DE2722751C2

DE2722751C2 - Perlpolymerisat mit einem Teilchendurchmesser von 5 bis 1000 μm und innerem Hohlraum

Info

Publication number: DE2722751C2
Application number: DE2722751A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Chem.Dr. 6500 Mainz Krämer; Hermann Dipl.-Chem.Dr. Plainer; Waldemar 6100 Darmstadt Schleier
Original assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Current assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 1977-05-20
Filing date: 1977-05-20
Publication date: 1990-06-21
Also published as: GB1598050A; JPH0253442B2; SE7805768L; JPS53144991A; US4190713A; DE2722751A1; SE442639B

Description

a) Suspendieren einer Lösung aus 10 bis 80 ι ο Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Lösung, an radikaJisch polymerisierbaren Monomeren und einem Lösungsmittel, in dem das bzw. die Monomeren löslich und das entstehende Polymerisat unlöslich sind, in Form von Tröpfchen in einer organischen Flüssigkeit, die mit der Monomerenlösung nicht oder nur begrenzt mischbar ist, wobei die Monomerenlösung Acryl- und/oder Methacrylamid und/oder Methylen-bis-acrylamid und/oder -methacrylamid oder andere vernetzende Monomere mit wenigstens zwei durch eine benachbarte Phenyl- oder Carboxylgruppe aktivierten Kohlenstoffdoppelbindungen und gegegebenfalls weitere radikalisch polymerisierbare Comonomere enthält und der Gewichtsanteil χ an Acryl- und/oder Methacrylamid und der Gewichtsanteil y an Methylen-bis-acrylamid und/oder -methacrylamid, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomeren, so groß sind, daß die Summe (x+3y) mindestens einen Wert von 40 Gew.-% erreicht, und die Monomerenlösung mindestens 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomeren an den genannten vernetzenden Monomeren enthält,

b) Polymerisieren der Monomeren mittels eines radikalbildeiiden Initiators,

c) Abtrennen der Polymerisatperlen von der organischen Flüssigkeit,

40

hergestellt worden ist

2. Verfahren zur Herstellung eines Perlpolymerisats mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 durch umgekehrte Perlpolymerisation, umfassend die Verfahrensschritte

a) Suspendieren einer Lösung aus 10 bis 80 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Lösung, an radikalisch polymerisierbaren Monomeren und einem Lösungsmittel, in dem das bzw. die Monomeren löslich und das entstehende Polymerisat unlöslich sind, in Form von Tröpfchen in einer organischen Flüssigkeit, die mit der Monomerenlösung nicht oder nur begrenzt mischbar ist, wobei die Monomerenlösung Acryl- und/oder Methacrylamid und/oder Methylen-bis-acrylamid und/oder -methacrylamid oder andere vernetzende Monomere und gegebenenfalls weitere radikalisch polymerisierbare Comonomere enthält und der Ge- μ wichtsanteil * an Acryl- und/oder Methacrylamid und dei Gewichtsanteil yan Methylen-bisacrylamid und/oder -methacrylamid, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomeren, so groß sind, daß die Summe (x+3y) mindestens einen Wert von 40Gew.-% erreicht,

b) Polymerisieren der Monomeren mittels eines radikalbildenden Initiators,

c) Abtrennen der Polymerisatperlen von der organischen Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß eine Monomerenlösung eingesetzt wird, die mindestens 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomeren, an Methylenbis-acrylamid und/oder -methacrylamid und/oder an anderen vernetzenden Monomeren mit wenigstens zwei durch eine benachbarte Phenyl- oder Carboxylgruppe aktivierten Kohlenstoffdoppelbindungen enthält

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Monomerenlösung eingesetzt wird, die als weitere radikalisch polymerisierbare Comonomere solche mit einer Oxiran-, Carbonsäureanhydrid-, Carbonsäurechlorid-, Carbonsäureazid-, Carbonsäurephenylester-Gruppe cdsr mit der Gruppe

