DE112022003784T5

DE112022003784T5 - Verfahren zur herstellung monodisperser populationen von polyarylketon-oder polyarylthioetherketon-partikeln

Info

Publication number: DE112022003784T5
Application number: DE112022003784.9T
Authority: DE
Inventors: John Davies; Thomas Cobb
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2021-07-30
Filing date: 2022-07-30
Publication date: 2024-05-29
Also published as: GB2624588A; WO2023009878A1; CN117693542A; GB202402803D0; US20230051959A1

Abstract

Die Erfindung stellt Verfahren zur Herstellung von im Wesentlichen monodispersen Populationen von im Wesentlichen kugelförmigen Partikel aus Polyarylketonpolymeren oder Thio-Analogen solcher Polymere in ausgewählten Größen bereit. Populationen solcher Partikel können beispielsweise zur Herstellung poröser Vorrichtungen verwendet werden, wobei die Porosität besser als bisher gesteuert werden kann. In einigen Ausführungsformen sind die porösen Vorrichtungen Fritten, Filter, Membranen oder Monolithen.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil und die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 63/227,341 , eingereicht am 30. Juli 2021, deren Inhalt hierin für alle Zwecke durch Bezugnahme enthalten ist.
Erklärung zur Finanzierung durch den Bund
Nicht anwendbar.
Parteien der gemeinsamen Forschungsvereinbarung
Nicht anwendbar.
Hintergrund der Erfindung
Chromatographiesäulen und -fritten sind in der Technik gut bekannt. Chromatographiesäulen bestehen in der Regel aus Rohrsystemen und Armaturen, die die Einführung eines flüssigen Lösungsmittels und einer Probe in ein zylindrisches Metallrohr, in der Regel aus Edelstahl, mit einem Fließweg ermöglichen, bei dem ein Lösungsmittel und eine Probe am oder in der Nähe des ersten Endes des Zylinders eingeführt werden, durch ein Packungsmaterial aus Partikeln, in der Regel aus Siliziumdioxid oder Partikel auf Polymerbasis, hindurchgehen und am zweiten Ende des Zylinders austreten. Am zweiten Austrittsende der Säule ist in der Regel eine Fritte angeordnet, um die aus dem Packungsmaterial bestehenden Partikel in der Säule zurückzuhalten, und am ersten Ende der Säule kann eine Fritte angeordnet sein, um zu verhindern, dass Partikel aus dem Packungsmaterial in die Rohre oder Armaturen wandern, aus denen Lösungsmittel, Probe oder beides in die Säule eingeführt werden. Wie in Bailey, U.S. Patent Nr. 5,651,931 („Bailey“ oder das „Bailey-Patent“) beschrieben, lassen Flüssigchromatographiesysteme ein flüssiges Lösungsmittel mit einer Probe durch eine Säule laufen, die ein Packungsmaterial aus Partikeln enthält, die typischerweise durch Fritten an beiden Enden der Säule festgehalten werden. Während das flüssige Lösungsmittel (manchmal auch als „mobile Phase“ bezeichnet) die Probe durch die Partikel trägt, die das Packungsmaterial oder Medium bilden, wandern die Komponenten (gelösten Stoffe) in der Probe mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch die Partikel, so dass sich die Komponenten auf ihrem Weg durch die Säule trennen. Wenn die Probe die Säule verlässt, passieren die Bestandteile einen Detektor, z. B. einen Fluoreszenzdetektor, oder werden in aufeinanderfolgenden Aliquoten gesammelt, die einem Detektor zugeführt werden. Mit dem Detektor oder den Detektoren kann das Vorhandensein und in einigen Systemen auch die Menge bestimmter Chemikalien in der ursprünglichen Probe bestimmt werden.
Viele der derzeit verwendeten Fritten bestehen aus Metall, z. B. aus Edelstahl. Edelstahl und andere Metalle in Flüssigchromatographiesystemen können jedoch mit Ionen und anderen chemischen Bestandteilen in biologischen Proben interagieren. Siehe z. B. Bailey-Patent, Spalte 2, Zeilen 43-57. Einige Fritten bestehen aus biokompatiblen Materialien wie Polyetheretherketon oder „PEEK“. Leider bestehen die derzeit im Handel erhältlichen PEEK-Fritten in der Regel aus PEEK-Partikeln mit einer Verteilung verschiedener Größen und Formen, was zu einer gewissen Inkonsistenz bei den in den Fritten verteilten Lücken oder Poren führt, was es schwierig macht, Fritten mit gleichbleibender Porosität bereitzustellen. Außerdem haben sie eine geringe Permeabilität bei einem bestimmten Blasenpunktdruck (oder einer bestimmten effektiven Porengröße) und eine geringe Bruchfestigkeit. Darüber hinaus gibt es unseres Wissens nach keine kommerziell erhältlichen PEEK-Fritten mit einem Blasenpunktdruck von etwa 5" Hg oder höher oder mit einer effektiven Porengröße von 2,5 µm oder weniger.
Es wäre wünschenswert, über Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von Vorrichtungen zu verfügen, die biokompatible Fritten mit kontrollierten Partikelgrößen bereitstellen, was zu einer besseren Kontrolle der Porosität, einer höheren Permeabilität und einer höheren mechanischen Festigkeit führt, als dies bei derzeit verfügbaren Fritten der Fall ist, sowie andere poröse Vorrichtungen wie Filter, Membranen und Monolithen mit ähnlich besser kontrollierter Porosität bereitzustellen. Darüber hinaus wäre es wünschenswert, biokompatible Partikel oder Medien für LC- und HPLC-Säulen, Festphasenextraktionssäulen oder andere Trennvorrichtungen zur Verfügung zu haben, die sich eng an die Grenzen einer ausgewählten Populationsgröße halten. Überraschenderweise erfüllt die vorliegende Erfindung diese und andere Anforderungen.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
In einer ersten Gruppe von Ausführungsformen stellt die Erfindung poröse Vorrichtungen bereit, die eine im wesentlichen monodisperse Population von im wesentlichen kugelförmigen Partikel aus Polyarylketonpolymer oder einem thioetherhaltigen Analogon davon umfassen, wobei das Polymer eine Schmelztemperatur aufweist, die Partikel einen Durchmesser von weniger als 0,5 µm bis etwa über 5 µm, wie etwa 1 bis etwa 10 µm, aufweisen, wobei ein Großteil der Partikel in der Population gesintert oder auf andere Weise mit anderen Mitgliedern der Population verschmolzen wurde. In einigen Ausführungsformen haben die Partikel einen Durchmesser von weniger als 1 µm. In einigen Ausführungsformen haben die Partikel einen Durchmesser von weniger als 0,5 µm. In einigen Fällen haben die Partikel einen Durchmesser von etwa 1 bis etwa 9 µm. In einigen Ausführungsformen haben die Partikel einen Durchmesser von etwa 2 bis etwa 9 µm. In einigen Ausführungsformen haben die Partikel einen Durchmesser von etwa 4 bis etwa 8 µm. In einigen Ausführungsformen haben die Partikel einen Durchmesser von etwa 5 bis etwa 6 µm. In einigen Ausführungsformen ist das Polyarylketonpolymer oder ein thioetherhaltiges Analogon davon ein Polyaryletherketon. In einigen Fällen ist das Polyaryletherketon ein Polyetheretherketon („PEEK“). In einigen Ausführungsformen ist die poröse Vorrichtung eine Membran, ein Monolith, eine Fritte oder ein Filter. In einigen Ausführungsformen ist die poröse Vorrichtung eine Fritte. In einigen Fällen handelt es sich bei der Fritte um eine Flüssigkeitschromatographie-Fritte, gegebenenfalls um eine Hochleistungsflüssigkeitschromatographie-Fritte („HPLC“). In einigen Ausführungsformen bestehen die Partikel der Fritte aus PEEK. In einigen Ausführungsformen hat die Fritte einen Blasenpunktdruck von etwa 2 bis etwa 100 Inch Quecksilber. In einigen Ausführungsformen hat die Fritte einen Blasenpunktdruck von etwa 7 bis etwa 13 Inch Quecksilbersäule. In einigen Ausführungsformen hat die Fritte eine Bruchfestigkeit von > 100 N Druckkraft, gemessen radial an dem Rand für eine 1,55 mm dicke Probe mit einem Durchmesser von 2,1 mm. In einigen Ausführungsformen weist die Fritte eine Bruchfestigkeit von > 40 N auf, wenn sie radial an dem Rand für eine Probe mit einer Dicke von 1,55 mm und einem Durchmesser von 2,1 mm gemessen wird. In einigen Ausführungsformen weist die Fritte eine Bruchfestigkeit von > 150 MPa auf, wenn sie axial an einer Frittenprobe gemessen wird. In einigen Ausführungsformen weist die Fritte eine Bruchfestigkeit von > 40 MPa auf, wenn sie axial an einer Frittenprobe gemessen wird. In einigen Ausführungsformen wurden die gesinterten Partikel der monodispersen Population langsam auf eine ausgewählte Temperatur um die Schmelztemperatur der Partikel herum erhitzt, für einen ausgewählten Zeitraum auf der ausgewählten Temperatur gehalten und dann auf Umgebungstemperatur abgekühlt. In einigen Ausführungsformen beträgt der ausgewählte Zeitraum etwa 1 Stunde bis etwa 24 Stunden. In einigen Ausführungsformen erfolgt das Aufheizen (Anstieg) mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,5 °C/min bis etwa 100 °C/min. In einigen Ausführungsformen erfolgt der Anstieg mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,5 °C/min bis etwa 25 °C/min, beispielsweise von etwa 1 °C/min bis etwa 10 °C/min. In einigen Ausführungsformen beträgt der ausgewählte Zeitraum 3 bis 9 Stunden. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,25 °C/min bis etwa 100 °C/min. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,25 °C/min bis etwa 25 °C/min, z. B. von etwa 0,5 °C/min bis etwa 10 °C/min. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Abkühlung mit einer geringeren Geschwindigkeit als 0,5 °C/min. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Abkühlung durch Abkühlen der porösen Vorrichtung in einem isolierten Behälter. In einigen Fällen handelt es sich bei dem isolierten Behälter um einen Ofen, der zum Erhitzen der porösen Vorrichtung für die Sinterung verwendet wird. In einigen Ausführungsformen ist der isolierte Behälter ein Ofen.
In einer weiteren Gruppe von Ausführungsformen stellt die Erfindung Behälter bereit, die eine monodisperse Population von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln aus Polyarylketonpolymer oder thioetherhaltigem Analogon des Polymers enthalten, wobei die Partikel einen Durchmesser von 1 bis etwa 10 µm haben und nicht gesintert oder anderweitig miteinander verschmolzen wurden. In einigen Ausführungsformen haben die Partikel einen Durchmesser von etwa 2 bis etwa 9 µm. In einigen Ausführungsformen haben die Partikel einen Durchmesser von etwa 1 bis etwa 5 µm. In einigen Ausführungsformen ist das Polyarylketonpolymer oder das thioetherhaltige Analogon des Polymers ein Polyaryletherlketonpolymer. In einigen Fällen ist das Polyarylketonpolymer ein Polyetheretherketon („PEEK“). In einigen Fällen sind die Partikel getempert worden. In einigen Ausführungsformen wurden die Partikel bei einer Temperatur von etwa 200 bis etwa 300 °C getempert. In einigen Ausführungsformen wurden die Partikel bei einer Temperatur von etwa 230 bis etwa 290 °C getempert. In einigen Fällen handelt es sich bei dem Behälter um eine Hochleistungsflüssigkeitschromatographiesäule („HPLC“). In einigen Ausführungsformen ist der Behälter eine Festphasenextraktionskartusche oder eine Kapillarsäule. In einigen Fällen ist der Behälter ein Kanal oder eine Kammer einer mikrofluidischen Vorrichtung.
In einer anderen Gruppe von Ausführungsformen stellt die Erfindung Verfahren zur Herstellung einer monodispersen Population von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln eines Polyarylketonpolymers oder eines thioetherhaltigen Analogons des Polymers mit einem Molekulargewicht (Mw) von 5.000 bis 200.000 Dalton und einem ausgewählten Durchmesser bereit, wobei das Verfahren umfasst: (a) Bereitstellen von dihalogensubstituierten Monomeren des Polyarylketonpolymers oder des thioetherhaltigen Analogons des Polyaryletherketonpolymers, (b) Umsetzen der dihalogensubstituierten Monomere mit einer ausgewählten Verbindung unter Bedingungen, die die Bildung von Dihalogenidmonomeren ermöglichen, in denen das Keton des Arylketons oder des thioetherhaltigen Analogons durch eine säurelabile Gruppe geschützt ist; (c) Copolymerisieren der ketongeschützten Dihalogenidmonomere mit (i) Hydrochinonmonomer und (ii) einem Verhältnis von ungeschützten Dihalogenmonomeren zu geschütztem Dihalogenidmonomer, wobei das Verhältnis von etwa 0 % bis etwa 50 %, wie etwa 0 % bis etwa 30 %, beträgt, unter Bedingungen, die die Bildung eines Copolymers aus den geschützten Dihalogenidmonomeren und den ungeschützten Dihalogenidmonomeren, falls vorhanden, mit einem ausgewählten Mw von etwa 5.000 bis 200.000 Dalton bewirken; (d) in einem Behälter Zugabe einer starken Säure zu einer Lösung, die das Copolymer in einem Lösungsmittel und mindestens etwas Wasser enthält, wodurch eine Lösung mit der starken Säure und dem Copolymer in dem Behälter gebildet wird, wodurch eine Spaltungsreaktionslösung mit einer Konzentration der starken Säure, einer Konzentration des Copolymers und einer Konzentration von Wasser gebildet wird, unter Bedingungen, die eine langsame Abspaltung der säurelabilen Schutzgruppe von dem Copolymer und die Bildung von im wesentlichen kugelförmigen Partikeln des Polyarylketonpolymers oder des Thioether-Analogons des Polymers ermöglichen, wodurch eine monodisperse Population von im wesentlichen kugelförmigen Partikeln des Polyarylketonpolymers oder des Thioether-enthaltenden Analogons des Polymers mit einem Molekulargewicht (Mw) von etwa 5.000 bis 200.000 Dalton des ausgewählten Durchmessers erzeugt wird. In einigen Ausführungsformen ist die säurelabile Schutzgruppe an der Ketonfunktionalität oder den Ketonfunktionalitäten ein Imin, das durch Reaktion der Ketofunktionalität mit Anilin gebildet wird. In einigen Ausführungsformen bewirkt die säurelabile Schutzgruppe an der Ketonfunktionalität oder den Ketonfunktionalitäten, dass das hergestellte Copolymer in mindestens einem organischen Lösungsmittel oder einer Mischung aus dem mindestens einen organischen Lösungsmittel und Wasser besser löslich ist als das Polyarylketonpolymer oder das thioetherhaltige Analogon des Polymers in demselben organischen Lösungsmittel oder Mischung aus organischem Lösungsmittel und Wasser. In einigen Ausführungsformen ist das organische Lösungsmittel N-Methy-2-Pyrrolidon (NMP). In einigen Fällen handelt es sich bei der Mischung aus dem mindestens einen organischen Lösungsmittel und Wasser um NMP und Wasser. In einigen Fällen handelt es sich bei der Mischung um NMP und Wasser im Verhältnis 5 : 1 bis 330 : 1 (v/v). In einigen Fällen handelt es sich um eine Mischung aus NMP und Wasser mit einem Verhältnis von 15 bis 35 : 1 (v/v). In einigen Ausführungsformen besteht die Mischung aus NMP und Wasser im Verhältnis 20-25 : 1 (v/v). In einigen Fällen ist die Mischung NMP und Wasser bei 24,5 ± 1 : 1 (v/v). In einigen Fällen ist die säurelabile Schutzgruppe an der oder den Ketonfunktionen ein Ketal, Thioketal oder Dithioketal, das aus einem entsprechenden aliphatischen Diol, Mercaptoalkohol oder Dithiol gebildet wird. In einigen Ausführungsformen umfassen die Bedingungen, die eine langsame Abspaltung der säurelabilen Schutzgruppe von dem Copolymer ermöglichen, ein kurzes Mischen der starken Säure und der Lösung des Copolymers, um die starke Säure homogen in der Lösung des Copolymers zu verteilen. In einigen Ausführungsformen ist das „kurze Mischen“ ein Mischen für etwa 3 Minuten oder weniger, wie etwa eine Minute ± 30 Sekunden. In einigen Ausführungsformen erfolgt das „kurze Mischen“ durch Rühren, Schütteln, Rollen, Beschallen oder eine Kombination oder Abfolge von einem oder mehreren dieser Verfahren. In einigen Fällen handelt es sich bei der starken Säure um Salzsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure, Bromwasserstoffsäure, lodwasserstoffsäure, Perchlorsäure, Trifluoressigsäure, Trichloressigsäure, Dichloressigsäure, Chlorbromessigsäure, Trifluormethansulfonsäure, Methansulfonsäure, Benzolsulfonsäure oder p-Toluolsulfonsäure (Tosinsäure). In einigen Fällen ist die starke Säure Tosinsäure. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Abspaltung der säurelabilen Schutzgruppe bei einer Temperatur von etwa 5 °C bis etwa 90 °C, z. B. von etwa 50 °C bis etwa 70 °C. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Abspaltung der säurelabilen Schutzgruppe bei einer Temperatur von etwa 60 °C. In einigen Ausführungsformen ist das Polyarylketonpolymer ein Polyaryletherketon. In einigen Fällen ist das Polyaryletherketonpolymer ein Polyetheretherketon („PEEK“). In einigen Ausführungsformen beträgt die Konzentration der starken Säure in der Spaltreaktionslösung etwa 0,2 bis etwa 20 mmol/Liter. In einigen Ausführungsformen beträgt die Konzentration des Copolymers in der Spaltreaktionslösung weniger als 170 mmol-Äquivalente der Wiederholungseinheit des Polymers/Liter. In einigen Ausführungsformen kann die Konzentration des Copolymers in der Spaltreaktionslösung zwischen etwa 5 und etwa 170 mmol-Äquivalenten Wiederholungseinheit/Liter betragen. In einigen Ausführungsformen beträgt die Konzentration des Copolymers in der Spaltreaktionslösung etwa 10 bis etwa 65 mmol Äquivalente Wiederholungseinheit/Liter. In einigen Ausführungsformen beträgt die Konzentration des Copolymers in der Spaltreaktionslösung weniger als etwa 75 mmol Äquivalente Wiederholungseinheit/Liter. In einigen Ausführungsformen beträgt die Konzentration des Copolymers in der Spaltreaktionslösung etwa 15 bis etwa 50 mmol-Äquivalente Wiederholungseinheit/Liter. In einigen Ausführungsformen beträgt die Konzentration des Copolymers in der Spaltreaktionslösung etwa 18 bis etwa 25 mmol Äquivalente Wiederholungseinheit/Liter. In einigen Ausführungsformen beträgt die Konzentration des Copolymers in der Spaltreaktionslösung etwa 20 bis etwa 21 mmol Äquivalente Wiederholungseinheit/Liter. In einigen Ausführungsformen beträgt die in der Spaltreaktionslösung vorhandene Wasserkonzentration etwa einen äquimolaren bis etwa 100-fach Überschuss zu den Molen der Schutzgruppen auf dem zu spaltenden Copolymer. In einigen Ausführungsformen ist das Lösungsmittel in der Lösung, die das Copolymer enthält, N,N-Dimethylacetamid, N,N-Dimethylformamid, N-Methy-2-Pyrrolidon, Tetrahydrofuran, 2-Methyl-Tetrahydrofuran, Dichlorbenzol, Chlorbenzol, Chloroform, Dichlormethan, N-Butyl-2-Pyrrolidon, N-Ethyl-2-Pyrrolidon, Furfural, γ-Butyrolacton & γ-Valerolacton, 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon, N,N'-Dimethylpropylenharnstoff oder eine Mischung aus einem oder mehreren dieser Stoffe. In einigen Ausführungsformen haben die Copolymere ein Molekulargewicht (Mw) von etwa 10.000 bis etwa 75.000 Dalton. In einigen Ausführungsformen haben die Copolymere ein Molekulargewicht (Mw) von etwa 26.000 bis etwa 34.000 Dalton. In einigen Ausführungsformen haben die Dihalogenmonomere eine Reinheit von etwa 95% oder mehr.
In einer weiteren Gruppe von Ausführungsformen stellt die Erfindung Verfahren zur Herstellung einer porösen Vorrichtung bereit, wobei die Verfahren umfassen: (a) Erhalten einer im Wesentlichen monodispersen Population von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln aus Polyaryletherketonpolymer oder einem Thio-Analogon eines solchen Polymers in einem Behälter, (b) Pressen der im Wesentlichen monodispersen Population von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln des Polyaryletherketonpolymers oder des Thioanalogons des Polymers in dem Behälter mit einer Kraft von etwa 5 N/mm²bis etwa 200 N/mm², wie etwa 5 N/mm²bis etwa 75 N/mm²und dann (c) Sintern oder anderweitiges Verschmelzen der im Wesentlichen monodispersen Population von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln miteinander, wodurch die poröse Vorrichtung hergestellt wird. In einigen Ausführungsformen ist die poröse Vorrichtung eine Fritte. In einigen Ausführungsformen ist die poröse Vorrichtung ein Filter. In einigen Ausführungsformen hat die im Wesentlichen monodisperse Population von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln aus Polyaryletherketon-Polymer oder einem Thio-Analogon eines solchen Polymers einen Durchmesser von 10 µm oder weniger. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Sinterung in Schritt (c) bei etwa 300 °C bis etwa 360 °C. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Sinterung in Schritt (c) bei etwa 330 °C bis etwa 338 °C. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Sinterung in Schritt (c) bei etwa 342 °C bis etwa 360 °C. In einigen Ausführungsformen dauert die Sinterung in Schritt (c) etwa 1 bis etwa 24 Stunden. In einigen Ausführungsformen dauert die Sinterung in Schritt (c) etwa 3 bis etwa 9 Stunden. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Erwärmung mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,5 °C/min bis etwa 100 °C/min. In einigen Ausführungsformen erfolgt das Ansteigen mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,5 °C/min bis etwa 25 °C/min, beispielsweise von etwa 1 °C/min bis etwa 10 °C/min. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Kühlung mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,25 °C/min bis etwa 100 °C/min. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,25 °C/min bis etwa 25 °C/min, z. B. von etwa 0,5 °C/min bis etwa 10 °C/min. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Abkühlung mit einer langsameren Geschwindigkeit als 0,5 °C/min.
In einer weiteren Gruppe von Ausführungsformen stellt die Erfindung Verfahren zur Trennung von Analyten, wie Biomolekülen oder kleinen Molekülen, in einer Säule oder Kartusche zur Verfügung, umfassend (a) das Bereitstellen einer Säule oder Kartusche, die mit einer im Wesentlichen monodispersen Population von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln aus Polyaryletherketon-Polymer oder einem Thio-Analogon eines solchen Polymers gepackt ist, wobei die Partikel einen Durchmesser von 10 µm oder weniger haben, (b) Einführen der Biomoleküle in die Säule oder Kartusche und (c) Durchleiten einer mobilen Phase durch die Säule oder Kartusche, wodurch die Biomoleküle auf der Säule oder Kartusche getrennt werden. In einigen Ausführungsformen sind die im Wesentlichen kugelförmigen Partikel aus Polyaryletherketonpolymer Polyetheretherketonpartikel. In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei den Biomolekülen um Oligonukleotide, Proteine, Glykoproteine, Peptide, Peptidoglykane, Glykane oder eine Kombination aus einem oder mehreren dieser Stoffe. In einigen Ausführungsformen sind die Glykoproteine Antikörper. In einigen Fällen handelt es sich bei den Antikörpern um monoklonale Antikörper. In einigen Ausführungsformen ist die mobile Phase Wasser, eine Salzlösung, eine saure oder saure Lösung oder ein saurer Puffer, eine pH-neutrale Lösung oder ein neutraler Puffer, eine basische oder basische Lösung oder ein basischer Puffer, ein organisches Lösungsmittel, überkritisches Kohlendioxid oder eine Kombination aus einem oder mehreren dieser Stoffe. In einigen Ausführungsformen ist das organische Lösungsmittel Acetonitril.
Kurze Beschreibung der Figuren

