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CN105593276B - 具有增强的结合容量的配体官能化基材 - Google Patents

具有增强的结合容量的配体官能化基材 Download PDF

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CN105593276B CN201480053858.2A CN201480053858A CN105593276B CN 105593276 B CN105593276 B CN 105593276B CN 201480053858 A CN201480053858 A CN 201480053858A CN 105593276 B CN105593276 B CN 105593276B
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Abstract

本发明公开了一种可用于生物材料捕集的制品，所述制品包括(a)多孔基材；和(b)所述多孔基材上承载的聚合物，所述聚合物包含至少一种单体的共聚单元，所述单体由以下基团组成：(1)至少一个一价烯属不饱和基团，(2)至少一个选自酸性基团、除胍基之外的碱性基团、以及它们的盐的一价配体官能团，和(3)多价间隔基团，所述多价间隔基团直接键合到所述一价基团，以便通过具有至少六个链中原子的链将至少一个烯属不饱和基团和至少一个配体官能团连接在一起。

Description

具有增强的结合容量的配体官能化基材
优先权声明
本专利申请要求2013年10月3日提交的美国临时专利申请61/886177的优先权，该临时专利申请的内容在此以引用方式并入本文。
技术领域
本发明涉及包含配体官能化基材的制品，在其它方面，涉及用于制备和使用所述制品的方法。
背景技术
目标生物材料，诸如病毒和生物大分子(包括活细胞的组分或产物，例如蛋白质、碳水化合物、脂质和核酸)的检测、定量、分离和纯化一直以来都是研究人员的目标。从诊断上来讲，检测和定量是重要的，例如，作为各种生理条件(诸如疾病)的指示。生物大分子的分离和纯化对治疗性用途和生物医学研究十分重要。
聚合物材料已广泛用于多种目标生物材料的分离和纯化。此类分离和纯化方法可基于多个结合因子或机制中的任何一者，该多个结合因子或机制包括离子基团的存在、目标生物材料的尺寸、疏水相互作用、亲和相互作用、共价键的形成等。
基于膜的技术，尤其是一次性的形式，在生物医药和疫苗制造工艺中变得越来越重要。膜已用于无源的、基于尺寸的分离(例如，在病毒清除应用中)，并且最近已用于有源过滤(例如，在纯化工艺的后期用于清除微小污染物)。
然而，官能化膜(包括官能化的承载聚合物的膜)通常具有相对较低的生物材料结合容量，这通常限制它们在大规模纯化中的使用。因此，多孔珠粒色谱树脂(承载离子交换或其它交互配体官能团)已替代官能化膜，标准化地用于“捕集和洗脱”型蛋白纯化工艺。
发明内容
因此，我们认识到，存在对于具有相对较高的生物材料结合容量的配体官能化基材(具体地讲，配体官能化膜)的需要。同时还需要相对简单、有成本效益和/或有效的配体官能化方法(例如，涉及相对易于获取的起始物质和/或相对较少的工艺步骤)。
简而言之，在一个方面，本发明提供了可用于生物材料捕集的制品。该制品包含
(a)多孔基材；和
(b)所述多孔基材上承载的聚合物，所述聚合物包含至少一种单体的共聚单元，所述单体由以下基团组成：(1)至少一个一价烯属不饱和基团，(2)至少一个选自酸性基团、除胍基之外的碱性基团、以及它们的盐的一价配体官能团，和(3)多价间隔基团，其直接键合到所述一价基团，以便通过具有至少六个链中原子的链将至少一个烯属不饱和基团和至少一个配体官能团连接在一起。
优选地，所述多孔基材为多孔膜(更优选地，多孔聚合物膜)。配体官能团优选地选自羧基、膦酰基、磷酸根、磺酸根、硫酸根、硼酸根、叔氨基、季氨基以及它们的组合。所述多价间隔基团优选地包含至少一个氢键合部分。
已发现，可通过使用在单体的可聚合基团与配体官能团之间具有多原子间隔基团的某些单体来制备具有相对较高结合容量的配体官能化基材。所述单体包括配体官能化的烯属不饱和化合物，其中至少一个配体官能团与至少一个烯属不饱和基团被具有至少六个链中原子的连接链分离或隔开。当自由基聚合时，此类单体提供承载聚合物的配体官能团，所述配体官能团与所得的聚合物链或聚合物主链被具有至少六个链中原子的连接链分离或隔开。
令人惊奇的是，此类聚合物的配体官能团可在与目标生物材料进行相互作用时尤其有效。与承载衍生自单体的聚合物(其中配体官能团与烯属不饱和基团被较短连接链分离)的对应多孔基材相比，承载聚合物(优选地承载接枝聚合物)的多孔基材可表现出意想不到的更高的生物材料结合容量。通过在单体的连接链中包括至少一个氢键合部分可令人惊奇地进一步提高结合容量。
通过使用自由基聚合技术和可衍生自易得的起始物质的单体可以相对容易地制备此类配体官能化基材。配体官能化基材可用于各种不同应用，包括捕集、结合或纯化相对中性的或带电荷的生物材料，诸如，病毒和其它微生物、蛋白质、细胞、内毒素、酸性碳水化合物、核酸等。
因此，在至少一些实施例中，包含上述配体官能化基材的本发明的制品可满足上文提到的具有相对较高生物材料结合容量的配体官能化基材(具体地讲，配体官能化膜)的需求。此外，在至少一些实施例中，本发明的制品制备方法可满足对相对简单、具有成本效益和/或有效的配体官能化方法(例如，涉及相对易于获取的起始物质和/或相对较少的工艺步骤)的附带需求。
在另一方面，本发明还提供了用于制备本发明的制品的方法。所述方法包括：
(a)提供多孔基材；以及
(b)提供具有聚合物的多孔基材，所述聚合物包含至少一种单体的共聚单元，所述单体由以下基团组成：(1)至少一个一价烯属不饱和基团，(2)至少一个选自酸性基团、除胍基之外的碱性基团、以及它们的盐的一价配体官能团，和(3)多价间隔基团，所述多价间隔基团直接键合到所述一价基团，以便通过具有至少六个链中原子的链将至少一个烯属不饱和基团和至少一个配体官能团连接在一起。
在另一个方面，本发明还提供了用于捕集或清除目标生物材料的方法。所述方法包括：
(a)提供至少一种包含至少一个过滤元件的本发明的制品；以及
(b)使含有目标生物材料的流动生物溶液喷射到该过滤元件的上游表面上足够时间，以实现目标生物材料的结合。
在另一个方面，本发明另外提供了可自由基聚合的化合物或单体，其由以下基团组成：(a)至少一个一价烯属不饱和基团，(b)至少一个选自含磷的酸性基团、含硼的酸性基团以及它们的盐的一价配体官能团，和(c)多价间隔基团，所述多价间隔基团直接键合到所述一价基团，以便通过具有至少六个链中原子的链将至少一个烯属不饱和基团和至少一个配体官能团连接在一起。优选的化合物或单体包括可由式V表示的那些，其可通过用L’置换下式I中的L来获得，其中L’为包含杂原子的基团，其包含选自含磷的酸性基团(优选膦酰基或磷酸根)、含硼的酸性基团(优选硼酸根)和它们的盐的至少一个一价配体官能团。
具体实施方式
