FR2528436A1 - Latex de polymeres pour applications biologiques et procede de preparation - Google Patents

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Abstract

LATEX CONSTITUES PAR UNE DISPERSION AQUEUSE DE PARTICULES DE POLYMERES, DANS LAQUELLE LES PARTICULES DONT LA CONCENTRATION EST INFERIEURE A 60 EN POIDS, ONT UNE DENSITE COMPRISE ENTRE 1,07 ET 1,2 ET UN DIAMETRE HOMOGENE COMPRIS ENTRE 0,1 ET 2 MM, PRESENTENT DES CONTOURS IRREGULIERS ET SONT CONSTITUEES PAR 50 A 95 EN POIDS D'UN COEUR SPHERIQUE D'HOMO- OU CO-POLYMERES D'ACRYLATE OU DE METHACRYLATE D'ALKYLE (1-4C) ET 5 A 50 EN POIDS D'UNE PERIPHERIE DE PARTICULES DE POLYMERE VINYLAROMATIQUE ACCOLEES AU COEUR. PREPARATION DESDITS LATEX PAR POLYMERISATION EN EMULSION AQUEUSE. APPLICATIONS DES LATEX A LA FIXATION DE PROTEINES ET A LA PREPARATION DE REACTIFS DE DIAGNOSTIC.

Description

LATEX DE POLYMERES POUR APPLICATIONS BIOLOGIQUES
ET PROCEDE DE PREPARATION
L'invention a pour objet bes latex de polymères pour applications biologiques, ainsi qu'un procede de préparation desdits latex.
Les applications biologiques de latex aqueux de polymères sont de plus en plus nombreuses. C'est ainsi que des réactifs de diagnostic de certaines maladies sont préparés par fixation, sur les polymères, d'antigènes ou d'anticorps susceptibles de réagir spécifiquement avec un anticorps ou un antigène antagoniste. L'introduction dans le latex de cet anticorps ou antigène antagoniste provoque une réaction qui entraine la floculation du latex.
Dans les réactifs actuellement connus, les molécules biologiques sont le plus souvent fixées par adsorption, sur des particules généralement de taille homogène de polymères hydrophobes, dont la densité est voisine de 1. La préparation de tels réactifs nécessitant diverses opérations, notamment de centrifugation et de redispersion, il est courant, pour faciliter la décantation, que les particules aient un diamètre relativement élevé, ce qui a pour inconvénient de diminuer la surface spécifique des particules, ainsi que la qualité du réactif.
Les latex de l'invention évitent ces inconvénients. La densité plus elevée de leurs particules, facilite la décantation au cours de la préparation des réactifs sans qu'il soit nécessaire d'avoir un diamètre élevé.
Les latex de polymères pour applications biologiques de l'invention sont constitués par une dispersion aqueuse de particules formées d'un coeur de polymère d'ester acrylique et d'une péri phérie de polymère vinylaromatique, et sont caractérisés en ce que les particules dont la concentration est inférieure à 60 Z en poids, ont une densité comprise entre 1,07 et 1,2 et un diamètre homogène compris entre 0,1 et.2 pm, présentent des contours irréguliers et sont constituées par 50 à 95 Z en poids d'un coeur sphérique d'homo- ou co-polymere d'acrylate ou de méthacrylate d'alkyle (1-4C) et 5 à 50 Z en poids d'une périphérie de particules de polymère vinylaromatique accolées au coeur.
La concentration du latex en particules de polymères est généralement inférieure à 60 Z en poids et de préférence comprise entre 10 et 50Z en poids. Mais, suivant l'application envisagée, toute dilution est possible sans destruction du latex. Toute concentration est également possible, mais en restant dans la limite fixée.
Les particules du latex sont de taille homogène, c' est à dire qu'au moins 90 Z en poids des particules ont un même diamètre compris entre 0,1 et 2 um et de préférence entre 0,15 et 1 um, avec une variation d'une particule à une autre particule inférieure à 15%.
Le coeur de la particule, qui représente 50 a 95 Z en poids de la particule, est constitué d'un polymère d'acrylate d'alkyle et/ou de méthacrylate dtalkyle, dont les groupes alkyle contiennent 1 à 4 atomes de carbone, et possède une densité comprise entre 1,1 et 1,2.
ta périphérie de la particule, qui représente 5 à 50 Z en poids de la particule est constituée par un polymere hydrophobe de monomere vinylaromatique, tel que le styrène et ses dérivés alkylés: o-methylstyrene, éthylstyrène, t-butylstyrène, vinyltoluène, seuls ou en mélange entre eux et/ou avec un monomère diénique, comme le butadiène et ses dérivés, qui représente O à 50 Z et de préférence
O à 30 X en poids du copolymère.