1A-C Die 1A-C zeigen Aufnahmen von PEEK-Partikeln einer beispielhaften Fritte aus Polyaryletheretherketon („PEEK“), die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, und von derzeit im Handel erhältlichen PEEK-Fritten. 1A: Aufnahmen bei 160-facher Vergrößerung von Partikeln von beispielhaften PEEK-Fritten, die nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden. Einschub: Aufnahme von Partikeln der gleichen Fritte bei 650-facher Vergrößerung. 1B: Foto bei 200-facher Vergrößerung von PEEK-Partikeln einer derzeit kommerziell erhältlichen Fritte. Größenbalken: 100 µm. 1C: Foto mit 230-facher Vergrößerung von PEEK-Partikeln einer zweiten handelsüblichen Fritte. Größenbalken: 100 µm.
2 2 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Prozentsatz des Monomers mit geschützten Carbonylgruppen in der Polymerisationsmischung und der Partikelgröße in µm der Partikel aus der resultierenden Polymerisation nach der Säurehydrolyse zeigt. Y-Achse: Endpartikelgröße in Mikron des modalen Peaks, gemessen nach dem Coulter-Prinzip. X-Achse: Anteil der Monomere mit geschützten Carbonylgruppen, in Prozent.
3 3 ist ein Diagramm, das das Molekulargewicht von Ketimin-Prepolymer zeigt, das durch Reaktion von umkristallisierten Ketimin-Monomeren mit Hydrochinon bei 165 °C über die Zeit gebildet wird. X-Achse: Zeit, in Stunden (h). Y-Achse: Molekulargewicht in Dalton des Ketimin-Prepolymers in Proben, die zu den angegebenen Zeitpunkten entnommen wurden.
4 4 zeigt eine Aufnahme von PEEK-Partikeln mit 250-facher Vergrößerung, die während der in Beispiel 2 beschriebenen Studie hergestellt wurden. Größenbalken: 100 µm.
5A-B 5A zeigt eine Kurve, die die Größenverteilung einer Population von beispielhaften PEEK-Partikeln zeigt, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren bis zu einer Größe von 5 µm hergestellt wurden, wenn sie nach dem Coulter-Prinzip auf einem Beckman Coulter Multisizer 3 Coulter Counter analysiert werden. Y-Achse: Anzahl der Partikel in jeder Größe. X-Achse: Partikeldurchmesser, in µm. 5B zeigt eine Kurve, die die Größenverteilung einer Population von beispielhaften PEEK-Partikeln zeigt, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren bis zu einer Größe von 3 µm hergestellt wurden, wenn sie nach dem Coulter-Prinzip auf einem Beckman Coulter Multisizer 3 Coulter Counter analysiert werden. Y-Achse: Anzahl der Partikel in jeder Größe. X-Achse: Partikeldurchmesser, in µm.
6 6 besteht aus zwei überlagerten Chromatogrammen, die von einem Agilent 1290 Infinity HPLC-System mit UV-Diodenarraydetektion erhalten wurden und die Trennung von Oligonukleotid-Leiterstandards (dunklere Spur) und Oligonukleotid-Auflösungsstandards (hellere Spur) unter Verwendung einer 2,1 × 150 mm Säule zeigen, die mit festen, nichtporösen PEEK-Partikeln gepackt ist, hergestellt nach den hier beschriebenen Verfahren (Tabelle 6). Die PEEK-Partikel hatten eine Größe von 4,5 µm. Die Analyten wurden bei einer Temperatur von 65 °C durchgeführt und mit UV bei 260 nm analysiert. Die Oligonukleotid-Auflösungsstandards wurden nach 7 bis 9,5 Minuten von der Säule abgelöst, während die Oligonukleotid-Leiterstandards nach 12,5 bis 16 Minuten abgelöst werden. X: Zeit in Minuten. Y-Achse: Absorption in Milli-Absorptionseinheiten („mAU“), gemessen mit dem UV-Diodenarray-Detektor bei 260 nm.
7 7 besteht aus zwei überlagerten Chromatogrammen, die von einem Agilent 1290 Infinity HPLC-System mit UV-Diodenarray-Detektion erhalten wurden und die Trennung derselben Oligonukleotid-Leiterstandards (dunklere Spur) und Oligonukleotid-Auflösungsstandards (hellere Spur) wie in 6 zeigen, wobei eine AdvanceBio Oligonukleotid-Säule 2,1 × 150 mm (Agilent Technologies, Inc., Santa Clara, CA), gepackt mit 2,7 µm oberflächlich porösen Poroshell-Partikeln (Agilent Technologies, Inc). Die Analyten wurden bei einer Temperatur von 65 °C durchgeführt und durch UV bei 260 nm nachgewiesen. Die Oligonukleotid-Auflösungsstandards verlassen die Säule zwischen 6,5 und 8,5 Minuten, während die Oligonukleotid-Leiterstandards zwischen 11 und 13 Minuten ablaufen. X-Achse: Zeit in Minuten. Y-Achse: Absorption in mAU (bei 260 nm).
8 8 besteht aus zwei überlagerten Chromatogrammen, die von einem Agilent 1290 Infinity HPLC-System mit UV-Diodenarraydetektion erhalten wurden und die Trennung der gleichen Oligonukleotid-Leiterstandards (dunklere Spur) und Oligonukleotid-Auflösungsstandards (hellere Spur) wie in 6 zeigen, wobei eine 2.1 × 50 mm Säule, die mit PLRP-S 4000 Å 8 µm Partikeln (Agilent Technologies, Inc.) gepackt ist. Die Partikel sind vollporöse Polystyrol-Polymerpartikel mit einer Porengröße von 4000 Å. Die Analyten wurden bei einer Temperatur von 65 °C durchgeführt und durch UV bei 260 nm nachgewiesen. Die Oligonukleotid-Auflösungsstandards sind diejenigen, die in der Grafik zwischen 6,5 und 8,5 Minuten von der Säule abfallen, während die Oligonukleotid-Leiterstandards zwischen 11 und 13 Minuten abfallen. X-Achse: Zeit in Minuten. Y-Achse: Extinktion in mAU (bei 260 nm).
9 9 zeigt zwei überlagerte Chromatogramme (Wiederholungslauf), die von einem Agilent 1290 Infinity HPLC-System mit UV-Diodenarraydetektion erhalten wurden und die Auflösung einer Nukleobase, Uracil (als nicht zurückgehaltener Analyt), und der Proteine Ribonuklease A, Cytochrom C, Holotransferrin und Apomyoglobin auf einer 2,1 × 150 mm Säule zeigen, die mit beispielhaften 5 µm Partikeln gepackt wurde, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt und 6 Stunden lang bei 250 °C getempert wurden. Die Analyten wurden mit einer Flussrate von 0,21 ml/min bei einer Temperatur von 30 °C durchgeführt und durch UV bei 280 nm nachgewiesen. X-Achse: Zeit in Minuten. Y-Achse: Extinktion in mAU (bei 280 nm). Die Peaks sind in der Figur in der Reihenfolge aufgeführt, in der sie von der Säule eluiert wurden.
10 10 besteht aus zwei überlagerten (Wiederholungslauf) Chromatogrammen, die von einem Agilent 1290 Infinity HPLC-System mit UV-Diodenarraydetektion erhalten wurden und die Trennung der gleichen Proteine und Nukleobasen wie in 9 zeigen, unter Verwendung einer 2,1 × 150 mm Säule, die mit PLRP-S 300 Å 8 µm Partikeln (Agilent Technologies, Inc.) gepackt ist. Die Partikel sind vollständig poröse Polymerpartikel mit einer Porengröße von 300 Å. Die Analyten wurden unter den gleichen Bedingungen wie in 9 durchgeführt. X-Achse: Zeit in Minuten. Y-Achse: Extinktion in mAU (bei 280 nm). Die Peaks sind in der Figur in der Reihenfolge aufgeführt, in der sie von der Säule eluiert wurden.
11 11 zeigt eine Kurve, die die Ergebnisse von Untersuchungen zeigt, in denen die Fähigkeit ausgewählter poröser Vorrichtungen, Fritten, getestet wurde, axialem Druck standzuhalten. Bei den getesteten Fritten handelt es sich um (1) eine PEEK-Fritte, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt und mit einer Abkühlungsrate von 100 °C/min gesintert wurde, (2) eine PEEK-Fritte, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt und mit einer Abkühlungsrate von 8 °C/min gesintert wurde, und (3) eine PEEK-Fritte, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt und mit einer Abkühlungsrate von 0,3 °C/min gesintert wurde. Y-Achse: Mittleres Versagen unter axialem Druck, in MPa.
12 12 zeigt eine Kurve, die die Ergebnisse von Untersuchungen zeigt, in denen die Fähigkeit ausgewählter poröser Vorrichtungen, Fritten, getestet wurde, einem radialen Druck standzuhalten. Bei den getesteten Fritten handelt es sich um (1) eine PEEK-Fritte, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt und mit einer Abkühlungsrate von 100 °C/min gesintert wurde, (2) eine PEEK-Fritte, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt und mit einer Abkühlungsrate von 8 °C/min gesintert wurde, und (3) eine PEEK-Fritte, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt und mit einer Abkühlungsrate von 0,3 °C/min gesintert wurde. Y-Achse: Mittleres Versagen unter radialem Druck, in MPa.
13 13 zeigt eine Kurve, die die Ergebnisse von Untersuchungen zeigt, in denen die Kompression unter Druck eines Bettes von beispielhaften Polyarylketonpartikeln getestet wurde, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt und entweder getempert oder nicht getempert gelassen wurden, bevor sie in einen Behälter geladen wurden. Beispielhafte 5 µm PEEK-Partikel (0,05 g) wurden in eine Matrize mit einem Durchmesser von 4 mm gefüllt und dann unter Druck gesetzt. Y-Achse: Kraft, in N. X-Achse: Kompression des Partikelbetts, in µm. Legende: Lange Striche: ungetemperte Partikel. Kurze Striche, weit auseinanderliegend: Partikel, die vier Stunden lang bei 155 °C getempert wurden. Kurze Striche, eng beieinander: Partikel, die vier Stunden lang bei 200 °C getempert wurden. Gepunktete Linie: Partikel, die vier Stunden lang bei 245 °C getempert wurden. Durchgehende Linie: Partikel, die vier Stunden lang bei 255 °C getempert wurden. Zwei Punkte und ein langer Strich in Reihe: Partikel, die 4 Stunden lang bei 285 °C getempert wurden.
14 14 zeigt eine Kurve, die die Ergebnisse von Untersuchungen zeigt, die die Größenverteilung von drei Populationen von Partikeln zeigen, die während der in Beispiel 3 beschriebenen Studie gebildet wurden, wenn sie nach dem Coulter-Prinzip auf einem Beckman Coulter Multisizer 3 Coulter Counter analysiert wurden. Y-Achse: Anzahl der Partikel in jeder Größe. X-Achse: Partikeldurchmesser, in µm. Die graue Coulterkurve zeigt das Ergebnis für die höchste Polymerkonzentration (24,6 g/l Reaktionsmischung). Die gepunktete Coulterkurve zeigt das Ergebnis für eine mittlere Polymerkonzentration (7,39 g/l Reaktionsmischung). Die durchgezogene schwarze Kurve zeigt das Ergebnis für die niedrigste Konzentration des Ketimin-Copolymers (3,69 g/l Reaktionsmischung).
15 15 ist ein Chromatogramm für eine ~1 mg/ml Probe eines beispielhaften monoklonalen Antikörpers („mAb“), Ramucirumab, das bei 80 °C mit einer Flussrate von 2,1 ml/min durch eine Flüssigchromatographiesäule, die mit einem nicht porösen PEEK 2,7 µm gepackt ist, läuft. X-Achse: Zeit, in Minuten. Y-Achse: UV-Absorption bei 220 nm, in Milli-Absorptionseinheiten („mAU“).
16 16 ist ein Chromatogramm für ~1 mg/ml Probe eines beispielhaften mAb, Ramucirumab, das bei 80 °C mit einer Flussrate von 0,21 ml/min durch eine Flüssigchromatographiesäule, die mit PLRP-S 5 µm porösen 1000 Å Styrolmedien gepackt ist, mit UV-Detektion bei 220 nm. X-Achse: Zeit, in Minuten. Y-Achse: UV-Extinktion bei 220 nm, in mAu.
17 17 ist ein Chromatogramm von ~1 mg/ml Probe des mAb-Beispiels Ramucirumab, das bei 80 °C mit einer Durchflussrate von 2,1 ml/min durch eine mit PEEK-Feststoff gepackte Flüssigchromatographiesäule läuft. Der Hauptpeak der Ramucirumab-Probe verlässt die Säule zwischen 0,33 und 0,46 Minuten. X-Achse: Zeit, in Minuten. Y-Achse: UV-Extinktion bei 220 nm, in mAU.
18 18 zeigt überlagerte Chromatogramme für drei beispielhafte monoklonale Antikörper: Ramucirumab, Bevacizumab und NIST mAb, die unter den gleichen Bedingungen wie in 17 durchgeführt wurden, was die Fähigkeit des PEEK-Mediums zur erfolgreichen Trennung mehrerer verschiedener Antikörper auch unter schnellen Trennbedingungen zeigt. X-Achse: Zeit, in Minuten. Y-Achse: UV-Extinktion bei 220 nm, in mAU.
19 19 zeigt zwei Chromatogramme, die das Ergebnis des Durchlaufs einer Probe, die einen beispielhaften mAb, Ramucirumab, enthält, durch eine Flüssigchromatographiesäule, die mit einem von zwei verschiedenen Medien gepackt ist, darstellen. Die linke Seite zeigt das Ergebnis des Durchlaufs der den Antikörper enthaltenden Probe durch eine Flüssigchromatographiesäule mit 2,1 mm Durchmesser und 50 mm Länge, die mit einem 2,7 µm festen PEEK-Medium bei 2,1 ml/min gepackt ist. Die rechte Seite zeigt das Ergebnis des Durchlaufs einer Probe, die denselben Antikörper enthält, durch eine Flüssigchromatographiesäule mit denselben Abmessungen, aber gepackt mit einem 5 µm 1000 Å porösen PLRP-S-Styrolmedium, bei einer Durchflussrate von 0,21 ml/min. Für beide Chromatogramme zeigt die X-Achse die Zeit in Minuten, während die Y-Achse die UV-Extinktion bei 220 nm in mAu anzeigt.

