TWI774425B - 離子交換膜、過濾器及方法 - Google Patents

離子交換膜、過濾器及方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI774425B
TWI774425B TW110122056A TW110122056A TWI774425B TW I774425 B TWI774425 B TW I774425B TW 110122056 A TW110122056 A TW 110122056A TW 110122056 A TW110122056 A TW 110122056A TW I774425 B TWI774425 B TW I774425B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
membrane
ion exchange
porous
imidazole
target molecules
Prior art date
Application number
TW110122056A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202204040A (zh
Inventor
美寶 胡
杰德 Ａ 傑柏
沙克沙塔 李
傑佛瑞 Ｅ 唐里
詹姆斯 哈姆茲克
賈斯汀 布魯斯特
Original Assignee
美商恩特葛瑞斯股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商恩特葛瑞斯股份有限公司 filed Critical 美商恩特葛瑞斯股份有限公司
Publication of TW202204040A publication Critical patent/TW202204040A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI774425B publication Critical patent/TWI774425B/zh

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09—Recombinant DNA-technology
    • C12N15/10—Processes for the isolation, preparation or purification of DNA or RNA
    • C12N15/1003—Extracting or separating nucleic acids from biological samples, e.g. pure separation or isolation methods; Conditions, buffers or apparatuses therefor
    • C12N15/1017—Extracting or separating nucleic acids from biological samples, e.g. pure separation or isolation methods; Conditions, buffers or apparatuses therefor by filtration, e.g. using filters, frits, membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J47/00—Ion-exchange processes in general; Apparatus therefor
    • B01J47/014—Ion-exchange processes in general; Apparatus therefor in which the adsorbent properties of the ion-exchanger are involved, e.g. recovery of proteins or other high-molecular compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • B01D39/1692—Other shaped material, e.g. perforated or porous sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0081—After-treatment of organic or inorganic membranes
    • B01D67/0093—Chemical modification
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0081—After-treatment of organic or inorganic membranes
    • B01D67/0093—Chemical modification
    • B01D67/00931—Chemical modification by introduction of specific groups after membrane formation, e.g. by grafting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/10—Supported membranes; Membrane supports
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/26—Polyalkenes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/26—Polyalkenes
    • B01D71/261—Polyethylene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/26—Polyalkenes
    • B01D71/262—Polypropylene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/48—Polyesters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J47/00—Ion-exchange processes in general; Apparatus therefor
    • B01J47/12—Ion-exchange processes in general; Apparatus therefor characterised by the use of ion-exchange material in the form of ribbons, filaments, fibres or sheets, e.g. membranes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/52—Amides or imides
