ES2651893T3

ES2651893T3 - Dispersiones acuosas de poliuretano funcionalizado con péptidos

Info

Publication number: ES2651893T3
Application number: ES15156504.1T
Authority: ES
Inventors: Andreas Taden; Katharina Landfester; Roland Breves; Hans G. BÖRNER; Laura Breucker; Christian Kastner; Birgit Veith; Maria Meissler; Hannes Keller
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA; Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA; Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2018-01-30
Anticipated expiration: 2035-02-25
Also published as: EP3061776A1; CN107735422B; EP3061776B1; US10336855B2; CN107735422A; US20180037694A1; WO2016135162A1

Abstract

Proceso para fabricar una dispersión de poliuretano funcionalizado con péptidos (PUD), que comprende (1) proporcionar un prepolímero de poliuretano terminado en NCO; (2) hacer reaccionar dicho prepolímero de poliuretano terminado en NCO con un compuesto que comprende al menos un grupo reactivo con NCO y al menos un grupo maleimida, preferiblemente un compuesto que comprende un hidroxilo y al menos un grupo maleimida, para obtener un prepolímero de poliuretano terminado en maleimida; (3) dispersar dicho prepolímero de poliuretano terminado en maleimida en una fase acuosa continua; y (4) hacer reaccionar el prepolímero de poliuretano terminado en maleimida con uno o más péptidos, donde dichos uno o más péptidos comprenden cadenas laterales de aminoácidos reactivas con el grupo maleimida, preferiblemente comprenden uno o más reciduos de cisteína, formando partículas de poliuretano funcionalizado con péptido.

Description

imagen1

imagen2

imagen3

imagen4

imagen5

imagen6

imagen7

5

15

25

35

45

55

65

La etapa de dispersión puede incluir emulsionar el prepolímero de poliuretano en forma líquida en una fase acuosa continua, preferiblemente agua, para formar una preemulsión; y homogeneizar la preemulsión para formar una (mini)emulsión estable. La homogeneización de la preemulsión con el fin de formar una miniemulsión puede conseguirse por la acción de una fuerza de cizallamiento, preferiblemente bajo la aplicación de fuerzas de cizallamiento altas, por ejemplo, mediante un homogeneizador de alta presión. El homogeneizador puede tener una entrada de energía en el rango de 103 a 105J por segundo por litro de la emulsión.

En general, la etapa de dispersión, preferiblemente la etapa de homogeneización, puede llevarse a cabo con un proceso de alto cizallamiento. Preferiblemente, un proceso de alto cizallamiento se refiere a la aplicación de altas fuerzas de cizallamiento, en el que las fuerzas de alto cizallamiento se relacionan con la aplicación de fuerzas de alto cizallamiento, en donde, fuerzas de alto cizallamiento se deben entender como la aplicación de (a) velocidades de cizallamiento de al menos 1,000,000/s, y/o (b) una entrada de energía por unidad de tiempo de al menos 103 J por segundo por litro de la emulsión.

Para la etapa de dispersión, el prepolímero se usa preferiblemente en forma líquida, es decir, o bien es líquido a temperatura ambiente o, si es sólido a temperatura ambiente, se funde o se disuelve en un disolvente orgánico adecuado, tal como, sin limitación, acetona o acetato de etilo. Si se utiliza un disolvente orgánico, este puede eliminarse más tarde a partir de la dispersión por medios conocidos, por ejemplo, por evaporación usando un evaporador rotatorio. En tales soluciones del prepolímero, el prepolímero y el disolvente orgánico se utilizan preferentemente en proporciones en peso de 2:1 a 1:4, preferiblemente de aproximadamente 1:1.

El término "miniemulsión" o "emulsión", como se usa aquí, se refiere a emulsiones de aceite-en-agua (O/W), es decir, emulsiones en las que se utiliza el agua en exceso y es el medio continuo. En los procedimientos descritos, se obtienen gotitas estables/partículas del prepolímero de PU con una protección de extremo de maleimida, las cuales tienen típicamente un tamaño entre 50 y 500 nm, preferiblemente entre 100 y 400 nm. Las partículas tienen preferiblemente 104-106 grupos de maleimida por partícula, de manera preferible aproximadamente 2-8 x 105 grupos demaleimida por partícula.