Ausführliche Beschreibung
Viele Fritten, die derzeit in der Flüssigchromatographie („LC“) und Hochleistungsflüssigkeitschromatographie („HPLC“) verwendet werden, bestehen aus Metall. Solche Fritten eignen sich gut für die Trennung von organischen und anorganischen Chemikalien und vielen Verbindungen in biologischen Proben. Leider können einige Ionen, Verbindungen oder andere chemische Bestandteile, die in einer biologischen Probe vorhanden sind, mit Metallfritten in Wechselwirkung treten und die Analyseergebnisse der Proben auf manchmal unvorhersehbare Weise beeinflussen. Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, besteht darin, die Fritten aus Materialien herzustellen, die als biokompatibel gelten, d. h. die unter den bei der Analyse verwendeten Bedingungen keine Wechselwirkungen mit den in biologischen Proben vorhandenen chemischen Bestandteilen eingehen. Polyarylketone bilden eine Gruppe biokompatibler Materialien, die in Fritten verwendet werden. Insbesondere Fritten aus Polyaryletheretherketon (PEEK) sind bei verschiedenen Anbietern im Handel erhältlich. Geeignete Polyarylketone werden weiter unten näher definiert, doch schließt der Begriff „Polyarylketone“ hier sowohl Polyaryletherketone als auch Polyarylthioetherketone ein. Polyaryletheretherketon ist ein Beispiel für ein Polyaryletherketon. Im Allgemeinen ist davon auszugehen, dass jedes Polyarylketon, das zur Herstellung von Fritten verwendet wurde, für die Herstellung von Fritten oder anderen porösen Vorrichtungen nach den in dieser Offenbarung beschriebenen Verfahren geeignet ist.
Die derzeit im Handel erhältlichen PEEK-Fritten werden aus Partikeln hergestellt, die aus größeren PEEK-Stücken gemahlen wurden. Dies führt zu Partikeln, die eine Vielzahl von Formen und Größen aufweisen. In einigen Fällen werden die Partikel dann einem Verfahren unterzogen, der als „Klassifizierung“ der Partikel bezeichnet wird, ein Begriff, der eine Reihe von Techniken umfasst, wie z. B. Sieben und Schlämmen. Durch eine umfangreiche Bearbeitung kann das Größenspektrum der Partikel in einen relativ engen Bereich gebracht werden, aber das Verfahren gilt als zu teuer für den Einsatz in großem Maßstab. Das Klassifizierungsverfahren führt zu einer Sammlung von PEEK-Partikeln, die sehr unterschiedlich geformt sein können, aber in den Größenbereich fallen, den der Anwender als geeignet für einen bestimmten Zweck erachtet.
Nach der Klassifizierung werden die Partikel dann in einer Form fest gepresst, um sie zu einem „Kuchen“ in Form einer Fritte der gewünschten Form und Größe zu formen. Die Partikel werden dann innerhalb oder außerhalb der Form bis zu einem Punkt nahe dem Schmelzpunkt des PEEK-Polymers erhitzt.
Selbst Partikel, die sorgfältig und umfassend klassifiziert wurden, variieren immer noch stark in Form und Größe und passen nicht ohne Weiteres zusammen, um Lücken bzw. Spalten von gleichbleibender Größe zwischen den Partikeln zu schaffen. Bezugnehmend auf 1B wird angenommen, dass die gezeigten Partikel einer sorgfältigen und umfassenden Klassifizierung unterzogen wurden, bevor sie zu einer Fritte geformt wurden. Die Porengröße von Fritten hängt unter anderem von der Größe und Form der Partikel ab, aus denen die Fritte geformt wird. Das Zusammenpressen von Partikeln mit so unterschiedlichen Formen führt zu unregelmäßigen Lücken zwischen den Partikeln. Die Größe der Lücken ist selbst bei Fritten, die aus Partikeln ähnlicher Größe gebildet werden, nicht vorhersehbar, da die Größe und Form der Lücken von der Form jeder einzelnen Kombination der zusammengepressten Partikel abhängt. Da gemahlene PEEK-Partikel nicht dehnbar sind und eine Vielzahl von Größen und Formen aufweisen, die nicht gut zusammenpassen, müssen die Partikel in der Form mit hohem Druck zusammengepresst werden, um den Kuchen zu bilden, bevor die Partikel erhitzt werden. Während die Kompression die Partikel zusammenpresst, führt das Zusammenpressen unregelmäßig geformter Partikel nicht zu Fritten mit gleichmäßiger Porosität über die gesamte Fritte. Dies schränkt die Wege durch die Fritten und damit den Durchfluss ein, was zu geringerer Durchlässigkeit, höherem Gegendruck und erhöhter Verstopfungsgefahr führt.
Während Fritten aus PEEK-Partikeln, die aus größeren Blöcken gemahlen wurden, seit Jahren verwendet werden, ist der Nutzen solcher Fritten einerseits durch Schwankungen in der Größe und Form selbst klassifizierter gemahlener PEEK-Partikel und andererseits durch die Kosten und zusätzlichen Bearbeitungsschritte bei der Klassifizierung der gemahlenen PEEK-Partikel begrenzt, um Partikel mit einer ausgewählten Größenverteilung zu erhalten. Zur Verdeutlichung wird angemerkt, dass in den Broschüren einiger derzeit im Handel erhältlicher Fritten Größen wie 0,5, 2, 5 oder 10 Mikrometer (oder Grade 0,5, 2, 5 oder 10 Mikrometer) angegeben sind. Es wird davon ausgegangen, dass sich die in der Produktliteratur angegebenen Größen der gängigen Fritten auf die nominale Porengröße beziehen und nicht auf die Größe der Partikel, aus denen die Fritten bestehen, oder auf die effektive Porengröße (definiert als der Durchmesser des größten virtuellen Kreises, der von dem porösen Bereich umschlossen werden kann), die entweder durch eine nahezu 100-% Effizienz bei der Entfernung von Partikeln oberhalb der angegebenen Größe aus einem Gas-/Flüssigkeitsstrom gemessen oder indirekt aus Blasenpunktmessungen abgeleitet wird. Eine handelsübliche PEEK-Fritte der Güteklasse 0,5 µm hat zum Beispiel einen Blasenpunktdruck von etwa 2,5" Hg und eine effektive Porengröße von etwa 5 µm.
McGrath, U.S. Patent Nr. 5,357,040 (im Folgenden als „McGrath“, das „McGrath-Patent“ oder das „040-Patent“ bezeichnet) schien eine Lösung für diese Probleme zu bieten. In der Zusammenfassung des McGrath-Patents, das vor über einem Vierteljahrhundert veröffentlicht wurde, heißt es, dass feine PEEK-Partikel durch Hydrolyse von PEEK aus einem amorphen Polyarylketimin-Zwischenprodukt hergestellt werden können und dass die Wahl der Säure und deren Konzentration die anschließende Partikelbildung beeinflusst. In der McGrath-Zusammenfassung heißt es weiter: „Es hat sich herausgestellt, dass keine oder eine geringere Menge an Bewegung die Bildung kleinerer (Submikron-) Partikel mit kugelförmiger Form fördert, während eine größere Menge an Bewegung oder Scherbeanspruchung während der Hydrolyse zu nicht kugelförmigen, größeren Partikeln führt.“
Leider waren die Versuche, die von McGrath gelehrten Verfahren anzuwenden, um eine Population von für die Herstellung von Fritten oder anderen porösen Vorrichtungen geeigneten PEEK-Partikel zu erhalten, die in der Chromatographie oder bei mikrofluidischen Anwendungen nützlich sind, nicht erfolgreich. Erstens waren die Versuche, die Verfahren von McGrath zu reproduzieren, wie sie im Abschnitt „Spaltung der ketiminhaltigen Polymere“ beschrieben werden, nicht erfolgreich. In diesem Abschnitt wird das Auflösen von 25 g Polymer in 125 ml NMP beschrieben. Wenn das Protokoll von McGrath befolgt wurde, löste sich das Polymer nicht auf. Durch Verringerung der Konzentration gelang es den Erfindern jedoch, 10 g des Polymers in 110 ml NMP zu lösen.
Zweitens: McGrath erklärt: „Wenn die Hydrolyse mit wenig oder ohne Rühren durchgeführt wird, sind die Partikel kugelförmig und können einen Durchmesser von 0,5 µm aufweisen. Duch Rühren kann die Größe der Partikel bis auf 5 µm ansteigen“. McGrath, Spalte 7, Zeilen 50-56. Bemerkenswerterweise zeigt McGrath weder die Größenverteilung der erzeugten Partikel noch irgendwelche Bilder der Partikel. Untersuchungen der heutigen Erfinder, die den Lehren von McGrath folgten, führten jedoch zur Herstellung von Partikelpopulationen, die nicht konsistent waren und eine unregelmäßige Größenverteilung aufwiesen. Sie fanden heraus, dass sie die Verteilung und die Sphärizität der Partikel verbessern konnten, indem sie nicht rührten, erhielten jedoch Partikel mit einem Durchmesser von 0,8 µm bis 1 µm, die nicht kugelförmig und immer noch stark aggregiert waren, mit Aggregaten von bis zu 50 µm Größe. Durch Rühren wurden die Aggregation und die Partikelgrößenverteilung deutlich schlechter.
Die Größenunterschiede bei den nach der McGrath-Methode hergestellten Partikeln waren vermutlich für die Anwendung geeignet, für die McGrath seine PEEK-Partikel entwickelte: die äußere Beschichtung von Kohlenstofffasern in einem als Prepregging bekannten Verfahren. Für die Verwendung in porösen Bauteilen, wie z. B. Fritten, stellen sie jedoch mehrere Probleme dar.
Erstens ist es zur Erzielung von Vorrichtungen, die reproduzierbare Ergebnisse liefern, wünschenswert, dass die Fritten, Membranen, Monolithe oder andere poröse Vorrichtungen aus Partikeln mit einer im Wesentlichen monodispersen Populationsgröße hergestellt werden. Ebenso ist es wünschenswert, dass die Partikel, aus denen die Packmittel bestehen, eine gleichmäßige, im Wesentlichen monodisperse Populationsgröße aufweisen, um konsistente Ergebnisse von Chromatographiesäulen, Festphasenextraktionsvorrichtungen oder anderen Trennvorrichtungen zu erzielen. Der Begriff „im Wesentlichen monodisperse Populationsgröße“ wird zwar weiter unten genauer definiert, kann aber so verstanden werden, dass er eine Population von Partikeln mit annähernd gleicher Größe meint.
Zweitens: Selbst wenn man sich bemühte, mit Hilfe der McGrath-Lehre eine Partikelpopulation einer bestimmten Größe, z. B. 5 µm, zu erreichen, enthielten die erzeugten Partikel auch viele Submikronpartikel, die im Sinne dieser Offenbarung als „Feinanteile“ bezeichnet werden. Für die Verwendung der Partikel zur äußeren Beschichtung oder zum „Prepreg“ von Kohlenstofffasern, für die die McGrath-Erfinder ihr Verfahren entwickelt haben, waren Feinpartikel vermutlich unproblematisch, für die Verwendung in porösen Bauteilen wie Fritten, Membranen und Monolithen sind sie jedoch recht problematisch. Wenn sich die Feinstoffe bewegen, verändern sie die Fließeigenschaften und den Gegendruck der porösen Vorrichtung auf unvorhersehbare Weise, da sie einige Lücken blockieren und andere öffnen und sich dann wieder bewegen und erneut Lücken blockieren oder öffnen. Die Feinstoffe lösen sich auch in unvorhersehbarer Weise aus den porösen Bauteilen, da sie sich ihren Weg durch die Poren und Spalten in den Bauteilen bahnen, die sie porös machen. Dies ist besonders problematisch bei Anwendungen, bei denen nachgeschaltete Rohre, wie z. B. in chromatographischen Systemen, mikrofluidische Kanäle oder Instrumente, zum Einsatz kommen, da die Feinstoffe die nachgeschalteten Rohre, mikrofluidischen Kanäle oder Instrumente verschmutzen oder kontaminieren können. Außerdem können sie zu einer Verunreinigung der zu analysierenden Probe führen. Vielleicht sind die aus den McGrath-Protokollen resultierenden Feinanteile der Grund dafür, dass die im McGrath-Patent beschriebenen Verfahren auch nach mehr als einem Vierteljahrhundert noch nicht für die Herstellung von Fritten aus PEEK- oder anderen Polyaryletherketon-Partikeln übernommen wurden und dass kommerziell erhältliche Fritten offenbar immer noch durch das Zermahlen von Partikeln aus grö-ßeren Stücken hergestellt werden.
Es überrascht nicht, dass McGrath die Partikelgrößenverteilung und die durch seine Methode erzeugten Feinanteile nicht als Problem erkannt hat und auch keine Lösungen für diese oder für die anderen Probleme bei der Anwendung seiner Verfahren zur Herstellung von Partikeln anbietet, die in den folgenden Abschnitten behandelt werden.
Überraschenderweise löst die vorliegende Erfindung Probleme, die von McGrath nicht gelöst wurden, und ermöglicht zum ersten Mal die kontrollierte Herstellung einer im Wesentlichen monodispersen Population von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln aus Polyarylketonen, wie PEEK. Die im Wesentlichen monodisperse Population von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln eignet sich für die Verwendung in Fritten, Membranen, Monolithen und anderen porösen Vorrichtungen, die mit reproduzierbaren Eigenschaften und zu angemessenen Kosten hergestellt werden müssen.
Überraschenderweise ermöglicht die Erfindung ferner die Herstellung solcher Populationen, ohne auch Feinanteile zu produzieren (für die Zwecke dieser Offenbarung sind Feinanteile definiert als Partikel mit einer definierten prozentualen Abweichung im Durchmesser von der Hauptpartikelgröße. In einigen Ausführungsformen sind Feinpartikel definiert als Partikel mit einem Durchmesser, der 50% kleiner ist als die Hauptpartikelgröße. In einigen Ausführungsformen werden Feinanteile als Partikel mit einem Durchmesser definiert, der 30 % kleiner als die Hauptpartikelgröße ist.) Der Klarheit halber wird darauf hingewiesen, dass kleinere Partikel hergestellt werden können, wenn sie gewünscht werden, indem das Verhältnis von geschütztem zu ungeschütztem Monomer in der Polymerisationsreaktion angepasst wird, wie unten beschrieben. Die erfindungsgemäßen Verfahren produzieren Partikel mit einer Verteilung, die, wenn sie grafisch dargestellt wird, einen ausgeprägten Hauptpeak bei einer bestimmten Partikelgröße aufweist (welche Größe vom Praktiker eingestellt werden kann, wie unten näher beschrieben), mit einem bescheidenen Schwanz von der Basis des Hauptpeaks aufgrund von Dimeren (d.h. Partikel in der Hauptpeakgröße, die miteinander verschmolzen oder aggregiert sind und als ein einzelnes Partikel gezählt werden), aber nur wenige oder gar keine Partikel mit einer Größe kleiner als die der Partikel des Hauptpeaks.
Die Abwesenheit von Feinanteilen, die durch die erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt werden, ist vorteilhaft, da sie es dem Fachmann ermöglicht, eine im Wesentlichen monodisperse Partikelpopulation mit wenigen oder gar keinen Feinanteilen zu erzeugen, die daher nur eine minimale Handhabung und Wäsche erfordern, im Gegensatz zu den umfangreichen Größen- und Klassifizierungsschritten, die notwendig wären, um Feinanteile (ohne notwendigerweise Erfolg zu haben) aus einer Partikelpopulation zu entfernen, die nach den Lehren von McGrath hergestellt wurde. Auch wenn McGrath keine Daten über die Größenverteilung der mit seiner Methode hergestellten Partikel vorgelegt hat, wird davon ausgegangen, dass die Methode sowohl Feinanteile als auch größere Partikel mit einer breiten Größenverteilung erzeugen würde. Nach den Angaben von McGrath betrug die Konzentration der Polymer-Wiederholungseinheit 530 mmol. Die hier vorgestellten Arbeiten deuten jedoch darauf hin, dass bei dieser Konzentration viele zahlreiche und verschmolzene Partikel entstehen würden, die eine sehr breite Größenverteilung aufweisen. Außerdem führte die von McGrath verwendete hohe Säurekonzentration zu einem sehr schnellen Partikelwachstum, was wiederum zu einer breiten Partikelgrößenverteilung führte. Dementsprechend würde eine nach der McGrath-Methode hergestellte Partikelpopulation eine erschöpfende Siebung und Klassifizierung erfordern, um zu versuchen, eine im Wesentlichen monodisperse Population von Partikeln einer gewünschten Größe zu erhalten, ohne jede Garantie, genügend Partikel der gewünschten Größe zu erhalten, um daraus eine poröse Vorrichtung herzustellen, geschweige denn genügend, um solche Vorrichtungen in einer Anzahl und zu einem Preis herstellen zu können, der ihren kommerziellen Verkauf und ihre Verwendung unterstützt. Eine typische Fritte mit einer Größe von 2,1 mm × 1 mm, die aus 5 µm-Partikeln hergestellt wird, enthält etwa 100-250 Millionen Partikel, und eine typische HPLC-Säule mit einem Innendurchmesser von 2,1 mm und einer Länge von 150 mm, die mit 3 µm-Partikeln gefüllt ist, enthält etwa 5-10 Milliarden Partikel. Es wird angenommen, dass in dem Vierteljahrhundert seit der Veröffentlichung des McGrath-Patents niemand die McGrath-Methode angewandt hat, um eine im Wesentlichen monodisperse Population von Polyaryletherketon-Partikeln einer gewünschten Größe herzustellen, die für die Verwendung in solchen Geräten geeignet ist. Es wird ferner angenommen, dass angesichts der oben erwähnten praktischen Einschränkungen niemand würde.
Somit ermöglichen die Verfahren der vorliegenden Erfindung zum ersten Mal die mengenmäßige Herstellung von Populationen von Polyarylketon-Partikel innerhalb einer engen Größenverteilung, die jedoch nicht gleichzeitig Feinstoffe in einer Anzahl oder einem Prozentsatz enthalten, die die Verwendung der Population von Partikeln in porösen Vorrichtungen oder zum Packen eines Behälters, wie einer HPCL-Säule, deren Nutzen zumindest teilweise auf gleichbleibenden Fließeigenschaften beruht, beeinträchtigen würde. In einigen Ausführungsformen bedeutet der Begriff „Partikelpopulation“, wie er hier verwendet wird, eine Population mit einem Minimum von etwa 1.000.000, z. B. einem Minimum von etwa 10.000.000 Partikeln. In einigen Ausführungsformen bedeutet der Begriff „Partikelpopulation“, wie er hier verwendet wird, eine Population mit einem Minimum von etwa 25.000.000 Partikeln. In einigen Ausführungsformen bedeutet der hier verwendete Begriff „Partikelpopulation“ eine Population mit einem Minimum von etwa 50.000.000 Partikeln. In einigen Ausführungsformen bedeutet der hier verwendete Begriff „Partikelpopulation“ eine Population mit einem Minimum von etwa 75.000.000 Partikeln. In einigen Ausführungsformen bedeutet der Begriff „Partikelpopulation“, wie er hier verwendet wird, eine Population mit einem Minimum von etwa 100.000.000 Partikeln ±10.000.000 Partikeln. Sofern nicht ausdrücklich anders definiert, bedeutet der Begriff „etwa“ in Bezug auf einen angegebenen Wert 20 % über oder unter dem angegebenen Wert.
Die im Wesentlichen monodisperse Population von im Wesentlichen kugelförmigen Polyarylketonpartikeln, die durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird, führt zu Fritten, Membranen, Monolithen und anderen porösen Vorrichtungen, die mit kontrollierterer Porosität, kleineren Porengrößen und höherer Permeabilität hergestellt werden können als Fritten, die aus durch Mahlen hergestellten Partikeln bestehen. Beispielsweise bieten PEEK-Fritten, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden, eine bessere Filtrierbarkeit, was dadurch belegt wird, dass sie bei der Messung des Blasenpunkts, einem gängigen Maß für die Permeabilität, einen höheren N₂ Durchfluss unter dem angegebenen Druck aufweisen als derzeit im Handel erhältliche PEEK-Fritten, die vermutlich aus gemahlenen Partikeln hergestellt werden. Überraschenderweise sind die erfindungsgemäßen Partikel, wenn sie getempert werden, weniger komprimierbar, wenn sie als Bett in einem Behälter verwendet werden, und daher druckbeständiger als ungetemperte Partikel. In einigen Beispielen können die Partikel nach dem Glühen langsam abgekühlt werden.
In einigen Ausführungsformen sind die erfindungsgemäßen Verfahren besonders nützlich bei der Bereitstellung einer im Wesentlichen monodispersen Partikelpopulation für Vorrichtungen, bei denen die gewünschte Größe der Partikel etwa 10 µm oder weniger beträgt, wie etwa 9 µm, etwa 8 µm, etwa 7 µm, etwa 6 µm, etwa 5 µm, etwa 4 µm, etwa 3 µm, etwa 2 µm, etwa 1 µm, unter 1 µm, wobei „etwa“ in den vorangehenden Erwähnungen ± 50 % der angegebenen Partikelgröße bedeutet.
Ein weiterer überraschender Befund ist, dass die mit den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Fritten wesentlich fester waren als die aus durch Mahlen hergestellten Partikeln, obwohl beide aus Partikeln desselben Materials bestehen. Ohne an die Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass diese überraschend höhere Festigkeit auf eine Kombination von Anpassungen und Änderungen gegenüber den bisher in der Technik verwendeten Verfahren zurückzuführen ist und dass die höhere Festigkeit, die bei Fritten beobachtet wurde, auch bei anderen porösen Vorrichtungen, die mit den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, wie Membranen und Monolithen, zu beobachten sein wird. Einige der Verbesserungen beziehen sich auf Eigenschaften der Partikel, die durch die erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht werden, wie weiter unten beschrieben.
Da die Verfahren im Wesentlichen kugelförmige Partikel mit einer im Wesentlichen monodispersen Größe erzeugen, sind die Lücken zwischen den Partikeln gleichmäßiger in ihrer Größe als bei durch Mahlen hergestellten Partikeln. 1A zeigt Fotografien einer Fritte aus PEEK-Partikeln, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden (die Fritte mit der Bezeichnung „Exemplar PEEK Frit PF14“), und zwei handelsübliche Fritten, wie in den 1 B und 1C dargestellt. 1 B und 1C, die nach herkömmlichen Verfahren hergestellt wurden (die Fritten mit der Bezeichnung „Competitor A PEEK Frit“ und „Competitor B PEEK Frit“). Der Unterschied in Form und Größenverteilung der Partikel ist frappierend.
Zweitens sind die durch das herkömmliche Mahlverfahren hergestellten Partikel in der Regel viel größer als die gewünschte effektive Porengröße und weisen Feinanteile und unregelmäßige Formen auf. Um Fritten mit der gewünschten Porengröße herzustellen, ist ein sehr hoher Druck erforderlich, um die Partikel zu komprimieren, damit sie kleine Lücken bilden und eine angemessene mechanische Festigkeit erhalten. Im Bailey-Patent wurde zum Beispiel ein Druck von 200 MPa verwendet, um gemahlene Partikel mit einer Größe von 90 µm zu Fritten der Güteklasse 0,5 µm zu verdichten. Die Permeabilität der Fritte wird dadurch jedoch beeinträchtigt. Andererseits sind die mit den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten PEEK-Partikel nicht nur viel kleiner, kugelförmig und gleichmäßig in der Größe, sondern auch formbarer als die durch Mahlen aus einem größeren Materialblock hergestellten Partikel. Sie können daher durch Zusammenpressen mit einem geringeren Druck (in einigen Beispielen 10 bis 30 MPa) als bei gemahlenen Partikeln in die Form der gewünschten porösen Vorrichtung, wie z. B. einer Fritte, gebracht werden. Aus 1 ist ersichtlich, dass die Fritte aus PEEK-Partikel, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde (der „Prototyp der PEEK-Fritte PF14“), aus Partikeln besteht, die eine weitgehend kugelförmige Form aufweisen, während die Partikel, die die Fritten der Wettbewerber (1 B und 1C) bilden, nicht nur unterschiedliche Größen und Formen aufweisen, sondern auch „zusammengepresst“ zu sein scheinen, um die durch diese Größen- und Formunterschiede verursachten Lücken zu verringern.
Drittens werden in einigen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verfahren die Partikel gesintert oder auf andere Weise der Hitze ausgesetzt, um sie zur Bildung der porösen Vorrichtungen miteinander zu verbinden. Studien, die der vorliegenden Offenbarung zugrunde liegen, haben gezeigt, dass eine Änderung der Abkühlungsrate, die bei früheren, im Stand der Technik gelehrten Verfahren verwendet wurde, um die Fritten über einen viel längeren Zeitraum abkühlen zu lassen, zu einer stärkeren Vorrichtung führt. HPLC-Fritten, die nach diesen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, können wesentlich höheren Säulenfüllungen und Betriebsdrücken standhalten als derzeit im Handel erhältliche PEEK-Fritten derselben Größe/des gleichen Formats. Bei diskreten Partikeln wurde entdeckt, dass die Erhöhung der Temperatur auf einen Wert oberhalb der Glasübergangstemperatur, aber immer noch unterhalb der Temperatur, bei der die Partikel miteinander verschmelzen, und die anschließende Beibehaltung dieser Temperatur für einen bestimmten Zeitraum, gefolgt von einer langsamen Abkühlung, es dem PEEK innerhalb der Partikel ermöglicht, zu schmelzen und zu rekristallisieren, um die kristalline Struktur der Partikel zu verbessern, was, so wird angenommen, zu robusteren einzelnen PEEK-Partikeln führt.
Viertens weist die im Wesentlichen monodisperse Partikelpopulation, wie oben erwähnt, nur wenige oder gar keine Feinanteile auf und bietet daher gleichmäßigere Fließeigenschaften, als sie durch die Befolgung der Lehren von McGrath erreicht werden können.
Zusammengenommen bietet diese Kombination von Änderungen gegenüber früheren Verfahren zur Herstellung poröser Vorrichtungen poröse Vorrichtungen wie Fritten, Membranen und Monolithen mit einer Kombination von Eigenschaften, die überraschend vorteilhaft sind und von denen man nicht glaubt, dass sie durch frühere Techniken erreicht werden können, oder die, wenn sie erreicht werden können, nicht ohne mühsame zusätzliche Handhabungs-, Kalibrierungs- und Waschschritte erreicht werden könnten. Darüber hinaus ermöglichen die erfindungsgemäßen Verfahren die Herstellung von Trennmedien, wie z. B. das Packungsmaterial für Chromatographiesäulen und Festphasenextraktionskartuschen, mit im Wesentlichen monodispersen Populationen in Größen, die bisher nicht verfügbar waren oder, falls erreichbar, nicht ohne mühsame zusätzliche Handhabungs-, Kalibrierungs- und Waschschritte erreicht werden konnten. Insbesondere ermöglichen die Verfahren die Herstellung von Partikelpopulationen, die nicht nur im Wesentlichen kugelförmig sind und eine im Wesentlichen monodisperse Partikelgröße aufweisen, sondern auch im Wesentlichen frei von Feinanteilen sind.
In den folgenden Abschnitten werden Aspekte der erfindungsgemäßen Verfahren und Zusammensetzungen näher erläutert.
Im Wesentlichen monodisperse Populationen von Partikeln
Es versteht sich von selbst, dass die durch die erfindungsgemäßen Verfahren gebildeten Partikel niemals alle eine genau einheitliche Größe aufweisen. Die Größen fallen jedoch in eine viel engere Größenverteilung als bisher erreicht wurde oder die nur durch Verfahren erreicht wurden, die zu kostspielig oder zu unpraktisch sind, um für kommerzielle Anwendungen eingesetzt zu werden. Selbst wenn die durch das Mahlen von Polymeren hergestellten Partikelpopulationen alle etwa die gleiche Größe aufweisen, haben sie nicht alle etwa die gleiche Form. Die vorliegende Erfindung bietet erstmals die Möglichkeit, Partikelpopulationen zu erhalten, die sowohl annähernd die gleiche Größe als auch annähernd die gleiche Form aufweisen.
Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „im Wesentlichen monodispers“ in Bezug auf die Partikelgröße einer Population von Partikeln, dass die Partikel eine Größenverteilung aufweisen, die eng um eine einzige Größe gebündelt ist. Wie in den 5A und 5B gezeigt, kann die Größe der Partikel durch einen Hauptpeak (modaler Zahlenmittelwert) charakterisiert werden, dessen Breite auf halber Höhe 40 % oder weniger der Größe des Hauptpeaks beträgt, wenn die Partikel gut dispergiert sind und mit dem Coulter-Prinzip gemessen werden. Coulter-Counter-Instrumente werden häufig zur Messung der Partikelgrößenverteilung industrieller partikelförmiger Materialien verwendet, die in einer Elektrolytlösung suspendiert werden können, und es wird davon ausgegangen, dass der Fachmann sowohl mit der Verwendung und dem Betrieb solcher Instrumente zur Messung der Partikelgrößenverteilung als auch mit den Merkmalen der mit ihnen durchgeführten Messungen gut vertraut ist. Das Vorhandensein einiger Partikelaggregate ändert nichts an der Tatsache, dass die Partikel selbst im Wesentlichen einheitlich groß sind, oder an der Art der Partikelpopulation, die eine im Wesentlichen monodisperse Partikelgröße aufweist.
Wie hierin verwendet, erscheint der Begriff „im Wesentlichen kugelförmig“ in Bezug auf Polyarylketonpartikel, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden, dem Auge kugelförmig, wenn sie bei einer Vergrößerung betrachtet werden, die ausreicht, um die Form der einzelnen Partikel zu erkennen, wie in dem in 4 dargestellten Beispiel gezeigt.
Polyarylketone, Polyaryletherketone und deren Thio-Analoga
Wie hierin verwendet, soll der Begriff „Polyarylketon“ aromatische Polymere bezeichnen, bei denen mindestens einige der aromatischen Einheiten, die die Polymerkette bilden, durch Ketonbindungen verbunden sind, er soll jedoch Polymere nicht ausschließen, bei denen andere Bindungen, ausgewählt werden können aus einer direkten Bindung, -O-, -S-, -SO₂- oder -CR₂-, wobei R Wasserstoff, C₁- bis C₄-Alkyl, Phenyl ist oder die beiden Gruppen R (die ansonsten gleich oder verschieden sein können) extern verbunden sind, um einen cycloaliphatischen Ring zu bilden, vorhanden sind. In einem Beispiel ist die Menge der im Polymer vorhandenen -S-, -SO₂- oder - CR₂ -Verknüpfungen nicht ausreichend, um die Lösungsmittelbeständigkeit des Polymers wesentlich zu beeinträchtigen (d. h. es weist im Vergleich zu PEEK in einer Reihe von Lösungsmitteln eine ähnliche Unlöslichkeit auf wie PEEK) .
Beispiele für Polyarylketone zur Verwendung in der Erfindung sind Polyaryletherketone („PAEKs“) und Polyarylthioetherketone. Polyaryletheretherketon ist ein Beispiel für ein Polyaryletherketon.
Verfahren zur Herstellung einer im Wesentlichen monodispersen Population von Partikeln
McGrath lehrt in seiner Zusammenfassung, dass die „Wahl der Säure und ihrer Konzentrationen die Geschwindigkeit der Ketimin-Hydrolyse eines amorphen Polyarylketimin-Zwischenprodukts und die anschließende Partikelbildung beeinflusst. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass keine oder eine geringere Menge an Bewegung während der Hydrolyse die Bildung kleinerer (Submikron-) Partikel mit kugelförmiger Form fördert, während eine größere Menge an Bewegung ... zu nicht kugelförmigen, größeren Partikeln führt.“ McGrath, Zusammenfassung. Die spezifischen Lehren von McGrath zur Hydrolyse sind in Spalte 7 aufgeführt. McGrath stellt seine Ergebnisse in Tabelle 1 dar, in der die Ergebnisse der Hydrolyse von so genannten Polyarylketimin-Zwischenprodukten mit der Säure HCl bei 0,036, 0,012, 0,006 und 0,001 Mol Säure aufgeführt sind und die zeigt, dass sich die Hydrolysezeit mit sinkender Säurekonzentration verlängert, wobei die Hydrolyse bei einer Konzentration von 0,001 Mol etwa 3 Stunden dauert. McGraths Tabelle 1 zeigt auch, dass die verwendete Säure einen Unterschied macht, da Essigsäure mit einer Konzentration von 0,052 Mol keine Spaltung verursachte, als sie über 10 Tage lang getestet wurde. Id.
McGrath legt keine Beziehung zwischen der Hydrolysezeit aufgrund der Säurekonzentration und der daraus resultierenden Größe und Form der resultierenden Polyarylketonpartikel dar oder deutet darauf hin. McGrath stellt jedoch fest: „Die Bedingungen, unter denen die Hydrolyse durchgeführt wird, bestimmen die Größe und Form der Partikel. Wenn die Hydrolyse mit wenig oder gar keinem Rühren durchgeführt wird, sind die Partikel kugelförmig und können einen Durchmesser von nur 0,5 µm haben. Mit Rühren kann die Größe der Partikel auf eine Größenordnung von 5 µm ansteigen“. McGrath, col. 7, Zeilen 50-55. McGrath lehrt also, dass zur Erzielung kugelförmiger Partikel „wenig oder gar nicht gerührt“ werden sollte und dass zur Erzielung von Partikeln mit einer Größe von 5 µm gerührt werden sollte. Schließlich lehrt McGrath, dass die nach seinen Verfahren hergestellten PEEK-Pulver „zur Aggregation neigen“ und dass „die Zugabe eines Stabilisators notwendig ist, um eine stabile Suspension zu bilden und die Aggregate aufzubrechen.“ Spalten 7-8, verbindender Satz.
Studien, die der vorliegenden Offenbarung zugrunde liegen, ergaben, dass die Lehren von McGrath nicht die Herstellung von Partikelpopulationen erlaubten, die für die Verwendung in porösen Vorrichtungen geeignet waren, im Gegensatz zu den äußeren Beschichtungen, für die McGraths Verfahren entwickelt wurden. Es wurden eine Reihe wesentlicher Änderungen an McGraths Methode vorgenommen, die in ihrer Kombination überraschenderweise die Herstellung von im Wesentlichen monodispersen Populationen von im Wesentlichen kugelförmigen Polyarylketonpartikel ermöglichten, und zwar ohne die durch die McGrath-Methode erzeugten Mengen an Feinstoffen.
Im Folgenden werden zunächst die Entdeckungen hinsichtlich der Modifizierung der McGrath-Methode zur Herstellung von Partikelpopulationen mit den gewünschten Eigenschaften
Erstens bestätigen die Studien, die der vorliegenden Offenbarung zugrunde liegen, zwar, dass starke Säuren verwendet werden sollten, um die Hydrolyse der Polyarylketimin-Zwischenprodukte (oder, genauer gesagt, der Polyaryletherketimine) zu bewirken, aber die Studien zeigten auch, dass eine deutliche Verringerung sowohl der Säurekonzentration als auch der Konzentration der Polyaryletherketimine in der Mischung im Wesentlichen monodisperse Populationen von im Wesentlichen kugelförmigen Polyarylketonpartikel erzeugt. McGrath erkennt an, dass die Konzentration der Säure und das Verhältnis zu den vorhandenen Molen des Zwischenprodukts die Hydrolysegeschwindigkeit beeinflusst, aber er erklärt oder lehrt nicht, wie diese Geschwindigkeit die Größe oder Form der erzeugten Partikel beeinflusst. In den hier berichteten Studien wurde entdeckt, dass die Verringerung sowohl der Konzentration der Säure als auch der Konzentration der Polyaryletherketimine die Kontrolle der Größe der resultierenden Partikel ermöglicht und gleichzeitig dazu beiträgt, dass die Größe der resultierenden Partikel im Wesentlichen monodispers ist. Ohne an die Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass eine Verringerung der Konzentration beider Reaktanten in einer Lösung, die sie enthält, sowohl zu einer langsameren Keimbildung der Partikel als auch zu einer geringeren Wechselwirkungsrate zwischen der Säure und den Polyaryletherketiminen führt, wodurch das Wachstum der Partikel verlangsamt wird, sobald sie sich gebildet haben. Wiederum ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass die niedrige Konzentration an Polyaryletherketiminen die Bildung von Partikeln ermöglicht, die im Wesentlichen nicht zusammenkleben oder aggregieren, da die niedrige Konzentration an Polymer in der Lösung die Keime davon abhält, sich in unmittelbarer Nähe zueinander zu bilden, während die niedrigere Säurekonzentration die Hydrolysegeschwindigkeit verlangsamt, so dass die Lösung, die die Polyaryletherketimine und die Säure enthält, kurz gemischt werden kann, um eine homogeneMischung aus Säure und Polymer in Lösung zu erhalten, ohne dass das Polymer beginnt, aus der Lösung auszufallen. Es wird ferner angenommen, dass diese Änderungen der Reaktionskinetik dazu führen, dass die Populationen mit im Wesentlichen monodisperser Partikelgröße erhalten werden, die in den hier berichteten Studien beobachtet wurden.
Zweitens, wie oben erwähnt, ist die einzige Lehre in McGrath in Bezug auf die Kontrolle der Größe der Partikel, dass „mit wenig oder ohne Rühren, die Partikel kugelförmig sind und so klein wie 0,5 µm gemacht werden können. Mit Rühren kann die Größe der Partikel auf eine Größenordnung von 5 µm ansteigen“. Im Gegensatz dazu ergaben Untersuchungen, die der vorliegenden Offenbarung zugrunde liegen, dass ein kurzes Mischen der Lösung während oder kurz nach der Zugabe der Säure zu einer Lösung, die das Ketimin-Zwischenprodukt enthält, und ein anschließendes Beenden des Rührens die kontrollierte Bildung von Partikeln der gewünschten Größe erleichtert. Ferner wurde festgestellt, dass die Größe der erhaltenen Partikel durch die Steuerung des Anteils des ungeschützten Keto-Monomers, das dem Hydrochinon zur Bildung des geschützten Copolymers zugesetzt wird, das zur Bildung der Partikel verwendet wird, gesteuert werden kann.
Drittens konzentriert sich McGrath auf die Konzentration der Säure in Bezug auf die Zeit, in der die resultierende Hydrolyse abgeschlossen ist, was laut McGrath zu Partikeln von „bis zu 0,5 µm“ führt. Dies erwies sich nicht als Richtschnur für die Herstellung einer Partikelpopulation mit einer monodispersen Größenverteilung mit wenigen oder gar keinen Feinanteilen. Stattdessen wurde festgestellt, dass es wichtig ist, sowohl die Konzentration der Säure als auch die Konzentration der Ketimin-Zwischenprodukte zu verringern. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass dies sowohl eine langsame Keimbildung von Partikeln als auch eine langsame Anlagerung oder Kristallisation von Polymeren an die keimbildenden Partikel bewirkt, was zu einer Population von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln mit einer monodispersen Größe führt, mit wenigen, wenn überhaupt, Partikel, die viel kleiner sind als die durchschnittliche Größe der Partikel in der Gesamtpopulation.
Viertens lehrt McGrath, dass die mit seiner Methode hergestellten Pulver „sehr instabile Dispersionen bilden und die Partikel dazu neigen, zu aggregieren“. McGrath, Spalte 7, Zeilen 66-67. Es lehrt daher, dass „die Zugabe eines Stabilisators notwendig ist, um eine stabile Suspension zu bilden und die Aggregate aufzubrechen.“ Id., Spalten. 7-8, Überleitungsabsatz. Im Gegensatz zur Lehre von McGrath sind Stabilisatoren jedoch nicht nur nicht „notwendig“ für die Herstellung von Populationen von Polyaryletherketon-Partikel zur Verwendung in porösen Vorrichtungen, sondern können sogar für die Verwendung bei der Herstellung von porösen Vorrichtungen weggelassen werden, die in einigen gängigen Ausführungsformen zur Vorbereitung biologischer Proben für die Analyse verwendet werden. Einige der von McGrath gelehrten Stabilisatoren könnten mit den Analyten in den biologischen Proben interagieren und die Zuverlässigkeit oder Genauigkeit der nachfolgenden Analysen der Proben verringern. So enthalten in einigen Beispielen die Lösungen von Säure- und Polyarylketimin-Zwischenprodukten, die in den erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, keinen Stabilisator oder, wenn ein Stabilisator verwendet wird, den Stabilisator nur in so geringen Mengen, dass kein Stabilisator auf den durch die Verfahren hergestellten Partikelpopulationen verbleibt.
In einigen Beispielen erfolgt die Abspaltung der säurelabilen Schutzgruppe von den durch eine säurelabile Schutzgruppe geschützten Zwischenprodukten, wie den beispielhaften Polyaryletherketimin-Zwischenprodukten, in einer säurehaltigen Lösung langsam. Ohne an die Theorie gebunden sein zu wollen, geht man davon aus, dass die langsame Abspaltung der säurelabilen geschützten Zwischenprodukte dazu führt, dass das resultierende Polymer mit der Zeit auf den Keimpartikeln akkretiert oder kristallisiert, was eine bessere Kontrolle der Größe der Partikel in der sich bildenden Partikelpopulation ermöglicht. Die Bedingungen für die gewünschte langsame Abspaltung der säurelabilen Schutzgruppe von Zwischenprodukten, die durch eine solche Gruppe geschützt sind, einschließlich der Mischungszeit der Zwischenprodukte in einer säurehaltigen Lösung, geeigneter Lösungsmittel und geeigneter Konzentrationen von Säure, Copolymer, Wasser und Lösungsmitteln, werden im Folgenden ausführlich erörtert.
Beim Mischen der Säure mit der Säurelösung oder der Säure mit der Lösung, die die säurelabilen geschützten Zwischenprodukte, wie die beispielhaften Polyaryletherketimin-Zwischenprodukte, enthält, kann die Säure gleichmäßig in der gesamten Lösung, die die säurelabilen geschützten Zwischenprodukte enthält, verteilt werden, so dass die Partikel in der resultierenden Mischung an unterschiedlichen Stellen nukleieren und gleichmäßig wachsen, ohne aneinander zu stoßen und zu aggregieren. Bei kleinen Volumina kann die Säure oder eine Lösung, in der die Säure in der gewünschten Konzentration vorhanden ist (der Einfachheit halber wird im Folgenden manchmal der Begriff „Säurelösung“ für beides verwendet), einfach ohne Mischen zu der Lösung gegeben werden, die die säurelabilen geschützten Zwischenprodukte enthält (der Einfachheit halber wird im Folgenden manchmal die „Ketiminlösung“ als Beispiel für das säurelabil geschützte polymere Zwischenprodukt genannt). Für die meisten Verwendungszwecke wird die Säure jedoch in die Ketiminlösung gemischt, um das zu bilden, was hier manchmal als „Spaltreaktionslösung“ bezeichnet wird. Ein Teil des Wassers kann in der Spaltreaktionslösung vorhanden sein (typischerweise in der Lösung, die die Ketimin-Zwischenprodukte enthält), so dass es für die Hydrolyse der Schutzgruppen verfügbar ist.
Die Säure und die Lösung, die die mit einer säurelabilen Schutzgruppe geschützten Zwischenprodukte, wie z. B. ein Ketimin, enthält, können auf verschiedene Weise kombiniert werden. Beispielsweise kann in einen Behälter, der die Lösung enthält, die die säurelabilen geschützten Zwischenprodukte, wie Ketimine, enthält, die Säurelösung durch eine Öffnung an der Oberseite des Behälters mittels einer Tülle mit mehreren kleinen Öffnungen eingeführt werden, durch die die Säurelösung leicht über einen großen Bereich der Oberseite des Behälters geträufelt oder getropft wird, so dass die gesamte oder der größte Teil der Oberfläche der Öffnung gleichzeitig mit der Säurelösung beaufschlagt wird. Ein weiteres Beispiel: Der Behälter kann mit einer Reihe von Öffnungen versehen sein, die um den Behälter herum angeordnet sind. Die Säurelösung kann dann durch die Öffnungen in den Behälter eingespritzt werden, und zwar von mehreren Öffnungen aus, alle gleichzeitig oder in einer bestimmten Reihenfolge, so dass die Säurelösung in der gesamten Wanne verteilt wird. Umgekehrt kann der Behälter die saure Lösung enthalten, in die die Lösung mit den säurelabilen geschützten Zwischenprodukten, wie z. B. Ketiminen, wie oben für die saure Lösung beschrieben, zugegeben wird.
Die Säurelösung kann in den Behälter eingeführt werden, der die Lösung mit den säurelabilen geschützten Zwischenprodukten, wie z. B. Ketiminen, enthält, und die Säurelösung wird kurz in die Lösung mit den säurelabilen geschützten Zwischenprodukten gemischt, um die Säurelösung gleichmäßig in der resultierenden Mischung zu verteilen, wodurch eine Spaltungsreaktionslösung gebildet wird. Zweckmäßigerweise kann das Mischen durch Rühren, Verwirbeln, Drehen oder Beschallen der Mischung oder durch Schwenken oder Rollen des Behälters erfolgen, um eine gleichmäßige Verteilung der Säurelösung in der gesamten Mischung zu erreichen, wobei das Ziel darin besteht, zu vermeiden, dass ein oder mehrere Bereiche der Mischung länger als ein kurzes Zeitintervall eine lokal höhere Säurekonzentration aufweisen als die Mischung im restlichen Behälter.
„Kurzes Mischen“ in Bezug auf das Mischen der Säure in die Lösung, die das Ketimin-Zwischenprodukt enthält, bedeutet Mischen für eine kurze, vorher festgelegte Zeitspanne, wie etwa für etwa 3 Minuten oder weniger, zum Beispiel für etwa zwei Minuten oder weniger, wie etwa 1 ½ Minuten oder weniger. In einigen Ausführungsformen bedeutet dies etwa 1 ¼ Minuten oder weniger, etwa 1 Minute, etwa 40 Sekunden oder etwa 30 Sekunden oder etwa 20 Sekunden, wobei „etwa“ hier ± 10 Sekunden nach oder während der Einführung der Säurelösung in einen Behälter mit einer Lösung, die die Polyarylketimin-Zwischenprodukte enthält, oder umgekehrt bedeutet.
Wie dem Praktiker klar sein wird, erfolgt die Hydrolyse des Polyarylketimin-Zwischenprodukts bei den in den erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Konzentrationen nicht sofort in der gesamten Mischung, so dass eine gewisse Zeit zur Verfügung steht, um die Säurelösung in die Ketiminlösung (oder umgekehrt) einzuführen und die resultierende Mischung zu mischen, um eine gleichmäßige Verteilung der Säure in der resultierenden Mischung zu erreichen. In unseren Untersuchungen wurde die Säure zu einer zügig gerührten Lösung des ketimingeschützten Polymers gegeben und die Mischung eine Minute lang gerührt, dann wurde das Rühren gestoppt.
In einigen Ausführungsformen liegt die Konzentration der Säure in der Spaltreaktionslösung bei etwa 0,2 bis etwa 20 mmol/Liter. In einigen Ausführungsformen liegt die Konzentration der Säure in der Spaltreaktionslösung bei etwa 2 bis etwa 5 mmol/Liter. In einigen dieser Ausführungsformen beträgt die Konzentration der Säure etwa 3,7 mmol/Liter.
Eine weitere überraschende Entdeckung im Verlauf der Untersuchungen, die der vorliegenden Offenbarung zugrunde liegen, ist, dass die Größenverteilung der Partikel besser kontrolliert werden kann, wenn die Konzentration der Polymer-Wiederholungseinheit für ein ketiminhaltiges Polymer in der Spaltreaktionslösung gesenkt wird (wobei die Polymerketongruppen ganz oder teilweise Ketimin-geschützt sein können). Wie in 14 dargestellt, führt dies zu einem deutlich geringeren Tailing in der Partikelgrößenverteilung. In einigen Ausführungsformen beträgt die Konzentration des Copolymers in der Spaltreaktionslösung weniger als 170 mmol Äquivalente an Wiederholungseinheiten/Liter. In einigen Ausführungsformen beträgt die Konzentration des Co-Polymers in der Spaltreaktionslösung etwa 5 bis etwa 75 mmol Äquivalente an Wiederholungseinheiten/Liter. In einigen Ausführungsformen beträgt die Konzentration des Co-Polymers in der Spaltreaktionslösung etwa 10 bis etwa 65 mmol Äquivalente an Wiederholungseinheiten/Liter. In einigen Ausführungsformen beträgt die Konzentration des Co-Polymers in der Spaltreaktionslösung etwa 15 bis etwa 50 mmol Äquivalente an Wiederholungseinheiten/Liter. In einigen Ausführungsformen beträgt die Konzentration des Co-Polymers in der Spaltreaktionslösung etwa 18 bis etwa 25 mmol Äquivalente an Wiederholungseinheiten/Liter. In einigen Ausführungsformen beträgt die Konzentration des Co-Polymers in der Spaltreaktionslösung etwa 20 bis etwa 21 mmol Äquivalente an Wiederholungseinheiten/Liter.
In einigen Ausführungsformen ist die Menge an Wasser, die vorhanden ist, um die Hydrolyse der säurelabilen Schutzgruppe zu beeinflussen, äquimolar bis zu einem 100-fachen Überschuss gegenüber den Molen an Schutzgruppen, die auf dem zu spaltenden Copolymer vorhanden sind.
In einigen Ausführungsformen enthält die Lösung, die das Copolymer enthält, als Lösungsmittel N,N-Dimethylacetamid, N,N-Dimethylformamid, N-Methy-2-Pyrrolidon, Tetrahydrofuran, 2-Methyl-Tetrahydrofuran, Dichlorbenzol, Chlorbenzol, Chloroform, Dichlormethan, N-Butyl-2-Pyrrolidon, N-Ethyl-2-Pyrrolidon, Furfural, γ-Butyrolacton & γ-Valerolacton, 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon, N,N'-Dimethylpropylenharnstoff oder eine Kombination aus zwei oder mehreren dieser Stoffe. In einigen Ausführungsformen enthält die Lösung, die das Copolymer enthält, als Lösungsmittel N-Methyl-2-pyrrolidon oder „NMP“. In einigen Ausführungsformen liegt das organische Lösungsmittel in einer Mischung mit Wasser vor. In einigen Fällen ist das Lösungsmittel, das in einer Mischung mit Wasser vorliegt, NMP. Das NMP kann in der Mischung mit Wasser in jedem Verhältnis vorhanden sein, in dem das Präpolymer bei der Reaktionstemperatur löslich ist. In einigen Ausführungsformen besteht die Mischung aus NMP und Wasser in einem Verhältnis von etwa 5 : 1 bis etwa 330 : 1 (v/v). In einigen Ausführungsformen besteht einer Mischung aus NMP und Wasser in einem Verhältnis von etwa 15 bis 35 : 1 (v/v). In einigen Ausführungsformen besteht einer Mischung aus NMP und Wasser in einem Verhältnis von etwa 20-25 : 1 (v/v). In einigen Ausführungsformen besteht einer Mischung aus NMP und Wasser in einem Verhältnis von etwa 24,5 ± 1 : 1 (v/v).
In einigen Ausführungsformen haben die säurelabilen geschützten Copolymere ein Molekulargewicht (Mw) relativ zu Polystyrolstandards von etwa 10.000 bis etwa 75.000 Dalton. In einigen Ausführungsformen haben die Copolymere ein Molekulargewicht (Mw) von etwa 26.000 bis etwa 34.000 Dalton. In einigen Ausführungsformen haben die Copolymere ein Molekulargewicht (Mw) von etwa 32.000 Dalton. In jeder dieser Ausführungsformen bedeutet „etwa“ ±1.000 Dalton. Die Verwendung von Polymerstandards ist Polymerchemikern wohlbekannt, und die Verwendung solcher Standards wird in der Fachwelt gelehrt, z. B. in der Veröffentlichung: https://www.agilent.com/cs/library/primers/public/GPCstandardsPrimer_5991-2720EN.pdf.
Für die Hydrolyse des geschützten Zwischenprodukts geeignete Säuren
Im Allgemeinen kann jede starke Säure verwendet werden, um die Hydrolyse des geschützten Zwischenprodukts zu bewirken, wie z. B. die oben beispielhaft genannten Polyarylketimin-Zwischenprodukte. Zu den Beispielsäuren gehören Salzsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure, Bromwasserstoffsäure, lodwasserstoffsäure, Perchlorsäure, Trifluoressigsäure, Trichloressigsäure, Chlorbromessigsäure, Dichloressigsäure, Trifluormethansulfonsäure, Methansulfonsäure, Benzolsulfonsäure und Tosinsäure (auch als „p-Toluolsulfonsäure“ bezeichnet). In einem Beispiel ist die starke Säure Tosinsäure; Tosinsäure hat eine geringe Flüchtigkeit bei Raumtemperatur und ist in fester Form erhältlich, so dass sie leicht abgewogen werden kann, um eine gewünschte Säurekonzentration zu erhalten. In einigen Ausführungsformen hat die starke Säure einen pKa < 3.
Wie der Praktiker erkennen wird, dient die Säure dazu, die säurelabile Schutzgruppe, wie das Ketimin-Zwischenprodukt, zu hydrolysieren oder, anders ausgedrückt, die Ketimingruppe am Polyarylether-Ketimin-Zwischenprodukt zu spalten, um Polyaryletherketon zu bilden.
Studien, die der vorliegenden Offenbarung zugrunde liegen, zeigten auch, dass die Temperatur ein Faktor für die Verringerung oder Erhöhung der Anzahl der erzeugten Feinstoffe war. In Studien, in denen Doppelreaktionen bei 20 °C, 40 °C, 60 °C und 80 °C durchgeführt wurden, wurde festgestellt, dass bei 60 °C die geringste Anzahl von Feinanteilen erzeugt wurde. Dementsprechend wird in einigen Ausführungsformen die Hydrolyse bei einer Temperatur von etwa 5 °C bis etwa 90 °C, wie etwa 50 °C bis etwa 70 °C, durchgeführt, wobei „etwa“ ±5 °C bedeutet. In einigen Ausführungsformen wird die Hydrolyse bei einer Temperatur von etwa 60 °C durchgeführt, wobei „etwa“ ±5 °C bedeutet. In einigen Ausführungsformen wird die Hydrolyse bei einer Temperatur von etwa 60 °C durchgeführt, wobei „etwa“ ±2 °C bedeutet.
In einigen Ausführungsformen ist das Polyarylketonpolymer ein Polyetheretherketon („PEEK“).
Polyaryletherketon-Monomere und die Bedeutung der Monomerreinheit
In den Untersuchungen, die der vorliegenden Offenbarung zugrunde liegen, wurden substituierte Difluormonomere eines beispielhaften Polyaryletherketons, PEEK, verwendet. Wie dem Praktiker bekannt ist, wird 4,4' Dichlorbenzophenon auch bei der Herstellung von PEEK verwendet und dürfte für die hier beschriebenen Verfahren geeignet sein. 4,4' Difluorbenzophenon und 4,4' Dichlorbenzophenon sind einige Beispiele.
In einigen Ausführungsformen können die substituierten Monomere aus Verbindungen mit der Struktur ausgewählt werden:
wobei X₁ und X₂ jeweils ein Halogen darstellen, das aus Fluor, Chlor, Brom oder Jod ausgewählt ist, und die beiden Halogene gleich oder verschieden sein können. Spezifische Beispiele für solche dihalogenaromatischen Ketonverbindungen sind neben 4,4'-Difluorbenzophenon und 4,4'-Dichlorbenzophenon auch 4,4'-Dibrombenzophenon, 4,4'-Diiodbenzophenon, 4-Fluor-4'-chlorbenzophenon, 4-Fluor-4'-brombenzophenon, 4-Fluor-4'-iodbenzophenon, 4-Chlor-4'-brombenzophenon, 4-Chlor-4'-iodbenzophenon und 4-Brom-4'-iodbenzophenon. Diese dihalogenaromatischen Ketonverbindungen können einzeln verwendet werden, oder zwei oder mehr davon können als Mischung verwendet werden. Der Einfachheit halber werden die oben genannten substituierten Monomere hier manchmal als „Dihaloketon-Monomere“ oder „Dihalo-Monomere“ bezeichnet.
Die hier berichteten Studien haben auch gezeigt, dass die Reinheit der Dihalogenmonomere, gemessen in Mol-%, für die Herstellung von Polymeren mit Molekulargewichten wichtig ist, die für die Herstellung einer monodispersen Population von im Wesentlichen kugelförmigen Partikel eines Polyarylketonpolymers mit einem ausgewählten Durchmesser wünschenswert sind. Verunreinigungen in den Dihalogenketonmonomeren können die kristalline Struktur und die Löslichkeit des resultierenden Polymers verändern. Ohne der Theorie verpflichtet sein zu wollen, wird angenommen, dass die Reinheit der Dihalogenketon-Monomere einen Einfluss darauf hat, wie und wann die Keimbildung während der Hydrolyse erfolgt, was letztlich sowohl die Partikelgröße als auch die Morphologie beeinflusst. Die Reinheit des Monomers wird in Mol-% angegeben. Dementsprechend weisen die Monomere in einigen Beispielen eine Reinheit von mindestens 95 %, 96 %, 97 %, 98 % oder 99 % oder mehr auf. Darüber hinaus ist die Reinheit des unter Verwendung der Monomere hergestellten Copolymers für die Herstellung der gewünschten monodispersen Partikelpopulation ebenfalls sehr wichtig. Die Reinheit der Polymere wird in Gewichtsprozent angegeben.
Im Folgenden werden nun einige Ausführungsformen der Erfindung zur Herstellung einer monodispersen Population von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln aus Polyaryletherketon („PAEK“)-Polymer oder einem Thioether-Analogon eines PAEK-Polymers mit einem gewählten (ausgewählten) Durchmesser näher beschrieben. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung bezieht sich der Begriff „Thioether-Analogon eines PAEK-Polymers“ auf ein PAEK-Polymer, bei dem der Sauerstoff, der die „Brücke“ bildet, die einen Ether definiert, durch eine Thioether-Schwefel-Brücke in der Struktur ersetzt ist.
Zunächst werden die Ketongruppen der Dihalogenketonmonomere mit einer säurelabilen Schutzgruppe geschützt. Für die Bereitstellung einer säurelabilen Schutzgruppe an der Ketonfunktionalität oder den Ketonfunktionen sind verschiedene chemische Verfahren bekannt, z. B. ein Ketal, Thioketal oder Dithioketal, das aus einem entsprechenden aliphatischen Diol, Mercaptoalkohol oder Dithiol gebildet wird. In einigen Beispielen werden die Dihalogenketonmonomere mit Anilin unter Bildung von Iminen umgesetzt. Der Einfachheit halber wird im Folgenden allgemein auf den Schutz mit Anilin zur Bildung von Iminen Bezug genommen. Fachleute wissen jedoch, dass sich die Ausführungen auch auf den Schutz des Ketons mit einer der anderen in der Technik bekannten säurelabilen Schutzgruppen beziehen und anstelle der hier beschriebenen Imingruppe verwendet werden können. Jede bestimmte säurelabile Schutzgruppe kann auf ihre Eignung zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Verfahren getestet werden, indem man sie anstelle der hier besprochenen Iminfunktionalität einsetzt, ansonsten die in den Beispielen gezeigten Verfahren zur Herstellung von Partikeln befolgt und prüft, ob das Verfahren zu einer im Wesentlichen monodispersen Population mit einer Größe von etwa 1 bis etwa 10 Mikrometer führt, die im Wesentlichen kugelförmig ist.
Zweitens werden die resultierenden geschützten Dihalogen-Imin-Monomere mit Hydrochinon copolymerisiert, um einen ketogeschützten Polyarlyether zu bilden (wobei die Ketongruppe wie das Imin mit Anilin geschützt ist, das von dem verwendeten Dihalogen-Monomer übertragen wurde).
Drittens wird die Copolymerisationsreaktion so lange durchgeführt, bis das Molekulargewicht des Copolymers in der Reaktionsmischung ein gewünschtes Molekulargewicht in Dalton („Mol. Gew.“ oder „Mw“) durch Gelpermeationschromatographie („GPC“, auch als Größenausschlusschromatographie oder „SEC" bezeichnet), bezogen auf Polystyrolstandards, erreicht. Wie in 3 dargestellt, werden dazu mehrere Proben der Reaktionsmischung „im Prozess“ entnommen und extrapoliert, um die Zeit zu ermitteln, die das Polymer benötigt, um das gewünschte Molekulargewicht zu erreichen. Wie Fachleute wissen, liefert dieses Maß zur Bestimmung des Molekulargewichts das so genannte „gewichtsmittlere Molekulargewicht“ oder „Mw“, im Gegensatz zu dem als „Peak-Molekulargewicht“ oder „Mp“ und dem als „zahlenmittleres Molekulargewicht“ oder „Mn“ bekannten Maß. Es wird erwartet, dass Mw die Standardmethode zur Bestimmung des Molekulargewichts für die hier behandelten Copolymere sein wird, außer in besonderen Fällen, in denen nur schmale Polymerstandards verfügbar sind, in denen Mp geeigneter sein könnte. Es wird ferner erwartet, dass Fachleute mit den Verfahren zur Bestimmung des Molekulargewichts bestimmter interessanter Polymere vertraut sind und eine geeignete Methode für ein bestimmtes Polymer und einen bestimmten Satz von Polymerstandards auswählen können.
Zur Bildung einer im Wesentlichen monodispersen Population von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln aus Polyarylketon beträgt das gewünschte Molekulargewicht etwa 20.000 bis etwa 200.000 Dalton, 22.000 bis etwa 100.000 Dalton, 25,000 bis ca. 75.000 Dalton, 27.000 bis ca. 60.000 Dalton, 28.000 bis ca. 50.000 Dalton, 29.000 bis ca. 45.000 Dalton, 30.000 bis ca. 40.000 Dalton, wobei „ca.“ in jeder der vorangehenden Aufzählungen ±5.000 Dalton bedeutet. In einigen Ausführungsformen wird die Copolymerisationsreaktion durchgeführt, bis das Molekulargewicht des Copolymers etwa 26.000 bis etwa 36.000 Dalton oder 27.500 bis etwa 35.000 Dalton beträgt, wobei „etwa“ in den Aufzählungen in diesem Satz ± 2.500 Dalton bedeutet. In einigen Ausführungsformen wird die Copolymerisationsreaktion durchgeführt, bis das Molekulargewicht des Copolymers etwa 31.000 bis etwa 34.000 Dalton, etwa 31.000 bis etwa 33.000 Dalton oder etwa 32.000 Dalton beträgt, wobei „etwa“ in diesem Satz ±500 Dalton bedeutet. Der Klarheit halber sei nochmals darauf hingewiesen, dass es sich bei den Molekulargewichten um relative Werte im Vergleich zu Polystyrolstandards und nicht um absolute Werte handelt. Für Polymere wie Ketimin-geschütztes PEEK ist keine geeignete Reihe von Standards im Handel erhältlich. Daher ist es in der Praxis üblich, das Molekulargewicht solcher Polymere relativ zu einer Reihe von Standards für ein anderes Polymer (wie Polystyrol, Polymethylmethacrylat oder Polyethylenoxid) zu bestimmen, die im Handel erhältlich und mit dem gewählten analytischen Lösungsmittelsystem kompatibel sind und die unter denselben chromatographischen Bedingungen auf demselben Gerät, das für die GPC/SEC-Analyse verwendet wird, durchgeführt wurden.
In den hier berichteten Studien wurde entdeckt, dass die Copolymerisation von geschützten Dihalogenmonomeren mit Hydrochinon dazu führt, dass während der folgenden Schutzgruppenspaltungsreaktion eine ausgeprägte Partikelgröße erzeugt wird, während, wenn ein Teil des geschützten Dihalogenmonomers bei der Copolymerisation mit Hydrochinon durch einen äquimolaren Anteil der ungeschützten Ketonform des Dihalogenmonomers ersetzt wird, während der späteren Schutzgruppenspaltungsreaktion kontrollierbar kleinere Partikelgrößen (in Bezug auf die ausgeprägte Partikelgröße) erzeugt werden können. Die Copolymerisation führt zur Bildung eines ketogeschützten Polyaryletherketons - gegebenenfalls mit Polyaryletherketon-Gehalt in einem ausgewählten Verhältnis von Molprozent ketogeschütztem Polyaryletherketon zu Molprozent keto-ungeschützter Polyaryletherketone.
Die nachstehende Tabelle 1 zeigt, dass die Größe der am Ende des Prozesses erhaltenen Partikeln etwa 8 bis 8,5 Mikrometer betrug, wenn keine ungeschützten Monomere in der Copolymerisation enthalten waren, 5,2-5.7 Mikrometer, wenn 90% geschützte Monomere vorhanden waren (was bedeutet, dass 10% der Monomere ungeschützt waren), 1,6 Mikrometer, wenn 80% der Monomere geschützt und 20% ungeschützt waren, und kleiner als 1,6 Mikrometer, wenn 75% der Monomere geschützt und 25% ungeschützt waren. Partikel mit einer Größe von etwa 1,6 Mikrometer bis etwa 5,2 Mikrometer können hergestellt werden, indem bei der Co-Polymerisation ungeschützte Monomere in einem Prozentsatz von weniger als 20 %, aber mehr als 10 % zugesetzt werden, während Partikel mit einer Größe von etwa 5,7 bis etwa 7,9 Mikrometer erhalten werden können, indem ungeschützte Monomere in einem Prozentsatz von weniger als 10 %, aber mehr als 0 % zugesetzt werden. Obwohl die Größe der Partikel von Charge zu Charge etwas variiert, ist die Größe der Partikelpopulation innerhalb jeder Charge im Wesentlichen monodispers. Alternativ können die Partikel auch durch Mischen mehrerer Chargen hergestellt werden, um Partikel der gewünschten Größe zu erzeugen. Beispielsweise können Partikel durch Mischen mehrerer Chargen hergestellt werden, um die Partikelgröße zu verändern - z. B. würde eine 50:50-Gewichtsmischung aus 100 % und 75 % geschützten Monomeren Partikel mit einer ausgewählten Größe von etwa 8 bis etwa 1,6 µm ergeben.
Viertens wird das Co-Polymer aus dem vorangegangenen Schritt in einer verdünnten Lösung mit einer verdünnten starken Säure hydrolysiert. Für die Hydrolyse kann entweder Wasser zum Reaktionslösungsmittel hinzugefügt werden oder bereits mit der Säure vorhanden sein (z. B. eine wässrige HCl-Lösung) oder beides. Der Einfachheit halber wird einer Mischung aus der Lösung mit dem Co-Polymer, der verdünnten starken Säure und dem Wasser hier manchmal als „Spaltreaktionslösung“ bezeichnet. Das aus der Hydrolyse resultierende Polyarylketon ist in der wässrigen Lösung sehr schlecht löslich; wenn also seine Metastabilitätsgrenze (Sättigungsgrenze) erreicht ist, tritt es aus der Lösung aus und bildet Kerne, an denen sich weiteres hydrolysiertes Polymer anlagert, wodurch einheitliche, kugelförmige Polyarylketonpartikel entstehen.
Die verdünnte starke Säure kann in der Spaltreaktionslösung in einer Menge von etwa 0,2 bis etwa 20 mmol/Liter vorhanden sein. In einigen Ausführungsformen ist sie in der Spaltreaktionslösung in einer Konzentration von etwa 2 bis etwa 5 mmol/Liter vorhanden. In einigen Ausführungsformen beträgt die verdünnte Konzentration des Copolymers in der Spaltreaktionslösung weniger als etwa 170 mmol-Äquivalente an Wiederholungseinheiten/Liter. In einigen Ausführungsformen beträgt die Konzentration des Co-Polymers in der endgültigen Spaltreaktion etwa 65 bis etwa 75 mmol Äquivalente an Wiederholungseinheiten/Liter. In einigen Ausführungsformen beträgt die Konzentration des Co-Polymers in der Spaltreaktionslösung etwa 67,6 mmol/L. In einigen Ausführungsformen ist die Menge an Wasser, die vorhanden ist, um die Hydrolyse zu bewirken, etwa ein äquimolarer bis etwa 100-facher Überschuss zu den Molen an Schutzgruppen, die sich auf dem zu spaltenden Copolymer befinden.
Um gute Ergebnisse zu erzielen, kann das im vorangegangenen Schritt gebildete Copolymer eine Reinheit von etwa 95 % oder mehr aufweisen. Das oben beschriebene Verfahren führt zu Partikeln, die bis zu einer Größe von etwa 10 Mikrometern hergestellt werden können.
Es wurde bereits berichtet, dass das Vorhandensein von ungeschütztem Polymer, das in das Copolymer eingearbeitet ist, zu kleineren Partikelgrößen führt. Es ist jedoch eine überraschende Erkenntnis, der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, dass die Steuerung der Bedingungen, wie hier beschrieben, die Steuerung der Partikelgröße mit einer nahezu linearen Beziehung zwischen dem Gehalt an ungeschütztem Monomer und im Copolymer und der Partikelgröße ermöglicht.

