JP3112682B2 - 表面処理および安定化した多孔質支持体，その製造法ならびに使用法 - Google Patents

表面処理および安定化した多孔質支持体，その製造法ならびに使用法

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Description

【発明の詳細な説明】 1.技術分野 本発明は、一般に、改良された多孔質の固体支持体、
その製造法ならびに使用法に関する。特に、表面処理し
た（passivated）多孔質支持体が開示され、該支持体
は、タンパク質、多糖またはオリゴ−もしくポリヌクレ
オチドのような生体分子の非特異的吸着あるいは生体分
子との相互作用を実質的に伴わない可逆的な高吸着能を
もつ点に特徴がある。さらに、本発明の表面処理した多
孔質支持体は、高い多孔度、物理的剛性、高い電荷密
度、および種々の極限条件下での化学的安定性のよう
な、クロマトグラフィーに応用する際に大変望ましい他
の特性を示す。また、本発明の表面処理した多孔質支持
体は、流動床、充填床、その他の操作様式で行われうる
高流動性で、高効率の物質移動クロマトグラフィー技術
に有利に使用されうる。
2.発明の背景技術 2.1.一般的事柄 タンパク質のような多機能性高分子は、種々の技術に
より精製することができる。これらの技術のひとつは、
イオン交換クロマトグラフィーとして知られている。イ
オン交換クロマトグラフィーにおいて、タンパク質はそ
の正味電荷に基づいて分離される。例えば、あるタンパ
ク質がpH7で正味の正電荷を有するのであれば、クロマ
トグラフィーカラムに充填される負に荷電したイオン交
換樹脂と結合する。そのタンパク質は、例えば、pHを下
げたり、カラムとそのタンパク質の正に荷電した基との
結合に競合する陽イオンを添加することにより、溶離さ
せることができる。従って、低密度の正の正味電荷を有
し、そのためにカラムの負に荷電した基に対する親和性
が低いタンパク質は最初に出現し、より高い電荷密度を
有するタンパク質がその後に続くことになる。
一般に、これらの手法に使用されるイオン交換樹脂は
イオン化可能な化学基を有する固体である。２つの型が
存在する。陽イオン交換体、これは、スルフェート、ス
ルホネート、ホスフェートまたはカルボキシレートのよ
うな酸官能基を含む。そして、第２の型である陰イオン
交換体、これは、第三および第四アミンのような官能基
を含む。これらのイオン化可能な官能基は、本来樹脂に
存在するものであってもよいし、有機または無機質固体
支持体の化学的修飾の結果生じたものであってもよい。
例えば、アガロース、デキストランおよびセルロース
の誘導体等の多糖誘導体から作製された有機イオン交換
体は、実験室スケールおよび工業的スケールのイオン交
換クロマトグラフィーの両方に使用されてきた。しかし
ながら、これらのイオン交換体は多くの欠点を有してい
る。まず第一に、多糖誘導体イオン交換体はそれ程機械
的に安定でなく、強酸に抵抗性でない。この不安定性に
より、カラムの長さが限定されるとともに、カラムを通
過させる流速も限定される。
第二に、そのようなイオン交換体は、多糖に結合でき
るイオン性またはイオン化可能な基の数が限られるため
に、吸着能が限定されてきた。
第三に、これらの多糖誘導体は、その低い密度のため
に、急速な流動床分離において使用するにはおそまつな
吸着剤である。流動床においては、粒子を同時に洗い流
すことなく液体を通すことが望ましい。従って、一般
に、固体支持体粒子（例えば、シリカ）と流動化媒質と
の密度の差はできるだけ大きいことが望ましい。
表面処理した無機物質を基材とする無機吸着剤に固有
の高い密度は、クロマトグラフィーカラムへの充填およ
び迅速なデカンテーションを容易にする。稠密な充填に
より、充填床を使用する際に、空間の形成とチャネリン
グを防ぐことができる。他方、水性懸濁液中の稠密な粒
子の流動化は高い流速（それは、大スケールで使用する
際に非常に望ましいことである。）で可能である。高い
表面流速で流動床を操作することは、一般に、比較的低
い液体流速で流動床から浄化できる低密度の有機または
ポリマー吸着剤では可能ではない。
一方、合成ポリマーは無機支持体より機械的に安定で
あり、前者は強い酸性条件に対してもより抵抗性であ
る。しかしながら、それらは、能力が限定され、溶質の
拡散率が限定されており、それ故生産性が限定されてい
るという欠点を有している。また、これらの合成ポリマ
ーは、ある程度、タンパク質のような生体分子の非特異
的吸着の問題にも煩わされている。シリカのような未処
理の無機質支持体も、その非特異的吸着のために、クロ
マトグラフィーによりタンパク質を分離するような多く
の応用において不適切である。
非特異的吸着は、タンパク質と支持体の表面との相互
作用により生じる。−−支持体がその性質として有機的
であろうが、無機的であろうが。例えば、シリカは酸性
化合物であり、固体／液体界面に存在する負に荷電した
シラノール基がシリカの表面とタンパク質との間の分離
イオン交換相互作用を生じる傾向がある。また、例え
ば、タンパク質のアミノ酸残基に存在するアミノ基とシ
リカの表面に存在する上記のシラノールとの間に形成さ
れる水素結合により、非特異的吸着が生じる。そのよう
な非特異的吸着は、クロマトグラフィーの最中に、例え
ば、タンパク質の回収率が低いこと、および／または、
分解能が不適切であることといった分離の問題を起こ
す。クロマトグラフィー分離を設計する際の重要な目的
は、一般に、吸着の“単一モード”過程を確実にするこ
とである。しかしながら、表面シラノールが関与するイ
オン交換挙動は“混合モード”の吸着システムを作りだ
すことがあるので、その結果、生体分子の分離がより困
難となる。イオン性シラノール基により生じる吸着能は
低いが、シラノール基とタンパク質との相互作用の強度
は高いことがある。従って、これらの相互作用により、
ある種のタンパク質の変性が起きる可能性がある。
最後に、多糖および多くのヒドロキシ含有合成吸着剤
の両方とも、工業的設定において使用される洗浄溶液に
対して敏感である。この洗浄溶液は、しばしば、次亜塩
素酸塩や過酢酸のような強い酸化剤を含み、極限pHによ
り特徴付けられうる。
従って、クロマトグラフィー過程の効率を改良するた
めに、タンパク質含有溶液と接触する高分子クロマトグ
ラフィー支持体および無機クロマトグラフィー支持体の
表面を処理するための改良された表面処理方法であっ
て、タンパク質とクロマトグラフィー支持体との上記の
ような非特異的相互作用を防ぐかあるいは最小にするこ
とができる前記方法の開発の必要性が重視されている。
2.2.被覆固体支持体における従来の成果 これまで、何人かの研究者が、薄い表面コーティング
を無機または有機／ポリマー支持体に施すことにより、
膜および粒状クロマトグラフィー支持体を含む種々の微
孔質媒質を表面処理しようとしてきた。例えば、Steuck
は、米国特許第4,618,533号に、その上に永久コーティ
ングを膜の全表面にグラフト化して、および／または、
付着させる熱可塑性有機ポリマーから作製した多孔質ポ
リマー膜支持体を開示している。薄いコーティングが内
孔の壁を含む多孔質膜の全表面に付着するように、多孔
質膜支持体の上および内部で重合可能なモノマーの重合
および架橋が行われる。重要なことに、Steuckによりク
レームされた被覆された、複合膜構造の多孔質の構成
は、対応する未被覆の多孔質膜支持体のそれと本質的に
同一であり、このことは、Steuckのポリマーが、その複
合膜の多孔度や流れ特性に干渉しない薄い表面層または
コーティングとして施されることを意味している。さら
に、Steuckは、以下に詳細に説明する本発明の意味する
ところにおける、“表面処理層”の概念や“表面処理”
モノマーとして機能できるモノマーの使用を開示してい
ない。
Varadyらは、米国特許第5,030,352号に、種々の薄い
親水性コーティングを疎水性ポリマー（例えば、ポリス
チレン）支持体の表面に施すことにより得られるクロマ
トグラフィー媒質として有用な薄膜支持体材料を開示し
ている。Varadyの表面コーティングは、まず最初に、散
在する親水性および疎水性ドメインにより特徴付けられ
る溶質の溶液に疎水性支持体の表面を暴露し；溶質と支
持体との疎水性−疎水性相互作用を促進する条件下で、
表面と溶質とを接触させる（その結果、溶質分子が最終
的に適所で架橋する薄いコーティングとして支持体の表
面に吸着する。）ことにより、施される。Varadyのコー
ティング材料は、さらに、イオン交換、アフィニティ
ー、および他の型のクロマトグラフィーおよび吸着分離
に有用な種々の材料を作りだすように誘導体化すること
ができる反応基を含んでもよい。
しかしながら、重要なことに、Varadyの発明の親水性
機能性コーティングは、疎水性支持体の表面上の接着性
薄膜に限定される。このコーティング層の形態は、記述
されているその付着方法の直接的で避けられない結果で
ある。−−すなわち、疎水性支持体の表面上に吸着され
た隣接する溶質分子の架橋による。
Varadyの被覆方法は、少なくとも、タンパク質の支持
体への非特異的結合を減少させるのに幾分効果的である
が、製造されたクロマトグラフィー材料の吸着能は限ら
れ、本発明の方法により製造された媒質より劣るもので
あることを避けられない。以下にかなりより詳細に説明
するように、本発明の方法は、支持体の孔内に広がり、
支持体の孔をほぼ満たす架橋された機能性ゲルを形成さ
せる。その結果、Varadyの発明の薄膜材料の場合のよう
に、クロマトグラフィー媒質の静的および動的吸着能
は、支持体の多孔質表面領域により限定されない。
表面被覆処理による無機または無機質支持体の表面処
理についての従来技術の関しては、Schutijserの米国特
許第4,415,631号が、共重合したビニルモノマーから構
成される架橋したポリマーに結合して、アミド基を含ん
でいる、無機シラン化粒子から成る樹脂を開示してい
る。その発明では、シリカを含む無機多孔質支持体が被
覆の前にシラン化されなけれぱならないことを条件とし
ている。そのシラン化処理により、無機多孔質支持体に
反応性基が付与され、その結果、共重合体がシリカ表面
に共有結合できるようになる。
また、Nakashimaらは、米国特許第4,352,884号に、多
孔質支持体としてのシリカの使用を開示している。この
シリカは、アクリレートまたはメタクリレートモノマー
および共重合可能な不飽和カルボン酸または共重合可能
な不飽和アミンで作製されたポリマーで被覆される。Na
kashimaらは、すでに形成されたポリマーを用いて支持
体を被覆している。さらに、Nakashimaらは、異なる別
の工程で、続く硬化過程において架橋剤を利用してい
る。
上記の発明は完全な成果を上げているとは言えない。
その理由の一部は、シリカとコーティングとの不安定な
化学的結合によるものである。これらの発明の産物は、
初期の非特異的吸着を完全に抑制することができないば
かりでなく、非特異的吸着の別の様式を招くというさら
なる欠点を有する。
Tayotらは、米国特許第4,673,734号に、支持体の内部
表面領域を被覆すると言われているアミノ化した多糖ポ
リマーに含浸させた多孔質の無機質支持体を開示してい
る。しかしながら、多糖は通常非常に分子量が高く、そ
の溶液はかなり粘稠であるために、この方法はあまり効
果的でない。シリカ支持体の孔を大きな多糖分子で完全
かつ均等に満たすことはできないので、シリカ支持体の
全内部表面を被覆することは問題が多い。
Tayotらの方法の立体的な問題は、使用した多糖のサ
イズが大きく、その鎖が支持体の孔の内部に完全に浸透
することができないために生じたものである。この不完
全な浸透のために、孔の表面上に多糖の“ソフトな”層
が生じ、それがクロマトグラフィー分離の最中に問題を
起こすこととなる。また、デキストランのような多糖は
低いpHで自発的に加水分解する可能性があり、酸、アル
カリ、または酸化剤で洗浄されることとなるクロマトグ
ラフィー媒質のカラムまたは床を必要とするある種の洗
浄操作に不適合となる。
無機クロマトグラフィー支持体の使用に関連するこれ
らおよび他の問題にも係わらず、シリカのような無機質
化合物をクロマトグラフィー吸着剤として使用すること
は今なお魅力的なことである。というのは、上で説明し
たように、クロマトグラフィー分離が、例えば、工業的
操作用の非常の大きなスケールの充填カラムや流動床に
おいて、非常に速い流速で上記のような材料を用いて行
うことができるからである。求められているものは、ア
ルカリ性および塩基性条件で改良された化学的安定性を
呈し、非特異的タンパク質吸着を引き起こす傾向が低減
され、高い静的および動的吸着能をもつ点に特徴がある
クロマトグラフィー支持体である。本発明の目的は、そ
のような支持体を提供することである。
3.発明の要旨 従って、本発明は、多孔質固体マトリックスであって
内部及び外部表面並びにマトリックスを生体分子との望
ましくない非特異的相互作用に感受性を有するようにす
る固有の（即ち、生来存在する）基を有する前記マトリ
ックスと、有効な量の主要モノマー、主要モノマーとは
異なる表面処理用モノマー及び架橋剤を含有する表面処
理混合物から誘導されるポリマー網状構造とを有し、前
記混合物は、混合物の重合に際してマトリックスの固有
の基が不活性化され、その結果上記望ましくない非特異
的相互作用が最小にされるかまたは実質的に排除される
ように、十分な時間マトリックスの表面と密接に接触で
きるようにされたものである、表面処理多孔質支持体を
提供する。
本発明の表面処理された多孔質支持体はさらに、タン
パク質を含む生体分子に対する可逆的な高い吸着能を特
徴とする。さらに本発明の表面処理された多孔質支持体
は、強酸性またはアルカリ性媒体及び／または強酸化性
溶液、例えば産業用製造機器の洗浄において頻繁に使用
されるようなものに暴露された際に例外的な化学的安定
性を示す。
本発明の第１の目的は、多孔質固体マトリックスであ
って、該マトリックスを、生体分子特にタンパク質性物
質との非特異的相互作用（例えば吸着）に感受性を有す
るようにする固有の望ましくない基を有する前記マトリ
ックスを表面処理することに関する。
広範な種類の表面処理されていない多孔質固体マトリ
ックスが、本発明の一般的方法による表面処理に反応す
る。このような多孔質マトリックスは、限定するもので
はないが、（ｉ）無機酸化物支持体、（ii）疎水性ポリ
マーの薄い保護コーティングをその表面に塗布すること
によって浸出に対して化学的に抵抗性を有するようにさ
れた「安定化」無機酸化物支持体、及び（iii）有機／
ポリマー物質、特に疎水性ポリマーのみを含む多孔質マ
トリックスを含む。例えば、シリカ、アルミナ等のよう
な無機酸化物支持体を、望ましくない非特異的相互作
用、そしてそれは主として無機酸化物の表面上に存在す
る固有のヒドロキシル基（例えばシリカ支持体の場合は
シラノール）によるものである相互作用を伴うことがな
い、高い吸着能、高い密度及び良好な解像（クロマトグ
ラフィーの）特性等の望ましい特性を示す表面処理され
た支持体に変換することができる。遷移金属酸化物、例
えばジルコニウム、チタン、クロム及び鉄酸化物等は本
発明において「無機酸化物」支持体の用語内のものであ
るとみなされることを指摘しておく。
そのような無機酸化物支持体の場合、非特異的相互作
用には静電相互作用もしくは水素結合、あるいはその両
方が含まれる。従って、表面処理用モノマー（あるいは
本明細書中において「中和」モノマーと記載される）
は、そのような非特異的結合相互作用を低下させ、「中
和し」、あるいは「不活性化」するものである；静電的
にもしくは水素結合により、あるいはその両方により、
無機酸化物物質の固有の基と相互作用できる表面処理用
モノマーを選択するものである。
さらに、本発明の特定の態様においては、表面処理用
モノマーは主要モノマーとしても作用することができる
（即ち、該表面処理用モノマーあるいは中和モノマーは
主要モノマーと化学的に同一である）が、そのような場
合は、中和モノマーが、少なくとも１の好ましくはイオ
