KR20100106353A - 다공성 중합체 수지 - Google Patents

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제랄드 케이 라스무쎈
제임스 아이 헴브레
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Abstract

다공성 중합체 수지, 이 다공성 중합체 수지를 제조하는 데 사용될 수 있는 반응 혼합물 및 방법, 및 이 다공성 중합체 수지의 용도가 기술된다. 더 구체적으로, 중합체 수지는 전형적으로 계층형 다공성 구조에 더하여 다양한 상이한 목표 화합물과 상호작용하거나 반응하는 데 사용될 수 있는 반응성 기를 갖는다. 반응성 기는 산성기 또는 그의 염, 아미노기 또는 그의 염, 하이드록실기, 아즐락톤기, 글리시딜기, 또는 그 조합으로부터 선택될 수 있다.

Description

다공성 중합체 수지{POROUS POLYMERIC RESINS}
다공성 중합체 수지, 이 다공성 중합체 수지를 제조하기 위한 방법 및 반응 혼합물, 및 이 다공성 중합체 수지의 다양한 용도가 기술된다.
중합체 수지는 다양한 목표 화합물의 분리 및 정제를 위해 광범위하게 사용된다. 예를 들어, 중합체 수지는 이온기의 존재에 기초하여, 목표 화합물의 크기에 기초하여, 소수성 상호작용(hydrophobic interaction)에 기초하여, 친화성 상호작용(affinity interaction)에 기초하여, 또는 공유결합의 형성에 기초하여 목표 화합물을 정제하거나 분리하는 데 사용될 수 있다.
생명공학 산업에서, 단백질, 효소, 백신, DNA, RNA 등과 같은 다양한 생체분자의 대규모 분리 및/또는 정제는 매우 중요하다. 생체분자의 분리 및 정제에 사용되는 대다수의 중합체 수지는 스티렌/다이비닐벤젠 공중합체 또는 가교결합된 아가로스에 기초한다. 스티렌/다이비닐벤젠 공중합체의 소수성 골격은 다수의 재료들과 비-특이적으로 상호작용하여 불순한 생성물을 형성하기 쉬울 수 있다. 가교결합된 아가로스 수지가 일반적으로 비-특이적 상호작용에 덜 민감하다고 하더라도, 이들 재료는 상당히 부드러운 젤이 되는 경향이 있고 많은 생체분자에 대해 상대적으로 낮은 용량을 가질 수 있다.
개선된 중합체 수지가 특히 생체분자의 분리 및 정제를 위해 필요하다.
다공성 중합체 수지, 이 다공성 중합체 수지를 제조하는 데 사용될 수 있는 반응 혼합물 및 방법, 및 이 다공성 중합체 수지의 다양한 용도가 기술된다. 더 구체적으로, 중합체 수지는 보통 계층형(hierarchical) 다공성 구조뿐만 아니라 목표 화합물을 정제하거나 또는 샘플 내 다른 분자들로부터 목표 화합물을 분리하는 데 사용될 수 있는 작용기를 갖는다. 중합체 수지는 주로 친수성이고 낮은 비-특이적 흡착성을 가질 수 있다. 다수의 실시 형태에서, 중합체 수지는 중합체 비드(bead)의 형태이다.
제1 태양에서, 다공성 중합체 수지를 제조하는 데 사용될 수 있는 반응 혼합물이 제공된다. 반응 혼합물은 a) 자유 라디칼 중합이 가능한 단량체 혼합물, b) 0.05 내지 5 마이크로미터 크기 범위의 분산되거나 현탁된 유기 응집체, 및 c) 물 및 선택적으로 물과 혼화성인 극성 유기 용매를 포함하는 수성상 용매를 포함하는 수성상 조성물을 함유한다. 수성상 조성물 내 단량체 혼합물은 1) 가교결합 단량체 및 2) 작용성 단량체를 포함한다. 가교결합 단량체는 화학식 I의 화합물을 포함한다:
[화학식 I]
Figure pct00001
상기 식에서, R1은 수소 또는 메틸이고; Q는 옥시 또는 -NH-이고; Y는 알킬렌 또는 헤테로알킬렌이다. 알킬렌 또는 헤테로알킬렌 Y 기는 비치환되거나 하이드록실기로 치환된다. 작용성 단량체는 (a) 에틸렌계 불포화기 및 (b) (1) 산성기 또는 그의 염, (2) 아미노기 또는 그의 염, (3) 하이드록실기, (4) 아즐락톤기, (5) 글리시딜기, 또는 (6) 그 조합으로부터 선택되는 작용기를 포함한다.
제2 태양에서, 다공성 중합체 수지를 제조하는 방법이 제공된다. 본 방법은 1) 자유 라디칼 중합이 가능한 단량체 혼합물, 2) 0.05 내지 5 마이크로미터 크기 범위의 분산되거나 현탁된 유기 응집체, 및 3) 물 및 선택적으로 물과 혼화성인 극성 유기 용매를 포함하는 수성상 용매를 포함하는 수성상 조성물을 형성하는 단계를 포함한다. 수성상 조성물 내 단량체 혼합물은 i) 가교결합 단량체 및 ii) 작용성 단량체를 함유한다. 가교결합 단량체는 화학식 I의 화합물을 포함한다:
[화학식 I]
Figure pct00002
상기 식에서, R1은 수소 또는 메틸이고; Q는 옥시 또는 -NH-이고; Y는 알킬렌 또는 헤테로알킬렌이다. 알킬렌 또는 헤테로알킬렌 Y 기는 비치환되거나 하이드록실기로 치환된다. 작용성 단량체는 (a) 에틸렌계 불포화기 및 (b) (1) 산성기 또는 그의 염, (2) 아미노기 또는 그의 염, (3) 하이드록실기, (4) 아즐락톤기, (5) 글리시딜기, 또는 (6) 그 조합으로부터 선택되는 제1 작용기를 포함한다. 본 방법은 단량체 혼합물을 중합하여 유기 응집체를 포함하는 중합체 재료를 형성하고, 이어서 중합체 재료로부터 유기 응집체의 적어도 일부분을 제거하여 다공성 중합체 수지를 형성하는 단계를 추가로 포함한다.
제3 태양에서, 목표 화합물을 정제하거나 분리하는 방법이 제공된다. 본 방법은, 상기에 기술된 바와 같이, (1) 산성기 또는 그의 염, (2) 아미노기 또는 그의 염, (3) 하이드록실기, (4) 아즐락톤기, (5) 글리시딜기, 또는 (6) 그 조합으로부터 선택되는 작용기를 갖는 다공성 중합체 수지를 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 다공성 중합체 수지를 다공성 중합체 비드의 적어도 하나의 작용기와 반응하거나 상호작용하는 목표 화합물을 포함하는 샘플과 접촉시키는 단계를 추가로 포함한다. 일부 응용예에서, 다공성 중합체 수지는 크로마토그래피 칼럼 내에 위치하거나, 여과 매체의 표면 상에 위치하거나, 연속적 다공성 매트릭스 내에 혼입될 수 있다.
제4 태양에서, 목표 화합물을 정제하거나 분리하는 다른 방법이 제공된다. 본 방법은, 상기에 기술된 바와 같이, (1) 산성기 또는 그의 염, (2) 아미노기 또는 그의 염, (3) 하이드록실기, (4) 아즐락톤기, (5) 글리시딜기, 또는 (6) 그 조합으로부터 선택되는 제1 작용기를 갖는 다공성 중합체 수지를 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은, 다공성 중합체 수지를 개질제로 처리하고 제1 작용기를 제2 작용기로 전환시킴으로써, 개질된 다공성 중합체 수지를 제조하는 단계를 포함한다. 이어서, 제2 작용기를 갖는 개질된 다공성 중합체 수지를 목표 화합물을 포함하는 샘플과 접촉시킨다. 목표 화합물은 개질된 다공성 중합체 수지의 제2 작용기와 반응하거나 상호작용한다.
제5 태양에서, 다공성 중합체 수지가 제공된다. 중합체 수지는 평균 기공 직경이 200 나노미터 미만인 제1 세트의 기공 및 평균 기공 직경이 500 나노미터 초과인 제2 세트의 기공을 포함하는 계층형 다공성 구조를 갖는다. 다공성 중합체 수지는 a) 가교결합 단량체 및 b) 작용성 단량체를 포함하는 수성상 단량체 혼합물의 반응 생성물이다. 가교결합 단량체는 화학식 I의 화합물을 포함한다:
[화학식 I]
Figure pct00003
상기 식에서, R1은 수소 또는 메틸이고; Q는 옥시 또는 -NH-이고; Y는 알킬렌 또는 헤테로알킬렌 - 여기서, Y는 비치환되거나 하이드록실기로 치환됨 - 이다. 작용성 단량체는 (a) 에틸렌계 불포화기 및 (b) (1) 산성기 또는 그의 염, (2) 아미노기 또는 그의 염, (3) 하이드록실기, (4) 아즐락톤기, (5) 글리시딜기, 또는 (6) 그 조합으로부터 선택되는 제1 작용기를 포함한다. 단량체 혼합물 중의 모든 또는 실질적으로 모든 단량체는 친유성 지수(lipophilicity index)가 20 이하이다. 일부 실시 형태에서, 다공성 중합체 수지는 다공성 중합체 비드이다.
본 발명의 상기 요약은 본 발명의 각각의 실시 형태 또는 모든 구현 형태를 설명하고자 하는 것은 아니다. 하기의 도면, 상세한 설명 및 실시예는 이들 실시 형태를 더욱 구체적으로 예시한다.
본 발명은 첨부된 도면과 함께 발명의 다양한 실시 형태의 하기의 상세한 설명을 고려하여 더욱 완벽하게 이해될 수 있다:
<도 1>
도 1은 일차 및 이차 다공성 구조를 갖는 예시적인 다공성 중합체 비드(실시예 6에서 제조됨)의 주사 전자 현미경 사진.
<도 2>
도 2는 일차 다공성 구조는 갖지만 이차 다공성 구조는 갖지 않는 비교예의 중합체 비드(비교예 2에서 제조됨)의 주사 전자 현미경 사진.
<도 3>
도 3은 일차 및 이차 다공성 구조를 갖는 다른 예시적인 다공성 중합체 비드(실시예 4에서 제조됨)의 광학 현미경 사진.
<도 4>
도 4는 일차 및 이차 다공성 구조를 갖는 예시적인 다공성 중합체 비드(실시예 4에서 제조됨)의 주사 전자 현미경 사진.
<도 5>
도 5는 일차 및 이차 다공성 구조를 갖는 또 다른 예시적인 다공성 중합체 비드(실시예 5에서 제조됨)의 주사 전자 현미경 사진.
본 발명이 다양한 변형예 및 대안적인 형태에 따르지만, 이들의 세부 사항(specifics)은 도면에 예로서 도시되어 있고 상세히 기술될 것이다. 그러나, 본 발명을 특정 실시 형태로 제한하고자 하는 것이 않음이 이해되어야 한다. 반대로, 발명의 요지 및 범주 내에 속하는 모든 변경, 등가물, 및 대안을 포함하고자 하는 것이다.
다공성 중합체 수지, 이 다공성 중합체 수지를 제조하는 데 사용될 수 있는 반응 혼합물 및 방법, 및 이 다공성 중합체 수지의 용도가 기술된다. 더 구체적으로, 중합체 수지는 보통 친수성이고 계층형 다공성 구조에 더하여 다양한 상이한 목표 화합물과 상호작용하거나 반응하는 데 사용될 수 있는 작용기를 갖는다. 종종 다공성 중합체 비드의 형태인 다공성 중합체 수지는 원하는 재료를 정제하거나 또는 원하는 재료를 샘플 내 다른 분자들로부터 분리하는 데 사용될 수 있다. 일부 응용예에서, 다공성 중합체 수지는 크로마토그래피 칼럼 내에 위치하거나, 여과 매체의 표면 상에 위치하거나, 연속적 다공성 매트릭스 내에 혼입될 수 있다.
단수형 용어("a", "an" 및 "the")는 기재되어 있는 요소들 중 하나 이상을 의미하도록 "적어도 하나"와 서로 바꾸어서 사용될 수 있다.
"알킬"이라는 용어는 포화 탄화수소인 알칸의 라디칼인 1가 기를 지칭한다. 알킬은 선형, 분지형, 환형, 또는 그 조합일 수 있고, 전형적으로 1개 내지 20개의 탄소 원자를 갖는다. 일부 실시 형태에서, 알킬기는 1개 내지 16개의 탄소 원자, 1개 내지 12개의 탄소 원자, 1개 내지 10개의 탄소 원자, 1개 내지 8개의 탄소 원자, 1개 내지 6개의 탄소 원자, 또는 1개 내지 4개의 탄소 원자를 포함한다. 알킬기의 예에는 메틸, 에틸, n-프로필, 아이소프로필, n-부틸, 아이소부틸, tert-부틸, n-펜틸, n-헥실, 사이클로헥실, n-헵틸, n-옥틸, 및 에틸헥실이 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다.
"알킬렌"이라는 용어는 알칸의 라디칼인 2가 기이다. 알킬렌은 직쇄, 분지형, 환형, 또는 그 조합일 수 있다. 알킬렌은 전형적으로 1개 내지 20개의 탄소 원자를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 알킬렌은 1개 내지 10개의 탄소 원자, 1개 내지 8개의 탄소 원자, 1개 내지 6개의 탄소 원자, 또는 1개 내지 4개의 탄소 원자를 포함한다. 알킬렌의 라디칼 중심은 동일한 탄소 원자(즉, 알킬리덴) 또는 상이한 탄소 원자 상에 있을 수 있다.
"알콕시"라는 용어는 화학식 -OR (여기서, R은 알킬임)의 1가 기를 말한다.
"아실"이라는 용어는 화학식 -(CO)-R (여기서, R은 알킬이고, (CO)는 탄소가 산소에 이중 결합으로 부착된 것을 나타냄)의 1가 기를 말한다. 예시적인 아실기는 R이 메틸인 아세틸이다.
"아실옥시"라는 용어는 화학식 -O-(CO)-R (여기서, R은 알킬이고, (CO)는 탄소가 산소에 이중 결합으로 부착된 것을 나타냄)의 1가 기를 말한다. 예시적인 아실옥시기는 R이 메틸인 아세톡시이다.
"아르알킬"이라는 용어는 화합물 R-Ar (여기서, Ar은 방향족 탄소환식기이고, R은 알킬기임)의 라디칼인 1가 기를 말한다.
"아릴"이라는 용어는 탄소환식 방향족 화합물의 라디칼인 1가 기를 말한다. 아릴은 하나의 방향족 고리를 가질 수 있거나 또는 방향족 고리에 연결되거나 융합되는 최대 5개의 다른 탄소환식 고리를 가질 수 있다. 다른 탄소환식 고리는 방향족, 비-방향족, 또는 그 조합일 수 있다. 아릴기의 예는 페닐, 바이페닐, 터페닐, 안트릴, 나프틸, 아세나프틸, 안트라퀴노닐, 페난트릴, 안트라센일, 파이레닐, 페릴레닐, 및 플루오레닐을 포함하지만, 이로 한정되는 것은 아니다.
"아즐락톤"이라는 용어는 하기 화학식의 1가 기를 말한다:
Figure pct00004
상기 식에서, p는 0 또는 1의 정수이고; Ra는 각각 독립적으로 수소, 알킬, 헤테로알킬, 아릴, 아르알킬로부터 선택되거나, Ra 기들 둘 모두는 이들이 부착되는 탄소 원자와 함께 탄소환식 고리를 형성한다.
"카르복시"라는 용어는 화학식 -(CO)OH (여기서, (CO)는 탄소가 산소에 이중 결합으로 부착된 것을 나타냄)의 1가 기를 말한다.
"카르복시알킬"이라는 용어는 카르복시기로 치환된 알킬을 말한다.
"글리시딜"이라는 용어는 하기 화학식의 기를 말한다.
Figure pct00005
"할로"라는 용어는 플루오로, 클로로, 브로모, 또는 요오도를 말한다.
"할로알킬"이라는 용어는 할로기로 치환된 알킬을 말한다.
"헤테로알킬렌"이라는 용어는 티오, 옥시, 또는 -NRb- (여기서, Rb는 수소 또는 알킬임)로 대체되는 하나 이상의 -CH2- 기들을 갖는 2가 기를 말한다. 헤테로알킬렌은 선형, 분지형, 환형 또는 그 조합일 수 있으며, 최대 60개의 탄소 원자 및 최대 15개의 헤테로원자를 포함할 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 헤테로알킬렌은 최대 50개의 탄소 원자, 최대 40개의 탄소 원자, 최대 30개의 탄소 원자, 최대 20개의 탄소 원자, 또는 최대 10개의 탄소 원자를 포함한다. 예시적인 헤테로알킬렌에는 알킬렌 옥사이드 또는 폴리(알킬렌 옥사이드)가 포함된다. 즉, 헤테로알킬렌은 화학식 -(R-O)-(여기서, R은 알킬렌임)의 적어도 1개의 기를 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "알킬렌 글리콜" 및 "알킬렌 옥사이드"라는 용어는 이러한 화학식의 2가 기를 지칭하기 위해 호환적으로 사용된다.
"(메트)아크릴로일"이라는 용어는 화학식 H2C=CR1-(CO)- (여기서, R1은 수소 또는 메틸임)의 기를 말한다.
"(메트)아크릴아미도"라는 용어는 화학식 H2C=CR1-(CO)-NH- (여기서, R1은 수소 또는 메틸임)의 기를 말한다.
"(메트)아크릴옥시" 라는 용어는 화학식 H2C=CR1-(CO)-O-(여기서, R1은 수소 또는 메틸임)의 기를 말한다.
"(메트)아크릴레이트"라는 용어는 메타크릴레이트 및 아크릴레이트 둘 모두를 말한다. 유사하게는, "(메트)아크릴아미드"라는 용어는 메타크릴아미드 및 아크릴아미드 둘 모두를 말하며, "(메트)아크릴산"이라는 용어는 메타크릴산 및 아크릴산 둘 모두를 말하며, "(메트)아크릴로일 아미노산"이라는 용어는 메타크릴로일 아미노산 및 아크릴로일 아미노산 둘 모두를 말한다.
"중합체" 또는 "중합체성"이라는 용어는 단일중합체, 공중합체, 삼원공중합체 등인 재료를 말한다. 마찬가지로, "중합하다" 또는 "중합"이라는 용어는 단일중합체, 공중합체, 삼원공중합체 등을 제조하는 공정을 말한다.
"범위의"라는 어구는 종점들과 이들 종점들 사이의 모든 수를 포함한다s. 예를 들어, 1 내지 10의 범위라는 어구는 1, 10, 및 1과 10 사이의 모든 수를 포함한다.
"실온"이라는 용어는 20℃ 내지 25℃ 범위의 온도를 말한다.
달리 지시되지 않는다면, 명세서 및 특허청구범위에 사용된 특징부의 크기, 양, 및 물리적 특성을 표현하는 모든 수는 모든 경우에 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해된다. 따라서, 반대로 지시되지 않는다면, 개시된 수는 본 명세서에 기술된 교시를 사용해 원하는 특성에 따라 달라질 수 있는 근사치이다.
다공성인 중합체 수지가 제공된다. 다공성 중합체 수지는 거대다공성 중합체 재료 또는 젤-유형 중합체 재료의 형태일 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "거대다공성"이라는 용어는 건조 상태에서도 영구적인 다공성 구조를 갖는 중합체 수지를 말한다. 용매와 접촉하는 경우 중합체 수지가 팽창할 수 있다고 하더라도, 다공성 구조를 통한 중합체 수지의 내부에의 접근을 가능하게 하도록 팽창이 필요한 것은 아니다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "젤-유형" 또는 "젤"이라는 용어는 건조 상태에서는 영구적인 다공성 구조를 갖지 않지만 중합체 수지의 내부에의 확산성 접근이 가능하도록 적합한 용매에 의해 팽창될 수 있는 중합체 수지를 말하기 위해 호환적으로 사용된다. 거대다공성 및 젤-유형 중합체 재료는 문헌[Sherrington, Chem. Commun., 2275-2286(1998)] 및 문헌[Macintyre et al., Macromolecules, 37, 7628-7636(2004)]에 추가적으로 기술된다. "거대다공성" 및 "젤-유형"이라는 용어들은 특정의 기공 크기 또는 기공 크기의 범위를 지시하는 것을 의미하지는 않는다.
중합체 수지는 계층형 다공성 구조를 갖는다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "계층형 다공성" 구조라는 용어는 중합체 수지가 적어도 일차 다공성 구조 및 이차 다공성 구조를 갖는 것을 의미한다. 일차 다공성 구조는 벌크 중합체 매트릭스와 관련된다. 젤-유형 또는 거대다공성 중 어느 하나일 수 있는 이러한 일차 다공성 구조는 본 명세서에 기술된 것과 유사하지만 유기 응집체를 갖지 않는 반응 혼합물의 중합으로 얻어지는 것과 사실상 동일한 다공성 구조이다. 일차 다공성 구조는 종종 평균 기공 직경이 약 200 나노미터(㎚) 미만인 복수의 기공을 포함한다. 반응 혼합물 내에 유기 응집체를 포함함으로써 이차 다공성 구조가 되게 된다. 이차 다공성 구조는 종종 수지 내에 복수의 크고, 흔히 원형 단면 기공 (예를 들어, 반구상 공동 또는 공간과 같이 구형 또는 부분적으로 구형 공동 또는 공극)을 포함한다. 이들 큰 기공의 평균 기공 직경은 일반적으로 약 500 나노미터보다 크고, 일부 기공은 약 15 내지 20 마이크로미터만큼 클 수 있다. 이들 큰 기공은 개방형 셀 형상, 폐쇄형 셀 형상 또는 그 조합을 가질 수 있다. 어느 하나의 형상에서, 액체, 개질제 또는 목표 화합물과 같은 물질은 이차 다공성 구조 내의 하나의 기공으로부터 이차 다공성 구조 내의 다른 기공으로 이동할 수 있다. 폐쇄형 셀 형상에서, 이러한 이동은 일차 다공성 구조를 통과하게 된다. 이차 다공성 구조의 기공은 비드의 외부에 직접 접근할 수 있거나 또는 일차 기공 구조를 통해 접근가능할 수 있다.