Der Fachmann kann nach den oben beschriebenen Verfahren die Hydrolysezeit bestimmen, die eine monodisperse Population von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln aus Polyarylketonpolymer mit einem bestimmten vorgewählten Durchmesser von z.B. 1 Mikrometer bis 10 Mikrometer mit einer bestimmten Säure, die aus der oben beschriebenen Liste ausgewählt wurde, und einer bestimmten Säurekonzentration innerhalb dieser Liste erzeugt, mit einem bestimmten PAEK-Polymer oder einem Thio-Analogon eines PAEK-Polymers nach Wahl, indem man einfach Iterationen des oben beschriebenen Verfahrens unter Verwendung der ausgewählten Reagenzien durchführt und die Durchmesser von Proben der resultierenden Partikel bei ausgewählten Verhältnissen von geschützten zu ungeschützten Monomeren misst und den Durchmesser der Partikel in der Probe bei jedem ausgewählten Verhältnis unter Verwendung dieser speziellen Auswahl von Reagenzien notiert. Tabelle 1 und 2 zeigen die Partikelgröße, die bei ausgewählten Verhältnissen von geschützten zu ungeschützten Gruppen erhalten wurde, wobei als Beispiel geschützte Gruppen, die vom Ketimin des Anilins mit 4,4'-Difluorbenzophenon-Monomer abgeleitet sind, und ungeschützte Gruppen, die vom 4,4'-Difluorbenzophenon-Monomer abgeleitet sind, verwendet wurden. Tabelle 1