— CO-Ο —Ν

R'

worin R' und R" gleiche oder verschiedene, gegebenenfalls mit dem N-Atom zu einem heterocyclischen Ring verbundene Alkyl- oder Acylreste sind,

enthält

4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Monomerenlösung eingesetzt wird, worin die Gewichtsanteile χ und y so groß sind, daß die Summe (x+3y) einen Zahlenwert von 120 bis 200 Gew. % hat.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zu polymerisierende Gemisch aus der Monomerenlösung und der organischen Flüssigkeit weiterhin als Verteilungsmittel ein in der unpolaren organischen Flüssigkeit lösliches statistisches Mischpolymerisat Blockmischpolymerisat oder Pfropfmischpolymerisat enthält, das zu 60 bis 98 Grundmol-% aus Acryl- oder Methacrylsäureestern von wenigstens 4 C-Atome enthaltenden Alkanolcn oder Vinylestern von wenigstens 4 C-Atome enthaltenden Fettsäuren und zum übrigen Teil aus polaren, wasserlöslichen Monomeren aufgebaut ist wobsi die polaren Monomereinheiten im Falle der Block- oder Pfropfmischpolymerisate nur in einen Block- bzw. in den Pfropfäs'en einpolymerisiert sind.

6. Verwendung des gemäß den Ansprüchen 3 bis 5 hergestellten Perlporymerisats als Träger für biologisch aktive Substanzen, insbesondere Enzyme.

Die Erfindung betrifft Perlpolymerisate aus vernetzten Homo- oder Copolymerisaten des Acryl- und/oder Methacrylamids und/oder des Methylen-bis-acrylamids und/oder -methacrylamids und gegebenenfalls weiterer radikalisch polymerisierbarer Comonomerer; Perlpolymerisate dieser Zusammensetzung, die als Comonomere ungesättigte Verbindungen mit gegenüber Hydroxyl- oder Aminogruppen reaktionsfähigen Gruppen enthalten, werden als Träger für Enzyme oder andere biologische Wirkstoffe eingesetzt.

Die Umsetzung mit diesen Wirkstoffen bleibt dabei auf die Oberfläche des des Perlpolymerisats oder bestenfalls die nahe der Oberfläche liegende Schicht, soweit sie durch Diffusion erreichbar ist, beschränkt Das gleiche gilt für die Verwendung von Perlpolymerisäten als Adsorptionsmittel oder als Ionenaustauscher. Die Bindungskapazität hängt in allen diesen Fällen von der gesamten Oberfläche des eingesetzten Perlpolymerisats ab. Die pro Gewichtseinheit zur Verfügung stehende Oberfläche ist umgekehrt proportional zum ι ο Durchmesser der Perlen. Um die wirksame Oberfläche je Gewichtseinheit zu steigern, muß der Durchmesser der Perlen herabgesetzt werden. Die Herstellung von kugelförmigen Teilchen von weniger als 1 μτη Durchmesser ist zwar durch Emulsionspolymerisation technisch möglich, jedoch ist die Isolierung und Handhabung derartig kleiner Teilchen schwierig. Es ist praktisch nicht möglich, Teilchen dieser Größenordnung in einer Schicht anzuordnen und von einem Reaktionsmedium durchströmen zu lassen. Eine gute Handhabbarkeit, Filtrierbarkeit uutf Strömungsdurchlässigkeit ist erst bei kugeiförmigen Teilchen von mindestens 5 μΐη, besonders im Bereich von 50 bis 1000 μτη gegeben. Das Oberflächen/Volumenverhältnis is· aber bei dieser Teilchengröße nicht optimal; ein erheblicher Teil der gegebenenfalls einpolymerisierten reaktionsfähigen Gruppen ist von der Oberfläche so u-eit entfernt, daß er nicht zur Umsetzung kommt

Aus der DE-OS 22 37 316 sind durch umgekehrte Perlpolymerisation hergestellte perlförmige Mischpo- jo lymerisate bekannt die ohne vorherige Aktivierung biologisch aktive substanzen covalent an bestimmte aktive Gruppen zu binden vermöger Sie enthalten eine hydrophile, in Wasser stark quellfähige, schwach vernetzte Polymermatrix, die durch Polymerisation eines Monomeren mit einer zur Bildung von Peptidgruppen oder zur N- oder O-Alkylierung befähigten Gruppe, ferner von Acrylamid oder Methacrylamid als hydrophil machendem Comonomerem und einem vernetzenden Comonomeren erzeugt werden kann. Der Anteil des Acryl- oder Methacrylamide kann z. B. 50 Gew.-% oder mehr betragen. Die vernetzenden Monomeren werden innerhalb der Grenzen von 0,2 bis 5 Mol-% so gewählt, daß das Perlpolymerisat in Wasser auf das 5 bis 10Ofache seines ursprünglichen Schüttvolumens aufquillt

