專利名稱：形成涂覆結(jié)構(gòu)的方法
背景技術(shù)：
瓊脂糖已用于制備凝膠介質(zhì)，通常是在色譜分離和電泳凝膠領(lǐng)域。典型的實現(xiàn)方法是將聚合物與水溶液進(jìn)行熱的相分離。該方法之所以能實現(xiàn)是因為聚合物具有熔點和凝膠點。例如為了加工瓊脂糖，聚合物必須加熱到其熔點溫度以上，在存在水時該溫度為約92℃。在該溫度下聚合物熔化，然后熔融聚合物被水溶劑化形成溶液。只要溫度高于聚合物的凝膠點，聚合物就在水中保持可溶，該凝膠點一般為30℃以上，更典型地為約43℃。處于及低于凝膠點時，聚合物相分離且變成為水凝膠，該水凝膠呈現(xiàn)為凝膠前溶液剛好所處的任何形狀。此外，當(dāng)瓊脂糖接近其凝膠點時，溶液的粘度隨著水凝膠的開始形成而變高。
對于例如用于色譜介質(zhì)中的瓊脂糖珠粒，加熱過的溶液保持在凝膠點以上，并經(jīng)攪拌成為不混溶的加熱過的液體，如礦物油或植物油，從而形成珠粒。然后對該兩相物質(zhì)(不混溶流體中的瓊脂糖珠粒)進(jìn)行冷卻，回收得到珠粒。所述然后珠?？梢栽瓨佑糜诔叽缗抛枭V法，或進(jìn)一步通過以下方法進(jìn)行處理交聯(lián)、加入各種捕獲化學(xué)物、或交聯(lián)和化學(xué)物的結(jié)合，所述的化學(xué)物如親合化學(xué)物或配體、正電荷或負(fù)電荷及疏水物等。
有人嘗試?yán)铆傊窃诮Y(jié)構(gòu)上或結(jié)構(gòu)中形成涂層，而不是將其本身作為固體制品。例如，根據(jù)Cerro等，Biotechnol.Prog 2003，19921-927(Use of Ceramic monoliths as stationary phase in affinitychromatography)，通過將陶瓷塊材浸漬在傳統(tǒng)的瓊脂糖熱溶液中，然后用壓縮空氣除去塊材內(nèi)空隙中的多余熱瓊脂糖溶液，隨后冷卻塊材，使瓊脂糖涂層成為凝膠，由此在所述塊材的表面產(chǎn)生只在表面具有活性的薄的瓊脂糖涂層。
該涂覆方法的一個主要問題是涂覆很難對多孔材料起作用。在上述制件中，瓊脂糖必須在受熱狀態(tài)下使用(因此需要用熱穩(wěn)定的基材)。另一個問題是只能產(chǎn)生只具有表面活性的薄的涂層。這可能部分是因為所使用的除去多余瓊脂糖的方法所致。也可以是由于瓊脂糖凝膠點及瓊脂糖溫度接近凝膠點時產(chǎn)生的高粘度的作用。此外，對于具有比現(xiàn)有技術(shù)中的塊材孔隙大小相對要小的多孔基材，現(xiàn)有技術(shù)的方法不說不可能，但也是非常困難。對于這些困難的原因，在有些情況下是因為空氣難以輕易受壓穿過某些多孔材料而不弄破或者毀壞其多孔結(jié)構(gòu)，如對于某些織物或多孔膜的情況。因此必須使用相對多孔且堅硬的塊材結(jié)構(gòu)。
WO 00/44928建議通過使用高含量(如8M)如尿素等離液劑，來形成對溫度穩(wěn)定的瓊脂糖溶液。該發(fā)明的瓊脂糖被吸收到多孔載體中形成連續(xù)相。小心地加入水，以便在瓊脂糖溶液和所加水之間的界面形成薄的凝膠層。凝膠層防止瓊脂糖遷移，但允許水和尿素分子進(jìn)一步從瓊脂糖溶液遷移到所加的水中。該過程一直持續(xù)到瓊脂糖溶液在多孔基材小孔的空隙內(nèi)變成凝膠。
現(xiàn)有技術(shù)方法的一個主要問題是其制備方法會引起基材小孔大量堵塞，從而嚴(yán)重限制了通過多孔載體的對流。
所需要的正是一種能在多孔基材上產(chǎn)生室溫水溶性聚合物涂層的方法。具體而言，所需要的是在孔隙相對較小的多孔基材(0.01～1000微米的孔隙尺寸)上產(chǎn)生室溫水溶性聚合物基涂層的能力，其使得在所述室溫水溶性聚合物涂層自身內(nèi)具有穿過多孔結(jié)構(gòu)體的良好對流，并且又具有擴(kuò)散流。
通過本發(fā)明的方法，很容易在多孔基材上得到相對較厚的、多孔的室溫水溶性的聚合物涂層，包括既能有對流又能有擴(kuò)散流的多孔材料的表面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及使用室溫水溶性聚合物作為涂層、制造涂覆結(jié)構(gòu)的方法。更具體而言，本發(fā)明涉及制造室溫水溶性聚合物的涂層，如多孔基材上的吸收或色譜涂層。
使用本發(fā)明的方法可以對任何基材的表面，包括如多孔材料的不規(guī)則材料、包括在其內(nèi)表面上涂覆室溫水溶性聚合物的層，而且室溫下所述水溶性聚合物不會大量堵塞孔隙，從而使對流可以穿過所述的多孔結(jié)構(gòu)。此外，室溫水溶性聚合物的涂層足夠厚，可以在室溫水溶性聚合物層自身內(nèi)部產(chǎn)生擴(kuò)散流。