Charge	Geschützte Gruppen (mol %)	Coulter Partikelgröße (µm)
016-1-1	100	8,1
016-1-2	100	8,3
016-1-3	100	8,6
016-1-4	100	8,8
017-1-2	100	8,0
017-1-3	100	7,9
017-1-4	100	7,9
017-C1-1	90	5,2
017-C1-2	90	5,7
017-C1-3	90	5,6
017-C1-4	90	5,7
017-C2-2	80	1,6
017-C2-3	80	1,6
017-C2-4	80	1,6
017-C3-2	75	kleiner als 1,5 µm
017-C3-3	75	kleiner als 1,5 µm
017-C3-4	75	kleiner als 1,5 µm

2 zeigt die in Tabelle 1 dargestellten Daten in Form einer Kurve.
Herstellung porösen Vorrichtungen aus den Partikelpopulationen
In einigen Ausführungsformen wird die im Wesentlichen monodisperse Population von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln aus Polyarylketonpolymer mit einem vorgewählten Durchmesser, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, zu einer porösen Vorrichtung geformt. In einigen Ausführungsformen ist die poröse Vorrichtung eine Fritte, ein Filter, eine Membran oder ein Monolith. Es sollte beachtet werden, dass jede dieser Arten von Vorrichtungen eine Verwendung hat, die dem Fachmann bekannt ist und von ihm verstanden wird, und dass viele Beispiele im Handel erhältlich sind. Fritten sind in der Regel zylinderförmige (häufig dünne und scheibenförmige) Filter mit ausgewählter Porosität und anderen Eigenschaften. Biotech USA LLC (Minneapolis, MN) gibt beispielsweise an, HPLC-Fritten, die zur Verwendung mit analytischen Säulen, semipräparativen Säulen und präparativen Säulen entwickelt sind, in verschiedenen Größen von Frittenscheiben und mit zahlreichen Porositäten anzubieten. Filter, insbesondere solche, die der chromatographischen Säule vorgeschaltet sind („Vorfilter“), können auch in solchen Systemen (und in anderen Systemen) verwendet werden, um Partikel im Lösungsmittel oder einer anderen Flüssigkeit abzufangen, die das System sonst beschädigen oder verstopfen könnten. Solche Vorfilter werden häufig verwendet, obwohl die Säule normalerweise eine Fritte am Kopf der Säule aufweist, da es viel einfacher und wirtschaftlicher ist, einen Vorfilter zu wechseln als eine Fritte, ohne das Packungsmaterial der Säule zu stören. Bei Säulen, bei denen die Fritte eingepresst ist und nicht ausgetauscht werden kann, kann durch die Verwendung eines Vorfilters der Austausch der gesamten Säule vermieden werden.
Den Produktunterlagen für einige im Handel erhältliche PEEK-Fritten, z. B. in der Broschüre für Fritten von Biotech USA, LLC, wird angegeben, dass sie in Größen wie 0,5, 2,5 und 10 Mikrometer erhältlich sind. Es wird vermutet, dass sich die Broschüren auf nominale und nicht auf tatsächliche oder effektive Porengrößen beziehen und dass die Größe der PEEK-Partikel, aus denen die Fritten hergestellt werden, viel größer ist. Um aus diesen großen, unregelmäßig geformten Partikeln Fritten, Inline-Filter oder andere poröse Vorrichtungen mit einer Größe von 2 µm oder weniger herzustellen, muss ein erheblicher Druck ausgeübt werden, um die Partikel zusammenzupressen, was zu eingeschränkten Durchlässen, höherem Gegendruck und Verstopfungsgefahr führt.
Die Partikelpopulationen können auf herkömmliche Weise zu Fritten, Filtern (wie Leitungsfiltern oder Vorfiltern), Membranen oder Monolithen geformt werden. Es wird davon ausgegangen, dass der Fachmann mit Verfahren zur Formung solcher Vorrichtungen vertraut sind und dass eine detaillierte Erläuterung nicht notwendig ist. Einige Aspekte werden jedoch im Folgenden erörtert.
In einigen Ausführungsformen können Polyaryletherketonpartikel, wie Polyetheretherketonpartikel, zu einer Membran geformt werden. Solche Membranen können beispielsweise dazu verwendet werden, die Seiten einer Metallchromatographiesäule oder einer Metallpatrone für die Festphasenextraktion auszukleiden, um die Wechselwirkung von gelösten Stoffen in einer biologischen Probe mit den Metallseiten der Säule oder Patrone zu verringern, wenn die gelösten Stoffe hindurchfließen. Poröse Membranen können auch für Trennanwendungen, einschließlich Mikrofiltration und Ultrafiltration, verwendet werden.
Typischerweise erfolgt die Formgebung durch Packen der Partikel in eine Form oder eine Matrize und anschließendes Pressen der Partikel in der Matrize. Bei einer Fritte werden die Partikel in der Matrize zu einer flachen Scheibe gepresst, wie beispielsweise in Bailey, U.S. Patent Nr. 5,651,931 (im Folgenden „Bailey“ oder das „Bailey-Patent“) beschrieben. In der Studie, über die in Beispiel 4 berichtet wird, wurden PEEK-Partikel mit einer handelsüblichen FTIR 3/8"-Bolzenpresse zu Fritten geformt.
In den hier beschriebenen Studien wurde festgestellt, dass die nach den oben beschriebenen Verfahren hergestellten Partikel duktiler sind als PEEK-Partikel, die durch Mahlen von PEEK-Blöcken hergestellt wurden. Die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten PEEK-Partikel sind teilkristallin, jedoch ist diese Kristallinität ungeordnet, und die Partikel sind formbar. Wenn sie zusammengepresst werden, kleben die Partikel leicht in einer Form zusammen, ohne dass diese Form bricht oder reißt, und behalten dann diese Form bei, um eine weitere Handhabung zu ermöglichen. Dementsprechend ist bei ähnlichen effektiven Porengrößen weniger Kraft erforderlich, um die erfindungsgemäßen Partikel in eine Form zu pressen, als dies beim Zusammenpressen größerer gemahlener PEEK-Partikel der Fall ist. Dies ist ein weiterer überraschender Vorteil von Partikelpopulationen, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden, da die geringere Kraft, die erforderlich ist, um sie in die Form der porösen Vorrichtungen zu bringen, eine geringere Verzerrung der Form der im Wesentlichen kugelförmigen Partikel verursacht und dazu beiträgt, eine Porengröße zu erzielen, die in der gesamten porösen Vorrichtung gleichmäßig ist. Darüber hinaus neigen die erfindungsgemäßen Partikel, sobald sie in eine Matrize oder Form gegeben und zusammengepresst wurden, dazu, aneinander zu haften, wenn sie aus der Matrize oder Form entfernt werden, um spätere Schritte vorzubereiten, wie z. B. das Einbringen in einen Ofen zum Sintern (das Sinter- oder Glühverfahren macht die aus den erfindungsgemä-ßen Partikeln hergestellten Vorrichtungen dann überraschenderweise stärker als Fritten, die aus gemahlenen Partikeln hergestellt wurden, wie weiter unten beschrieben).
In einigen Ausführungsformen werden die porösen Vorrichtungen gebildet, indem eine im Wesentlichen monodisperse Population von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln aus Polyaryletherketonpolymer oder aus einem Thio-Analogon eines solchen Polymers mit einem ausgewählten Durchmesser erhalten wird, die Partikel in das Innere einer Form, einer Matrize oder eines anderen Behälters (zusammenfassend „Behälter“) gegeben werden, dessen Inneres die Form der gewünschten Vorrichtung aufweist, und die Partikel in dem Behälter mit einem Druck von etwa 5 N/mm²bis etwa 200 N/mm²gepresst werden. In einigen Ausführungsformen werden die Partikel mit einer Kraft von etwa 10 N/mm²bis etwa 40 N/mm²in dem Behälter gepresst. In einigen Ausführungsformen ist die Vorrichtung eine Fritte, und das Verfahren umfasst (a) das Erhalten einer im Wesentlichen monodispersen Population von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln aus Polyaryletherketon-Polymer oder einem Thio-Analogon eines solchen Polymers in einem Behälter, (b) das Pressen der im Wesentlichen monodispersen Population von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln des Polymers in dem Behälter und anschließend (c) das Sintern oder anderweitige Verbinden der im Wesentlichen monodispersen Population von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln miteinander, wodurch die Fritte hergestellt wird. Nach dem Pressen in dem Behälter können die Partikel gesintert oder auf andere Weise miteinander verbunden werden, während sie sich in dem Behälter befinden, oder sie können vorsichtig aus dem Behälter entfernt werden, um die Form, in die sie gepresst wurden, nicht zu zerstören, und dann gesintert oder auf andere Weise miteinander verbunden werden.
Herstellen, Sintern und Kühlen poröser Vorrichtungen
In einigen Ausführungsformen, z. B. bei Fritten und Filtern, bestehen die porösen Vorrichtungen aus Partikelpopulationen, die gesintert oder auf andere Weise miteinander verbunden wurden. (Wie im vorangegangenen Abschnitt erwähnt, neigen die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Partikel zur Aggregation. Der Begriff „verbunden“ soll sich in diesem Abschnitt auf dauerhaftere Verbindungen zwischen den Partikeln als bloße Aggregation oder Klebrigkeit beziehen).
Wikipedia definiert Sintern wie folgt: „Sintern oder Frittage ist das Verfahren der Verdichtung und Formung einer festen Materialmasse durch Hitze oder Druck, ohne sie bis zum Punkt der Verflüssigung zu schmelzen.“ (Zitate ausgelassen). Die Temperaturen für das Sintern von Polyarylketonen, einschließlich PEEK, sind in der Technik seit Jahrzehnten bekannt. So lehrt beispielsweise das 1997 veröffentlichte Bailey-Patent das Erhitzen von PEEK-Partikeln in einem Ofen auf etwa 340 °C ± 2 °C, was als „im Wesentlichen 340 °C“ bezeichnet wird. Bailey, oben, in Spalte 6, letzter Absatz. Bailey lehrt das Erhitzen der PEEK-Partikel mit einer Rate von 75 °C pro Minute und das Halten der PEEK-Partikel bei im Wesentlichen 340 °C für mindestens 30 Minuten und das anschließende Entfernen der „nun gesinterten PEEK-Partikel“, die „nun einen Filter bilden“, aus dem Ofen und das „Stehen in einem offenen Bereich zum Abkühlen an der Luft bei Raumtemperatur“. Bailey, oben, in Spalte 7, Zeilen 5-10. Die Temperaturen für ein bestimmtes Polyarylketon außer PEEK hängen von der Schmelztemperatur des jeweiligen Polyarylketons ab, während die Zeit bei der Temperatur bis zu einem gewissen Grad von der Größe und Form des zu sinternden Objekts und der Erhitzungsrate abhängt; und wenn es in einer Form oder einem anderen Behälter gesintert wird, hängt es auch teilweise von der Größe, Form und Konfiguration der Form oder des anderen Behälters ab. Geeignete Sintertemperaturen liegen in der Regel im Bereich unmittelbar unter dem Schmelztemperatur-Maximum des Materials, häufig im Bereich zwischen der Temperatur des Schmelzbeginns und dem Schmelztemperatur-Maximum, die mit Hilfe der Differentialscanningkalorimetrie (DSC) gemessen werden können. Die Sintertemperaturen, die für ein bestimmtes Polyarylketon und für dieses Polyarylketon in einer Form oder einem anderen Behälter beliebiger Größe, Form und Konfiguration geeignet sind, lassen sich durch Routinetests einfach ermitteln.
In Studien, in denen PEEK-Partikel, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden, in einer hydraulischen Presse zu einer Fritte geformt, aus der Form entnommen und dann in einer Schale gesintert wurden, wurden gute Ergebnisse erzielt, wenn die Fritten 4 Stunden lang auf 335 °C erhitzt wurden. Weitere Untersuchungen ergaben, dass Fritten auch durch Erhitzen der geformten Partikel auf 340 °C für 4 Stunden oder für 8 Stunden oder auf 335 °C für 8 Stunden hergestellt werden können. Die unter den drei letztgenannten Bedingungen hergestellten Fritten hatten zwar eine etwas dunklere Farbe, waren aber für die Verwendung als Fritten geeignet.
Das Bailey-Patent lehrt, dass nach dem Erhitzen des PEEK-Pulvers (Partikel) auf „im Wesentlichen 340 °C für mindestens dreißig Minuten das nun gesinterte PEEK-Pulver ... aus dem Ofen entfernt werden sollte ... und in einem offenen Bereich bei Raumtemperatur an der Luft abkühlen gelassen werden sollte“. Bailey, in Spalte 7, Zeilen 5-10.
Fritten, die mit den erfindungsgemäßen, im Wesentlichen monodispersen Partikelpopulationen als beispielhafte Ausführungsformen für poröse Vorrichtungen hergestellt wurden, erwiesen sich als fester (widerstandsfähiger gegen Brüche) als derzeit im Handel erhältliche Fritten. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass die signifikante Erhöhung der Festigkeit der Fritten, die durch die hier gelehrten Verfahren als beispielhafte poröse Vorrichtungen hergestellt wurden, zum Teil auf die gleichmäßige Größenverteilung und die kugelförmige Form der Partikel zurückzuführen ist, die es den Partikeln ermöglichen, sich während des Sinterprozesses besser zu verbinden. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, ist die Erhöhung der Festigkeit in einigen Ausführungsformen zum Teil auf die unten beschriebenen verbesserten Heiz- und Kühlverfahren zurückzuführen. Man geht davon aus, dass handelsübliche PEEK-Fritten nach dem Sintern durch Luftkühlung entweder außerhalb eines Ofens oder, bei Öfen mit eingebautem Kühlgebläse, unter Verwendung des in den Ofen eingebauten Kühlgebläses gekühlt werden. In einigen Ausführungsformen können die erfindungsgemäßen porösen Vorrichtungen durch herkömmliche Exposition bei Raumtemperatur oder durch ein Kühlsystem in einem Ofen gekühlt werden. Wenn die Vorrichtungen in einem Gaschromatographie-Ofen („GC“) erhitzt werden, der üblicherweise mit einem Gebläse ausgestattet ist, kann die Geschwindigkeit der Abkühlung durch den Betrieb des Gebläses erhöht werden. Das Gebläse in solchen Öfen kann mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 °C/min kühlen und somit die Proben sehr schnell auf Raumtemperatur abkühlen, im Gegensatz zum Bailey-Verfahren, bei dem die Vorrichtungen außerhalb des Ofens mit Luft gekühlt werden. Alternativ können auch andere schnelle Abkühlverfahren eingesetzt werden, z. B. indem die Probe auf oder zwischen Kühlplatten gelegt wird und eine Kühlflüssigkeit (z. B. Wasser) durch die Kühlplatten zirkuliert. Solche schnelle Abkühlverfahren verhindern die Kristallisation von Polyaryletherketonen wie PEEK, die gerade gesintert wurden, und verbessern so ihre Duktilität oder „Nachgiebigkeit“. (Die Begriffe „schnelles Abkühlen“, „aktives Abkühlen“, „erzwungenes Abkühlen“ und „schnelles Abkühlen“ werden hier austauschbar verwendet, sofern nicht anders angegeben oder durch den Kontext erforderlich). In einigen Ausführungsformen, wie z. B. beim Zusammenbau einer Chromatographiesäule, die eine Fritte oder einen Filter enthält, ist es von Vorteil, wenn die Fritte oder der Filter eine gute Duktilität aufweist. Um sicherzustellen, dass die Fritte, der Filter oder eine andere poröse Vorrichtung in solchen Ausführungsformen fest in die Säule passt, hat die poröse Vorrichtung normalerweise einen etwas größeren Durchmesser als die Säule. Es ist von Vorteil, wenn sich die Ränder der porösen Vorrichtung leicht verformen können, damit sie fest in die Säule passt, ohne zu brechen oder zu reißen. (Das Brechen oder Reißen der Fritte kann zu Lücken bzw. Spalten oder Unregelmäßigkeiten führen, durch die gelöste Stoffe oder Partikel wandern können, ohne von der gesamten Dicke der Fritte oder des Filters gefiltert zu werden). Dementsprechend sind poröse Vorrichtungen, die sowohl bruchfest als auch duktil sind, als Komponenten für den Einbau in Säulen und Systeme zur Trennung von Analyten oder zur Filtration von Partikeln aus Lösungen, die sie enthalten, nützlicher.
In einer weiteren Studie wurde das beispielhafte Polyaryletherketon PEEK gesintert und anschließend in einem Differential-Scanning-Kalorimetrie-Instrument („DSC“) bei 10 °C/min abgekühlt. Die DSC-Kühlkurve zeigte ein Kristallisationsereignis. Man geht davon aus, dass die Kristallisation an den (nun gesinterten) Partikel-Partikel-Grenzen eine festere Frittenstruktur bildet als bei porösen Vorrichtungen, die entweder durch Luftkühlung oder mit einer Geschwindigkeit von 100 °C/min durch Zwangskühlung in einem GC-Ofen abgekühlt werden. Dementsprechend wird davon ausgegangen, dass in einigen Ausführungsformen poröse Vorrichtungen, wie z. B. Fritten, durch Abkühlung mit Geschwindigkeiten von etwa 20 °C/min bis etwa 5 °C/min stärker gemacht werden können, was zu Fritten und anderen porösen Vorrichtungen führt, die stärker sind als die derzeit im Handel erhältlichen. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Abkühlung daher mit einer Geschwindigkeit von etwa 20 °C/min bis zu 5 °C/min. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Kühlung mit einer Geschwindigkeit von etwa 8 °C/min. Wie in den 11 und 12 gezeigt, führte die Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von etwa 8 °C/min zu Fritten, die bei Quetschversuchen in axialer Richtung etwa 20 % und in radialer Richtung etwa 15 % stärker waren als Fritten, die mit einer Geschwindigkeit von 100 °C/min abgekühlt wurden.
Es wurde jedoch auch festgestellt, dass eine Änderung des Abkühlverfahrens gegenüber dem von Bailey gelehrten Verfahren die Festigkeit der getesteten porösen Vorrichtungen (in diesem Fall Beispielfritten) überraschenderweise ändert. Überraschenderweise führte die Abkühlung der gerade gesinterten Fritten über Nacht in dem Ofen, in dem sie erhitzt worden waren (und der somit von der gleichen Temperatur wie die Fritten selbst abkühlte), zu Fritten, die in Drucktests deutlich bruchfester waren (d. h. eine höhere „Bruchfestigkeit“ aufwiesen) als solche, die durch Luftkühlung hergestellt wurden, wie es Bailey vor über zwei Jahrzehnten lehrte. Wie in den 11 und 12 dargestellt, wiesen Beispielfritten, die in einem GC-Ofen bei 0,3 °C/min gekühlt wurden, eine um etwa 45 % höhere axiale und um etwa 25 % höhere radiale Bruchfestigkeit auf als solche, die bei 100 °C/min gekühlt wurden. Daher bietet dieses „langsame Abkühlen“ von frisch gesinterten porösen Bauteilen aus Polyarylketonen wie PEEK auf Umgebungstemperatur in einem isolierten Behälter einen überraschenden, bisher unbekannten und unerkannten Vorteil.
Es wurde auch festgestellt, dass eine Änderung des Verfahrens des schnellen Aufheizens (100 °C/min) auf die Sintertemperatur gegenüber dem von Bailey gelehrten Verfahren die Festigkeit der geprüften porösen Vorrichtungen verändert. Überraschenderweise führte ein langsameres Aufheizen der vorgesinterten Fritten auf die Sintertemperatur zu einer höheren Bruchfestigkeit. Beispielhafte Fritten, die mit 0,5 °C/min aufgeheizt wurden, wiesen im Vergleich zu Fritten, die mit 25 °C/min aufgeheizt wurden, eine um etwa 20 % höhere axiale und eine um etwa 15 % höhere radiale Bruchfestigkeit auf. Das „langsame Aufheizen“ von vorgesinterten porösen Bauteilen aus Polyarylketonen wie PEEK auf die Sintertemperatur bietet den porösen Vorrichtungen daher einen weiteren überraschenden und bisher unbekannten und unerkannten Vorteil. In Kombination mit den Erkenntnissen über die jeweiligen Vorteile der schnellen und langsamen Abkühlung, die in den obigen Abschnitten erörtert wurden, bietet die Erfindung dem Fachmann in einigen Aspekten die Möglichkeit, die Eigenschaften der porösen Vorrichtungen je nach Bedarf für eine bestimmte Verwendung einzustellen, indem er eine Geschwindigkeit für die Erwärmung oder Abkühlung der Vorrichtungen oder beides wählt, um ihre Festigkeit zu maximieren, ihre Duktilität zu maximieren oder ein Gleichgewicht dieser Eigenschaften zu erreichen, das für die beabsichtigte Verwendung geeignet ist. Es wird erwartet, dass angesichts der in dieser Offenbarung dargelegten Vorteile einer langsamen gegenüber einer schnellen Erwärmung und einer langsamen gegenüber einer schnellen Abkühlung Fachleute ohne weiteres Kombinationen von Erwärmungs- und Abkühlungsgeschwindigkeiten bestimmen können, die ihnen poröse Vorrichtungen liefern, die Bruchfestigkeit, Duktilität oder beides aufweisen, die für die beabsichtigte Verwendung der porösen Vorrichtung geeignet sind.
In einem anderen Aspekt bezieht sich die Erfindung auf die Herstellung poröser Vorrichtungen, die eine im wesentlichen monodisperse Population von im wesentlichen kugelförmigen Partikeln aus Polyarylketonpolymer mit einer Schmelztemperatur umfassen, wobei die Partikel einen Durchmesser von etwa 10 µm oder weniger aufweisen und ein Großteil der Partikel in der Population gesintert oder auf andere Weise an andere Mitglieder der Population gebunden wurde. In einigen Ausführungsformen weisen die Partikel einen Durchmesser von etwa weniger als 0,5 µm bis etwa über 5 µm auf, beispielsweise einen Durchmesser von etwa 1 bis etwa 10 µm. In einigen Ausführungsformen haben die Partikel einen Durchmesser von etwa 2 bis etwa 9 µm. In einigen Ausführungsformen weisen die Partikel einen Durchmesser von etwa 4 bis etwa 8 µm auf. In einigen Ausführungsformen weisen die Partikel einen Durchmesser von über 5 bis etwa 6 µm auf. In einigen Fällen ist das Polyarylketonpolymer ein Polyetheretherketon („PEEK“).
In einigen Ausführungsformen ist die poröse Vorrichtung eine Membran, ein Monolith, eine Fritte oder ein Filter. In einigen Ausführungsformen ist die Vorrichtung eine Fritte. In einigen Aspekten stellt die Erfindung Fritten mit Blasenpunktdrücken bereit, die höher sind als die, die bei den derzeit handelsüblichen Fritten verfügbar sind. In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei der Fritte um eine Flüssigkeitschromatographie-Fritte, optional um eine Hochleistungsflüssigkeitschromatographie-Fritte. In einigen Ausführungsformen bestehen die Partikel der Fritte aus PEEK. In einigen Ausführungsformen hat die Fritte einen Blasenpunktdruck von etwa 2 bis etwa 100 Inch Quecksilber, wobei „etwa“ in Bezug auf den Blasenpunktdruck in diesem Absatz ±0,5 Inch bedeutet. In einigen Ausführungsformen hat die Fritte einen Blasenpunktdruck von etwa 3 bis etwa 30 Inch Quecksilber, während sie in anderen einen Blasenpunktdruck von etwa 13 bis etwa 30 hat. In einigen Ausführungsformen hat die Fritte einen Blasenpunktdruck von etwa 7 bis etwa 13 Inch Quecksilber. In einigen Ausführungsformen ist die Vorrichtung eine Fritte oder ein Filter und hat eine Bruchfestigkeit von mehr als etwa 30 N radialer Druckkraft (d. h. an der Kante) für eine Probe mit einem Durchmesser von 2,1 mm und einer Dicke von 1,55 mm (alle unten angegebenen radialen Druckkräfte beziehen sich auf eine Beispielprobe mit diesem Durchmesser und dieser Dicke) und beträgt vorzugsweise etwa 40 N oder mehr. In einigen dieser Ausführungsformen hat die Fritte oder der Filter eine radiale Bruchfestigkeit von mehr als etwa 30 N bis etwa 120 N Stauchungskraft. In einigen Ausführungsformen hat die Fritte oder der Filter eine Bruchfestigkeit von etwa 40 N bis 120 N oder mehr in radialer Richtung. In einigen Ausführungsformen hat die Fritte oder der Filter eine radiale Bruchfestigkeit von etwa 40 N bis etwa 100 N. In einigen Ausführungsformen hat die Fritte oder der Filter eine Bruchfestigkeit von etwa 40 N bis etwa 90 N in radialer Richtung. In einigen Ausführungsformen hat die Fritte oder der Filter eine Bruchfestigkeit von etwa 40 N bis etwa 80 N in radialer Richtung. In einigen Ausführungsformen hat die Fritte oder der Filter eine Bruchfestigkeit von etwa 40 N bis etwa 70 N in radialer Richtung. In einigen Ausführungsformen hat die Fritte oder der Filter eine Bruchfestigkeit von etwa 70 N bis etwa 120 N Druckkraft in radialer Richtung. In einigen Ausführungsformen weist die Fritte oder der Filter eine Bruchfestigkeit von mehr als etwa 40 MPa in axialer Richtung für eine Beispielprobe mit einem Durchmesser von 2,1 mm auf (die nachstehenden Angaben zur axial gemessenen Bruchfestigkeit beziehen sich auf eine Beispielprobe mit diesem Durchmesser). In einigen Ausführungsformen hat die Fritte oder der Filter eine axiale Bruchfestigkeit von etwa 40 MPa bis etwa 175 MPa (175 MPa ist ungefähr die Grenze, bis zu der aktuelle Instrumente die axiale Kraft für poröse Vorrichtungen mit dem angegebenen Beispieldurchmesser messen können). In einigen Ausführungsformen hat die Fritte oder der Filter eine Bruchfestigkeit von etwa 40 MPa bis etwa 150 MPa in axialer Richtung. In einigen Ausführungsformen hat die Fritte oder der Filter eine Bruchfestigkeit von etwa 40 MPa bis etwa 100 MPa. In einigen Ausführungsformen hat die Fritte oder der Filter eine Bruchfestigkeit von etwa 100 MPa bis etwa 150 MPa. In einigen Ausführungsformen hat die Fritte oder der Filter eine axiale Bruchfestigkeit von etwa 150 MPa bis etwa 175 MPa. In Bezug auf die Bruchfestigkeit bedeutet „etwa“ ±1 N, wenn es sich um eine Radialkraft handelt, oder ±1 MPa, wenn es sich um eine Axialkraft handelt. Die Kombination aus einem grö-ßeren Bereich verfügbarer Blasenpunktdrücke und Festigkeit ist ein weiterer Vorteil der porösen Vorrichtungen einiger Ausführungsformen der Erfindung.
In einigen Ausführungsformen wurden die Partikel der monodispersen Population durch langsames Erhitzen der Partikel auf eine ausgewählte Temperatur um die Schmelztemperatur der Partikel herum, Halten auf der ausgewählten Temperatur für einen ausgewählten Zeitsraum und anschließendes langsames Abkühlen auf Umgebungstemperatur gesintert. In einigen Ausführungsformen beträgt der ausgewählte Zeitraum etwa 1 Stunde bis etwa 24 Stunden. In einigen Ausführungsformen beträgt der ausgewählte Zeitraum etwa 3 Stunden bis etwa 8 Stunden. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 °C/min bis zu etwa 0,25 °C/min. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von etwa 25 °C/min bis hinunter zu etwa 0,5 °C/min, z. B. von etwa 10 °C/min bis hinunter zu etwa 0,5 °C/min. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Erwärmung mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 °C/min bis hinunter zu etwa 0,25 °C/min, beispielsweise von etwa 25 °C/min bis hinunter zu etwa 0,5 °C/min. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 °C/min bis hinunter zu etwa 1 °C/min. Während diese Abkühlungsgeschwindigkeiten als schnell angesehen werden können, zeigten die hier berichteten Untersuchungen, dass die durch ein Gebläse unterstützte Abkühlung von Vorrichtungen aus beispielhaften, im Wesentlichen monodispersen Partikeln, die durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden, zu Vorrichtungen führte, die stärker waren als die gegenwärtig im Handel erhältlichen Vorrichtungen, mit denen sie verglichen wurden, während die DSC-Untersuchung von PEEK, das gesintert und dann bei 10 °C/min abgekühlt wurde, ein Kristallisationsereignis zeigte, von dem erwartet wird, dass es zu einer Verstärkung der porösen Vorrichtungen führt, die durch Abkühlung mit dieser Geschwindigkeit hergestellt wurden. Die hier berichteten Untersuchungen zeigten, dass poröse Vorrichtungen, die langsam abgekühlt wurden, überraschenderweise fester waren als solche, die mit einer schnelleren Abkühlungsrate hergestellt wurden. Es wird erwartet, dass die hier beschriebenen Sinterverfahren, wie langsames Erhitzen oder langsames Abkühlen, auch Fritten und Filter aus herkömmlichen gemahlenen PEEK-Partikeln mit einer besseren Bruchfestigkeit versehen.