Nach der DE-OS 23 43 633 wird bei der Herstellung derartiger Perlpolymerisate Methylen-bis-acrylamid oder -methacrylamid als vernetzendes Monomsr eingesetzt

Nach dem Verfahren der DE-OS 26 18 481 werden poröse, als Träger von biologisch aktiven Stoffen geeignete Polymere in Gegenwart eines die Porenbildung begünstigenden organischen Lösungsmittels, gegebenenfalls durch wäßrige Perlpolymerisation erzeugt Da sich die wäßrige Perpolymerisation zur Herstellung hydrophiler Polymerisate nicht eignet, wird zur Herstellung eines mit Methylen-bis-acrylamid stark vernetzten Acrylamid-Polymerisats die Polymerisation in homogener Phase durchgeführt, wobei ein schwammartiger Polymerisatblock entsteht der mechanisch zerkleinert wird. Die unregelmäßig geformten Mahlkörner ergeben als Säulenfüllung eine Schüttung mit unbefriedigenden Durchströmungseigenschaften.

Es war die Aufgabe der Erfindung, Peripolymerisate mit einem Teilchendurchmesser von 5 bis 1000 μιη herzustellen, wobei die Bindungs- oder Umsetzungskapazität je Gewichtseinheit gegenüber herkömmlichen Perlpolymerisaten verbessert ist Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Perlpolymer isat mit innerem Hohlraum gemäß Anspruch 1 gelöst Der Hohlraum in den Polymerisatperlen macht im allgemeinen wenigstens 20 VoL-%, vorzugsweise wenigstens 50 Vol.-% aus und kann mehr als 90 Vol.-% betragen. Der Hohlraum kann mit Luft oder mit Flüssigkeiten, beispielsweise auch mit Wirkstoff- oder Farbstofflösungen, gefüllt sein. Die gesamte Polymerisatmenge ist bei den erfindungsgemäßen Perlpolymerisaten in einer meist verhältnismäßig dünnen Kugelschale angeordnet Die Schalenstruktur läßt sich unter dem Mikroskop am besten beobachten, wenn man die Hohlperlen zerdrückt oder zerreibt. Die erhöhte Bindungskapazität der Hohlperlen im Vergleich zu ähnlich rX3ammengesetzten Vollperlen wird am Beispiel der Bindung des Enzyms Ribonuclease an ein Oxirangruppen enthaltendes Mischpolymerisat veranschaulicht:

Erfindungsgemäßes Produkt

Herkömmliches, kompaktes
Perlpolymerisat

Zusammensetzung

Quellung in Wasser bei 25 C
(in Volumenteilen bez. auf
1 Vol.-Teil des ungequollenen
Materials)

Epoxid-SauerstofTgehalt

RNase-Aktivität*) auf 1 g Perlpolymefisät (Feüchtgewicht)

T Methylen-bis-methacrylamid

25 T Acrylamid

25 T Glycidylacrylat

3,1

l,29Gew.-% 69 U/g

0,6 T Methylen-bis-methacrylamid

74,4 T Acrylamid
25 T Glycidylacrylat

l,38Gcw.-%
15-20 U/g

*) Aktivitätsermittlung an Ilefc-RNA (Boehringer Mannheim) als Substrat, pH-Wert 7.5. 37°. Inkubationsansat/: 20ml Substratlösung (4% RNA. Na-SaI/) und 0.5-2.0 g trägergebundene RNase.

