SE451715B - Porost material med en biologiskt aktiv substans immobiliserad pa ytan samt framstellning derav - Google Patents

Description

451 715 Uppfinningen hänför sig även till sättet för framställning av mate- rial enligt uppfinningen.

Med “sorptivt oorganiskt material" avses här att det oorganiska materialet antingen är sorptivt i sig självt eller har behandlats för att bli sorptivt och kunna sorbera molekyler. Sorptiva proces- ser omfattar härvid absorption och adsorption, vilket inkluderar fysikalisk adsorption och kemisorption, och kombinationer härav.

Med uttrycket "huvudsakligen olöslig“ avses här att det oorganis- ka materialet är huvudsakligen olösligt i ämnen, med vilka det kommer i kontakt under framställningen av det porösa materialet enligt uppfinningen och vid användningen av sådana porösa materi- al enligt deras avsedda användning.

Det är i allmänhet fördelaktigt att åtminstone delvis torka mate- rialet sedan tillsatsmedlet olösliggjorts, för att underlätta hand- havande och/eller lagring. Torkning kan t.ex. ske i luft eller me- tanol.

Vid framställning av föreliggande material omvandlas uppslamningen till smâdroppar, som bringas i kontakt med en reaktant, som kan ut- fälla den olösliga formen av tillsatsmedlet till att ge huvudsakli- gen sfäriska diskreta partiklar av en mellanprodukt, så att huvud- sakligen sfäriska diskreta porösa partiklar bildas efter avlägsnan- de av det utfällda olösliggjorda tillsatsmedlet. Mellanprodukten separeras lämpligen från den utfällande reaktanten, innan den be- handlas för att avlägsna den utfällda formen av tillsatsmedlet.

Den olösliga formen av tillsatsmedlet avlägsnas lämpligen genom uppvärmning av mellanprodukten till en temperatur, vid vilken det olösliggjorda tillsatsmedlet "brännes bort" för att ge ett poröst material, dvs att det olösliggjorda tillsatsmedlet fungerar som flyktigt tillsatsmedel.

Förutom tillsatsmedlet kan ytterligare ett porositetsbildande flyk- tigt material införas i mellanprodukten och sedan användas för att åstadkomma porositet i det porösa materialet, och härigenom tjäna till att öka eller modifiera porositeten som åstadkommas vid av- lägsnande av det olösliggjorda tillsatsmedlet. 451 715 Den brittiska patentskriften 1 421 531 beskriver bl.a. ett sätt *för framställning av diskreta porösa partiklar med i det inre sam- manhängande porer för selektiv retention av förutbestämda makromo- lekyler ur ett flytande medium. Sättet enligt uppfinningen använ- des för framställning av diskreta porösa partiklar och immobilise- ring av sådana makromolekyler. Härvid bör det porösa materialet ha en sådan porstruktur som tillåter molekylerna att tränga in i ma- terialet och sorberas av det sorptiva oorganiska materialet. I den brittiska patentskriften 1 421 531 belyses porstorleken och dess relation till storleken på molekylerna, som kan sorberas eller exkluderas från sorption, närmare.

Porstorleken i det porösa materialet och sålunda storleken på mo- lekylerna som exkluderas eller tillåts tränga in i partiklarna, kan varieras genom att variera mängden tillsatsmedel eller flyk- tigt medel, eller genom att införa lämpliga tillsatsmedel eller flyktiga medel vid tillverkningssteget.

I vissa fall kan oorganiska joner bli införda i mellanprodukten, t.ex. genom samverkan med tillsatsmedlet så att ett komplex bildas, och ge upphov till föroreningar i det porösa materialet efter upp- värmningen. Om dessa föroreningar är lösliga, kan de avlägsnas ge- nom behandling av det porösa materialet med ett lämpligt lösnings- medel.