在本發(fā)明的一個實施方案中，向用于室溫水溶性性聚合物，如本實例中的葡聚糖等的溶劑，如室溫下(68或20℃)的水中加入一種或多種交聯(lián)劑、任選的一種或多種成孔劑(porogen)、濕潤劑或配體，形成室溫水溶性性聚合物如葡聚糖的溶液。室溫水溶性聚合物被涂覆在如多孔基材等預(yù)成型結(jié)構(gòu)上，溶劑被蒸發(fā)。然后在一定溫度下加熱涂覆基材，以使室溫水溶性聚合物交聯(lián)，加熱時間應(yīng)足夠長，以便聚合物交聯(lián)充分。如果使用了成孔劑，則應(yīng)在此時將其除去。在本實施方案中，任選使用的如表面活性劑等濕潤劑有助于形成相對均勻的連續(xù)涂層。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，向室溫左右(68或20℃)的聚合物水溶液中加入一種或多種交聯(lián)劑、任選的一種或多種成孔劑、濕潤劑和/或配體，形成室溫水溶性聚合物的溶液。然后將合物涂覆在如多孔基材等預(yù)成型結(jié)構(gòu)上。使室溫水溶性聚合物部分交聯(lián)，方法既可以是在某個溫度下對涂層進(jìn)行加熱，加熱時間僅能夠使聚合物部分交聯(lián)，也可以是僅將涂層在室溫下放置一段時間，放置時間僅能夠使聚合物發(fā)生部分交聯(lián)。然后蒸發(fā)溶劑。隨后使聚合物充分交聯(lián)，方法既可以是在某個溫度下對涂覆基材進(jìn)行加熱，加熱時間足以使聚合物充分交聯(lián)，也可以是僅將涂層在室溫下放置一段時間，放置時間足以使聚合物發(fā)生所述交聯(lián)。如果使用了成孔劑，則應(yīng)在此時將其除去。在本實施方案中，任選使用的如表面活性劑等濕潤劑有助于形成相對均勻的連續(xù)涂層。


圖1所示為根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施方案。
圖2所示為根據(jù)本發(fā)明方法的另一個實施方案。
圖3所示為根據(jù)本發(fā)明方法的另一個實施方案。
圖4所示為根據(jù)本發(fā)明方法的另一個實施方案。
圖5所示為根據(jù)本發(fā)明方法的另一個實施方案。
圖6所示為根據(jù)本發(fā)明方法的另一個實施方案。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及在諸如多孔的基材上形成諸如涂層的室溫水溶性聚合物結(jié)構(gòu)的方法，以使所述基材保持初始空隙體積和孔隙率的至少20％。
圖1以框圖的形式顯示了所述方法的第一個實施方案。該方法包括以下步驟a)在用于水溶性聚合物的溶劑如水中形成室溫水溶性聚合物的溶液，并且加入一種或多種交聯(lián)劑和成孔劑，b)用該溶液潤濕多孔基材，任選地除去多余的溶液，c)將溶劑從溶液蒸發(fā)，使涂層與基材的表面一致，d)使一種或多種交聯(lián)劑充分交聯(lián)室溫水溶性聚合物，以及e)漂洗涂覆過的基材以除去成孔劑及未用的交聯(lián)劑。此外，任選的步驟包括如圖2所示的為涂層表面添加官能。
圖3以框圖的形式顯示了所述方法的另一個實施方案。該方法包括以下步驟a)在優(yōu)選含有一種或多種交聯(lián)劑和成孔劑的室溫水溶性聚合物的溶劑如水中，形成室溫水溶性聚合物的溶液，b)用該溶液潤濕多孔基材，任選地除去多余的溶液，c)使溶液僅僅部分交聯(lián)，d)將水從溶液蒸發(fā)，使涂層與基材的表面一致，e)使涂覆基材充分交聯(lián)室溫水溶性聚合物，及f)漂洗涂覆過的基材以除去成孔劑及未用的交聯(lián)劑。此外，任選的步驟包括如圖4所示為涂層表面添加官能。
上述優(yōu)選方法的溶液是由室溫水溶性聚合物、用于所述室溫水溶性聚合物的水和/或其它溶劑、用于所述室溫水溶性聚合物的一種或多種交聯(lián)劑、及用于涂覆材料的任選的一種或多種成孔劑而形成的。
優(yōu)選在室溫下或在室溫附近對室溫水溶性聚合物、水或其它溶劑、交聯(lián)劑及任選的成孔劑進(jìn)行混合。由于室溫水溶性聚合物大部分很容易在水中溶解，因此很少或不需要加熱，但如果需要加快過程，則可以使用加熱，只要熱量足夠低，可以避免產(chǎn)生任何過早的交聯(lián)引發(fā)即可。可以將所有的組分混合在一起一步完成這一過程?；蛘?，也可以先將室溫水溶性聚合物加入例如水的溶劑中，使室溫水溶性聚合物溶解。然后可以加入交聯(lián)劑和成孔劑。
如果溶液經(jīng)過了加熱，優(yōu)選使其冷卻。
冷卻可以自然進(jìn)行，如果需要，也可以強(qiáng)制冷卻溶液。室溫下該溶液為穩(wěn)定的、非凝膠化的溶液。
