DE60011584T2 - Positiv geladene membran - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHER BEREICH DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft positiv geladene Membranen im Allgemeinen und betrifft im Besonderen positiv geladene Membranen mit einem porösen Substrat. Diese Membranen sind zum Detektieren, Filtern und/oder Reinigen von Biomolekülen z.B. in der Ionenaustauschchromatographie und für den makromolekularen Transfer geeignet.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Der Detektion, Filtration und Reinigung von Biomolekülen, wie Proteinen, Aminosäuren, Nukleinsäuren und Endotoxinen, welche in Fluiden wie biologischen und pharmazeutischen Fluiden enthalten sind, wird in neuerer Zeit beträchtliche Aufmerksamkeit seitens der Industrie gewidmet. Ionenaustauschermembranen, im Besonderen positiv geladene ionenausgetauschte Membranen, sind für diese Zwecke vorgeschlagen worden. Einige dieser Ionenaustauschermembranen zeigen zwar Affinität oder Bindung gegenüber den Biomolekülen, sind aber nicht selektiv. So haben diese Membranen beispielsweise eine hohes nichtspezifisches Proteinbindevermögen. Zudem ist die Fähigkeit, ausgewählte Proteine von Interesse zu binden, gering. Ferner ist die Herstellung einiger der Membranen mit einer komplexen Chemie oder komplexen Vorgehensweisen verbunden, die zu erhöhten Material- und Verfahrenskosten führen können. So kann die Herstellung beispielsweise eine strahlenchemische Pfropfung von geladenen Monomeren beinhalten, oder sie kann die kovalente Bindung eines positiv geladenen modifizierenden Polymers an ein poröses Membransubstrat umfassen. Ferner ist bei einigen der Membranen die Beherrschung der Chemie, z.B. des Vernetzungsgrades, recht schwierig und/oder arbeitsintensiv.
  • Es besteht also Bedarf an einer positiv geladenen Membran, welche ein hohes Bindevermögen für Biomoleküle, wie Proteine, Peptide, Aminosäuren und Nukleinsäuren, zeigt. Es besteht ferner Bedarf an einer positiv geladenen Membran, welche eine niedrige nichtspezifische Bindung für Biomoleküle zeigt. Es besteht ferner Bedarf an einer positiv geladenen Membran, welche eine relativ einfache Chemie beinhaltet und dabei gleichzeitig ein leichtes Beherrschen des Vernetzungsgrades erlaubt.
  • Diese Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
  • US-PS Nr. 4 473 474 offenbart eine kationische ladungsmodifizierte mikroporöse Membran. Die Membran umfasst eine hydrophile organische polymere mikroporöse Membran und eine ladungsmodifizierte Menge eines primären kationischen modifizierenden Agens, welches an die benetzten Oberflächen der Membran gebunden ist. Das primäre ladungsmodifizierende Agens ist ein wasserlösliches organisches Polymer mit einem Molekulargewicht von mehr als ca. 1000, wobei jedes Monomer desselben mindestens eine Epoxy-Gruppe aufweist, welche dazu in der Lage ist, an die Oberfläche der Membran zu binden, und -wenigstens ein tertiäres Amin oder eine quaternäre Ammoniumgruppe. US-Patent Nr. 4 601 828 offenbart ein Verfahren zum Transferieren von Makromolekülen, wie Nukleinsäure und Proteine, von einem chromatographischen Substrat auf eine Immobilisierungsmatrix. Die Immobilisierungsmatrix ist eine ladungsmodifizierte mikroporöse Membran, welche eine organische mikroporöse Membran mit einer ladungsmodifizierenden Menge eines kationischen ladungsmodifizierenden Agens, welches an die benetzten Oberflächen der Membran gebunden ist, umfasst.
  • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 1 zeigt die Durchbruchkurve für Rinderserumalbumin (BSA), welche für eine Membran gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung er halten wird. Die X-Achse repräsentiert die Filtrationszeit, und die Y-Achse repräsentiert die Extinktion des Filtrats bei 280 nm und zeigt die BSA-Konzentration an. Für zusätzliche Details siehe Beispiel 1.
  • 2 zeigt die Durchbruchkurve für BSA, welche für eine Membran gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wird. Für die X-Achse und die Y-Achse gilt das bezüglich 1 Gesagte. Für zusätzliche Details siehe Beispiel 5.
  • 3 zeigt die Durchbruchkurve für Rinderserumalbumin (BSA), welche für eine Membran gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wird. Für die X-Achse und die Y-Achse gilt das bezüglich 1 Gesagte. Für zusätzliche Details siehe Beispiel 8.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Viele der im Vorstehenden genannten Bedürfnisse werden von der vorliegenden Erfindung erfüllt, welche eine positiv geladene mikroporöse Membran bereitstellt, umfassend ein poröses Substrat und eine vernetzte Beschichtung, welche ein Polymer-Grundgerüst und angehängte kationische Gruppen aufweist, wobei jede kationische Gruppe mit dem Grundgerüst durch eine polare Spacer-Gruppe über eine kovalente Bindung direkt verknüpft ist. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die vernetzte Beschichtung ein vernetztes Polyamin, z.B. ein Polyalkylenamin. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die vernetzte Beschichtung ein Polyethylenimin mit angehängten kationischen Gruppen.
  • Die vernetzte Beschichtung kann optional ein oder mehrere zusätzliche Materialien aufweisen, welche kationische Gruppen enthalten können oder auch nicht. So umfasst beispielsweise in einer Ausführungsform die vernetzte Beschichtung ein Diallylamin-Copolymer mit angehängten kationischen Gruppen und/oder ein Acryl-Copolymer mit angehängten kationischen Gruppen. In bevorzugten Ausführungsformen ist das poröse Substrat hydrophil. Die erfindungsgemäßen Membranen sind vorteilhaft frei von kovalenten Bindungen oder Pfropfungen mit dem Substrat.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine positiv geladene mikroporöse Membran bereit, umfassend ein poröses Substrat und eine Beschichtung, hergestellt durch Vernetzen einer Zusammensetzung, welche ein Diallylamin-Copolymer mit Epoxy-Gruppen und angehängten kationischen Gruppen, ein Polyamin, z.B. ein Polyalkylenamin, und eine aminreaktive Verbindung mit einer kationischen Gruppe umfasst.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine positiv geladene mikroporöse Membran bereit, welche ein Protein-Bindevermögen (bevorzugt ein BSA-Bindevermögen) von ca. 25 mg/ml oder mehr aufweist. Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine positiv geladene mikroporöse Membran bereit, umfassend ein poröses Polyethersulfon-Substrat und eine vernetzte Beschichtung, welche das Reaktionsprodukt eines Polyethylenimins mit angehängten quaternären Ammoniumgruppen und eines Polyalkylenglycolpolyglycidylethers umfasst.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren nach Anspruch 34 bereit zur Herstellung von Ausführungsformen der positiv geladenen mikroporösen Membran. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren, ein poröses Substrat mit einer Zusammensetzung zu kontaktieren, zu beschichten oder zu versehen, wobei ein Polyamin mit angehängten kationischen Gruppen erzeugt werden kann. So umfasst beispielsweise in einer Ausführungsform die Zusammensetzung ein Polyalkylenimin mit angehängten quaternären Ammonium-Gruppen und ein Polyalkylenglycolpolyglycidylether. In einer Ausführungsform kann die Zusammensetzung ein Diallylamin-Copolymer mit Epoxy-Gruppen und angehängten kationischen Gruppen, ein Polyalkylenamin und eine aminreaktive Verbindung mit einer kationischen Gruppe umfassen, und das Substrat wird gehärtet. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Zusammensetzung ein Copolymer von Diallylamin, ein Diallyldialkylammoniumhalogenid und ein Acryl-Monomer mit einer quaternären Ammonium-Gruppe und ein Vernetzungsmittel. Das Substrat wird z.B. durch Hitze gehärtet. Optional kann das gehärtete Substrat extrahiert werden, um extrahierbare Reste darin zu entfernen.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner Vorrichtungen bereit, z.B. Filtervorrichtungen, chromatographische Vorrichtungen, Vorrichtungen für den mak romolekularen Transfer und/oder Membranmodule, welche die erfindungsgemäßen Membranen umfassen.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zum Behandeln eines negativ geladene Partikel enthaltenden Fluids bereit, umfassend das Kontaktieren des Fluids mit einer erfindungsgemäßen Membran.
  • Die erfindungsgemäßen Membranen können in verschiedenen Anwendungen Verwendung finden, so etwa bei der Filtration von Fluiden, welche negativ geladene Materialien wie Atome, Moleküle und Partikel, bevorzugt Biomoleküle, enthalten. Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren bereit für den makromolekularen Transfer von einer Vorrichtung oder einem Element, z.B. einem Elektrophoresegel, umfassend das Kontaktieren einer erfindungsgemäßen Membran mit der Vorrichtung oder dem Element und Transferieren der Makromoleküle von der Vorrichtung oder dem Element auf die Membran.
  • Die Erfindung wird im Folgenden in Verbindung mit bestimmten bevorzugten Ausführungsbeispielen und Vorgehensweisen beschrieben und offenbart; es ist jedoch nicht beabsichtigt, die Erfindung auf diese spezifischen Ausführungsbeispiele zu beschränken. Vielmehr soll die Erfindung alle alternativen Ausführungsformen und Modifikationen umfassen, welche in den Bereich der Erfindung fallen.
  • DETAILBESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die vorliegende Erfindung stellt positiv geladene mikroporöse Membranen bereit, welche in einer Vielfalt von Anwendungen Verwendung finden können, zu denen die Ionenaustauschchromatographie, die Filtration und der makromolekulare Transfer zählen. Die erfindungsgemäßen Membranen umfassen einen porösen Träger und eine vernetzte Beschichtung mit positiven Festladungen. In bevorzugten Ausführungsformen ist der poröse Träger hydrophil. Die erfindungsgemäßert Membranen weisen eine oder mehrere vorteilhafte Eigenschaften auf, z.B. hohe Wasserfließraten, hohe Ladungsdichte und hohes dynamisches Proteinbindevermögen. Einige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Membran zeigen Alkaliresistenz.
  • In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine positiv geladene mikroporöse Membran bereit, welche ein Proteinbindevermögen, bevorzugt ein BSA-Bindevermögen, von ca. 25 mg/ml oder mehr aufweist. Die Membran umfasst ein poröses Substrat, bevorzugt ein hydrophiles poröses Substrat, und eine vernetzte Beschichtung mit angehängten kationischen Gruppen.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst die vernetzte Beschichtung ein vernetztes Polyamin, zum Beispiel ein Polyalkylenamin. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die vernetzte Beschichtung ein Polyethylenimin mit angehängten kationischen Gruppen. Die vernetzte Beschichtung kann optional andere Materialien enthalten, wie Bestandteile, Reaktanten oder Polymere, z.B. Copolymere. Die anderen Bestandteile, Reaktanten oder Polymere können ferner kationische Gruppen enthalten, im Besonderen angehängte kationische Gruppen. Die vorliegende Erfindung umfasst ferner positiv geladene Membranen mit angehängten kationischen Gruppen, welche durch Austausch und/oder Kombination der Bestandteile, Reaktanten oder Polymere der hierin beschriebenen Ausführungsformen erhalten werden können.
