenden Zellen nicht möglich, eine Kontrolle der Wachstumsrate erfolgt über den Bedeckungsgrad des Kulturgefäßes. Bei ca. 90%iger Konfluenz – i.d.R. nach 3–4 Tagen – wird die Kultur umgesetzt, um das Überwachsen der Zellen (Fokibildung) zu vermeiden. Dazu wird das Medium abdekantiert, Trypsin-Lösung hinzugegeben und 10 min im Brutschrank inkubiert. Die abgelöste Zellsuspension wird mit ca. 15 ml serumhaltigen Medium vermischt, um das Trypsin zu blockieren. Die abzentrifugierten Zellen werden in frischem Medium resuspendiert und in einer Verdünnung von 1:10 neu ausgesät.

b) Transfektion:

Als anorganischer Vektor für die Transfektion von NIH-3T3-Zellen wurden die eingangs angegebenen Hydrotalcitproben vor der Transfektion mit dem Plasmid pQBI25-fC1 (Firma Qbiogene, Heidelberg) "beladen". Dafür wurden 10 mg der jeweiligen Hydrotalcitprobe eingewogen und zum Sterilisieren mit Ethanol gewaschen. Anschließend wurden 2 ml steriles, destilliertes Wasser hinzugegeben, kurz gevortext und 3 min bei 5000 UpM zentrifugiert. Zu dem Rückstand wurde 1,5ml sterile Plasmid-DNA der Konzentration 1,45 ml⋅ml–¹ gegeben und 16 h bei Raumtemperatur mit 250 UpM geschüttelt.

Das DNA-Hydrotalcit-Hybrid wurde in 10 ml destilliertem, sterilen Wasser suspendiert. Die Transfektion mit Hydrotalcit als Vektor wurde jeweils mit zwei verschiedenen Konzentrationen von DNA-Hydrotalcit-Hybrid durchgeführt. Die NIH-3T3-Zellen wurden 24 h vor der Transfektion mit einer Dichte von 1–2⋅10⁵ Zellen⋅cm^–2 in 6-Loch-Platten ausgesät und im Brutschrank bei 37°C unter humidifizierter 5%-iger CO₂-Atmosphäre inkubiert. Die angegebenen Mengen beziehen sich jeweils auf ein Loch der 6-Loch-Platte. Die Analyse erfolgte 48 h nach Beginn der Transfektion mit dem Fluoreszenzmikroskop. Transfizierte Zellen erkennt man an der GFP-Produktion, bei Anregung mit 474 nm leuchten sie bei Betrachtung im Fluroreszenzmikroskop grün.

Variante 1:

Direkt vor dem Versuch wurde das Medium abgenommen und 1,5 ml neues Medium hinzugegeben. 25 bzw. 100 μl der DNA-Hydrotalcit-Suspension wurden hinzugefügt und es wurde 3 h im Brutschrank inkubiert. Anschließend wurde das Medium gewechselt und weitere 45 h inkubiert.

Variante 2:

Direkt vor dem Versuch wurde das Medium abgenommen und 1,5 ml neues Medium hinzugegeben. 25 bzw. 100 μl der Suspension wurden hinzugegeben und es wurde 24 h inkubiert. Anschließend wurde das Medium gewechselt und weitere 24 h inkubiert.

Bei Verwendung des Hybrids mit dem (rekonstituierten) calcinierten Hydrotalcit (3., vgl. oben) konnten gegenüber der Verwendung der Vergleichsmaterialien erheblich mehr erfolgreich transfizierte Zellen anhand der Fluoreszenz nachgewiesen werden, so dass sich die erfindungsgemäßen DNA-Hydrotalcit-Hybride als anorganische Vektoren eignen.