ン化可能な（例えば３級アミノ、カルボン酸、スルホン
酸等）あるいはイオン性の（例えばアンモニウム、リン
酸塩等）の極性置換基を有するアクリルアミドベースモ
ノマーである場合に限定される。特に、アクリレートベ
ースモノマーは表面処理用（中和）モノマーとして、そ
して部分的には主要モノマーとして両方に働くことはで
きない。それは特に強酸性あるいはアルカリ性条件下で
はアクリレートベースモノマーがアクリルアミドベース
モノマーより不安定であるからである。
理論により限定されることを望むものではないが、表
面処理用あるいは中和モノマーを主要モノマー及び架橋
剤と組み合わせて使用することにより実質的にマトリッ
クス表面に隣接した薄い表面処理領域あるいは層を含む
３次元ポリマー網状構造が形成されることが可能とな
り、このポリマー網状構造は基体マトリックスの孔体積
中へあるいはその全体に伸び、前記表面処理層が基体マ
トリックスの固有の基との相互作用に関与する表面処理
用あるいは中和モノマーの単位から主としてなるものと
考えられる。この薄い表面処理領域あるいは層はさら
に、表面処理層から、結果として生じる「表面処理され
た」多孔質支持体の露出した外部表面に伸びる主要モノ
マー単位の格子によりマトリックス表面に極めて近接し
て保持されている。そして架橋剤はそれぞれのポリマー
（あるいはコポリマー）鎖を互いにつなぐように作用
し、これにより安定な３次元ポリマー（即ちゲル）網状
構造を形成し、これが生体分子と表面処理されていない
多孔質固体マトリックスとの間の望ましくない非特異的
結合相互作用を最小化しあるいは排除するのに驚異的に
有効なのである。
従って本発明は、多孔質固体マトリックスであって内
部及び外部表面並びにマトリックスを生体分子との望ま
しくない非特異的相互作用に感受性を有するようにする
固有の基を有する前記マトリックスと、少なくとも１の
極性のイオン性もしくはイオン化可能な置換基でさらに
置換されたアクリルアミドまたはメタクリルアミドモノ
マーであって主要モノマー及び表面処理用もしくは中和
モノマーの両方として機能し得る有効な量のモノマー、
及び架橋剤を含有する表面処理混合物から誘導されたポ
リマー網状構造とを有し、前記混合物は、混合物の重合
に際してマトリックスの固有の基が不活性化され、その
結果上記望ましくない非特異的相互作用が実質的に排除
されるように、十分な時間マトリックスの表面と密接に
接触できるようにさせられたものである、表面処理され
た多孔質支持体を提供することも目的とするものであ
る。疎水性ポリマー基体を含む多孔質マトリックス（無
機酸化物マトリックスとは異なる）に関する場合、本発
明のもう１つの目的は、そのような疎水性ポリマー表面
がタンパク質性溶液に曝されることに関連する非特異的
結合を減じることである。特に、例えばポリスチレン、
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及びポリプロピレン）、ポリアク
リレート、ポリビニルアセテート（及びその部分加水分
解物）等の材料を含む多孔質合成ポリマー固体マトリッ
クスは、疎水性−疎水性（他のタイプ、例えば水素結合
に加えて）相互作用に関連する非特異的結合を示す。表
面処理混合物の中和モノマー成分がシラノールのような
極性基を不活性化するために選択される無機酸化物マト
リックスの場合と異なり、疎水性合成ポリマーマトリッ
クスは、マトリックス表面に露出した固有の非極性疎水
性基に結合しその結果不活性化することができる表面処
理用（中和）モノマーを導入することによって表面処理
される。本発明の表面処理用モノマーは、それらが含む
長鎖飽和炭化水素、オレフィン性炭化水素基、芳香族基
により、あるいは疎水性領域であってマトリックス表面
上の疎水性対応物にそれらの間の疎水性−疎水性相互作
用により相互作用してはっきりと結合する疎水性領域の
ように、表面上の疎水性基上に吸着する（その結果それ
を覆う）。
本発明のさらに別の目的においては、アルカリ媒体中
で例外的な安定性を示す表面処理された多孔質支持体が
提供される。これらの表面処理された樹脂は、例えばポ
リスチレンあるいは非イオン性、イオン性あるいはイオ
ン化可能な官能基により置換されたポリスチレンのよう
な、合成有機ポリマーの薄いフィルムでプレコートされ
た多孔質固体マトリックスを含む。これらのプレコート
されたマトリックスは、本明細書に開示された表面処理
方法により処理された後に改善された特性を示す。
より特定的には、本発明の方法は、その内部及び外部
表面がコーティングポリマーの薄い保護層により予め被
覆された多孔質無機酸化物粒子（例えばシリカ、アルミ
ナ）を含むクロマトグラフィーの支持媒体の表面処理に
有利に適用することができる。この保護ポリマーコーテ
ィングは、下層の無機酸化物物質の化学的安定性（例え
ば、アルカリ性、酸性あるいは強酸化性条件下における
浸出あるいはその他の化学的分解に対する）を改善する
目的に使用できる。例えば、強アルカリ性水性媒体（例
えば0.5M水酸化ナトリウム溶液）はクロマトグラフィー
支持体を洗浄するのに通常使用され、従来のシリカ支持
体は繰り返される洗浄サイクル（例えば100サイクル）
の間の物質の浸出に関連したかなりの重量損失（約50
％）を受け得る。
そのような非保護無機物質支持体の浸出は、支持体の
機械的結着性の喪失とその結果としての該物質の粒子が
充填されたカラムが示す逆圧の増加ばかりではなく、多
くの問題を生じる。浸出の問題はより低い表面積（例え
ば５〜10m2/g）を特徴とする多孔質マトリックスを使用
することによりある程度対処することができるが、これ
に対応する量だけ吸着能が低下することがよくあるとい
う点においてこれは一般的には望ましくない。
本発明の１つの態様において採られる基体安定化の方
法は、アルカリに感受性を有する多孔質無機酸化物基体
マトリックスを、該無機酸化物マトリックスを実質的に
封入してしまう可溶性ポリマーにより被覆し、これによ
り無機酸化物基体と強い分解力を有する化学的洗浄溶液
（例えば苛性物質）との接触を最小限にするかあるいは
防止することを含む。保護ポリマーコーティングは、孔
体積を有意に減少させたり孔の開口を閉鎖したりするこ
とがないようにするために薄い表面層の形態で孔壁表面
に塗布される。保護ポリマーコーティング層は、例え
ば、（ｉ）まず保護ポリマー（例えばポリスチレン）を
適当な有機溶媒に溶解してコーティング溶液を形成し、
（ii）次に多孔質無機酸化物マトリックスを前記溶液に
より含浸し、（iii）最後に有機溶媒を蒸発あるいは除
去することにより容易に塗布することができる。
この保護ポリマーコーティングを無機酸化物（特にシ
リカ）マトリックスの多孔質表面に付着させる方法は、
これらの物質の化学的浸出速度を急激に減少させること
によりそれらの物質を有意に安定化できることが見いだ
されたが、この方法は、被覆され保護されたマトリック
スの多孔質表面を疎水性にし、従って吸着によるタンパ
ク質の過剰な非特異的結合を起こしやすくするという重
大な欠点を有する（これは全体がポリマーからなる多孔
質支持体マトリックスについて上記したのと全く同じ問
題である）。しかし、この問題は、完全にポリマー性の
支持体マトリックスの非特異的結合を減少させることが
できるのと同じ方法、即ち志向された重合の方法におけ
る表面処理により本発明の方法で上首尾に対処すること
ができる。特に、これらの複合クロマトグラフィー支持
体（即ち、薄い保護ポリマーコーティングを塗布するこ
とによって安定化された無機酸化物基体を含む支持体）
は、マトリックス表面に露出した固有の非極性疎水性基
と結合し、従って不活性化できる表面処理用（「中
和」）モノマーを導入することにより、過剰な非特異的
結合に対して表面処理することができる。この本発明の
態様に有用な表面処理用モノマーは、それらが含む長鎖
飽和炭化水素、オレフィン性炭化水素基、芳香族基によ
り、あるいは疎水性領域であってマトリックス表面上の
疎水性対応物にそれらの間に存在する疎水性−疎水性相
互作用により相互作用してはっきりと結合する疎水性領
域のように、表面上の疎水性基上に吸着する（その結果
それを覆う）。典型的には、本発明は、下記の特性を有
するベースマトリックスを使用する：約５〜約1000ミク
ロンの範囲の初期平均粒子サイズ；約0.2〜約2cm3/gの
範囲の初期孔体積；約１〜約800m2/gの範囲の初期表面
積；及び約50〜約6000オングストロームの範囲の初期孔
サイズ。好ましくは、前記ベースマトリックスは、以下
の特徴を有する約10〜約300ミクロンの範囲の初期平均
粒子サイズを有するが、狭い粒子サイズ範囲、例えば約
15〜20、約15〜25、約30〜45、約50〜60、約80〜100、
約100〜300ミクロン等の粒子サイズの範囲を有する表面
処理された支持体が最も好ましい。他の特性の好ましい
範囲としては、約0.8〜約1.2cm3/gの範囲の初期孔体
積；約10〜約400m2/gの初期表面積；及び約1000〜約300
0オングストロームの範囲の初期孔サイズが含まれる。
多孔質固体マトリックスの密度は明らかにその化学的性
質により変化するものであり、無機酸化（例えばシリ
カ）基体ではより高く、ポリマー性のもの（例えばポリ
スチレン）ではより低くなる。
サイズ排除限界は、表面処理された多孔質支持体の種
類によりいくらか異なるが、一般的には約500〜約2,00
0,000ダルトン、好ましくは50,000〜約500,000の範囲に
ある。吸着能もポリマー網状構造に導入される主要モノ
マーの量により操作することができ、表面処理された支
持体床の単位体積（ml）当たり溶質あるいは生体分子約
１ミリグラム〜約300ミリグラムの範囲であり、好まし
くは少なくとも約50mg/ml、最も好ましくは約100mg/ml
である。
さらにもう１つの本発明の目的は、表面処理されてい
ない多孔質固体マトリックスを表面処理し、得られる表
面処理された多孔質支持体の開口度（例えばゲル多孔度
及び孔サイズ）を最大にすることに関する。そのような
開口ゲルの形態は、例えばタンパク質のような溶質のゲ
ル中の移動に対して過剰な抵抗を与えることなく高い吸
着能を達成することを可能にするという利点を有する。
従って、本発明の特定の態様においては、表面処理混合
物の重合は有効な量の孔誘導物質の存在下で行われる。
多くの添加物が孔誘導物質として適しており、限定す
るものではないが、ポリエチレングリコール、ポリオキ
シエチレン、多糖類等が含まれる。また、表面処理混合
物の重合は、孔誘導に有効な量の極性溶媒の存在下に行
うこともできる。例えば重合を、アルコール、環状エー
テル、ケトン、３級アミド、ジアルキルスルホキシド、
あるいはこれらの混合物中で行うことができる。好まし
くは、そのような極性溶媒は、限定されるものではない
が、メタノール、エタノール、プロパノール、テトラヒ
ドロフラン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムア
ミド、アセトン、ジオキサン、あるいはこれらの混合物
を含む。
本発明によれば、重合は重合開始剤、例えば過硫酸ア
ンモニウム/3級アミン、ニトリルあるいは遷移金属のよ
うな熱開始剤の有効量の存在下で行われる。その他の例
としては、2,2′−アゾビス（２−アミジノプロパン）
塩酸塩、過硫酸カリウム／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）、あるいはベンゾイル
ペルオキシドが含まれる。例えば、イソプロピルチオキ
サントン、２−（２′−ヒドロキシ−５′−メチルフェ
ニル）ベンゾトリアゾール、2,2′−ジヒドロキシ−４
−メトキシベンゾフェノン、リボフラビン等のような光
化学開始剤も使用することができる。当分野で知られる
ように、重合は例えば攪拌、熱への暴露、あるいは十分
な量の放射エネルギーへの暴露により開始される。
ポリマー網状構造の主要モノマーが、少なくとも１の
極性置換基を有するビニルモノマーを含む、さらなる表
面処理された多孔質支持体を提供することも本発明の目
的である。そのような置換基はさらにイオン性、非イオ
ン性、あるいはイオン化可能なものであってよく、１よ
り多い極性置換基を有するビニルモノマーの場合、置換
基はそのような置換基の組み合わせであってもよい。ア
フィニティクロマトグラフィーにおいては、重合におけ
る主要モノマーはポリマー網状構造の一部として予め選
択された生体分子に親和性を有していることが好まし
い。しかし、問題となる生体分子に結合することができ
る特定のリガンドを導入するためにポリマー網状構造を
さらに改変することを排除するものではない。
「不活性」（即ち、表面処理されていない多孔質固体
マトリックスの固有の基の生体分子と非特異的に相互作
用する能力を減じること）の原因である表面処理用ある
いは中和モノマー上の置換基は、表面処理されていない
多孔質固体マトリックスが感受性を有する非特異的相互
作用の性質に合わせて調整することが必要なことは当業
者に明らかであろう。要するに、中和モノマーは、非特
異的相互作用と同じように（例えば、無機酸化物マトリ
ックスの場合には、静電的に、もしくは水素結合を介し
て、あるいはその両方により、あるいは合成ポリマーマ
トリックスの場合は疎水性−疎水性相互作用を介して）
マトリックス表面上の固有の基と相互作用できるものと
して与えられるものである。従って、置換基は、特定の
意図された目的に応じて、極性、カチオン性、アニオン
性、あるいは疎水性であってよい。例えば、多孔質無機
酸化物マトリックスに適した中和モノマーは、少なくと
も１の極性のイオン性またはイオン化可能な置換基を有
するビニルモノマーを含む。本発明の１態様において
は、置換基が正電荷を持つ能力を有する。特に、そのよ
うな中和モノマーは、表面処理されていないマトリック
スの表面上の極性基の不活性化（例えば、多孔質無機酸
化物マトリックスの表面上のヒドロキシル基の不活性化
において）に有効な、表面近傍の表面処理領域及びポリ
マー網状構造を与えるために選択される。
非限定的な例として、多孔質無機酸化物マトリックス
の表面処理に有用な中和モノマーは、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
ウムハライド、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、ポリエチ
レングリコールジメタクリレート、ジメチルアミノエチ
ルメタクリレート、ポリエチレングリコールジビニルエ
ーテル、あるいはポリエチレングリコールジアクリレー
トから選択することができる。これらの中で、最初の４
つは同じ組成で上記したように主要モノマーと中和モノ
マーの両方として機能する。
同様に、疎水性ポリマー表面の表面処理（該ポリマー
が無機酸化物マトリックス上の保護表面コーティングと
して存在する場合、あるいは多孔質ポリマークロマトグ
ラフィー支持体マトリックスの場合で全体的な構造材料
である場合のいずれも）において使用するのに適した表
面処理用モノマーは、典型的には、少なくとも１の実質
的に非極性あるいは疎水性の置換基を有するビニルモノ
マーを含む。本発明の１つの態様においては、この置換
基は、表面処理用モノマーの部分に疎水性を与える炭化
水素富化官能基または部分を含む。
一般に、疎水性の性質は、表面処理用モノマーにおけ
る飽和（例えば脂肪族）または不飽和（例えば芳香族）
炭化水素置換基、さらには直鎖、分岐、環状またはヘテ
ロ環式として表現できる置換基の存在の結果によるもの
である。長鎖アルキル官能基は、この種類の表面処理用
モノマーの置換基として特に有用であり、該モノマーは
さらに１以上のビニル、アクリル、アクリルアミド、あ
るいはアリルモノマーを含む。これらの表面処理用モノ
マーは、典型的には約0.1〜1.0％の反応混合物中の濃度
で使用される。
本発明において有用な架橋剤は、ビニルモノマーであ
って例えば二重結合、三重結合、アリル基、エポキシ
ド、アゼチジン、あるいは歪みのある炭素環のような他
の重合可能な基を少なくとも１有するものを含む。２つ