  • Gemäß einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung also eine positiv geladene mikroporöse Membran bereit, umfassend ein hydrophiles poröses Substrat und eine vernetzte Beschichtung, welche ein Diallylamin-Copolymer aufweist. Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine positiv geladene mikroporöse Membran bereit, umfassend ein hydrophiles poröses Substrat und eine vernetzte Beschichtung, welche ein Acryl-Copolymer aufweist. Die kationischen Gruppen sind mit dem Grundgerüst der vernetzten Beschichtung, im Besonderen mit dem Copolymer-Grundgerüst, durch Spacer-Gruppen verknüpft.
  • Nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine positiv geladene mikroporöse Membran bereitgestellt, umfassend ein hydrophiles poröses Substrat und eine Beschichtung, hergestellt durch Vernetzen einer Zusammensetzung, umfassend ein Diallylamin-Copolymer mit Epoxy-Gruppen und angehängten kationischen Gruppen, ein Polyamin, z.B. ein Polyalkylenamin, und eine aminreaktive Verbindung mit einer kationischen Gruppe. In einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Erfindung ferner eine positiv gela dene mikroporöse Membran bereit, umfassend ein hydrophiles poröses Substrat und eine Beschichtung, hergestellt durch Vernetzen einer Zusammensetzung, umfassend Diallylamin, ein Diallyldialkylammoniumhalogenid, ein Acryl-Monomer mit einer quaternären Ammoniumgruppe und ein Vernetzungsmittel.
  • In einer bevorzugten Ausführungsformen stellt die vorliegende Erfindung ferner eine mikroporöse Membran bereit, umfassend einen porösen Träger und eine vernetzte Polyamin-Beschichtung, im Besonderen eine vernetzte Polyalkylenamin-Beschichtung, welche eine positive Festladung bereitstellt. Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine positiv geladene mikroporöse Membran bereit, umfassend ein hydrophiles poröses Polyethersulfon-Substrat und eine vernetzte Beschichtung, umfassend das Reaktionsprodukt eines Polyethylenimins mit angehängten quaternären Ammonium-Gruppen und eines Polyalkylenglycolpolyglycidylethers. Die vorliegende Erfindung stellt eine positiv geladene mikroporöse Membran bereit, umfassend ein hydrophiles poröses Substrat und eine vernetzte Beschichtung., umfassend ein Polyamin, z.B. ein Polyalkylenamin, mit angehängten kationischen Gruppen.
  • Die angehängte kationische Gruppe der Membran kann eine beliebige geeignete kationische Gruppe sein – Ammonium, Sulfonium, Phosphonium oder eine andere Gruppe, bevorzugt eine Ammonium-Gruppe. Ein Beispiel für eine bevorzugte Ammonium-Gruppe ist eine quaternäre Ammonium-Gruppe, z.B. eine Tetraalkylammonium-Gruppe. Es wurde gefunden, dass die kationischen Gruppen, wenn sie eher als angehängte Gruppen als als Teil des Grundgerüsts vorliegen, ein verbessertes Bindevermögen und/oder eine verbesserte Selektivität gegenüber Biomolekülen oder geladenem Material bereitstellen.
  • Die kationischen Gruppen sind mit dem Grundgerüst der Beschichtung verknüpft und von diesem beabstandet. Spacer-Gruppen sind zwischen dem Grundgerüst und den kationischen Gruppen enthalten, um für eine räumliche Ladungstrennung zu sorgen und um den Festladungen mehr Gelegenheit zu geben, mit den zu behandelnden geladenen Materialien, z.B. Proteinen, Aminosäuren und Nukleinsäuren, in Wechselwirkung zu treten. Die Spacer-Gruppe sorgt für verbesserte Bindungskapazität und/oder Selektivität gegenüber Biomolekülen.
  • Es kann eine beliebige geeignete polare Spacer-Gruppe verwendet werden, z.B. eine Spacer-Gruppe, welche eine polare Gruppe enthält. So umfasst die Spacer-Gruppe beispielsweise eine oder mehrere Gruppen, ausgewählt aus Hydroxyl-, Hydroxyalkyl-, Amino-, Imino-, Aminoalkyl-, Amido-, Alkylamido-, Harnstoff-, Urethan-, Ester- und Alkoxyalkyl-Gruppen.
  • In bestimmten Ausführungsformen umfasst die Spacer-Gruppe eine oder mehrere Gruppen, ausgewählt aus Hydroxyl-, Alkylamino-, Hydroxyalkylaminoalkyl-, Hydroxyalkylaminoalkylhydroxyalkyl-, Alkylaminoalkyl und Alkylamido-Gruppen. In bestimmten anderen Ausführungsformen umfasst die Spacer-Gruppe eine oder mehrere Gruppen, ausgewählt aus Hydroxyl-, Alkylamino-, Hydroxyalkylaminoalkyl-, Hydroxyalkylaminoalkylhydroxyalkyl-, Alkylaminoalkyl und Alkylamido-Gruppen.
  • Die Spacer-Gruppe kann linear, verzweigt oder eine Kombination hiervon sein. Die kationischen Gruppen können integraler Teil der Beschichtung werden infolge Anheftung der kationischen Gruppen mit Hilfe von Reaktanten, welche die kationischen Gruppen über Spacer-Gruppen mit dem Grundgerüst der Beschichtung verknüpfen. In bestimmten Ausführungsformen können die kationischen Gruppen durch Spacer-Gruppen an Precursors angeheftet werden und die Precursors können in die Beschichtungschemie umgewandelt oder Teil derselben werden.
  • Die Spacer-Gruppe kann eine beliebige geeignete Länge aufweisen; so kann die Spacer-Gruppe zum Beispiel eine Gruppe sein, welche 1 bis ca. 10 Atome, z.B. Kohlenstoffatome, aufweist. Somit kann die Spacer-Gruppe 1 bis ca. 10 Kohlenstoffatome lang sein, bevorzugt 2 bis ca. 6 Kohlenstoffe lang, meistbevorzugt ca. 3 Kohlenstoffatome lang. Ohne sich an einen bestimmten Mechanismus binden zu wollen, wird angenommen, dass die Spacer-Gruppe, die zu einer räumlichen Trennung unter den kationischen Gruppen beiträgt, eine Rolle bei der Verbesserung der Wechselwirkung zwischen Biomolekül und Membran und des Bindevermögens, das sich als Ergebnis dieser Wechselwirkung manifestiert, spielt.
  • Eine bevorzugte Spacer-Gruppe ist Hydroxyalkyl. So kann z.B. das Polyamin mit einer Glycidyl-Verbindung kontaktiert werden, welche eine kationische Gruppe aufweist, so dass der Epoxy-Ring an der primären oder sekundären Amino-Gruppe des Polyalkylenamins öffnet. Ferner kann eine Lösung von einem Polyamin, z.B. Polyethylenimin (PEI), z.B. mit Glycidyltrimethylammoniumchlorid kombiniert werden und das Polyamin mit durch Hydroxyalkyl-Gruppen verknüpften angehängten Trimethylammoniumchlorid-Gruppen erhalten werden.
  • Die Mengen der Reaktanten für die Verknüpfungsreaktion werden so gewählt, dass das resultierende Polyamin mit angehängten kationischen Gruppen reaktive Plätze zum Vernetzen aufweist. So enthält z.B. das Polyamin restliche primäre und/oder sekundäre Amino-Gruppen, nachdem die Verknüpfungsreaktion durchgeführt worden ist. Dementsprechend ist es bevorzugt, dass die restlichen primären und/oder sekundären Amino-Gruppen mindestens ca. 10 mol-%, noch bevorzugter ca. 10 mol-% bis ca. 40 mol-% der primären und/oder sekundären Amino-Gruppen an dem Polyamin vor der Verknüpfung der angehängten kationischen Gruppe ausmachen.
  • Die Ausführungsform der Membran, welche eine Beschichtung mit einem Diallylamin-Copolymer umfasst, kann wie folgt näher beschrieben werden. Das Copolymer umfasst ein polymerisiertes Diallylamin-Monomer. Das Diallylamin-Monomer kann substituiert oder unsubstituiert sein. So kann zum Beispiel ein alkylsubstituiertes Diallylamin, so etwa Diallylmethylamin, verwendet werden. Bevorzugt umfasst das Diallylamin-Copolymer ferner ein Acryl-Monomer. Bevorzugt enthält das Acryl-Monomer die kationische Gruppe. Das Acryl-Monomer könnte ein Acrylatester oder ein Acrylamid sein. Der Ausdruck "Acryl", wie er hierin verwendet wird, umfasst unsubstituierte sowie substituierte Acryl-Monomere. Ein Beispiel für ein substituiertes Acryl-Monomer ist ein Alkylacryl-Monomer.
  • Der Ausdruck "Alkyl", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf eine Alkyl-Gruppe mit 1 bis ca. 10 Kohlenstoffatomen, bevorzugt 1 bis ca. 6 Kohlenstoffatomen.
  • Ein Beispiel für ein geeignetes Acrylamid-Monomer ist ein Acryloylaminoalkyl-Monomer. Ein Beispiel für das Acryloylaminoalkyl-Monomer ist Methacryloyl aminopropyltrimethylammoniumchlorid. Ein Beispiel für ein Acrylat ist ein Acryloyloxyalkyl-Monomer.
  • In bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst das Diallylamin-Copolymer ein oder mehrere Comonomere. Bei diesen Comonomeren handelt es sich bevorzugt um stickstoffhaltige Monomere. Diese Comonomere enthalten bevorzugt tertiäre und/oder quaternäre Ammonium-Gruppen. Beispiele für bevorzugte Comonomere umfassen Diallyldialkylammoniumchlorid und Dialkylaminoalkylacrylamid. Somit umfasst in bestimmten Ausführungsformen das Diallylamin-Copolymer zusätzlich zu Diallylamin Comonomere, wie Methacryloylaminopropyltrimethylammoniumchlorid, Diallyldimethylammoniumchlorid und Dimethylaminopropylmethacrylamid. Das Acryl-Copolymer kann ferner ein Acrylat-Monomer an Stelle oder zusätzlich zu dem Acrylamid-Monomer umfassen.
  • Das Diallylamin-Copolymer kann nach Verfahren hergestellt werden, wie sie dem Durchschnittsfachmann bekannt sind. So können beispielsweise Diallylamin und Monomere, welche kationische und Epoxy-Gruppen tragen, polymerisiert werden, um ein geeignetes Diallylamin-Copolymer bereitzustellen.
  • Alternativ kann zuerst ein Diallylamin-Copolymer, welches kationische Gruppen enthält, hergestellt werden, um danach die Epoxy-Gruppen einzuführen. So kann z.B. das Copolymer mit einer eine reaktive Epoxy-Gruppe enthaltenden Verbindung, z.B. Epichlorhydrin, zur Reaktion gebracht werden.
  • Eine Mischung von Diallylamin und dem Acryl-Monomer wird unter geeigneten Bedingungen polymerisieren gelassen. Beispielsweise kann ein radikalischer Initiator, wie Ammoniumpersulfat, verwendet werden, um die Polymerisation zu initiieren. Das Molverhältnis zwischen Diallylamin und Acryl-Monomer kann in einem Bereich von ca. 0,05 bis ca. 4, bevorzugt ca. 0,1 bis ca. 2, noch bevorzugter ca. 0,5 bis ca. 1 angesiedelt sein.