所使用的室溫水溶性聚合物的種類可以根據(jù)最終涂層所要求的性能予以確定。葡聚糖、取代的纖維素、低凝膠點或室溫凝膠點的瓊脂糖及聚乙烯醇(PVA)等是該類聚合物的典型實例。制備所述溶液時應(yīng)使室溫水溶性聚合物的最終濃度為總的最終溶液重量的約0.1％～約20％，優(yōu)選約1％～約10％，更優(yōu)選約2％～約6％。
盡管水是室溫水溶性聚合物的優(yōu)選溶劑，也可以加入以總的最終溶液重量計最高達(dá)20％的少量的助溶劑，以改善室溫水溶性聚合物的溶解性。合適的助溶劑的實例為二甲基乙酰胺或二甲亞砜。其它的助溶劑也為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。
可以使用工業(yè)上常用于含多羥基的材料如葡聚糖等交聯(lián)的任何化學(xué)物對層進(jìn)行交聯(lián)，這些化學(xué)物的非限制性實例有表氯醇或其它多官能環(huán)氧化合物、各種bromyl化學(xué)物或其它多官能鹵化物；甲醛、gluteraldehyde及其它多官能醛、二(2-羥乙基)砜、二甲基二氯硅烷、二羥甲基脲、二羥甲基亞乙基脲、二異氰酸鹽酯或多異氰酸酯等。
本發(fā)明中可以使用成孔劑，盡管已發(fā)現(xiàn)尤其是水的溶劑可在本發(fā)明中可起到成孔劑的作用。然而，優(yōu)選使用其它的成孔劑，因為它們可以提供更大的空間(latitude)并且可以控制涂層中孔隙的形成及孔隙的大小。合適的成孔劑可由一種或多種水溶性聚合物組成，舉例來說，其包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、包括取代的聚丙烯酰胺的水溶性聚丙烯酰胺，如聚二甲基丙烯酰胺。相信這些聚合物可以起″成孔劑″的作用，因為在涂覆過的多孔基材使用中，它們控制可自由滲透以溶解溶質(zhì)的涂層體積的量。
這些成孔劑可在初始溶解步驟中與室溫水溶性聚合物混合使用，或者可以在溶液形成后、但在其涂覆之前再溶解到溶液中。必須注意不要加入過量的成孔劑，因為可能會發(fā)生溶液的凝聚。成孔劑與室溫水溶性聚合物的比例可以是約0.1～10。優(yōu)選的成孔劑為聚乙烯醇和聚丙烯酰胺。
因為這些成孔劑是水溶性的，所以在所述過程結(jié)束后也很容易通過水浴或漂洗步驟除去這些成孔劑。
如果有需要，也可以使用非水溶性的成孔劑，只要用于除去成孔劑的溶劑或萃取液不會不利于室溫水溶性聚合物的涂覆即可。
在形成多孔基材用涂層時，在溶液形成后再選擇多孔基材。
基材可以是諸如織物、非織物的纖維、墊子、氈或膜等片狀物；或者可以是三維的結(jié)構(gòu)，如海綿、聚(HIPES)；或其它的塊材結(jié)構(gòu)，如蜂巢；或多孔珠粒，如受控的多孔玻璃、多孔聚苯乙烯珠粒、硅石、氧化鋯等。優(yōu)選基材為由織造織物、非織造織物或膜形成的片狀物。
非織造織物是直接由纏結(jié)的纖維或單絲通過熱方法或化學(xué)方法粘接在一起的分離的纖維所制得的平的多孔片材。典型地，非織造織物制造商提供的介質(zhì)具有1～500微米的平均流動孔隙(MFP)等級。對于非織造織物而言，多孔結(jié)構(gòu)就是纏繞的纖維，孔隙指的是纖維間的曲折空間。對于氈狀織物，孔隙的含義類似。優(yōu)選的非織造織物為由馬薩諸塞州Lowell的Freudenberg Nonwovens NA所制造，其型號為FO2463。
經(jīng)紗和緯紗相互間以預(yù)先確定的角度以規(guī)則圖樣或編織風(fēng)格相互交織制成織物。典型地緯紗與經(jīng)紗構(gòu)成約90度的角度。其它常用的角度包括但不限于30、45、60和75度。通過編織方法引起纖維機(jī)械聯(lián)鎖來保持織物的完整性?？椢锏膽掖苟?織物對復(fù)雜表面的吻合能力)、表面光滑度和穩(wěn)定度主要受編織風(fēng)格的控制，如平紋織法、斜紋織法、緞紋織法、雙紋織法和紗羅織法等。在此情況下，基材的孔隙為纖維間的空間，其曲折特點不明顯。
塊材體為多孔的材料塊。它們可以是矩形、圓柱形或發(fā)泡成其它形狀。其實例是陶瓷塊材，它是填充的矩形或三角形毛細(xì)管的規(guī)整結(jié)構(gòu)。這些塊材可由阿拉巴馬州的Engelhard公司和紐約Corning的Corning公司所提供。一種形式的高分子塊材是由喬治亞州的FairburnPorex公司所制造的燒結(jié)塑料粒子所制得的。
Poly(HIPES)[高內(nèi)相乳液]材料為力學(xué)上穩(wěn)定的各向同性的開孔高分子泡沫。這些及其它大孔聚合物的結(jié)構(gòu)見述于“Porous polymersand resins for biotechnological and biomedical applications”，H.-P.Hentze和M.Antonietti，Reviews in Molecular Biotechnology 90(2002)27-53。