Die hier berichteten Untersuchungen zeigen, dass die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten PEEK-Fritten eine wesentlich höhere Bruchfestigkeit aufweisen als die derzeit im Handel erhältlichen PEEK-Fritten. Wie in Tabelle 2 dargestellt, brachen diese Fritten weder axial noch radial, bis sie einem Druck ausgesetzt wurden, der um ein Vielfaches höher war als der, der zum Bruch einer handelsüblichen Fritte erforderlich ist. Bei Agilent SCS Prototyp 3 wurde bei 175 MPa axialem Druck kein Bruch beobachtet. Tabelle 2. Vergleichstabelle des Bruchdrucks der Fritten der Wettbewerber gegenüber gen erfindungsgemäßen Fritten

Fritte	Material	Axialer Bruchdruck (MPa)	Radialer Frakturdruck (MPa)
Wettbewerber 1 „0,5 µm“ Bio	Gesintertes PEEK	25	8
erfindungsgemäßes PEEK (SCS-Prototyp 1)	Gesintertes PEEK	47	15
erfindungsgemäßes PEEK (SCS Prototyp 2)	Gesintertes PEEK	105	23
erfindungsgemäßes PEEK (SCS-Prototyp 3)	Gesintertes PEEK	>175	33

Verwendung der Partikel als Packungsmaterial und Behälter, die sie enthalten
In einigen Ausführungsformen können die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polyarylketonpolymerpartikel als Packungsmaterial für Trennvorrichtungen, wie Chromatographiesäulen oder Festphasenextraktionskartuschen, verwendet werden, die für diese Zwecke als Behälter für die Partikelpopulation betrachtet werden können.
Untersuchungen unter Verwendung von PEEK-Partikeln als exemplarisches Polyarylketonpolymer ergaben, dass die mit den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Partikel überraschende Eigenschaften aufweisen. Erstens konnten überraschenderweise native, unmodifizierte, feste PEEK-Partikel als chromatographisches Umkehrphasenmedium (hydrophob) verwendet werden.
Zweitens könnten trotz der allgemein akzeptierten Bio-Inertheit von PEEK überraschenderweise feste PEEK-Partikel zur Durchführung nützlicher Bio-Trennungen, z. B. von Oligonukleotiden und Proteinen, verwendet werden, die sich in ihrer Trennleistung von herkömmlichen UmkehrphasenMedien unterscheiden (z. B. Siliziumdioxid-Partikel, die mit einer Einheit derivatisiert sind, die eine Alkan-Kette mit 18-Kohlenstoff-trägt, im Folgenden manchmal als „C18“-Partikel bezeichnet, und Polystyrol-Divinylbenzol-Partikel).
Dementsprechend ermöglichen Polyarylketonpolymerpartikel, wie z.B. PEEK-Partikel, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, einzigartige Anwendungen als Packungsmaterialien oder „Medien“ für chromatographische Säulen und andere Trennvorrichtungen aufgrund ihrer differenzierten Selektivität gegenüber anderen chromatographischen Medien, ihrer breiten pH-, chemischen und thermischen Stabilität, die die Verwendung in einem breiten Bereich von Eluentenbedingungen erleichtert, ihrer einfachen Reinigung an Ort und Stelle und ihrer ausgezeichneten strukturellen Stabilität.
In einigen Ausführungsformen können Polyarylketonpolymerpartikel gewünschter Größe nach der Herstellung durch die erfindungsgemäßen Verfahren als chromatografische Medien verwendet werden, indem sie einfach z. B. in Säulen oder Kartuschen gepackt werden. Im Allgemeinen kann das Packen von Säulen oder Kartuschen ohne vorheriges Tempern der Partikel für Säulen oder Kartuschen nützlich sein, die für die Verwendung in Niederdruckanwendungen bestimmt sind, bei denen die Steifigkeit der Partikel kein Faktor ist.
In einigen Beispielen werden die Partikel jedoch vor ihrer Verwendung als Packmittel getempert. Die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polyarylketon-Polymerpartikel, wie z. B. PEEK-Partikel, sind teilkristallin. Diese Kristallinität ist jedoch ungeordnet, und die Partikel sind duktil. Das Tempern bei steigenden Temperaturen oberhalb der Glasübergangstemperatur bewirkt ein Schmelzen der weniger perfekten Kristalle und eine fast sofortige Rekristallisation aus der Schmelze, so dass die Partikel nach langsamer Abkühlung eine einheitlichere, wenn auch immer noch teilkristalline Struktur aufweisen. Durch das Tempern werden die Kristallstrukturen innerhalb der Partikel verbessert, und man geht davon aus, dass sie dadurch fester und widerstandsfähiger gegen Zerbrechen oder Verformung werden.
Experimente zum Verhältnis von Druck und Durchflussrate bei gepackten Säulen zeigten, dass eine Verlängerung der Temperzeit und eine Erhöhung der Temperatur die Stabilität der PEEK-Partikel verbessert, wenn sie in eine Säule gepackt werden. Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung poröser Vorrichtungen ist es jedoch nicht erwünscht, dass die Partikel miteinander verschmelzen oder dass die Partikel schwer zu re-dispergieren sind. Folglich wurden zum Tempern der Partikel, um sie für die Verwendung als chromatografische Medien zu stärken, niedrigere Temperaturen verwendet als zum Sintern von Partikeln bei der Herstellung poröser Vorrichtungen, wie z. B. Fritten. In einem Beispiel wird das Tempern in einem Ofen für etwa 4 Stunden bei einer Temperatur von etwa 285 °C durchgeführt, woraufhin die Partikel langsam auf Umgebungstemperatur im Ofen abkühlen. Die Temperatur kann oberhalb der Glasübergangstemperatur des Materials, z. B. eines Polyarylketons, aber unterhalb der Schmelztemperatur des Materials liegen. Bei Untersuchungen mit PEEK wurde jedoch eine gewisse Sinterung bei Temperaturen von nur etwa 300 °C festgestellt. In Beispielen, in denen die Partikel aus PEEK bestehen, können die Partikel bei einer Temperatur von etwa 140 °C bis etwa 300 °C, ± 15 °C, wie etwa 180 °C, ±10 °C bis etwa 290 °C, ±10 °C getempert werden. In einigen Beispielen können die Partikel bei einer Temperatur von etwa 285 °C ±15 °C, wie etwa 285 °C ±10 °C, oder bei etwa 285 °C ±5 °C getempert werden.
Wie bei Partikeln, die als Packungsmaterial oder Trennmittel verwendet werden, üblich, werden Partikel für diese Zwecke nicht gesintert oder anderweitig miteinander verbunden. Der Klarheit halber sei noch einmal darauf hingewiesen, dass Partikel, die als Packungsmaterial verwendet werden sollen, durch Erhitzen über ihre Glasübergangstemperatur und anschließendes Abkühlen überraschend stärker gemacht werden können, aber die Partikel werden nicht bis nahe an ihren Schmelzpunkt erhitzt, um die Partikel miteinander zu verbinden oder zu sintern, wie es bei der Bildung der in einigen vorangegangenen Abschnitten besprochenen porösen Vorrichtungen geschieht.
Wie in den Beispielen gezeigt, behalten getemperte Partikel, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung von PEEK als Beispiel für ein Polyarylketon hergestellt und als Packungsmaterial in Säulen verwendet werden, gute Trenneigenschaften bei, sowohl mit hohem Auflösungsvermögen als auch mit der Fähigkeit, den Analysebedingungen zu widerstehen (d.h. Reagenzien zur lonenpaarung mit hohem pH-Wert (> pH 8,0), bei erhöhten Temperaturen (> 60 °C)), während die Trennsäulen und Kartuschen eine bessere Packung und eine bessere Leistung aufweisen, was durch die Verwendung von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln anstelle von unregelmäßig geformten Partikeln ermöglicht wird. Wie in Beispiel 12 gezeigt wurde, zeigten die Pellets, die aus Partikeln gebildet wurden, die bei höheren Temperaturen, aber unterhalb des Punktes, an dem sie sintern würden, getempert wurden, einen deutlich besseren Widerstand gegen Kompression, wenn eine Probe von Beispielpartikeln, die bei unterschiedlichen Temperaturen getempert wurden, in einen Behälter gegeben und einem Druck ausgesetzt wurde, um die Fähigkeit eines Bettes der Partikel zu messen, dem Druck zu widerstehen.
Die besser gepackten und leistungsfähigeren Säulen und Kartuschen verlängern die Zeit, in der Säulen und Kartuschen, die mit Medien aus solchen Partikeln gepackt sind, verwendet werden können, und vermeiden die Kosten und Unannehmlichkeiten, die mit einem häufigen Austausch verbunden sind. PEEK-Partikel ermöglichen eine gründlichere Reinigung als die meisten anderen Chromatographiemedien, bei denen die Säulen und Kartuschen an Ort und Stelle gereinigt werden. Diese Kombination von Eigenschaften macht die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Partikel nützlich für Verfahren wie die lonenpaar-Reversed-Phase-Trennung von Molekülen wie Oligonukleotiden, bei denen organische Lösungsmittel und mobile Phasenzusätze wie Triethylammoniumacetat (TEAA) oder Triethylamin und Hexafluorisopropanol (TEA-HFIP) zur lonenpaarung mit den zu trennenden Molekülen wie dem negativ geladenen Phosphodiester-Grundgerüst von Oligonukleotiden verwendet werden.
Mit festen PEEK-Partikeln gefüllte Säulen oder Kartuschen können für Flüssigchromatographie-Trennungen der mobilen Phasen mit anschließendem Nachweis der Ultraviolettabsorption der getrennten gelösten Stoffe („LC/UV“) und für Flüssigchromatographie mit anschließender Massenspektrometrie-Analyse („LC/MS“) oder einem anderen Nachweis der getrennten Analyten verwendet werden. Flüchtige mobile Phasen wie Triethylamin/HFIP („TEA/HFIP“) können für LC-MS besonders nützlich sein und helfen bei der Charakterisierung und Bestimmung von Molekülsequenzen wie Oligonukleotiden.
Feste, nicht poröse PEEK-Partikel haben einen schnellen Stofftransport, da keine Porosität oder poröse Schicht vorhanden ist. Daher spielt die Diffusion in und aus der Partikelstruktur während der Trennung keine Rolle, im Gegensatz zu den derzeitigen vollständig porösen Medien oder Medien, die aus einem festen Kern und einer porösen Hülle bestehen („oberflächlich poröse“ Medien). Nicht poröse Polyarylketonpartikel sind daher vorteilhaft, weil sie eine bessere Auflösung der Analyten sowie schnellere analytische Trennungen und die Möglichkeit, mehr Analysen an einem Arbeitstag durchzuführen, ermöglichen.
Neben der Trennfähigkeit, der Widerstandsfähigkeit gegenüber rauen Bedingungen und anderen oben genannten nützlichen Eigenschaften sind die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Partikel aus dem Polyaryletherketonpolymer oder dem thioetherhaltigen Analogon des Polyaryletherketonpolymers auch deshalb nützlich, weil sie als Population von im Wesentlichen kugelförmigen Partikel mit etwa der gleichen Größe bereitgestellt werden können, was zu Spaltgrößen und Poren führt, die von Charge zu Charge viel konsistenter sind als Populationen unregelmäßig geformter Partikel, die mit den gängigen Verfahren hergestellt werden. Es ist daher zu erwarten, dass die Leistung von Filtrations- und Partikelrückhaltevorrichtungen, die mit Populationen von PEEK-Partikeln hergestellt wurden, die mit diesen Verfahren hergestellt wurden, konsistenter ist und reproduzierbarere Ergebnisse für chromatografische Anwendungen liefert. Obwohl uns die Verwendung von unregelmäßig geformten PEEK-Partikeln in chromatographischen Trennanwendungen nicht bekannt ist, würde man erwarten, dass die im Wesentlichen kugelförmigen PEEK-Partikel, die durch einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden, in solchen Anwendungen ebenfalls besser abschneiden als unregelmäßig geformte Partikel.
Beispiel 10 zeigt die Ergebnisse von Untersuchungen, bei denen getemperte Partikel eines beispielhaften Polyaryletherlketon-Polymers, PEEK, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden, als chromatographische Medien getestet und mit Standardmedien hinsichtlich ihrer Fähigkeit verglichen wurden, zwei Sätze von Oligonukleotidstandards aufzulösen: einen Oligonukleotid-Leiterstandard und Oligonukleotid-Auflösungsstandards.
Die Standards wurden durch eine Säule geleitet, die mit 4,5 µm geglühten PEEK-Partikeln gepackt war, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden, wobei zwei Elutionsmittel verwendet wurden: Elutionsmittel A, 100 mm Triethylammoniumacetat („TEAA“) in Wasser und Elutionsmittel B, 100 mm TEAA in Acetonitril. Die Ultraviolettabsorption wurde bei 260 nm gemessen. Die Ergebnisse sind in 6 dargestellt: Die Standards wurden sauber getrennt. Die gleichen Standards wurden auch mit den gleichen Elutionsmitteln durch gleiche Säulen geleitet, die mit handelsüblichen Medien gepackt waren. Die Ergebnisse sind in 7 (für Medien vom Typ C18 für Oligonukleotid-Trennungen) und 8 (Säule mit porösem Polystyrol-Medium) dargestellt. Betrachtet man die linke Seite von 6, die die Trennung der Oligonukleotid-Leiterstandards zeigt, so erkennt man, dass das erfindungsgemäße Partikelmedium die Standards in vier Hauptpeaks auftrennt, während die linke Seite der 7 und 8 zeigt, dass die mit den herkömmlichen Medien gepackten Säulen unter den gleichen Gradientenbedingungen beide in nur drei Hauptpeaks auftrennen.
Die in Beispiel 10 berichteten und in den 6-8 gezeigten Untersuchungen zeigen, dass die beispielhaften getemperten PEEK-Partikel unter den getesteten Bedingungen eine bessere Trennleistung aufwiesen als eines der herkömmlichen Umkehrphasenmedien.
Die in Beispiel 10 berichteten und in den 9 und 10 dargestellten Untersuchungen zeigen, dass die erfindungsgemäßen getemperten PEEK-Partikel bei der Trennung von beispielhaften Proteinen in etwa so gut abschneiden wie starre, poröse Poly(styrol/Divinylbenzol)-Partikel, die derzeit eine der Optionen für solche Trennungen sind.
Darüber hinaus ermöglichen die erfindungsgemäßen Verfahren die Herstellung von im Wesentlichen monodispersen Populationen von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln aus Polyarylketonpolymer mit vorgewählten Durchmessern, die kleiner sind als die derzeit im Handel erhältlichen, wahrscheinlich weil die derzeitigen Techniken des Mahlens von Partikeln aus einem grö-ßeren Block und des anschließenden Kalibrierens dieser Partikel zu hohe Kosten für das Kalibrieren und Waschen der Partikel verursachen und zu viele Feinstoffe erzeugen. Das Mahlen, Sieben und Kalibrieren von PEEK-Partikeln und das Pressen der daraus resultierenden Partikel zu Fritten sind in der Technik wohlbekannt, wie das Bailey-Patent (siehe oben) zeigt.
In einigen Ausführungsformen stellt die Erfindung Behälter, wie chromatographische Säulen oder Festphasenextraktionskartuschen, bereit, die mit einer im Wesentlichen monodispersen Population von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln aus Polyarylketonpolymer mit einem vorgewählten Durchmesser gefüllt sind. In einigen Ausführungsformen ist das Polyarylketonpolymer ein Polyaryletherketon. In einigen Ausführungsformen ist das Polyarylketonpolymer ein Polyaryletheretherketon oder PEEK. In einigen Fällen handelt es sich bei dem Behälter um eine Hochleistungsflüssigkeitschromatographiesäule („HPLC“). In einigen Fällen handelt es sich bei dem Behälter um eine Entsalzungssäule oder eine Schutzsäule. In einigen Fällen ist der Behälter eine Festphasenextraktionskartusche oder eine Kapillarsäule. In einigen Fällen handelt es sich bei der Kapillarsäule um eine Flüssigchromatographie- oder Gaschromatographiesäule. In einigen Fällen ist der Behälter ein Kanal oder eine Kammer einer mikrofluidischen Vorrichtung.
In einigen Ausführungsformen beträgt der vorgewählte Durchmesser etwa 10 µm, etwa 9,5 µm, etwa 9 µm, etwa 8 µm, etwa 7 µm, etwa 6 µm, etwa 5 µm, etwa 4 µm, etwa 3 µm, etwa 2 µm, etwa 1,5 µm, etwa 1 µm oder unter 1 µm, wobei „etwa“ hier ±50% der angegebenen Partikelgröße bedeutet.
Beispiele
Beispiel 1
In diesem Beispiel werden Verfahren zur Herstellung von Ketiminmonomeren und Ketiminpräpolymeren beschrieben.
4,4'-Difluorbenzophenon (ketonhaltiges Monomer) wurde durch Kondensation mit Anilin als dessen Ketimin geschützt.
1.000 g 4,4'-Difluorbenzophenon wurden in einen 10-Liter-Reaktor gegeben, gefolgt von 3.300 ml trockenem Toluol, 2.000 g 3Å-Molekularsieben und 694,12 g Anilin. Die Reaktionsmischung wurde bei 120°C (intern) 48 Stunden lang mit einem mechanischen Rührer unter Stickstoffatmosphäre gerührt. Die Reaktionsmischung wurde filtriert, um die Molekularsiebe zu entfernen, und das Filtrat wurde aufgefangen. Weitere 500 ml trockenes Toluol wurden verwendet, um die gesammelten Molekularsiebe auf der Filterplatte zu waschen, und dieses wurde mit dem ursprünglichen Filtrat vereinigt. Das Lösungsmittel wurde durch Rotationsverdampfung aus dem Filtrat entfernt, bis ein Volumen von ca. 600 ml übrig blieb. Der Kolben wurde in Pyrexschalen gegossen und über Nacht abgedeckt im Abzug stehen gelassen, bis sich aus der Lösung gelbe Kristalle bildeten. Das kristalline Produkt wurde filtriert, mit 3 × 50 ml kaltem, trockenem Toluol gewaschen und im Vakuumofen bei Raumtemperatur getrocknet. Das Filtrat aus den Waschungen mit kaltem Toluol wurde mit einem Rotationsverdampfer aufkonzentriert und über Nacht im Kühlschrank belassen, um einen zweiten Ertrag (crop) des Produkts zu erhalten. Das Waschverfahren wurde für den zweiten Ertrag wiederholt und die isolierten Kristalle ebenfalls im Vakuumofen getrocknet. Auch hier wurde das Filtrat aus den Waschungen kondensiert und über Nacht im Kühlschrank aufbewahrt, um einen dritten Ertrag zu erhalten. Das Waschverfahren wurde für den dritten Ertrag wiederholt, und das kristalline Produkt wurde im Vakuumofen getrocknet. Der erste Ertrag wurde aus einem Mindestvolumen an Toluol umkristallisiert, um 771,66 g gereinigtes Ketiminmonomer zu erhalten. Der zweite und dritte Ertrag wurden kombiniert und aus einem Mindestvolumen an Toluol umkristallisiert, um 101,03 g gereinigtes Ketiminmonomer zu erhalten. Insgesamt wurden 874,69 g des Produkts gewonnen.
Herstellung von Ketimin-Prepolymer

