DE60035603T2

DE60035603T2 - Neue molekular geprägte und auf einen festen träger gepfropfte polymere

Info

Publication number: DE60035603T2
Application number: DE60035603T
Authority: DE
Inventors: Börje University o SELLERGREN; Claudia University o SULITZKY; Bärbel University of Mainz RÜCKERT
Original assignee: MIP Technologies AB
Current assignee: MIP Technologies AB
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2020-09-15
Also published as: AU7567800A; JP2003509550A; DE60035603D1; US6759488B1; AU767704B2; CA2391811A1; ATE367408T1; EP1226196A1; WO2001019886A1; EP1226196B1; CA2391811C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines molekular geprägten Polymers, das auf diese Weise hergestellte, molekular geprägte Polymer und die Verwendung des molekular geprägten Polymers.
Stand der Technik
Auf den Gebieten der Medizin-, Ernährungs-, Umwelt- und Chemiewissenschaften gibt es einen steigenden Bedarf an der selektiven Trennung von spezifischen Substanzen in komplexen Mischungen von verwandten Substanzen. Das Endziel kann die präparative Isolierung einer bestimmten Verbindung oder von Verbindungen oder Messungen von deren Konzentration sein. Molekular geprägte Polymere (MIPs) zeigen häufig eine hohe Selektivität gegenüber ihrem Substrat in Analogie mit der Antikörper-Antigen-Komplementarität. (1.2) Die Technik ist viel versprechend bei chiralen Trennungen von zum Beispiel Aminosäurederivaten, Peptiden, Phosphonaten, Aminoalkoholen und Betablockerverbindungen, bei der Affinitätschromatographie von Nucleotiden und den DNA-Basen sowie als Ersatz für Antikörper in Immunoassays für handelsübliche Arzneimittel. Das molekulare Prägen (MI) besteht aus den folgenden Hauptschritten: (1) Funktionelle Monomere lässt man reversibel mit einem Templatmolekül in Lösung reagieren. (2) Die hierdurch gebildeten Templatsysteme werden mit einem vernetzenden Monomer, das zu einem vernetzten Netzpolymer führt, copolymerisiert. (3) Das Templat wird verdrängt, und das resultierende MIP-Material kann für die selektive molekulare Erkennung der entsprechenden Verbindung verwendet werden. Wenn das MIP-Material zerkleinert und gesiebt wird, kann es in eine chromatographische Säule gepackt werden und für die chromatographische Trennung des Templats von strukturell verwandten Analoga verwendet werden. Analytische sowie präparative Anwendungen sind hier möglich. Präparative Anwendungen können die Trennung einer Verbindung von einer komplexen Mischung von strukturell verwandten Verbindungen und die Isolierung der Verbindung sein. Dies kann durch eine affinitätschromatographische Verfahrensweise geschehen, in welcher der pH-Wert, die Innenstärke oder Lösemittelgradienten genutzt werden können, um die Stärke der Wechselwirkung mit der stationären Phase zu regulieren. Die Trennung kann auf Enantiomere oder Diastereomere in einer Mischung von Enantiomeren oder Diastereomeren von einer oder zahlreichen Verbindungen abzielen. Analytische Anwendungen können zusätzlich zu den oben erwähnten Trennungen die folgenden sein: kompetitive Bindungsassays, chemische Sensoren oder selektive Probenanreicherungen.
