專利名稱：可官能化整體材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多孔整體(monolithiques )有機(jī)材料的領(lǐng)域。本發(fā)明 還涉及制備這些材料的各種方法。
背景技術(shù)：
這些整體材料與更傳統(tǒng)的大孔材料相比具有某些優(yōu)點(diǎn)，這尤其與 在致密形式中不存在間隙空間有關(guān)。
在所希望的元件中在簡(jiǎn)單空腔(柱、毛細(xì)管)或微系統(tǒng)(通道、 儲(chǔ)器、室、分支點(diǎn))內(nèi)制備多孔整體有機(jī)材料的一種通用方法是以在 致孑L溶劑(solvants porog6nes )的混合物中溶解的單體通過熱、光 化學(xué)或放射化學(xué)途徑原位聚合為基礎(chǔ)的。
在文獻(xiàn)中已經(jīng)描述了分析微系統(tǒng)用的各種整體材料以及它們的 制備方法。在這些方法當(dāng)中，使用熱途徑的方法的特征是相對(duì)長(zhǎng)的聚 合時(shí)間(16-26小時(shí))和高聚合溫度(60-90°C)。另外，所獲得的多 孔相最常見地針對(duì)單一類型的應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化。更具體地，已知整體材 料沒有官能化能力，或者它們的可官能化基團(tuán)的含量太低。此外，目 前使用的可官能化基團(tuán)(環(huán)氧、二氫唑酮)的反應(yīng)性是弱的，并且需 要長(zhǎng)的處理和/或在嚴(yán)苛條件下的處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的一方面在于提供在調(diào)節(jié)孔隙率-滲透性特性之后非 常適合的新型可官能化整體材料，另一方面在于提供以實(shí)施簡(jiǎn)單為特 征的制備這些整體材料的方法。
根據(jù)第一個(gè)方面，本發(fā)明的主題涉及包含能夠被官能化的馬來酸 酐官能團(tuán)的聚合物整體材料。
根據(jù)第二個(gè)方面，本發(fā)明涉及制備可官能化整體材料的方法，所
述方法包括充當(dāng)所述整體材料的載體的壁的表面預(yù)處理步驟，其特征
在于，該方法在于包含基礎(chǔ)組合物的組合物的熱、光化學(xué)或放射化學(xué)
自由基聚合反應(yīng)，該基礎(chǔ)組合物包含
- 作為基礎(chǔ)單體的馬來酸酐，以其有利于與具有電子給體性 質(zhì)的單體形成電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物的電子受體性質(zhì)而著稱，其 與具有電子給體性質(zhì)的烯屬共聚單體和/或與其它具有電 子給體或受體性質(zhì)的烯屬單體結(jié)合，
- 致孔溶劑的混合物， 所述基礎(chǔ)組合物任選地添加有光引發(fā)劑或熱引發(fā)劑。
根據(jù)第三個(gè)方面，本發(fā)明涉及用于制備本發(fā)明整體材料的包含馬 來酸酐、共聚單體和/或其它單體和致孔溶劑的組合物。
根據(jù)第四個(gè)方面，本發(fā)明涉及其中馬來酸酐官能團(tuán)通過與親核化
合物反應(yīng)而被官能化的整體材料。由這種官能化所得到的性質(zhì)是極其 多樣的可調(diào)節(jié)的親水/疏水平衡，存在正或負(fù)電荷，任選光學(xué)活性的 多樣化的官能有機(jī)基團(tuán)，特定的基底，人工(artificiels)或酶催化 部位等。
這種可獲得性能的多樣性使得能夠調(diào)節(jié)多孔材料的官能性能，以 作為疏水相互作用、親合、離子色譜法，電色鐠法，毛細(xì)管電泳中的 相，作為反應(yīng)器，作為化合物吸收和分析用的載體，作為檢測(cè)裝置中 的傳感器。根據(jù)第五個(gè)方面，本發(fā)明因而涉及官能化的整體材料在分 析微系統(tǒng)中的各種用途。
下面將詳細(xì)地描述本發(fā)明。
根據(jù)第一個(gè)方面，本發(fā)明的主題是具有可官能化基團(tuán)的聚合物整 體材料，其特征在于這些基團(tuán)是馬來酸酐單元。
申請(qǐng)人的選擇著重于具有高馬來酸酐含量的整體材料，因?yàn)槠渚?有兩個(gè)特別的特性
- 傾向于通過與具有電子給體性質(zhì)的烯屬單體(乙烯基醚， N-乙烯基衍生物)的自由基反應(yīng)形成交替共聚物，
- 引發(fā)其與具有電子給體性質(zhì)的烯屬單體(乙烯基醚，N-乙烯基衍生物)的光化學(xué)共聚的能力，而不需要求助于特
定的自由基光引發(fā)劑。
不同的應(yīng)用最通常地需要制備具有最佳官能和流體特性的多孔 整體相。經(jīng)驗(yàn)表明，整體材料的微結(jié)構(gòu)和多孔性強(qiáng)烈地取決于前體反 應(yīng)混合物的組成(單體的類型和用量，致孔混合物的類型和組成)并 取決于制備條件(溫度，引發(fā)反應(yīng)的類型和動(dòng)力學(xué)，熱、光化學(xué)或放 射化學(xué)處理時(shí)間)。
這兩種特性是相互依賴的，通過改變前體反應(yīng)混合物組成來進(jìn)行 化學(xué)性能的每種變化是需要調(diào)整處理?xiàng)l件的，以便獲得最佳的官能和 流體性能。