の二重結合を有する好ましい架橋剤は、限定するもので
はないが、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
テトラジアミド、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、及び1,3−
ジアリルオキシ−２−プロパノールを含む。
さらに、多孔質固体マトリックスであって内部及び外
部表面並びにマトリックスを生体分子との望ましくない
非特異的相互作用に感受性を有するようにする固有の基
を有する前記マトリックスを表面処理する方法であっ
て、（ａ）マトリックスの表面を、有効な量の主要モノ
マー、主要モノマーとは異なる中和モノマー及び架橋剤
を含む表面処理混合物と接触させ、（ｂ）混合物を重合
させてマトリックスの孔内に３次元ポリマー網状構造を
形成し、マトリックスの固有の基が不活性化され、その
結果望ましくない非特異的相互作用を実質的に排除する
ようにすること、を含む前記方法を提供することも目的
とする。
本発明の方法においては、中和モノマーの量は表面処
理されていないマトリックスの表面上に存在する固有の
基を中和するのに十分なように選択される。さらに、マ
トリックスの表面は表面処理混合物の溶液と（例えば滴
下での添加により）接触させられる。一般に、表面処理
混合物は水性溶液として調製され、上記したようにさら
に有効な量の孔誘導物質を含んでもよい。本発明の好ま
しい態様においては、それは多孔質無機酸化物マトリッ
クスに添加されるので、表面処理混合物溶液の容量（m
l）は表面処理されていない多孔質固体マトリックスの
重量（ｇ）にほぼ対応するように調整される。
本発明のさらに別の目的は、所望の生体分子をそれを
含む試料から分離する方法に関わり、該方法は、（ａ）
予め選択された生体分子に対して親和性を有する表面処
理された多孔質支持体を充填したカラムに予め選択され
た生体分子を含む試料をロードし、（ｂ）溶離液を前記
のロードしたカラムを通過させて予め選択された生体分
子の分離を行うことを含む。試料は溶液として導入する
ことを含めて多くの方法によりカラムに導入することが
できる。流動床形態の操作においてこれらの表面処理さ
れた支持体を使用するクロマトグラフィー分離も本発明
の範囲内のものである。
本発明の方法は、広範な生体分子の単離または分離に
有効であり、そのような分子には、ペプチド、ポリペプ
チド、及びタンパク質（例えばインシュリン及びヒトま
たはウシ血清アルブミン）、成長因子、免疫グロブリン
（IgG、IgM及び治療用抗体を含む）、炭水化物（例えば
ヘパリン）及びポリヌクレオチド（DNA、RNA、あるいは
オリゴヌクレオチドフラグメント等）が含まれる。
本発明における使用に適した溶離液は当業者によく知
られている。例えば、イオン強度、pHあるいは溶媒組成
の変更は「段階的」な溶出プロセスに有効であり得る。
あるいは、溶離液は塩勾配、pH勾配、あるいは予め選択
された生体分子を置換するのに特に有用な任意の特定の
溶媒もしくは溶媒混合物を含んでいてもよい。そのよう
な方法はタンパク質クロマトグラフィーの実務に関与す
る者に一般的に知られている。さらに別の本発明の目的
は、生体分子の分離のためのクロマトグラフィー方法に
関わり、該方法は、生体分子の混合物を含む試料を本明
細書に開示された表面処理された多孔質支持体を充填し
たカラムを通過させることを含む。
さらに、表面処理された多孔質固体支持体を製造する
方法が開示され、該方法は、（ａ）多孔質固体マトリッ
クスであって内部及び外部表面並びにマトリックスを生
体分子との望ましくない非特異的相互作用に感受性を有
するようにする固有の基を有する前記マトリックスを、
有効な量の主要モノマー、主要モノマーとは異なる表面
処理用または中和モノマー及び架橋剤を含む表面処理混
合物と接触させ、（ｂ）混合物を重合させて前記多孔質
固体マトリックスの孔内に３次元ポリマー網状構造を形
成し、マトリックスの固有の基が不活性化され、望まし
くない非特異的相互作用が実質的にない表面処理された
多孔質固体支持体を与えることを含む。
本発明のこれらの目的及びその他の目的は、本明細書
を読むことにより当業者に明らかになるであろう。
4.図面の簡単な説明 図1Aは、（１）シトクローム、（２）ウシヘモグロビ
ン、（３）オバルブミン、及び（４）ベータ−ラクトグ
ロビンからなるタンパク質混合物のカチオン性表面処理
された多孔質支持体上でのクロマトグラフィー分離を概
略的に示すグラフである。実験の条件は以下の通りであ
る。
カラムサイズ :1.0cm ID×7.8cm 初期バッファー:50mMトリス−HCl,pH8.6 溶出勾配 :0−1M NaCl 流速 :125ml/h 図1Bは、（１）オバルブミン、（２）ベータ−ラクト
グロブリン、（３）シトクロームｃ、及び（４）リゾチ
ームからなるタンパク質混合物のアニオン性表面処理さ
れた多孔質支持体上でのクロマトグラフィー分離を概略
的に示すグラフである。実験の条件は以下の通りであ
る。
カラムサイズ :1.0cm ID×7.5cm 初期バッファー:50mM酢酸塩,pH6.5 溶出勾配 :0−2M NaCl 流速 :150ml/h 図２は、（１）オバルブミン、（２）ベータ−ラクト
グロブリン、（３）シトクロームｃ、及び（４）リゾチ
ームからなるタンパク質混合物の、アニオン性表面処理
された多孔質支持体とアニオン性表面処理されていない
マトリックスとを使用したクロマトグラフィー分離の比
較を示す。実験の条件は以下の通りである。
第１バッファー：酢酸塩50ml,pH6.5 第２バッファー：酢酸塩50ml,pH6.5 2M NaCl,pH4.5 流速 :140ml/h 図3Aは、カチオン荷電ポリマー網状構造により表面処
理された本発明の多孔質支持体（即ち、アニオン交換樹
脂として有用な表面処理された多孔質支持体）を含む種
々の多孔質支持体についての、流速に対する有効相対吸
着容量を示すグラフである。
図3Bは、図3Aに示した種々の多孔質支持体について、
流速に対する生産性を示すグラフである。
図４は、本発明の表面処理された多孔質支持体を含む
種々の固体支持体の、流速の関数としての絶対吸着容量
（mg/ml）を示すグラフである。
図５は、本発明の表面処理混合物の重合に際して、多
孔質固体マトリックス中で個々の孔の内部表面に形成さ
れそこから伸びる３次元ポリマー網状構造の推定上の構
造の概略図である。
5.発明の詳細な説明 本発明の方法は、まずモノマーを水中に又は水性／有
機溶液中に溶解させることを必要とする。
本発明の表面処理混合物の基本成分は、主要モノマー
である。本発明で使用する主要モノマー（又は他の溶
質）の適切な量は、モノマー溶液100ml当たりの主要モ
ノマーのグラム数に等しいパーセントとして表わされる
（パーセント重量／容積）。本発明の議論のために、モ
ノマー溶液の容積は、効果的には主要モノマー、中和モ
ノマー及び架橋剤を含む表面処理混合物の溶液の容積で
ある。主要モノマーの適当な濃度は約５％から約50％の
範囲にある（即ち、モノマー溶液100ml当たり５〜50gの
主要モノマー）。主要モノマーの好適濃度は約７％から
約20％である。
この出願において、主要モノマーはクロマトグラフ分
離（例えば、アフィニティー、イオン交換など）におい
て有用な吸着剤の製造のために使用しうる、当業者に既
知のいずれかのモノマーを含むものとして定義される。
かかるモノマーは、限定されるものではないが、非イオ
ン性モノマー、イオン性モノマー、親水性モノマー、疎
水性モノマー及び反応性モノマーを含む。反応性モノマ
ーは、特別の官能基を有するモノマーであり、この官能
基はモノマーと他の分子とを化学的に反応可能となし、
その後、該分子はポリマー網状構造上に不可逆的に固定
される。この方法は、アフィニティクロマトグラフィー
の基礎となり、化学的に結合された分子は“リガンド”
と呼ばれる。本発明の主要モノマーは脂肪族、芳香族又
は複素環式のものであってもよいが、これらは重合可能
な二重結合を有していなければならない；例えば、主要
モノマーはアクリル系、アリル系、ビニル系又はその他
のものであってもよい。
より特定的には、アニオン性ポリマーはアニオン性の
吸着剤（即ち、カチオン−交換支持体）を形成するため
に使用される。官能基（即ち、ビニルモノマー上の置換
基）は好適には、カルボキシル基（例えば、アクリル
酸、Ｎ−アクリロイルアミノヘキサン酸、Ｎ−カルボキ
シメチルアクリルアミド）、スルホネート基（例えば、
アクリルアミドメチル−プロパンスルホン酸）、又はホ
スフェート基（例えば、Ｎ−ホスホエチル−アクリルア
ミド）である。
カチオン性吸着剤を形成するためのカチオン性ポリマ
ーは以下の官能基を含有しうる：置換アミノ基（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 ハライド、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、ポリエチレングリコール ジメタ
クリレート、ジメチルアミノエチル メタクリレート、
ポリエチレングリコール ジビニル エーテル、又はポ
リエチレングリコール メタクリレート）、又は複素環
式アミン（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）。非イオン性ポリマー
は以下のものを含みうる：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、メチロール
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、複素環式中性モノマー（例えば、ビニル
ピロリドン、Ｎ−アクリロイル−モルホリン）、又はヒ
ドロキシ−含有アクリレート及びメタクリレート（例え
ば、ヒドロキシエチルアクリレート又はヒドロシキエチ
ル メタクリレート、ヒドロキシフェニル メタクリレ
ート、４−ビニルフェノール、及び２−ヒドロキシプロ
ピルアクリレート）。
疎水性クロマトグラフィーのための吸着剤を形成する
ために使用される疎水性モノマーは、オクチルアクリル
アミド又は−メタクリルアミド、フェニル−アクリルア
ミド、ブチル−アクリルアミド、ベンジル−アクリルア
ミド、及びトリフェニルメチル−アクリルアミドを含
む。
アフィニティクロマトグラフィーのための予め活性化
された吸着剤を形成するために使用される活性化モノマ
ー（即ち、これはさらに、“リガンド”により直接に誘
導体化しうる）は、グリシジル−アクリレート又は−メ
タクリレート、アクロレイン、アクリルアミドブチルア
ルデヒド ジメチルアセタール、アクリル酸無水物、ア
クリロイルクロリド、Ｎ−アクリルオキシスクシンイミ
ド、及びアリル−クロロホルメートを含む。
この表面処理混合物は、さらに、多孔質の固体支持体
の表面の内在部位の非特異的な吸着特性を中和すること
ができる適量の表面処理用又は中和モノマーを含有す
る。シリカの場合には、固有のシラノール基の酸性特性
が分離の間に問題となることが判明し、それゆえ、これ
らのシラノール基を中和することが望ましい。使用する
中和モノマーの量は、好適には上記支持体の外部又は内
部表面に存在するSi−OH基のほぼ等数を中和するのに十
分な量である。中和モノマーの量は、この場合もパーセ
ント（重量／容積）として表わすと、約0.5％から約６
％（w/v）、好適には約1.5％から約３％（即ち、モノマ
ー溶液100ml当たり約1.5〜３グラムの中和モノマー）と
なるべきである。
本発明で使用するための適当な中和モノマーは中性の
pHで正の電荷をもつモノマーでありうる；例として、置
換されたアミノ又はピリジン等のような、カチオン性ア
ミン基を含有するモノマーが含まれる。カチオン性中和
モノマーは、少なくとも１種の二重結合を有していなけ
ればならず、例えばビニル、アクリル又はアリル系のモ
ノマーである。
シリカの酸性特性及び水素結合形成の傾向を中和する
ために、水素結合（二極性相互作用）に関与しうるカチ
オン性モノマーは、また、本発明の特定の態様において
中和モノマーとして有効である。
本発明の好適な中和カチオン性モノマーは、これに限
定されるものではないが、ジエチルアミノエチル アク
リルアミド、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 メタクリレート、メタクリ
ルアミド プロピルトリメチルアンモニウム ハライ
ド、トリエチルアミノエチル アクリルアミド、トリエ
チルアミノエチル メタクリレート及びそれらのコポリ
マーを含む。
ポリオキシエチレン−含有モノマーも使用しうる。こ
の後者の基は極性基と（水素結合を介して）相互作用し
うる。水素結合を引き起こすことのできる好適な中和モ
ノマーは、ポリ（エチレングリコール）ｎ−ジメチルア
クリレート（ここで“n"は約50〜約1000である）のよう
なポリオキシエチレンモノマーである。
好適な中和疎水性モノマーは、これに限定されるもの
ではないが、アルキル基が分枝鎖状であるＮ−アルキル
アクリルアミド、アルキル基中に約20個までの炭素原子
を有するＮ−アルキルアクリルアミドメチレン鎖、及び
Ｎ−ベンジルアクリルアミド、N,N−（1,1−ジメチル−
２−フェニル）エチル−アクリルアミド、Ｎ−トリフェ
ニルメタクリルアミド、又はN,N−ジベンジルアクリル
アミドのようなＮ−アリールアクリルアミド誘導体を含
む。ポリマーの又はポリマー被覆マトリックスを処理す
る際に有用な代表的な表面処理用モノマーは、限定され
るものではないが、Ｎ−tert−オクチルアクリルアミド
（TOA）、Ｎ−（１−メチルウンデシル）−アクリルア
ミド（MUA）、Ｎ−（1,1,3,5−テトラメチル）−オクチ
ルアクリルアミド（TMOA）、トリトン−Ｘ−100−メタ
クリレート（TWMA）、及びポリエチレングリコール−ジ
メタクリレート（PEG−DMA）を含む。ポリスチレンのよ
うな或る種の有機（即ち、ポリマーの）多孔質のマトリ
ックスの内部表面上に、又は、多孔質の無機酸化物マト
リックス上に沈積した保護ポリマーコーティング上に存
在する疎水性の吸着部位は、これらの芳香族及び脂肪族
疎水性部分又は置換基を有する疎水性の表面処理用モノ
マーを使用して中和される。
中和及び主要モノマーを含む混合物に、二官能性の架
橋剤が添加される。この架橋剤は、多孔質マトリックス
の孔体積内に三次元の不溶性ポリマー網状構造を形成さ
せる。架橋剤が存在しない場合には、形成されたポリマ
ーは線状となり、その結果溶解するだろう。架橋剤の量
は、約0.1％から約10％（w/v）とすべきである。代わり
に、架橋剤の量は、使用する主要モノマー及び中和モノ
マーの全重量に基づいて計算しうる。好適には、架橋剤
の量は主要及び中和モノマーの全重量の約３から約10重
量％である。
本発明で使用される架橋剤は、少なくとも２個の重合
可能な官能基を有するアクリル、ビニル又はアリル系の
モノマーである。好適な架橋剤は少なくとも２個の二重
結合を有しており、限定されるものではないが、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 タートラジアミ
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 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 エーテル及び1,3−ジアリルオキシ−２
−プロパノールを含む。
その後、上記混合物は、多孔質の固体マトリックスと
混合し、これにより、マトリックスの孔に充填する。無
機支持体材料に関して、本発明で使用される適当な多孔
質の無機酸化物マトリックスは、限定されるものではな
いが、シリカ、アルミナ、遷移金属酸化物（限定される
ものではないが、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化
クロム及び酸化鉄を含む）及び窒化ケイ素及び窒化アル
ミニウムを含む他のすべての類似したセラミック材料を
含む。本発明の好適な無機物には、シリカ、酸化ジルコ
ニウム及び酸化チタンが含まれる。最適な無機物は約0.
