KR102532375B1 - 진단 용도를 위한 고다공성 중합체 입자의 제조 방법 - Google Patents

진단 용도를 위한 고다공성 중합체 입자의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중합체 매트릭스 (P) 및 적어도 1종의 자성 코어 (M), 바람직하게 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 포함하는 자성 입자를 제조하는 방법에 관한 것이고, 중합체 매트릭스 (P)는 적어도 하나의 초가교된 중합체를 포함하고, 방법은 (i) 적어도 1종의 자성 코어 (M), 바람직하게 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 제공하는 단계, (ii) 중합체 전구체 분자를 제공하는 단계, (iii) 적어도 1종의 자성 코어 (M)의 존재 하에서 (ii)에 따른 중합체 전구체 분자를 중합반응시켜서, 중합체 매트릭스 (P1)에 내포된, 적어도 1종의 자성 코어 (M), 바람직하게 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 포함하는 입자를 형성시키는 단계, 및 (iv) 프리델-크래프츠 반응을 통해서 (iii)에서 수득된 중합체 입자의 중합체 매트릭스 (P1)를 초가교시켜, 자성 입자를 제공하는 단계로서, 반응은 80℃ 이하의 온도에서 수행하는 것인 단계를 포함한다. 또한, 본 발명은 상기 방법으로 수득되거나 또는 수득가능한 입자를 비롯하여 이들 입자의 용도에 관한 것이다. 추가 양상에서, 본 발명은 자성 입자를 적어도 하나의 피분석물을 포함하거나 또는 포함하는 것으로 의심되는 유체 입자와 접촉시키는 단계를 포함하는 유체 샘플에서 적어도 하나의 피분석물을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

진단 용도를 위한 고다공성 중합체 입자의 제조 방법
본 발명은 중합체 매트릭스 (P) 및 적어도 1종의 자성 코어 (M), 바람직하게 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 포함하는 자성 입자를 제조하는 방법에 관한 것이고, 여기서 중합체 매트릭스 (P)는 적어도 하나의 초가교된 중합체를 포함하고, 방법은 (i) 적어도 1종의 자성 코어 (M), 바람직하게 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 제공하는 단계, (ii) 중합체 전구체 분자를 제공하는 단계, (iii) 적어도 1종의 자성 코어 (M)의 존재 하에서 (ii)에 따라서 중합체 전구체 분자를 중합반응시켜서, 중합체 매트릭스 (P1)에 내포된 적어도 1종의 자성 코어 (M), 바람직하게 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 포함하는 입자를 형성시키는 단계, 및 (iv) 프리델-크래프츠 반응을 통해서 (iii)에서 수득된 중합체 입자의 중합체 매트릭스 (P1)를 초가교시켜서 자성 입자를 제공하는 단계를 포함하고, 여기서 반응은 80℃ 이하의 온도에서 수행된다. 더 나아가서, 본 발명은 상기 방법으로 수득되거나 또는 수득될 수 있는 입자를 비롯하여 이들 입자의 용도에 관한 것이다. 추가 양상에서, 본 발명은 적어도 하나의 피분석물을 포함하거나 또는 포함하는 것으로 의심되는 유체 샘플과 자성 입자를 접촉시키는 단계를 포함하는, 유체 샘플 중 적어도 하나의 피분석물을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.
자성 입자는 인간 샘플로부터 피분석물을 포획하기 위한 대단한 도구이다. 예를 들어, 항체로 덮힌 경우, 이들 입자는 광학 기술에 의해 검출될 수 있는 피분석물을 특이적으로 포획할 수 있다. 자기 특성은 진단 시스템 상에서 그들이 쉽고, 빠르며 저렴한 자동화를 가능하게 하고, 추가로 시간-소모적인 원심분리 및 여과 단계를 피하게 하므로 매우 중요하다. 여기서, 초상자성 물질은 그들이 오직 외부 자기장이 인가될 때 자기화를 보이므로 보다 관심을 끌고 있다. 외부 자기장의 부재 하에서, 자기화는 0으로 나타난다 ("메모리 효과" 없음). 예를 들어, EP2003455A1 및 EP2015074A1은 LC/MS 시스템 상에서 자성 입자를 사용하여 인간 샘플로부터 피분석물의 추출을 기술한다.
자성 입자 상의 고비표면적은 인간 샘플로부터 피분석물을 농축시키는데 필요하다. 1000 ㎡/g 초과로 표면적을 증가시키기 위해서, 자성 입자는 다공성 매트릭스로 코팅시키는 것이 필요하다. 이것은 일반적으로 다공성 실리카- 또는 티타늄 옥시드-매트릭스에 자성 입자를 내포시켜 수행된다. 한가지 단점은 필름 두께를 증가시키면서 자기화의 감소를 초래하는 실리카 및 티타늄의 고밀도이다. 뿐만 아니라, 단지 메조포어 (포어 > 2 nm) 시스템이 실리카 또는 티타늄 옥시드를 사용하여 개발될 수 있지만 특히 소형 피분석물의 경우, 마이크로포어 (포어 < 2 nm)가 바람직하다. 추가적으로, 단백질 및 인지질은 거대 메조포어에 흡착되어서, 이것이 LC/MS 시스템에 문제가 되는 매트릭스-효과를 발생시킨다.
농축-워크플로우-MS 기술 내부 입자의 자동화를 위한 한가지 핵심 요건은 고속 처리를 위한 신속한 자성 분리 (< 5초)이다. 입자 크기 및 포화 자기화는 핵심 특성이다. 그러므로, 높은 포화 자기화 (> 5 A ㎡kg-1) 및 거대 크기 (> 2 ㎛)의 입자가 요구된다. 추가로, 시스템의 견고성을 위해서, 입자의 캐리-오버는 피해야만 한다. 그러므로, 입자는 1 ㎛ 보다 큰 입자 크기 및 높은 자기화를 가질 필요가 있다.
중합체 매트릭스, 예컨대 폴리스티렌 코팅부를 갖는 입자가 제안되었다. 폴리스티렌 네트워크는 폴리스티렌 사슬 또는 스티렌디비닐벤젠 공중합체를 가교제의 도움으로 가교하거나 또는 내부 가교제로서 작용할 수 있는 반응기를 갖는 스티렌 유닛의 공중합에 의해 형성될 수 있다. 전형적인 가교제는 프리델 크래프츠 촉매의 존재 하에서 스티렌 사슬의 방향족 골격과 반응하여 가교 브릿지를 형성하는 비스클로로벤질 화합물이다. 내부 가교의 경우, 일반적으로 비닐벤질클로라이드는 공중합체로서 사용되고 역시 프리델-크래프츠 조건 하에서 가교된다. 초가교 반응의 경우 폴리스티렌 중합체는 전형적으로 디클로로에탄 중에서 팽윤되고 프리델-크래프츠 촉매로서 루이스산 FeCl3 이 사용된다.
특히, 마이크로포어의 중합체 매트릭스를 갖는 입자는 예를 들어 [Yang et al. Polym. Chem., 2013, 4, 1425]에 기술되어 있다. Yang 등에 따라서, 철 산화물 나노입자는 올레산으로 먼저 코팅되고 그 이후에 미니-에멀션 중합반응을 통해 폴리스티렌-매트릭스에 내포된다. 높은 비표면적에 도달하기 위해서, 나노입자는 촉매로서 FeCl3 및 다공성 의존적 가교 시약으로서 디메톡시메탄을 사용하는, 프리델-크래프츠 반응에 의해 최종적으로 초가교된다. 최종 입자는 평균 100 nm의 크기 및 4.1 A ㎡kg-1의 포화 자기화를 갖는다. 입자는 물로부터 유기 분자를 추출하기 위해 유용하고 또한 이부프로펜 약물 전달을 제어하기 위한 약물 담체로서 기술되어 있지만, 그들은 자동화 공정에 그들을 불리하게 만드는 낮은 포화 자기화뿐만 아니라 오직 비교적 작은 입자 크기를 나타낸다.
Xu 등은 미립자 크기가 약 300 nm인 시트레이트-안정화된 철 산화물 나노입자의 합성을 기술한다 (S. Xu et al. Polym. Chem., 2015, 6, 2892). 이들 시트레이트-안정화된 나노입자는 3-(트리메톡시실릴) 프로필 메타크릴레이트 (MEMO)로 코팅되고 무비누 에멀션 중합반응을 통해 폴리스티롤 쉘로 덮힌다. 이러한 기술을 사용하여, 하나의 나노입자가 중합체 입자에 내포된다. 제2 중합반응에서, 다른 층이 입자 상에 형성된다. 이러한 중합반응은 씨드 팽윤 중합반응이라고 불리고 상이한 단량체 조성물을 함유한다. 마지막 단계로서, 다공성은 포어-형성 촉매로서 FeCl3 과의 초가교 반응에 의해 형성된다. 그러나, 이러한 공정에 의해서 14.1 A ㎡kg-1 의 포화 자기화와 함께 오직 약 400 nm의 크기에 도달한다.
종래에 기술된 방법에서 사용된 반응 조건은 비교적 혹독한데, 즉 고온, 장기간의 반응 시간 및/또는 고농도의 루이스산이 적용된다. 이들 조건 하에서 프리델-크래프츠 반응의 주요 부산물은 HCl이고, 이것은 종종 자성 성분 예컨대 자철석을 함유하는 중합 재료에 유해한며, 다시 말해서, 이 공정은 입자의 최종 포화 자기화에 불리하다.
따라서, 입자가 자동화 공정에 유용한, 높은 포화 자기화의 자성 입자를 제조하기 위한 유리하고 온건한 방법에 대한 요구가 여전히 존재한다.
그러므로, 본 발명의 목적은 비교적 큰 입자 크기를 비롯하여 비교적 높은 포화 자기화를 갖는 다공성 자성 입자를 제공하는 것이다. 이러한 문제는 독립 청구항의 특성으로 본 발명에 의해 해결된다. 개별적으로 또는 조합하여 인식될 수 있는 본 발명의 유리한 개발은 종속항 및/또는 하기 명세서 및 상세한 실시형태로 제시된다.
하기에서 사용되는 용어 "가지다", "포함하다", 또는 "포괄하다" 또는 이의 임의의 문법적 변형은 비제한적인 방식으로 사용된다. 따라서, 이들 용어는 이들 용어에 의해 도입되는 특성들 이외에, 어떠한 추가의 특성도 이 문맥에 기술된 독립체에 존재하지 않는 상황, 및 하나 이상의 추가의 특성이 존재하는 상황 둘 모두를 의미할 수 있다. 예로서, "A가 B를 갖다", "A가 B를 포함하다" 및 "A가 B를 포괄하다"라는 표현은 B 이외에, 다른 구성요소가 A에 존재하지 않는 상황 (즉, A가 단독으로 독점적으로 B로 이루어진 상황) 및 B 이외에, 하나 이상의 추가의 구성요소, 예컨대 구성요소 C, 구성요소 C 및 D 또는 심지어 추가의 구성요소가 독립체 A에 존재하는 상황 둘 모두를 의미할 수 있다.
더 나아가서, 용어 "적어도 하나", "하나 이상" 또는 유사한 표현은 특성 또는 구성요소가 한번 또는 한번을 초과하여 존재할 수 있다는 것을 의미하고, 전형적으로 개별 특성 또는 구성요소를 도입했을 때 오직 한번만 사용될 것임을 주의한다. 하기에서, 대부분의 경우에, 개별 특성 또는 구성요소를 언급시, 표현 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"은 개별 특성 또는 구성요소가 한번 또는 한번이 넘게 존재할 수 있음에도 불구하고 반복되지 않을 것이다.
또한, 하기에서 사용시, 용어 "바람직하게", "보다 바람직하게", "특히", "보다 특히", "특별히", "보다 특별히" 또는 유사한 용어가 대안적인 가능성을 제한하지 않고, 선택적인 특성과 함께 사용된다. 따라서, 이들 용어에 의해 도입되는 특성은 선택적인 특성이고 임의의 방식으로 청구항의 범주를 제한하려는 의도가 아니다. 본 발명은 당업자가 인식하게 되는 바와 같이, 대안적인 특성을 사용해 수행될 수 있다. 유사하게, "본 발명의 실시형태" 또는 유사한 표현으로 도입되는 특성은 본 발명의 대안적인 실시형태에 대한 임의의 제한없이, 본 발명의 범주에 대한 임의의 제한없이, 그리고 본 발명의 다른 선택 또는 비선택적 특성과 임의 방식으로 도입되는 특성을 조합할 가능성에 대한 임의의 제한없이, 선택적인 특성으로 의도된다.
제1 양상에서, 본 발명은 중합체 매트릭스 (P) 및 적어도 1종의 자성 코어 (M), 바람직하게 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 포함하는 자성 입자를 제조하는 방법에 관한 것이고, 여기서 중합체 매트릭스 (P)는 적어도 하나의 초가교된 중합체를 포함하고, 방법은
(i) 적어도 1종의 자성 코어 (M), 바람직하게 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 제공하는 단계,
(ii) 중합체 전구체 분자를 제공하는 단계,
(iii) 적어도 1종의 자성 코어 (M)의 존재 하에서 (ii)에 따른 중합체 전구체 분자를 중합반응시켜서, 중합체 매트릭스 (P1)에 내포된 적어도 1종의 자성 코어 (M), 바람직하게 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 포함하는 입자를 형성시키는 단계, 및
(iv) 프리델-크래프츠 반응을 통해서 (iii)에서 수득된 중합체 입자의 중합체 매트릭스 (P1)를 초가교시켜서 자성 입자를 제공하는 단계로서, 반응은 80℃ 이하의 온도에서 수행되는 것인 단계를 포함한다.
추가 양상에서, 본 발명은 상기 방법을 통해서 수득되거나 또는 수득가능한 자성 입자에 관한 것이다.
제3 양상에서, 본 발명은 유체 중에서 적어도 하나의 피분석물의 정성적 및/또는 정량적 결정을 위해, 상기 및 하기에 기술된 방법에 의해 수득되거나 또는 수득가능한 입자의 용도에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 본 발명의 자성 입자 또는 본 발명의 방법으로 수득된 자성 입자를 적어도 하나의 피분석물을 포함하거나 또는 포함하는 것으로 의심되는 유체 입자와 접촉시키는 단계를 포함하는 유체 샘플 중에서 적어도 하나의 피분석물을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.
자성 입자
본 발명에 따른 자성 입자는 ISO 13320에 따라 결정시 1 내지 60 마이크로미터 범위의 입자 크기를 갖는다. 보다 바람직하게, 입자 크기는 5 내지 55 마이크로미터의 범위, 보다 바람직하게 10 내지 50 마이크로미터의 범위, 보다 바람직하게 15 내지 45 마이크로미터의 범위, 보다 바람직하게 20 내지 40 마이크로미터의 범위, 특히 20 내지 35 마이크로미터의 범위이다. 일 실시형태에 따라서, 본 발명에 따른 자성 입자는 ISO 13320에 따라 결정시 5 내지 40 마이크로미터의 범위인 입자 크기를 갖는다.
상기 기술된 바와 같이, 본 발명에 따른 자성 입자는 중합체 매트릭스 (P) 및 적어도 1종의 자성 코어 (M)를 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시형태에 따라서, 자성 입자는 1종 초과의 자성 코어 (M)를 포함하고, 즉 각각의 입자는 바람직하게 적어도 1종, 바람직하게, 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 포함한다. 자성 코어 (M)는 하나 이상의 자성 나노입자, 예컨대 예를 들어 1 내지 20개의 자성 나노입자, 바람직하게 1 내지 10개, 보다 바람직하게, 1 내지 5개, 가장 바람직하게 1 내지 3개의 자성 나노입자를 포함한다. 대안적으로, 20개를 초과하는 나노입자, 바람직하게 100 내지 1.5 백만개의 나노입자, 보다 바람직하게 750 -750,000개의 나노입자, 보다 바람직하게 1,750 - 320,000개의 나노입자, 특히 90,000 - 320,000개의 나노입자를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명은 또한 상기 기술된 바와 같은 자성 입자를 비롯하여, 상기 기술된 방법으로 수득되거나 또는 수득가능한 자성 입자에 관한 것이고, 입자는 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 포함한다. 특히 바람직한 실시형태에 따라서, 자성 입자를 비롯하여, 상기 기술된 방법으로 수득되거나 또는 수득가능한 자성 입자는 적어도 2종의 자성 코어 (M) 및 중합체 매트릭스 (P)로 이루어진다.
바람직하게 자성 코어 (M)의 양은 최종 입자의 바람직한 포화 자기화 포화도를 획득하도록 선택된다. 바람직하게, 본 발명에 따른 자성 입자, 또는 상기 기술된 방법으로 수득되거나 또는 수득가능한 입자는 적어도 1 A ㎡/kg의 포화 자기화를 갖는다. 바람직하게, 포화 자기화는 ASTM A 894/A 894M에 따라 결정시, 적어도 1 A ㎡/kg, 보다 바람직하게 적어도 2 A ㎡/kg, 보다 바람직하게 적어도 3 A ㎡/kg, 보다 바람직하게 적어도 4 A ㎡/kg, 보다 바람직하게 적어도 5 A ㎡/kg, 보다 바람직하게 적어도 6 A ㎡/kg, 보다 바람직하게 적어도 7 A ㎡/kg, 보다 바람직하게 적어도 8 A ㎡/kg, 보다 바람직하게 적어도 9 A ㎡/kg, 및 특히 적어도 10 A ㎡/kg, 예컨대 10 A ㎡/kg 내지 20 A ㎡/kg의 범위, 보다 바람직하게 10 A ㎡/kg 내지 30 A ㎡/kg의 범위이다.
