JP2003526796A - 間入ポリマーネットワークを有する複合マトリックス - Google Patents

間入ポリマーネットワークを有する複合マトリックス

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リチャード・エフ・ハメン
ジョン・ピー・ハメン
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、一般に、中実場、間隙場および間入ポリマーネットワークを有するマトリックスの製造および使用に関する。特に間入ポリマーネットワークは、化学および生化学分離、固相合成、化学反応の触媒作用および固定酵素反応器において有用である。1つの実施態様における間入ポリマーネットワークは、固体粒子からおよび/または固体粒子間で、間隙場内にかけられた架橋化ポリマーを含む。マトリックスは、高い配位子および官能基密度により、および高い可逆吸着および結合キャパシティーにより特徴づけられ、タンパク質のような分子との非常に低い非特異的吸着または相互作用を実質的に伴う。さらに、本発明のマトリックスは、クロマトグラフィーおよび触媒用途において非常に望ましい他の特性、例えば高い物理的剛性、高い配位子密度、化学安定性、高い配位子反応性、および急速な交換および反応動力学を示す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (技術分野) 本発明は、一般に中実場(solid space)、間隙場(interstitial space)お
よび間入ポリマーネットワークを有するマトリックスの製造および使用に関する
。1つの実施態様における間入ポリマーネットワークは、その間隙場内に架橋化
ポリマーを含む。
【0002】 (背景技術) 化学および医薬産業における研究、製品および薬開発は、合成化学および分離
技術を重点的に基礎とする。クロマトグラフィー分離法は、固体または固定相と
移動相との間における、クロマトグラフィーマトリックスを通過する溶質分子の
異なる分配に基づく。各試料成分は、各分子またはイオンが固定相との異なる親
和力を有するので、相互に分離される。固定相に対し低い親和力を有する成分は
、固定相に対し高い親和力を有する成分よりも速やかにクロマトグラフィーマト
リックスを移動する。いくつかの場合で、溶質成分および固定相の間の親和力は
、かなりの濃度の利用可能結合部位を有するマトリックスを通る成分移動が全く
無い程に大きい。試料成分の固定相に対する異なる親和力は、異なるカラム移動
速度につながる。各成分は、異なる時間でカラムから出て行き、この時間差は、
分析目的または精製成分の回収目的のために活用され得る。分離効率は、各溶質
バンドがクロマトグラフィーマトリックスを通過する際の分離量より決定される
【0003】 クロマトグラフィーカラム内における分離の仮定的分析において、この分野で
見識のある者は、移動相、固定相、およびクロマトグラフィー分離が起こるにつ
れ時間および空間的に変化する濃度の溶質成分を含有する多数の接続された仮定
領域または理論段を考慮する。クロマトグラフィーカラム内の理論段数は、分子
成分に対するその実際の性能から計算される。分子成分の理論段数は、カラムか
ら出てくる成分バンドのピーク幅より分割した検体に対する固定相の親和力に比
例する。化学分離の分野において、多くの理論段数のカラムを有することが非常
に重要であり、1mあたり100,000段を超える効率を有するカラムにより
、研究者は、困難な分離を容易に行うことができる。クロマトグラフィー分離に
必要な時間を減少させることも非常に重要である。残念ながら、固定相と溶質分
子との間に生ずる平衡速度は、存在するクロマトグラフィーマトリックスの性質
により厳しく制限され、分離を高流速で試みると、バンドの広がりおよび分解能
の損失が生ずる。この問題は、遅い分析の時間コストおよび減少分解能の性能コ
ストの間で困難な選択をなすことを該分野の研究者に強いる。
【0004】 (発明の概要) 本発明は、中実場、間隙場および間入ポリマーネットワークを有するマトリッ
クスを含む。1つの実施態様における中実場は、相互に物理的に接触している固
体粒子である。間隙場は、固体粒子表面間の空間である。間隙場は、間入ポリマ
ーネットワークを含む。 1つの実施態様における間隙ポリマーネットワーク「IPN」は、中実場と結
合している。粒子を使用する場合、IPNは、少なくとも1つの固体粒子と結合
している。結合が、共有結合を含むことが好ましい。いくつかの実施態様におい
て、IPNは、つなぎ分子と称される中間分子を介して固体粒子と結合している
。そのような状況において、つなぎ分子は、好ましくは固体粒子表面と共有結合
しており、重合性ユニット、一般にモノマーユニットを有する。該ユニットは、
インサイチュー重合中に間入ポリマーネットワークに融和し得る。
【0005】 他の実施態様において、IPNは、少なくとも2つの固体粒子と結合しており
、その粒子に及ぶ統合隣接ポリマーネットワークを形成している。そのような実
施態様におけるマトリックスは、実質的に相互に結合している固体粒子を含む。
そのようなマトリックスは、その客観構造を独立に維持し得ることで特徴づけら
れる。 好ましい実施態様において、IPNは架橋されている。そのような架橋化ポリ
マーネットワークは、一般に10〜1000Åの間の長さを有する架橋性要素を
含み、該要素が、直鎖および/または分枝ポリマー鎖をつないでいる。架橋性分
子の長さおよび数並びに該分子間の距離が、理論的にIPNの孔径を定める。
【0006】 IPNは、有利には、マトリックスの間隙場内に含まれる巨大多孔質ポリマー
である。理論にとらわれることなく、IPNは、固体および溶液中の溶質の両方
の性質を有すると考えられる。例えばIPNは、一般に固定されており、固体表
面につながれている。IPNはなお、溶質のように機能する。IPNは、マトリ
ックスを間隙場を介して通過する溶液に最小の流れ抵抗しか与えない。さらに、
間入ポリマーネットワークは、ポリマーネットワークと溶液中に含まれる溶質と
の間の高められた速度論的相互作用を提供する。これら2つの性質の組合せは、
溶液中に含まれる溶質との速度論的反応性を実質的に損失させずに、マトリック
スを通る溶液の高処理量を可能にする。
【0007】 例えばいくつかの実施態様において間入ポリマーネットワークは、結合対の第
1要素を含み得る。結合対の第2要素を含有する溶液と接触する場合、高処理量
の系が生じ、その中で、第2結合要素含有溶液の高い線速度は、第2結合要素の
高い保持率を維持しながら、マトリックスを通過することができる。 他の実施態様において間入ポリマーネットワークは、反応性部分、例えば化学
合成、例えば核酸またはタンパク質合成に有用な酵素、化学触媒および化学試薬
、並びに組合せ化学の他の形態を含む。そのような実施態様において、基質など
の反応体は、IPN中の固定反応性部分と接触するように、マトリックス中を通
過し得る。
【0008】 本発明のマトリックスを、1つの実施態様において、多数の固体粒子を容器内
で接触させることにより製造する。粒子は、規則的または不規則な方法で相互と
接触し、粒子表面間の間隙場を形成する。次いで間入ポリマーネットワークを、
間隙場内に、一般に直鎖および/または分枝ポリマーを形成することができる分
子ユニットを重合することにより形成する。そのような重合を、単独でまたは多
官能架橋性分子と組合せて行い得る。いくつかの実施態様において追加の重合性
分子を、官能基を含む共重合反応に組込む。官能基は、IPNが形成した後に、
様々な他の分子を官能基によりポリマーネットワークに付加し得るように選択す
る。
【0009】 いくつかの実施態様において、間入ポリマーネットワークを固体支持物に結合
させるために、つなぎ分子を使用することが好ましい。つなぎ分子を使用する場
合、それらは、IPNの一部を形成する。これに関してつなぎ分子は、好ましく
は固体支持物と共有結合し、インサイチュー重合に参加させるために使用し得る
重合性ユニットを含む。つなぎ分子を、好ましくは、粒子を組み合わせる前に粒
子に付加する。 他の実施態様においてブロック分子を、非特異的結合を減少させるために、固
体粒子と結合させる。そうでなければ該非特異的結合は、マトリックスのために
予定する最終用途に関連し得る。これに関してつなぎ分子と同じように、そのよ
うなブロック分子を、粒子の組合せ前に付加することが好ましい。
【0010】 上記マトリックスを、多くの用途に使用することができ、該マトリックスは、
マトリックスの使用に応じて多くの形態をとり得る。マトリックスを、分離装置
、例えばクロマトグラフィーカラムまたは微細流体装置内のマイクロチャネル内
で形成することができる。そのような分離装置を、使用に適合した器具と組合せ
て、様々な他の分離装置、例えば微量滴定プレート、および多孔質膜またはフィ
ルター支持物上の平面アレーと共に使用することができる。微細流体装置内の好
ましいチャネル寸法は、直径5〜100ミクロンである。本発明の複合物と組合
せて使用する分離装置により分離される物質は、タンパク質、核酸、抗体、医薬
生成物などを含み得る。本発明の複合物の急速な吸着-脱着動態は、高処理量の
スクリーニング分離を行うことを可能にする。
【0011】 (発明の詳細な説明) 本発明は、複合物質に関する。時おりマトリックスと称される複合物質は、固
体物質または固体粒子群集物を含み(両方とも、時おり固体支持物と称される。
)、これらは、固体物質または粒子群集物内の間隙場を定める表面を有する。間
隙場はIPNを含有し、該IPNは、間隙場の少なくとも一部を占める。および
該IPNは、固体物質のマトリックスの間のIPNを通る液体、溶質およびガス
の流れおよび交換を許可する。
【0012】 マトリックスの形成に使用する固体支持物質は、マトリックスを通る流体に不
溶性であり、流体が複合マトリックス中に流れる間にその寸法保全性を維持する
あらゆる物質を含む。固体物質は、幅広い種類の寸法および形をとることができ
、これらの寸法および形が、マトリックス内の中実場および間隙場の一般的寸法
および形を決定する。
【0013】 固体粒子の場合にそれらは、金属、金属酸化物、樹脂またはガラスのような物
質を含み得る。固体粒子の機能は、間隙場を定めるマトリックスを提供すること
であり、IPNを含有する構造を提供することである。本発明の1つの側面は、
マトリックスを通る流体および溶液の速い流束であり、従って、流体がマトリッ