在以下具体实施方式中，描述了各组数值范围(例如，特定部分中的碳原子数的数值范围、特定组分的量的数值范围等等)，并且在每组数值范围内，范围的任何下限都可与范围的任何上限配对。这种数值范围另外旨在包括包含在该范围内的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等等)。
如本文所用，术语和/或意指所列要素中的一个或全部，或所列要素中的任何两个或更多个的组合。
词语“优选的”和“优选地”指在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施例。然而，其它实施例在相同或其它情况下也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施例的表述并不暗示其它实施例是不可用的，且并非意图将其它实施例排除在本发明范围之外。
术语“包括”和其变型形式在说明书和权利要求中出现这些术语的地方不具有限制的含义。
如本文所用，一个、一种、所述、至少一个、和一个或多个可互换使用。
上述发明内容部分并非意图描述本发明的每个实施例或每种实施方式。以下具体实施方式更具体地描述了示例性实施例。在整个具体实施方式中，通过实例的列表提供指导，这些实例可以各种组合使用。在每种情况下，所述列表仅用作代表性的组类，并且不应解释为排它性列表。
定义
如本专利申请中所用：
“硼酸根”是指式-B(OH)2的一价基团；
“羰基亚氨基”是指式-(CO)NR-的二价基团或部分，其中R为氢、烷基(例如，选自具有一至约四个碳原子的烷基基团)或芳基(优选氢)；
“羧基”是指式-COOH的一价基团；
“链中原子”是指处于链中的原子(而不是链取代基的原子)；
“链中杂原子”是指代替碳链中的一个或多个碳原子的非碳(例如氧、氮或硫)的原子(例如，以便形成碳-杂原子-碳链或碳-杂原子-杂原子-碳链)；
“烯属不饱和”是指式-CY＝CH2的基团，其中Y为氢、烷基、环烷基、或芳基；
“胍基”是指式R”2N-C(＝NR”)NH-的一价基团，其中每个R”独立地为氢、烃基、杂烃基或它们的组合，并且其中任何两个或更多个R”基团可任选地键合在一起以形成环结构(优选地，每个R”独立地为氢、烷基、环烷基、杂烷基、芳基、杂芳基或它们的组合；更优选地，每个R”独立地为氢、烷基、环烷基、芳基或它们的组合)；
“杂原子”是指除碳或氢之外的原子；
“氢键受体”是指选自具有孤电子对的氧、氮和硫的杂原子；
“氢键供体”是指由共价键合到杂原子的氢原子组成的部分，其中杂原子选自氧、氮和硫；
“氢键合部分”是指包含至少一个氢键供体和至少一个氢键受体的部分；
“羟基”是指式-OH的一价基团；
“亚氨基羰基亚氨基”是指式-N(R)-C(O)-N(R)-的二价基团或部分，其中每个R独立地为氢、烷基(例如，选自具有一至约四个碳原子的烷基基团)或芳基(优选地，至少一个R为氢；更优选地，两者均为氢)；
“亚氨基硫代羰基亚氨基”是指式-N(R)-C(S)-N(R)-的二价基团或部分，其中每个R独立地为氢、烷基(例如，选自具有一至约四个碳原子的烷基基团)或芳基(优选地，至少一个R为氢；更优选地，两者均为氢)；
“异氰酸基”是指式-N＝C＝O的一价基团；
“氧基羰基亚氨基”是指式-O-C(O)-N(R)-的二价基团或部分，其中R为氢、烷基(例如，选自具有一至约四个碳原子的烷基基团)或芳基(优选氢)；
“氧基硫代羰基亚氨基”是指式-O-C(S)-N(R)-的二价基团或部分，其中R为氢、烷基(例如，选自具有一至约四个碳原子的烷基基团)或芳基(优选氢)；
“磷酸根”是指式-OPO3H2的一价基团；
“膦酰基”是指式-PO3H2的一价基团；
“季氨基”是指式-NR’3 +的一价基团，其中每个R’独立地为烃基、杂烃基或它们的组合，并且其中任何两个或更多个R’基团可任选地键合在一起以形成环结构(优选地，每个R’独立地为烷基、环烷基、杂烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基或它们的组合；更优选地，每个R’独立地为烷基、环烷基、芳基或它们的组合)；
“硫酸根”是指式-OSO3H的一价基团；
“磺酸根”是指式-SO3H的一价基团；
“叔氨基”是指式-NR’2的一价基团，其中每个R’独立地为烃基、杂烃基或它们的组合，并且其中任何两个或更多个R’基团可任选地键合在一起以形成环结构(优选地，每个R’独立地为烷基、环烷基、杂烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基或它们的组合；更优选地，每个R’独立地为烷基、环烷基、芳基或它们的组合)；并且
“硫代羰基亚氨基”是指式-(CS)NR-的二价基团或部分，其中R为氢、烷基(例如，选自具有一至约四个碳原子的烷基基团)或芳基(优选氢)。
单体
适用于制备本发明的制品的单体包括由以下基团组成的那些：(a)至少一个一价烯属不饱和基团，(b)至少一个选自酸性基团、除胍基之外的碱性基团、以及它们的盐的一价配体官能团，和(c)多价间隔基团，该多价间隔基团直接键合到所述一价基团，以便通过具有至少六个链中原子的链将至少一个烯属不饱和基团和至少一个配体官能团连接在一起。优选地，单体只包含除胍基部分之外的部分。单体可处于中性状态，但在一些pH条件下也可以是带负电的(酸性条件下)或带正电的(碱性条件下)。当配体官能团为盐的形式时(例如，当配体官能团包含季铵或N-烷基吡啶时)，单体可永久性地带电。
单体的一价烯属不饱和基团(如上文所定义)可由式-CY＝CH2表示，其中Y为氢、烷基、环烷基或芳基。优选的烯属不饱和基团包括乙烯基、1-烷基乙烯基以及它们的组合(即，Y优选地为氢或烷基；更优选地，Y为氢或C1至C4烷基；最优选地，Y为氢或甲基)。单体可包含单个烯属不饱和基团或多个烯属不饱和基团(例如，两个或三个或最多至6个)，其性质可以相同或不同(优选地相同)。单体优选地只具有一个烯属不饱和基团。
单体的一价配体官能团可选自酸性基团、除胍基之外的碱性基团以及它们的盐。合适的配体官能团包括表现出至少一定程度的酸性或碱性(其可在较弱至较强的范围内)的那些，以及它们的盐。此类配体官能团包括常常用作离子交换或金属螯合型配体的那些。
可用的配体官能团包括杂烃基基团和其它包含杂原子的基团。例如，可用的酸性或碱性配体官能团可包含一个或多个杂原子，所述杂原子选自氧、氮、硫、磷、硼等以及它们的组合。可用的酸性基团的盐包括具有抗衡离子的那些，所述抗衡离子选自碱金属(例如，钠或钾)、碱土金属(例如，镁或钙)、铵和四烷基铵离子等，以及它们的组合。可用的碱性基团的盐包括具有抗衡离子的那些，所述抗衡离子选自卤离子(例如，氯离子或溴离子)、羧酸根、硝酸根、磷酸根、硫酸根、硫酸氢根、甲基硫酸根和氢氧根离子等，以及它们的组合。
单体可包含单个配体官能团或多个配体官能团(例如，两个或三个或最多至6个)，其性质可以相同或不同(优选地相同)。配体官能团优选地选自羧基、膦酰基、磷酸根、磺酸根、硫酸根、硼酸根、叔氨基、季氨基以及它们的组合。更优选的配体官能团包括羧基、膦酰基、磺酸根、叔氨基、季氨基以及它们的组合。