為了克服傳統(tǒng)制備方法中的這種固有困難，申請(qǐng)人已經(jīng)研究了一 種以制備具有高數(shù)量反應(yīng)活性部位的整體材料為基礎(chǔ)的方法，在其制 備之后，該反應(yīng)活性部位可以被化學(xué)改性，這是通過與提供一些所希 望的官能性能的化合物的反應(yīng)來進(jìn)行的。
為此目的，并且根據(jù)第二個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種用于制備可官 能化整體材料的方法，所述方法包括充當(dāng)所述整體材料的載體的壁的 表面預(yù)處理步驟，其特征在于，該方法在于包含基礎(chǔ)組合物的組合物
的熱、光化學(xué)或放射化學(xué)自由基聚合反應(yīng)，該基礎(chǔ)組合物包含
- 作為基礎(chǔ)單體的馬來酸酐，其與具有電子給體性質(zhì)的烯屬 共聚單體和/或與其它具有電子給體或電子受體性質(zhì)的烯
屬單體結(jié)合，
- 致孔溶劑的混合物， 所述基礎(chǔ)組合物任選地還包含光引發(fā)劑或熱引發(fā)劑。
該整體材料在各種尺寸和形狀的中空體或物品中制備，該中空體 或物品包括由各種材料構(gòu)成的表面所界定的空腔，其在下文以"容器 物品(objets contenants)"來表示。所述容器物品的實(shí)例是
- 玻璃或熔融二氧化珪管子或毛細(xì)管(直徑50 n m至10mm )， 適合于通過熱、光化學(xué)或放射化學(xué)聚合制備整體材料；
- 由玻璃、二氧化硅、硅、金屬、聚合物材料(熱塑性聚合 物材料，網(wǎng)狀聚合物材料，光刻樹脂)或這些各種類型材
料的組合所構(gòu)成的各種幾何形狀的系統(tǒng)和裝置，包括直徑
為100nm至5cm的通道或室。
這些容器物品當(dāng)在其表面之一上由對(duì)可見光-UV輻射透明的材料 來界定空腔時(shí)更特別地適合于制備整體材料。在其它情況下，整體材 料的制備可使用熱或放射化學(xué)聚合來實(shí)現(xiàn)。
在實(shí)施方案的一種變化形式中，制備整體材料的方法包括組合物 A的熱聚合反應(yīng)，該組合物A除了該基礎(chǔ)組合物之外還包含熱引發(fā)劑， 所述反應(yīng)在40-90°C的溫度下進(jìn)行1-6小時(shí)。
在實(shí)施方案的另一種變化形式中，用于制備整體材料的方法包括 組合物B的光化學(xué)聚合反應(yīng)，該組合物B除了該基礎(chǔ)組合物之外還包 含光引發(fā)劑。
添加到配制劑中的引發(fā)劑的類型和用量、所釆用的光譜范圍以及 光源功率的選擇對(duì)于所希望的形態(tài)和流體特性的獲得是非常重要的。 單體和溶劑與光引發(fā)劑的配制劑在氮?dú)庵忻摎?分鐘。容器物品隨后
用該溶液充填并且在可變紫外輻射源(0. 01-100mW/cm2)下放置最佳 的時(shí)間(取決于載體和應(yīng)用)。通常，這個(gè)時(shí)間在大約1分鐘至60 分鐘之間變化。隨后用惰性有機(jī)溶劑將該整體材料洗滌與大約100個(gè) 柱容積相對(duì)應(yīng)的時(shí)間。用于洗滌整體材料的合適的惰性有機(jī)溶劑是例 如烷烴，或者C廣C8烷經(jīng)的混合物，曱苯，四氫吹喃，醋酸乙酯。
另外，可以不使用添加到基礎(chǔ)組合物的光引發(fā)劑來進(jìn)行聚合反應(yīng) 的光引發(fā)這是馬來酸酐和具有電子給體性質(zhì)的單體(如乙烯基醚) 的混合物的特殊特性；在近UV吸收的電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合劑的形成看來是這 種性能的原因。這些配制劑可以在UV下聚合，隨后是與如上所述相同 的操作程序，但不添加光引發(fā)劑。聚合時(shí)間在大約20分鐘至2小時(shí) 30分鐘之間變化。隨后用惰性有機(jī)溶劑將該整體材料洗滌與大約100 個(gè)柱容積相對(duì)應(yīng)的時(shí)間。
在實(shí)施方案的另一變化形式中，用于制備整體材料的方法包括在 基礎(chǔ)組合物的電離輻射作用下尤其是在電子束下(放射化學(xué)引發(fā))的 聚合反應(yīng)。充填有前體的容器物品在沒有引發(fā)劑的情況下被照射，其
中劑量為10至1000kGy，可變的劑量率為0. 01-100kGy/s。隨后用 惰性有機(jī)溶劑將該整體材料洗滌與大約100個(gè)柱容積相對(duì)應(yīng)的時(shí)間。
希望形成整體材料的部位的壁的表面預(yù)處理是實(shí)現(xiàn)整體材料令 人滿意的錨定(ancrage)的基本要素，并且其通過用親核化合物接枝 這些表面來進(jìn)行。另外，整體材料中馬來酸酐官能團(tuán)的存在保證了利 用親核試劑的表面的特別有效的接枝，如固定到玻璃或二氧化硅基底 的表面上的Y-氨丙基三甲氧基硅烷(Y-APS)的胺官能團(tuán)，或者引入 到聚合物材料基底的表面上的胺官能團(tuán)，尤其是在分析微系統(tǒng)中使用 的那些，例如，在用氨或有機(jī)氨基化合物處理之后的光刻相容的SU-8 樹脂。