본 발명의 입자는 원칙적으로 임의의 기하학적 형태를 나타낼 수 있지만, 바람직하게 입자는 실질적으로 구형이다. 본 명세서에서 사용시, 용어 "실질적으로 구형"은 바람직하게 비면체이거나 또는 실질적으로 날카로운 모서리가 없는 둥근 형상을 갖는 입자를 의미한다. 일정한 실시형태에서, 실질적으로 구형인 입자는 전형적으로 3:1 또는 2:1 미만의 평균 종횡비, 예를 들어, 1.5:1 미만, 또는 1.2:1 미만의 종횡비를 갖는다. 일정한 실시형태에서, 실질적으로 구형인 입자는 약 1:1의 종횡비를 가질 수 있다. 종횡비 (AR)는 최대 직경 (dmax) 및 그에 직교하는 최소 직경 (dmin)의 함수로서 정의된다 (AR = dmin/dmax). 직경은 SEM 또는 광학 현미경 측정을 통해서 결정된다.
상기 기술된 바와 같은 자성 입자를 비롯하여, 상기 기술된 방법에 의해 수득되거나 또는 수득가능한 자성 입자의 BET 비표면적은 바람직하게 ISO 9277에 따라서 결정시 50 내지 2500 ㎡/g의 범위이다. 보다 바람직하게, 자성 입자의 BET 비표면적은 100 내지 1500 ㎡/g의 범위, 특히 300 내지 1000 ㎡/g의 범위이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따라서, 상기 기술된 바와 같은 자성 입자를 비롯하여, 상기 기술된 방법으로 수득되거나 또는 수득가능한 자성 입자는 초상자성이다. 용어 "초상자성"은 당업자에게 공지되어 있고 특히 단일 자성 단일-도메인보다 더 작은 입자가 마주하게 되는 자기 특성을 의미한다. 이러한 입자는 전체 자기화, 더빙된 포화 자기화의 최대값에 도달할 때까지 외부 자기장을 인가시 꾸준히 적응된다. 그들은 자기장을 제거할 때 완화되고, 실온에서 자성 히스테레시스 (hysteresis) 가 없다 (잔류자기 없음). 외부 자기장의 부재 하에서, 초상자성 입자는 쌍극자 배향 (닐 완화) 및 입자 위치 (브라운 완화)의 열적 요동에 기인하여 비영구적인 자성 모멘트를 나타낸다.
자성 코어 (M)
상기 기술된 바와 같이, 본 발명에 따른 자성 입자는 적어도 1종의 자성 코어 (M) 및 바람직하게 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 포함한다. 바람직하게, 적어도 1종의 자성 코어 (M)는 금속, 금속 카바이드, 금속 나이트라이드, 금속 술파이드, 금속 포스파이드, 금속 산화물, 금속 킬레이트 및 이의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물을 포함한다. 적어도 1종의 자성 코어 (M)는 또한 금속 예컨대 금, 은, 백금 또는 구리와의 합금을 포함할 수 있다.
각각의 자성 코어 (M)는 둘 이상의 상기 언급된 군의 혼합물, 즉, 둘 이상의 금속, 금속 카바이드, 금속 나이트라이드, 금속 술파이드, 금속 포스파이드, 금속 산화물, 금속 킬레이트 및 이의 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있다는 것으로 이해해야 한다. 또한, 둘 이상의 상이한 금속, 둘 이상의 상이한 금속 산화물, 둘 이상의 상이한 금속 카바이드, 둘 이상의 상이한 금속 나이트라이드, 둘 이상의 상이한 금속 술파이드, 둘 이상의 상이한 금속 포스파이드, 둘 이상의 상이한 금속 킬레이트의 혼합물이 고려가능하다.
또한, 본 발명에 따른 자성 입자가 1종을 초과하는 자성 코어 (M)를 포함하는 경우에, 단일 입자에 존재하는 각각의 자성 코어 (M)는 서로 동일할 수 있거나 또는 서로 상이할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 바람직하게, 하나의 자성 입자에 포함된 모든 자성 코어 (M)는 동일하다.
보다 바람직하게, 적어도 1종의 자성 코어 (M)는 금속 산화물 또는 금속 카바이드를 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 적어도 1종의 자성 코어 (M)는 적어도 하나의 전이 금속을 포함하는, 금속, 금속 카바이드, 금속 나이트라이드, 금속 술파이드, 금속 포스파이드, 금속 산화물, 또는 금속 킬레이트를 포함한다. 본 발명에 따른 바람직한 전이 금속은 제한없이 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 아연, 카드뮴, 니켈, 가돌리늄, 구리, 및 몰리브덴을 포함한다. 보다 바람직하게, 금속, 금속 카바이드, 금속 나이트라이드, 금속 술파이드, 금속 포스파이드, 금속 산화물, 또는 금속 킬레이트는 적어도 철을 포함한다. 보다 바람직하게, 적어도 1종의 자성 코어 (M)는 철 산화물, 특히 Fe3O4, α-Fe2O3, γ-Fe2O3, MnFexOy, CoFexOy, NiFexOy, CuFexOy, ZnFexOy, CdFexOy, BaFexO 및 SrFexO로 이루어진 군으로부터 선택되는 철 산화물을 포함하고, 여기서 x 및 y는 합성 방법에 따라서 가변적이고, x는 바람직하게 1 내지 3의 정수, 보다 바람직하게 2이고, y는 바람직하게 3 또는 4이다. 가장 바람직하게, 적어도 1종의 자성 코어 (M)는 Fe3O4 를 포함한다.
따라서, 본 발명은 또한 상기 기술된 바와 같은 자성 입자를 비롯하여, 상기 기술된 방법으로 수득되거나 또는 수득가능한 자성 입자에 관한 것이고, 적어도 1종의 자성 코어 (M)는 철 산화물을 포함한다. 가장 바람직하게, 적어도 1종의 자성 코어 (M)는 Fe3O4 를 포함한다.
자성 코어 (M)는 바람직하게 나노입자 및 코팅제 C1을 포함하고, 보다 바람직하게 그로 이루어진다.
나노입자
나노입자는 바람직하게 입자의 자성, 바람직하게 초상자성을 나타내는 부분이다. 때때로 나노입자는 또한 본 명세서에서 "자성 나노입자"라고도 한다.
바람직하게, 적어도 하나의 나노입자는 적어도 하나의 자성, 바람직하게 초상자성의, 나노입자 및 임의로 하나의 코팅제, 예컨대 코팅제 C2를 포함하거나, 바람직하게 그로 이루어진다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "나노입자"는 적어도 한 치수가 100 nm 미만, 즉 100 nm 미만의 직경을 갖는 입자를 의미한다. 바람직하게, 본 발명에 따른 나노입자는 TEM-측정에 따라 결정시, 1 내지 20 nm, 바람직하게 4 내지 15 nm 범위의 직경을 갖는다. 따라서, 바람직한 실시형태에 따라서, 본 발명은 또한 상기 기술된 바와 같은 자성 입자를 비롯하여, 상기 기술된 방법으로 수득되거나 또는 수득가능한 자성 입자에 관한 것이고, 자성 입자는 적어도 하나의 나노입자 및 임의로 하나의 코팅제, 예컨대 코팅제 C2를 포함하는 적어도 하나의 자성 코어 (M)를 포함한다.
각각의 나노입자(들)는 TEM-측정에 따라 결정시 바람직하게 1 내지 20 nm, 바람직하게 4 내지 15 nm 범위의 직경을 갖는다. 바람직하게, 적어도 하나의 자성 나노입자는 초상자성이다.
자성 코어 (M)는 오직 하나의 나노입자 또는 하나를 초과하는 나노입자를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 이것은 1 내지 20개의 나노입자를 포함한다. 다른 실시형태에서, 100 내지 1.5백만개의 나노입자, 보다 바람직하게 750 - 750,000개의 나노입자, 보다 바람직하게 1,750 - 320,000개의 나노입자, 특히 90,000 - 320,000개의 나노입자를 포함한다. 나노입자는 개별 (즉, 별개) 입자의 형태의 자성 코어로서 존재할 수 있거나 또는 그들은 몇몇 나노입자로 이루어진 응집체일 수 있다. 이들 응집체는 포함되는 나노입자의 수에 따라서 상이한 크기를 가질 수 있다. 전형적으로, 수프라입자라고 불리는 것이 형성되고, 이것은 하기에 보다 상세하게 더욱 설명된다. 100종 이상의 나노입자를 포함하는 자성 코어의 경우에, 나노입자는 전형적으로 이러한 수프라입자를 형성한다.
1-20개의 나노입자를 포함하는 자성 코어 (M)
제1 실시형태에 따라서, 자성 코어 (M)는 1-20개의 자성 나노입자 및 임의로 코팅제 C2, 즉 하나의 자성 나노입자와 임의로 코팅제 C2를 포함하거나, 바람직하게 그로 이루어지고, 즉 하나의 자성 나노입자와 임의로 코팅제 C2가 자성 코어 (M)의 나노입자를 형성한다. 전형적으로, 자성 코어는 1 내지 20개의 자성 나노입자, 바람직하게 1 내지 10개, 보다 바람직하게, 1 내지 5개, 및 가장 바람직하게 1 내지 3개의 나노입자를 포함한다.
바람직하게, 이러한 경우에, 나노입자는 금속, 금속 카바이드, 금속 나이트라이드, 금속 술파이드, 금속 포스파이드, 금속 산화물, 금속 킬레이트 및 이의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물을 포함하고, 보다 바람직하게 그로 이루어진다. 각각의 나노입자는 둘 이상의 상기 언급된 군의 혼합물, 즉 둘 이상의 금속, 금속 카바이드, 금속 나이트라이드, 금속 술파이드, 금속 포스파이드, 금속 산화물, 금속 킬레이트 및 이의 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있거나, 바람직하게 그로 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 둘 이상의 상이한 금속, 둘 이상의 상이한 금속 산화물, 둘 이상의 상이한 금속 카바이드, 둘 이상의 상이한 금속 나이트라이드, 둘 이상의 상이한 금속 술파이드, 둘 이상의 상이한 금속 킬레이트 또는 둘 이상의 상이한 금속 포스파이드의 혼합물이 고려가능하다. 보다 바람직하게, 나노입자는 금속 산화물 또는 금속 카바이드를 포함하고, 보다 바람직하게 그로 이루어진다. 바람직한 실시형태에서, 금속은 전이 금속이다. 본 발명에 따른 바람직한 전이 금속은 제한없이 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 아연, 카드뮴, 니켈, 가돌리늄, 구리, 및 몰리브덴을 포함한다. 가장 바람직하게, 금속은 철이다.
따라서, 특히 바람직한 실시형태에 따라서, 나노입자는 금속 산화물, 가장 바람직하게 철 산화물, 특히 Fe3O4 을 포함하고, 보다 바람직하게 그로 이루어진다.
이러한 실시형태에 따라서, 하나를 초과하는 자성 코어 (M)가 자성 입자에 존재하는 경우에, 이들 자성 입자 (M)는 서로 응집되지 않는 것이 바람직하다. 바람직하게, 이들 입자는 중합체 매트릭스 내에 실질적으로 균일하게 분포된다.
수프라입자를 포함하는 자성 코어 (M)
제2의 바람직한 실시형태에 따라서, 자성 코어 (M)는 20개 초과의 나노입자, 및 전형적으로 100개 초과의 나노입자를 포함하고, 여기서 이들 나노입자는 바람직하게 서로 응집되어 수프라입자를 형성한다. 보다 바람직하게, 이러한 경우에, 자성 코어 (M)는 응집되고, 코팅된 나노입자로 이루어진 수프라입자를 포함한다. 바람직하게, 이러한 경우에, 자성 코어 (M)는 100 내지 1.5백만개의 나노입자, 보다 바람직하게 750 - 750,000개의 나노입자, 보다 바람직하게 1,750 - 320,000개의 나노입자, 특히 90,000 - 320,000개의 나노입자를 포함하는 수프라입자를 포함한다. 바람직하게, 각각의 나노입자는 적어도 하나의 코팅제 C2로 코팅된다. 바람직하게 이러한 경우에, 따라서 자성 코어 (M)는 서로 응집되고, 코팅된 나노입자로 이루어진 수프라입자를 포함하고, 바람직하게 그로 이루어지며, 여기서 나노입자는 적어도 하나의 코팅제 C2에 의해 코팅되고, 코팅제는 바람직하게 나노입자의 표면 상에 침착된다. 수프라입자는 바람직하게 또한 코팅제 C1로 코팅될 수 있다.
따라서 본 발명의 이러한 제2의 바람직한 실시형태에 따라서, 본 발명에 따른 자성 입자는 20개 초과의 자성 나노입자, 및 바람직하게 100 내지 1.5백만개의 나노입자를 포함하고, 상기 나노입자는 적어도 하나의 수프라입자를 형성한다. 수프라입자에서 각각의 나노입자는 전형적으로 적어도 하나의 코팅제 C2로 코팅되고 수프라입자는 전형적으로 적어도 하나의 코팅제 C1로 코팅된다.
바람직하게, 코팅제 C2는 각각의 나노입자의 적어도 일부분, 바람직하게 전체 표면을 피복하는 코팅제이다. 바람직하게, 또한 이러한 경우에서, 각각의 나노입자는 금속, 금속 카바이드, 금속 나이트라이드, 금속 술파이드, 금속 포스파이드, 금속 산화물, 금속 킬레이트 및 이의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물을 포함하고, 보다 바람직하게 그로 이루어진다. 수프라입자에 존재하는 각각의 나노입자는 둘 이상의 상기 언급된 군의 혼합물, 즉 둘 이상의 금속, 금속 카바이드, 금속 나이트라이드, 금속 술파이드, 금속 포스파이드, 금속 산화물, 금속 킬레이트 및 이의 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있고, 바람직하게 그로 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 둘 이상의 상이한 금속, 둘 이상의 상이한 금속 산화물, 둘 이상의 상이한 금속 카바이드, 둘 이상의 상이한 금속 나이트라이드, 둘 이상의 상이한 금속 술파이드, 둘 이상의 상이한 금속 킬레이트 또는 둘 이상의 상이한 금속 포스파이드의 혼합물이 고려가능하다. 보다 바람직하게, 수프라입자 내 각각의 나노입자는 금속 산화물 또는 금속 카바이드를 포함하고, 보다 바람직하게 그로 이루어진다. 바람직한 실시형태에서, 금속은 전이 금속이다. 본 발명에 따른 바람직한 전이 금속은 제한없이 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 아연, 카드뮴, 니켈, 가돌리늄, 구리, 및 몰리브덴을 포함한다. 가장 바람직하게, 금속은 철이다. 특히 바람직한 실시형태에 따라서, 수프라입자에 포함되는 각각의 나노입자는 금속 산화물 나노입자, 가장 바람직하게 철 산화물 나노입자, 특히 Fe3O4-나노입자이다.
따라서, 본 발명은 또한 상기 기술된 바와 같은 자성 입자를 비롯하여, 상기 기술된 방법으로 수득되거나 또는 수득가능한 자성 입자에 관한 것이고, 자성 코어 (M)는 응집된 적어도 20개의 자성 나노입자로 이루어진 수프라입자를 포함하거나 또는 바람직하게 그로 이루어지고, 나노입자는 바람직하게 적어도 하나의 코팅제 C2로 코팅된다.
바람직하게, 임의로, 적어도 하나의 코팅제 C1을 포함하는 자성 코어 (M)는 DLS (ISO 22412)에 따라 결정시 80 내지 500 nm, 보다 바람직하게 150 내지 400 nm, 및 가장 바람직하게 200 내지 300 nm 범위의 직경을 갖는다.
코팅제 C2
코팅제 C2로서, 일반적으로 당업자에게 공지된 임의의 코팅제가 고려가능하다. 바람직하게, 그러나, 코팅제 C2는 디카르복실산, 트리카르복실산, 폴리아크릴산, 아미노산, 계면활성제 및 지방산으로 이루어진 군의 적어도 하나의 구성원으로부터 선택된다. 따라서 상기 언급된 군은 언급된 화합물의 염 및 유도체, 예컨대 에스테르 및 중합체를 포함한다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 코팅제 C2는 바람직하게 디카르복실산, 디카르복실산 염, 디카르복실산 유도체, 트리카르복실산, 트리카르복실산 염, 트리카르복실산 유도체, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산 염, 폴리아크릴산 유도체, 아미노산, 아미노산 염, 아미노산 유도체, 계면활성제, 계면활성제의 염, 지방산, 지방산 염 및 지방산 유도체로 이루어진 군의 적어도 하나의 구성원으로부터 선택된다.
본 명세서에서 사용시, 용어 코팅된 또는 코팅하는은 자성 나노입자 또는 수프라입자 코어 및 존재한다면 코팅제 C2 또는 C1 또는 둘 이상의 코팅제 사이의 흡착, 반데르발스 및/또는 비극성 기 상호작용 (예를 들어, 화학흡착 또는 물리적 흡착), 또는 공유 결합 과정을 의미한다.