    • C08F220/54—Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide
    • C08F220/60—Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide containing nitrogen in addition to the carbonamido nitrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F226/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen
    • C08F226/06—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen by a heterocyclic ring containing nitrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F255/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers of hydrocarbons as defined in group C08F10/00
    • C08F255/02—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers of hydrocarbons as defined in group C08F10/00 on to polymers of olefins having two or three carbon atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/20—Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
    • C08J5/22—Films, membranes or diaphragms
    • C08J5/2206—Films, membranes or diaphragms based on organic and/or inorganic macromolecular compounds
    • C08J5/2218—Synthetic macromolecular compounds
    • C08J5/2231—Synthetic macromolecular compounds based on macromolecular compounds obtained by reactions involving unsaturated carbon-to-carbon bonds
    • C08J5/2243—Synthetic macromolecular compounds based on macromolecular compounds obtained by reactions involving unsaturated carbon-to-carbon bonds obtained by introduction of active groups capable of ion-exchange into compounds of the type C08J5/2231
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/12—Chemical modification
    • C08J7/16—Chemical modification with polymerisable compounds
    • C08J7/18—Chemical modification with polymerisable compounds using wave energy or particle radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2201/00—Details relating to filtering apparatus
    • B01D2201/18—Filters characterised by the openings or pores
    • B01D2201/184—Special form, dimension of the openings, pores of the filtering elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/0414—Surface modifiers, e.g. comprising ion exchange groups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/12—Special parameters characterising the filtering material
    • B01D2239/1208—Porosity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/12—Special parameters characterising the filtering material
    • B01D2239/1216—Pore size
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/26—Further operations combined with membrane separation processes
    • B01D2311/2623—Ion-Exchange
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/30—Cross-linking
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/38—Graft polymerization
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/16—Membrane materials having positively charged functional groups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/42—Ion-exchange membranes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2439/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen; Derivatives of such polymers