单体的多价间隔基团可直接键合到一价基团，以便使至少一个烯属不饱和基团与至少一个配体官能团被具有至少六个链中原子的链连接在一起。因此，链可包含6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35或更多个链中原子(例如，包括最多至40或50个)。链优选地包含至少七个链中原子(更优选地，至少八个；最优选地，至少九、十、十一或十二个)和/或包含不超过约30个链中原子(更优选地，不超过约25个；甚至更优选地，不超过约20个；最优选地，不超过约16个)。
尽管不希望受理论的约束，但链的长度可有助于使聚合物主链(通过单体聚合反应形成)采用螺旋状或部分螺旋状构象。当链相对较短时(例如，少于约六个链中原子)，带电配体官能团之间的离子排斥可迫使聚合物主链变成无规则卷曲类型构象。随着链长增加，可能采用螺旋状构象并在链长为约8-14个链中原子时达到最大。基材接枝聚合物的螺旋状构象可有利于显示配体官能团，以便与目标生物材料相互作用。
优选的多价间隔基团包含至少一个氢键合部分，其在上文中被定义为包含至少一个氢键供体和至少一个氢键受体(两者均包含杂原子，如上所述)的部分。因此，优选的多价间隔基团包括含杂原子的烃基(更优选地，含链中杂原子的烃基)。更优选的间隔基团包含至少两个氢键合部分或包含至少一个氢键合部分和至少一个与氢键合部分不同的氢键受体(不是氢键合部分的一部分)。
优选的氢键合部分包括含有至少两个氢键供体(例如，诸如亚氨基、巯基或羟基的供体)、至少两个氢键受体(例如，羰基、羰氧基或醚氧形式的受体)或两者的那些。例如，亚氨基羰基亚氨基部分(具有两个N-H供体和至少两个受体，所述受体为羰基上的两个孤电子对的形式)有时可优于单个亚氨基羰基部分。优选的间隔基团包括含有至少一个亚氨基羰基亚氨基部分(更优选地，与至少一个诸如羰氧基的受体结合)、至少两个亚氨基羰基部分或它们的组合的那些。
氢键合部分的氢键供体和氢键受体可彼此相邻(直接键合)或可以不相邻(优选地，相邻或被具有不超过约4个链中原子的链分离；更优选地，相邻)。氢键供体和/或氢键受体的杂原子可位于间隔基团的链中原子的链中，或者，作为另一种选择，可位于链取代基中。
尽管氢键供体也可用作氢键受体(通过供体的杂原子的孤电子对)，但氢键合部分优选地包含不同的供体和受体部分。这可有利于分子内(单体内)氢键形成。尽管不希望受理论的约束，但聚合物分子中相邻单体重复单元之间的此类分子内氢键可至少一定程度地有助于多价间隔基团的硬化，这可有助于显示与目标生物材料相互作用的配体官能团。
优选的氢键合部分包括羰基亚氨基、硫代羰基亚氨基、亚氨基羰基亚氨基、亚氨基硫代羰基亚氨基、氧羰基亚氨基、氧硫代羰基亚氨基等，以及它们的组合。更优选的氢键合部分包括羰基亚氨基、亚氨基羰基亚氨基、氧羰基亚氨基以及它们的组合(最优选地，羰基亚氨基、亚氨基羰基亚氨基以及它们的组合)。优选的多价间隔基团包括二价、三价或四价的那些(更优选地，二价或三价；最优选地，二价)。
一类可用的单体包括由以下通式表示的那些：
CH2＝CR1-C(＝O)-X-R2-[Z-R2]n-L (I)
其中
R1选自氢、烷基、环烷基、芳基以及它们的组合；
每个R2独立地选自亚烃基、杂亚烃基以及它们的组合；
X为-O-或-NR3-，其中R3选自氢、烃基、杂烃基以及它们的组合；
Z为杂亚烃基，其包含至少一个氢键供体、至少一个氢键受体或它们的组合；
n为整数0或1；并且
L为包含杂原子的基团，其包含选自酸性基团、除胍基之外的碱性基团、以及它们的盐的至少一个多价配体官能团。
优选地，R1为氢或烷基(更优选地，氢或C1至C4烷基；最优选地，氢或甲基)；每个R2独立地为亚烃基(更优选地，独立地为亚烷基)；X为-O-或-NR3-，其中R3为氢；Z为杂亚烃基，其包含至少一个选自下列的部分：羰基、羰基亚氨基、羰氧基、醚氧、硫代羰基亚氨基、亚氨基羰基亚氨基、亚氨基硫代羰基亚氨基、氧羰基亚氨基、氧硫代羰基亚氨基以及它们的组合(更优选地，选自羰基、羰基亚氨基、羰氧基、醚氧、亚氨基羰基亚氨基、氧羰基亚氨基以及它们的组合；甚至更优选地，选自羰基亚氨基、羰氧基、醚氧、亚氨基羰基亚氨基以及它们的组合；最优选地，选自羰基亚氨基、亚氨基羰基亚氨基以及它们的组合)；n为整数1；并且/或者L为包含杂原子的基团，其包含至少一个选自下列的配体官能团：羧基、膦酰基、磷酸根、磺酸根、硫酸根、硼酸根、叔氨基、季氨基以及它们的组合(更优选地，选自羧基、膦酰基、磺酸根、叔氨基、季氨基以及它们的组合)。
此类单体可通过已知的合成方法或通过类似于已知合成方法的方法制备。例如，含有氨基基团的羧酸、磺酸或膦酸可与包含至少一个可与氨基基团反应的烯属不饱和化合物发生反应。类似地，还包含羟基的含配体官能团化合物可与包含至少一个可与羟基反应的基团的烯属不饱和化合物发生发应，任选地在催化剂存在的情况下发生反应。优选的单体为(甲基)丙烯酰官能化的。(如本文所用，术语“(甲基)丙烯酰官能化”是指丙烯酰官能化和/或甲基丙烯酰官能化；相似地，术语“(甲基)丙烯酸酯”是指丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯)。
可用单体的代表性示例包括那些衍生自通式II的烯基吖内酯
Figure BDA0000953146430000101
或通式III的烯属不饱和异氰酸酯
CH2＝C(R1)-C(＝O)-X-R2-N＝C＝O (III)
与通式IV的含配体官能团化合物
H-X-R2-L (IV)
反应生成的通式I的单体(其中式II、III和/或IV中的R1、X、R2和L如上文针对式I所定义)。可用的式II的烯基吖内酯的代表性示例包括4,4-二甲基-2-乙烯基-4H-
Figure BDA0000953146430000102
唑-5-酮(乙烯基二甲基吖内酯，VDM)、2-异丙烯基-4H-
Figure BDA0000953146430000103
唑-5-酮、4,4-二甲基-2-异丙烯基-4H-
Figure BDA0000953146430000104
唑-5-酮、2-乙烯基-4,5-二氢-[1,3]
Figure BDA0000953146430000105
嗪-6-酮、4,4-二甲基-2-乙烯基-4,5-二氢-[1,3]
Figure BDA0000953146430000106
嗪-6-酮、4,5-二甲基-2-乙烯基-4,5-二氢-[1,3]
Figure BDA0000953146430000107
嗪-6-酮等以及它们的组合。通式III的烯属不饱和异氰酸酯的代表性示例包括2-异氰基乙基(甲基)丙烯酸酯(IEM或IEA)、3-异氰基丙基(甲基)丙烯酸酯、4-异氰基环己基(甲基)丙烯酸酯等以及它们的组合。