바람직하게 지방산, 지방산 염 또는 지방산 유도체로서, 이러한 화합물은 수프라입자의 표면에 결합할 수 있어서, 바람직하게 수프라입자를 안정화시킬 수 있는 것이 선택된다. 코팅제 C2로서 적용되는 지방산은 바람직하게 자성 입자의 표면에 대한 높은 친화성 흡착 (예를 들어, 화학흡착 또는 물리적 흡착) 및 말단 카르복실 기 (―COOH)를 갖는 8 내지 22개 탄소 원자를 함유하는 알킬 기의 단일 사슬이다. 지방산은 나노입자의 자기화를 상당히 감소시킬 수 있는, 물의 존재 하에서 산화 및/또는 가수분해로부터 자성 입자 코어를 보호하고 (Hutten, et al. (2004) J. Biotech. 112:47-63); 나노입자 코어를 안정화시키는 등의 다수 기능을 갖는다. 용어 "지방산"은 포화 또는 불포화, 및 특히 불포화 지방산을 포함한다. 예시적인 포화 지방산은 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 아라키드산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산, 카프로산, 에난트산, 카프릴산, 펠라르곤산, 카프르산, 운데실산, 트리데실산, 펜타데실산, 마르가르산, 노나데실산, 헨아이코실산, 베헨산, 트리코실산, 리그노세르산, 펜타코실산, 세로트산, 헵타코실산, 몬탄산, 노나코실산, 멜리스산, 헤나트리아콘틸산, 락세로산, 프실산, 게드산, 세로플라스트산, 헥사트리아콘틸산, 헵타트리아콘탄산 및 옥타트리아콘탄산 등을 포함한다. 예시적인 불포화 지방산은 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 아라키돈산, 헥사데카트리엔산, 스테아리돈산, 아이코사트리엔산, 아이코사테트라엔산, 아이코사펜타엔산, 헨아이코사펜타엔산, 도코사펜타엔산, 클루파노돈산, 도코사헥사엔산, 테트라코사펜타엔산, 테트라코사헥사엔산, 칼렌드산, 아이코사디엔산, 도코사디엔산, 아드렌산, 도코사펜타엔산, 테트라코사테트라엔산, 테트라코사펜타엔산, 5-도데센산, 7-테트라데센산, 팔미톨레산, 바센산, 파울린산, 15-도코센산, 17-테트라코센산, 엘라이드산, 곤도산, 매드산, 에루크산, 네르본산, 루멘산, 칼렌드산, 자카르산, 엘레오스테아르산, 카탈프산, 푸니크산, 루멜렌산, 파리나르산, 보세오펜타엔산, 피놀렌산, 포도카르프산 등을 포함한다. 지방산은 확립된 방법을 사용하여 천연 공급원으로부터 단리될 수 있거나 또는 합성될 수 있다. 게다가, 지방산은 유도체 예컨대 지방산 에놀 에스테르 (즉, 아세톤의 에놀 형태와 반응한 지방산), 지방 에스테르 (즉, 1가 알콜의 알킬 기에 의해 치환된 활성 수소를 갖는 지방산), 지방 아민 또는 지방 아미드, 또는 특정한 실시형태에서, 상기 기술된 바와 같은 지방 알콜일 수 있다. 특히 바람직한 지방산은 올레산이다.
본 발명의 문맥에서 사용시 계면활성제는 양친매성, 즉 소수성 기 및 친수성 기 둘 모두를 함유하는 유기 화합물이다. 바람직하게 계면활성제는 수프라입자의 표면에 결합할 수 있어서 바람직하게 수프라입자를 안정화시킬 수 있는 것이 선택되고 다양한 사슬 길이, 친수성-친지성 균형 (HLB) 값 및 표면 전하를 갖는 계면활성제가 용도에 따라 적용될 수 있다. 바람직하게, 본 발명에 따른 계면활성제는 4차 암모늄 염, 알킬벤젠술포네이트, 리그닌 술포네이트, 폴리옥실에톡실레이트, 또는 술페이트 에스테르이다. 계면활성제의 비제한적인 예에는 세틸트리메틸암모늄 브로마이드, 세틸트리메틸암모늄 클로라이드, 노닐페놀폴리에톡실레이트 (즉, NP-4, NP-40 및 NP-7), 소듐 도데실벤젠술포네이트, 암모늄 라우릴 술페이트, 소듐 라우레트 술페이트, 소듐 미레트 술페이트, 도쿠세이트, 퍼플루오로옥탄술포네이트, 퍼플루오로부탄술포네이트, 알킬-아릴 에테르 포스페이트, 알킬 에테르 포스페이트, 소듐 스테아레이트, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 술폰산, 암모늄 퍼플루오로노나노에이트, 마그네슘 라우레트 술페이트, 퍼플루오로노나노산, 퍼플루오로옥탄산, 포스포리피드, 포타슘 라우릴 술페이트, 소듐 알킬 술페이트, 소듐 도데실 술페이트, 소듐 라우레이트, 소듐 라우로일 사르코시네이트, 소듐 노나노일옥시벤젠술포네이트, 소듐 파레트 술페이트, 베헨트리모늄 클로라이드, 벤즈알코늄 클로라이드, 벤제토늄 클로라이드, 브로니독스, 디메틸디옥타데실암모늄 브로마이드, 디메틸디옥타데실암모늄 클로라이드, 라우릴 메틸 글루세트-10 히드록시프로필 디모늄 클로라이드, 옥테니딘 디히드로클로라이드, 올라플루르, N-올레일-1,3-프로판디아민, 스테아르알코늄 클로라이드, 테트라메틸암모늄 히드록시드, 톤조늄 브로마이드, 세토마크로골 1000, 세토스테아릴 알콜, 세틸 알콜, 코사미드 DEA, 코사미드 MEA, 데실 폴리글루코스, 디소듐 코코암포디아세테이트, 글리세롤 모노스테아레이트, 폴리에틸렌 글리콜 이소세틸 에테르, 옥틸페녹시폴리에톡시에탄올, 라우릴 글루코시드, 말토시드, 모노라우린, 마이코서브틸린, 노녹시놀, 옥타에틸렌 글리콜 모노도데실 에테르, N-옥틸 베타-D-티오글루코피라노시드, 옥틸 글루코시드, 올레일 알콜, 펜타에틸렌 글리콜 모노도데실 에테르, 폴리도카놀, 폴록사머, 폴리에톡실화 탤로우 아민, 폴리글리세롤 폴리리시놀레에이트, 폴리솔베이트, 솔비탄, 솔비탄 모노라우레이트, 솔비탄 모노스테아레이트, 솔비탄 트리스테아레이트, 스테아릴 알콜, 설팩틴, Triton X-100, Tween 80, 코카미도프로필 베타인, 코카미도프로필 히드록시술타인, 디팔미토일포스파티딜콜린, 히드록시술타인, 라우릴디메틸아민 옥시드, 레시틴, 미리스타민 옥시드, 펩티터전트, 소듐 라우로암포아세테이트 및 비스(2-에틸헥실)술포숙신산 에스테르가 있다.
본 발명의 의미 내에서 사용되는 용어 "아미노산"은 천연 또는 비천연 아미노산 또는 아미노산 유도체를 비롯하여 아미노산의 염을 의미한다. 바람직하게, 아미노산은 수프라입자의 표면에 결합할 수 있어서, 바람직하게 수프라입자를 안정화시킬 수 있는 것이 선택된다. 예시적인 아미노산은 시스테인, 메티오닌, 히스티딘, 알라닌, 아르기닌, 아스파라긴, 아스파르트산, 글루탐산, 글루타민, 글리신, 이소류신, 류신, 리신, 페닐알라닌, 프롤린, 세린, 트레오닌, 트립토판, 티로신, 발린, 셀레노시스테인, 파이로리신, 시스테인, 디히드로알라닌, 엔두라시디딘, 란티오닌, 노르발린 및 이의 유도체를 포함한다.
본 발명의 의미 내에서 용어 "디카르복실산"은 2개의 카르복실산 작용기 (즉, R1-(C(O)OH)2)를 함유하는 탄화수소 또는 치환된 탄화수소를 의미하고, 여기서 R1 은 (a) 0-18개 탄소 유닛을 함유하는 선형 탄화수소이거나 또는 (b) 방향족 또는 비방향족 고리로서, 3-8개 탄소 유닛을 함유하는 환형 탄화수소이다. 이 용어는 지방산의 염 및 유도체, 예컨대 지방산의 에스테르를 포함한다. 대표적인 디카르복실산은 예를 들어 프로판디오산, 부탄디오산, 펜탄디오산, 헥산디오산, 헵탄디오산, 옥탄디오산, 노난디오산, 데칸디오산, 운데칸디오산, 도데칸디오산, 헥사데칸디오산, 말레산, 푸마르산, 글루타콘산, 트라우마트산, 무콘산, 글루틴산, 시트라콘산, 메사콘산, 말산, 아스파르트산, 글루탐산, 타르트론산, 타르타르산, 디아미노피멜산, 사카르산, 메속살산, 옥살로아세트산, 아세톤디카르복실산, 아라비나르산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 디펜산, 2,6-나프탈렌디카르복실산이다.
본 발명의 의미 내에서 용어 "트리카르복실산"은 3개의 카르복실산 작용기 (즉, R1-(C(O)OH)3)를 함유하는 탄화수소 또는 치환된 탄화수소를 의미하고, 여기서 R1 은 (a) 3-18개의 탄소 유닛을 함유하는 선형 탄화수소이거나 또는 (b) 방향족 또는 비방향족 고리로서, 3-8개 탄소 유닛을 함유하는 환형 탄화수소이다. 이 용어는 지방산의 염 및 유도체, 예컨대 지방산의 에스테르를 포함한다. 대표적인 트리카르복실산은 예를 들어 시트르산 (2-히드록시프로판-1,2,3 트리카르복실산), 이소시트르산 (l-히드록시프로판-1,2,3 트리카르복실산), 아코니트산 (프로프-1-엔-1,2,3 트리카르복실산), 프로판-1,2,3-트리카르복실산, 트리멜리트산 (벤젠-1,2,4-트리카르복실산), 트리메스산 (벤젠-l,3,5-트리카르복실산), 옥살로숙신산 (1-옥소프로판-1,2,3-트리카르복실산) 또는 헤미멜리트산 (벤젠-l,2,3-트리카르복실산)이다. 바람직하게, 트리카르복실산은 시트레이트, 즉 시트르산의 염 및 유도체를 포함하는 시트르산이다.
바람직하게, C2는 시트르산, 히스티딘, CTAB, CTAC, 소듐 올레에이트, 폴리아크릴산 또는 이의 둘 이상의 혼합물 (각각의 이의 염 또는 유도체 포함)로 이루어진 군으로부터 선택된다. 따라서, 본 발명은 또한 상기 기술된 바와 같은 자성 입자를 비롯하여, 상기 기술된 방법으로 수득되거나 또는 수득가능한 자성 입자에 관한 것으로서, 여기서 자성 코어 (M)는 바람직하게 적어도 하나의 코팅제 C2와 응집된 자성 나노입자로 이루어진 수프라입자로 이루어지고, 적어도 하나의 코팅제 C2는 시트레이트, 히스티딘, CTAB, CTAC, 소듐 올레에이트, 폴리아크릴산 또는 이의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
바람직하게 코팅제 C2의 양은 C2 및 수프라입자의 총합의 총 중량을 기반으로 1 내지 80 중량% 범위, 보다 바람직하게 5 내지 70 중량% 범위, 보다 바람직하게 10 내지 50 중량% 범위, 가장 바람직하게 20 내지 40 중량% 범위이다.
코팅제 C1
상기 기술된 바와 같이, 자성 코어 (M)는 바람직하게 자성 나노입자 및 코팅제 C1을 포함하고, 보다 바람직하게는 그로 이루어진다. 따라서, 본 발명은 또한 상기 기술된 바와 같은 자성 입자를 비롯하여, 상기 기술된 방법으로 수득되거나 또는 수득가능한 자성 입자에 관한 것이고, 적어도 1종의 자성 코어 (M)는 코팅제 C1을 더 포함한다.
코팅제 C1은 바람직하게 자성 코어 (M)의 표면 상에 침착된다. 코팅제 C1 및 자성 코어 (M) 사이에, 추가의 별개층이 존재할 수 있지만, 바람직한 실시형태에 따라서, C1은 자성 코어 (M) 상에 직접적으로 코팅된다는 것을 이해해야 한다.
바람직하게, 코팅제 C1은 자성 코어 (M)의 전체 표면을 둘러싼다.
원칙적으로, 당업자에게 공지된 임의의 적합한 코팅제가 적용될 수 있다. 바람직하게, 코팅제 C1은 텐시드, 실리카, 실리케이트, 실란, 포스페이트, 포스포네이트, 포스폰산 및 이의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
따라서, 본 발명은 또한 적어도 1종의 자성 코어 (M)를 포함하는, 상기에 기술된 바와 같은 자성 입자를 비롯하여, 상기 기술된 방법으로 수득되거나 또는 수득가능한 자성 입자에 관한 것이고, 적어도 1종의 자성 코어 (M)는 적어도 하나의 코팅제 C1을 포함하고, 코팅제 C1은 텐시드, 실리카, 실리케이트, 실란, 포스페이트, 포스포네이트, 포스폰산 및 이의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
바람직하게, 코팅제 C1은 실리카, 테트라에틸 오르쏘실리케이트, 3-(트리메톡시실릴)프로필 메타크릴레이트, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 알릴트리메톡시실란, 알릴트리에톡시실란, 트리에톡시비닐실란, 3-(트리메톡시실릴)프로필 아크릴레이트, 트리메톡시(7-옥텐-1-일)실란, 트리메톡시메틸실란, 트리에톡시메틸실란, 에틸트리메톡시실란, 트리에톡시(에틸)실란, 트리메톡시페닐실란, 트리메톡시(2-페닐에틸)실란 트리메톡시(프로필)실란, n-프로필트리에톡시실란, 이소부틸(트리메톡시)실란, 이소부틸트리에톡시실란, 비닐포스폰산, 디메틸 비닐포스포네이트, 디에틸 비닐포스포네이트, 디에틸 알릴포스포네이트, 디에틸 알릴 포스페이트, 디에틸 (2-메틸알릴)포스포네이트, 옥틸포스폰산, 부틸포스폰산, 데실포스폰산, 헥실포스폰산, 헥사데실포스폰산, n-도데실포스폰산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 및 아라키드산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산, 카프로산, 에난트산, 카프릴산, 펠라르곤산, 카프르산, 운데실산, 트리데실산, 펜타데실산, 마르가르산, 노나데실산, 헨아이코실산, 베헨산, 트리코실산, 리그노세르산, 펜타코실산, 세로트산, 헵타코실산, 몬탄산, 노나코실산, 멜리스산, 헤나트리아콘틸산, 락세로산, 프실산, 게드산, 세로플라스트산, 헥사트리아콘틸산, 헵타트리아콘탄산, 옥타트리아콘탄산, 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 아라키돈산, 헥사데카트리엔산, 스테아리돈산, 아이코사트리엔산, 아이코사테트라엔산, 아이코사펜타엔산 헨아이코사펜타엔산, 도코사펜타엔산, 클루파노돈산, 도코사헥사엔산, 테트라코사펜타엔산, 테트라코사헥사엔산, 칼렌드산, 아이코사디엔산, 도코사디엔산, 아드렌산, 도코사펜타엔산, 테트라코사테트라에노산, 테트라코사펜타엔산, 5-도데센산, 7-테트라데센산, 팔미톨레산, 바센산, 파울린산, 15-도코센산, 17-테트라코센산, 엘라이드산, 곤도산, 매드산, 에루크산, 네르본산, 루멘산, 칼렌드산, 자카르산, 엘레오스테아르산, 카탈프산, 푸니크산, 루멜렌산, 파리나르산, 보세오펜타엔산, 피놀렌산, 포도카르프산 및 이의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
바람직하게, 각각의 자성 코어 (M)는 적어도 1종의 자성 코어 (M)의 총 중량을 기준으로, 1 내지 40 중량%, 바람직하게 2 내지 15 중량%, 보다 바람직하게 5 내지 10 중량%의 양으로 코팅제 C1을 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따라서, 코팅제 C1은 비닐 또는 아크릴 기를 포함한다.
중합체 매트릭스 (P)
상기 기술된 바와 같이, 각각의 입자는 적어도 1종의 자성 코어 (M) 이외에도 중합체 매트릭스 (P)를 포함한다.
바람직하게, 중합체 매트릭스 (P)는 다공성 중합체 매트릭스, 바람직하게 ISO 15901에 따라 결정시 100 nm 미만, 보다 바람직하게 100 nm 미만, 보다 바람직하게 90 nm 미만, 보다 바람직하게 80 nm 미만, 보다 바람직하게 70 nm 미만, 보다 바람직하게 60 nm 미만, 보다 바람직하게 50 nm 이하, 예컨대 0.5 nm 내지 50 nm 범위, 바람직하게 1 내지 20 nm 범위의 포어 크기를 갖는 포어를 포함하는 다공성 중합체 매트릭스이다.
따라서, 본 발명은 또한 상기 기술된 바와 같은 자성 입자를 비롯하여, 상기 기술된 방법으로 수득되거나 또는 수득가능한 자성 입자에 관한 것이고, 여기서 중합체 매트릭스 (P)는 ISO 15901에 따라 결정시, 100 nm 미만, 바람직하게 50 nm 이하의 포어 크기를 갖는 포어를 포함하는 다공성 중합체 매트릭스이다.
바람직하게 중합체 매트릭스에 존재하는 모든 포어의 적어도 90%는 ISO 15901에 따라 측정시 10 nm 미만의 포어 크기를 갖고 중합체 매트릭스에 존재하는 모든 포어의 적어도 50%는 5 nm 미만의 포어 크기를 갖는다.