계층형 다공성 구조는 상대적으로 큰 분자량을 갖는 목표 화합물의 분리 또는 정제에 특히 유리할 수 있다. 더 구체적으로, 평균 기공 직경이 약 200 나노미터 미만인 제1 세트의 기공 및 평균 기공 직경이 약 500 나노미터 초과인 제2 세트의 기공을 갖는 중합체 수지가 생체분자(즉, 생물학적 분자)의 정제 또는 분리에 유리할 수 있다. 효소, 단백질, 핵산 등과 같은 생체분자는 흔히 중량 평균 분자량이 5,000 g/몰 초과, 10,000 g/몰 초과, 20,000 g/몰 초과, 50,000 g/몰 초과 또는 100,000 g/몰 초과이다. 상대적으로 큰 기공이 없이 분자량이 증가함에 따라, 중합체 수지의 내부 영역 내로의 생체분자의 확산이 흔히 감소한다. 전형적으로, 중합체 수지를 이용한 생체분자의 분리 및 정제에 필요한 시간은 직경이 약 500 나노미터를 초과하는 기공과 같이 상대적으로 큰 기공을 갖는 중합체 수지를 사용하여 단축될 수 있다. 그러나, 기공의 크기는 하나 이상의 목표 화합물의 정제 및 분리를 위한 중합체 수지의 총 표면적 및 용량에 보통 영향을 미친다. 상대적으로 큰 기공만을 갖는 중합체 수지는 목표 화합물에 대해 낮은 표면적 및 낮은 용량을 갖는 경향이 있다. 중합체 수지의 용량을 최대화하기 위해, 직경이 약 200 나노미터 미만인 기공 크기들과 같은 더 작은 기공 크기가 유리할 수 있다. 즉, 직경이 약 200 나노미터 미만인 기공은 중합체 수지의 표면적을 증가시키는 경향이 있다.
중합체 수지는 목표 화합물과 반응하거나 상호작용하는 데 사용될 수 있는 다양한 작용기를 갖는다. 작용기는 (1) 산성기 또는 그의 염, (2) 아미노기 또는 그의 염, (3) 하이드록실기, (4) 아즐락톤기, (5) 글리시딜기, 또는 (6) 그 조합으로부터 선택되는 제1 작용기일 수 있다. 대안적으로, 제1 작용기는 개질제와 반응하여 제1 작용기와는 다른 제2 작용기를 제공할 수 있다. 중합체 수지 또는 개질된 중합체 수지와의 목표 화합물의 반응 또는 상호작용은 샘플 내 다른 분자들로부터 목표 화합물을 정제하거나 분리하기 위한 근거를 제공할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 목표 화합물은 중합체 수지 또는 개질된 중합체 수지를 사용하여 분리되고 수집될 수 있는 원하는 재료이다. 다른 실시 형태에서, 목표 화합물은 중합체 수지 또는 개질된 중합체 수지를 사용하여 원하는 재료로부터 분리될 수 있는 불순물이다.
수성상 조성물 내에 존재하는 단량체는 자유 라디칼 중합 반응을 이용하여 중합된다. 중합 반응 중에 중합체 재료의 분자량이 증가함에 따라, 생성된 중합체 재료는 전형적으로 수성상과 비상용성이 되고 상 분리가 일어나는 경향이 있다. 수성상 성분들의 일부는 보통 중합체 재료 내에 포획된다. 포획된 수성상 성분들의 후속 제거는 종종 기공의 형성으로 이어진다. 상이한 수성상 성분들은 상이한 기공 크기의 형성으로 이어질 수 있다. 수성상 성분들은 일차 다공성 구조뿐만 아니라 이차 다공성 구조를 갖는 계층형 다공성 중합체 비드를 제공하도록 선택될 수 있다.
수성상 조성물은 모놀리식(monolithic) 다공성 중합체 수지를 형성하도록 중합될 수 있다. 모놀리식 형태는 임의의 원하는 모양을 가질 수 있거나 또는 입자로 분할될 수 있다. 대안적으로, 수성상 조성물은 중합체 비드를 형성하도록 중합될 수 있다. 예를 들어, 중합체 비드는 역상 현탁 중합 방법(reverse phase or inverse suspension polymerization method)을 이용해 형성될 수 있다. 이러한 중합 방법을 이용하면, 단량체 혼합물을 포함하는 수성상 조성물은 물과 비혼화성인 유기상 내에 액적으로 분산되거나 현탁된다. 중합체 재료의 중량이 증가함에 따라, 이는 전형적으로 수성상과 비상용성이 되고 액적 내에서 상 분리가 일어나는 경향이 있다. 수성상 성분들의 일부는 보통 중합체 재료 내에 포획되어 기공을 형성하게 된다.
중합체 수지를 제조하는 데 사용된 반응 혼합물은 수성상 조성물을 포함한다. 수성상 조성물은 1) 단량체 혼합물, 2) 0.05 내지 5 마이크로미터 크기 범위의 분산되거나 현탁된 유기 응집체, 및 3) 수성상 용매를 포함한다. 단량체 혼합물은 i) 가교결합 단량체 및 ii) 작용성 단량체를 포함한다. 수성상 용매는 물 및 선택적으로 물과 혼화성인 극성 유기 용매를 포함한다.
수성상 조성물 내 가교결합 단량체는 하기 화학식 I의 것이다.
[화학식 I]
Figure pct00006
화학식 I에서, 각각의 R1은 독립적으로 수소 또는 메틸이고; 각각의 Q는 독립적으로 옥시 또는 -NH-이고, Y는 알킬렌 또는 헤테로알킬렌이다. 알킬렌 또는 헤테로알킬렌 Y 기는 선택적으로 하이드록실기로 치환될 (즉, 기 Y는 비치환되거나 하이드록실기로 치환될) 수 있다. 가교결합 단량체는 하나의 중합체성 사슬과 다른 중합체성 사슬을 가교결합시키도록 반응하거나 중합체성 사슬의 일부분과 동일한 중합체성 사슬의 다른 부분을 가교결합시키도록 반응할 수 있는 2개의 (메트)아크릴로일기를 갖는다. 가교결합제는 수성상 조성물에 가용성인 것으로 선택된다.
화학식 I의 가교결합 단량체의 일부 실시 형태에서, Q 기 둘 모두는 -NH-로 같고, Y는 1개 내지 10개, 1개 내지 8개, 1개 내지 6개, 또는 1개 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌기이다. 알킬렌기는 선형, 분지형, 환형, 또는 그 조합일 수 있다. 특정 예에는 N,N'-메틸렌비스(메트)아크릴아미드, N,N'-에틸렌비스(메트)아크릴아미드, N,N'-(1,2-다이하이드록시에틸렌)비스(메트)아크릴아미드, N,N'-프로필렌비스(메트)아크릴아미드, 및 N,N'-헥사메틸렌비스(메트)아크릴아미드가 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다.
화학식 I의 가교결합 단량체의 다른 실시 형태에서, Q 기 둘 모두는 -NH-로 같고, Y는 2개 내지 20개, 2개 내지 16개, 2개 내지 12개, 2개 내지 10개, 2개 내지 8개, 2개 내지 6개, 또는 2개 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 헤테로알킬렌이다. 헤테로알킬렌은 선형, 분지형, 환형, 또는 그 조합일 수 있다. 특정 예에는 N,N'-시스타민비스(메트)아크릴아미드, 비스 3-(메트)아크릴아미도프로프-1-일폴리에틸렌글리콜, 비스-2-(메트)아크릴아미도프로프-1-일폴리에틸렌글리콜, 및 N,N'-피페라진비스(메트)아크릴아미드가 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다.
화학식 I의 가교결합 단량체의 또 다른 실시 형태에서, Q 기 둘 모두는 옥시이고 Y는 2개 내지 10개, 2개 내지 8개, 2개 내지 6개, 또는 2개 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌이다. 알킬렌은 선형, 분지형, 환형, 또는 그 조합일 수 있다. 특정 예에는 1,4-부탄다이올 다이(메트)아크릴레이트, 1,3-부탄다이올 다이(메트)아크릴레이트, 1,5-펜탄다이올 다이(메트)아크릴레이트, 1,6-헥산다이올 다이(메트)아크릴레이트, 2,2-다이메틸프로판다이올 다이(메트)아크릴레이트, 트랜스-1,4-사이클로헥산다이올 다이(메트)아크릴레이트, 및 에틸렌글리콜 다이(메트)아크릴레이트가 포함된다.
화학식 I의 가교결합 단량체의 또 다른 실시 형태에서, Q 기 둘 모두는 옥시이고 Y는 헤테로알킬렌이다. 헤테로알킬렌은 선형, 분지형, 환형, 또는 그 조합일 수 있다. 헤테로알킬렌은 종종 선형이고 화학식 -(R-O)-(여기서, R은 알킬렌임)의 1개 이상의 알킬렌 옥사이드 단위를 갖는다. 알킬렌은 종종 2개, 3개, 또는 4개의 탄소 원자를 갖는다. 특정 예에는 다이(에틸렌 글리콜) 다이(메트)아크릴레이트, 트라이(에틸렌 글리콜) 다이(메트)아크릴레이트, 테트라(에틸렌 글리콜) 다이(메트)아크릴레이트, 폴리(에틸렌 글리콜) 다이(메트)아크릴레이트, 다이(프로필렌 글리콜) 다이(메트)아크릴레이트, 및 폴리(프로필렌 글리콜) 다이(메트)아크릴레이트가 포함된다. 또 다른 예에는 에톡실화 부탄다이올 다이(메트)아크릴레이트, 프로폭실화 부탄다이올 다이(메트)아크릴레이트, 및 에톡실화 헥산다이올 다이(메트)아크릴레이트와 같은 알콕실화 다이올 다이(메트)아크릴레이트; 에톡실화 트라이메틸올프로판 다이(메트)아크릴레이트 및 프로폭실화 트라이메틸올프로판 다이(메트)아크릴레이트와 같은 알콕실화 트라이메틸올프로판 다이(메트)아크릴레이트; 및 에톡실화 펜타에리트리톨 다이(메트)아크릴레이트 및 프로폭실화 펜타에리트리톨 다이(메트)아크릴레이트와 같은 알콕실화 펜타에리트리톨 다이(메트)아크릴레이트가 포함된다.
구체적으로 열거된 가교결합 단량체의 일부는 시그마-알드리치(Sigma-Aldrich, 미국 위스콘신주 밀워키 소재), 폴리사이언스 인크.(Polysciences, Inc., 미국 펜실베이니아주 워링턴 소재), 및 사토머(Sartomer, 미국 펜실베이니아주 엑서터 소재)와 같은 다양한 공급자로부터 구매가능하다. 대안적으로, 이러한 가교결합 단량체의 일부는 예를 들어, 문헌[Rasmussen, et al., Reactive Polymers, 16, 199-212(1991/1992)]에서와 같은 본 기술 분야에 개시된 절차에 의해 합성될 수 있다.
일부 예시적인 반응 혼합물에서, 수성상 중의 가교결합 단량체는 N,N'-메틸렌비스(메트)아크릴아미드이거나, 또는 N,N'-메틸렌비스(메트)아크릴아미드와 화학식 I의 적어도 하나의 다른 가교결합 단량체의 혼합물이다. 가교결합 단량체의 총 양의 적어도 10 중량％, 적어도 20 중량％, 적어도 30 중량％, 적어도 40 중량％, 적어도 50 중량％, 적어도 60 중량％, 적어도 70 중량％, 또는 적어도 80 중량％, 적어도 80 중량％, 적어도 90 중량％, 적어도 95 중량％, 적어도 98 중량％, 또는 적어도 99 중량％가 종종 N,N'-메틸렌비스(메트)아크릴아미드이다.
화학식 I의 가교결합 단량체에 더하여, 단량체 혼합물은 부가적인 가교결합 단량체를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 수성상은 화학식 I의 제1 가교결합 단량체, 및 3개 이상의 에틸렌계 불포화 기를 갖는 제2 가교결합 단량체를 포함할 수 있다. 전형적으로, 수성상 조성물 중의 총 가교결합 단량체의 적어도 10 중량％, 적어도 20 중량％, 적어도 30 중량％, 적어도 40 중량％, 적어도 50 중량％, 적어도 60 중량％, 적어도 70 중량％, 적어도 80 중량％, 또는 적어도 90 중량％는 화학식 I의 화합물이다.
일부 예시적인 제2 가교결합제에는 3개의 에틸렌계 불포화 기를 갖는 것들, 예컨대, 트리스[2-(아크릴로일옥시)에틸]아이소시아누레이트, 트라이메틸올프로판 트라이(메트)아크릴레이트 및 다양한 알콕실화 트라이(메트)아크릴레이트가 포함된다. 알콕실화 트라이(메트)아크릴레이트의 예에는 에톡실화 트라이메틸올프로판 트라이(메트)아크릴레이트, 프로폭실화 트라이메틸올프로판 트라이(메트)아크릴레이트, 및 에틸렌 옥사이드/프로필렌 옥사이드 공중합체 트라이메틸올프로판 트라이(메트)아크릴레이트와 같은 알콕실화 트라이메틸올프로판 트라이(메트)아크릴레이트; 및 에톡실화 펜타에리트리톨 트라이(메트)아크릴레이트와 같은 알콕실화 펜타에리트리톨 트라이(메트)아크릴레이트가 포함되지만, 이로 한정되지 않는다.
다른 예시적인 제2 가교결합제에는 4개 이상의 에틸렌계 불포화기를 갖는 것들, 예컨대 알콕실화 테트라(메트)아크릴레이트 및 알콕실화 펜타(메트)아크릴레이트가 포함된다. 알콕실화 테트라(메트)아크릴레이트의 예에는 에톡실화 펜타에리트리톨 테트라(메트)아크릴레이트와 같은 알콕실화 펜타에리트리톨 테트라(메트)아크릴레이트가 포함된다.
일부 예시적인 반응 혼합물에서, 수성상 조성물 중의 가교결합 단량체는 N,N'-메틸렌비스(메트)아크릴아미드이거나, 또는 N,N'-메틸렌비스(메트)아크릴아미드와 3개 이상의 에틸렌계 불포화기를 갖는 제2 가교결합 단량체의 혼합물이다. 가교결합 단량체의 총 양의 적어도 10 중량％, 적어도 20 중량％, 적어도 30 중량％, 적어도 40 중량％, 적어도 50 중량％, 적어도 60 중량％, 적어도 70 중량％, 적어도 80 중량％, 적어도 90 중량％, 적어도 95 중량％, 적어도 98 중량％, 또는 적어도 99 중량％가 종종 N,N'-메틸렌비스(메트)아크릴아미드이다.
단량체 혼합물은 단량체 혼합물 중에 단량체의 총 중량을 기준으로 적어도 1 중량％의 가교결합 단량체를 포함한다. 소량의 가교결합 단량체가 사용되는 경우, 생성되는 중합체 재료는 거대다공성 중합체 수지의 형태이기보다는 오히려 젤의 형태인 경향이 있다. 중합체 수지가 견딜 수 있는 차압(differential pressure)에 의해 측정되는, 강성 또는 기계적 강도는 단량체 혼합물에 포함된 가교결합 단량체의 양과 함께 증가하는 경향이 있다. 일부 단량체 혼합물은 적어도 2 중량％, 적어도 5 중량％, 적어도 10 중량％, 적어도 15 중량％, 적어도 20 중량％, 적어도 25 중량％, 또는 적어도 30 중량％의 가교결합 단량체를 포함한다.
단량체 혼합물은 종종 단량체 혼합물 중에 단량체의 총 중량을 기준으로 최대 99 중량％의 가교결합 단량체를 포함한다. 가교결합 단량체의 양이 99 중량％를 초과하는 경우, 단량체 혼합물 내에 존재하는 작용성 단량체의 양의 상응하는 감소로 인해 다양한 목표 화합물과의 반응성이 종종 감소한다. 일부 단량체 혼합물은 최대 95 중량％, 최대 90 중량％, 최대 85 중량％, 최대 80 중량％, 최대 70 중량％, 최대 65 중량％, 최대 60 중량％, 최대 55 중량％, 최대 50 중량％, 최대 45 중량％, 또는 최대 40 중량％의 가교결합 단량체를 포함한다.
단량체 혼합물은 종종 총 단량체 중량을 기준으로 1 내지 99 중량％, 10 내지 99 중량％, 10 내지 95 중량％, 10 내지 90 중량％, 20 내지 90 중량％, 30 내지 90 중량％, 20 내지 80 중량％, 30 내지 80 중량％, 30 내지 75 중량％, 25 내지 70 중량％, 25 내지 60 중량％, 또는 25 내지 50 중량％의 가교결합 단량체를 포함한다.
가교결합 단량체에 더하여, 단량체 혼합물은 적어도 1개의 작용성 단량체를 포함한다. 작용성 단량체는 자유 라디칼 중합이 가능하며, (a) 에틸렌계 불포화기 및 (b) (1) 산성기 또는 그의 염, (2) 아미노기 또는 그의 염, (3) 하이드록실기, (4) 아즐락톤기, (5) 글리시딜기, 또는 (6) 그 조합으로부터 선택되는 작용기를 포함하는 화합물이다. 에틸렌계 불포화기는 자유 라디칼 중합 반응을 진행하는 반면, 작용기는 목표 화합물 또는 개질제와 반응하거나 상호작용하는 데 사용될 수 있다.
제1 유형의 작용성 단량체는 에틸렌계 불포화기뿐만 아니라 산성기 또는 그의 염인 작용기를 갖는다. 작용성 단량체는 약산, 약산의 염, 강산, 강산의 염, 또는 그 조합일 수 있다. 작용성 단량체는 중성 상태일 수 있지만 pH가 조절되면 음으로 하전될 수 있다. pH가 적절히 조절되는 경우, 생성되는 중합체 수지는 목표 화합물의 양으로 하전된 기(즉, 목표 화합물은 양이온임)와 상호작용할 수 있는 음으로 하전된 기를 가질 수 있다. 즉, 중합체 수지는 양이온 교환 수지로서 기능할 수 있다. 작용성 단량체가 약산의 염 또는 강산의 염의 형태인 경우, 이러한 염의 반대 이온은 알칼리 금속 이온, 알칼리 토금속 이온, 암모늄 이온, 또는 테트라알킬암모늄 이온일 수 있지만, 이로 한정되는 것은 아니다.
산기 또는 그의 염을 갖는 일부 예시적인 작용성 단량체에는 화학식 II의 (메트)아크릴아미도설폰산 또는 그의 염이 포함된다.
[화학식 II]
Figure pct00007
화학식 II에서, Y1은 1개 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지형 알킬렌이고 R1은 수소 또는 메틸이다. 화학식 II에 따른 예시적인 작용성 단량체에는 N-(메트)아크릴아미도메탄설폰산, 2-(메트)아크릴아미도에탄설폰산, 및 2-(메트)아크릴아미도-2-메틸프로판설폰산이 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다. 이러한 산성 단량체의 염이 또한 사용될 수 있다.
산기 또는 그의 염을 갖는 일부 다른 예시적인 작용성 단량체에는 비닐설폰산 및 4-스티렌설폰산과 같은 다른 설폰산; 2-(메트)아크릴아미도에틸포스폰산 및 3-(메트)아크릴아미도프로필포스폰산과 같은 (메트)아크릴아미도알킬포스폰산; 아크릴산 및 메타크릴산; 및 2-카르복시에틸 (메트)아크릴레이트 및 3-카르복시프로필 (메트)아크릴레이트와 같은 카르복시알킬 (메트)아크릴레이트가 포함된다. 또 다른 적합한 단량체에는 본 명세서에 참고로 포함되는, 미국 특허 제4,157,418호(헤일만(Heilmann))에 기술된 것들과 같은, (메트)아크릴로일아미노산이 포함된다. 예시적인 (메트)아크릴로일아미노산에는 N-(메트)아크릴로일글리신, N-(메트)아크릴로일아스파르트산, N-(메트)아크릴로일-β-알라닌, 및 N-(메트)아크릴로일-2-메틸알라닌이 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다. 임의의 이러한 산성 단량체의 염이 또한 사용될 수 있다.
제2 유형의 작용성 단량체는 에틸렌계 불포화기뿐만 아니라 아미노기 또는 그의 염을 갖는다. 아미노기는 일차 아미노기, 이차 아미노기, 삼차 아미노기, 또는 사차 암모늄기일 수 있다. 이러한 유형의 작용성 단량체는 약염기, 강염기, 약염기의 염, 강염기의 염, 또는 그 혼합물일 수 있다. 작용성 단량체는 중성 상태일 수 있지만 pH가 조절되면 양으로 하전될 수 있다. pH가 적절히 조절되는 경우, 생성되는 중합체 수지는 목표 화합물의 음으로 하전된 기(즉, 목표 화합물은 음이온임)와 상호작용할 수 있는 양으로 하전된 기를 가질 수 있다. 즉, 중합체 수지는 음이온 교환 수지로서 기능할 수 있다. 작용성 단량체가 염의 형태인 경우, 반대 이온은 할라이드 (예를 들어, 클로라이드), 카르복실레이트 (예를 들어, 아세테이트 또는 포르메이트), 니트레이트, 포스페이트, 설페이트, 바이설페이트, 메틸 설페이트, 또는 하이드록사이드일 수 있지만, 이로 한정되는 것은 아니다. 대안적으로, 일차 아미노기 또는 이차 아미노기가 친핵제로서 목표 화합물과 반응할 수 있다.