可用的通式IV的含配体官能团化合物的代表性示例包括含氨基基团的羧酸、磺酸、硼酸和膦酸以及它们的组合。可用的氨基羧酸包括α-氨基酸(L-、D-或DL-α-氨基酸)，诸如甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、脯氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、色氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、N-苄基甘氨酸、N-苯基甘氨酸、肌氨酸等；β-氨基酸，诸如β-丙氨酸、β-高亮氨酸、β-高谷氨酰胺、β-高苯丙氨酸等；其它α,ω-氨基酸，诸如γ-氨基丁酸、6-氨基己酸、11-氨基十一酸、肽(诸如二甘氨酸、三甘氨酸、四甘氨酸，以及包含不同氨基酸的混合物的其它肽)等；以及它们的组合。可用的氨基磺酸包括氨基甲磺酸、2-氨基乙磺酸(牛磺酸)、3-氨基-1-丙磺酸、6-氨基-1-己磺酸等以及它们的组合。可用的氨基硼酸包括m-氨基苯基硼酸、p-氨基苯基硼酸等以及它们的组合。可用的氨基膦酸包括1-氨基乙基膦酸、2-氨基乙基膦酸、3-氨基丙基膦酸等以及它们的组合。可用的包含不止一个配体官能团的式IV的化合物包括天冬氨酸、谷氨酸、α-氨基己二酸、亚氨基二乙酸、Nα,Nα-双(羧甲基)赖氨酸、磺基丙氨酸、N-(膦羧甲基)甘氨酸等以及它们的组合。
其它可用的通式IV的含配体官能团的化合物的代表性示例包括含羟基和酸性基团的化合物。具体示例包括乙醇酸、乳酸、6-羟基己酸、柠檬酸、2-羟乙基磺酸、2-羟乙基膦酸等以及它们的组合。
其它可用的通式IV的含配体官能团的化合物的代表性示例包括含至少一个氨基或羟基和至少一个碱性基团(诸如叔氨基或季氨基)的化合物。具体示例包括2-(二甲基氨基)乙胺、3-(二乙基氨基)丙胺、6-(二甲基氨基)己胺、2-氨基乙基三甲基氯化铵、3-氨基丙基三甲基氯化铵、2-(二甲基氨基)乙醇、3-(二甲基氨基)-1-丙醇、6-(二甲基氨基)-1-己醇、1-(2-氨基乙基)吡咯烷、2-[2-(二甲基氨基)乙氧基]乙醇、组胺、2-氨基甲基吡啶、4-氨基甲基吡啶、4-氨基乙基吡啶等以及它们的组合。
许多上述通式IV的含配体官能团的化合物可商购获得。其它可用的通式IV的含配体官能团化合物可通过常规合成方法制备。例如，各种二胺或氨基醇可与环酐的一种等同物反应，生成包含羧基和氨基或羟基的含配体官能团的中间体化合物。
可用的单体还可通过通式IV的含配体官能团的化合物与烯属不饱和酰基卤(例如，(甲基)丙烯酰氯)反应来制备。此外，可用的单体可通过包含羟基或胺的(甲基)丙烯酸酯或(甲基)丙烯酰胺单体与环酐反应生成包含羧基的单体来制备。
优选的单体包括由烯基吖内酯与氨基羧酸反应制备而成的单体、由烯基吖内酯与氨基磺酸反应制备而成的单体、由烯基吖内酯与包含伯氨基和叔氨基或季氨基的含配体官能团化合物的反应制备而成的单体、由烯属不饱和异氰酸酯与氨基羧酸的反应制备而成的单体、由烯属不饱和异氰酸酯与氨基磺酸反应制备而成的单体、由烯属不饱和异氰酸酯与包含伯氨基或仲氨基和叔氨基或季氨基的含配体官能团化合物反应制备而成的单体以及它们的组合。
在制备本发明的制品时，上述单体通常(并优选地)可进行均聚。然而，本领域技术人员将会认识到，单体可与其它单体共聚(后文中称为“共聚单体”；例如，具有较短间隔基团的共聚单体或包含其它类型配体的共聚单体或甚至无配体的共聚单体)，以便调节结合容量并且/或者获得特定性质，前提条件是可以获得具体应用所需的结合容量的类型和水平。
例如，单体任选地可与一个或多个包含至少一个烯基基团(优选地，(甲基)丙烯酰基团)和疏水基团(包括聚(氧化亚烷基)基团)的亲水性共聚单体共聚，以便赋予多孔基材一定程度的亲水性。合适的亲水性共聚单体包括丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯、聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯、2-羟乙基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮等以及它们的组合。
任选地，单体可与一个或多个包含至少两个自由基可聚合基团的(甲基)丙烯酰共聚单体共聚。可将此类多官能(甲基)丙烯酰共聚单体(包括多官能(甲基)丙烯酸酯和(甲基)丙烯酰胺)(通常只以相对较小的量(例如，基于单体和共聚单体的总重量计，约0.1重量％至约5重量％))结合到可聚合单体的共混物中，以赋予所得的共聚物一定程度的接枝和/或相对较轻的交联。某些应用可使用较高的量，但应当理解，使用较高的量可降低与目标生物材料的结合容量。
可用的多官能(甲基)丙烯酰共聚单体包括二(甲基)丙烯酸酯、三(甲基)丙烯酸酯、四(甲基)丙烯酸酯、多官能(甲基)丙烯酰胺等以及它们的组合。此类多官能(甲基)丙烯酰共聚单体包括二(甲基)丙烯酸乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸1,6-己二醇酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚丁二烯二(甲基)丙烯酸酯、二(甲基)丙烯酸聚氨酯、丙氧基化甘油三(甲基)丙烯酸酯、亚甲基二丙烯酰胺、亚乙基二丙烯酰胺、六亚甲基二丙烯酰胺、二丙烯酰基哌嗪等以及它们的组合。
制品制备和使用
单体的聚合反应可通过使用已知技术进行。例如，聚合反应可利用热引发剂或光引发剂(优选光引发剂)引发。基本上任何常规的自由基引发剂可用于生成初始自由基。合适的热引发剂的示例包括过氧化物，诸如，过氧化苯甲酰、过氧化二苯甲酰、过氧化二月桂酰、过氧化环己烷、过氧化甲基乙基酮、氢过氧化物(例如，叔丁基氢过氧化物和异丙基苯氢过氧化物)、二环己基过氧化二碳酸酯、过苯甲酸叔丁酯；2,2,-偶氮-双(异丁腈)；等等；以及它们的组合。可商购获得的热引发剂的示例包括可以商品名VAZO(包括VAZOTM67(2,2'-偶氮-双(2-甲基丁腈))、VAZOTM64(2,2'-偶氮-双(异丁腈))和VAZOTM52(2,2'-偶氮-双(2,2-二甲基戊腈))得自美国特拉华州威尔明顿的杜邦精细化工公司(DuPont SpecialtyChemical(Wilmington,Del.))的引发剂，以及得自美国宾夕法尼亚州费城的北美埃尔夫阿托化学公司(Elf Atochem North America,Philadelphia,Pa.)的LucidolTM70(过氧化苯甲酰)。
可用的光引发剂包括安息香醚诸如安息香甲醚和安息香异丙醚；取代的苯乙酮诸如可以IrgacureTM651光引发剂(汽巴特殊化学品公司(Ciba Specialty Chemicals))获得的2,2-二甲氧基苯乙酮，可以EsacureTMKB-1光引发剂(美国宾夕法尼亚州西切斯特的沙多玛公司(Sartomer Co.；West Chester,PA))获得的2,2二甲氧基-2-苯基-l-苯乙酮，可以IrgacureTM2959获得的1-[4-(2-羟乙氧基)苯基]-2-羟基-2-甲基-1-丙烷-1-酮(汽巴特殊化学品公司(Ciba Specialty Chemicals))和二甲氧基羟基苯乙酮；取代的α-酮，诸如2-甲基-2-羟基苯丙酮；芳香族磺酰氯，诸如2-萘-磺酰氯；光敏性肟，诸如1-苯基-1,2-丙二酮-2-(O-乙氧基-羰基)肟等，以及它们的组合。这些中特别优选的是取代的苯乙酮，(尤其是1-[4-(2-羟乙氧基)苯基]-2-羟基-2-甲基-1-丙烷-1-酮，IrgacureTM2959，由于其水中溶解度)。尤其可用的可聚合的光引发剂为2-乙烯基-4,4-二甲基吖内酯和IrgacureTM2959的1:1加合物，该加合物可基本上如美国专利5,506,279(Babu等人)的实例1中描述的方式进行制备，这种制备的说明以引用方式并入本文。