  • Das Diallylamin-Copolymer wird sodann mit Epichlorhydrin zur Reaktion gebracht. Die Chlormethyl-Gruppe des Epichlorhydrins reagiert mit den sekundären oder primären Amino-Gruppen des Copolymers, um ein Polymer mit angehängten Epoxy-Gruppen bereitzustellen. Der Substitutionsgrad der Epoxy- Gruppen kann in einem Bereich von ca. 10 mol-% bis ca. 200 mol-%, bevorzugt ca. 25 mol-% bis ca. 175 mol-%, noch bevorzugter ca. 50 mol-% bis ca. 150 mol-%, bezogen auf das Diallylamin in dem Copolymer, angesiedelt sein.
  • Einige der kationischen Gruppen der Beschichtung können Teil der Beschichtungschemie werden, indem sie über Amino-Spacer-Gruppen angeheftet werden. Amino-Spacer-Gruppen können durch die Verwendung von einem oder mehreren Polyaminen, z.B. Polyalkylenaminen, bereitgestellt werden. Beispiele für Polyalkylenamine umfassen kurzkettige Polyalkylenamine, wie Diethylentriamin, Triethylentetramin, Tetraethylenpentamin und Pentaethylenhexamin und dergleichen, und langkettige Polyalkylenamine, wie Polyethylenimine (PEI). Die Polyamine weisen ein Molekulargewicht von mehr als ca. 500 auf. Es kann ein beliebiges geeignetes Polyaminamin verwendet werden. Bevorzugt wird ein PEI verwendet. Es kann ein beliebiges geeignetes PEI verwendet werden. Das Molekulargewicht des PEI kann in einem Bereich von ca. 500 bis ca. 750 000, bevorzugt ca. 10 000 bis ca. 750 000, noch bevorzugter ca. 50 000 bis ca. 100 000, angesiedelt sein. In bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann mit Vorteil eine Kombination eines kurzkettigen Polyalkylenamins und eines langkettigen Polyalkylenamins verwendet werden.
  • Die kationischen Gruppen können durch geeignete Spacer-Gruppen an das Polyalkylenamin angeheftet werden. So kann beispielsweise das Polyalkylenamin mit einer eine kationische Gruppe tragenden Glycidyl-Verbindung, z.B. Glycidyltrialkylammoniumhalogenid, reagieren gelassen werden, um ein Polyalkylenamin bereitzustellen, welches kationische Gruppen aufweist, die durch Hydroxyalkyl-Spacer-Gruppen mit dem Polyalkylenamin verknüpft sind. So kann zum Beispiel Pentaethylenhexamin mit Glycidyltrimethylammoniumchlorid zur Reaktion gebracht werden.
  • Das Polyalkylenamin, welches dahingehend modifiziert ist, dass es kationische Gruppen aufweist, wie im Vorstehenden beschrieben, kann Teil der Beschichtungschemie werden, indem es mit dem Diallylamin-Copolymer, welches geeignete reaktive Plätze, z.B. Epoxy-Gruppen, aufweist, zur Reaktion gebracht wird. Die Diallylamin-Copolymere können in den Besitz von reaktiven Plätzen gebracht werden durch Reagierenlassen mit Verbindungen, welche reaktive Plätze bereitstellen. So kann zum Beispiel das Diallylamin-Copolymer mit Epichlorhydrin reagieren gelassen werden, um Epoxy-Plätze bereitzustellen. Die Beschichtung wird als eine Folge der Reaktion unter den reaktiven Plätzen, wie Epoxy- und Amin-Gruppen, vernetzt. Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst die Beschichtung ferner ein Vernetzungsmittel. Es kann ein beliebiges geeignetes Vernetzungsmittel verwendet werden. Das Vernetzungsmittel ist bevorzugt eine Polyglycidyl-Verbindung, z.B. ein Polyalkylenglycolpolyglycidylether. Ein bevorzugtes Beispiel für ein Vernetzungsmittel ist Ethylenglycoldiglycidylether.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine positiv geladene mikroporöse Membran bereit, umfassend ein hydrophiles poröses Substrat und eine vernetzte Beschichtung, im Besonderen eine vernetzte Polyalkylenamin-Beschichtung, die eine positive Festladung bereitstellt. Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein positiv geladene mikroporöse Membran bereit, umfassend ein hydrophiles poröses Polyethersulfon-Substrat und eine vernetzte Beschichtung, umfassend das Reaktionsprodukt eines Polyethylenimins mit angehängten quaternären Ammonium-Gruppen und eines Polyalkylenglycolpolyglycidylethers.
  • Beispielsweise kann die Beschichtung erzeugt werden durch Beschichten und Härten eines hydrophilen Substrates mit einer Zusammensetzung, umfassend – in geeigneten Mengen – ein Diallylamin-Copolymer, ein Polyamin, z.B. ein Polyalkylenamin, und ein aminreaktives Agens mit einer kationischen Gruppe, z.B. Glycidyltrimethyiammoniumchlorid. Beispielsweise kann das Diallylamin-Copolymer in einer Menge von ca. 1 Gew.-% bis ca. 20 Gew.-%, bevorzugt in einer Menge von ca. 2 Gew.-% bis ca. 10 Gew.-%, noch bevorzugter in einer Menge von ca. 3 Gew.-% bis ca. 7 Gew.-% der Zusammensetzung vorliegen. Das Polyamin kann in einer Menge von ca. 0,05 Gew.-% bis ca. 5 Gew.-%, bevorzugt in einer Menge von ca. 0,1 Gew.-% bis ca. 2 Gew.-%, noch bevorzugter in einer Menge von ca. 0,2 Gew.-% bis ca. 1 Gew.-% der Zusammensetzung vorliegen. Das Mengenverhältnis von aminreaktiver kationischer Verbindung und aktivem Wasserstoff von Polyalkylenamin kann in einem Bereich von ca. 0,1 Gew.-% bis ca. 20 Gew.-%, bevorzugt ca. 0,5 Gew.-% bis ca. 15 Gew.-%, noch bevorzugter ca. 0,75 Gew.-% bis ca. 10 Gew.-% der Zusammensetzung vorliegen.
  • Bestimmte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Membran können hergestellt werden durch Beschichten und Härten eines hydrophifen Substrates mit einer Beschichtungszusammensetzung, umfassend Diallylamin, Diallyldimethylammoniumhalogenid, ein Acryl-Monomer und ein Vernetzungsmittel. Ein Beispiel für ein geeignetes Diallyldialkylammoniumhalogenid ist Diallyldimethylammoniumchlorid. Es kann ein beliebiges geeignetes Vernetzungsmittel verwendet werden. Ein bevorzugtes Vernetzungsmittel ist ein N-(Alkoxymethyl)-acrylamid. Das Vernetzungs-Acrylamid kann ferner substituiert sein. Beispielsweise kann ein Alkylacrylamid mit einer N-(Alkoxymethyl)-Gruppe verwendet werden. Bevorzugte Vernetzungsmittel sind N-(Isobutoxymethyl)-acrylamid und N-(Isobutoxymethyl)-methacrylamid. Die Bestandteile der Zusammensetzung können in einem beliebigen geeigneten Verhältnis vorliegen.
  • So kann beispielsweise das Acryl-Monomer in einer Menge von ca. 0,1 Gew.-% bis ca. 30 Gew.-%, bevorzugt in einer Menge von ca. 1 Gew.-% bis ca. 20 Gew.-%, noch bevorzugter in einer Menge von ca. 1 Gew.-% bis ca. 15 Gew.-% der Zusammensetzung vorliegen. Das Diallylamin kann in einer Menge von ca. 0,1 Gew.-% bis ca. 30 Gew.-%, bevorzugt in einer Menge von ca. 1 Gew.-% bis ca. 20 Gew.-%, noch bevorzugter in einer Menge von ca. 1 Gew.-% bis ca. 15 Gew.-% der Zusammensetzung vorliegen. Das Diallylamindialkylammoniumhalogenid kann in einer Menge von ca. 0,1 Gew.-% bis ca. 30 Gew.-%, bevorzugt in einer Menge von ca. 1 Gew.-% bis ca. 20 Gew.-%, noch bevorzugter in einer Menge von ca. 2 Gew.-% bis ca. 15 Gew.-% der Zusammensetzung vorliegen. Das Vernetzungsmittel kann in einer Menge von ca. 0,1 Gew.-% bis ca. 20 Gew.-%, bevorzugt in einer Menge von ca. 1 Gew.-% bis ca. 15 Gew.-%, noch bevorzugter in einer Menge von ca. 2 Gew.-% bis ca. 10 Gew.-% der Zusammensetzung vorliegen.
  • In bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst die vernetzte Beschichtung ein Acryl-Copolymer mit angehängten kationischen Gruppen, welche durch Spacer-Gruppen mit dem Copolymer verknüpft sind.
  • Es kann eine beliebige der im Vorstehenden beschriebenen Spacer-Gruppen verwendet werden. Ein Beispiel für das Acryl-Monomer ist Alkylacryloylaminoalkyltrialkylammoniumhalogenid, bevorzugt Methacryloylaminopropyltrimethylammoniumchlorid. Somit umfasst die Beschichtungszusammensetzung ein Acryl-Copolymer, welches Epoxy-Gruppen und angehängte kationische Gruppen aufweist. Das Acryl-Copolymer umfasst ein Glycidylalkylacrylat und ein Methacryloyloxyalkyl oder Methacryloylaminoalkyltrialkylammoniumhalogenid, bevorzugt Glycidylmethacrylat und Methacryloyloxyethyl oder Methacryloylaminopropyltrimethylammoniumchlorid. Es ist ferner bevorzugt, dass das Acryl-Copolymer in seinem vernetzten Zustand ein Polyamin umfasst. Ein kurzkettiges Polyalkylenamin ist ein weiter bevorzugtes Polyamin.
  • So umfasst beispielsweise das Acryl-Copolymer in seinem vernetzten Zustand Pentaethylenhexamin. Bevorzugt ist das Polyamin ein modifiziertes Polyamin. Das Polyamin ist also durch eine Verbindung mit kationischen Gruppen modifiziert. Das Polyamin ist durch Glycidyltrimethylammoniumchlorid modifiziert. Die Beschichtungszusammensetzung kann die Bestandteile in einem beliebigen geeigneten Verhältnis enthalten. So kann beispielsweise das Acryl-Polymer in einer Menge von ca. 0,5 Gew.-% bis ca. 5 Gew.-%, bevorzugt in einer Menge von ca. 1 Gew.-% bis ca. 4,5 Gew.-%, noch bevorzugter in einer Menge von ca. 1,25 Gew.-% bis ca. 4,25 Gew.-% der Zusammensetzung vorliegen. Das Polyamin kann in einer Menge von ca. 0,5 Gew.-% bis ca. 10 Gew.-%, bevorzugt in einer Menge von ca. 1 Gew.-% bis ca. 8 Gew.-%, noch bevorzugter in einer Menge von ca. 3 Gew.-% bis ca. 6 Gew.-% der Zusammensetzung vorliegen.
