KR0167754B1 - 다공성 비이드 조성물 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Description

다공성 비이드 조성물 및 그의 제조 방법

본 발명은 폴리아크릴로니트릴 또는 그들의 공중합체로 된 코어 및 아미드기로 구성되는 다공성 비이드와 같은 지지체 및 그의 개선된 제조 방법에 관한 것이다.

본 출원은 공동으로 양도되고 1988년 11월 23일에 출원된 마이클 티모티 쿠크(Micadel Timothy Cooke) 및 라우라 진 히스콕크(Laura Jean Hiscook)의 다공성 폴리아크릴로니트릴 비이드, 일련 번호 제 07/257,317 호, 대리인 명부 제 30,985호, 마이클 티모티 쿠크 및 라우라 진 히스콕크의 다공성 중합체 비이드 및 방법, 일련 번호 제 07/275,256호, 대리인 명부 제 30,669호, 및 데이비드 아더 레이(David Arthur Ley), 라우라 진 히스콕크 및 마이클 티모티 쿠크의 다공성 중합체 비이드의 제조 방법, 일련번호 제 07/275,170, 대리인 명부 제 30,987 호에 관련된다.

본 발명은 아크릴로니트릴 중합체 또는 그들이 공중합체 및 아미드 표면으로 구성되는 코어를 가지는 실질적으로 껍질이 없는 등방 다공성 비이드와 같은 지지체 및 그들을 제조하는 개선된 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 부착된 아민 또는 카르복실 관능기를 가지는 다공성 폴리아크릴로니트릴 비이드에 관한 것이다. 또 다른 실시 양태에서, 본 발명은 실질적으로 표면 위에 부산물 이미드 또는 카르복실기를 가지지 않는 비이드와 같은, 표면이 수화된 다공성 폴리아크릴로니트릴 지지체에 관한 것이다. 나아가, 본 발명은 용액으로부터 생물학적으로 활성인 물질을 분리하기 위하여 이 물질과의 복합물을 형성하기 위해 관능화된 유도체를 가지는 다공성 폴리아크릴로니트릴 비이드와 같은 지지체에 관한 것이다. 적절한 비이드는 크로마토그래피 분리 방법에 적용하기에 이상적으로 적절한 반면, 중공 섬유 및 막과 같은 다른 기질은 신장 투석과 같은 분리에 이용될 수 있다.

중성, 친수성 표면을 가지는 경질의 팽창할 수 없는 중합체 물질은 단백질 용액을 적용하는데 유용하다. 이들은 크로마토그래피 기질, 막, 이동되지 않는 효소용 담체 또는 면역화적 검정 지지체를 포함한다. 아크릴아미드기를 형성하기 위한 폴리아크릴로니트릴 표면의 수화는 당분야에 잘 알려져 있다.

스토이(stoy)의 미합중국 특허 제 4,110,529호는, 응고하는 동안 비이드의 표면 층으로 반응기를 도입시키는 것을 공개한다. 스토이 특허 중 실시예 5는 폴리아크릴로니트릴을 40% 아미드기로 부분 수화시킨 후 다공성 비이드를 형성하기 위해 응고시키는 것을 공개한다. 그러나, 본 방법에서 제조된 비이드는 물에서 매우 팽창하고 원하는 아미드기에 덧붙여 상당량의 부산물 카르복실레이트기를 함유한다. 따라서, 비이드는 크로마토그래피 지지체로서 특히 유용하지는 않다. 팽창하는 경향은 과잉 압력을 강하시키고 크로마토그래피 칼럼에서 유속을 일치하지 않게 하며, 카르복실레이트기의 존재는 이온 교환에 관여하지 않는 분리 방법에서 규정적이지 않은 결합을 일으킨다. 아미드기로의 높은 전환 만큼의 높은, 40% 아미드 전환이 비이드 강성도의 손실을 일으키는 크로마토그래피 흐름에서 상당한 손실을 초래한다는 사실에서 또한 문제가 발생한다.

선행 기술에서 니트릴기를 아미드로 전환시키는 다른 시도는 강산 또는 염기로의 처리에 관련된다. 이들 기술 모두는 일반적으로 약간의 표면 카르복실기의 형성을 초래한다. 리고폴로우스(Rigopolous)의 미합중국 특허 제 4, 143,203호는 가수분해된 표면과 비투과성 강성 폴리아크릴로니트릴 코어를 가지는 고체 입자를 공개한다. 표면은 75~95℃에서 황산의 용액 내에서 고체 폴리-아크릴로니트릴 입자를 가열시키므로서 가수분해된다. 그러나, 이들 조건 하에서 형성된 비이드는 비다공성이고 상당량의 부산물 카르복실기를 가지므로 비이온 교환 단백질 특이 크로마토그래피 적용에서 유용하지 않다.

염기성 조건 하에서 폴리아크릴로니트릴의 표면 변형은 표면 적외선 스펙트럼을 사용하는 케이 오타 (K.Ohta) 일행의 Nippon Kagaku kaish, 6 : 1002(1985)에 의해 연구되었다. 70℃에서 4시간 동안 5%의 수산화나트륨으로 폴리아크릴로니트릴 필름을 처리한 후, 오타는 표면 위에서 4.5%의 아미드 및 5.7%의 카르복실레이트기를 발견하였다. 70℃에서 4시간 동안 5%의 수산화나트륨 및 15%의 과산화수소로 필름을 처리(수성 알칼리 과산화물 반응)시키므로서, 2.1%의 아미드 및 0.7%의 카르복실레이트를 얻는다. 이들 처리 또한 충분히 선택적이지 않다.