對(duì)包含馬來酸酐的整體材料的聚合有影響的參數(shù)進(jìn)行了研究，下 面給出其結(jié)果。
聚合時(shí)間和劑量的影響
附

圖1示出了聚合時(shí)間的增加對(duì)整體材料透滲性的影響。該圖示 出了在利用正己胺改性馬來酸酐單元之前(點(diǎn)A)和之后(點(diǎn)B),聚 合時(shí)間對(duì)由于在毛細(xì)管中在UV輻射作用下聚合的馬來酸酐整體材料 的存在所導(dǎo)致的壓力損失(perte de charge)的影響。類似地，含馬 來酸酐的整體材料前體混合物的聚合在電子束作用下以10-500kGy和 可變的劑量率0. 01-100kGy/s來進(jìn)行；隨著與所施加的劑量相關(guān)的 所導(dǎo)致的壓力損失的增加而觀察到整體材料的形成。
單體百分比對(duì)聚合的影響
在具有含10-40%單體的相的可變直徑50nm-lmm的柱中進(jìn)行聚合。
柱直徑下降對(duì)聚合的影響
在直徑S0ym-lmm的柱中進(jìn)行聚合。形態(tài)研究并沒有顯示出降低 的直徑對(duì)我們的整體材料的形態(tài)的任何顯著影響。附圖2示出了通過 掃描電子顯微鏡所拍攝的圖象，其示出了在改性之前(圖2a，直徑lmm) 和在改性之后(圖2b，直徑75pm)，在不同直徑的毛細(xì)管中馬來酸 酐整體材料的形態(tài)(較大的內(nèi)徑lmm,較小的內(nèi)徑75ym,在UV輻射
下聚合)。
根據(jù)第三個(gè)方面，本發(fā)明涉及用于制備本發(fā)明整體材料的包含馬 來酸酐、共聚單體和/或其它單體和致孔溶劑的組合物。
通常，制備整體材料的方法使用包含以下物質(zhì)的基礎(chǔ)組合物
- 作為基礎(chǔ)單體的馬來酸酐，其與具有電子給體性質(zhì)的烯屬 共聚單體和/或其它具有電子給體或電子受體性質(zhì)的烯屬
單體結(jié)合，
- 致孔溶劑的混合物， 所述基礎(chǔ)組合物可添加或不添加熱引發(fā)劑或光引發(fā)劑。
在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中，制備整體材料的方法使用組合物A， 該組合物A除了基礎(chǔ)組合物之外還包含熱引發(fā)劑。在這種情況下，相 對(duì)于單體混合物中可聚合官能團(tuán)的摩爾數(shù)計(jì)算的馬來酸酐的摩爾含量
為0. 1至0. 5，優(yōu)選0. 2至0. 5，而單體致孔溶劑之比為10-90重量 %至40-60重量°/。；熱引發(fā)劑以0. 05至5重量°/。的比例存在。
在本發(fā)明的其它實(shí)施方案中，用于制備整體材料的方法使用組合 物B，該組合物B除了基礎(chǔ)組合物之外還包含光引發(fā)劑。在這種情況 下，相對(duì)于單體混合物中可聚合官能團(tuán)的摩爾數(shù)計(jì)算的馬來酸酐的摩 爾含量為0. 1至0. 5，優(yōu)選0. 2至0. 5，而單體致孔溶劑之比為10-90 重量％至40-60重量％，并且光引發(fā)劑以0. 2至5重量％的比例存在。
優(yōu)選地，在這些組合物中包含的共聚單體選自苯乙烯和單或多 官能苯乙烯衍生物，單或多官能乙烯基醚(環(huán)己基乙烯基醚，1，4-環(huán) 己烷二曱醇二乙烯基醚)，N-乙烯基衍生物(N-乙烯基吡咯烷酮，N-乙烯基呼唑)，單或多官能丙烯酸和曱基丙烯酸酯(丙烯酸丁酯，甲 基丙烯酸甲酯，己二醇二丙烯酸酯，三丙二醇二丙烯酸酯)，單或多 官能丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺，單和多官能N-烷基或N-芳基馬來酰亞 胺。
在本發(fā)明組合物中包含的致孔溶劑的混合物包含至少兩種優(yōu)選 選自以下的溶劑戊烷，己烷，環(huán)己烷，石油醚，曱苯，二噁烷，四 氫呋喃，二氯甲烷，醋酸乙酯，醇。
優(yōu)選地，熱引發(fā)劑選自偶氮二異丁腈，鹽酸-2，2-偶氮雙(2-脒基丙烷)，2，2-偶氮雙(異丁酰胺)二水合物，過氧化苯曱酰，二 丙基過氧二碳酸鹽。
馬來酸酐在某些溶劑中有限的溶解性和在某些溶劑中或在其它 單體存在下其酸酐官能團(tuán)的反應(yīng)性要求確定適合于適當(dāng)?shù)貙?shí)施該方法 的組合物。通過明智的選擇反應(yīng)物，并且在各種的引發(fā)條件下(熱， 光化學(xué)或放射化學(xué)(電子束))，可以獲得具有所希望的滲透性的整 體材料。在被系統(tǒng)評(píng)價(jià)的各種組合物中，可選擇在所希望的數(shù)值范圍 內(nèi)具有孔隙率特性(即在給定流速下的壓力損失)的幾種整體材料前 體配制劑。
用以形成具有乙烯基醚的馬來酸酐凝膠的基本配制劑之一包含 與三甘醇二乙烯基醚(DVE3)或與1，4-環(huán)己烷二曱醇二乙烯基醚 (CHVE)結(jié)合的馬來酸酐(MA)，其中在溶劑混合物(醋酸乙酯環(huán)己 烷(50-50重量％))中馬來酸酐與乙烯基不飽和度的摩爾比為1: 1。
通過對(duì)這些二醚類型之一使用兩分子馬來酸酐可以確保比其它 已知可官能化整體材料更高的酸酐官能團(tuán)數(shù)。共聚是交替的并且將可 官能化基團(tuán)隔開。