Claims

Verfahren zur Entfernung oder Gewinnung von mindestens einem Biomolekül aus einem flüssigen oder fluiden Medium mit Hilfe eines Sorptionsmittels, wobei als Sorptionsmittel ein Schichtdoppelhydroxid, ausgewählt aus der Gruppe der natürlichen und synthetischen Hydrotalcite sowie der Hydrotalcit-ähnlichen Verbindungen verwendet wird, und wobei das Schichtdoppelhydroxid vor der Verwendung calciniert wird, und eine mittlere Teilchengröße (D50) von mehr als 1 μm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Biomolekül ausgewählt ist aus der Gruppe der Nukleinsäuren, Proteine, Polysaccharide und/oder Lipide sowie deren Bausteinen und jeweiligen Derivaten.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Biomolekül ausgewählt ist aus Oligo- und Polymeren auf der Grundlage von Nukleotiden, Aminosäuren und Kohlenhydraten.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Biomolekül ein Molekulargewicht von mindestens 200 D, vorzugsweise 10 kD, besonders bevorzugt mindestens 100 kD, und insbesondere mindestens 500 kD aufweist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Biomolekül, wenn es sich um ein Oligopeptid oder Protein handelt, mindestens 5 Aminosäuren, vorzugsweise mindestens 50 Aminosäuren und besonders bevorzugt mindestens 100 Aminosäuren aufweist; wenn es sich um ein Oligonukleotid oder eine Nukleinsäure handelt, mindestens 10 Nukleotidbausteine, vorzugsweise mindestens 100 Nukleotidbausteine und besonders bevorzugt mindestens 1000 Nukleotidbausteine aufweist; wenn es sich um ein Oligo- oder Polysaccharid handelt, mindestens 3 Monosaccharidbausteine, vorzugsweise mindestens 30 Monosaccharidbausteine und besonders bevorzugt mindestens 100 Monosaccharidbausteine aufweist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem flüssigen oder fluiden Medium um eine kolloidale Lösung, Suspension, Dispersion, Lösung oder Emulsion handelt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: a) in-Kontakt-Bringen des flüssigen oder fluiden Mediums enthaltend mindestens ein Biomolekül wie in einem der vorstehenden Ansprüche definiert, mit dem Sorptionsmittel, gegebenenfalls nach zumindest teilweiser Rekonstitution der Doppelschichtstruktur des calcinierten Schichtdoppelhydroxids, b) Ermöglichen der An- bzw. Einlagerung des mindestens einen Biomoleküls an bzw. in das Schichtdoppelhydroxid, c) Abtrennen des an- bzw. eingelagerten Biomoleküls mit dem Schichtdoppelhydroxid, d) gegebenenfalls Abtrennung bzw. Desorption des mindestens einen Biomoleküls von dem Schichtdoppelhydroxid.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Teilchengröße (D50) zwischen etwa 2 μm und 50 μm, insbesondere zwischen 3 μm und 20 μm, besonders bevorzugt zwischen 5 μm und 15 μm liegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass M²⁺ ein oder mehrere aus der Gruppe von Mg²⁺, Ca²⁺, Zn²⁺, Mn²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Fe²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺ und/oder Cu²⁺ darstellt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass N³⁺ ein oder mehrere aus der Gruppe von Al³⁺, Mn³⁺, Co³⁺, Ni³⁺, Cr³⁺, Fe³⁺, Ga³⁺, Sc³⁺, B³⁺ und/oder drei wertige Kationen von Seltenerdenmetallen darstellt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass M²⁺ Magnesium darstellt und N³⁺ Aluminium darstellt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anion A^n– in der nicht calcinierten Form ausgewählt ist aus Carbonat, Nitrat, Halogenid, Sulfat, Phosphat und/oder Arsenat.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anion Aⁿ ^– in der nicht calcinierten Form Carbonat darstellt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtdoppelhydroxid ein Hydrotalcit darstellt, dessen allgemeine Summenformel zwischen [Mg₂Al(OH)₆](CO₃)_0,5 und [Mg_2,5Al(OH)₇](CO₃)_0,5 liegt und insbeson I dere der Summenformel [Mg_2,2Al(OH)₆,₄](CO₃)_0,5 genügt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das calcinierte Schichtdoppelhydroxid eine BET-Oberfläche von mindestens 50 m²/g, insbesondere mindestens 100 m²/g, besonders bevorzugt von mindestens 150 m²/g, aufweist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das calcinierte Schichtdoppelhydroxid einen mittleren Porendurchmesser von mehr als etwa 10 nm aufweist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als 50%, vorzugsweise mehr als 65%, und insbesondere mehr als 75% des Porenvolumens