따라서, 당 분야의 상태는 여전히 중성 친수성 표면을 가지는 매우 선택적인 비 팽윤성의 고 다공성 아크릴로니트릴 중합체 비이드 형성에의 중대한 결점을 가진다. 고 다공성 비이드의 더 큰 표면 영역 및 중합체 구조의 좁은 직경은 수화 정도를 정확하게 조절하기 위해 중요하다. 니트릴기의 아미드기로의 10% 이상의 전환은 크로마토그래피 분리에서 흐름의 상당한 손실을 가져온다. 산성 수화 반응의 정도를 정확하게 조절하는 것은 어렵다. 산성 수화는 또한 블록 중합체 구조를 발생시키는 강한 이웃기를 가지는 것으로 알려져 있다. 낮은 전환에서 블록 중합체 구조는 구조의 균일하지 않는 피복도를 초래한다. 따라서, 크로마토그래피 적용에서 비규정적 결합의 문제를 일으킨다. 산성 수화의 세 번째 문제는 카르복실 및 이미드기의 형성이다. 카르복실기의 존재는 크기 배제 또는 친화력 크로마토그래피를 적용하는 동안 원하지 않는 이온 상호 작용을 일으킨다.

놀랍게도, 발명자들은 용매의 조심스러운 조절에 의한 니트릴의 알칼리성 과산화물의 수화가 이러한 문제들을 피할 수 있다는 것을 발견하였다. 반응은 아미드 또는 카르복실기로의 부반응 없이 아미드기에 의하여 니트릴기를 선택적으로 전환시킨다. 용매를 조절하므로써 반응은 쉽게 조절될 수 있고, 낮은 전환에서 실제로 멈춘다. 용매, 바람직하게 메탄올의 사용은, 중합체의 표면 전체, 나아가 작은 기공 내에 존재하는 것까지도 모두 전환시킨다. 이것은 폴리아크릴로니트릴 코어의 표면 위에서 아미드기의 고른 분포를 가져온다. 또한 아미드기, 니트릴기 또는 이들의 조합에 의하여 아민 관능기를 생산하기 위해 환원시키는 방법을 발견하였다. 나아가, 아민기를 숙시닐화시켜 카르복실 관능기를 생산하는 방법이 발견되었다. 카르복실기의 카르보디아미드 활성에 의한 생활성 리간드의 부착은 생물학적 분리 기술에 대한 효소, 호르몬 또는 그들의 혼합물과의 복합물을 효과적으로 형성하는 것으로 밝혀진다.

나아가, 폴리아크릴로니트릴 코어의 경질 성질은 온화한 처리에 의해 최소로 영향을 미쳐서 본 발명의 생성물은 물에서 실질적으로 팽창하지 않고 압축되지도 않는다. 여기 첨부된 특허 청구범위에서 사용될 때, 용어 압축되지 않는은 응고 없이 약 3000 psi 이하의 칼럼 베드 내에서 유체 정압에 견딜 수 있음을 의미한다.

본 발명에 따라서, 표면 영역 위에서 실질적으로 이미드 또는 카르복실기를 가지지 않는, 기공 채널 벽을 포함하는 전체 표면 영역에 걸쳐 고르게 분포된 전체 니트릴기를 기준으로 약 15 몰% 이하의 아미드기 및 최소한 한 개의 공단량체 및 아크릴로니트릴로 구성되는 폴리아크릴로니트릴 또는 그들의 공중합체의 코어로 구성되고, 물에서 실질적으로 팽창되지 않고 압축되지도 않는 지지체를 제공한다.

바람직한 양태에서, 지지체는 실질적으로 1.5ml/g보다 작지 않은 기공 부치를 가지고, 실질적으로 등방성인 실질적으로 껍질이 없는 다공성 비이드이다. 바람직하게, 평균 기공 직경은 약 0.002μ 내지 약 5μ이고 평균 비이드 직경은 약 5μ 내지 약 2mm이다.

또한 본 발명에 따라서,

(a)(i)열에 의해 유도되는 상분리 공정에 의해 제조되는 폴리아크릴로니트릴 또는 아크릴로니트릴의 공중합체 및 적어도 하나의 공단량체를 포함하여 구성되는 지지체 ; 및 (ii)알칼리성 촉매를, 중합체 또는 공중합체용 액체 비용매 내의 현탁액에서 혼합하고,

(b) 상기 현탁액에 과산화물을 첨가하고 전체 표면 니트릴기의 약 15몰% 이하를 가수분해시켜 아미드기로 전환시키기에 충분한 시간 동안 가열하고,

(c) 표면이 변형된 지지체를 회수하는 것을 포함하여 구성되는, 그들 전체 표면 영역에 걸쳐 고르게 분포된 전체 니트릴기를 기준으로 15몰%이하의 아미드기 및 폴리아크릴로니트릴 또는 그들의 공중합체의 코어로 구성되는 실질적으로 껍질이 없는 다공성 중합체 비이드와 같은 지지체의 제조 방법을 제공한다.