    • C08J2439/04—Homopolymers or copolymers of monomers containing heterocyclic rings having nitrogen as ring member

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Treatment Of Liquids With Adsorbents In General (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)

Abstract

本文闡述離子交換膜，其包括多孔聚合物膜及在該膜表面處之咪唑離子交換基團；離子交換膜及含有該等離子交換膜之過濾器；及使用該等離子交換膜及過濾器自液體分離帶電生物分子之方法。

Description

離子交換膜、過濾器及方法
以下描述係關於離子交換膜，其包括多孔聚合物基底及附接至該多孔聚合物基底之咪唑離子交換基團；離子交換膜及含有該等離子交換膜之過濾器；以及使用該等離子交換膜及過濾器自液體分離帶電生物分子(例如但不限於質體DNA)之方法。
帶電生物分子(例如DNA，例如質體DNA(「pDNA」))之純化通常藉由離子交換層析實施。然而，層析樹脂可展現差的可及性、緩慢的質量傳輸及低結合容量。此外，填充、清潔及驗證層析管柱係費時費力的。
以下描述涉及解決涉及層析樹脂之先前純化方法之限制的離子交換膜及相關方法，該等藉由提供具有足夠大以吸附帶電生物分子(例如DNA(例如質體DNA)、蛋白質、核酸、內毒素、病毒及諸如此類)之孔的單次使用(可棄式)、高度對流之離子交換膜達成。多孔膜具有用於分子至膜之良好可及性之高表面積及高結合容量。
本描述係關於經改良離子交換膜及相關方法，其中該等膜有效地例如基於pH選擇性吸附並隨後釋放(解吸)帶電生物分子。膜包括位 於多孔聚合物膜表面之呈帶電咪唑基團形式之離子交換基團。離子交換膜係呈「片材」或「薄膜」之形式，其可使用及重複使用，或可為可棄式的。可棄式設計導致較快設置時間、靈活處理且易於處置。最佳化膜形態(包括比表面積及孔徑)能夠自液體介質中更有效地分離及收集生物分子(例如質體DNA)，此乃因其對可用表面積之增強暴露及對作為靶標分子之帶電生物化合物之較高結合容量。習用層析樹脂床技術不能達成本文所述方法之效率。
如本文所用，術語「靶標」分子或諸如此類係指期望與液體中之其他分子分離之液體分子。生物流體可含有多種不同帶電生物分子，包括質體DNA、RNA、脂多醣、蛋白質及基因體DNA。在分離製程或純化製程中，該等中之任一者可為靶標分子，且所有其他帶電分子視為非靶標分子或「雜質」。可基於各種因素(例如所選(靶標)帶電生物分子之高商業重要性或價值)，相對於流體中之其他帶電生物分子，選擇生物流體(或其他液體)中所含之特定帶電生物分子作為靶標分子。在各種實例中，相對於可包括RNA、脂多醣、蛋白質及基因體DNA之非靶標分子，可選擇質體DNA作為生物流體中之靶標分子。根據此描述之其他實例方法，可選擇不同帶電生物分子作為靶標分子，例如RNA分子、脂多醣、蛋白質或基因體DNA。
亦根據所述方法，經選擇用於吸附至膜上之帶電生物分子可為靶標分子或可為非靶標分子。所述膜可用於自液體中所存在之多種帶電生物分子之混合物中選擇性吸附液體中所含之一或多種帶電生物分子，該混合物包括靶標分子及非靶標分子二者。作為特定實例，膜可用於選擇性結合(選擇性吸附)生物液體中所含之質體DNA而不吸附雜質，該生物液 體在各種帶電生物分子(例如，諸如RNA、脂多醣及基因體DNA等「雜質」)之混合物內含有質體DNA。雜質穿過膜，同時質體DNA吸附於膜上且可隨後解吸(溶析)並收集。根據其他實例，膜可用於選擇性結合(選擇性吸附)除質體DNA以外之帶電生物分子(例如，結合諸如RNA、脂多醣、蛋白質及基因體DNA等「雜質」)，而不結合(吸附)質體DNA。質體DNA穿過膜且可被收集。
多孔膜之表面包括有效用於選擇性吸附及釋放帶電生物分子之帶電咪唑離子交換基團。根據單一特定實例，本揭示內容之實例性膜可相對於諸如RNA、脂多醣、蛋白質及基因體DNA等「雜質」有效用於選擇性結合生物液體中之質體DNA。咪唑係pKa為大約5.2之獨特官能基。所述膜具有咪唑基團，其展現pH依賴性及瞬態表面電荷密度，例如在低於5.2範圍之pH下展現正電荷及在高於5.2範圍之pH下展現負電荷。咪唑官能基之瞬態表面電荷密度允許生物分子在引入變化pH條件時自液體介質之期望分離及隨後分子之釋放及收集。在酸性條件下，膜表面主要帶正電且可藉助靜電相互作用結合帶電生物分子(例如，質體DNA分子)。在鹼性條件下，咪唑基團去質子化並消除帶電生物分子(例如質體DNA分子)與咪唑基團之靜電錯合物，此導致帶電生物分子(例如質體DNA分子)以顯著低於層析樹脂床之離子強度選擇性釋放。
在一個態樣中，本發明係關於使用含有咪唑離子交換基團之多孔離子交換膜片材自液體分離帶電生物分子之方法。方法包括在使得帶電生物分子吸附至離子交換膜之吸附條件下，使含有帶電生物分子之液體與包括多孔聚合物片材及在多孔聚合物片材表面處之咪唑離子交換基團之多孔離子交換膜接觸。隨後將膜引入至升高pH值會釋放帶電生物分 子，以允許以濃縮形式收集帶電生物分子。另外，膜之物理特性可影響生物分子與帶電咪唑離子交換基團之接觸及暴露並增強分子對膜之吸引。
在另一態樣中，本發明係關於多孔離子交換膜，其包含在膜之表面處的咪唑離子交換基團，其中咪唑離子交換基團之電荷係pH依賴性的且在低於5.2範圍之pH下展現正電荷且在高於5.2範圍之pH下展現負電荷。
在再一態樣中，本發明係關於製備多孔離子交換膜之方法，該多孔離子交換膜含有接枝至聚合物多孔膜基底表面之咪唑離子交換基團。該方法包括將咪唑離子交換基團化學鍵結至多孔聚合物膜之表面。
在再一態樣中，本發明係關於製備多孔離子交換膜之方法，該多孔離子交換膜含有聚合物多孔膜基底及在基底表面含有咪唑離子交換基團之交聯聚合物網狀結構。該方法包括將塗層組合物置於基底表面處，該塗層組合物包含乙烯基咪唑及交聯劑，及使乙烯基咪唑及交聯劑反應以在表面上形成交聯聚合物網狀結構。
100:過濾器
102:主體
104:膜
106:入口
108:出口
110:生物液體/液體
120:生物液體
130:解吸溶液
140:解吸溶液
圖1A及1B顯示所述實例過濾器產品及方法。
圖2顯示染料溶液吸光度相對於重量%染料之表，其用於量測膜之電荷密度的方法。
以下描述係關於多孔離子交換膜；含有離子交換膜之產品；及使用離子交換膜用於例如將帶電生物分子(例如DNA，例如質體DNA)自含有該帶電生物分子之液體分離之方法。
多孔離子交換膜含有多孔聚合物膜，其包括在多孔聚合物 膜表面附接之咪唑離子交換基團。咪唑離子交換可基於pH而帶電，用於帶電生物分子之選擇性結合及去結合(「溶析」)。咪唑離子交換基團由於大約5.2之pKa而獨特有效的用於純化帶電生物分子，例如質體DNA。咪唑離子交換基團提供pH依賴性及瞬態表面電荷密度。在酸性條件下，咪唑基團主要展現正電荷且可藉助靜電相互作用結合帶電生物基團(例如，質體DNA)。另一方面，咪唑基團在導致破壞靜電錯合物之鹼性條件下去質子化並隨後釋放帶電生物分子(例如質體DNA)，其與層析樹脂床相比產率更好且離子強度顯著更低。