Le polymere coeur et/ou le polymère de périphérie peuvent posséder des groupes fonctionnels -COOH et/ou -S03H. Dans ce cas le polymere coeur et/ou le polymere de périphérie contiennent dans leur chaine de O a 10 Z et de préférence de O à 5 X en poids d'uni- tés de monomères copolymérisables possédant des groupes -COOH et/ou -So3E, tels que les acides et anhydrides lorsqu'ils existent fumarique, maléique, itaconique, acrylique, méthacrylique ; les acides sulfonique, vinylsulfonique, méthallylsulfonique, butyl-éthylènesulfonique, styrènesulfonique, 2-acrylamido 2-methylpropane sulfonique ; le méthacrylate de sulfoéthyle.
Selon le procédé de l'invention, les latex de polymeres sont préparés par polymérisation en émulsion aqueuse d'au moins un acrylate ou méthacrylate d'alkyle en présence d'un initiateur et éventuellement d'un agent émulsifiant, afin de former un latex de polymère coeur de densité comprise entre 1,1 et 1,2, puis par polymérisation en émulsion aqueuse d'au moins un monomère vinylaromatique et éventuellement d'un monomère diénique en présence du latex de polymère coeur obtenu précédemment, le polymère coeur représentant 50 à 95 % en poids de la somme polymère coeur + monomère(s), d'un initiateur et le cas échéant d'un émulsifiant, pour obtenir un latex de polymères coeur-périphérie de densité comprise entre 1,07 et 1,2.
Les monomères mis en oeuvre dans la préparation du polymère coeur sont des acrylates et des méthacrylates d'alkyle dont le groupe alkyle contient 1 à 4 atomes de carbone, utilisés seuls ou en mélange, afin de donner des polymères dont la densité est comprise. entre 1,1 et 1,2. Ils sont mis en oeuvre soit en totalité avant la polymérisation, soit en partie avant la polymérisation, la partie complémentaire étant ajoutée au milieu réactionnel au cours de-la polymérisation par fractions successives ou en continu, soit encore en totalité au cours de la polymérisation par fractions successives ou en continu.
Suivant le polymére à obtenir, il est possible d'ajouter au monomère ou au mélange de monomères, un monomère réticulant et/ou un agent de transfert de chaine. Le monomère réticulant, mis en oeuvre en proportions comprises entre O et 5 Z en poids par rapport au(x) monomère(s), est représenté plus particulièrement par le divinylbenzène, le tétraallyloxyéthane, le méthacrylate de vinyle, les acrylates ou méthacrylates de mono-ou polyalkylène (2-4C) glycol, le cyanurate de triallyle, les condensats d'acides carboxyliques insaturés et de polyols, comme par exemple les acrylate et méthacrylate de triméthylolpropane. Quant à l'agent de transfert de chaine, ses proportions sont de O à 5 Z en poids par rapport au(x) monomère(s) et il est représenté notamment par le dimère de l'alphaméthylstyrène, les alkylmercaptans à chaine linéaire ou ramifiée, les hydrocarbures halogénés.
En tant qu'initiateur, on utilise de préférence des persulfates alcalins, des dérivés diazoïques hydrosolubles ou des sys tèmes redox à base d'eau oxygénée, de peroxydes organiques ou d'hydro-peroxydes, dans des proportions de l'ordre de 0,01 à 5 Z et de préférence 0,03 a3 Z en poids du ou des monomères.
L'agent émulsifiant éventuellement mis en oeuvre peut être anionique et/ou non ionique et/ou mixte. Ce sont des produits classiques des polymérisations en émulsion.
Parmi les agents émulsifiants anioniques, peuvent être cités les sels d'acides gras ; les alkylsulfates; alkylsulfonates, alkylarylsulfonates, alkylsulfosuccinates, alkylphosphates alcalins les sulfonates d'éthers alkylphénolpolyglycoliques ; les sels d'esters d'acides alkylsulfopolycarboxyliques ; les produits de condensation des acides gras avec les acides oxy-et amino-alcanesulfoniques ; les dérivés sulfatés des éthers polyglycoliques ; les esters sulfatés d'acides gras et de polyglycols ; les alcanolamides d'acides gras sulfatés.
Parmi les agents émulsifiants non ioniques, sont à mentionner les esters gras de polyalcools, les alcanolamides d'acides gras, les polyoxydes d'ethylène, les copolyoxydes d'éthylène et de pro pylène, les alkylphénols oxyéthylénés.