其它可用的光引发剂包括夺氢(类型II)光引发剂，如二苯甲酮、4-(3-磺丙基氧)二苯酮钠盐、米氏酮、苯偶酰、蒽醌、5,12-萘并萘醌、醋蒽醌(aceanthracenequinone)、苯甲(A)蒽-7,12-二酮、1,4-屈醌、6,13-并五苯醌、5,7,12,14-并五苯四酮、9-芴酮、蒽酮、氧杂蒽酮、噻吨酮、2-(3-磺丙基氧)噻吨-9-酮、吖啶酮、二苯并环庚酮、苯乙酮、色酮等以及它们的组合。
引发剂可以有效地引发单体的自由基聚合的量使用。此量将根据例如所使用的引发剂的类型和聚合条件而变化。引发剂通常能够以基于100份总单体计范围为约0.01重量份至约5重量份的量使用。
聚合溶剂可以是可大体上使单体(和共聚单体，如果使用的话)溶解(或，就乳液或悬浮聚合而言，分散或悬浮)的基本上任何溶剂。在多个实施例中，溶剂可为水或水/水混溶性有机溶剂的混合物。根据单体的溶解度，水与有机溶剂的比率可以有很大变化。在一些单体的情况下，水与有机溶剂的比率通常可大于1:1(体积/体积)(优选地，大于5:1；更优选地，大于7:1)。在其它单体的情况下，高比例的有机溶剂(甚至高达100％)可为优选的(特别是对于一些醇而言)。
任何此类水混溶性有机溶剂优选地不具有将延迟聚合反应的基团。在一些实施例中，水混溶性溶剂可为含有质子基团的有机液体，诸如具有1至4个碳原子的低级醇、具有2至6个碳原子的低级二醇以及具有3至6个碳原子和1至2个醚键的低级二醇醚。在一些实施例中，可以使用高级二醇，诸如聚(乙二醇)。具体示例包括甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、乙二醇、甲氧基乙醇、乙氧基乙醇、丙氧基乙醇、丁氧基乙醇、甲基卡必醇、乙基卡必醇等以及它们的组合。
在其它实施例中，可使用非质子水混溶性有机溶剂。此类溶剂包括脂族酯(例如，甲氧基乙基乙酸酯、乙氧基乙基乙酸酯、丙氧基乙基乙酸酯、丁氧基乙基乙酸酯和三乙基磷酸酯)、酮(例如，丙酮、甲基乙基酮和甲基丙基酮)，和亚砜(例如，二甲基亚砜)。
聚合溶剂中的单体的浓度可变化，这取决于多种因素，包括但不限于一种或多种单体的性质、所期望的聚合程度、单体的反应性以及所用的溶剂。通常，基于单体和溶剂的总重量计，单体浓度的范围可为约0.1重量％(wt％)至约60重量％(优选地，约1重量％至约40重量％；更优选地，约5重量％至约30重量％)。
水性单体混合物任选地可使用相对较高含量的多官能(交联)单体或共聚单体(例如，基于单体和共聚单体的总重量计，约5重量％至高达90重量％)配制，并任选地在添加的成孔剂存在的情况下作为悬浮液或分散体在非极性、不可混溶的有机溶剂中聚合，从而生成包含瞬时单体的交联的多孔颗粒。此类方法是熟知的并在例如美国专利7,098,253(Rasmussen等人)、7,674,835(Rasmussen等人)、7,647,836(Rasmussen等人)和7,683,100(Rasmussen等人)中有所描述，这些方法的描述以引用方式并入本文。
如果需要，聚合可在多孔基材存在的情况下进行，以便形成包括承载所得聚合物的多孔基材的制品。例如，包含一种或多种单体、任何一种或多种共聚单体、一种或多种引发剂、和一种或多种溶剂的吸入溶液或涂料溶液可被吸入多孔基材或涂布(或沉积)在多孔基材上。多孔基材可呈基本上任何形式，诸如颗粒、纤维、膜(film)、网、膜(membrane)、海绵或片材。合适的多孔基材可以是有机的、无机的或它们的组合(优选地，为有机的；更优选地，为聚合的)。合适的多孔基材包括多孔颗粒、多孔膜、多孔非织造网、多孔织造网、多孔海绵、多孔纤维等、以及它们的组合。优选的多孔基材包括多孔膜(更优选地，多孔聚合物膜；最优选地，多孔聚酰胺膜)以及它们的组合。
例如，多孔基材可由任何合适的热塑性聚合物材料形成。合适的聚合物材料包括聚烯烃、聚(异戊二烯)、聚(丁二烯)、氟化聚合物、氯化聚合物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚、聚(醚砜)、聚(砜)、聚(乙酸乙烯酯)、聚酯诸如聚(乳酸)、乙酸乙烯酯的共聚物，诸如聚(乙烯)-共-聚(乙烯醇)、聚(磷腈)、聚(乙烯基酯)、聚(乙烯基醚)、聚(乙烯基醇)和聚(碳酸酯)等以及它们的组合。
在一些实施例中，热塑性聚合物可进行表面处理(诸如通过等离子体放电或通过使用底漆)以向多孔基材的表面提供合适的功能性。表面处理可提供可通过单体溶液改善润湿的官能团，诸如羟基。一种此类可用的等离子处理在美国专利7,125,603(David等人)中有所描述。
合适的聚烯烃包括聚(乙烯)、聚(丙烯)、聚(1-丁烯)、乙烯和丙烯的共聚物、α烯烃共聚物(诸如，乙烯或丙烯与1-丁烯、1-己烯、1-辛烯和1-癸烯的共聚物)、聚(乙烯-共-1-丁烯)、聚(乙烯-共-1-丁烯-共-1-己烯)等以及它们的组合。
合适的氟化聚合物包括聚(乙烯基氟化物)、聚(偏二氟乙烯)、偏二氟乙烯的共聚物(诸如，聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯))、三氟氯乙烯的共聚物(诸如，聚(乙烯-共-三氟氯乙烯))等以及它们的组合。
合适的聚酰胺包括聚(亚氨基己二酰亚氨基六亚甲基)、聚(亚氨基己二酰亚氨基十亚甲基)、聚己内酰胺等以及它们的组合。合适的聚酰亚胺包括聚(均苯四酰亚胺)等，以及它们的组合。
合适的聚(醚砜)包括聚(二苯基醚砜)、聚(二苯砜-共-二亚苯基氧化砜)等，以及它们的组合。
合适的乙酸乙烯酯的共聚物包括聚(乙烯-共-乙酸乙烯酯)，其中乙酸酯基团中的至少一些已被水解而提供多种聚(乙烯醇)的那些共聚物等，以及它们的组合。
优选的多孔基材为微孔膜，诸如热致相分离(TIPS)膜。通常通过形成热塑性材料和具有超出该热塑性材料的熔点的第二材料的溶液来制备TIPS膜。当冷却时，该热塑性材料结晶并与该第二材料发生相分离。结晶的材料经常进行拉伸。可任选在拉伸之前或之后移除第二材料。微孔膜还描述于美国专利4,539,256(Shipman)；4,726,989(Mrozinski)；4,867,881(Kinzer)；5,120,594(Mrozinski)；5,260,360(Mrozinski)；和5,962,544(Waller,Jr.)中。一些示例性的TIPS膜包含聚(偏二氟乙烯)(PVDF)、聚烯烃诸如聚(乙烯)或聚(丙烯)、含乙烯基的聚合物或共聚物诸如乙烯-乙烯基醇共聚物，以及含丁二烯的聚合物或共聚物，和含丙烯酸酯的聚合物或共聚物。对于一些应用，包含PVDF的TIPS膜可为特别理想的。包含PVDF的TIPS膜还描述于美国专利7,338,692(Smith等人)中。
在许多实施例中，多孔基材可具有通常大于约0.2微米的平均孔径以使尺寸排阻分离最小化、使扩散限制最小化以及使基于目标生物材料结合的表面积和分离最大化。一般来讲，当用于结合病毒和/或蛋白质时，孔径可在0.1微米至10微米的范围内，优选0.5微米至3微米，最优选0.8微米至2微米。结合其它目标生物材料的效率可以赋予不同的最佳范围。