クスを通過する条件下でその構造保全性を維持する固体粒子が必要である。固体
粒子は、ポリマーが好ましくは共有結合により結合し得る表面も好ましくは有す
る。好ましい固体支持物は、IPNを創造する重合プロセス中にポリマー試薬と
反応する表面化学官能性を有するポリマー樹脂であり、それにより、IPNの固
体表面へのポリマー鎖がグラフトされる。好ましい固体粒子は、多孔質ではない
【0014】 固体支持物の形式は、球形または不整ビーズ、繊維、膜、フリット、微量滴定
プレート中の膜またはフリットおよび固体相抽出カートリッジ、固体膜およびフ
リット中のキャピラリー、並びにキャピラリーカラムであり得る。 合成樹脂粒子は、非限定として、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエーテル
スルホン、ポリオレフィン(例えばポリエチレンおよびポリプロピレン)、ポリ
アクリレート、ポリビニルアセタール(およびその部分加水分解変形物)、開環
ポリマー、ポリエーテル、エポキシドポリマー、ポリエステル、ポリアミド、フ
ェノール-ホルムアルデヒドポリマー、複素環ポリマー、ポリシロキサン、ポリ
ホスファゼンなどの物質を含む。好ましい樹脂支持物は、構造剛性を有する樹脂
から構成される。最も好ましい樹脂支持物は、樹脂製造の当業者に既知の方法で
製造される高架橋化ポリアクリレートおよびポリスチレンである。
【0015】 特に好ましい固体支持物は、金属酸化物(非限定として、酸化チタン、酸化ジ
ルコニウム、酸化クロムおよび酸化鉄を含む。)およびあらゆる他の類似セラミ
ック物質(窒化ケイ素および窒化アルミニウムを含む。)を含む。本発明の好ま
しい酸化鉱物支持物は、シリカ、酸化ジルコニウムおよび酸化チタンである。最
も好ましい酸化鉱物固体は、シリカである。
【0016】 固体支持物の別の側面は、固体支持物が、ポリマーネットワークとの結合を可
能にするために、「つなぎ分子」を用いて化学変性され得る物質から構成され得
ることである。有利で好ましい固体支持物の例は、当業者に既知の化学により誘
導化または変性し得るポリスチレン樹脂である。つなぎ分子で化学変性され得る
表面を有する最も好ましい固体支持物は、シリカである。
【0017】 固体支持物は、粒子を含み、不整若しくは球形粒子、繊維、柱体、または内面
を有し、それにより粒子をマトリックス内に集めたときにその表面間に間隙場を
有する物質塊、を含む。固体物質を、粒子で製造される複合マトリックスのコス
トおよび流れ特性の有利な性質のために選択することができる。本発明の注目す
べき特徴は、複合物を形成し得る形状および形態の多様性である。
【0018】 本発明のいくつかの適用は、低コスト固体支持物を使用する。その例示物質は
、珪砂、浜砂、ガラス繊維、中空または中実シリカ微小球などである。粒子を本
発明のマトリックス内に集める場合、粒子の寸法および形が、固体支持粒子間の
間隙場の寸法を決定する。間隙場の寸法は、粒子の固体充填特性により決定され
る。固体マトリックスが寸法的に安定で、マトリックスを流れる流体の圧力下で
マトリックスがずれたり、または変形しないように、固体支持粒子をマトリック
ス中に集めることが最も好ましい。当業者に既知の好ましい例示的技術は、高い
フローおよび圧力、振動、並びにこれらの組合せを使用して粒子をカラムに充填
し、安定で良く充填された床を創造することである。粒子の別の好ましい集成は
、粒子の薄い配列の形態である。繊維粒子を使用する場合の好ましい集成は、ろ
紙または膜ディスクの形態である。
【0019】 本発明の別の側面において固体支持物は、多孔質モノリスまたは多孔質フリッ
ト物質のような物質の連続塊を含み得る。モノリスクロマトグラフィーカラムは
、金属酸化物および有機ポリマー物質の両方から製造されている。モノリスの製
造方法は、当業者に既知である。モノリスの内面を、幅広い種類の化学官能基、
イオン交換部分、配位子などで覆うことができる。モノリスカラム内孔の表面官
能化方法も、良く知られている。本発明の目的のために、孔を通る対流が、モノ
リスの間隙場を確定する。モノリスカラムおよびその構造は、流体の流れに対す
る構造の透過性により特徴づけられる。透過性は、モノリスを通る溶液の対流が
それにより生ずる平均孔径の、近似関数である。モノリスの好ましい孔径は、1
0〜100nmである。より好ましい平均孔径は、高透過性モノリスにあり、そ
の孔径は、1.0〜1000μmにわたる。最も好ましい平均孔径は、100〜
1000nmである。
【0020】 微細流体装置におけるキャピラリーチューブおよびマイクロチャネルも、間隙
場を製造するために有利な固体支持物であることは容易に認識できる。キャピラ
リーカラムは、クロマトグラフィーのために多くの直径および長さで使用され、
それらは容易に入手できる。本発明の使用において好ましいキャピラリーまたは
チャネル直径は、5〜20ミクロンである。より好ましいキャピラリー直径は、
60〜200ミクロンである。最も好ましいその直径は、20〜60ミクロンで
ある。単一キャピラリーを使用する場合、キャピラリー中のIPNは、好ましく
は架橋されている。キャピラリーチューブまたはマイクロチャネルは、その用途
に適切なあらゆる長さであり得る。キャピラリーチューブを、キャピラリー内部
が間隙場の部分を形成するように束ねることもでき、キャピラリー外壁間のキャ
ピラリーチューブ外部が間隙場の別の部分を含むことは、容易に理解できる。
【0021】 固体物質を、あらゆる形または寸法のマトリックス内に集めることができる。
マトリックスは、管状シリンダー内に集められている粒子のカラムの形式であり
得る。間隙場が、数cmから数mまでの長さであるカラム軸に沿った寸法を有し
得ることは、認識することができる。理論にとらわれること無しに間入ポリマー
ネットワークは、流体がその中に流れる場合にその構造剛性を維持するために、
固体支持物と共有結合する多重点に頼っていると考えられる。
【0022】 固体支持マトリックス中の間隙場は、多くの形、寸法および配列で見出すこと
ができることは認識し得る。多孔質モノリスまたはフリット物質内部の固体支持
粒子配列間の間隙場は、非常に不整であり、様々な範囲の間隙場を形成すること
ができる。粒子配列の間隙場寸法は、粒子形状および平均粒径の関数である。I
PNが実質的に間隙場の有用な部分を占め、マトリックス中に流れる流体に対し
安定なままであるように、IPNのポリマー塊は、好ましくは少なくとも2つ、
より好ましくは多数の固体支持マトリックスとの結合により接続されている。好
ましくは小さい、間隙場にわたる間隙距離は、IPNによりつながれている。他
方で、小さい間隙場は、より大きい間隙距離を有するマトリックスに対して、固
体支持物の透過性を減少させる。大きな間隙場は、対照的に、より高い透過性を
有する複合物を形成するが、その間隙場を交差して1つより多い個体支持物上の
点でつながれるために、IPN巨大分子がより高分子量であることも必要とする
【0023】 間隙場の好ましい寸法は、間隙場の点および最近接固体支持物表面の間の距離
により定め得る。例えば、最近接固体支持物表面から10μmである間隙場の点
が存在する場合、IPNが、支持物から間隙場中心に広がることができるように
、IPNは、長さが少なくとも10μmである分子量および寸法であることが望
ましい。間隙場の点から支持物表面への正確な距離を知ることが困難である場合
、構成し得る粒子の寸法および形より複合マトリックスを定めることが簡単であ
る。いくつかの適用のために、平均径1〜10ミクロンを有する粒子を使用する
ことが有用である。固体支持物の好ましい粒度は、40〜1000ミクロンであ
る。固体支持物の最も好ましい平均粒度は、10〜40ミクロンである。
【0024】 間隙場が、全体的または部分的に円柱形、例えば管、キャピラリーまたはモノ
リス支持物中の孔である本発明の実施態様のために、間隙場の好ましい直径は、
5〜15ミクロンおよび200〜1000ミクロンである。最も好ましいその直
径は、15〜200ミクロンである。間隙場がマトリックス内に充填された粒子
間の空隙から構成される実施態様では、間隙場の不整配置により、間隙場寸法を
近似でしか定めることができない。マトリックス中における隣接粒子間の好まし
い最大距離は、1〜1000ミクロンである。より好ましい間隙距離は、2〜2
00ミクロンの間であり、最も好ましい間隙距離は、3〜50ミクロンの間であ
る。
【0025】 本明細書中で使用する用語IPNとは、有機または無機ポリマー鎖のネットワ
ークを含むポリマーネットワークをいい、これは、いくつかの実施態様において
多孔質ポリマーウェブをマトリックスの間隙場内に形成するために架橋性分子を
含有する。ウェブ構造内の孔径は、理論的に、架橋性分子の長さおよびポリマー
ネットワーク内の架橋性部位間の距離により定められる。固体表面と結合してい
る場合、ポリマーネットワークの少なくとも1つの寸法が、理論的に好ましくは
約0.1ミクロンを超え、より好ましくは0.5ミクロンを超え、なおさらに好ま
しくは1.0ミクロンを超える。そのような寸法は、およそ少なくとも1000
原子、より好ましくは少なくとも5800原子、最も好ましくは少なくとも10
000原子に相当する。間入ポリマーネットワークにより定められたウェブの孔
径を、(抵抗を最小にすることにより)流れを最大化にし、同時にIPNとその
中を通る溶液に含まれる溶質との間の良好な相互作用を維持するように選択する
【0026】 IPNは、一般に固体支持物表面と結合しており、複合物を通る流体の流れの
条件下で安定である。IPNを、有機および/または無機ポリマー構造から構成
される固体として記載することができる。ポリマーネットワークはまた、共重合
してIPNを形成する2種またはそれ以上の重合性分子から製造されたコポリマ
ーであり得る。ポリマーネットワークは、有利には、間隙場中のネットワークを
通って流れる流体または溶液とポリマーネットワークとの化学的相互作用を可能
にする化学的特徴を有し得る。ポリマーネットワークを通って流れる流体の化学
的相互作用は、分離、化学反応、触媒作用および吸着のような操作を可能にする
。ポリマーネットワークは、好ましくは、ポリマー製造の当業者により実施され
ている重合法により製造されたポリマーから構成される。
【0027】 本発明の1つの側面は、今日使用されている樹脂およびポリマーの密度と対照
的な、IPNの低い密度または濃度である。当業者に知られているいくつかの樹
脂、プラスチック、ゲルおよび他のポリマー物質は、ポリマー物質の塊を通る流