多孔聚合物膜較佳呈「片材」或「薄膜」之形式，其包括兩個相對主表面及該兩個表面之間之厚度。片材當平放時實質上係平面的並且具有實質上均勻厚度。可將平面片材膜視為在長度及寬度維度上延伸以界定兩個相對主表面，該兩個主表面在第三維度上由厚度隔開。片材較佳可在長度及寬度尺寸上具有相對均勻厚度。如所述「膜」不呈顆粒形式(例如多孔聚合物樹脂粒子之集合)，其係不同形式之離子交換介質。所述「膜」亦不同於「單片」層析裝置，其係與「膜」相比具有實質上更大厚度尺寸之多孔層析介質的不同形式。
膜係由聚合物多孔膜基底構成，該聚合物多孔膜基底具有影響帶電生物分子自液體分離及收集之物理特性且可增強生物分子對咪唑離子交換基團之暴露時間及接觸。聚合物多孔膜基底可經選擇以提供包括孔隙度、孔徑及厚度之期望物理特徵。
所述有用膜之一種性質係電荷密度，其可藉由染料結合容量之技術量測，其中各種該等技術已知用於量測每單位面積膜特定官能基之量(以質量計，例如以克表示)，例如作為微克/平方公分之量度。量測技 術通常係藉由將膜暴露於含有已知量染料之染料溶液來實施，染料被吸引至膜表面之離子交換基團。帶負電荷之染料結合至帶正電荷之離子交換基團。在染料結合至離子交換基團之前及之後，量測染料溶液對相關紫外線波長之吸光度。染料溶液在暴露於膜之前及之後之吸光度差異可與膜表面之離子交換基團之量相關。根據有用或較佳膜，膜之電荷密度(如藉由染料結合技術所量測)可在最高300微克/平方公分之範圍內，例如10至90微克/平方公分或20至70微克/平方公分。
膜可具有允許膜根據本描述之方法執行之任何厚度。有用或較佳厚度可在5至300微米之範圍內，例如10或20至50、100或200微米。
多孔膜可具有將允許膜如本文所述有效的將(選擇性吸附及釋放)帶電生物分子(例如DNA，例如質體DNA)自含有該帶電生物分子之液體分離之任何孔隙度。實例多孔膜可具有在20至95%範圍內之孔隙度，例如在60至90%(體積)範圍內之孔隙度。如本文所用且在多孔膜之技術中，多孔膜之「孔隙度」(有時亦稱為空隙分率)係膜中空隙(即「空」)空間佔膜總體積之百分比的量度，且係計算為膜之空隙體積除以膜總體積之分率。具有零孔隙度之主體係完全固體。
有用多孔膜之實例可具有視為微孔膜或大孔膜之大小(平均孔徑)之孔。實例孔徑(平均孔徑)可在0.2至10微米之範圍內。孔徑通常作為多孔材料之平均孔徑報告，其可藉由已知技術量測，例如壓汞式孔隙儀法(MP)、掃描電子顯微術(SEM)、液-液置換測孔術(LLDP)或氣-液置換測孔術(ALDP)。
膜可具有開孔蜂窩狀結構、絲狀、非織物(例如靜電紡絲奈 米纖維膜)或其他有效多孔結構。
聚合物多孔膜基底之聚合物可為能夠具有化學鍵結至膜表面之咪唑離子交換基團之任何聚合物。可利用各種不同聚合物(即，「基礎聚合物」)以形成多孔聚合物過濾器膜，其中某些實例包括未氟化聚合物，例如聚烯烴(例如聚丙烯、聚乙烯、聚鹵基烯烴)、聚酯、聚醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚碸、聚醚碸、聚碳酸酯；以及氟聚合物及其他一般及特定類型之有用聚合物。
適宜聚烯烴包括例如聚乙烯(例如超高分子量聚乙烯(UPE))、聚丙烯、α-聚烯烴、聚-3-甲基-1-丁烯、聚-4-甲基-1-丁烯及乙烯、丙烯、3-甲基-1-丁烯或4-甲基-1-丁烯與彼此或與少量其他烯烴之共聚物；實例聚鹵基烯烴包括聚四氟乙烯、聚二氟亞乙烯及該等及其他氟化或未氟化單體之共聚物。實例聚酯包括聚對苯二甲酸乙二酯及聚對苯二甲酸丁二酯以及相關共聚物。
咪唑離子交換基團可以任何有效形式存在於多孔聚合物膜表面，且可藉由任何有效方法置於表面，例如藉由將咪唑離子交換基團化學鍵結至多孔膜之基礎聚合物之接枝技術或藉由形成在多孔膜表面含有咪唑離子交換基團之交聯聚合物網狀結構之技術。
根據接枝技術，咪唑基團可以化學方式附接(即，接枝、共價化學鍵結)至形成多孔膜之聚合物材料之聚合鏈的碳原子，即，附接至構成該膜之基礎聚合物。舉例而言，若膜係由聚烯烴(例如聚乙烯)構成，則咪唑離子交換基團化學鍵結至聚烯烴(例如聚乙烯)之線性碳主鏈的碳原子。咪唑基團可藉由化學反應附接至膜之基礎聚合物的碳原子，該化學反應涉及乙烯基咪唑單體與基礎聚合物之UV起始反應及視情況在一或多種 共單體之存在下乙烯基咪唑單體之聚合，以將乙烯基咪唑單體在例如聚合物主鏈處化學附接至膜之聚合物材料。乙烯基咪唑單體及可選共單體將形成附接至基礎聚合物之碳原子的側鏈。側鏈將包括在聚合物主鏈之碳與側鏈之第一咪唑基團之間之二價連接基團。較佳二價連接基團可為導致咪唑在苛性條件下穩定之連接基團，例如二價伸烷基，例如二價亞甲基，即-CH2-。
側鏈之長度(即，乙烯基咪唑單體及側鏈之可選共單體之數量)可為任何有用長度，例如5至1000個單體或10至100或500個單體。
側鏈及至主鏈之附接之實例可具有式1之結構：
Figure 110122056-A0305-02-0010-2
如所圖解說明，式1之側鏈僅衍生自乙烯基咪唑單體。在其他實例中，側鏈可衍生自乙烯基咪唑及一或多種共聚單體，其將變為乙烯基咪唑單體之間之側鏈的一部分。適宜共聚單體之實例包括N-[2-(二甲基胺基)乙基]丙烯醯胺及N-[2-(二乙基胺基)乙基]丙烯醯胺。
根據在多孔膜表面形成交聯聚合物網狀結構塗層之技術，聚合物網狀結構係自包括乙烯基咪唑之單體及交聯劑(例如，二官能基交聯分子，例如二官能基丙烯酸酯化合物(例如亞甲基-雙丙烯醯胺(MBAM)))形成，該等在UV輻射及UV起始劑之存在下反應以形成經聚合之交聯塗層。
含有咪唑基團之交聯聚合物網狀結構塗層在膜表面上形成，而塗層或咪唑基團不會化學鍵結至膜之聚合物。然而，咪唑基團與咪唑基團化學所附接之交聯聚合物網狀結構之聚合物之間之鍵聯係咪唑基團與聚合物網狀結構之碳原子之間之直接鍵。含有咪唑之交聯聚合物網狀結構之結構係如式2所示：
Figure 110122056-A0305-02-0011-3
式2僅顯示交聯聚合物網狀結構塗層之聚合物。未圖解說明所圖解說明之交聯聚合物網狀結構塗佈於其上之多孔膜的基礎聚合物。
式1之經接枝聚合物結構及式2之聚合物交聯網狀結構塗層之咪唑離子交換基團二者在根據所述方法用作如所述多孔離子交換膜之一部分時均展現有用或有利的有效性及穩定性。該等聚合物結構可在膜表面上產生有用或有利含量之電荷密度。
另外且有利地，式1及式2之咪唑離子交換基團可在多個使用循環(包括苛性清潔循環)中在帶電分子之吸附及解吸循環期間展現相對較佳之穩定性。式1及式2之咪唑離子交換基團可在鹼性(alkaline)(苛性、鹼性(basic))pH下實施之任何製程步驟期間展現相對較高化學穩定性。當暴露於鹼性條件時，咪唑基團與聚合物(式1之基礎聚合物或式2之交聯聚合物網狀結構塗層)之附接實質上穩定。
