JP2001504869A

JP2001504869A - 反応機能を備えた成形体

Info

Publication number: JP2001504869A
Application number: JP51429198A
Authority: JP
Inventors: フランク，ロナルト; マティシアク，ステファン
Original assignee: ゲゼルシャフト・フュア・ビオテクノロギッシェ・フォルシュンク・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング（ゲー・ベー・エフ）
Priority date: 1996-09-18
Filing date: 1997-09-18
Publication date: 2001-04-10
Also published as: NO991296D0; DE59709797D1; AU730793B2; KR20000036217A; AU4555397A; WO1998012246A1; EP0928311B1; NO991296L; CA2265689A1; EP0928311A1

Abstract

(57)【要約】本発明は、表面に化学的、生化学的、又は生物学的に利用される反応機能を備え、次の方法により製造可能の成形体に関する：(a) 成形体として成形した高分子材料を原料としてその表面にヒドロキシル基を設け、この成形体をそれ自体公知の方法によりカルボニル化剤と反応させ、(b) 必要に応じてカルボニル化した成形体を一般式R₃-NH-R₄の一つの化合物との反応によりウレタン誘導体に変える。ここでR₃はそれ自体公知の一つの第一級アミンの残基でR₄は水素原子、又はR₃とR₄は同一又は異なるそれ自体公知の第二級アミンの残基を表わし、ウレタン化剤又はウレイド化剤であってもよい。