所述基材可由包括玻璃、塑料、陶瓷和金屬的各種材料形成。
硼硅酸鹽玻璃為合適的玻璃的一個實例。它可以形成為玻璃墊或燒結(jié)的多孔珠粒，可以形成為片材，如可從馬薩諸塞州Billerica的Millipore公司所得到的受控的多孔玻璃珠。
可以使用各種陶瓷，這些陶瓷可以基于較普通的硅酸鹽化學(xué)物，或較罕見的化學(xué)物，如釔、氧化鋯和鈦等，以及它們的混合物。它們可以形成纖維、墊子、氈、塊材或膜。
金屬包括燒結(jié)片材和結(jié)構(gòu)，如燒結(jié)不銹鋼的或鎳的過濾器、編織篩和非織造墊子、織物和氈，如不銹鋼毛。
優(yōu)選的基材由塑料、更優(yōu)選為熱塑性塑料制得。優(yōu)選的熱塑性塑料包括但不限于聚烯烴，如聚乙烯、聚丙烯、護(hù)套的(sheathed)聚乙烯/聚丙烯纖維；PVDF、聚砜、聚醚砜、聚芳基砜、聚苯基砜、聚氯乙烯、PET和聚酰胺。
可以將室溫水溶性聚合物溶液原樣地用于涂層。優(yōu)選在溶液中加入涂層改性材料，以對最后涂層的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行改進(jìn)和控制。
一類涂層改性材料包括可與所述溶液混溶的揮發(fā)性有機(jī)物。其實例為一元醇，如甲醇、乙醇和丙醇。它們使用的濃度至多可達(dá)到產(chǎn)生略微渾濁的溶液。更高用量的這些醇會產(chǎn)生室溫水溶性聚合物的沉淀。優(yōu)選的量為與溶液中的水等體積，更優(yōu)選加入的醇為水的約40％～約60％。優(yōu)選的醇為甲醇。也可以使用可混溶的酮，如丙酮，但必須小心，因為室溫水溶性聚合物在酮水混合物中的溶解度較低。也可以考慮兩種或多種這些物質(zhì)的任何混合物。
另一類涂層改性材料包括非揮發(fā)性的可混溶的有機(jī)物。其非限制性實例包括甘油、乙二醇、甲基戊二醇、二甘醇、丙二醇、三甘醇、乙二醇的甲基-、乙基-、或正丁基醚、乙二醇的二甲基-或二乙基醚、乙二醇二甲醚醋酸酯、乙二醇二乙醚醋酸酯、二甘醇甲基醚、二甘醇乙基醚、二甘醇正丁基醚、二甘醇二甲基醚、二甘醇二乙基醚、二甘醇二甲基醚醋酸酯、二甘醇二乙基醚醋酸酯、N-甲基嗎啉和N-乙基嗎啉等。這類物質(zhì)的實例還有低分子量的聚乙二醇。也可以考慮兩種或多種這類物質(zhì)的任何混合物。
為了獲得最佳的溶液涂覆性，可向溶液中加入一種或多種表面活性劑。溶液種類和基材的不同組合要求進(jìn)行試驗，以確定選用最佳的表面活性劑。已發(fā)現(xiàn)陰離子表面活性劑是可用的，優(yōu)選為陰離子氟表面活性劑。其中尤其優(yōu)選3M FC-99和FC-95，或者其它供應(yīng)商的對等物。以溶液的總重量計，表面活性劑的存在量優(yōu)選約0.001～約10％，更優(yōu)選約0.01～約5％。
用涂料對基材進(jìn)行浸漬，例如在涂料浴中對基材進(jìn)行浸泡，用刮刀、噴嘴、幕涂機(jī)、輥涂機(jī)、擠涂機(jī)或本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知的任何其它方法將涂料涂覆到多孔基材上。除去多余的涂料，例如通過吸收或搖晃涂覆基材、用軋輥擠壓、對涂覆基材的表面進(jìn)行擦刮，或者用空氣或氣體吹基材的表面。
然后通過蒸發(fā)至少部分除去涂料的溶劑。優(yōu)選的溶劑為水，并通過受控蒸發(fā)使溶劑蒸發(fā)，以便產(chǎn)物相對均勻地布滿整個基材。如果需要，可以使用溫?zé)岬目諝?優(yōu)選其溫度為20～50℃(優(yōu)選低于交聯(lián)劑可以開始引起聚合物快速交聯(lián)的溫度))、微波干燥和真空烘箱干燥等來控制和/或加快蒸發(fā)。這可使室溫水溶性聚合物涂層在基材表面上形成，該涂層的觸感是干燥的，但其中仍含有殘留的水分。
然后，優(yōu)選對涂覆過的基材進(jìn)行加熱(根據(jù)所選的交聯(lián)劑，典型地從約70至95℃)，以引起室溫水溶性聚合物的交聯(lián)。或者，在室溫下會隨時間自發(fā)產(chǎn)生交聯(lián)。如果要求這樣，可以在室溫下簡單地將涂覆過的基材靜置一旁任交聯(lián)發(fā)生。
然后用水和或其它能除去成孔劑(若有的話)及未使用的交聯(lián)劑(若有的話)的液體漂洗涂覆基材。漂洗步驟通常在溫度約15℃～約50℃、優(yōu)選20℃～50℃下進(jìn)行。涂覆基材至少在其全部表面(外表面和內(nèi)表面)的一部分覆蓋有可滲透生物分子的涂層。優(yōu)選將涂料相對均勻地涂覆到基材上。更優(yōu)選使幾乎其全部的表面都覆蓋上涂料。同時還優(yōu)選在整個基材中涂層的厚度相對均勻。