在膜之處理期間可使用鹼性條件用於清潔，例如以自膜表面去除帶電分子，以使得膜可再次用於吸附帶電分子。有時藉由用氫氧化鈉溶液或另一鹼性(苛性)溶液洗滌膜來實施此類型之「清潔」步驟，以允許膜重複使用。當以此方式清潔膜時，藉由聚合物之碳原子與咪唑基團之氮原子之間之直接鍵或另一選擇藉助伸烷基(例如所述之亞甲基)附接之咪唑離子交換基團關於留在膜表面係實質上穩定的。為比較，藉助不同二價連接基團(例如連接酯(R-O-C(O)-(咪唑氮))(參見下式3))附接之咪唑離子交換基團在暴露於鹼性條件時可更易於去除，即，「苛性穩定」要低得多。
在聚合物(命名為R)與咪唑基團之間含有酯(-O-C(O)-)鍵聯之式3在苛性條件(例如，在苛性清潔步驟中所經歷之彼等)下較不穩定：
Figure 110122056-A0305-02-0012-4
膜可用於選擇性吸附及視情況選擇性解吸(「溶析」)靶標帶電生物分子、非靶標帶電生物分子或靶標及非靶標帶電生物分子之組合中之一者或組合，以自含有帶電靶標分子以及其他非靶標分子(例如「雜質」)之組合之液體去除靶標及非靶標分子。吸附之後，帶電靶標或非靶標分子可經解吸。若吸附靶標及非靶標分子二者之組合，則可選擇性解吸靶標或非靶標分子。
根據一個特定方法，膜可用於首先選擇性吸附期望靶標分子，而不吸附非靶標分子。然後可使所吸附靶標分子溶析並以濃縮形式收 集，而無在初始液體中發現之雜質。
藉由替代方法，可使用膜選擇性吸附為非靶標分子之帶電生物分子中之一者或組合，而不吸附期望之靶標分子。所吸附非靶標帶電生物分子留在膜表面，而期望靶標分子流過膜且可與所吸附非靶標分子分開收集及回收。藉由此方法，膜選擇性地僅去除非靶標分子，而靶標分子則穿過膜。
藉由再另一方法，膜可用於吸附靶標及非靶標分子二者之組合，隨後選擇性解吸靶標或非靶標分子，其中結果係靶標分子與非靶標分子分離。吸附後，可使用選擇性解吸以解吸靶標或非靶標分子。
自膜解吸所選分子可藉由選擇解吸溶液之特徵達成，例如尤其包括以下之化學或物理特徵：解吸溶液之組成(例如，藉由添加表面活性劑或離子化合物)、鹽度、pH或電導率。解吸亦可藉由解吸溶液之滯留時間來控制，其可針對不同大小之生物化合物(例如RNA對DNA)進行調整。藉由此方法，膜選擇性地允許特定解吸僅靶標分子或僅非靶標分子，以將靶標分子與非靶標分子分離。若僅解吸非靶標分子，則靶標分子留在膜上且可隨後在解吸非靶標分子之步驟之後在單獨解吸步驟中解吸。
根據所述方法，可回收之期望靶標分子之量可為任何有用之量。有用量可取決於靶標分子之類型、特別地靶標分子之價值。所回收靶標分子之有用量可量測為吸附於膜上且藉由解吸收集之靶標分子的量(以百分比表示)；所回收靶標分子之百分比係吸附於膜上、然後解吸之靶標分子的量相對於解吸前最初吸附於膜上之靶標分子的總量。在此基礎上，可藉由所述方法達成之所回收靶標分子之有用量的實例可為最初吸附於膜上之靶標分子之總量的至少10、40、50、70或甚至80或90%解吸。
含有帶電生物化合物(例如，靶標分子及非靶標分子)之液體可為源自任何來源且含有至少一種期望靶標生物分子之液體。實例液體可源自含有生物分子之細菌細胞，例如藉由細菌細胞之鹼性溶解。鹼性溶解方法可提供含有一定量靶標分子以及雜質(例如RNA及細菌內毒素)之生物液體。本文所述之方法能選擇性吸附靶標生物化合物(其通常可為質體DNA)，而不吸附非靶標分子(例如RNA及內毒素)。所吸附靶標分子然後可以經純化及濃縮形式溶析。另一選擇，方法可吸附非質體DNA(或其他非靶標)分子而不吸附質體DNA。未吸附之質體DNA或其他靶標分子穿過膜而不被吸附且可被收集。作為另一種選擇，方法可吸附帶電分子(包括靶標分子)之組合，且解吸步驟可選擇性解吸靶標或非靶標分子以分離靶標分子與非靶標分子，如本文所述。
在有用或較佳方法中，含有靶標分子及非靶標雜質之生物液體與本文所述之離子交換膜在吸附條件(例如酸性條件)下接觸。吸附條件可為pH低於約6，例如在約4.5至約5.5之範圍內。吸附條件使得帶電生物分子在離子交換基團處吸附於膜表面。如所期望，靶標分子、非靶標分子或二者藉由靜電吸引至咪唑離子交換基團而吸附至離子交換膜上。
吸附後，將膜自剩餘生物液體中去除，且特別地若膜含有經吸附之靶標分子，則將其暴露於破壞靶標分子與咪唑離子交換基團之間之靜電吸引的溶析條件，以釋放所吸附之帶電生物分子。有用或較佳溶析條件可藉由在膜在其表面含有所吸附之帶電分子的同時將膜與具有高於約7之pH(例如，在約7.5至約9.5範圍內之pH)之解吸溶液接觸來達成。
視情況，為達成靶標或非靶標分子之選擇性解吸，解吸步驟可藉由選擇解吸溶液之特徵控制，例如尤其包括以下之化學或物理特 徵：組成(例如，藉由添加表面活性劑或離子化合物)、鹽度、pH、電導率。選擇性解吸亦可藉由選擇解吸溶液之滯留時間來達成，其可針對不同大小之生物化合物進行調整。
用於自離子膜溶析吸附分子之某些先前技術亦可包括或需要在膜含有所吸附帶電分子時將該膜暴露於含有鹽或鹽混合物之解吸溶液的步驟，以由此解吸所吸附之帶電分子。在鹽之存在下，解吸溶液展現增加之電導率。該等解吸溶液之實例可含有50mM Tris及1.5M氯化鈉或另一鹽或鹽混合物，以使溶析溶液具有在40至120毫西門子(milliSiemens)/公分範圍內之電導率。
儘管本描述之方法允許且可受益於使膜(其含有所吸附之帶電分子)與含有鹽且具有在此範圍內之電導率之解吸溶液接觸的步驟，但在所述之實例方法中不需要使所述膜與含有鹽且由於該鹽之存在而具有增加之電導率的解吸溶液接觸的步驟。根據本描述之某些實例方法，不需要在膜含有經吸附之帶電分子時使膜與含有鹽之解吸溶液接觸以實現溶析之步驟，並且可特定地避免或排除。
膜與含有鹽且具有促進溶析之電導率的解吸溶液接觸之可選步驟通常係附加步驟，其與使膜與低pH溶液接觸之溶析步驟分開且係除其以外之附加步驟。若避免利用鹽解吸之額外步驟，則將有利地降低自液體分離期望靶標分子之製程的總體複雜性及成本。
多孔膜可包含於過濾器主體內，例如，用於過濾系統之過濾器或濾芯，該過濾系統含有有效的自生物液體吸附及解吸(溶析)靶標分子之所述膜。過濾系統將膜例如作為過濾器主體或濾芯之一部分置於液體之流動路徑中，在吸附條件下使液體流過膜，從而使液體中之帶電生物分 子吸附至膜上。過濾器主體或濾芯之結構可包括各種額外材料及結構中之一或多者，該等材料及結構支撐過濾器內之膜以使流體自過濾器入口流動穿過膜並穿過過濾器出口，由此當穿過過濾器主體時穿過膜。由過濾器主體支撐之膜可為任何有用形狀，例如，褶皺圓柱形、圓柱形墊、多個「堆疊」膜或更多個非褶皺(平坦)圓柱形片材、褶皺片材等。
包含在過濾器主體中之膜的一個實例顯示於圖1A及1B。如所示，過濾器100包括主體102，其界定入口106、出口108及含有膜104之內部。穿過入口106之液體在離開出口108之前必須穿過膜104。
在使用中，含有靶標分子及雜質之生物液體110在吸附條件(例如酸性pH)下進入入口106中。當液體110穿過膜104時，生物液體中所含之靶標分子在咪唑離子交換基團處吸附於膜104之表面上。液體110中之非靶標分子未被吸附。含有降低量之靶標分子的生物液體120藉由穿過出口108離開主體102。液體110以使得期望量之靶標分子被吸附至膜104上之量穿過過濾器100。