Derzeit wird die am verbreitetsten angewandte Technik zur Erzeugung von molekular geprägten Bindungsstellen durch die nicht-kovalente Route repräsentiert, die von der Gruppe von Mosbach entwickelt wurde (3). Diese macht Gebrauch von der nicht-kovalenten Selbstassemblierung des Templats mit funktionellen Monomeren vor der Polymerisation, Polymerisation freier Radikale mit einem vernetzenden Monomer und der anschließenden Templatextraktion, gefolgt von einem erneuten Binden durch nicht-kovalente Wechselwirkungen. Obwohl die Herstellung eines MIP durch dieses Verfahren technisch einfach ist, beruht sie auf dem Erfolg der Stabilisierung der relativ schwachen Wechselwirkungen zwischen dem Templat und den funktionellen Monomeren. Stabile Monomer-Templat-Assemblierungen führen wiederum zu einer größeren Konzentration von Bindungsstellen hoher Affinität in dem resultierenden Polymer. Die Materialien können in jedem standardmäßig ausgerüsteten Labor in einer relativ kurzen Zeit synthetisiert werden und einige der MIPs zeigen Bindungsaffinitäten und Selektivitäten in der Größenordnung von jenen, wie sie von Antikörpern gegenüber ihren Antigenen gezeigt werden. Die meisten MIPs werden durch Polymerisation freier Radikale von funktionellen einfach ungesättigten (Vinyl-, Acryl-, Methacryl-)Monomeren und einem Überschuss an vernetzenden zweifach oder dreifach ungesättigten (Vinyl-, Acryl-, Methacryl-)Monomeren synthetisiert, was zu porösen organischen Netzwerkmaterialien führt. Diese Polymerisationen haben den Vorteil, relativ robust zu sein, was eine Herstellung von Polymeren in hoher Ausbeute unter Verwendung von verschiedenen Lösemitteln (wässrig oder organisch) und bei unterschiedlichen Temperaturen erlaubt (4). Dies ist notwendig im Hinblick auf die variierenden Löslichkeiten der Templatmolekül.
Die erfolgreichsten nicht-kovalenten Prägungssysteme basieren auf Gebrauchs-Acryl- oder Methacrylmonomeren, wie Methacrylsäure (MAA), vernetzt mit Ethylenglykoldimethacrylat (EDMA). Anfangs wurden Derivative von Aminosäure-Enantiomeren als Template für die Herstellung geprägter stationärer Phasen für chirale Trennungen (MICSPs) verwendet, doch erwies sich dieses System als allgemein auf das Prägen von Templaten anwendbar, was die Entstehung der Wasserstoffbindung oder von elektrostatischen Wechselwirkungen mit MAA ermöglichte (5, 6). Die auf das Prägen mit L-Phenylalaninanilid (L-PA) angewandte Prozedur wird in der 1 kurz dargestellt. In dem ersten Schritt werden das Templat (L-PA), das funktionelle Monomer (MAA) und das vernetzende Monomer (EDMA) in einem an Wasserstoffbindungen armen Lösemittel (Verdünnungsmittel) von geringer bis mittlerer Polarität gelöst. Die Polymerisation freier Radikale wird dann mit einem Azoinitiator, üblicherweise Azo-N,N'-bis-isobutyronitril (AIBN), entweder durch photochemische Homolyse unterhalb Raumtemperatur (6, 7) oder thermochemisch bei 60°C oder höher initiiert (5). Niedrigere thermochemische Initiierungstemperaturen bis so niedrig wie 40°C oder 30°C können unter Verwendung von Azo-N,N'-bisdivaleronitril (AB-DV) bzw. V70 an Stelle von AIBN als Initiator erzielt werden (siehe 7, 8). Im letzten Schritt wird das resultierende Polymer durch einen Mörser und Stössel oder in einer Kugelmühle zerkleinert, mit einer Soxhlet-Apparatur extrahiert und zu einer Teilchengröße gesiebt, die für chromatographische (25–38 μm) oder satzweise (150–250 μm) Anwendungen geeignet ist (6). Die Polymere werden dann als stationäre Phasen in der Chromatographie durch Vergleichen der Retentionszeit oder des Kapazitätsfaktors (k')(9) des Templats mit demjenigen von strukturell verwandten Analoga bewertet.
Wie es anhand des oben Gesagten erscheint, wurden MIPs bislang in der Form von zusammenhängenden Blöcken hergestellt, die vor dem Gebrauch zerkleinert und gesiebt werden müssen. Dies führt zu einer geringen Ausbeute von unregelmäßigen Teilchen, einem hohen Templat-Verbrauch und einem Material, welches eine geringe chromatographische Effizienz zeigt. Es besteht daher ein Bedarf an MI-Materialien, die in hoher Ausbeute in der Form von regelmäßig geformten Teilchen mit geringer Größendispersität und einer kontrollierten Porosität hergestellt werden können. Diese sollen überlegen sein, was die Massenübertragungscharakteristika und Probenbeladungskapazität im Vergleich mit Materialien, die aus der monolithischen Methode erhalten werden, angeht.
