KR20190112128A - 가교된 덱스트란 및 가교된 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체 - Google Patents

가교된 덱스트란 및 가교된 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체 Download PDF

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웨이밍 큐
더글라스 제이 아델만
제럴딘 엠 디렌조
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이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Abstract

하나 이상의 가교된 덱스트란 또는 가교된 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체를 포함하는 조성물이 본원에 개시된다. 이러한 가교된 재료를 제조하는 방법, 및 흡수성 용품에서의 이들의 용도가 또한 개시된다.

Description

가교된 덱스트란 및 가교된 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체
본 출원은 미국 가출원 62/459,800호(2017년 2월 16일 출원) 및 62/489,500호(2017년 4월 25일 출원)의 이익을 주장하며, 이들 모두는 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
본 발명은 다당류 분야에 관한 것이다. 예를 들어, 본 발명은 가교된 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체의 제조, 및 유리한 수성 액체 흡수 특징을 갖는 조성물에서의 이들의 용도에 관한 것이다.
일반적으로 고흡수성(superabsorbent) 재료는 보통 자체 중량의 몇 배에 달하는 다량의 수성 액체를 흡수할 수 있고, 고압 하에서 수성 액체를 유지할 수 있다. 고흡수성 재료가 일반적으로 적용되는 흡수성 제품은 기저귀, 소아용 속팬츠, 성인 요실금 제품, 및 여성 케어 제품을 포함한다. 이러한 제품 및 기타 제품에서 고흡수성 재료의 사용은 전체 부피는 줄이면서 흡수 용량은 증가시킨다.
오늘날 사용되는 대부분의 고흡수성 재료는 가교된 합성 중합체로 이루어져 있고, 고흡수성 중합체(SAP)로 불린다. 이들은, 예를 들어 아크릴산 또는 아크릴아미드의 중합체 및 공중합체를 포함한다. 고흡수성의 장점에도 불구하고, 대부분의 상용 SAP는 재생 가능한 자원으로부터 유래될 수 없다는 점 및/또는 충분한 생분해성의 결여와 같은 상당한 단점이 있다.
특정 다당류 조성물은 이러한 생체 유래 성분의 일반적인 재생 가능성 및 생분해성을 잠재적으로 이용하며 고흡수성 용품에 사용되어 왔다. 예를 들어, 미국 특허 3345358호에는 카복시메틸 전분을 포함하는 겔-형성 다당류 유도체가 기술되어 있다. 다른 예로서, 카복시메틸 셀룰로스의 수용성 알칼리 금속염을 함유하는 고도로 팽윤된 겔 입자가 미국 특허 2639239호에 기술되었다.
이러한 과거의 진전에도 불구하고, 향상된 고흡수 기능을 얻기 위해 다당류계 조성물의 추가적인 개발이 요구된다.
일 구현예에서, 본 발명은 가교된 그래프트 공중합체를 포함하는 조성물로서, 가교된 그래프트 공중합체의 그래프트 공중합체 부분이 (i) 덱스트란을 포함하는 백본, 및 (ii) 적어도 약 50%의 알파-1,3-글루코시드 연결을 포함하는 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄를 포함하는, 조성물에 관한 것이다.
다른 구현예에서, 본 발명은 가교된 그래프트 공중합체를 제조하는 방법으로서, (a) 적어도 용매, 가교제, 및 그래프트 공중합체를 접촉시켜(그래프트 공중합체는 (i) 덱스트란을 포함하는 백본, 및 (ii) 적어도 약 50%의 알파-1,3-글루코시드 연결을 포함하는 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄를 포함함), 가교된 그래프트 공중합체를 생성하는 단계; 및 (b) 선택적으로, 단계 (a)에서 생성된 가교된 그래프트 공중합체를 단리시키는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.
다른 구현예에서, 본 발명은 가교된 덱스트란을 포함하는 조성물로서, 덱스트란은 (i) 위치 1 및 6에 연결된 약 87~93 wt%의 글루코스; (ii) 위치 1 및 3에 연결된 약 0.1~1.2 wt%의 글루코스; (iii) 위치 1 및 4에 연결된 약 0.1~0.7 wt%의 글루코스; (iv) 위치 1, 3 및 6에 연결된 약 7.7~8.6 wt%의 글루코스; 및 (v) (a) 위치 1, 2 및 6, 또는 (b) 위치 1, 4 및 6에 연결된 약 0.4~1.7 wt%의 글루코스를 포함하고, 덱스트란의 중량 평균 분자량(Mw)은 약 50~200 x 106 달톤인 조성물에 관한 것이다.
도 1: 본원에 개시된 가교된 그래프트 공중합체를 제조하는 데 사용될 수 있는 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체 부분의 예. 이 특정 예에서, 폴리 알파-1,3-글루칸 사슬("글루칸 그래프트")은 덱스트란 백본에 알파-1,4-연결된 펜던트 글루코스에서의 글루코실트랜스퍼라아제 효소(GTF)에 의해 합성된다.
도 2: 가교된 그래프트 공중합체를 제조하는 데 사용될 수 있는 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체의 예의 도해적 표현. 덱스트란 백본 및 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄는 서로 비례하도록 대략적으로 표시되어 있다. 예를 들어, 백본은 약 1000 DPw일 수 있는 한편, 각각의 측쇄는 약 1000 DPw일 수 있다.
도 3. 그래프는 최초 덱스트란의 농도(g/L)가 2시간 및 24시간의 글루코실트랜스퍼라아제 반응에서 생성된 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체의 DPw에 미치는 영향을 나타낸다. 실시예 2 참조.
도 4는 10.6 wt%의 덱스트란을 함유하는 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체 샘플의 사진을 나타낸다. 실시예 6 참조.
도 5는 0.9 wt%의 덱스트란을 함유하는 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체 샘플의 사진을 나타낸다. 실시예 6 참조.
모든 인용된 특허 및 비특허 문헌의 개시 내용은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
달리 나타내지 않는 한, 본원에 사용된 단수 명사는 하나 이상(즉, 적어도 하나)의 참조된 특징을 포함하고자 하는 것이다.
제시된 경우, 달리 명시된 경우를 제외하고 모든 범위는 포괄적이고 조합될 수 있다. 예를 들어, "1 내지 5"의 범위가 언급된 경우, 언급된 범위는 "1 내지 4", "1 내지 3", "1~2", "1~2 및 4~5", "1~3 및 5" 등의 범위를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 본원에서, 가능한 양/백분율의 목록은 범위를 설명하는 데 사용될 수 있으며, 범위는 목록의 임의의 2개의 양/백분율 사이에 설정될 수 있다.
본원에서 용어 "공중합체"는 둘 이상의 상이한 유형의 알파-글루칸, 예컨대 덱스트란 및 폴리 알파-1,3-글루칸을 포함하는 중합체를 의미한다.
본원에서 용어 "그래프트 공중합체", "분지형 공중합체" 등은 일반적으로, "백본"(또는 "주쇄") 및 백본으로부터 분지된 측쇄를 포함하는 공중합체를 의미한다. 측쇄는 백본과 구조적으로 구별된다. 본원의 그래프트 공중합체의 예는 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체이며, 이는 덱스트란을 포함하는 백본, 및 폴리 알파-1,3-글루칸의 측쇄를 포함한다. 일부 양태에서, 덱스트란의 비환원 말단은 글루코실트랜스퍼라아제 효소에 의한 폴리 알파-1,3-글루칸 합성을 프라이밍할 수 있으므로, 덱스트란 백본은 폴리 알파-1,3-글루칸 연장을 가질 수 있다. 따라서, 백본은 일부 경우 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 선형 공중합체일 수 있다. 일부 양태에서 백본은 아래에 개시된 바와 같이 그 자체가 분지 구조일 수 있고, 이러한 백본에 폴리 알파-1,3-글루칸을 첨가하면 원래 분지 구조의 분지가 증가한다.
본원에서 용어 "가교된 그래프트 공중합체" 및 다른 유사 용어는 가교된 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체와 같은 그래프트 공중합체를 의미한다. 본원에서 용어 "가교" 및 다른 유사 용어는 일반적으로, 중합체를 연결하는 1개 이상의 결합(공유 결합 및/또는 비공유 결합)을 의미한다. 다중 결합을 갖는 가교는 일반적으로, 가교를 형성하는 데 사용된 가교제의 일부인 1개 이상의 원자를 포함한다. 일부 양태에서 비공유 결합은 이온성, 소수성, H-결합, 또는 반데르발스 상호작용을 통한 것일 수 있다.
본원에서 용어 "가교제" 등은 글루칸 중합체(예를 들어, 폴리 알파-1,3-글루칸, 덱스트란) 사이에 가교를 생성할 수 있는 원자 또는 화합물을 의미한다. 전형적인 구현예에서 가교제는 그래프트 공중합체의 글루코스 단량체의 하이드록실기와 반응할 수 있는 기를 갖는다.
본원에서 용어 "가교 반응" 및 유사 용어(예를 들어, "가교 조성물", "가교 제제")는 일반적으로, 적어도 용매, 가교제, 및 그래프트 공중합체를 포함하는 반응을 의미한다. 일부 양태에서 가교 반응은 물과 같은 수성 용매를 포함하는 반면에, 다른 양태에서 용매는 비수성이다.
용어 "폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄" 및 "폴리 알파-1,3-글루칸 분지" (및 유사 용어)는 본원에서 상호교환적으로 사용될 수 있다. 덱스트란 분지는 글루코실트랜스퍼라아제 효소에 의한 폴리 알파-1,3-글루칸 합성을 프라이밍할 수 있는 비환원 말단을 가지므로, 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄는 일반적으로 덱스트란 분지(예를 들어, 펜던트 글루코스 또는 단쇄)의 연장이다.
본원에 사용된 "폴리 알파-1,3-글루칸 단독중합체" 등의 용어는 (i) 그래프트 공중합체 또는 (ii) 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 선형 공중합체의 일부가 아닌 폴리 알파-1,3-글루칸을 의미한다.
용어 "알파-글루칸", "알파-글루칸 중합체" 등은 본원에서 상호교환적으로 사용된다. 알파-글루칸은 알파-글루코시드 연결에 의해 서로 연결된 글루코스 단량체 단위를 포함하는 중합체이다. 덱스트란 및 폴리 알파-1,3-글루칸은 알파-글루칸의 예이다.
용어 "글리코시드 연결", "글리코시드 결합" 등은 본원에서 상호교환적으로 사용되며, 탄수화물 분자를 다른 탄수화물 분자에 연결하는 공유 결합을 의미한다. 용어 "글루코시드 연결", "글루코시드 결합", "연결" 등은 본원에서 상호교환적으로 사용되며, 2개의 글루코스 분자 사이의 글리코시드 연결을 의미한다. 본원에 사용된 용어 "알파-1,6-글루코시드 연결"은 인접한 알파-D-글루코스 고리 상의 탄소 1과 6을 통해 알파-D-글루코스 분자를 서로 연결하는 공유 결합을 의미한다. 이 정의는 용어 "알파-1,3-글루코시드 연결", "알파-1,2-글루코시드 연결" 및 "알파-1,4-글루코시드 연결"에 유사하게 적용되지만, 각각의 탄소수를 사용한다. 본원에서, "알파-D-글루코스"는 "글루코스" 또는 "단량체"로 지칭된다. 본원에 개시된 모든 글루코시드 연결은 달리 언급되지 않는 한 알파-글루코시드 연결이다.
용어 "폴리 알파-1,3-글루칸", "알파-1,3-글루칸 중합체", "알파-1,3-글루칸" 등은 본원에서 상호교환적으로 사용된다. 폴리 알파-1,3-글루칸은 특정 양태에서 적어도 약 50%(예를 들어, 95% 이상)의 알파-1,3 연결을 포함한다.
용어 "덱스트란", "덱스트란 중합체", "덱스트란 분자" 등은 본원에서 상호교환적으로 사용되며, 주로(대부분) 알파-1,6-연결된 글루코스 단량체를 갖는, 일반적으로는 알파-1,3, 알파-1,2, 및/또는 알파-1,4 연결에 의해 주쇄에 연결된 주기적 분지를 갖는 주쇄를 일반적으로 포함하는 알파-글루칸을 의미한다.
일부 양태에서 덱스트란 주쇄는 덱스트란 중합체의 모든 글루코스 단량체의 약 90~95% 초과를 포함한다. 일부 경우에, 덱스트란 주쇄는 주로(또는 대부분) 알파-1,6 연결을 포함할 수 있으며, 이는 덱스트란 주쇄가 적어도 약 98.0%의 알파-1,6 연결을 가질 수 있음을 의미한다. 덱스트란 주쇄는 일부 양태에서 소량의 알파-1,3 연결을 포함할 수 있으며, 이는 덱스트란 주쇄가 약 2.0% 미만의 알파-1,3 연결을 가질 수 있음을 의미한다.
덱스트란 분지는 일반적으로 짧고(1개(펜던트) 내지 3개 글루코스 단량체의 길이), 덱스트란 중합체의 모든 글루코스 단량체의 약 10% 미만을 포함하다. 이러한 짧은 분지는 알파-1,2, 알파-1,3, 및/또는 알파-1,4 연결을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서 덱스트란은 대부분 알파-1,6 연결을 포함하는 분지를 가질 수도 있으며, 이러한 분지의 길이는 분지가 시작되는 사슬의 길이와 유사할 수 있다.
본원의 알파-글루칸의 연결 프로파일은 당해 분야에 알려진 임의의 방법을 이용해 결정될 수 있다. 예를 들어, 연결 프로파일은 핵 자기 공명(NMR) 분광법(예를 들어, 13C NMR 또는 1H NMR)을 이용하는 방법을 이용해 결정될 수 있다. 이 방법들 및 이용될 수 있는 다른 방법들은 본원에 참조로 포함되는 문헌[Food Carbohydrates: Chemistry, Physical Properties, and Applications (S. W. Cui, Ed., Chapter 3, S. W. Cui, Structural Analysis of Polysaccharides, Taylor & Francis Group LLC, Boca Raton, FL, 2005)]에 개시되어 있다.
본원에서 "분자량"은 수 평균 분자량(Mn) 또는 중량 평균 분자량(Mw)으로 표현될 수 있고, 그 단위는 달톤 또는 g/mole이다. 대안적으로, 분자량은 DPw(중량 평균 중합도) 또는 DPn(수 평균 중합도)으로 표현될 수 있다. 보다 작은 알파-글루칸 중합체의 분자량은 일반적으로 "DP"(중합도)로서 제공될 수 있으며, 이는 단순히 알파-글루칸 내에 포함된 글루코스의 수를 의미한다. 이러한 분자량 척도를 산출하기 위한 다양한 수단, 예컨대 고압 액체 크로마토그래피(HPLC), 크기 배제 크로마토그래피(SEC), 또는 겔 투과 크로마토그래피(GPC)는 당해 분야에 알려져 있다.
용어 "글루코실트랜스퍼라아제 효소", "GTF 효소", "GTF", "글루칸수크라아제" 등은 본원에서 상호교환적으로 사용된다. 본원의 글루코실트랜스퍼라아제의 활성은 기질인 수크로스의 반응에 촉매 작용을 하여 생성물인 알파-글루칸 및 프룩토스를 생성한다. 글루코실트랜스퍼라아제 반응의 부산물은 글루코스, 다양한 가용성 글루코-올리고당(DP2~DP7), 및 류크로스를 포함할 수 있다. 글루코실트랜스퍼라아제 효소의 야생형 형태는 일반적으로 신호 펩티드, 다양한 도메인, 촉매 도메인, 및 글루칸 결합 도메인을 (N 말단에서 C 말단 방향으로) 포함한다. 본원의 글루코실트랜스퍼라아제는 CAZy(탄수화물 활성 효소) 데이터베이스에 따라 글리코시드 가수분해효소군 70(GH70)으로 분류된다(Cantarel et al., Nucleic Acids Res. 37:D233-238, 2009). 용어 "덱스트란수크라아제"는 덱스트란을 생성하는 글루코실트랜스퍼라아제 효소를 특성화하기 위해 선택적으로 사용될 수 있다.
용어 "효소 반응", "글루코실트랜스퍼라아제 반응", "글루칸 합성 반응" 등은 본원에서 상호교환적으로 사용되며, 초기에 적어도 물, 수크로스, 덱스트란 및 글루코실트랜스퍼라아제 효소를 포함하는 반응을 일반적으로 의미한다. 이러한 반응은 그래프트 공중합체를 생성하며, 이는 이후 본원에 개시된 바와 같이 가교될 수 있다.
본원에 사용된 용어 "흡수" 및 유사 용어는 수성 액체를 끌어들이는(빨아들이는) 작용을 의미한다. 본원에 개시된 조성물에 의한 흡수는 예를 들어, 본원에 개시된 보수도(WRV) 및/또는 원심분리 보수능(CRC) 관점에서 측정될 수 있다.
본원에 사용된 용어 "수성 액체", "수성 유체" 등은 물 또는 수용액을 의미할 수 있다. 본원의 "수용액"은 하나 이상의 용해된 염을 포함할 수 있고, 최대의 총 염 농도는 일부 구현예에서 약 3.5 wt%일 수 있다. 본원의 수성 액체는 일반적으로 액체 내 유일한 용매로서 물을 포함하지만, 수성 액체는 물에 섞일 수 있는 하나 이상의 다른 용매(예를 들어, 극성 유기 용매)를 선택적으로 포함할 수 있다. 따라서, 수용액은 적어도 약 10 wt%의 물을 갖는 용매를 포함할 수 있다.
용어 "가정용 케어 제품" 및 유사 용어는 일반적으로, 가정의 치료, 세정, 관리, 및/또는 컨디셔닝과 관련된 제품, 상품 및 서비스를 의미한다.
용어 "퍼스널 케어 제품" 및 유사 용어는 일반적으로, 개인의 치료, 세정, 클렌징, 관리, 및/또는 컨디셔닝과 관련된 제품, 상품 및 서비스를 의미한다.
용어 "의료 제품" 및 유사 용어는 일반적으로, 환자의 진단, 치료, 및/또는 관리와 관련된 제품, 상품 및 서비스를 의미한다.
용어 "산업 제품" 및 유사 용어는 일반적으로, 산업 환경에서 사용되지만 개인 소비자가 사용하지는 않는 제품, 상품 및 서비스를 의미한다.
용어 "부피%", "부피 백분율", "vol %" 및 "v/v %" 등은 본원에서 상호교환적으로 사용된다. 용액 중 용질의 부피%는 다음 식을 사용하여 결정될 수 있다: [(용질의 부피)/(용액의 부피)] × 100%.
용어 "중량%", "중량 백분율(wt%)" 및 "중량-중량 백분율(% w/w)" 등은 본원에서 상호교환적으로 사용된다. 중량%는 재료가 조성물, 혼합물 또는 용액 중에 포함될 때 질량을 기준으로 한 재료의 백분율을 지칭한다.
폴리펩티드 아미노산 서열과 관련하여 본원에 사용된 용어 "서열 동일성" "동일성"은 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 출원 공개 2017/0002336호에서 정의되고 결정된 바와 같다.