在後續步驟中，如圖1B所示，所吸附之靶標分子藉由使解吸溶液130進入入口106並使解吸溶液穿過膜104自膜104溶析。解吸溶液130具有足夠高以自膜104釋放所吸附之靶標分子之pH。含有一定量之經純化靶標分子的解吸溶液140在出口108處離開主體100。
藉由圖1A及1B之替代方法，含有靶標分子及雜質(非靶標分子)之液體110在吸附條件(例如酸性pH)下進入入口106中。當液體110穿過膜104時，生物液體中所含之非靶標分子在咪唑離子交換基團處吸附於膜104之表面上。液體110中之靶標分子未被吸附。含有降低量之非靶標分子的生物液體120藉由穿過出口108離開主體102。生物液體120中所 含靶標分子可藉由有用方法收集。
根據不同方法，含有靶標分子及非靶標分子之液體110在吸附條件(例如酸性pH)下進入入口106。當液體110穿過膜104時，生物液體中所含之靶標分子及非靶標分子在咪唑離子交換基團處吸附於膜104之表面上。含有降低量之靶標分子及降低量之非靶標分子的生物液體120藉由穿過出口108離開主體102。
在後續步驟中，如圖1B所示，所吸附之靶標分子或所吸附之非靶標分子藉由使解吸溶液130進入入口106並使解吸溶液穿過膜104自膜104溶析。解吸溶液130具有pH及可包括期望組成(例如表面活性劑或離子化合物之存在)、鹽度、pH、電導率等之其他性質，並與膜104接觸期望時間量，以引起靶標或非靶標分子自膜104表面之選擇性解吸。
本揭示內容之方法及膜之特徵及優點藉由以下非限制性實例更充分地說明。
實例
實例1：此實例展示用以形成塗層之含有單體及交聯劑之表面改質溶液之製備。
在代表性試驗中，在室溫下製得含有以下各項之溶液：0.2% Irgacure 2959、5%甲醇、3%乙烯基咪唑、1%亞甲基雙丙烯醯胺(MBAM)交聯劑及90.8%水。
實例2：此實例展示用於接枝步驟之起始劑溶液之製備。
為形成代表性起始劑溶液，將0.2克二苯甲酮(99%,Sigma-Aldrich)溶解於39.8克異丙醇(IPA)中以獲得0.5wt%二苯甲酮溶液。
實例3：此實例展示用於接枝之單體溶液(A)及(B)之製備。
在代表性試驗中，在室溫下製得含有5%乙烯基咪唑及95%水之溶液(A)。
在代表性試驗中，在室溫下製得含有4%乙烯基咪唑、1%二甲基丙烯醯胺及95%水之溶液(B)。
實例4：此實例展示聚乙烯(PE)膜可如何利用具有正電荷之聚合乙烯基咪唑單體之塗層進行表面改質。
在代表性試驗中，將UPE膜之片材(1微米標稱孔徑額定值)用異丙醇(IPA)溶液潤濕25秒。使用包含100%水之交換溶液沖洗膜並去除IPA。然後將膜片材引入至實例1中所述之表面改質溶液中。將膜在溶液中浸泡2分鐘。將膜片材取出並放置於1密爾聚乙烯片材之間。當聚乙烯/膜片材/聚乙烯夾層平放於桌子上時，藉由使橡膠輥在其上滾動去除過量溶液。然後將聚乙烯夾層黏貼於輸送單元上，該輸送單元運送總成穿過在200至600nm之波長下發射之Fusion Systems寬帶UV曝光實驗室單元。曝光時間係藉由總成多快移動穿過UV單元來控制。在此實例中，總成係以10英尺/分鐘移動穿過UV室。自UV單元出來後，將膜自夾層取出並立即置於DI水中，藉由在其中浸泡5分鐘洗滌膜。然後，將經處理膜樣品在甲醇中洗滌5分鐘。此洗滌程序後，將膜在支架上於50℃操作之烘箱中乾燥10min。
實例5：此實例說明如何測定根據實例4所改質之膜的染料結合容量(DBC)。
染料結合容量(DBC)係膜之表面電荷密度的間接測試。較高之DBC意味著膜表面之較高電荷密度，即膜表面上之較高咪唑基團濃度。
將根據實例4製備之乾燥47mm圓盤形膜置於含有0.002重量% Ponceau-S染料(Sigma)之燒杯中。將燒杯蓋上，並將膜在室溫下在連續攪拌的同時浸泡5分鐘。然後將膜圓盤取出，並使用在512nm下操作之Cary分光光度計(Agilent Technologies)量測染料溶液之吸光度。將量測結果與開始溶液(膜浸泡前)之吸光度進行比較。使用圖2中繪示之校正曲線將染料溶液吸光度數據轉換為重量%，並最終轉換為每膜單位面積所結合染料質量。根據此程序所製備膜之染料結合容量為42μg/cm2。
實例6：此實例展示PE膜可如何利用具有正電荷之接枝聚合乙烯基咪唑單體進行表面改質。
在代表性試驗中，將UPE膜之片材(0.2微米標稱孔徑額定值)用根據實例2製備之起始劑溶液潤濕25sec。使用包含100%水之交換溶液沖洗膜並使起始劑沈澱於膜表面上。然後將膜片材引入至實例3中所述之表面改質溶液(A)中。將膜在溶液中浸泡2分鐘。將膜片材取出並放置於1密爾聚乙烯片材之間。當聚乙烯/膜片材/聚乙烯夾層平放於桌子上時，藉由使橡膠輥在其上滾動去除過量溶液。然後將聚乙烯夾層黏貼於輸送單元上，該輸送單元運送總成穿過在200至600nm之波長下發射之Fusion Systems寬帶UV曝光實驗室單元。曝光時間係藉由總成多快移動穿過UV單元來控制。在此實例中，總成係以10英尺/分鐘移動穿過UV室。自UV單元出來後，將膜自夾層取出並立即置於DI水中，藉由在其中浸泡5分鐘洗滌膜。然後，將經處理膜樣品在甲醇中洗滌5分鐘。此洗滌程序後，將膜在支架上於50℃操作之烘箱中乾燥10min。
根據此程序所製備膜之染料結合容量為10μg/cm2。測定係如實例5中所解釋實施。
實例7：此實例展示PE膜可如何利用具有正電荷之接枝聚合乙烯基咪唑及N,N二甲基丙烯醯胺單體進行表面改質。
在代表性試驗中，將UPE膜之片材(0.2微米標稱孔徑額定值)用根據實例2製備之起始劑溶液潤濕25sec。使用包含100%水之交換溶液沖洗膜並使起始劑沈澱於膜表面上。然後將膜片材引入至實例3中所述之表面改質溶液(B)中。將膜在溶液中浸泡2分鐘。將膜片材取出並放置於1密爾聚乙烯片材之間。當聚乙烯/膜片材/聚乙烯夾層平放於桌子上時，藉由使橡膠輥在其上滾動去除過量溶液。然後將聚乙烯夾層黏貼於輸送單元上，該輸送單元運送總成穿過在200至600nm之波長下發射之Fusion Systems寬帶UV曝光實驗室單元。曝光時間係藉由總成多快移動穿過UV單元來控制。在此實例中，總成係以10英尺/分鐘移動穿過UV室。自UV單元出來後，將膜自夾層取出並立即置於DI水中，藉由在其中浸泡5分鐘洗滌膜。然後，將經處理膜樣品在甲醇中洗滌5分鐘。此洗滌程序後，將膜在支架上於50℃操作之烘箱中乾燥10min。
實例8：此實例展示聚乙烯(PE)膜可如何利用含有乙烯基咪唑單體及N-[2-(二甲基胺基)乙基]丙烯醯胺單體之經聚合交聯塗層進行表面改質。
在代表性試驗中，將UPE膜之片材(1微米標稱孔徑額定值)用異丙醇(IPA)溶液潤濕25秒。使用包含100%水之交換溶液沖洗膜並去除IPA。然後將膜片材引入至表面改質溶液中，該表面改質溶液含有4% N-[2-(二甲基胺基)乙基]丙烯醯胺、4%乙烯基咪唑、2%亞甲基雙丙烯醯胺、0.4% Irgacure 2959、10%甲醇及79.6%去離子水。將膜在表面改質溶液中浸泡2分鐘。將膜片材取出並置於兩個聚乙烯片材之間。當聚乙烯/ 膜片材/聚乙烯夾層平放於桌子上時，藉由使橡膠輥在其上滾動去除過量溶液。然後將聚乙烯夾層黏貼於輸送單元上，該輸送單元運送總成穿過在200至600nm之波長下發射之Fusion Systems寬帶UV曝光實驗室單元。曝光時間係藉由總成多快移動穿過UV單元來控制。在此實例中，總成以9英尺/分鐘移動穿過UV室。自UV單元出來後，將膜自夾層取出並立即置於DI水中，藉由在其中浸泡5分鐘洗滌膜。然後，將經處理膜樣品在甲醇中洗滌5分鐘。此洗滌程序後，將膜在支架上於50℃操作之烘箱中乾燥10min。