Rekristallisiertes Ketiminmonomer (600 g, 2,05 mol) wurde in einen getrockneten 10-Liter-Reaktor gegeben. Hydrochinon (225,258 g, 2,05 mol) wurde in den Kolben gegeben, gefolgt von wasserfreiem Kaliumcarbonat (310,979 g, 2,25 mol) - alle Gefäße wurden mit minimalen Mengen Dimethylacetamid gespült, um einen exakten Stoffaustausch zu gewährleisten. Dimethylacetamid (4090 ml) wurde in den Kolben eingeführt, gefolgt von trockenem Toluol (500 ml). Der Kolben wurde für den Rückfluss mit einer Dean-Stark-Falle ausgestattet und die Ausrüstung isoliert (mit in Aluminiumfolie eingewickelter Glaswolle). Der Reaktor wurde unter Stickstoffatmosphäre auf 150 °C (intern) erhitzt, bis alles vorhandene Wasser durch azeotrope Destillation über die Dean-Stark-Falle entfernt worden war. Dann wurde die Temperatur auf 155 °C (intern) erhöht, um das restliche Toluol über die Dean-Stark-Falle abzudestillieren. Die Reaktion wurde dann auf 165 °C (intern) erhitzt und bei dieser Temperatur gehalten, wobei stündlich Proben entnommen wurden, um das Molekulargewicht des sich bildenden Polymers durch Gelpermeationschromatographie zu überwachen. Sobald das Polymer das gewünschte Molekulargewicht erreicht hatte, wurde die Reaktionsmischung heiß durch Whatman-Filterpapier Nr. 1 filtriert, das Filtrat wurde aufgefangen und abgekühlt. Das Polymer wurde aus dem Filtrat ausgefällt, indem 1 I der Polymerlösung über einen Tropftrichter in 4 I schnell gerührtes Methanol getropft wurde. Das Polymer wurde filtriert und mit 3 × 150 ml Methanol gewaschen, dann auf dem Filter getrocknet und bei 30 °C im Vakuum weiter getrocknet. Dieser Vorgang wurde viermal wiederholt, um das gesamte in der filtrierten Reaktionsmischung gebildete Polymer auszufällen. Das getrocknete Rohpolymer wurde in 3 I Tetrahydrofuran vollständig wieder aufgelöst und ein zweites Mal im Verhältnis von 1 l Polymerlösung zu 4 l schnell gerührtem Methanol ausgefällt. Das Polymer wurde dann filtriert, mit 3 × 150 ml Methanol gewaschen und unter Vakuum bei 40 °C getrocknet. Dieser Vorgang wurde viermal wiederholt, bis das gesamte Polymer wiedergefällt, gewaschen und getrocknet war. Die Reinheit des gebildeten Polymers wurde mit Hilfe der¹ H-NMR-Spektroskopie auf mehr als 95 % bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3

Nach der Toluoldestillation - Reaktionszeit (h) bei 165°C	M _w
0,00	1955
1,00	2494
2,00	3025
3,16	3992
4,00	4901
5,00	6129
6,00	7452
7,00	9120
8,00	12050
9,00	14564
12,00	27748

Beispiel 2
In diesem Beispiel werden Verfahren zur Herstellung von PEEK-Partikeln beschrieben, die in den der vorliegenden Offenbarung zugrundeliegenden Untersuchungen verwendet werden.
Das im vorangegangenen Beispiel hergestellte Ketimin-geschützte Polymer (475 g) wurde in eine 20-Liter-Nalgene-Flasche gegeben und in N-Methylpyrrolidinon (16,625 ml) gelöst, dann wurden 760 ml entionisiertes Wasser zugegeben und durch Rollen homogenisiert. Die Lösung wurde anschließend in einem Wasserbad auf 60 °C erwärmt. In einer 2-Liter-Nalgene-Flasche wurde Tosinsäure (12,279 g) in N-Methylpyrrolidinon (1.900 ml) durch Rollen aufgelöst. Die Säurelösung wurde ebenfalls im Wasserbad auf 60 °C erhitzt. Die Säure/N-Methylpyrrolidinon-Lösung wurde bei 60 °C in die schnell gerührte, Ketimin-geschützte Polymerlösung gegossen. Die Polymerlösung wurde weitere 60 Sekunden lang gerührt und dann 24 Stunden lang ohne Rühren im Wasserbad bei 60 °C stehen gelassen. Die entstandenen PEEK-Partikel wurden filtriert und zunächst mit N-Methylpyrrolidon (1000 ml), dann mit Aceton (1000 ml) gewaschen. Die Partikel wurden in Aceton (1000 ml) resuspendiert und in einem Ultraschallbad beschallt, um Aggregate aufzubrechen. Anschließend wurden die Partikel erneut filtriert, mit Aceton (250 ml) gewaschen und über Nacht im Vakuum getrocknet. Mit diesem Verfahren wurden 357,66 g getrocknete PEEK-Partikel gewonnen.
Um etwaige Spuren von N-Methylpyrrolidinon und kurzkettigen PEEK-Oligomeren zu entfernen, wurden Teile der Partikel entweder durch Rühren in einem geeigneten Lösungsmittel (z. B. THF) mit etwa 8 ml/g Partikel suspendiert und in Flaschen auf einem Flaschenroller für etwa 48 Stunden gerollt oder alternativ durch Soxhlet-Extraktion mit einem geeigneten Lösungsmittel (z. B. Acetonitril) unter Rückfluss für etwa 48 Stunden gereinigt. Nach der Reinigung wurden die Partikel filtriert, auf dem Filter mit drei Portionen 6 ml/g desselben Lösungsmittels gewaschen und über Nacht bei 40° C im Vakuum getrocknet.
Beispiel 3
Dieses Beispiel beschreibt die Verfahren zur Herstellung von PEEK-Partikeln, die in den Untersuchungen, die der vorliegenden Offenbarung zugrunde liegen, verwendet wurden, und zeigt, dass die Verringerung der Konzentration des Ketimin-geschützten Copolymers in der Spaltreaktionsmischung die Partikelverteilung erheblich verbessert.
Drei Proben von Ketimin-geschütztem Copolymer (3,333 g, 1,000 g und 0,500 g), hergestellt wie in Beispiel 1 beschrieben, wurden in 125 ml Nalgene-Flaschen (Fassungsvermögen ~ 140 ml) gefüllt. Jede Probe wurde durch Zugabe von N-Methylpyrrolidinon (116,66 ml) aufgelöst. Anschließend wurde entionisiertes Wasser (5,333 ml) in jede Flasche gegeben und die Lösungen durch Rollen homogenisiert. Die drei Lösungen wurden dann in einem Wasserbad auf 60 °C erwärmt.
In jeder der drei 30-ml-Nalgene-Flaschen wurde Tosinsäure (86 mg) in N-Methylpyrrolidinon (13,333 ml) durch Rollen gelöst. Die Säurelösungen wurden ebenfalls im Wasserbad auf 60 °C erhitzt.
In jede der Flaschen, die eine der Ketimin-geschützten Polymerproben enthielten, wurde rasch eine der Säure/N-Methylpyrrolidinon-Lösungen bei 60 °C gegossen. Die resultierenden Polymerlösungen wurden in der Heizcharge weitere 60 Sekunden bei 100 U/min gerührt und dann 18 Stunden lang ohne Schütteln im Wasserbad bei 60 °C stehen gelassen. In jeder Flasche hatten sich PEEK-Partikel gebildet. Für jede Flasche wurden die Partikel unter Vakuum auf eine doppelte Lage Whatman® Nr. 1-Filterpapier mit einem abnehmbaren Whatman®-Glasfiltertrichter mit einem Durchmesser von 47 mm filtriert und anschließend auf dem Filter gewaschen, zunächst mit N-Methylpyrrolidon (30 ml), dann zweimal mit Aceton (30 ml). Die Partikel wurden in Aceton (30 ml) resuspendiert und 10 Minuten lang im Ultraschallbad beschallt, um lose Aggregate aufzubrechen. Anschließend wurden die Partikel erneut filtriert, auf dem Filter mit Aceton (30 ml) gewaschen und über Nacht im Vakuum getrocknet. Die Partikelverteilungen für die drei Proben wurden dann nach dem Coulter-Prinzip auf einem Beckman Coulter Multisizer 3 Coulter Counter analysiert.
Die erhaltenen Coulter-Spuren sind in 14 dargestellt. Für alle drei beschriebenen Reaktionen wurden identische Bedingungen verwendet, mit der Ausnahme, dass das Gewicht und damit die Konzentration des in der Reaktionsmischung vorhandenen Ketimin-Copolymers variiert wurde.
Die graue Coulterkurve zeigt das Ergebnis für die höchste Polymerkonzentration (24,6 g/l Reaktionsmischung) und weist den Hauptpeak bei ~ 7,2 µm und einen Ausläufer von ~ 7,8 µm bis ~ 13,5 µm auf. Die gepunktete Coulterkurve zeigt das Ergebnis für eine mittlere Polymerkonzentration (7,39 g/l Reaktionsmischung) und weist einen viel größeren Peak bei ~ 5,6 µm und einen reduzierten Ausläufer von ~ 6,0 µm bis ~ 8,3 µm auf. Die durchgezogene schwarze Coulter-Spur zeigt das Ergebnis für die niedrigste Konzentration des Ketimin-Copolymers (3,69 g/l Reaktions- mischung) und weist einen ähnlich großen Peak bei ~ 5,6 µm auf wie das Beispiel mit der mittleren Konzentration, jedoch mit einer weiter reduzierten Ausläuferkomponente, die von ~ 6,2 µm bis ~ 7,8 µm reicht.
Beispiel 4
In diesem Beispiel werden Verfahren zum Formen von PEEK-Partikeln zu Fritten unter Verwendung einer Bolzenpresse beschrieben.
Eine handelsübliche FTIR 3/8"-Bolzenpresse wurde verwendet, um gleichmäßige PEEK-Partikel zu frittenartigen Strukturen zu formen: Eine kleine Probe, ca. 200 mg 2,5 µm große Partikel, wurde in die Matrize eingelegt und die beiden Muttern wurden gleichmäßig mit Schraubenschlüsseln angezogen, um die Probe zu komprimieren. Dann wurde die Matrize mit den PEEK-Partikeln in einen Ofen gestellt, mit 10 °C pro Minute auf 340 °C erhitzt und 4 Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten, bevor man sie über Nacht auf Umgebungstemperatur abkühlen ließ. Die Matrize wurde zerlegt, das getemperte PEEK-Pellet vorsichtig entnommen und mittels REM untersucht.
Beispiel 5
In diesem Beispiel wird eine Studie zum Formen von PEEK-Partikeln zu Fritten unter Verwendung eines 13-mm-Presswerkzeugs und einer manuellen hydraulischen Presse untersucht, wobei die Porosität der Fritte durch die angewandte Kraft gesteuert wird.
Eine Probe (ca. 140 mg) gleichmäßiger PEEK-Partikel mit einem Durchmesser von ca. 4,2 µm wurde gewogen und gleichmäßig auf dem unteren Amboss im Inneren der Basis einer 13-mm-Pressmatrize (wie sie für die Herstellung von KBr-Pellets für FTIR verwendet wird) verteilt. Ein oberer Amboss wurde über der Probe platziert. Mit einer manuellen Hydraulikpresse wurde über einen Stempel Kraft ausgeübt, um den heterogenen kristallinen PEEK-Partikel-„Kuchen“ in der Matrize auf ein bestimmtes Niveau zu verdichten. Je größer die aufgebrachte Kraft ist, desto höher ist die Dichte der komprimierten Partikel im Partikel-„Kuchen“ und desto geringer ist die Porosität der fertig getemperten Fritte. Die Kraft innerhalb der Matrize wurde aufgehoben und die Ambosse wurden aus der Matrize geschoben. Der komprimierte Partikelkuchen wurde von den Ambossen getrennt, in eine Quarzglaswanne gegeben und in einen Ofen gestellt. Der Ofen wurde mit 10 °C pro Minute auf 340 °C aufgeheizt und dann 6 Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten, bevor er auf natürliche Weise wieder auf Umgebungstemperatur abkühlen konnte. Die Fritte wurde dann zur Prüfung aus dem Quarzbecken genommen. Später wurden Untersuchungen durchgeführt, bei denen die Fritten auf die gleiche Weise geformt, aber 4 Stunden lang bei 335 °C gesintert wurden.
Beispiel 6
Dieses Beispiel beschreibt eine Studie zum Formen von PEEK-Partikeln zu Fritten unter Verwendung einer 13-mm-Pressmatrize und einer manuellen hydraulischen Presse, bei der die Größe und das Volumen der Fritte durch die Innenabmessungen der Pressmatrize (mit dem unteren Amboss in situ) in Verbindung mit einem Abstandshalter begrenzt wurden, der verwendet wurde, um den maximalen Weg des oberen Ambosses zu begrenzen, so dass ein festes Hohlraumvolumen unabhängig von jeder zusätzlichen Kraft, die von der Presse nach der Kompression ausgeübt wird, erhalten blieb. In dieser Studie wurde die Porosität der Fritte durch Variation der Masse der verwendeten Partikel, die innerhalb dieses festen Volumens komprimiert wurden, gesteuert.
Eine Probe (614,7 mg) gleichmäßiger PEEK-Partikel mit einem Durchmesser von ca. 8,0 µm wurde gewogen und gleichmäßig auf dem unteren Amboss im Inneren der Basis einer 13-mm-Pelletpressmatrize (wie sie für die Herstellung von KBr-Pellets für FTIR verwendet wird) verteilt. Ein oberer Amboss wurde über der Probe platziert. Ein Abstandshalter begrenzte den Weg des Stempels, so dass der obere Amboss nicht weiter als 7,2 mm über dem unteren Amboss zusammengedrückt werden konnte. Mit einer manuellen hydraulischen Presse wurde über einen Stempel Kraft aufgebracht, um den heterogenen kristallinen PEEK-Partikel-„Kuchen“ innerhalb der Matrize so weit wie möglich zu verdichten (bis zur begrenzten Hubgrenze des Stempels). Die Kraft innerhalb der Matrize wurde aufgehoben und die Ambosse wurden aus der Matrize geschoben. Der komprimierte Partikelkuchen wurde von den Ambossen getrennt, in eine Quarzglaswanne eingeführt und in einen Ofen gestellt. Der Ofen wurde mit 10 °C pro Minute auf 340 °C aufgeheizt und dann 8 Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten, bevor er auf natürliche Weise wieder auf Umgebungstemperatur abkühlen konnte. Die Fritte wurde dann zur Prüfung aus dem Quarzglasbecken genommen.
Beispiel 7
Das Verfahren ähnelt dem des vorhergehenden Beispiels, außer dass eine dreiteilige, quadratische Presse von 52 × 52 mm, die aus Aluminium gefertigt ist, anstelle der Edelstahl-Matrize/des Werkzeugs/des Stempels verwendet wurde. In der Presse wurde eine kleine, 42,5 mm große, quadratische, erhöhte (-1 mm) Plattform verwendet, so dass die Kanten der gepressten Partikel weniger zusammengedrückt wurden und nicht an der Seite der Form klebten, was eine beschädigungsfreie Freigabe einer 42,5 mm großen quadratischen Pressung ermöglichte. In der Regel wurden vor dem Pressen ca. 1,4 g der 4,2 µm großen Partikel so gleichmäßig wie möglich auf dem Boden der Form verteilt. Die gepresste Fritte konnte leicht von der Plattform gelöst und in eine Quarzschale zum Sintern in einem Ofen wie im vorherigen Beispiel überführt werden.
Beispiel 8
In diesem Beispiel werden Verfahren zur Frittenherstellung und zur Prüfung des Blasenpunkts beschrieben.
Laserschneiden: Die Frittenproben wurden mit einem UV-Lasersystem in Scheiben von 2,15 mm Durchmesser geschnitten.
Frittenvorbereitung in 2,1 × 50 mm Säulen: Die PEEK-Fritten mit einem Durchmesser von 2,15 mm wurden in kohlenstoffbeladene PEEK-Ringe eingepresst, die eine ähnliche Dicke wie die PEEK-Fritten und einen Außendurchmesser aufweisen, der für den Einbau in eine Hochleistungs-Chromatographiesäule im Format 2,1 mm geeignet ist. Etwaige Lücken zwischen den porösen Elementen und den Montageringen schlossen sich, als die Ringe beim Packen und Montieren der Säulen zusammengedrückt wurden. Die gesinterten PEEK-Materialien (in diesen Untersuchungen als PF15 und PF16 bezeichnet) waren wesentlich robuster als kommerzielle PEEK-Porenelemente. Im Gegensatz zu den getesteten handelsüblichen porösen PEEK-Elementen neigten die aus den gesinterten PF15 und PF16 PEEK-Materialien lasergeschnittenen Fritten nicht dazu, während der Handhabung oder Kompression zu zerbrechen, und die Integrität der Materialien blieb erhalten.
Blasentest: Zwei Beispiele aus jedem Material (PF15 und PF16) wurden quantitativ getestet, indem Stickstoff durch die Proben gepresst wurde, nachdem sie gründlich in Isopropylalkohol gesättigt waren. Der Druck, bei dem die ersten Blasen auftreten, gibt die ungefähre Größe der größten Durchgangslöcher in jeder Probe an. Die vier Proben wiesen Blasenpunktdrücke von 11 - 14" Hg auf, mit Permeabilitäten von 0,7 - 1,5 × 10^-14m², was auf eine effektive Porengröße von etwa 1 µm und Durchflusskapazitäten hinweist, die mit den derzeitigen gesinterten Edelstahlfritten der „Güteklasse 0,2 µm“ vergleichbar sind. Zum Vergleich: Sinterfritten von Wettbewerbern aus Edelstahl haben einen Blasenpunktdruck von ca. 7" Hg und eine Durchlässigkeit von ca. 1,5 × 10^-14 m². Blasenpunkttests zeigten eine gleichmäßige Blasenbildung, wobei die gesamte Oberfläche leitfähig war.

Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse von Blasenpunkttests mit handelsüblichen PEEK-Fritten und Edelstahlfritten verschiedener Anbieter sowie mit Beispielfritten, die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden. Wie in Tabelle 4 gezeigt, haben die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten PEEK-Fritten eine viel größere Durchflusskapazität (höhere Permeabilität) als handelsübliche Fritten mit ähnlichem Blasenpunktdruck. Ein Beispiel zeigt einen Unterschied um eine Größenordnung. Die erfindungsgemäßen Fritten hatten auch viel kleinere effektive Porengrößen als die, die derzeit von kommerziellen Anbietern erhältlich sind. In einem Beispiel hatte die erfindungsgemäße Fritte eine effektive Porengröße von weniger als 0,5 µm. Tabelle 4

Fritte	Material	Fabrikation	Blasenpunktdruck ["Hg]	Durchlässigkeit [m ² ]
Wettbewerber 1 „0,5 µm“ Bio	PEEK	Gesintert	2	6,0 - 10^-14
Agilent PEEK (Prototyp 1)	PEEK	Gesintert	2,5	2,0-10-¹³
Wettbewerber 1 „0,5 µm“	Edelstahl	Gesintert	3,7	4,5 - 10^-14
Agilent PEEK (Prototyp 2)	PEEK	Gesintert	3,8	2,8 - 10^-13
Wettbewerber 1 „0,2 µm“ Bio	PEEK	Gesintert	4,5	2,0 - 10^-14
Agilent PEEK (Prototyp 3)	PEEK	Gesintert	4,7	2,6-10^-13
Wettbewerber 2 für STM-Medien	Edelstahl	Gesintert	7	1,5 - 10^-14
Agilent PEEK (Prototyp 4)	PEEK	Gesintert	7	6,0 - 10^-14
Wettbewerber 3	Edelstahl	Gesintert	8	1,0 - 10^-14
Agilent PEEK (Prototyp 5)	PEEK	Gesintert	8	4,5 - 10^-14
Agilent PEEK (Prototyp 6, PF16)	PEEK	Gesintert	13	1,0 - 10^-14
Agilent PEEK (Prototyp 7)	PEEK	Gesintert	30	2,0 - 10^-15

Beispiel 9
Dieses Beispiel stellt einen Test der HPLC-Leistung von Beispielfritten dar, die aus Populationen von PEEK-Partikeln hergestellt wurden, die durch die erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden.

HPLC-Leistung: Eine IDEX Isobar-Säule und je eine Säule mit gesinterten PF15 und PF16PEEK-Fritten wurden gepackt und getestet. Alle drei Säulen hatten ein Format von 2,1 × 50 mm, waren mit Zorbax 1,8 µm Eclipse C18 Medien gepackt und verwendeten Verfahrensparameter, die für gesinterte Edelstahlfritten optimiert waren. Die Säulen wurden mit einer Uracil- und Naphthalin-Probenmischung und einer mobilen Wasser-Acetonitril-Phase (55:45) auf zwei verschiedenen HPLC-Systemen getestet. Die Testergebnisse sind in Tabelle 5 aufgeführt. Tabelle 5.

Säule	LC-System 1					LC-System 2
Säule	p [bar]	t _R [min]	USP-Platten		USP Tailing	p [bar]	t _R [min]	USP-Platten		USP Tailing
Iso-Stab aus Edelstahl	400	1,13	10975	±584	1,0	407	1,16	10461	±200	1,1
Agilent PF16	460	1,14	11091	±194	1,0	413	1,16	10137	±91	1,2
Agilent PF15	448	1,14	10677	±365	1,0	403	1,15	10063	±108	1,2

Beispiel 10
Dieses Beispiel zeigt Untersuchungen zur Trennung von Oligonukleotid-Standards auf Säulen, die mit festen, nativen (nicht derivatisierten, keine Additive enthaltenden) PEEK-Partikeln (d. h. PEEK, das nicht derivatisiert wurde oder Additive enthält) gepackt sind, sowie vergleichende Trennungsbeispiele für oberflächlich poröse C18-Siliziumdioxidpartikel und poröse Polystyrolpartikel.
Feste PEEK-Partikel (4,5 µm Durchmesser) wurden in einem Ofen bei 250 °C 5 Stunden lang getempert und dann über Nacht abgekühlt. Die Partikel wurden in 5 ml Methanol mit ca. 50 mg/ml aufgeschlämmt, durch Beschallung dispergiert und unter Verwendung einer Konstantdruckvorrichtung bei 250-300 bar in 2,1 × 50 mm Edelstahlsäulen (IDEX Isobar Style) mit 2,0 µm Edelstahlfritten gefüllt. (Die Angabe „2,1 mm“ bezieht sich auf den Innendurchmesser der Säule und die Angabe „150 mm“ auf die Länge. Eine Säule mit einem Innendurchmesser von 2,1 mm ermöglicht im Vergleich zu einer Säule mit größerem Durchmesser einen geringeren Lösungsmittelverbrauch, während eine 150-mm-Säule im Vergleich zu kürzeren Säulen eine höhere Auflösung bietet, allerdings auf Kosten einer längeren Trennzeit).
Es wurden zwei Sets von Oligonukleotidstandards verwendet: Agilent p/n 5190-9028 RNA-Auflösungsstandard, Oligos bei 14, 17, 20 und 21-mer, und Agilent p/n 5190-9029 DNA-Leiterstandard, Oligos bei 15, 20, 25, 30, 35 und 40-mer. Die Standards wurden bei einer Temperatur von 65 °C durch eine Säule geleitet, die mit 4,5 µm großen, getemperten PEEK-Partikeln gepackt war, wie im vorangegangenen Abschnitt beschrieben. Es wurden zwei Elutionsmittel verwendet: Elutionsmittel A, 100 mm Triethylammoniumacetat (TEAA) in Wasser, und Elutionsmittel B, 100 mm TEAA in Acetonitril, nach dem in 6 dargestellten Verfahren. Die Ultraviolettabsorption wurde bei 260 nm gemessen.
Die Ergebnisse sind in 6 dargestellt. Die Oligonukleotid-Auflösungsstandards sind auf der X-Achse von 6 bei Zeiten von 6-9,5 Minuten zu sehen, während die Oligonukleotid-Leiterstandards auf der X-Achse von 6 bei Zeiten von 12-16 Minuten zu sehen sind.