Exempel på tillsatsmedel som kan omvandlas till en olöslig form och som kan användas för framställning av ett material enligt upp- finningen, är material med hög molekylvikt som alginsyra, algina- ter, pektin, polygalakturonsyra och proteiner. Dessa tillsatsmedel föredras av ekonomiska skäl, men andra dyrbara=tillsatsmedely som* ' kan omvandlas till olöslig form, kan användas, t.ex. karboxietyl- cellulosaderivat, gummi, som ger olösliga produkter med syror el- ler katjoniska lösningar, derivat av polyakrylsyra, polymerer av f styrenmaleinsyraanhydrid och nukleinsyror.

Med “olöslig form" när det gäller tillsatsmedlet avses att det är huvudsakligen olösligt i substanser som användes under bildningen av mellanprodukten, exempelvis reaktanter som användes vid utfäll- ningen och substanser som användes vid den vidare behandlingen av mellanprodukten, t.ex. torkmedel. 451 715 Exempel på ytterligare porositetsbildande flyktiga material som kan införlivas i mellanprodukten, förutom de tillsatsmedel som kan omvandlas till olöslig form, är hemoglobin och löslig stär- kelse och pulverformiga olösliga polymerer. Vissa andra substanser kan också användas som porositetsbildande flyktiga material, t.ex. kasein, gelatin och vegetabiliska proteiner liksom "flyktiga till- satsmedel" som beskrives i ovannämnda brittiska patentskrift, t.ex. ammoniumkarbonat, polyvinylalkohol, dextran, ovalbumin. ox-serumalbumin och Vid valet av det ytterligare porositetsbildande flyktiga materia- let gäller att man lämpligen skall välja en substans som inte lätt diffunderar eller urlakas från uppslamningen under omvandlingen av tillsatsmedlet till olöslig form. Det skall heller inte ge upp- hov till för tidig utfällning, dvs före droppbildningen. Exempel- vis gäller, att när ett alginat användes som tillsatsmedel, bör in- te vissa kaseinpreparat användas, som innehåller kalciumjoner som förorening, eftersom dessa joner förorsakar för tidig utfällning av kalciumalginat.

Det antages att tillsatsmedlet och det porositetsbildande flykti- ga materialet bidrar till bildningen av de med varandra samman- bundna porerna, dvs ett poröst nätverk, i det porösa materialet.

Exempel på oorganiska material som kan omvandlas till porösa mate- rial enligt uppfinningen är titanoxid, kalciumfosfat, vissa natur- produkter som bentonit och celit, och andra oorganiska material som anges i den brittiska patentskriften 1 421 531, dvs aluminium- oxid, bariumsulfat, zinkoxid och kalciumsulfat.

Lämpligen framställes diskreta porösa partiklar enligt uppfinnin- gen genom att ett finfördelat, huvudsakligen olösligt, sorptivt oorganiskt material och en vattenhaltig lösning av ett lösligt al- ginat, t.ex. natriumalginat, blandas till en uppslamning, som om- formas till smådroppar, vilka bringas i kontakt med en reaktant, t.ex. vattenhaltig kalciumkloridlösning, som kan fälla ut det lös- liga alginatet i olöslig form för att därigenom bilda partiklar av en mellanprodukt innehållande partiklar av oorganiskt material sam- manbundna av det utfällda alginatet, och uppvärmning av mellanpro- duktpartiklarna för att avlägsna åtminstone en del av alginatet för att därigenom bilda diskreta porösa partiklar, varefter en nu, 'M 451 715 5 biologiskt aktiv substans bringas i kontakt med partiklarna.

Lämpligen kan även de diskreta porösa partiklarna enligt uppfinnin- gen framställas genom att ett finfördelat, huvudsakligen olösligt, sorptivt oorganiskt material och en vattenhaltig lösning av ett lösligt alginat, t.ex. ammoniumalginat, blandas till en uppslam- ning, som omvandlas till smådroppar, vilka bringas i kontakt med en sur reaktant för utfällning av alginsyra för att härigenom bil- da mellanproduktpartiklar innehållande partiklar av det oorganis- ka materialet sammanbundna av den utfällda alginsyran, och upp- värmning av mellanproduktpartiklarna för att avlägsna åtminstone en del av alginsyran till att bilda diskreta porösa partiklar, var- efter partiklarna bringas:i kontakt med en biologiskt aktiv substans.