Description

【発明の詳細な説明】反応機能を備えた成形体本発明は、その表面に化学的、生化学的、又は生物学的に利用される反応機能を備えた成形体に関する。天然高分子をベースにした多くの高分子材料、例えば多糖類（セルロース、デンプン、又はキチン）或いは合成樹脂のような有機合成高分子（例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、又はポリスチレン）は有機媒体乃至水性媒体に溶解しないという特徴を有する。その表面の特性、例えば帯電性、化学的機能性、又は疎水性は数十年以前から例えば次のような分野で合成反応、分離反応、及び検出反応に利用されている：化学的固相合成、疎水性クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、又はアフィニティークロマトグラフィー乃至アフィニティー濃縮。これらの材料は顆粒、ビーズ、ファイバーなどの従来からの形状でコラム、カートリッジなどの反応容器に注ぎ込んで使用される。その際例えば次の概念図に示すように、その表面に設けた特殊の反応機能が用途に応じて有利に利用される：このような表面の機能性は a) 共重合によって直接該当する単量体を導入するか、又は b) 後から化学的誘導体を形成する方法で付与される。化学的、生化学的、又は生物学的操作に携わる多くの技術者は、冒頭に触れた材料と同一の又は類似の高分子材料から製作可能の特殊の形状をした操作用器具（例えば膜、フィルム、紙、ミニアチュア反応容器（例えばEppendorf社製）、ピペット先端、又はマイクロタイタープレートのような成形体）を利用している。この種の成形体には製作過程の最適化により、使用に対して必要な機械的、化学的安定性が与えられる。これらの成形体の表面も、前述のようにして同様の合成反応、分離反応、及び検出反応に有利に利用できる。しかし、利用の際に必要な種々の化学的機能の導入には問題があり、誘導体形成の過程で機械的及び/又は化学的特性が不利な影響を受けないようにしなければならない。例えば平らな材料の成形体、例えばカルボキシメチルセルロース、ジエチルアミノエチルセルロース、ホスホセルロース、アルキルセルロース、又はアリールセルロースのような特殊のセルロース誘導体製の紙は非常に重要であるが、これらの成形体の原材料の製造過程には、ブロモシアン、エピクロロヒドリン、又はアクリロニトリルのような毒性の高い試薬、及び/又は非常に厳しいアルカリ性の反応条件が必要になるので、この過程により製造されたセルロース紙の機械的、化学的安定性は著しく損なわれている。この問題は第WO-A-04/19694号の特許によっても完全には解決されない。本発明の課題は、生物科学用の新規の材料乃至新規の成形体を提供し、その表面に化学的、生化学的、又は生物学的に利用される反応機能を設け、その際これらの材料を特に穏やかな方法により処理して、得られた成形体の機械的、化学的特性が少しも又は僅かしか変化しないようにすることである。この本発明の課題は、実施態様の一によれば、表面に化学的、生化学的、又は生物学的に利用される反応機能を設けた成形体で、（a）成形体として成形した高分子材料を原料としてその表面にヒドロキシル基を設け、この成形体をそれ自体公知の方法によりカルボニル化剤（R₁R₂CO）と反応させ、（b）必要に応じてカルボニル化した成形体を一般式R₃-NH-R₄の一つの化合物との反応によりウレタン誘導体に変えた成形体により解決される。ここでR₃はそれ自体公知の一つの第一級アミンの残基でR₄は水素原子、又はR₃とR₄は同一又は異なるそれ自体公知の第二級アミンの残基を表わす。特にR₃R₄NHは、普通ウレタンの製造に使用されてウレタン化剤と呼ばれる一種のアミンであってもよい。表面にヒドロキシル基を備えた高分子の反応、即ちアガロース及び多糖類と、カルボニル化剤、即ち1,1'-カルボニルジイミダゾールとの反応は公知の技術である（J.Chromatography,219(1981)353-359及び361-372参照）。本発明の成形体の応用分野は、免疫学、生化学、分子生物学、臨床診断学、又は生体工学の分野で、例えばイオン交換クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー乃至アフィニティー濃縮、疎水性クロマトグラフィー、ブロット法、ドットブロット法、及び化学的固相合成利用が可能である。本発明の成形体は、セルロースベース、特に紙ベースの成形高分子材料、又は合成樹脂ベース、特にヒドロキシポリオレフインベースの成形高分子材料を原料として製造することができる。セルロースベースの成形高分子材料を原料とする場合には、広い範囲のセルロース材料に非常に多くの種類の化学基を設けることができる。この組合せに於いて本発明の成形体は非常に穏やかな反応条件により、有毒な材料や溶剤は殆ど使用せず、簡単な技術的手段で製造できる。ここで重要な点として、誘導体化されていないセルロース材料の化学的、機械的性質が僅かしか変化を受けていない。この化学基の結合は、室温でpHの２-12の範囲に於いて極めて安定である。