在示例性实施例中，多孔基材可包含尼龙微孔膜或片材(例如，微孔膜)，诸如美国专利6,056,529(Meyering等人)、6,267,916(Meyering等人)、6,413,070(Meyering等人)、6,776,940(Meyering等人)、3,876,738(Marinacchio等人)、3,928,517(Knight等人)、4,707,265(Barnes,Jr.等人)和5,458,782(Hou等人)中所描述的那些。
在其它实施例中，多孔基材可为非织造纤维网，其可包括由任何通常已知的用于生产非织造纤维网的工艺制造的非织造纤维网。如本文所用，术语“非织造纤维网”是指这样的织物，该织物具有以毡状方式随机和/或单向插入的单纤维或细丝的结构。
例如，可通过湿法成网技术、梳理成网技术、气纺技术、射流喷网技术、纺粘技术或熔喷技术或它们的组合制备该纤维质非织造纤维网。纺粘纤维通常为小直径纤维，它们是通过经由喷丝头的多个细小的、通常为圆形的毛细管将熔融的热塑性聚合物以细丝形式挤出而形成的，其中挤出的纤维的直径迅速减小。熔喷纤维通常通过经由多个细小的、通常圆形的模头毛细管将熔融的热塑性材料以熔融的线或细丝挤出到高速的通常被加热的气体(例如空气)流中而形成，该气体流使熔融的热塑性材料的细丝细化以减小它们的直径。然后，熔喷纤维被高速气体流携带并被沉积在收集面上，以形成随机分散的熔喷纤维的纤维网。任何非织造纤维网均可由单一类型的纤维或在热塑性聚合物的类型和/或厚度方面不同的两种或更多种纤维制成。
可用的非织造纤维网的制造方法的其它细节已描述于Wente的“SuperfineThermoplastic Fibers”48Indus.Eng.Chem.1342(1956)(Wente，“超细热塑性纤维”，《工业与工程化学》，第48卷，第1342页，1956年)和Wente等人的“Manufacture Of SuperfineOrganic Fibers”,Naval Research Laboratories Report No.4364(1954)(Wente等人，超细有机纤维的制造，《美国海军研究实验室第4364号报告》，1954年)中。
在聚合、洗涤和干燥之后，多孔基材的典型总重量增加通常可在约5％(％)至约30％的范围内(优选地，在约10％至约25％的范围内；更优选地，在约12％至约20％的范围内)。一种或多种单体在多孔基材的存在下的聚合可产生承载聚合物的多孔基材。聚合物可呈涂层的形式，或在一些优选的施例中，可将聚合物接枝(共价键合)到多孔基材的表面。(如果需要，可单独进行聚合反应，然后将所得的聚合物涂布(任选地在合适交联剂存在下)或接枝或以其它方式施加到多孔基材上(但这通常不太优选)。
在一个示例性方法中，一种或多种单体在II型光引发剂的存在下可自由基聚合并且接枝到多孔基材的表面，如在国际专利申请US2013/042330(3M创新资产公司(3MInnovative Properties Co.))中有所描述，该方法的描述以引用方式并入本文。另选地，一种或多种单体可自由基聚合并接枝到多孔基材，该多孔基材包含交联的共聚物层、包含光引发剂的单体单元的共聚物，如在美国临时专利申请61/706,288(Rasmussen等人)中有所描述，该方法的描述以引用方式并入本文。此外，单体可自由基聚合并接枝到包含交联的聚合物底漆层的多孔基材，如在美国专利申请公布2012/0252091 A1(Rasmussen等人)中有所描述，该方法的描述以引用方式并入本文。
在另一个示例性方法中，单体可自由基聚合并接枝到多孔颗粒上，如美国专利申请公布2011/0100916 A1(Shannon等人)中所述，该方法的描述以引用方式并入本文。
涂覆的聚合物或接枝聚合物(由于存在单体的配体官能团，所以是配体官能化聚合物)可改变多孔基材的初始性质。所得的承载聚合物的多孔基材(配体官能化的多孔基材)可保持初始多孔基材的多个优点(例如，机械和热稳定性、多孔性等)，而且对于生物材料(诸如，病毒、蛋白质等)还可表现出增强的亲和性。承载配体官能化聚合物的多孔基材可尤其用作过滤介质，以用于从生物样品中选择性地结合并去除目标生物材料或生物物质(包括相对中性的或带电的生物材料，诸如，病毒和其它微生物、酸性碳水化合物、蛋白质、核酸、内毒素、细菌、细胞、细胞碎片等)。包括承载聚合物的多孔基材的制品还可包括常规的部件，诸如，外壳、保持器、适配器等，以及它们的组合。
如果需要，可通过使用多个堆叠的或分层的、官能化的多孔基材(例如，官能化的多孔膜)作为过滤元件来改善对生物材料的结合和捕集的效率。因此，过滤元件可包括一层或多层的官能化的多孔基材。过滤元件的单个层可为相同的或不同的。层的孔隙率、接枝度等可以是变化的。过滤元件还可以包括上游预过滤层和/或下游支撑层。根据需要，各个层可为平面的或折叠的。
合适的预过滤器和支撑层材料的示例包括聚丙烯、聚酯、聚酰胺、树脂粘结的或不含粘合剂的纤维(例如，玻璃纤维)和其它合成制品(织造和非织造抓绒结构)的任何合适的多孔膜；热压结材料，诸如，聚烯烃、金属和陶瓷；纱线；专用过滤纸(例如，纤维、纤维素、聚烯烃和粘合剂的混合物)；聚合物膜等，以及它们的组合。
用于生物材料捕集或过滤应用的可用制品包括具有一个或多个上述过滤元件的滤筒、具有一个或多个上述过滤元件和过滤器外壳的过滤器组件等。该制品可用于实施捕集或去除目标生物材料或生物物质的方法，该方法包括(a)提供包括至少一个上述过滤元件的至少一个制品；以及(b)使含有目标生物材料的流动生物溶液喷射到过滤元件的上游表面上足够的时间，以实现目标生物材料的结合。
实例
通过下面的实例进一步说明了本发明的目的和优点，但这些实例中列举的具体材料和用量以及其它条件和细节不应解释为是对本发明不当的限制。这些实例仅仅是为了进行示意性的说明而并非旨在对所附权利要求书的范围进行限制。
材料
除非另有说明，否则实例以及本说明书其余部分中的所有份数、百分比、比率等均按重量计。除非另有说明，否则所有化学品均获自或可购自化学品供应商诸如密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇化学公司(Sigma-Aldrich Chemical Company，St.Louis.MO)。
VDM—乙烯基二甲基吖内酯，新泽西州普林斯顿的法国火炸药公司(SNPE,Inc,Princeton,NJ)
MBA—亚甲基双丙烯酰胺，威斯康星州密尔沃基的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich,Milwaukee,WI)
PEG200MA—聚乙二醇单甲基丙烯酸酯，分子量(MW)为约200，
宾夕法尼亚州沃灵顿的Polysciences公司(Polysciences,Warrington,PA)
PEG400MA—聚乙二醇单甲基丙烯酸酯，MW为约400，宾夕法尼亚州沃灵顿的Polysciences公司(Polysciences,Warrington，PA)
IEM—甲基丙烯酸2-异氰根合乙酯，日本神奈川的昭和电工株式会社(ShowaDenko KK,Kanagawa,Japan)
S-BP—4-(3-磺基丙氧基)二苯酮钠盐(水溶性二苯甲酮)，基本上如日本专利47040913中所述制备，帝人株式会社(Teijin Ltd.)