본원의 가교된 그래프트 공중합체 또는 가교된 덱스트란 (및 이들의 합성을 위한 반응)은 합성/인조이고/이거나 자연적으로는 발생하지 않는 특성을 가지므로, "단리되는" 것을 선택적 특징으로 할 수 있다.
달리 나타내지 않는 한, 본원에 사용된 "증가된"이란 용어는 증가된 양 또는 활성과 비교되는 양 또는 활성보다 적어도 약 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 20%, 50%, 100%, 또는 200% 많은 양 또는 활성을 의미할 수 있다. "증가된", "상승된", "향상된", "~보다 큰" 및 "개선된" 등의 용어는 본원에서 상호교환적으로 사용된다.
향상된 고흡수 기능을 얻기 위해 다당류계 조성물의 추가적인 개발이 요구된다. 따라서, 이러한 요구를 해결하기 위해, 예를 들어, 효소적 합성 후 가교된 덱스트란-알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체가 본원에 개시된다. 이러한 가교된 그래프트 공중합체의 다양한 구현예는 향상된 수성 액체 흡수 특성을 갖는다.
본 발명의 특정 구현예는 가교된 그래프트 공중합체를 포함하는 조성물로서, 가교된 그래프트 공중합체의 그래프트 공중합체 부분이
(i) 덱스트란을 포함하는 백본, 및
(ii) 적어도 약 50%의 알파-1,3-글루코시드 연결을 포함하는 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄를 포함하는, 조성물에 관한 것이다.
전형적인 구현예에서, 가교된 그래프트 공중합체의 하나 이상의 가교는 공유 결합이다(즉, 그래프트 공중합체는 서로 화학적으로 가교된다). 그러나, 일부 대안적 구현예에서 하나 이상의 가교는 비공유 결합일 수 있는 것으로 생각된다. 본원의 가교는 적어도 2개의 그래프트 공중합체 분자 사이에 있을 수 있다(즉, 분자간 가교). 일부 구현예에서 가교는 또한 분자 내, 예컨대 동일한 그래프트 공중합체 분자의 개별적인 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄 사이, 및/또는 동일한 그래프트 공중합체 분자의 덱스트란 백본의 상이한 부분 사이에 있을 수 있는 것으로 생각된다.
본원의 가교는 일반적으로 2개 이상의 공유 결합을 통해 모이어티를 연결한다. 이러한 가교는, 예를 들어, 적어도 글루코스 단량체의 (이전에 가교 전 하이드록실기의) 산소 원자에 대한 공유 결합, 및 다른 글루코스 단량체의 (이전에 가교 전 하이드록실기의) 산소 원자에 대한 공유 결합을 포함할 수 있다. 2개의 공유 결합을 통해 모이어티를 연결하는 가교는 (i) 글루코스 단량체의 산소 원자, 및 (ii) 다른 글루코스 단량체의 산소 원자에 결합되는 원자("가교 원자")를 가질 수 있다. 선택적으로 가교 원자(들)는, 일반적으로 가교를 생성하는 데 사용된 가교제로부터 유래되는 다른 원자(들)(예를 들어, 수소, 산소)에 대한 1개 이상의 다른 결합을 가질 수 있다. 예를 들어, 가교를 생성하기 위해 염화포스포릴(POCl3, 옥시염화인으로도 알려짐) 또는 트리메타인산나트륨(STMP)이 사용되는 경우, 이러한 가교는 단일 가교 원자로서 인 원자를 갖는 것을 선택적 특징으로 할 수 있으며; 연결되는 글루코스 단량체의 산소에 대한 2개의 공유 결합을 제외하고, 인 원자는 또한 이중 결합을 통해 산소에 그리고 단일 결합을 통해 다른 산소에 결합된다. 일부 구현예에서 가교제는 2개 이상(예를 들어, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개 이상)의 가교 원자를 가질 수 있으며; 이러한 구현예에서 모이어티를 효과적으로 연결하는 공유 결합의 수는 가교 원자의 수에 따라 증가한다.
가교된 그래프트 공중합체의 하나 이상의 가교는 본 발명의 일부 양태에서 인을 포함할 수 있다. 이러한 가교의 예는 인산이에스테르 결합이다. 본원의 인산이에스테르 결합은 일반적으로 글루코스 단량체의 하이드록실기 사이에 형성된다. 예를 들어, 인산이에스테르 결합은 제1 그래프트 공중합체 내 글루코스 단량체의 하이드록실기와 제2 그래프트 공중합체 내 글루코스 단량체의 하이드록실기 사이에 형성될 수 있다(이러한 연결은 이 예에서 분자간 연결이다). 인산이에스테르 결합을 포함하는 가교를 생성하기 위해 본원에 사용될 수 있는 가교제는 예를 들어 POCl3일 수 있다. 일부 양태에서, 인을 포함하는 가교를 생성하기 위해 사용될 수 있는 가교제는 POCl3, 폴리인산염, 또는 STMP를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본원의 가교는, 예를 들어 가교제로서 POCl3, 폴리인산염, 또는 STMP를 사용해 생성될 수 있다. 적합한 가교제의 다른 예는 붕소-함유 화합물(예를 들어, 붕산, 이붕산염, 테트라붕산염, 예컨대 테트라붕산염 10수화물, 펜타붕산염, 고분자 화학물, 예컨대 Polybor®, 알칼리 붕산염), 다가 금속(예를 들어, 티타늄-함유 화합물, 예컨대 티타늄 암모늄 락테이트, 티타늄 트리에탄올아민, 티타늄 아세틸아세토네이트, 또는 티타늄의 폴리하이드록시 착물; 지르코늄-함유 화합물, 예컨대 지르코늄 락테이트, 지르코늄 카보네이트, 지르코늄 아세틸아세토네이트, 지르코늄 트리에탄올아민, 지르코늄 디이소프로필아민 락테이트, 또는 지르코늄의 폴리하이드록시 착물), 글리옥살, 글루타르알데히드, 디비닐 설폰, 에피클로로히드린, 폴리카복실산(예를 들어, 시트르산, 말산, 타르타르산, 석신산, 글루타르산, 아디프산), 디클로로 아세트산, 및 폴리아민을 포함한다. 적합한 가교제의 또 다른 예는 미국 특허 4462917호, 4464270호, 4477360호 및 4799550호와 미국 특허 출원 공개 2008/0112907호에 기재되어 있으며, 이들은 모두 본원에 참조로 포함된다. 특정 양태에서 가교제는 본원의 수성 용매에 용해될 수 있다. 그러나, 일부 양태에서, 가교제는 (예를 들어, 전술한 바와 같은) 붕소-함유 화합물이 아니다.
본원의 특정 양태에서 가교는 글루코스 단량체에 유도체화되었을 수 있는 카복실기를 수반할 수 있다(예를 들어, 이러한 카복실기로부터 생성될 수 있다). 특정 양태에서 그래프트 공중합체는 이러한 가교 화학에 이용하기 위해 첨가된 카복실기를 포함한다. 그러나, 일부 양태에서, 가교된 그래프트 공중합체는 이러한 화학에 기초한 가교를 포함하지 않는다.
가교된 그래프트 공중합체는 일부 양태에서 초기 가교 후 표면 가교될 수 있다(중합체 표면에서 가교). 본원의 표면 가교 방식의 예는 폴리하이드록실 화합물(예를 들어, 폴리비닐 알코올)의 사용 및/또는 카복시메틸 셀룰로스(CMC)와 가교제(예를 들어, 에피클로로히드린, STMP, 인산, 아미노프로필 실록산)의 사용을 포함한다. 선택적으로, 표면 가교는 글루코스 단량체에 유도체화되었을 수 있는 카복실기 및/또는 초기 가교 중에 도입되었을 수 있는 카복실기를 수반할 수 있다(예를 들어, 이러한 카복실기로부터 생성될 수 있다). 본원의 표면 가교는 미국 특허 5462972호, 6821331호, 7871640호, 8361926호, 또는 8486855호(이들은 모두 본원에 참조로 포함됨) 중 어느 하나에 개시된 작용제 및/또는 공정을 포함할 수 있다. 그러나, 일부 양태에서, 가교된 그래프트 공중합체는 표면 가교되지 않는다.
가교 자체에 의한 효과 외에, 가교된 그래프트 공중합체는 일반적으로 유도체화되지도 않았고(예를 들어, 에테르화, 에스테르화, 산화되지 않았고), (가교된 그래프트 공중합체를 제조하는 데 사용되는) 일반적으로 유도체화된 그래프트 공중합체를 갖지도 않는다.
본원의 가교된 그래프트 공중합체는 동종 또는 이종의 그래프트 공중합체 성분을 포함할 수 있다. 동종의 그래프트 공중합체 성분을 갖는 가교된 그래프트 공중합체는 예를 들어 특정 효소 반응에서 생성된 것과 같은 그래프트 공중합체의 하나의 형태, 로트, 또는 제제를 사용해 제조될 수 있다. 이종의 그래프트 공중합체 성분을 갖는 가교된 그래프트 공중합체는 일반적으로, 예를 들어 상이한 효소 반응에서 생성된 것과 같은 그래프트 공중합체의 둘 이상의 상이한 형태, 로트, 또는 제제를 사용해 제조될 수 있다. 예를 들어, 약 60 wt%의 덱스트란 또는 90 wt%의 덱스트란을 각각 포함하는 그래프트 공중합체가 가교되어 이종의 그래프트 공중합체 성분을 갖는 가교된 그래프트 공중합체를 형성할 수 있다.
일부 구현예에서, 가교된 그래프트 공중합체는 덱스트란 백본에 글루코시드 연결되지 않은 폴리 알파-1,3 글루칸 단독중합체를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 구현예는 덱스트란/폴리-1,3-글루칸 그래프트 공중합체의 효소적 합성(이 중 후자는 덱스트란 프라이머에서의 알파-1,3-글루칸 합성으로부터 생성) 중의 프라이밍되지 않은 자유 폴리 알파-1,3-글루칸의 공동 생성에서 기인할 수 있다. 이러한 자유 폴리 알파-1,3 글루칸 단독중합체는 이러한 구현예 내에서 화학적으로 가교(예를 들어, 그래프트 공중합체와 가교)될 수 있고, 예를 들어, 폴리 알파-1,3 글루칸 측쇄에 대해 본원에 개시된 임의의 Mw를 가질 수 있다.
본원에 개시된 가교된 그래프트 공중합체는 일반적으로 수성 조건에서 불용성(수불용성)이다. 예를 들어, 가교된 그래프트 공중합체는 약 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 또는 120℃ 이하의 온도에서 물 또는 다른 수성 조성물에 불용성이거나 완전히 용해되지 않을 수 있다. 이러한 수용액과 같은 본원의 수성 조성물은 적어도 약 10 wt%의 물을 갖는 용매를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 용매는 예를 들어 적어도 약 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 또는 100 wt% (또는 10과 100 wt% 사이의 임의의 정수값)의 물이다. 일부 구현예에서, 수용액의 pH는 4 내지 9이다.
일부 양태에서, 가교된 그래프트 공중합체의 가교도는 다음 식을 이용해 결정될 수 있다(백분율로 표시). [(사용된 가교제 중의 반응성 기의 총 개수)/(그래프트 공중합체 분자 중의 이당류 단위의 총 개수)] × 100. 일부 양태에서 가교도는 예를 들어 약 0.5%~70%, 0.5%~50%, 2.5%~70%, 2.5%~50%, 5%~70%, 또는 5%~50% 사이인 것으로 생각된다. 가교도는 예를 들어, 사용되는 가교제의 양을 변경함에 따라 조정될 수 있다.
본원의 가교된 그래프트 공중합체의 그래프트 공중합체 부분의 백본을 형성하는 덱스트란은, 예를 들어 약, 또는 적어도 약 50%, 51%, 52%, 53%, 54%, 55%, 56%, 57%, 58%, 59%, 60%, 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69%, 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 또는 99%의 알파-1,6-글루코시드 연결을 포함할 수 있다. 이러한 백분율의 알파-1,6 연결 프로파일은 (주쇄와 분지 부분을 합한) 덱스트란 내 모든 연결의 총 개수를 고려한다. 본원에서 "덱스트란 분지" 등의 용어는 그래프트 공중합체를 제조하기 위해 사용하기 전에 덱스트란 중합체에 존재하는 모든 분지를 포함하는 의미이다. 일부 구현예에서, 덱스트란은 약, 또는 적어도 약 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 또는 100%의 알파-1,6-글루코시드 연결을 포함하는 주쇄를 포함한다. 일부 구현예에서, 덱스트란은 완전히 선형(100% 알파-1,6-글루코시드 연결)이다.
본원의 덱스트란은, 예를 들어 약, 또는 적어도 약 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 13%, 14%, 15%, 16%, 17%, 18%, 19%, 또는 20%의 알파-1,4, 알파-1,3 및/또는 알파-1,2 글루코시드 연결을 포함할 수 있다. 일반적으로, 이러한 연결은 덱스트란의 분지 부분(분지점을 포함)에 전부 또는 거의 전부 존재한다. 일부 구현예에서, 덱스트란 분지는 이러한 유형의 연결 중 한 유형, 두 유형(예를 들어, 알파-1,4 및 알파-1,3; 알파-1,4 및 알파-1,2; 알파-1,3 및 알파-1,2), 또는 세 유형 모두를 포함할 수 있다. 본원의 덱스트란 내 알파-1,4, 알파-1,3 및/또는 알파-1,2 글루코시드 연결의 총 비율은 일반적으로 50% 이하이다. 일부 양태에서, 예컨대 약, 또는 적어도 약 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 또는 100%의 알파-1,6-글루코시드 연결을 갖는 주쇄를 포함하는 덱스트란에서, 이러한 덱스트란은 약 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 또는 10%, 또는 그 이상, 또는 그 미만의 알파-1,4, 알파-1,3 및/또는 알파-1,2 글루코시드 연결을 포함한다.
본원의 덱스트란의 분지점은 알파-1,4, 알파-1,3, 또는 알파-1,2 글루코시드 연결을 포함할 수 있다(예를 들어, 분지는 덱스트란 주쇄에 알파-1,3-연결될 수 있다). 일부 구현예에서, 이러한 세 가지 분지점이 모두 존재할 수 있지만, 일부 구현예에서는, 이들 분지점 중 한 가지 또는 두 가지(예를 들어, 알파-1,4 및 알파-1,3; 알파-1,4 및 알파-1,2; 알파-1,3 및 알파-1,2) 유형만 존재한다. 분지점은 예를 들어, 평균적으로 덱스트란 주쇄의 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 10 내지 30, 15 내지 25, 20 내지 30, 또는 20 내지 40개 글루코스 단위마다(또는 적어도 약 이러한 개수의 글루코스 단위마다) 발생하는 것으로 생각된다. 본원의 알파-1,4, 알파-1,3, 및/또는 알파-1,2 글루코시드 연결을 포함하는 덱스트란 분자의 분지는 일반적으로 1개 내지 3개 글루코스 단량체의 길이이고, 덱스트란 중합체의 모든 글루코스 단량체 중 약 5~10% 미만을 포함한다. 1개의 글루코스 단위를 포함하는 분지는 선택적으로 펜던트 글루코스기로 지칭될 수 있다. 일부 구현예에서, 덱스트란 분자의 분지는 덱스트란 분자의 모든 글루코스 단량체의 약 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 또는 1%, 또는 그 미만을 포함할 수 있다. 특정 구현예에서 덱스트란은 중합체 내 글루코시드 연결의 백분율로 약 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 또는 10%의 분지점을 가질 수 있다. 본원의 분지의 글루코시드 연결 프로파일은 분지를 다른 사슬에 연결하는 글루코시드 연결을 포함하도록 선택적으로 특성화될 수 있다.
특정 구현예에서 그래프트 공중합체의 백본은 본원에 개시된 덱스트란으로 전부 이루어질 수 있다. 그러나, 일부 양태에서, 백본은 다른 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 그래프트 공중합체의 합성 중에 폴리 알파-1,3-글루칸 합성을 프라이밍하는 역할을 하는 (비환원 말단의) 주쇄로 인해, 그래프트 공중합체 백본은 덱스트란 주쇄의 비환원 측으로부터 유래하는 폴리 알파-1,3-글루칸을 포함할 수 있다.
본원의 덱스트란의 분자량(Mw[중량 평균 분자량])은 예를 들어 약 1000, 2000, 5000, 10000, 25000, 40000, 50000, 75000, 100000, 125000, 150000, 175000, 200000, 240000, 250000, 500000, 750000, 또는 1000000 달톤, 또는 그 이상, 또는 그 미만이거나, 또는 약 100000~200000, 125000~175000, 130000~170000, 135000~165000, 140000~160000, 또는 145000~155000 달톤의 범위일 수 있다. 일부 양태에서, 덱스트란은 약 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 또는 200 x 106 달톤, 또는 그 이상, 또는 그 미만, 또는 약 10~80, 20~70, 30~60, 40~50, 50~200, 60~200, 70~200, 80~200, 90~200, 100~200, 110~200, 120~200, 50~180, 60~180, 70~180, 80~180, 90~180, 100~180, 110~180, 120~180, 50~160, 60~160, 70~160, 80~160, 90~160, 100~160, 110~160, 120~160, 50~140, 60~140, 70~140, 80~140, 90~140, 100~140, 110~140, 120~140, 50~120, 60~120, 70~120, 80~120, 90~120, 90~110, 100~120, 110~120, 50~110, 60~110, 70~110, 80~110, 90~110, 100~110, 50~100, 60~100, 70~100, 80~100, 90~100, 또는 95~105 x 106 달톤 범위의 Mw를 가질 수 있다. 본원에서 적어도 약 50 x 106 달톤(예를 들어, 50~200 x 106 달톤)의 Mw를 갖는 덱스트란은 선택적으로 "매우 큰 덱스트란" 또는 "매우 높은 분자량의 덱스트란"으로 지칭될 수 있다. 일부 양태에서 덱스트란의 Mw는 100000 달톤 미만이 아니므로, 예를 들어 T10 (Mw = 10000), T25 (Mw = 25000), 또는 T40 (Mw = 40000) 덱스트란이 아니다. 본원의 임의의 덱스트란 Mw는 Mw를 162.14로 나눈 중량 평균 중합도(DPw)로 선택적으로 표현될 수 있다.
일부 양태에서, 매우 큰 덱스트란은 (i) 위치 1 및 6에만 연결된 약 87~93 wt%의 글루코스; (ii) 위치 1 및 3에만 연결된 약 0.1~1.2 wt%의 글루코스; (iii) 위치 1 및 4에만 연결된 약 0.1~0.7 wt%의 글루코스; (iv) 위치 1, 3 및 6에만 연결된 약 7.7~8.6 wt%의 글루코스; 및 (v) (a) 위치 1, 2 및 6, 또는 (b) 위치 1, 4 및 6에만 연결된 약 0.4~1.7 wt%의 글루코스를 포함할 수 있다. 특정 구현예에서, 덱스트란은 (i) 위치 1 및 6에만 연결된 약 89.5~90.5 wt%의 글루코스; (ii) 위치 1 및 3에만 연결된 약 0.4~0.9 wt%의 글루코스; (iii) 위치 1 및 4에만 연결된 약 0.3~0.5 wt%의 글루코스; (iv) 위치 1, 3 및 6에만 연결된 약 8.0~8.3 wt%의 글루코스; 및 (v) (a) 위치 1, 2 및 6, 또는 (b) 위치 1, 4 및 6에만 연결된 약 0.7~1.4 wt%의 글루코스를 포함할 수 있다. 본원의 매우 큰 덱스트란의 적합한 예는 아래 실시예 5 및 6에 기재되어 있다.