本発明の成形体は、 (i) 1,１'−カルボニルジイミダゾール(CDI)、1,1'−カルボニルジ-1,2,4-トリアゾール(CDT)、1,1'−カルボニルジ-1,2,3-ベンゾトリアゾール(CDB)、及び/又はフェノキシカルボニルテトラゾール(PCT)により形成されたグループ、及び/又は (ii) クロロギ酸フェニル（CAP）及び/又はクロロギ酸-4-ニトロフェニルエステル（CANP）により形成されたグループからのカルボニル化剤を使用して製造することができる。グループ（i）のカルボニル化剤を使用する場合には、カルボニル化をジメチルホルムアミド（DMF）の中で、特に室温で、及び/又は緩衝液無しで、及び/又はジメチルホルムアミド（DMF）以外の塩基を加えずに実施することができる。グループ（ii）のカルボニル化剤を使用する場合には、カルボニル化をピリジンの中で実施することができる。もう一つの実施態様によれば、本発明の課題は、表面に化学的、生化学的、又は生物学的に利用される反応機能を設けた成形体で、 (a) 成形体として成形した高分子材料を原料としてその表面にヒドロキシル基を設け、この成形体をイソシアナート及び/又はイソチオシアナートと反応させ、 (b) 必要に応じて、活性化した成形体の未反応のヒドロキシル基をブロックし、 (c) 段階（a）に於いてイソシアナート及び/又はイソチオシアナートによりニトロ基が導入された場合には、必要に応じてこの任意のニトロ基をアミノ基に還元し、且つ (d) 段階（a）に於いてイソシアナート及び/又はイソチオシアナートにより保護されたアミノ基が導入された場合には、必要に応じてこの任意の保護されたアミノ基の保護を外して遊離のアミノ基にする方法で製造可能の成形体によって解決される。本発明の成形体は、セルロースベース、特に紙ベースの成形高分子材料、又は合成樹脂ベース、特にヒドロキシポリオレフィンベースの成形高分子材料を原料として製造することができる。セルロースベースの成形体に就いては前述の説明を参照されたい。第二の実施態様による本発明の成形体は、段階（a）に於いて4-ニトロフェニルイソシアナート又は4-フェニルイソチオシアナートを使用して製造することができる。更に段階（b）に於いて無水酢酸によりブロッキングしてこの成形体を製造することができる。更に段階（c）に於いてヨウ化サマリウム(II)により還元してこの成形体を製造することができる。次に本発明を実施例により詳細に説明する。実施例１乃至６Ｉ．活性化高真空で乾燥/凍結乾燥した成形体（この場合はセルロース紙）をこの成形体に合った良く密閉できる容器の中で、高分子（この場合はセルロース）１ｇに対して下記のカルボニル化剤の一つの0.3モル溶液３mlと混合し、室温で（湿気を絶って)6乃至16時間動かす。使用したカルボニル化剤：（i）アミンを含まない無水のジメチルホルムアミド(DMF)の中の実施例１：CDI =1,1'-カルボニルジイミダゾール実施例２：CDT =1,1'−カルボニルジ-1,2,4-トリアゾール実施例３：CDB =1,1'−カルボニルジ-1,2,3-ベンゾトリアゾール実施例４：PCT =フェノキシカルボニルテトラゾール（ii）無水ピリジンの中の実施例５：CAP =クロロギ酸フェニルエステル実施例６：CANP =クロロギ酸-4-ニトロフェニルエステル II．修飾活性化段階の反応溶液をろ過又はデカンテーションにより除去し、活性化した成形体を半分の容積の反応溶液の溶剤で３回それぞれ５乃至10分洗浄する。洗浄相は破棄する。高分子１ｇに対して、エチレンジアミン又は1,6-ビス-(メチルアミノ)-ヘキサン又はO,O'-ビス-(2-アミノプロピル)-ポリエチレングリコールの0 .3モルDMF又はピリジン溶液３mlを加えて室温で湿気を絶って再度６乃至16時間動かす。次に反応溶液をろ過又はデカンテーションにより除去し、修飾した成形体を半分の容積の反応溶液の溶剤で３回それぞれ５乃至10分洗浄し、続いて蒸留水、エタノール、アセトン、酢酸エステル、及びジエチルエーテルで繰り返し洗浄する。残ったエーテルを除去してから成形体を高真空で乾燥する。 III．化学的安定性誘導体化したセルロース紙から採取した１cm²の大きさの正方形の試料を次の条件下に置いて、24時間後の修飾度を再度測定する：pH０,７,８,９,10,11,12,1 3,14（NaOHを相当して希釈）にて室温で24時間；濃アンモニア水、室温で24時間；三フッ化酢酸(99％)、室温で24時間；全ての場合に最初の修飾度を確認することができた。実施例７及び８Ｉ．付加反応高真空で乾燥/凍結乾燥した成形体（この場合はセルロース紙）をこの成形体に合った良く密閉できる容器の中に、高分子（この場合はセルロース）１ｇに対してイソシアナート0.1モル溶液３mlと共に入れて、乾燥炉で（湿気を絶って)60 ℃で12時間加熱する。実施例７：4-ニトロフェニールイソシアナートの添加 (C₇H₄N₂O₃)[164.12] 実施例８：4-フェニールイソチオシアナートの添加 (C₇H₄N₂O₂S)[180.19] それぞれ容器を何回も振り動かす。活性化段階の反応溶液をろ過又はデカンテーションにより除去し、活性化した成形体を、使用した高分子の乾燥重量１ｇ当たりぞれぞれ３mlの溶剤でそれそれ５乃至10分洗浄する。洗浄相をろ過又はデカンテーションして破棄する。