아미노기 또는 그의 염을 갖는 일부 예시적인 작용성 단량체에는 화학식 III의 아미노(메트)아크릴레이트 또는 아미노(메트)아크릴아미드 또는 이들의 사차 암모늄 염이 포함된다.
[화학식 III]
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화학식 III에서, R1은 수소 또는 메틸이고; Q는 옥시 또는 -NH-이고; Y1은 단일 결합 또는 알킬렌 (예를 들어, 1개 내지 10개의 탄소 원자, 2개 내지 6개, 또는 2개 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌)이다. 각각의 R2는 독립적으로 수소, 알킬, 하이드록시알킬(즉, 하이드록시로 치환된 알킬), 아미노알킬(즉, 아미노로 치환된 알킬), 아릴, 또는 아르알킬이다. 대안적으로, 2개의 R2 기는 이들이 부착되는 질소 원자와 함께 방향족, 부분 불포화(즉, 불포화이지만 방향족은 아님), 또는 포화 헤테로사이클릭 기를 형성할 수 있다. 이러한 헤테로사이클릭 기는 방향족(예를 들어, 벤젠), 부분 불포화(예를 들어, 사이클로헥센), 또는 포화(예를 들어, 사이클로헥산)인 제2 고리에 선택적으로 융합될 수 있다. 사차 암모늄 염의 반대 이온은 종종 할라이드, 설페이트, 포스페이트, 니트레이트 등이다.
화학식 III의 일부 실시 형태에서, R2 기 둘 모두는 수소이다. 다른 실시 형태에서, 하나의 R2 기는 수소이고 다른 하나는 1개 내지 10개, 1개 내지 6개, 또는 1개 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬이다. 또 다른 실시 형태에서, 적어도 하나의 R2기는 하이드록시 또는 아미노기가 첫 번째를 제외한 알킬기의 임의의 탄소 원자 상에 위치하는 2개 내지 10개, 2개 내지 6개, 또는 2개 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 하이드록시 알킬 또는 아미노 알킬이다. 또 다른 실시 형태에서, 적어도 하나의 R2 기는 5개 또는 6개의 탄소 원자를 갖는 아릴; 또는 1개 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬기 및 5개 또는 6개의 탄소 원자를 갖는 아릴기를 갖는 아르알킬이다. 또 다른 실시 형태에서, 2개의 R2기는 이들이 부착되는 질소 원자와 조합되어 헤테로사이클릭 기를 형성한다. 헤테로사이클릭 기는 적어도 하나의 질소 원자를 포함하고 산소 또는 황과 같은 다른 헤테로원자를 포함할 수 있다. 예시적인 헤테로사이클릭 기에는 이미다졸일, 피페라지닐, 및 모르폴리닐이 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다. 헤테로사이클릭 기는 벤젠, 사이클로헥센, 또는 사이클로헥산과 같은 부가적인 고리에 융합될 수 있다. 부가적인 고리에 융합되는 예시적인 헤테로사이클릭 기에는 벤즈이미다졸일이 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다.
예시적인 아미노(메트)아크릴레이트(즉, 화학식 III에서 Q가 옥시임)에는 예를 들어, N,N-다이메틸아미노에틸(메트)아크릴레이트, N,N-다이에틸아미노에틸(메트)아크릴레이트, N,N-다이메틸아미노프로필(메트)아크릴레이트, N-tert-부틸아미노프로필(메트)아크릴레이트 등과 같은 N,N-다이알킬아미노알킬(메트)아크릴레이트가 포함된다.
예시적인 아미노(메트)아크릴아미드(즉, 화학식 III에서 Q가 -NH-임)에는, 예를 들어, N-(3-아미노프로필)(메트)아크릴아미드, N-[3-(다이메틸아미노)프로필](메트)아크릴아미드, N-(3-이미다졸일프로필)(메트)아크릴아미드, N-(2-이미다졸일에틸)(메트)아크릴아미드, N-(1,1-다이메틸-3-이미다졸일프로필)(메트)아크릴아미드, 및 N-(3-벤즈이미다졸일프로필)(메트)아크릴아미드가 포함된다.
화학식 III의 작용성 단량체의 예시적인 사차 염에는 (메트)아크릴아미도프로필트라이메틸암모늄 클로라이드와 같은 (메트)아크릴아미도알킬트라이메틸암모늄 염; 및 2-(메트)아크릴옥시에틸트라이메틸암모늄 클로라이드, 및 2-(메트)아크릴옥시에틸트라이메틸암모늄 메틸 설페이트와 같은 (메트)아크릴옥시알킬트라이메틸암모늄 염이 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다.
제3 유형의 작용성 단량체는 에틸렌계 불포화기뿐만 아니라 하이드록실기를 갖는다. 중합체 수지 상의 하이드록실기는 목표 화합물과 직접 반응할 수 있거나, 또는 개질제와 반응하여 목표 화합물과의 상호작용을 위한 상이한 유형의 작용기를 제공할 수 있다. 하이드록실기는 종종 목표 화합물 또는 개질제와 축합 반응을 진행할 수 있다. 예를 들어, 하이드록실기는 카르복시기(-COOH)를 갖는 목표 화합물 또는 개질제와 반응하여 에스테르-함유 재료를 형성할 수 있다. 즉, 이 반응은 목표 화합물 또는 개질제를 중합체 수지에 공유적으로 결합시키는 카르보닐옥시 연결기의 형성을 야기한다. 예를 들어, 단백질 또는 다른 생체분자가 중합체 수지에 공유적으로 결합될 수 있다. 부착된 단백질 또는 생체분자는 이후에 상보적 생체분자와 상호작용할 수 있는 친화 리간드로서 기능할 수 있다. 친화 리간드는 다른 분자와 결합할 수 있는 화합물이다. 예를 들어, 결합 항원(즉, 항원이 개질제임)이 항체(즉, 항체가 목표 화합물임)와 상호작용할 수 있거나, 또는 결합 항체(즉, 항체가 개질제임)가 항원(즉, 항원이 목표 화합물임)과 상호작용할 수 있다.
적합한 하이드록시-함유 단량체에는 하이드록시 치환된 알킬(메트)아크릴레이트, 하이드록시 치환된 알킬(메트)아크릴아미드, 또는 비닐 알코올이 포함된다. 특정 하이드록시-함유 단량체에는 2-하이드록시에틸(메트)아크릴레이트, 3-하이드록실프로필 (메트)아크릴레이트, 4-하이드록시부틸 (메트)아크릴레이트, 글리세롤 (메트)아크릴레이트, N-[트리스(하이드록시메틸)메틸]아크릴아미드, 비닐 벤질알코올, 및 하이드록시메틸 (메트)아크릴아미드가 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다.
제4 유형의 작용성 단량체는 에틸렌계 불포화기뿐만 아니라 아즐락톤기를 갖는다. 아즐락톤기는 목표 화합물 또는 친핵성기를 갖는 개질제와 고리-열림 반응을 진행할 수 있다. 아즐락톤기와의 반응에 적합한 친핵성기에는 일차 아미노기, 이차 아미노기, 및 하이드록실기가 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다. 아즐락톤기와 목표 화합물 또는 개질제의 친핵성기와의 반응은 일반적으로 목표 화합물 또는 개질제를 중합체 수지에 부착시키는 연결기의 형성을 야기한다. 아즐락톤기의 고리-열림에 의해 형성된 연결기는 기 -(CO)NHC(Ra)2(CH2)p(CO)- (여기서 Ra는 메틸과 같은 알킬이고 (CO)는 카르보닐을 나타냄)을 포함한다. 아즐락톤-작용성 수지와 다양한 친핵성 화합물(예를 들어, 목표 화합물 또는 개질제)과의 반응은 미국 특허 제5,292,840호(헤일만 등), 제5,561,097호(글리손(Gleason) 등), 및 제6,379,952호(라스무센(Rasmussen) 등)에 추가로 기술된다.
개질제와의 반응 후, 원래 아즐락톤기를 포함하고 있던 중합체 수지는 다양한 상호작용 또는 반응에 기초하여 목표 화합물을 정제하거나 분리하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 개질된 중합체 수지는 친화 수지, 이온 교환 수지, 소수성 상호작용 수지, 역상 수지, 크기 배제 수지, 킬레이팅 수지, 세포 선별 수지, 고정화 효소 수지, 혼합 방식 수지 등으로 기능할 수 있다.
친화 수지는 중합체 수지 상의 아즐락톤기를, 친화 리간드의 친핵성기(즉, 개질제가 친핵성기를 갖는 친화 리간드임)와 반응시켜 제조할 수 있다. 더욱 구체적으로, 생체분자의 아미노기는 아즐락톤기와 반응하여 생체분자를 중합체 수지에 공유적으로 부착시킬 수 있다. 부착된 생체분자는 상보적 생체분자와 상호작용할 수 있다. 예시적인 친화 리간드에는 대응하는(즉, 상보적) 항체에 결합할 수 있는 항원, 또는 대응하는(즉, 상보적) 항원에 결합할 수 있는 항체가 포함된다. 다른 예시적인 친화 리간드에는 상보적 DNA 또는 RNA 단편과 결합할 수 있는 DNA 또는 RNA 단편 및 탄수화물 부분을 포함하는 화합물 또는 생체분자와 결합할 수 있는 렉틴이 포함된다.
이온 교환 수지는 중합체 수지 상의 아즐락톤기를, 친핵성기와 염기성, 산성, 또는 그의 염인 제2 기 둘 모두를 갖는 개질제와 반응시켜 제조할 수 있다. 친핵성기는 아즐락톤기와 반응하여 이온성기(즉, 산성기, 염기성기 또는 그의 염)를 갖는 개질제를 중합체 수지에 부착시킨다. 친핵성기 및 이온성기 둘 모두를 갖는 적합한 개질제에는 2-아미노에틸설폰산 또는 아미노프로필다이메틸아민이 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다.
소수성 상호작용 수지는 중합체 수지 상의 아즐락톤기를, 친핵성기와 소수성인 제2 기 둘 모두를 갖는 개질제와 반응시켜 제조할 수 있다. 친핵성기는 아즐락톤기와 반응하여 소수성기를 갖는 개질제를 중합체 수지에 부착시킨다. 친핵성기 및 소수성기 둘 모두를 갖는 적합한 개질제에는 벤질아민, 부틸아민, 헥실아민, 또는 펜에틸아민이 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다. 소수성 상호작용 수지의 경우, 용출액은 종종 수성계 염 용액이다. 소수성 상호작용 수지는, 예를 들어, 단백질과 같은 상대적으로 큰 분자를 정제하거나 분리하는 데 사용될 수 있다.
역상 수지는 소수성 상호작용 수지를 제조하는 데 사용되는 것들과 유사한 개질제를 사용하여 제조될 수 있다. 즉, 역상 수지는 중합체 수지 상의 아즐락톤기를, 친핵성기와 소수성인 제2 기를 갖는 개질제와 반응시켜 제조할 수 있다. 친핵성기는 아즐락톤기와 반응하여 소수성기를 갖는 개질제를 중합체 수지에 부착시킨다. 친핵성기 및 소수성기를 갖는 적합한 개질제에는, 예를 들어, 적어도 8개의 탄소 원자, 적어도 10개의 탄소 원자, 적어도 12개의 탄소 원자, 또는 적어도 16개의 탄소 원자를 갖는 알킬 아민이 포함된다. 알킬 아민은, 예를 들어, 옥틸데실아민일 수 있다. 역상 상호작용 수지의 경우, 용출액은 일반적으로 수성계 염 용액이기보다는 유기 용매이다. 또한, 역상 수지는 전형적으로 단백질보다는 상대적으로 작은 분자의 분리 또는 정제를 위해 사용된다.
크기 배제 수지는 중합체 수지 상의 아즐락톤기를, 친핵성기와 비-상호작용성 또는 중성 기인 제2 기 둘 모두를 갖는 개질제와 반응시켜 제조할 수 있다. 친핵성기는 아즐락톤기와 반응하여 비-상호작용성 또는 중성 기를 갖는 개질제를 중합체 비드에 부착시킨다. 친핵성기와 비-상호작용성 또는 중성 기 둘 모두를 갖는 적합한 개질제에는 에탄올아민 및 암모니아가 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다.
킬레이팅 수지는 중합체 수지 상의 아즐락톤기를, 친핵성기와 금속-킬레이팅하는 제2 기 둘 모두를 갖는 개질제와 반응시켜 제조할 수 있다. 친핵성기는 아즐락톤기와 반응하여 금속-킬레이팅 기를 갖는 개질제를 중합체 수지에 부착시킨다. 적합한 개질제에는 이미노다이아세트산, N-(3-아미노프로필)이미노다이아세트산, 및 N-(2-하이드록시에틸)이미노다이아세트산이 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다. 금속 이온의 킬레이팅 후, 금속-킬레이팅 기는, 예를 들어, 히스티딘기와 같은 단백질 상의 소정의 기와 상호작용할 수 있다.
세포 선별 수지는 중합체 수지 상의 아즐락톤기를, 세표 표면 마커에 대한 항체와 반응시켜 제조할 수 있다. 즉, 항체는 종종 아즐락톤기와 반응하여 중합체 수지에 항체를 부착시킬 수 있는 친핵성기를 갖는다. 항체는 한편 세포 상의 세표 표면 마커와 결합하여 세포를 중합체 수지에 부착시킨다. 세포 선별 수지는, 예를 들어, 줄기 세포, 혈액 세포, 또는 세균을 정제하거나 분리하는 데 사용될 수 있다.
고정화 효소 수지는 중합체 수지 상의 아즐락톤기를 효소의 친핵성기와 반응시켜 효소를 중합체 수지에 부착시킴으로써 제조할 수 있다. 예를 들어, 효소는 페니실린 G-아실라아제 또는 글루코아밀라아제일 수 있다. 고정화 효소 수지는 다양한 반응을 위한 촉매로 사용될 수 있다.
혼합 방식 수지는 아즐락톤기를, 친핵성기에 더하여 중합체 수지에 둘 이상의 상호작용 방식을 부여할 수 있는 부가적인 기를 갖는 개질제와 반응시켜 제조할 수 있다. 상호작용의 둘 이상의 방식은 상기에 언급된 것들의 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 아즐락톤기는 아미노기가 친핵성기로 기능하고, 페닐기가 소수성기로 기능하며, 카르복시기가 이온성기로 기능하는 페닐알라닌과 같은 개질제와 반응할 수 있다.
아즐락톤기를 갖는 예시적인 작용성 단량체에는 2-비닐-4,4-다이메틸아즐락톤(2-비닐-4,4-다이메틸-2-옥사졸린-5-온으로도 불림), 2-(4-비닐페닐)-4,4-다이메틸아즐락톤, 2-아이소프로페닐-4,4-다이메틸아즐락톤, 2-비닐-4-에틸-4-메틸-2-옥사졸린-5-온, 및 2-비닐-4,4-다이메틸-1,3-옥사진-6-온과 같은 비닐 알킬아즐락톤이 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다.
또 다른 작용성 단량체는 에틸렌계 불포화기뿐만 아니라 글리시딜기를 갖는다. 글리시딜기는 친핵성기를 갖는 목표 화합물 또는 개질제와 고리-열림 반응을 진행할 수 있다. 글리시딜기와의 반응에 적합한 친핵성기에는 일차 아미노기, 이차 아미노기, 티올기, 및 카르복시기가 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다. 글리시딜기와 목표 화합물 또는 개질제의 친핵성기와의 반응은 일반적으로 목표 화합물 또는 개질제를 중합체 수지에 부착시키도록 기능하는 연결기의 형성을 야기한다. 글리시딜기의 고리-열림에 의해 형성된 연결기는 종종 기 -C(OH)HCH2NH-(여기서, 글리시딜기는 일차 아미노기와 반응함), C(OH)HCH2S-(여기서, 글리시딜기는 티올기와 반응함), 또는 -C(OH)HCH2O(CO)-(여기서, 글리시딜기는 카르복시기와 반응함)을 포함한다.
개질제와의 반응에 의한 개질 후, 글리시딜기를 갖는 중합체 수지는 다양한 상호작용 또는 반응에 기초하여 목표 화합물을 정제하거나 분리하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 개질된 중합체 수지는 친화 수지, 이온 교환 수지, 소수성 상호작용 수지, 역상 수지, 크기 배제 수지, 킬레이팅 수지, 세포 선별 수지, 고정화 효소 수지, 혼합 방식 수지 등으로 기능할 수 있다. 이러한 상이한 유형의 수지는 아즐락톤기를 갖는 중합체 수지에 대해 상기에 기술된 것들과 유사한 반응을 이용하여 글리시딜기를 갖는 중합체 수지로부터 제조될 수 있다.
글리시딜기를 갖는 예시적인 단량체에는 글리시딜(메트)아크릴레이트가 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다.
또 다른 작용성 단량체는 (1) 산성기 또는 그의 염, (2) 아미노기 또는 그의 염, (3) 하이드록실기, (4) 아즐락톤기, 또는 (5) 글리시딜기로부터 선택되는 둘 이상의 작용기의 조합을 갖는다. 다중의 상이한 유형의 반응성기를 갖는 예시적인 작용성 단량체는 3-(메트)아크릴옥시-2-하이드록시프로필트라이메틸암모늄 클로라이드 및 2-(메트)아크릴아미도글리콜산이다. 각각의 작용기는 상기에 기술된 바와 같이 반응하거나 상호작용할 수 있다.
단량체 혼합물은 단량체 혼합물 중에 단량체의 총 중량을 기준으로 적어도 1 중량％의 작용성 단량체를 포함한다. 더 낮은 수준의 작용성 단량체가 사용되는 경우, 생성되는 중합체 재료는 종종 목표 화합물 또는 개질제와의 반응 또는 상호작용을 위한 작용성 부위의 수가 감소된다. 일부 단량체 혼합물은 적어도 2 중량％, 적어도 5 중량％, 적어도 10 중량％, 적어도 15 중량％, 적어도 20 중량％, 적어도 25 중량％, 적어도 30 중량％, 적어도 35 중량％, 적어도 40 중량％, 또는 적어도 50 중량％의 작용성 단량체를 포함한다.
단량체 혼합물은 종종 단량체의 총 중량을 기준으로 99 중량％ 이하의 작용성 단량체를 포함한다. 더 높은 수준의 작용성 단량체가 사용되는 경우, 생성되는 중합체 재료의 일차 다공성 구조는 거대다공성이기보다는 오히려 젤인 경향이 있다. 즉, 높은 수준의 작용성 단량체는 종종 가교결합 단량체의 양에 있어 상응하는 감소를 동반한다. 중합체 수지의 강성(rigidity) 및 기계적 강도는 가교결합 단량체의 양과 서로 관련되는 경향이 있다. 일부 단량체 혼합물은 95 중량％ 이하, 90 중량％ 이하, 85 중량％ 이하, 80 중량％ 이하, 75 중량％ 이하, 70 중량％ 이하, 65 중량％ 이하, 60 중량％ 이하, 55 중량％ 이하, 50 중량％ 이하, 45 중량％ 이하, 또는 40 중량％ 이하의 작용성 단량체를 포함한다.
일부 단량체 혼합물은 총 단량체 중량을 기준으로 1 내지 99 중량％, 1 내지 95 중량％, 1 내지 90 중량％, 5 내지 90 중량％, 10 내지 90 중량％, 20 내지 90 중량％, 30 내지 90 중량％, 30 내지 80 중량％, 40 내지 90 중량％, 40 내지 80 중량％, 50 내지 80 중량％, 또는 60 내지 80 중량％의 작용성 단량체를 포함한다. 작용성 단량체 및 가교결합 단량체의 양은 중합체 수지에 기계적 강도, 다공도, 및 목표 화합물 또는 개질제와의 반응 또는 상호작용을 위한 용량(capacity)의 요구되는 조합을 제공하도록 변경될 수 있다.
이온 교환 수지의 제조와 같은 응용을 위해, 25 내지 75 중량％의 작용성 단량체 및 25 내지 75 중량％의 가교결합 단량체를 포함하는 단량체 혼합물은 종종 목표 화합물 용량과 기계적 강도의 최상의 균형을 제공한다. 이온 교환 수지를 제조하는 데 사용되는 일부 예시적인 단량체 혼합물은 35 내지 75 중량％의 작용성 단량체와 25 내지 65 중량％의 가교결합 단량체, 40 내지 75 중량％의 작용성 단량체와 25 내지 60 중량％의 가교결합 단량체, 50 내지 75 중량％의 작용성 단량체와 25 내지 50 중량％의 가교결합 단량체, 또는 60 내지 70 중량％의 작용성 단량체와 30 내지 40 중량％의 가교결합 단량체를 포함한다.
친화 수지, 소수성 상호작용 수지, 역상 수지, 또는 고정화 효소 수지의 제조와 같은 응용을 위해, 단량체 혼합물은 종종 1 내지 20 중량％의 작용성 단량체 및 80 내지 99 중량％의 가교결합 단량체를 포함한다. 이러한 유형의 수지에 사용되는 일부 예시적인 단량체 혼합물은 1 내지 15 중량％의 작용성 단량체와 85 내지 99 중량％의 가교결합 단량체, 5 내지 15 중량％의 작용성 단량체와 85 내지 95 중량％의 가교결합 단량체, 5 내지 20 중량％의 작용성 단량체와 80 내지 95 중량％의 가교결합 단량체, 또는 1 내지 10 중량％의 작용성 단량체와 90 내지 99 중량％의 가교결합 단량체를 포함할 수 있다.