  • Das Polyamin mit angehängten kationischen Gruppen kann durch ein beliebiges geeignetes Vernetzungsmittel vernetzt sein. Das Vernetzungsmittel ist ein polyfunktionelles Agens mit aminreaktiven Gruppen, wie Epoxy, Isocyanato, Carboxyl und Säurechlorid. Ein bevorzugtes Vernetzungsmittel ist eine Polyglycidyl-Verbindung. Ein Beispiel für eine geeignete Polyglycidyl-Verbindung ist ein Polyalkylenglycolpolyglycidylether. Ethylenglycoldiglycidylether und Butylenglycoldiglycidylether sind bevorzugte Vernetzungsmittel.
  • Die Beschichtungszusammensetzung kann beispielsweise hergestellt werden durch Lösen des Polyamins in einem geeigneten Lösemittel. Bevorzugte Lösemittel umfassen Wasser, niedrigsiedende Alkohole, wie Methanol, Ethanol und Propanol, und Kombinationen hiervon. Das Lösemittel kann in einer Menge von ca. 40 Gew.-% bis ca. 99 Gew.-%, bevorzugt in einer Menge von ca. 90 Gew.-% bis ca. 99 Gew.-% der Beschichtungszusammensetzung vorliegen. Das Polyamin kann in einer Menge von ca. 1 Gew.-% bis ca. 5 Gew.-%, bevorzugt in einer Menge von ca. 1 Gew.-% bis ca. 2,5 Gew.-% der Beschichtungszusammensetzung vorliegen.
  • Die positiv geladene mikroporöse Membran kann hergestellt werden durch Beschichten eines porösen Substrates, bevorzugt eines porösen hydrophilen Substrates, und Härten des beschichteten Substrates. Das hydrophile poröse Substrat kann aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt sein; bevorzugt umfasst das Substrat ein Polymer. Beispiele für geeignete Polymere umfassen Polyaromaten, Polysulfone, Polyamide, Polyimide, Polyolefine, Polystyrole, Polycarbonate, cellulosische Polymere, wie Celluloseacetate und Cellulosenitrate, Fluorpolymere und PEEK. Aromatische Polysulfone sind bevorzugt. Beispiele für aromatische Polysulfone umfassen Polyethersulfon, Bisphenol A-Polysulfon und Polyphenylsulfon. Polyethersulfon ist besonders bevorzugt. Das hydrophile poröse Substrat kann eine beliebige geeignete Porengröße aufweisen, z.B. eine Porengröße im Bereich von ca. 0,01 oder 0,03 μm bis ca. 10 μm, bevorzugt ca. 0,1 μm bis ca. 5 μm, noch bevorzugter ca. 0,2 μm bis ca. 5 μm. Das poröse Substrat kann asymmetrisch oder – in einer bevorzugten Ausführungsform – symmetrisch sein.
  • Das poröse Substrat kann nach Verfahren hergestellt werden, wie sie dem Durchschnittsfachmann bekannt sind. Beispielsweise kann das poröse Substrat nach einem Phaseninversionsprozess hergestellt werden. Hierbei wird eine Gießlösung, welche das Polymer, ein Lösemittel, einen Porenbildner, ein Benetzungsmittel und optional eine kleine Menge eines Nicht-Lösemittels enthält, hergestellt durch Kombinieren und Mischen der Bestandteile, bevorzugt bei erhöhter Temperatur. Die resultierende Lösung wird gefiltert, um Verunreinigungen zu entfernen. Die Gießlösung wird in die Form eines Flachmaterials oder einer Hohlfaser gegossen oder extrudiert. Das resultierende Flachmaterial oder die resultierende Hohlfaser wird als eine phaseninvertierte Membran erstarren oder gelieren gelassen. Die erstarrte Membran wird dann ausgelaugt, um das Lösemittel und andere lösliche Bestandteile zu entfernen.
  • Das Beschichten des porösen Substrates mit der Beschichtungslösung kann nach Verfahren durchgeführt werden, welche dem Durchschnittsfachmann bekannt sind, zum Beispiel durch Tauchbeschichtung, Sprühbeschichtung, Meniscusbeschichtung und dergleichen. Beispielsweise kann eine Tauchbeschichtung wie folgt durchgeführt werden. Das Substrat wird für eine gegebene Zeitspanne, die ausreichend ist, um das Beschichten der Porenwände zu gewährleisten, in die Lösung getaucht. Die Tauchzeit kann von ca. 1 s bis ca. 5,0 min reichen, bevorzugt ca. 1 s bis ca. 1,0 min, noch bevorzugter von ca. 0,1 min bis ca. 0,3 min. Nach dem Tauchen wird die Überschussbeschichtungslösung auf dem Substrat entfernt, indem unter der Einwirkung der Schwerkraft oder unter Zuhilfenahme einer Rakel oder Luftrakel ablaufen gelassen wird. Das resultierende beschichtete Substrat wird gehärtet, um das Härten oder Vernetzen der Beschichtungszusammensetzung zu bewirken. So kann die Membran beispielsweise bei einer Temperatur unterhalb 130 °C, z.B. in einem Bereich von ca. 50 °C bis ca. 130 °C, bevorzugt bei einer Temperatur von ca. 70 °C bis ca. 130 °C, für eine geeignete Zeitspanne, welche in einem Bereich von ca. 5 min bis ca. 60 min, bevorzugt ca. 10 min bis ca. 30 min, angesiedelt sein kann, gehärtet werden. Die resultierende Membran kann gewaschen werden, um Extrahierbares in der Membran auszulaugen. Beispielhaft kann das Auslaugen der Membran in heißem deionisierten Wasser durchgeführt werden, z.B. in Wasser, welches bei über 73 °C gehalten wird. Die resultierende Membran wird dann in Luft oder in einem Ofen getrocknet, um das Wasser zu entfernen.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine positiv geladene mikroporöse Membran bereit, umfassend ein hydrophiles poröses Polyethersulfon-Substrat und eine vernetzte Beschichtung, umfassend das Reaktionsprodukt eines Polyethylenimins mit angehängten quaternären Ammoniumgruppen und eines Polyalkylenglycolpolyglycidylethers.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine positiv geladene mikroporöse Membran bereit, umfassend ein hydrophiles poröses Substrat und eine vernetzte Beschichtung, umfassend ein Polyalkylenamin mit angehängten kationischen Gruppen, welche durch Spacer-Gruppen mit dem Polyalkylenamin verknüpft sind.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine positiv geladene mikroporöse Membran bereit, umfassend ein hydrophiles poröses Polyethersulfon-Substrat und eine vernetzte Beschichtung, welche das Reaktionsprodukt eines Polyethylenimins mit angehängten quaternären Ammoniumgruppen und eines Polyalkylenglycolpolyglycidylethers umfasst.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine positiv geladene mikroporöse Membran bereit, umfassend ein hydrophiles poröses Substrat und eine vernetzte Beschichtung, umfassend ein Diallylamin-Copolymer mit angehängten kationischen Gruppen, welche durch Spacer-Gruppen an das Diallylamin-Copolymer geknüpft sind.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine positiv geladene mikroporöse Membran bereit, umfassend ein hydrophiles poröses Substrat und eine vernetzte Beschichtung, umfassend ein Acryl-Copolymer mit angehängten kationischen Gruppen, welche durch Spacer-Gruppen mit dem Acryl-Copolymer verknüpft sind.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine positiv geladene mikroporöse Membran bereit, umfassend ein hydrophiles poröses Substrat und eine vernetzte Beschichtung, wobei die Beschichtung hergestellt ist durch Vernetzen einer Zusammensetzung, umfassend ein Diallylamin-Copolymer mit Epoxy-Gruppen und angehängten kationischen Gruppen, ein Polyalkylenamin und eine aminreaktive Verbindung mit einer kationischen Gruppe.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine positiv geladene mikroporöse Membran bereit, umfassend ein hydrophiles poröses Substrat und eine vernetzte Beschichtungszusammensetzung, umfassend ein Copolymer von Diallylamin, ein Diallyldialkylammoniumhalogenid, ein Acryl-Monomer mit einer quaternären Ammonium-Gruppe und ein Vernetzungsmittel.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine positiv geladene mikroporöse Membran bereit, umfassend ein hydrophiles poröses Substrat und eine vernetzte Beschichtungszusammensetzung, umfassend ein Acryl-Polymer mit Epoxy-Gruppen und angehängten kationischen Gruppen und ein Copolymer, umfassend ein Polyamin und eine Glycidyl-Verbindung mit einer kationischen Gruppe.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine Vorrichtung bereit, z.B. eine Filtervorrichtung, eine chromatographische Vorrichtung, eine Vorrichtungen für den makromolekularen Transfer, eine Strömungsverteileranordnung und/oder ein Membranmodul, welche die erfindungsgemäße positiv geladene Membranen umfassen. Die Vorrichtung kann in beliebiger geeigneter Form vorliegen. Beispielsweise kann die Vorrichtung ein Filterelement umfassen, welches das positiv geladene Membranflachmaterialumfasst, z.B. in einer im Wesentlichen planaren oder gefalteten Form. Bei einer Ausführungsform kann das Element eine hohle, im Wesentlichen zylinderförmige Gestalt aufweisen. Falls gewünscht, kann die Vorrichtung das Filterelement in Kombination mit einer aufstromseitigen und/oder abstromseitigen Stütz- oder Drainageschicht umfassen. Die Vorrichtung kann eine Mehrzahl von Membranen aufweisen, z.B. um ein mehrschichtiges Filterelement bereitzustellen, oder in gestapelter Form, um ein Membranmodul bereitzustellen, z.B. ein Membranmodul zur Verwendung in der Membranchromatographie. Filterpatronen können konstruiert werden durch Einbeziehung von einem Gehäuse und Endkappen, um eine Fluiddichtung bereitzustellen, sowie von mindestens einem Einlass und mindestens einem Auslass. Die Vorrichtungen können so konstruiert sein, dass sie im Querstrom-(Crossflow-) oder Tangentialstrombetrieb sowie in einem statischen (Dead-end-)Betrieb arbeiten. Dementsprechend kann das zu behandelnde Fluid beispielsweise tangential zur Membranoberfläche geführt werden, oder es kann senkrecht zur Membranoberfläche strömen gelassen werden. Für Ausführungsformen der Membran, welche als ein Rohr oder eine Faser oder als Bündel von Rohren oder Fasern vorliegen, kann bzw. können die Membran/en als Module konfiguriert sein, z.B. nach Einbetten ihrer Enden in einem Klebemittel. Zwecks einer Beschreibung beispielhafter chromatographischer Vorrichtungen, Modulen mit porösen Medien und Strömungsverteileranordnungen, siehe U.S. Provisional Patent Application Nr. 60/121 667 und Nr. 60/121 701, beide mit Einreichungsdatum vom 25. Februar 1999; U.S. Provisional Patent Application Nr. 60/168 738 und 60/168 750, beide mit Einreichungsdatum vom 6. Dezember 1999; und International Applications mit Einreichungsdatum vom 25. Februar 2000 und mit dem Titel "Negatively Charged Membrane" von Chung-Jen Hou, Peter Konstantin und Yujing Yang; "Chromatography Devices and Flow Distributor Arrangements Used in Chromatography Devices" von Mark Hurwitz, Thomas Sorensen, John Stempel und Thomas Fendya; und "Chromatography Devices, Porous Medium Modules Used in Chromatography Devices and Methods for Making Porous Medium Modules" von Mark Hurwitz, Thomas Fendya und Gary Bush. Siehe auch UK Patent Application GB 2 275 626 A.