在內(nèi)徑為75 jum并且四氫吠喃(THF )流速為1 |i 1/min至4 p 1/min 的毛細(xì)管或微系統(tǒng)的通道中研究這些整體材料的流體性能。在附圖3 中給出的壓力測(cè)量表明在柱中以線性方式發(fā)生的壓力損失隨流速的增 加，該柱由含馬來酸酐和三甘醇二乙烯基醚的整體材料構(gòu)成，其在內(nèi) 徑為75jam的毛細(xì)管中通過暴露于UV輻射2分鐘(圖3a )和3分鐘 (圖3b)而聚合。在使用或不使用光引發(fā)劑的情況下，這些相在UV 輻射下可容易地聚合。
對(duì)于單體與溶劑的每個(gè)比例(重量百分比)40%-60%; 25°/。-75°/。；
20%-80%; 10%-90%，研究致孔溶劑的各種配制劑。馬來酸酐整體材料 的滲透性可通過配制劑組成的變化(在前體混合物中單體的比例以及 致孔溶劑混合物的組成方面)進(jìn)行調(diào)節(jié)。附圖4顯示了在UV輻射下聚 合之后(3分鐘，毛細(xì)管內(nèi)徑75jam)，在1 p 1/min的流速下，整體
材料前體混合物中單體(馬來酸酐和乙烯基二醚，具有等摩爾不飽和 官能團(tuán))以及醋酸乙酯的重量含量方面的組成對(duì)每單位長(zhǎng)度的壓力損 失的影響。
其它被檢驗(yàn)的配制劑包含馬來酸酐和己二醇二丙烯酸酯作為單
體，單體的分子之間的摩爾比為2: 1，而重量比為1:1.15。利用這些 配制劑可以獲得具有高馬來酸酐含量、合適的滲透性和均勻形態(tài)的另 一種類型的相。
研究了下面的配制劑，以用于通過添加與乙烯基醚結(jié)合的丙烯酸 丁酯類型的單丙烯酸酯或二丙烯酸酯來獲得具有比前述實(shí)例更大的滲 透性
-MA:TPGDA，單體分子之間的摩爾比為2: 1，而重量比為1: 1. 53， -MA: BMA: DVE3,單體分子之間的摩爾比為1:1:1，而重量比為 1: 1. 45: 1. 7，
-MA:BMA:CHVE，單體分子之間的摩爾比為1:1:1，而重量比為 1: 1. 45: 1. 7，
-MA:DVE3:HDDA，單體分子之間的摩爾比為4:1:1，而重量比為 2: 1: 1. 13，
-MA:DVE3:TPGDA，單體分子之間的摩爾比為4: 1: 1 ，而重量比為 2: 1: 1. 5,
-MA:CHVE:HDDA，單體分子之間的摩爾比為4:1:1，而重量比為 2. 3: 1: 1. 3，
-MA:BMA:HDDA，單體分子之間的摩爾比為4:1:1，而重量比為 1: 1. 45: 2. 3，
- MA:BMA:TPGDA，單體分子之間的摩爾比為1: 1: 1 ，而重量比為 1: 1. 45: 3，
-MA:BMA:DVE3:HDDA，單體分子之間的摩爾比為2:2:1:1，而重 量比為1: 1. 45: 1: 1. 15，
-MA: BMA: DVE3: TPGDA,單體分子之間的摩爾比為2: 2: 1: 1,而重 量比為1: 1. 45: 1: 1. 5，
- MA:BMA:CHVE:HDDA，單體分子之間的摩爾比為2:2:1:1，而重 量比為1. 17: 1. 7: 1: 1. 3，
-MA:BMA:CHVE:TPGDA，單體分子之間的摩爾比為2: 2: 1: 1 ，而重 量比為1. 17: 1. 7: 1: 1. 8。
使用的縮寫是MA為馬來酸酐，BMA為甲基丙烯酸丁酯，CHVE 為1，4-環(huán)己烷二甲醇二乙烯基醚，DVE3為三甘醇二乙烯基醚，HDDA 為1， 6-己二醇二丙烯酸酯，TPGDA為三丙二醇二丙烯酸酯。
通過將前體混合物的組成與聚合條件進(jìn)行明智的組合可以獲得 具有明確限定的滲透性的整體材料。因而，在這些條件下針對(duì)色譜法 而制備的柱(THF以1 in 1/min的速率經(jīng)過該柱)對(duì)于20cm的長(zhǎng)度和 75 jum的內(nèi)徑來說導(dǎo)致3bar至150bar的壓力損失。
根據(jù)第四個(gè)方面，本發(fā)明涉及整體材料，在該整體材料中，馬來 酸酐官能團(tuán)通過與親核化合物反應(yīng)進(jìn)行官能化。
通過灌注的方式或者以水溶液、有機(jī)溶液、水-有才幾溶液，或者 乳液或細(xì)小乳液(mini紐ulsion)或孩i乳液的形式添加親核試劑來進(jìn) 行官能化。這些化合物的化學(xué)性質(zhì)可以非常多樣化帶有至少一個(gè)親 核官能團(tuán)的簡(jiǎn)單有機(jī)化合物(如脂族或芳族胺，醇，酚，膦，以及具 有活化氫的化合物)、具有更為復(fù)雜的烴骨架和/或帶有多個(gè)中性或離 子化學(xué)官能團(tuán)的化合物、低聚物和合成聚合物、蛋白質(zhì)、酶、抗體、 核酸等。
由這種官能化產(chǎn)生的性能因而是極其多樣化的可調(diào)節(jié)的親水/ 疏水平衡，存在正或負(fù)電荷，任選光學(xué)活性的官能有機(jī)基團(tuán)，特定的基 底，識(shí)別部位，人工或酶催化部位等。
包含馬來酸酐官能團(tuán)的整體材料還具有擁有羧酸類型的離子官 能團(tuán)的優(yōu)點(diǎn)，這是通過與官能親核試劑偶合或者通過馬來酸酐官能團(tuán) 的整體或殘基的水解而產(chǎn)生的。這些離子化的官能團(tuán)可被證明是高度 有用于進(jìn)行毛細(xì)管電色譜法或者產(chǎn)生電滲流以用于在微系統(tǒng)中傳送溶 劑或溶液。