일부 단량체 혼합물은 가교결합 단량체와 작용성 단량체 이외의 단량체를 포함하고 있지 않지만, 다른 단량체 혼합물은 (1) 산성기 또는 그의 염, (2) 아미노기 또는 그의 염, (3) 하이드록실기, (4) 아즐락톤기, (5) 글리시딜기, 또는 (6) 그 조합으로부터 선택되는 작용기가 없는 단일 에틸렌계 불포화기를 갖는 친수성 공단량체를 포함한다. 친수성 공단량체는, 예를 들어, 가교결합 단량체의 양을 일정하게 유지하면서 작용성 단량체 함량을 조절하기 위해 첨가될 수 있다. 즉, 작용성 단량체 함량은 가교결합의 양 또는 중합체 수지의 강성을 유의미하게 변화시키지 않으면서 변경될 수 있다. 추가로, 중합체 수지의 친수성 특성이 이러한 공단량체의 사용으로 변경될 수 있다. 적합한 친수성 공단량체에는 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 다이메틸아크릴아미드, N-아이소프로필아크릴아미드, 다이아세톤아크릴아미드, N-비닐피롤리돈, 및 N-비닐아세트아미드가 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다.
적합한 친수성 단량체는 전형적으로 단량체 혼합물 중의 단량체의 총 중량을 기준으로 50 중량％ 이하의 양으로 존재한다. 일부 반응 혼합물에서, 단량체 혼합물은 단량체의 총 중량을 기준으로 40 중량％ 이하, 30 중량％ 이하, 20 중량％ 이하, 10 중량％ 이하, 5 중량％ 이하, 2 중량％ 이하, 또는 1 중량％ 이하의 친수성 단량체를 포함한다.
다수의 실시 형태에서, 단량체 혼합물 중의 모든 또는 실질적으로 모든 단량체는 친유성 지수가 20 이하이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "친유성 지수" 또는 "LI"라는 용어는 단량체의 소수성 또는 친수성 특성을 특징짓기 위한 지수를 일컫는다. 친유성 지수는 동일 부피(1:1)의 비극성 용매(예를 들어, 헥산)와 극성 용매(예를 들어, 75:25 아세토니트릴-물 용액)에서 단량체를 분배하여 결정된다. 친유성 지수는 분배 후 비극성 상 중에 잔존하는 단량체의 중량％와 같다. 더 소수성인 단량체가 더 높은 친유성 지수를 갖는 경향이 있고; 유사하게, 더 친수성인 단량체는 더 낮은 친유성 지수를 갖는 경향이 있다. 친유성 지수의 측정은 문헌[Drtina et al., Macromolecules, 29, 4486-4489(1996)]에 추가로 기술된다.
만약 단량체 혼합물 중의 모든 또는 실질적으로 모든 단량체의 친유성 지수가 20 이하라면, 생성되는 중합체 수지는 친수성인 경향이 있다. 친수성 중합체 수지는 낮은 비-특이적 결합을 갖는 경향이 있다. 20 이하인 단량체 혼합물의 친유성 지수에 관해 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "실질적으로 모든"이라는 용어는 친유성 지수가 20 초과인 임의의 단량체가 불순물로서 존재함을 의미한다. 친유성 지수가 20 초과인 임의의 불순물은 단량체 혼합물 중의 단량체의 총 중량을 기준으로 2 중량％ 미만, 1 중량％ 미만, 0.5 중량％ 미만, 0.2 중량％ 미만, 또는 0.1 중량％ 미만의 양으로 존재한다. 일부 수지에서, 단량체 혼합물 중의 모든 또는 실질적으로 모든 단량체는 친유성 지수가 15 이하, 10 이하, 5 이하, 3 이하, 또는 1 이하이다.
수성상 조성물은 일반적으로 수성상 조성물(예를 들어, 단량체 혼합물, 유기 응집체, 및 수성상 용매)의 총 중량을 기준으로 적어도 4 중량％의 단량체 혼합물을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 수성상 조성물은 적어도 10 중량％ 또는 적어도 15 중량％의 단량체 혼합물을 포함할 수 있다. 수성상 조성물은 일반적으로 수성상 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 50 중량％의 단량체 혼합물을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 수성상 조성물은 최대 40 중량％, 최대 30 중량％, 최대 25 중량％, 또는 최대 20 중량％의 단량체 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수성상 조성물은 수성상 조성물의 총 중량을 기준으로 5 내지 50 중량％, 5 내지 40 중량％, 5 내지 30 중량％, 5 내지 25 중량％, 5 내지 20 중량％, 또는 10 내지 20 중량％의 단량체 혼합물을 포함할 수 있다.
자유 라디칼 중합을 진행할 수 있는 단량체 혼합물에 더하여, 수성상은 분산되거나 현탁된 유기 응집체를 포함한다. 유기 응집체가 수성상에 용해가능하지 않고 유기 응집체가 수성상 조성물에 첨가될 때 응고되거나 완전히 합체되지 않는 한, 0.05 내지 5 마이크로미터의 크기 범위의 임의의 적합한 유기 응집체가 사용될 수 있다. 그러나, 유기 응집체의 일부 합체(coalescence)가 일어나서 원래의 유기 응집체의 크기보다 더 큰 기공을 야기할 수 있다. 유기 응집체는 일반적으로 수계 에멀젼 또는 수계 분산액의 형태로 수성상 조성물에 첨가될 수 있다.
유기 응집체는 종종 적어도 0.05 마이크로미터, 적어도 0.1 마이크로미터, 적어도 0.2 마이크로미터, 적어도 0.5 마이크로미터, 또는 적어도 1 마이크로미터의 크기를 갖는다. 유기 응집체는 일반적으로 5 마이크로미터 이하, 4 마이크로미터 이하, 3 마이크로미터 이하, 2 마이크로미터 이하, 또는 1 마이크로미터 이하의 크기를 갖는다. 예를 들어, 유기 응집체는 0.05 내지 5 마이크로미터의 크기 범위, 0.05 내지 3 마이크로미터의 범위, 0.05 내지 2 마이크로미터의 범위, 0.05 내지 1 마이크로미터의 범위, 1 내지 5 마이크로미터의 범위, 1 내지 3 마이크로미터의 범위, 또는 1 내지 2 마이크로미터의 범위일 수 있다. 유기 응집체는 중합체 재료의 분자량이 증가함에 따라 초기에 중합체 재료 내에 포획된다. 유기 응집체는 중합체 수지로부터 적어도 부분적으로 제거되어 일반적으로 약 500 나노미터를 초과하는 평균 직경의 기공을 갖는 이차 다공성 구조를 제공한다.
일부 적합한 유기 응집체는 소수성기에 연결되는 친수성기를 갖는다. 유기 응집체가 수성 매체 내에 위치하는 경우, 수계 에멀젼 또는 수계 분산액이 형성된다. 예를 들어, 탄화수소 소수성기가 폴리(알킬렌옥사이드)와 같은 친수성기에 연결될 수 있다. 즉, 유기 응집체의 일부는 알콕실화 재료이다. 일부 예시적인 알콕실화 재료에서, 적어도 30 중량％, 적어도 40 중량％, 적어도 50 중량％, 또는 적어도 60 중량％의 알콕실화 재료는 친수성이고 나머지는 소수성이다. 장쇄 에톡실화 알코올을 포함하는 예시적인 수계 에멀젼 또는 수계 분산액은 상품명 페트로라이트(PETROLITE) 및 유니톡스(UNITHOX)로 베이커 페트롤라이트(Baker Petrolite)(미국 텍사스주 슈가랜드 소재)로부터 구매가능하다. 더욱 구체적으로, 유니톡스 D-100은 고형물이 25 중량％이며, 평균 입자 크기가 약 0.5 마이크로미터인 유기 응집체를 포함하며 유기 응집체는 약 50 중량％ 친수성이고 약 50 중량％ 소수성이다. 페트로라이트 D-110은 고형물이 10 중량％이며, 평균 입자 크기가 약 0.1 마이크로미터인 유기 응집체를 포함한다. 페트로라이트 D-1038은 고형물이 10 중량％이며, 평균 입자 크기가 약 0.1 마이크로미터인 유기 응집체를 포함한다. 유니톡스 D-300은 고형물이 23 중량％이며, 평균 입자 크기가 0.5 마이크로미터인 유기 응집체를 포함하며, 유기 응집체는 약 50 중량％ 친수성이고 약 50 중량％ 소수성이다.
다른 적합한 수계 에멀젼 또는 수계 분산액은 계면활성제를 사용하여 안정화된 왁스인 유기 응집체를 포함한다. 예를 들어, 왁스는 계면활성제와 같은 알콕실화 탄화수소를 사용하여 수성 매체 중에 분산될 수 있다. 더욱 구체적으로, 페트로라이트 D-800은 고형물이 50 중량％이며, 에톡실화 탄화수소를 사용하여 안정화된 파라핀 왁스를 포함하는 유기 응집체를 포함한다. 유기 응집체는 평균 입자 크기가 0.7 마이크로미터이다. 페트로라이트 D-900은 고형물이 40 중량％이며, 에톡실화 탄화수소를 사용하여 안정화된 미정질 왁스를 포함하는 유기 응집체를 포함한다. 유기 응집체는 평균 입자 크기가 0.7 마이크로미터이다. 다른 왁스 에멀젼 및 분산액이 다양한 공급자로부터 입수가능하다. 예를 들어, 다른 왁스 에멀젼은 상표명 미켐(MICHEM)으로 미켈만(Michelman)(미국 오하이오주 신시내티 소재)으로부터, 상표명 리퀼루베(LIQUILUBE)로 루브리졸(Lubrizol)(미국 오하이오주 위클리프 소재)로부터 구매가능하다.
또 다른 적합한 수계 에멀젼 또는 수계 분산액은 계면활성제를 사용하여 안정화된 중합체인 유기 응집체를 포함한다. 예를 들어, 소수성 중합체, 예를 들어, 폴리스티렌, 폴리(메트)아크릴레이트, 폴리비닐아세테이트, 또는 고무는 계면활성제로 안정화되어 수계 에멀젼을 제공할 수 있다. 특정 예에는 폴리스티렌 또는 폴리스티렌 공중합체 에멀젼 또는 라텍스, 폴리(메트)아크릴레이트 에멀젼 또는 라텍스, 고무 에멀젼 또는 라텍스, 폴리비닐아세테이트 에멀젼 또는 라텍스 등이 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다. 이러한 에멀젼 또는 분산액을 제조하는 방법은 본 기술 분야에 잘 알려져 있다. 예를 들어, 아크릴로니트릴, 메틸아크릴레이트, 스티렌, 비닐 아세테이트, 및 다양한 다른 단량체의 유화 중합을 위한 절차가 문헌[W.R. Sorenson and T.W. Campbell, "Preparative Methods of Polymer Chemistry", pp. 214-265, Interscience Publishers, 1968]에 기술된다. 아크릴계 미소구체 분산액의 제조를 위한 절차가 미국 특허 공개 제2003/0104042호(루카스트(Lucast) 등)에 기술된다. 또한, 유용한 에멀젼 및 분산액은 롬 앤드 하스(Rohm and Haas)(미국 펜실베이니아주 필라델피아 소재), 크레이 밸리(Cray Valley)(프랑스 파리 소재), 루브리졸(미국 오하이오주 위클리프 소재), 및 바스프(BASF)(미국 뉴저지주 플로램 파크 소재)와 같은 다양한 공급자로부터 입수가능하다.
수성상 조성물은 수성상 조성물의 총 중량을 기준으로 전형적으로 최대 10 중량％의 유기 응집체를 포함한다. 다수의 실시예에서, 수성상 조성물은 최대 8 중량％, 최대 6 중량％, 또는 최대 5 중량％의 유기 응집체를 포함한다. 유기 응집체의 양은 종종 수성상 조성물의 중량을 기준으로 적어도 0.5 중량％, 적어도 1 중량％, 적어도 2 중량％, 또는 적어도 3 중량％이다. 일부 수성상 조성물은 0.5 내지 10 중량％의 유기 응집체, 1 내지 10 중량％의 유기 응집체, 또는 0.5 내지 5 중량％의 유기 응집체를 포함한다.
단량체 혼합물 및 유기 응집체에 더하여, 수성상 조성물은 물 및 선택적으로 물과 혼화성인 극성 유기 용매를 포함하는 수성상 용매를 포함한다. 극성 유기 용매와 관련하여 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "혼화성"이라는 용어는 극성 유기 용매가 우세하게 물에 가용성이거나 또는 물과 상용성임을 의미한다. 일반적으로, 적어도 95 중량％, 적어도 97 중량％, 적어도 98 중량％, 적어도 99 중량％, 적어도 99.5 중량％, 적어도 99.8 중량％, 또는 적어도 99.9 중량％의 극성 유기 용매가 물에 가용성이다.
수성상 용매에 사용되는 임의의 물은 수돗물, 우물물, 탈이온수, 온천수, 증류수, 멸균수, 또는 임의의 다른 적합한 유형의 물일 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "극성 유기 용매"라는 용어는 수-혼화성 유기 용매를 일컫는다. 극성 유기 용매는 전형적으로 수소 결합을 할 수 있고 물과 혼합될 때 단일상을 형성한다. 극성 유기 용매는 전형적으로 수성상 조성물 중에 존재하는 단량체와 비-반응성이지만 수성상 조성물 중의 가교결합 단량체와 같은 일부 단량체의 용해도를 개선할 수 있다. 극성 유기 용매는 형성 중합체의 상 분리 거동에 영향을 미치고 생성되는 중합체 재료의 일차 기공 구조 특성(즉, 일차 다공성 구조)에 영향을 미칠 수 있다.
일부 실시 형태에서, 극성 유기 용매는 1개 내지 10개의 탄소 원자, 1개 내지 6개의 탄소 원자, 또는 1개 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 모노-알코올(즉, 단일 하이드록실기를 갖는 알코올)이다. 적합한 모노-알코올에는 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 아이소-프로판올, n-부탄올, 아이소-부탄올, tert-부탄올, 사이클로헥산올, 또는 그 조합이 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다. 일부 모노-알코올은 포로젠(porogen)으로 작용할 수 있고, 적어도 부분적으로는, 다공성 중합체 재료의 일차 기공 구조에 기여할 수 있다. 더욱 구체적으로, 용매로서의 작용에 더하여, 일부 모노-알코올은 직경이 약 200 나노미터 미만인 기공의 수를 증가시킬 수 있다.
다른 극성 유기 용매가 모노-알코올과 조합하여 또는 모노-알코올 대신에 사용될 수 있다. 이러한 다른 적합한 극성 유기 용매에는 다이메틸설폭사이드, 다이메틸포름아미드, 다이메틸아세트아미드, 테트라하이드로푸란, 아세톤, N-메틸피롤리돈, 및 아세토니트릴이 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다.
사용되는 경우, 극성 유기 용매는 종종 수성상 용매의 총 중량을 기준으로 적어도 10 중량％의 양으로 존재한다. 일부 실시 형태에서, 적어도 20 중량％, 적어도 30 중량％, 적어도 40 중량％, 또는 적어도 50 중량％의 수성상이 극성 유기 용매일 수 있다. 최대 80 중량％, 최대 70 중량％, 최대 60 중량％, 또는 최대 50 중량％의 수성상 용매가 극성 유기 용매일 수 있다. 예를 들어, 극성 유기 용매의 양은 수성상 용매의 10 내지 80 중량％, 20 내지 80 중량％, 30 내지 80 중량％, 40 내지 80 중량％, 또는 50 내지 80 중량％의 범위일 수 있다.
극성 용매, 작용성 단량체, 및 가교결합 단량체의 선택은 생성되는 중합체 수지가 젤-유형 수지인지 또는 거대다공성 수지인지의 여부에 영향을 미칠 수 있다. 수성상이 수성상 내에 형성되는 생성되는 중합체 재료를 위해 양호한 용매라면, 생성되는 중합체 수지는 젤-유형 수지일 가능성이 더 크다. 수성상이 수성상 내에 형성되는 생성되는 중합체 재료를 위해 별로 양호한 용매가 아니라면, 생성되는 중합체 수지는 거대다공성 수지일 가능성이 더 크다.
수성상 조성물은 또한 생성되는 중합체 수지의 일차 기공 구조를 개질할 수 있는 포로젠과 같은 다른 수용성 구성요소를 선택적으로 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 직경이 약 200 나노미터 미만인 기공의 수를 증가시키는 포로젠이 첨가될 수 있다. 포로젠은 일반적으로 수성상 조성물 중의 단량체 혼합물과 혼화성인 고체 또는 액체이다. 유용한 포로젠은 일반적으로, 사용되는 경우, 수성상 조성물과 비극성 유기 용매 사이에서 임의의 상당한 정도로 분배되지 않는다 (즉, 포로젠은 수성상 조성물로부터 비극성 유기 용매 중으로 임의의 상당한 양으로 추출되지 않음). 예를 들어, 5 중량％ 미만, 4 중량％ 미만, 3 중량％ 미만, 2 중량％ 미만, 또는 1 중량％ 미만의 포로젠이 수성상 조성물로부터 톨루엔, 헵탄 등과 같은 비극성 유기 용매 내로 추출될 수 있다.
일부 적합한 포로젠은 화학식 IV의 화합물이다:
[화학식 IV]
R3-(R4-O)q-R5
상기 식에서, R3은 하이드록시, 알콕시, 카르복시, 아실옥시, 또는 할로이고; 각각의 R4는 독립적으로 1개 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌이고; R5는 수소, 알킬, 카르복시알킬, 아실, 또는 할로알킬이고; q는 1 내지 1,000의 정수이다.
예시적인 포로젠에는 하이드록시 말단기를 갖는 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 글리콜(화학식 IV에서 R3은 하이드록시이고 R5는 수소임)이 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다. 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 글리콜의 중량 평균 분자량은 종종 10,000 g/몰 이하, 8,000 g/몰 이하, 6,000 g/몰 이하, 4,000 g/몰 이하, 1,000 g/몰 이하, 800 g/몰 이하, 600 g/몰 이하, 또는 400 g/몰 이하이다.
다른 적합한 포로젠에는 적어도 3개의 하이드록실기를 갖는 지방족, 수용성 화합물이 포함된다. 예시적인 포로젠에는 단당류, 이당류, 및 다당류, 예를 들어, 글루코오스, 리보오스, 수크로오스, 말토오스, 락토오스, 말토트리오스, 및 덱스트란; 글루콘산, 만니톨, 글루쿠론산, 글루코사민 등과 같은 단당류의 유도체; 및 글리세롤, 트라이메틸올프로판, 펜타에리트리톨 등과 같은 폴리올이 포함된다.
중합체 수지가 중합체 비드의 형태인 실시 형태에서, 반응 혼합물은 또한 유기상 조성물을 포함한다. 수성상 조성물은 유기상 조성물 내에 액적으로서 분산되거나 현탁된다. 유기상 조성물은 전형적으로 비극성 유기 용매 및 선택적인 현탁제를 포함한다. 중합체 비드의 형성 중에 사용되는 유기상은 물과 비혼화성이다. 유기상과 관련해 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "비혼화성"이라는 용어는 유기상이 물에 용해되지 않음을 의미한다. 일반적으로, 적어도 95 중량％, 적어도 97 중량％, 적어도 98 중량％, 적어도 99 중량％, 적어도 99.5 중량％, 적어도 99.8 중량％, 또는 적어도 99.9 중량％의 유기상이 물에 불용성이다.
유기상은 전형적으로 비극성 유기 용매 및 선택적인 현탁제(즉, 중합체성 안정제)를 포함한다. 수성상 조성물에 대한 유기상의 부피비는 일반적으로 2:1 내지 6:1의 범위이다. 수성상 조성물의 분산액 또는 현탁액을 위한 불활성 매체로서 기능하는 것 외에, 유기상의 일차적인 목적은 중합 반응 중에 발생되는 열을 소산시키는 것이다. 일부 실시 형태에서, 유기상 조성물의 밀도는 수성상 조성물의 밀도와 대략 동일하도록 선택될 수 있다. 이러한 밀도의 대략적인 매칭은 더욱 구형인 중합체 비드뿐만 아니라 더욱 균일한 크기의 중합체 비드의 형성을 야기하는 경향이 있다.
적합한 비극성 유기 용매는 전형적으로 헥산, 헵탄, n-옥탄, 아이소옥탄, 아이소도데칸, 및 사이클로헥산과 같은 알칸; 사염화탄소, 클로로포름, 및 염화메틸렌과 같은 할로겐화 탄화수소; 벤젠 및 톨루엔과 같은 방향족; 저점도 실리콘유; 또는 그 조합이다. 예를 들어, 비극성 유기 용매는 헵탄과 메틸렌 클로라이드의 혼합물 또는 헵탄과 톨루엔의 혼합물일 수 있다.
현탁제는 비극성 유기 용매 내의 수성상의 액적의 현탁을 용이하게 하기 위해 첨가될 수 있다. 현탁제는 일반적으로 소수성 부분과 친수성 부분 둘 모두를 갖지만 유기 용매에 가용성이다. 현탁제는 수성상과 비극성 유기 용매 사이의 계면 장력을 개질하는 기능을 한다. 부가적으로, 현탁제는 수성상 조성물 액적의 입체적 안정화를 제공한다. 이러한 입체적 안정화는 중합 공정 중에 덩어리진(agglomerated) 중합체 비드의 형성을 최소화하거나 방지하는 경향이 있다.