특히 바람직한 실시형태에 따라서, 중합체 매트릭스는 마크로포어, 즉 50 nm를 초과하는 포어 크기를 갖는 포어를 포함하지 않는다.
바람직하게, 입자는 중합체 매트릭스 (P)를 입자의 총 중량을 기준으로, 40 내지 98 중량% 범위, 보다 바람직하게 50 내지 95 중량% 범위, 보다 바람직하게 60 내지 90 중량% 범위, 및 가장 바람직하게 70 내지 85 중량% 범위의 양으로 포함한다.
중합체 매트릭스 (P)는 바람직하게 스티렌, 작용화된 스티렌, 비닐벤질클로라이드, 디비닐벤젠, 비닐아세테이트, 메틸메타아크릴레이트 및 아크릴산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 2종의 상이한 단량체 빌딩 블록의 중합반응을 포함하는 방법에 의해 수득되거나 또는 수득가능한 공중합체를 포함한다. 바람직하게, 공중합체는 하기 단량체로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 2종의 상이한 단량체 빌딩 블록의 중합반응을 포함하는 방법으로 수득되거나 또는 수득가능하다:
Figure 112019111198117-pct00001
식에서 R1, R2, R3, R4 및 R5 는 -N3, -NH2, -Br, -I, -F, -NR'R", -NR'R"R"', -COOH, -CN, -OH, -OR', -COOR', -NO2, -SH2, -SO2, -R'(OH)x, -R'(COOH)x, -R'(COOR")x, -R'(OR")x, -R'(NH2)x, -R'(NHR")x, -R'(NR"R"')x, -R'(Cl)x, -R'(I)x, -R'(Br)x, -R'(F)x, R'(CN)x, -R'(N3)x, -R'(NO2)x, -R'(SH2)x, -R'(SO2)x, 알킬, 아릴, 시클로알킬, 헤테로아릴, 헤테로시클로알킬로 이루어진 군으로부터 서로 독립적으로 선택되고, R', R" 및 R"'은 알킬, 아릴, 시클로알킬, 헤테로아릴, 헤테로시클로알킬, 할라이드, 수소, 술파이드, 나이트레이트 및 아민으로 이루어진 군으로부터 서로 독립적으로 선택되며, x는 1 내지 3 범위의 정수이다.
원칙적으로 당업자에게 공지된 임의의 중합체가 적용될 수 있다. 바람직하게, 중합체 매트릭스는 가교된 중합체를 포함하고, 이 중합체는 보다 바람직하게 가교제이고, 따라서 최종 중합체에서 가교를 획득하는 작용제인, 적어도 하나의 단량체 빌딩 블록의 존재 하에서 적합한 단량체 빌딩 블록을 공중합시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 수득되거나 또는 수득가능하다. 중합체를 가교시키는데 적합한 작용제는 당업자에게 공지되어 있고, 제한없이 빌딩 블록 예컨대 디비닐벤젠, 비스(비닐페닐)에탄, 비스(비닐벤질옥시)헥산, 비스(비닐벤질옥시)도데칸 및 이들의 유도체를 포함한다.
특히 바람직한 실시형태에 따라서, 디비닐벤젠은 가교제로서 적용된다.
바람직하게, 중합체 매트릭스는 단량체 빌딩 블록을 공중합시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 수득되거나 또는 수득가능하고, 모든 단량체 빌딩 블록의 5-90 vol%는 가교제이다.
바람직하게, 최종 중합체에서, 적어도 5%의 가교도가 수득된다.
적어도 1종의 자성 코어 (M)는 바람직하게 중합체 매트릭스에 내포된다. 본 문맥에서 용어 "내포된"은 자성 코어는 바람직하게 중합체 매트릭스에 의해 완전하게 둘러싸인 것을 의미하기 위해 표시된다. 대안적으로, 자성 코어는 중합체 매트릭스에 의해 부분적으로 둘러싸일 수 있다. 그러나, 이러한 경우에, 자성 코어는 입자 내에 고정될 것이다.
상기 기술된 바와 같이, 바람직한 실시형태에 따라서, 입자는 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 포함한다. 이러한 경우에, 입자에 존재하는 각각의 자성 코어 (M)는 중합체 매트릭스 (P)에 내포된다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명은 또한 상기 기술된 바와 같은 자성 입자를 비롯하여, 상기 기술된 방법으로 수득되거나 또는 수득가능한 자성 입자에 관한 것이고, 여기서 적어도 2종의 자성 코어 (M)는 중합체 매트릭스에 내포된다.
초가교
보다 바람직하게, 중합체 매트릭스 P는 상기 기술된 바와 같은 적어도 2종의 상이한 단량체 빌딩 빌록의 중합반응 단계를 포함하는 방법에 의해 수득되거나 또는 수득가능한 가교된 공중합체를 포함하고, 그리하여 바람직하게 가교된 중합체가 수득되며, 가교된 중합체는 더욱 초가교된다. 따라서, 보다 바람직하게, 중합체 매트릭스는 초가교된 중합체를 포함하고, 특히 그로 이루어진다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "초가교된"은 강건한 3차원 네트워크를 생성시키는 다수 가교 유형을 의미한다. 바람직하게, 초가교는 가교 중합체에 대해서 화학 반응을 수행하여, 초가교된 중합체를 수득함으로써 획득된다. 따라서, 중합체 매트릭스 (P)는 화학 반응에 의해 초가교제를 사용하여 또는 없이 중합체를 더욱 초가교시켜서 수득되거나 또는 수득가능한 중합체 매트릭스이다. 초가교 중합체에 적합한 작용제는 당업자에게 공지되어 있고, 제한없이 디클로로에탄, 디클로로메탄, 클로로포름, 탄소 테트라클로라이드, 디클로로벤젠, 트리클로로벤젠, 디클로로알칸, 디브로모알칸, 디아이오도알칸, 트리클로로알칸, 트리브로모알칸, 트리아이오도알칸, 디메톡시메탄, 디메톡시에탄 및 이의 둘 이상의 혼합물을 포함한다.
바람직하게, 초가교는 가교된 중합체 매트릭스에 대해 프리델-크래프츠 반응, 특히 하기에 기술된 바와 같은 프리델 크래프츠 반응을 수행하여 획득된다.
표면 작용화
적어도 하나의 자성 코어 (M) 및 중합체 매트릭스 (P)를 포함하는 자성 입자는 표면 개질을 더 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 입자의 표면, 따라서 중합체 매트릭스 (P)의 표면은 바람직하게 -OH, -COOH, 디에틸아미노에탄올, R-SO2-OH, -NH2, R-SO2-OH, -RNH, -R2N, -R3N+ -CH3, -C2H5, -C4H9, -C8H17, -C18H37, -C6H5, -C6H9NO6, 페닐-헥실, 비페닐, 히드록시아파타이트, 보론산, 바이오틴, 아지드, 에폭시드, 알킬, 아릴, 시클로알킬, 헤테로아릴, 헤테로시클로알킬, 아미노산, -COOR, -COR, -OR, 항체 및 이의 단편, 앱타머, 핵산, 및 수용체 단백질 또는 이의 결합 도메인으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 기로 작용화된다. 바람직하게, 이들 기는 중합체 매트릭스의 적합한 작용기에 공유적으로 부착된다. 이러한 개질을 수행하기 위한 방식은 당업자에게 공지되어 있다.
단계 (i)
상기 기술된 바와 같이, 적어도 1종의 자성 코어 (M)는 바람직하게 금속, 금속 카바이드, 금속 나이트라이드, 금속 술파이드, 금속 포스파이드, 금속 산화물, 금속 킬레이트 및 이의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물을 포함한다. 적어도 1종의 자성 코어 (M)는 또한 금속 예컨대 금, 은, 백금, 또는 구리와의 합금을 포함할 수 있다. 보다 바람직하게, 적어도 1종의 자성 코어 (M)는 금속 산화물 또는 금속 카바이드를 포함하고, 보다 바람직하게, 적어도 1종의 자성 코어 (M)는 철 산화물, 특히 Fe3O4, α-Fe2O3, γ-Fe2O3, MnFexOy, CoFexOy, NiFexOy, CuFexOy, ZnFexOy, CdFexOy, BaFexO 및 SrFexO로 이루어진 군으로부터 선택되는 철 산화물을 포함하고, 여기서 x 및 y는 합성 방법에 따라 가변적이고, x는 바람직하게 1 내지 3의 정수, 보다 바람직하게 2이고, y는 바람직하게 3 또는 4이고, 가장 바람직하게, 적어도 1종의 자성 코어 (M)는 Fe3O4 를 포함한다.
따라서, 본 발명은 또한 상기 기술된 바와 같은 방법, 및 상기 방법으로 수득되거나 또는 수득가능한 자성 입자에 관한 것이고, 여기서 적어도 1종의 자성 코어 (M)는 금속 산화물 또는 금속 카바이드를 포함하고, 보다 바람직하게, 적어도 1종의 자성 코어 (M)는 철 산화물, 특히 Fe3O4, α-Fe2O3, γ-Fe2O3, MnFexOy, CoFexOy, NiFexOy, CuFexOy, ZnFexOy, CdFexOy, BaFexO 및 SrFexO로 이루어진 군으로부터 선택되는 철 산화물을 포함하고, 여기서 x 및 y는 합성 방법에 따라 가변적이고, x는 바람직하게 1 내지 3의 정수, 보다 바람직하게 2이고, y는 바람직하게 3 또는 4이고, 가장 바람직하게, 적어도 1종의 자성 코어 (M)는 Fe3O4 를 포함한다.
상기 기술된 바와 같이, 자성 코어 (M)는 바람직하게 자성 나노입자 및 코팅제 C1을 포함하고, 보다 바람직하게 그로 이루어진다.
바람직하게, 단계 (i)은
(i.1) 적어도 하나의 자성 나노입자를 제공하는 단계, 및
(i.2) 적어도 하나의 자성 나노입자를 코팅제 C1로 코팅하여 자성 코어 (M)를 제공하는 단계로서, 코팅제 C1은 바람직하게 텐시드, 실리카, 실리케이트, 실란, 포스페이트, 포스포네이트, 포스폰산 및 이의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 단계를 포함한다.
(i.1)의 자성 나노입자는 적어도 하나의 자성, 바람직하게 초상자성의, 나노입자 및 임의로 코팅제 C2를 포함하고, 바람직하게 그로 이루어진다.
따라서, 단계 (i.1)은 적어도 하나의 나노입자를 제공하는 단계를 포함한다.
자성 나노입자를 제공하기 위한 방법은 당업자에게 공지되어 있고, 예를 들어, [Lu, Salabas, Schuth, Angew. Chem Int. Ed. 2007, 46, 1222-1244]에 기술되어 있으며, 그 개별 내용은 참조로 본 명세서에 편입된다.
특히 Fe3O4 나노입자, Fe(II) 및 Fe(III)의 경우에, 옥시드는 수성, 바람직하게 알칼리 수성, 매질로부터 침전되어, 개별 나노입자를 제공한다.
상기 기술된 바람직한 제1 실시형태에 따라서, 각각의 자성 코어 (M)는 임의로 코팅제 C1과 함께, 적어도 하나의 자성 나노입자를 포함하고, 따라서, 단계 (i.1)은 적어도 하나의 자성 나노입자에 임의로 코팅제 C1를 제공하여, 자성 코어 (M)를 형성시키는 단계를 포함한다. 바람직하게, 이러한 경우에, 자성 나노입자는 코팅제 C2를 포함하지 않는다. 본 발명의 바람직한 이러한 제1 실시형태에 따라서, 본 발명에 따른 자성 입자는 1 내지 20개의 자성 나노입자를 포함한다.
본 실시형태에 따라서, 하나를 초과하는 자성 코어 (M)가 자성 입자에 존재하는 경우에, 이들 자성 코어 (M)는 서로 응집되지 않는 것이 바람직하다. 바람직하게, 이들 입자는 중합체 매트릭스 내에 실질적으로 균일하게 분포된다.
따라서, 본 발명은 또한 상기 기술된 바와 같은 방법을 비롯하여, 상기 기술된 바와 같은 자성 입자에 관한 것이고, 여기서 단계 (i)은
(i.1) 적어도 하나의 자성 나노입자에 임의로 코팅제 C2를 제공하여 적어도 하나의 자성 나노입자를 제공하는 단계, 및
(i.2) 적어도 하나의 자성 나노입자를 코팅제 C1로 코팅하여 자성 코어 (M)를 제공하는 단계로서, 코팅제 C1는 바람직하게 텐시드, 실리카, 실리케이트, 실란, 포스페이트, 포스포네이트, 포스폰산 및 이의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 단계를 포함한다.
상기 기술된 바람직한 제2 실시형태에 따라서, 자성 코어 (M), 즉 바람직하게 각각의 자성 코어 (M)는 20개 초과의 나노입자, 바람직하게, 100 내지 1.5백만개 나노입자, 보다 바람직하게 750 - 750,000개의 나노입자, 보다 바람직하게 1,750 - 320,000개의 나노입자, 특히 90,000 - 320,000개의 나노입자를 포함한다. 보다 바람직하게, 나노입자는 응집되고, 코팅된 나노입자로 이루어진 적어도 하나의 수프라입자를 형성한다. 바람직하게, 상기 수프라입자는 적어도 하나의 코팅제 C1로 코팅된다. 이러한 경우에 바람직하게, 수프라입자는 적어도 하나의 코팅제 C1로 코팅되고, 코팅제는 바람직하게 수프라입자의 표면 상에 침착된다. 따라서, 수프라입자는 바람직하게 코팅제 C1로 코팅된다. 수프라입자 내 각각의 나노입자는 바람직하게, 예컨대 코팅제 C2로 코팅된다는 것을 이해해야 한다. 따라서 단계 (i.1)은 20개 초과의 나노입자를 제공하는 단계를 포함하고, 여기서 방법은 상기 나노입자를 응집시켜서 적어도 하나의 수프라입자를 형성시키는 단계 및 임의로 각각의 수프라입자를 적어도 하나의 코팅제 C1로 코팅하는 단계를 더 포함한다.
따라서, 본 발명은 또한 상기 기술된 바와 같은 방법을 비롯하여, 상기 기술된 바와 같은 자성 입자에 관한 것이고, 단계 (i)은
(i.1)(i.1.1) 20개 초과의 나노입자에 바람직하게 코팅제 C2를 제공하는 단계,
(i.1.2) 상기 나노입자를 응집시켜서, 수프라입자를 형성시키는 단계,
에 의해 적어도 하나의 수프라입자를 제공하는 단계, 및
(i.2) 적어도 하나의 수프라입자를 코팅제 C1로 코팅시켜서, 자성 코어 (M)를 제공하는 단계로서, 코팅제 C1은 바람직하게 텐시드, 실리카, 실리케이트, 실란, 포스페이트, 포스포네이트, 포스폰산 및 이의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 단계를 포함한다.
이러한 경우에, 각각의 자성 코어 (M)는 수프라입자를 포함하고, 바람직하게 적어도 21개의, 코팅된, 나노입자, 바람직하게 100 내지 1.5백만개 나노입자, 보다 바람직하게 750 - 750,000개의 나노입자, 보다 바람직하게 1,750 - 320,000개의 나노입자, 특히 90,000 - 320,000개의, 코팅된, 나노입자로서 서로 응집된 것으로 이루어진다.
(i.1.1) 및 (i.1.2)는 수프라입자가 직접적으로 제공되는 반응을 통한 단일 단계로 수행될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
수프라입자를 제공하기 위한 방법은 당업자에게 공지되어 있고, 예를 들어 [Liu et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 5875-5879]에 기술되어 있으며, 이의 각 내용은 참조로 본 명세서에 편입된다.
특히 Fe3O4 나노입자를 포함하는 수프라입자의 경우에 합성은 바람직하게 고온, 예컨대 150℃ 내지 250℃ 범위의 온도, 및 바람직하게 높은 압력, 예컨대 2-10 bar의 압력에서 FeCl3 을 부분 환원시켜 Fe3O4-수프라입자를 수득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기술된 바와 같이, 그리하여 코팅제 C2는 디카르복실산, 디카르복실산 염, 디카르복실산 유도체, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산 염, 폴리아크릴산 유도체, 트리카르복실산, 트리카르복실산 염, 트리카르복실산 유도체, 아미노산, 아미노산 염, 아미노산 유도체, 계면활성제, 계면활성제의 염, 지방산, 지방산 염 및 지방산 유도체로 이루어진 군의 적어도 하나의 구성원으로부터 선택된다.
나노입자 또는 수프라입자를 코팅하기 위한 방법은 당업자에게 공지되어 있다. 코팅제는 바람직하게 수프라입자의 합성 동안 제자리에서 수행된다.
단계 (ii)
단계 (ii)에서, 중합체 전구체 분자가 제공되고, 즉 중합반응 이후에 개별 중합체를 제공하는 단량체 빌딩 블록이 제공된다.