2から約2cm3/gの孔体積、約50から約6000Åの孔サイ
ズ、及び約１から約800m2/gの表面積を有する、約５μ
ｍから約1000μｍの粒子サイズの多孔質シリカである。
この場合、ほとんどすべての水溶液は無機支持体により
吸着され、実質的に乾いた、固体の多孔質マトリックス
を残すだろう。
多孔質の無機酸化物マトリックス（例えば、シリカ）
の孔をモノマー水溶液（好適には、シリカマトリックス
のグラムでの重量にほぼ等しいmlで表わされた溶液の容
量）で充填した後、混合物を非水性の分散媒質中に置
く。適当な非水性の媒質は当業者に公知の非極性有機溶
媒を含む。処理したマトリックスを懸濁させるためのか
かる非水性媒質は、限定されるものではないが、鉱物性
及び植物性油、芳香族溶媒、脂肪族の低分子量溶媒、又
は塩素化溶媒を含む。最も好ましい非水性媒質には、ト
ルエン、塩化メチレン、及びヘキサンが含まれる。
その後、シリカ孔内でモノマーの重合を開始させるた
めに、非水性媒質中の混合物に重合開始剤を添加する。
開始剤の濃度（初期モノマー溶液の容積当たりの重量パ
ーセントとして表わす）は、約0.1％から約２％、好適
には約0.8％から約1.2％である。
当業者にとって明らかであるように、或る種の開始剤
は水性媒質中に最もよく溶解するが、他のものは有機媒
質中に溶解しうる。それゆえ、特定の開始剤又は開始剤
の組合せの溶解特性に応じて、重合開始剤は、表面処理
混合物を多孔質の固体マトリックスに添加する前に、こ
の混合物の初期溶液に添加しうる。特に、過硫酸アンモ
ニウム及びテトラメチルエチレンジアミン（TMEDA）の
開始剤の組合せは、別個に導入できる。一方の成分（水
溶性の過硫酸塩）は主要モノマー、中和モノマー、及び
架橋剤の水性混合物と組みあわせるのに対して、他の成
分（TMEDA）は非水性の分散媒質と組みあわせる。
TMEDAは水中においてかなりの溶解度を示すので、過
硫酸塩/TMEDAの組合せは特に有用であることに留意すべ
きである。かくして、処理した支持体、水及び非水性溶
媒を含む分散体中において、TMEDAは処理した支持体の
孔に浸透し、これにより特に熱的に重合を開始すること
ができる。
当業者に公知の典型的な重合開始剤は、本発明におい
て使用しうる。例えば、これらの開始剤はフリーラジカ
ル発生能を有する。適当な重合開始剤は、熱及び光開始
剤を含む。適当な熱開始剤には、限定されるものではな
いが、過硫酸アンモニウム／テトラメチルエチレン ジ
アミン（TMEDA）、2,2′−アゾビス−（２−アミジノ
プロパン）ヒドロクロリド、過硫酸カリウム／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）、及びベンゾイル−パーオキサイドが含まれる。好
適な熱開始剤は過硫酸アンモニウム／テトラメチルエチ
レンジアミン及び2,2′−アゾビス（イソブチロニトリ
ル）である。光開始剤は、限定されるものではないが、
イソプロピルチオキサントン、２−（２′−ヒドロキシ
−５′−メチルフェニル）ベンゾトリアゾール、2,2′
−ジヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン、及びリ
ボフラビンを含む。さらに、リボフラビンをTMEDAの存
在下で使用することが意図される。過硫酸塩及び第三級
アミンの組合せを使用する時には、過硫酸塩は好適には
非水性媒質の添加の前に添加される。というのは、過硫
酸塩は非水性分散媒質よりも水に一層可溶性であるから
である。
他の態様において、重合工程は孔誘導物質の存在下で
行うことができる。本発明の孔誘導物質は、実質的に固
体支持体の多孔度を減少させることなく重合を起こさせ
る。本発明で使用される適切な孔誘導物質は、ポロゲン
（porogen）とも呼ばれ、限定されるものではないが、
ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレン、デキス
トランのような多糖類、及び極性溶媒を含む。極性溶媒
は、化学合成又はポリマー化学で通常使用され、当業者
に公知のものを含む。適当な極性溶媒には、アルコー
ル、ケトン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミ
ド、及びジメチルスルホキシドが含まれる。好適な極性
溶媒はエタノール、メタノール、ジオキサン及びジメチ
ルスルホキシドである。
本発明の方法により表面処理されうる多孔質のポリマ
ーマトリックスは、これに限定されるものではないが、
ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、
種々のセルロースエステル（例えば、セルロースアセテ
ート、セルロースニトレート）、ポリオレフィン（例え
ば、ポリエチレン及びポリプロピレン）、ポリビニルア
セテート（及びその部分的に加水分解されたもの）、ポ
リアクリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロ
ニトリル、ポリアミド、ポリイミド、及び種々のブレン
ド、混合物、及びそれらのコポリマーを含む。かかるポ
リマーからの多孔質粒子及び他の構造体（例えば、微孔
質の膜）の製造は、当該分野で一般的に知られている。
表面処理されるポリマーの表面が無機酸化物基体の孔
壁上に存在する薄い保護コーティングの形態であって、
このようにして該基体が浸出に対して安定化される場合
には、ポリマーは一般的には適切な有機溶媒中に溶解可
能な線状の、高分子量ポリマーから構成されるだろう。
例えば、線状ポリスチレン（例えば、平均分子量が400
キロダルトンである）のコーティング溶液は好都合に
は、塩化メチレンのような塩素化炭化水素中にポリマー
を溶解することにより調製される。コーティング溶液中
のポリマーの典型的な濃度は、約２％から約20％（w/
v）の範囲である。理想的な濃度は、無機酸化物基体の
浸出を防止し又は最少にすることの有効性（これは比較
的高いポリマー濃度を示す）と、比較的高いポリマー濃
度で発生しうる孔体積（及び吸着能力）の部分的減少及
び孔の狭窄との間のバランスを達成することにより決定
される。ポリスチレンの保護コーティングが多孔質シリ
カ上に付着される場合、約10％（w/v）のポリスチレン
濃度が好適である。コーティングは最初に多孔質の支持
体を保護コーティングの溶液に含浸させ、次に蒸発によ
り溶媒を除去することにより塗布される。
多孔質の無機酸化物マトリックスに関して使用される
表面処理方法についての或る種の改変が示されるが、そ
れは表面処理される多孔質マトリックスの露出表面がポ
リマー性のものである場合、即ち、（ｉ）多孔質の支持
体粒子が完全にポリマーから形成される、又は（ii）無
機酸化物マトリックスが安定化用ポリマーコーティング
で保護されるといった場合である。これらの場合には、
非水性（即ち、“油相”）の分散媒質中の多孔質粒子
（水性モノマー溶液で含浸させたもの）の分散を伴う、
上述の方法による表面処理混合物の重合は或る種の不利
益を有する。ポリスチレン−被覆シリカ及び他のポリマ
ー被覆無機酸化物マトリックスの表面が主に疎水性であ
り、重合工程で使用されるであろう油相分散剤と相溶性
であるという事実から問題が生ずる。油相分散媒質は露
出されたポリマー性の表面を提供するマトリックスの孔
に浸透しがちであり、そして孔内の油の存在は種々の製
造上の問題（例えば、被覆ポリマーの部分的溶解、孔か
ら油を除去除去する困難性等）を生ずる。
従って、ポリマー表面が表面処理される場合には、改
変された重合方法が有利に使用され、この方法は上述の
油相分散媒質を含む方法とは異なるいわゆる“乾燥重
合”方法を伴うものである。特に、水性表面処理混合物
（即ち、モノマー溶液）を含浸させた多孔質マトリック
スは、見かけ上“乾燥した”自由流動性粉末の形状にお
いて、密閉された不活性（例えば、窒素）雰囲気におい
て（例えば、攪拌又は流動化により）激しく振動させる
間に、重合化反応を受ける。乾式重合反応は、典型的に
は、約60から90℃の温度、１から２バールの圧力で、２
時間ないし１晩にわたって実施される。
適度に“乾燥”しているが、モノマー溶液を含浸させ
た粉末は、注意深く計量しながら（例えば、滴下で）水
性の表面処理混合物を多孔質の支持体に添加することに
より製造でき、その結果、過剰の液相表面処理混合物は
ほとんど又は全く存在しない。モノマー混合物に有機共
溶媒（例えば、エタノール、ジメチルスルホキシド等）
を添加することは、ポリマーの又はポリマー被覆無機酸
化物マトリックスを主に水性の表面処理混合物により湿
らす方法の助けになる。例えば、架橋剤は好都合には10
％のエタノール水溶液の形態で最終モノマー混合物に添
加される。
本発明のこの態様では分散媒質として油相が存在しな
いから、この乾式重合方法において使用される開始剤
（即ち、重合触媒）は必然的に水溶性であり、一般には
熱的に活性化される。代表的な熱的に活性化される重合
開始剤は、アゾ−ビス−アミジノプロパンである。
本発明の他の面において、ポリマーの及びポリマー被
覆無機酸化物のマトリックスは、支持体の孔内でモノマ
ー溶液を重合し架橋する前にポリオキシエチレン（PO
E）及びポリビニルピロリドン（PVP）のような親水性ポ
リマーで処理し得る。この方法による処理は、モノマー
溶液中に存在する疎水的に結合する表面処理用モノマー
の配向された重合化が存在しない場合においてさえも、
タンパク質との非特異的結合の相互作用を減少させるの
に効果的であり得る。理論的に限定されることを望まな
いが、かかる高分子量の表面処理用のポリマーは、最初
にポリマー又はポリマー被覆無機酸化物マトリックスの
表面に吸着されると考えられる。モノマー溶液の重合時
に、これらのポリマーは浸透するポリマー網状構造の形
成により実質的に固定化される。すなわち、POE又はPVP
ポリマーは、孔の壁面及び孔体積の大部分を占める三次
元のポリマー格子の間に“サンドウィッチ”型の構造で
捕獲される。
すべての場合において、即ち、多孔質のマトリックス
が無機酸化物から成るか、又はポリマー被覆され、それ
ゆえに安定化された無機酸化物から成るか、又はポリマ
ーから成る場合に、本発明の重合方法は多孔質の固体マ
トリックスの孔壁面から離れて延びる三次元格子又は架
橋結合した網状構造を形成する。再び、理論によって限
定されることを望まないが、このポリマー網状構造は、
実質的に孔体積を満たす三次元構造ポリマーと共有結合
される固体支持体の非特異的吸着部位（シリカの場合に
は例えばシラノール）の表面と相互作用する薄い表面処
理領域又は層を含むものと考えられる。ポリマー格子の
三次元形状は、それが満たす孔の形状と実質的に同一で
あり（第５図参照）、表面処理層がマトリックス表面か
ら離れて延びる三次元ポリマー格子に隣接しかつ連続し
て配向されている（即ち、共有的に結合している）。こ
の配置は、一般的な使用の間に、例えば、表面処理され
た多孔質支持体が、高酸性pH、高アルカリ性pH、高イオ
ン濃度、及び強い酸化状態といった激しい洗浄状態にさ
らされた時、ポリマーの網状構造の“中和”又は“不活
性化”小片が支持体から溶出することを防止する。この
架橋されたポリマーの網状構造は新規なクロマトグラフ
ィーの吸着剤を形成し、次いで、例えば巨大分子を含む
種々の生体分子を分離し、かつ精製するための方法にお
いて使用することができる。
実際、驚くべきことに、本発明の表面処理された多孔
質支持体は幾つかの条件下で、特に流速の関数としての
動的吸着能に関して、比べるもののない程のクロマトグ
ラフ特性を表わすことが見い出された。特に、多孔質材
料の極めて多くのものが流速が増加するにつれて（例え
ば、約50cm/時又はそれ以上の流速において）有用な吸
着能の著しい減少を生ずるにも拘らず、本発明の表面処
理した多孔質支持体は静止状態から200cm/時にほぼ等し
い流速まで有用な吸着能の減少をほとんど示さない。例
えば、従来の“ゲル”型材料の挙動を本発明の支持体と
比較して、第3A,3B及び４図のグラフに示す（さらに、
実施例16に記載する）。
さらに、本発明の表面処理した多孔質支持体の絶対能
力は、高流速に対して同様の不感性を示す他の型の固体
支持体（例えば、スフェロデックス（Spherodex、登録
商標））で達成されるものよりもかなり大きい。こうし
て、第４図に示されるとおり、種々の固体支持体につい
て流速に対して絶対能力をプロットすると、本発明の表
面処理された固体支持体は、溶液の流速に対する相対的
不感性とともに極めて高い絶対吸着容量（mg/mlとして
表わされる）を有することが明らかである。
理論によって限定されることを希望しないが、高度に
開放され、柔軟な、主要モノマー単位の繰り返しから成
るポリマー鎖を主に含有する格子構造が多孔質の固体支
持体の孔内に形成されるものと考えられる。極めて意義
あることには、生物学的分子との所望の可逆的な相互作
用のために利用しうる多孔質支持体の領域は、上述の第
2.2節で議論されたようにSteuck（米国特許第4,618,533
号）及びVaradyら（米国特許5,030,352号）の方法で薄
い、実質的に二次元のコーティングが多孔質表面に塗布
される場合にそうであるように、孔の表面の直近の領域
に限定されない。むしろ、本発明のポリマー網状構造
は、孔壁の表面領域に厳格に限定される二次元のコーテ
ィングとは対照的に、三次元格子の態様で孔体積それ自
体の中に外方に向けて延びているものと考えられる。か
かる構造体の模式的ダイアグラムは、存在すると考えら
れるので、第５図に示してあり、ここでは（球状物体と
して描かれる）対象の生物学的分子が格子と相互作用し
ていることも示される。さらに、表面処理混合物中のポ
ロゲン（孔誘導物質）の存在が、この開放的な三次元ポ
リマー網状構造の形成を促進するものと考えられる。さ
らに、かかる延びたポリマー網状構造は静止（即ち、非
流動）状態で測定された本発明の表面処理された固体支
持体の異常に高度な絶対吸着能に貢献するのみならず、
こうした高度吸着能を溶液の流速にほとんど無関係に維
持することを可能にする。恐らく、この開放された、柔
軟な、三次元ポリマー網状構造の性質が生物学的分子の
ポリマー格子への急速な浸透を可能となし、それにより
溶液の高流速においてさえも表面処理された多孔質支持
体のポリマー網状構造内の吸着基と生物学的分子との効
果的な相互作用を可能にすると考えられる。この網状構
造への及びこれを通しての生物学的分子の急速かつ効率