Der analytische Nachweis der Oxirangruppen wurde nach Axen (L. Sundberg, J. Porath, Journ. of Chromatography, 90 (1974) Seite 97) in der Weise durchgeführt, daß nicht nur die an der Perloberfläche befindlichen Oxirangruppen, sondern auch solche im Innern der Polymerisatmatrix erfaßt wurden. Obwohl

auch dabei nur ein Teil der einpolymerisierten Oxirangruppen gefunden wurden, stimmen beide Polymerisate in dem Gehalt der so erfaßbaren Gruppen etwa Oberein. Die Bindungskapazität gegenüber Ribonuclease ist bei den Hohlperlen jedoch um den Faktor 3 bis 4 größer.

Die überlegene Oberflächenaktivität der erfindungsgemäß erzeugten Perlpolymerisate gegenüber einem pulverförmigen Produkt, das durch Polymerisation eines gleichartigen Monomerengemisches in Substanz gemäß dem Verfahren der DE-OS 26 18 481 hergestellt worden ist, geht aus der nachfolgenden Tabelle hervor. Beide Polymerisate sind aus einem Monomerengemisch aus 10 Teilen Acrylamid, 50 Teilen Ν,Ν'-Methylen-bisacrylamid und 40 Teileu Glycidylmethacrylat hergestellt worden. Das erfindungsgemäße Polymerisat wurde in einer Lösung der Monomeren in 264 Teilen Formamid, die in einem Medium aus n-Heptan und Perchloräthylen suspendiert war, in Perlform erzeugt Das Polymere gemäß DE-OS 26 18 481 wurde durch Polymerisieren der in 200 Teilen Äthyl-benzol gelösten Monomerenmischuüg in Substanz erzeugt und ergab ein amorphes Pulver. Beide Polymerisate wurden un;sr gleichen Bedingungen mit Penicillinacylase umgesetzt und die gebundene Enzymaktivität gemessen.

Enzymaktivität

(U/g)

Aktivitätsausbeute

Perlpolymerisat gemäß 82

Erfindung

Pulverförmiges Substanz- 38 polymerisat gemäß DE-OS 26 18 481

32,6 20,7

Daraus geht hervor, daß das erfindungsgemäße Material eine um mehr als die Hälfte größere Oberfläch .naktivität hat als das Vergleichsmaterial.

Die Ausbildung der Polymerisatperlen in Form von Hohlperlen hängt sowohl von der Polymerisatzusammensetzung als auch vom Herstellungsverfahren ab. Zur Herstellung der Hohlperlen wird eine Lösung aus 10 bis 80, vorzugsweise 20 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Lösung, der zugrundeliegenden Monomeren und aus einem Lösungsmittel, in dem das bzw. die Monomeren löslich und das entstehende Polymerisat unlöslich sind, in Form von Tröpfchen in einer organischen Flüssigkeil, die mit der Monomerenlösung nicht oder nur begrenzt mischbar ist, suspendiert und die Polymerisation der Monomeren mittels eines radikalbildenden Initiators ausgelöst.

Die Entstehung von Hohlperlen kann — ohne daB die Erfindung damit auf eine bestimmte Theorie festgelegt werden soll — so gedeutet werden, daß sich schon nach geringem Umsatz innerhalb eines jeden Tröpfchens der Monomerlösung das stark vernetzte Polymerisat von der Monomerlösung abtrennt und diese im Innern einschließt Im weiteren Verlauf der Polymerisation fügen sich die jeweils neu entstehenden Polymermolekü!e an die anfangs gebildete PotymerisathüDe an, bis sich schließlich im Innern des Tröpfchens nur noch das Lösungsmittel befindet in dem die Monomeren ursprünglich gelöst waren. Die Abscheidung des Polymerisats setzt eine starke Unverträglichkeit mit der Monomerlösung voraux Diese Unverträglichkeit beruht einerseits auf der starken Vernetzung durch Methylen-bis-acrylamid und/oder -methacrylamid, andererseits auf der Vernetzung über Wasserstoffbrünken der Amidgruppen. Die Auswirkung des Methylen-bis acrylamide und/oder -methacrylamids auf die Unver träglichkeit erweist sich als dreimal so stark wie die Wirkung des Acryl- und/oder Methacrylamids, so daß ein Gewichtsteil an Methylen-bis-acrylamid und/oder -methacrylamid im gleichen Ausmaß Unverträglichkeit