比較實例9：此實例展示聚乙烯(PE)膜如何利用含有N-[2-(二甲基胺基)乙基]丙烯醯胺單體之經聚合交聯塗層進行表面改質。
在代表性試驗中，將UPE膜之片材(1微米標稱孔徑額定值)用異丙醇(IPA)溶液潤濕25秒。使用包含100%水之交換溶液沖洗膜並去除IPA。然後將膜片材引入至表面改質溶液中，該表面改質溶液含有8% N-[2-(二甲基胺基)乙基]丙烯醯胺、2%亞甲基雙丙烯醯胺、0.4% Irgacure 2959、10%甲醇及79.6%去離子水。將膜在表面改質溶液中浸泡2分鐘。將膜片材取出並置於兩個聚乙烯片材之間。當聚乙烯/膜片材/聚乙烯夾層平放於桌子上時，藉由使橡膠輥在其上滾動去除過量溶液。然後將聚乙烯夾層黏貼於輸送單元上，該輸送單元運送總成穿過在200至600nm之波長下發射之Fusion Systems寬帶UV曝光實驗室單元。曝光時間係藉由總成多快移動穿過UV單元來控制。在此實例中，總成以9英尺/分鐘移動穿過UV室。自UV單元出來後，將膜自夾層取出並立即置於DI水中，藉由在其中浸泡5分鐘洗滌膜。然後，將經處理膜樣品在甲醇中洗滌5分鐘。此洗滌程序後，將膜在支架上於50℃操作之烘箱中乾燥10min。
實例10：將實例4之三層膜堆疊在一起並用12mL於50mM乙酸鉀、630mM NaCl pH 5中之125ng/uL質體DNA溶解物挑戰。膜隨後利用50mM乙酸鉀、630mM NaCl pH 5洗滌並然後利用50mM Tris pH 9溶析。結合容量為4.6mg/mL，其中產率為93%。
實例11：將實例4之三層膜堆疊在一起並用12mL於0.875M乙酸鉀pH 5中之41ng/uL質體DNA溶液挑戰。在一種情形中，溶析係利用50mM Tris、1.5M NaCl pH 9實施，獲得353ug DNA。在第二情形中，溶析係利用50mM Tris 1.5M NaCl pH 9實施，獲得343ug。產量在溶析緩衝液中有及沒有鹽之情形中係類似的。
實例12：將實例8之兩層膜堆疊在一起並用8mL於50mM乙酸鉀、630mM NaCl pH 5中之30ng/uL質體DNA溶解物以及RNase挑戰。膜隨後利用50mM乙酸鉀、630mM NaCl pH 5洗滌並然後利用50mM Tris、1.5M NaCl pH 9溶析。結合容量為3.3mg/mL，其中產率為64%。
比較實例13：將比較實例9之兩層膜堆疊在一起並用8mL於50mM乙酸鉀、630mM NaCl pH 5中之30ng/uL質體DNA溶解物以及RNase挑戰。膜隨後利用50mM乙酸鉀、630mM NaCl pH 5洗滌並然後利用50mM Tris、1.5M NaCl pH 9溶析。結合容量為2.3mg/mL，其中產率為84%。
儘管本文已參考說明性實施例及特徵揭示各種方法及膜，但應理解，上文所述之實施例及特徵並不意欲限制本揭示內容之範圍，且基於本文之揭示內容，可將其他變化、修改及其他實施例呈現給熟習此項技術者。因此，本揭示內容涵蓋在下文所闡釋申請專利範圍之精神及範圍 內之所有該等變化、修改及替代實施例。
100:過濾器
102:主體
104:膜
106:入口
108:出口
110:生物液體/液體
120:生物液體

Claims (8)

  1. 一種使用多孔離子交換膜片材自液體分離帶電生物分子之方法，該方法包含在使得該帶電生物分子吸附至該離子交換膜之吸附條件下，使含有該帶電生物分子之液體與多孔離子交換膜接觸，該多孔離子交換膜包含多孔聚合物片材及在該多孔聚合物片材表面處之咪唑離子交換基團。
  2. 一種多孔離子交換膜，其包含在該膜表面處之咪唑離子交換基團，其中該等咪唑離子交換基團之電荷係pH依賴性的且在低於5.2範圍之pH下展現正電荷且在高於5.2範圍之pH下展現負電荷；且包含聚合物多孔膜基底，該聚合物多孔膜基底具有化學鍵結至該聚合物多孔膜基底之咪唑離子交換基團。
  3. 如請求項2之膜，其包含聚合物多孔膜基底及在該基底表面處含有該等咪唑離子交換基團之交聯聚合物網狀結構。
  4. 如請求項2之膜，其具有20至95%(體積)之孔隙度。
  5. 如請求項2之膜，其具有在5至300微米範圍內之厚度。
  6. 如請求項2之膜，其具有平均孔徑在0.2至10微米範圍內之孔。
  7. 一種製備含有咪唑離子交換基團之多孔離子交換膜之方法，該方法 包含將咪唑離子交換基團化學鍵結至聚合物多孔膜基底之表面，其中化學鍵結包含：將塗層組合物置於該基底之表面處，該塗層組合物包含乙烯基咪唑及交聯劑，及使該乙烯基咪唑及交聯劑反應以在該表面上形成交聯聚合物網狀結構。
  8. 如請求項7之方法，其中化學鍵結包含將咪唑離子交換基團接枝至該聚合物多孔膜基底之該表面。
TW110122056A 2020-06-17 2021-06-17 離子交換膜、過濾器及方法 TWI774425B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063040150P 2020-06-17 2020-06-17
US63/040,150 2020-06-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202204040A TW202204040A (zh) 2022-02-01
TWI774425B true TWI774425B (zh) 2022-08-11

Family

ID=79022879

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110122056A TWI774425B (zh) 2020-06-17 2021-06-17 離子交換膜、過濾器及方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11918990B2 (zh)
EP (1) EP4168545A1 (zh)
JP (1) JP2023530938A (zh)
KR (1) KR20230025437A (zh)
CN (1) CN115776917A (zh)
TW (1) TWI774425B (zh)
WO (1) WO2021257878A1 (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2758438A1 (en) * 2009-04-15 2010-10-21 Anthony Rees Affinity material for antibody purification
TW201318705A (zh) * 2011-09-13 2013-05-16 Gen Electric 在水性介質中製備之陽離子交換物質