일부 양태에서, 매우 큰 덱스트란은 위치 1 및 6에만 연결된 약 87, 87.5, 88, 88.5, 89, 89.5, 90, 90,5, 91, 91.5, 92, 92.5, 또는 93 wt%의 글루코스를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 위치 1 및 6에만 연결된 약 87~92.5, 87~92, 87~91.5, 87~91, 87~90.5, 87~90, 87.5~92.5, 87.5~92, 87.5~91.5, 87.5~91, 87.5~90.5, 87.5~90, 88~92.5, 88~92, 88~91.5, 88~91, 88~90.5, 88~90, 88.5~92.5, 88.5~92, 88.5~91.5, 88.5~91, 88.5~90.5, 88.5~90, 89~92.5, 89~92, 89~91.5, 89~91, 89~90.5, 89~90, 89.5~92.5, 89.5~92, 89.5~91.5, 89.5~91, 또는 89.5~90.5 wt%의 글루코스가 존재할 수 있다.
일부 양태에서, 매우 큰 덱스트란은 위치 1 및 3에만 연결된 약 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 또는 1.2 wt%의 글루코스를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 위치 1 및 3에만 연결된 약 0.1~1.2, 0.1~1.0, 0.1~0.8, 0.3~1.2, 0.3~1.0, 0.3~0.8, 0.4~1.2, 0.4~1.0, 0.4~0.8, 0.5~1.2, 0.5~1.0, 0.5~0.8, 0.6~1.2, 0.6~1.0, 또는 0.6~0.8 wt%의 글루코스가 존재할 수 있다.
일부 양태에서, 매우 큰 덱스트란은 위치 1 및 4에만 연결된 약 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 또는 0.7 wt%의 글루코스를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 위치 1 및 4에만 연결된 약 0.1~0.7, 0.1~0.6, 0.1~0.5, 0.1~0.4, 0.2~0.7, 0.2~0.6, 0.2~0.5, 0.2~0.4, 0.3~0.7, 0.3~0.6, 0.3~0.5, 또는 0.3~0.4 wt%의 글루코스가 존재할 수 있다.
일부 양태에서, 매우 큰 덱스트란은 위치 1, 3 및 6에만 연결된 약 7.7, 7.8, 7.9, 8.0, 8.1, 8.2, 8.3, 8.4, 8.5, 또는 8.6 wt%의 글루코스를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 위치 1, 3 및 6에만 연결된 약 7.7~8.6, 7.7~8.5, 7.7~8.4, 7.7~8.3, 7.7~8.2, 7.8~8.6, 7.8~8.5, 7.8~8.4, 7.8~8.3, 7.8~8.2, 7.9~8.6, 7.9~8.5, 7.9~8.4, 7.9~8.3, 7.9~8.2, 8.0~8.6, 8.0~8.5, 8.0~8.4, 8.0~8.3, 8.0~8.2, 8.1~8.6, 8.1~8.5, 8.1~8.1, 8.1~8.3, 또는 8.1~8.2 wt%의 글루코스가 존재할 수 있다.
일부 양태에서, 매우 큰 덱스트란은 (a) 위치 1, 2 및 6, 또는 (b) 위치 1, 4 및 6에만 연결된 약 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 또는 1.7 wt%의 글루코스를 포함할 수 있다. 일부 경우에, (a) 위치 1, 2 및 6, 또는 (b) 위치 1, 4 및 6에만 연결된 약 0.4~1.7, 0.4~1.6, 0.4~1.5, 0.4~1.4, 0.4~1.3, 0.5~1.7, 0.5~1.6, 0.5~1.5, 0.5~1.4, 0.5~1.3, 0.6~1.7, 0.6~1.6, 0.6~1.5, 0.6~1.4, 0.6~1.3, 0.7~1.7, 0.7~1.6, 0.7~1.5, 0.7~1.4, 0.7~1.3, 0.8~1.7, 0.8~1.6, 0.8~1.5, 0.8~1.4, 0.8~1.3 wt%의 글루코스가 존재할 수 있다.
본원에서 "위치 1 및 6에 연결된 글루코스(글루코스 단량체)"는 글루코스 단량체의 탄소 1 및 6만이 2개의 인접한 글루코스 단량체와 각각의 글루코시드 연결에 관여하는 덱스트란의 글루코스 단량체를 의미한다. 이 정의는 (i) "위치 1 및 3에 연결된" 글루코스와 (ii) "위치 1 및 4에 연결된" 글루코스에 마찬가지로 적용되고, 이에 따라, 각각의 연결에 관여하는 상이한 탄소 위치를 고려한다. 본원에서 "위치 1, 3 및 6에 연결된 글루코스(글루코스 단량체)"는 글루코스 단량체의 탄소 1, 3 및 6이 3개의 인접한 글루코스 단량체와 각각의 글루코시드 연결에 관여하는 덱스트란의 글루코스 단량체를 의미한다. 위치 1, 3 및 6에만 연결된 글루코스는 분지점이다. 이 정의는 (i) 위치 1, 2 및 6과 (ii) 위치 1, 4 및 6에 연결된 글루코스에 마찬가지로 적용되지만, 이에 따라, 각각의 연결에 관여하는 상이한 탄소 위치를 고려한다. 본원에서 글루코스 위치(글루코스 탄소 위치) 1, 2, 3, 4 및 6은 당해 분야에 알려진 바와 같다(다음 구조식에 도시).
Figure pct00001
매우 큰 덱스트란의 글루코시드 연결 프로파일은 본원에 개시된 임의의 프로토콜에 따라 생성된 덱스트란을 사용하여 결정될 수 있다. 적합한 연결 결정 프로토콜의 예는 본원에 참조로 포함되는 미국 출원 공개 2016/0122445호(예를 들어, 97 단락 또는 실시예 9)에 개시된 프로토콜과 유사하거나 동일할 수 있다.
본원의 매우 큰 덱스트란은 서로로부터 반복적으로 분지하는 장쇄(대부분 또는 모든 알파-1,6-연결을 포함함)가 존재하는 분지된 구조일 수 있는 것으로 여겨진다(예를 들어, 하나의 장쇄가 다른 장쇄로부터의 분지일 수 있고, 이는 다시 그 자체가 다른 장쇄로부터의 분지일 수 있는 등이다). 분지된 구조는 장쇄로부터 분지하는 짧은 분지를 포함할 수도 있고, 이러한 단쇄는 예를 들어, 대부분 알파-1,3 및 알파-1,4 연결을 포함하는 것으로 여겨진다. 다른 장쇄로부터 분지하는 장쇄로부터이든 장쇄로부터 분지하는 단쇄로부터이든 매우 큰 덱스트란의 분지점은 알파-1,6 연결에 관여된 글루코스에서의 알파-1,3, 알파-1,4, 또는 알파-1,2 연결을 포함하는 것으로 보인다. 평균적으로, 일부 구현예에서 매우 큰 덱스트란의 모든 분지점의 약 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29%, 30%, 15~35%, 15~30%, 15~25%, 15~20%, 20~35%, 20~30%, 20~25%, 25~35%, 또는 25~30%는 장쇄로 분지한다. 대부분(98% 또는 99% 초과)의 또는 모든 다른 분지점은 단쇄로 분지한다.
매우 큰 덱스트란 분지 구조의 장쇄는 일부 양태에서 길이가 유사할 수 있다. 길이가 유사하다는 것은 분지 구조 내 모든 장쇄의 적어도 70%, 75%, 80%, 85%, 또는 90%의 개별 길이(DP)가 그 분지 구조의 모든 장쇄의 평균 길이의 +/- 15%(또는 10%, 5%) 내에 있음을 의미한다. 일부 양태에서, 매우 큰 덱스트란의 장쇄의 평균 길이(mean length, average length)는 약 10~50 DP(즉, 10~50개의 글루코스 단량체)이다. 예를 들어, 장쇄의 평균 개별 길이는 약 10, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 10~50, 10~40, 10~30, 10~25, 10~20, 15~50, 15~40, 15~30, 15~25, 15~20, 20~50, 20~40, 20~30, 또는 20~25 DP일 수 있다.
특정 구현예에서 매우 큰 덱스트란의 장쇄는 주로 알파-1,6-글루코시드 연결을, 그리고 소량(2.0% 미만)의 알파-1,3- 및/또는 알파-1,4-글루코시드 연결을 포함할 수 있다. 예를 들어, 매우 큰 덱스트란 장쇄는 약, 또는 적어도 약 98%, 98.25%, 98.5%, 98.75%, 99%, 99.25%, 99.5%, 99.75%, 또는 99.9%의 알파-1,6-글루코시드 연결을 포함할 수 있다. 특정 구현예에서 덱스트란 장쇄는 알파-1,4-글루코시드 연결을 포함하지 않는다(즉, 이러한 장쇄는 대부분 알파-1,6 연결을, 그리고 소량의 알파-1,3 연결을 갖는다). 반대로, 일부 구현예에서 덱스트란 장쇄는 알파-1,3-글루코시드 연결을 포함하지 않는다(즉, 이러한 장쇄는 대부분 알파-1,6 연결을, 그리고 소량의 알파-1,4 연결을 갖는다). 상기 구현예들의 임의의 덱스트란 장쇄는 예를 들어, 알파-1,2-글루코시드 연결을 추가로 포함하지 않을 수 있다. 그럼에도 일부 양태에서, 덱스트란 장쇄는 100%의 알파-1,6-글루코시드 연결을 포함할 수 있다(이러한 장쇄가 다른 사슬로부터 분지하도록 사용된 연결은 제외).
일부 양태에서, 매우 큰 덱스트란 분자의 단쇄는 1개 내지 3개 글루코스 단량체의 길이이고, 덱스트란 중합체의 모든 글루코스 단량체의 약 5~10% 미만을 포함한다. 본원에서 단쇄의 적어도 약 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 또는 전부는 1~3개 글루코스 단량체의 길이이다. 덱스트란 분자의 단쇄는, 예를 들어 매우 큰 덱스트란 분자의 모든 글루코스 단량체의 약 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 또는 1% 미만을 포함할 수 있다.
일부 양태에서, 매우 큰 덱스트란 분자의 단쇄는 알파-1,2-, 알파-1,3-, 및/또는 알파-1,4-글루코시드 연결을 포함할 수 있다. (개별적으로가 아니라) 모두 함께 고려할 때, 단쇄는 예를 들어, (i) 이들 세 가지 연결 모두, 또는 (ii) 알파-1,3- 및 알파-1,4-글루코시드 연결을 포함할 수 있다.
매우 큰 덱스트란을 포함하는 그래프트 공중합체와 관련하여, 본원의 "백본"은 매우 큰 덱스트란의 장쇄인 것으로 생각된다. 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄는 본원에 걸쳐 개시된 바와 같은 방식(예를 들어, 단쇄(예: 펜던트 글루코스) 또는 장쇄의 비환원 말단으로부터 연장)으로 매우 큰 덱스트란의 장쇄에 연결될 수 있다.
본원의 매우 큰 덱스트란의 Mw는 약 50~200 x 106, 또는 이 범위 내에 속하는 덱스트란에 대한 상기 개시된 임의의 Mw이다.
본원의 매우 큰 덱스트란의 z-평균 회전 반경은 약 200~280 nm일 수 있다. 예를 들어, z-평균 Rg는 약 200, 205, 210, 215, 220, 225, 230, 235, 240, 245, 250, 255, 260, 265, 270, 275, 또는 280 nm (또는 200~280 nm 사이의 임의의 정수)일 수 있다. 다른 예로서, z-평균 Rg는 약 200~280, 200~270, 200~260, 200~250, 200~240, 200~230, 220~280, 220~270, 220~260, 220~250, 220~240, 220~230, 230~280, 230~270, 230~260, 230~250, 230~240, 240~280, 240~270, 240~260, 240~250, 250~280, 250~270, 또는 250~260 nm일 수 있다.
본원에서 용어 "회전 반경"(Rg)은 덱스트란의 평균 반경을 의미하고, 분자의 무게 중심으로부터 덱스트란 분자의 성분(원자)의 거리의 제곱 평균 제곱근으로서 계산된다. Rg는 예를 들어, 옹스트롬 또는 나노미터(nm) 단위로 제공될 수 있다. 본원에서 덱스트란의 "z-평균 회전 반경"은 광 산란(예를 들어, MALS)을 이용해 측정되는 덱스트란의 Rg를 의미한다. z-평균 Rg를 측정하는 방법은 공지되어 있고, 따라서 본원에 사용될 수 있다. 예를 들어, z-평균 Rg는 미국 특허 7531073호, 미국 특허 출원 공개 2010/0003515호 및 2009/0046274호, Wyatt의 문헌[Anal. Chim. Acta 272:1-40] 및 Mori와 Barth의 문헌[Size Exclusion Chromatography, Springer-Verlag, Berlin, 1999]에 개시된 바와 같이 측정될 수 있으며, 이들 모두는 본원에 참조로 포함된다.
일부 양태에서, 매우 큰 덱스트란의 Mw 및/또는 z-평균 Rg는 본원에 참조로 포함되는 미국 출원 공개 2016/0122445호(예를 들어, 105 단락 또는 실시예 9)에 개시된 프로토콜과 유사하거나 동일한 프로토콜에 따라 측정될 수 있다.
본원의 매우 큰 덱스트란은, 예를 들어, 본원에 참조로 포함되는 미국 출원 공개 2016/0122445호의 개시 내용에 따라 효소적으로 합성될 수 있다. 예를 들어, 이 참고문헌에 기재된 바와 같이, 이러한 덱스트란은 GTF 0768, 또는 GTF 0768의 아미노산 서열과 적어도 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 또는 99% 동일한 아미노산 서열을 포함하는 GTF를 포함하는 적합한 반응에서 생성될 수 있다.
본원의 가교된 그래프트 공중합체의 그래프트 공중합체 부분은 적어도 약 50%의 알파-1,3-글루코시드 연결을 포함하는 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄가 존재하는 덱스트란 백본을 포함한다. 이러한 측쇄는 일반적으로, 폴리 알파-1,3-글루칸을 합성할 수 있는 글루코실트랜스퍼라아제와 본원에 개시된 덱스트란을 반응시켜 얻을 수 있다. 명확성을 위해, 이러한 측쇄가 덱스트란의 분지로 간주되어서는 안 된다.
특정 양태에서 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄는 약, 또는 적어도 약 50%, 51%, 52%, 53%, 54%, 55%, 56%, 57%, 58%, 59%, 60%, 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 69%, 70%, 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 또는 100%의 알파-1,3 글루코시드 연결을 포함할 수 있다. 측쇄는 일부 양태에서 덱스트란의 펜던트 글루코스 또는 다른 분지(둘 다 연장을 위한 효소에 비환원 말단을 제공함)를 프라이머로 사용해 글루코실트랜스퍼라아제 효소로 합성되는 것으로 생각된다. 그 자체가 덱스트란 주쇄에 알파-1,3-연결되는 펜던트 글루코스로부터 측쇄가 합성되는 경우, 생성된 측쇄는 100% 또는 매우 높은 비율(예컨대, 98% 이상)의 알파-1,3-글루코시드 연결을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 덱스트란 주쇄와 펜던트 글루코스 또는 더 긴 분지 간의 글루코시드 연결은 측쇄의 연결로 간주된다. 일부 구현예에서, 덱스트란 주쇄와 분지 간의 글루코시드 연결, 뿐만 아니라 측쇄가 합성되는 분지 내의 글루코시드 연결이 측쇄의 연결 프로파일을 결정할 때 고려된다. 일부 대안적 구현예에서, 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄는 약, 또는 적어도 약 30%의 알파-1,3 글루코시드 연결을 포함할 수 있다. 본원의 임의의 알파-1,3-글루칸 측쇄에서 연결의 균형은 일반적으로 알파-1,6 연결과 이루어질 수 있다.
본원의 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄의 Mw는, 예를 들어 약, 또는 적어도 약 1620, 1650, 1700, 2000, 5000, 10000, 15000, 16200, 20000, 25000, 30000, 40000, 50000, 60000, 70000, 75000, 80000, 90000, 100000, 110000, 120000, 125000, 130000, 140000, 150000, 160000, 162000, 또는 165000 달톤일 수 있다. 본원의 그래프트 공중합체의 측쇄는 크기가 비교적 균일한 것으로 생각된다. 예를 들어, 그래프트 공중합체의 측쇄는 각각 약 150000~165000, 155000~165000, 또는 160000~165000 달톤 범위의 Mw를 가질 수 있다. 원하는 경우, 그래프트 공중합체 측쇄의 평균 Mw가 언급될 수도 있는데, 임의의 상기 측쇄의 Mw는 공중합체의 모든 측쇄의 평균 Mw로 간주될 수 있다. 본원에 개시된 임의의 측쇄의 Mw(또는 임의의 글루칸의 Mw)는 선택적으로 DPw (즉, Mw/162.14)로 특성화될 수 있다.
본원의 그래프트 공중합체의 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄의 개수는, 예를 들어 적어도 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 또는 30개일 수 있다. 일부 구현예에서, 측쇄의 개수는, 예를 들어 4, 5, 또는 6개이다. 일부 양태에서 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄의 상기 개수는 적어도 약 100000, 120000, 140000, 160000, 162000, 또는 165000 달톤인 측쇄의 특성이다. 또 다른 양태에서, 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄의 상기 개수는 덱스트란 성분이 평균적으로 덱스트란 주쇄의 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 또는 25개 글루코스 단위마다 한 번 펜던트 글루코스 및/또는 분지(이로부터 측쇄가 프라이밍/합성될 수 있음)를 갖는 그래프트 공중합체를 특성화할 수 있다. 덱스트란 성분의 크기(예를 들어, 100000~200000 달톤), 덱스트란 주쇄 상의 분지/펜던트 글루코스의 포지셔닝(예를 들어, 20개 글루코스 단위마다 약 한 번), 및 그래프트 공중합체의 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄의 개수에 기초하면, 일부 경우에, 그래프트 공중합체는 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄로 연장되는 않은 원래의 덱스트란 분지/펜던트 글루코스의 대부분(예를 들어, 적어도 80%, 85%, 90%, 95%)을 갖는 것으로 생각된다(즉, 대부분의 분지/펜던트 글루코스는 그래프트 공중합체를 합성하기 위해 사용되기 전에 덱스트란에 존재하는 것과 같다). 또한, 일부 다른 구현예에서, 본원의 그래프트 공중합체는 최대 약 50, 100, 500, 1000, 5000, 10000, 15000, 또는 20000개의 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄를 가질 수 있다고 여겨진다.