I båda de föregående utföringsformerna kan uppslamningen eventu- ellt innehålla ytterligare ett porositetsbildande flyktigt mate- rial för att ge ökad eller modifierad porositet i de diskreta po- rösa partiklarna.

Diskreta porösa partiklar som selektivt kan kvarhâlla makromoleky- ler i ett flytande medium har framställts av titanoxid, celity ben- tonit och kalciumsulfat med en partikeldiameter på 200-500 pm med porstorlekar som är tillräckliga för att släppa in makromolekyler som sedan sorberas. Partiklarna kan framställas i storlekar som passar speciella användningar och kan om så önskas framställas i storlekar som ligger utanför ovannämnda område. Beroende på använd- ningen kan partiklarna framställas i storlekar på t.ex. 50}nn - 5 mm diameter.

Ett exempel på en makromolekyl som selektivt kvarhalles på diskre-f ta porösa partiklar enligt uppfinningen är hemoglobin, som kvar- hölls selektivt ur en vattenhaltig lösning innehållande hemoglobin och ox-serumalbumin. Exempel på andra makromolekyler som selektivt kan kvarhållas angives i den brittiska patentskriften 1 421 531.

Det har visat sig att ett antal faktorer påverkar storleken av de diskreta porösa partiklarna enligt uppfinningen. Sålunda beror storleken på mängden oorganiskt material i uppslamningen, uppslam- ningens droppstorlek före omvandlingssteget, exempelvis utfällnings- steget, och graden av porositet. Droppstorleken beror på uppslam- 451 715 ningens viskositet och när ett munstycke användes för framställning av dropparna på munstycksmynningsdiametern, typ av munstycke t.ex. nål-, virvel- eller atomiseringsmunstycke, och hastigheten med vil- ken uppslamningen sprutas ut ur mynningen..

Dessa faktorer kan varieras för framställning av partiklar av öns- kad storlek.

Pâ det porösa materialet enligt föreliggande uppfinning kan såsom biologiskt aktiva substanser t.ex. enzymer vara immobiliserade, t.ex. enligt den uppfinning som anges i den brittiska patentansökan nr. 28 212/74, motsvarande tyska publiceringsskriften 25 27 884.

Sålunda har amyloglukosidas immobiliserats-på diskreta porösa par- tiklar av TiO2 och celit.

Uppfinningen beskrives närmare genom nedanstående exempel, varvid exempel 1-8 åskådliggör förfarandet den första delen av förfarandet, nämligen framställning av porösa partiklar och exempel 9 åskådlig- gör den sista delen av förfarandet.

Exempel 1 200 g Ti02 uppslammades i 1 liter av en 1% vattenhaltig lösning av natriumalginat (Welgum Alginate Industries Ltd.) genom malning i kulkvarn under 5 timmar till att ge en uppslamning med lämplig viskositet för bildning av smâdroppar. Uppslamningen tillsattes droppvis genom ett pipettmunstycke (1 mm diameter) till en lösning av 0,1 M kalciumklorid till att bilda diskreta partiklar av en mel- lanprodukt innehållande TiO2-partiklar sammanbundna av utfällt kal- ciumalginat. Dessa partiklar var starka nog för hantering och över- fördes till metanol, där de fick dehydrera till 25% av originalvo- lymen. Därefter uppvärmdes partiklarna i en ugn till 100°C under 1-2 timmar och sintrades slutligen vid 90000 till att ge diskreta porösa partiklar av titanoxid med 500}nn diameter.