Los procesos de la invención pueden comprender además una etapa de separación de las partículas de polímero de poliuretano terminado en maleimida a partir de cualquiera de los compuestos sin reaccionar. Esto puede por ejemplo lograrsemediante diálisis o cualquier otra técnica adecuada, tal como cromatografía.

Antes de la etapa (4) o simultáneamente con la etapa (4), el prepolímero de maleimida protegido terminalmente, en particular, aquellos prepolímeros que no están completamente protegidos terminalmente, pueden hacerse reaccionar adicionalmente con un agente de extensión de cadena adecuado o agua para hacer reaccionar todos los grupos NCO libres. Para lograr esto, se añade un agente de extensión de cadena adecuado para la emulsión del prepolímero. Agentes de extensión de cadena adecuados son compuestos que comprenden al menos dos grupos reactivos a NCO. "Grupos reactivos a NCO", como se utiliza aquí, se refiere a grupos funcionales que son reactivos al isocianato, es decir, los grupos NCO, tales como grupos hidroxilo, grupos amino, grupos tiol y grupos carboxilo. Agentes de extensión de cadena de ejemplo incluyen, sin limitación, diaminas, tales como hidrazina, diaminas de alquileno o cicloalquileno diaminas, preferentemente etilendiamina, isoforondiamina, piperazina, amina de poliéter, y dioles, tales como butanodiol o 2-butil-2-etil-1,3-propanodiol. Adicionalmente, pequeñas cantidades de aminas tri-o funcionales superiores pueden ser usadas para introducir ramificación y entrecruzamiento y aumentar así la resistencia de los materiales al calor. La extensión de la cadena puede llevarse a cabo hasta la conversión total de grupos isocianato libres, es decir, hasta que no son detectables grupos NCO libres. Para la reacción de extensión de cadena, puede ser necesaria la presencia de un catalizador y/o temperaturas elevadas, es decir, hasta que no se detecten grupos NCO libres. Para la reacción de extensión de la cadena, puede ser necesaria la presencia de un catalizador y/o temperaturas elevadas.

En la etapa (4), el prepolímero terminado en maleimida se pone en contacto con los péptidos. Para este paso, los péptidos se pueden proporcionar en forma de una solución acuosa que después se combina con la dispersión del prepolímero. La solución acuosa delos uno o más péptidos puede comprender otros solutos, en particular las que se necesitan para estabilizar los péptidos, tales como sustancias reguladoras y sales. En diversas realizaciones, la solución acuosa de los péptidos es una solución regulada que tiene un pH entre 6,5 y 7,5, preferiblemente alrededor de 7,0. En diversas realizaciones de los procesos, la solución acuosa comprende uno o más péptidos en una cantidad que está en exceso molar de la concentración estequiométrica requerida para hacer reaccionar completamente con los grupos maleimida del prepolímero. El exceso puede ser un exceso molar y puede incluir una relación de maleimida/cisteína equivalente de 1:1,1 a 1:4, preferiblemente de aproximadamente 1:1,5. Preferiblemente, la cantidad de los grupos de cisteína es de 20% a 70% en exceso de la concentración estequiométrica requerida para hacer reaccionar completamente con los grupos maleimida. En diversas realizaciones del proceso, el pH en la etapa (4) se ajusta a entre 6,5 y 7,5, preferiblemente a aproximadamente 7,0.

Esto es debido al hecho de que se ha encontrado que en el caso de polímeros funcionalizados con maleimida, un conjunto pH controlado con precisión entre 6.5 y 7.5 permite una adición selectiva de cisteínas con respecto a otras cadenas laterales nucleófilas. Más específicamente, a pH 7,0, la adición de cisteínas según Michael se produce alrededor de 1000 veces más rápido que el de las aminas, mientras que a pH más alto, la reacción con restos de

9

imagen8

imagen9

imagen10

imagen11

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

imagen12

Esquema 2: Reacción entre DTNB y un péptido que contiene cisteína. El producto de reacción MNB muestra una absorción característica a 412 nm que permite la cuantificación de la muestra de péptido

Como primer paso, se analizó el MI-PUD con respecto a la cantidad de MI disponible para la reacción: el MI-PUD se incubó con un gran exceso de ACC (n (MI): n (SH) = 1:3) y la prueba de Ellman se realizó inmediatamente después dela adición, después de2 h, y después de 24 h. Sesupuso que la reacción secompletó después de24 h. Además, como los grupos SH son susceptibles a la oxidación en solución, formando enlaces disulfuro no reactivos, se trató una dispersión no reactiva (DBA-PUD) de la misma manera para cuantificar esta reacción secundaria. La cantidad de MI disponible se calculó de acuerdo con la ecuación:

% deMI disponible = (nACC detectadopara MI-PUD después de 0horas – nACC detectado para MI-PUD después de 24 horas) – (nACC detectado para DBA-

PUD después de 0 horas – nACCdetectado para DBA-PUD después de 24 horas)/ngrupos de MIteóricos en dispersión *100

Calculando el número teórico de grupos de MI en la dispersión a partir de la cantidad de dispersión utilizada, el contenido de sólidos y el peso molecular promedio de las cadenas poliméricas doblemente funcionalizadas (PM = 8282 g/mol), se calculó que el 99% de los grupos de MIS teóricos han reaccionado después de 24 h, lo que indica una funcionalización exitosa, una buena estabilidad de los grupos MI en la dispersión, y un buen acceso de los grupos MI a lareacción.

Usando esta información, se prepararon dispersiones con un 50% y un 25% de funcionalización a través de la incubación con las cantidades correspondientes de ACC. Posteriormente, se usó la prueba de Ellman para seguir la reacción entre los MI-PUD y el péptido que contiene cisteína. Un DBA-PUD semidió de nuevo en paralelo paratener en cuenta la dimerización del péptido.

La figura 3 muestra los resultados del ensayo de Ellman realizado durante la incubación de una dispersión no reactiva y funcionalizada con tres maleimidas con un ligero exceso (relación molar 1:1,5) de un péptido que contiene cisteína. Como puede verse en la Figura 3, la oxidación dela cisteína representa una pérdida del 20% de la cantidad de péptido inicialmente añadida en el transcurso de 24 h. La oxidación es bastante rápida, ya que el 15% ya ha reaccionado en la primera hora. En comparación con esto, cuando el MI-PUD con un 100% de MI está presente en la solución de péptido, el contenido de cisteína disminuye aproximadamente un 60% en 24 h. La disminución inicial después de la primera hora también es mucho mayor (alrededor del 55%), lo que indica que el acoplamiento predomina sobre la oxidación. Se puede observar además que el acoplamiento se completa virtualmente después de 6 h alcanzando el contenido de cisteína una meseta. Se observan las mismas tendencias para las dos dispersiones con funcionalización MI intermedia. En el caso del MI-PUD con un 100% de MI, el 40% de la cisteína presente en el medio de reacción se une covalentemente a las partículas.

DSC

Se llevaron a cabo mediciones de DSC con el fin de evaluar el efecto de la funcionalización peptídica en las propiedades de la película (véase la Figura 4). La entalpía de fusión para la dispersión funcionalizada con maleimida, de la dispersión funcionalizada con péptido antes de la diálisis y de la dispersión funcionalizada con péptido después de la diálisis es 99 J/g, 59 J/g y 64 J/g, respectivamente. Esos valores indican que la cristalización se ve muy afectada por la presencia del péptido. Además, el gráfico indica la presencia de dos picos, uno a 49 °C y uno alrededor de 52 °C correspondiente a dos tipos de cristalitas formadas. La dispersión de maleimida funcionalizada muestra ambos picos con una mayor proporción de cristalitas que funden a 52 °C. El péptido dializado PUD muestra el mismo comportamiento. Curiosamente, sin embargo, para el péptido-PUD que no se dializó, el pico de fusión a 52 °C desapareció por completo. Esta observación indica que el pico de fusión a 49 °C corresponde a cristalitas más pequeñas y que la presencia de grandes cantidades de péptido impide la formación de cristalitas más grandes a partir delos pequeños durante el templado, como se observa para las otras dosmuestras.

Diálisis

Después del acoplamiento, la dispersión se dializó contra agua desionizada durante 7 días para desalinizar y para eliminar el péptido no unido. El agua de diálisis se cambió todos los días. Se usó una membrana de diálisis con un límite de peso molecular (MWCO) de 100 kDa.

Ejemplo 2: Adherencia al acero inoxidable (SS2343)

Para investigar si las propiedades adhesivas del péptido se han transferido a las partículas, las dispersiones se dializaron para eliminar cualquier péptido no unido restante y se realizaron mediciones de QCMD en sensores de

14

Claims

imagen1

imagen2