所述涂料可以連接一個或多個包括配體的官能，如A蛋白或G蛋白，每一種為天然型或重組衍生型的，以及使它們對腐蝕更穩(wěn)定的A蛋白或G蛋白的改進(jìn)型等，各種化學(xué)配體如2-氨基苯并咪唑(AMI)、氨甲基苯并咪唑(AMBI)、巰基乙基吡啶(MEP)或巰基苯并咪唑(MBI)，或各種使涂料呈陽離子的、陰離子的、親的、疏的或帶電荷的化學(xué)物，如在介質(zhì)形成技術(shù)領(lǐng)域所熟知的。
液相色譜中所使用的適用于本發(fā)明的官能團(tuán)包括，但不限于以下基團(tuán)離子交換、生物親合、疏水基團(tuán)、可用于共價色譜的基團(tuán)、親硫的相互作用基團(tuán)、螯合物或螯合基團(tuán)、與目標(biāo)化合物有所謂π-π相互作用的基團(tuán)、氫鍵鍵合和親水基團(tuán)等。
這些基團(tuán)可在實施涂覆以后加入并交聯(lián)到基材上，或也可以加入到初始溶液中，并利用交聯(lián)而將其與涂層結(jié)合(如圖5和6所示)。
然后可以把介質(zhì)放置在一個固定裝置中，使一股液流(含有捕獲的一種或多種要求的組分)流經(jīng)介質(zhì)，以使要求的組分與液體的其它部分分離。典型地，從液體中捕獲的是所要求的組分，而包括雜質(zhì)的液體的其它部分則會流走?；蛘?，要求的組分可以流走，而雜質(zhì)可以被介質(zhì)捕獲。洗滌介質(zhì)以除去任何沒有結(jié)合的物質(zhì)，然后利用離子強(qiáng)度或pH值等的變化對捕獲物進(jìn)行洗脫。
如果有需要或要求，可以在第一涂層上涂覆第二或更多涂層，以達(dá)到要求的涂層厚度等。
即使帶有涂層，基材也具有高滲透率及良好的流動與容量特性?；臑樽晕抑蔚?，可為涂層提供平臺或結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。
所選擇的基材優(yōu)選為高度多孔的，這樣其內(nèi)部可以具有最少但充足的壁或者固體材料，以提供結(jié)構(gòu)的完整及高孔隙率和流動。孔隙大小的變化范圍在約0.01～約1000微米、優(yōu)選10～300微米、更優(yōu)選約30～約200微米、還更優(yōu)選30～100微米，具體依流體及要求從中捕獲的成分而定。例如，在從一種不清澈的、溶解細(xì)胞的細(xì)胞湯(broth)中捕獲要求的蛋白質(zhì)的應(yīng)用中，基材的孔隙應(yīng)該足夠大，使得所述湯高速流經(jīng)基材時有良好的滲透率，而在每個通道還都能有高水平的捕獲，如大于50％。在上述應(yīng)用中，優(yōu)選的孔徑應(yīng)為約100～約300微米。在從清澈或潔凈的原料流開始的應(yīng)用中，孔徑可以小一些，為約30～約60微米。對于如注射器過濾器或微量滴定盤等用于各種溶液條件的實驗室器具而言，當(dāng)使用的溶液為干凈且高度稀釋時，優(yōu)選更小的孔。這些孔徑為約0.1微米～10微米。
涂層本身事實上也是多孔的，所以它們可滲透生物分子。優(yōu)選在其容積內(nèi)，即在涂層內(nèi)形成的孔隙中可吸收生物分子。涂層有足夠的厚度形成這些孔隙，并且有擴(kuò)散流流入其中，因此可在表面單獨(dú)容量之上增加所述結(jié)構(gòu)的總體容量，在某些應(yīng)用中還可以增加捕獲的選擇性，但它們足夠薄，以至擴(kuò)散長度有限，并且不會成為捕獲或釋放生物分子的性能上的不利因素。
典型地，所述涂層構(gòu)成涂覆基材總體積的至少1％。優(yōu)選為涂覆基材總體積的約5％～約80％。
用另一種測量方法，平均起來，所述涂層可將基材孔隙的平均直徑從未涂覆基材的平均直徑減少約1％～約80％、優(yōu)選約10％～約50％、更優(yōu)選約20％～約50％的量。
用另一種測量方法，所述涂層可將基材的滲透率從未涂覆基材的滲透率減少約5％～約80％的量。
確定所用涂層量的另一種方法是相對(fractional)孔隙率，相對孔隙率對于保證流經(jīng)涂覆基材較為重要。相對孔隙率為對于正處理溶液可獲得的涂覆基材的體積與涂覆基材的總體積之比。更高的相對孔隙率可賦予涂覆基材更高的固有流動能力。對于本發(fā)明的涂覆基材，優(yōu)選的相對孔隙率為約0.35～約0.55。
涂層的厚度一般為約1～100微米，優(yōu)選約2～約20微米，更優(yōu)選約5～約15微米。
涂層的孔隙直徑可以在色譜中常用的范圍內(nèi)變化，或約1～約200納米、優(yōu)選約1～約100納米、更優(yōu)選約1～50納米。其大小應(yīng)足以使要求的材料如蛋白質(zhì)或其它生物分子或如低聚核苷酸等合成分子等通過或滲透其中。