测试方法
用于官能化基材的静态溶菌酶结合容量方法
通过在测试分析物的溶液中温育一个圆盘基材过夜来分析如以下实例中所述制备的官能化基材的静态结合容量。通过从基材的片材模具冲切24mm直径的圆盘来制备圆盘。将每个圆盘置于5mL离心管中，该离心管具有在10mM MOPS(4-吗啉丙磺酸；密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO))缓冲液中的浓度为约5.0mg/mL的4.5mL鸡蛋清溶菌酶(密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO))攻击溶液，pH为7.5。将管加盖并在旋转混合器(BARNSTEAD/THERMOLYN LABQUAKETM管振荡器，得自明尼苏达州伊根的VWR国际公司(VWRInternational,Eagan,MN))上翻转过夜(通常14小时)。使用紫外-可见(UV-VIS)光谱仪(AGILENTTM8453，加州圣克拉拉的安捷伦科技公司(Agilent Technologies,Santa Clara,CA))在280纳米(nm)下分析所得的上清液溶液(其中在325nm下应用背景校正)。通过与起始的溶菌酶溶液的吸光度进行比较来测定每个基材的静态结合容量，并将结果以mg/mL(mg结合蛋白/mL膜体积)为单位报告为三次重复测量的平均值。
用于官能化基材的静态BSA结合容量方法
通过在测试分析物的溶液中温育一个圆盘基材过夜来分析如以下实例中所述制备的官能化基材的静态结合容量。通过从基材的片材模具冲切24mm直径的圆盘来制备圆盘。将每个圆盘置于5mL离心管中，该离心管具有在25毫摩尔TRIS(三(羟甲基)氨基甲烷；密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO))缓冲液中的浓度为约3.0mg/ml的4.5mL BSA(牛血清白蛋白)攻击溶液(目录号A-7906；密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO))，pH为8.0。将管加盖并在旋转混合器(BARNSTEAD/THERMOLYN LABQUAKETM管振荡器，得自明尼苏达州伊根的VWR国际公司(VWRInternational,Eagan,MN))上翻转过夜(通常14小时)。使用UV-VIS光谱仪(AGILENTTM8453，加州圣克拉拉的安捷伦科技公司(Agilent Technologies,Santa Clara,CA))在279nm下分析所得的上清液溶液(其中在325nm下应用背景校正)。通过与起始的BSA溶液的吸光度进行比较来确定每个基材的静态结合容量，并将结果以mg/mL为单位报告为三次重复测量的平均值。
用于官能化基材的静态IgG结合容量方法(IgG方法1)
通过在测试分析物的溶液中温育一个圆盘基材过夜来分析如以下实例中所述制备的官能化基材的静态结合容量。通过从基材的片材模具冲切24mm直径的圆盘来制备圆盘。将每个圆盘置于5mL离心管中，该离心管具有在50mM HEPES(N-(2-羟乙基)哌嗪-N’-(4-丁磺酸)；密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO))缓冲液中的浓度为约5.5mg/mL的4.5mL人IgG(密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO))攻击溶液，pH为7.0。将管加盖并在旋转混合器(BARNSTEAD/THERMOLYN LABQUAKETM管振荡器，得自明尼苏达州伊根的VWR国际公司(VWRInternational,Eagan,MN))上翻转过夜(通常14小时)。倒出所得上清液，并且在旋转混合器上用HEPES缓冲液(4.5mL)洗涤圆盘30分钟。倒出所得上清液，然后重复洗涤步骤。再次倒出所得上清液，并替换为洗脱液(4.5mL,50mM HEPES,1M NaCl,pH 7.0)。使管在旋转混合器上翻转30分钟，然后使用UV-VIS光谱仪(AGILENTTM8453，加州圣克拉拉的安捷伦科技公司(Agilent Technologies,Santa Clara,CA))在280nm下分析所得的上清液(其中在325nm下应用背景校正)。通过测量上清液中的IgG浓度来确定每个基材的静态结合容量，并将结果以mg/mL为单位报告为三次重复测量的平均值。
用于官能化基材的静态IgG结合容量方法(IgG方法2)
通过在测试分析物的溶液中温育一个圆盘基材过夜来分析如以下实例中所述制备的官能化基材的静态结合容量。通过从基材的片材模具冲切24mm直径的圆盘来制备圆盘。将每个圆盘置于5mL离心管中，该离心管具有在含40mM NaCl的50mM乙酸/乙酸钠缓冲液(密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO))中的浓度为约2.0mg/mL的4.5mL人IgG(德克萨斯州克尔维尔的Equitech Bio公司(Equitech Bio,Kerrville,TX))攻击溶液，pH为4.5。将管加盖并在旋转混合器(BARNSTEAD/THERMOLYNLABQUAKETM管振荡器，得自明尼苏达州伊根的VWR国际公司(VWR International,Eagan,MN))上翻转过夜(通常14小时)。使用UV-VIS光谱仪(AGILENTTM8453，加州圣克拉拉的安捷伦科技公司(Agilent Technologies,Santa Clara,CA))在280nm下分析上清液溶液(其中在325nm下应用背景校正)。通过与起始的IgG溶液的吸光度进行比较来确定每个基材的静态结合容量，并将结果以mg/mL为单位报告为三次重复测量的平均值。
接枝密度和配体效率
在接枝之前，使尼龙膜基材(尼龙66膜，单增强层尼龙三区膜，标称孔径1.8μm，#080ZN，可购自康涅狄格州梅里第恩的3M净化公司(3M Purification,Inc.,Meridan,CT))在相对湿度(RH)为20-25％(％)的低湿度室(Sanpia干燥箱(Sanpia Dry Keeper)，三博特公司(Sanplatec Corporation)，可得自VWR国际(VWR International))内平衡最少18小时。将基材从低密度室移除，立即称重，然后根据如下文针对多种含配体官能团的单体所述内容进行自由基接枝反应。在洗涤和干燥过程(如下文所述)之后，再次使基材在低密度室内平衡至少18小时，然后从该室移除，立即称重，以获得接枝反应过程中质量增加的测量值。随后通过将质量增加除以单体的分子量，使用质量增加来估计接枝到基材的单体的毫摩尔数。然后通过除以基材的初始质量来归一化接枝密度，并且表示为毫摩尔接枝单体/克基材(mmol/g)。配体效率表示为溶菌酶静态结合容量除以接枝密度的商(结合容量/mmol/g)。
1H NMR分析
使用核磁共振(NMR)光谱仪(BRUKERTMA500，得自马萨诸塞州比尔里卡的布鲁克公司(Bruker Corp.,Billerica,MA))在列于下文每个实例或表项中的溶剂中进行质子核磁共振(1H NMR)分析。使用以下缩写指定1H-NMR数据的分裂模式：s＝单峰；br.s＝宽单峰；2s＝两个单峰；d＝双峰；dd＝双重双峰；t＝三重峰；q＝四重峰；p＝五重峰；以及m＝多重峰。
单体制备方法
含配体官能团的单体的制备
含配体官能团的单体的多种代表性实例的制备如下文所述。提供了若干单体的化学结构。在一些情况下，还提供了编号方案以示出间隔基团原子的计数。
制备例1
甘氨酸的VDM加合物的制备
将甘氨酸(1.50g,0.02mol)加入到100mL圆底烧瓶。向烧瓶中添加氢氧化钠溶液(1N,20mL)。将所得混合物磁力搅拌直至溶解，然后在冰水浴中冷却，并继续搅拌15分钟。通过注射器将VDM(2.78g,2.5mL,0.02mol)添加到冷却的混合物。将所得混合物在冰浴冷却的同时搅拌30分钟，然后使其在30分钟内温热至室温。1H-NMR(D2O)δ1.38(s,6H),3.60(s,2H),5.63(d,1H),6.0-6.2(m,2H)表明完全转化成所需的丙烯酰胺单体的钠盐形式。