Solche MIPs wurden zuvor durch Suspensions-(10, 11)-Polymerisationstechniken, Dispersionspolymerisations (12) oder Ausfällungspolymerisation (13) hergestellt. Dies führte zu kugelförmigen Teilchen mit einer schmalen Größenverteilung. Diese Verfahrensweisen haben die Einschränkung, dass sie gegenüber kleinen Veränderungen bezüglich der Herstellungsbedingungen und des Typs von Lösemitteln und der Polymerisationsbedingungen, die angewandt werden können, sehr empfindlich sind. Mithin bedürfen die Verfahrensweisen einer sorgfältigen Optimierung für jedes neue Templatziel, was die Nützlichkeit dieser Route signifikant verringert. Darüber hinaus sind Bedingungen, die zu kugelförmigen Teilchen von geringer Dispersität führen, möglicherweise nicht mit Bedingungen kompatibel, die zu einer hohen Selektivität und Affinität für das Templatziel führen.
Eine Alternative zu dieser Verfahrensweise ist das Beschichten von vorgebildeten Trägermateralien. (14–16) MIPs wurden als gepfropfte Beschichtungen auf Oxidträgern (14, 16) auf organischen Polymerträgern (15) und auf den Wänden von Quarzglaskapillaren hergestellt (17–19). Die erstgenannte Technik ermöglicht die Verwendung der breiten Vielfalt an Oxidträgermaterialien, die mit verschiedenen Größen und Porositäten zur Verfügung stehen. Pfropfungstechniken zur Herstellung organischer Polymerbeschichtungen sollen allgemein auf das molekulare Prägen anwendbar sein, da die Struktur des darunter liegenden Trägers bereits fixiert ist. Somit beeinflusst im Vergleich mit der großen Anzahl an Faktoren, welche das Endresultat bei Polymerisationen vom Suspensions- oder Ausfällungstyp beeinflussen, eine kleinere Anzahl an Faktoren vermutlich das Endresultat bei der Herstellung der geprägten Beschichtungen. Dies macht die Pfropfbeschichtungstechniken weniger empfänglich gegenüber Veränderungen der Bedingungen, wodurch eine robustere Methode angeboten wird. Diese Typen von Beschichtungstechniken sind darüber hinaus anwendbar zur Modifikation von Oberflächen von Trägern des monolithischen Typs oder Mikrochips, die durch lithographische Techniken hergestellt werden. Die Materialien auf Oxidbasis sind starre poröse Träger mit einem begrenzten inneren Porenvolumen. Ein alternativer Träger, der möglicherweise mehr gepfropftes geprägtes Polymer pro Gewichtseinheit tragen könnte und damit eine höhere Dichte von geprägten Stellen gestattet, wäre die Nutzung von quellbaren organischen Harzen. In diesem Zusammenhang könnten Merrifield-Harze, die gepfropften Initiator oder Monomer enthalten, verwendet werden.
Bisher wurden die meisten geprägten Beschichtungen durch Pfropfen von Polymeren auf die verschiedenen Oberflächen hergestellt. Damit enthält die Oberfläche vor der Polymerisation polymerisierbare Doppelbindungen, die zu den wachsenden Polymerketten in Lösung, die diese mit der Oberfläche verbinden, hinzukommen können. Das Problem mit dieser Technik ist das Vorhandensein von Initiator in Lösung, was das Aufbringen der Monomermischung als ein flüssiger dünner Film auf die Oberfläche vor der Polymerisation erfordert. Damit wird die exakte Menge von Monomeren, welche die verfügbare Oberfläche mit einem bis zu 100 Å dicken Flüssigkeitsfilm überzieht, zusammen mit Initiator in einem Überschuss an Lösemittel gelöst. Im Anschluss wird der modifizierte Träger hinzugefügt und das Lösemittel verdampft, wodurch der Monomerfilm und Initiator auf der Oberfläche zurückbleiben. Die Polymerisation wird dann in der Regel bei erhöhten Temperaturen durchgeführt. Mit dieser Verfahrensweise ist die Dicke der Polymerschicht schwer zu regulieren, und Kapillarkräfte bei der Verdampfung von Lösemittel können eine unvollständige Benetzung der Oberfläche bewirken. Darüber hinaus ist ein kontinuierliches Verfahren zur Synthetisierung der Teilchen mit diesem Verfahren schwer vorzustellen.