적합한 현탁제에는 소르비탄 세스퀴올레에이트, 폴리에틸렌 옥사이드 소르비탄 트라이올레에이트 (예를 들어, 폴리에틸렌 옥사이드(20) 소르비탄 트라이올레에이트), 폴리에틸렌 옥사이드 소르비탄 모노올레에이트 (예를 들어, 폴리에틸렌 옥사이드 (20) 소르비탄 모노올레에이트), 소르비탄 트라이올레에이트, 소듐 다이-2-에틸헥실설포석시네이트, 아이소옥틸아크릴레이트와 아크릴산의 공중합체, 헥실아크릴레이트와 소듐 아크릴레이트의 공중합체, 아이소옥틸아크릴레이트와 2-아크릴아미도아이소부티르아미드의 공중합체 등이 포함된다. 현탁제의 양은 생성되는 중합체 비드의 크기에 영향을 미칠 수 있다. 즉, 다량의 현탁제의 사용은 종종 더 작은 중합체 비드의 형성을 야기한다. 존재한다면, 현탁제의 양은 일반적으로 단량체 혼합물 중의 단량체의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 10 중량％이다. 예를 들어, 단량체 혼합물은 단량체의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 8 중량％ 또는 0.5 내지 5 중량％의 현탁제를 포함할 수 있다.
유기 응집체와 비교하여, 현탁제는 유기상 내에서 및 수성상 내에서 상이한 용해도 특성을 갖는다. 현탁제는 유기상에서 가용성이지만 일부 현탁제는 유기상과 수성상 둘 모두에서 가용성일 수 있다. 반대로, 유기 응집체는 수성상 중에 우세하게 존재하고 수성상 내에 분산되거나 아니면 현탁된다. 유기 응집체는 수성상에 불용성이다.
제2 태양에서, 다공성 중합체 수지를 제조하는 방법이 제공된다. 본 방법은 1) 자유 라디칼 중합이 가능한 단량체 혼합물, 2) 0.05 내지 5 마이크로미터 크기 범위의 분산되거나 현탁된 유기 응집체, 및 3) 물 및 선택적으로, 물과 혼화성인 극성 유기 용매를 포함하는 수성상 용매를 포함하는 수성상 조성물을 형성하는 단계를 포함한다. 단량체 혼합물은 i) 가교결합 단량체 및 ii) 작용성 단량체를 포함한다. 가교결합 단량체는 화학식 I의 화합물을 포함한다:
[화학식 I]
Figure pct00009
여기서, R1은 수소 또는 메틸이고; Q는 옥시 또는 -NH-이고; Y는 알킬렌 또는 헤테로알킬렌이다. 알킬렌 또는 헤테로알킬렌 Y 기는 비치환되거나 하이드록실기로 치환된다. 작용성 단량체는 (a) 에틸렌계 불포화기 및 (b) (1) 산성기 또는 그의 염, (2) 아미노기 또는 그의 염, (3) 하이드록실기, (4) 아즐락톤기, (5) 글리시딜기, 또는 (6) 그 조합으로부터 선택된 제1 작용기를 포함한다. 본 방법은 단량체 혼합물을 중합하여 유기 응집체를 포함하는 중합체 재료를 형성하는 단계 및 이어서 중합체 재료로부터 유기 응집체의 적어도 일부분을 제거하여 다공성 중합체 수지를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 중합체 수지를 제조하는 본 방법의 일부 실시 형태에서, 수성상 조성물의 액적은 비극성 유기 용매를 포함하며 물과 비혼화성인 유기상 내에 분산되거나 현탁된다. 생성되는 다공성 중합체 수지는 다공성 중합체 비드를 포함한다.
개시제가 자유 라디칼 중합 반응을 개시하기 위해 수성상 조성물에 첨가될 수 있다. 자유 라디칼 개시제는 일반적으로 수성상 용매에 가용성이다. 자유 라디칼 개시제는 열적으로, 광화학적으로, 또는 산화-환원 반응을 통해 활성화될 수 있다. 자유 라디칼 개시제는 종종 단량체 혼합물 중의 단량체의 총 중량을 기준으로 0.02 내지 10 중량％의 양으로 사용된다. 일부 실시예에서, 자유 라디칼 개시제는 단량체의 총 중량을 기준으로 2 내지 6 중량％의 양으로 존재한다.
적합한 수용성 열 개시제에는, 예를 들어, 아조 화합물, 퍼옥사이드 또는 하이드로퍼옥사이드, 퍼설페이트 등이 포함된다. 예시적인 아조 화합물에는 2,2'-아조비스[2-(2-이미다졸린-2-일)프로판] 다이하이드로클로라이드, 2,2'-아조비스(2-아미디노프로판)다이하이드로클로라이드, 및 4,4 -아조비스-(4-시아노펜탄산)이 포함된다. 열 개시제일 수 있는 구매가능한 아조 화합물의 예에는 상표명 "바조(VAZO)"로 듀폰 스페셜티 케미칼(DuPont Specialty Chemical)(미국 델라웨어주 윌밍턴 소재)로부터 입수가능한 재료, 예를 들어, 바조 44, 바조 56, 및 바조 68이 포함된다. 적합한 퍼옥사이드 및 하이드로퍼옥사이드에는 아세틸 퍼옥사이드, tert-부틸 하이드로퍼옥사이드, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드, 및 퍼옥시아세트산이 포함된다. 적합한 퍼설페이트에는, 예를 들어, 나트륨 퍼설페이트 및 암모늄 퍼설페이트가 포함된다.
다른 실시예에서, 자유 라디칼 개시제는 산화환원 쌍(redox couple), 예를 들어, 암모늄 퍼설페이트 또는 나트륨 퍼설페이트와 N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌다이아민(TMEDA); 암모늄 퍼설페이트 또는 나트륨 퍼설페이트와 황산 제1철 암모늄(ferrous ammonium sulfate); 과산화수소와 황산 제1철 암모늄; 쿠멘 하이드로퍼옥사이드와 N,N-다이메틸아닐린 등이다.
중합 온도는 전형적으로 선택된 특정 자유 라디칼 개시제에 따라 좌우된다. 중합 온도는 일반적으로 열적으로 개시되는 중합에 대해 약 50℃ 내지 약 150℃이다. 일부 방법에서, 온도는 약 55℃ 내지 약 100℃이다. 산화환원 또는 광화학적으로 개시되는 중합에 대해, 요구된다면, 온도는 실온에 가깝거나 또는 그 이하일 수 있다. 중합 시간은 약 30분 내지 약 24시간 이상일 수 있다. 전형적으로, 중합 시간은 2 시간 내지 4시간이 충분하다.
자유 라디칼 중합 반응이 진행됨에 따라, 다수의 중합체 분자가 수성상 내에 형성된다. 중합체 분자는 반응이 진행됨에 따라 성장과 가교결합을 계속한다. 분자량이 충분히 커지면, 중합체 재료가 수성상 조성물로부터 분리된다. 이론에 의해 제한되는 것을 원하지는 않지만, 중합체 재료 내의 유기 응집체의 포획 및 중합체 재료로부터 유기 응집체의 후속 제거에 의해 평균 기공 직경이 약 500 나노미터 초과인 기공을 갖는 이차 다공성 구조가 얻어지는 것으로 생각된다. 유기 응집체는 전형적으로 중합체 재료와 화학적 결합을 형성하는 기가 없다. 유기 응집체는 전형적으로 물, 극성 유기 용매, 또는 그 조합으로 세척하여 중합체 재료로부터, 적어도 부분적으로, 제거될 수 있다. 일부 실시예에서, 이차 다공성 구조의 기공 직경은 유기 응집체의 직경과 실질적으로 동일할 수 있다. 다른 실시예에서, 이차 다공성 구조의 기공 직경은 유기 응집체 크기의 수 배일 수 있고 약 15 내지 20 마이크로미터만큼 클 수 있다. 이론에 의해 제한되는 것을 원하지는 않지만, 이러한 큰 기공은 중합 공정 전 또는 중에 유기 응집체의 부분적인 합체의 결과인 것으로 생각된다.
또한, 평균 기공 직경이 약 200 나노미터 미만인 일차 다공성 구조는 분자량이 증가함에 따른 수성상 용매 및 임의의 선택적인 포로젠과 중합체 재료의 상호작용의 결과인 것으로 생각된다. 수성상 용매가 중합체 재료를 형성하는 데 양호한 용매인 경우, 수성상 내의 상 분리가 일어나지 않을 수 있으며 용매-팽창된 젤-유형 일차 다공성 구조가 형성되는 경향이 있다. 반대로, 수성상 용매 및 임의의 선택적인 포로젠이 중합체 재료를 형성하는 데 상대적으로 불량한 용매인 경우, 중합체 재료의 상 분리가 일어날 수 있고 거대다공성 일차 다공성 구조가 형성되는 경향이 있다.
상 분리가 일어나는지 여부뿐만 아니라 수성상 내에서 상 분리가 야기되는 시점은 임의의 선택적인 극성 유기 용매 또는 포로젠과 같은 다양한 수성상 구성요소와 형성 중합체 재료의 상용성 및 양에 영향을 받을 수 있다. 부가적으로, 상 분리는 단량체 혼합물 내에 존재하는 가교결합 단량체의 양에 영향을 받을 수 있는데, 가교결합 단량체의 양이 많을수록 중합체 재료의 분자량이 더 신속하게 증가하기 때문에 전형적으로 더 용이한 상 분리에 유리하다.
중합체 수지의 형성 중에 상 분리가 있는 경우, 이러한 상 분리가 일어나는 시점은 일차 다공성 구조의 평균 기공 크기 및 기공 크기 분포에 영향을 미칠 수 있다. 형성 중합체 재료와 상용성인 극성 유기 용매 및 포로젠(즉, 형성 중합체 재료에 대해 양호한 용매인 극성 유기 용매 및 포로젠)의 첨가는 더 늦은 상 분리를 야기하는 경향이 있다. 더 늦은 상 분리는 일차 다공성 구조 내에 더 작은 기공을 갖고 더 큰 표면적을 갖는 중합체 수지의 형성에 유리한 경향이 있다. 반대로, 형성 중합체 재료에 대해 더 낮은 용해도를 갖는 극성 유기 용매 및 포로젠의 첨가는 일차 다공성 구조 내에 더 큰 기공을 갖고 더 작은 표면적을 갖는 중합체 수지를 형성하는 경향이 있다. 더 이른 상 분리는 일차 다공성 구조 내에 더 큰 기공을 갖고 더 작은 표면적을 갖는 중합체 수지의 형성에 유리한 경향이 있다.
다공성 중합체 수지를 제조하는 일부 실시 형태에서, 다공성 중합체 비드가 형성된다. 중합체 비드를 제조하는 이러한 방법은 역상 현탁 중합 공정이다. 수성상 조성물은 하기에 기술된 바와 같이 제조된다. 본 방법은 물과 비혼화성인 유기상에 수성상 조성물의 액적을 분산시키거나 현탁하는 단계를 추가로 포함한다. 유기상의 부피는 전형적으로 수성상 조성물의 부피보다 더 크다. 유기상은 전형적으로 비극성 용매 및 선택적인 현탁제를 포함한다. 본 방법은 단량체 혼합물을 중합하여 유기 응집체를 포함하는 중합체 입자를 형성하는 단계 및 이어서 중합체 입자로부터 유기 응집체의 적어도 일부분을 제거하여 다공성 중합체 비드를 형성하는 단계를 또한 추가로 포함한다.
중합체 입자 크기는, 대부분, 수성상 조성물 액적의 크기에 의해 결정된다. 액적 크기는 교반 속도, 온도, 현탁제의 양, 현탁제의 선택, 비극성 유기 용매의 선택, 및 임의의 수성상 극성 유기 용매의 선택과 같은 변수에 영향을 받을 수 있다. 교반 속도, 현탁제의 유형, 및 현탁제의 양을 종종 변화시켜 생성되는 중합체 비드의 응집 또는 덩어리화를 제어할 수 있다. 일반적으로 응집이 없는 것이 바람직하다.
생성되는 중합체 입자는, 예를 들어, 여과 또는 경사분리(decantation)에 의해 단리될 수 있다. 이어서 중합체 입자는 일련의 세척 단계를 거쳐 적어도 일부분의 유기 응집체 및 선택적인 포로젠이 제거될 수 있다. 유기 응집체 및 포로젠을 제거하기에 적합한 용매에는, 예를 들어, 물, 아세톤, 알코올(예를 들어, 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 및 아이소-프로판올), 다이메틸설폭사이드, 다이메틸포름아미드, N-메틸피롤리돈, 아세토니트릴 등과 같은 극성 유기 용매가 포함된다. 세척된 중합체 비드는, 요구된다면, 임의의 적합한 방법을 사용해 건조될 수 있다. 일부 방법에서, 중합체 비드는 스크리닝, 침전, 및 공기 분류(air classification)와 같은 기술을 사용해 분획화될 수 있다.
제3 태양에서, 목표 화합물을 정제하거나 분리하는 방법이 제공된다. 본 방법은 상기에 기술된 바와 같은 다공성 중합체 수지를 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 목표 화합물이 다공성 중합체 수지의 적어도 하나의 작용성 기와 반응하거나 상호작용하도록 다공성 중합체 수지를 목표 화합물을 포함하는 샘플과 접촉시키는 단계를 추가로 포함한다. 작용기는 (1) 산성기 또는 그의 염, (2) 아미노기 또는 그의 염, (3) 하이드록실기, (4) 아즐락톤기, (5) 글리시딜기, 또는 (6) 그 조합으로부터 선택된다. 일부 실시 형태에서, 다공성 중합체 수지는 다공성 중합체 비드의 형태이다.
목표 화합물은 다른 샘플 구성요소들로부터 분리될 수 있거나 또는 정제될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 목표 화합물은, 예를 들어, 바이러스, 단백질, 효소, 백신, DNA, 및 RNA와 같은 생체분자이다. 일부 응용에서, 샘플의 조성은 샘플 내의 목표 화합물이 중합체 수지 상의 작용기 중 하나와 반응하거나 상호작용할 수 있는 가능성을 증가시키도록 조절될 수 있다. 예를 들어, 샘플의 pH는 산성기, 산성기의 염, 염기성기, 또는 염기성기의 염으로부터 선택된 작용기를 갖는 중합체 수지를 사용한 전하-운반 생체분자(charge-carrying biomolecule)의 분리 또는 정제를 최적화하도록 조절될 수 있다.
작용기가 산성기 또는 그의 염인 경우, 중합체 수지는 양이온 교환 수지로서 기능할 수 있다. 샘플은 중합체 수지가 음으로 하전된 기를 갖고 목표 화합물이 양으로 하전된 기를 갖는 pH에서 중합체 수지와 접촉될 수 있다. 목표 화합물은 중합체 수지 상에 흡착될 수 있다. 흡착된 목표 화합물을 중합체 수지로부터 방출하기 위해, pH를 상승시킬 수 있다(예를 들어, pH가 적어도 6 또는 7 이상으로 상승됨). 대안적으로, 목표 화합물이 생체분자인 경우, 샘플은 약 3 내지 10의 pH에서 또는 약 4 내지 6의 pH에서 낮은 이온 세기 완충제(예를 들어, 5 내지 50 밀리몰의 완충염과 0 내지 200 밀리몰의 염화나트륨) 중에서 중합체 수지와 접촉하여 그 상에 흡착될 수 있다. 흡착된 생체분자를 방출하기 위해, 양이온 교환 수지는 종종 높은 이온 세기 완충제와 접촉된다. 일부 실시 형태에서, 높은 이온 세기 완충제는 목표 화합물을 흡착하는 데 사용된 동일한 완충제 조성물에 1 몰의 염화나트륨을 더한 것을 포함한다. 흡착 및 방출 공정은 전형적으로 실온 근처 온도에서 수행된다.
양이온 교환 수지를 위해 pH를 조절하는 데 유용한 완충염에는 인산나트륨, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 붕산나트륨, 아세트산나트륨, 및 TRIS (트리스(하이드록시메틸)아미노메탄)가 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다. 다른 적합한 완충제에는 MOPS (3-모르폴리노프로판설폰산), EPPS (4-(2-하이드록시에틸)피페라진-1-프로판설폰산), MES (2-모르폴리노에탄설폰산), 및 다른 것들과 같은 "굿 (Good's)" 완충제가 포함된다.
작용기가 아미노기 또는 그의 염인 경우, 중합체 수지는 음이온 교환 수지로서 기능할 수 있다. 샘플은 음이온 교환 수지가 양으로 하전된 기를 갖고 목표 화합물이 음으로 하전된 기를 갖는 pH (예를 들어, 1 내지 10의 pH)에서 음이온 교환 수지와 접촉될 수 있다. 일반적으로, 음으로 하전된 목표 화합물을 음이온 교환 수지에 효과적으로 흡착하기 위해, 목표 화합물의 pK (또는 단백질의 pI)보다 적어도 약 1 내지 2 pH 단위 더 큰 pH가 사용될 수 있다. 흡착된 목표 화합물을 음이온 교환 수지로부터 방출하기 위해, 요구된다면, pH를 적어도 1 내지 2 pH 단위, 또는 이상 낮출 수 있다. 대안적으로, 하전된 목표 화합물이 생체분자인 경우, 샘플은 적합한 pH (예를 들어, 소 혈청 알부민에 대해 약 6 내지 8의 pH)에서 낮은 이온 세기 완충제 (예를 들어, 5 내지 20 밀리몰의 완충염) 중에서 음이온 교환 수지와 접촉될 수 있다. 흡착된 생체분자를 방출하기 위해, 음이온성 교환 수지는 종종 높은 이온 세기 완충제와 접촉된다. 일부 실시 형태에서, 높은 이온 세기 완충제는 목표 화합물을 흡착하는 데 사용된 동일한 완충제 조성물에 1 몰의 염화나트륨을 더한 것을 포함한다. 흡착 및 분리 공정은 전형적으로 실온 근처 온도에서 수행된다.
음이온 교환 수지를 위해 pH를 조절하는 데 유용한 완충염에는 인산나트륨, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 붕산나트륨, 아세트산나트륨, 및 TRIS (트리스(하이드록시메틸)아미노메탄)가 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다. 다른 적합한 완충제에는 MOPS (3-모르폴리노프로판설폰산), EPPS (4-(2-하이드록시에틸)피페라진-1-프로판설폰산), MES (2-모르폴리노에탄설폰산), 및 다른 것들과 같은 "굿" 완충제가 포함된다.
중합체 수지 상의 작용기가 하이드록실기인 경우, 중합체 수지는 크기 배제 수지로서 사용될 수 있다. 대안적으로, 중합체 수지는 하이드록실기와 반응할 수 있는 기를 갖는 목표 화합물을 정제하거나 분리하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 카르복시기를 갖는 목표 화합물을 포함하는 샘플은 축합 반응을 통해 하이드록실기와 반응하여 에스테르를 형성할 수 있다. 이러한 실시예에서, 반응은 카르보닐옥시기를 통해 중합체 수지에 목표 화합물을 공유적으로 부착시키는 결과를 가져온다.
중합체 수지 상의 작용기가 아즐락톤기인 경우, 친핵성기를 갖는 목표 화합물을 포함하는 샘플은 고리 열림 반응을 통해 아즐락톤기와 반응할 수 있다. 아즐락톤기와의 반응에 적합한 친핵성기에는 일차 아미노기, 이차 아미노기, 및 하이드록실기가 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다. 아즐락톤기와 목표 화합물의 친핵성기와의 반응은 일반적으로 목표 화합물을 중합체 수지에 공유적으로 연결하는 연결기의 형성을 야기한다. 아즐락톤기의 고리 열림에 의해 형성된 연결기는 종종 기 -(CO)NHC(Ra)2(CH2)p(CO)-(여기서, Ra는 메틸과 같은 알킬이고, p는 0 또는 1이고, (CO)는 카르보닐을 나타냄)를 포함한다.
중합체 수지 상의 작용기가 글리시딜기인 경우, 친핵성기를 갖는 목표 화합물을 포함하는 샘플은 고리 열림 반응을 통해 글리시딜기와 반응할 수 있다. 글리시딜기와의 반응에 적합한 친핵성기에는 일차 아미노기, 이차 아미노기, 티올기, 및 카르복시기가 포함되지만, 이로 한정되는 것은 아니다. 글리시딜기와 목표 화합물의 친핵성기와의 반응은 일반적으로 목표 화합물을 중합체 수지에 공유적으로 연결하는 연결기의 형성을 야기한다. 글리시딜기의 고리 열림에 의해 형성된 연결기는 종종 기 -C(OH)HCH2NH- (여기서, 글리시딜기는 일차 아미노기와 반응함) 또는 -C(OH)HCH2O(CO)-(여기서, 글리시딜기는 카르복시기와 반응함)를 포함한다.
제4 태양에서, 목표 화합물을 정제하거나 분리하는 다른 방법이 제공된다. 본 방법은 상기에 기술된 바와 같이, (1) 산성기 또는 그의 염, (2) 아미노기 또는 그의 염, (3) 하이드록실기, (4) 아즐락톤기, (5) 글리시딜기, 또는 (6) 그 조합으로부터 선택되는 제1 작용기를 포함하는 다공성 중합체 수지를 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 다공성 중합체 수지를 개질제로 처리하고 제1 작용기를 제2 작용기로 전환시킴으로써, 개질된 중합체 수지를 제조하는 단계를 추가로 포함한다. 이어서 제2 작용기를 갖는 개질된 다공성 중합체 수지를 목표 화합물을 포함하는 샘플과 접촉시킨다. 목표 화합물은 개질된 다공성 중합체 수지의 제2 작용기와 반응하거나 상호작용한다.
개질제는 제1 작용기와 반응하거나 상호작용할 수 있는 임의의 화합물일 수 있다. 일부 실시예에서, 개질제는 친핵성기에 더하여 제2 작용기를 포함하는 화합물이다. 다른 실시예에서, 개질제는 카르복시기에 더하여 제2 작용기를 포함하는 화합물이다. 제2 작용기는 제1 작용기와 상이하다. 개질제가 생체분자인 경우, 부착된 생체분자는 다른 생체분자의 상보적 기와 상호작용하거나 반응할 수 있는 작용기를 가질 수 있다.