的な物質移動は、慣用のクロマトグラフィー媒体に一般
的である有用な又は動的な吸着能および分割能の減少を
回避する。これらの慣用の媒体の場合には、被覆されて
いる支持体及び／又は材料の孔内における拡散が乏しい
物質移動速度をもたらし、クロマトグラフィーのプロセ
ス効率を限定する。
こうして、流速とは無関係に高度に維持された吸着能
及び急速かつ効果的な物質移動により特徴づけられたク
ロマトグラフィー分離を実施する方法は、本発明の表面
処理された多孔質支持体により達成され、この支持体は
支持体マトリックスの孔内及び孔を通じて延びる架橋結
合されたポリマー鎖の開放された、柔軟な、三次元の網
状構造又は格子を含むものである。
分離及び精製プロセスは、通常少なくとも２つの工程
を含む。第一の工程は、表面処理された多孔質の固体支
持体を含有する充填カラム又は流動床カラムに、少なく
とも部分的に精製された形態で分離し、かつ回収するこ
とを望む少なくとも一種の生体分子を含む混合物を含有
する溶液を充填することである。第二の工程は、溶離液
をこのカラムに流して、カラムから上記生体分子を放出
させ、そのことにより分離することである。
“段階的”溶出は、例えば、溶媒含量、塩含量又は溶
離液のpHを変化させて実施できる。当該分野で周知の勾
配溶出法が使用できる。例えば、カチオン交換体に可逆
的に結合されたタンパク質は一般にはpHをアルカリ値に
増大させることにより溶出でき（タンパク質の化学的安
定性に関係する限度に従う）、そして、プロテインＡ又
は同様の吸着剤に結合したイムノグロブリンは酸性値に
pHを減少させることにより溶出することができる。
本発明はさらに以下の実施例に言及して定義される
が、これは表面処理された多孔質の固体支持体の製造及
びこれを使用する方法を詳細に記載するものである。当
業者にとっては、材料及び方法の両方に対して多くの修
飾が本発明の目的及び範囲から逸脱することなく実施し
うることは明らかであろう。
6.実施例 6.1 一般的定義 以下の実施例において記載される方法をより良く理解
するために、幾つかの用語を以下に読者の利益のために
定義する。
表面処理のレベルは、リゾチームのような強カチオン
性分子の非特異的吸着が存在しないことの判定であり、
かかる分子は特徴的にシリカ表面上のシラノールと極め
て強い複合体を形成する。
多孔度係数は、タンパク質と多孔質支持体の間で何ら
の相互作用が存在しない物理化学的条件（例えば、高イ
オン強度）で測定されたタンパク質（例えば、我々の場
合はBSA）の溶出容積（Ve）と充填床の全容積（Vt）の
間の比である。
吸着容量は、下記の特定の条件下で測定された表面処
理された多孔質支持体床の単位容積（ml）当たりの吸着
されたタンパク質の量“mg"である： −カチオン吸着剤に対して:50mMトリスHCl、pH8.6、 −アニオン吸着剤に対して:50mMアセテート、pH6.5。
イオン交換容量は、滴定により測定された表面処理さ
れた多孔質支持体床の単位容積（ml）当たりのイオン化
可能な基の数μeqである。
実施例1:多孔質カチオン交換樹脂の製造 アクリルアミドメチル プロパン スルホン酸（AMP
S）のナトリウム塩20グラム（“g"）及びN,N′−メチレ
ン−ビス−アクリルアミド（MBA）1gを蒸留水50mlに溶
解する。ジエチルアミノエチル メタクリルアミド3gを
添加し、次いで全溶液のpHを６〜８に調節し、表面処理
混合物の最終溶液の容積を100mlとする。このモノマー
溶液に過硫酸アンモニウム500mgを室温で添加する。
振動させながら、モノマー溶液を多孔質シリカ（直径
40〜100μｍ、孔径1000〜1500Å、表面積20〜35m2/g及
び孔体積1cm3/g）に滴下して添加する。
30分間振動させた後、パラフィン油250mlを添加し、
攪拌懸濁液を60〜70℃に加熱し、次いでN,N,N′,N′−
テトラメチルエチレンジアミン1mlを添加する。
２〜３分後に発熱重合反応が生ずる。次いで樹脂を塩
素化溶媒により分離し、室温で乾燥させる。最後に、こ
の樹脂を希塩酸、希水酸化ナトリウム及び1Mの塩化ナト
リウムで十分に洗う。
このカチオン交換樹脂は次の特性を示す： −スルホン酸基の存在による酸性pKを有する滴定曲線； −シリカ表面の酸性シラノールに配向されるアニオン性
基の非存在； −395μeq/mlの酸基の数； −70％エタノール中のインシュリンに対する吸着能約80
mg/ml; −約30Kdの排除限界（exclusion limit）。
実施例2:アニオン交換樹脂の製造 メタクリルアミドプロピル トリメチル アンモニウ
ム クロリド（MAPTAC）20g及びN,N′−メチレン−ビス
−アクリルアミド（MBA）1gを蒸留水80mlに溶解し、溶
液のpHを7.5に調節する。別個に、過硫酸アンモニウム1
gを蒸留水20mlに溶解する。次いで、２つの溶液を室温
で一緒に混合した。
振動させながら、モノマー溶液を乾燥した多孔質シリ
カ100g（ビーズ直径40〜100μｍ、孔径1000〜1500Å、
表面積20〜35m2/g及び孔体積1cm3/g）に滴下添加する。
約30分間振動させた後、パラフィン油250mlを添加
し、混合物を60〜70℃に加熱する。シリカの孔内でモノ
マー溶液を重合させるために、N,N,N′,N′−テトラメ
チレンジアミン2mlを添加する。実施例１に記載したの
と同じ回収及び洗浄工程を実施する。
得られた樹脂は以下の特性を有する： −イオン交換容量：樹脂1ml当たり114μeqの第４級アン
モニウム基； −滴定曲線上に酸性（シラノール）基が視覚的に存在し
ない； −等電点以下のpHでチトクロームｃの非特異的吸着が存
在しない； −ウシ血清アルブミン（BSA）に対する吸着能:91mg/ml
樹脂； −BSAに対する多孔度係数（Ve/Vt）:0.52。
実施例3:異なる量の架橋剤を使用する第２のアニオン交
換樹脂の製造 実施例２に従い、0.5g、1g及び2gの異なる量のMBAを
使用して、２種のモノマー（MAPTAC及びMBA）をそれぞ
れ含有する３つの80mlの溶液を調製する。
他のすべての操作は実施例２と同様である。これらの
アニオン交換樹脂は以下の性状により異なる： 実施例4:架橋剤としてMBMAを使用するアニオン交換樹脂
の製造 N,N′−メチレン−ビス−メタクリルアミド（MBMA）1
gをジメチルスルホキシド（DMSO）50mlに溶解する。こ
の混合物にMAPTAC20gを含有する水溶液40mlを添加す
る。
攪拌時に、蒸留水10mlに予め溶解した過硫酸アンモニ
ウム1gを添加する。この得られたモノマー溶液を次いで
シリカの孔（1cm3/gの孔体積;1200〜1500Åの孔径）を
充填するために使用し、パラフィン油に代わり非水性溶
媒としてトルエンを使用することを除いて前述の実施例
に従って樹脂を調製する。
得られたアニオン交換樹脂は、以下の特性を示す： −イオン交換容量：樹脂ml当たり201μeqの第４級アミ
ノ基 −BSAに対する吸着容量:112mg/ml; −チトクロームｃのようなカチオン性タンパク質の非特
異的吸着は存在しない； −BSAに対する多孔度係数（Ve/Vt）:0.53。
実施例5:異なる量のMBMAによるアニオン交換樹脂の製造 架橋剤として異なる量のMBMAを用いて、実施例４に従
って３つの異なる樹脂を製造する。
DMSO−水溶液100mlを使用するとき、MBMAの量を次の
ように変える:0.5g、1g及び2g。非水性（有機）溶媒と
して60℃でパラフィン油を使用する。
得られた樹脂は、以下の特性を有する： 少なくとも検討した範囲内で架橋剤の量は三次元ポリマ
ーの多孔度を変化させないことがわかる。主要モノマー
の量に依存するイオン性基の量も一定である。
上述の樹脂はすべて、次亜塩素酸塩及び過酢酸のよう
な酸化剤に対して安定である。
実施例6:異なる多孔度のシリカを使用する強カチオン交
換体の製造 AMPS7g、MAPTAC3g及びMBA1gを蒸留水100mlに溶解す
る。次いで過硫酸アンモニウム1gを添加し、溶液をそれ
ぞれ50mlにわける。別個に、各々の溶液を次表に記載す
る以下の特性を有する乾燥シリカ50gに添加する： すべての他の操作は実施例１に従う。
以下の事項は、カチオン交換体の最終特性である： この実施例は、利用しうる多孔度がシリカの性質に依存
しないことを示している。シリカの選択は、アルカリ媒
質の感受性に関係する。例えば、5m2/gの表面積を有す
るシリカのアルカリ感受性は、25m2/gの表面積を有する
サンプルを使用するときよりも50％低い。
実施例7:異なる量のアニオン性モノマーを使用するカチ
オン交換体の製造 モノマーの水溶液（100ml）は、以下のものから成
る： MAPTAC:3g（シリカのシラノール基を中和するためのモ
ノマー） AMPS :7g及び10g（異なる量のアニオン性モノマー） MBA :1g（架橋剤） すべての他の操作（シリカとの混合、重合及び回収）
は、実施例１に記載の操作と同様である。
得られるカチオン交換体の最終特性は以下のとおりで
ある： この実施例からは、初期溶液中の官能化されたモノマー
の量が増大されるとき、イオン交換基の数は比例して高
くなることが確認できる。チトクロームｃに対する吸着
容量も同様に増加する。
実施例8:架橋剤としてMBMAを有する強カチオン交換樹脂
の製造 MBMA0.5gをDMSO50mlに攪拌しながら溶解させる。この
溶液に、AMPS10gを含有する水溶液30ml及びMAPTACの50
％水溶液6mlを添加する。
室温で過硫酸アンモニウム1gを添加する前に、最終容
積を100mlに調節する。
このモノマー溶液を乾燥多孔質シリカ100gに滴下し、
利用可能な孔体積（1250Åの孔径に対して1cm3/g）を完
全に充填する。残りの操作は、実施例１に記載の方法と
同一である。
最終のカチオン交換樹脂は次の特性を示す： −樹脂1ml当たりのイオン交換基:123μeq −チトクロームｃに対する吸着容量:128mg −リゾチームに対する多孔度係数:0.82 −酸化剤（NaOCl）に対する抵抗性：濃縮された形態に
おいてさえもすぐれている（市販品の1/10の希釈）濃縮
生成物 実施例9:弱カチオン交換樹脂の製造 蒸留水60mlに、MAPTACの50％水溶液6ml、MBA1g及びア
クリル酸10mlを溶解する。
この溶液の容積を100mlに調節し、pHは約4.5に調節
し、室温で過硫酸アンモニウム1gを添加する。
他の実施例において記載したように、モノマー溶液を
多孔質のシリカ100gに添加し、次いで、非水性の水に非
混和性の溶媒（例えば、パラフィン油、トルエン、又は
塩化メチレン）中で重合させる。
樹脂の最終特性は以下のとおりである： −ml当たりのイオン交換基（カルボキシレート）： 337μeq −チトクロームｃに対する吸着能： 118mg −非特異的吸着（クロマトグラフ試験）：すぐれてい
る。
実施例10:生物製剤の固定のための非イオン性ヒドロキ
シル基含有樹脂の製造 当初溶液を含むモノマーは以下のとおりである： −トリス−ヒドロキシメチル−メチル−メタクリルアミ
ド（THMMA）：非イオン性モノマー MAPTAC又はDEAEメタクリルアミド：シラノール基を中和
するためのカチオン性モノマー −MBA:架橋剤 溶液の組成は次のとおりである： すべての他の操作（乾燥シリカとの混合、重合及び回
収）は、前述の実施例に記載のものと同一である。
樹脂の最終特性は次のとおりである： −シリカ表面の良好な表面処理。ゲル濾過の通常の条件
下で吸収される有意の量のカチオン性タンパク質は存在
しない。
−牛アルブミンに対するVe/Vtはそれぞれ0.71、0.74及
び0.61である。
化学的修飾の後で、この樹脂は染料（チバクロン ブ
ルー F3GA）又はヘパリンのいずれかを固定するために
使用した。
各々のアフィニィティ吸着剤は、１回の通過でそれぞ
れヒトアルブミン及び抗トロンビンIIIを精製するのに
極めて効果的である。
実施例11:孔誘導物質としてのポリエチレングリコール
の存在下でのカチオン性樹脂の製造 実施例８に記載のとおりにして、２個のモノマー溶液
を調製する。一方に、10gのポリエチレングリコール600
0の溶液を添加する。
最終容積を100mlに調節し、pHを約７に調節し、次い
で両方の溶液に過硫酸アンモニウム1gを添加する。
多孔質シリカ（1200Å孔径、40〜100μｍ粒子径、25m
2/g表面積）にモノマー混合物を添加し、重合及び回収
を前述の実施例に記載のようにして行う。得られた樹脂
は、以下の特性を示す： この実施例は、同じ量の当初材料（イオン性基の同様の
値）にもかかわらず、多孔度はPEG−6000の存在により
影響されることを示している。
PEGが添加されると排除限界は実際には一層大きい。
実施例12:イオン樹脂によるタンパク質混合物のさらな
る分離 タンパク質混合物を速やかにかつ効率的に分離する能
力を示すために２個の樹脂を使用する。
−カチオン性樹脂（実施例５の第４級アンモニウム樹
脂） −アニオン性スルホン化樹脂（実施例８を参照） 直径が1cmで、長さが8cmのカラムにカチオン性樹脂
（201μeqの第４級アミノ基/ml）を充填し、0.05Mのト
リス−HCl緩衝液、pH8.5で平衡化した。1mgのチトクロ
ームｃ、ヘモグロビン−ベータラクトグロブリン及び卵
白アルブミンを含有する試料を注入し、塩勾配下で分離
する。
４成分の分離結果を以下に示す（第1A図）。分離は12
0ml/時の流速で実施する。
直径1cm及び長さ7cmのカラムに、アニオン性樹脂（13
8μeqSO3基/ml）を充填し、0.05Mの酢酸緩衝液、pH4.5
で平衡にする。卵白アルブミン、ベータラクトグロブリ
ン、チトクロームｃ及びリゾチームを含有する試料を注
入し、塩勾配下で分離する。
４成分の分離結果を以下に示す（第1B図）。分離は14
0ml/時の流速で実施する。
実施例13:カチオン性交換樹脂を製造する時は、シラノ
ール基を中和する必要があることを示す。
カチオン性モノマーMAPTACの存在により本質的に相違
する、２個のモノマー水溶液（それぞれ100ml）を実施
例１に従って製造する。
モノマー溶液の最終組成は、以下のとおりである： すべての操作（シリカとの混合、重合及び回収）は、上
述の実施例に記載のものと同一である。
得られたカチオン交換体の最終特性は以下のとおりで
ある： この結果は、分離機序を乱す酸性シラノールを中和する
必要性を示している。
実施例14:シリカ表面の表面処理に対するカチオン性モ