（次に成形体の洗浄に）溶剤を次の順序で使用する：ジメチルホルムアミド(p A、分析用)、水(2回蒸留)、エタノール(zS、重合用)、アセトン(zS)、酢酸エチルエステル(zS)、ジクロロメタン(pA)。有機溶剤を蒸発してから活性化成形体を高真空で室温で乾燥する。 II．キャッピング（高分子表面の段階Ｉで反応しなかった機能のブロッキング）予め乾燥した活性化成形体を、乾燥重量１ｇ当たり３mlのDMF/ピリジン（2:1 、容積/容積）に入れ、次に無水酢酸0.5mlを混合する。室温で６時間穏やかに振り動かしてから反応を停止し、反応溶液をろ過又はデカンテーションして除き、段階Ｉの洗浄操作を繰り返す。 III．ヨウ化サマリウム(II)によるニトロ基の還元予め乾燥した活性化成形体を、乾燥重量１ｇ当たり10mlのDMF(無水)に入れ、0 .1モルのヨウ化サマリウム(II)-テトラヒドロフラン(THF)(無水)溶液を乾燥重量１ｇ当たり２ml混合する。反応容器を湿気を絶って室温で10乃至16時間振り動かす。反応溶液をデカンテーションにより除去してから、成形体を乾燥重量１ｇ当たり５mlのDMFで15分、次に10mlの水（２回蒸留）で２回それぞれ約２乃至３時間振り動かす。続いて段階Ｉの洗浄操作を繰り返す。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１０年１１月１６日（１９９８．１１．１６）【補正内容】請求の範囲 1．表面に化学的、生化学的、又は生物学的に利用される反応機能を備え、次の方法により製造可能の成形体： (a)成形体として成形した高分子材料を原料としてその表面にヒドロキシル基を設け、この成形体をそれ自体公知の方法によりカルボニル化剤と反応させ、 (b)カルボニル化した成形体を一般式R₃-NH-R₄の一つの化合物との反応によりウレタン誘導体に変える。ここでR₃はそれ自体公知の一つの第一級アミンの残基で R₄は水素原子、又はR₃とR₄は同一又は異なるそれ自体公知の第二級アミンの残基であつてもよい。 2．(i)1,1'-カルボニルジイミダゾール(CDI)、1,1'-カルボニルジ-1,2,4-トリアゾール(CDT)、1,1'-カルボニルジ-1,2,3-ベンゾトリアゾール(CDB)、及び/又はフェノキシカルボニルテトラゾール（PCT）により形成されたグループ、及び/又は (ii)クロロギ酸フェニルエステル（CAP）及び/又はクロロギ酸-4-ニトロフェニルエステル（CANP）により形成されたグループからのカルボニル化剤を使用して製造可能の、前記請求の範囲第１項記載の成形体。 3．請求の範囲第1(b)項記載のカルボニル化及び/又は反応をジメチルホルムアミド（DMF）の中で、特に室温で、及び/又は緩衝液無しで、及び/又はジメチルホルムアミド（DMF）以外の塩基を加えずに実施することにより製造可能の請求の範囲第2(i)項記載の成形体。 4．カルボニル化をピリジンの中で実施することにより製造可能の請求の範囲第2(ii)項記載の成形体。 5．表面に化学的、生化学的、又は生物学的に利用される反応機能を備え、次の方法により製造可能の成形体： (a) 成形体として成形した高分子材料を原料としてその表面にヒドロキシル基を設け、この成形体をイソシアナート及びｌ又はイソチオシアナートと反応させ、 (b) 必要に応じて、活性化した成形体の末反応のヒドロキシル基をブロックし、 (c) 段階（a）に於いてイソシアナート及び/又はイソチオシアナートによりニトロ基が導入された場合には、この任意のニトロ基をアミノ基に還元し、且つ (d) 段階（a）に於いてイソシアナート及び/又はイソチオシアナートにより保護されたアミノ基が導入された場合には、この任意の保護されたアミノ基の保護を外して遊離のアミノ基にする。 6．セルロースベース、特に紙ベースの成形高分子材料を原料として製造可能の請求の範囲第５項記載の成形体。 7．合成樹脂ベース、特にヒドロキシポリオレフィンベースの成形高分子材料を原料として製造可能の請求の範囲第５項記載の成形体。 8．段階（a）に於いて4-ニトロフェニルイソシアナート又は4-ニトロフェニルイソチオシアナートを使用して製造可能の請求の範囲第５項、第６項又は第７項記載の成形体。 9．段階（b）に於いて無水酢酸によりブロッキングすることにより製造可能の請求の範囲第５項乃至第８項の何れか１項記載の成形体。 10．段階（c）に於いてヨウ化サマリウム(II)を用いて還元することにより製造可能の請求の範囲第５項乃至第９項の何れか１項記載の成形体。 11．請求の範囲第5(a)項及び/又は第5(b)項及び/又は第5(c)項記載の反応をジメチルホルムアミド（DMF）の中で、特に室温で、及び/又は緩衝液無しで、及び/ 又はジメチルホルムアミド（DMF）以外の塩基を加えずに実施することにより製造可能の請求の範囲第５項乃至第10項の何れか１項記載の成形体。 12．膜、フィルム、紙、ミニアチュア反応容器、ピペット先端、及びマイクロタイタープレートにより形成されたグループからの一種の成形された高分子材料を原料として製造可能の前記請求の範囲の何れか１項記載の成形体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者マティシアク，ステファンドイツ連邦共和国デー―38124 ブラウンシュヴァイク、マシェロデール・ヴェーク１