ίο erzeugt wie 3 Gewichtsteile an Acryl- oder Methacrylamid. Die Summe aus x+3y, die gemäß der Definition im Anspruch 1 mindestens 40 Gew.-% ergeben soll, kann, da es sich um eine rechnerische Größe handelt Werte bis maximal 300 GEw.-% annehmen und beträgt

vorzugsweise 120 bis 200 Gew.-%. Dabei kann gegebenenfalls χ oder y den Wert Null annehmen. Wenn am Aufbau des Polymerisats Methylen-bis-acrylamid und -methacrylamid nicht oder zu weniger als 10 Gew.-% beteiligt sind, müssen um eine ausreichende Vernetzung zu bewirken, andere Monomere mi', wenigstens zwei durch benachbarte Phenyl- oder Carbonylgruppen aktivierten K-Cihtenstoffdoppelbindungen als Vernetzungsmittel in solcher Menge vorhanden sein, daß die Gesamtmenge an vernetzenden Monomeren wenigstens 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomeren, beträgt Beispiele für diese Vernetzungsmittel sind die Diacrylate und Dimethacrylate von Glykolen oder ähnliche, als Vernetzungsmittel bekannte Monomere mit zwei oder mehr Acryl- oder Methacrylfunktionen, sowie DivinyibenzoL Verbindungen mit Kohlenstoffdoppelbindungen, die nicht nicht in der angegebenen Weise aktiviert sind, wie z. B. Allylgruppen, lassen die erforderliche Vernetzungsdichte nur schwer erreichen.

In der Regel sind die erfindungsgemäßen Perlpolymerisate nicht allein aus Acryl- oder Methacrylamid bzw. dem entsprechenden Methylen-bis-amid aufgebaut sondern enthalten weitere Comonomere, deren Natur weitgehend durch den beabsichtigten Verw endungs zweck der Polymerisate bestimmt ist Die Comonome- ren müssen in der Monomerenlösung besser löslich sein a'j in der organischen Flüssigkeit, in der die Tröpfchen der Monomerenlösung während der Polymerisation suspendiert sind. Diese Voraussetzung wird vor allem von stark polaren Monomeren erfüllt wie Acryl- oder Methacrylsäure oder deren Salze.

Eine besonders wichtige Gruppe von Comonomeren sind solche, die eine mit primären Aminogruppen oder Hydroxylgruppen von biologisch aktiven Substanzen

so unter Ausbildung einer covalenten Bindung reagierende Gruppe aufweisen. Dabei kann es sich um radikalisch polymerisierbar Monomere mit einer Oxiran-, Carbonsäureanhydrid-, Carbonsäurechlorid-, Carbonsäureazide Carbonsäurephenylester-Gruppe oder eine Grup-

R'

— CO- Ο — Ν

_R<

handeln, worin R' und R" gleiche oder verchiedene gegegebenenfalls mit den N-Atom zu einem heterocyclischen Ring verbundene Alkyl- oder Acylreste sind. Bevorzugte Monomere mit einer Oxirangruppe sind Glycidylacrylat odtr -methacrylat oder Vinyl- oder Allylglycidyläther. Die in dieser Weise aufgebauten Perlpolymerisate, insbesondere die mit der in Anspruch

6 näher bezeichneten Zusammensetzung, eignen sich hervorragend ais Träger für biologisch aktive Substanzen, vor allem Enzyme.

Bevorzugte Perlpolymerisate gemäß der Erfindung sind aus >

10 bis 50 Gew.-% Acryl- oder Methacrylamid
20 bis 60 Gew.-% Methylen-bis-acrylamid oder -methacrylamid

10 bis 70Gew.-% Glycidylacrylat,-methacrylat,-vinyl- ι» äther und/oder -allyläther

aufgebaut.