檢驗(yàn)包含馬來酸酐官能團(tuán)的不同整體材料的化學(xué)改性的條件濃
度、溶劑類型(含水或非含水溶劑)、pH值的影響。特別地，可以在 某些pH值條件下非常有效地在水溶液中實(shí)現(xiàn)親核試劑的偶合。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以考慮同時(shí)偶合不同的親核試劑例如，活性 生物化合物和帶有胺官能團(tuán)的聚乙二醇(peg-NHj ，以調(diào)節(jié)官能化的 多孔材料的親水性質(zhì)。隨后的水解能夠使可能還未反應(yīng)的任何馬來酸 酐官能團(tuán)去活化。
利用具有4-18個(gè)碳原子的脂族胺官能化
在溫和的條件下，通過灌注可變濃度(0.5重量％-50重量％)的 胺在THF、甲苯或乙腈(取決于胺的類型)中的溶液經(jīng)過柱1小時(shí)至4 小時(shí)的時(shí)間，從而動(dòng)態(tài)地進(jìn)行官能化。 一旦完成改性，該柱用THF洗 滌，然后通過灌注pH為8的三(羥甲基)氨基乙烷(TRIS)的緩沖溶 液將剩余的馬來酸酐官能團(tuán)中和大約1小時(shí)。
利用酶(胰蛋白酶)的官能化
根據(jù)所選的溫度，最通常為4°C-25°C，利用胰蛋白酶的改性動(dòng)態(tài) 地進(jìn)行1小時(shí)至4小時(shí)的時(shí)間。為了固定胰蛋白酶而選擇的濃度范圍 根據(jù)反應(yīng)器的容積被確定為在磷酸鹽緩沖液中0. 02mg/ml至lmg/ml 的胰蛋白酶。然后用磷酸鹽緩沖溶液(PBS)洗滌反應(yīng)器，然后用TRIS 緩沖液洗滌，以調(diào)理該柱。
利用肽(抗生蛋白鏈菌素)的官能化
固定操作程序類似于在胰蛋白酶固定的實(shí)施例中所述的操作程 序；抗生蛋白鏈菌素的濃度是0. 01mg/ml，其中固定時(shí)間為1-8小時(shí)， 溫度為環(huán)境溫度。
利用合成聚合物(具有末端伯胺官能團(tuán))的官能化
通過用聚合物在THF中的溶液灌注整體材料來進(jìn)行改性，該聚合 物具有伯胺末端(聚(N-異丙基丙烯酰胺)或聚乙二醇)和叔胺如三 亞乙基二胺，時(shí)間為1小時(shí)到4小時(shí)，取決于要接枝的官能聚合物的 濃度，取決于其聚合程度并取決于叔胺的濃度。
本發(fā)明的官能化的馬來酸酐整體材料通過下面例舉的幾種方法 來表征。
通過紅外光語(yǔ)法的表征
利用脂族胺和聚合物官能化的整體材料在洗滌和干燥之后通過
紅外光譜法(IR)來表征。在利用KBr改性之前和之后，在制備整體 材料粉末的球粒之后以透射模式進(jìn)行分析。在改性整體材料的光譜中， 在1654cnT'和1556cm—4見察到酰胺帶的起始點(diǎn)，并且酸酐官能團(tuán)的特 征帶在1855cnfi和1780cnf"肖失。附圖5示出了一個(gè)實(shí)例，其示出了 在利用正十二烷基胺進(jìn)行改性之前和之后由馬來酸酐整體材料制備的 粉末的IR光鐠的變化。 通過熒光法的表征
利用特定相互作用的受體改性的整體材料通過在580nm激發(fā)的抗 生蛋白鏈菌素-Cy3所攜帶的標(biāo)示物在532nm的熒光來表征。利用抗生 蛋白鏈菌素改性的樣品觀察到清晰的熒光，而參考整體材料則沒有熒 光。
通過氮元素分析的表征
利用各種分子(如胰蛋白酶)改性的整體材料通過氮元素分析進(jìn) 行表征。
壓力損失的測(cè)量
由化學(xué)官能化導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)改變伴隨有對(duì)整體材料滲透性的有限 改變。多孔結(jié)構(gòu)的堵塞被避免。在不同溶劑流速下的壓力測(cè)量顯示出 壓力損失的有限增加。圖1所示結(jié)果示出了在利用正己胺處理之后獲 得的改進(jìn)的變化。
在胰蛋白酶反應(yīng)器上BAEE的水解
利用胰蛋白酶官能化的整體材料相的酶活性通過研究N-苯甲酰 精氨酸乙基酯(BAEE)的水解動(dòng)力學(xué)來測(cè)量。由以下的不同操作程序 制備的胰蛋白酶反應(yīng)器通過注射器驅(qū)動(dòng)器提供底物溶液，并且被連接 在放置于紫外光鐠儀中的循環(huán)池的下游。通過在253nm測(cè)量吸光率來 連續(xù)監(jiān)測(cè)水解的效力。
本發(fā)明馬來酸酐整體材料的流體性能使用下面所述的不同方法 表征。
在低壓下的流體表征
通過熱、光化學(xué)或放射化學(xué)聚合由一些馬來酸酐配制劑制備的具
有高滲透性的整體材料在低壓下進(jìn)行流速測(cè)量(THF、曱苯，在小于 0. 05bar的恒定壓力下)。附圖6示出了曱苯經(jīng)過相的流動(dòng)性能，該 相由在UV輻射下在lmm柱中聚合1小時(shí)并且未改性的MA/BMA/CHVE 單體構(gòu)成(低壓力損失，在長(zhǎng)度20cm和75jLim內(nèi)徑的柱上3bar )。 在高壓下的流體表征
通過在內(nèi)徑為75 Mm-lmm的毛細(xì)管中熱、光化學(xué)或放射化學(xué)聚合 由一些馬來酸酐配制劑制備的具有較低滲透性的馬來酸酐整體材料進(jìn) 行壓力損失測(cè)量。溶劑的流速由HPLC泵(水)保證為lyl/min至幾 十ju 1/min的速率，或者通過高壓注射器驅(qū)動(dòng)器(Harvard Instrumentation)保證。對(duì)于在長(zhǎng)度20cm和75 "內(nèi)徑的毛細(xì)管中 以1 p 1/min的速率流動(dòng)的THF測(cè)得可達(dá)到150bar的壓力。