본원의 가교된 그래프트 공중합체의 그래프트 공중합체 부분의 Mw(즉, 원래 덱스트란 분자와 그래프트 공중합체의 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄의 Mw 합)는, 예를 들어 약, 또는 적어도 약 750000, 800000, 900000, 1000000, 1100000, 1200000, 1300000, 1400000, 1500000, 1600000, 1700000, 1800000, 1900000, 또는 2000000 달톤일 수 있다. 일부 구현예에서 매우 큰 덱스트란 성분을 포함하는 그래프트 공중합체의 Mw는 매우 큰 덱스트란 성분 자체에 대해 상기 개시된 중량과 유사한 것으로 여겨지지만, (몇몇 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄가 존재하는 구현예에서는) 약 0.5, 0.75, 1, 1.25, 1.5, 1.75 또는 2 x 106 달톤이 추가된다. 본원의 그래프트 공중합체의 다분산지수(Mw/Mn) (PDI)는, 예를 들어 약 5.0, 4.75, 4.5, 4.25, 4.0, 3.75, 3.5, 3.25, 3.0, 2.75, 2.5, 2.25, 또는 2.0, 또는 그 이상, 또는 그 미만일 수 있다.
특정 구현예에서, 그래프트 공중합체는 약, 또는 적어도 약 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 99, 50~95, 60~95, 50~90, 또는 60~90 wt%의 본원에 개시된 1종 이상의 덱스트란 화합물을 포함할 수 있다.
본원의 가교된 그래프트 공중합체의 그래프트 공중합체 부분은, 예를 들어, 본원에 참조로 포함되는 국제 출원 공개 WO2017/079595호(출원 번호 PCT/US2016/060579)에 개시된 바와 같이 효소 반응을 이용해 생성될 수 있다. 이러한 효소 반응은 일반적으로 적어도 (i) 물, (ii) 수크로스, (iii) 본원에 개시된 1종 이상의 덱스트란 화합물, 및 (iv) 폴리-1,3-글루칸을 합성하는 글루코실트랜스퍼라아제 효소를 포함한다. 이 반응에서 글루코실트랜스퍼라아제 효소에 의한 폴리 알파-1,3-글루칸 합성은, 적어도 부분적으로는, 폴리 알파-1,3-글루칸 합성을 위한 프라이머로서 덱스트란을 사용하여 이루어질 수 있다. 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체를 효소적으로 생성한 후, 이를 화학적으로 가교시켜 본원에 개시된 가교된 그래프트 공중합체를 제조할 수 있다.
본원의 그래프트 공중합체를 제조하기 위한 효소 반응에서 덱스트란의 초기 농도는, 예를 들어 약, 또는 적어도 약 0.5 g/L, 1.0 g/L, 1.5 g/L, 2 g/L, 2.5 g/L, 3 g/L, 4 g/L, 5 g/L, 7.5 g/L, 10 g/L, 15 g/L, 20 g/L, 또는 25 g/L일 수 있다. "덱스트란의 초기 농도"는 모든 반응 성분(예를 들어, 적어도 물, 수크로스, 덱스트란, 글루코실트랜스퍼라아제 효소)이 첨가된 직후 글루코실트랜스퍼라아제 반응에서의 덱스트란 농도를 의미한다. 반응에 투입되는 덱스트란은, 예를 들어 상업적 공급원으로부터 입수하거나 효소적으로 제조될 수 있다. 효소적으로(예를 들어, 덱스트란수크라아제를 사용해) 제조된 덱스트란은 일부 양태에서, (i) 초기 덱스트란 합성 효소 반응으로부터 어떤 방식으로 단리된 후 알파-1,3-글루칸 측쇄 합성을 위한 효소 반응에 투입되거나, (ii) 초기 덱스트란 합성 효소 반응으로부터 분리되지 않고 알파-1,3-글루칸 측쇄 합성을 위한 효소 반응에 투입될 수 있다(예를 들어, 완료 및/또는 열-사멸 반응이 알파-1,3-글루칸 측쇄 합성 반응에 직접 이용된다).
그래프트 공중합체를 생성하기 위한 효소 반응은 일반적으로, 적어도 약 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%의 알파-1,3-글루코시드 연결을 포함하는 폴리 알파-1,3-글루칸을 합성할 수 있는 글루코실트랜스퍼라아제 효소를 포함한다. 이러한 효소는 덱스트란 프라이머 부위로부터 (상기 개시된 바와 같이) 폴리 알파-1,3-측쇄를 합성하여, 본원의 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체를 형성할 수 있다. 특정 양태에서, 글루코실트랜스퍼라아제 효소는 (i) 약 100%, 또는 적어도 약 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 또는 99%의 알파-1,3-글루코시드 연결을 포함하고/하거나, (ii) 적어도 약 16200 달톤인 폴리 알파-1,3-글루칸을 합성할 수 있다.
폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄를 생성하기 위한 특정 구현예에서 글루코실트랜스퍼라아제 효소는, 예를 들어, 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 출원 공개 2014/0087431호에 개시된 바와 같은 아미노산 서열로 이루어지거나, 이를 포함할 수 있다. 이러한 서열의 예는 미국 특허 출원 공개 2014/0087431호에 개시된 서열 번호 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 26, 28, 30, 34, 또는 59와 100% 동일하거나, 적어도 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 98.5%, 99%, 또는 99.5% 동일한 서열을 포함하고, 글루코실트랜스퍼라아제 활성을 갖는다. 서열 번호 2, 4, 8, 10, 14, 20, 26, 28, 30, 또는 34를 갖는 글루코실트랜스퍼라아제 효소는 일부 양태에서 적어도 약 90%의 알파-1,3-글루코시드 연결을 포함하는 폴리 알파-1,3-글루칸을 합성할 수 있다.
그래프트 공중합체를 생성하기 위한 효소 반응의 온도는 원하는 경우 제어될 수 있다. 특정 구현예에서, 반응의 온도는 약 5℃ 내지 약 50℃, 약 20℃ 내지 약 40℃, 또는 약 20℃ 내지 약 30℃(예를 들어, 약 22~25℃)일 수 있다. 특정 구현예에서 효소 반응의 pH는 약 4.0 내지 약 8.0, 또는 약 5.0 내지 약 6.0일 수 있다. 대안적으로, pH는 예를 들어, 약 4.0, 4.5, 5.0, 5.5, 6.0, 6.5, 7.0, 7.5, 또는 8.0일 수 있다. pH는 인산염, 트리스, 시트르산염, 또는 이들의 조합을 비제한적으로 포함하는 적합한 완충액의 첨가 또는 혼입에 의해 조절되거나 제어될 수 있다. 글루칸 합성 반응에서의 완충액 농도는, 예를 들어 0 mM 내지 약 100 mM, 또는 약 10, 20, 또는 50 mM일 수 있다.
그래프트 공중합체를 생성하기 위한 효소 반응에서의 수크로스의 초기 농도는, 예를 들어 약 20~400, 200~400, 250~350, 75~175, 또는 50~150 g/L일 수 있다. 일부 양태에서, 수크로스의 초기 농도는, 예를 들어 약, 또는 적어도 약 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 180, 200, 250, 300, 또는 400 g/L일 수 있다. "수크로스의 초기 농도"는 모든 반응 성분(예를 들어, 적어도 물, 수크로스, 덱스트란, 글루코실트랜스퍼라아제 효소)이 첨가된 직후 글루코실트랜스퍼라아제 반응에서의 수크로스 농도를 의미한다.
그래프트 공중합체를 생성하기 위한 효소 반응에서 1종 이상의 글루코실트랜스퍼라아제 효소가 사용될 수 있다. 본원의 효소 반응은 예를 들어, 1종, 2종, 또는 그 이상의 글루코실트랜스퍼라아제 효소를 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 단지 1종 또는 2종의 글루코실트랜스퍼라아제 효소가 반응에 포함된다. 본원의 반응 조성물은 무세포(예를 들어, 전체 세포가 존재하지 않음) 조성물일 수 있고, 일반적으로는 무세포 조성물이다. 반응 조성물은 본원에 개시된 하나 이상의 반응 조건을 적용하기에 적합한 임의의 용기(예를 들어, 불활성 용기/보관용기) 내에 담길 수 있다. 일부 양태에서 불활성 용기는 스테인리스강, 플라스틱, 또는 유리일 수 있고(또는 이들 요소 중 둘 이상을 포함), 특정 반응을 수용하기에 적합한 크기일 수 있다. 일반적으로, 반응 시간은 약 1, 2, 3, 4, 5, 10, 12, 24, 36, 48, 60, 72, 84, 또는 96시간일 수 있다.
그래프트 공중합체의 효소적 합성 후, 그래프트 공중합체는 원하는 경우 가교 전에 (예를 들어, 여과 또는 원심분리에 의해) 단리될 수 있다. 이 과정에서, 그래프트 공중합체는 물, 프룩토스, 잔류 수크로스 및 특정 부산물(예를 들어, 류크로스, 가용성 올리고당 DP2~DP7, 글루코스)을 포함할 수 있는 반응 용액의 대부분으로부터 분리된다. 단리는 선택적으로 그래프트 공중합체 생성물을 물 또는 다른 수성 액체로 1회, 2회, 또는 그 이상 세척하는 단계, 및/또는 생성물을 건조시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 세척은 예를 들어, 원래 반응 또는 생성물 샘플의 부피의 약, 또는 적어도 약 0.5배, 1배, 1.5배, 또는 2배의 세척 부피를 사용하고/하거나, 여과 및/또는 원심분리를 수반할 수 있다.
본원에 개시된 가교된 그래프트 공중합체는 예를 들어, 본원의 그래프트 공중합체를 적어도 가교제 및 용매와 접촉시켜 생성될 수 있다. 이러한 공정 단계는 사용되는 용매에 따라 수성 조건 또는 비수성 조건 하에 그래프트 공중합체를 가교제와 접촉시키는 것을 선택적 특징으로 할 수 있다. 본원에 개시된 임의의 가교제 및/또는 그래프트 공중합체가 이에 따라 사용될 수 있다. 하기에 개시되고 실시예에 개시된 임의의 공정 파라미터는 이러한 제법한정 물건(product-by-process) 구현예에 마찬가지로 적용될 수 있다.
가교된 그래프트 공중합체를 제조하는 방법/공정이 또한 본원에 개시된다. 이 방법은
(a) 적어도 용매, 가교제, 및 본원에 개시된 그래프트 공중합체를 접촉시켜, 가교된 그래프트 공중합체를 생성하는 단계, 및
(b) 선택적으로, 단계 (a)에서 생성된 가교된 그래프트 공중합체를 단리시키는 단계를 포함할 수 있다.
방법 단계 (a)는 (용매에 따라) 수성 또는 비수성 조건 하에 그래프트 공중합체를 가교제와 접촉시키는 것을 선택적 특징으로 할 수 있고/있거나, 선택적으로 가교 반응을 특징으로 할 수 있다. 본원에 개시된 임의의 가교제 및/또는 그래프트 공중합체가 이에 따라 이러한 방법에 사용될 수 있다. 상기 공정 및 제법한정 물건 구현예의 접촉 단계에서, 이러한 단계는 가교제가 가교를 생성하기에 적합한 조건 하에 수행되는 것이 일반적으로 바람직하다. 가교 반응에 투입되는 그래프트 공중합체 자체가 일반적으로 어떤 화학적 가교도 없이 본원에 개시된 바와 같이 효소적으로 생성된다는 것은 본 명세서로부터 명백할 것이다.
본원의 가교 반응은 특정 양태에서 수성 조건 하에 수행될 수 있다. 예를 들어, 반응은, 선택적으로 제1 단계로서, 수성 액체(예를 들어, 물) 중의 적어도 하나의 그래프트 공중합체(예를 들어, 본원에 개시된 임의의 것)의 제제(일반적으로는 슬러리 또는 혼합물)를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 제제 중의 그래프트 공중합체의 wt%는, 예를 들어 약, 또는 적어도 약 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 1~30, 1~25, 1~20, 1~15, 1~10, 1~5, 5~30, 5~25, 5~20, 5~15, 5~10, 10~30, 10~25, 10~20, 또는 10~15일 수 있다(이러한 wt%는 원하는 경우 비수성 반응에 마찬가지로 적용될 수 있다). 이러한 제제는 선택적으로, 약, 또는 적어도 약 0.25, 0.50, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 18, 24, 또는 48시간 동안, 및/또는 약 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50, 15~25, 15~30, 15~40, 15~50, 20~25, 20~30, 20~40, 또는 20~50℃ 온도의 실온에서, 바람직하게는 교반 하에, 배양될 수 있다. 이러한 제제는 일반적으로 pH 조절 없이 먼저 제조되지만, 선택적으로 pH 조절(하기)과 동시에 제조될 수 있다.
수성 제제의 pH는 특정 양태에서 이에 따라 조절(증가 또는 감소)될 수 있다. 예를 들어, POCl3를 가교제로 사용하는 경우, pH를 약 8, 8.5, 9, 9.5, 10, 10.5, 11, 11.5, 12, 8~12, 9~12, 10~12, 8~11.5, 9~11.5, 또는 10~11.5로 높이기 위해 염기(예를 들어, 수산화나트륨[NaOH])가 첨가될 수 있다. pH가 조절된 제제는 선택적으로, 적어도 약 10, 15, 20, 25, 30, 45 또는 60분 동안, 및/또는 위에 나열된 온도에서, 바람직하게는 교반 하에, 배양될 수 있다. pH의 조절은 일반적으로 가교제의 첨가(하기) 전에 수행되지만, 선택적으로는 가교제의 첨가와 동시에 수행될 수 있다. 일부 양태에서 pH의 증가는 그래프트 공중합체를 부분적으로 또는 완전히 용해시킬 수 있다.
가교제(예를 들어, 수성 조건에서 용해될 수 있는 본원에 개시된 임의의 것)는 일반적으로 pH 조절 후에 제제에 용해된다. 생성된 제제 중의 가교제의 농도는, 예를 들어 약, 또는 적어도 약 0.2, 0.4, 0.5, 1, 1.5, 1.6, 1.7, 2, 4, 6, 8, 10, 0.5~2, 1~2, 1.5~2, 또는 1.5~1.7 wt%일 수 있다(이러한 wt%는 원하는 경우 비수성 반응에 마찬가지로 적용될 수 있다). 가교제를 용해하는 동안 일반적으로 교반(예를 들어, 진탕 또는 스터링)이 적용된다. 이러한 제제는 일반적으로, 적어도 약 0.25, 0.50, 1, 2, 3, 4, 또는 5시간 동안, 및/또는 위에 나열된 온도에서, 바람직하게는 교반 하에, 배양될 수 있다.
pH가 조절된 경우, 가교 반응은 선택적으로, (예를 들어, pH가 증가된 경우 HCl을 이용해) 완료시 중화되거나, 반응의 가교된 그래프트 공중합체 생성물을 단리하는 동안 중화될 수 있다. 중화는 일반적으로 pH가 약 7.0(예를 들어, 6.0~8.0, 6.5~7.5, 6.8~7.2)이 되도록 한다.
가교 반응을 수행하기 위한 상기 조건/파라미터는 이에 따라, 예를 들어 사용되는 가교제의 유형에 따라 조절될 수 있다.
본원의 가교 반응에서 생성된 가교된 그래프트 공중합체는 선택적으로 단리될 수 있다. 예를 들어, 가교된 생성물은 반응/반응 후 액체로부터 여과 또는 원심분리 (또는 고체로부터 액체를 제거하기 위한 당해 분야에 알려진 임의의 다른 방법)에 의해 분리될 수 있다. 선택적으로, 단리는 가교된 생성물을 물 또는 다른 수성 액체로 1회, 2회, 또는 그 이상 세척하는 단계, 및/또는 생성물을 건조시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 일부 양태에서 세척은 세척된 생성물에서 염(예를 들어, NaCl)이 검출되지 않도록 수행될 수 있다. 일부 양태에서 건조는 당해 분야에 알려진 임의의 방법, 예컨대 진공 건조, 공기 건조, 또는 동결 건조를 이용해 수행될 수 있다. 건조는 선택적으로 적어도 약 70, 80, 90, 또는 70~90℃의 온도에서 수행될 수 있다. 건조된 생성물은 원하는 경우, 예컨대 파쇄 및/또는 분쇄를 통해 입자상 형태로 만들 수 있다.
본원의 가교 반응의 가교된 그래프트 공중합체 생성물의 백분율 수율은, 예를 들어 약, 또는 적어도 약 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 또는 95%일 수 있다. 가교된 그래프트 공중합체의 백분율 수율은, 예를 들어 실제 생산 수율을 이론적 생산 수율로 나누고 100%를 곱해 측정될 수 있다.
본원의 조성물에 포함되는 가교된 그래프트 공중합체는 수성 액체를 흡수할 수 있다. 수성 액체는 예를 들어 물일 수 있다. 특정 양태에서 수성 액체는 염 용액(염류 용액)과 같은 수용액일 수 있다. 염 용액은 선택적으로 약, 또는 적어도 약 0.01, 0.025, 0.05, 0.075, 0.1, 0.25, 0.5, 0.75, 0.9, 1.0, 1.25, 1.5, 1.75, 2.0, 2.5, 3.0, 0.5~1.5, 0.5~1.25, 0.5~1.0, 0.75~1.5, 0.75~1.25, 또는 0.75~1.0 wt%의 염을 포함할 수 있다(이러한 wt% 값은 일반적으로 하나 이상의 염의 총 농도를 의미한다). 본원의 수용액에 사용될 수 있는 염의 예는 하나 이상의 나트륨 염(예를 들어, NaCl, Na2SO4)을 포함한다. 기타 비제한적인 염의 예는 (i) 알루미늄, 암모늄, 바륨, 칼슘, 크롬(II 또는 III), 구리(I 또는 II), 철(II 또는 III), 수소, 납(II), 리튬, 마그네슘, 망간(II 또는 III), 수은(I 또는 II), 칼륨, 은, 나트륨 스트론튬, 주석(II 또는 IV), 또는 아연 양이온, 및 (ii) 아세트산염, 붕산염, 브롬산염, 브롬화물, 탄산염, 염소산염, 염화물, 아염소산염, 크롬산염, 시안아미드, 시안화물, 중크롬산염, 인산이수소염, 페리시안화물, 페로시안화물, 불화물, 탄산수소염, 인산수소염, 황산수소염, 황화수소, 아황산수소염, 수소화물, 수산화물, 차아염소산염, 요오드산염, 요오드화물, 질산염, 질화물, 아질산염, 수산염, 산화물, 과염소산염, 과망간산염, 과산화물, 인산염, 인화물, 아인산염, 규산염, 주석산염, 아주석산염, 황산염, 황화물, 아황산염, 타르타르산염, 또는 티오시안산염 음이온을 갖는 것들을 포함한다. 따라서, 예를 들어, 위의 (i)의 양이온 및 위의 (ii)의 음이온을 갖는 임의의 염이 본원에 개시된 수성 액체에 존재할 수 있다.