  • In bevorzugten Ausführungsformen weist die erfindungsgemäße Membran eine hervorragende Wasserdurchlässigkeit, Proteinbindungskapazität und Ladungsdichte auf. So weist die Membran zum Beispiel eine Wasserfließrate von wenigstens 5 ml/min/cm2, z.B. ca. 10 ml/min/cm2 bis ca. 100 ml/min/cm2, bevorzugt ca. 30 ml/min/cm2 bis ca. 70 ml/min/cm2, bei einem Druck von 24 in.Hg auf. Die erfindungsgemäße Membran zeigt einen Öffnungs-Wasser-Blasenpunkt (Bubble-Point), der unter 45 psi liegt, z.B. in einem Bereich von ca. 15 psi bis ca. 35 psi, bevorzugt ca. 20 psi bis ca. 30 psi. Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Membran mit Wasser und salinischen Lösungen augenblicklich benetzbar.
  • Die erfindungsgemäße Membran weist eine hohe Ladungsdichte auf. Die Ladungsdichte kann nach Verfahren bestimmt werden, wie sie dem Durchschnittsfachmann bekannt sind. Beispielsweise kann ein Bindevermögen für einen negativ geladenen Farbstoff als Maß für die Ladung verwendet werden. So weist die Membran eine Metanilgelb-Farbstoff-Bindungskapazität von mindestens 70 ml auf, z.B. ca. 70 ml bis ca. 1000 ml, bevorzugt ca. 90 ml bis ca. 800 ml, bei Prüfung mit einer 10 ppm-Farbstofflösung in Wasser. Metanilgelb ist ein negativ geladener Farbstoff. Das Farbstoffbindevermögen kann z.B. gemessen werden durch Filtrieren einer 10 Gew.-ppm-Lösung von Metanilgelb-Farbstoff, pH 6,6, bei einem Unterdruck von 5 in.Hg durch eine Membran scheibe mit einem Durchmesser von 9,6 cm2 und Überwachen des Volumens des Filtrats, bis eine Spur des Farbstoffs im Filtrat zu erscheinen beginnt.
  • Die erfindungsgemäße Membran weist ein hohes Proteinbindevermögen, bevorzugt ein hohes dynamisches BSA-Bindevermögen auf. So weist die Membran ein dynamisches BSA-Bindevermögen von mindestens 20 mg/ml auf, z.B. ca. 20 mg/ml bis ca. 100 mg/ml, bevorzugt ca. 25 mg/ml bis ca. 80 mg/ml. Beispielhaft wird das dynamische BSA-Bindevermögen nach dem folgenden Verfahren bestimmt. Ein proteinhaltiges Fluid, so etwa ein Fluid mit niedriger Ionenstärke, z.B. 25 mM Tris oder 10 mM Phosphat mit einem Protein, wird durch eine Membran geleitet, typisch bei einer Fließrate von 1 cm/min, und die Konzentration des Proteins in dem Filtrat wird als eine Funktion der Zeit gemessen. Die Konzentration des Proteins kann spektrophotometrisch bestimmt werden, z.B. durch Messen der Extinktion des Proteins bei 280 nm. Eine Durchbruchkurve, wie die in 1 gezeigte, kann dann erstellt werden, wobei die x-Achse die Zeit des Filtrationsexperimentes angibt und die Y-Achse die Proteinkonzentration im Filtrat angibt.
  • Die erfindungsgemäßen Membranen, im Besonderen jene, welche eine vernetzte Beschichtung aus dem Diallylamin-Copolymer enthalten, zeigen eine verbesserte Stabilität im Alkalischen im Vergleich mit Membranen, welche eine aus Estern, z.B. Glycidylmethacrylat, bestehende Beschichtungszusammensetzung umfassen. So war die Membran nach 48-stündigem Eintauchen in 1M NaOH-Lösung bei 37 °C stabil geblieben. Diese Alkaliresistenz erlaubt eine periodische Reinigung und Rejuvenierung der verbrauchten Membran mit einer Alkalilösung.
  • Die erfindungsgemäßen Membranen finden Verwendung in verschiedenen Anwendungen, z.B. in der Filtration von Fluiden, welche negativ geladene Materialien, z.B. Atome, Moleküle und Partikel, enthalten, bei der chromatographischen Trennung und beim makromolekularen Transfer von Nukleinsäuren und Proteinen von Elektrophoresegelen auf eine Immobilisierungsmatrix. Weitere Anwendungen umfassen zum Beispiel die Reinigung von viralen Vakzinen und Gentherapievektoren. Beispiele für negativ geladene Materialien umfassen Biomoleküle, wie Proteine, z.B. Wirtszellenproteine, Peptide, Aminosäuren, Nukleinsäuren wie DNA und RNA, Endotoxine, Viren, Adenoviren und Lipide. Die erfindungsgemäßen Membranen finden ferner Anwendung bei der Entfernung von bakteriellen Fragmenten, z.B. Endotoxinen, aus Fluiden. Beispiele für Nukleinsäuren umfassen modifizierte oder unmodifizierte, natürliche oder synthetische RNA und DNA. Die erfindungsgemäße Membran kann ferner zur Adsorption und/oder Trennung von Plasmiden und/oder Adenoviren verwendet werden.
  • Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren bereit zum Behandeln eines Fluids, welches negativ geladene Materialien enthält, wobei das Verfahren das Inkontaktbringen des Fluids mit der positiv geladenen Membran gemäß Anspruch 51 umfasst. Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren bereit zum selektiven Adsorbieren eines oder mehrerer negativ geladener Materialien aus einem Fluid, welches eine Mischung von negativ geladenen Materialien enthält, umfassend das Inkontaktbringen des Fluids mit der Membran unter Bedingungen, welche vorteilhaft für die Adsorption ausgewählter negativ geladener Materialien sind. Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren bereit zum selektiven Freisetzen eines oder mehrerer Biomoleküle aus der erfindungsgemäßen Membran, umfassend das Inkontaktbringen der Membran mit adsorbierten Biomolekülen mit einem Elutionsmittel unter Bedingungen, welche vorteilhaft für die Freigabe der ausgewählten Biomoleküle sind.
  • Die erfindungsgemäße positiv geladene Membran ist besonders geeignet zur Behandlung von Fluiden, welche Biomoleküle enthalten, die bereits so behandelt wurden oder behandelt werden, dass sie eine negative Oberflächenladung aufweisen. Beispielsweise kann eine Proteinlösung so behandelt werden, dass der pH-Wert der Lösung höher ist als der isoelektrische Punkt des Proteins, bevorzugt bis zu ca. 3 oder 4 Einheiten höher als der isoelektrische Punkt. So weist z.B. BSA einen isoelektrischen Punkt von 4,7 auf. Der pH-Wert des Puffers, der das Protein enthält, kann auf ca. 7,0 eingestellt werden. Das BSA, welches eine negative Ladung aufweist, kann auf der Oberfläche der positiv geladenen Membran adsorbiert werden.
  • Die erfindungsgemäße Membran kann für die Reinigung von Proteinen verwendet werden. So können z.B. Nukleinsäuren aus einem Fluid entfernt werden, welches Nukleinsäuren und Proteine umfasst. Ein Beispiel für ein Protein sind Antikörper. Die Nukleinsäuren können zum Beispiel genomische DNA, Plasmid-DNA oder virale DNA sein. Die Nukleinsäure kann mit einem minimalen Proteinverlust entfernt werden. Die erfindungsgemäße Membran weist ein DNA-Bindevermögen von ca. 5 mg/ml oder mehr bei ca. 80 % Sättigung oder mehr auf. Ausführungsformen der Membran weisen eine DNA-Bindungskapazität von 5,7 mg/ml bei einer Fließrate von 20 ml/min und 8,5 mg/ml bei einer Fließrate von 4 ml/min auf. Bei einigen Ausführungsformen der Verfahren, bei denen z.B. Nukleinsäuren wie DNA aus einem Fluid, z.B. einer Nukleinsäure und Protein enthaltenden pharmazeutischen Zubereitung, entfernt werden sollen, kann die DNA (z.B. Wirtszellen-DNA) von einer Anfangskonzentration von ca. 100 μg/ml oder mehr hinab bis ca. 10 Pikogramm/ml oder weniger in dem behandelten (z.B. gefilterten), an Nukleinsäure verarmten proteinhaltigen Fluid erniedrigt werden. DNA bindet an die erfindungsgemäße Membran selbst in hochsalinischen Medien, z.B. 0,5M NaCl bei pH 7,0.
  • Die erfindungsgemäßen Membranen können ferner für die Trennung von Proteinen verwendet werden, z.B. für die Isolierung oder Reinigung der einzelnen Proteine aus einem Fluid, welches IgG und BSA enthält. Die Trennung kann bewirkt werden durch Variieren der Prozessbedingungen, z.B. des pH-Wertes oder des Puffers oder beides. So können beispielsweise 80 μl eines Fluids, welches 1 mg/ml Ziegen-IgG und 1 mg/ml BSA enthält, auf eine chromatographische Säule oder Stapel von fünf Lagen einer erfindungsgemäßen positiv geladenen Membran mit einem Durchmesser von 25 mm gegeben werden. Die Säule oder der Stapel kann mit einem Gradienten eluiert werden – 7 ml von 25 mM Tris-Puffer bei einem pH von 8,5 zu 1M NaCl-25 mM Tris-Puffer bei einem pH von 8,5. Die Fließrate kann 4 ml/min betragen. Das Ziegen-IgG wird als erstes eluiert, danach B5A.
  • Die erfindungsgemäße Membran weist ein dynamisches Protein-Bindevermögen von ca. 25 mg/ml oder mehr bei 80 % Sättigungskapazität auf, z.B. in einem 25 mM Tris-Puffer, pH 7,0, bei einer Fließrate von 1 ml/min. Ausfüh rungsformen der Membran weisen ein dynamisches Proteinbindevermögen, z.B. BSA-Bindevermögen, von 80 mg/ml in einer 0,5M Salzlösung auf.
  • Die folgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung weiter veranschaulichen; es versteht sich jedoch, dass sie den Bereich der Erfindung in keiner Weise einschränken sollen.
  • BEISPIEL 1
  • Dieses Beispiel zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen positiv geladenen Membran. Dieses Beispiel zeigt ferner die Eigenschaften der hergestellten Membran. Zuerst wurde ein Diallylamin-Copolymer wie folgt hergestellt. 5 g Diallylamin wurden zu 59 g deionisiertem Wasser, welches 12 g einer 50 %igen Salzsäurelösung enthielt, hinzugegeben. 30 g {3-(Methacryloylamino)-propyl}-trimethylammoniumchlorid (50 %ige Lösung) wurden hinzugefügt und gemischt. Der pH-Wert der resultierenden Lösung wurde durch die Zugabe von verdünntem Natriumhydroxid auf 5,0 eingestellt. Die obige Reaktionsmischung wurde mit Stickstoff für 2 h bei 50 °C gespült.
