專利名稱：分子印跡聚合物的制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)合成和高分子化學(xué)領(lǐng)域，特別涉及與通過(guò)模板定向合成和模板聚合制備有機(jī)分子的方法論相關(guān)的范圍。
背景技術(shù)：
術(shù)語(yǔ)“模板定向合成”包括通過(guò)基材的化學(xué)改性或者通過(guò)在模板的存在下偶聯(lián)兩個(gè)或者多個(gè)分子而形成新物質(zhì)，其中模板作為新的結(jié)構(gòu)形成的模型。這種方法最有名的例子是基因轉(zhuǎn)錄。模板定向合成的一個(gè)特別的例子是模板聚合，其中聚合物受體(復(fù)制品)的形成在另一種聚合物或者小分子量有機(jī)物質(zhì)(模板)的存在下進(jìn)行。在引發(fā)聚合之前以及在聚合期間，根據(jù)模板的尺寸、極性和官能團(tuán)，單體環(huán)繞模板分子自行空間分布(自組裝過(guò)程)。單體要么聚合成直鏈要么聚合成剛性三維網(wǎng)絡(luò)。模板聚合的一個(gè)具體例子是分子印跡，基于乙烯基或者丙烯酸單體在模板存在下的聚合(參見(jiàn)參考文獻(xiàn)I、2 )。傳統(tǒng)的方法涉及高度交聯(lián)的印跡聚合物的生產(chǎn)，該高度交聯(lián)的印跡聚合物不溶于水性和有機(jī)溶劑中。由于它們固有的不溶解性，分子印跡聚合物(MIPs)在藥物學(xué)和醫(yī)學(xué)中使用的可能性受到限制。最近，已經(jīng)多次嘗試研究用于制備具有相對(duì)低分子量的印跡聚合物的方案，該具有相對(duì)低分子量的印跡聚合物能夠以可溶的或者至少膠狀的形式存在。這種形式將允許聚合物作為藥物學(xué)和醫(yī)學(xué)中的生物活性分子(藥物、效應(yīng)器、調(diào)節(jié)劑、抑制劑)使用，作為“可塑性抗體”，以代替?zhèn)鞲衅骱陀H和性分離中的生物分子以及作為具有酶樣性質(zhì)的催化劑。在一個(gè)此類例子中，通過(guò)環(huán)繞生物受體、酶、核酸、細(xì)胞、病毒、微生物體、組織樣本或者藥物的氨基酸和核苷酸的縮聚來(lái)合成MIP分子(參見(jiàn)US專利6852818)。在另一個(gè)例子中，使用不同的方法來(lái)生產(chǎn)低聚和聚合MIPs (參見(jiàn)US專利6127154)。大部分現(xiàn)有技術(shù)中的例子描述高分子量交聯(lián)聚合物的制備，這需要水解以遞送在溶液中穩(wěn)定的可溶或者膠狀顆粒。在一個(gè)該類例子中(參見(jiàn)US專利6127154)，研究人員使用專門設(shè)計(jì)的化合物，該化合物含有能夠在光照下偶聯(lián)的光活性全氟苯基疊氮基。在這種情況下，親和性配體可以作為可溶性顆粒合成。在所有這些情況下，合成的化合物包含許多具有不充分控制的尺寸和性質(zhì)的級(jí)分。其它用于合成具有生物活性的分子的方法描述于WO 96/40822和US專利5630978中，其中在模板印跡聚合物的存在下制備化學(xué)化合物，該模板印跡聚合物是在另一種模板的存在下制備的，通常是藥物例如肝素。得到的復(fù)制品是具有對(duì)模板沒(méi)有親和性而相反地類似于最初的藥物分子本身的結(jié)構(gòu)的配體分子。一種生產(chǎn)納米顆粒的方式是通過(guò)使用受控縮合或者添加劑自由基“活性”聚合?；钚宰杂苫酆瞎に?，例如引發(fā)-轉(zhuǎn)移-終止劑聚合、氮氧(nitroxide)自由基調(diào)控聚合、原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)和可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合(RAFT)，為具有相對(duì)受控低分子量聚合物的合成打開(kāi)了新的路線(參見(jiàn)參考文獻(xiàn)3-9)。受控/活性聚合技術(shù)是基于休眠和活性物質(zhì)之間的精細(xì)平衡，有效地降低了體系中增長(zhǎng)的實(shí)體的濃度并且將終止的程度最小化。活性聚合可以沒(méi)有副反應(yīng)例如終止和鏈轉(zhuǎn)移，因而可以產(chǎn)生具有良好定義的分子量分布和結(jié)構(gòu)的聚合物?？梢詫⑾嗤姆椒☉?yīng)用于共聚物的形成，由此可能通過(guò)自由基聚合按照單體加入的適當(dāng)順序生產(chǎn)嵌段共聚物。之前已經(jīng)將活性聚合用于生產(chǎn)本體接枝MIPs(參見(jiàn)參考文獻(xiàn)10、11)。通過(guò)活性聚合也可以生產(chǎn)可溶性聚合物，而后將其用于MIP生產(chǎn)中(參見(jiàn)參考文獻(xiàn)12)。最近受控活性聚合被用于制備MIP納米顆粒(13)。在MIP合成中的一個(gè)并發(fā)問(wèn)題是需要頻繁使用昂貴的和/或難于獲得的模板，例如蛋白質(zhì)、一些毒素等，它們?cè)诰酆虾箅y以回收并且限制了可以得到的MIP的量。理想地應(yīng)當(dāng)能夠再利用模板以克服這些限制。實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)的最佳方式是使用以固定的形式的模板。之前已經(jīng)使用過(guò)固定的模板(參見(jiàn)US專利7393909)。這里，模 板被固定到二氧化硅表面上，并且在環(huán)繞它的孔隙中形成聚合物。通過(guò)溶解二氧化硅載體并除去模板，得到各種形態(tài)的MIPs0在US 7393909中公開(kāi)的所有實(shí)施例中，承載固定模板的表面在溶解期間消失而不能循環(huán)利用。