바람직하게, 액체 비용매는 메탄올로 구성되고, 알칼리 촉매는 수산화나트륨으로 구성되고, 과산화물은 과산화수소로 구성된다. 회수 단계는 염, 물 및 완충 용액을 이용하는 세척 과정으로 구성될 수 있다. 디메틸설폭시드와 같은 반응 첨가제를 현탁액에 첨가하고, 지지체가 현탁액 내에서 결합되기 전에 어니일링되는 것이 또한 관찰된다. 계속적으로, 환원제는 또한 관능성 아민기를 형성하는 최소한 일부분의 아미드기, 니트릴기 또는 모두를 환원시키기 위해 사용될 수 있다. 아미드기는 카르복실 관능기를 생산하기 위해 더 숙시닐화 될 수 있다. 카르보디이미드와 같은 -COOH 기를 활성화시키는 것으로 공지된 임의의 종과의 반응에 의한 카르복실시의 활성화에 의하여, 생활성 리간드가 부착될 수 있다. 그러한 부착성을 가지는 비이드는 생물학적 분리 공정을 위하여, 리파제(지방 분해 효소) 및 예컨대 아세틸콜린에스테라제와 같은 단백질 분해 효소를 포함하는 효소들과, 그리고 인간의 혈청 알부민, 소의 혈청 알부민, 헤모글로빈, 오발부민, 미오글로빈, α-락트알부민, 티오로글로빈 및 소의 혈청 감마 글로부린과 같은 단백질과 결합되기 위해 사용될 수 있다.

폴리아크릴로니트릴 단독 중합체 또는 공중합체로 구성되는 지지체는 일반적으로 공지되어 있다. 예컨대, 폴리아크릴로니트릴의 반투과성 막은 다양한 화학적 분리에서 이용된다. 상표명 PAN 140으로서 아사히 메디칼 캄파니 리미팃드(Asahi Medical Company Ltd.)에 의해 시판되는 것과 같은 폴리아크릴로니트릴의 공중 섬유는 일반적으로 신장 투석 장치에서 사용된다.

아크릴로니트릴 중합체 또는 공중합체로 구성되는 다공성 비이드는 당업자에게 공지되고 본 발명의 실행에서 이용될 수 있다. 다공성 공중합체를 제조하는 방법은 미합중국 특허 제4,246,352호에서 기술된다. 다공성 폴리아크릴로니트릴 비이드를 제조하는 바람직한 방법은 공통적으로 양도되고 동시에 계류 중인 미합중국 특허 출원, 쿠크 및 히스콕크의 일련 번호 제07/275.317호, 대리인의 명부 제30,985호, 및 레이(Ley)히스콕크 및 쿠크의 일련 번호 제07/275,170호, 대리인의 명부 제30,987호, 및 쿠크 및 히스콕크의 일련 번호 제07/275,256호, 대리인 명부 제30,669호에서 공개된다. 여기에서 공개된 열에 의해 유도된 상 분리 방법은 실질적으로 껍질이 없는 등방성이고 높은 기공 부피를 가지는 아크릴로니트릴 중합체 또는 공중합체로 구성되는 미소다공성 비이드를 제공한다. 본 발명의 실행에서 사용되는 지지체로서의 그러한 비이드가 바람직하다. 그러한 다공성 비이드 지지체는 본 발명의 실행에서 사용되는 바람직한 지지체 중에 있다. 비(非) 다공성 비이드 또는 필름, 다공성 막, 다공성 섬유 포함 중공 섬유, 모노필라멘트, 아크릴사 및 직조된 섬유와 같은 폴리아크릴로니트릴 지지체 또한 바람직하다. 한 개 이상의 상기에서 정의된 바와 같은 지지체로 구성되는 구조가 또한 포함된다. 따라서 지지체의 형태는 여기에서 공개된 본 발명의 실행에 대해 중요하지 않다는 것이 더욱 명확해진다.

상기 언급된 것처럼, 폴리아크릴로니트릴 지지체는 아크릴로니트릴 단독 중합체 또는 공중합체로 구성될 수 있다. 적절한 공단량체는 C₂-C₆모노올레핀, 비닐 아미노 방향족, 알케닐 방향족, 비닐 방향족, 비닐 할로겐화물, C₁-C₆알킬(메트) 아크릴레이트, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 비닐 피롤리돈, 비닐 피리딘, 알킬(메트) 아크릴레이트의 C₁-C₆히드록시에스테르, 메트(아크릴)산, 아크릴로메틸프로필 설폰산, N-히드록시-함유 C₁-C₆알킬(메트)아크릴아미드, 아크릴아미도메틸프로필설폰산, 비닐 아세테이트, 글리시딜(메트)아크릴레이트, 글리세롤(메트)아크릴레이트, 트리스(히드록시메틸)아미노메틸(메트)아크릴아미드 또는 그의 혼합물로 구성될 수 있다. 아트릴로니트릴 공중합체는 아크릴로니트릴 약99-약20 중량부 및 공단량제 약1-약80 중량부로 구성될 수 있다. 아크릴로니트릴은 약90몰% 이상으로 존재하고, 바람직한 공단량체는 메틸 아크릴레이트를 포함하여 구성된다.