  • Die Polymerisation wurde durch die Zugabe von 0,5 g Ammoniumpersulfat initiiert. Die Polymerisation wurde nach 2,5 h gestoppt. Die resultierende Polymerlösung wurde durch Reaktion mit Epichlorhydrin aktiviert. 20 g der wie oben beschrieben hergestellten Copolymer-Lösung wurden mit der gleichen Menge an deionisiertem Wasser verdünnt. Der pH-Wert der verdünnten Lösung wurde durch Zugabe von verdünntem NaOH auf 8,0 eingestellt, und 1,3 g Epichlorhydrin wurden zugesetzt. Die erhaltene Mischung wurde bei 45 °C 4 Stunden lang kräftig gerührt. So wurde eine aktivierte Polymerlösung erhalten.
  • Separat von der wie oben beschrieben hergestellten aktivierten Polymerlösung wurden 10 g Pentaethylenhexamin (PEHA) (Aldrich) und 56 g Glycidyltrimethylammoniumchlorid (GTMACl) (90 %) (Fluka) in 34 g deionisiertem Wasser gelöst, und die resultierende Lösung wurde in einem Wasserbad bei 135 °F über Nacht erhitzt. So wurde einer Vernetzerlösung erhalten.
  • Es wurden zwei verschiedene Membranbeschichtungslösungen hergestellt. Die erste Lösung enthielt 20 g des aktivierten Polymers, 20 g deionisiertes Wasser, 3 g der Vernetzerlösung. Die zweite Lösung enthielt 20 g des aktivierten Polymers und 4 g der Vernetzerlösung. Der pH-Wert der Lösungen wurde durch die Zugabe von NaOH auf 10,4 eingestellt.
  • Mikroporöse Polyethersulfon-Membranen wurden als das hydrophile Substrat verwendet. Die Lösungen wurden auf eine hydrophile Polyethersulfon-Membran mit einer nominellen Porengröße von 0,8 μm aufgebracht. Zwei Stücke des Membransubstrates wurden in die Beschichtungslösungen eingetaucht. Die Überschusslösung wurde entfernt, und die eingetauchten Substrate wurden in einem Ofen bei 100 °C für 1 Stunde erhitzt. Die resultierenden Membranen wurden in heißem deionisierten Wasser für 1 Stunde extrahiert und dann getrocknet. Die mit der ersten Beschichtungslösung erzeugte Membran (Membran 1A) zeigte eine Wasserfließrate von 50,8 ml/min/cm2 bei 10 psi, ein Metanilgelb-Farbstoff-Bindevermögen von 270 ml und ein BSA-Bindevermögen von 17,81 mg/ml. Die mit der zweiten Beschichtungslösung hergestellte Membran (Membran 1B) zeigte eine Wasserfließrate von 12,0 ml/min/cm2 bei 10 psi und ein BSA-Bindevermögen von 49,99 mg/ml. Die für die Membran 1B erhaltene Durchbruchkurve ist in 1 dargestellt.
  • BEISPIEL 2
  • Dieses Beispiel zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen positiv geladenen Membran. Dieses Beispiel zeigt ferner die Eigenschaften der hergestellten Membran. Ein Diallylamin-Copolymer wurde wie folgt hergestellt.
  • Eine Mischung, welche 680 g Wasser, 30 g konzentrierte Salzsäure, 30 g Diallylamin, 46,2 g einer 65 %igen Lösung von Diallyldimethylammoniumchlorid, 30 g N-{3-(Dimethylamino)-propyl}-methacrylamid und 180 g einer 50 % Lösung von 3-{Methacryloylamino)-propyl}-trimethylammoniumchlorid enthielt, wurde hergestellt. Der pH-Wert der Mischung wurde auf 4,5 eingestellt, die Lösung wurde entgast und eine Polymerisation durchgeführt. Es wurden 3 g Ammoniumpersulfat und 1,2 g Natriummetabisulfit hinzugegeben, um die Polymerisation zu initiieren. Nach Beendigung der Polymerisation wurde der pH-Wert der Polymerlösung weiter auf 10,5 eingestellt, und es wurden 42,7 g Epichlorhydrin zu der Lösung hinzugegeben. Die resultierende Lösung wurde bei einer Temperatur von 45–60 °C über mehrere Stunden gehalten. Dann wurde die Polymerlösung auf die Umgebungstemperatur abgekühlt.
  • 241,8 g der wie oben beschrieben hergestellten Polymerlösung, 460 g Wasser, 13,6 g PEHA und 10 g GTMACI wurden kombiniert und gemischt, um eine Beschichtungslösung zu erhalten. Ein hydrophiles Polyethersulfon mit einer nominellen Porengröße von 0,8 μm wurde mit der Beschichtungslösung beschichtet und die beschichtete Membran wurde in einem Ofen bei ca. 100 °C 1 Stunde lang gehärtet. Die gehärtete Membran wurde sodann in heißem deionisierten Wasser gewaschen und getrocknet. Das Protein-Bindevermögen der so hergestellten Membranen wurde als in einem Bereich von 40–62 mg BSA/ml liegend bestimmt.
  • BEISPIEL 3
  • Dieses Beispiel zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen positiv geladenen Membran. Dieses Beispiel zeigt ferner die Eigenschaften der hergestellten Membran. Ein Diallylamin-Copolymer wurde wie folgt hergestellt.
  • 711 g deionisiertes Wasser, 30 g konzentrierte Salzsäure, 30 g Diallylamin, 46,2 g einer 65 %igen Lösung von Diallyldimethylammoniumchlorid und 180 g einer 50 %igen Lösung von 3-{Methacryloylamino)-propyl}-trimethylammoniumchlorid wurden gemischt und der pH-Wert der Mischung durch die Zugabe von Salzsäure (36 %) auf 4,5 eingestellt. Die resultierende Lösung wurde entgast und eine Polymerisation durchgeführt, wobei die Kombination von Ammoniumpersulfat und Natriummetabisulfit als Initiator verwendet wurde. Der pH-Wert der resultierenden Polymerlösung wurde auf 10,5 eingestellt und 27,0 g Epichlorhydrin zugegeben. Die erhaltene Mischung wurde bei einer Temperatur von 45–60 °C über mehrere Tage gehalten und dann auf die Umgebungstemperatur abgekühlt.
  • 300,0 g der wie oben beschrieben hergestellten Polymerlösung, 300,0 g deionisiertes Wasser, 5,0 g PEHA, 5,0 g PEI mit einem Molekulargewicht (Mn ca. 600) von Aldrich (wasserfrei), 6,0 g GTMACI und 5,0 g Ethylenglycoldigly cidylether wurden kombiniert und gemischt, um eine Beschichtungslösung zu erhalten. Ein hydrophiles Polyethersulfon mit einer nominellen Porengröße von 0,8 um und einem vernetzten hydrophilen Benetzungsagens wurde mit der Beschichtungslösung beschichtet und die beschichtete Membran in einem Ofen bei ca. 100 °C 1 Stunde lang gehärtet. Die gehärtete Membran wurde sodann in heißem deionisierten Wasser gewaschen und getrocknet. Das Protein-(BSA-)Bindevermögen der so hergestellten Membranen wurde als in einem Bereich von 36–45 mg/ml liegend bestimmt. Die Beschichtungslösung wurde ferner verwendet, um eine SUPORTM EK-Polyethersulfon-Membran zu modifizieren. Die resultierende Membran zeigte ein BSA-Bindevermögen von 41 mg/ml.
  • BEISPIEL 4
  • Dieses Beispiel zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen positiv geladenen Membran. Dieses Beispiel zeigt ferner die Eigenschaften der hergestellten Membran. Ein Diallylamin-Copolymer wurde wie folgt hergestellt.
  • 575 g Wasser, 100 g Methanol, 30 g konzentrierte Salzsäure, 30 g Diallylamin, 46,2 g einer 65 %igen Lösung von Diallyldimethylammoniumchlorid, 30 g N-(Isobutoxymethyl)-acrylamid und 180 g einer 50 %igen Lösung von {3-(Methacryloylamino)-propyl}-trimethylammoniumchlorid wurden kombiniert und der pH-Wert der resultierenden Lösung durch die Zugabe von konzentrierter Salzsäure (36 %) auf 4,5 eingestellt. Die Lösung wurde sodann entgast und polymerisiert, wobei die Kombination von Ammoniumpersulfat und Natriummetabisulfit als Initiator verwendet wurde. Die wie oben beschrieben hergestellte Polymerlösung wurde mit Wasser verdünnt (1:4, gewichtsbezogen), um eine Beschichtungslösung zu erhalten.
  • Ein Polyethersulfon-Substrat mit einer ungefähren Porengröße von 0,65 μm wurde mit der Beschichtungslösung beschichtet und die beschichtete Membran in einem Ofen bei ca. 100 °C 1 Stunde lang gehärtet. Die gehärtete Membran wurde sodann in heißem deionisierten Wasser gewaschen und getrocknet. Das Protein-(BSA-)Bindevermögen der so hergestellten Membran wurde zu 24 mg/ml gefunden.
  • BEISPIEL 5
  • Dieses Beispiel zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen positiv geladenen Membran. Dieses Beispiel zeigt ferner die Eigenschaften der hergestellten Membran. Ein Acryl-Polymer mit Epoxy-Gruppen und angehängten kationischen Gruppen wurde wie folgt hergestellt.
  • 30 g Glycidylmethacrylat (Aldrich), 200 g Dimethylformamid, 949 g deionisiertes Wasser und 266 g Methacryloyloxyethyltrimethylammoniumchlorid (75 %ige Lösung in Wasser) wurden in einem 2 I-Glasreaktor gemischt und mit Stickstoff gespült und bei 50 °C erhitzt. Nach 2-stündigem Spülen wurden 10 g Ammoniumpersulfat hinzugegeben und der Inhalt des Reaktors für ca. 4 h bei 50 °C gehalten. Die resultierende Lösung wurde mit 300 g DI-Wasser verdünnt.
  • In einer separaten Reaktion wurden 2,0 g PEHA und 0,93 g GTMACI (90 % in Wasser) kombiniert und mit Wasser verdünnt, um eine Lösung mit einem Gesamtgewicht von 50 g zu erhalten. 26,66 g der so hergestellten Lösung wurden zu 21,83 g Glycidylmethacrylat-co-methacryloyloxyethyltrimethylammoniumchlorid-Lösung (13,75 %ige Lösung) gegeben. Zu der Mischung wurde ausreichend Wasser hinzugefügt, um das Gesamtgewicht der Lösung auf 100 g zu bringen. Die Copolymer-Konzentration in dieser Beschichtungslösung betrug 3 Gew.-%.
  • Eine SUPORTM 3000-Polyethersulfon-Membran mit einer nominellen Porengröße von 3 μm wurde in die wie oben beschrieben hergestellte Lösung eingetaucht. Die Membran wurde dann in einem Ofen bei 95 °C für 0,5 h gehärtet. Die Membran wurde sodann in heißem deionisierten Wasser für 30 min extrahiert und in einem Ofen bei 95 °C getrocknet.