본원의 조성물에 포함되는 가교된 그래프트 공중합체에 의한 수성 액체의 흡수는, 예를 들어 가교된 그래프트 공중합체의 보수도(WRV)를 측정하여 계측될 수 있다. 본원의 WRV는 당해 분야에 알려진 임의의 수단에 의해, 예컨대 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 출원 공개 2016/0175811호(예를 들어, 실시예 7)에 개시된 방법을 통해 측정될 수 있다. 간단하게, WRV는 다음 식을 이용해 계산될 수 있다. ((습윤 가교된 그래프트 공중합체의 질량 - 건조 가교된 그래프트 공중합체의 질량) / 건조 가교된 그래프트 공중합체의 질량) * 100. WRV는 예를 들어, 본원에 개시된 임의의 수성 액체에 대해 측정될 수 있다. 따라서, 용어 WRV는 "물"이란 단어를 포함하고 있지만, WRV는 본원에 개시된 임의의 유형의 수성 액체, 예컨대 수용액에 대해 측정될 수 있는 것으로 이해될 것이다.
본원의 조성물에 포함되는 가교된 그래프트 공중합체는 일부 구현예에서 약, 또는 적어도 약 400의 WRV를 가질 수 있다. 예를 들어, 본원의 WRV는 약, 또는 적어도 약 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1250, 1500, 1750, 2000, 2250, 2500, 2750, 3000, 또는 3300일 수 있다.
본원의 조성물에 포함되는 가교된 그래프트 공중합체에 의한 수성 액체의 흡수는 선택적으로, 예를 들어 아래 실시예 8 또는 (본원에 참조로 포함되는) 미국 특허 8859758호에 개시된 바와 같이 원심분리 보수능(CRC)을 측정하여 계측될 수 있다. 본원의 CRC 값은 가교된 그래프트 공중합체 그램당 수성 유체의 그램("g/g")으로 제공될 수 있다. 가교된 그래프트 공중합체는 일부 구현예에서 약, 또는 적어도 약 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 28~33, 28~32, 20~25, 21~24, 또는 22~24 g/g의 CRC를 가질 수 있다. 원하는 경우, 상응하는 WRV는 CRC 측정치에 100을 곱해 얻을 수 있다. 또한, 본원의 흡수는, 예컨대 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 8859758호 또는 EDANA(European Disposables and Non-woven Association) 표준 시험 WSP 242.2.R3 (12)에 개시된 방법을 통해, 하중 하의 흡수(AUL)를 결정함으로써 측정될 수 있다. AUL 측정치는 가교된 그래프트 공중합체 그램당 수성 유체의 그램("g/g")으로 제공될 수 있고, 적합한 압력(예를 들어, 약 0.5~1.0, 0.75~1.0, 0.80~0.85, 또는 0.82의 psi) 하에서 측정될 수 있다.
가교된 그래프트 공중합체의 흡수성은 대부분의 또는 모든 양태에서, 가교된 그래프트 공중합체를 형성하기 위해 가교되기 전에 존재하는 그래프트 공중합체의 흡수성보다 클 것으로 생각된다. 예를 들어, 가교된 그래프트 공중합체의 흡수성은 가교되기 전에 존재하는 그래프트 공중합체의 흡수성보다 적어도 약 2, 3, 4, 5, 6, 7, 또는 8배 더 클 수 있다.
본원의 흡수는 선택적으로, 특정 양의 가교된 그래프트 공중합체에 스며들어 유지될 수 있는 수성 액체의 최대량으로 특성화될 수 있다. 가교된 그래프트 공중합체 g당 적어도 15, 20 또는 15~20 g(그램)의 수성 액체의 흡수능을 갖는 가교된 그래프트 공중합체는 일부 양태에서 고흡수성인 것을 특징으로 할 수 있다.
본원에 개시된 가교된 그래프트 공중합체를 포함하는 조성물은, 예를 들어 퍼스널 케어 제품, 가정용품, 의료 제품, 또는 산업 제품의 형태이거나, 그 안에 포함될 수 있다. 이와 관련하여, 특정 구현예에서 조성물은 구성 성분인 가교된 그래프트 공중합체가 나타내는 흡수도에 따라 흡수성 또는 고흡수성 재료로 사용될 수 있다. 선택적으로 본원의 퍼스널 케어 제품, 가정용품, 의료 제품, 또는 산업 제품은 적어도 부분적으로 수성 액체 흡수를 처리하도록 설계된다.
본원의 퍼스널 케어 제품 및/또는 용도의 예는 흡수성 개인 위생 제품, 예컨대 유아용 기저귀, 배변 훈련용 속팬츠/라이너, 요실금 제품(예를 들어, 패드, 성인용 기저귀), 및 여성 위생 제품(예를 들어, 생리용 냅킨/패드, 탐폰, 인터레이비얼 제품, 팬티 라이너)을 포함한다. 따라서, 일부 양태에서 퍼스널 케어 제품은 피부에 또는 피부 근처에 배치되어 신체로부터 배출되거나 방출되는 유체를 흡수하고 함유할 수 있는 퍼스널 케어 흡수성 물품을 특징으로 할 수 있다. 이에 따라 본원의 가교된 그래프트 공중합체의 흡수성을 이용(예를 들어, 제품에 원래 사용된 흡수성 재료를 대체하거나 보충)하도록 구성될 수 있는 퍼스널 케어 제품의 예는 WO1999/037261; 미국 특허 출원 공개 2004/0167491호, 2009/0204091호, 2001/0014797호, 2013/0281949호, 2002/0087138호, 2010/0241098호, 2011/0137277호 및 2007/0287971호; 및 미국 특허 4623339호, 2627858호, 3585998호, 3964486호, 6579273호, 6183456호, 5820619호, 4846824호, 4397644호, 4079739호, 8987543호, 4781713호, 5462539호, 8912383호, 3749094호, 3322123호, 4762521호 및 5342343호에 개시되어 있으며, 이들 모든 특허 출원 및 특허 공보는 본원에 참조로 포함된다.
본원의 산업 제품 및/또는 용도의 예는 케이블 외피(예를 들어, 전력 또는 통신 케이블용 외피); 식품용 패드; 토양에 물을 유지시키고/시키거나 식물 뿌리에 물을 방출하기 위한 것과 같은 농업 및 임업 용품; 소화 장치; 및 산성 또는 염기성 수용액 유출의 정화를 포함한다. 이에 따라 본원의 가교된 그래프트 공중합체의 흡수성을 이용하도록 구성될 수 있는 산업 제품의 예는 미국 특허 출원 공개 2002/0147483호, 2006/0172048호, 20050008737호, 2008/0199577호, 2012/0328723호 및 2004/0074271호; 및 미국 특허 5906952호, 7567739호, 5176930호, 6695138호, 4865855호, 7459501호, 5456733호, 9089730호, 5849210호, 7670513호, 7670513호, 5683813호, 5342543호, 4840734호 및 4894179호에 개시되어 있으며, 이들 모든 특허 출원 및 특허 공보는 본원에 참조로 포함된다.
본원의 의료 제품 및/또는 용도의 예는 붕대 및 수술 패드와 같은 상처 치유 드레싱; 병원 침대 시트; 생리대; 서방형 약물 방출 장치; 세포 고정화 섬; 3차원 세포 배양 기질; 재생 의료용 생체활성 지지체; 위 팽창 장치; 및 규제 약물의 폐기를 포함한다. 이에 따라 본원의 가교된 그래프트 공중합체의 흡수성을 이용하도록 구성될 수 있는 의료 제품의 예는 WO1998/046159; 미국 특허 출원 공개2005/0256486호, 20030070232호 및 20040128764호; 및 미국 특허 6191341호, 7732657호, 4925453호, 9161860호, 3187747호 및 5701617호에 개시되어 있으며, 이들 모든 특허 출원 및 특허 공보는 본원에 참조로 포함된다.
본원의 일부 구현예에서 퍼스널 케어 제품, 가정용품, 및/또는 의료 제품은 소변, 혈액, 혈청, 액체 분변(예: 설사), 담즙, 위산/위액, 토사물, 양수, 모유, 뇌척수액, 삼출액, 림프액, 점액(예: 비루, 가래), 복막액, 흉막액, 고름, 점막 분비물, 타액, 담, 활액, 땀, 및/또는 눈물과 같은 체액을 흡수할 수 있다.
본원에 개시된 조성물은, 예를 들어 약, 또는 적어도 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 99, 99.5, 또는 99.9 wt%의, 본원의 하나 이상의 가교된 그래프트 공중합체를 포함할 수 있다. 특정 양태에서 건조 조성물은 분말, 과립, 마이크로캡슐, 플레이크의 형태, 또는 기타 임의의 입자상 물질 형태일 수 있다. 다른 예는 펠릿, 바, 커널, 비드, 정제, 스틱, 또는 기타 응집체와 같은 더 큰 조성물을 포함한다. 본원의 건조 조성물은 일반적으로 3, 2, 1, 0.5, 또는 0.1 wt% 미만의 물을 포함한다.
적어도 본원의 가교된 그래프트 공중합체를 수성 액체-포함 조성물과 접촉시키는 단계를 포함하되, 상기 조성물이 액체-포함 조성물로부터 수성 액체를 흡수하는, 흡수 방법이 본원에 개시된다. 수성 액체-포함 조성물은 본원에 개시된 임의의 것일 수 있다. 예를 들어, 이러한 조성물은 소변, 혈액, 혈청, 액체 분변, 담즙, 위산/위액, 토사물, 양수, 모유, 뇌척수액, 삼출액, 림프액, 점액, 복막액, 흉막액, 고름, 점막 분비물, 타액, 담, 활액, 땀, 눈물, 물, 또는 염류일 수 있다.
특정의 대안적 구현예에서, 조성물은 가교된 매우 큰 덱스트란(매우 높은 분자량의 덱스트란)을 포함할 수 있다. 그래프트 공중합체를 가교시키기 위한 본원에 개시된 대부분의 또는 모든 조건은 상기, 아래 실시예, 및 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 출원 공개 2016/0122445호에 개시된 바와 같은 임의의 매우 큰 덱스트란(본원의 그래프트 공중합체에 아직 포함되지 않은 것)를 가교시키는 데 적용될 수 있는 것으로 여겨진다. 가교된 매우 큰 덱스트란은 본원에 개시된 임의의 수성 액체 흡수 용품(예를 들어, 고흡수제) 또는 방법에 사용될 수 있는 것으로 또한 여겨진다. 따라서, 그래프트 공중합체의 가교와 관련된 본 발명의 임의의 특징은, 당업자에 의해 적합한 것으로 간주되는 한, 매우 큰 덱스트란이 가교되고 이용되는 구현예를 마찬가지로 특성화할 수 있다. 예를 들어, 당업자에 의해 적합한 것으로 간주되는 한, 본 발명에 사용된 용어 "그래프트 공중합체"는 선택적으로 용어 "매우 큰 덱스트란" 또는 "매우 높은 분자량의 덱스트란"으로 대체될 수 있다. 본원의 가교된 매우 큰 덱스트란을 갖는 조성물은 가교된 그래프트 공중합체를 포함하는 것과는 일반적으로 독립적이지만, 본원의 일부 구현예는 두 유형의 가교된 재료(즉, 가교된 매우 큰 덱스트란 및 가교된 그래프트 공중합체)를 모두 포함하는 조성물에 적용된다.
본원에 개시된 조성물 및 방법의 비제한적 예는 다음을 포함한다.
1. 가교된 그래프트 공중합체를 포함하는 조성물로서, 가교된 그래프트 공중합체의 그래프트 공중합체 부분이 (i) 덱스트란을 포함하는 백본, 및 (ii) 적어도 약 50%의 알파-1,3-글루코시드 연결을 포함하는 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄를 포함하는, 조성물.
2. 구현예 1에 있어서, 가교된 그래프트 공중합체의 하나 이상의 가교는 공유 결합인, 조성물.
3. 구현예 1 또는 2에 있어서, 가교된 그래프트 공중합체의 하나 이상의 가교는 인을 포함하는, 조성물.
4. 구현예 3에 있어서, 가교된 그래프트 공중합체의 하나 이상의 가교는 인산이에스테르 결합을 포함하는, 조성물.
5. 구현예 1, 2, 3, 또는 4에 있어서, 가교된 그래프트 공중합체의 그래프트 공중합체 부분은 적어도 약 50 wt%의 덱스트란을 포함하는, 조성물.
6. 구현예 1, 2, 3, 4, 또는 5에 있어서, 덱스트란은 적어도 약 100000 달톤의 중량 평균 분자량(Mw)을 갖는, 조성물.
7. 구현예 1, 2, 3, 4, 5, 또는 6에 있어서, 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄는 적어도 약 95%의 알파-1,3-글루코시드 연결을 포함하는, 조성물.
8. 구현예 1, 2, 3, 4, 5, 6, 또는 7에 있어서, 하나 이상의 개별 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄의 Mw는 적어도 약 100000 달톤인, 조성물.
9. 구현예 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 또는 8에 있어서, 덱스트란은 (i) 위치 1 및 6에 연결된 약 87~93 wt%의 글루코스; (ii) 위치 1 및 3에 연결된 약 0.1~1.2 wt%의 글루코스; (iii) 위치 1 및 4에 연결된 약 0.1~0.7 wt%의 글루코스; (iv) 위치 1, 3 및 6에 연결된 약 7.7~8.6 wt%의 글루코스; 및 (v) (a) 위치 1, 2 및 6, 또는 (b) 위치 1, 4 및 6에 연결된 약 0.4~1.7 wt%의 글루코스를 포함하고, 덱스트란의 Mw는 약 50~200 x 106 달톤인, 조성물.
10. 구현예 9에 있어서, 덱스트란의 Mw는 적어도 약 100 x 106 달톤인, 조성물.
11. 구현예 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10에 있어서, 가교된 그래프트 공중합체는 가교된 그래프트 공중합체 그램(g)당 적어도 약 6 그램(g)의 수성 유체의 원심분리 보수능(CRC)을 갖는, 조성물.
12. 구현예 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 또는 11에 있어서, 가교된 그래프트 공중합체는 그래프트 공중합체 부분을 가교제 및 용매와 접촉시켜 생성되고, 선택적으로 가교제는 염화포스포릴을 포함하고/하거나 용매는 수성 용매인, 조성물.
13. 구현예 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 또는 12에 있어서, 조성물이 퍼스널 케어 제품, 가정용 케어 제품, 의료 제품, 또는 산업 제품인 조성물.
14. (구현예 1~13 중 어느 하나에서와 같은) 가교된 그래프트 공중합체를 제조하는 방법으로서, (a) 적어도 용매, 가교제, 및 그래프트 공중합체를 접촉시켜(그래프트 공중합체는 (i) 덱스트란을 포함하는 백본, 및 (ii) 적어도 약 50%의 알파-1,3-글루코시드 연결을 포함하는 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄를 포함함), 가교된 그래프트 공중합체를 생성하는 단계; 및 (b) 선택적으로, 단계 (a)에서 생성된 가교된 그래프트 공중합체를 단리시키는 단계를 포함하는 방법.
15. 구현예 14에 있어서, 용매는 수성인, 방법.
16. 가교된 덱스트란을 포함하는 조성물로서, 덱스트란은 (i) 위치 1 및 6에 연결된 약 87~93 wt%의 글루코스; (ii) 위치 1 및 3에 연결된 약 0.1~1.2 wt%의 글루코스; (iii) 위치 1 및 4에 연결된 약 0.1~0.7 wt%의 글루코스; (iv) 위치 1, 3 및 6에 연결된 약 7.7~8.6 wt%의 글루코스; 및 (v) (a) 위치 1, 2 및 6, 또는 (b) 위치 1, 4 및 6에 연결된 약 0.4~1.7 wt%의 글루코스를 포함하고, 덱스트란의 중량 평균 분자량(Mw)은 약 50~200 x 106 달톤인, 조성물.
17. 구현예 16에 있어서, 가교된 덱스트란의 하나 이상의 가교는 공유 결합인, 조성물.
18. 구현예 16 또는 17에 있어서, 가교된 덱스트란의 하나 이상의 가교는 인을 포함하는, 조성물.
19. 구현예 18에 있어서, 가교된 덱스트란의 하나 이상의 가교는 인산이에스테르 결합을 포함하는, 조성물.
20. 구현예 16, 17, 18, 또는 19에 있어서, 덱스트란은 적어도 약 100 x 106 달톤의 Mw를 갖는, 조성물.
21. 구현예 16, 17, 18, 19, 또는 20에 있어서, 가교된 덱스트란은 가교된 그래프트 공중합체 g당 적어도 약 6 g의 수성 유체의 원심분리 보수능(CRC)을 갖는, 조성물.
22. 구현예 16, 17, 18, 19, 20, 또는 21에 있어서, 가교된 덱스트란은 덱스트란을 가교제 및 용매와 접촉시켜 생성되고, 선택적으로 가교제는 염화포스포릴을 포함하고/하거나 용매는 수성 용매인, 조성물.
23. 구현예 16, 17, 18, 19, 20, 21, 또는 22에 있어서, 조성물이 퍼스널 케어 제품, 가정용 케어 제품, 의료 제품, 또는 산업 제품인 조성물.
24. (구현예 16~23 중 어느 하나에서와 같은) 가교된 덱스트란을 제조하는 방법으로서, (a) 적어도 용매, 가교제, 및 구현예 16의 덱스트란을 접촉시켜, 가교된 덱스트란을 생성하는 단계; 및 (b) 선택적으로, 단계 (a)에서 생성된 가교된 덱스트란을 단리시키는 단계를 포함하는 방법.
25. 구현예 24에 있어서, 용매는 수성인, 방법.
실시예
본 발명은 다음의 실시예에서 추가로 예시된다. 이 실시예들은 본원에서의 바람직한 특정 양태를 나타내지만 단지 예시로 제공된다는 것을 이해해야 된다. 앞서의 논의 및 이 실시예들로부터 당업자는 개시된 구현예의 본질적인 특징을 확인할 수 있으며, 그 사상 및 범위를 벗어나지 않고, 개시된 구현예를 다양한 용도 및 조건에 맞도록 다양하게 변경하고 수정할 수 있다.
실시예 1
고분자량 덱스트란 프라이머로부터 폴리 알파-1,3-글루칸 합성
본 실시예는 높은 중량 평균 분자량(평균 150 kDa)을 갖는 상업적으로 이용 가능한 덱스트란을 프라이머로 사용해 글루코실트랜스퍼라아제 효소로 폴리 알파-1,3-글루칸을 합성하는 것을 설명한다. 덱스트란 백본 및 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄를 포함하는 그래프트 공중합체를 제조하였다.
물, 수크로스(약 100 g/L), 덱스트란, 및 모든 또는 거의 모든 알파-1,3-글루코시드 연결을 갖는 폴리 알파-1,3-글루칸을 합성하는 스트렙토코커스 살리바리우스계 글루코실트랜스퍼라아제 효소를 포함하는 반응물(A 및 B)로 두 가지 개별적인 폴리 알파-1,3-글루칸 중합을 수행하였다. 이러한 반응에 사용될 수 있는 글루코실트랜스퍼라아제의 예는 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 출원 공개 2014/0087431호에 개시된 것들(예를 들어, 서열 번호 4 또는 8)을 포함한다.