일부 실시 형태에서, 개질제는 하이드록실기인 제1 작용기와 반응할 수 있다. 예를 들어, 하이드록실기는 카르복시기를 갖는 개질제와 반응하여 카르보닐옥시-함유 연결을 통해 중합체 수지에 개질제를 부착시킬 수 있다. 카르복시기는 단백질과 같은 생체분자 상에 있을 수 있고 하이드록시기와의 반응은 중합체 수지에 단백질을 부착시키는 결과를 가져온다. 생성되는 개질된 중합체 수지는 친화 수지로서 기능한다. 즉, 부착된 생체분자는 친화 리간드로서 기능하여 상보적 생체분자와 반응하거나 상호작용할 수 있다 (즉, 부착된 생체분자는 다른 생체분자의 상보적 작용기와 반응하거나 상호작용할 수 있는 제2 작용기를 가짐).
다른 실시 형태에서, 개질제는 글리시딜기 또는 아즐락톤기인 제1 작용기와 반응할 수 있다. 이러한 제1 작용기 중 어느 하나는 친핵성기를 갖는 개질제와 고리-열림 반응을 진행할 수 있다. 개질제와 제1 작용기의 반응은 중합체 수지에 개질제를 부착하는 결과를 가져온다. 개질제는, 예를 들어, 친화 리간드(즉, 제2 작용기가 친화 리간드임)로서 기능하여 상보적 생체분자와 반응하거나 상호작용할 수 있는 생체분자일 수 있다. 생성되는 개질된 중합체 수지는 친화 수지로서 기능할 수 있다. 다른 실시예에서, 개질제는 이온 전하 (즉, 제2 작용기가 이온성기임)를 제공하여 반대 이온 전하를 갖는 목표 화합물과 반응하거나 상호작용할 수 있다. 생성되는 개질된 중합체 수지는 이온 교환 수지로서 기능할 수 있다. 대안적으로, 개질된 중합체 수지는 크기 배제 수지로서 기능할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 개질제는 소수성기를 갖는 목표 화합물과 반응하거나 상호작용할 수 있는 소수성기를 제공할 수 있다. 생성되는 개질된 중합체 수지는 소수성 상호작용 수지 또는 역상 수지로서 기능할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 개질제는 다양한 금속-함유 종과 반응하거나 상호작용할 수 있는 금속-킬레이팅 기를 제공할 수 있다. 생성되는 개질된 중합체 수지는 킬레이팅 수지로서 기능할 수 있다. 추가의 실시예에서, 개질제는 한편으로 세포와 결합하여 세포를 중합체 수지에 부착시킬 수 있는 항체를 제공할 수 있다. 즉, 개질된 중합체 수지는 세포 선별 수지로서 작용할 수 있다. 다른 추가의 실시예에서, 개질제는 효소일 수 있다. 생성되는 개질된 중합체 수지는 고정화 효소 수지로서 작용할 수 있고 소정의 목표 화합물에 노출되는 경우 촉매로서 사용될 수 있다.
목표 화합물을 정제하거나 분리하는 방법의 일부 실시 형태에서, 다공성 중합체 수지를 칼럼 내에 위치시켜 크로마토그래피 칼럼을 제조할 수 있다. 중합체 수지를 개질제로 처리하여 목표 화합물과의 반응 또는 상호작용에 이용가능하게 작용기를 변화시키는 경우, 개질은 칼럼 내에 중합체 수지를 배치하기 전 또는 후에 이루어질 수 있다. 적합한 칼럼은 본 기술 분야에 공지되어 있고 유리, 중합체, 스테인리스 강, 티타늄 및 그 합금, 또는 니켈 및 그 합금과 같은 재료로 제작될 수 있다. 칼럼 내에 중합체 수지를 효과적으로 패킹하기 위해 칼럼을 충전하는 방법이 본 기술 분야에 공지되어 있다.
중합체 수지는 종종 상당히 단단하고 임의의 적합한 유량 및 압력 조건 하에서 임의의 적합한 치수의 크로마토그래피 칼럼에 사용하는 데 요구되는 기계적 강도를 갖는다. 중합체 수지는, 예를 들어, 높은 유량을 갖는 크로마토그래피 칼럼에 사용될 수 있다. 중합체 수지는 크로마토그래피 칼럼 내에서 통상적으로 대면하는 차압 조건 하에 사용하기에 적합하다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "차압"이라는 용어는 크로마토그래피 칼럼을 가로지르는 압력 강하를 일컫는다. 예를 들어, 치료적 단백질의 하류 정제 또는 분리에 사용되는 크로마토그래피 칼럼은 생산성을 증가시키기 위해 적어도 150 cm/hr, 적어도 250 cm/hr, 적어도 500 cm/hr, 또는 적어도 700 cm/hr와 같은 겉보기 속도(superficial velocity)(예, 유량)로 사용될 수 있다. 유량이 빠를수록 전형적으로 생산성이 더 높아지게 된다.
크로마토그래피 칼럼은 액체 크로마토그래피와 같은 분석 장비의 일부분일 수 있다. 중합체 수지로 패킹되는 경우, 크로마토그래피 칼럼은 목표 화합물을 분리하거나 정제하는 데 사용될 수 있다. 목표 화합물은 중합체 수지 상의 작용기와 반응하거나 상호작용할 수 있다. 대안적으로, 샘플 내의 불순물을 제거하여 샘플 내의 목표 화합물의 농도를 증가시킬 수 있다. 목표 화합물 또는 목표 화합물을 포함하는 샘플 내의 불순물의 양을 결정할 수 있다.
크로마토그래피 칼럼은 대안적으로 목표 화합물을 분리하거나 정제하기 위한 분취용 액체 크로마토그래피 시스템의 일부일 수 있다. 분취용 액체 크로마토그래피 시스템은 실험실 규모의 시스템, 파일럿 플랜트(pilot plant) 규모의 시스템, 또는 산업적 규모의 시스템일 수 있다.
목표 화합물을 정제하거나 분리하는 방법의 다른 실시 형태에서, 다공성 중합체 수지는 여과 매체의 표면 위에 배치된다. 만약 중합체 수지가 목표 화합물과의 반응 또는 상호작용에 이용가능한 작용기를 변경하기 위해 개질제로 처리된다면, 이러한 개질은 여과 매체의 표면 위에 중합체 수지를 배치하기 전 또는 후일 수 있다. 필터 요소가 하우징 내에 배치되어 필터 카트리지를 제공할 수 있다. 필터 카트리지를 포함하는 적합한 여과 매체 및 시스템은, 예를 들어, 미국 특허 제5,468,847호 (헤일만 등)에 추가로 기술된다. 이러한 필터 카트리지는, 예를 들어, 생체분자를 정제하거나 분리하는 데 사용될 수 있다. 덜 단단한 입자 또는 더 작은 다공성 중합체 수지는 필터 카트리지 시스템에 내재하는 더 낮은 압력 강하로 인해 크로마토그래피 칼럼 내에서와 비교하여 필터 카트리지 내에 사용될 수 있다.
여과 매체는 단일 여과층 또는 다중 여과층을 가질 수 있고, 유리 또는 중합체성 섬유(예, 폴리프로필렌 섬유와 같은 폴리올레핀 섬유)로부터 제조될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 여과 매체는 성긴 전-여과층(pre-filtration layer) 및 더 미세한 하나 이상의 여과층을 포함한다. 예를 들어, 여과 매체는 성긴 전-여과층, 및 이어서 점차적으로 더 작은 평균 기공 크기를 갖는 일련의 추가 여과층을 포함할 수 있다. 중합체 수지는 가장 작은 평균 기공 크기를 갖는 여과 매체의 층 위에 배치될 수 있다.
여과 매체의 기공 크기의 선택은 중합체 수지의 크기에 좌우된다. 전형적으로, 여과 매체의 기공 크기는 중합체 수지의 평균 직경보다 더 작게 되도록 선택된다. 그러나, 중합체 수지의 일부는 여과 매체 내로 침투할 수 있다.
여과 매체는 미국 특허 제3,058,594호 (훌트그랜(Hultgren))에 개시된 것들과 같은 수직 주름 필터의 형태일 수 있다. 다른 실시 형태에서, 여과 매체는 미국 특허 제4,842,739호 (탕(Tang) 등)에 개시된 것들과 같은, 수평의 복합 방사상 주름 필터의 형태이다. 주름의 수평 배열은 여과 매체를 포함하는 필터 카트리지가 수직 방향으로 사용되는 응용예에 바람직할 수 있다. 이러한 배열은 사용 및 보관 중에 필터 요소로부터의 중합체 수지의 손실을 감소시킬 수 있다.
목표 화합물을 정제하거나 분리하는 방법의 다른 실시 형태에서, 다공성 중합체 수지는 연속적 다공성 매트릭스 내에 혼입된다. 만약 중합체 수지가 목표 화합물과의 반응 또는 상호작용에 이용가능한 작용기를 변경하기 위해 개질제로 처리된다면, 이러한 개질은 연속적 다공성 매트릭스 내로의 혼입 전 또는 후일 수 있다. 연속적 다공성 매트릭스는 전형적으로 직조 또는 부직 섬유 웨브, 다공성 섬유, 다공성 막(membrane), 다공성 필름, 중공 섬유(hollow fiber), 또는 튜브이다. 적합한 연속적 다공성 매트릭스는 미국 특허 제5,993,935호 (라스무센 등)에 추가로 기술된다.
섬유 웨브인 연속적 다공성 매트릭스는, 예를 들어, 큰 표면적, 제작의 용이성, 적은 재료비, 및 다양한 섬유 질감 및 밀도와 같은 이점을 제공할 수 있다. 광범위한 섬유 직경이 적합하다고 하더라도, 섬유는 종종 0.05 마이크로미터 내지 50 마이크로미터의 평균 직경을 갖는다. 웨브 두께는 최종 용도의 응용예에 적합하도록 (예컨대, 약 0.2 마이크로미터 내지 약 100 cm로) 변경될 수 있다.
복합 재료는, 예를 들어, 용융 취입법(melt-blowing method)을 이용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 용융된 중합체 재료는 용융 취입된 섬유의 스트림(stream)을 생성하기 위해 압출될 수 있다. 중합체 수지는 섬유의 스트림 내로 혼입되어 섬유와 섞일 수 있다. 섬유와 중합체 수지의 혼합물은 스크린(screen) 위에 수집되어 웨브를 형성할 수 있다. 중합체 수지는 섬유 웨브 내에 분산될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 중합체 수지는 섬유 웨브를 통해 균일하게 분산될 수 있다.
복합 재료는 또한 피브릴화 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)과 같은 피브릴화 중합체 매트릭스를 이용해 제조될 수 있다. 적합한 방법은 미국 특허 제4,153,661호 (리(Ree) 등); 제4,565,663호 (에레드(Errede) 등); 제4,810,381호 (하겐(Hagen) 등); 및 제4,971,736호 (하겐 등)에 더욱 상세히 기술된다. 일반적으로, 이들 방법은 중합체 수지를 폴리테트라플루오로에틸렌 분산액과 블렌딩하여 퍼티-유사 덩어리(putty-like mass)를 수득하고, 이 퍼티-유사 덩어리를 5℃ 내지 100℃의 온도에서 강력한 혼합에 처하여 PTFE의 피브릴화를 일으키고, 이 퍼티-유사 덩어리를 2축으로 캘린더링하고, 생성된 시트를 건조시키는 것을 포함한다.
복합 재료를 제조하는 다른 방법에서, 중합체 수지는 액체에 분산된 후 균질 혼합물을 형성하기에 충분한 온도에서 열가소성 중합체와 블렌딩될 수 있다. 균질 혼합물은 원하는 모양을 갖는 주형(mold) 내에 위치될 수 있다. 혼합물의 냉각시, 액체는 상 분리되어 분산된 중합체 입자를 포함하는 열가소성 중합체 매트릭스를 남길 수 있다. 이 방법은 미국 특허 제4,957,943호 (맥알리스터(McAllister) 등)에 추가로 기술된다.
연속적 다공성 매트릭스 내에 혼입된 중합체 수지의 양은, 생성된 복합체의 부피를 기준으로, 적어도 1 부피％, 적어도 5 부피％, 적어도 10 부피％, 적어도 20 부피％, 적어도 30 부피％, 적어도 40 부피％, 또는 적어도 50 부피％이다. 연속적 다공성 매트릭스 내에 혼입된 중합체 수지의 양은, 생성된 복합체의 부피를 기준으로, 최대 99 부피％, 최대 95 부피％, 최대 90 부피％, 최대 85 부피％, 또는 최대 80 부피％를 포함할 수 있다. 더 많은 양의 중합체 수지를 갖는 복합체는 더 큰 용량을 갖는 경향이 있다.
제5 태양에서, 다공성 중합체 수지가 제공된다. 다공성 중합체 수지는 a) 가교결합 단량체 및 b) 작용성 단량체를 포함하는 단량체 혼합물의 반응 생성물이다. 가교결합 단량체는 화학식 I의 화합물을 포함한다:
[화학식 I]
Figure pct00010
상기 식에서, R1은 수소 또는 메틸이고; Q는 옥시 또는 -NH-이고; Y는 알킬렌 또는 헤테로알킬렌이고, 여기서 Y는 선택적으로 하이드록실기로 치환될 수 있다. 작용성 단량체는 (a) 에틸렌계 불포화기, 및 (b) (1) 산성기 또는 그의 염, (2) 아미노기 또는 그의 염, (3) 하이드록실기, (4) 아즐락톤기, (5) 글리시딜기, 또는 (6) 그 조합으로부터 선택되는 제1 작용기를 포함한다. 단량체 혼합물 내 모든 단량체는 친유성 지수가 20 이하이다. 중합체 수지는 평균 기공 직경이 200 나노미터인 제1 세트의 기공 및 평균 기공 직경이 500 나노미터 초과인 제2 세트의 기공을 포함하는 계층형 다공성 구조를 갖는다.
중합체 수지는 임의의 원하는 모양을 가질 수 있다. 모양은 규칙적이거나 불규칙적일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 중합체 수지는 구형 또는 실질적으로 구형인 중합체 비드의 형태이다. 다른 실시 형태에서, 중합체 수지는 모놀리스(monolith)의 형태이다. 모놀리스는 중합체 수지를 제조하는 데 사용되는 용기의 모양과 같은 임의의 모양을 가질 수 있다. 모놀리스는 절단되거나, 파단되거나, 밀링되거나 할 수 있다. 예를 들어, 중합체 수지의 입자는 모놀리스로부터 형성될 수 있다. 입자는 규칙적 또는 불규칙적인 모양을 가질 수 있다.
중합체 수지가 중합체 비드인 경우에, 중합체 비드의 평균 크기는 이미지 분석을 이용한 광 산란 또는 전자 현미경과 같은 기술을 사용하여 결정될 수 있다. 중합체 비드는 보통 평균 직경이 적어도 10 마이크로미터이다. 예를 들어, 중합체 비드는 평균 직경이 적어도 20 마이크로미터, 적어도 30 마이크로미터, 적어도 40 마이크로미터, 적어도 50 마이크로미터, 또는 적어도 60 마이크로미터일 수 있다. 중합체 비드는 보통 평균 직경이 2,000 마이크로미터 이하, 1,000 마이크로미터 이하, 500 마이크로미터 이하, 또는 200 마이크로미터 이하이다. 일부 응용예에서, 거대다공성 중합체 비드는 평균 직경이 10 내지 2,000 마이크로미터, 20 내지 2,000 마이크로미터, 20 내지 500 마이크로미터, 50 내지 500 마이크로미터, 20 내지 200 마이크로미터, 50 내지 200 마이크로미터, 50 내지 100 마이크로미터, 50 내지 75 마이크로미터, 50 내지 70 마이크로미터, 또는 60 내지 70 마이크로미터이다.
중합체 수지는 전형적으로 일차 다공성 구조와 이차 다공성 구조를 갖는다. 일차 다공성 구조는 벌크 중합체 매트릭스와 관련된다. 이러한 다공성 구조는 유기 응집체가 없이 형성되는 것과 본질적으로 동일한 다공성 구조이다. 이러한 일차 다공성 구조는 종종 약 200 나노미터(㎚) 미만의 평균 기공 직경을 갖는데, 이보다 더 큰 일부 기공이 존재할 수 있다. 일차 다공성 구조는 수성상 조성물 내의 선택적인 포로젠 또는 선택적인 비극성 용매의 첨가에 의해 영향을 받을 수 있다. 수성상 조성물 내의 유기 응집체의 포함은 비드 내에 큰 기공 (예, 공동 또는 공극)을 갖는 이차 다공성 구조로 이어진다. 이러한 기공의 평균 직경은 일반적으로 약 500 ㎚를 초과한다. 이차 기공의 평균 기공 크기는 1 마이크로미터 초과, 2 마이크로미터 초과, 5 마이크로미터 초과, 또는 10 마이크로미터 초과일 수 있다. 이차 기공 구조 내의 기공의 일부는 약 15 내지 20 마이크로미터만큼 클 수 있다. 이러한 공동들은 서로 개방되어 통할 수 (즉, 개방형 셀 형상을 가질 수) 있거나 또는 이들은 폐쇄형 셀 형상을 가질 수 있다. 그러나, 후자의 경우에, 이들은 여전히 일차 다공성 구조를 통해 서로 통할 수 있다. 이차 기공은 비드의 외부에 대한 개구를 갖거나 갖지 않을 수 있다.
일차와 이차 다공성 구조 둘 모두는 종종 주사 전자 현미경과 같은 다양한 현미경 기술을 이용하여 중합체 수지 내에서 관찰될 수 있다. 또한, 이차 다공성 구조는 전형적으로 통상의 광학 현미경에 의해 관찰될 수 있을 정도로 충분히 크다. 일차 다공성 구조는 극저온 조건 하에서 질소 흡착을 이용하는 것을 그 특징으로 할 수 있다.
다공성 구조들의 조합은 생체분자와 같은 상대적으로 큰 목표 화합물의 정제 또는 분리에 특히 유리하다. 평균 크기가 약 500 나노미터를 초과하는 이차 다공성 구조는 중합체 수지의 내부 영역으로 상대적으로 큰 목표 화합물의 보다 용이한 접근을 제공한다. 평균 기공 직경이 약 200 나노미터 미만인 일차 다공성 구조는 전형적으로 목표 화합물에 적합한 표면적 및 용량을 제공할 수 있다.
일차 다공성 구조가 거대다공성인 경우에, 표면적은 보통 적어도 20 ㎡/g, 적어도 30 ㎡/g, 또는 적어도 40 ㎡/g이다. 표면적은 종종 20 내지 350 ㎡/g의 범위, 30 내지 200 ㎡/g의 범위, 20 내지 100 ㎡/g의 범위, 30 내지 100 ㎡/g의 범위, 또는 40 내지 350 ㎡/g의 범위이다.
중합체 수지의 용량은 중합체 수지와 상호작용하거나 반응할 수 있는 목표 화합물의 양의 관점에서 주어질 수 있다. 예를 들어, 양이온 교환 수지로 기능하는 중합체 수지는 양으로 하전된 기를 갖는 다양한 목표 화합물과 상호작용할 수 있다. 더 구체적으로, 양이온 교환 용량은 중합체 수지에 의해 흡착될 수 있는 면역글로불린(예컨대, IgG)과 같은 특정 단백질의 양의 관점에서 주어질 수 있다.
전술한 내용은 권한이 부여된 설명을 할 수 있는 발명자에 의해 예측되는 실시 형태에 의해 본 발명을 설명한 것이지만, 현재 예견되지 않은 본 발명의 실질적이지 않은 변형이더라도 본 발명에 대한 등가물을 나타낼 수도 있다.
[실시예]
이들 실시예는 예시적인 목적을 위한 것으로 첨부된 특허청구범위의 범주를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 사용한 용매 및 다른 시약들은 달리 지시되지 않는 한, 시그마-알드리치 케미칼 컴퍼니(Sigma-Aldrich Chemical Company)(미국 위스콘신주 밀워키 소재)로부터 입수하였다.
시험 방법
면역글로불린 G(IgG)에 대한 양이온 교환 용량
양이온 교환 중합체 비드의 50 부피％ 슬러리는 중합체 비드를 탈이온수와 혼합하고, 20분간 3000 상대 원심력(relative centrifugal force, rcf)으로 원심분리하여 패킹된 비드 베드(bead bed)를 형성한 후, 총 부피가 패킹된 비드 베드의 2배가 되도록 탈이온수의 양을 조정하여 제조하였다. 슬러리를 잘 혼합하여 중합체 비드를 현탁시킨 후, 400 마이크로리터의 슬러리 샘플을 브이더블유알(VWR)(미국 미네소타주 이건 소재)로부터 상품명 센트렉스 엠에프(CENTREX MF)로 구매가능한 5 ㎖, 0.45 마이크로미터 셀룰로오스 아세테이트 원심분리 마이크로필터 내로 피펫팅하였다. 5분간 3000 rcf에서 원심분리하여 물을 제거하였다. 이어서 중합체 비드를 pH 4.5의 50 mM 아세트산나트륨 및 80 mM 염화나트륨을 포함하는 완충제 4 ㎖과 혼합하였다. 샘플을 10분간 3000 rcf에서 다시 원심분리하였다. 상청액을 버렸다. 그 후, 에퀴테크-바이오(Equitech-Bio)(미국 텍사스주 케르빌 소재)로부터 입수한, 동일한 아세트산염 완충제 내에서 약 7 ㎎/㎖의 농도를 갖는 인간 IgG의 4.5 ㎖ 샘플을 중합체 비드를 포함하는 필터에 첨가하였다. 혼합물을 하룻밤 텀블링(tumbling)에 의해 혼합한 후, 상청액을 20분간 3000 rcf에서 원심분리하여 중합체 비드로부터 제거하였다.