  • Die wie oben beschrieben hergestellte positiv geladene Membran zeigte ein BSA-Bindevermögen von 37,58 mg/ml, eine Wasserfließrate von 73 ml/min/cm2 und ein Metanilgelb-Farbstoff-Absorptionsvermögen von 480 ml. Die für die Membran erhaltene Durchbruchkurve ist in 2 dargestellt.
  • BEISPIEL 6
  • Dieses Beispiel zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen positiv geladenen Membran. Dieses Beispiel zeigt ferner die Eigenschaften der hergestellten Membran. Ein Acryl-Polymer mit Epoxy-Gruppen und angehängten kationischen Gruppen wurde wie folgt hergestellt.
  • Ein Copolymer von Glycidylmethacrylat und Methacryloylaminopropyltrimethylammoniumchlorid wurde wie folgt hergestellt. 28,45 g Glycidylmethacrylat-co-methacryloylaminopropyltrimethylammoniumchlorid (13,75 %ige Lösung) und 26,60 g einer Lösung von PEHA + GTMACI, hergestellt wie in Beispiel 5 beschrieben, wurden mit einer ausreichenden Menge an DI-Wasser gemischt, um das Gesamtgewicht der Lösung auf 100 g zu bringen. Die Copolymer-Konzentration in dieser Beschichtungslösung betrug 3 Gew.-%.
  • Eine SUPOR 3000-Polyethersulfon-Membran mit einer nominellen Porengröße von 3 μm wurde in die wie oben beschrieben hergestellte Lösung eingetaucht. Die Membran wurde sodann in einem Ofen bei 95 °C für 0,5 h gehärtet. Die Membran wurde dann in heißem deionisierten Wasser für 30 min extrahiert und in einem Ofen bei 95 °C getrocknet.
  • Die wie oben beschrieben hergestellte positiv geladene Membran zeigte ein BSA-Bindevermögen von 34 mg/ml, eine Wasserfließrate von 24 ml/min/cm2 und ein Metanilgelb-Farbstoff-Absorptionsvermögen von 90 ml.
  • BEISPIEL 7
  • Dieses Beispiel zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen positiv geladenen Membran. Ein PEI mit angehängten kationischen Gruppen wurde wie folgt hergestellt. 8 g einer 50 %igen Lösung an verzweigtem PEI der Fa. Aldrich Chemical Company mit einem mittleren Molekulargewicht von 750 000 wurden mit 10,4 g einer 90 %igen Lösung in Wasser von Glycidyltrimethylammoniumchlorid (Fluka) in 181,2 g deionisiertem Wasser kombiniert. Die resultierende Lösung wurde ca. 15 min lang bewegt und dann für 16 h in ein Wasserbad bei 36 °C gestellt. 0,4 g einer 50 %igen Lösung von Ethylenglycoldiglycidylether wurden mit der das modifizierte PEI enthaltenden, wie oben beschrieben hergestellten Lösung gemischt, um eine Beschichtungslösung zu erhalten.
  • Ein poröses hydrophiles Polyethersulfon-Substratflachmaterial mit einer nominellen Porengröße von 0,8 μm wurde mit der wie oben beschrieben hergestellten Beschichtungslösung beschichtet. Das beschichtete Substrat wurde in einem Ofen bei 100 °C für einen Zeitraum von ca. 30 min gehärtet. Die gehärtete Membran wurde in siedendem Wasser für 1 h extrahiert, um Reste zu entfernen. Die erhaltene Membran wurde auf Farbstoffaufnahme und Proteinbindung getestet. Die Membran zeigte ein Metanilgelb-Farbstoff-Absorptionsvermögen von 400 ml und ein spezifisches BSA-Bindevermögen von 47 mg.
  • BEISPIEL 8
  • Dieses Beispiel zeigt das Vermögen einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membran, Proteine zu binden. Zwei Membranscheiben mit einer effektiven Filterfläche von 2,9 cm2, mit einer Wasserfließrate von 40 ml/min/cm2 bei 10 psi und hergestellt wie in Beispiel 7 beschrieben, wurden in eine Membran-Testzelle platziert und eine BSA-Lösung, welche 194,8 mg/ml BSA in einem 10 mM NaHPO4-Puffer bei einem pH von 7 enthielt, wurde über die Membranen bei einer Fließrate von 4 ml/min geleitet. Filtratproben wurden gesammelt und die BSA-Konzentration als eine Funktion der Zeit bestimmt. Die erhaltenen Resultate sind in 3 veranschaulicht. Die in 3 dargestellte Durchbruchkurve zeigt, dass das Protein an den Membranen mit großer Effizienz für die ersten sechs Minuten der Filtration zurückgehalten wird. Die Membranen waren also frei von Defekten. Ferner war die Steigung der Durchbruchkurve nahezu vertikal. Diese vertikale Steigung macht die Membran attraktiv zur Verwendung bei der Trennung von Proteinen, welche in einer Mischung vorliegen, weil eine erhöhte Auflösung möglich ist.
  • BEISPIEL 9
  • Dieses Beispiel zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen positiv geladenen Membran. Dieses Beispiel zeigt ferner die Eigenschaften dieser Ausführungsform.
  • 4,8 g einer 50 %igen Lösung an verzweigtem PEI der Firma Aldrich Chemical Company mit einem mittleren Molekulargewicht von 50 000–100 000 wurden mit 9,5 g einer 90 %igen Lösung in Wasser von Glycidyltrimethylammoniumchlorid (Fluka) und 184,7 g deionisiertem Wasser kombiniert. Die resultierende Lösung wurde ca. 15 min lang bewegt und dann für 24 h in ein Wasserbad bei 36 °C gestellt, um eine Lösung zu erhalten, welche ein modifiziertes PEI enthielt. 1,0 g einer 50 %igen Lösung von Ethylenglycoldiglycidylether (Aldrich) wurden mit der das modifizierte PEI enthaltenden, wie oben beschrieben hergestellten Lösung gemischt, um eine Beschichtungslösung herzustellen.
  • Ein poröses hydrophiles Polyethersulfon-Substratflachmaterial mit einer nominellen Porengröße von 0,8 μm wurde mit der wie oben beschrieben hergestellten Beschichtungslösung beschichtet. Das beschichtete Substrat wurde in einem Ofen bei 100 °C für einen Zeitraum von ca. 30 min gehärtet. Die gehärtete Membran wurde in siedendem Wasser für 1 h extrahiert, um Reste zu entfernen. Die erhaltene Membran wurde auf Farbstoffaufnahme und Proteinbindung getestet. Die Membran zeigte eine Metanilgelb-Farbstoff-Absorptionskapazität von 350 ml, eine Wasserfließrate von 50 ml/min/cm2 bei 24 in.Hg und ein spezifisches BSA-Bindevermögen von 44 mg/ml.
  • BEISPIEL 10
  • Dieses Beispiel zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen positiv geladenen Membran. Dieses Beispiel zeigt ferner die Eigenschaften dieser Ausführungsform.
  • 60 g einer 50 %igen Lösung an verzweigtem PEI (der Firma Aldrich Chemical Company) mit einem mittleren Molekulargewicht von 750 000 wurden mit 78 g einer 90 %igen Lösung in Wasser von Glycidyltrimethylammoniumchlorid und 362 g deionisiertem Wasser kombiniert. Die resultierende Lösung wurde ca. 15 min lang bewegt und dann für 66 h in ein Wasserbad bei 36 °C gestellt, um eine modifizierte PEI-Lösung zu erhalten.
  • 40 g der modifizierten PEI-Lösung wurden mit 59,08 g DI-Wasser und 0,5 g Butylenglycoldiglycidylether gemischt. Ein poröses hydrophiles Polyethersul fon-Substratflachmaterial mit einer nominellen Porengröße von 0,8 μm wurde mit der wie oben beschrieben hergestellten Beschichtungslösung beschichtet. Das beschichtete Substrat wurde in einem Ofen bei 100 °C für einen Zeitraum von ca. 30 min gehärtet. Die gehärtete Membran wurde in siedendem Wasser für 0,5 h extrahiert, um Reste zu entfernen, und in einem Ofen bei 100 °C für 15 min getrocknet. Die erhaltene Membran wurde auf Wasserfluss und Proteinbindung getestet. Die Membran zeigte einen Wasserfluss von 37 ml/min/cm2 und ein spezifisches BSA-Bindevermögen von 44 mg/ml.
  • BEISPIEL 11
  • Dieses Beispiel zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen positiv geladenen Membran. Dieses Beispiel zeigt ferner die Eigenschaften dieser Ausführungsform. In dieser Zubereitung wurde an Stelle von Glycidyltrimethylammoniumchlorid (3-Chlor-2-hydroxypropyl)-trimethylammoniumchlorid als das PEI-modifizierende Agens verwendet. Das modifizierte PEI wurde wie folgt hergestellt.
  • 24 g PEI (MW 750 000) (50 %ige Lösung in Wasser) wurden mit 54,4 g (3-Chlor-2-hydroxypropyl)-trimethylammoniumchlorid (60 %ige Lösung in Wasser) und 121,6 g DI-Wasser gemischt. Der pH-Wert der resultierenden Lösung wurde mit 40 %igem Natriumhydroxid auf einen Wert von 11 eingestellt und die Mischung bei 135 °F für ca. 16 h erhitzt, um eine modifizierte PEI-Lösung zu erhalten.
  • 25 g der modifizierten PEI-Lösung wurden mit 0,36 g Ethylenglycoldiglycidylether und 24,64 g DI-Wasser gemischt. Ein poröses hydrophiles Polyethersulfon-Substratflachmaterial mit einer nominellen Porengröße von 0,8 μm wurde mit der wie oben beschrieben hergestellten Beschichtungslösung beschichtet. Das beschichtete Substrat wurde in einem Ofen bei 110 °C für einen Zeitraum von ca. 30 min gehärtet. Die gehärtete Membran wurde in siedendem Wasser für 0,5 h extrahiert, um Reste zu entfernen, und in einem Ofen bei 100 °C für 15 min getrocknet. Die erhaltene Membran wurde auf Wasserfluss und Proteinbindung getestet. Die Membran zeigte eine Wasserfließrate von 40 ml/min/cm2 und ein spezifisches BSA-Bindevermögen von 31 mg/ml.
  • Alle hierin zitierten, in Bezug genommenen Schriften, einschließlich Patente, Patentanmeldungen und Veröffentlichungen, werden durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in den vorliegenden Text aufgenommen.

Claims (56)

  1. Positiv geladene mikroporöse Membran, umfassend ein poröses Substrat und eine vernetzte Beschichtung, welche ein Polymer-Grundgerüst und angehängte kationische Gruppen aufweist, wobei jede angehängte kationische Gruppe mit dem Grundgerüst durch eine polare Spacer-Gruppe über eine kovalente Bindung direkt verknüpft ist.
  2. Positiv geladene mikroporöse Membran nach Anspruch 1, wobei das poröse Substrat hydrophil ist.
  3. Positiv geladene mikroporöse Membran nach Anspruch 1 oder 2, wobei die vernetzte Beschichtung ein vernetztes Polyamin umfasst.
  4. Positiv geladene mikroporöse Membran nach Anspruch 3, wobei das Polyamin ein Polyalkylenamin umfasst.
  5. Positiv geladene mikroporöse Membran nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die vernetzte Beschichtung ein Diallylamin-Copolymer umfasst.