탈이온수(DI water) 940 g(그램), 수크로스(OmniPur Calbiochem 8550; Lot VF20C; FW 342.30) 100 g, 및 칼륨 모노인산염(MW 136.09; Sigma P5379) 1.36 g을 혼합하여 반응물 A 및 B 각각을 제조하였다. pH는 전도도 미터를 이용해 5.6인 것으로 측정되었으며, 몇 방울의 1 N H2SO4를 사용해 pH를 5.54로 하향 조절하였다. HPLC 시점 0에 대해 1 mL의 샘플을 채취하였다(덱스트란의 첨가 전). 이어서, 150 kDa(평균)의 덱스트란(Sigma D4876) 5 g 및 10 g을 반응물 A 및 B에 각각 첨가하였다. 각각의 반응물 500 mL를 개별 플라스크에 넣었다.
각각의 반응물을 약 190 RPM으로 혼합하여, 첨가된 덱스트란을 용해시킨 후, 시점 0(덱스트란의 첨가 후) 분석을 위해 각각의 반응물로부터 1 mL의 HPLC 샘플을 취하였다. 25℃로 설정된 순환 히터/칠러에 각각의 반응물을 넣고, 150 rpm으로 스터링을 시작하였다. 반응물을 약 24.4℃의 온도까지 가온시키고, 효소 첨가 전에 약 45분 동안 스터링하였다. 이어서, 50 U의 글루코실트랜스퍼라아제 효소를 각각의 반응물에 첨가하였다.
2시간 후 및 각각의 반응 종료시(24시간) HPLC를 위해 반응물 A 및 B 각각으로부터 여과액 샘플(즉, 불용성 생성물로부터 분리된 액체) (1 mL)을 채취하였다. 샘플을 90℃에서 10분 동안 열 ?칭시켜 HPLC를 위해 비활성화시켰다. 샘플을 0.45 μm PTFE 필터를 통해 여과하고 HPLC 분석을 위해 희석하였다.
반응물 B의 2시간 및 24시간 후 샘플을 제외하고, 모든 시점 여과액 샘플에 대해 2개의 동일한 희석액을 제조하였다. 샘플 A(2시간), B(2시간), 및 B(24시간)는 모두 0.45 μm PTFE 필터를 통해 여과하기가 매우 어려웠다. 모든 샘플을 여러 HPLC 컬럼에서 중복으로 처리하였다.
완전-반응 샘플(50 ml)을 반응물 A 및 B 각각으로부터 2시간 후에 채취하고, 플라스틱 1회용 필터를 통해 가능한 한 건조하게 흡인 여과하였다. 불용성 생성물을 50 mL의 온수로 2회 세척하기 전에, 여과액을 제거하고 개별적으로 저장하였다. 불용성 중합체 샘플을 유리 바이알에 저장하고 10℃에 보관한 후, 크기 배제 크로마토그래피(SEC)로 분석하여 겉보기 DP(중합도), 참 DP, 겉보기 IV(고유 점도), 및 참 IV를 결정하였다. 각각의 2시간 후 샘플로부터 과잉의 불용성 중합체를 질소 하에 60℃의 진공 오븐에서 3일 동안 건조시키고, 칭량하여 고형분 백분율을 결정하였다.
합성된 중합체로부터 여과액을 흡인으로 빨아들이는 것은 예상보다 오래 걸렸고, 여전히 수크로스 및 글루코실트랜스퍼라아제 효소를 함유한 여과액에서의 불용성 중합체의 지속적인 생성과 관련이 있는 것으로 보인다. 여과액이 모두 회수되면, 1 mL의 샘플을 채취하여 HPLC를 위해 비활성화시키고(상기 참조), 나머지를 70~80℃ 수조에서 15분 동안 비활성화시키고, 냉각시킨 후, 여과하여 불용성 중합체 생성물을 제거하였다.
이어서, 여과액을 투석 튜브(14 kDa 분자량 컷오프[MWCO])에 넣고, 흐르는 물에서 2일 동안 투석하여 단당류(프룩토스, 글루코스) 및 올리고머(DP 2~7)를 제거하였다. 투석 중에 일부 소량의 고형물이 형성되었으므로, 내용물을 먼저 여과한 후 액체 농축액으로 회전 증발시키고, 이를 액체 질소에서 동결시켰다. 이어서, 동결된 농축액을 2~3일 동안 동결건조시킨 후, 건조 고형물을 칭량하고 SEC로 분석하였다.
24시간 후, 반응물 A 및 B 각각으로부터 생성된 중합체 생성물 슬러리를 흡인 여과하였다. 각각의 여과액을 개별적으로 저장하고, HPLC 샘플을 채취하였다. 중합체를 500 mL의 증류수(실온)로 2회 세척한 후, 습윤 케이크를 남기고 전체 물을 흡인 제거하였다. 습윤 케이크를 칭량하고, 그 샘플을 SEC 분석을 위해 채취하였다. 습윤 케이크 샘플(약 5~6 g)을 (60℃에서 3일 동안) 오븐 건조시키고, 초기 습윤 케이크 중량을 기초로 총 불용성 중합체 생산 수율을 산출하였다. 남은 중합체 습윤 케이크를 추후 분석을 위해 동결시켰다. 남은 여과액을 90℃ 수조에서 15분 동안 비활성화시키고, 상기와 같이 흐르는 물에서 2일 동안 투석하였다. 투석액을 여과하고, 약 80 mL로 회전 증발시키고, 동결건조시키고, 칭량하여 SEC에 제공하였다. 각각의 HPLC 분석에 대해, 단당류 및 올리고머(DP 2~7) 생성은 정상적이고 중합 A와 B 사이에서 유사하였다. 습윤 케이크 샘플을 실온의 DMSO/2% LiCl에서 10분 동안 진탕하여 SEC 분석을 위해 용해시켰다.
반응물 A 및 B의 여과액 및 불용성 생성물에 대한 다양한 양태를 아래 표 1~4에 제공하였다.
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
각각의 반응물에 사용된 최초 덱스트란의 SEC 분석 결과, 최초 덱스트란은 분지된 것으로 나타났다. 덱스트란의 약 20개 단량체 단위마다 최초 덱스트란으로부터 분지하는 펜던트 글루코스가 존재하는 것으로 추정되었다. 각각의 중합 반응(24시간)은 높은 DPw(반응물 A(10 g/L의 덱스트란 첨가)에 대해 약 6000 및 반응물 B(20 g/L의 덱스트란 첨가)에 대해 약 5000)를 갖는 수불용성 중합체를 생성하였다(표 4). 폴리 알파-1,3-글루칸 사슬이 덱스트란 분지점에서 성장하여 그래프트 공중합체를 형성하였다(도 1 및 도 2 참조).
덱스트라나아제 분해 분석 결과, 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄는 각각 대략 1000의 DPw를 갖는 것으로 나타났다. 간단하게, 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체 생성물을 완충된 반응물(pH 5.3~5.7, 실온, 장동(nutation))에서 덱스트라나아제와 약 4일 동안 개별적으로 반응시켜 덱스트라나아제 분석을 수행하였다.
따라서, 최초 덱스트란이 약 1500의 측정된 DPw를 갖고(표 3), 각각의 측쇄가 약 1000 DPw임을 고려하면, 각각의 덱스트란 상에 평균 약 4~5개의 폴리 알파-1,3-글루칸 사슬이 존재했을 수 있다. 이러한 관찰에 기초하면, 덱스트란의 펜던트 글루코스 단위 중 적은 분율만이 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄 합성을 프라이밍하는 역할을 한 것으로 보인다(즉, 약 4~5개의 측쇄만 존재한 것 같지만, 덱스트란의 20개 단량체 단위마다 펜던트 글루코스기가 존재하는 것을 고려하면 약 75개의 측쇄를 가지고 있었을 수 있다[DPw 1507을 20으로 나눈 값]).
24시간 반응물의 여과액 샘플에서 회수된 덱스트란의 분자량은 최초 덱스트란의 분자량에 비해 낮았다(표 3). 하나의 가정은 덱스트란이 반응에서 글루코실트랜스퍼라아제 효소에 의해 분해되었을 수 있다는 것이지만, 이는 그렇지 않은 것으로 확인되었다(실시예 3 참조). 따라서, 더 높은 분자량의 덱스트란이 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄 합성을 프라이밍하기 위한 기질로 우선적으로 사용되면서, 덱스트란이 반응 중에 효과적으로 분획된 것으로 보인다. 이러한 가정에 따르면, 불용성 그래프트 공중합체의 합성을 프라이밍하는 데 사용된 더 큰 덱스트란 분자는 반응 여과액에 더 작은 덱스트란 분자를 남기고 가용성 풀(pool)로부터 제거되었을 것이다. 특히, 다른 연구(WO15/119859)에서 덱스트란 분자량이 글루코실트랜스퍼라아제 효소에 의한 1,3-글루코시드 연결-포함 글루칸 합성의 덱스트란 프라이밍에서 역할을 하지 않는 것으로 제안된 것을 고려하면, 이러한 관찰은 흥미로운 것이다.
이와 같이, 덱스트란 백본 및 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄를 포함하는 그래프트 공중합체를 제조하였다. 이러한 그래프트 공중합체 각각은 선택적으로, 예를 들어 아래 실시예 8에 개시된 절차에 따라 가교될 수 있다. 이론적으로 적어도 10~15배 더 많은 측쇄가 합성되었을 수 있음을 고려하면, 비교적 적은 측쇄(4~5개)가 있다는 것은 흥미로울 수 있다. 또한, 이러한 그래프트 공중합체를 제조하기 위한 반응에서, 더 낮은 분자량의 덱스트란과는 대조적으로, 고분자량 덱스트란은 대부분 알파-1,3-글루코시드 연결을 포함하는 글루칸을 합성하는 글루코실트랜스퍼라아제에 의해 기질로서 우선적으로 사용되는 것으로 보인다.
실시예 2
글루코실트랜스퍼라아제 효소 반응의 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체 생성물의 분자량 및 다분산도 제어
본 실시예는, 실시예 1에 부가하여, 예를 들어, 글루코실트랜스퍼라아제 효소 반응에 투입되는 덱스트란의 농도를 조정함으로써 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체 생성물의 분자량 및 다분산도가 제어될 수 있음을 함께 보여준다.
일반적으로, 아래에 언급된 경우를 제외하고, 실시예 1에 기재된 절차를 적용하여 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 공중합체를 합성하고 분석하였다.
간단하게, 수크로스 100 g/L 및 모든 또는 거의 모든 알파-1,3-글루코시드 연결을 갖는 폴리 알파-1,3-글루칸을 합성하는 S. 살리바리우스계 글루코실트랜스퍼라아제 효소 100 U/L로 약 25℃에서 150 rpm으로 스터링하면서 2개의 500 mL 글루칸 합성 반응을 실시하였다. 이러한 반응을 설정하기 위해, 100 g의 수크로스(OmniPur Calbiochem 8550) 및 1.36 g의 칼륨 모노인산염(Sigma P5379)을 940 g의 수돗물에 용해시키고, NaOH로 pH 5.5로 조절하였다. HPLC 분석을 위해 1 mL의 샘플(t=0)을 채취한 후, 이 용액을 2개의 500 mL 부분으로 나누었다. 반응물 A 및 B를 위한 플라스크 각각에 수크로스 용액 500 mL 및 150-kDa(평균)의 덱스트란(Sigma D4876) 각각 1.25 g 또는 2.5 g을 채웠다. HPLC(t=0) 샘플을 채취한 후, 글루코실트랜스퍼라아제 효소를 첨가하였다.
효소를 첨가하고 2시간 후에, 반응물 A 및 B 각각으로부터 50 mL의 샘플(반응 용액 및 불용성 생성물)을 채취하고 흡인 여과하였다. 여과액을 저장하고, HPLC(t=2시간)를 위해 각각의 여과액 1 mL를 제거하였다. 불용성 중합체 생성물을 50 mL의 온수로 2회 세척하고, SEC로 분석하였다. 여과액을 80℃ 수조에서 15분 동안 비활성화시키고, 재여과하고, 흐르는 물에서 18일 동안 투석하여(14 kDa MWCO) 단당류(프룩토스, 글루코스) 및 올리고머(DP 2~7)를 제거하였다.
효소를 첨가하고 24시간 후에, 반응물 A 및 B 각각에서 생성된 중합체 생성물 슬러리를 순환조에서 65℃로 가열하고 1시간 동안 스터링하여 효소를 비활성화시켰다. 이어서, 슬러리를 흡인 여과하고, 각각의 여과액을 저장하고, HPLC 분석을 위해 1 mL의 샘플(t=24시간)을 채취하였다. 중합체를 세척한 후, 습윤 케이크를 남기고 전체 물을 흡인 제거하였다. 습윤 케이크를 칭량하고, 그 샘플을 SEC 분석을 위해 채취하였다. 습윤 케이크 샘플을 (60℃에서 3일 동안) 오븐 건조시키고, 초기 습윤 케이크 중량을 기초로 총 불용성 중합체 생산 수율을 산출하였다. 남은 중합체 습윤 케이크를 추후 분석을 위해 동결시켰다. 여과액을 상기와 같이 흐르는 물에서 17일 동안 투석하였다. 투석액을 여과하고, 약 80 mL로 회전 증발시키고, 동결건조시키고, 칭량하여 SEC에 제공하였다. 각각의 HPLC 분석에 대해, 단당류 및 올리고머(DP 2~7) 생성은 정상적이고 중합 A와 B 사이에서 유사하였다.
본 실시예의 반응물 A 및 B의 여과액 및 불용성 생성물에 대한 다양한 양태를 아래 표 5~7에 제공하였다.
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
본 실시예에서 24시간 후 각각의 중합 반응은 약 7500의 높은 DPw를 갖는 수불용성 중합체를 생성하였다(표 7). 불용성 중합체 생성물의 다분산도(Mw/Mn)는, 특히 최초 덱스트란이 적은 반응물의 경우, 비교적 높았고, 이는 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체 외에도 불용성 생성물에 폴리 알파-1,3-글루칸 단독중합체가 존재함을 시사한다. 이러한 결과는 덱스트란이 부족한 시스템에서 예상될 수 있으며, 실제, 최초 덱스트란의 양이 더 많은 반응물(실시예 1)은 다분산도가 더 낮은 생성물을 생성하였다(표 7). 따라서, 본원에서 생성된 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체의 다분산도는 글루코실트랜스퍼라아제 반응에 투입된 덱스트란 양의 함수로서 제어될 수 있는 것으로 보인다.
도 3은 최초 덱스트란의 대부분이 소비된 24시간 반응에 있어서 최초 덱스트란의 농도와 형성된 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체 생성물의 DPw 간의 관계를 나타낸다. 폴리 알파-1,3-글루칸 단독의 단독중합은 낮은 덱스트란 농도에서 덱스트란 프라이밍과 경합하는 한편, 각각의 덱스트란 사슬은 더 높은 덱스트란 농도에서 더 적은 글루칸 그래프트를 얻는다. 최대 그래프트 공중합체 분자량은 100 g/L의 수크로스 및 100 U/L의 글루코실트랜스퍼라아제 효소를 갖는 반응에서 5 g/L의 덱스트란(도 3, 표 7)을 사용할 때 생성되는 것으로 보인다. 따라서, 본원에서 생성된 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체의 분자량은 글루코실트랜스퍼라아제 반응에 투입된 덱스트란 양의 함수로서 제어될 수 있는 것으로 보인다.
이와 같이, 덱스트란 백본 및 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄를 포함하는 그래프트 공중합체를 제조하였다. 이러한 그래프트 공중합체 각각은 선택적으로, 예를 들어 아래 실시예 8에 개시된 절차에 따라 가교될 수 있다. 또한, 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 공중합체 생성물의 분자량 및 다분산도는 글루코실트랜스퍼라아제 효소 반응에 투입되는 덱스트란의 농도를 조정함으로써 제어될 수 있다.
실시예 3
글루코실트랜스퍼라아제 효소 활성은 덱스트란을 분해하지 않음
본 실시예는 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체를 합성하기 위해 실시예 1 및 2에 사용된 글루코실트랜스퍼라아제가 덱스트란을 분해하지 않음을 보여준다. 따라서, 상기 반응에서 관찰된 분명한 덱스트란 분획 효과는 글루코실트랜스퍼라아제 활성으로부터의 덱스트란 분해 때문이 아니었다.
실시예 1에 기재된 바와 같이, 글루코실트랜스퍼라아제 효소를 이용한 폴리 알파-1,3-글루칸 합성이 덱스트란으로 프라이밍되는 경우, 회수된 미반응 덱스트란은 초기에 반응에 사용된 덱스트란보다 훨씬 더 낮은 분자량을 갖는다. 덱스트란이 글루코실트랜스퍼라아제 반응에서 효과적으로 분획되는지(더 큰 덱스트란 사슬을 우선적으로 반응시켜 반응 용액에 더 작은 미반응 덱스트란 사슬을 남기고 불용성 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 공중합체를 형성), 또는 글루코실트랜스퍼라아제 효소가 덱스트란을 분해할 수 있는지 여부는 알려지지 않았다.
본 실험의 목적은 정상적인 반응 조건 하에서(단, 수크로스 없이) 실시예 1 및 2에 사용된 글루코실트랜스퍼라아제 효소에 덱스트란을 노출시키는 것이 덱스트란 분해를 야기하는지를 조사하는 것이었다. 150 kDa(평균)의 덱스트란(Sigma D4876) 2.5 g 및 칼륨 모노인산염(Sigma P5379) 0.68 g을 490 g의 수돗물에 용해시켜 pH 5.59의 용액을 제공하였다. 이 용액을 25℃ 반응기에서 스터링한 후, 50 U의 글루코실트랜스퍼라아제 효소를 첨가하였다. 이어서, 용액을 150 rpm으로 24시간 동안 스터링한 후, 온수조로부터 회전 증발시켜 젖은 고체를 남겼다. 고체를 20 mL의 증류수에 용해시키고, 생성된 탁한 용액을 흡인 여과로 정화하고, 매우 소량(약 0.1 g)의 연갈색 고체를 제거하였다. 여과액을 동결건조시켜 2.87 g의 덱스트란을 회수하고, 이를 SEC로 분석하고 최초 덱스트란과 비교하였다(표 8).
Figure pct00009
표 8의 결과는 실시예 1 및 2에 사용된 반응 조건 하에서(단, 수크로스 없이) 글루코실트랜스퍼라아제 효소가 덱스트란을 분해하지 않음을 보여준다. 이 결과는 덱스트란 상에 폴리 알파-1,3-글루칸을 그래프팅하는 효소 공정이 전술한 바와 같이 분자량에 기초하여 덱스트란을 효과적으로 분획하는 작용을 한다는 것을 나타낸다.
실시예 4
더 낮은 분자량의 덱스트란으로부터 폴리 알파-1,3-글루칸 합성
본 실시예는 약 40 kDa의 중량 평균 분자량을 갖는 상업적으로 이용 가능한 덱스트란 프라이머를 사용해 글루코실트랜스퍼라아제 효소로 폴리 알파-1,3-글루칸을 합성하는 것을 설명한다.
본 실험의 목적은 실시예 1 및 2에 사용된 덱스트란보다 더 낮은 분자량을 갖는 덱스트란을 사용해 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체를 합성하는 것이었다. 본 실험에 사용된 덱스트란은 실시예 1 및 2에 사용된 덱스트란의 분자량보다 대략 4배 더 작은 약 35~45 kDa의 분자량을 갖는다.