在優(yōu)選的實施方案中，涂層以相當(dāng)均勻的厚度覆蓋在基材的表面上。為此，要求進(jìn)行常規(guī)試驗，對涂層溶液粘度、基材孔隙大小、除去多余溶液的方法及干燥過程等進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到這一目的。一般來說，一旦了解了本發(fā)明所教導(dǎo)的內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員就可大致決定可對要求溶質(zhì)的體積和吸收及釋放的速率進(jìn)行優(yōu)化的涂層厚度。然后他就可以選取孔隙尺寸和孔隙率合適的基材，使該厚度不會過多地減少流動。根據(jù)本發(fā)明所教導(dǎo)內(nèi)容的常規(guī)試驗和誤差實驗，可以為熟練的專業(yè)技術(shù)人員提供得到正確配方和干燥方法的途徑。
在優(yōu)選的實施方案中，所有的表面基本上都覆蓋有多孔涂層，優(yōu)選其具有均勻的厚度。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)具有良好的滲透率。滲透率通常定義為流體的流量與所施加的壓力之比。本發(fā)明具有內(nèi)在的流動，即使在壓力相對較低(1psi)時，并且在相對較高的流速下如300ml/hr或更高時，仍具有穩(wěn)定的流量。優(yōu)選其在一定的壓力范圍內(nèi)具有約1ml/hr～約500ml/hr的相對線性的滲透率。
該結(jié)構(gòu)還具有良好的容量。通常，這意味著與位于下面的基材表面積相比，所述結(jié)構(gòu)具有相對較高的表面可與流經(jīng)結(jié)構(gòu)的流體直接接觸。典型地，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)所具有的表面積比基材本身的表面積高至少25％、優(yōu)選50％、更優(yōu)選75％，這樣可以增大對捕獲材料的貫流容量，使質(zhì)量傳輸(擴(kuò)散傳輸)更快。
使用室溫可溶性聚合物溶液及本發(fā)明的方法，通過將溶液涂覆于物件的表面、隨后通過蒸發(fā)除去溶劑、然后進(jìn)行交聯(lián)，可以作用于聚合物涂層的任何表面上，包括如多孔材料等不規(guī)則材料的表面。在涂層的形成完成后，通過例如用液體組合物進(jìn)行萃取，可以除去成孔劑及未使用的交聯(lián)劑。
以下實施例舉例說明了本發(fā)明的主要特征。
實施例1葡聚糖涂料溶液的形成根據(jù)以下步驟，用葡聚糖涂覆孔大小為約100微米、孔隙率為約65％的聚烯烴非織造織物。制備涂料溶液，使該涂料溶液含有15g葡聚糖(500,000MW)、作為交聯(lián)劑的1g聚乙二醇二縮水甘油醚、作為成孔劑的20g聚丙烯酰胺溶液(在水中10％)、1.5g 1N氫氧化納及62.5g的水。將非織造織物暴露在上述葡聚糖涂料溶液中，使織物完全被溶液潤濕。然后將濕的織物放置在兩片聚乙烯膜之間，輕輕擠壓除去織物表面的多余溶液；然后從薄膜片中取出織物，在室溫下任其干燥。然后將干的涂覆織物放置在85℃的爐中4小時，使葡聚糖產(chǎn)生交聯(lián)。然后在水中漂洗數(shù)次涂覆織物，除去包括聚丙烯酰胺的任何未反應(yīng)的物質(zhì)。將涂覆過的織物保存在水中。
實施例2用磺丙基(SP)對交聯(lián)葡聚糖涂層的官能化將實施例1的交聯(lián)葡聚糖涂覆過的織物浸泡在含有6g溴代丙烷磺酸鈉、94g 1M的氫氧化鈉溶液中，然后將該溶液的溫度升至50℃，在輕微的攪拌下使其在該溫度下進(jìn)行16小時的官能化反應(yīng)。用水漂洗所述磺丙基官能化的涂覆織物數(shù)次，除去多余的反應(yīng)物和堿；將織物保存在水中。經(jīng)測定，改性織物在pH4.5的醋酸納緩沖液中的滲透率為1.78cm2/min-psi，電導(dǎo)率為8mS。
實施例3SP官能化的葡聚糖所涂覆織物的蛋白質(zhì)結(jié)合將實施例2的SP官能化的葡聚糖涂覆的織物的13mm圓片浸泡在6ml pH為7、電導(dǎo)率為2mS、并含有濃度為1g/L溶菌酶的磷酸鹽緩沖液中，使織物在攪拌下與蛋白質(zhì)溶液在室溫下保持接觸16小時。16小時后，對蛋白質(zhì)溶液中的溶菌酶濃度進(jìn)行測量，根據(jù)13mm織物圓片的體積計算出結(jié)合在織物上的蛋白質(zhì)的量。經(jīng)測定織物的蛋白質(zhì)結(jié)合能力為28mg溶菌酶/ml織物。