  6. Positiv geladene mikroporöse Membran nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die vernetzte Beschichtung ein Acryl-Copolymer umfasst.
  7. Positiv geladene mikroporöse Membran nach Anspruch 1 oder 2, wobei die vernetzte Beschichtung hergestellt ist durch Vernetzen einer Zusammensetzung, welche ein Diallylamin-Copolymer mit Epoxy-Gruppen und angehängten kationischen Gruppen, ein Polyalkylenamin und eine aminreaktive Verbindung mit einer kationischen Gruppe umfasst.
  8. Positiv geladene mikroporöse Membran nach Anspruch 1 oder 2, wobei die vernetzte Beschichtung ein Copolymer von Diallylamin, ein Diallyldialkylammoniumhalogenid, ein Acryl-Monomer mit einer quaternären Ammonium-Gruppe und ein Vernetzungsmittel umfasst.
  9. Positiv geladene mikroporöse Membran nach Anspruch 1 oder 2, wobei die vernetzte Beschichtung ein Acryl-Polymer mit Epoxy-Gruppen und angehängten kationischen Gruppen und ein Copolymer, umfassend ein Polyamin und eine Glycidyl-Verbindung mit einer kationischen Gruppe, umfasst.
  10. Positiv geladene mikroporöse Membran nach Anspruch 4, wobei das Polyalkylenamin Polyethylenimin ist.
  11. Positiv geladene mikroporöse Membran nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die kationische Gruppe quaternäre Ammonium-Gruppen umfasst.
  12. Positiv geladene mikroporöse Membran nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Spacer-Gruppe eine oder mehrere Gruppen umfasst, ausgewählt aus Hydroxyl-, Hydroxyalkyl-, Amino-, Aminoalkyl-, Amido-, Alkylamido-, Ester- und Alkoxyalkyl-Gruppen.
  13. Positiv geladene mikroporöse Membran nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Spacer-Gruppe eine oder mehrere Gruppen umfasst, ausgewählt aus Hydroxyalkyl-, Alkylamino-, Hydroxyalkylaminoalkyl-, Hydroxyalkylaminoalkylhydroxyalkyl-, Alkylaminoalkyl- und Alkylamido-Gruppen.
  14. Positiv geladene mikroporöse Membran nach Anspruch 12, wobei die Spacer-Gruppe eine oder mehrere Gruppen umfasst, ausgewählt aus Hydroxyalkyl- und Aminoalkyl-Gruppen.
  15. Positiv geladene mikroporöse Membran nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Diallylamin-Copolymer oder Acryl-Copolymer ein polymerisiertes Acryl-Monomer umfasst.
  16. Positiv geladene mikroporöse Membran nach Anspruch 15, wobei das Acryl-Monomer ein Acryloylaminoalkyl- oder Acryloyloxyalkyl-Monomer ist.
  17. Positiv geladene mikroporöse Membran nach Anspruch 5, wobei das Diallylamin-Copolymer ein oder mehrere polymerisierte stickstoffhaltige Comonomere umfasst.
  18. Positiv geladene mikroporöse Membran nach Anspruch 17, wobei das eine oder die mehreren polymerisierten stickstoffhaltigen Comonomere ausgewählt sind aus der Gruppe, welche aus quaternäre Ammonium-Gruppen tragenden Comonomeren und tertiäre Amino-Gruppen tragenden Comonomeren besteht.
  19. Positiv geladene mikroporöse Membran nach Anspruch 8, wobei das Vernetzungsmittel ein N-(Alkoxymethyl)-acrylamid ist.
  20. Positiv geladene mikroporöse Membran nach Anspruch 8 oder 19, wobei das Acryl-Monomer ein Acryloylaminoalkyl oder ein Acryloyloxyalkyltrialkylammoniumhalogenid ist.
  21. Positiv geladene mikroporöse Membran nach Anspruch 6, wobei das Acryl-Copolymer ein polymerisiertes Monomer umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, welche aus Glycidylalkylacrylat, Methacryloyloxyalkyltrialkylammoniumhalogenid und Methacryloylaminoalkyltrialkylammoniumhalogenid besteht.
  22. Positiv geladene mikroporöse Membran nach Anspruch 6, wobei das Acryl-Copolymer mit einem Polyamin verknüpft ist.
  23. Positiv geladene mikroporöse Membran nach Anspruch 22, wobei das Polyamin Pentaethylenhexamin ist.
  24. Positiv geladene mikroporöse Membran nach Anspruch 11, wobei die kationische Gruppe durch eine Reaktion mit einer Glycidyl-Verbindung mit einer kationischen Gruppe mit dem Polyethylenimin verknüpft ist.
  25. Positiv geladene mikroporöse Membran nach Anspruch 11 oder 24, wobei die Beschichtung durch eine Reaktion mit einer Polyglycidyl-Verbindung vernetzt ist.
  26. Positiv geladene mikroporöse Membran nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei das poröse Substrat ein Substratpolymer umfasst.
  27. Positiv geladene mikroporöse Membran nach Anspruch 26, wobei das Substratpolymer ausgewählt ist aus der Gruppe, welche aus Polyaromaten, Polysulfonen, Polyolefinen, Polystyrolen, Polyamiden, Polyimiden, Fluorpolymeren, Polycarbonaten, Polyestern, Celluloseacetaten und Cellulosenitraten besteht.
  28. Positiv geladene mikroporöse Membran nach Anspruch 27, wobei das Substratpolymer ein Polysulfon ist.
  29. Positiv geladene mikroporöse Membran nach einem der Ansprüche 1 bis 28, wobei die Membran ein Protein-Bindevermögen von 25 mg/ml oder mehr aufweist.
  30. Positiv geladene mikroporöse Membran nach Anspruch 29, wobei das Protein Rinderserumalbumin oder Immunoglobulin ist.
  31. Positiv geladene mikroporöse Membran nach Anspruch 29 oder 30, wobei das poröse Substrat hydrophil ist.
  32. Positiv geladene mikroporöse Membran nach einem der Ansprüche 1 bis 31, wobei die Membran ein Nukleinsäure-Bindevermögen von 5 mg/ml oder mehr aufweist.
  33. Positiv geladene mikroporöse Membran nach einem der Ansprüche 1 bis 32, wobei die kationische Gruppe direkt mit dem Grundgerüst verknüpft ist.
  34. Verfahren zur Herstellung einer positiv geladenen mikroporösen Membran, umfassend ein poröses Substrat und eine vernetzte Beschichtung, welche ein Polyalkylenamin-Grundgerüst mit angehängten kationischen Gruppen umfasst, wobei jede angehängte kationische Gruppe mit dem Polyalkylenamin durch eine polare Spacer-Gruppe über eine kovalente Bindung direkt verknüpft ist, wobei das Verfahren umfasst: (a) Bereitstellen eines porösen Substrates; (b) Kontaktieren des Substrates mit einer Beschichtungszusammensetzung, umfassend ein Vernetzungsmittel und das Polyalkylenamin; (c) Härten des in (b) erhaltenen Substrates, um eine positiv geladene Membran zu erhalten; und, (d) optional, Extrahieren der in (c) erhaltenen Membran, um extrahierbare Reste darin zu entfernen.
  35. Verfahren nach Anspruch 34, wobei die kationische Gruppe quaternäres Ammonium ist.
  36. Verfahren nach Anspruch 34, wobei das Polyalkylenamin Polyethylenimin umfasst.
  37. Verfahren nach Anspruch 34, wobei die kationische Gruppe durch die Spacer-Gruppe mit dem Polyalkylenamin verknüpft ist.
  38. Verfahren nach Anspruch 37, wobei die Spacer-Gruppe eine oder mehrere Gruppen umfasst, ausgewählt aus Hydroxyl-, Hydroxyalkyl-, Amino-, Aminoalkyl-, Amido-, Alkylamido-, Ester- und Alkoxyalkyl-Gruppen.
  39. Verfahren nach Anspruch 37, wobei die Spacer-Gruppe eine oder mehrere Gruppen umfasst, ausgewählt aus Hydroxyalkyl-, Alkylamino-, Hydroxyalkylaminoalkyl-, Hydroxyalkylaminoalkylhydroxyalkyl-, Alkylaminoalkyl- und Alkylamido-Gruppen.
  40. Verfahren nach Anspruch 36, wobei die kationische Gruppe durch eine Reaktion mit einer Glycidyl-Verbindung mit einer kationischen Gruppe mit dem Polyethylenimin verknüpft wird.
  41. Verfahren nach Anspruch 40, wobei die Glycidyl-Verbindung Glycidyltrimethylammoniumchlorid ist.
  42. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 und 36 bis 41, wobei die Beschichtung durch eine Polyglycidyl-Verbindung vernetzt wird.
  43. Verfahren nach Anspruch 42, wobei die Polyglycidyl-Verbindung ein Polyalkylenglycolpolyglycidylether ist.
  44. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 43, wobei die Extraktion in Wasser durchgeführt wird.
  45. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 43, wobei das poröse Substrat hydrophil ist.
  46. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 45, wobei das poröse Substrat ein Polymer umfasst.
  47. Verfahren nach Anspruch 46, wobei das poröse Substrat ein Polymer umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, welche aus Polyaromaten, Polysulfonen, Polyolefinen, Polystyrolen, Polyamiden, Polyimiden, Polycarbonaten, Polyestern, Fluorpolymeren, und cellulosischen Polymeren besteht.
  48. Verfahren nach Anspruch 46, wobei das poröse Substrat Polysulfon umfasst.
  49. Membran, hergestellt mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 34 bis 48.
  50. Vorrichtung, welche die positiv geladene mikroporöse Membran nach einem der Ansprüche 1 bis 33 und Anspruch 49 umfasst.
  51. Verfahren zum Abtrennen negativ geladenen Materials von einem Fluid, wobei das Verfahren umfasst: Inkontaktbringen des Fluids mit einer positiv geladenen mikroporösen Membran, welche ein Grundgerüst und angehängte kationische Gruppen umfasst, wobei jede angehängte kationische Gruppe mit dem Grundgerüst durch eine polare Spacer-Gruppe über eine Einfachbindung direkt verknüpft ist, um negativ geladenes Material in dem Fluid an der Membran zu adsorbieren.
  52. Verfahren nach Anspruch 51, wobei das negativ geladene Material ein oder mehrere biologische Moleküle umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, welche aus Polypeptiden, Aminosäuren, Nukleinsäuren und Kombinationen hiervon besteht.
  53. Verfahren nach Anspruch 51, wobei das negativ geladene Material ein oder mehrere biologische Moleküle umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, welche aus Nukleinsäuren, Endotoxinen, Wirtszellenproteinen, Viren und Lipiden besteht.
  54. Verfahren nach Anspruch 51, wobei das Fluid Nukleinsäure und Proteinmoleküle umfasst, und wobei das Verfahren das Abtrennen einer Nukleinsäure von dem Fluid umfasst.
  55. Verfahren nach Anspruch 53, wobei das negativ geladene Material einen Antikörper umfasst.
  56. Verfahren nach Anspruch 53, wobei das negativ geladene Material ein Adenovirus umfasst.
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