아크릴로니트릴 지지체의 표면은 중합체용 비용매 액체 내에서 알칼리 과산화물과 니트릴 표면기를 반응시키므로써 아미드기를 형성하기 위해 가수분해 된다. 반응은 아미드 또는 카르복실기로의 부반응 없이 나트릴기를 아미드기로 선택적으로 수화시킨다. 게다가, 본 발명의 방법은 놀랍게 쉽게 조절되고 아미드기로의 15몰% 이하의 니트릴기의 전환이 쉽게 얻어질 수 있다. 일반적으로, 방법은 아크릴로니트릴 지지체 및 비용매의 현탁액, 그리고 임의로 물을 형성하는 것을 포함하여 구성된다. 현탁액 내로 촉매를 도입시키는 것이 또한 고려된다. 현탁액을 휘저어 섞어 주고 알칼리성 시약을 첨가한다. 그리고 나서 현탁액을 가열하고, 과산화물을 첨가시키고, 현탁액을 휘저어 섞어 주고 반응을 원하는 정도로 수행하였다.

본 발명의 실행에서 사용되는 적절한 과산화물은 과산화수소, t-부틸히드로과산화물 또는 그들의 혼합물 등으로 구성된다.

수많은 알칼리성 시약이 당업자에게 공지되고 본 발명에서 사용하기에 적절하다. 알칼리성 시약은 수산화나트륨, 수산화 칼륨 또는 그들의 혼합물 등으로 구성된다.

본 발명을 실행할 때에 필수적인 것은 아크릴로니트릴 중합체 또는 공중합체에 대한 적절한 비용매의 선택이다. 그러나 비용매는 또한 알칼리성 시약 및 과산화물에 대한 용매이어야 한다. 용매-비용매 계의 성분의 농도 및 선택은 반응의 선택도 및 정도를 조절하는 것으로 여겨진다.

출원인이 비록 임의의 이론에 의해 묶이기를 원하지는 않지만, 형성되는 아미드기를 용매화시키기 위한 용매계의 능력이 반응의 정도를 조절하는 것으로 여겨진다. 따라서, 용매 대 비용매의 비를 조절하므로써, 전환 정도가 조절 될 수 있다. 바람직하게, 과산화수소가 과산화물이고 수산화나트륨이 알칼리성 시약인 경우, 메탄올이 비용매로 사용된다.

회수 단계는 또한 관능성 아민기를 형성하기 위하여 촉매적으로 감소된 세척 과정을 포함하여 구성된다. 아민기는 펜던트기의 말단에서 카르복실 관능가를 생산하기 위해 더 숙시닐화 될 수 있다. 카르보디이미드로 카르복실기를 활성화시키는 것은 생활성 리간드의 부착을 허용할 것이다. 파라 아미노벤즈아미드(PABA)와 같은 생활성 리간드 함유 비이드는 아세틸콜린에스테라제와 같은 효소와 결합하기 위해 생물학적 분리 방법에서 사용될 수 있다.

바람직한 실시 양태에서, 지지체 비이드는 비용매와 함께 현탁액 내로 도입되기 전에 어니일링 된다. 어니일링 단계는 두 단계에서 가장 바람직하게 수행된다. 먼저, 비이드를 비용매 내에서 약 50℃이상으로 가열한다. 적절한 비용매는 물, 저급 알코올 및 C₁및 C₈탄화수소를 포함한다. 그리고 나서 비이드를 약 50℃ 이하에서 건조시키고 나서, 약 30-60분 동안 s90。-100℃로 가열한다. 첫 번째 단계(비용매 내에서의 가열)는 두 번째 단계에서의 비이드 집괴를 제거하는 것으로 나타난다. 어니일링 단계는 비이드의 반응성을 감소시키는 것으로 나타난다. 비록 출원인이 임의의 단일 이론에 얽메이기를 원하지 않지만, 이는 중합체가 더욱 정돈되고/거나 표면적이 감소되므로써 나타나는 것으로 가정된다. 따라서, 어니일링은 아미드기 반응으로의 니트릴의 조절 방법을 나타낸다.

하기 실시예들은 본 발명을 예증한다. 그들은 어떠한 방식으로도 특허 청구 범위를 제한하기 위하여 구성된 것이 아니다.

하기 과정은 표면 수화를 위한 지지체로 사용하기에 적절한 폴리아크릴로니트릴 또는 그들의 공중합체로 구성되는 다공성 중합체 비이드를 제조하기 위해 사용된다.

다공성 비이드는 아크릴로니트릴 중합체 및/또는 공중합체로부터 제조된다. 아크릴로니트릴 공중합체는 바람직하게, 예컨대 (C₂-C₆)모노-올레핀, 비닐방향족, 비닐아미노방향족, 비닐 할로겐화물, (C₁-C₆)알킬(메트)아크릴레이트, (메트)아크릴아미드, 비닐 피롤리돈, 비닐피리딘, (C₁-C₆)히드록시알킬(메트)아크릴레이트, (메트)아크릴 산, 아크릴로메틸프로필설폰산, N-히드록시 함유(C₁-C₆)알킬(메트)아크릴아미드, 또는 임의의 이들의 혼합물과 공중합된 폴리아크릴로니트릴로 구성된다. (C₁-C₆)알킬(메트)아크릴레이트에 대한 특별한 언급이 있다.