상청액을 UV 분광법으로 분석하였다. 280 ㎚에서 샘플의 흡광도를 출발 IgG 용액의 흡광도와 비교하였다. 그 차이를 중합체 비드의 IgG 용량을 계산하는 데 사용하였다. 분석을 3회 반복하여 평균을 구하였다.
면역글로불린 G( IgG )에 대한 동적 결합 용량( Dynamic Binding Capacity , DBC )
중합체 비드의 수성 슬러리(대략 350 마이크로리터의 총 부피의 중합체 비드)를 크롬테크(Chromtech)(미국 미네소타주 애플 밸리 소재)로부터 상품명 옴니핏(OMNIFIT)으로 구매가능한 5 센티미터 × 0.3 센티미터 내경 유리 칼럼 내로 패킹하고, 지이 헬쓰케어(GE Healthcare)(스웨덴 웁살라 소재)로부터 상품명 에이케이티에이(AKTA)로 구매가능한 고속 단백질 액체 크로마토그래프 위에 위치시키고, 0.7 ㎖/min으로 10 칼럼 부피의 완충제 A(50 mM 아세트산염, 40 mM NaCl, 및 pH 4.5)를 사용해 평형화시켰다. 챌린지(challenge) 용액(완충제 A 내 5.0 ㎎/㎖의 인간 IgG)을 7 ㎖의 샘플이 로딩되거나 280 나노미터의 파장에서의 UV 흡광도(A280)가 800 mAU를 초과할 때까지(어느 쪽이든 먼저인 것) 0.09 ㎖/min(3.93분의 체류 시간/76 cm/hr)으로 50 ㎖ 수퍼 루프(super loop)를 통해 로딩하였다. 비결합된 샘플의 세척 제거(washout)를 0.7 ㎖/min의 유량으로 18 칼럼 부피의 완충제 A를 흐르게 함으로써 수행하였다. 이것에 이어서 8 칼럼 부피 초과의 0 부피％ 완충제 B(100 부피％ 완충제 A) 내지 100 부피％ 완충제 B(0 부피％ 완충제 A)의 완충제 B(50 mM 아세트산염, 1.0 M NaCl, pH 4.5)를 이용한 구배 용출을 하였고, 이것을 10 칼럼 부피의 100 부피％ 완충제 B에서 유지하였다. 완충제 B 용액은 결합 IgG를 용출하였다. 지지체에 결합된 IgG의 양은 초기 로딩 도중에 칼럼으로부터 배출되는 용액의 농도가 초기 IgG 챌린지 용액 농도의 10％인 시점에서 결정하였다(비-결합 단백질의 평탄역은 차감하였음). 이어서 칼럼을 20 칼럼 부피의 완충제 A를 흐르게 함으로써 재-평형화시켰다.
수소 이온에 대한 소 이온 용량( Small Ion Capacity , SIC )
대략 8 ㎖의 중합체 비드 슬러리(탈이온수 내 대략 50 부피％)를 눈금이 매겨진 15 ㎖ 원심분리 튜브로 옮기고 5분간 3000 상대 원심력(rcf)에서 원심분리하였다. 생성된 패킹된 중합체 비드의 부피를 0.1 ㎖까지 가장 근접하게 기록하고 슬러리를 소결된 유리 깔때기로 정량적으로 옮기고 탈이온수(3 × 50 ㎖), 0.5 N HCl(3 × 50 ㎖)로 세척한 후, 다시 탈이온수(3 × 50 ㎖)로 세척하였다. 이어서 세척된 중합체 비드를 정량적으로 125 ㎖ 삼각 플라스크(Erlenmeyer flask)로 옮기고 4.0 ㎖의 2 M NaCl을 첨가하여 수소 이온을 치환하였다. 5분 후, 2 방울의 페놀프탈레인(100 ㎖ 에탄올 내 1 그램)을 슬러리에 첨가하고 용액이 엷은 분홍색으로 될 때까지 혼합물을 (자기 교반 플레이트 위에서 교반하면서) 0.1 N NaOH로 적정하였다. 중합체 비드의 ㎖당 마이크로몰의 소 이온 용량을 첨가된 0.1 NaOH의 부피를 분석된 비드의 부피로 나누고 100을 곱하여 계산하였다.
Figure pct00011
실시예 1
중합체 비드를 35:65 중량비의 AMPS 대 MBA를 포함하는 단량체 혼합물을 사용하여 역상 현탁 중합에 의해 제조하였다. 페트로라이트 D110을 유기 응집체로서 수성상에 첨가하였다.
더욱 구체적으로, 현탁제 1(0.56 그램), 및 헵탄(536 ㎖)을 기계적 교반기(교반 속도 450 rpm), 질소 유입구, 온도계, 온도 제어기가 구비된 가열 맨틀, 및 응축기를 갖춘 플라스크에 첨가하여 유기상을 제조하였다. 플라스크 내 유기상을 교반하면서 35℃로 가열하고 15분간 질소로 스파징(sparge)하였다.
MBA(18.2 그램), AMPS(19.6 그램의 50 중량％ 수성 용액), IPA(85 ㎖), 5 ㎖의 페트로라이트 D110, 탈이온수(27.2 ㎖), PEG 6000(10 그램의 50 중량％ 수성 용액), 및 에틸렌 글리콜(20 ㎖)을 조합하여 수성상을 제조하였다. 이 수성상을 교반하고 30 - 35℃ 범위의 온도에서 가열하여 MBA를 용해시켰다. 탈이온수(3 ㎖)에 용해된 과황산나트륨(0.5 그램)을 추가로 교반하면서 수성상에 첨가하였다. 수성상을 유기상을 포함하는 반응 플라스크에 첨가하였다. 생성된 혼합물을 교반하고 10분간 질소로 스파징하였다.
TMEDA(0.5 ㎖)를 첨가하여 중합을 개시시켰다. 반응 온도를 신속히 43.5℃로 상승시킨 후 서서히 감소시켰다. 반응 혼합물을 TMEDA 첨가 시점으로부터 총 2시간 동안 교반한 후 소결된 유리 깔때기를 사용해 여과하였다. 반응 생성물을 아세톤(2 × 250 ㎖), 메탄올(2 × 250 ㎖), 및 아세톤(2 × 250 ㎖)으로 세척하였다. 세척된 생성물을 로-탑 모델(Ro-Tap Model) RX-29 분류기(classifier)(더블유. 에스. 타일러(W. S. Tyler), 미국 오하이오주 멘토 소재) 상에서 유동 액체로서 물을 사용해 분류하여 38-106 마이크로미터 크기 범위의 무색 중합체 비드를 수득하였다.
중합체 비드가 거대다공성 중합체 매트릭스로 둘러싸인 다수의 큰(0.5 마이크로미터 초과의 직경) 기공을 갖는지를 확인하기 위해 주사 전자 현미경(SEM) 및 광학 현미경을 사용하였다. IgG(150,000 g/몰의 중량 평균 분자량)를 사용해 상기에 기술된 방법에 의해 결정한 양이온 교환 용량은 62 ㎎/㎖이고, IgG를 사용해 상기에 기술된 방법에 의해 결정한 동적 결합 용량(DBC)은 41 ㎎/㎖이었다.
비교예 1
35:65(중량 기준)의 AMPS/MBA 공중합체 양이온 교환 비드를 역상 현탁 중합으로 제조하였다. 수성상은 분산되거나 현탁된 유기 응집체를 포함하지 않았다.
더욱 구체적으로, 현탁제 1(0.56 그램), 및 헵탄(536 ㎖)을 기계적 교반기(교반 속도 450 rpm), 질소 유입구, 온도계, 온도 제어기가 구비된 가열 맨틀, 및 응축기를 갖춘 플라스크에 첨가하여 유기상을 제조하였다. 플라스크 내 유기상을 교반하면서 35℃로 가열하고 15분간 질소로 스파징하였다.
MBA(18.2 그램), AMPS(19.6 그램의 50 중량％ 수성 용액), IPA(85 ㎖), 탈이온수(32.2 ㎖), PEG 6000(10 그램의 50 중량％ 수성 용액), 및 에틸렌 글리콜(20 ㎖)을 포함하는 수성상을 제조하였다. 이 수성 용액을 교반하고 30 내지 35℃에서 가열하여 MBA를 용해시켰다. 탈이온수(3 ㎖)에 용해된 과황산나트륨(0.5 그램)을 추가로 교반하면서 수성 용액에 첨가하였다. 수성 용액을 유기상을 포함하는 반응 플라스크에 첨가하였다. 생성된 혼합물을 교반하고 10분간 질소로 스파징하였다.
TMEDA(0.5 ㎖)를 첨가하여 중합을 개시시켰다. 반응 온도를 신속히 44.5℃ 로 상승시킨 후 서서히 감소시켰다. 반응 혼합물을 TMEDA 첨가 시점으로부터 총 2시간 동안 교반하고, 소결된 유리 깔때기를 사용해 여과하고, 아세톤(2 × 250 ㎖), 메탄올(2 × 250 ㎖), 아세톤(2 × 250 ㎖)으로 세척하고, 로-탑 모델 RX-29 분류기(더블유. 에스. 타일러, 미국 오하이오주 멘토 소재) 상에서 유동 액체로 물을 사용해 습식 분류하여 38-106 마이크로미터 크기 범위의 무색 입자를 수득하였다.
IgG에 대한 양이온 교환 용량은 67 ㎎/㎖이었다. IgG에 대한 동적 결합 용량(DBC)은 34 ㎎/㎖이었다.
실시예 2 내지 실시예 5
중합체 비드를 35:65 중량비의 AMPS 대 MBA를 포함하는 단량체 혼합물을 사용하여 역상 현탁 중합에 의해 제조하였다. 유기 응집체의 다양한 수성 분산액을 수성상에 첨가하였다. 실시예 2는 유니톡스 D-100을 포함하였다. 실시예 3은 유니톡스 D-300을 포함하였다. 실시예 4는 페트로라이트 D-800을 포함하였다. 실시예 5는 페트로라이트 D-900을 포함하였다.
더욱 구체적으로, 현탁제 1(0.56 그램), 및 헵탄(536 ㎖)을 기계적 교반기(교반 속도 450 rpm), 질소 유입구, 온도계, 온도 제어기가 구비된 가열 맨틀, 및 응축기를 갖춘 플라스크에 첨가하여 유기상을 제조하였다. 플라스크 내 유기상을 교반하면서 35℃로 가열하고 15분간 질소로 스파징하였다.
MBA(18.2 그램), AMPS(19.6 그램의 50 중량％ 수성 용액), IPA(85 ㎖), 상기에 기술된 바와 같은 유기 응집체를 포함하는 10 ㎖의 적절한 수성 분산액, 탈이온수(22.2 ㎖), PEG 6000(10 그램의 50 중량％ 수성 용액), 및 에틸렌 글리콜(20 ㎖)을 포함하는 수성상을 제조하였다. 이 수성 용액을 교반하고 30 - 35℃ 범위의 온도에서 가열하여 MBA를 용해시켰다. 탈이온수(3 ㎖)에 용해된 과황산나트륨(0.5 그램)을 추가로 교반하면서 수성상에 첨가하였다. 수성상을 유기상을 포함하는 반응 플라스크에 첨가하였다. 생성된 혼합물을 교반하고 10분간 질소로 스파징하였다.
TMEDA(0.5 ㎖)를 첨가하여 중합을 개시시켰다. 반응 온도를 신속히 40-45℃ 로 상승시킨 후 서서히 감소시켰다. 반응 혼합물을 TMEDA 첨가 시점으로부터 총 2시간 동안 교반하고, 소결된 유리 깔때기를 사용해 여과하고, 아세톤(2 × 250 ㎖), 메탄올(2 × 250 ㎖), 아세톤(2 × 250 ㎖)으로 세척하고, 로-탑 모델 RX-29 분류기(더블유. 에스. 타일러, 미국 오하이오주 멘토 소재) 상에서 유동 액체로 물을 사용해 습식 분류하여 38-106 마이크로미터 크기 범위의 무색 입자를 수득하였다.
중합체 비드가 전형적인 거대다공성 중합체 매트릭스로 둘러싸인 다수의 큰 공극을 갖는지를 SEM 및 광학 현미경으로 확인하였다. 실시예 4에 대한 SEM을 도 4에 나타내고 실시예 5에 대한 SEM을 도 5에 나타내었다. 도 3은 실시예 4의 광학 현미경 사진으로, 배율은 64X이다.
실시예 6
중합체 비드를 5:95 중량비의 VDM 대 MBA를 포함하는 단량체 혼합물을 사용하여 역상 현탁 중합에 의해 제조하였다. 페트로라이트 D-110이 유기 응집체의 공급원이었다.
더욱 구체적으로, 현탁제 2(0.27 그램), 톨루엔(188 ㎖), 및 헵탄(348 ㎖)을 기계적 교반기(교반 속도 450 rpm), 질소 유입구, 온도계, 온도 제어기가 구비된 가열 맨틀, 및 응축기를 갖춘 1000 ㎖ 둥근-바닥 플라스크(모턴형(Morton type))에 첨가하여 유기상을 제조하였다. 플라스크 내 유기상을 교반하면서 35℃로 가열하고 15분간 질소로 스파징하였다.
MBA(13.3 그램), 탈이온수(45 ㎖), IPA(90 ㎖), 및 페트로라이트 D-110(10 ㎖)을 포함하는 수성상을 제조하였다. 수성 용액을 교반하고 MBA가 용해될 때까지 30 내지 35℃ 범위의 온도에서 가열하였다. 탈이온수(3 ㎖)에 용해된 과황산나트륨(0.55그램)을 추가로 교반하면서 수성 용액에 첨가하였다. 수성 용액을 비-수성 용액을 포함하는 반응 플라스크에 첨가하였다. VDM(0.72 ㎖)을 교반 혼합물에 주사기로 첨가하였다. 생성된 혼합물을 교반하고 5분간 질소로 스파징하였다.
TMEDA(0.55 ㎖)를 첨가하여 중합을 개시시켰다. 온도를 5분에 걸쳐 40.1℃ 로 상승시켰다. 개시 후 총 2시간 동안 가열 및 교반을 지속한 후, 비드화 생성물을 여과하고 아세톤(3 × 250 ㎖)으로 세척하였다. 습윤 필터 케이크를 1-목 둥근 바닥 플라스크로 옮기고 진공 하에 실온에서 하룻밤 건조시켰다.
주사 전자 현미경 사진은 중합체 비드가 전형적인 거대다공성 매트릭스로 둘러싸인 다수의 큰(약 1 마이크로미터 초과의 직경) 기공을 가짐을 나타내었다(도 1 참고).
실시예 7
중합체 비드를 5:95 중량비의 VDM 대 MBA를 포함하는 단량체 혼합물을 사용하여 역상 현탁 중합에 의해 제조하였다. 수성상에 사용한 페트로라이트 D-110(1 ㎖) 및 탈이온수(54 ㎖)의 양을 변화시킨 것을 제외하고는 이 절차는 실시예 6의 것과 유사하였다. 주사 전자 현미경 사진은 중합체 비드가 전형적인 거대다공성 매트릭스로 둘러싸인 다수의 큰(약 1 마이크로미터 초과의 직경) 기공을 가짐을 나타내었다.
비교예 2
페트로라이트 D-110을 등가 부피의 탈이온수로 대체하는 것을 제외하고는 실시예 6의 절차에 의해 중합체 비드를 제조하였다. 즉, 중합체 비드를 수성상 내에 유기 응집체 없이 제조하였다.
주사 전자 현미경 사진은 중합체 비드가 전형적인 거대다공성 매트릭스 구조를 갖지만 1 마이크로미터 초과의 큰 기공이 결여되어 있음을 나타내었다(도 2 참고).
실시예 8
중합체 비드를 45:25:30의 AMPS/MBA/TMPTMA를 포함하는 단량체 혼합물을 사용하여 역상 현탁 중합에 의해 제조하였다. 페트로라이트 D-900이 유기 응집체의 공급원이었다.
현탁제 1(0.28 그램) 및 헵탄(536 ㎖) 을 기계적 교반기(교반 속도 450 rpm), 질소 유입구, 온도계, 온도 제어기가 구비된 가열 맨틀, 및 응축기를 갖춘 플라스크에 첨가하여 유기상을 제조하였다. 유기상을 교반하면서 35℃로 가열하고 15분간 질소로 스파징하였다.
MBA(7.0 그램), AMPS(25.2 그램의 50 중량％ 수성 용액), TMPTMA(8.4 그램), IPA(110 ㎖), 탈이온수(22.4 ㎖), 및 페트로라이트 D-900(10 ㎖)을 포함하는 수성상을 제조하였다. 이 수성 용액을 교반하고 30 내지 35℃에서 가열하여 MBA를 용해시켰다. 탈이온수(5 ㎖)에 용해된 과황산나트륨(0.5 그램)을 추가로 교반하면서 수성 용액에 첨가하였다. 수성 용액을 유기상을 포함하는 반응 플라스크에 첨가하였다. 생성된 혼합물을 교반하고 10분간 질소로 스파징하였다.
TMEDA(0.5 ㎖)를 첨가하여 중합을 개시시켰다. 반응 온도를 신속히 약 10℃ 로 증가시킨 후 서서히 감소시켰다. 반응 혼합물을 TMEDA 첨가 시점으로부터 총 2시간 동안 교반하고, 소결된 유리 깔때기를 사용해 여과하고, 아세톤(2 × 250 ㎖), 메탄올(2 × 250 ㎖), 아세톤(2 × 250 ㎖)으로 세척하고, 로-탑 모델 RX-29 분류기(더블유. 에스. 타일러, 미국 오하이오주 멘토 소재) 상에서 유동 액체로 물을 사용해 습식 분류하여 38-106 마이크로미터 크기 범위의 무색 입자를 수득하였다.
중합체 비드가 전형적인 거대다공성 중합체 매트릭스로 둘러싸인 다수의 큰 기공을 갖는지를 SEM 및 광학 현미경으로 확인하였다.
실시예 9
중합체 비드를 35:55:10 중량비의 AMPS/MBA/TEGDMA를 포함하는 단량체 혼합물을 사용하여 역상 현탁 중합에 의해 제조하였다. 페트로라이트 D-1038이 유기 응집체의 공급원이었다. 상이한 수성상 조성물을 이용한 것을 제외하고는 이 절차는 실시예 8에 사용된 것과 유사하였다. 수성상은 MBA(15.4 그램), AMPS(19.6 그램의 50 중량％ 수성 용액), TEGDMA(2.8 그램), IPA(110 ㎖), 탈이온수(25.2 ㎖), 및 페트로라이트 D-1038(10 ㎖)을 포함하였다.
중합체 비드가 전형적인 거대다공성 중합체 매트릭스로 둘러싸인 다수의 큰(약 0.5 마이크로미터 초과의 직경) 기공을 가지고 있음을 SEM 및 광학 현미경으로 확인하였다.
실시예 10
중합체 비드를 35:55:10 중량비의 AMPS/MBA/PEG-Acr 375를 포함하는 단량체 혼합물을 사용하여 역상 현탁 중합에 의해 제조하였다. 페트로라이트 D-900이 유기 응집체의 공급원이었다. 상이한 수성상 조성물을 이용한 것을 제외하고는 이 절차는 실시예 8에 사용된 것과 유사하였다. 수성상은 MBA(15.4 그램), AMPS(19.6 그램의 50 중량％ 수성 용액), PEG-Acr 375(2.8 그램), IPA(110 ㎖), 탈이온수(25.2 ㎖), 및 페트로라이트 D-900(10 ㎖)을 포함하였다.
중합체 비드가 전형적인 거대다공성 중합체 매트릭스로 둘러싸인 다수의 큰(약 0.5 마이크로미터 초과의 직경) 기공을 가지고 있음을 SEM 및 광학 현미경으로 확인하였다.
실시예 11
중합체 비드를 50:50 중량비의 MAPTAC/MBA를 포함하는 단량체 혼합물을 사용하여 역상 현탁 중합에 의해 제조하였다. 유기상 및 수성상 둘 모두의 조성에 있어서의 변화를 제외하고는 이 절차는 실시예 8의 것과 유사하였다. 유기상은 현탁제 1(0.28 그램), 헵탄(243 ㎖), 및 톨루엔(132 ㎖)을 포함하였다. 수성상은 MBA(14.0 그램), MAPTAC(28.0 그램의 50 중량％ 수성 용액), MeOH(50 ㎖), 탈이온수(21.0 ㎖), 및 페트로라이트 D-900(10 ㎖)을 포함하였다.
중합체 비드가 전형적인 거대다공성 중합체 매트릭스로 둘러싸인 다수의 큰(약 0.5 마이크로미터 초과의 직경) 기공을 가지고 있음을 SEM 및 광학 현미경으로 확인하였다.
실시예 12
중합체 비드를 65:30:5 중량비의 MBA/MA/HEMA를 포함하는 단량체 혼합물을 사용하여 역상 현탁 중합에 의해 제조하였다. 유기상 및 수성상 둘 모두의 조성에 있어서의 변화를 제외하고는 이 절차는 실시예 8의 것과 유사하였다. 유기상은 현탁제 1(0.13 그램), 헵탄(348 ㎖), 및 톨루엔(188 ㎖)을 포함하였다. 수성상은 MBA(9.1 그램), MA(4.2 그램), HEMA(0.67 그램), IPA(80 ㎖), 탈이온수(45.0 ㎖), 및 페트로라이트 D-1038(10 ㎖)을 포함하였다.
중합체 비드가 전형적인 거대다공성 중합체 매트릭스로 둘러싸인 다수의 큰(약 0.5 마이크로미터 초과의 직경) 기공을 가지고 있음을 SEM 및 광학 현미경으로 확인하였다.