微系統(tǒng)的流體表征
在用派熱克斯玻璃封蓋的SU-8光刻樹脂的通道內(nèi)制備的包含馬 來酸酐整體材料的孩i系統(tǒng)的流體表征在1 ju l/min-10ju 1/min的THF 流速下進(jìn)行。附圖1中所示出的標(biāo)記為C和D的曲線示出了在利用正 己胺官能化之前(C點(diǎn))和之后(D點(diǎn))聚合時(shí)間對(duì)微系統(tǒng)的流體性能 的影響，該微系統(tǒng)具有寬100jum且高150jam的通道，在4cm的長(zhǎng)度 上含有馬來酸酐整體材料。
整體材料的形態(tài)學(xué)表征
根據(jù)本發(fā)明制備的馬來酸酐整體材料通過掃描電子顯微鏡來表 征。附圖7示出了具有高馬來酸酐含量的四種整體材料相圖7a: MA/CHVE/BMA單體的混合物，其28%的可聚合官能團(tuán)源自馬來酸酐，致 孔劑包含醋酸乙酯；圖7b: MA/CHVE/BMA單體的混合物，其28°/。的可 聚合官能團(tuán)源自馬來酸酐，致孔劑包含曱苯；圖7c: MA/CHVE單體的 混合物，其50°/。的可聚合官能團(tuán)源自馬來酸酐，致孔劑包含醋酸乙酯； 圖7d: MA/DVE3單體的混合物，其50%的可聚合官能團(tuán)源自馬來酸酐， 致孔劑包含醋酸乙酯。使用SCION圖象分析軟件進(jìn)行大孔性
寸分析。
根據(jù)第五個(gè)方面，本發(fā)明涉及官能化的整體材料用于分析微系統(tǒng)
的各種用途。優(yōu)選地，本發(fā)明的官能化的整體材料被用作
-通過色鐠法分離分子用的相，該色譜法選自親合，疏水相互
作用，離子，電色譜，毛細(xì)管電泳；
-承載酶或化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物或催化劑的反應(yīng)器， -化合物的吸收、分析和檢測(cè)用的載體。
具體實(shí)施例方式
通過閱讀下述非限定性的實(shí)施例可以更好地理解本發(fā)明。 實(shí)施例1:通過用正己胺官能化獲得的分離反應(yīng)器 進(jìn)行納米液相色i普類型(nano-LC)的分析來評(píng)價(jià)柱的色i普性能， 所述柱由在毛細(xì)管中制備并通過與烷基胺反應(yīng)官能化的馬來酸酐整體 材料獲得。通過將0. 1 ja 1至1 ju 1的濃度為80 fmo1/ n 1至800 fmo1/ 4 1的消化物Uigestats)溶液注入到內(nèi)徑為75lam且長(zhǎng)為5至20cm 的柱中來進(jìn)行細(xì)胞色素C和P-牛乳糖的消化物中所含的肽的分離試 驗(yàn)，通過水-乙腈線性梯度進(jìn)行洗脫。
利用含20重量y。單體和由曱苯和環(huán)己烷構(gòu)成的致孔劑的溶液充填
玻璃毛細(xì)管，該玻璃毛細(xì)管長(zhǎng)為20cm，涂覆有聚酰亞胺，內(nèi)徑為75 jum，其內(nèi)表面利用硅烷如Y-氨丙基三甲氧基硅烷(Y-APS)改性。 這個(gè)柱然后在電子束作用下聚合，劑量為100kGy，劑量率為0.68 kGy/s，通量(passages )為25kGy。在聚合之后，用THF以1 |u 1/min 將該柱洗滌1小時(shí)，然后通過在THF中的C6胺(10重量％)改性2小 時(shí)，通過灌注THF 1小時(shí)和TRIS緩沖液1小時(shí)進(jìn)行洗滌。在分離之前， 通過灌注水乙腈混合物(50-50重量％ )穩(wěn)定該柱。對(duì)于長(zhǎng)度為20cm 的柱來說，進(jìn)行的壓力分析不超過49bar。
在含有正己胺官能化的整體材料的長(zhǎng)5cm的柱中顯示出分離主要 肽的可行性。附圖8示出了在長(zhǎng)8cm且內(nèi)徑75jam的柱上分離細(xì)胞色 素C消化物(8Gfmol/|il)的過程中，由與液相納米色譜聯(lián)用的質(zhì)i普 儀所獲得的示蹤曲線。細(xì)胞色素C的最疏水的肽被分離，并且顯示出
大于15分鐘的駐留時(shí)間。
實(shí)施例2:胰蛋白酶消化反應(yīng)器
在長(zhǎng)8cm且內(nèi)徑75 n m的柱上進(jìn)行胰蛋白酶消化。整體材料在UV 輻射下聚合10分鐘，然后洗滌l小時(shí)，并且在4。C下用0. Olmg/ml在 PBS磷酸鹽緩沖液中的胰蛋白酶對(duì)其進(jìn)行改性1小時(shí)。該柱然后用PBS 緩沖液然后用TRIS緩沖液洗滌。在含有用胰蛋白酶官能化的馬來酸酐 整體材料的長(zhǎng)8cm且內(nèi)徑75Mm的毛細(xì)管上以3. 5 ju 1/min的流速連續(xù) 進(jìn)行20pmo1細(xì)胞色素C的消化。附圖9給出了由50pl的消化物溶液 獲得的MALDI TOF質(zhì)譜。通過數(shù)據(jù)檢驗(yàn)可以確認(rèn)具有65%序列重疊的
蛋白質(zhì)。
實(shí)施例3:消化反應(yīng)器