体の速い流束を可能にしない。そのような樹脂およびゲルを通る流体輸送は、樹
脂物質塊中の隙間領域、例えば孔を通って流れることに制限される。しかしなが
らそのような多孔質物質の優勢な本体は、実際上、流体輸送に対する障害であり
、多孔質物質中に構成される孔またはチャネルによって流体が樹脂中を通ること
を必要とする。本発明の間入ポリマーネットワークは、驚くべきことに、IPN
塊を通る流体の流れに対して易透過性である。このポリマーネットワークは、充
分に薄いまたは希釈であり、それらは、流体の流れに対して重大な障害として作
用しない。ユニークにIPNは、低密度固体であり、その中を流体が容易に通過
し得る。
【0028】 好ましい流量の理由は、IPN中の官能性重合性繰返しユニットの分子量を考
慮することにより理解することができる。重合性サブユニットが、分子量150
g/molを有し、このモルサブユニットの間隙濃度(即ち間隙キャパシティー
)が0.2Mである場合、このサブユニットの間隙濃度は、IPNポリマーに転
換すると、30g/Lである。30g/Lの溶液は、水中において3%溶液(質
量/質量基準)であり、ほとんどの分子に対する低粘度の規定液として振舞う。
間隙場内のポリマーネットワークが、実用的だがほぼ理想溶液挙動を有するため
に充分に低い適当な高キャパシティーであるように、IPNの設計を選択する。
複合物の好ましい間隙モルキャパシティー範囲は、間隙場内において0.05〜
10Mおよび0.5〜1.0M(間隙体積1Lあたりのモル数)である。より好ま
しいキャパシティーは、0.1〜0.5Mである。
【0029】 本発明のユニークな側面は、固体支持物の表面積に対するIPNの表面積キャ
パシティー比である。実施例26において、イオン交換カラムを、カラム体積1
mlあたりIPN重合性サブユニット101μmolのキャパシティーで製造し
た。その実施例において使用した11ミクロンビーズの表面積は、カラム体積1
mlあたり0.38mである。表面積比に対応するキャパシティーは、それゆえ
固体支持物1m2あたり重合性サブユニット263μmolである。
【0030】 比較として、支持物質の質量あたりの表面積の範囲を有する不均一多孔質支持
物質が、該分野において知られている。一般に表面積は、支持物の孔径と反対に
関係する。例えば典型的な値は、60〜80Åの孔を有するシリカゲルでは1g
あたり550m2から、300〜1250Å幅の多孔質支持物では1gあたり2
5m2にわたる。その表面積を、媒体の体積あたりの面積に置き換えても表現す
ることができる、即ち媒体1mlあたり8m2は、1gあたり25m2に対応する
。幅広い多孔質物質のイオン交換キャパシティー(例えば Girot および Bosche
tti, 米国特許第5,268,097号参照)は、300Åの多孔質支持物では支持物1g
あたり183μmolと同程度の高さが報告されている。表面積の1m2あたり
のキャパシティー比は、それゆえ1m2あたり1.83μmolである。本発明の
表面積キャパシティーにおける大きな増加は、当業者に製造されている多孔質媒
体に対し144倍の向上(263/1.83)に達する。 一般に本発明のマトリックスは、好ましくは1m2あたり5μmolを超える
、より好ましくは10μmolを超える、なおさらに好ましくは50μmolを
超える、最も好ましくは100μmolを超えるIPN重合性サブユニットの表
面積キャパシティーを有する。
【0031】 有利に本発明の複合マトリックスは、既知技術の他の不均一支持物質よりも空
隙をより有効に使用する。既知の支持物質は、一般に3相(固体相、間隙相およ
び粒子間相または孔)から構成される。間隙相は、例えばクロマトグラフィー床
内の粒子間の空間、潅流媒体内細孔の第1組、およびモノリス分離カラムの対流
輸送細孔である。粒子間相は、多孔質粒子の細孔内空間、潅流クロマトグラフィ
ー支持物内細孔の第2組、およびモノリスカラムの表面積の大部分を占める多数
の側孔である。間隙相および粒子間相の容積は、ほぼ等しい。通常の支持物質を
使用する場合、吸着が、粒子間相内で生ずる。間隙相は、流体の流れを通す流体
用チャネルとしてのみ使用される。その結果、細孔の内側に吸着または濃縮され
る溶質は、カラムの空隙に比例する量で間隙相内への溶出により希釈される。
【0032】 本発明の複合物は、好ましくは間隙相内にIPNを有する。本発明の複合物に
おいて空隙のほとんど全てが使用されるので、溶質の溶出は最小化される。この
因子の大きさは、バイオクロマトグラフィー用高度アニオン交換物質と、本発明
の実施例26に開示されているアニオン交換物質とを比較することにより見出す
ことができる。従来発明のキャパシティーは、媒体1gあたり183μmolで
あり、これは、空隙1mlあたり120μmolに相当する。実施例26に開示
したカラムのキャパシティーは、空隙(間隙)1mlあたり284μmolであ
る。この有効キャパシティーにおける2.35倍の向上は、この利点と増加した
濃度因子および感度とを生ずる。
【0033】 複合物を合成するために好ましい条件設定は、低濃度の重合性分子を用い、複
合物のキャパシティー目標に近いインサイチュー重合を行うこと、およびモノマ
ーのポリマーへの高収率での転化を完了するのに充分な期間で重合を行うことで
ある。この方法のために好ましい重合性分子濃度は、0.1〜1.0Mである。複
合物を合成するためのより好ましい条件設定は、高濃度の重合性分子で短い時間
インサイチュー重合を行い、コポリマーの不透過性塊が、間隙場内で形成される
前に重合を中断することである。理論をあてにせずに、高分子量のポリマー鎖を
製造するように重合を行うことが好ましいと考えられる。高濃度の重合性分子は
、高分子量ポリマーの製造のために一般に好都合である。高濃度条件において使
用する重合性分子の好ましい濃度は、2〜5Mである。より好ましい濃度は、5
M〜ニート条件である。
【0034】 本発明の別の側面において架橋剤を、構造剛性を向上させるため、およびIP
Nの固体支持マトリックスへの多重点結合の形成を促進するために使用する。ポ
リマー科学の当業者にとって、ポリマーの架橋が、ポリマー物質の性質に重大な
影響を及ぼし得ることは知られている。理論にとらわれること無く、本発明のI
PNは、おそらく官能性ポリマー鎖間で架橋を有する。架橋は、例えばラジカル
連鎖移動および化合プロセスにより形成され得る。
【0035】 架橋試薬は、ポリマー科学において良く知られている。本発明におけるフリー
ラジカル開始重合のために有用な架橋剤は、少なくとも1つの共重合性基、例え
ば二重結合、三重結合、アクリル基、エポキシド、アゼチジンまたはひずみ炭素
環を有するビニルモノマーを含む。2つの二重結合を有する好ましい架橋剤は、
N,N'-メチレンビス-(アクリルアミド)、N,N-メチレンビス-(メタクリルアミ
ド)、ジアリル酒石酸ジアミド、アリルメタクリレート、ジアリルアミン、ジア
リルエーテル、ジアリルカーボネート、ジビニルエーテル、1,4-ブタンジオー
ルジビニルエーテル、ポリエチレングリコールジビニルエーテルおよび1,3-ジ
アリルオキシ-2-プロパノールを含むが、これらに限定されない。
【0036】 本発明のIPNは、いくつかの実施態様において、分子規模での大きな距離で
分離され得る固体支持物表面をつなぐので、好ましい架橋剤は、ポリマー分子に
結合し、12〜24原子長または120〜240原子長を有するスペーサーによ
り離されている架橋共重合性基を有する二官能性試薬を含む。より好ましい架橋
剤は、24〜120原子分離度のポリマースペーサー領域を有する。最も好まし
い架橋剤は、IPNのポリマー鎖と架橋することができる反応性基を用いて両端
が変性されているポリエチレングリコールまたはポリプロピレングリコールスペ
ーサー領域を有する二官能性分子である。フリーラジカル共重合をすることがで
きるポリエチレングリコール架橋剤の最も好ましい例は、ビスアクリルアミドポ
リエチレングリコール、ポリエチレングリコールのビスメタクリル酸エステルお
よびビス-4-メチルスチリルポリエチレングリコールである。
【0037】 好ましい架橋剤濃度は、モノマー濃度に関して、0.001〜0.05Mの架橋
剤画分にわたる。該技術分野において通常使用される架橋試薬を、本発明の複合
物の製造に使用することができる。架橋剤の2つの重合性基間の好ましい長さの
分子距離は、20原子〜200原子である。最も好ましい架橋剤長は、50〜1
50原子である。
【0038】 IPNの概念像は、ありふれたクモの巣である。不整形のクモの巣は、薄く架
橋された三次元ネットワークであり、これは、固体物質のような固体支持物間に
構築されている。そのクモの巣の剛性は、架橋性シルクストランドがどれほどの
長さであるか、およびどれくらいの頻度で連結または架橋されているかについて
の関数であることは、認識し得る。クモの巣の概念像は、高透過性であるが構造
的に安定なIPNを作り出すために有用である。重合性ユニットのモル濃度と比
較される使用架橋剤のモル画分は、ポリマー鎖間の架橋頻度に影響を及ぼす。
【0039】 本発明は、本発明の複合物の製造方法に向けられている。該複合物を製造する
第1工程は、IPNと強い結合を形成することができる表面を有する固体支持物
を選択することである。多くの有機ポリマー樹脂は、IPNを固体表面にグラフ
トさせるために好都合である反応性を有する。IPNの固体表面へのグラフト化
を、化学の当業者に一般に知られている幅広い種類の化学反応機構により行い得
る。そのような固体支持物表面の例は、非限定として、アミノ、アルコール、チ
オール、ヒドラジン、フェニル、ビニル、カルボニル、ニトリル、アルキル、シ
リル、オキソ、ニトリド、スルフィド、ホスフィノ、イミノおよびアルキニル官
能基を有する樹脂を含み得る。IPNを反応性固体表面に結合する反応機構は、
フリーラジカル引抜きおよび付加、フリーラジカル化合、求核付加、求電子付加
、縮合反応などを含み得る。複合物の固体支持物表面は、IPNと強い結合を形
成することができる。固体表面がポリマーネットワークと結合することができな
い本発明の側面において、固体支持物質を、ポリマーネットワークと反応するか
またはポリマーネットワークに合成し得る「つなぎ分子」で表面被覆することに
より製造する。
【0040】 理論にとらわれること無く、固体支持物表面を、代わりの化学官能基を授与す
るおよび/または該化学官能基を表面から空間的に除去するつなぎ分子で変性す
ることが時おり有利である。該技術分野で既知の1つの方法は、固体支持物表面