ノマー量の影響 シラノール基を中和するのに必要はカチオン性モノマ
ーの量を示すために（表面処理は表面積に比例する）、
異なる表面積をもつ多孔質のシリカで一連の実験を実施
する。
選んだシリカは以下のとおりである： 非イオン性のアクリルモノマー（THMMA）で共重合させ
た異なる量のMAPTAC（カチオン性モノマー）を使用し
て、実験を行う。
重合の後、表面処理の程度はリゾチームの非特異的吸
着を測定することにより評価される。
このように、リゾチーム（強カチオン性タンパク質）
に対する非特異的吸着レベルは、MAPTACがないときに高
いことが示される。大きな表面積（X075、100m2/g）を
もつシリカに対する非特異的吸着は、シリカX015（25m2
/g;15mg/mlの樹脂）に対する非特異的吸着よりも高い
（55mg/樹脂ml）。表面積と非特異的吸着の当初レベル
の間には、一定の比例関係が存在する。非特異的吸着の
レベルを０に下げるためのMAPTACの量も、利用しうる表
面積に比例する：シリカX015（25m2/g）は1.5％のMAPTA
Cを必要とするのに対し、シリカX075（100m2/g）を表面
処理するためには少なくとも６％のものが必要である。
実施例15:ポリスチレンに基づくアニオン交換樹脂の製
造 メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムク
ロリド10g、Ｎ−（1,1−ジメチル−２−フェニル）エチ
ルアクリルアミド2g及びN,N−メチレン−ビス−メタク
リルアミド2gをジメチルスルホキシド30mlに溶解する。
次に、この溶液に水20mlを加えて50mlに容積を増加させ
る。攪拌しながら、2,2−アゾビス−（２−アミジノプ
ロパン）−塩酸0.3gを室温で添加する。
震盪させながら，このモノマー溶液を多孔質のポリス
チレン（50〜150μｍのビーズ径、300〜400Åの孔径）5
0gに滴下する。過剰のモノマー溶液は真空濾過により除
去する。含浸させたポリスチレンビーズを密閉容器に導
入し、80〜90℃で５時間加熱し、ポリスチレンマトリッ
クスの孔内でモノマー溶液を重合させる。
最後に、得られた物質をエタノールで十分に洗い、過
剰のモノマーを除去し、さらに水で洗う。
得られた樹脂は、以下の特性を示した： −極めて親水性の物質（ポリスチレンの全体的な疎水性
及び非ぬれ性とは反対） −イオン交換容量:100μeq/樹脂ml −BSAに対する吸着容量:70mg/ml 実施例16:高流速における本発明の表面処理した多孔質
の支持体の性能 溶液の高流速下で（例えば、100cm/時に近い）、表面
処理された多孔質の支持体の性能を他の支持体材料の性
能と比較する。特に、DEAE−スフェロデックス（商
標）、DEAE−トリスアクリルプラス（商標）、DEAE−ト
リスアクリル（商標）、DEAE−アガロースをベースとす
る吸着剤、及び本発明の表面処理した多孔質の支持体の
相対吸着能及び生産性は、第3A及び3B図に示される。20
0cm/時に近い流速における絶対吸着能が、これらの支持
体に対して第４図において比較されている。第４図のデ
ータは、BSAの50mMのトリス緩衝液（pH8.6）（5mg/ml）
に対して作成したものである。
第3A図から、トリスアクリル、トリスアクリルプラス
及びアガロースをベースとする吸着剤については、約50
cm/時から約100cm/時の間の流速においては、有用な吸
着能は半分以下に減少することが理解しうる。対照的
に、本発明の表面処理された多孔質の支持体（例えば、
実施例２又は４の表面処理された支持体）において流速
が増大したときの有用な吸着能の保持される度合いは、
100cm/時に近づく流速においてさえも、DEAE−スフェロ
デックス（商標）にかなり匹敵する（即ち、有用な吸着
能は流速の関数とすると実質的に変化しないで保持され
る）。
加えて、生産性、即ち、それぞれの支持体で単位時間
当たりに分離工程において処理される物質の量の測定
は、第3B図において比較されている。再度、本発明の表
面処理された多孔質の支持体の性能は、DEAE−スフェロ
デックス（商標）吸着剤にかなり匹敵する。しかしなが
ら、本発明の表面処理された多孔質の支持体は、第４図
に示されるとおり、その吸着能を絶対ベースで比較する
と、DEAE−スフェロデックス（商標）より明らかにすぐ
れている。
実施例17:表面保護（すなわちプレコーティング）シリ
カ表面処理多孔質支持体を用いるアニオン交換樹脂の調
製 ポリスチレンペレット（10g、平均分子量約400,000ダ
ルトン）を塩化メチレン100mlに溶解し、多孔質シリカ
（直径40−100μｍ、孔径2000−3000Å、表面積10m2/
g、孔体積1cm3/g）100gに滴下する。約30分間震盪した
後、混合物を室温、空気流中で塩素化溶媒が完全に蒸発
するまで（すなわち、一定重量が観察されるまで）乾燥
する。得られる乾燥粉末を190℃で一晩加熱し、シリカ
の表面（内部および外部）上にポリスチレンの均一な薄
層を形成させる。
次いで、メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモ
ニウムクロリド（MAPTAC）20gおよびN,N′−メチレンビ
スメタクリルアミド1gを蒸留水80mlに溶解し、溶液のpH
を7.5に調整する。別途、過硫酸アンモニウム1gを蒸留
水20mlに溶解する。次いで２つの溶液を室温で混合し、
上記のポリスチレンコーティングしたシリカ100g中に滴
下する。約30分間震盪した後、混合物にパラフィンオイ
ル（250ml）を、N,N,N′,N′−テトラメチルエチレンジ
アミン2mlとともに加えてシリカ孔中でモノマー溶液を
重合する。得られる懸濁液を60−70℃に加熱して重合を
誘導する。
次いで表面処理樹脂を濾過によって回収する。ノニオ
ン性界面活性剤0.1−0.5％を含む水でよく洗浄してオイ
ルを除去し、中性pHで塩緩衝液中に貯蔵する。得られる
樹脂は実施例２で記載した樹脂と非常によく似たイオン
交換特性を示す。さらに、0.5M水酸化ナトリウムと一晩
接触させた後の重量損失によって測定したところ、強ア
ルカリ媒質中での感受性がはるかに改良されていた。本
実施例の表面処理樹脂は、非保護表面領域をもつシリカ
から重量にして調製されたアニオン性樹脂の約半分を失
ったのみである。
あるいは、ビニルモノマーを現場で重合させることに
よってマトリックスの表面にポリスチレンをコーティン
グし、これによってマトリックスの最小の孔の内部表面
でさえも保護ポリマーでコーティングすることができ
る。ビニルモノマーの重合条件は当業者に周知である
（例えば、Kirk−Othmer Concise Encyclopedia of Che
mical Technology,Wiley−Interscience Publication,N
ew York,pp.1115−1117）。このような現場重合の後、
コーティングした支持体を上記のように190℃で一晩加
熱してマトリックス上に均一な薄いフィルム層を作製す
ることが好ましい。
さらに、ポリスチレンはノニオン性またはイオン化可
能な置換基を、特にフェニル環の４−位に含むことがで
きる。例えば、カルボン酸、カルボン酸エステルまたは
アミド、スルフェート、ホスフェート、N,N−ジアルキ
ルカルボキサミド、低級アルキルアミン、N,N−ジアル
キルアミン、４級アンモニウム基などがポリマー上に存
在しうる。実際、ポリスチレンのフェニル環のすべてま
たはその一部に４−ヨウ素置換基が存在すると、公知の
方法（例えば、アリールリチウム形成、グリニアール、
または銅試薬とそれに続く二酸化炭素による急冷または
アルキル化）により他の官能基の多数のホストを導入で
きる。
また、合成有機ポリマーの薄いフィルムコーティング
をもつ多孔質固体マトリックスの表面処理は、実施例15
の方法などの本発明で開示した方法を変更することによ
り実施できる。
実施例18:各種表面積をもつ表面処理多孔質シリカ支持
体に基づくアニオン交換樹脂調製物のイオン交換および
タンパク質吸着容量の決定 本実施例は多孔質シリカマトリックス内の表面処理混
合物の重合が、薄い実質的に二次元の表面コーティング
とは異なり、三次元のポリマー網状構造または“格子”
を形成するという証拠を提供する。本発明の方法を用い
て３つのアニオン交換吸着剤を調製するが、それらの吸
着剤の差異は主として孔サイズであり、したがってシリ
カマトリックスの内部表面積に関係する。これらのシリ
カ基質の性質を以下の表にまとめて示す： Ｘ−005 Ｘ−015 Ｘ−075 粒子サイズ（μ） 40−100 40−100 40−100 孔体積（cm3/g） 1 1 1 孔サイズ（Å） 3000 1250 300 表面積（m2/g） 10 25 100 孔サイズが減少するにつれて表面積が増加し、一方孔
体積は本質的に一定であることがわかる。
これらのシリカベースのマトリックスから調製された
表面処理（“Ｑ−CPI"）アニオン交換支持体の性質を以
下の表にまとめて示す： イオン交換容量（すなわちイオン性基の数）およびBSA
吸着容量は比較的一定であるように見える；実際、これ
らの値はシリカ支持体の表面積が増加するにつれていく
らか減少する。特にイオン交換およびBSA吸着容量は、
シリカの表面積が増加するにつれて（すなわち表の左か
ら右へ）増加しない。これは、表面処理用溶液の重合で
形成されるポリマー格子が、薄い孔壁の表面コーティン
グとは異なり三次元の実質的に孔充填性網状構造を形成
するという解釈を支持する。
実施例19:表面保護（すなわちポリスチレンプレコーテ
ィング）表面処理多孔質シリカ支持体に基づくアニオン
交換樹脂の調製 ポリスチレンペレット（10g、平均分子量約400kD）を
塩化メチレン10mlに溶解し、次いで多孔質シリカ100gに
滴下する。シリカは粒子直径40−100μｍ、孔径2000−3
000Å、表面積10m2/g、孔体積約1cm3/gの性質を有して
いた。約30分間震盪した後、混合物を室温、空気流中で
塩素化溶媒が完全に蒸発するまで、すなわち、一定の粒
子重量が観察されるまで乾燥する。乾燥粉末を180℃で
一晩加熱し、シリカの内部および外部表面領域の両方で
ポリスチレンの均一な薄い表面層またはコーティングを
形成させる。このようにして得られたポリスチレンコー
ティングされたシリカは、非保護シリカマトリックスが
示すアルカリ媒質への感受性の一部のみを示す。特に、
この方法での保護ポリスチレンコーティングの付着は、
シリカ浸出の量を少なくとも２、３倍減少することが観
察された。
次いで、純粋エタノール100ml中にＮ−１−メチルウ
ンデシル−アクリルアミド（MUA）0.5gを溶解し、この
溶液を上で得られたポリスチレンコーティングシリカ10
0gに滴下した。30分間震盪した後、これをエタノールが
完全に蒸発する（再度、一定の固体重量が得られる）条
件下で窒温気流中においた。
次いで、ジメチルスルホキシド20ml中にN,N′−メチ
レン−ビス−メタクリルアミド1gを溶解した。この溶液
にメタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムク
ロリド（MAPTAC）20gを加え、蒸留水を加えて溶液の全
容量を80mlに調整した。別途、アゾビスアミジノプロパ
ン0.5g（開始剤として）を蒸留水10mlに溶解し、モノマ
ー溶液に加えた。その後、後者の容量を水で100mlに調
整し、この溶液90mlを次いでポリスチレンプレコーティ
ングシリカに滴下した。
この物質（すなわち、モノマー溶液に含浸したポリス
チレンプレコーティングシリカ）を次いで密閉容器中、
窒素下に80℃で２時間以上おいた。得られた生成物を水
および水相溶性溶媒でよく洗浄し、非重合物質およびそ
の他の反応副産物を除去した。
このようにして調製したカチオン性（すなわちアニオ
ン交換）樹脂は、４級アミノ基の150ミクロ当量/mlの固
定電荷密度（すなわちイオン交換容量）を示した。BSA
の可逆吸収容量は125mg/mlであった。非特異的結合（非
表面処理ポリスチレンコーティングシリカに対しては広
大で過剰であることが予期される）は本発明の方法で製
造される物質中最小であった。
実施例20:多孔質ポリスチレンマトリックスに基づくカ
チオン樹脂の調製 多孔質ポリスチレンビーズ（粒子直径50−70ミクロ
ン、孔径1000Å、孔体積1.6cm3/gの性質を有している）
をPolymer Laboratories,Inc.（Amherst,MA）からの市
販品として入手した。この多孔質架橋ポリスチレンビー
ズ5gをエタノールでよく洗浄し、次いで減圧下に乾燥し
た。
別途、メチレンビスメタクリルアミド61mgをジメチル
スルホキシド3.76mlに溶解した。これに、メタクリルア
ミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド（MAPTA
C）1.3gおよびアゾビスアミジノプロパン25mgを含む水
溶液2.44mlを加えた。窒素雰囲気下に４℃で穏やかに撹
拌しながら、この溶液に純粋エタノール1.5mlを加え
た。次いでこの溶液を、ビーズの孔体積中に完全に吸収
されるまで、乾燥ポリスチレンビーズに滴下した。30分
間震盪した後、混合物を密閉容器中、窒素圧下に85℃で
少なくとも２時間撹拌した。この後、ビーズ生成物を除
去し、酸性、アルカリ性および水性アルコール溶液でよ
く洗浄して反応副生物および非共重合物質を除去した。
この方法で得られたアニオン交換樹脂は極めて親水性
であり、固定（settled）樹脂容量の124ミクロ当量/ml
の密度でカチオン基を含んでいた。ウシ血清アルブミン
（BSA）取り込みで測定したタンパク質吸着容量は操作
条件により固定樹脂の30−50mg/mlであった。
実施例21:多孔質ポリスチレンマトリックスに基づく表
面処理カチオン樹脂の調製 実施例21は、ポリスチレン支持体の孔中で重合した混
合物中に表面処理用モノマーMUAを導入する点で前記実
施例20と異なる。前記と同様、多孔質ポリスチレンビー
ズ（粒子直径50−70ミクロン、孔径1000Å、孔体積1.6c
m3/gの性質を有している）をPolymer Laboratories,In
c.（Amherst,MA）からの市販品として入手した。この多
孔質架橋ポリスチレンビーズ5gをエタノールでよく洗浄
し、減圧下に乾燥した。
別途、メチレンビスメタクリルアミド61mgをジメチル
スルホキシド3.76mlに溶解した。これに、メタクリルア
ミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド（MAPTA
C）1.3gおよびアゾビスアミジノプロパン25mgを含む水
溶液2.44mlを加えた。窒素雰囲気下に４℃で穏やかに撹
拌しながら、この溶液に、表面処理用（“中和用”）モ
ノマーとしてＮ−１−メチルウンデシルアクリルアミド
（MUA）5.0mgを含む純粋エタノール1.5mlを加えた。次
いでこの溶液を、ビーズの孔体積中に完全に吸収される
まで、乾燥ポリスチレンビーズに滴下した。30分間震盪
した後、混合物を密閉容器中、窒素圧下に85℃で２時間
以上撹拌した。この後、ビーズ生成物を除去し、酸性、
アルカリ性および水性アルコール溶液でよく洗浄して反
応副生物および非共重合物質を除去した。
この方法で得られたアニオン交換樹脂生成物は、固定
樹脂容量の約115ミクロ当量/mlの密度でカチオン基を含
んでいた。ウシ血清アルブミン（BSA）取り込みで測定
したタンパク質吸着容量は固定樹脂の約80mg/mlであっ
た。この樹脂は広範囲のpH値（１から14）で安定であ
り、各種タンパク質混合物のクロマトグラフ分離に有利
に用いることができる。
実施例22:多孔質ポリスチレンマトリックスに基づく表
面処理アニオン樹脂の調製 実施例22は前記実施例21と以下の２点で異なる：
（ｉ）多孔質ポリスチレン支持体の孔中で重合する表面
処理用混合物中で用いるカチオンモノマー（MAPTAC）に
代えてアニオンモノマー（アクリルアミドメチルプロパ
ンスルホン酸ナトリウム塩）を用いる（重量基準で１対
１で）、および（ii）表面処理用または中和用モノマー
としてＮ−１−メチルウンデシルアクリルアミド（MU
A）に対してＮ−（1,1,3,5−テトラメチルオクチル）−
アクリルアミドを用いる。
前記と同様、多孔質ポリスチレンビーズ（粒子直径50
−70ミクロン、孔径1000Å、孔体積1.6cm3/g）をPolyme
r Laboratories,Inc.から入手した。この多孔質架橋ポ
リスチレンビーズ5gをエタノールでよく洗浄し、減圧下
に乾燥した。
別途、メチレンビスメタクリルアミド61mgをジメチル
スルホキシド3.76mlに溶解した。これに、アクリルアミ
ドメチルプロパンスルホン酸ナトリウム塩1.3gおよびア
ゾビスアミジノプロパン25mgを含む水溶液2.44mlを加え
た。窒素雰囲気下に４℃で穏やかに撹拌しながら、この
溶液に、表面処理用（“中和用”）モノマーとしてＮ−
（1,1,3,5−テトラメチルオクチル）−アクリルアミド5
0mgを含む純粋エタノール1.5mlを加えた。次いでこの溶
液を、ビーズの孔体積中に完全に吸収されるまで、乾燥
ポリスチレンビーズに滴下した。30分間震盪した後、混
合物を密閉容器中、窒素圧下に85℃で２時間以上撹拌し
た。この後、ビーズ生成物を除去し、酸性、アルカリ性
および水性アルコール溶液でよく洗浄して反応副生物お
よび非共重合物質を除去した。
この方法で得られたカチオン交換樹脂生成物は、非常
に親水性で固定樹脂容量の約100ミクロ当量/mlの密度で
アニオン（スルホネート）基を含んでいた。リゾチーム
取り込みで測定したタンパク質吸着容量は固定樹脂の約
95mg/mlであった。このアニオン樹脂は広範囲のpH値
（１から14）で安定であり、各種タンパク質混合物のク
ロマトグラフ分離に有利に用いることができる。
実施例23:表面保護（すなわちプレコーティング）およ
びPOE−表面処理された多孔質シリカ支持体を用いるア
ニオン交換樹脂の調製 ポリスチレンペレット（10g、平均分子量約400kD）を
塩化メチレン10mlに溶解し、多孔質シリカ100gに滴下す
る。シリカは粒子直径40−100ミクロン、孔径2000−300
0Å、表面積10m2/g、孔体積約1cm3/gの性質を有してい
た。約30分間震盪した後、混合物を室温、空気流中で塩
素化溶媒が完全に蒸発するまで、すなわち、一定の粒子
重量が観察されるまで乾燥する。その後、乾燥粉末を19
0−200℃で一晩加熱した。
このポリスチレンコーティングしたシリカを、平均分
子量約600kDの５％ポリオキシエチレン（POE）水溶液20
0mlに懸濁した。混合物を85℃で約５時間穏やかに撹拌
し、次いで過剰の溶液を濾過によって除去した。その
後、シリカビーズを水でよく洗浄して過剰のPOEを除去
し、ビーズを最終的に純粋エタノールで２回リンスして
乾燥した。
別途、ジメチルスルホキシド20ml中に撹拌しながらN,
N′−メチレンビスメタクリルアミド1gを溶解した。こ
の溶液にメタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニ
ウムクロリド20gを加え、蒸留水を加えて溶液の全容量
を80mlに調整した。次いで、アゾビスアミジノプロパン
0.5gを水10mlに溶解し、次いでモノマー溶液に加えた。
後者を水で全容量100mlに調整した。この溶液90mlを次
いでプレコーティングしたPOE−処理乾燥シリカに滴下
した。モノマー溶液で含浸したシリカを次いで密閉容器
中に80℃でおき、窒素下２時間重合を行った。得られた
生成物を水および水相溶性溶媒で酸性およびアルカリ性
pH値でよく洗浄し、非重合物質および反応副産物を除去
した。
このようにして得たカチオン性（すなわちアニオン交
換）樹脂は、４級アンモニウム基の170ミクロ当量/mlの
イオン交換容量を示し、BSAの可逆吸収容量は115mg/ml
であった。この物質を用いて行ったクロマトグラフ分離
の間において非特異的結合がないことは明らかであっ
た。
実施例24:表面保護（すなわちプレコーティング）およ
びPVP−表面処理された多孔質シリカ支持体を用いるア
ニオン交換樹脂の調製 ポリスチレンペレット（10g、平均分子量約400kD）を
塩化メチレン10mlに溶解し、次いで前記実施例で記載し
た性質の多孔質シリカ100gに滴下する。約30分間震盪し
た後、混合物を室温、空気流中で塩素化溶媒が完全に蒸
発するまで、すなわち、一定の粒子重量が観察されるま
で乾燥する。乾燥粉末を190−200℃で一晩加熱した。
このポリスチレンコーティングしたシリカを、平均分
子量約400kDの５％ポリビニルピロリドン（PVP）水溶液
200mlに懸濁した。混合物を85℃で約５時間穏やかに撹
拌し、次いで過剰の溶液を濾過によって除去した。その
後、シリカビーズを水でよく洗浄して過剰のPOEを除去
し、ビーズを最終的に純粋エタノールで２回リンスして
乾燥した。
別途、ジメチルスルホキシド20ml中に撹拌しながらN,
N′−メチレンビスメタクリルアミド1gを溶解した。こ
の溶液にメタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニ
ウムクロリド20gを加え、蒸留水を加えて溶液の全容量
を80mlに調整した。次いで、アゾビスアミジノプロパン
0.5gを水10mlに溶解し、次いでモノマー溶液に加えた。
後者を水で全容量100mlに調整した。この溶液90mlを次
いでプレコーティングしたPOE−処理乾燥シリカに滴下
した。モノマー溶液で含浸したシリカを次いで密閉容器
中に80℃でおき、窒素下２時間重合を行った。得られた
生成物を水および水相溶性溶媒で酸性およびアルカリ性
pH値でよく洗浄し、非重合物質および反応副産物を除去
した。このようにして得たカチオン性（すなわちアニオ
ン交換）樹脂は、４級アンモニウム基の約160ミクロ当
量/mlのイオン交換容量を示し、BSAの可逆吸収容量は約
120mg/mlであった。この物質を用いて行ったクロマトグ
ラフ分離の間において非特異的結合はほとんどまたは全
く見られなかった。
実施例25:表面保護（すなわちプレコーティング）およ
びPOE−表面処理された多孔質シリカ支持体を用いるカ
チオン交換樹脂の調製 ポリスチレンペレット（10g、平均分子量約400kD）を
塩化メチレン10mlに溶解し、次いで、以下の性質：粒子
直径25−60ミクロン、孔径3000Å、表面積15m2/g、孔体
積約1cm3/gをもつ多孔質シリカ100gに滴下する。約30分
間震盪した後、混合物を室温、空気流中で塩素化溶媒が
完全に蒸発するまで、すなわち、一定の粒子重量が観察
されるまで乾燥する。その後、乾燥粉末を190−200℃で
一晩加熱した。
このポリスチレンコーティングしたシリカを、５％ポ
リオキシエチレン水溶液200mlに懸濁し、85℃で約５時
間穏やかに撹拌した。過剰の溶液を濾過によって除去し
た。その後、シリカビーズを水でよく洗浄して過剰のPO
Eを除去し、ビーズを最終的に純粋エタノールで２回リ
ンスして乾燥した。
次いで、ジメチルスルホキシド20ml、水60mlおよびエ
タノール10mlからなる溶媒混合物90ml中に、N,N′−メ
チレンビスメタクリルアミド1g、メタクリルアミドプロ
ピルトリメチルアンモニウムクロリド1gおよびアクリル
アミドメチルプロパンスルホン酸ナトリウム塩18gを溶
解した。この溶液に、アゾビスアミジノプロパン0.5gを
含む水10mlを加えた。その後、得られた最終混合物を
“乾燥”ポリスチレン保護シリカに滴下した。モノマー
溶液で含浸したこのシリカを次いで密閉容器中に80℃で
おき、窒素下少なくとも３時間重合を行った。得られた
ポリアニオン性生成物を実施例24に記載のようによく洗
浄した。
このようにして得た樹脂は、スルホネート基の約100
ミクロ当量/mlのイオン交換容量を示し、リゾチームの
可逆吸収容量は約130mg/mlであった。
なお、本明細書で特に開示しなかったその他の組成物
および方法も本明細書は意図していることが当業者には
明らかである。このような他の組成物および方法は本発
明の精神の範囲内のものである。したがって、本発明
は、ここに開示する特定の態様の記載に限定されること
なく、以下の請求の範囲によってのみ限定されるべきも
のである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｎ 30/48 Ｇ０１Ｎ 30/48 Ｈ Ｋ 30/88 30/88 Ｊ (31)優先権主張番号 ９５６，４０４ (32)優先日 平成４年10月５日(1992．10．5) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） 早期審査対象出願 (56)参考文献 特開 平５−96184（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−170862（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−73848（ＪＰ，Ａ) 仏国特許出願公開2541593（ＦＲ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01J 20/28 B01D 15/08 B01J 20/26 G01N 30/48 G01N 30/88

Claims (52)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ｉ）内部および外部表面を有し、かつ生
    物学的分子との望ましくない非特異的相互作用を受けや
    すくする固有の基を有する多孔質の無機酸化物マトリッ
    クス；および（ii）主要モノマー、該主要モノマーとは
    異なる中和モノマー、および架橋剤を含有する表面処理
    混合物から誘導された三次元孔充填ポリマー網状構造；
    からなる表面処理された多孔質支持体であって、該混合
    物を該マトリックスの該表面と密接に接触させておいた
    ことにより、該混合物の重合後に、該マトリックスの固
    有の基が不活性化され、その結果として望ましくない非
    特異的相互作用が実質的に排除される、上記の表面処理
    された多孔質支持体。
  2. 【請求項２】（ｉ）内部および外部表面を有し、かつ生
    物学的分子との望ましくない非特異的相互作用を受けや
    すくするシラノール基を有する多孔質のシリカマトリッ
    クス；および（ii）主要モノマー、該主要モノマーとは
    異なる中和モノマー、および架橋剤を含有する表面処理
    混合物から誘導された三次元孔充填ポリマー網状構造；
    からなる表面処理された多孔質支持体であって、該混合
    物を該マトリックスの該表面と十分な時間密接に接触さ
    せておいたことにより、該混合物の重合後に、該マトリ
    ックスのシラノール基が不活性化され、その結果として
    望ましくない非特異的相互作用が実質的に排除される、
    上記の表面処理された多孔質支持体。
  3. 【請求項３】（ｉ）生物学的分子との望ましくない非特
    異的相互作用を受けやすくする固有の疎水性基をもつ点
    に特徴がある薄い保護ポリマー表面コーティングによっ
    て実質的に被覆された内部および外部表面を有する多孔
    質の無機酸化物マトリックス；および（ii）主要モノマ
    ー、該主要モノマーとは異なる中和モノマー、および架
    橋剤を含有する表面処理混合物から誘導された三次元孔
    充填ポリマー網状構造；からなる表面処理された多孔質
    支持体であって、該混合物を該コーティングの該表面と
    密接に接触させておいたことにより、該混合物の重合後
    に、該コーティングの固有の基が不活性化され、その結
    果として望ましくない非特異的相互作用が実質的に排除
    される、上記の表面処理された多孔質支持体。
  4. 【請求項４】（ｉ）生物学的分子との望ましくない非特
    異的相互作用を受けやすくする固有の疎水性基をもつ点
    に特徴がある薄い保護ポリスチレン表面コーティングに
    よって実質的に被覆された内部および外部表面を有する
    多孔質のシリカマトリックス；および（ii）主要モノマ
    ー、該主要モノマーとは異なる中和モノマー、および架
    橋剤を含有する表面処理混合物から誘導された三次元孔
    充填ポリマー網状構造；からなる表面処理された多孔質
    支持体であって、該混合物を該マトリックスの該表面と
    十分な時間密接に接触させておいたことにより、該混合
    物の重合後に、該マトリックスの疎水性基が実質的に覆
    われて不活性化され、その結果として望ましくない非特
    異的相互作用が実質的に排除される、上記の表面処理さ
    れた多孔質支持体。