실시예 13
중합체 비드를 5:95 중량비의 GMA/MBA를 포함하는 단량체 혼합물을 사용하여 역상 현탁 중합에 의해 제조하였다. 상이한 수성상 조성물을 제외하고는 이 절차는 실시예 6의 것과 유사하였다. 더욱 구체적으로, VDM 을 GMA(0.72 ㎖)로 대체하고, 80 ㎖의 IPA를 90 ㎖의 IPA 대신에 사용하고, 페트로라이트 D-110(10 ㎖)을 페트로라이트 D-900(10 ㎖)으로 대체하였다.
전형적인 거대다공성 중합체 매트릭스로 둘러싸인 다수의 큰(약 0.5 마이크로미터 초과의 직경) 기공의 존재를 SEM 및 광학 현미경으로 확인하였다.
실시예 14
65:35 중량비의 AMPS/MBA 공중합체를 실시예 1의 것과 유사한 절차를 사용하여 역상 현탁 중합에 의해 제조하였다. 수성상 용액은 MBA(9.8 그램), AMPS(36.3 ㎖의 50 중량％ 수성 용액), IPA(80 ㎖), 탈이온수(20 ㎖), 과황산나트륨(0.5 그램), 및 페트로라이트 D-110(31.8 ㎖)을 포함하였다.
중합체 비드가 전형적인 거대다공성 중합체 매트릭스로 둘러싸인 다수의 큰(약 0.5 마이크로미터 초과의 직경) 기공을 가지고 있음을 SEM 및 광학 현미경으로 확인하였다.
실시예 15
30 중량％의 수성 폴리스티렌 라텍스를 스티렌의 표준 수성 유화 중합에 의해 제조하여, 0.4 마이크로미터 크기 입자의 분산액을 생성하였다.
중합체 비드를 45:55 중량비의 AMPS 대 MBA를 포함하는 단량체 혼합물을 사용하여 역상 현탁 중합에 의해 제조하였다. 더욱 구체적으로, 현탁제 1(0.56 그램), 및 헵탄(536 ㎖)을 기계적 교반기(교반 속도 450 rpm), 질소 유입구, 온도계, 온도 제어기가 구비된 가열 맨틀, 및 응축기를 갖춘 플라스크에 첨가하여 유기상을 제조하였다. 플라스크 내 유기상을 교반하면서 35℃로 가열하고 15분간 질소로 스파징하였다.
MBA(15.4 그램), AMPS(25.2 그램의 50 중량％ 수성 용액), IPA(85 ㎖), 3.3 ㎖의 상기 폴리스티렌 라텍스, 탈이온수(25.1 ㎖), PEG 6000(10 그램의 50 중량％ 수성 용액), 및 에틸렌 글리콜(20 ㎖)을 조합하여 수성상을 제조하였다. 이 수성상을 교반하고 30 - 35℃ 범위의 온도에서 가열하여 MBA를 용해시켰다. 탈이온수(3 ㎖)에 용해된 과황산나트륨(0.55그램)을 추가로 교반하면서 수성상에 첨가하였다. 수성상을 유기상을 포함하는 반응 플라스크에 첨가하였다. 생성된 혼합물을 교반하고 10분간 질소로 스파징하였다.
TMEDA(0.5 ㎖)를 첨가하여 중합을 개시시켰다. 반응 온도를 신속히 44.0℃ 로 상승시킨 후 서서히 감소시켰다. 반응 혼합물을 TMEDA 첨가 시점으로부터 총 2시간 동안 교반한 후 소결된 유리 깔때기를 사용해 여과하였다. 반응 생성물을 아세톤(2 × 250 ㎖), 메탄올(2 × 250 ㎖), 및 아세톤(2 × 250 ㎖)으로 세척하였다.
주사 전자 현미경 사진은 전형적인 거대다공성 중합체 매트릭스로 둘러싸인 다수의 큰(약 0.5 마이크로미터 초과의 직경) 기공이 존재함을 나타내었다.
실시예 16
아크릴레이트 미소구체의 38 중량％ 수성 분산액을 유기 응집체-함유 분산액으로 사용하기 위해 미국 특허 공개 제2003/0104042호 A1에 개시된 것들과 유사한 절차에 따라 제조하였다. 더욱 구체적으로, 단량체 혼합물은 8 그램의 아크릴산(미국 위스콘신주 밀워키 소재의 시그마-알드리치로부터 입수함), 11.8 그램의 폴리에틸렌 옥사이드 아크릴레이트(일본 아리모토 소재의 신-나카무라(Shin-Nakamura)로부터 상품명 M90G NK 에스테르로 입수함), 1.1 그램의 벤조일 퍼옥사이드(물 중 70％; 미국 펜실베이니아주 필라델피아 소재의 아르케마 인크.(Arkema Inc.)로부터 상품명 루시돌(LUCIDOL)-70으로 입수함)를 377 그램의 아이소-옥틸 아크릴레이트(쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 입수함)에 용해시켜 제조하였다. 계면활성제 용액을 6.4 그램의 암모늄 라우릴 설페이트(미국 뉴저지주 호보켄 소재의 코그니스 코포레이션(Cognis Corp)으로부터 상품명 스탠다폴(STANDAPOL) A로 입수함)를 595 그램의 물에 용해시켜 제조하였다. 이어서 단량체 혼합물을 계면활성제 용액에 첨가하고, 생성된 혼합물을 액적 크기가 1 마이크로미터 미만이 될 때까지 혼합기(미국 매사추세츠주 윌밍톤 소재의 제이.더블유. 그리어(J.W. Greer)로부터 상품명 지포드-우드(GIFFORD-WOOD)로 입수함)를 사용해 유화시켰다. 에멀젼을 1 리터 배플(baffled) 반응기에 채우고, 65℃로 가열하고, 질소를 이용하여 탈기시키고 8시간 동안 반응시켰다. 2 마이크로미터의 평균 입자 직경을 갖는 미소구체를 수득하였다.
중합체 비드를 45:55 중량비의 AMPS 대 MBA를 포함하는 단량체 혼합물을 사용하여 역상 현탁 중합에 의해 제조하였다. 더욱 구체적으로, 현탁제 1(0.56 그램), 및 헵탄(536 ㎖)을 기계적 교반기(교반 속도 450 rpm), 질소 유입구, 온도계, 온도 제어기가 구비된 가열 맨틀, 및 응축기를 갖춘 플라스크에 첨가하여 유기상을 제조하였다. 플라스크 내 유기상을 교반하면서 35℃로 가열하고 15분간 질소로 스파징하였다.
MBA(15.4 그램), AMPS(25.2 그램의 50 중량％ 수성 용액), IPA(85 ㎖), 10.0 ㎖의 아크릴레이트 라텍스, 탈이온수(27.4 ㎖), PEG 6000(10 그램의 50 중량％ 수성 용액), 및 에틸렌 글리콜(20 ㎖)을 조합하여 수성상을 제조하였다. 이 수성상을 교반하고 30 - 35℃ 범위의 온도에서 가열하여 MBA를 용해시켰다. 탈이온수(5 ㎖)에 용해된 과황산나트륨(0.5 그램)을 추가로 교반하면서 수성상에 첨가하였다. 수성상을 유기상을 포함하는 반응 플라스크에 첨가하였다. 생성된 혼합물을 교반하고 10분간 질소로 스파징하였다.
TMEDA(0.5 ㎖)를 첨가하여 중합을 개시시켰다. 반응 온도를 신속히 43.9℃로 상승시킨 후 서서히 감소시켰다. 반응 혼합물을 TMEDA 첨가 시점으로부터 총 2시간 동안 교반한 후 소결된 유리 깔때기를 사용해 여과하였다. 반응 생성물을 아세톤(2 × 250 ㎖), 메탄올(2 × 250 ㎖), 및 아세톤(2 × 250 ㎖)으로 세척하였다.
주사 전자 현미경 사진은 중합체 비드가 전형적인 거대다공성 중합체 매트릭스로 둘러싸인 다수의 큰(약 2 마이크로미터 초과 직경의) 기공을 가짐을 나타내었다.
비교예 3
중합체 비드를 45:55 중량비의 AMPS/MBA를 포함하는 단량체 혼합물을 사용하여 역상 현탁 중합에 의해 제조하였다. 수성상은 유기 응집체를 포함하지 않았다.
더욱 구체적으로, 현탁제 1(0.56 그램), 및 헵탄(536 ㎖)을 기계적 교반기(교반 속도 450 rpm), 질소 유입구, 온도계, 온도 제어기가 구비된 가열 맨틀, 및 응축기를 갖춘 플라스크에 첨가하여 유기상을 제조하였다. 플라스크 내 유기상을 교반하면서 35℃로 가열하고 15분간 질소로 스파징하였다.
MBA(15.4 그램), AMPS(25.2 그램의 50 중량％ 수성 용액), IPA(85 ㎖), 탈이온수(27.4 ㎖), PEG 6000(10 그램의 50 중량％ 수성 용액), 및 에틸렌 글리콜(20 ㎖)을 포함하는 수성상을 제조하였다. 이 수성 용액을 교반하고 30 내지 35℃에서 가열하여 MBA를 용해시켰다. 탈이온수(5 ㎖)에 용해된 과황산나트륨(0.5 그램)을 추가로 교반하면서 수성 용액에 첨가하였다. 수성 용액을 비-수성 용액을 포함하는 반응 플라스크에 첨가하였다. 생성된 혼합물을 교반하고 10분간 질소로 스파징하였다.
TMEDA(0.5 ㎖)를 첨가하여 중합을 개시시켰다. 반응 온도를 신속히 43.6℃로 상승시킨 후 서서히 감소시켰다. 반응 혼합물을 TMEDA 첨가 시점으로부터 총 2시간 동안 교반하고, 소결된 유리 깔때기를 사용해 여과하고, 아세톤(2 × 250 ㎖), 메탄올(2 × 250 ㎖) 및 아세톤(2 × 250 ㎖)으로 세척하였다.
주사 전자 현미경 사진은 전형적인 거대다공성 매트릭스 구조를 나타내었고 0.5 마이크로미터 초과의 큰 기공의 부재를 나타내었다.
실시예 17
35:65 중량비의 AMPS/MBA 중합체성 모놀리스(monolith)를 제조하였다. 더욱 구체적으로, 50 ㎖ 삼각 플라스크에서, MBA(1.14 그램), AMPS(1.22 그램의 50 중량％ 수성 용액), IPA(5.3 ㎖), 탈이온수(1.24 ㎖), PEG 6000(0.625 그램의 50 중량％ 수성 용액), 및 에틸렌글리콜(1.25 ㎖)을 포함하는 수성상 혼합물을 제조하였다. 이 수성 용액을 교반하고 30 내지 35℃에서 가열하여 MBA를 용해시켰다. 혼합물을 15 ㎖ 폴리프로필렌 원심분리 튜브로 옮기고, 페트로라이트 D-800(0.625 그램)을 첨가하였다. 과황산나트륨(탈이온수 중의 0.1 ㎎/㎖ 용액 0.34 ㎖)을 첨가한 후, 혼합물을 1분간 질소 가스로 스파징하였다. TMEDA(35 μL)를 첨가하고, 혼합물을 와동하고, 느슨하게 뚜껑을 덮어, 2시간 15분간 시험 튜브 랙에서 정치시켰다. 형성된 고형 모놀리스를 스패튤라(spatula)를 사용해 분쇄하고, 여과하고, 아세톤(2 × 15 ㎖), 메탄올(2 × 15 ㎖), 및 아세톤(2 × 15 ㎖)으로 세척하고, 실온에서 하룻밤 진공 하에서 건조시켰다.
주사 전자 현미경 사진은 전형적인 거대다공성 중합체 매트릭스로 둘러싸인 다수의 큰(약 0.5 마이크로미터 초과의 직경) 기공이 존재함을 나타내었다.
실시예 18
페트로라이트 D-900을 D-800 대신에 사용하는 것을 제외하고는 35:65 (중량 기준)의 AMPS/MBA 공중합체 양이온 교환 모노리스를 실시예 17에서와 같이 제조하였다. 주사 전자 현미경 사진은 전형적인 거대다공성 매트릭스로 둘러싸인 다수의 큰(0.5 마이크로미터 초과의 직경) 기공이 존재함을 나타내었다.

Claims (20)

  1. a) 1) 화학식 I의 가교결합 단량체:
    [화학식 I]
    Figure pct00012

    (여기서,
    R1은 수소 또는 메틸이고;
    Q는 옥시 또는 -NH-이고;
    Y는 알킬렌 또는 헤테로알킬렌 - 여기서, 알킬렌 또는 헤테로알킬렌은 비치환되거나 하이드록실기로 치환됨 - 임); 및
    2) (a) 에틸렌계 불포화기 및 (b) (1) 산성기 또는 그의 염, (2) 아미노기 또는 그의 염, (3) 하이드록실기, (4) 아즐락톤기, (5) 글리시딜기, 또는 (6) 그 조합으로부터 선택된 작용기를 갖는 작용성 단량체를 포함하는 단량체 혼합물;
    b) 0.05 내지 5 마이크로미터의 크기 범위의 분산되거나 현탁된 유기 응집체; 및
    c) 물 및 물과 혼화성인 선택적인 극성 유기 용매를 포함하는 수성상 용매
    를 포함하는 수성상 조성물을 포함하는 반응 혼합물.
  2. 제1항에 있어서, 비극성 유기 용매를 포함하며 물과 비혼화성인 유기상 조성물을 추가로 포함하는 반응 혼합물.
  3. 제2항에 있어서, 수성상 조성물은 유기상 조성물 내에 액적(droplet)으로서 분산되거나 현탁되는 반응 혼합물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 수성상은 포로젠(porogen)을 추가로 포함하는 반응 혼합물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 단량체 혼합물 중의 모든 또는 실질적으로 모든 단량체는 친유성 지수(lipophilicity index)가 20 이하인 반응 혼합물.
  6. a) 1) 화학식 I의 가교결합 단량체:
    [화학식 I]
    Figure pct00013

    (여기서,
    R1은 수소 또는 메틸이고;
    Q는 옥시 또는 -NH-이고;
    Y는 알킬렌 또는 헤테로알킬렌 - 여기서, 알킬렌 또는 헤테로알킬렌은 비치환되거나 하이드록실기로 치환됨 - 임);
    2) (a) 에틸렌계 불포화기 및 (b) (1) 산성기 또는 그의 염, (2) 아미노기 또는 그의 염, (3) 하이드록실기, (4) 아즐락톤기, (5) 글리시딜기, 또는 (6) 그 조합으로부터 선택된 작용기를 갖는 작용성 단량체를 포함하는 단량체 혼합물;
    b) 0.05 내지 5 마이크로미터의 크기 범위의 분산되거나 현탁된 유기 응집체; 및
    c) 물 및 물과 혼화성인 선택적인 극성 유기 용매를 포함하는 수성상 용매
    를 포함하는 수성상 조성물을 형성하는 단계;
    단량체 혼합물을 중합하여 유기 응집체를 포함하는 중합체 재료를 형성하는 단계; 및
    중합체 재료로부터 적어도 일부분의 유기 응집체를 제거하여 다공성 중합체 수지를 형성하는 단계를 포함하는, 다공성 중합체 수지의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 비극성 유기 용매를 포함하며 물과 비혼화성인 유기상 조성물 내에 수성상 조성물을 액적으로서 분산시키거나 현탁하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 친핵성기를 갖는 개질제와 글리시딜기 또는 아즐락톤기를 반응시켜 개질제를 중합체 수지에 부착하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 카르복실기를 갖는 개질제와 하이드록실기를 반응시켜 개질제를 중합체 수지에 부착하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  10. 다공성 중합체 수지를 형성하는 단계 - 여기서, 상기 형성 단계는
    a) 1) 화학식 I의 가교결합 단량체:
    [화학식 I]
    Figure pct00014

    (여기서,
    R1은 수소 또는 메틸이고;
    Q는 옥시 또는 -NH-이고;
    Y는 알킬렌 또는 헤테로알킬렌 - 여기서, 알킬렌 또는 헤테로알킬렌은 비치환되거나 하이드록실기로 치환됨 - 임);
    2) (a) 에틸렌계 불포화기 및 (b) (1) 산성기 또는 그의 염, (2) 아미노기 또는 그의 염, (3) 하이드록실기, (4) 아즐락톤기, (5) 글리시딜기, 또는 (6) 그 조합으로부터 선택된 작용기를 갖는 작용성 단량체를 포함하는 단량체 혼합물;
    b) 0.05 내지 5 마이크로미터의 크기 범위의 분산되거나 현탁된 유기 응집체; 및
    c) 물 및 물과 혼화성인 선택적인 극성 유기 용매를 포함하는 수성상 용매
    를 포함하는 수성상 조성물을 제조하는 단계;
    단량체 혼합물을 중합하여 유기 응집체를 포함하는 중합체 재료를 형성하는 단계; 및
    중합체 재료로부터 적어도 일부분의 유기 응집체를 제거하여 다공성 중합체 수지를 형성하는 단계를 포함함 - 와;
    다공성 중합체 수지의 적어도 하나의 작용기와 상호작용하거나 반응하는 목표 화합물을 포함하는 샘플과 다공성 중합체 수지를 접촉시키는 단계를 포함하는, 목표 화합물을 정제하거나 분리하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 접촉 단계는 다공성 중합체 수지를 칼럼 내에 위치시켜 크로마토그래피 칼럼을 제조하는 단계 및 샘플을 크로마토그래피 칼럼을 통과시키는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제10항에 있어서, 접촉 단계는 다공성 중합체 수지를 여과 매체의 표면 상에 위치시키는 단계 및 샘플을 여과 매체를 통과시키는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제10항에 있어서, 접촉 단계는 다공성 중합체 수지를 연속적 다공성 매트릭스 내에 혼입시키는 단계 및 샘플을 다공성 매트릭스를 통과시키는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 다공성 중합체 수지를 형성하는 단계는 비극성 유기 용매를 포함하며 물과 비혼화성인 유기상 조성물 내에 수성상 조성물을 액적으로서 분산시키거나 현탁하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  15. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 다공성 중합체 수지는 다공성 중합체 비드인 방법.
  16. 다공성 중합체 수지를 형성하는 단계 - 여기서, 상기 형성 단계는
    a) 1) 화학식 I의 가교결합 단량체:
    [화학식 I]
    Figure pct00015

    (여기서,
    R1은 수소 또는 메틸이고;
    Q는 옥시 또는 -NH-이고;
    Y는 알킬렌 또는 헤테로알킬렌 - 여기서, Y는 선택적으로 하이드록실기로 치환될 수 있음 - 임);
    2) (a) 에틸렌계 불포화기 및 (b) (1) 산성기 또는 그의 염, (2) 아미노기 또는 그의 염, (3) 하이드록실기, (4) 아즐락톤기, (5) 글리시딜기, 또는 (6) 그 조합으로부터 선택된 제1 작용기를 갖는 작용성 단량체를 포함하는 단량체 혼합물;
    b) 0.05 내지 5 마이크로미터의 크기 범위의 분산되거나 현탁된 유기 응집체; 및
    c) 물 및 물과 혼화성인 선택적인 극성 유기 용매를 포함하는 수성상 용매
    를 포함하는 수성상 조성물을 제조하는 단계;
    비극성 유기 용매를 포함하며 물과 비혼화성인 유기상에 수성상 조성물을 현탁하는 단계;
    단량체 혼합물을 중합하여 유기 응집체를 포함하는 중합체 재료를 형성하는 단계; 및
    중합체 재료로부터 적어도 일부분의 유기 응집체를 제거하여 다공성 중합체 수지를 형성하는 단계를 포함함 - 와;
    개질된 다공성 중합체 수지를 제조하는 단계 - 여기서, 상기 제조 단계는 다공성 중합체 수지를 개질제로 처리하는 단계 및 제1 작용기를 제2 작용기로 전환시키는 단계를 포함함 - 와;
    개질된 다공성 중합체 수지의 제2 작용기와 상호작용하거나 반응하는 목표 화합물을 포함하는 샘플과 개질된 다공성 중합체 수지를 접촉시키는 단계를 포함하는, 목표 화합물을 정제하거나 분리하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 처리 단계는 개질제의 친핵성기를 글리시딜기 또는 아즐락톤기와 반응시키는 단계를 포함하는 방법.
  18. 제16항에 있어서, 처리 단계는 개질제의 카르복시기를 하이드록실기와 반응시키는 단계를 포함하는 방법.
  19. 평균 기공 직경이 200 나노미터 미만인 제1 세트의 기공을 포함하는 제1 다공성 구조 및 평균 기공 직경인 500 나노미터 초과인 제2 세트의 기공을 포함하는 제2 다공성 구조를 포함하는 계층형 다공성 구조를 갖는 다공성 중합체 수지로서, 다공성 중합체 비드는 수성상 단량체 혼합물 - 단량체 혼합물 중의 모든 또는 실질적으로 모든 단량체는 친유성 지수가 20 이하임 - 의 반응 생성물을 포함하고, 단량체 혼합물은
    a) 화학식 I의 가교결합 단량체:
    [화학식 I]
    Figure pct00016

    (여기서,
    R1은 수소 또는 메틸이고;
    Q는 옥시 또는 -NH-이고;
    Y는 알킬렌 또는 헤테로알킬렌 - 여기서, Y는 선택적으로 하이드록실기로 치환될 수 있음 - 임); 및
    b) (a) 에틸렌계 불포화기 및 (b) (1) 산성기 또는 그의 염, (2) 아미노기 또는 그의 염, (3) 하이드록실기, (4) 아즐락톤기, (5) 글리시딜기, 또는 (6) 그 조합으로부터 선택된 작용기를 갖는 작용성 단량체를 포함하는 다공성 중합체 수지.
  20. 제19항에 있어서, 다공성 중합체 비드인 다공성 중합체 수지.
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