を、該支持物表面と強く会合する試薬で非共有結合的に被覆することである。こ
れは、固体支持物が、表面に存在するM-OH基を有する金属または金属酸化物
支持物である場合に特に有用である。Si-OH含有シリカ表面のための好まし
い例は、中性pHで正電荷を有する二官能性試薬(その例は、カチオン性アミノ
基、例えば置換アミンおよびピリジンなどを含有するモノマーを含む。)または
酸官能性水素を含有する分子(例えばアルコール、フェノール、カルボン酸など
)と相互作用する。本発明の二官能性つなぎ分子の第2官能基は、該技術分野で
既知の機構によりIPNと化学結合を形成することができる。好ましい第2官能
基は、アルケニルまたはアルキニル基、例えばビニル、アクリル、アリルまたは
アセチレン基である。
【0041】 つなぎ分子を、有利には水素結合などにより固体支持物と結合させることがで
きるが、つなぎ分子と固体支持物との間の好ましい結合は、共有結合である。こ
れらのつなぎ分子は、1つの官能基で固体支持物表面と反応し、もう1つの官能
基でIPNとの結合を形成する二官能性試薬である。
【0042】 最も好ましいつなぎ分子は、支持物表面とIPNとの間のスペーサーを形成す
ることができる二官能性試薬である。つなぎ分子は、あらゆる長さであり得る。
および、つなぎ分子は、表面の化学的性質、IPNの化学的性質および本発明の
複合マトリックスを通って流れる流体および溶液の化学的性質と有用に適合する
あらゆる化学組成であり得る。つなぎ分子の好ましい長さは、15〜30原子で
ある。より好ましいつなぎ分子の長さは30〜200原子にわたるが、実際に好
ましい上限は無い。最も好ましいつなぎ分子は、両親媒性であり、水から炭化水
素にわたる様々な溶媒に易溶解性であり、様々な溶液特性、例えば酸性/塩基性
、イオン強度、粘度、温度、誘電率並びに溶質および溶媒反応性と適合する。非
常に好ましいつなぎ分子は、非限定として、様々な分子量のポリエチレングリコ
ールおよびポリプロピレングリコールオリゴマーおよびポリマーから選ばれるポ
リエーテルである。これらを、固体表面およびIPNと、より短いつなぎ分子を
使用する方法と同様な方法により反応させる。
【0043】 本発明の特に安定な複合物を、シリカ固体支持物および長鎖二官能反応性つな
ぎ分子により製造することができる。好ましい長鎖つなぎ分子を、ポリエチレン
グリコールと強塩基とを反応させ、次いで臭化アリルとアルキル化させてモノア
リルまたはジアリルポリエチレングリコール(PEG)を形成することにより形
成する。該アリル化ポリエチレングリコールを、トリクロロシランと反応させて
、トリクロロシリルプロピルポリエチレングリコールつなぎ分子を形成する。こ
れを、シラノール表面と反応させて、高安定な固体支持物-つなぎ分子化合を含
む安定なシロキサン結合を形成する。ポリエチレングリコールを、様々な化学機
構、例えばポリエチレングリコールからのラジカルの引抜き、およびPEGラジ
カルによるIPN形成の開始によってIPNと結合することができる。好ましい
PEGの長さは、15〜30原子、より好ましくは30〜200原子である。
【0044】 支持物表面と結合しているつなぎ分子に加えて、「ブロック試薬」で任意に支
持物表面を被覆し、表面上に望ましい特性、例えば加水分解または溶質分子の非
特異的結合に対する抵抗性を生じさせる。複合物が、生物ポリマー、例えばタン
パク質または核酸と接触する適用のための好ましいブロック試薬は、トリクロロ
シリルプロピル-オリゴエチレングリコールである。表面が、炭化水素溶媒およ
び/または溶質と接触する適用のために好ましいブロック試薬は、様々な鎖長の
トリクロロシリルアルカンである。固体支持マトリックスが、溶解試薬、特に水
中の荷電酸または塩基による攻撃を受けやすい適用のために好ましいブロック試
薬は、炭素鎖であり、これは、ヘテロ原子を有しても有さなくても良く、その末
端は両親媒官能基(非限定として、カルボン酸、スルホン酸、ホスホン酸および
アミンを含む。)である。最も好ましいものは、ヘテロ原子を有しても有さなく
ても良く、その末端がシリコーン酸(RSi(OH)3)官能基である炭素鎖であ
る。表面調製に包含される反応を、ブロック試薬と固体支持物とのインサイチュ
ー接触により行う。固体支持物が粒子からなる場合、表面調製を、支持粒子スラ
リーとブロック試薬とを適当な溶媒中で混合することによるバルク形式で行うこ
とができる。
【0045】 粒子から構成される固体支持物を含む本発明の側面において、複合物製造の第
2手順は、支持物の複合生成物マトリックスの形態への集成である。固体支持物
を集成する特に簡単な方法は、様々な多孔率のガラス繊維ろ紙を仕入れることで
ある。粒子を、マトリックス中に当業者に既知の方法により集成することができ
る。マトリックス集成の例は、円筒状マトリックスのための粒子のカラムへの充
填、あらゆる長さ、幅若しくは深さであり得る平面配列への粒子分散、または透
過性膜若しくはティーバッグ装置への粒子装填のような操作を含み得る。
【0046】 本発明の複合物を、最終的に固体支持マトリックスと、モノマーおよび架橋剤
の溶液とを接触させて、重合によりIPNを形成する試薬を開始させることによ
り、または固体支持物と予備形成ポリマーの溶液とを接触させて、予備形成ポリ
マーを架橋してIPNを形成する試薬を縮合または開始させることにより製造す
る。これを、一般に、固体支持マトリックスへの2つまたはそれ以上の結合点を
用いてポリマーネットワークを固体支持物にグラフト化または結合させるように
重合させて行う。支持マトリックス内にIPNを構築する好ましい方法を、一般
に、試薬と固体支持マトリックスとを接触させるインサイチュー反応により行う
【0047】 重合のために適当な重合性サブユニットは、非限定として、非イオン性モノマ
ー、イオン性モノマー、疎水性モノマー、親水性モノマーおよび反応性モノマー
を含む。反応性モノマーは、二官能性化合物であり、重合反応をすることができ
る部分を有し、他の分子と反応して幅広い種類の官能化ポリマーを形成すること
ができる第2の特別な官能基を有する。そのような反応性モノマーを、まずポリ
マーを形成し、次いでポリマー鎖を変性することにより使用することができる。
代わりに反応性モノマーを使用して、まずモノマーと1つまたはそれ以上の変性
試薬とを反応させ、次いでインサイチューで重合してIPNを形成することによ
り、本発明の複合物を形成することができる。
【0048】 反応重合性サブユニットの変性技術は、当業者に既知であり、極度に融通がき
く。該技術を、アフィニティークロマトグラフィー、触媒作用、配位子交換クロ
マトグラフィー、化学合成、核酸およびペプチド合成、水性金属および非金属イ
オン抽出、並びに当業者に既知の他の不均一操作における使用のための複合物を
製造するために使用することができる。
【0049】 いくつかの実施態様において重合性サブユニットを、官能基含有IPNに組み
込む。本明細書において使用する「官能基」とは、結合対要素と相互作用するこ
とができる部分、またはそのような分子をIPNに含ませるための反応性部分を
いう。一般に、官能基中におけるそのような分子間の結合は、共有結合または静
電結合であり得る。例えばイオン交換マトリックスを、正電荷化学触媒を結合し
て触媒マトリックスを与えるために使用することができる。代わりに例えば結合
対要素、例えばストレプタビジンまたはビオチンを、IPN中の官能基と共有結
合的に固定化し、親和性マトリックスを与えることができる。
【0050】 例外的な別の群の官能基は、様々な金属と共有相互作用または結合するための
利用可能電子を有する配位子を含む。金属結合性配位子である官能基を用いて製
造した複合物を、当業者に既知の幅広い種類の化学試薬、例えば固定化化学試薬
、触媒、金属吸着媒体、金属タンパク質結合物などのために使用することができ
る。 本明細書において使用する結合対とは、結合対だけでなく多重結合錯体を言及
する。例えば結合対要素は、適切なpHでその対応物と静電的に反応することが
できる酸性および塩基性分子を含み得る。結合対はまた、受容体-配位子錯体、
多重結合タンパク質錯体、タンパク質-核酸錯体などを含む。
【0051】 本明細書において使用する「反応性部分」とは、化学的、酵素的または触媒的
反応性である部分をいう。IPN中に固定化することができる部分の例は、酵素
、例えばプロテアーゼ、キナーゼおよび核酸制限酵素、化学触媒、例えば金属-
配位子錯体、ホスフィン-パラジウム錯体およびレドックス錯体、並びに核酸、
タンパク質および組合せ化学合成のための化学試薬を含む。さらに反応性部分は
、固相有機合成のための出発物質として機能し得る化学反応性基であり得る。
【0052】 本発明の別の側面において、アニオン性IPNは、アニオン性吸着複合物(即
ちカチオン交換物質)を創造する。ビニルモノマー上の置換基である官能基は、
アクリル酸若しくはメタクリル酸からのカルボキシレート基、アクリルアミドメ
チル-プロパンスルホン酸若しくはビニルスルホン酸からのスルホネート基、ま
たはN-ホスホエチル-アクリルアミドからのホスフェート基であり得る。代わり
にアニオン性複合物を、求核官能性を有する中性モノマー、例えばポリビニルア
セテートから製造することができ、該ポリビニルアセテートを、重合後に部分的
または全体的に加水分解してポリビニルアルコールIPNを創造し、このIPN
を、アリールまたはアルカンスルホニルハロゲン化物試薬を用いて活性化するこ
とができる。重合して求電子性活性化IPNを形成した後、複合物を、適切な求
電子性試薬、例えば非限定としてブロモ酢酸、無水コハク酸またはブロモエタン
スルホン酸との反応により変性する。同様にアニオン性複合物を、求電子官能性
を有する中性モノマー、例えば非限定として、臭化ビニル、塩化ビニル、酢酸ビ
ニル(これを重合し、次いでポリビニルアルコールに加水分解する。)、臭化ア
リル、4-クロロメチルスチレン、グリシジルメタクリレートまたは4-ブロモス
チレンから製造することができる。モノマーを、まず固体支持マトリックス中で
重合して活性化IPNを創造し、次いでこれを、適切な求核性試薬、例えば非限
定としてメルカプト酢酸、ヒドロキシ酢酸またはイミノ二酢酸との反応により変
性する。
【0053】 本発明の方法はまた、カチオン性モノマーを使用してアニオン交換複合物を製
造することができ、これは、次の置換アミノ基を有するモノマー(例えばジエチ
ルアミノエチルメタクリルアミド、ジエチルアミノエチルアクリルアミド、メタ
クリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムハロゲン化物、トリエチルアミノ
エチルアクリルアミド、トリメチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミ
ノエチルメタクリレート)、または複素環アミン(例えば2-ビニルピリジン、
ビニルイミダゾール、4-ビニルピリジン、ジアリルジメチルアンモニウムハロ
ゲン化物)を含む。IPNにおける非イオン性ポリマーは、アクリルアミド、ヒ
ドロキシ含有アクリルアミド誘導体(例えばN-トリス-ヒドロキシメチル-メチ
ルアクリルアミド、メタロイルアクリルアミド、ジメチルアクリルアミド、2-
ヒドロキシエチルアクリルアミド、N-アクリロイルモルホリン)、メタクリル
アミド、ヒドロキシ含有メタクリルアミド誘導体、複素環中性モノマー(例えば
ビニルピロリドン、N-アクリロイルモルホリン)、またはヒドロキシ含有アク
リレートから合成することができる。
【0054】 本発明の方法を、アニオン性マトリックスの製造のために記載したような類似
合成法によりカチオン性モノマーを使用してアニオン交換複合物を創造するため
に使用することもできる。これらモノマーは、重合でカチオン性ポリマーマトリ
ックスを形成するモノマーであり得る。これらのモノマーは、非限定として、N
-メチルビニルピリジニウム、ジアリルジメチルアンモニウムハロゲン化物、ア
クリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムおよびアリルアミンを含む。代わ
りにカチオン性IPNを、求電子性モノマーの重合、次いで求核性化合物との反
応により合成することができ、その結果、カチオン性複合物が生じるか、または
カチオン性複合物に合成することができる。
【0055】 これらのモノマーは、非限定として、次の官能基:ポリ臭化ビニル、ポリ塩化
ビニル、ポリビニルアルコール-メタンスルホン酸エステル、ポリ臭化アリル、
ポリクロロメチルスチレン、ポリグリシジルメタクリレート、またはポリ-4-ブ
ロモスチレンを含み得る。その後の誘導化のために適当な求核剤は、非限定とし
て、環式または非環式アミン(例えばエチレンジアミン、トリエチルアミン、ト
リメチルアミン、アンモニア、メルカプトエチルアミン、ジエチルメルカプトエ
チルアミン、ピリジン、モルホリン、ポリエチレンイミンまたはそのオリゴマー
、ヒドロキシエチルアミン、ビス(ヒドロキシエチルアミン)、アニリン、ビニル
アミンまたはイミノ二酢酸)、ホスフィン(例えばトリフェニルホスフィン、ト
リメチルホスフィン、ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン、および他のアルキル
またはアリールホスフィン)、またはジアルキルスルフィド(例えばジメチルス
ルフィドまたはジフェニルスルフィド)を含む。
【0056】 IPNを形成するためのラジカル重合を含む本発明の側面では、有効量の重合
開始剤、例えば熱開始剤、例えばアンモニウムペルスルフェート/第3級アミン
、ニトリルまたは遷移金属の存在下で、重合を行う。他の例は、2,2'-アゾビ
ス-(2-アミノプロパン)塩酸塩、カリウムペルスルフェート/ジメチルアミノプ
ロピオニトリル、2,2'-アゾビス-(イソブチロニトリル)、4,4-アゾビス-(4
-シアノ吉草酸)、またはベンゾイルペルオキシドを含む。重合は、該技術分野で
知られているように、攪拌、熱暴露または充分な量の放射エネルギーの暴露によ
り開始する。
【0057】 重合をまた、ポリマーネットワークを通る流体および溶液の流れに対し透過性
であるポリマーネットワークを形成するように行う。重合反応の化学は、通常の
ポリマー化学者に良く知られているが、本明細書中で開示した重合反応が、複合
物の空隙の単位体積あたりのポリマーネットワークの質量により定められる非常
に低密度のポリマー物質からの樹脂(本明細書中で間入ポリマーネットワークと
して定義される。)を生じ、これが、他の固体のような流体の流れに対する障害
ではないことは驚くべきことである。IPNを構成する官能性ポリマーおよび架
橋剤が、高分子量であり、低い架橋頻度を有する場合、IPNが、溶媒の流れに
対してより透過性であることは認識し得る。ポリマー製造の実務家に既知のポリ
マー分子量を増加させるための方法は、低開始剤濃度、熱開始ラジカル重合のた
めに比較的低い開始温度、高モノマー濃度、重合混合物中のラジカル捕捉剤また
は阻害剤の削減させた濃度、低い連鎖移動反応性を有する溶媒の使用などを含む
【0058】 低密度ポリマーネットワークを合成するための1つの方法は、反応において低
い濃度の重合性成分で重合を行うことである。インサイチューIPN形成反応に
おける重合性成分の好ましい濃度は、0.05〜0.10Mである。重合性分子の
より好ましい濃度は、1.0〜2.0Mである。最も好ましいモノマー濃度は、0
.1〜1.0Mである。IPNを製造するために最も望ましい重合性分子濃度は、
いくらかの程度で分子の化学構造に依存することは、認識することができる。フ
リーラジカル開始剤の好ましい量は、重合性分子濃度の0.1〜1.0mol%で
ある。
【0059】 IPN中に高分子量ポリマー鎖を創造するための別の方法は、2.0M〜ニー
トの濃度で重合を行い、重合プロセスを低いモノマーないしポリマー転化率レベ
ルで中断することである。 本発明の複合物を製造する次の工程を、複合物を適当な溶媒または溶液でフラ
ッシュして、複合物と強く結合していないあらゆる重合性分子、ポリマーまたは
コポリマーを除去することにより行う。
【0060】 本発明の複合物に含まれる多くのパラメーターが存在することは、容易に認識
することができる。本発明の複合物を合成する全体の目的は、溶液または不均一
形式のいずれかで従来行われてきた化学操作を、均一反応の動力学および不均一
固相系の操作利便性という両方の利点で行うことを可能にすることである。不均
一系および均一系の利点を組合せる目的は、間入ポリマーネットワークで達成さ
れ、このネットワークにより流体、溶液および溶質は、固体表面との相互作用に
より妨げられること無くおよび影響を受けずに、該ポリマーネットワークを通っ
て自由に流れ、ポリマーネットワーク上の官能基との化学相互作用を経験するこ
とができる。IPNが、高い官能基キャパシティーを有することも好ましい。し
かしながら、理論にとらわれること無しにおそらく、官能基の立体的込合いは、
それらの反応性を減少させ、複合物の作業性を変更するであろう。それゆえ、I
PN上の高い官能基キャパシティーは、本発明のいくつかの適用において不利に
なることがあり得る。低キャパシティーは、複合物の経済性および運転有用性を
減少させ、一方過度に高いキャパシティーは、複合物を通る流体の流れに対する
透過性を減少させ得る。
【0061】 本発明の複合物の使用により、IPNを通る流体の、有利には非常に急速であ
り得る流量が用いられるであろう。IPNを通る流体の対流は、現在の技術では
利用できなかった流量の使用を可能にする。図4に示すアフィニティークロマト
グラフィープロセスの流量は、1時間あたり7300cmである。本発明の複合
物を使用するクロマトグラフィー分離のために好ましい流量は、1時間あたり1
00〜2000cmである。より好ましい流量は、1時間あたり2000〜10
,000cmにわたる。他のプロセス、例えば化学触媒作用または合成化学など
のために複合物を使用することは、生ずる化学反応の動力学により制限されるで
あろうことは認識することができる。複合マトリックス内の反応種の滞留時間が
、溶液相中で行われる類似反応の4〜10半減期であるように、好ましい流量を
調節する。
【0062】 上記マトリックスを、IPNの化学変性の性質に応じて、様々な化学形式に展
開することができる。これに関連して複合物を、固体支持化化学合成操作のため
に使用することができる。合成手順を、オリゴヌクレオチド、ペプチド、組合せ
化学ライブラリー、および固体支持化合成配列に適合させ得る他の物質の合成の
ために使用することができる。そのような固体支持化合成複合物を、直列または
より好ましくは並列様式で使用し得る。並列合成複合物の好ましい実施態様は、
微量滴定プレートを含み、それは、微量滴定プレートのウェルの底部に多孔質ガ
ラス繊維フリットを備えている。フリットの好ましい孔は、1〜20ミクロンで
ある。フリット孔の間隙体積を、固相化学合成手順を開始させるために適切な反
応性基を与えるために化学変性したIPNで変性することができる。本発明の複
合物の微量滴定プレート形式のより好ましい実施態様は、10〜100mgにわ
たる少量の非多孔質ビーズ(これは、好ましくは直径5〜40ミクロンである。
)を微量滴定プレート中で使用し、こうして、本発明の方法によりIPNマトリ
ックスを合成した後に並列のミニカラムを作る。並列合成複合物の最も好ましい
実施態様は、好ましい孔径5〜40ミクロンを有するガラス繊維(ろ紙)のマト
リックスであり、これは、固相合成手順を開始させるために有用な部分で適当に
置換されているIPNと結合されている。多孔質ろ紙で製造され、固体マトリッ
クス内でIPNで置換された平面配列を、配列合成機器のスポットサイズのみに
より制限される大規模並列操作のために使用することができる。
【0063】 核酸合成のための並列複合物の好ましい実施態様は、合成機器において通常行
われるような、核酸合成のための出発点として機能し得る第1級アルコール、ア
ミノまたはカルボキシレート官能基を有するポリマーネットワークである。使用
する固相合成の他の非常に好ましい実施態様は、オリゴヌクレオチド、ペプチド
または組合せライブラリーの配列調製を含む。スポッティング技術または試薬の
インクジェット付着により微小配列を創造する技術は、該技術分野で既知であり
、本発明のIPN複合物に容易に適合させ得る。 非常に様々な構造のIPNを、本発明中に開示した方法により製造し得るが、
他のポリマー化学およびポリマー形成法を使用できることは、容易に認識するこ
とができる。
【0064】 本発明中で実施したようにポリマーネットワークは、クロマトグラフィー、分
離、触媒作用、固体支持化化学合成、吸着および他の不均一化学手順の知識で知
られている様々な操作を行うその能力のために、実施上および商業上の有用性を
持つ。一般に本発明は、既知の化学プロセスおよびポリマーネットワーク上の化
学官能基を使用する。そのような場合に本発明の複合物を、ポリマーネットワー
クを用いて行う化学反応により変性する、または繰返して変性する。