  5. 【請求項５】（ｉ）内部および外部表面を有し、かつ生
    物学的分子との望ましくない非特異的相互作用を受けや
    すくする固有の疎水性基を有する多孔質のポリマーマト
    リックス；および（ii）主要モノマー、該主要モノマー
    とは異なる中和モノマー、および架橋剤を含有する表面
    処理混合物から誘導された三次元孔充填ポリマー網状構
    造；からなる表面処理された多孔質支持体であって、該
    混合物を該マトリックスの該表面と密接に接触させてお
    いたことにより、該混合物の重合後に、該マトリックス
    の固有の基が不活性化され、その結果として望ましくな
    い非特異的相互作用が実質的に排除される、上記の表面
    処理された多孔質支持体。
  6. 【請求項６】（ｉ）内部および外部表面を有し、かつ生
    物学的分子との望ましくない非特異的相互作用を受けや
    すくする疎水性基を有する多孔質のポリスチレンマトリ
    ックス；および（ii）主要モノマー、該主要モノマーと
    は異なる中和モノマー、および架橋剤を含有する表面処
    理混合物から誘導された三次元孔充填ポリマー網状構
    造；からなる表面処理された多孔質支持体であって、該
    混合物を該マトリックスの該表面と密接に接触させてお
    いたことにより、該混合物の重合後に、該マトリックス
    の疎水性基が実質的に覆われて不活性化され、その結果
    として望ましくない非特異的相互作用が実質的に排除さ
    れる、上記の表面処理された多孔質支持体。
  7. 【請求項７】可逆的な高吸着容量によってさらに特徴づ
    けられる、請求項１、３または５に記載の表面処理され
    た多孔質支持体。
  8. 【請求項８】前記のマトリックスがシリカから構成され
    る、請求項１に記載の表面処理された多孔質支持体。
  9. 【請求項９】前記のマトリックスが約５〜約1000ミクロ
    ンの初期平均粒子サイズを有する、請求項１、３または
    ５に記載の表面処理された多孔質支持体。
  10. 【請求項１０】前記のマトリックスが約0.2〜約2cm3/g
    の初期孔体積を有する、請求項１、３または５に記載の
    表面処理された多孔質支持体。
  11. 【請求項１１】前記のマトリックスが約１〜約800m2/g
    の初期表面積を有する、請求項１、３または５に記載の
    表面処理された多孔質支持体。
  12. 【請求項１２】前記のマトリックスが約50〜6000オング
    ストロームの初期孔サイズを有する、請求項１、３また
    は５に記載の表面処理された多孔質支持体。
  13. 【請求項１３】約500〜約2,000,000ダルトシのサイズ排
    除限界をもつことによってさらに特徴づけられる、請求
    項１、３または５に記載の表面処理された多孔質支持
    体。
  14. 【請求項１４】生物学的分子に対する可逆的吸着容量が
    表面処理された多孔質支持体床1mlあたり約１〜約300mg
    の範囲である、請求項７に記載の表面処理された多孔質
    支持体。
  15. 【請求項１５】前記の表面処理混合物の重合を孔誘導物
    質の存在下で行う、請求項１、３または５に記載の表面
    処理された多孔質支持体。
  16. 【請求項１６】前記の表面処理混合物の重合を極性有機
    溶媒の存在下で行う、請求項１に記載の表面処理された
    多孔質支持体。
  17. 【請求項１７】前記の表面処理混合物の重合を重合開始
    剤の存在下で行う、請求項１、３または５に記載の表面
    処理された多孔質支持体。
  18. 【請求項１８】前記の主要モノマーが少なくとも１個の
    極性置換基を有するビニルモノマーからなる、請求項
    １、３または５に記載の表面処理された多孔質支持体。
  19. 【請求項１９】極性置換基が非イオン性である、請求項
    18に記載の表面処理された多孔質支持体。
  20. 【請求項２０】極性置換基がイオン性であるか、または
    イオン化可能である、請求項18に記載の表面処理された
    多孔質支持体。
  21. 【請求項２１】前記のビニルモノマーがイオン性、非イ
    オン性、イオン化可能またはこれらの組合せであり得る
    少なくとも２個の極性置換基を有する、請求項18に記載
    の表面処理された多孔質支持体。
  22. 【請求項２２】前記の主要モノマーが所定の生物学的分
    子に対して親和性を有するポリマー網状構造をもたらす
    ように選択される、請求項１、３または５に記載の表面
    処理された多孔質支持体。
  23. 【請求項２３】前記の中和モノマーが少なくとも１個の
    イオン性またはイオン化可能極性置換基を有するビニル
    モノマーからなる、請求項１に記載の表面処理された多
    孔質支持体。
  24. 【請求項２４】前記の置換基が正に荷電している、請求
    項23に記載の表面処理された多孔質支持体。
  25. 【請求項２５】前記の中和モノマーが前記マトリックス
    の表面上のヒドロキシル基を不活性化するのに効果的な
    ポリマー網状構造をもたらすように選択される、請求項
    １に記載の表面処理された多孔質支持体。
  26. 【請求項２６】前記の中和モノマーがジエチルアミノエ
    チルアクリルアミド、ジエチルアミノエチルメタクリル
    アミド、ジメチルアミノエチルメタクリレート、メタク
    リルアミドプロピルトリメチルアンモニウムハライド、
    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、ポリエチレングリコールジ
    メタクリレート、およびポリエチレングリコールジアク
    リレートよりなる群から選ばれる、請求項１に記載の表
    面処理された多孔質支持体。
  27. 【請求項２７】前記の架橋剤が少なくとも１個の他の重
    合性の基を有するビニルモノマーからなる、請求項１、
    ３または５に記載の表面処理された多孔質支持体。
  28. 【請求項２８】重合性の基が二重結合、三重結合、アリ
    ル系の基、エポキシド、アゼチジン、および歪のある炭
    素環よりなる群から選ばれる、請求項27に記載の表面処
    理された多孔質支持体。
  29. 【請求項２９】前記の架橋剤が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）、ジアリルタートラジアミド、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
    ノールよりなる群から選ばれる、請求項１、３または５
    に記載の表面処理された多孔質支持体。
  30. 【請求項３０】前記の固有の基が水素結合または静電相
    互作用に関与し得る、請求項１に記載の表面処理された
    多孔質支持体。
  31. 【請求項３１】前記の極性置換基が正に荷電している、
    請求項18に記載の表面処理された多孔質支持体。
  32. 【請求項３２】前記の極性置換基が負に荷電している、
    請求項18に記載の表面処理された多孔質支持体。
  33. 【請求項３３】前記のコーティングが適当な溶媒に溶解
    してコーティング溶液を形成することができる線状ポリ
    マーからなり、該線状ポリマーがポリスチレン、ポリス
    ルホン、ポリエーテルスルホン、セルロースアセテー
    ト、セルロースニトレート、ポリ酢酸ビニル、ポリアク
    リレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリ
    ル、ポリアミド、およびポリイミドよりなる群から選ば
    れる、請求項３に記載の表面処理された多孔質支持体。
  34. 【請求項３４】重合開始剤がアゾ−ビス−アミジノ−プ
    ロパンである、請求項17に記載の表面処理された多孔質
    支持体。
  35. 【請求項３５】前記の中和モノマーが少なくとも１個の
    疎水性置換基を有するビニルモノマーからなる、請求項
    ３または５に記載の表面処理された多孔質支持体。
  36. 【請求項３６】前記の中和モノマーが前記の表面コーテ
    ィング上の疎水性基を不活性化するように選ばれる、請
    求項３に記載の表面処理された多孔質支持体。
  37. 【請求項３７】前記の中和モノマーが前記マトリックス
    の表面上の疎水性基を不活性化するように選ばれる、請
    求項５に記載の表面処理された多孔質支持体。
  38. 【請求項３８】前記の中和モノマーがＮ−アルキルアク
    リルアミド、Ｎ−アリールアクリルアミド、およびこれ
    らの誘導体よりなる群から選ばれる、請求項３または５
    に記載の表面処理された多孔質支持体。
  39. 【請求項３９】前記の中和モノマーがＮ−ｔ−オクチル
    アクリルアミド、Ｎ−（１−メチルウンデシル）−アク
    リルアミド、Ｎ−（1,1,3,5−テトラメチル）オクチル
    アクリルアミド、トリトン−Ｘ−100−メタクリレー
    ト、およびポリエチレングリコール−ジメタクリレート
    よりなる群から選ばれる、請求項３または５に記載の表
    面処理された多孔質支持体。
  40. 【請求項４０】前記マトリックスがポリスチレン、ポリ
    スルホン、ポリエーテルスルホン、セルロースアセテー
    ト、セルロースニトレート、ポリエチレン、ポリプロピ
    レン、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリレート、ポリフッ化
    ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、およ
    びポリイミドよりなる群から選ばれる、請求項５に記載
    の表面処理された多孔質支持体。
  41. 【請求項４１】前記のポリマーマトリックスがポリスチ
    レンから構成される、請求項５に記載の表面処理された
    多孔質支持体。
  42. 【請求項４２】重合開始剤が有機可溶性第三アミン、ニ
    トリル、および光化学開始剤よりなる群から選ばれる、
    請求項17に記載の表面処理された多孔質支持体。
  43. 【請求項４３】所定の生物学的分子を含有する試料から
    該分子を分離する方法であって、 （ａ）請求項22の表面処理された多孔質支持体を充填し
    たカラムに、混合物から分離すべき所定の生物学的分子
    を含有する試料を負荷し；そして （ｂ）負荷した該カラムに溶離液を流して該生物学的分
    子の分離を行う； ことからなる方法。
  44. 【請求項４４】前記の生物学的分子がタンパク質であ
    る、請求項43に記載の方法。
  45. 【請求項４５】前記の生物学的分子が炭水化物である、
    請求項43に記載の方法。
  46. 【請求項４６】前記の生物学的分子がポリヌクレオチド
    である、請求項43に記載の方法。
  47. 【請求項４７】生物学的分子の混合物を含有する試料
    を、請求項１、３または５の表面処理された多孔質支持
    体を充填したカラムに通すことからなる、生物学的分子
    を分離するためのクロマトグラフ法。
  48. 【請求項４８】前記のカラムが充填カラムまたは流動床
    カラムより選ばれる、請求項47に記載のクロマトグラフ
    法。
  49. 【請求項４９】内部および外部表面を有し、かつ生物学
    的分子との望ましくない非特異的相互作用を受けやすく
    する固有の基を有する多孔質の無機酸化物マトリックス
    を表面処理する方法であって、 （ａ）該マトリックスの該表面を、有効量の主要モノマ
    ー、該主要モノマーとは異なる中和モノマー、および架
    橋剤を含有する表面処理混合物と接触させ；そして （ｂ）該混合物を重合させて該マトリックス上に三次元
    孔充填ポリマー網状構造を形成させることにより該マト
    リックスの固有の基を不活性化させ、その結果として前
    記の望ましくない非特異的相互作用を実質的に排除す
    る； ことからなる方法。
  50. 【請求項５０】中和モノマーの量が前記マトリックスの
    表面に存在する固有の基を不活性化させるのに十分な量
    である、請求項49に記載の方法。
  51. 【請求項５１】１種以上の生物学的分子との望ましくな
    い非特異的相互作用を受けやすくする固有の疎水性基を
    もつ点に特徴がある薄い保護ポリマー表面コーティング
    によって実質的に被覆された内部および外部表面を有す
    る多孔質の無機酸化物マトリックスを表面処理する方法
    であって、 （ａ）該ポリマー被覆マトリックスの該表面を、有効量
    の主要モノマー、該主要モノマーとは異なる中和モノマ
    ー、および架橋剤を含有する表面処理混合物と接触さ
    せ；そして （ｂ）該混合物を重合させて該ポリマー被覆マトリック
    スの孔の内部に該孔を実質的に満たす三次元孔充填ポリ
    マー網状構造を形成させ、これにより、該コーティング
    ポリマーの固有の疎水性基を実質的に覆って不活性化
    し、その結果として望ましくない非特異的相互作用の強
    度および程度を顕著に低下させる；ことからなる方法。
  52. 【請求項５２】内部および外部表面を有し、かつ１種以
    上の生物学的分子との望ましくない非特異的相互作用を
    受けやすくする固有の疎水性基を有する多孔質のポリマ
    ーマトリックスを表面処理する方法であって、 （ａ）該ポリマー被覆マトリックスの該表面を、有効量
    の主要モノマー、該主要モノマーとは異なる中和モノマ
    ー、および架橋剤を含有する表面処理混合物と接触さ
    せ；そして （ｂ）該混合物を重合させて該ポリマー被覆マトリック
    スの孔の内部に該孔を実質的に満たす三次元孔充填ポリ
    マー網状構造を形成させ、これにより、該被覆ポリマー
    の固有の疎水性基を実質的に覆って不活性化し、その結
    果として望ましくない非特異的相互作用の強度および程
    度を顕著に低下させる； ことからなる方法。
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