Les agents émulsifiants mixtes sont représentés notamment par les alkylphénols oxyéthylénés et sulfatés et les maléates d'alkylphénols sulfonés et oxyéthylenés.
Les quantités d'agent(s) emulsifiant(s) a mettre en oeuvre sont de l'ordre de O à 5 Z et de préférence 0,3 à 1 Z en poids par rapport au(x) monomere(s) et l'introduction est effectuée soit en totalité avant la polymérisation, soit en partie avant la poly- mérisaton, la partie complémentaire étant;ajoutée au milieu réac- tionnel au cours de la polymérisation par fractions successives ou en continu, soit encore en totalité au cours de la polymérisation par fractions successives ou en continu.
La quantité d'eau a mettre en oeuvre dans la polymérisation du polymere coeur doit être telle que la concentration du ou des monomeres ne dépasse pas 60 Z en poids.
Bien que cela ne soit pas indispensable, il est possible d'ajouter au milieu réactionnel tout composé susceptible de modifier soit la force ionique du milieu et par suite la granulométrie, comme par exemple des sels minéraux, électrolytes, en quantité allant jusqu'à 3 Z en poids par rapport aux monomères, soit le pH du milieu, comme par exemple des tampons, des acides, des bases.
ta température de polymérisation, fonction de l'initiateur mis en oeuvre et du polymère à obtenir est généralement comprise entre -5 et 900C et de préférence entre 40 et 900C.
Afin d'améliorer l'homogénéité des diamètres des particules, le polymère coeur est avantageusement preparé par polymérisation en emulsion avec ensemencement. Dans ce cas, un acrylate et/ou méthacrylate d'alkyle est polymérisé en émulsion aqueuse, dans les conditions décrites ci-dessus, en presence d'un latex de polymère d'acrylate et/ou de méthacrylate d'alkyle, identique ou différent de celui à polymériser, avec addition continue du ou des monomères et addition continue d'émulsifant afin de maintenir les particules en émulsion sans création de nouvelles particules.
Les latex obtenus possèdent des particules de polymères sphériques de diamètre homogène compris entre 0,1 et 2 um et de densité comprise entre 1,1 et 1,2.
Ils peuvent être stockés ou utilisés immédiatement pour la polymérisation du polymère de périphérie.
Dans cette polymérisation, la quantité de polymère coeur à mettre en oeuvre est comprise entre 50 et 95 Z en poids de la somme polymère coeur + monomère(s) à polymériser.
Les monomères à polymériser sont des monomères vinylaromatiques tels que le styrène et ses dérivés alkylés : cr-méthylstyrène, éthylstyrène, t-butylstyrène, vinyltoluène employés seuls ou en mélanges entre eux en toute proportion, ou encore en mélange avec un autre monomère copolymérisable, pouvant constituer jusqu'à 50 Z et de préférence 30 Z du mélange et choisi parmi les composés diéniques, tels que butadiène, isoprène. Ils sont mis en oeuvre soit en totalité avant polymérisation, soit en partie avant polymérisation, la partie complémentaire étant ajoutée au cours de la polymérisation par fractions successives ou en continu, soit encore et cela constitue la forme préférentielle, par addition au cours de la polymérisation par fractions successives ou en continu.
Suivant le polymère à obtenir, il est possible d'ajouter au monomère ou au mélange de monomères, un monomère réticulant et/ou un agent de transfert de chaine. Ce monomère réticulant et cet agent de transfert de chaine, qui sont semblables ou différents de ceux mis en oeuvre dans la polymérisation du polymère coeur, -sont choisis dans la liste donnée précédemment et mis en oeuvre dans les mêmes proportions.
L'initiateur et l'agent émulsifiant lorsqu'il est présent sont identiques ou différents de ceux utilisés dans la préparation du polymère coeur et choisis dans les listes données ci-dessus. La proportion d'initiateur est de l'ordre de 0,01 à 5 Z et de préf é- rence de 0,03 à 3 Zen poids du ou des monomères.
L'agent émulsifiant, en proportion comprise entre O et 5 Z et de préférence entre O et 1 Z en poids par rapport au(x) monomere(s), est ajouté à tout moment avant ou pendant la polymérisation et de préférence introduit dans le milieu réactionnel en continu tout au long de la polymérisation.
La quantité d'eau présente dans la préparation du polymere de périphérie doit être telle que la concentration polymère coeur + monomere(s) à polymériser ne dépasse pas 60 Z en poids.