實施例4交聯(lián)的瓊脂糖涂層將6g瓊脂糖粉末(XII型，從Sigma-Aldrich得到)加入40g水中，在95℃的溫度下保持加熱，對混合物進(jìn)行攪拌直至形成瓊脂糖的初始溶液。將該自由流動的初始溶液冷卻至室溫，在該溫度下所述溶液變?yōu)橥耆珱]有自由流動特性的凝膠。向該凝膠中加入15g氯化鋅，一邊攪拌一邊將該混合物再次加熱到95℃，直到凝膠和鹽溶解形成均勻的溶液。然后將該溶液冷卻至室溫，在該溫度下溶液保持著自由流動的特性。用NaOH或其它堿將冷卻溶液的pH值調(diào)整到10-14。(加入)合適的交聯(lián)化合物，如任何一種工業(yè)上常用于含多羥基物質(zhì)的交聯(lián)的化學(xué)物，如瓊脂糖，這些化學(xué)物為非限制性的實例，水溶性交聯(lián)劑的水溶液包括表氯醇或其它多官能環(huán)氧化合物、優(yōu)選1，4-丁二醇二縮水甘油醚或乙二醇二縮水甘油醚，各種bromyl化學(xué)物或其它多官能鹵化物；甲醛、gluteraldehyde及其它多官能醛、雙(2-羥基乙基)砜、二甲基二氯硅烷、二羥甲基脲、二羥甲基亞乙基脲、二異氰酸鹽酯或多異氰酸酯等。這些交聯(lián)劑的加入濃度為約5％?；旌闲纬勺罱K的瓊脂糖溶液時，向該溶液中加入39.9g的甲醇和0.1g的Fluorad FC-95氟表面活性劑(3M公司)。該最終溶液在室溫下保持為液體。
根據(jù)以下步驟可以涂覆孔徑為約100微米、孔隙率約為65％的聚烯烴非織造織物(F02463型，產(chǎn)自馬薩諸塞州Lowell的FreudenbergNonwovens NA)。所使用的是如以上所制備的涂料溶液。將該非織造織物暴露在上述涂料溶液中，使該織物被溶液充分潤濕。然后濕織物放在兩片聚乙烯膜之間，輕輕擠壓除去織物表面的多余溶液；然后從薄膜片中取出織物，在室溫下任其干燥。再將干的涂覆織物放置在85℃的爐中4小時，使瓊脂糖產(chǎn)生交聯(lián)。然后將涂覆織物用水漂洗數(shù)次，以除去任何未反應(yīng)的物質(zhì)。將涂覆過的織物保存在水中。
權(quán)利要求
1.一種形成室溫水溶性聚合物涂覆的多孔基材的方法，其包括以下步驟a)提供一種或多種室溫水溶性聚合物材料、用于室溫水溶性聚合物的溶劑、用于室溫水溶性聚合物的一種或多種交聯(lián)劑、及多孔基材；b)將所述室溫水溶性聚合物、溶劑及一種或多種交聯(lián)劑加到一起作為混合物；c)將所述混合物攪拌一段足夠長的時間，以溶解所有組分并形成溶液；d)將所述室溫水溶性聚合物溶液涂覆到多孔基材上；e)干燥所述基材上的涂層；f)使所述涂層在基材上交聯(lián)；并且g)漂洗所述涂覆過的基材，從涂覆結(jié)構(gòu)除去任何殘留的一種或多種交聯(lián)劑。
2.權(quán)利要求1的方法，其還包括c)和d)之間用選自以下組中的方法使涂覆溶液部分交聯(lián)的步驟在足以使室溫水溶性聚合物溶液部分交聯(lián)的溫度下對溶液加熱一段時間、在足以使室溫水溶性聚合物溶液部分交聯(lián)的溫度下將涂層保留在室溫下一段時間。
3.權(quán)利要求1的方法，其還包括另外的h)步驟使涂覆過的基材經(jīng)過額外的處理步驟。
4.權(quán)利要求1的方法，其還包括另外的h)步驟使涂覆過的基材經(jīng)過使表面連接一種或多種化學(xué)物的另外的處理步驟。
5.權(quán)利要求1的方法，其中將一種或多種成孔劑加入所述溶液中，所述成孔劑選自以下組中聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、取代的聚丙烯酰胺及它們的混合物。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述一種或多種交聯(lián)劑選自以下組中多官能環(huán)氧化合物、多官能bromyl化合物、多官能鹵化物、多官能醛、雙(2-羥基乙基)砜、二甲基二氯硅烷、二羥甲基脲、二羥甲基亞乙基脲、二異氰酸酯、多異氰酸酯及它們的混合物。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述用于室溫水溶性聚合物的溶劑選自以下組中水和水溶液。
8.一種在多孔基材上形成色譜的或吸附的室溫水溶性聚合物涂層的方法，其包括以下步驟提供室溫水溶性聚合物、用于室溫水溶性聚合物的溶劑、用于室溫水溶性聚合物的一種或多種交聯(lián)劑、及用于室溫水溶性聚合物的一種或多種成孔劑；通過攪拌，形成室溫水溶性聚合物、用于室溫水溶性聚合物的溶劑、用于室溫水溶性聚合物的一種或多種交聯(lián)劑、及用于室溫水溶性聚合物的一種或多種成孔劑的溶液；提供多孔基材；用所述溶液潤濕多孔基材，使其基本涂覆多孔基材的所有表面；從所述涂覆過的溶液蒸發(fā)溶劑，以在多孔基材的表面上形成室溫水溶性聚合物的涂層；通過將涂覆過的基材加熱到一定溫度并保持一段足夠長的時間，使室溫水溶性聚合物通過一種或多種交聯(lián)劑交聯(lián)，來使涂覆過的基材交聯(lián)，以及漂洗涂覆過的基材，從室溫水溶性聚合物涂覆過的基材上除去任何殘留的一種或多種交聯(lián)劑及一種或多種成孔劑。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述溶液還包括選自以下組中的一種或多種潤濕劑醇、揮發(fā)性試劑、表面活性劑及它們的摻混物。