von Poren mit einem Durchmesser von mehr als 10 nm gebildet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zu entfernende bzw. zu gewinnende Biomolekül gebunden, vorzugsweise zumindest teilweise zwischen die Schichten des Schichtdoppelhydroxids eingelagert und/oder von diesem umhüllt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem flüssigen oder fluiden Medium um ein wässriges Medium, vorzugsweise um ein Fermentationsmedium, einen Fermentationrückstand aus der Zellkultur, Brauchwasser oder ein Abwasser mit mindestens einem Biomolekül wie in einem der vorstehenden Ansprüche definiert handelt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt das die Biomoleküle enthaltende Schichtdoppelhydroxid entsorgt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt das Biomolekül von dem Schichtdoppelhydroxid wieder desorbiert bzw. gewonnen wird, wodurch das Schichtdoppelhydroxid 99f. erneut eingesetzt werden kann.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtdoppelhydroxid die nachstehende allgemeine Summenformel aufweist: [M_1–x ²⁺N_x ³⁺(OH)²]^x+[Aⁿ ^–]x/n⋅yH₂O, wobei M2+ mindestens ein zweiwertiges Metallion und N³ ⁺ mindestens ein dreiwertiges Metallion darstellt, A^n– mindestens ein Anion, x eine rationale Zahl zwischen 0 und 1, und y eine positive Zahl einschliefllich 0 bedeuten.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schichtdoppelhydroxid die zweiwertigen Metallionen ganz oder teilweise durch einwertige Kationen, insbesondere Lithium, ersetzt sind, und das Schichtsilicat vorzugsweise die nachstehende allgemeine Summenformel aufweist: [M_1–x ¹⁺N_x3⁺(OH)₂]^b+[Aⁿ ^–]_x/n⋅yH₂O, wobei M¹⁺ ein geeignetes einwertiges Kation, insbesondere Lithium darstellt, und N³ ⁺, Aⁿ ^–, x und y die in Anspruch 23 angegebene Bedeutung haben, und b = 2x–1.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtdoppelhydroxid eine Teilchengröfle (D10) zwischen etwa 1,0 und 5,0 μm, insbesondere zwischen 1,5 und 4,0 μm aufweist, und vorzugsweise die D90-Werte der Teilchengröße zwischen etwa 10 und 45 μm, insbesondere zwischen 14 und 30 μm liegen.
Zusammensetzung mit einem Schichtdoppelhydroxid wie in einem der vorstehenden Ansprüche definiert und mindestens einem Biomolekül wie in einem der vorstehenden Ansprüche definiert.
Verwendung der Zusammensetzung gemäß Anspruch 25 als anorganischer Vektor zur Einbringung von Biomolekülen in Zellen, oder als pharmazeutische Zusammensetzung, insbesondere als Reservoir zur Speicherung und kontrollierten Freisetzung von Biomolekülen, bevorzugt von Nukleinsäuren.
Verwendung eines Schichtdoppelhydroxids wie in einem der Ansprüche 1 bis 24 definiert als Sorptionsmittel zur An- bzw. Abreicherung von Biomolekülen gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 24 aus flüssigen oder fluiden Medien, insbesondere zur Entfernung von Biomolekülen aus Fermentationsmedien, Fermentationsrückständen aus der Zellkultur oder Abwässern bzw. Altlasten.
Verwendung gemäß Anspruch 27 zur Senkung oder Einstellung der Viskosität des Mediums.
Verwendung gemäß Anspruch 27 oder 28 bei der Herstellung bzw. Aufreinigung von biotechnologisch hergestellten Stoffen und Wirkstoffen.
Verwendung gemäß einem der Ansprüche 27 bis 29 zur Aufreinigung von Nukleinsäuren.
Verwendung gemäß einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdoppelhydroxidteilchen mit einem Bindemittel zu Teilchenaggregaten oder Formkörpern verbunden oder auf einen Träger aufgebracht sind.
Verwendung gemäß Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bindemittel um Alginat, Agar-Agar, Chitosane, Pektine, Gelatinen, Lupinenproteinisolate oder Gluten handelt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdoppelhydroxidteilchen mit einem Bindemittel zu Teilchenaggregaten oder Formkörpern verbunden oder auf einen Träger aufgebracht sind.
Verfahren gemäß Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bindemittel um Alginat, Agar-Agar, Chitosane, Pektine, Gelatinen, Lupinenproteinisolate oder Gluten handelt.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdoppelhydroxidteilchen mit einem Bindemittel zu Teilchenaggregaten oder Formkörpern verbunden oder auf einen Träger aufgebracht sind.
Zusammensetzung gemäß Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bindemittel um Alginat, Agar-Agar, Chitosane, Pektine, Gelatinen, Lupinenproteinisolate oder Gluten handelt.