在長(zhǎng)10cm且內(nèi)徑lmm的柱上進(jìn)行N-苯曱酰精氨酸乙基酯(BAEE) 的水解。整體材料進(jìn)行UV聚合1小時(shí)，然后使用THF洗滌，并且通過 在4°C下灌注4小時(shí)，用0. Olmg/ml在PBS緩沖液中的胰蛋白酶進(jìn)行 改性。該柱然后用PBS緩沖液然后用TRIS緩沖液洗滌。利用在253nm 的UV光譜檢測(cè)通過動(dòng)態(tài)灌注進(jìn)行BAEE (0.25mM)的水解。如附圖10 中的圖所示，當(dāng)恰當(dāng)選擇在柱中的停留時(shí)間時(shí)，BAEE的水解得到接近 91°/。的收率(長(zhǎng)10cm且內(nèi)徑lmm的毛細(xì)管，含有通過胰蛋白酶官能化 的馬來酸酐整體材料)。
實(shí)施例4:親合反應(yīng)器
抗生蛋白鏈菌素被固定在通過UV輻射聚合制備的馬來酸酐整體 材料上。利用生物素標(biāo)記的熒光團(tuán)進(jìn)行特定的相互作用。通過生物素 化的標(biāo)示物Cy5的熒光成象來顯示偶合效力。
實(shí)施例5:熱閥
在包含通道的流體微系統(tǒng)中制備多孔相，該通道經(jīng)過相同截面且 充填有通過具有末端胺官能團(tuán)的聚(NIPAM)官能化的整體材料的100 ym長(zhǎng)度的室。室的溫度可以使用插入到微系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的加熱電阻進(jìn) 行改變。在可變溫度下在通道中通過水流試驗(yàn)顯示了通過受控升溫所 模擬的響應(yīng)和官能化效力；根據(jù)所進(jìn)行的改性的條件，當(dāng)施加lbar的壓力時(shí)，測(cè)量的流速在20。C是6n 1/min，并且在40°C下升高到20 至40 m 1/min的數(shù)值。
權(quán)利要求
1.具有可官能化基團(tuán)的聚合物整體材料，其特征在于這些基團(tuán)是馬來酸酐單元。
2. 權(quán)利要求1的整體材料，其特征在于，它包含通過作為基礎(chǔ) 單體的馬來酸酐與具有電子給體性質(zhì)的烯屬共聚單體之間的自由基反 應(yīng)所形成的交替共聚物。
3. 權(quán)利要求1和2之一的整體材料，其中馬來酸酐官能團(tuán)以每 十個(gè)可聚合官能團(tuán)之一直至每?jī)蓚€(gè)可聚合官能團(tuán)之一而存在。
4. 權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的整體材料的制備方法，其特征在于， 該方法在于包含基礎(chǔ)組合物的組合物的自由基聚合反應(yīng)，該基礎(chǔ)組合 物包含- 作為基礎(chǔ)單體的馬來酸酐，其與具有電子給體性質(zhì)的烯屬 共聚單體和/或與其它具有電子給體或受體性質(zhì)的烯屬單體結(jié)合；- 致孔溶劑的混合物， 所述基礎(chǔ)組合物任選地添加有熱引發(fā)劑或光引發(fā)劑。
5. 權(quán)利要求4的方法，其特征在于，該方法包括組合物A的熱 聚合反應(yīng)，該組合物A包含添加有熱引發(fā)劑的基礎(chǔ)組合物，所述反應(yīng) 在40-90°C的溫度下進(jìn)行1-6小時(shí)。
6. 權(quán)利要求4的方法，其特征在于，該方法包括預(yù)先脫氣的基 礎(chǔ)組合物的光化學(xué)聚合反應(yīng)，所述反應(yīng)包括以下步驟i. 利用均化和脫氣的基礎(chǔ)組合物充填容器物品；ii. 將充填的管子在強(qiáng)度為0. 01-100mW/cm2的UV燈下放置大約 20分鐘至2小時(shí)30分鐘的時(shí)間，直到獲得整體材料。
7. 權(quán)利要求4的方法，其特征在于，該方法包括組合物B的光 化學(xué)聚合反應(yīng)，該組合物B包含添加有光引發(fā)劑的基礎(chǔ)組合物，所述 反應(yīng)包括以下步驟i.利用脫氣和均化的組合物B充填容器物品； ii.將容器物品在強(qiáng)度為0. 01-100mW/cm2的UV燈下放置大約1 分鐘至60分鐘的時(shí)間，直到獲得整體材料。
8. 權(quán)利要求4的方法，其特征在于，該方法包括基礎(chǔ)組合物的 放射化學(xué)聚合反應(yīng)，所述反應(yīng)包括以下步驟i. 利用均化和脫氣的基礎(chǔ)組合物充填容器物品；ii. 利用10-1000kGy的劑量，以約0. 01至100kGy/s的劑量率 照射充填的容器物品，直到獲得整體材料。
9. 權(quán)利要求5-8中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，該方法包括另 外的步驟iii，該步驟iii用于利用惰性有機(jī)溶劑將在步驟ii獲得的 整體材料洗滌與大約IOO個(gè)柱容積相對(duì)應(yīng)的時(shí)間。
10. 權(quán)利要求5-8中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，所述方法包括 通過利用親核化合物接枝來進(jìn)行充當(dāng)所述整體材料的載體的壁的表面 預(yù)處理步驟。