【0065】 (実施例) 実施例1 トリクロロシリル活性化ポリエチレングリコールの製造 メトキシポリエチレングリコール580(37.5g、65mmol)を、メ
タノール125mlに溶解させ、ナトリウムメトキシド(4.22g、78mm
ol)で脱プロトン化した。ナトリウムメトキシドを溶解させたとき、臭化アリ
ル7.0ml(9.8g、81mmol)を、滴下漏斗で反応混合物に滴下した。
混合物を一晩攪拌し、500ml丸底フラスコに濾過した。溶媒を、ロータリー
エバポレーターにより除去し、トルエン150mlに再溶解させた。懸濁液を、
濾過および蒸発させ、40gのオイル、アリルメトキシポリエチレングリコール
を得た。トルエン(88ml)を残留物に添加し、テトラヒドロフラン中0.0
1Mのクロロ白金酸溶液6.2mlを添加した。トリクロロシラン(6.2ml)
を添加し、反応を窒素雰囲気下で一晩攪拌した。それを、55度に2時間加熱し
、次いで冷却し、冷蔵庫内の窒素下で貯蔵した。反応を図2に示す。
【0066】 実施例2 トリクロロシリルプロピルエチレングリコールメチルエーテルの製造 エチレングリコールモノメチルエーテル(352g)を、エーテル210ml
に溶解させ、ナトリウムメトキシド235gで脱プロトン化した。ナトリウムメ
トキシドが反応したとき、臭化アリル400mlを、滴下漏斗で反応混合物に滴
下した。混合物を一晩攪拌し、水中に注いだ。飽和塩化ナトリウムを添加し、水
をエーテル(200ml)で3回抽出した。エーテルを、硫酸マグネシウム上で
乾燥させ、1000ml丸底フラスコに濾過した。溶媒をロータリーエバポレー
ターにより除去し、アリルエーテルをトルエン200mlに再溶解させた。クロ
ロ白金酸溶液(テトラヒドロフラン中8mg/ml)8mlを添加した。トリク
ロロシラン(72ml)を滴下漏斗によりゆっくりと添加し、反応を窒素雰囲気
下で一晩攪拌した。該溶液を、55度に2時間加熱し、次いで冷却し、冷蔵庫内
の窒素下で貯蔵した。
【0067】 実施例3 10ミクロンのポリエチレングリコール-変性シリカの製造 中空ガラス球(Aldrich、11ミクロン、105.4g)を、500ml丸底フ
ラスコに入れ、150℃に制御したオーブン内で12時間乾燥した。フラスコを
、オーブンから取り出し、栓をし、窒素下で室温に冷却した。トルエン(160
ml)および実施例1で製造した試薬20mlを添加した。トリエチルアミン(
2.5ml)を添加し、次いでフラスコを、回転により室温で12時間攪拌した
。実施例2からの試薬溶液(10ml)を添加し、フラスコを、室温でさらに4
時間回転させた。反応混合物を、粗い焼結ガラス漏斗で濾過し、それぞれ100
mlのメタノール、エーテル、メタノール、およびエーテルで3回洗浄した。図
2に反応を示し、非多孔質球の被覆を表す。
【0068】 実施例4 ビスアクリルアミドPEG1900架橋剤の製造 O,O'-ビス(2-アミノエチル)ポリエチレングリコール1,900(30g、
9.84mmol)を、磁気攪拌棒を備えた丸底フラスコ内のジクロロメタン6
1mlに溶解させた。トリエチルアミン(2.75ml、19.7mmol)を添
加し、フラスコを乾燥窒素でパージした。アクリロイルクロリド(1.75ml
、21.5mmol)を、攪拌溶液に10分の反応時間で添加した。反応混合物
を丸底フラスコに濾過し、その体積を、ロータリーエバポレーターで約50ml
に減少させた。エチルエーテルを、渦を巻かせながら溶液が濁るまで添加し、混
合物を−20度に一晩冷却した。ビスアクリルアミドPEG結晶の第1収穫物を
、濾過により取り入れた。生成物の残りを、ジクロロメタン-エーテルからの結
晶化を繰返すことにより精製した。
【0069】 実施例5 ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)0.5Mの重合による複合マト
リックスの製造 実施例3で製造した11ミクロンのポリエチレングリコール変性シリカを、高
速カラムを充填するために使用される標準的方法により水を用いて4つの4.6
×33mm HPLCカラムに加圧充填した。カラム末端に、末端取付部品およ
びフリットを取り付けた。脱気水20ml中ラジカル開始剤、2,2'-アゾビス(
2-メチルプロピオンアミジン(2-methylpropioniamidine))二塩酸塩(15.9m
g)の0.003Mラジカル開始剤溶液を調製した。実施例4の方法で製造した
ビスアクリルアミドPEG1900(0.11g、0.055mmol)を、開始
剤溶液18mlに溶解させ、ヒドロキシエチルメタクリレート(0.474g、
3.65mmol)を添加した。重合溶液を、HPLCカラムアダプター(Upchu
rch Scientific)を備えたシリンジでカラムに注入し、次いでカラム末端に栓を
した。カラムを、61度の水浴中に21時間沈めて、グラフト重合反応を行った
。反応を、カラムを浴から取り出し、HPLCポンプを使用してそれを水でフラ
ッシュすることにより停止させた。1.0ml/分の流量でのカラム内の背圧は
、約900psiであった。これは、この粒度およびカラム長を有するカラムで
通常観察される背圧(通常130psiである。)よりもかなり高く、これは、
使用モノマー濃度が高すぎて、IPNの透過性がかなり低いことを示す。メタク
リル酸エステルを、カラムに1.0Mの硝酸を24時間注入することにより、ポ
リメタクリル酸に部分加水分解した。カラムキャパシティーを定める流量2.4
ml/分(1773cm/時間)での銅(II)イオンによるカルボン酸基の滴定は
、間隙体積1Lあたり0.19molであった。
【0070】 実施例6 ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)0.3Mの重合による複合マト
リックスの製造 実施例3で製造した11ミクロンのポリエチレングリコール変性シリカを、高
速カラムを充填するために使用される標準的方法により水を用いて2つの4.6
×33mm HPLCカラムに加圧充填した。カラム末端に、末端取付部品およ
びフリットを取り付けた。ラジカル開始剤、2,2'-アゾビス(2-メチルプロピ
オンアミジン)二塩酸塩(18.3mg)を、脱気水23.5mlに溶解させた。
実施例4の方法により製造したビスアクリルアミドPEG1900(0.102
g、0.051mmol)を、開始剤溶液に溶解させ、ヒドロキシエチルメタク
リレート(0.6518g、5.01mmol)を添加した。モノマーおよび架橋
剤溶液を、HPLCカラムアダプター(Upchurch Scientific)を備えたシリン
ジでカラムに注入し、次いでカラム末端に栓をした。カラムを、61摂氏度の水
浴中に24時間沈めて、グラフト重合反応を行った。反応を、カラムを浴から取
り出し、HPLCポンプを使用してそれを水でフラッシュすることにより停止さ
せた。
【0071】 実施例7 実施例5のHEMA間入ポリマーネットワーク複合物の非特異的タンパク質結 合の測定 実施例7で準備したカラムを、HPLCに配管し、リン酸ナトリウム0.01
M、NaCl 0.15Mの緩衝液をpH7.5で用いて平衡させた。8回のウシ
血清アルブミン20μl注入の一連を、(1.25、2.5、3.75、5.0、6
.25、7.5、8.75および10.0)μgを注入するような濃度で注入した。
8個の注入を示すクロマトグラムを、図3に示す。注入BSA(ウシ血清アルブ
ミン)(μg)の関数としての積分ピーク面積のグラフは、図3の下方パネルにあ
る。
【0072】 実施例8 間入HEMAポリマーのアルデヒド官能性への酸化 DMSO中0.5Mの無水酢酸溶液を、実施例5で調製した2つのカラムに注
入し、一晩反応させた。反応を、水でフラッシュすることにより停止させた。
【0073】 実施例9 間入Aタンパク質カラムの製造 実施例7のカラムに、水中、Aタンパク質(Repligen)5mg/mlおよびナ
トリウムシアノボロンヒドリド20mg/mlの溶液を注入した。2時間の反応
後、カラムをフラッシュし、性能を試験した。
【0074】 実施例10 IPN Aタンパク質カラム内における高流量でのヒト血清アルブミンからの
IgGの分離 Aタンパク質カラムを、中性リン酸緩衝塩類溶液を用いて流量7300cm/
時間で平衡させた。アルブミンおよびIgGの溶液(各タンパク質1.0mg/
ml、50μl)を、カラムに注入した。クロマトグラムを図4に示す。IgG
はカラム(他の実施例、例えば図3により示される。)に拘束され、アルブミン
は約4秒ですすぎ落された。4秒に、20%の酢酸溶出緩衝液をカラムにポンプ
注入し(7300cm/時間)、IgGは、約10秒で最大ピークをもって溶出
した。
【0075】 実施例11 0.22Mメチルアクリレート間入ポリマーネットワークによる複合物の製造 実施例3で製造した11ミクロンのポリエチレングリコール変性シリカを、高
速カラムを充填するために使用される標準的方法により水を用いて4.6×33
mm HPLCカラムに加圧充填した。カラム末端に、末端取付部品およびフリ
ットを取り付けた。カラムを、メタノールおよび次いで酢酸エチルでフラッシュ
した。脱気酢酸エチル22.5ml中のラジカル開始剤、AIBN(19.6mg
、0.12mmol、0.0053M)およびビスアクリルアミドPEG1900
(0.10g、0.0050mmol)の溶液を調製した。メチルアクリレート(
0.218g、2.53mmol)を、溶液9.5mlに添加した。この共重合溶
液をカラムに注入し、カラム末端に栓をした。カラムを、61度の水浴中16時
間沈めて、グラフト重合反応を行った。反応を、カラムを浴から取り出し、それ
をアセトンでフラッシュすることにより停止させた。
【0076】 実施例12 実施例11のポリメチルアクリレートIPNの金属キレート官能性への転化お よび銅(II)イオンでの滴定による複合物キャパシティーの測定 ジエチレントリアミン0.75Mおよびジメチルアミノピリジン0.0375M
のテトラヒドロフラン溶液を調製し、実施例11で作成したカラムの1つにシリ
ンジで注入した。カラム末端に栓をし、エステルからアミドへの転化を、6時間
進行させた。該溶液の第2注入をカラムに行い、カラムを、一晩、全反応時間2
0時間反応させた。カラムを水ですすぎ落し、銅のキレートのためのカラムキャ
パシティーを、アミドの形成量を決定するために測定した。カラムキャパシティ
ーを、4つのポンプおよびUV-可視光検出器を備えたHPLCにカラムを配管
することにより測定した。使用流量は、一般に全カラム容積の1mlあたり1.