Claims

【特許請求の範囲】 1．表面に化学的、生化学的、又は生物学的に利用される反応機能を備え、次の方法により製造可能の成形体： (a)成形体として成形した高分子材料を原料としてその表面にヒドロキシル基を設け、この成形体をそれ自体公知の方法によりカルボニル化剤と反応させ、 (b)必要に応じてカルボニル化した成形体を一般式R₃-NH-R₄の一つの化合物との反応によりウレタン誘導体に変える。ここでR₃はそれ自体公知の一つの第一級アミンの残基でR₄は水素原子、又はR₃とR₄は同一又は異なるそれ自体公知の第二級アミンの残基を表わし、ウレタン化剤又はウレイド化剤であってもよい。 2．セルロースベース、特に紙ベースの成形高分子材料を原料として製造可能の請求の範囲第１項記載の成形体。、 3．合成樹脂ベース、特にヒドロキシポリオレフィンベースの成形高分子材料を原料として製造可能の請求の範囲第１項記載の成形体。 4．(i)1,1'-カルボニルジイミダゾール(CDI、1,1'−カルボニルジ-1,2,4-トリアゾール(CDT)、1,1'−カルボニルジ-1,2,3-ベンゾトリアゾール(CDB)、及び/又はフェノキシカルボニルテトラゾール(PCT)により形成されたグループ、及び/又は (ii)クロロギ酸フェニルエステル（CAP）及び/又はクロロギ酸-4-ニトロフェニルエステル（CANP）により形成されたグループからのカルボニル化剤を使用して製造可能の、前記請求の範囲の何れか１項記載の成形体。 5．請求の範囲第1(b)項記載のカルボニル化及び/又は反応をジメチルホルムアミド（DMF）の中で、特に室温で、及び/又は緩衝液無しで、及び/ 又はジメチルホルムアミド（DMF）以外の塩基を加えずに実施することにより製造可能の請求の範囲第4(i)項記載の成形体。 6．カルボニル化をピリジンの中で実施することにより製造可能の請求の範囲第4 (ii)項記載の成形体。 7．表面に化学的、生化学的、又は生物学的に利用される反応機能を備え、次の方法により製造可能の成形体：（a）成形体として成形した高分子材料を原料としてその表面にヒドロキシル基を設け、この成形体をイソシアナート及び/又はイソチオシアナートと反応させ、（b）必要に応じて、活性化した成形体の末反応のヒドロキシル基をブロックし、（c）段階（a）に於いてイソシアナート及び/又はイソチオシアナートによりニトロ基が導入された場合には、必要に応じてこの任意のニトロ基をアミノ基に還元し、且つ（d）段階（a）に於いてイソシアナート及び/又はイソチオシアナートにより保護されたアミノ基が導入された場合には、必要に応じてこの任意の保護されたアミノ基の保護を外して遊離のアミノ基にする。 8．セルロースベース、特に紙ベースの成形高分子材料を原料として製造可能の請求の範囲第７項記載の成形体。 9．合成樹脂ベース、特にヒドロキシポリオレフィンベースの成形高分子材を原料として製造可能の請求の範囲第７項記載の成形体。 10．段階（a）に於いて4-ニトロフェニルイソシアナート又は4-フェニルイソチオシアナートを使用して製造可能の請求の範囲第７項、第８項又は第９項記載の成形体。 11．段階（b）に於いて無水酢酸によりブロッキングすることにより製造可能の請求の範囲第７項乃至第10項の何れか１項記載の成形体。 12．段階（c）に於いてヨウ化サマリウム(II)を用いて還元することにより製造可能の請求の範囲第７項乃至第11項の何れか１項記載の成形体。 13．請求の範囲第7(a)項及び/又は第7(b)項及び/又は第7(c)項記載の反応をジメチルホルムアミド（DMF）の中で、特に室温で、及び/又は緩衝液無しで、及び/ 又はジメチルホルムアミド（DMF）以外の塩基を加えずに実施することにより製造可能の請求の範囲第７項乃至第12項の何れか１項記載の成形体。 14.膜、フィルム、紙、ミニアチュア反応容器、ピペット先端、及びマイクロタイタープレートにより形成されたグループからの一種の成形された高分子材料を原料として製造可能の前記請求の範囲の何れか１項記載の成形体。