바람직하게, (ii)에서 이들 중합체 전구체 분자는 스티렌, 작용화된 스티렌, 비닐벤질클로라이드, 디비닐벤젠, 비닐아세테이트, 메틸메타아크릴레이트 및 아크릴산으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 보다 바람직하게 하기 단량체로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure 112019111198117-pct00002
식에서 R1, R2, R3, R4 및 R5 는 -N3, -NH2, -Br, -I, -F, -NR'R", -NR'R"R"', -COOH, -CN, -OH, -OR', -COOR', -NO2, -SH2, -SO2, -R'(OH)x, -R'(COOH)x, -R'(COOR")x, -R'(OR")x, -R'(NH2)x, -R'(NHR")x, -R'(NR"R"')x, -R'(Cl)x, -R'(I)x, -R'(Br)x, -R'(F)x, R'(CN)x, -R'(N3)x, -R'(NO2)x, -R'(SH2)x, -R'(SO2)x, 알킬, 아릴, 시클로알킬, 헤테로아릴, 헤테로시클로알킬로 이루어진 군으로부터 서로 독립적으로 선택되고, R', R" 및 R"'은 알킬, 아릴, 시클로알킬, 헤테로아릴, 헤테로시클로알킬, 할라이드, 수소, 술파이드, 나이트레이트 및 아민으로 이루어진 군으로부터 서로 독립적으로 선택된다.
단계 (iii)
단계 (iii)에서, (ii)에 따른 중합체 전구체 분자는 적어도 1종의 자성 코어 (M)의 존재 하에서 중합반응하여서, 중합체 매트릭스 (P1)에 내포된, 적어도 1종의 자성 코어 (M), 바람직하게 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 포함하는 입자를 형성하고, 중합체 매트릭스 (P1)는 바람직하게 상기 및 하기에 기술된 바와 같은 가교된 중합체를 포함하고, 보다 바람직하게 그로 이루어진다. 이러한 가교된 중합체 매트릭스 P1은 이후에 바람직하게 단계 (iv)에서 더욱 초가교되어 중합체 매트릭스 P를 제공한다.
(iii)의 중합반응은 바람직하게 현탁 중합반응이다. 용어 "현탁 중합반응"은 물에 비교적 불용성인 중합체 전구체 분자가 수성상에 액체 액적으로서 현탁된 시스템을 의미한다. 일반적으로, 현탁제는 현탁액을 유지시키기 위해 적용되고, 최종 중합체는 분산된 고체상으로서 수득된다. 단량체 빌딩 블록이 현탁 중합반응 시스템에 직접적으로 분산될 수 있지만, 탄화수소 용매 또는 희석제는 혼합물을 포함하여, 단량체, 예컨대 n-헵탄, 이소옥탄, 시클로헥산, 벤젠, 톨루엔 등과 함께 일반적으로 적용된다.
현탁 중합반응 시스템에서, 중합시키려는 단량체 혼합물은 일반적으로 단량체, 또는 바람직한 경우에, 단량체 용액 중 중합체, 적어도 1종의 자성 코어 (M), 용매 및 적용되는 경우에, 개시제를 포함한다.
따라서, 단계 (iii)은 바람직하게
(iii.1) (ii)에 따른 중합체 전구체 분자, (i)에 따른 적어도 1종의 자성 코어 (M), 적어도 하나의 유기 용매, 적어도 하나의 개시제 및 수상 및 임의로 첨가제를 포함하는 조성물 (A)를 제공하는 단계로서, 유기 용매는 물과 혼화성이 아닌 것인 단계, 및
(iii.2) 조성물 (A)을 교반시켜 에멀션 (B)을 제공하는 단계로서, 에멀션은 바람직하게 수중 유기용매 에멀션인 단계를 포함한다.
바람직하게, (iii)의 중합반응은 아조비스(이소부티로니트릴) (AIBN), 2,2'-아조디(2-메틸부티로니트릴) (VAZO 67), 1,1'-아조비스(시아노시클로헥산) (VAZO 88), 벤조일퍼옥시드 (BPO), 2,2'-아조비스(2-아미디노프로판) 디히드로클로라이드 (AAPH) 및 4,4'-아조비스(4-시아노펜탄산) (ACVA)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 개시제의 존재 하에서 수행된다.
단량체 및 적어도 1종의 자성 코어 (M)는 바람직하게 임의로 적어도 하나의 현탁제를 함유하는 수용액에 현탁된다. 적용되는 물의 양은 적용되는 반응기의 유형, 교반 수단 등에 따라서, 광범위하게 다양할 수 있지만, 최종 현탁 혼합물은 바람직하게 물을 포함하는 전체 혼합물의 총 중량을 기준으로 약 5 내지 60 중량%의 단량체 빌딩 블록을 함유한다.
다양한 현탁제가 현탁 중합반응 시스템에서 첨가제로서 적용될 수 있는데, 방법이 액체 중 액체 분산을 포함하고 별개의 고체 입자 형태로 최종 생성물이 제공되기 때문이다. 현탁제는 불용성 카보네이트, 실리케이트, 탈크, 젤라틴, 펙틴, 전분, 셀룰로스 유도체, 불용성 포스페이트, PVA, 염, NaCl, KCl, PVP 등을 포함한다. 바람직하게, (iii)의 중합반응은 임의의 텐시드 부재 하에서 수행된다.
중합반응을 위해 적용되는 시간은 바람직한 전환 정도 또는 크기에 충분해야하고, 다양한 반응 매개변수 예컨대 적용되는 온도에 따라서, 몇 분 내지 몇 시간, 예컨대 48시간으로 광범위하게 다양할 수 있다. 바람직하게, 단계 (iii)은 1시간 내지 30시간, 바람직하게 1시간 내지 8시간 범위의 시간 동안 수행된다.
적용되는 온도는 적어도 열적 중합반응을 유발시키거나, 또는 반응의 개시를 제공하는 자유 라디칼 개시제가 사용되는 경우에 이의 분해를 야기시키는데 충분하고, 바람직하게 중합체의 겔 형성을 야기시킬 수 있는 온도 미만이다. 바람직하게 적용되는 온도는 약 0℃ 내지 100℃, 바람직하게 40 내지 90℃의 범위이다.
교반은 바람직하게 오버헤드 교반기로 수행된다.
바람직하게, 중합체 매트릭스 (P1)는 가교된 중합체를 포함하고, 이러한 중합체는 보다 바람직하게 가교제를 사용하여 중합체를 공중합시켜서 수득되거나 또는 수득가능하다. 중합체를 가교시키기 위해 적합한 작용제는 당업자에게 공지되어 있고, 제한없이 디비닐벤젠, 비스(비닐페닐)에탄, 비스(비닐벤질옥시)헥산, 비스(비닐벤질옥시)도데칸 및 이들의 유도체를 포함한다.
특히 바람직한 실시형태에 따라서, 디비닐벤젠이 가교제로서 적용된다. 바람직하게, 중합체 매트릭스 (P1)는 중합체의 총량을 기준으로, 5-90 vol%의 가교제를 사용하여 중합체를 가교시켜 수득되거나 또는 수득가능하다.
단계 (iv)
중합체 매트릭스 (P1)는 단계 (iv)에서 초가교되고, 여기서 이러한 초가교는 프리델-크래프츠 반응을 통해서 수행된다. 이러한 용도의 목적을 위한 용어 "프리델-크래프츠 (Friedel-Crafts) 반응"은 친전자성 방향족 치환에 의해서 방향족 고리에 치환기를 부착시키기 위해 Charles Friedel 및 James Crafts가 개발한 충분히 공지된 반응 유형을 의미하고, 알킬화 반응 및 아실화 반응의 2가지 주요한 유형의 프리델-크래프츠 반응을 포함한다. 알킬화가 바람직하게 본 발명에서 사용될 수 있다. 이러한 방법은 일반적으로 적합한 촉매, 예컨대 루이스산의 존재 하에서 수행된다.
(iv)의 초가교는 80℃ 이하의 온도, 예컨대 -30℃ 내지 80℃ 범위의 온도에서 수행된다. 이러한 반응 조건은 높은 자기화 포화도를 갖는 안정한 초가교된 입자를 산출시킨다는 것을 놀랍게도 발견하였다.
보다 바람직하게 (iv)는 70℃ 미만, 보다 바람직하게 60℃ 미만, 보다 바람직하게 50℃ 미만, 보다 바람직하게 40℃ 미만, 보다 바람직하게 30℃ 미만의 온도, 예컨대 바람직하게 -30℃ 내지 30℃ 범위의 온도, 보다 바람직하게 -20℃ 내지 30℃ 범위의 온도, 보다 바람직하게 -20℃ 내지 30℃ 범위의 온도, 보다 바람직하게 -10℃ 내지 30℃ 범위의 온도, 보다 바람직하게 0℃ 내지 30℃ 범위의 온도, 및 가장 바람직하게 10 내지 30℃ 범위의 온도에서 수행된다. 반응 동안, 온도는 가변적이거나, 일정하거나 또는 계단식일 수 있거나, 또는 본질적으로 일정하게 유지된다. 온도가 가변적인 경우에, 온도는 120℃ 이하, 100℃ 이하, 80℃ 이하의 온도, 및 바람직하게 70℃ 미만, 보다 바람직하게 60℃ 미만, 보다 바람직하게 50℃ 미만, 보다 바람직하게 40℃ 미만, 보다 바람직하게 30℃ 미만의 온도, 예컨대 바람직하게 -30℃ 내지 30℃ 범위의 온도, 보다 바람직하게 -20℃ 내지 30℃ 범위의 온도, 보다 바람직하게 -20℃ 내지 30℃ 범위의 온도, 보다 바람직하게 -10℃ 내지 30℃ 범위의 온도, 보다 바람직하게 0℃ 내지 30℃ 범위의 온도, 및 가장 바람직하게 10 내지 30℃ 범위의 온도로 항상 유지된다는 것을 이해해야 한다.
바람직하게, (iv)는 FeCl3, ZnCl2, AlCl3, BF3, SbCl5, SnCl4, TiCl4, SiCl4 및 이의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 루이스산을 포함하고, 보다 바람직하게 그로 이루어진 촉매의 존재 하에서 수행된다.
보다 바람직하게, 촉매는 FeCl3 또는 ZnCl2 또는 이의 혼합물을 포함하고, 보다 바람직하게 그로 이루어진다.
임의 단계 (v)
상기 기술된 단계 이외에도, 방법은 하나 이상의 추가 단계를 포함할 수 있다. 특히, 방법은 (iii) 또는 (iv)에 따라 수득된 중합체 입자의 표면을 작용화시키는 단계를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명은 또한 상기 기술된 바와 같은 방법을 비롯하여, 상기 기술된 방법으로 수득되거나 또는 수득가능한 자성 입자에 관한 것이고, 방법은
(i) (iii) 또는 (iv)에 따라서 중합체 입자의 표면을 작용화시키는 단계를 더 포함한다.
바람직하게 이러한 단계에서, 중합체 입자는 -OH, -COOH, 디에틸아미노에탄올, R-SO2-OH, -NH2, R-SO2-OH, -RNH, -R2N, -R3N+ -CH3, -C2H5, -C4H9, -C8H17, -C18H37, -C6H5, -C6H9NO6, 페닐-헥실, 비페닐, 히드록시아파타이트, 보론산, 바이오틴, 아지드, 에폭시드, 알킬, 아릴, 시클로알킬, 헤테로아릴, 헤테로시클로알킬, 아미노산, -COOR, -COR, -OR, 항체 및 이의 단편, 앱타머, 핵산, 중합체 및 수용체 단백질 또는 이의 결합 도메인으로 이루어진 군으로부터 선택된 기로 작용화된다.
중합체 입자를 작용화시키기 위한 방법은 당업자에게 공지되어 있고, 예를 들어, [Bioconjugate Techniques 2nd Edition, G. T. Hermanson]에 기술되어 있으며, 이의 개시된 내용은 참조로 본 명세서에 편입된다.
바람직하게 이 단계는 적어도 적합한 염기 (OH 작용화), 예컨대 예를 들어 KOH로 입자의 처리 단계를 포함한다. 대안적으로, 작용화는 COOH-작용화, Cx-작용화 또는 에폭시-작용화일 수 있다. 상기 작용화에 대한 추가의 상세한 설명은 또한 하기에 첨부된 실시예에서 제공된다.
전술한 견지에서, 본 발명은 바람직하게 상기 기술된 바와 같은 방법을 비롯하여, 상기 방법으로 수득하거나 또는 수득가능한 입자에 관한 것이고, 방법은
(i) 적어도 1종의 자성 코어 (M), 바람직하게 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 제공하는 단계,
(ii) 중합체 전구체 분자를 제공하는 단계,
(iii) 적어도 1종의 자성 코어 (M)의 존재 하에서 (ii)에 따른 중합체 전구체 분자를 중합반응시켜서, 중합체 매트릭스 (P1)에 내포된, 적어도 1종의 자성 코어 (M), 바람직하게 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 포함하는 입자를 형성시키는 단계, 및
(iv) 프리델-크래프츠 반응을 통해서 (iii)에서 수득된 중합체 입자의 중합체 매트릭스 (P1)를 초가교시켜서 자성 입자를 제공하는 단계로서, 반응은 80℃ 이하의 온도에서 수행되고, 프리델-크래프츠 반응은 FeCl3 또는 ZnCl2 또는 이의 혼합물을 포함하고, 보다 바람직하게 그로 이루어진 촉매의 존재 하에서 수행되는 것인 단계를 포함한다.
가교는 당업자에게 공지된 임의의 적합한 용매에 의해 수행될 수 있고 바람직하게 디클로로에탄, 톨루엔, 아세토니트릴, DMF, 에틸에테르, THF, 벤젠, 크실렌, 디옥산, 알칸, 디클로로메탄, 클로로포름, 클로로벤젠, 탄소 테트라클로라이드, NMP, 디클로로벤젠, 트리클로로벤젠, 에테르, 시클로알칸, 유기 할라이드 또는 이의 둘 이상의 혼합물을 포함하는 용매에서 수행된다. 보다 바람직하게, (iv)의 가교는 디클로로에탄, 톨루엔, 아세토니트릴, DMF, 에틸에테르, THF, 벤젠, 크실렌, 디옥산, 알칸, 디클로로메탄, 클로로포름, 클로로벤젠, 탄소 테트라클로라이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 용매에서 수행된다.
바람직하게, (iv)의 반응은 디클로로에탄 또는 다른 유기 할라이드에서 수행되지 않고, 보다 바람직하게 (iv)의 반응은 디클로로에탄 또는 다른 유기 할라이드를 포함하는 용매에서 수행되지 않는다.
특히, (iv)의 반응은 적어도 THF, 아세토니트릴, DMF, 디옥산 또는 톨루올을 포함하는 용매에서 수행된다. 보다 바람직하게, (iv)는 THF, 아세토니트릴, DMF, 디옥산, 톨루올 및 이의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 용매에서 수행된다.
바람직하게, (iv)의 반응은 4시간 이하의 반응 시간 동안, 예컨대 10분 내지 2시간 범위의 반응 시간 동안, 보다 바람직하게 30분 내지 1.5시간 범위, 보다 바람직하게 45분 내지 1시간 범위의 반응 시간 동안 수행된다.
따라서, 본 발명은 바람직하게 상기 기술된 바와 같은 방법을 비롯하여, 상기 방법으로 수득되거나 또는 수득가능한 입자에 관한 것이고, 방법은
(i) 적어도 1종의 자성 코어 (M), 바람직하게 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 제공하는 단계,
(ii) 중합체 전구체 분자를 제공하는 단계,
(iii) 적어도 1종의 자성 코어 (M)의 존재 하에서 (ii)에 따른 중합체 전구체 분자를 중합반응시켜서, 중합체 매트릭스 (P1)에 내포된, 적어도 1종의 자성 코어 (M), 바람직하게 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 포함하는 입자를 형성시키는 단계, 및
(iv) 프리델-크래프츠 반응을 통해서 (iii)에서 수득된 중합체 입자의 중합체 매트릭스 (P1)를 초가교시켜서, 자성 입자를 제공하는 단계로서, 반응은 80℃ 이하의 온도에서 수행되고, 프리델-크래프츠 반응은 4시간 이하의 반응 시간 동안, 및 바람직하게 FeCl3 또는 ZnCl2 또는 이의 혼합물을 포함하고, 보다 바람직하게 그로 이루어진 촉매의 존재 하에서 수행되는 것인 단계를 포함한다.
바람직하게, (iv)의 반응은 불활성 분위기 하에서 수행되고, 보다 더 바람직하게 (iv)의 반응 동안 불활성 가스는 반응 혼합물을 통해서 유출된다. 바람직하게, 불활성 가스는 질소 및/또는 아르곤이다. 용어 "(iv)의 반응 동안"은 10분 내지 2시간 범위의 시간 동안, 보다 바람직하게 전체 반응 시간 동안, 불활성 가스가 혼합물을 통해서 유출되는 것을 의미하기 위해 표시된다. "유출"은 예를 들어 혼합물을 통해서 불활성 가스를 버블링시켜서 수행된다. 적합한 방법은 당업자에게 공지되어 있다.
따라서, 본 발명은 바람직하게 상기 기술된 바와 같은 방법을 비롯하여, 상기 방법에 의해 수득되거나 또는 수득가능한 입자에 관한 것이고, 이 방법은
(i) 적어도 1종의 자성 코어 (M), 바람직하게 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 제공하는 단계,
(ii) 중합체 전구체 분자를 제공하는 단계,
(iii) 적어도 1종의 자성 코어 (M)의 존재 하에서 (ii)에 따른 중합체 전구체 분자를 중합반응시켜서, 중합체 매트릭스 (P1)에 내포된, 적어도 1종의 자성 코어 (M), 바람직하게 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 포함하는 입자를 형성시키는 단계,
(iv) 프리델-크래프츠 반응을 통해서 (iii)에서 수득된 중합체 입자의 중합체 매트릭스 (P1)를 초가교시켜서, 자성 입자를 제공하는 단계로서, 반응은 80℃ 이하의 온도에서 수행되고, 프리델-크래프츠 반응은 바람직하게 4시간 이하의 반응 시간 동안, 및 바람직하게 FeCl3 또는 ZnCl2 또는 이의 혼합물을 포함하고, 보다 바람직하게 그로 이루어진 촉매의 존재 하에서 수행되고, 반응 동안 불활성 가스는 반응 혼합물을 통해서 유출되는 것인 단계를 포함한다.