2ml/分であった。カラムを、1.0Mの硝酸、水、0.1Mのアンモニア、お
よび水の1サイクルにより平衡させた。硫酸銅(0.01M)をカラムにポンプ
注入し、カラムの溶出液を、799nmまたは800nmに設定したUV-可視
光検出器により監視した。吸着等温式により示されるカラムキャパシティーは、
間隙体積0.067mol/Lであった。それゆえ重合の反応系列およびエステ
ルのアミドへの転化の組合せ収率は、30.4%(0.067/0.22)であっ
た。
【0077】 実施例13 ガラス繊維フィルターディスクのポリエチレングリコールつなぎ分子による変 ガラス繊維膜カートリッジ(Gelman 膜フィルターディスク、Aldrich から購
入)を、実施例1で製造したトリクロロシリルポリエチレングリコール試薬溶液
2.0mlで、この溶液をカートリッジに注入し、Luer 取付部品を入口および出
口で栓を用いて封をすることにより処理した。8時間の反応後、膜を、トルエン
および次いでメタノールで洗浄した。
【0078】 実施例14 ポリアクリル酸間入ポリマーネットワークによる複合膜マトリックスの製造 ラジカル開始剤、2,2'-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩(
11.9mg)およびビスアクリルアミドPEG1900(0.248g、0.1
2mmol、実施例4の方法により製造)を、脱気水9.9mlに溶解させた。
アクリル酸(0.405g、5.62mmol)を添加し、0.56Mのモノマー
溶液を作成した。モノマーおよび架橋剤溶液を、実施例13で製造したフィルタ
ーディスクにシリンジを用いて注入し、次いでカートリッジの入口および出口に
栓をした。カートリッジを、61摂氏度の水浴中に21時間沈めて、グラフト重
合反応を行った。反応を、装置を浴から取り出し、それを水でフラッシュするこ
とにより停止させた。未反応および未グラフト化物質を、1.0Mの硝酸、水、
0.1Mのアンモニア、および水での3サイクルのすすぎによりカートリッジか
らフラッシュした。膜装置のキャパシティーは、4.8μmolであると測定さ
れた。製造業者により明記された膜中0.04mlの細孔空隙を使用すると、膜
キャパシティーは、1Lあたりカルボン酸0.12molである。
【0079】 実施例15 ニートグリシジルメタクリレートを重合し、平面間入ポリマーネットワークを 製造することによる複合膜マトリックスの製造 0.006Mのラジカル開始剤、AIBN溶液を、グリシジルメタクリレート
30ml中で調製した。実施例4の方法で製造したビスアクリルアミドPEG1
900を、溶液が架橋剤で飽和するまで(約25%w/wの溶液)、添加した。
約200mgの塩基性アルミナを添加して阻害剤を吸収させ、懸濁液を攪拌し、
その中に窒素をバブリングすることにより45分間脱気した。懸濁液を、5分間
静置し、上澄みの開始剤、モノマーおよび架橋剤溶液を、シリンジで抜き取り、
実施例13で製造したフィルターディスクに注入した。カートリッジの入口およ
び出口に栓をした。カートリッジを、71摂氏度の水浴中に20分間沈めて、グ
ラフト重合反応を行った。反応を、装置を浴から取り出し、それをアセトンでフ
ラッシュすることにより停止させた。
【0080】 実施例16 ポリグリシジルメタクリレートIPNとエチレンジアミンとの反応によるアミ ノ置換複合膜マトリックスの製造 メタノール中1.0Mのエチレンジアミン溶液を調製し、シリンジを用いて実
施例15で製造したカートリッジに注入した。カートリッジ末端取付部品に栓を
し、アミンとポリエポキシドとの反応を、室温で2時間進行させた。反応を、メ
タノール、アセトニトリルおよびジクロロメタンでカラムをフラッシュすること
により停止させた。
【0081】 実施例17 5'-ジメトキシトリチル-チミジンで誘導化されたオリゴヌクレオチド合成複
合物の製造 ジシクロへキシルカルボジイミド(0.538g)、ジメチルアミノピリジン
(0.0956g)および5'-O-(4,4'-ジメトキシトリチル)チミジン-3'-コ
ハク酸(0.2264g)の溶液を、乾燥ジクロロメタン3.0ml中で調製した
。溶液の一部(200μl)を、実施例16で製造したアミノ置換フィルターデ
ィスクに注入した。カートリッジ末端取付部品に栓をし、反応を、室温で20時
間進行させた。カートリッジを、ジクロロメタン40mlですすぎ落した。非共
有結合ジメトキシトリチルチミジンが完全に無いようにカートリッジをすすぐこ
とを確保するために、すすぎからの最後の5mlの溶出液を、等しい体積のジク
ロロメタン中2%のトリクロロ酢酸で処理した。トリチルカチオンからのオレン
ジ色は、検出されなかった。カラム中に固定化された5'-O-(4,4'-ジメトキ
シトリチル)チミジン-3'-コハク酸を計量するために、カラムを、ジクロロメタ
ン中2%のジクロロ酢酸ですすいだ。溶出溶液体積を測定し、498nmでの光
吸収を測定した。この方法により、膜カートリッジ内のIPNに固定化されたト
リチル基の量は、199μmolであると測定された。
【0082】 実施例18 40ミクロンのポリエチレングリコール-変性シリカ微小球の製造 中空ガラス球(3M Corp、S32 微小球、137.3g)を、500ml丸底フラ
スコに入れ、150℃に制御したオーブン内で12時間乾燥した。フラスコを、
オーブンから取り出し、栓をし、窒素下で室温に冷却した。トルエン(75ml
)および実施例1で製造したトリクロロシラン-PEG試薬17mlを添加した
。トリエチルアミン(9.0ml)を添加し、次いでフラスコを、回転により室
温で12時間攪拌した。実施例2からの試薬溶液(10ml)を添加し、フラス
コを、室温でさらに4時間回転させた。反応混合物を、粗い焼結ガラス漏斗で濾
過し、それぞれ100mlのメタノール、エーテル、メタノール、およびエーテ
ルで3回洗浄した。
【0083】 実施例19 35ミクロンの微小球およびニートグリシジルメタクリレートによる複合物カ ラムの製造 Biotage Corp.(シャーロッツヴィル, VA)からの使い捨て BioFlash クロマ
トグラフィーカラム内で、複合物を製造する。カラムは、床体積1.0mlおよ
び長さ1.0cmを有する。実施例18で製造したPEG被覆微小球を、カラム
に充填し、ポリプロピレンフリットを、その床の両端に設置した。実施例15で
製造した上澄みの開始剤、モノマーおよび架橋剤溶液を、カラムに注入した。カ
ラムを、71摂氏度の水浴中に20分間沈めて、グラフト重合反応を行った。反
応を、装置を浴から取り出し、それをアセトンでフラッシュすることにより停止
させた。
【0084】 実施例20 ポリグリシジルメタクリレートIPNとエチレンジアミンとの反応によるアミ ノ置換複合物クロマトグラフィーカラムの製造 メタノール中1.0Mのエチレンジアミン溶液を調製し、シリンジを用いて実
施例19で製造したカラムに注入した。カートリッジ末端取付部品に栓をし、ア
ミンとポリエポキシドとの反応を、室温で2時間進行させた。反応を、メタノー
ル、アセトニトリルおよびジクロロメタンでカラムをフラッシュすることにより
停止させた。カラムキャパシティーは、銅(II)イオン滴定により測定し、それは
、間隙体積1Lあたりアミン窒素0.12molであると測定された。
【0085】 実施例21 トリクロロシランのポリブタジエンへの付加 ポリブタジエン(5.0g、分子量420,000、Aldrich Chemicals)を、
乾燥トルエン(114.2g)に溶解させた。クロロ白金酸溶液(THF中10
mg/ml溶液の50μl)を添加した。溶液を、乾燥窒素下で激しく攪拌し、
その間に12μlのトリクロロシランを添加した。溶液を、室温で2時間反応さ
せた。次いでそれを、乾燥窒素下−20度で貯蔵した。
【0086】 実施例22 トリクロロシリルポリブタジエンによる砂のシラン化 石英浜砂(91.5g、Aldrich Chemicals、平均不整粒度20ミクロン)を、
オーブン中の丸底フラスコ内で150度で24時間乾燥した。砂を、乾燥窒素下
で室温に冷却し、乾燥トルエン86mlに懸濁させた。実施例21の方法により
製造したトルエン(40ml)中トリクロロシリルポリブタジエン溶液を添加し
た。ピリジン(30ml)を添加し、フラスコを、窒素下で24時間回転させた
。ポリブタジエン被覆砂を、トルエンでの濾過および洗浄並びに乾燥により処理
した。
【0087】 実施例23 200ミクロンのポリブタジエン-砂からのポリアクリル酸複合物カラムの製
造:ビス-アクリルアミドPEG架橋剤を使用した結果と使用しない結果との比
実施例22の方法により製造したポリブタジエン砂を、スラリー充填装置で4
.6×100mm HPLCカラムに充填した。アクリル酸(0.15M)、2,2
'-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩(0.0015M)の溶液を
、水中で調製し、その中への窒素を30分間バブリングすることにより脱気した
。この溶液を、カラムの1つに注入し、その末端に栓をした。同じ濃度のアクリ
ル酸およびアゾ開始剤を有する第2溶液を調製し、実施例4の方法により調製し
たビスアクリルアミドPEG1900を、0.003Mの濃度に添加した。これ
を、ポリブタジエン被覆砂を充填した第2カラムに注入し、その末端に栓をした
。この2つのカラムを、61度の水浴中で17時間加熱した。HPLCに配管し
たカラムを、1.0Mの硝酸、水、0.1Mのアンモニアおよび水の繰返しサイク
ルによりフラッシュした。硫酸銅(0.01M)をカラムにポンプ注入し、カラ
ムの溶出液を、799nmで設定したUV-可視光検出器により監視した。カラ
ムが、銅での飽和に達した後(これは、溶出液中の銅濃度が、流入液と同じ濃度
にすすがれたことにより示される。)、799nmでの吸収がベースラインに戻
るまで、カラムを水ですすいだ。硝酸1.0Mをカラムにポンプ注入し、ポリア
クリル酸の間入ポリマーネットワークをプロトン化し、銅が、検出可能ピークと
して溶出した。
【0088】 図5の上方パネルは、ビスアクリルアミドPEG架橋剤を有さないカラムで測
定したクロマトグラムであり、6.5分で非常に小さな銅溶出ピークを示す。こ
のカラムのキャパシティーは非常に低く、間隙体積1mlあたりカルボキシレー
ト0.01mol未満であった。図5の下方パネルは、ビスアクリルアミド架橋
剤を有するカラムのクロマトグラムを示す。14.5分でのより大きな銅溶出ピ
ークは、このIPNの高いキャパシティーを示す。全体積の44%の間隙体積に
基づいて、このカラムのキャパシティーは、空隙1Lあたりカルボキシレート0
.15molであると計算される。このキャパシティーは、間隙場内にグラフト
化されたポリアクリル酸のほぼ定量収量に相当する。各カラムの銅キャパシティ
ーを測定した後、末端取付部品の1つを取り外し、内側の物質を、水をカラムに
ポンプ注入することによりカラムから取り出した。架橋剤を有するカラムの場合
、砂は、凝集性塊として取り出された。架橋剤を有さないカラムでは、砂粒子は
相互に接着していなかった。図6の下部のペレットは、取り出した複合物の一部
である。図6の上部の柱体は、11ミクロンの微小球、アクリル酸およびビスア
クリルアミドPEG架橋剤で製造したカラムから取り出した間入複合物のスキャ
ンである。
【0089】 実施例24 ポリグリシジルメタクリレート含有エポキシド活性化IPNによるキャピラリ ーカラムの製造 ガラスキャピラリーカラム(内径40ミクロン)を、実施例1の方法により製
造したトリクロロシリルPEGを用いて、そのトルエン溶液をカラムに注入し、
末端に栓をし、シラン化反応を一晩進行させることにより反応させた。末端プラ
グを取り外し、カラムを、トルエンおよび次いでメタノールでフラッシュした。
0.006Mのラジカル開始剤、AIBN溶液を、グリシジルメタクリレート3
0ml中で調製した。実施例4の方法で製造したビスアクリルアミドPEG19
00を、溶液が架橋剤で飽和するまで(約25%w/wの溶液)、添加した。約
200mgの塩基性アルミナを添加して阻害剤を吸収させ、懸濁液を攪拌し、そ
の中に窒素をバブリングすることにより45分間脱気した。懸濁液を5分間静置
し、上澄みの開始剤、モノマーおよび架橋剤溶液を、シリンジで抜き取り、キャ
ピラリーカラムに注入した。カートリッジの入口および出口に栓をした。カート
リッジを、71摂氏度の水浴中に20分間沈めて、グラフト重合反応を行った。
反応を、装置を浴から取り出し、それをアセトンでフラッシュすることにより停