在其它例子中，使用固定的模板生產(chǎn)印跡表面(US 6127154 ；US6458599 ；US7288415)。公開(kāi)于這些報(bào)導(dǎo)中的承載模板的表面可能可以再生并且再使用若干次。這些方法可以用于生產(chǎn)傳感器或者陣列，但是難以適于生產(chǎn)納米顆?；蛘咝〉目扇苄苑肿?。與MIPs相關(guān)的又一個(gè)主要問(wèn)題是產(chǎn)生的結(jié)合位點(diǎn)的不均勻性，這通常是形成高含量的非特異性結(jié)合(non-specific binding)的原因。該問(wèn)題已經(jīng)通過(guò)分別地在帶有固定的模板的柱上生產(chǎn)的MIP納米顆粒的親和性分離而得以糾正(13)。顯然為了親和性分離成為可能，MIPs應(yīng)當(dāng)呈合適的形式，優(yōu)選呈納米顆粒的形式。本發(fā)明通過(guò)提出兩種工藝的結(jié)合解決了所有這些與高性能交聯(lián)MIP納米顆粒的發(fā)展相關(guān)的問(wèn)題(i )在承載固定的模板的表面的存在下進(jìn)行受控聚合，任選地受控自由基聚合，以形成印跡納米顆粒，以及(ii)通過(guò)與固定的模板的親和性相互作用保留納米顆粒，用于選擇和提純目的。在以下參考文獻(xiàn)中可以找到背景材料I. Wulff, G. Makromol. Chem. Macromol. Symp. , 1993, 70/71, 285。2. Vlatakis, G. ; et al. Nature, 1993，361，645。3. Moad, G. ; Rizzardo E. ; Solomon, D. H. Macromolecules 1982, 15, 909;4. Matyjaszewski, K. ; Xia, J. Chem. Rev. 2001, 101, 2921。5. Kamigaito, M. ; Ando, T. ; Sawamoto, M. Chem. Rev. 2001, 101, 3689。6. Hawker, C. J. ; Bosman, A. ff. ; Harth, E. Chem. Rev. 2001，101，3661。7. Fischer, H. Chem. Rev. 2001, 101, 3581。8. Otsu, T. ;Matsumoto, A. Adv. Polym. Sci. 1998，136，75-137。9. Moad, G. ; et al. Polym. Int. 2000, 49, 993-1001 10. Ruckert, B. ; Hall, A. J. ; Sellergren B. J. Mater. Sci. 2002，12，2275。11. Hattori, K. ; et al. J. Membr. Sci. 2004，233，169。12. Li, Z. ; Day, M. ; Ding, J. F. ; Faid, K. Macromolecules. 2005，38，2620。13. Guerreiro A. R. , Chianella I. , Piletska E. , Whitcombe M. J. , PiletskyS. A. (2009). Biosens. Bioelectron. , 24, 2740-2743。14. Jagur-Grodzinski, J. Reactive & Functional Polymers. 2001，1，I。15. Shim, S. E. et al. Macromolecules· 2003，36, 7994-8000。16. Yu, Q. ; Zeng, F. ; Zhu S. Macromolecules· 2005，34,1612。17. US Patent 7019072-Method of preparing latex for coating paper, 2006。
引用的專利
權(quán)利要求
1.用于制備呈MIP顆粒的溶液或者膠態(tài)懸浮體形式的分子印跡聚合物(“MIP”)的方法，包括以下步驟 (a)提供載體物質(zhì)，該載體物質(zhì)具有固定在其上以使得被暴露在表面的所述模板材料； (b)提供與所述表面接觸的可聚合組合物； (c)實(shí)施與所述表面接觸的所述可聚合組合物的受控聚合，當(dāng)能夠形成溶液或者膠態(tài)懸浮體的MIP顆粒已經(jīng)形成時(shí)，終止所述聚合；以及 Cd)從所述表面分離所述MIP顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中在從所述表面分離所述MIP顆粒的所述步驟之后，在步驟(b)、(C)和(d)中重復(fù)使用所述具有固定在其上的所述模板材料的載體物質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或者權(quán)利要求2的方法，其中所述載體物質(zhì)是聚合物樹(shù)脂、多糖、玻璃或者金屬表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或者3的方法，其中所述載體物質(zhì)呈珠粒、波導(dǎo)管的表面、纖維、包括光學(xué)纖維、膜或者毛細(xì)管的形式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4的任一項(xiàng)的方法，在從所述表面分離所述MIP顆粒的所述步驟之后，進(jìn)一步包括純化步驟(e)，其中(i)使含有所述分離的MIP顆粒的溶液或者懸浮體與載體物質(zhì)接觸，該載體物質(zhì)具有固定在其上以使得被暴露在表面的所述模板材料，從而使所述MIP顆粒結(jié)合到所述固定的模板材料，(ii)從所述載體物質(zhì)分離未結(jié)合的材料；和隨后(iii)從固定的模板材料回收MIP顆粒以形成純化的溶液或者膠態(tài)懸浮體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中在步驟(e)中使用的所述載體物質(zhì)如權(quán)利要求3或者權(quán)利要求4中所定義，并且與步驟(c)中使用的載體物質(zhì)相同或者不同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的方法，其中所述受控聚合是自由基聚合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的方法，其中所述受控聚合選自任選地受控活性自由基聚合(LRP)、活性陰離子聚合、活性陽(yáng)離子聚合和受控縮聚。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或者8的方法，其中所述受控聚合選自引發(fā)-轉(zhuǎn)移-終止劑調(diào)控聚合、氮氧自由基調(diào)控聚合(NMP)、原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)和可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合(RAFT)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)的方法，其中在步驟(c)中，終止聚合以產(chǎn)生分子量在500-1，000, 000道爾頓范圍內(nèi)的可溶性MIP顆粒。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)的方法，其中在步驟(c)中，終止聚合以產(chǎn)生顆粒尺寸<I微米且在溶液中穩(wěn)定的膠體顆粒。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)的方法，其中所述可聚合組合物含有一種或多種選自乙烯基單體、烯丙基單體、炔烴、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、氯丙烯酸酯、衣康酸酯、丙烯酸三氟甲基酯、氨基酸衍生物、核苷、核苷酸和碳水化合物的單體。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述可聚合組合物還含有至少一種交聯(lián)劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述至少一種交聯(lián)劑選自乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二乙烯基苯、亞甲基雙丙烯酰胺、亞乙基雙丙烯酰胺和N，N’ -雙丙烯?；哙骸?br> 15.根據(jù)權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)的方法，其中從所述表面分離所述MIP顆粒的所述步驟(d)如下實(shí)現(xiàn)通過(guò)加熱、改變?nèi)芤簆H、改變離子強(qiáng)度的方式，或者通過(guò)加入脲、胍或者比MIP更強(qiáng)地與模板相互作用的物質(zhì)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15任一項(xiàng)的方法，其中實(shí)施受控聚合的所述步驟(c)使用序列聚合，其中在步驟(b)中提供的所述聚合組合物用于第一聚合步驟，之后提供不同的可聚合組合物，并且進(jìn)行進(jìn)一步的聚合步驟以產(chǎn)生仍然能夠形成溶液或者膠態(tài)懸浮體的改性的MIP顆粒。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-16任一項(xiàng)的方法，其中在步驟(c)之后，通過(guò)洗滌從所述固定的模板材料除去結(jié)合差的以及低親和性的材料，隨后在步驟(d)中，將更強(qiáng)的洗脫條件用于洗脫和收集高親和性顆粒。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-17任一項(xiàng)的方法，其中步驟(c)使用有利于形成可溶性和細(xì)膠體顆粒的聚合條件，包括一個(gè)或多個(gè)如下步驟稀釋單體混合物，在低溫進(jìn)行聚合，加入鏈終止劑或者加入抑制劑。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-18任一項(xiàng)的方法，其中在步驟(c)中，通過(guò)加熱、UV或者可見(jiàn)光輻射、微波照射、電引發(fā)聚合、氧化或者加入催化劑引發(fā)聚合。
全文摘要
在模板物質(zhì)的存在下進(jìn)行聚合方法，優(yōu)選活性自由基聚合方法，以生產(chǎn)分子印跡聚合物(“MIPs”)。該聚合方法受到控制，使得產(chǎn)物非常小(500-106道爾頓)，因而它們是可溶的或者形成膠態(tài)懸浮體。模板物質(zhì)是固定的模板，其可以重復(fù)使用。固定的模板對(duì)于通過(guò)親和色譜法提純MIP溶液/懸浮體也是有用的。
文檔編號(hào)C08F293/00GK102639581SQ201080054305
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日
發(fā)明者A·R·L·古爾雷洛, M·J·維特科姆比, S·A·皮爾勒提斯基 申請(qǐng)人:克蘭菲爾德大學(xué)