TW201819511A (zh) * 2016-11-15 2018-06-01 財團法人工業技術研究院 交聯的共聚物與離子交換膜
CN109964123A (zh) * 2016-11-18 2019-07-02 捷恩智株式会社 抗体的纯化方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5032281A (en) * 1989-08-09 1991-07-16 Daicel Chemical Industries, Ltd. Separating membrane and separation method
US6914137B2 (en) * 1997-12-06 2005-07-05 Dna Research Innovations Limited Isolation of nucleic acids
US6310199B1 (en) * 1999-05-14 2001-10-30 Promega Corporation pH dependent ion exchange matrix and method of use in the isolation of nucleic acids
EP1737945B1 (en) 2004-04-19 2011-01-26 Aventis Pharma S.A. Method for purifying plasmid dna
KR101015502B1 (ko) * 2008-09-09 2011-02-22 삼성전자주식회사 제1 ｐＨ에서 양전하 및 제2 ｐＨ에서 음전하를 띠는 화합물 및 그를 이용하여 핵산을 분리하는 방법
JP2010158624A (ja) 2009-01-08 2010-07-22 Asahi Kasei Chemicals Corp 多孔質吸着膜、及び当該多孔質吸着膜を用いたたんぱく質の精製方法
US8277649B2 (en) 2009-12-14 2012-10-02 General Electric Company Membranes and associated methods for purification of antibodies
EP3626341B1 (en) * 2010-10-15 2021-06-09 Evoqua Water Technologies LLC Anion exchange membranes and process for making
CN102049202B (zh) * 2010-11-03 2012-10-31 厦门大学 一种含氟咪唑鎓盐聚合物阴离子交换膜及其制备方法
GB201119192D0 (en) 2011-11-07 2011-12-21 Ucl Business Plc Chromatography medium
KR101885246B1 (ko) * 2012-04-06 2018-08-03 삼성전자주식회사 이온 교환체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이온 교환 필터 장치와 전기 탈이온 장치
WO2019013991A2 (en) * 2017-07-12 2019-01-17 Illumina, Inc. METHODS, SYSTEMS AND MATERIALS FOR EXTRACTING NUCLEIC ACIDS

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2758438A1 (en) * 2009-04-15 2010-10-21 Anthony Rees Affinity material for antibody purification
TW201318705A (zh) * 2011-09-13 2013-05-16 Gen Electric 在水性介質中製備之陽離子交換物質
TW201819511A (zh) * 2016-11-15 2018-06-01 財團法人工業技術研究院 交聯的共聚物與離子交換膜
CN109964123A (zh) * 2016-11-18 2019-07-02 捷恩智株式会社 抗体的纯化方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20210394169A1 (en) 2021-12-23
TW202204040A (zh) 2022-02-01
US11918990B2 (en) 2024-03-05
EP4168545A1 (en) 2023-04-26
CN115776917A (zh) 2023-03-10
JP2023530938A (ja) 2023-07-20
WO2021257878A1 (en) 2021-12-23
KR20230025437A (ko) 2023-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1163044B1 (en) Negatively charged membrane
US6780327B1 (en) Positively charged membrane
US7132049B2 (en) Negatively charged membrane
Ulbricht et al. Porous polypropylene membranes with different carboxyl polymer brush layers for reversible protein binding via surface-initiated graft copolymerization
EP1163045B1 (en) Positively charged membrane
JP4677230B2 (ja) 耐腐食性かつ低い蛋白質結合性表面を有する多孔質膜基体
EP2060316B1 (en) Media for membrane ion exchange chromatography
EP3448928B1 (en) Hybrid membrane comprising crosslinked cellulose
JP5681166B2 (ja) 疎水性モノマー、疎水的に誘導体化された支持体、並びにその製造及び使用方法
JP2016503486A (ja) リガンドグラフト化基材
US20140273158A1 (en) Chromatography Membranes Stable Under Caustic Conditions
TWI774425B (zh) 離子交換膜、過濾器及方法
JP2019534902A (ja) 大容量イオン交換分離のための不織布の熱誘導グラフト化
EP1473075B1 (en) Negatively charged membrane
JP2013103189A (ja) タンパク質吸着材の処理方法、タンパク質吸着材のタンパク質吸着能の回復方法、及びタンパク質吸着材の製造方法