바람직하게 (iv)에서, 적어도 자성 코어 (M)는 매트릭스에 내포된다.
용도/분석 방법
상기 기술된 자성 입자 및 상기 기술된 방법에 의해 수득가능하거나 또는 수득가능한 자성 입자는 바람직하게 유체 중에서 적어도 하나의 피분석물의 정성적 및/또는 정량적 결정에 사용된다.
본 명세서에서 사용시 용어 "정성적" 결정은 유체 중에서 적어도 하나의 피분석물의 존재 또는 부재를 결정하는 것을 의미한다. 게다가, 이 용어는 또한 피분석물의 성질의 평가를 포괄할 수 있고, 즉 이것은 피분석물의 식별 또는 피분석물이 속하는 화학 분자의 부류의 식별을 포괄할 수 있다.
적어도 하나의 피분석물의 존재 또는 부재는 자성 입자와 적어도 하나의 피분석물의 결합을 가능하게 하는 충분한 조건 하에서 및 충분한 시간 동안 자성 입자에 유체 샘플을 접촉시키는 단계, 이후에 자성 입자로부터 나머지 유체 샘플을 제거하는 단계 및 적어도 하나의 피분석물이 자성 입자에 결합했는지 또는 그렇지 않은지 여부를 결정하는 단계에 의해 결정될 수 있다. 피분석물이 자성 입자에 결합했는지 또는 그렇지 않은지 여부를 결정하기 위해서, 입자에 결합된 화합물은 적합한 기술에 의해 용리될 수 있고 적어도 하나의 피분석물의 존재 또는 부재는 이후에 용리액 중에서 결정할 수 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 피분석물의 결합은 직접적으로, 즉 자성 입자에 대한 결합으로 결정할 수 있다.
적어도 하나의 피분석물 또는 이것이 속하는 화학 부류의 식별은 상기 피분석물을 적합한 분석 방법, 예컨대 질량 분광법, UV-vis, NMR, IR 또는 생화학적 방법, 예컨대 ELISA, RIA 등에 의해서 자성 입자로부터 용리시킨 이후에 수행될 수 있다. 대안적으로, 표면 작용화에 사용되는 작용제의 종류에 따라서, 오직 특이적 피분석물만이 결합될 수 있다. 예를 들어, 항체의 경우에, 피분석물의 화학적 성질은 항체의 특이성에 기인하여 사전결정된다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "정량적"은 유체 샘플에 포함된 적어도 하나의 피분석물의 절대량 또는 상대량을 결정하는 것을 의미한다.
적어도 하나의 피분석물의 양은 정성적 결정에 대해서 상기에 기술된 바와 같이 결정될 수 있다. 그러나, 자성 입자로부터 피분석물의 용리 이후에, 그 양이 용리액 중에서 결정된다. 대안적으로, 결합된 피분석물의 양은 직접적으로 결정될 수 있다.
상기의 견지에서, 본 발명은 또한
(a) 본 발명에 따른 자성 입자 또는 본 발명의 방법으로 수득되거나 또는 수득가능한 자성 입자를 적어도 하나의 피분석물을 포함하거나 또는 포함하는 것으로 의심되는 유체 샘플과 접촉시키는 단계; 및
(b) 상기 자성 입자로부터 용리된 적어도 하나의 피분석물을 결정하는 단계를 포함하는, 유체 샘플 중에서 적어도 하나의 피분석물을 결정하기 위한 방법을 고려한다.
전형적으로, 본 문맥에서 언급하는 결정은 정성적 또는 정량적 결정이다.
전형적으로, 본 발명의 단계 (a)는 자성 입자와 적어도 하나의 피분석물의 결합을 가능하게 하는데 충분한 조건 하에서 및 충분한 시간 동안 수행된다. 따라서, 바람직하게 단계 (a)에서 피분석물의 적어도 일부분, 바람직하게 전부는 입자에 결합된다. 이 경우에, 결정은 정량적 결정이고, 바람직하게 유체 샘플에 존재하는 피분석물의 실질적으로 전부는 입자에 결합한다.
바람직하게, 단계 (a)는
(a1) 적어도 하나의 피분석물의 적어도 일부분과 결합된 자성 입자를, 바람직하게 적어도 하나의 피분석물을 용리시키지 않는 조건 하에서 세척하는 단계; 및/또는
(a2) 적어도 하나의 피분석물의 용리를 가능하게 하는 적합한 조건 하에서 자성 입자로부터 적어도 하나의 피분석물을 용리시키는 단계를 더 포함한다.
보다 특히, (b)의 정성적 또는 정량적 결정은 자성 입자 상에 결합된 피분석물의 존재 또는 부재의 결정 또는 자성 입자에 결합된 피분석물의 양의 결정을 포함할 수 있다.
(a1)의 세척 단계는 단일 세척 단계로서 수행될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 대안적으로 1회 초과의 세척 단계를 수행할 수 있다.
보다 특히, 정성적 결정은 단계 (a) 및/또는 (b)의 일부로서 하기의 단계를 더 포함할 수 있다:
- 적어도 하나의 피분석물이 자성 입자에 결합했는지, 또는 그렇지 않은지 여부를 결정하는 단계.
본 발명의 또는 본 발명의 방법으로 수득가능한 자성 입자를 사용하면, 유리하게, 상기 기술된 바와 같은 용도에서 상기 유체의 매트릭스 캐리-오버가 감소된다.
본 발명의 자성 입자 또는 본 발명의 방법으로 수득된 자성 입자에 의해 결정하려는 피분석물 또는 상기 언급된 용도에 따라 결정하려는 피분석물은 바람직하게, 생물학적 유체 샘플에 존재하는 화학 화합물, 환경 샘플 또는 화학 화합물의 혼합물의 용액이다. 따라서, 본 발명에 따라서 언급되는 유체 샘플은 바람직하게, 체액, 액체 또는 용해된 환경 샘플 및 화학 화합물의 혼합물의 용액으로 이루어진 유체의 군으로부터 선택된다.
바람직한 실시형태에서 본 명세서에서 사용되는 유체 샘플은 시험관 내에서 평가의 목적을 위해 수득된 생물학적 샘플을 의미한다. 본 발명의 방법에서, 유체 샘플 또는 환자 샘플은 바람직하게 임의의 체액을 포함할 수 있다.
바람직한 유체 샘플은 전혈, 혈청, 혈장, 기관지폐포 세척액 (BAL), 상피 내막 유체 (ELF), 소변 또는 객담이고, 혈장 또는 혈청이 가장 바람직하다.
용어 유체 샘플은 그들의 입수 이후에 임의 방식으로, 예컨대 특정한 성분, 예컨대 단백질 또는 폴리뉴클레오티드에 대한 시약 처리, 가용화 또는 농축을 통해서 조작된 생물학적 샘플을 포함한다. 전형적으로, 유체 샘플은 액체 샘플이다.
유체 샘플은 환자 또는 혈장으로부터 회수된 전혈, 혈청, 항체일 수 있다. 유체 샘플은 바람직하게 전혈, 혈청 또는 혈장이다. 일 실시형태에서, 샘플은 임상 샘플이다. 다른 실시형태에서, 샘플은 진단 어세이에서 사용된다.
유체 샘플의 성질에 따라서, 화학 화합물의 상이한 부류를 검출하게 된다. 바람직하게, 본 발명에 따른 피분석물은 스테로이드, 당류, 비타민, 약 및 남용 약물을 포함한 약물, 유기 화합물, 단백질, 핵산 및 이의 둘 이상의 혼합물의 군으로부터 선택될 수 있다. 이러한 피분석물은 중추적으로 생물학적 샘플에 존재한다. 그러나, 그들은 또한 환경 샘플에 존재할 수도 있다.
유체 샘플 중에서 피분석물을 결정하기 위해 상기에 언급된 용도는 바람직하게, 진단 목적, 약물 남용 검사, 환경 제어, 식품 안전, 품질 관리, 정제 또는 제조 방법에 적용될 수 있거나 또는 그에 포함될 수 있다. 진단 용도에서, 피분석물의 정성적 또는 정량적 결정은 피분석물이 예를 들어, 질환 또는 의학적 상태에 대한 바이오마커인지의 진단을 보조할 수 있게 한다. 유사하게, 환경적 변화에 대한 지표로서 피분석물의 정성적 또는 정량적 평가는 오염을 확인하거나 또는 환경 변화를 평가하는 것을 보조할 수 있다. 식품 안전을 비롯하여 제조 또는 정제 방법은 지표 피분석물의 정성적 또는 정량적 결정에 의해 통제될 수 있다. 이러한 지표는 또한 품질 관리의 일반 측면, 예를 들어 또한 제품의 저장 안정성 평가 등과 관련되어 결정될 수 있다.
바람직하게, 피분석물은 질량 분광법, UV-vis, NMR, IR에 의해 결정된다.
본 발명의 발견을 요약하면, 하기 실시형태가 특히 바람직하다:
1. 중합체 매트릭스 (P) 및 적어도 1종의 자성 코어 (M), 바람직하게 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 포함하는 자성 입자를 제조하는 방법으로서, 중합체 매트릭스 (P)는 적어도 하나의 초가교된 중합체를 포함하고, 방법은
(i) 적어도 1종의 자성 코어 (M), 바람직하게, 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 제공하는 단계,
(ii) 중합체 전구체 분자를 제공하는 단계,
(iii) 적어도 1종의 자성 코어 (M)의 존재 하에서 (ii)에 따른 중합체 전구체 분자를 중합반응시켜서, 중합체 매트릭스 (P1)에 내포된, 적어도 1종의 자성 코어 (M), 바람직하게 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 포함하는 입자를 형성하는 단계, 및
(iv) 프리델-크래프츠 반응을 통해서 (iii)에서 수득된 중합체 입자의 중합체 매트릭스 (P1)을 초가교시켜서, 자성 입자를 제공하는 단계로서, 반응은 80℃ 이하의 온도에서 수행되는 것인 단계를 포함한다.
2. 실시형태 1의 방법에서, (iv)의 반응은 30℃ 이하의 온도에서 수행된다.
3. 실시형태 1 또는 2의 방법에서, (iv)의 반응은 2시간 이하의 반응 시간 동안 수행된다.
4. 실시형태 1 내지 3 중 어느 하나의 방법에서, (iv)의 반응은 디클로로에탄 또는 다른 유기 할라이드를 포함하는 용매에서 수행되지 않는다.
5. 실시형태 1 내지 4 중 어느 하나의 방법에서, (iv)의 반응은 적어도 THF, 아세토니트릴, DMF, 디옥산 또는 톨루올을 포함하는 용매에서 수행된다.
6. 실시형태 1 내지 5 중 어느 하나의 방법에서, (iv)의 반응은 THF, 아세토니트릴, DMF, 디옥산, 톨루올 및 이의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 용매에서 수행된다.
7. 실시형태 1 내지 6 중 어느 하나의 방법에서, (iv)의 반응은 불활성 분위기 하에서 수행된다.
8. 실시형태 1 내지 7 중 어느 하나의 방법에서, (iv)의 반응 동안 불활성 가스는 혼합물을 통해서 유출된다.
9. 실시형태 1 내지 8 중 어느 하나의 방법에서, (iv)에서 적어도 자성 코어 (M)는 매트릭스에 내포된다.
10. 실시형태 1 내지 9 중 어느 하나의 방법에서, (iv)의 초가교는 루이스산으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 바람직하게 FeCl3, ZnCl2, AlCl3, BF3, SbCl5, SnCl4, TiCl4, SiCl4 및 이의 둘 이상의 혼합물, 보다 바람직하게 FeCl3 또는 ZnCl2, 또는 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 촉매의 존재 하에서 수행된다.
11. 실시형태 1 내지 10 중 어느 하나의 방법에서, 방법은
(v) (iv)에 따른 중합체 입자의 표면을 작용화시키는 단계를 더 포함한다.
12. 실시형태 11의 방법에서, 단계 (v)에서, 중합체 입자는 -OH, -COOH, 디에틸아미노에탄올, R-SO2-OH, -NH2, R-SO2-OH, -RNH, -R2N, -R3N+ -CH3, -C2H5, -C4H9, -C8H17, -C18H37, -C6H5, C6H9NO6 페닐-헥실, 비페닐, 히드록시아파타이트, 보론산, 바이오틴, 아지드, 에폭시드, 알킬, 아릴, 시클로알킬, 헤테로아릴, 헤테로시클로알킬, 아미노산, -COOR, -COR, -OR, 항체 및 이의 단편, 앱타머, 핵산, 및 수용체 단백질 또는 이의 결합 도메인으로 이루어진 군으로부터 선택되는 기로 작용화된다.
13. 실시형태 1 내지 12 중 어느 하나의 방법에서, (iii)의 중합반응은 현탁 중합반응이다.
14. 실시형태 1 내지 13 중 어느 하나의 방법에서, (iii)의 중합반응은 아조비스(이소부티로니트릴) (AlBN), 2,2'-아조디(2-메틸부티로니트릴) (VAZO 67), 1,1'-아조비스(시아노시클로헥산) (VAZO 88), 벤조일퍼옥시드 (BPO), 2,2'-아조비스(2-아미디노프로판) 디히드로클로라이드 (AAPH) 및 4,4'-아조비스(4-시아노펜탄산) (ACVA)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 개시제의 존재 하에서 수행된다.
15. 실시형태 1 내지 14 중 어느 하나의 방법에서, 단계 (iii)은
(iii.1) (ii)에 따른 중합체 전구체 분자, (i)에 따른 적어도 1종의 자성 코어 (M), 적어도 하나의 유기 용매, 적어도 하나의 개시제 및 수상을 포함하는 조성물 (A)을 제공하는 단계로서, 유기 용매는 물과 혼화되지 않는 것인 단계, 및
(iii.2) 조성물 (A)을 교반하여 에멀션 (B)을 제공하는 단계로서, 에멀션은 바람직하게 수중 유기용매 에멀션인 단계를 포함한다.
16. 실시형태 15의 방법에서, 교반은 오버헤드 교반기로 수행된다.
17. 실시형태 1 내지 16 중 어느 하나의 방법에서, (iii)의 중합반응은 임의의 텐시드의 부재 하에서 수행된다.
18. 실시형태 1 내지 17 중 어느 하나의 방법에서, 단계 (iii)은 1시간 내지 30시간, 바람직하게 1시간 내지 8시간 범위의 시간 동안 수행된다.
19. 실시형태 1 내지 18 중 어느 하나의 방법에서, 단계 (iii)은 0℃ 내지 100℃, 바람직하게 40℃ 내지 90℃ 범위의 온도에서 수행된다.
20. 실시형태 1 내지 19 중 어느 하나의 방법에서, 단계 (i)은
(i.1) 적어도 하나의 자성 나노입자를 제공하는 단계, 및
(i.2) 적어도 하나의 나노입자를 코팅제 C1로 코팅시켜서, 자성 코어 (M)를 제공하는 단계로서, 코팅제 C1은 바람직하게 텐시드, 실리카, 실리케이트, 실란, 포스페이트, 포스포네이트, 포스폰산 및 이의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 단계를 포함한다.
21. 실시형태 20의 방법에서, (i.1)의 자성 코어 (M)는 적어도 하나의 자성, 바람직하게 초상자성의 나노입자 및 임의로 코팅제 C2를 포함하고, 바람직하게 그로 이루어진다.
22. 실시형태 21의 방법에서, (i)은
(i.1.1) 20개 초과의 나노입자 및, 바람직하게, 적어도 21개 나노입자에 적어도 하나의 코팅제 C2를 제공하는 단계,
(i.1.2) 20개 초과의 나노입자를 응집시켜서, 수프라입자를 형성시키는 단계, 및
(i.1.3) 임의로 (i.2)에 따른 수프라입자를 적어도 하나의 코팅제 C1로 코팅시켜서 적어도 1종의 자성 코어 (M)를 제공하는 단계를 포함한다.
23. 실시형태 22의 방법에서, 적어도 하나의 코팅제 C2는 트리카르복실산, 트리카르복실산 염, 트리카르복실산 유도체, 아미노산, 아미노산 염, 아미노산 유도체, 계면활성제, 계면활성제의 염, 지방산, 지방산 염 및 지방산 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된다.
24. 실시형태 1 내지 23 중 어느 하나의 방법으로 수득되거나 또는 수득가능한 자성 입자.
25. 실시형태 24의 자성 입자로서, 자성 입자는 ASTM A 894/A 894M에 따라 결정시 적어도 1 A ㎡/kg, 바람직하게 적어도 10 A ㎡/kg의 포화 자기화를 갖는다.
26. 실시형태 24 내지 25 중 어느 하나의 자성 입자로서, 자성 입자는 ISO 13320에 따라 결정시, 1 내지 60 마이크로미터 범위의 입자 크기를 갖는다.
27. 실시형태 24 내지 26 중 어느 하나의 자성 입자로서, 중합체 매트릭스는 ISO 15901-3에 따라 결정시, 100 nm 미만, 바람직하게 50 nm 이하의 포어 크기를 갖는 포어를 포함한다.