Eine beträchtliche Verbesserung in dieser Hinsicht wäre es, die Initiatorradikale auf die Trägeroberfläche zu begrenzen (2). (20, 21) Bei Fehlen einer Kettenübertragung würde dies zu einem Kettenwachstum führen, das nur von der Oberfläche des Trägers auftritt, wobei keine Polymerisation in Lösung auftritt. Für das molekulare Prägen hätte dies wichtige Folgen. Zum Beispiel kann die Polymerisation auf der Oberfläche von Initiator-modifizierten Trägerteilchen, die in einer Mischung der Monomere und von Lösemittel suspendiert sind, durchgeführt werden. Dies würde eine Polymerisation in einem einfachen Tankreaktor entweder durch thermale oder photochemische Initiierung ermöglichen. Die letztgenannte Technik würde ein Modifizieren der Teilchen während der Sedimentation gestatten, was möglicherweise zu einem kontinuierlichen Verfahren für die Herstellung der geprägten Kompositteilchen führt (3). Eine Polymerisation würde hier nur auf der Teilchenoberfläche erfolgen, wobei die die Monomere enthaltende Lösung nicht umgesetzt gelassen wird. Die Monomerlösung kann somit für das Beschichten mehrerer Chargen von Teilchen wiederverwendet werden. Das Problem der Begrenzung des Polymerkettenwachstums auf die Trägeroberfläche und seiner Unterdrückung in Lösung kann durch Binden des Radikalinitiators gelöst werden, sodass das bei der Bindungshomolyse gebildete Radikal an die Oberfläche gebunden bleibt. Alternativ sollte das gebildete Radikal, das nicht an die Oberfläche gebunden ist, eine rasche Reaktion durchlaufen, um eine unreaktive Spezies zu ergeben. Es sollte möglich sein, die gepfropften Beschichtungen unter Verwendung von Monomeren, wie jenen auf Basis von Styrol/Divinylbenzol, Methacrylaten, Acrylaten, Acrylamiden und in Gegenwart von einem oder mehreren Templatmolekülen, herzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Mithin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren für die Herstellung eines molekular geprägten Polymers durch Polymerisieren einer Zusammensetzung, welche mindestens ein Monomer und ein Templat auf einem Träger in einem Polymerisationsmedium mit einem Frei-Radikal-Initiator umfasst, woraufhin das Templat von dem erhaltenen molekular geprägten Polymer entfernt wird, wobei die Polymerisation auf die Oberfläche des Trägers begrenzt wird.
Die Erfindung betrifft weiter das so gebildete, molekular geprägte Polymer.
Noch weiter betrifft die Erfindung die Verwendung eines molekular geprägten Polymers, wie weiter oben definiert, in der Chromatographie, für Trennungen, in chemischen Sensoren, bei der molekularen Erkennung als stationäre Phase in Kapillaren, bei der selektiven Probenanreicherung oder bei der Katalyse.
Diese und andere Vorteile und charakterisierende Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Patentbeschreibung und den anhängigen Ansprüchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 veranschaulicht das molekulare Prägen mit L-Phenylalaninanilid (L-PA).
Die 2 veranschaulicht die Verfahrensweise des Begrenzens von Initiatorradikalen auf die Oberfläche eines Trägers.
Die 3 veranschaulicht ein Verfahren für die Herstellung von geprägten Kompositteilchen.
Die 4A veranschaulicht die Verwendung eines vorsynthetisierten Azosilan-Initiators, wobei beide Enden an die Oberfläche eines Trägers gebunden sein können.
Die 4B veranschaulicht einen Initiator, der auf einer Trägeroberfläche voradsorbiert werden kann und der in der monomerhaltigen Lösung unlöslich ist.
Die 4C veranschaulicht die Anwendung von Mikrowellen, um die Teilchenoberfläche selektiv zu erwärmen.