아크릴로니트릴 중합체 또는 공중합체에 대한 용매로서, 영구적인 화학적 변형 없이 그들을 녹일 수 있는 임의의 유기 또는 무기 액체가 사용될 수 있다. 이들은 디메틸 설폭시드, 디메틸 포름아미드, 디메틸 설폰, 염화 아연의 수성액 및 티오시안산 나트륨을 포함한다.

아크릴로니트릴 중합체 또는 공중합체에 대한 비용매는 그들과 혼화되지 않는 임의의 액체 매질로 구성될 수 있다. 이들은 우레아, 물, 글리세린, 프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜 또는 그들의 혼합물로 구성될 수 있다.

비용매 분산액은 아크릴로니트릴 중합체 또는 공중합체 및 중합체 용매와 혼화되지 않는 임의의 액체 매질로 구성될 수 있다. 일반적으로 그들은 지방족, 방향족 또는 히드로방향족 탄화수소 및 그들의 할로겐화된 유도체, 저분자량 폴리실록산, 올레핀, 에테르 및 유사한 그러한 화합물과 같은 저극성의 액체로 구성될 것이다.

바람직한 용매-비용매 계는 디메틸 설폰-우레아-물, 또는 디메틸 설폰과, 첨가된 물, 프로필렌 글리콜 도는 에틸렌 글리콜과 중 어는 것과의 용매혼합물을 포함하여 구성된다.

외부 기공도 및 기공 크기 분포의 조절은 모두 중합체, 용매 및 비용매(들) 용액의 조성물의 기능이다. 하기는 이들 다공성 중합체 비이드를 제조하는 방법을 상세히 기술한다.

99몰%의 아세토니트릴 및 1몰%의 메틸 아크릴레이트 함유 습윤 공중합체(중량을 기준으로 공중합체 : 물=1 : 1)5g을 우레아 5g 및 디메틸 설폰 30g과 함께 갈아서 분말화된 혼합물을 형성한다. 혼합물을 160℃로 가열한 무기유(mineral oil)100ml를 포함한 1리터 플라스크 내에 둔다. 하나의 상은 균일 중합체 용액이고 다른 상은 무기유인 두 개의 액체 상이 존재할 때 까지 혼합물을 휘저어 섞어 준다. 오우버헤드 패들 교반기로 혼합물을 빠르게 휘저어 섞어주어서 무기유 내에서 뜨거운 (약 120℃) 중합체 용액의 소적으로 구성되는 현탁액을 얻는다. 캐뉼러를 통해 현탁액을 70℃에서 유지시킨 500ml의 무기유, 6g의 디메틸설폰 및 1g의 우레아로 구성되는 두 번째 휘저어 섞어 준 혼합물로 옮기므로써 소적을 냉각시킨다. 더 차가운 무기유를 접촉시키는 동안 소적을 고체화시킨다. 혼합물을 휘저어 섞어 주면서 실온으로 냉각시키고 나서, 오일의 점도를 감소시키기 위해 염화 메틸렌으로 희석시킨다. 소적을 흡인 여과기 위에 모으고 염화 메틸렌으로 세척하고 나서, 용매를 실온에서 1.5시간 동안 아세톤 200ml으로 추출시킨다. 결과 비이드를 주사 전자 현미경에 의해 시험한 결과, 약 0.5μ의 비교적 균일한 기공 직경을 가지는 매우 다공성인 것으로 나타났다. 기공은 비이드의 외부 표면에까지 연장된다. 비이드는 직경이 10μ 내지 몇 mm로 크기가 변한다.

이들 다공성 중합체 비이드의 또 다른 상세한 실시예는 하기와 같다. :

288g의 디메틸 설폰, 99 : 1 몰비의 아크릴로니트릴 : 메틸 아크릴레이트로 구성되는 12g의 아크릴로니트릴 공중합체 및 100ml의 프로필렌 글리콜을 합하여 기계적으로 구동된 교반기 및 복각 레그(leg)가 장착된 파르(parr)반응기 내에 둔다. 반응기를 140℃로 가열하여 균일한 용액을 형성한다. 150psig 질소 압력을 사용하여, 140℃로 가열된 라인 및 원자화 노즐(예컨대, 레클러(Lechler) 코포레이션의 충분히 큰 center jet 노즐, 1.17cm(0.46인치)의 직경 오리피스)을 통해 용액을 강제로 주입시킨다. 액체 소적을 급냉시키기 위하여 3리터의 휘저어 섞어준 무기유에 대해 7.62cm(3인치) 또는 4리터의 휘저어 섞어 준 헵탄에 대해 10.16cm(4인치)의 노즐을 장착한다. 무기유를 제거하기 위해 고체화된 소적을 헵탄으로 세척하고, 건조시키고, 미소 다공성 비이드를 제조하기 위해 85내지 90℃의 물3리터로 1시간 동안 추출한다. 기공 크기는 0.5내지 1.5μ이고, 대부분의 비이드는 25내지 150μ 크기이다.