La température de polymérisation, fonction de l'initiateur choisi, est généralement comprise entre -5 et 900C et de préférence entre 40 et 90 C.
Lorsque des groupes fonctionnels doivent être présents dans les polymeres du latex, au moins un monomère copolymérisable possédant des groupes fonctionnels, choisi dans la liste donnée précé'- demment, est ajouté, en quantité ne dépassant pas 10 Z et de pré férence 5 % en poids du copolymere à obtenir, en même temps que les autres monomeres, dans le milieu de préparation du polymere semence et/ou du polymère coeur et/ou du polymere de périphérie.
Les latex obtenus contiennent des particules de polymeres ayant une bonne capacité d'adsorption vis à vis des molécules biologiques, et dont la densité supérieure à 1 permet une centrifugation facile desdits latex.
Les latex selon l'invention sont applicables à la fixation de protéines sur les particules de polymeres ; les latex de complexes polymère-protéine obtenus pouvant alors être mis en oeuvre pour la purification d'autres protéines.
Les latex sont également applicables à la préparation de réactifs de diagnostic par adsorption ou fixation par covalence sur les particules de polymeres de substances immuno-actives, comme par exemple des anticorps naturels, tels que les immunoglobulines ; des antigènes naturels, tels que hormones, enzymes ; des antigènes provenant de virus, champignons, bactéries ; des albumines provenant de sérum humain ou animal.
On donne, ci-apres, à titre indicatif et non limitatif, des exemples de réalisation de l'invention, dans lesquels :
- les pourcentages sont en poids,
- l'aspect et le diamètre des particules sont déterminés par microscopie électronique,
- la densité des particules est mesurée à l'aide d'une centrifugeuse à disque Joyce-Loebl étalonnee avec un latex de polystyrene de granulométrie connue.
Exemple 1
- Préparation d'un latex de polymere coeur
Dans un réacteur muni d'une arrivée d'azote et d'un agitateur, sont introduits
294 g d'eau désionisée,
160 g d'une solution aqueuse désionisée à 3,75 Z de laurate
de potassium,
. 8,8 g d'une solution aqueuse à 34 Z de maléate de nonyl
phénol sulfoné et oxyéthyléné,
600 g de méthacrylate de méthyle.
L'air est éliminé par passage d'un courant d'azote, qui est maintenu et le mélange est agité et chauffé à 750C.
Des que le mélange est à 750C, 0,4 g de persulfate de potassium en solution dans 150 g d'eau désionisée sont ajoutés au mélange, puis après 1 heure 506 g d'eau à 750C.
Après 7 heures à 75OC, le mélange réactionnel est refroidi et 0,24 g de potasse en solution dans 21 g d'eau désionisée sont ajoutés.
Après filtration, un latex est obtenu qui possède les caractéristiques suivantes
- extrait sec 33,4 Z
- diamètre moyen des particules
homogènes 0,18 um
- aspect des particules sphérique
- densité des particules 1,19
- Préparation du latex de polymères coeur-périphérie
420 g du latex obtenu et 470 g d'eau désionisée sont introduits dans un réacteur, muni d'une arrivée d'azote et d'un agitateur.
Le mélange agité et sous atmosphère d'azote est chauffé à 750C, conditions qui sont maintenues pendant toute la durée de la réaction.
Dès que le mélange est à 750C, 0,16 g de persulfate de potassium en solution dans 50 g d'eau désionise sont ajoutés et 60 g de styrène sont introduits en continu, à débit constant en 5 heures.
Une heure après la fin de l'introduction du styrène, le mélange
réactionnel est refroidi.
Après filtration, un latex de polymères est obtenu, qui pré- sente les caractéristiques suivantes
- extrait sec 19,35 %
- diamètre moyen des particules
homogènes 0,19 pm
- aspect des particules contours irréguliers,
particules de polystyrène
de très faible diamètre ac
colées à la surface de la
particule de polymère
coeur.
- densité des particules 1,13
Exemple 2
- Préparation d'un latex de polymère coeur
Dans un réacteur muni d'un agitateur et d'une arrivée d'azote, sont introduits :
305 g du latex de polymère coeur de l'exemple 1, en tant
que semence,
.1040 g d'eau désioniséer
.2,15 g d'une solution aqueuse désionisée à 20 Z
d'ammoniaque.
Le mélange agité et sous atmosphère d'azote est chauffé à 750C, conditions qui sont maintenues pendant toute la durée de la réaction.