Die 4D veranschaulicht die Verwendung von Inifertern, wie von an die Oberfläche gekoppeltem Dithiocarbamat.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nun ausführlicher unter Bezug auf eine Reihe von nicht-einschränkenden Beispielen beschrieben:
Die Erfindung betrifft ein Material, das aus einem mit einer Polymerschicht beschichteten Träger besteht (poröses oder nicht-poröses Material oder planare Oberfläche), ein Verfahren für dessen Herstellung und die Verwendung des Materials, zum Beispiel in der Chromatographie, für Trennungen, in chemischen Sensoren, bei der selektiven Probenanreicherung, bei der molekularen Erkennung als stationäre Phase in Kapillaren, oder bei der Katalyse. Das Material wird durch Pfropfen einer Polymerschicht auf die Oberfläche eines vorgebildeten organischen oder anorganischen Trägermaterials oder einer Oberfläche hergestellt. Das Pfropfen kann mit der Technik des molekularen Prägens kombiniert werden.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Polymerisation auf die Oberfläche des Trägers begrenzt durch Begrenzen des Frei-Radikal-Initiators auf den Träger. Gemäß einem Aspekt ist der Frei-Radikal-Initiator (kovalent oder nicht-kovalent, wie z.B. durch Wasserstoffbindungen) an die Oberfläche des Trägers gebunden. Gemäß einem weiteren Aspekt wird der Frei-Radikal-Initiator an der Oberfläche des Trägers adsorbiert, vorzugsweise durch Lösen desselben in einem Lösemittel für den Frei-Radikal-Initiator, Aufbringen der Lösung auf den Träger und Entfernen des Lösemittels, wobei der Frei-Radikal-Initiator in dem Polymerisationsmedium unlöslich ist oder an die Trägeroberfläche durch Adsorptionskräfte gebunden bleibt.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Polymerisation auf die Oberfläche des Trägers begrenzt durch Unterwerfen der Zusammensetzung, des Trägers und des Frei-Radikal-Initiators einer Mikrowellenbestrahlung, welche den Träger selektiv erwärmt und dadurch eine Polymerisationsreaktion an der Oberfläche des Trägers initiiert.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Polymerisation mindestens einmal mit einer anderen Zusammensetzung wiederholt, um mindestens eine weitere Schicht von molekular geprägtem Polymer zu erhalten. Dies gestattet die Herstellung von beschichteten Oberflächen, die eine oder mehrere geprägte Schichten enthalten, unter Verwendung von gegebenenfalls unterschiedlichen Templaten und Schichten von unterschiedlicher Polarität oder mit anderen funktionellen Eigenschaften.
Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Träger ist vorzugsweise gewählt aus der Gruppe, bestehend aus porösen und nicht-porösen, planaren und nicht-planaren anorganischen und organischen Trägern. Als Beispiele für solche Trägermaterialien können Oxide, wie Aluminiumoxid und Silica, und organische Harze in der Form von Teilchen, wie Kugeln oder Blätter, genannt werden.
Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Templat kann jedes beliebige Molekül oder Ion sein und ist vorzugsweise gewählt aus der Gruppe, bestehend aus organischen oder anorganischen Moleküleinheiten, Ionen, Antikörpern, Antigenen, Aminosäuren, Peptiden, Proteinen, Nucleotiden, DNA-Basen, Kohlehydraten, Arzneimitteln, Pestiziden und Derivaten davon.
Der Ausdruck "Polymerisationsmedium", wie hierin verwendet, bedeutet ein flüssiges Medium, in welchem die Polymerisation durchgeführt wird. Das Polymerisationsmedium kann z.B. ein Lösemittel sein, in welchem die Monomere löslich sind. Es kann auch ein Monomer sein, das als ein Lösemittel für die anderen Komponenten der polymerisierbaren Zusammensetzung fungiert.
Die Trägeroberfläche wird wie folgt hergestellt. Ein Frei-Radikal-Initiator wird an die Oberfläche entweder kovalent oder nicht-kovalent gebunden, sodass die bei der Initiierung erzeugten freien Radikale an die Oberfläche oder Umgebung der Oberfläche gebunden bleiben. Das Fehlen einer Polymervermehrung in Lösung führt zu einer höheren Zugänglichkeit der Monomere an der Oberfläche. Darüber hinaus ermöglicht das Verfahren die Feinabstimmung der Dicke der Polymerschicht.