[실시예 1]

메탄올 115ml 및 디메틸설폭시드(56.4mmol)4ml내의 건조 어니일링 된 폴리아크릴로니트릴 비이드(45-90mm, 94.5mmol)5g의 현탁액을 질소 퍼지 하에서 휘저어 섞어주었다. 10분 동안 퍼징 시킨 후, 2N수성 수산화나트륨 2.4ml(4.8mmoles)를 현탁액에 첨가하고 현탁액을 35℃까지 가열하였다. 30%의 과산화수소 용액 4.9ml(0.96mmol)를 10분에 걸쳐 첨가하였다. 반응 혼합물을 35℃에서 3시간 동안 휘저어 섞어주었다. 3시간 후, 2N 염산 2.4ml(4.8mmole)를 첨가하고 반응 혼합물을 1분 동안 휘저어 섞어준 후 여과시켰다. 비이드를 0.1N 수성 염산, 물, 메탄올로 세척한 후 건조시켰다. 비이드의 아미드 함량은 적외선 분석에 의해 8.3%로 측정되었다.

[실시예 2]

질소로 현탁액을 퍼징 시키기 전에 물 5.6ml를 반응 혼합물에 첨가시키는 것을 제외하고는, 실시예 1의 과정을 따랐다. 비이드의 아미드 함량은 적외선 분석에 의해 9.5%로 추정되었다.

[실시예 3]

30%의 과산화수소 14.7ml를 사용하고 반응을 35℃에서 45분 동안 진행시킨 것을 제외하고는, 실시예 1의 과정에 따랐다. 비이드의 아미드 함량은 적외선 분석에 의해 9.2%로 측정되었다.

[실시예 4 및 5]

열에 의해 유도된 상 역전에 의해 제조된 다공성 99/1 몰비의 아크릴로니트릴/메틸 아크릴레이트 공중합체 비이드를 캐스팅 용매의 추출 후 물에 저장하였다. 시료를 꺼내어 건조시키고, 95℃에서 0.5시간 동안 어니일링 시켰다. 어니일링된 비이드 및 습윤 비이드(0.2g 건조)를 메탄올 9ml 내의 디메틸설폭시드 0.16ml, 30% 과산화수소 0.58ml 및 2N 수산화나트륨 0.1ml와 반응시켰다. 3시간 후, 어니일링된 비이드는 1.8%의 아미드 전환을 가지는 반면, 어니일링되지 않은 습윤 비이드는 8.5%의 아미드 전환을 가졌다. 본 발명의 사용을 통해 가능한 전환의 조절 정도를 더 설명하겠다.

[실시예 6-12]

과산화수소 및 물의 양을 변화시켜 실시예 1의 과정을 따랐다. 결과는 하기 표 1에 나타나 있다.

표 1은 용매 대 비용매의 비가 변하므로서 아미드의 전환 정도를 조절할 수 있음을 설명한다.

[실시예 13]

99몰%의 아크릴로니트릴과 1몰%의 메틸 아크릴레이트로 구성되는 다공성 비이드 46g을 열에 의해 유도된 상 역전에 의해 제조하였다. 비이드를 어니일링시키고 나서 디메틸설폭시드 37.0ml, 메탄올 207.5ml, 30% 과산화수소 133.2ml 및 2N 수산화나트륨 21.7ml와 반응시켰다. 휘저어 섞어주는 동안 혼합물을 50℃로 가열하였다. 50℃에서 1시간 동안 유지시킨 후, 비이드를 모으고 탈이온수 0.6L, 0.1N염산1.5L, 탈이온수 4.0L 및 메탄올 1.0L로 세척하였다. 진공 건조 후에, 비이드 44.1g(96%)을 회수하였다. 비이드의 아미드 함량은 FT-IR 분석에 의해 8.1%로 측정되었다.

[실시예 14]

실시예 13의 생성물을 디옥산 1500ml 및 보란-테트라히드로푸란 700ml로 구성되는 복합물과 반응시켰다. 이 혼합물을 냉각기를 장착한 건조 5L 플라스크 내 85℃에서 4시간 동안 환류시켰다. 냉각시킨 후, 과량의 보란을 1M 염산을 천천히 첨가시키므로서 권칭시켰다. 20분 후 비이드를 부흐너 깔대기(Buchner funner)위에 모으고, 물, 메탄올로 세척하고 진공 건조시켰다. 비이드의 아민 함량은 지이. 안토니(G. Antoni)일행의 Analytical Biochenistry, 129, 60-63, 1983의 방법에 의해 184mmol 아민/g 으로 측정되었다.

[실시예 15]

실시예 14의 과정에 의해 제조된 다공성 비이드 26.1g을 탈이온수 94ml에 분말화된 숙신산 무수물 313g을 첨가시키므로써 제조된 복합물과 혼합하고 1.0N 수산화나트륨 313ml를 첨가했다. 6.0의 pH를 유지시키기 위해 용액을 휘저어 섞어주었다. 비이드를 부흐너 깔대기 위에 모으고, 탈이온수 1.5L, 0.1N 염산 3.0L, 탈이온수 3.0L 및 메탄올 1.0L로 세척하였다. 진공 건조 후에, 비이드 25.1g 996%)을 회수하였다. 비이드의 잔류 아민 함량은 트리니트로벤젠 설폰산염(TBNS) 아민 분석에 의해 10mmol 아민/g으로 측정되었다.