Tabelle 6 zeigt die Bedingungen, die für eine Studie zur Trennung von Oligonukleotidstandards unter Verwendung eines 5-20%igen Acetonitrilgradienten verwendet wurden. (In Tabelle 6 sind die Spalten „Durchfluss“ und „Maximaler Druck [bar]“ nicht für alle Zeilen angegeben, da diese Bedingungen während der gesamten Trennungen gleich blieben). Normalerweise sind viel flachere Gradienten erforderlich, um ein ähnliches Auflösungsvermögen wie bei den mit festen PEEK-Partikeln gepackten Säulen zu erzielen. Insbesondere der dritte und vierte Peak des Auflösungsstandards sind unter diesen Bedingungen auf Umkehrphasensäulen in der Regel nicht aufgelöst. Tabelle 6

Zeit [min]	A [%]	B [%]	Durchfluss [ml/min]	Max. Druckgrenze [bar]
0,00	95,00	5,00	0,21	500,00
15,00	80,00	20,00
17,00	10,00	90,00
20,00	1,00	90,00
22,00	95,00	5,00
35,00	95,00	5,00

Wie in 6 gezeigt, konnten die erfindungsgemäßen getemperten PEEK-Partikel jedoch diese eng eluierenden Spezies unter denselben Bedingungen auflösen und dennoch mit sehr niedrigem Gegendruck betrieben werden, was schnellere Durchflussraten und schnellere Analysen ermöglichte. In dieser Untersuchung lieferten die erfindungsgemäßen getemperten PEEK-Partikel also eine verbesserte Auflösung im Vergleich zu herkömmlichen Medien.
Um einen weiteren Vergleich zwischen der mit herkömmlichen Medien erzielten Auflösung und derjenigen der erfindungsgemäßen getemperten PEEK-Partikel zu ermöglichen, wurden dieselben Oligonukleotidstandards auf einer Säule derselben Größe unter Verwendung derselben Elutionsmittel durchgeführt, wobei die Säule jedoch stattdessen mit Partikeln von 2.7 µm oberflächlich porösen Partikeln, gepackt war die chemisch modifiziert wurden, um sie gegenüber mobilen Phasen mit hohem pH-Wert sehr widerstandsfähig zu machen, und die an eine endverkappte C18-Phase gebunden sind, die hochselektiv für Oligonukleotide ist (7), und durch Umkehrphase auf einer Säule der gleichen Größe mit 8 µm vollständig porösen Partikeln. (8). Wie aus dem Vergleich der 6 und 7 hervorgeht, bieten die erfindungsgemäßen getemperten PEEK-Partikel eine bessere Auflösung von Oligonukleotiden als Partikel, die mit einem C18-Alkan derivatisiert wurden, was eine hohe Selektivität für Oligonukleotide bietet. Der Vergleich der 6 und 8 zeigt, dass die nicht derivatisierten, festen erfindungsgemäßen Partikel überraschenderweise als (hydrophobe) Umkehrphasenmedien verwendet werden können.
Beispiel 11
In diesem Beispiel werden Untersuchungen zur Trennung von Proteinen auf Säulen, die mit festen nativen PEEK-Partikeln gepackt sind, sowie vergleichende Trennungsbeispiele unter Verwendung poröser Polystyrolpartikel dargestellt.
Eine 2,1 × 150 mm Säule wurde mit festen PEEK-Partikeln mit einem Durchmesser von 4,5 µm gepackt, wie in Beispiel 9 beschrieben, mit der Ausnahme, dass die Partikel für 6 Stunden getempert wurden. Die Säule wurde auf ihre Fähigkeit, Proteine zu trennen, getestet. Tabelle 7 zeigt das für die Trennung verwendete chromatographische Verfahren: In der ersten Spalte ist die Laufzeit in Minuten angegeben, in der zweiten und dritten Spalte die Zusammensetzung des Elutionsmittels A (0,1 Vol.-% Trifluoressigsäure in wässriger Lösung) und des Elutionsmittels B (0,1 Vol.-% Trifluoressigsäure in Acetonitril) in Volumen-% zum angegebenen Zeitpunkt. Die Zusammensetzung der durch die Säule fließenden Elutionsmittel A und B ändert sich gleichmäßig über einen linearen Gradienten zwischen zwei beliebigen aufeinanderfolgenden Zeitpunkten (und nicht in Stufen). Tabelle 7

Zeit [min] %A (0,1% TFA in Wasser) %B (0,1% TFA in Acetonitril)

0 80 20

20 20 80

25 20 80

26 80 20

36 80 20
9 zeigt die Trennung von Uracil und von vier verschiedenen Proteinen, die durch das PEEK-Medium laufen. Uracil wird als nicht zurückgehaltener Analyt verwendet, um das „Totvolumen“ der Säule und des Systems ab der Injektion zu zeigen. Dies stellt die Zeit dar, die eine Probe von der Injektion (t=0) benötigt, um durch das Gerät und die Säule bis zum Detektor zu laufen, zeigt die Durchflussrate des Systems und kann zu anderen Peaks in Beziehung gesetzt werden, um sie mit späteren Läufen bei unterschiedlichen Durchflussraten zu vergleichen. Die Peaks werden in der Reihenfolge der Elution aufgelistet.
10 zeigt die Trennung von Uracil und vier Proteinen unter denselben Bedingungen wie in 9, jedoch durch PLRP-S-Medien, ein herkömmliches Medium aus vollständig porösen, starren Poly(styrol/Divinylbenzol)-Partikeln, in diesem Fall Partikel mit einem Durchmesser von 8 µm und Poren von 300 Å. Ein Vergleich von 9 und 10 zeigt, dass die festen, erfindungsgemäßen PEEK-Partikel eine breitere Anwendbarkeit bei der Bioabtrennung haben und überraschenderweise zur Trennung von Proteinen auf ähnliche Weise wie herkömmliche poröse polymere (Polystyrol)-Partikel verwendet werden können.
Beispiel 12
In diesem Beispiel werden die Ergebnisse von Untersuchungen zum Vergleich der Bruchfestigkeit beispielhafter poröser Vorrichtungen vorgestellt, die durch das Formen von PEEK-Partikeln in die Form der Vorrichtung, das Sintern der Partikel und das anschließende Abkühlen mit einer der beiden Verfahren hergestellt wurden.
PEEK-Partikel wurden mit einer Form von 2,1 mm Durchmesser zu Fritten gepresst. Ein Set der gepressten Beispielfritten wurde in einem modifizierten Gaschromatographie-Ofen („GC“) erhitzt und 4 Stunden lang bei 335 °C gesintert und dann unter Verwendung der Zwangsluftumwälzung des Ofens bei 50 °C/min abgekühlt. Das zweite Set identischer komprimierter PEEK-Fritten wurde in einem isolierten Ofen bei derselben Temperatur und für dieselbe Zeitdauer zum Sintern erhitzt, dann aber über Nacht langsam im Ofen abgekühlt. Die durch beide Verfahren hergestellten Fritten (entweder per Laser auf einen Durchmesser von 2,1 mm geschnitten oder direkt auf eine Größe von 2,1 mm gepresst) und ein Kontrollset handelsüblicher 2,1 mm PEEK-Fritten wurden anschließend auf ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber axialer und Durchmesserkomprimierung geprüft.

Daten zur axialen Stauchung wurden mit einem Instron-Gerät unter Verwendung von zwei großen Ambossen erzeugt, wobei die porösen Vorrichtungen auf einer ihrer kreisförmigen Flächen nahe der Mitte des unteren Ambosses platziert wurden. Tabelle 8 zeigt die Ergebnisse der Tests der axialen Stauchung. Tabelle 8

Probe	Mittlerer axialer Druck bei Versagen [Mpa]
Kommerzielle PEEK-Fritte	24
Agilent Prototyp PEEK Fritte Erzwungene Abkühlung nach dem Sintern	32
Agilent Prototyp PEEK Fritte Langsame Abkühlung nach dem Sintern	60

Daten zur radialen Stauchung wurden mit einem Instron-Gerät unter Verwendung von zwei gro-ßen Ambossen erzeugt, wobei die porösen Bauteile auf dem zylindrischen Rand zwischen den Ambossen balanciert wurden. Tabelle 9 zeigt die Ergebnisse der Tests der radialen Stauchung. Tabelle 9

Probe	Mittlerer radialer Druck bei Versagen [Mpa]
Kommerzielle PEEK-Fritte	8
Erfindungsgemäßer Prototyp einer PEEK-Fritte mit Zwangskühlung nach dem Sintern	14
Erfindungsgemäßer Prototyp einer PEEK-Fritte mit langsamer Abkühlung nach dem Sintern	26

Wie der Vergleich der Ergebnisse zeigt, wiesen die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten und durch Zwangskühlung gekühlten PEEK-Partikel eine deutlich höhere Festigkeit auf als die im Handel erhältliche Fritte. Wie weiter zu sehen ist, erhöhte die langsame Abkühlung der beispielhaften porösen Vorrichtungen ihre Bruchfestigkeit drastisch und überraschend, wenn sie entweder axialen oder radialen Stauchungen ausgesetzt waren, verglichen mit den handelsüblichen Fritten.
Beispiel 13
In diesem Beispiel werden die Ergebnisse von Stauchversuch-Experimenten dargelegt, die zeigen, dass PEEK-Partikel, die bei hohen Temperaturen getempert wurden, die jedoch unter den für das Sintern verwendeten Temperaturen liegen, eine bessere Beständigkeit aufweisen, wenn sie einem Druck ausgesetzt werden, der dem Packen in eine Säule ähnelt.
Die PEEK-Partikel blieben entweder nicht getempert oder wurden gleich lange in einem Ofen bei einer der folgenden Temperaturen getempert: 155, 200, 245, 255 bzw. 285 °C, und dann über Nacht im Ofen abkühlen gelassen. Eine Probe von 0,05 g 5 µm PEEK-Partikeln aus jeder Gruppe wurde dann in einer Pelletpressmatrize aus hochfesten Stahl mit einem Durchmesser von 4 mm unter Verwendung eines Mark-10 ESM-303-Prüfstandes zwischen Ambossen platziert und einer Kompression mit einem Kraftmesser mit einer Geschwindigkeit von 0,5 mm/min unterworfen.
Die Ergebnisse sind in 13 dargestellt. In 13 sind Kurven dargestellt, die die Kraft zeigen, die beim Komprimieren eines Pellets aus PEEK-Partikeln aus jeder der im vorangegangenen Abschnitt beschriebenen Testgruppen erzeugt wird. Wie in 13 zu sehen ist, waren alle getemperten PEEK-Partikel stärker als nicht getemperte Partikel, und höhere Temperaturen (unterhalb der Temperaturen, bei denen die Partikel sintern würden) führten zu Partikeln, die stärker waren als bei niedrigeren Temperaturen getemperte Partikel. Das Tempern der Partikel bei 285 °C führte zu besonders guten Ergebnissen.
Beispiel 14
In diesem Beispiel werden Analysen von monoklonalen Antikörpern („mAbs“) auf Flüssigchromatographiesäulen durchgeführt, die mit festen PEEK-Partikeln oder, zum Vergleich, mit einem handelsüblichen Medium, PLRP-S, das aus porösen Polystyrolpartikeln besteht, gepackt sind.
Eine 2,1 × 50 mm Flüssigchromatographiesäule wurde mit festen PEEK-Partikeln mit einem Durchmesser von 2,7 µm gepackt. Die Säule wurde auf ihre Fähigkeit zur Trennung von mAbs getestet. Die Tabellen 10, 11 und 12 zeigen die chromatographischen Verfahren zur Trennung an PEEK-Partikeln als stationäre Phase in der Säule (Tabellen 10 und 11) und zum Vergleich mit einer Säule, die mit porösen Polystyrol-Divinylbenzol-Medien gepackt war (Tabelle 12). Die erste Spalte der Tabellen 10, 11 und 12 gibt die Laufzeit in Minuten an, die zweite und dritte Spalte die Zusammensetzung des Elutionsmittels A (0,1 Vol.-% Trifluoressigsäure oder „TFA" in wässriger Lösung) und des Elutionsmittels B (0,1 Vol.-% TFA in Acetonitril) in Volumen-% zum jeweiligen Zeitpunkt. Die Zusammensetzung der Elutionsmittel A und B, die durch die Säule fließen, ändert sich gleichmäßig über einen linearen Gradienten zwischen zwei beliebigen aufeinanderfolgenden Zeitpunkten (und nicht in Stufen).
15 zeigt ein Chromatogramm für eine ~1 mg/ml Probe eines beispielhaften monoklonalen Antikörpers, Ramucirumab, der durch eine Flüssigchromatographiesäule, die mit einem nicht-porösen PEEK 2,7 µm gepackt ist, bei 80 °C mit einer Flussrate von 0,21 ml/min (-43 bar Säulendruck) und UV-Detektion bei 220 nm geleitet wurde. Das Chromatogramm zeigt, dass der beispielhafte monoklonale Antikörper auf einer Flüssigchromatographiesäule mit festen PEEK-Partikeln als stationäre Phase zurückgehalten wurde. X-Achse: Zeit, in Minuten. Y-Achse: UV-Absorption bei 220 nm, in Milli-Absorptionseinheiten („mAu“). Tabelle 10 fasst die in dieser Studie verwendeten chromatographischen Bedingungen zusammen. Tabelle 10

Zeit [min] %A (0,1% TFA in Wasser) %B (0,1% TFA in Acetonitril)

0 62,5 37,5

6,0 57,5 43,5

7,0 57,5 43,5

8,0 62,5 37,5

10,0 62,5 37,5
Es wurden Untersuchungen durchgeführt, um die Fähigkeit von Medien aus PEEK-Partikeln zur Rückhaltung nachgewiesener monoklonaler Antikörper mit Standardmedien zu vergleichen. 16 zeigt ein Chromatogramm für eine ~1 mg/ml Probe eines beispielhaften monoklonalen Antikörpers, Ramucirumab, der durch eine Flüssigchromatographiesäule gelaufen ist, die mit einem handelsüblichen Medium, PLRP-S 5 µm poröses 1000 Å Medium, einer starren makroporösen Styrol/Divinylbenzol (PS/DVB) HPLC-Phase gepackt war. Die Probe wurde bei 80 °C mit einer Durchflussrate von 0,21 ml/min (-38 bar Säulendruck) und einer UV-Detektion bei 220 nm durchgeführt. Tabelle 11 fasst die in dieser Studie verwendeten chromatographischen Bedingungen zusammen. Tabelle 11

Zeit [min] %A (0,1% TFA in Wasser) %B (0,1% TFA in Acetonitril)

0 65,5 34,5

6,0 59,5 40,5

7,0 59,5 40,5

8,0 65,5 34,5

10,0 65,5 34,5
Die Betrachtung der 15 und 16 zeigt, dass die erfindungsgemäßen PEEK-Partikel wichtige therapeutische Biomoleküle, wie z. B. monoklonale Antikörper, ebenso gut zurückhalten und abtrennen wie die derzeit erhältlichen porösen Polymerpartikel (Polystyrol).
17 zeigt ein Chromatogramm für ~1 mg/ml Probe des monoklonalen Antikörpers Ramucirumab, das durch eine Flüssigchromatographiesäule, die mit dem erfindungsgemäßen PEEK-Feststoff gepackt ist, bei 80 °C mit einer Flussrate von 2,1 ml/min (-400 bar Säulendruck) und UV-Detektion bei 220 nm gelaufen ist. Der Hauptpeak der Ramucirumab-Probe wird zwischen 0,33 und 0,46 Minuten eluiert. Der kleinere Peak auf der linken Seite ist auf den Brechungsindex des für die Injektion verwendeten Lösungsmittels zurückzuführen. X-Achse: Zeit, in Minuten. Y-Achse: UV-Extinktion bei 220 nm, in mAU. Tabelle 12 fasst die in dieser Studie verwendeten chromatographischen Bedingungen zusammen. Tabelle 12

Zeit [min] %A (0,1% TFA in Wasser) %B (0,1% TFA in Acetonitril)

0 62,5 37,5

0,6 57,5 43,5

0,75 57,5 43,5

0,80 62,5 37,5

1,0 62,5 37,5
Die in 17 dargestellten Ergebnisse zeigen, dass die erfindungsgemäßen PEEK-Partikel extrem stark sind und als Medien mit sehr hohen Durchflussraten für schnelle Trennungen von Biomolekülen, wie z. B. monoklonalen Antikörpern, verwendet werden können (weniger als eine Minute, im Vergleich zu den mehr als drei Minuten, die für eine mit PLRP-S-Medien beladene Säule erforderlich sind). Säulen, die mit Medien wie PLRP-S gepackt sind, können nicht für die Trennung von Biomolekülen bei so hohen Durchflussraten wie bei den erfindungsgemäßen PEEK-Medien verwendet werden, da der maximale Säulendruck überschritten werden würde.
18 zeigt überlagerte Chromatogramme für drei monoklonale Antikörper: Ramucirumab, Bevacizumab und NIST mAb, die unter den gleichen Bedingungen wie in der Studie, die zu 17 führte, durchgeführt wurden, was die Fähigkeit der PEEK-Medien zeigt, drei verschiedene Antikörper zu trennen. (NIST mAb ist ein monoklonaler Referenzantikörper, der vom National Institute for Standards and Technology erhältlich ist und als Standardkontrolle für die Charakterisierung von Antikörpern verwendet wird).
19 zeigt Chromatogramme, die einen Vergleich zwischen einer schnellen Trennung eines mAb-Beispiels, Ramucirumab, durch eine mit den erfindungsgemäßen PEEK-Medien gepackte Flüssigkeitschromatographiesäule und einer Trennung desselben mAb durch eine mit PLRP-S-Medien gepackte Flüssigkeitschromatographiesäule ermöglichen. Das Chromatogramm auf der linken Seite von 19 stammt von einer Ramucirumab-haltigen Probe, die auf einer Säule mit einem Durchmesser von 2,1 mm und einer Länge von 50 mm mit 2,7 µm festen PEEK-Medien bei 2,1 ml/min durchgeführt wurde. Das Chromatogramm auf der rechten Seite von 19 zeigt einen Lauf desselben mAb auf 5 µm 1000 Å porösen PLRP-S-Medien bei einer typischen Flussrate von 0,21 ml/min.
Die Ergebnisse der in diesem Beispiel dargelegten Studien zeigen überraschenderweise, dass das erfindungsgemäße Medium, das gleichmäßig große, kugelförmige, nicht poröse PEEK-Partikel enthält, Biomoleküle ebenso gut trennen kann wie handelsübliche poröse Polystyrolpartikel. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse, dass das erfindungsgemäße Medium aus nicht-porösen PEEK-Partikeln Analysen bei schnelleren Durchflussraten durchführen kann als poröse Polystyrolpartikel, was aufgrund der hohen mechanischen Festigkeit und damit der hohen Druckstabilität der mit den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten PEEK-Partikel einen schnelleren Probenumschlag ermöglicht. Ein schnellerer Probenumschlag bietet dem Anwender eine Reihe von Vorteilen, einschließlich der Möglichkeit, an einem Arbeitstag mehr Durchläufe zu absolvieren.
Es wird davon ausgegangen, dass die hier beschriebenen Beispiele und Ausführungsformen nur der Veranschaulichung dienen und dass verschiedene Modifikationen oder Änderungen in Anbetracht dessen Personen, die auf dem Gebiet der Technik erfahren sind, vorgeschlagen werden und in den Geist und den Geltungsbereich dieser Anmeldung und den Umfang der beigefügten Ansprüche einbezogen werden sollen. Alle hierin zitierten Veröffentlichungen, Patente und Patentanmeldungen werden hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke einbezogen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 63/227341 [0001]
US 5651931 [0004]
US 5357040 [0017]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

https://www.agilent.com/cs/library/primers/public/GPCstandardsPrimer_5991-2720EN.pdf [0060]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer monodispersen Population von im wesentlichen kugelförmigen Partikeln eines Polyarylketonpolymers oder eines thioetherhaltigen Analogons dieses Polymers, umfassend: (a) Bereitstellen von dihalogensubstituierten Monomeren des Polyarylketonpolymers oder eines thioetherhaltigen Analogons des Polyaryletherketonpolymers, (b) Umsetzen der dihalogensubstituierten Monomere mit einer ausgewählten Verbindung unter Bedingungen, die die Bildung von Dihalogenidmonomeren ermöglichen, in denen das Keton des Arylketons oder des thioetherhaltigen Analogons durch eine säurelabile Gruppe geschützt ist; (c) Copolymerisation der ketongeschützten Dihalogenidmonomere mit (i) Hydrochinon-Monomer und (ii) einem Verhältnis von ungeschützten Dihalogenmonomeren zu geschützten Dihalogenidmonomeren, wobei das Verhältnis zwischen etwa 0 % und etwa 50 % liegt, unter Bedingungen, die die Bildung eines Copolymers aus den geschützten Dihalogenidmonomeren und den ungeschützten Dihalogenidmonomeren, falls vorhanden, mit einem ausgewählten Mw von etwa 5.000 bis etwa 200.000 Dalton bewirken; (d) Zugeben einer starken Säure zu einer Lösung, die das Copolymer in einem Lösungsmittel und mindestens etwas Wasser enthält, wodurch eine Spaltreaktionslösung mit einer Konzentration der starken Säure, einer Konzentration des Copolymers und einer Konzentration von Wasser gebildet wird, unter Bedingungen, die eine langsame Abspaltung der säurelabilen Schutzgruppe von dem Copolymer und die Bildung von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln des Polyarylketonpolymers oder des Thioether-Analogons des Polymers ermöglichen, wodurch eine monodisperse Population von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln des Polyarylketonpolymers oder des Thioetherenthaltenden Analogons des Polymers mit einem Molekulargewicht (Mw) von etwa 5.000-200.000 Dalton des ausgewählten Durchmessers erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die säurelabile Schutzgruppe an der Ketonfunktionalität oder den Ketonfunktionalitäten ein Imin ist, das nach der Reaktion der Ketofunktionalität mit Anilin gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die säurelabile Schutzgruppe an der Ketonfunktionalität oder den Ketonfunktionalitäten das hergestellte Copolymer in mindestens einem organischen Lösungsmittel oder einer Mischung aus dem mindestens einen organischen Lösungsmittel und Wasser löslicher macht als das Polyarylketonpolymer oder das thioetherhaltige Analogon des Polymers in demselben organischen Lösungsmittel oder Mischung aus organischem Lösungsmittel und Wasser.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das organische Lösungsmittel N,N-Dimethylacetamid, N,N-Dimethylformamid, N-Methy-2-Pyrrolidon (NMP), Tetrahydrofuran, 2-Methyl-Tetrahydrofuran, Dichlorbenzol, Chlorbenzol, Chloroform, Dichlormethan, N-Butyl-2-Pyrrolidon, N-Ethyl-2-Pyrrolidon, Furfural, γ-Butyrolacton & γ-Valerolacton, 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon, N,N'-Dimethylpropylenharnstoff oder eine Mischung aus einem oder mehreren dieser Stoffe ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Mischung aus organischem Lösungsmittel und Wasser in einem Verhältnis von etwa 5:1 bis etwa 330:1 (v/v) vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Mischung aus NMP und Wasser in einem Verhältnis von etwa 24,5 ± 1 : 1 (v/v) vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die säurelabile Schutzgruppe an der Ketonfunktionalität oder den Ketonfunktionalitäten ein Ketal, Thioketal oder Dithioketal ist, das aus einem entsprechenden aliphatischen Diol, Mercaptoalkohol oder Dithiol gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bedingungen, die eine langsame Abspaltung der säurelabilen Schutzgruppe von dem Copolymer ermöglichen, das Mischen der starken Säure und der Lösung des Copolymers während eines vorbestimmten kurzen Zeitsraums umfassen, um die starke Säure homogen in der Lösung des Copolymers zu verteilen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der vorbestimmte kurze Zeitraum zwischen etwa 180 Sekunden und etwa neunzig Sekunden beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei der starken Säure um Salzsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure, Bromwasserstoffsäure, lodwasserstoffsäure, Perchlorsäure, Trifluoressigsäure, Trichloressigsäure, Dichloressigsäure, Chlorbromessigsäure, Trifluormethansulfonsäure, Methansulfonsäure, Benzolsulfonsäure, Tosinsäure oder eine Mischung aus einer oder mehreren dieser Säuren handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Abspaltung der säurelabilen Schutzgruppe bei einer Temperatur von etwa 5 °C bis etwa 90 °C erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Polyarylketonpolymer ein Polyaryletherketon, ein Polyetheretherketon („PEEK“) oder beides ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Konzentration der starken Säure in der Spaltreaktionslösung etwa 0,2 bis etwa 20 mmol/Liter beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Konzentration des Copolymers in der Spaltreaktionslösung weniger als etwa 170 mmol-Äquivalente der Wiederholungseinheit/Liter beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Konzentration des Copolymers in der Spaltreaktionslösung etwa 20 bis etwa 21 mmol-Äquivalente der Wiederholungseinheiten/Liter beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die in der Spaltreaktionslösung vorhandene Wasserkonzentration etwa einen äquimolaren bis etwa 100-fachen Überschuss gegenüber den Molen der Schutzgruppen auf dem zu spaltenden Copolymer aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel in der Lösung, die das Copolymer enthält, N,N-Dimethylacetamid, N,N-Dimethylformamid, N-Methy-2-Pyrrolidon (NMP), Tetrahydrofuran, 2-Methyl-Tetrahydrofuran, Dichlorbenzol, Chlorbenzol, Chloroform, Dichlormethan, N-Butyl-2-Pyrrolidon, N-Ethyl-2-Pyrrolidon, Furfural, γ-Butyrolacton & γ-Valerolacton, 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon, N,N'-Dimethylpropylenharnstoff oder eine Mischung aus einem oder mehreren dieser Stoffe.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Dihalogenmonomere eine Reinheit von 95 % oder mehr aufweisen.
Verfahren zur Herstellung einer monodispersen Population von im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln eines Polyarylketonpolymers oder eines thioetherhaltigen Analogons dieses Polymers, umfassend: Copolymerisieren eines geschützten Dihalogenimin-Monomers mit Hydrochinon und einem Lösungsmittel, um einen ketogeschützten Polyarlyether mit kontrolliertem Molekulargewicht zu bilden; und Hydrolisieren des Copolymers in einer verdünnten Lösung mit einer verdünnten starken Säure, wodurch im Wesentlichen einheitliche, kugelförmige Polyarylketonpartikel entstehen.
Partikel aus einem Polyarylketonpolymer oder einem thioetherhaltigen Analogon des Polymers, die eine im Wesentlichen kugelförmige Form mit einem ausgewählten Durchmesser von etwa 1 Mikrometer bis etwa 10 Mikrometer aufweisen, wobei die Partikel aus Polyarylketonpolymer oder thioetherhaltigen Analogon des Polymers im Wesentlichen frei von Stabilisator und im Wesentlichen frei von Feinstoffen sind.