Perlpolymerisate mit Comonomeren, die saure oder basische oder salzartige Gruppen tragen, eignen sich als ι ~> Ionenaustauscher und haben im Gegensatz zu den bekannten lonenaustauscherharzen eine hohe Bindungskapazität gegenüber organischen Kationen oder Anionen von erheblicher MnlckiilarnRp Πρ^ηίορ saure Austauscherharze können Einheiten ungesättigter :<> Sulfoncarbonsäuren, wie der Acryl- oder Methacrylsäure, Itakonsäure, Maleinsäure oder Fumarsäure oder deren Alkali- oder Ammoniumsalze enthalten. Kationische Austauscherharze können als Comonomere z. B. Dialkylaminoalkylester der Acryl- oder Methacrylsäure :'■ oder deren Salze oder Quaternierungsprodukte enthalten. Perlpolymerisate ohne Comonomere neben Acryl- oder Methacrylamid oder den entsprechenden Methylen-bis-amiden können als Adsorptionsmittel für chromatographische Verfahren und ähnliche Zwecke Ver- m wendung finden. Wäßrige Medien bilden in allen Fällen die bevorzugten Einsatzgebiete der erfindungsgemäßen Hohlperlen. Die von der Herstellung im Hohlraum befindlichen Lösungsmittel werden in wäßrigen Medien rasch gegen Wasser ausgetauscht s>

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Perlpolymerisate erfolgt nach dem Verfahren der Suspensionspolymerisation in organischer Phase, auch als »umgekehrte Perlpolymerisation« bezeichnet. Dabei wird eine polare Monomerphase in einer unpolaren organischen -»n Flüssigkeit in Form von Tröpfchen suspendiert Die Monomerphase darf mit der unpolaren organischen Flüssigkeit nicht oder höchstens begrenzt mischbar sein, damit sich zwei getrennte Phasen ausbilden können. Das Phasenverhältnis zwischen der suspendierten Mo- ·»> nomerphase und der organischen Flüssigkeit kann z. B. zwischen I : 4 und 4 :1 (in Volumenteilen) liegen.

Zur Aufrechterhaltung des gewünschten Verteilungszustandes, bei dem die Monomerphase in Tröpfchen von etwa 5 bis 1000 μίτι Durchmesser vorliegt, wird im v) allgemeinen ein Verte^ungsmittel mit tensid- oder schutzkolloidartigem Verhalten verwendet Für das Verfahren der Erfindung eignet sich die in den DT-OS 20 09 218, 22 37 316 oder 23 43 633 beschriebene Arbeitsweise. Dabei wird als Verteilungsmittel ein in der organischen Flüssigkeit lösliches statistisches Mischpolymerisat, Blockmischpolvmerisat oder Pfropf misch polymerisat verwendet, das zu 60 bis 98 Grundmol-% aus Acryl- oder Methacrylsaureestem von wenigstens 4 C-Atome enthaltenden Alkanolen oder Vinylestern von eo wenigstens 4 C-Atome enthaltenden Fettsäuren und zum übrigen Teil aus polaren, wasserlöslichen Monome ren aufgebaut ist wobei die polaren Monomereinheiten im Falle der Block- oder Pfropfmischpolymerisate nur in einen Block- bzw. in den Pfropfästen einpolymerisiert sind. Für die Auswahl der im einzelnen geeigneten Monomerbausteine für das Verteilungsmittel sowie für das Verfahren zu ihrer Herstellung wird auf die obengenannten Offerlegungsschriften, insbesondere DT-OS 20 09 218, Bezug genommen.

Besonders bevorzugte Verteilungsmittel sind rtatistische Mischpolymerisate aus 60 bis 95 Grundmol-% Acryl- oder Methacrylsäurealkylcstcrn mit 4 bis 8 C-Atomen im Alkylrest und 5 bis 40 Grundmol-% eines Aminoalkylesters der Acryl- oder Methacrylsäure in Form des tertiären oder quartärem Ammoniumsalzes.