Exempel 2 200 g celit uppslammades i 1 liter av en 2% vattenhaltig lösning av natriumalginat (Welgum Alginate Industries Ltd.) genom malning i kulkvarn under 5 timmar. På samma sätt som i exempel 1 tillsattes uppslamningen droppvis till en 0,1 M kalciumkloridlösning till att ge diskreta partiklar av en mellanprodukt bestående av partiklar av celit sammanbundna av utfällt kalciumalginat. Partiklarna tor- ku 431 451 7,15 kades i luft och sedan i en ugn vid 100°C och sintrades slutligen . o . _ __ _ vid 1150 C till att ge diskreta porosa partiklar av celit med en diameter på 500 }mn Exempel 3 200 g TiO2 uppslammades i 1 liter av en 2% vattenhaltig lösning av ammoniumalginat (Collatex A/RK EXTRA, Alginate Industries Ltd.) med användning av en homogeniseringsmaskin under 20 minuter. Upp- slamningen tillsattes droppvis genom ett pipettmunstycke med 1 mm diameter till 0,1 M HCl till att bilda diskreta partiklar av en mellanprodukt innehållande.TiO2-partiklar sammanbundna med algin- syra. Dessa torkades i luft och upphettades till att ge diskreta porösa partiklar av titanoxid.

Exempel 4 Till ett prov av uppslamningen framställd enligt exempel 1 till- sattes 10 vikt-% hemoglobin som ett ytterligare porositetsbildande flyktigt material. Uppslamningen omvandlades till smâdroppar och behandlades såsom i exempel 1 till att ge diskreta porösa partiklar.

Exempel 5 Sättet enligt exempel 4 upprepades, förutom att 10 vikt-% löslig stärkelse tillsattes som ytterligare porositetsbildande material till att ge diskreta porösa partiklar.

Exempel 6 600 g celit (t.ex. Koch-Light Laboratories Ltd.) och 10 g löslig stärkelse (t.ex. BDH Ltd.) uppslammades i 6 liter av en 1% vatten- haltig lösning av natriumalginat genom homogenisering i en homoge- niseringsmaskin under 20 minuter; Den resulterande uppslamningen tillsattes droppvis till en 0,1 M vattenhaltig kalciumkloridlösning till att ge diskreta partiklar av en mellanprodukt innehållande celitpartiklar och stärkelse sammanbundna med kalciumalginat. De diskreta partiklarna torkades i metanol och sedan i luft vid 80°C och uppvärmdes därefter till 1150°C till att ge diskreta porösa partiklar av celit med en diameter på 500 pm» Exempel 7 20 g TiO2 och 5 g av det i handeln förekommande polymerhartset Amberlite CG50 100-200 mesh som ytterligare porositetsbildande ma- terial uppslammades i 100 ml av en 1% vattenhaltig lösning av nat- 451 715 8 riumalginat. Den resulterande uppslamnin gen tillsattes droppvis till en 0,1 M CaCl2 -lösning till att ge diskreta partiklar beståen- de av kalciumfosfat sammanbundna av utfällt kalciumalginat. Det visade sig att partiklarna kunde torkas i luft eller metanol och ge partiklar starka nog för hantering. Partiklarna upphettades till att ge diskreta porösa partiklar av kalciumfosfat.

Exempel 8 20 g kalciumortofosfat nedrördes i 100 ml 1% vattenlösning av nat- riumalginat av det slag som användes i exempel 1, och utan dröjs- mål sattes den resulterande uppslamningen till en 0,1 M CaCl ning till ett ge diskreta partiklar bestående av kalciumfosfat sam- manbundna av utfällt kalciumalginat. Det visade sig att partiklarna kunde torkas i luft eller metanol och ge partiklar starka nog för hantering. Partiklarna upphettades till att ge diskreta porösa par- tiklar av kalciumfosfat. 2-lös- Exempel 9 Enligt detta exempel immobiliserades en biologiskt aktiv substans, i detta fall enzymet papain, på diskreta porösa partiklar.

Sålunda blandades 5 ml diskreta porösa partiklar av celit framställ- da såsom i exempel 6, omsorgsfullt med 1,5 ml Pasol på is, där "Pa- sol" är ett papainpreparat i lösning från Powell and Schofield.