Dès que le mélange est à 750C, 1,6 g de persulfate de potassium en solution dans 600 g d'eau désionisée sont ajoutés, puis 600 g de méthacrylate de méthyle et 500 g d'une solution aqueuse à 1,2 Z de laurate de potassium sont introduits simultanément en continu, à débit constant en 6 heures.
Une heure après la fin des introductions, le mélange réactionnel est refroidi.
Un latex d'homopolymère de méthacrylate de méthyle est obtenu qui présente les caractéristiques suivantes
- extrait sec 21 Z
- diamètre moyen des particules
homogènes 0,30 pm
- aspect des particules sphérique, régulière
- densité des particules 1,19
- Préparation du latex de polymères coeur-périphérie
667 g du latex obtenu et 522 g d'eau désionisée sont introduits dans un réacteur muni d'un agitateur et d'une arrivée d'azote.
Le mélange agité et sous atmosphère d'azote est chauffé à 750C, conditions qui sont maintenues pendant toute la durée de la réaction.
Dès que le mélange est à 750C, 0,16 g de persulfate de potassium en solution dans 50 g d'eau désionisée sont ajoutés, puis un mélange de 59,5 g de styrène et 0,6 g de tertiododécylmercaptan est introduit en continu, à débit constant en 5 heures.
Une heure après la fin de l'introduction, le mélange est refroidi.
Après filtration, un latex de polymères est obtenu, qui présente les caractéristiques suivantes
- extrait sec 14,5.%
- diamètres moyen des particules
homogènes 0,35 pm
- aspect des particules contours irréguliers,
particules de polystyrène
de très faible diamètre
accolées à la surface
des particules de polymère
coeur.
- densité des particules 1,13.

Claims (9)

REVENDICATIONS
1) Latex de polymères pour applications biologiques constitués par une dispersion aqueuse de particules formées d'un coeur de polymère d'ester acrylique et d'une périphérie de polymère vinylaromatique, et caractérisés en ce que les particules dont la concentration est inférieure à 60 Z en poids, ont une densité comprise entre 1,07 et 1,2 et un diamètre homogène compris entre 0,1 et 5m, présentent des contours irréguliers et sont constituées par 50 à 95Z en poids d'un coeur sphérique d'homo- ou co-polymère d'acrylate ou de méthacrylate d'alkyle (1-4C) et 5 à 50 Z en poids d'une périphérie de particules de polymère vinylaromatique accolees au coeur.
2) Latex selon la revendication 1, caractérisés en ce que la densité du polymère coeur est comprise entre 1,1 et 1,2.
3) Latex selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisés en ce que la périphérie de la particule est constituée par un homopolymère de styrène, a-méthylstyrène, éthylstyrène, t-butylstyrène, vinyltoluène, un copolymère de ces monomères entre eux et/ou avec 0 à 50 Z en poids du copolymère d'un monomère diénique.
4) Latex selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisés en ce que le polymère coeur et/ou le polymère de périphérie possèdent des groupes fonctionnels -COOH et/ou -SO3H.
5) Lastex selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisés en ce que le polymère coeur et/ou le polymère de périphérie contiennent dans leur chaine O à 10 z en poids d'unités monomères possedant des groupes -COOH ou -S03u.
6) Procédé de préparation des latex selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que par polymérisation en émulsion aqueuse d'au moins un acrylate ou méthacrylate d'alkyle en présence d'un initiateur et éventuellement d'un agent émulsifiant, un latex de polymère coeur de densité comprise entre 1,1 et 1,2 est formé, puis par polymérisation en émulsion aqueuse d'au moins un monomère vinylaromatique et éventuellement d'un monomère diénique en présence du latex de polymère coeur obtenu precedemment, le polymère coeur représentant 50 à 95 Z en poids de la somme polymère coeur + monomère(s), d'un initiateur et le cas échéant d'un émulsifiant, un latex de polymères coeur-périphérie de densité comprise entre 1,07 à 1,2 est obtenu.
7) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le polymère coeur est préparé par polymérisation ensemencée en présence d'un latex de polymère d'acrylate et/ou de méthacrylate d'alkyle, identique ou différent de celui à obtenir avec addition continue du ou des monomères et addition continue d'émulsifiant.
8) Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'au moins un monomère copolymérisable possédant des groupes fonctionnels est présent, en quantité ne dépassant pas 10 % en poids du copolymère à obtenir, dans le milieu de préparation du polymère semence et/ou du polymère coeur et/ou du polymère de périphérie.
9) Applications des latex selon les revendications 1 à 5, à la fixation de protéines et à la préparation de réactifs de diagnostic.
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