Die Lösungsmittelkomponente der Monomerphase wird so ausgewählt, daß das bzw. die Monomeren darin löslich und das entstehende Polymerisat darin unlöslich sind. Darüber hinaus muß das Lösungsmittel mit der als Suspensionsmedium dienenden organischen Flüssigkeit unverträglich sein. Sofern Comonomere mit gegenüber Wasser reaktiven Gruppen, insbesondere die im Anspruch 3 genannten Monomeren, in der Monomerphase erhalten sind, tritt als zusätzliche Forderung an das Lösungsmittel dessen inertes Verhalten gegenüber Hipceri Unnnmprpn ΠΪΓίΖϋ. LCSüfl^SiTiitts! dlS diCSC Forderungen erfüllen, sind z. B. Formamid, Monomethyiformamid. Dimethylformamid oder Dimethylsulfoxyd. Wie oben schon erläutert, beeinflußt der Anteil des Lösungsmineis an der suspendierten Monomerphase die Größe des Hohlraumes in den entstehenden Hohlperlen. Nach vollständigem Umsatz der Monomeren befindet sich in dem eingeschlossenen Hohlraum nur noch das Lösungsmittel. Wenn die Monomerphase 10 Gew.-% M nomere und 90% Lösungsmittel enthält, so entstehen Polymerisatperlen mit einem Hohlraum, der etwa 90% des Kugelvolumens ausmacht. Der Hohlraum entspricht natürlich nicht genau dem Gewichtsanteil des Lösungsmittels, ",veil der Dichteunterschied zwischen dem Losungsmittel und den Monomeren bzw. dem daraus entstehenden Polymerisat mitberücksichtigt werden muß. Weitere Abweichungen von den vorausberechneten Hohlraumvolumen können sich aus einer begrenzten wechselseitigen Löslichkeit der Phasen ergeben. Bei einer Konzentration der Monomerenphase zwischen 20 und 40 Gew.-% liegt in vielen Fällen ein Optimum, weil die entstehenden Hohlperlen einerseits infolge ihrer geringen Schalendikke ein günstiges Oberflächen/Volumenverhältnis und andererseits eine für die Anwendung ausreichende mechanische Festigkeit haben.

Die als kontinuierliches Polymerisationsmedium dienende unpolare Flüssigkeit besteht im allgemeinen aus einem Benzin-Kohlenwasserstoff, gegebenenfalls aber auch aus dessen Gemisch mit einem Chlorkohlenwasserstoff oder aus Benzol, Toluol oder Xylol. Zur Auslösung der Polymerisation werden in an sich bekannter Weise radikalbildende Initiatoren verwendet Es hat sich nicht als zwingendes Erfordernis des Polymerisationsverfahren erwiesen, daß der Initiator nur in einer der Phasen löslich sein darf. Als Initiatoren eignen sich z. B. Benzoylperoxyd, besonders in Kombination mit Dimethylanilin, tert, Butyl-perpivalat, Azobis-isobutyronitril sowie 4,4'-Azobis(4-cyanovaIeriansäure). Weitere Einzelheiten des Polymerisations- und Isolierungsverfahrens sind den nachfolgenden Beispielen zu entnehmen.

Beispiel 1

Eine Lösung von

21 g N.N'-Methylenbisfmethacrylamid)
9 g Glycidylmethacrylat
0,6 g Dibenzoylperoxid in
120 g Formamid

wird bei 55° C in einer organischen Phase bestehend aus

174 g n-Heptan
llOg P°rchloräthylen

0.1 g polymerem Emulgator (Copolym. aus 95 Teilen n-Biitylmethacrylat und 5 Teilen

Trimethylammoniumäthylmethacrylatchlorid)

in einem Rundkolben von I I Inhalt, versehen mit Rührer und RückfluDkühler unter Rühren verteilt und durch Zugabe von 0,6 g Dimethylanilin gestartet. 4 Std. wird bei 55°C weiter gerührt, dann das erhaltene Perlpolymerisat abgenutscht und mit Aceton gewä sehen. Anschließend wird 12 Std. im Vakuum (20 Torr) bei Raumtemperatur getrocknet. Umsatz: 97%. Unter dem Mikroskop sind durchscheinend-milchige Hohlperlen von ca. 0.1 mm Durchmesser erkennbar.