28. 실시형태 24 내지 27 중 어느 하나의 자성 입자로서, 중합체 매트릭스 (P)에 존재하는 모든 포어의 적어도 90%는 ISO 15901-3에 따라 결정시 10 nm 미만의 포어 크기를 갖고, 중합체 매트릭스에 존재하는 모든 포어의 적어도 50%는 5 nm 미만의 포어 크기를 갖고, 바람직하게 중합체 매트릭스 (P)는 50 nm 초과의 포어 크기를 갖는 마크로포어를 포함하지 않는다.
29. 전술한 실시형태 24 내지 28 중 어느 하나의 자성 입자로서, 입자는 ISO 9277에 따라 결정시, 50 내지 2500 ㎡/g 범위의 BET 비표면적을 갖는다.
30. 실시형태 24 내지 29 중 어느 하나의 자성 입자로서, 적어도 하나의 자성 코어 (M)는 금속, 금속 카바이드, 금속 나이트라이드, 금속 술파이드, 금속 포스파이드, 금속 산화물, 금속 킬레이트 및 이의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물을 포함한다.
31. 실시형태 24 내지 30 중 어느 하나의 자성 입자로서, 적어도 하나의 자성 코어 (M)는 금속 산화물 또는 금속 카바이드, 보다 바람직하게, 철 산화물, 특히 Fe3O4, α-Fe2O3, γ-Fe2O3, MnFexOy, CoFexOy, NiFexOy, CuFexOy, ZnFexOy, CdFexOy, BaFexO 및 SrFexO로 이루어진 군으로부터 선택된 철 산화물을 포함하고, 여기서 x 및 y는 합성 방법에 따라 가변적이고, x는 바람직하게 1 내지 3의 정수, 보다 바람직하게 2이고, y는 바람직하게 3 또는 4이고, 가장 바람직하게, Fe3O4 이다.
32. 실시형태 24 내지 31 중 어느 하나의 자성 입자로서, 자성 입자는 초상자성이다.
33. 실시형태 24 내지 32 중 어느 하나의 자성 입자로서, 적어도 하나의 자성 코어 (M)는 적어도 하나의 자성 나노입자, 바람직하게 적어도 하나의 철 산화물 나노입자, 보다 바람직하게 Fe3O4-나노입자를 포함한다.
34. 실시형태 24 내지 33 중 어느 하나의 자성 입자로서, 상기 적어도 1종의 자성 코어 (M)는 자성 나노입자 및 코팅제 C1를 포함하고, 보다 바람직하게 그로 이루어진다.
35. 실시형태 32의 자성 입자로서, 적어도 하나의 자성 나노입자는 TEM-측정에 따라서 결정시, 1 내지 20 nm의 범위, 바람직하게 4 내지 15 nm 범위의 직경을 갖는다.
36. 실시형태 24 내지 33 중 어느 하나의 자성 입자로서, 적어도 하나의 자성 코어 (M)는 수프라입자를 포함하고, 바람직하게 그로 이루어지고, 임의로 코팅제 C1을 포함한다.
37. 실시형태 36의 자성 입자로서, 상기 수프라입자는 응집된 나노입자, 및 바람직하게 20개 초과의 응집된 나노입자, 및 보다 바람직하게 100 내지 1.5백만개 나노입자로 이루어진다.
38. 실시형태 37의 자성 입자로서, 각각의 나노입자는 적어도 하나의 코팅제 C2로 코팅되고, 코팅제는 바람직하게 나노입자의 표면 상에 침착되고,
코팅제 C2는 바람직하게 디카르복실산, 디카르복실산 염, 디카르복실산 유도체, 트리카르복실산, 트리카르복실산 염, 트리카르복실산 유도체, 아미노산, 아미노산 염, 아미노산 유도체, 계면활성제, 계면활성제의 염, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산 염, 폴리아크릴산 유도체, 지방산, 지방산 염 및 지방산 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된다.
39. 실시형태 36 내지 38 중 어느 하나의 자성 입자로서, 적어도 하나의 코팅제 C2를 포함하는 수프라입자는 DLS에 따라 결정시, 80 내지 500 nm, 바람직하게 150 내지 400 nm, 및 가장 바람직하게 200 내지 300 nm 범위의 직경을 갖는다.
40. 실시형태 39의 자성 입자로서, 적어도 하나의 코팅제 C1은 텐시드, 실리카, 실리케이트, 실란, 포스페이트, 포스포네이트, 포스폰산 및 이의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
41. 실시형태 34 내지 40 중 어느 하나의 자성 입자로서, 코팅제 C1은 실리카, 테트라에틸 오르쏘실리케이트, 3-(트리메톡시실릴)프로필 메타크릴레이트, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 알릴트리메톡시실란, 알릴트리에톡시실란, 트리에톡시비닐실란, 3-(트리메톡시실릴)프로필 아크릴레이트, 트리메톡시(7-옥텐-1-일)실란, 트리메톡시메틸실란, 트리에톡시메틸실란, 에틸트리메톡시실란, 트리에톡시(에틸)실란, 트리메톡시페닐실란, 트리메톡시(2-페닐에틸)실란 트리메톡시(프로필)실란, n-프로필트리에톡시실란, 이소부틸(트리메톡시)실란, 이소부틸트리에톡시실란, 비닐포스폰산, 디메틸 비닐포스포네이트, 디에틸 비닐포스포네이트, 디에틸 알릴포스포네이트, 디에틸 알릴 포스페이트, 디에틸 (2-메틸알릴)포스포네이트, 옥틸포스폰산, 부틸포스폰산, 데실포스폰산, 헥실포스폰산, 헥사데실포스폰산, n-도데실포스폰산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 및 아라키드산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산, 카프로산, 에난트산, 카프릴산, 펠라르곤산, 카프르산, 운데실산, 트리데실산, 펜타데실산, 마르가르산, 노나데실산, 헨아이코실산, 베헨산, 트리코실산, 리그노세르산, 펜타코실산, 세로트산, 헵타코실산, 몬탄산, 노나코실산, 멜리스산, 헤나트리아콘틸산, 락세로산, 프실산, 게드산, 세로플라스트산, 헥사트리아콘틸산, 헵타트리아콘탄산, 옥타트리아콘탄산, 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 아라키돈산, 헥사데카트리엔산, 스테아리돈산, 아이코사트리엔산, 아이코사테트라엔산, 아이코사펜타엔산, 헨아이코사펜타엔산, 도코사펜타엔산, 클루파노돈산, 도코사헥사엔산, 테트라코사펜타엔산, 테트라코사헥사엔산, 칼렌드산, 아이코사디엔산, 도코사디엔산, 아드렌산, 도코사펜타엔산, 테트라코사테트라엔산, 테트라코사펜타엔산, 5-도데센산, 7-테트라데센산, 팔미톨레산, 바센산, 파울린산, 15-도코센산, 17-테트라코센산, 엘라이드산, 곤도산, 매드산, 에루크산, 네르본산, 루멘산, 칼렌드산, 자카르산, 엘레오스테아르산, 카탈프산, 푸니크산, 루멜렌산, 파리나르산, 보세오펜타엔산, 피놀렌산, 포도카르프산 및 이의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
42. 실시형태 34 내지 41 중 어느 하나의 자성 입자로서, 코팅제 C1은 바람직하게 텐시드 또는 실리카 코팅제이다.
43. 실시형태 34 내지 42 중 어느 하나의 자성 입자로서, 적어도 하나의 자성 코어 (M)는 코팅제 C1를 적어도 1종의 자성 코어 (M)의 총 중량을 기준으로, 1 내지 40 중량%, 바람직하게 2 내지 15 중량%, 보다 바람직하게 5 내지 10 중량%의 양으로 포함한다.
44. 실시형태 34 내지 43 중 어느 하나의 자성 입자로서, 코팅제 C1은 텐시드이고, 적어도 1종의 자성 코어 (M)는 바람직하게 적어도 1종의 자성 코어 (M)의 총 중량을 기준으로, 코팅제 C1, 바람직하게 올레산 코팅제를 1 내지 15 중량%, 바람직하게 5 내지 10 중량%의 양으로 포함한다.
45. 실시형태 34 내지 44의 자성 입자로서, 코팅제 C1은 비닐 또는 아크릴 기를 포함한다.
46. 실시형태 24 내지 45 중 어느 하나의 자성 입자로서, 입자는 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 포함한다.
47. 실시형태 24 내지 46 중 어느 하나의 자성 입자로서, 입자는 실질적으로 구형인 입자이다.
48. 유체 중에서 적어도 하나의 피분석물의 정성적 및/또는 정량적 결정을 위한 실시형태 1 내지 47 중 어느 하나의 자성 입자의 용도.
49. 전술한 실시형태의 용도로서, 상기 피분석물은 스테로이드, 당류, 비타민, 약물, 유기 화합물, 단백질, 핵산, 당류 및 이의 둘 이상의 혼합물의 군으로부터 선택된다.
50. 실시형태 48 또는 49의 용도로서, 상기 피분석물은 실시형태 1 내지 23 중 어느 하나의 방법으로 수득가능한 자성 입자 또는 실시형태 24 내지 46 중 어느 하나의 자성 입자에 의해 농축된다.
51. 실시형태 48 내지 50 중 어느 하나의 용도로서, 상기 피분석물은 질량 분광법, UV-vis, NMR, IR에 의해 결정된다.
52. 실시형태 48 내지 52 중 어느 하나의 용도로서, 상기 유체는 체액, 액체 또는 용해된 환경 샘플 및 화학 화합물의 혼합물의 용액으로 이루어진 유체의 군으로부터 선택된다.
53. 실시형태 52의 용도로서, 실시형태 1 내지 23 중 어느 하나의 자성 입자 또는 실시형태 24 내지 46 중 어느 하나에 따른 자성 입자는 상기 유체의 매트릭스 캐리-오버를 감소시킨다.
54. 실시형태 53의 용도로서, 유체 중 적어도 하나의 피분석물의 상기 정성적 및/또는 정량적 결정은 진단 목적, 약물 남용 검사, 환경 제어, 식품 안전, 품질 관리, 정제 또는 제조 과정에 포함된다.
55. 유체 샘플 중에서 적어도 하나의 피분석물을 결정하기 위한 방법으로서,
a) 본 발명의 자성 입자 또는 본 발명의 방법으로 수득된 자성 입자를 적어도 하나의 피분석물을 포함하거나 또는 포함하는 것으로 의심되는 유체 샘플과 접촉시키는 단계; 및
b) 상기 자성 입자에 결합된 적어도 하나의 피분석물을 결정하는 단계를 포함한다.
56. 실시형태 55의 방법에서, 방법의 단계 a)는 자성 입자에 적어도 하나의 피분석물의 결합을 가능하게 하는데 충분한 조건 하에서 및 충분한 시간 동안 수행된다.
57. 실시형태 55 또는 56에서, 단계 a)는
a1) 적어도 하나의 피분석물의 적어도 일부분이 결합된 자성 입자를, 바람직하게 적어도 하나의 피분석물을 용리시키지 않는 조건 하에서 세척하는 단계; 및/또는
a2) 적어도 하나의 피분석물의 용리를 가능하게 하는 적합한 조건 하에서 자성 입자로부터 적어도 하나의 피분석물을 용리시키는 단계를 더 포함한다.
58. 실시형태 55 내지 57 중 어느 하나의 방법에서, 상기 결정은 자성 입자 상에 결합된 피분석물의 존재 또는 부재의 결정 또는 자성 입자에 결합된 피분석물의 양의 결정을 포함한다.
본 발명의 추가의 임의적 특성 및 실시형태는 바람직하게 독립항과 함께, 바람직한 실시형태의 후속 설명에서 보다 상세하게 개시될 것이다. 거기서, 개별 선택 특성은 당업자가 인식하게 되는 바와 같이, 독립된 방식을 비롯하여 모든 임의의 실현가능한 조합으로 인식될 수 있다. 본 발명의 범주는 바람직한 실시형태에 의해 제한되지 않는다. 실시형태는 도면에 개략적으로 도시된다. 도면에서 동일한 참조 번호는 동일하거나 또는 기능적으로 비슷한 구성요소를 의미한다.
본 명세서 전반에서 인용된 모든 참조문헌은 그들 전문뿐만 아니라 특별히 언급된 개시 내용에 대해서 참조로 본 명세서에 편입시킨다.
[도면의 간단한설명]
도 1 은 1-20개의 나노입자 (10a), 및 코팅제 C1 (10b)를 갖는 하나의 자성 코어 (M) (10a + 10b)를 비롯하여 중합체 매트릭스 (P) (11)를 포함하는 자성 입자의 개략도이다.
도 2 는 각각 1-20개의 나노입자 (10a) 및 코팅제 C1 (10b)을 갖는 하나 초과, 즉 3개의 자성 코어 (M) (10a + 10b)를 비롯하여 중합체 매트릭스 (P) (11)를 포함하는 보다 바람직한 자성 입자의 개략도이다.
도 3 은 코팅제 C2 (10c)로 코팅된 다수의 나노입자 (10a)의 응집 시 형성된 수프라입자로 이루어진 하나의 자성 코어 (M) 및 중합체 매트릭스 (P) (11)를 갖는 자성 입자의 개략도이고, 자성 코어 (M)는 코팅제 C1 (10b)을 더 갖는다.
도 4 는 코팅제 C2 (10c)로 코팅된 다수의 나노입자 (10a)의 응집 시 형성된 수프라입자로 이루어진 1종 초과의 자성 코어 (M) 및 중합체 매트릭스 (P) (11)를 갖는 보다 바람직한 자성 입자의 개략도이고, 자성 코어 (M)는 코팅제 C1 (10b)을 더 갖는다.
도 5 는 상이한 크기를 갖는 Xu 등에 의해 합성된 입자에 대해 계산된 포화 자기화를 도시한다.
도 6 은 샘플 분석을 위해 본 명세서에 기술된 바와 같은 비드를 사용한 농축 작업흐름을 도시한다.
실시예
하기 실시예는 단지 본 발명을 예시하는 것이다. 무엇이든, 그들은 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예 1: 비드의 제조
실리카-코팅된 자성 나노입자 (1)
일반적인 과정으로, 43 g의 FeCl2·4 H2O (0.22 mol) 및 70 g의 FeCl3 (0.43 mol)을 교반 하에 2 L의 물에 첨가하였고 70℃로 가열시켰다. 125 mL의 NH4OH (H2O 중 28%)를 첨가하였고 10분 후에 검은색 침전물을 자석을 사용해 분리시켰다. 상청액을 폐기하고 자성 나노입자는 물로 5회 세척하였다. 나노입자는 초음파 처리 하에 2 L의 에탄올에 재현탁시켰고 4 L의 반응기로 옮겼다. 총 부피는 3.2 L 까지 에탄올로 채웠고 교반 하에서 테트라에톡시실란 (TEOS; 50 mL; 0.22 mol) 및 에탄올 (350 mL)의 혼합물을 적가하였다. 25℃에서 24시간 교반 후에 나노입자는 자석을 사용해 분리시켰고 상청액은 폐기하였다. TEOS 코팅된 나노입자는 에탄올로 3회 세척하였고 초음파처리 하에 2 L의 에탄올에 재현탁시켰다. 나노입자는 4 L의 반응기로 옮기고 총 부피는 3.1 L까지 에탄올로 채웠다. 혼합물은 50℃까지 가열하였고 교반 하에서 [3-(메타크릴오일옥시)프로필]트리메톡시실란 (MEMO; 77 mL; 0.32 mol), 이소부틸(트리메톡시)실란 (ISO; 33 mL; 0.17 mol) 및 에탄올 (390 mL)의 혼합물을 적가하였다. 50℃에서 24시간 교반 하에서, 나노입자는 자석을 사용해 분리시켰고 상청액은 폐기하였다. MEMO/ISO 코팅된 나노입자는 에탄올로 2회 세척하였고 에탄올에 저장하여 실리카-코팅된 자성 나노입자 (1) (50 g)를 제공하였다.
텐시드-코팅된 자성 나노입자 (2)
일반적인 과정으로, 126 g의 FeCl2·4 H2O (0.63 mol) 및 248 g의 FeCl3 (1.53 mol)을 교반 하에 3 L의 물에 첨가하였고 55℃로 가열시켰다. 460 mL의 NH4OH (H2O 중 28%)를 첨가하였고 15분 후에 검은색 침전물은 자석을 사용해 분리시켰다. 상청액을 폐기하였고 자성 나노입자는 물로 3회 세척하였다. 자성 나노입자는 2000 mL에 재현탁시켰고 pH는 7-9까지 NaOH (10 M)를 사용하여 조정하였다. 30분 동안 초음파처리 후에 현탁액을 4 L의 반응기로 옮겼고 1 L의 물을 첨가하였다. 교반하면서 120 mL의 올레산을 첨가하였고 현탁액은 45분 동안 25℃에서 교반시켰다. 자성 나노입자는 자석을 사용해 분리하였고 상청액은 폐기하였다. 텐시드-코팅된 나노입자는 물 및 에탄올로 3회 세척하였고 에탄올 중에 저장하여 텐시드-코팅된 자성 나노입자 (2) (203 g)를 제공하였다.