Die Oberflächenbindung eines Frei-Radikal-Initiators ist allgemein von Guyot et al. (21) und Tsubokawa et al. (22, 23) offenbart worden. Sie beruht auf der Vorsilanisierung der Oberfläche unter Verwendung von 3-Aminopropyltriethoxysilan oder einem Glycidoxypropylsilan (GPS), gefolgt von einer Reaktion der Aminogruppen oder der Epoxygruppen mit einem Azoinitiator, wie Azo-bis(cyanopentansäure, ACPA), was zur Bildung eines Amids (unter Verwendung von DCC als Kondensierungsreagens) oder einer Esterbindung zwischen der Oberfläche und dem Azoinitiator führt. Auch Peroxyinitiatoren können verwendet werden, obwohl bessere Resultate unter Verwendung des gepfropften Azoinitiators unter anschließender photochemischer Initiierung erzielt werden. Hohe Ausbeuten von gepfropftem Polymer werden unter Verwendung von Silica, umgesetzt mit Toluol-2,4-diisocyanat (TDI) unter anschließender Reaktion mit ACPA, erzielt.
Beispiel 1
Koppeln von Initiator an Amino-, Epoxy- oder Chlormethyl-modifizierte Träger oder Harze
Epoxy- und Chlormethyl-modifizierte Träger: Ein typisches Beispiel ist das folgende. In einen Kolben wurden 3 g Epoxy-modifizierte Teilchen, 50 ml DMSO, 0,5 g ACPA und Pikolin geladen. Die Reaktionsmischung wurde 5 h lang bei 50°C gerührt. Nach der Reaktion wurden die Teilchen mit Methanol gewaschen und getrocknet.
Amino-modifizierte Träger: Ein typisches Beispiel ist das folgende. In einen Kolben wurden 3 g Amino-modifizierte Teilchen, 50 ml DMF, 0,5 g ACPA und Dicyclohexyldicarbodiimid (DCCI) und Base geladen. Die Reaktionsmischung wurde 5 h lang gerührt. Nach der Reaktion wurden die Teilchen mit Methanol gewaschen und getrocknet.
Die oben genannte Verfahrensweise begrenzt nicht alle Initiatorradikale auf die Oberfläche, da der Initiator nur an einer Stelle gebunden ist. Diese Erfindung beschreibt drei alternative Verfahrensweisen zur Begrenzung der Polymerisation auf die Oberfläche.

1. Die Verwendung von vorsynthetisiertem Azosilan (4A). Dies führt mit größerer Wahrscheinlichkeit zu einer Zwei-Punkt-Befestigung des Initiators an der Oberfläche.

Beispiel 2
Synthese von Azosilan für Zwei-Punkt-Ankopplung eines Azoinitiators an einer Oberfläche oder einem Träger
Das Azosilan wurde durch Mischen von 0,5 Mol Glycidoxypropyltrimethoxysilan (GPS) und 0,25 Mol ACPA in 200 ml Isopropanol und katalytischen Mengen von Pikolin synthetisiert. Die Reaktion wurde bei Raumtemperatur weiterlaufen gelassen, und das Produkt wurde durch Eindampfung bis zur Trockne isoliert, gefolgt von einer Reinigung durch Säulenchromatographie, wodurch das Produkt in 60%-iger Ausbeute erhalten wurde.
Beispiel 3
Koppeln von Silan an eine Oberfläche
Das Silan wurde durch Reaktion in Wasser bei niedriger Temperatur (20°C) während 24 Stunden angekoppelt.

2. Voradsorption eines Initiators, der in der monomerhaltigen Lösung unlöslich ist. Auf diese Weise kann ein polarer wasserlöslicher Initiator wie zum Beispiel ein Azobisamidin (24) an die Oberfläche aus wässrigem Lösemittel adsorbiert werden, die Oberfläche getrocknet werden und danach die Polymerisation initiiert werden, wie weiter oben beschrieben wird (4B). Die erzeugten freien Radikale von dem Initiator bleiben mit der Oberfläche aufgrund ihrer Unlöslichkeit in der Monomermischung verbunden.

Beispiel 4
Adsorption von Amidinazoinitiator an eine Trägeroberfläche
Ein Amidinazoinitiator, wie 2,2'-Azo-bis(N,N'-dimethylenisobutyramidin) oder 2,2'-Azo-bis(2-amidinopropan) wird in Methanol/Wasser gelöst, und es werden Trägerteilchen, wie Silica, zugegeben. Nach mehreren Stunden der Äquilibrierung wird das Lösemittel durch Filtration entfernt und die Teilchen werden unter Vakuum getrocknet.

3. Anwendung von Mikrowellen zur selektiven Erwärmung der Teilchenoberfläche (4C).

Beispiel 5
Durch Mikrowellen initiierte Polymerisation
Teilchen werden einer Lösung von Monomeren und Initiator in einem geeigneten Lösemittel zugegeben. Die Polymerisation wird durch Mikrowellenbestrahlung bei einer Wellenlänge initiiert, die eine lokale Erwärmung nur der Teilchen bewirkt.

4. Anwendung von Inifertern, wie von an die Oberfläche gekoppeltem Dithiocarbamat (4D) (25) (Der Ausdruck "Iniferter" ist eine Abkürzung für "Initiator + Übertragungsmittel + Terminator").

Beispiel 6
Synthese von Träger oder Polymerisin-gebundenem Initiator
Einer Oberfläche oder einem Polymer, die (das) gebundene Chlormethylgruppen enthalten (enthält), wird N,N-Diethyldithiocarbamat in Lösung zugegeben, und die Reaktion wird bei erhöhten Temperaturen weiterlaufen gelassen.
Beispiel 7
Synthese von blockgepropftem geprägtem Copolymer
Teilchen oder eine Oberfläche, die gebundene Dithiocarbamatgruppen enthalten/enthält, werden/wird einer Mischung von Monomeren (Konzentration etwa 5 Mol/Liter), Templat und Lösemittel unter Stickstoff hinzugefügt. Die Polymerisation wurde durch Bestrahlung mit einer Ultrahochdruck-Quecksilber-UV-Lampe initiiert und für eine bestimmte Zeit weiterlaufen gelassen. Danach wurden die nicht umgesetzten Monomere und Templat weggespült. Die erhaltenen Teilchen oder die erhaltene Oberfläche können dann in eine andere Lösung, die ein weiteres Monomer enthält, eingetaucht und die Prozedur wiederholt werden. Dies ermöglicht die Herstellung von beschichteten Oberflächen, die eine oder mehrere geprägte Schichten enthalten, unter Verwendung von gegebenenfalls verschiedenen Templaten und Schichten von unterschiedlicher Polarität oder mit anderen funktionellen Eigenschaften.
Beispiel 8
Endverkappung von nicht umgesetzten Silanolgruppen
Vor der Polymerisation kann die Endverkappung von nicht umgesetzten Silanolgruppen erfolgen. Hexamethylsilazan ist hier wirksam. Eine gute Benetzung ist für die Bildung einer homogenen Schicht, die den Träger vollständig bedeckt, kritisch. Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der Benetzung ist der Einsatz von Organosilanen, die Funktionalitäten enthalten, welche Lösemitteln ähneln, die als gute Lösemittel für die Methacrylat-Polymerisationen bekannt sind. Unter diesen sind chlorierte Kohlenwasserstoffe besonders nützlich.
Pfropfen einer Polymerschicht
Die Polymerisation kann in einer gerührten Suspension der Teilchen in der Monomermischung durchgeführt werden, da ein Wachstum nur auf der Oberfläche stattfindet (siehe 3). Somit werden die Initiator-modifizierten Teilchen einer monomerhaltigen Lösung und Lösemittel und gegebenenfalls einem Templat hinzugefügt, und die Suspension wird umgerührt. Die Polymerisation wird dann photochemisch oder thermisch durchgeführt. Die Teilchen können auf jedwedem anorganischen oder organischen Trägermaterial und das Templat auf jeglichem Molekül oder Ion, das in der Monomermischungslösung gelöst ist, basieren. Das Pfropfen kann auch auf anderen Oberflächen, wie solchen, die durch lithographische Prozesse erzeugt wurden, oder auf den Wänden von Kapillaren oder Fasern erfolgen. Die Dicke der Polymerschicht ist durch Variieren der Reaktionszeit fein einstellbar.