11. 權(quán)利要求6-8中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，容器物品包括 由玻璃、二氧化硅、硅、聚合物材料(熱塑性聚合物材料，網(wǎng)狀聚合 物材料，光刻樹脂)或由這些各種類型材料的組合構(gòu)成的各種幾何形 狀的系統(tǒng)和裝置，其包括直徑為100nm至5cm的通道或室。
12. 在權(quán)利要求4-11中任一項(xiàng)的整體材料的制備方法中使用的 基礎(chǔ)組合物，其特征在于該基礎(chǔ)組合物包含- 作為基礎(chǔ)單體的馬來酸酐，其與具有電子給體性質(zhì)的烯屬 共聚單體和/或與其它具有電子給體或受體性質(zhì)的烯屬單體結(jié)合；- 致孔溶劑的混合物， 并且- 相對(duì)于單體混合物中可聚合官能團(tuán)的摩爾數(shù)計(jì)算的馬來 酸酐的摩爾含量為0. 1至0. 5，優(yōu)選0. 2至0. 5;- 單體致孔溶劑之比為10-90重量％至25-75重量％。
13. 在權(quán)利要求5的方法中使用的組合物A，其特征在于該組合 物A包含添加有熱引發(fā)劑的權(quán)利要求12的基礎(chǔ)組合物，并且該熱引發(fā) 劑以0. 05-5重量％的濃度存在。
14. 在權(quán)利要求7的整體材料的制備方法中使用的組合物B，其 特征在于，該組合物B包含添加有光引發(fā)劑的權(quán)利要求12的基礎(chǔ)組合 物，并且該光引發(fā)劑以0. 2至0. 5重量％的濃度存在。
15. 權(quán)利要求12-14中任一項(xiàng)的組合物，其特征在于，共聚單體 選自苯乙烯和單或多官能苯乙烯衍生物，單或多官能乙烯基醚，N-乙烯基衍生物，單或多官能丙烯酸和甲基丙烯酸酯，單或多官能丙烯 酰胺和甲基丙烯酰胺，單和多官能N-烷基或N-芳基馬來酰亞胺。
16. 權(quán)利要求12-15中任一項(xiàng)的組合物，其特征在于，致孔溶劑 的混合物包含至少兩種選自以下的溶劑戊烷，己烷，環(huán)己烷，石油 醚，甲苯，二喁烷，四氫呋喃，二氯曱烷，醋酸乙酯，醇。
17. 權(quán)利要求12-16中任一項(xiàng)的組合物，其特征在于，該組合物 包含馬來酸酐和三甘醇二乙烯基醚，其中在50-50重量％醋酸乙酯環(huán) 己烷溶劑混合物中馬來酸酐與乙烯基不飽和度的摩爾比為1: 1。
18. 權(quán)利要求12-15中任一項(xiàng)的組合物，其特征在于，該組合物 包含馬來酸酐和1,4-環(huán)己烷二甲醇二乙烯基醚，其中在50-50重量％ 醋酸乙酯環(huán)己烷溶劑混合物中馬來酸酐與乙烯基不飽和度的摩爾比 為1: 1。
19. 權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的整體材料，其特征在于，馬來酸酐 官能團(tuán)通過與親核化合物反應(yīng)進(jìn)行官能化。
20. 權(quán)利要求19的整體材料，其特征在于，親核化合物通過灌 注的方式或者以水溶液、有才幾溶液、水-有機(jī)溶液，乳液或細(xì)小乳液或 微乳液的形式添加。
21. 權(quán)利要求19和20之一的整體材料，其特征在于親核化合物 選自帶有至少一個(gè)親核官能團(tuán)的簡(jiǎn)單有機(jī)化合物(如脂族或芳族胺， 醇，酚，膦，以及具有活化氫的化合物)、具有更為復(fù)雜的烴骨架和/ 或帶有多個(gè)中性或離子化學(xué)官能團(tuán)的化合物、低聚物和合成聚合物、 蛋白質(zhì)、酶、抗體、核酸。
22. 權(quán)利要求19-21中任一項(xiàng)的整體材料的用途，用作通過色譜 法分離分子用的相，該色i普法選自親合，疏水相互作用，離子，電 色i脊，毛細(xì)管電泳。
23. 權(quán)利要求19-21中任一項(xiàng)的整體材料的用途，作為承栽酶或 化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物或催化劑的反應(yīng)器。
24. 權(quán)利要求19-21中任一項(xiàng)的整體材料的用途，作為化合物的 吸收、分析和檢測(cè)用的載體。
全文摘要
本發(fā)明涉及聚合物整體材料，該材料包含通過作為基礎(chǔ)單體的馬來酸酐與具有電子給體性質(zhì)的烯屬共聚單體之間的自由基反應(yīng)所形成的交替共聚物。本發(fā)明還涉及所述整體材料的制備方法，該方法在于包含基礎(chǔ)組合物的組合物的自由基聚合反應(yīng)，該基礎(chǔ)組合物包含作為基礎(chǔ)單體的馬來酸酐，其與具有電子給體性質(zhì)的烯屬共聚單體和/或與其它具有電子給體或受體性質(zhì)的烯屬單體結(jié)合；致孔溶劑的混合物，所述基礎(chǔ)組合物任選地添加有熱引發(fā)劑或光引發(fā)劑。
文檔編號(hào)B01J20/26GK101171075SQ200680014829
公開日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2006年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月8日
發(fā)明者K·許達(dá), X·科克雷 申請(qǐng)人:里爾科學(xué)技術(shù)大學(xué)