실리카-코팅된 자성 수프라입자 (3)
일반적인 과정으로, 44 g의 FeCl3·6 H2O (0.16 mol)를 800 mL의 에틸렌 글리콜에 용해시켰고 고압 반응기로 옮겼다. 9.7 g의 소듐 시트레이트 (0.037 mol) 및 51.9 g의 소듐 아세테이트 (0.63 mol)를 첨가하였고 고압 반응기를 밀봉하였다. 혼합물은 160℃에서 2시간 및 200℃에서 18시간 동안 교반하면서 처리하였다. 형성된 나노입자는 자석을 사용해 분리하였고 상청액은 폐기하였다. 자성 나노입자는 에탄올로 3회 및 물로 5회 세척하여 자성 수프라입자 (13.3 g)를 제공하였다. 10 g의 수프라입자는 초음파처리 하에서 2 L의 반응기 중의 1500 mL 에탄올에 재현탁시켰고 교반하면서 테트라에톡시실란 (TEOS; 15 mL; 68 mmol) 및 에탄올 (50 mL)의 혼합물을 적가하였다. 25℃에서 20시간 교반 후에, 수프라입자는 자석을 사용해 분리시켰고 상청액은 폐기하였다. TEOS 코팅된 수프라입자는 에탄올로 2회 세척하였고 초음파처리 하에서 1300 mL의 에탄올에 재현탁시켰다. 혼합물은 65℃로 가열시켰고 교반 하에서 [3-(메타크릴오일옥시)프로필]트리메톡시실란 (MEMO; 14 mL; 59 mmol), 이소부틸(트리메톡시)실란 (ISO; 6 mL; 31 mmol) 및 에탄올 (180 mL)의 혼합물을 적가하였다. 50℃에서 16시간 교반 후에, 수프라입자는 자석을 사용해 분리시켰고 상청액은 폐기하였다. MEMO/ISO 코팅된 수프라입자는 에탄올로 3회 세척하였고 에탄올에 저장하여 실리카-코팅된 자성 수프라입자 (3) (10 g)를 제공하였다.
자성 중합체 입자 (4)
일반적인 과정으로, 650 mL의 물을 기계적 교반기가 구비된 2 L의 유리 반응기에 첨가하였다. 13.5 g의 PVA를 첨가하였고 완전한 용액까지 교반하였다.
10 g의 (1), (2) 또는 (3) 은 자석을 사용해 분리시켰고 상청액은 폐기하였다. 자성 나노입자는 톨루엔으로 1회 세척한 후에 168 mL의 톨루엔에 재현탁시켰다. 23.6 mL의 디비닐벤젠 (0.17 mol) 및 23.6 mL의 비닐벤질 클로라이드 (0.17 mol)를 첨가하였고 혼합물은 1시간 동안 초음파처리하였다. 3.84 g의 2,2'-아조비스(2-메틸부티로니트릴) (20 mmol)을 첨가하였고 혼합물을 빠른 교반 하에서 PVA-용액으로 옮겼다. 혼합물을 80℃로 가열시켰고 반응을 4시간 동안 계속하였다. 형성된 자성 중합체 입자는 자석을 사용하여 분리시켰고 상청액은 폐기하였다. 입자는 물 및 메탄올로 3회 세척하였고 이소프로판올/물 (10/90 v/v)에 재현탁하여 자성 중합체 입자 (4) (52.3 g)를 제공하였다.
다공성 자성 중합체 입자 (5)
일반적인 과정으로, 5 g의 (4) 를 자석을 사용해 분리시켰고 상청액은 폐기하였다. 자성 나노입자는 초가교 용매 (디클로로에탄, 톨루엔, DMF, MeCN, 디옥산 또는 THF)로 3회 세척한 후에 선택된 용매 60 mL에 재현탁시켰다. 현탁액은 30분 동안 교반하였고 그 다음으로 80℃로 가열시켰다. 온도에 도달하면 촉매 (FeCl3 또는 ZnCl2; 12 mmol)를 첨가하였고 현탁액을 통해서 질소를 버블링시켰다. 1시간 후에 입자는 자석을 사용해 분리시켰고 상청액을 폐기하였다. 입자는 에탄올로 5회 세척하여 다공성 자성 중합체 입자 (5) (4.8 g)를 제공하였다.
OH-작용화된 다공성 자성 중합체 입자 (6)
일반적인 과정으로, 4.8 g의 (5) 를 합성하고 60 mL의 KOH-용액 (H2O 중 6 M)에 현탁하여 사용하였다. 현탁액은 60℃에서 16시간 동안 교반하였다. 입자는 자석을 사용해 분리시켰고 상청액은 폐기하였다. 입자는 pH 7에 도달할 때까지 물로 수 차례 세척하여 OH-작용화된 다공성 자성 중합체 입자 (6) (4.8 g)를 제공하였다.
COOH-작용화된 다공성 자성 중합체 입자 (7)
일반적인 과정으로, 1 g의 (6) 은 합성하고 20 mL의 NaClO-용액 (H2O 중 10-15%의 이용가능한 염소)에 현탁하여 사용하였다. 현탁액은 60℃에서 1.5시간 동안 교반하였다. 입자는 자석을 사용해 분리시켰고 상청액은 폐기하였다. 입자는 물로 3회 세척하여 COOH-작용화된 다공성 자성 중합체 입자 (7) (1 g)를 제공하였다.
C x -작용화된 다공성 자성 중합체 입자 (8)
일반적인 과정으로, 1 g의 (7) 은 합성하고 2회 MES-완충액 (2-몰폴린-4-일에탄술폰산; 0.1 M; pH 5.0)으로 세척하여 사용하였다. 입자는 40 mL의 MES-완충액 (0.1 M; pH 5.0)에 재현탁시켰고 6.6 mL의 EDC-용액 (3-(에틸이미노메틸렌아미노)-N,N-디메틸프로판-1-아민; H2O 중 10% w/w) 및 39.6 mL의 술포-NHS-용액 (N-히드록시술포숙신이미드; H2O 중 0.03 M)을 첨가하였다. 현탁액은 11℃에서 35분 동안 교반하였다. 입자는 자석을 사용하여 분리시켰고 상청액은 폐기하였다. 입자는 2회 MES-완충액으로 세척하였고 46 mL의 CxH2x+1-NH2-용액 (x = 4, 6, 8 또는 10; 에탄올 중 1/6 v/v) 및 49.5 mL의 포타슘 포스페이트-완충액 (0.1 M; pH 7.5)을 첨가하였다. 현탁액은 25℃에서 2.5시간 동안 교반하였다. 입자는 자석을 사용해 분리시켰고 상청액은 폐기하였다. 입자는 에탄올로 3회 및 포타슘 포스페이트-완충액 (0.02 M; pH 7.0)으로 2회 세척하여 C x -작용화된 다공성 자성 중합체 입자 (8) (1 g)를 제공하였다.
에폭시-작용화된 다공성 자성 중합체 입자 (9)
일반적인 과정으로, 1 g의 (6) 은 합성하고 10 mL의 DMF에 현탁하여 사용하였다. 20 mL의 에피클로로히드린 및 10 mL의 NaOH-용액 (H2O 중 3.5 M)을 첨가하였다. 현탁액은 40℃에서 22시간 동안 교반하였다. 입자는 자석을 사용해 분리시켰고 상청액은 폐기하였다. 입자는 물로 수 차례 세척하여 에폭시-작용화된 다공성 자성 중합체 입자 (9) (1 g)를 제공하였다.
하기의 입자를 제조하였다:
표 1: 초가교 예
Figure 112019111198117-pct00003
Figure 112019111198117-pct00004
Figure 112019111198117-pct00005
특징규명 방법
입자 크기 분석의 경우 Mastersizer 2000과 Hydro 2000 (Malvern Instruments)을 사용하였다. 샘플은 측정 전에 물 또는 에탄올에 현탁시켰다.
표면적 및 포어 크기 분석의 경우 Autosorb iQ (Quantachrome Instruments)가 사용되었다. 샘플은 활성화를 위해 진공 하에 12시간 동안 95℃에서 탈기시켰다.
자기화 측정의 경우 7404-S 자력계 (Lake Shores Cryotronics)를 사용하였다.
농축-워크플로우-MS 기술 내부에서 입자의 자동화를 위한 핵심 요건 하나는 높은 처리량을 위한 신속한 자성 분리 (< 5초)이다. 입자 크기 및 포화 자기화는 결정적인 특성이다. 그러므로 높은 포화 자기화 (>1 A ㎡kg-1) 및 거대 크기 (> 2 ㎛)를 갖는 입자가 필요하다. 추가적으로 시스템의 강인성을 위해서, 입자의 캐리-오버는 피해야만 한다. 그러므로 입자는 높은 자기화 및 1 ㎛ 초과의 입자 크기를 가질 필요가 있다.
이것은 바로 기술된 자성 중합체 입자의 합성 경로의 중요한 문제이다. Yang 등의 방법은 낮은 포화 자기화 (4.1 A ㎡kg-1)를 갖는 소형 입자 (< 100 nm)의 합성을 표시한다. 이들 입자는 소형 입자 크기 및 낮은 자기화 특성으로 인해 자동화를 위한 요건을 충족하지 않는다. 에멀션 중합반응에 의해 1 ㎛ 보다 큰 입자를 제조하는 것은 어렵고, 필요한 특성을 갖는 입자의 제조를 위한 이러한 합성 방법의 잠재성은 낮다. Xu 등은 높은 포화 자기화 (14.1 A ㎡kg-1)를 갖는 소형 입자 (약 400 nm)의 합성을 보여준다. 이 방법을 사용함으로써, 오직 하나의 Fe3O4-NP 코어가 중합체 입자 당 내포된다 (모노-코어)는 사실에 기인하여, 보다 큰 입자는 오직 중합체 쉘을 증가시켜서만 제조될 수 있고, 이는 포화 자기화의 극적인 감소를 초래할 수 있다. 도 5는 상이한 크기를 갖는 Xu 등에 의해 합성된 입자에 대해 계산된 포화 자기화를 도시한다. 예를 들어 2 ㎛의 크기를 갖는 입자의 합성을 위해서 포화 자기화는 1 A ㎡kg-1 미만이게 되고 10 ㎛의 경우는 0.01 A ㎡kg-1 미만이게 된다. 이러한 자기화의 상당한 손실은 극도로 긴 분리 시간을 초래하여 고처리량 자동화에 허용되지 않는다. 그러므로, 이들 입자는 낮은 자기화 특성을 초래하는 모노-코어 미크론 이하 입자 합성 및 소형 입자 크기로 인해 자동화를 위한 요건을 충족하지 않는다.
중합반응 이후에, 입자에 다공성을 생성시키고 그리하여 높은 표면적을 생성시키는데 필요한 초가교 반응이 존재한다. 한가지 단점은 이 화학 반응 동안 HCl의 발생이다. HCl은 Fe3O4-NP를 공격하므로 입자의 자기화를 감소시킨다. 이러한 반응 단계의 경우, 코팅부 두께 및 Fe3O4-NP의 코팅제 유형이 필수적이다. Yang 등은 올레산에 의한 코팅제를 사용하고, Xu 등은 시트레이트에 의해 Fe3O4-NP를 보호한다.
실시예 2: 자성 비드를 사용한 피분석물 포획
피분석물 포획
비드 평가를 위해서 비드는 도 6에 예시된 바와 같은 농축 작업흐름을 겪었다. 시험 샘플로서 혼합된 혈청 풀을 사용하였고, 여기서의 혼합된 피분석물은 하기 표 2에 열거되어 있다.
표 2: CPS 입자로 시험된 피분석물의 목록
Figure 112019111198117-pct00006
샘플의 제조
샘플은 피분석물 무함유 인간 혈청 풀에 13종의 관심 피분석물을 혼합하여 제조되었다. 내부 표준 용액은 표적 피분석물의 동위원소 표지된 유사체를 함유하는 메탄올/물 50:50 v/v 혼합물이었다.
비드 추출
각 샘플의 경우에, 100 ㎕의 혈청을 50 mg/mL 농도의 물 중 비드 현탁액 50 ㎕와 혼합하였고 약한 회전 조건 하의 실온에서 5분 동안 평형화시켜서, 피분석물이 입자의 전체 표면에 접근할 수 있게 하였다. 25OH-비타민 D3 을 분석하는 경우에, 추가 단계는 100 ㎕의 전처리 용액을 혼합물에 첨가하였고 15분간 인큐베이션시키는 것을 포함하였다. 그 다음으로 상청액을 버리고 자성 비드를 2회 200 ㎕의 물로 세척하였다. 용리는 물 70:30 v/v 중 100 ㎕ 아세토니트릴/2% 포름산에서 수행하였다. 다음 단계에서, 80 ㎕ 용리액을 바이알에서 꺼내어 HPLC 바이알로 옮겼고, 여기서 LC-MS/MS 분석 전에 5 ㎕ 내부 표준 용액을 첨가하였다.
회수
정량은 외부 보정으로 수행하였다. 이를 위해서, 보정 그래프는 순 용액에서 기록하였다. 회수율은 급증된 양에 대해 용리 분획 중 계산된 농도를 비교하여 계산되었다.
특징규명하기 위한 추가의 양상은 하기에 따라 분류된 바와 같이 잔류 단백질에 대한 용리물 순도였다:
잔류 단백질: 양호 < 1.0% (< 855 ㎍/mL)
보통 1.0 - 2.0% (855 - 1710 ㎍/mL)
불량 > 2.0% (> 1710 ㎍/mL)
거의 모든 샘플의 경우 잔류 단백질은 1% 이하였고 매트릭스 효과의 제거에 대해 양호한 결과를 보였다.
하기 표 3은 상기에 제시된 상이한 비드 유형의 포획 특성을 보여준다. 확인할 수 있는 바와 같이, 상이한 단량체 성분을 사용하여, 상이한 피분석물 부류에 대해서 포획 효율을 변화시켜서, 맞춤 비드 디자인의 가능성을 제공하였다.
표 3: 상이한 비드의 포획 특성
Figure 112019111198117-pct00007
Figure 112019111198117-pct00008

Claims (16)

  1. 중합체 매트릭스 (P) 및 적어도 1종의 자성 코어 (M), 또는 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 포함하는 자성 입자를 제조하는 방법으로서, 중합체 매트릭스 (P)는 적어도 하나의 초가교된 중합체를 포함하고, 방법은
    (i) 적어도 1종의 자성 코어 (M), 또는 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 제공하는 단계,
    (ii) 중합체 전구체 분자를 제공하는 단계,
    (iii) 적어도 1종의 자성 코어 (M)의 존재 하에서 (ii)에 따라서 중합체 전구체 분자를 중합반응시켜서, 중합체 매트릭스 (P1)에 내포된 적어도 1종의 자성 코어 (M), 또는 적어도 2종의 자성 코어 (M)를 포함하는 입자를 형성시키는 단계, 및
    (iv) 프리델-크래프츠 반응을 통해서 (iii)에서 수득된 중합체 입자의 중합체 매트릭스 (P1)를 초가교시켜서 자성 입자를 제공하는 단계로서, 반응은 80℃ 이하의 온도에서 수행되는 것인 단계를 포함하고,
    자성 입자는 5 내지 40 마이크로미터 범위의 입자 크기를 갖고,
    (iv)의 반응은 디클로로에탄 또는 다른 유기 할라이드를 포함하는 용매에서 수행되지 않고,
    (iv)의 반응은 2시간 이하의 반응 시간 동안 수행되고,
    (iv)의 반응은 적어도 THF, 아세토니트릴, DMF, 디옥산 또는 톨루올을 포함하는 용매에서 수행되고,
    (iv)의 초가교는 루이스산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 촉매의 존재 하에서 수행되는 것인 자성 입자를 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, (iv)의 반응이 30℃ 이하의 온도에서 수행되는 것인 자성 입자를 제조하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, (iv)의 반응은 THF, 아세토니트릴, DMF, 톨루올, 디옥산 및 이의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 용매에서 수행되는 것인 자성 입자를 제조하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, (iv)의 반응은 불활성 분위기 하에서 수행되는 것인 자성 입자를 제조하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, (iv)에서 적어도 1종의 자성 코어 (M)는 매트릭스에 내포되는 것인 자성 입자를 제조하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, (iv)의 초가교는 FeCl3, ZnCl2, AlCl3, BF3, SbCl5, SnCl4, TiCl4, SiCl4 및 이의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 촉매의 존재 하에서 수행되는 것인 자성 입자를 제조하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 방법은
    (v) (iv)에 따른 중합체 입자의 표면을 작용화시키는 단계를 더 포함하는 것인 자성 입자를 제조하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, (iii)의 중합반응은 현탁 중합반응인 자성 입자를 제조하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 방법에 의해 수득되거나 또는 수득가능한 자성 입자.
  10. 제9항에 있어서,
    유체 중에서 적어도 하나의 피분석물의 정성적 및/또는 정량적 결정에 사용되는, 자성 입자.
  11. 유체 샘플 중에서 적어도 하나의 피분석물을 결정하기 위한 방법으로서,
    a) 제9항의 자성 입자를 적어도 하나의 피분석물을 포함하거나 또는 포함하는 것으로 의심되는 유체 샘플과 접촉시키는 단계; 및
    b) 상기 자성 입자에 결합된 적어도 하나의 피분석물을 결정하는 단계
    를 포함하는 것인 유체 샘플 중에서 적어도 하나의 피분석물을 결정하기 위한 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 피분석물은 스테로이드, 비타민, 약물, 당류, 유기 화합물, 단백질, 핵산, 당류 및 이의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 유체 샘플 중에서 적어도 하나의 피분석물을 결정하기 위한 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 피분석물은 스테로이드, 비타민, 약물, 당류, 유기 화합물, 단백질, 핵산, 당류 및 이의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 자성 입자.
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  15. 삭제
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