Beispiel 9
Einer gerührten Lösung von 38 ml (0,2 Mol) EDMA, 3,4 ml (40 mMol) MAA und 10 mMol Terbutylazin (oder kein Templat) in 56 ml Dichlormethan werden 5 g von beliebigen der Initiator-modifizierten Teilchen, wie in den Beispielen 1–6 beschrieben, zugegeben. Die Suspension wird mit Stickstoff gespült, und die Polymerisation wird durch UV-Bestrahlung unter Verwendung einer standardmäßigen Hochdruck-Quecksilberlampe bei 15°C oder durch Erwärmen auf eine Temperatur, die eine geeignete Polymerisationsrate vorsieht, initiiert. Die Suspension wird unter Stickstoff und UV-Bestrahlung oder unter Erwärmen während 24 h gerührt, und die Teilchen werden dann filtriert, gewaschen und unter Vakuum getrocknet. Die Monomermischung wird dann zum Modifizieren einer zweiten Charge von Teilchen verwendet.
Die resultierenden Teilchen zeigen eine hohe Selektivität und Affinität zu dem Templat, tert-Butylazin.
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Claims

Verfahren zur Herstellung eines molekular geprägten Polymers, wobei das Polymer auf die Oberfläche eines ausgewählten Trägers begrenzt ist, enthaltend die folgenden Schritte: (a) Man stellt eine Zusammensetzung bereit, die wenigstens ein Monomer und ein Templat, einen Träger in einem Polymerisationsmedium mit einem Initiator mit freiem Radikal enthält, (b) man stellt die Trägeroberfläche her, indem man eines der folgenden Verfahren anwendet: (i) man bindet den Initiator mit freiem Radikal kovalent an die Oberfläche durch die Verwendung einer Vorsilanisierung mit Silanverbindungen wie z.B. 3-Aminopropyltriethoxysilan, einem Glycidoxypropylsilan oder einem Chloromethyl enthaltenden Silan, gefolgt von Reaktion der Amino-, Epoxy- oder Chloromethylgruppen mit einem Azoinititator, was zur Bildung einer Amid- oder Esterbindung zwischen der Oberfläche und dem Azoinitiator führt, oder alternativ, durch Verwendung eines vorsynthetisierten Azosilans, was typischerweise zur einer Zwei- Punkt-Befestigung des Initiators an der Oberfläche führt, (ii) vorhergehende Adsorption eines Initiators, der in der monomerhaltigen Lösung unlöslich ist, oder (iii) die Verwendung eines Iniferters wie Dithiocarbamat, das an die Oberfläche gekoppelt ist, (c) Polymerisieren der Zusammensetzung, während man die Polymerisation auf die Oberfläche des Trägers begrenzt, (d) Erlangung eines molekular geprägten Polymers mit einer einstellbaren Schichtdicke, die auf die Trageroberflache begrenzt ist, (e) Entfernung des Templats von dem molekular geprägten Polymer, (f) gegebenenfalls Wiederholung der Schritte (a–c) unter Verwendung einer unterschiedlichen Zusammensetzung, die wenigstens ein verschiedenes Monomer und/oder ein verschiedenes Templat enthält, zur Erzielung wenigstens einer weiteren Schicht von molekular geprägtem Polymer, das durch die Trägeroberfläche begrenzt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Polymerisationsreaktion in Schritt (c) durch thermale oder photochemische Mittel aktiviert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Monomer ein funktionelles Monomer, wie z.B. ein Vinyl-, Acryl-, Methacrymonomer ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Templat aus der Gruppe bestehend aus organischen oder anorganischen Moleküleinheiten, Ionen, Antikörpern, Antigene, Aminosäuren, Peptiden, Proteinen, Nucleotiden, DNA-Basen, Kohlenwasserstoffen, Arzneimitteln, Pestiziden und Derivaten hiervon ausgewählt ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Trager aus der Gruppe bestehend aus porosen oder nicht porosen, planaren und nicht planaren anorganischen und organischen Tragern.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Träger in der Form von Teilen, wie z.B. Kugeln, Blättern vorliegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Initiator ein Azosilan oder ein Amidinazo-Initiator ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Monomerlösung für weitere Modifikationsschritte erneut verwendet wird.
Molekular geprägtes Polymer mit einer einstellbaren Schichtdicke, die an die Oberfläche eines gewählten Trägers begrenz ist, erhalten durch das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 8.
Polymer nach Anspruch 9, wobei der Träger in Teilchenform vorliegt.
Verwendung eines molekular geprägten Polymers nach einem der vorstehenden Ansprüche 9 und 10 in Chromatographie, chemischen Sensoren, in molekularer Erkennung als stationäre Phase in Kapillaren, bei selektiver Probeanreicherung oder bei Katalyse.