10.權(quán)利要求8的方法，其還包括通過選自以下組中的方法，在將溶液涂覆到基材上面之后部分交聯(lián)所述溶液的步驟在足以使室溫水溶性聚合物溶液部分交聯(lián)的溫度下對溶液加熱一段時間、在足以使室溫水溶性聚合物溶液部分交聯(lián)的溫度下將涂層保留在室溫下一段時間。
11.權(quán)利要求8的方法，其中所述一種或多種成孔劑選自以下組中聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、取代的聚丙烯酰胺及它們的混合物。
12.權(quán)利要求8的方法，其中所述一種或多種交聯(lián)劑選自以下組中多官能環(huán)氧化合物、多官能bromyl化合物、多官能鹵化物、多官能醛、雙(2-羥基乙基)砜、二甲基二氯硅烷、二羥甲基脲、二羥甲基亞乙基脲、二異氰酸酯、多異氰酸酯及它們的混合物。
13.權(quán)利要求8的方法，其還包括將官能化學(xué)物施用到交聯(lián)過的室溫水溶性聚合物涂層上的步驟。
14.權(quán)利要求8的方法，其還包括在將所述室溫水溶性聚合物溶液涂覆到基材之前向其添加官能化學(xué)物的步驟。
15.權(quán)利要求1的方法，其還包括在步驟b)中，在將所述室溫水溶性聚合物溶液涂覆到基材之前向其添加官能化學(xué)物。
16.權(quán)利要求8的方法，其還包括將官能化學(xué)物施用到交聯(lián)過的室溫水溶性聚合物涂層的步驟，其中所述官能化學(xué)物選自以下組中化學(xué)配體和蛋白質(zhì)配體。
17.權(quán)利要求8的方法，其中所述多孔基材選自以下組中織造織物、非織造織物、氈、墊子、纖維、開孔海綿、多孔塊材和多孔膜。
18.權(quán)利要求8的方法，其中所述溶劑通過空氣運(yùn)動來蒸發(fā)。
19.權(quán)利要求8的方法，其中所述溶劑在溫度高于室溫但低于室溫水溶性聚合物的交聯(lián)溫度下通過空氣運(yùn)動來蒸發(fā)。
20.一種在多孔基材上形成色譜的或吸附的室溫水溶性聚合物涂層的方法，其包括以下步驟提供室溫水溶性聚合物、用于室溫水溶性聚合物的溶劑、用于室溫水溶性聚合物的一種或多種交聯(lián)劑、及用于室溫水溶性聚合物的一種或多種成孔劑；通過攪拌，形成室溫水溶性聚合物、用于室溫水溶性聚合物的溶劑、用于室溫水溶性聚合物的一種或多種交聯(lián)劑、及用于室溫水溶性聚合物的一種或多種成孔劑的溶液；提供多孔基材；用所述溶液潤濕多孔基材，使其基本涂覆多孔基材的所有表面；使涂覆溶液在多孔基材上部分交聯(lián)；從涂覆溶液蒸發(fā)溶劑，以在多孔基材的表面上形成室溫水溶性聚合物的涂層；通過選自以下組中的方法，使涂覆過的基材基本上完全交聯(lián)在足以使室溫水溶性聚合物溶液部分交聯(lián)的溫度下對溶液加熱一段時間；在足以使室溫水溶性聚合物溶液部分交聯(lián)的溫度下將涂層保留在室溫下一段時間，以及漂洗涂覆過的基材，從室溫水溶性聚合物涂覆過的基材上除去任何殘留的一種或多種交聯(lián)劑及一種或多種成孔劑。
21.權(quán)利要求20的方法，其中在多孔基材上使涂覆過的溶液部分交聯(lián)的步驟是通過選自以下組中的方法來進(jìn)行的在足以使室溫水溶性聚合物溶液部分交聯(lián)的溫度下對溶液加熱一段時間、在足以使室溫水溶性聚合物溶液部分交聯(lián)的溫度下將涂層保留在室溫下一段時間。
全文摘要
一種在多孔基材上形成室溫水溶性聚合物涂層的方法，其步驟包括形成室溫水溶性聚合物、一種或多種交聯(lián)劑、用于室溫水溶性聚合物的溶劑如水、及任選的一種或多種成孔劑、或多官能助劑的溶液；對混合物進(jìn)行攪拌直至所有的組分都溶解；將溶液加入到如非織造織物或多孔膜等多孔結(jié)構(gòu)中、并且在對涂層進(jìn)行交聯(lián)前將溶液干燥到基材上作為涂層。另外的選擇是，可以在干燥溶液前對涂層進(jìn)行部分交聯(lián)?？梢孕纬删哂惺覝厮苄跃酆衔锿繉拥亩嗫捉Y(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)既有能穿過結(jié)構(gòu)孔隙的對流，又有能通過涂層的擴(kuò)散流。
文檔編號B01J20/30GK1913958SQ200580003979
公開日2007年2月14日 申請日期2005年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月5日
發(fā)明者威爾遜·莫亞 申請人:米利波爾公司