Diese Hohlperlen werden als Träger für Enzyme verwendet. Die Umsetzungen z. B. mit RN-ase wurden wie folgt durchgeführt:

50 mg Ribonuclease-A (Rinderpankreas. 5 χ krist., reinst 45 E/mg, Fa. Serva 34390) werden in 2,0 ml einer wäßrigen 0,2 M Na2HPC>4-Lösung gelöst und zu 250 mg Perlpolymerisat gegeben. Man rührt gut um und läßt bei 23° C 72 Stunden lang stehen. Dann wäscht man die Perlen viermal mit jeweils 50 ml einer wäßrigen 1 M NaCl-Lösung und schließlich zweimal mit jeweils 50 ml eines Phosphatpuffers (0.05 M, pH 7,5), welcher 0,02% Natriumazid enthält. Ausbeute: 1,01 g Feuchtperlen. Fnzymatische Aktivität (RNA-Hefe als Substrat): 70 U/g Feuchtperlen.

Aktivitätsbestimmung: 500 mg Feuchtperlen und 20 ml Substratlösung (4% Hefe-RNA-Natriumsalz, auf pH 7,5 eingestellt): Automatische Titration am pH-Stat der durch Hydrolyse gespaltenen Phosphorestergruppen mit 0,5 N NaOH bei pH 7,5 und 37⁰C, bei simultaner Registrierung der verbrauchten Menge an NiOH mit einem Schreiber (Titrigraph) Typ SBR 2, Fa. Radiometer).

Einheit:

1 μΜοΙ gespaltene Phosphoresterbindung/Minute, entsprechend 1 μΜοΙ NaOH/Minute.

Auswertung:

Entsprechend Anfangsgeschwindigkeit im linearen Teil der kinetischen Kurve während der ersten 4 Minuten der Inkubation.

Beispiel 2

Eine Lösung von

6 g Glycidylmethacrylat
6 g Allylglycidyläther
0,6 g Dibenzoylperoxid in
79 g Formamid

12 g N,N'-Methylenbis(methacrylamid) 5,7 g Methacrylamid
1 g Methacrylsäure

wird bei 55° C in einer organ. Phase bestehend aus

174 g n-Heptan
110 g Perchloräthylen

in 0.1 g polym. Emulgator (Copolymerisat aus 95

Teilen n-Butylmethacrylat und 5 Teilen

2-Tnmethylammoniumäthylmethacrylatchlorid)

ι ■) in einem Rundkolben von 1 1 Inhalt, versehen mit Rührer und Rückflußkühler unter Rühren verteilt und durch Zugabe von 0,6 g Dimethylanilin gestartet. 4 Stunden wird bei 55°C weiter gerührt, dann das erhaltene Perlpolymerisat abgenutzt und mit Aceton

:n gewaschen. Anschhebend wird 12 Std. im Vakuum (20 Torr) bei Raumtemperatur getrocknet. Umsatz: 86,6%. Unter dem Mikroskop sind durchscheinend-milchige Hohlperlen von ca. 0,1 mm Durchmesser erkennbar.
Eine Umsetzung mit RN-ase analog Beispiel 1 ergab

:-, 45.3 U/g.

Beispiel 3

Es wird wie in Beispiel 1 und 2 gearbeitet, mit dem Unterschied, daß als Monomerlösung
so

79 g Formamid

21 g 2-Hydroxyäthylmcthacrylat
3 g N,N'-Methylenbis(methacrylamid)
6 g Methacrylamid
η 0,6 g tert.-Butylperpivalat

eingesetzt wird. Polymerisation und Aufarbeitung erfolgt wie vorher.

Es werden fast undurchsichtig weiße Hohlperlen (»Tischtennisbälle«) von ca. 0,1 mm Durchmesser erhalten. Ausbeute 100%.

Beispiel 4

Es wird wie in Beispiel 1 und 2 gearbeitet, mit dem Unterschied, daß als Monomerlösung

79 g Formamid
15 g Methacrylamid
15 g Äthylenglykoldimethacrylat
0,6 g Dibenzoylperoxid

eingesetzt wird. Polymerisation und Aufarbeitung erfolgt wie vorher.

Es werden feine durchsichtige Hohlperlen (»Bläschen«) erhalten. Umsatz: 93%. Teilchengröße 0,05 mm.

Claims

Patentansprüche:

1. Perlpolymerisat mit einem Teilchendurchmesser von 5 bis ΙΟΟΟμπι und innerem Hohlraum, dadurch gekennzeichnet, daß es durch umgekehrte Perlpolymerisation, umfassend die Verfahrensschritte