止させた。
【0090】 実施例25 様々な量のビスアクリルアミドPEG架橋剤を使用するアクリル酸0.15M
の重合による複合マトリックスの製造 実施例3で製造した11ミクロンのポリエチレングリコール変性シリカを、高
速カラムを充填するために使用される標準的方法により水を用いて4つの4.6
×33mm HPLCカラムに加圧充填した。カラム末端に、末端取付部品およ
びフリットを取り付けた。ラジカル開始剤、2,2'-アゾビス(2-メチルプロピ
オンアミジン)二塩酸塩0.15Mおよびアクリル酸0.15Mの溶液を、脱気水
中で調製した。実施例4の方法で製造したビスアクリルアミドPEG1900を
、ビス架橋剤の濃度がそれぞれ、アクリル酸に対して0、1および2mol%で
あるように、溶液部分に添加した。重合溶液を、HPLCカラムアダプター(Up
church Scientific)を備えたシリンジでカラムに注入し、次いでカラム末端に
栓をした。カラムを、61度の水浴中に21時間沈めて、グラフト重合反応を行
った。反応を、カラムを浴から取り出し、HPLCポンプを使用してそれを水で
フラッシュすることにより停止させた。3つのカラムのキャパシティーを、図1
0に示す銅滴定等温線により測定した。ポリアクリル酸IPNカラムのイオン交
換キャパシティーのグラフを、使用架橋剤のmol%の関数として、図11に示
す。流量3.96ml/分でのカラムの背圧を、図12に図示する。そのグラフ
は、2%の架橋剤カラムのキャパシティーが他のカラムよりもかなり高いという
事実に関わらず、架橋剤の量が増加するにつれ背圧が減少することを示す。
【0091】 実施例26 グリシジルメタクリレート0.6Mの重合による複合マトリックスの製造 実施例3で製造した11ミクロンのポリエチレングリコール変性シリカを、高
速カラムを充填するために使用される標準的方法により水を用いて4.6×33
mm HPLCカラムに加圧充填した。カラム末端に、末端取付部品およびフリ
ットを取り付けた。カラムを、t-ブチルアルコール3mlですすいだ。ラジカ
ル開始剤、AIBN 0.0059Mおよびグリシジルメタクリレート0.57M
の溶液を、脱気t-ブチルアルコール中で調製した。実施例4の方法で製造した
ビスアクリルアミドPEG1900を、ビス架橋剤の濃度がそれぞれ、グリシジ
ルメタクリレートに対して2.3mol%であるように、溶液に添加した。重合
溶液を、HPLCカラムアダプター(Upchurch Scientific)を備えたシリンジ
でカラムに注入し、次いでカラム末端に栓をした。カラムを、61度の水浴中に
21時間沈めて、グラフト重合反応を行った。反応を、カラムを浴から取り出し
、HPLCポンプを使用してそれをテトラヒドロフランでフラッシュすることに
より停止させた。メタノール中1.0Mのエチレンジアミン溶液をカラムに注入
し、2時間反応させた。カラムを水でフラッシュし、カラムキャパシティーを、
図10に示すものと同様の銅滴定等温線により測定した。アミン窒素原子の間隙
濃度は、間隙体積1Lあたりアミン窒素原子0.27molであった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、間入ポリマーネットワークを有する複合マトリックスの
概念図である。図の右のパネルは、球間の間隙場内ポリマーネットワークのモデ
ルを示す。
【図2】 図2は、実施例1に記載したトリクロロシリル活性化ポリエチレ
ングリコールの製造、実施例2の合成におけるPEGつなぎ分子を有するシリカ
微小球のシラン化、およびトリクロロシリルプロピルエチレングリコールメチル
エーテルブロック試薬での表面ブロックのために使用する反応を示す図である。
【図3】 図3は、HEMAを共重合することにより製造したIPN内のウ
シ血清アルブミン(BSA)の非特異的結合に対する試験結果を示すクロマトグ
ラムである。各ピークは、それぞれ1.25、2.5、3.75、5.0、6.25
、7.5、8.75および10.0μgの注入からの空隙ピークに相当する。流量
は、1分あたり0.6mlであった。注入BSA(μg)の関数としての積分ピ
ーク面積のグラフは、図3の下方パネルにある。
【図4】 図4は、アルブミンおよびヒト免疫グロブリンのアフィニティク
ロマトグラフィー分離を示す。Aタンパク質カラムを、中性リン酸緩衝塩類溶液
を用いて流量7300cm/時間で平衡させた。アルブミンおよびIgGの溶液
(各タンパク質1.0mg/ml、50μl)をカラムに注入した。IgGはカ
ラムに拘束され、アルブミンは約4秒ですすぎ落された。4秒に、溶出緩衝液を
カラムにポンプ注入し(7300cm/時間)、IgGは、約10秒で最大ピー
クをもって溶出した。
【図5】 図5の上方パネルは、実施例23で製造したビスアクリルアミド
PEG架橋剤を有さないカラムで測定した銅吸着および溶出クロマトグラムであ
り、6.5分で非常に小さな銅溶出ピークを示す。このカラムのキャパシティー
は非常に低く、間隙体積1mlあたりカルボキシレート0.01mol未満であ
った。図5の下方パネルは、ビスアクリルアミド架橋剤を有するカラムのクロマ
トグラムを示す。14.5分でのより大きな銅溶出ピークは、このIPNの高い
キャパシティーを示す。
【図6】 図6の下部のペレットは、取り出した架橋化複合物(実施例23
で製造)の一部である。図6の上部の柱体は、11ミクロンの微小球、アクリル
酸およびビスアクリルアミドPEG架橋剤で製造したカラムから取り出した間入
複合物のスキャンである。
【図7】 図7は、ポリマーグラフト化が、ポリエチレングリコールつなぎ
ポリマーにより生じ、IPNの架橋が、固体支持物と少なくとも2点の接続を形
成する推定機構を示す。
【図8】 図8は、あらゆる長さのポリエチレングリコールからビスアクリ
ルアミドポリエチレングリコール架橋剤を製造するための合成経路を示す。
【図9】 図9は、あらゆる長さのポリエチレングリコールからビススチリ
ルポリエチレングリコール架橋剤の合成方法を示す。
【図10】 図10は、0、1および2mol%のビスアクリルアミドPE
G架橋剤を使用してポリアクリル酸により製造した複合物カラムの銅吸着等温線
を示す。2mol%架橋剤取込み曲線は、最も長い保持時間を有する。最低のキ
ャパシティーに対応する最短の保持時間曲線は、架橋剤を用いない実験で測定さ
れた。
【図11】 図11は、実施例25で製造したポリアクリル酸IPNカラム
の、使用架橋剤のmol%の関数としての、イオン交換キャパシティーのグラフ
を示す。
【図12】 図12は、実施例25で製造したカラムの流量3.96ml/
分での背圧を図示する。このグラフは、2%の架橋剤カラムのキャパシティーお
よび量が他のカラムよりもかなり高いという事実に関わらず、架橋剤の量が増加
するにつれ背圧が減少することを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 30/48 G01N 30/48 Y 30/56 30/56 E // G01N 30/88 30/88 C E J (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM, AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,B Z,CA,CH,CN,CO,CR,CU,CZ,DE ,DK,DM,DZ,EE,ES,FI,GB,GD, GE,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,I S,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK ,LR,LS,LT,LU,LV,MA,MD,MG, MK,MN,MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,P T,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL ,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,US, UZ,VN,YU,ZA,ZW Fターム(参考) 4D017 AA11 BA03 CA13 CB01 DA03 DB10 4G066 AC22B AC35B AD10B AD13B AD15B AD20B BA22 CA54 EA01

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中実場および間隙場を有するマトリックスであって、該間隙
    場が、間入ポリマーネットワークをさらに含むマトリックス。
  2. 【請求項2】 中実場が、固体粒子を含む請求項1に記載のマトリックス。
  3. 【請求項3】 間入ポリマーネットワークが、固体粒子の1つと結合してい
    る請求項2に記載のマトリックス。
  4. 【請求項4】 結合が、固体粒子との少なくとも1つの共有結合を含む請求
    項2に記載のマトリックス。
  5. 【請求項5】 間入ポリマーネットワークが、固体粒子の少なくとも2つに
    及んでいる請求項2に記載のマトリックス。
  6. 【請求項6】 間入ポリマーネットワークが、つなぎ分子をさらに含む請求
    項2に記載のマトリックス。
  7. 【請求項7】 固体支持物が、ブロック試薬をさらに含む請求項2に記載の
    マトリックス。
  8. 【請求項8】 間入ポリマーネットワークが、架橋化ポリマーを含む請求項
    2に記載のマトリックス。
  9. 【請求項9】 間入ポリマーネットワークが、官能基をさらに有する請求項
    2に記載のマトリックス。
  10. 【請求項10】 官能基が、結合対要素をさらに含む請求項9に記載のマト
    リックス。
  11. 【請求項11】 官能基が、第1反応性部分をさらに含む請求項9に記載の
    マトリックス。
  12. 【請求項12】 反応性部分が、化学触媒、酵素または化学試薬を含む請求
    項11に記載のマトリックス。
  13. 【請求項13】 請求項1に記載のマトリックスを含む分離装置。
  14. 【請求項14】 請求項13に記載の分離装置を含む器具。
  15. 【請求項15】 中実場および間隙場を有するマトリックスを準備し、間入
    ポリマーネットワークを、少なくとも1つの該間隙場内に形成することを含む、
    中実場、間隙場および間入ポリマーネットワークを有するマトリックスの製造方
    法。
  16. 【請求項16】 中実場が、固体粒子を含む請求項15に記載の方法。
  17. 【請求項17】 製造が、重合性サブユニットのインサイチュー重合を含む
    請求項15に記載の方法。
  18. 【請求項18】 製造が、重合性サブユニットと重合架橋性分子との共重合
    を含む請求項17に記載の方法。
  19. 【請求項19】 官能基含有重合性分子の存在下で、重合性サブユニットと
    架橋性分子とを共重合することをさらに含む請求項18に記載の方法。
  20. 【請求項20】 官能基と結合対の第1要素とを接触させて、第1要素を間
    入ポリマーネットワーク内に固定する工程をさらに含む請求項19に記載の方法
  21. 【請求項21】 官能基と第1反応性部分とを接触させる工程をさらに含む
    請求項19に記載の方法。
  22. 【請求項22】 反応性部分を、酵素、化学触媒および化学試薬からなる群
    から選択する請求項21に記載の方法。
  23. 【請求項23】 結合対の第2要素を分離する方法であって、該第2要素を
    含有する試料と請求項10に記載のマトリックスとを、結合対の第1および第2
    要素の間の結合対形成を可能にする条件下で接触させることを含む方法。
  24. 【請求項24】 第1要素をマトリックスから除去することをさらに含む請
    求項21に記載の方法。
  25. 【請求項25】 第2反応性部分含有試料と請求項19に記載のマトリック
    スとを、第1および第2反応性部分の間での反応を可能にする条件下で接触させ
    ることを含む反応方法。
JP2001566792A 2000-03-14 2001-03-14 間入ポリマーネットワークを有する複合マトリックス Pending JP2003526796A (ja)

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