1000 mL 폴리 알파-1,3-글루칸 중합 반응을 다음과 같이 수행하였다. 수크로스(100 g; OmniPur Calbiochem 8550), 덱스트란(10 g, 35~45 kDa, DPw = 220~280, Sigma D1662), 및 칼륨 모노인산염(1.36 g, Sigma P5379)을 940 g의 수돗물에 용해시켜 pH 5.67을 얻었다. 이어서, 25℃/150 rpm으로 스터링을 시작한 후, 앞서 실시예에서 사용된 글루코실트랜스퍼라아제 100 U를 첨가하고, 25℃/150 rpm으로 스터링을 24시간 동안 계속하였다. 1.5시간 후, 50 mL의 불용성 생성물 샘플을 흡인 여과하고, 세척하고, 젖은 습윤 케이크(8.7 g)로 흡인하고, SEC 분석에 제공하였다. 24시간 후, 불용성 생성물 슬러리를 흡인 여과하고, 500 mL의 뜨거운 수돗물로 3회 세척하였다. 전체 물을 흡인 제거하고, 습윤 케이크를 칭량하였다(480 g). 습윤 케이크 샘플을 SEC 분석 및 고형분 백분율 결정(7.6 wt%)을 위해 채취하였고, 이 중 후자는 오븐 건조(60℃에서 3일 동안)로 수행되었다. 초기 습윤 케이크 중량 및 고형분 백분율을 기초로 총 불용성 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 생산 수율을 산출하였다. 1.5시간 및 12시간 후의 각각의 불용성 생성물의 분자량 프로파일을 결정하였다(표 9).
Figure pct00010
측정된 DPw에 기초하면, 2개 또는 최대 3개의 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄가 덱스트란 상에서 합성된 것으로 보인다. 본 실시예에 사용된 덱스트란(40 kDa)보다 대략 4배 더 큰 덱스트란(150 kDa 평균, 실시예 1)은 그 위에 합성된 약 4~5개의 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄를 갖기 때문에(실시예 1 참조), 이 결과는 흥미롭게 여겨진다. 40 kDa의 덱스트란 상에 2~3개의 측쇄가 합성될 수 있다면, 150 kDa의 덱스트란 상에서는 (4~5개 대신) 약 8~12개의 측쇄가 합성되었을 것으로 예상되었을 수 있다.
본 실시예에서 보듯이, 약 40 kDa의 덱스트란은 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄 합성을 프라이밍하는 데 사용될 수 있다. 이 결과는 유사한 분자량의 덱스트란이 더 큰 덱스트란 분자의 존재 하에 이러한 측쇄 합성을 프라이밍하지 않았음을 보여주는 실시예 1의 관점에서 주목할 만하다. 따라서, 더 작은 분자량의 덱스트란이 단독으로 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄 합성을 프라이밍할 수 있음을 보여주는 본 실시예의 결과를 고려하면 실시예 1에서 관찰된 분획 효과(더 큰 덱스트란이 불용성 생성물의 합성을 프라이밍하는 데 우선적으로 사용된 반면 더 작은 덱스트란은 용액에 남았음)는 더욱 흥미롭다. 이러한 이해에 관계없이, 본 실시예에서 생성된 그래프트 공중합체 각각은 선택적으로, 예를 들어 아래 실시예 8에 개시된 절차에 따라 가교될 수 있다.
실시예 5
매우 높은 분자량의 덱스트란 프라이머로부터 폴리 알파-1,3-글루칸 중합
본 실시예는 매우 높은 중량 평균 분자량(적어도 50 x 106 달톤)을 갖는 덱스트란 프라이머를 사용해 글루코실트랜스퍼라아제 효소로 폴리 알파-1,3-글루칸을 합성하는 것을 설명한다. 매우 큰 덱스트란 백본 및 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄를 포함하는 그래프트 공중합체를 제조하였다.
매우 높은 분자량을 갖는 덱스트란
본원에 참조로 포함되는 미국 출원 공개 2016/0122445호(GTF 0768을 사용한 실시예 9)에 기재된 바와 같이(단, (100 g/L의 수크로스 대신) 300 g/L의 수크로스를 사용하여) 매우 높은 중량 평균 분자량을 갖는 덱스트란을 먼저 제조하였다. 이 덱스트란의 연결 구조는 US2016/0122445(실시예 9)에 개시된 연결 구조와 일치하는 것으로 여겨졌고, 표 10은 US2016/0122445(실시예 9)에 개시된 바와 같이 DMSO 또는 DMSO/5% LiCl에 초기에 용해된 샘플에 대한 연결을 나타낸다.
Figure pct00011
이러한 정보 및 일부 다른 연구(데이터 표시 안 함)에 기초하면, 이 생성물은 서로로부터 반복적으로 분지하는 약 20 DP 길이(평균)의 장쇄(대부분 또는 모든 알파-1,6-연결을 포함함)가 존재하는 분지된 구조인 것으로 생각된다(예를 들어, 하나의 장쇄가 다른 장쇄로부터의 분지일 수 있고, 이는 다시 그 자체가 다른 장쇄로부터의 분지일 수 있는 등이다). 분지된 구조는 또한, 장쇄로부터 분지하는 짧은 분지를 포함하는 것으로 보이며, 이러한 단쇄는 예를 들어, 1~3 DP 길이이고 대부분 알파-1,3 및 알파-1,4 연결을 포함하는 것으로 여겨진다. 다른 장쇄로부터 분지하는 장쇄로부터이든 장쇄로부터 분지하는 단쇄로부터이든 덱스트란의 분지점은 알파-1,6 연결에 관여된 글루코스에서의 알파-1,3, 알파-1,4, 또는 알파-1,2 연결을 포함하는 것으로 보인다. 덱스트란의 모든 분지점의 대략 25%가 장쇄로 분지되었다.
본 실시예에서 제조된 덱스트란의 분자량 및 다른 크기 특징은 US2016/0122445(실시예 9)에 개시된 특징과 일치하는 것으로 여겨졌고, 이는 다음과 같다. 1.022 (+/- 0.025) x 108 g/mol(즉, 대략 100 x 106 달톤)의 중량 평균 분자량(Mw) (MALS 분석 결과), 243.33 (+/-0.42) nm의 z-평균 회전 반경(MALS 분석 결과), 215 nm의 z-평균 유체역학적 반경(QELS 분석 결과), 및 약 0.259의 입자 크기 분포(PSD) 표준 편차(QELS 분석 결과, 유체역학적 크기의 관점에서의 다분산도를 나타냄). 본 실시예에서 생성된 매우 높은 분자량의 덱스트란은 선택적으로, 가교된 덱스트란을 제조하기 위한 아래 실시예 9에 기재된 절차에 사용될 수 있다.
매우 높은 분자량의 덱스트란을 포함하는 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체
상기에서 제조된 매우 높은 중량 평균 분자량의 덱스트란을 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체를 제조하기 위해 다음의 효소 반응에 사용하였다.
앞서 실시예에서 사용된 100 g/L의 수크로스, 9.8 g/L의 덱스트란, 및 100 U/L의 글루코실트랜스퍼라아제를 사용해 25℃에서 150 rpm으로 스터링하면서 500 mL 폴리 알파-1,3-글루칸 합성 반응을 실시하였다. 이 반응을 설정하기 위해, 덱스트란(4.9 g)을 유발 및 막자로 분쇄하고, 470 g의 수돗물로 50℃에서 16시간 동안 스터링하여 탁한 용액을 얻었다. 이어서, 수크로스(50 g, OmniPur Calbiochem 8550) 및 칼륨 모노인산염(0.68 g, Sigma P5379)을 첨가하고 스터링 하에 용해시켜 pH 5.75를 얻었다. 용액을 25℃ 반응기에서 스트링한 후, 글루코실트랜스퍼라아제 효소(50 U)를 첨가하였다. 약 30분 후, 반응물은 약 5 mm 크기의 단단한 다공성 입자의 현탁액이 되었다.
2시간 후, 반응물로부터 50 mL의 샘플을 제거하였다(중합체가 피펫을 막아 불용성 생성물이 많이 얻어지지 않았다). 이 샘플(현탁액)을 두 시간가량 그대로 둔 후, 흡인 여과하고, 세척하고, 젖은 습윤 케이크(1.3 g)로 흡인하고, SEC 분석에 제공하였다. 효소 활성을 제거하도록 샘플을 비활성화시키지 않았기 때문에, 흡인 여과되기 전에 추가의 폴리 알파-1,3-글루칸이 형성되었을 가능성이 있다. 여과액을 가열하여 그 안의 효소를 비활성화시켰다. 반응을 24시간까지 지속시킨 후, 불용성 생성물 슬러리를 흡인 여과하고, 여과액(350 mL)을 저장하고 HPLC로 분석하였다.
100 mL/분 및 10 psig로 Millipore PELLICON 2 PLCTK 재생 셀룰로스 십자류 막을 가로질러 순환시켜 초기 여과액을 투석하였다. 이 투석은 (투과물을 통해) 단당류 및 올리고머를 제거하고, 투석 잔류물(retentate)에 미반응 가용성 덱스트란을 남기는 역할을 하였다. 투과물로 손실된 물을 보충하기 위해 재순환 공급물에 탈이온수를 연속적으로 첨가하였다(최종적으로, 단당류 및 올리고머를 세척하는 데 3500 mL의 물이 사용되었다). 이어서, 투석 잔류물을 동결건조시켜 0.1 g 미만의 미반응 덱스트란을 회수하였다. 효소 반응에서 가용성 덱스트란이 단지 소량인 이러한 결과는, 대부분의 덱스트란이 폴리 알파-1,3-글루칸 합성을 프라이밍하는 데 사용되어 덱스트란을 반응의 불용성 생성물로 유도했음을 나타낸다.
글루코실트랜스퍼라아제 반응의 불용성 생성물(덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체)을 500 mL의 뜨거운 수돗물로 3회 세척하였고, 생성물은 주로 5 mm의 입자와 소량의 미립자로 이루어졌다. 전체 물을 흡인 제거하고, 젖은 입자를 칭량하고(82.8 g; 24시간 샘플), SEC 및 고형분 백분율 결정을 위해 생성물 샘플을 제거하였다. 이를 위해 습윤 케이크 샘플(1.105 g)을 오븐 건조시켰다(60℃/2일). 단리된 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체는 약 25%의 덱스트란과 75%의 폴리 알파-1,3-글루칸을 포함하였다.
덱스트라나아제 분해 분석(실시예 1에 기재된 바와 같이 수행) 결과, 합성된 공중합체의 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄는 각각 대략 1000의 DPw를 갖는 것으로 나타났다. 이러한 측쇄 길이 분자량 추정치는 더 낮은 분자량의 덱스트란으로부터 합성된 측쇄에서 관찰된 것(실시예 1~2)과 동일하다.
이와 같이, (i) 매우 큰 분지된 덱스트란 백본 및 (ii) 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄를 포함하는 그래프트 공중합체를 제조하였다. 이러한 그래프트 공중합체는 선택적으로, 예를 들어 아래 실시예 8에 개시된 절차에 따라 가교될 수 있다.
실시예 6
매우 높은 분자량의 덱스트란을 포함하는 추가 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체의 제조
매우 높은 분자량의 덱스트란을 포함하는 추가의 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체를 본 실시예에서 제조하였다. 이러한 추가의 그래프트 공중합체를 합성하기 위해, 실시예 5에 기재된 매우 높은 분자량의 덱스트란을 사용하였다.
다음과 같은 수정 사항을 제외하고 실시예 5에 기재된 바와 같이 일반적으로, 8개의 글루코실트랜스퍼라아제(100 U/L) 반응을 설정하고 실시하였다. 나선의 리본형 스터러를 이용해 150 rpm으로 스터링되는 25℃, 1 L의 반응물에서 반응을 실시하였다. 표 11은 각각의 반응에 투입된 덱스트란과 수크로스의 양을 나타낸다. 반응의 pH는 5.2~5.8이었고, 조절되지 않은 채로 두었다. 반응이 시작되고 24시간 후에 불용성 생성물 샘플을 채취하고, 이 샘플을 여과 및 세척에 의해 후처리하였다. 생성된 습윤 케이크를 칭량하고, 그 샘플을 고형분 백분율 및 수율을 결정하기 위해 건조시켰다. 불용성 생성물 샘플을 SEC 및 NMR로 분석하였다. 각각의 반응 결과를 표 11에 요약하였다.
Figure pct00012
전반적으로, 더 높은 덱스트란 함량(예를 들어, 2.4~10.6 wt%)의 그래프트 공중합체가 더 큰 입자로 나타났고, 더 낮은 덱스트란 함량(예를 들어, 0.9~1.4 wt%)의 대조물에 비해 더 쉽게 여과되었다. 도 4 및 도 5는 각각 10.6 wt%의 덱스트란(표 11, 1행, 여과성이 더 큼) 및 0.9 wt%의 덱스트란(표 11, 8행, 여과성이 더 작음)을 함유하는 그래프트 공중합체 샘플의 사진을 나타낸다.
100 g/L의 수크로스 및 2, 5, 또는 10 g/L의 덱스트란을 사용해, 3개의 추가 글루코실트랜스퍼라아제(100 U/L) 반응을 바로 위에 기재된 바와 같이 일반적으로 설정하고 실시하였다. 이들 반응(24시간)은 각각 95%, 87.5%, 또는 75%의 알파-1,3 글루코시드 연결을 포함하는 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체를 생성하였다. 이 생성물 연결 프로파일은, 유사한 반응 조건(초기 수크로스 및 덱스트란 양) 하에 제조된 표 11의 1행과 3행에 나타낸 생성물과 일치한다(각각의 생성물의 덱스트란 성분은 주로 알파-1,6-글루코시드 연결을 나타냄을 주목).
본 실시예에서 생성된 그래프트 공중합체 각각은 선택적으로, 예를 들어 아래 실시예 8에 개시된 절차에 따라 가교될 수 있다.
실시예 7
매우 높은 분자량의 덱스트란을 포함하는 추가 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체의 제조
매우 높은 분자량의 덱스트란을 포함하는 또 다른 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체를 본 실시예에서 제조하였다.
공정 76, 공정 77, 및 공정 79로 아래에 기재된 3개의 개별적인 효소적 절차를 따라 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체의 샘플을 제조하였다. 이들 그래프트 공중합체 각각에서의 매우 높은 분자량의 덱스트란의 중량 백분율은 50%를 초과하였다.
공정 76
22 리터의 교반 둥근 바닥 플라스크에 1978 g의 수크로스, 4831 g의 탈이온수(DI water), 및 5.18 g의 제1인산칼륨을 첨가하였다. 고체가 용해된 후, pH를 6.5로 조절하였다. 배치 온도가 27℃에 도달했을 때, GTF 0768(미국 출원 공개 2016/0122445호)을 함유하는 세포 용해물 4.8 mL를 매우 높은 분자량을 갖는 덱스트란의 중합을 개시하기 위해 첨가하였다. 11.8 시간 후, 반응물을 60℃로 가열하고 30분 동안 유지시켜 GTF 효소를 비활성화시켰다. 이 제제에 9930 g의 탈이온수 및 11.8 g의 제1인산칼륨을 첨가하였다. pH를 5.5로 조절하고 온도를 33℃로 안정화시켰다. 이어서, 모든 또는 거의 모든 알파-1,3-글루코시드 연결을 갖는 폴리 알파-1,3-글루칸을 합성하는 S. 살리바리우스계 글루코실트랜스퍼라아제 효소를 포함하는 세포 용해물 42 mL를 첨가하여 (매우 높은 분자량의 덱스트란으로부터 알파-1,3-글루칸 측쇄를 합성하기 위한) 두 번째 중합을 시작하였다. 이 효소 첨가 직후, 56 wt%의 수크로스 수용액을 3.0 mL/분의 속도로 공급하기 시작하였다. 수크로스 용액을 2시간 19분 동안 공급하였다. 수크로스 첨가를 중단한 후, 반응물을 23.75시간 동안 교반 하에 33℃로 유지시켰다. 이어서, 반응물을 60℃로 가열하고 30분 동안 유지시켜 제2 효소를 비활성화시키고, 이로써 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체 생성물의 합성을 완료하였다. 최종 슬러리의 중량 분석 결과, 생성물은 3.1%로 측정되었다. 2%의 염화리튬을 함유하는 중수소화 DMSO에서 수행된 양성자 NMR 분석 결과, 그래프트 공중합체 생성물은 61 wt%의 덱스트란을 함유하는 것으로 나타났다.
공정 77
22 리터의 교반 둥근 바닥 플라스크에 2245 g의 수크로스, 5721 g의 탈이온수, 및 6.05 g의 제1인산칼륨을 첨가하였다. 고체가 용해된 후, pH를 6.5로 조절하였다. 배치 온도가 31℃에 도달했을 때, GTF 0768(미국 출원 공개 2016/0122445호)을 함유하는 세포 용해물 5.6 mL를 매우 높은 분자량을 갖는 덱스트란의 중합을 개시하기 위해 첨가하였다. 72.9 시간 후, 반응물을 60℃로 가열하고 30분 동안 유지시켜 GTF 효소를 비활성화시켰다. 이 제제에 9940 g의 탈이온수 및 11.8 g의 제1인산칼륨을 첨가하였다. pH를 5.5로 조절하고 온도를 33℃로 안정화시켰다. 이어서, 모든 또는 거의 모든 알파-1,3-글루코시드 연결을 갖는 폴리 알파-1,3-글루칸을 합성하는 S. 살리바리우스계 글루코실트랜스퍼라아제 효소를 포함하는 세포 용해물 42 mL를 첨가하여 (매우 높은 분자량의 덱스트란으로부터 알파-1,3-글루칸 측쇄를 합성하기 위한) 두 번째 중합을 시작하였다. 이 효소 첨가 직후, 56 wt%의 수크로스 수용액을 3.0 mL/분의 속도로 공급하기 시작하였다. 수크로스 용액을 3시간 28분 동안 공급하였다. 이는 431 g의 수크로스를 첨가하는 것에 상당하였다. 이어서, 반응물을 60℃로 가열하고 15분 동안 유지시켜 제2 효소를 비활성화시키고, 이로써 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체 생성물의 합성을 완료하였다. 2%의 염화리튬을 함유하는 중수소화 DMSO에서 수행된 양성자 NMR 분석 결과, 그래프트 공중합체 생성물은 82 wt%의 덱스트란을 함유하는 것으로 나타났다.