[실시예 16]

실시예 15의 과정에 의해 제조된 숙시닐화된 아미노에틸 비이드 10G을 0.5M 염화나트륨 내에서 1시간 동안 침지시키고, 0.5M 염화나트륨 100ml로 5번 세척하고 물 100ml로 5번 세척하였다. 세척된 비이드를 500mg의 p-아미노벤즈아미딘을 함유하는 물100ml 용액 내에 현탁시키고, 1N 수산화나트륨을 pH5.0을 유지시키기 위해 첨가하였다. pH5.0을 유지시키기 위해 고체1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필) 카르보디이미드 염산염(EDAC)을 첨가하고, 현탁액을 실온에서 1시간 동안 진탕시켰다. 고체 EDAC의 800mg을 더 첨가하고, pH5.0을 유지하기 위해 1.0N 수산화나트륨을 첨가하였다. 현탁액을 실온에서 18시간 동안 진탕시킨 후에, 지지체를 하기 순서에 따라 하기 각각의 용액 100ml 씩으로 2번 세척하였다 : 물, 0.5M 염화나트륨, pH4.5에서 0.2M NaOAc, 물, pH9.0에서 0.1M 중탄산나트륨, 물, pH7.0에서 0.02% 아지드화 나트륨 함유 0.01M NaHPO, 비이드에 결함된 PABA 함량은 초기의 반응 현탁액 및 PABA 에 대한 분광광도학적인 첫 번째 세척열을 분석하므로써, 137mmoles PABA/g으로 측정되었다.

[실시예 17]

실시예 16의 과정에 의해 제조된 p-아미노벤즈아미딘 함유 다공성 비이드를, 0.02% 아지드화 나트륨(실시 완충제)과 실시 완충제 0.25ml에 첨가된 아세틸콜린에스테라제 4.8mg을 함유한 0.01M NaHPO를 포함한 0.7cm 내부 직경 x 25cm의 유리 칼럼에 슬러리 첨가에 의해 팩킹 하였다. 초기의 공극 피이크가 용리될 때 까지(20ml-30ml) 컬럼을 용출 시켰다. 그후 칼럼 상에 보유된 임의의 효소를 회수하기 위하여 1M 염화나트륨을 함유하는 실시 완충제로 컬럼을 용출 시켰다. 염 용리 부피는 47% 및 37% 회수활성을 가지는 21%의 회수 단백질에 대하여 6.9%를 가지는 것으로 측정되었다. 아세틸콜린에스테라제는 엘만 비색 분석(엘만, G.L., 일행의 Biochem, Pharmac. 7. 88-108, 1961)을 사용하여 분석되고, AChE의 1.5-2.0배 정제를 나타냈다.

[실시예 18]

실시예 13에서 기술된 과정에 의해 제조된 8.1% 아미드 함유 다공성 비이드를 pH 7.0의 0.1M 하이포인산나트륨 및 0.02%의 아지드화 나트륨(실시 완충제)을 함유하는 0.7내부 직경 x 25cm의 유리 칼럼 내로 슬러리 첨가에 의해 팩킹 시켰다. 실시 완충제 0.25ml 내의 트립신 5ml를 칼럼에 첨가하였다. 초기의 공극 부피가 용리될 때 까지 칼럼을 용출 시켰다. 그리고 나서, 칼럼 상에 보유된 임의의 효소를 회수하기 위해 1M 염화나트륨 함유 실시 완충제로 칼럼을 용리 시켰다. 초기의 공극 부피는 7.8% 활성을 가지는 8.6% 회수된 단백질을 함유하는 것으로 측정 되었다. 염 용리는 80% 회수 활성을 가지는 53% 회수 단백질을 가지는 것으로 측정 되었다. 따라서, 유도되지 않은 비이드는 염 용리에 의해 소생시킬 수 있는 트립신에 흡착/결합되었다. 단백질 값은 BCA단백질 분석에 의해 측정되었다(미합중국 일리노이주 록포드시 피어스 케미칼 코포레이션).

하기 실시예들은 본 발명의 실행에서 다공성 중합체 비이드 이외의 물질의 사용을 설명한다.

[실시예 19]

건조 어니일링된 폴리아크릴로니트릴 중공 섬유 0.5g을 메탄올 11.5ml, 물 0.5g, 2N 수성 수산화나트륨 용액 0.24ml 및 디메틸 설폭시드 0.4ml와 혼합하였다. 혼합물을 35℃로 가열하고 30% 과산화수소 용액 0.49ml를 첨가하였다. 실온에서 3시간 방치시킨 후에, 반응 혼합물을 여과시켰다. 섬유를 물 및 메탄올로 세척하고 진공 건조(40℃)시켰다. 섬유의 아미드함량은 적외선 분석에 의해 14.1%로 측정되었다.

[실시예 20]

어니일링되지 않은 직조된 섬유 시이트 0.50g을 30% 과산화수소 용액 1.47ml와 함께 사용하고, 섬유를 반응 전에 어니일링시키는 것을 제외하고는 실시예 19의 과정에 따랐다. IR분석은 직조된 섬유 생성물의 아미드 함량이 약 2%임을 보여주었다.

[실시예 21]

89.5 : 10.5의 아크릴로니트릴 : 메틸 아크릴레이트로부터 제조된 비다공성 필름 0.53g을 사용하고 필름이 어니일링되지 않았다는 것을 제외하고는 실시예 19의 반응 과정에 따랐다. 반응한 후 물에 대한 접촉각은 42°인 반면 초기 필름은 63°의 물 접촉각을 가졌다.