En 4%-ig lösning av Tannia som är en syntetisk polyfenol från t.ex.

Harshaw Chemicals i 2:1 vattenzaceton framställdes och pH-värdet justerades till 7 med Na0H. Till 2,25 ml av denna lösning tillsat- tes 0,6 ml formaldehyd. Den resulterande lösningen tillsattes till celitpartiklarna och Pasol, varefter det hela lämnades på is under 75 minuter. V I Kf' De resulterande celitpartiklarna på vilka papainenzvmet hade immo- biliserats tvättades i avminieraliserat vatten och provades med av- seende på enzymaktyüigtmed användning av bensoyl-alginin-etylester som substrat och mätte esterasaktiviteten. Den olösliga aktivite- ten var 10% av den lösliga aktiviteten. 7

Claims (4)

1. 451 715 Patentkrav

1. Poröst material med en biologiskt aktiv substans immobilise- rad på vtan, k ä n n e t e c k n a t av att det är framställt genom att en uppslamning bestående av partiklar av ett finförde- lat, huvudsakligen olösligt, sorptivt, oorganiskt material, ett tillsatsmedel och ett lösningsmedel för tillsatsmedlet, varvid tillsatsmedlet kan överföres till olöslig form, behandlats genom att uppslamningen omvandlats till smådroppar, vilka bringats i kontakt med en reaktant, som fällt ut den olösliga formen av till- satsmedlet, för att därigenom bilda en mellanprodukt av partik- larna av det oorganiska materialet sammanbundna av det olöslig- gjorda tillsatsmedlet i form av huvudsakligen sfäriska, diskreta partiklar och att mellanprodukten behandlats för att avlägsna åt- minstone en del av det olösliggjorda tillsatsmedlet för att bilda det porösa materialet i form av huvudsakligen sfäriska, diskreta partiklar, varvid det oorganiska materialet, tillsatsmedlet och mängden tillsatsmedel valts pâ sådant sätt, att det porösa mate- rialet fått en i det inre sammanhängande porstruktur, som är så- dan att makromolekyler kan tränga in i materialet, samt att en biologiskt aktiv substans bringats i kontakt med materialet. 2Å Poröst material enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att de diskreta porösa partiklarna har en diameter i storleksord- ningen 50 pm - 5 mm.

3. Poröst material enligt krav 2,' k ä n n e t e c k n a t av att de diskreta porösa partiklarna har en diameter i storleksord- ningen 200 - 500 pm.

4. _Sätt för framställning av ett poröst material enligt krav 1 med en biologiskt aktiv substans immobiliserad på dess yta, k ä n n e t e c k n a t av att en uppslamning bestående av par- tiklar av ett finfördelat, huvudsakligen olösligt, sorptivt, oor- ganiskt material, ett tillsatsmedel och ett lösningsmedel för tillsatsmedlet, varvid tillsatsmedlet kan överföras till olöslig form, behandlas genom att uppslamningen omvandlas till smådroppar, vilka bringas i kontakt med en reaktant, som fäller ut den olös- liga formen av tillsatsmedlet, för att därigenom bilda en mellan- 451 715 10» produkt av partiklarna av det oorganiska materialet sammanbundna av det olösliggjorda tillsatsmedlet i form av huvudsakligen sfäris- ka, diskreta partiklar och att mellanprodukten behandlas för att avlägsna åtminstone en del av det olösliggjorda tillsatsmedlet för att bilda det porösa materialet i form av huvudsakligen sfäriska, diskreta partiklar, varvid det oorganiska materialet, tillsatsmed- let och mängden tillsatsmedel väljes på sådant sätt, att det po- rösa materialet får en i det inre sammanhängande porstruktur, som är sådan att makromolekyler kan tränga in i materialet, och att den biologiskt aktiva substansen bringas i kontakt med det fram- ställda porösa materialet för immobilisering på dess yta.