공정 79
2 리터의 교반 재킷형 수지 용기에 295 g의 수크로스, 721 g의 탈이온수, 및 0.77 g의 제1인산칼륨을 첨가하였다. 고체가 용해된 후, pH를 6.5로 조절하였다. 배치 온도가 27℃에 도달했을 때, GTF 0768(미국 출원 공개 2016/0122445호)을 함유하는 세포 용해물 0.72 mL를 매우 높은 분자량을 갖는 덱스트란의 중합을 개시하기 위해 첨가하였다. 71.8 시간 후, 반응물을 60℃로 가열하고 15분 동안 유지시켜 GTF 효소를 비활성화시켰다. 이 제제에 1516 g의 탈이온수 및 1.80 g의 제1인산칼륨을 첨가하였다. pH를 5.5로 조절하고 온도를 33℃로 안정화시켰다. 이어서, 모든 또는 거의 모든 알파-1,3-글루코시드 연결을 갖는 폴리 알파-1,3-글루칸을 합성하는 S. 살리바리우스계 글루코실트랜스퍼라아제 효소를 포함하는 세포 용해물 6 mL를 첨가하여 (매우 높은 분자량의 덱스트란으로부터 알파-1,3-글루칸 측쇄를 합성하기 위한) 두 번째 중합을 시작하였다. 이 효소 첨가 직후, 56 wt%의 수크로스 수용액을 41.4 mL/시간의 속도로 공급하기 시작하였다. 총 62.5 mL의 수크로스 수용액이 첨가되었다. 이는 44.1 g의 수크로스를 첨가하는 것에 상당하였다. 반응물을 17.6시간 동안 33℃로 유지시킨 후, 60℃로 가열하고 15분 동안 유지시켜 제2 효소를 비활성화시키고, 이로써 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체 생성물의 합성을 완료하였다. 2%의 염화리튬을 함유하는 중수소화 DMSO에서 수행된 양성자 NMR 분석 결과, 그래프트 공중합체 생성물은 90 wt%의 덱스트란을 함유하는 것으로 나타났다.
이와 같이, 상기 절차에 따라 추가 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체 샘플을 제조하였다. 이들 그래프트 공중합체 각각을 아래 실시예 8에서 개별적으로 사용하여, 가교된 그래프트 공중합체를 제조하였다.
실시예 8
수성 액체 흡수 용품을 위한 가교된 그래프트 공중합체의 제조
본 실시예는 가교된 그래프트 공중합체를 생성하기 위해 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체를 가교시키는 것을 설명한다. 이들 가교된 그래프트 공중합체는 가교되지 않은 대조물에 비해 향상된 수성 액체 흡수를 나타냈다.
가교 반응
실시예 7의 공정 76(61 wt%의 덱스트란을 갖는 그래프트 공중합체), 공정 77(82 wt%의 덱스트란을 갖는 그래프트 공중합체), 또는 공정 79(90 wt%의 덱스트란을 갖는 그래프트 공중합체)에서 생성된 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체를 사용해 아래 프로토콜에 따라 개별 가교 반응을 수행하였다. 아래 설명의 편의를 위해, 이들 그래프트 공중합체는 각각의 합성 공정 번호(76, 77, 또는 79)로 지칭될 것이다.
1. 약 5 g (공정-76) 또는 10g (공정-77 또는 공정-79)의 그래프트 공중합체를 각각 약 45 g 또는 90 g의 탈이온수에서 수화시켜, 약 10 wt%의 그래프트 공중합체를 포함하는 혼합물을 생성하였다.
2. 이 혼합물에 NaOH 용액(50 wt%)을 첨가하였다(5 g의 그래프트 공중합체의 경우 12 g의 NaOH, 10 g의 그래프트 공중합체의 경우 24 g의 NaOH).
3. 혼합물을 진탕 테이블에서 30분 동안 스터링하였으며, 이 시간 동안 그래프트 공중합체가 용해되고 점도는 증가하였다. 생성된 용액의 색은 호박색이었다.
4. 새로 증류된 염화포스포릴(POCl3) 2개의 분취 시료를 격렬한 스터링 하에 POCl3의 최종 농도가 1.6 wt%가 되도록 용액에 서서히 첨가하여, 가교 반응을 제공하였다. 공정-76 그래프트 공중합체를 포함하는 가교 반응은 POCl3 첨가 중에 그리고 후에 스터링이 계속될 수 있도록 탈이온수를 첨가할 필요가 있을 정도로 점도를 증가시켰다.
5. 반응물을 1시간 동안 스터링하였고, 이 시간 동안 반응물은 겔화되었다. 이어서, 반응물을 여과하고, AgNO3를 사용하여 NaCl을 검출할 수 없을 때까지 (필요에 따라 HCl로 조절하면서) 거의 중성 조건까지 세척하였다.
6. 가교된 그래프트 공중합체 생성물을 질소 플러싱 하에 80℃ 진공 오븐에서 약 60시간 동안 건조시켰다. 각각의 가교 반응에 대한 생성 물질은 취성이었고, 각각의 생성물을 소형 커피 분쇄기로 분쇄하고 보관하였다.
이와 같이, 가교된 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체를 제조하였다(이하, 가교된 공정-76, 공정-77, 또는 공정-79 그래프트 공중합체라 함). 가교된 공정-76, 공정-77, 및 공정-79 그래프트 공중합체의 생산 수율은 각각 95%, 31%, 및 38%인 것으로 측정되었다.
원심분리 보수능(CRC) 평가
각각의 가교된 그래프트 공중합체, 뿐만 아니라 각각의 가교되지 않은 대조물에 대해 다음과 같이 CRC 평가를 통해 수성 액체 흡수능을 시험하였다.
다당류(가교된 또는 가교되지 않은 그래프트 공중합체) (200 mg)를 칭량된 50 mm x 80 mm의 티백 안에 열 밀봉하고, 탈이온수 또는 0.9 wt%의 NaCl 용액에 30분 동안 침지시켰다. NaCl 용액은 소변을 시뮬레이션하기 위해 사용되었다. 이어서, 티백을 바스켓 원심분리기에 넣고 1878 rpm으로 3분 동안 회전시켰다. 이에 따라, 티백, 건조 다당류, 및 티백에 유지된 액체의 중량을 측정하였다. 다음의 식을 이용해 바스켓 CRC(건조 중합체 g당 유지된 액체의 g)를 산출하였다.
[(원심분리 후 티백과 중합체의 중량) - (3 x 건조 티백의 중량* + 건조 중합체의 중량)] / 건조 중합체의 중량.
* 티백이 결과를 왜곡시킬 수 있는 추가 액체를 흡수하므로, 티백 중량의 3배의 보정 계수를 실험적으로 결정하고 이에 따라 상기 식에 적용하였다.
특정 관찰
- 가교된 공정-76, 공정-77, 및 공정-79 그래프트 공중합체 각각은 매우 잘 수화되었다.
- 가교된 공정-76, 공정-77, 및 공정-79 그래프트 공중합체 각각은 세척 중에 상당량 팽창하였다. 이는 수분 흡수의 개선과 함께 가교가 발생했음을 나타내는 고무적인 신호였다.
- CRC 평가 결과는 아래 표 12에 보고되어 있다(데이터는 2회 반복의 평균을 나타냄). 일반적으로, 각각의 가교된 그래프트 공중합체는 각각의 가교되지 않은 대조물에 비해 더 높은 수성 액체 흡수를 나타냈다. 주목할 것은, 공정-76 그래프트 공중합체의 가교 반응은 적절한 스터링을 가능하게 하기 위해 POCl3 첨가 중에 상당량의 첨가된 탈이온수를 필요로 했다는 것이다. 이러한 더 높은 희석은 이 가교된 그래프트 공중합체가 가교된 공정-77 및 공정-79 그래프트 공중합체에 비해 더 낮은 흡수 프로파일을 나타내는 이유에 대한 원인으로 생각된다.
Figure pct00013
따라서, 본원의 가교된 그래프트 공중합체는 가교되지 않은 대조물에 비해 향상된 수성 액체 흡수를 나타낸다. 이러한 활성을 고려하면, 가교된 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체는 상기 개시된 다양한 수성 액체 흡수 용품에 사용하기에 적합한 것으로 생각된다.
실시예 9
수성 액체 흡수 용품을 위한 가교된 매우 높은 분자량의 덱스트란의 제조
본 실시예는 다양한 가교제를 이용해 매우 높은 분자량의 덱스트란("매우 큰 덱스트란")을 가교시키는 것을 설명한다.
본 실시예에서의 모든 가교 연구에 사용된 덱스트란 샘플은, 예를 들어 실시예 5 및 7에서 상기 개시된 바와 같이, 효소 GTF 0768(미국 출원 공개 2016/0122445호)을 이용해 제조되었다. CRC 측정은 상기 실시예 8에 기재된 절차에 따라 이루어졌다. 하중 하의 흡수(AUL) 측정은 본원에 참조로 포함되는 EDANA 표준 시험 WSP 242.2.R3 (12)에 개시된 절차에 따라 이루어졌다.
염화포스포릴(POCl 3 )을 이용한 가교
물(22.5 g)에 매우 높은 분자량의 덱스트란(2.5 g)을 스터링 하에 조금씩 첨가하였다. 용액을 균질해지도록 천천히 스터링하였다. 이어서, 수산화나트륨 용액(6 g, Fisher Scientific, 50%)을 첨가하였다. 생성된 제제를 실온에서 30분 동안 천천히 스터링하였다. 이어서, POCl3(0.4 g, Aldrich, 새로 증류, bp 106~107℃)를 2회 나누어 첨가하였다. 생성된 제제를 약 20분 동안 유리 막대로 격렬하게 스터링하였다. 생성된 겔을 밤새 실온에 둔 후, 물로 거의 중성 pH까지 철저히 세척하고, 동결건조기에서 건조시켜 백색 고체를 얻었다. 이와 같이, 가교된 매우 높은 분자량의 덱스트란을 제조하였다.
이어서, 흡수되는 액체로서 0.9%의 NaCl 용액을 사용하여 생성물의 AUL 및 CRC 측정을 수행하였다. 가교된 매우 높은 분자량의 덱스트란은 0.82의 psi(평방 인치당 파운드) 하에서 17.3 g/g의 AUL 및, 23.1 g/g의 CRC를 갖는 것으로 측정되었다.
트리메타인산나트륨(STMP)을 이용한 가교
기계식 스터러가 있는 플라스크에서 매우 높은 분자량의 덱스트란(5 g)을 50 mL의 물에 용해시켰다. 이어서, 약 159 rpm으로 스터링하면서 수산화나트륨 용액(10%, 1 g)을 첨가하였다. 이어서, 스터링 중인 제제에 STMP 용액(탈이온수 10 mL 중의 2.0 g의 STMP)을 첨가하였다. 1시간의 스터링 후, 또 다른 NaOH(10%) 용액 1.0 g을 적가하였다. 다시, 1시간이 더 지난 후, NaOH(10%) 용액 1.0 g을 적가하였다. 스터링을 51 rpm으로 조절하고 밤새 계속하였다. 생성된 물질을 많은 양의 물로 중성 pH까지 세척한 후, 진공 하에 건조시켜 백색 고체를 얻었다. 이와 같이, 가교된 매우 높은 분자량의 덱스트란을 제조하였다.
이어서, 흡수되는 액체로서 0.9%의 NaCl 용액을 사용하여 생성물의 AUL 및 CRC 측정을 수행하였다. 가교된 매우 높은 분자량의 덱스트란은 0.82의 psi 하에서 13.3 g/g의 AUL 및, 12.2 g/g의 CRC를 갖는 것으로 측정되었다.
시트르산을 이용한 가교
물(48.5 g)에 매우 높은 분자량의 덱스트란(5.6 g)을 스터링 하에 조금씩 첨가하였다. 균질한 점성 용액이 형성될 때까지 제제를 천천히 스터링하였다. 이어서, 시트르산(1.0 g)을 첨가한 후, 제제를 60℃의 진공 오븐에서 3일에 걸쳐 건조시켰다. 물(5 mL)을 첨가하고, 생성된 제제를 실온에서 6시간 동안 스터링하여 점성 제제를 얻었다. 이 제제를 동결건조시켜 백색 고체를 얻었다. 이와 같이, 가교된 매우 높은 분자량의 덱스트란을 제조하였다.
이어서, 흡수되는 액체로서 0.9%의 NaCl 용액을 사용하여 생성물의 AUL 및 CRC 측정을 수행하였다. 가교된 매우 높은 분자량의 덱스트란은 0.82의 psi 하에서 7.1 g/g의 AUL 및, 9.5 g/g의 CRC를 갖는 것으로 측정되었다.
붕산을 이용한 가교
붕산(0.16 g)을 물(5 mL)에 용해시킨 후, NaOH 용액(2%, 약 2.5 mL)을 첨가하여 pH를 약 10으로 조절하였다. 이어서, 더 많은 물을 첨가하여 총 용액 부피를 14 mL로 만들었다. 이 용액에 매우 높은 분자량의 덱스트란(0.97 g)을 스터링 하에 조금씩 첨가하였다. 제제를 밤새 실온에 둔 후, 동결건조에 의해 건조시켜 고체를 얻었다. 이와 같이, 가교된 매우 높은 분자량의 덱스트란을 제조하였다.
이어서, 흡수되는 액체로서 0.9%의 NaCl 용액을 사용하여 생성물의 AUL 및 CRC 측정을 수행하였다. 가교된 매우 높은 분자량의 덱스트란은 0.82의 psi 하에서 14.2 g/g의 AUL 및, 17.2 g/g의 CRC를 갖는 것으로 측정되었다.
에피클로로히드린(ECH)을 이용한 가교
물(17.5 g)에 매우 높은 분자량의 덱스트란(2.5 g)을 스터링 하에 조금씩 첨가하였다. 균질한 겔이 형성될 때까지 용액을 천천히 스터링하였다. 이어서, 수산화나트륨 용액(10%, 10 g) 및 물 5 g을 첨가한 후, ECH(0.84 g)를 첨가하였다. 이 제제를 실온에서 스터링하였다. 생성된 겔을 물로 거의 중성 pH까지 세척하였다. 세척된 겔을 동결건조에 의해 건조시켜 고체를 얻었다. 이와 같이, 가교된 매우 높은 분자량의 덱스트란을 제조하였다.
이어서, 흡수되는 액체로서 0.9%의 NaCl 용액을 사용하여 생성물의 AUL 및 CRC 측정을 수행하였다. 가교된 매우 높은 분자량의 덱스트란은 0.82의 psi 하에서 15.4 g/g의 AUL 및, 10.1 g/g의 CRC를 갖는 것으로 측정되었다.
디비닐 설폰(DVS)을 이용한 가교
50 g의 물 및 2.5 g의 NaOH 용액(2 wt%)에 매우 높은 분자량의 덱스트란(5.0 g)을 첨가하였다. 이 제제를 밤새 스터링한 후, 물 4.5 g 중의 DVS(0.225 g)를 스터링 하에 첨가하였다. DVS의 첨가 후, 제제의 점도는 매우 빠르게 증가하였다. 제제를 3일에 걸쳐 실온에 둔 후, 물로 거의 중성 pH까지 세척한 다음, 동결건조에 의해 건조시켜 고체를 얻었다. 이와 같이, 가교된 매우 높은 분자량의 덱스트란을 제조하였다.
이어서, 흡수되는 액체로서 0.9%의 NaCl 용액을 사용하여 생성물의 AUL 및 CRC 측정을 수행하였다. 가교된 매우 높은 분자량의 덱스트란은 0.82의 psi 하에서 13 g/g의 AUL 및, 10.6 g/g의 CRC를 갖는 것으로 측정되었다.
이와 같이, 여러 가교제를 이용해 매우 높은 분자량의 덱스트란을 가교시켰다. 이들 가교된 덱스트란 물질 각각은 수성 액체의 흡수를 나타냈으며, 따라서 상기 개시된 다양한 수성 액체 흡수 용품에 사용하기에 적합한 것으로 생각된다.

Claims (16)

  1. 가교된 그래프트 공중합체를 포함하는 조성물로서, 가교된 그래프트 공중합체의 그래프트 공중합체 부분이
    (i) 덱스트란을 포함하는 백본, 및
    (ii) 적어도 약 50%의 알파-1,3-글루코시드 연결을 포함하는 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄
    를 포함하는, 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 가교된 그래프트 공중합체의 하나 이상의 가교는 공유 결합인, 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 가교된 그래프트 공중합체의 하나 이상의 가교는 인을 포함하는, 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 가교된 그래프트 공중합체의 하나 이상의 가교는 인산이에스테르 결합을 포함하는, 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 가교된 그래프트 공중합체의 그래프트 공중합체 부분은 적어도 약 50 wt%의 덱스트란을 포함하는, 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 덱스트란은 적어도 약 100000 달톤의 중량 평균 분자량(Mw)을 갖는, 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄는 적어도 약 95%의 알파-1,3-글루코시드 연결을 포함하는, 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 하나 이상의 개별 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄의 Mw는 적어도 약 100000 달톤인, 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 덱스트란은
    (i) 위치 1 및 6에 연결된 약 87~93 wt%의 글루코스;
    (ii) 위치 1 및 3에 연결된 약 0.1~1.2 wt%의 글루코스;
    (iii) 위치 1 및 4에 연결된 약 0.1~0.7 wt%의 글루코스;
    (iv) 위치 1, 3 및 6에 연결된 약 7.7~8.6 wt%의 글루코스; 및
    (v) (a) 위치 1, 2 및 6, 또는
    (b) 위치 1, 4 및 6에 연결된 약 0.4~1.7 wt%의 글루코스
    를 포함하고,
    상기 덱스트란의 Mw는 약 50~200 x 106 달톤인, 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 상기 덱스트란의 Mw는 적어도 약 100 x 106 달톤인, 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 가교된 그래프트 공중합체는 가교된 그래프트 공중합체 g당 적어도 약 6 g의 수성 유체의 원심분리 보수능(CRC)을 갖는, 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 가교된 그래프트 공중합체는 상기 그래프트 공중합체 부분을 가교제 및 용매와 접촉시켜 생성되고, 선택적으로 상기 가교제는 염화포스포릴을 포함하고/하거나 상기 용매는 수성 용매인, 조성물.
  13. 제1항에 있어서, 조성물이 퍼스널 케어 제품, 가정용 케어 제품, 의료 제품, 또는 산업 제품인 조성물.
  14. 가교된 그래프트 공중합체를 제조하는 방법으로서,
    (a) 적어도 용매, 가교제, 및 그래프트 공중합체를 접촉시켜
    (상기 그래프트 공중합체는
    (i) 덱스트란을 포함하는 백본, 및
    (ii) 적어도 약 50%의 알파-1,3-글루코시드 연결을 포함하는 폴리 알파-1,3-글루칸 측쇄를 포함함),
    가교된 그래프트 공중합체를 생성하는 단계; 및
    (b) 선택적으로, 단계 (a)에서 생성된 가교된 그래프트 공중합체를 단리시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 용매는 수성인, 방법.
  16. 가교된 덱스트란을 포함하는 조성물로서, 상기 덱스트란은
    (i) 위치 1 및 6에 연결된 약 87~93 wt%의 글루코스;
    (ii) 위치 1 및 3에 연결된 약 0.1~1.2 wt%의 글루코스;
    (iii) 위치 1 및 4에 연결된 약 0.1~0.7 wt%의 글루코스;
    (iv) 위치 1, 3 및 6에 연결된 약 7.7~8.6 wt%의 글루코스; 및
    (v) (a) 위치 1, 2 및 6, 또는
    (b) 위치 1, 4 및 6에 연결된 약 0.4~1.7 wt%의 글루코스
    를 포함하고,
    상기 덱스트란의 중량 평균 분자량(Mw)은 약 50~200 x 106 달톤인, 조성물.
KR1020197026279A 2017-02-16 2018-02-13 가교된 덱스트란 및 가교된 덱스트란-폴리 알파-1,3-글루칸 그래프트 공중합체 KR20190112128A (ko)

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