상기 언급된 특허, 특허 출원 및 문헌들은 참고로 여기에 포함된다.

본 발명의 수많은 변화가 상기 상세한 설명의 견지에서 당업자에게 스스로 제안될 것이다. 예컨대, 메틸 아크릴레이트와 아크릴로니트릴 단일 중합체 또는 공중합체 대신 다른 아크릴로니트릴 공중합체, 예컨대 아크릴로니트릴-비닐 염화물 및 아크릴로니트릴-스티렌이 사용될 수 있다. 중공 섬유 또는 막의 형태인 아크릴로니트릴 공중합체가 또한 관찰된다. 과산화수소 대신 st-부틸히드로퍼옥시드 ; 알칼리성 시약으로 수산화나트륨 대신 수산화 칼륨 및 비용매로서 메탄올 대신 I-프로판올의 사용이 또한 고려될 수 있다.

모든 그러한 명확한 변형은 첨부된 특허 청구 범위의 전체 의도된 범주 내에 있다.

Claims (11)

1. 폴리아크릴로니트릴 또는 이들의 공중합체로 된 코어, 및 기공의 내부벽을 비롯한 코어의 전체 표면 영역에 걸쳐 고르게 분포된 전체 니트릴기를 기준으로 15몰% 이하의 아미드기를 포함하여 구성되고, 상기 표면영역에서 아미드 또는 카르복실기를 실질적으로 가지지 않으며, 물에서 실질적으로 팽창하지도 압축되지도 않는 다공성 조성물.
2. 제1항에 있어서, 코어가 막, 섬유 및 비이드로 구성되는 군으로부터 선택된 형태를 가지는 조성물.
3. 제2항에 있어서, 상기 폴리아크릴로니트릴 공중합체가 메틸 아크릴레이트와 공중합된 아크릴로니트릴을 포함하여 구성되는 다공성 비이드.
4. 제2항에 있어서, 평균 비이드 직경이 5μ 내지 2mm인 다공성 비이드.
5. 제2항에 있어서, 상기 다공성 비이드의 기공을 부분적 또는 전체적으로 충전시키는, 단백질, 효소, 호르몬, 펩티드, 다당류, 핵산, 염료, 안료, 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 화합물을 더욱 포함하여 구성되는 다공성 비이드.
6. (a)(i) 폴리아크릴로니트릴 또는 이들의 공중합체를 포함하여 구성되는 코어, 및 (ii) 알칼리성 촉매를, 코어 및 지지체 모두에 대한 액체 비용매 내 현탁액에서 혼합하고; (b) 상기 현탁액에 과산화물을 첨가하고 전체 표면 니트릴기의 15몰 중량% 이하가 아미드기로 가수분해 될 때 까지 상기 현탁액을 가열하고; (c) 상기 지지체를 회수하는 것을 포함하여 구성되는, 코어의 전체 표면 영역에 걸쳐 고르게 분포된 전체 니트릴기를 기준으로 15몰% 이하의 아미드기, 및 폴리아크릴로니트릴 또는 이들의 공중합체로 된 코어를 포함하여 구성되는 지지체의 제조 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 코어가 중공 섬유, 다공성 섬유, 모노필라멘트, 아크릴사, 직조된 섬유, 다공성 및 비다공성 막, 반투과성 막, 비다공성 시이트, 및 다공성 및 비다공성 비이드로 구성되는 군으로부터 선택되는 형태를 가지는 방법.
8. (a)(i) 열에 의해 유도되는 상 분리 방법에 의해 제조된 폴리아크릴로니트릴 또는 이들의 공중합체를 포함하여 구성되는 실질적으로 표피 없는 다공성 비이드; 및 (ii) 알칼리성 촉매를, 중합체 비이드 생성물 및 폴리아크릴로니트릴 중합체 또는 이들의 공중합체 모두에 대한 액체 비용매내의 현탁액에서 혼합하고; (b) 상기 현탁액에 과산화물을 첨가하고, 전체 표면 니트릴기의 15몰중량% 이하가 아미드기로 가수분해 될 때 까지 상기 현탁액을 가열하고; (c) 상기 중합체 비이드 생성물을 회수하는 것을 포함하여 구성되는, 코어의 전체 표면 영역에 걸쳐 고르게 분포된, 전체 니트릴기를 기준으로 15몰% 이하의 아미드기, 및 폴리아크릴로니트릴 또는 이들의 공중합체로 된 코어를 포함하여 구성되는, 실질적으로 표피 없는 다공성 중압체 비이드 생성물의 제조 방법.
9. 제8항에 있어서, 단계(a)가 제(iii)의 성분으로서 반응 첨가제를 상기 현탁액에 첨가하는 단계를 더욱 포함하여 구성되는 방법.
10. 제8항에 있어서, 생물학적으로 활성인 물질이 포함되어 있는 용액으로부터 이들을 분리하기 위하여, 상기 생물학적 활성 물질과의 복합물을 형성하기 위하여 상기 비이드 생성물을 사용하는 단계를 더욱 포함하여 구성되는 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 생물학적으로 활성인 물질이 효소를 포함하여 구성되는 방법.