制备例2-6
Figure BDA0000953146430000231
通过与制备例1(其中m＝1)的过程基本类似的过程，由以下氨基酸制备另外的单体(具有链长＝5+m的间隔基团，其中m不同，并且具有两个个氢键供体)：
制备例2—β-丙氨酸(m＝2；间隔原子数＝7)：1H-NMR(D2O)δ1.32(s,6H),2.23(t,2H),3.24(t,2H),5.63(m,1H),6.0-6.2(m,2H)
制备例3—γ-氨基丁酸(m＝3；间隔原子数＝8)：1H-NMR(D2O)δ1.34(s,6H),1.59(p,2H),2.04(t,2H),3.05(t,2H),5.62(d,1H),6.0-6.2(m,2H)
制备例4—6-氨基己酸(m＝5；间隔原子数＝10)：1H-NMR(D2O)δ1.14(m,2H),1.34(s和m,8H),1.41(m,2H),2.02(t,2H),3.03(t,2H),5.62(d,1H),6.0-6.2(m,2H)
制备例5—5-氨基戊酸(m＝4；间隔原子数＝9)：1H-NMR(D2O)δ1.33(s和m,10H),2.04(t,2H),3.05(t,2H),5.63(d,1H),6.0-6.2(m,2H)
制备例6—11-氨基十一烷酸(m＝9；间隔原子数＝14)：1H-NMR(CD3OD)δ1.26(br.s,12H),1.45(s和m,8H),1.55(m,2H),2.12(t,2H),3.13(t,2H),5.66(d,1H),6.15-6.35(m,2H)
制备例7-11
通过与制备例1的过程基本上类似的过程，由以下氨基酸制备另外的单体(具有间隔基团，该间隔基团具有以下结构和/或下文提供的其它结构中所示的链长数)：
制备例7—二甘氨酸(间隔原子数＝9，并且具有三个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.37(s,6H),3.66(s,2H),3.79(s,2H),5.66(d,1H),6.12(m,2H)
Figure BDA0000953146430000241
制备例8—三甘氨酸(间隔原子数＝12，并且具有四个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.37(s,6H),3.64(s,2H),3.82(s,2H),3.88(s,2H)5.66(d,1H),6.11(m,2H)
Figure BDA0000953146430000242
制备例9—L-苯丙氨酸(间隔原子数＝6，并且具有两个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.26(s,6H),2.89(m,1H),2.95(m,1H),4.30(m,1H),5.62(d,1H),6.00-6.10(m,2H),7.07-7.20(m,5H)
制备例10—L-色氨酸(间隔原子数＝6，并且具有两个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.12和1.14(2s,6H),3.03(m,1H),3.14(m,1H),4.34(m,1H),5.52(m,1H),5.93(m,2H),6.90-7.01(m,3H),7.22(d,1H),7.48(d,1H)
制备例11—L-组氨酸(间隔原子数＝6，并且具有两个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.23和1.25(2s,6H),2.76(dd,1H),2.91(dd,1H),4.16(m,1H),5.55(m,1H),6.00(m,2H),6.68(s,1H),7.43(s,1H)
制备例12-15
氨基酸的IEM加合物的制备
基本上通过制备例1-4中所述过程制备单体(具有链长＝7+m的间隔基团，其中m不同)，不同的是VDM替换为IEM(3.1g,0.02mol)。每次反应结束时，在使用之前，先滤出反应混合物中的少量无色沉淀。1H-NMR证实形成了所需加合物的钠盐形式。
Figure BDA0000953146430000251
制备例12—甘氨酸(m＝1；间隔原子数＝8；R＝H；具有两个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.79(s,3H),3.33(m,2H),3.54(s,2H),4.09(m,2H),5.59(s,1H),5.99(s,1H)
制备例13—β-丙氨酸(m＝2；间隔原子数＝9；R＝H；具有两个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.78(s,3H),2.22(t,2H),3.16(t,2H),3,30(t,2H),4.07(t,2H),5.58(s,1H),5.99(s,1H)
制备例14—γ-氨基丁酸(m＝3；间隔原子数＝10；R＝H；具有两个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.57(t,2H),1.78(s,3H),2.05(t,2H),2.95(m,2H),3.31(m,2H),4.08(m,2H),5.58(s 1H),5.99(s,1H)
制备例15—6-氨基己酸(m＝5；间隔原子数＝12；R＝H；具有两个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.15(m,2H),1.32(m,2H),1.40(m,2H),1.77(s,3H),2.02(m,2H),2.93(m,2H),3.30(m,2H),4.07(m,2H),5.58(s,1H),5.99(s,1H)
制备例16-21
氨基酸的IEM加合物的制备
基本上通过制备例1-4中所述过程制备单体(具有间隔基团，该间隔基团具有下文提供的链长)，不同的是VDM替换为IEM(3.1g,0.02mol)。每次反应结束时，在使用之前，先滤出反应混合物中的少量无色沉淀。1H-NMR证实形成了所需加合物的钠盐形式。
制备例16—二甘氨酸(间隔原子数＝11；R＝H；具有三个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.79(s,3H)3.34(t,2H),3.65(s,2H),3.72(s,2H),4.11(t,2H),5.59(s,1H),6.00(s,1H)
制备例17—三甘氨酸(间隔原子数＝14；R＝H；具有四个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.79(s,3H)3.34(t,2H),3.65(s,2H),3.75(s,2H),3.86(s,2H),4.11(t,2H),5.59(s,1H),6.00(s,1H)
制备例18—肌氨酸(间隔原子数＝8；R＝CH3；具有一个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.79(s,3H),2.75(s,3H),3.35(t,2H),3.69(s,2H),4.11(t,2H),5.59(d,1H),6.00(d,1H)
制备例19—L-苯丙氨酸(间隔原子数＝8；R＝H；具有两个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.74(br.s,3H),2.73(m,1H),2.99(m,1H),3.13(m,1H),3.26(m 1H),3.90(m,2H),4.17(m,1H),5.54(m,1H),5.95(m,1H),7.09和7.15(m,5H)
制备例20—L-色氨酸(间隔原子数＝8；R＝H；具有两个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.51(s,3H),2.93(m,2H),3.10(m,2H),3.67(br.s,2H),4.27(br.s,1H),5.24(br.s,1H),5.73(br.s,1H),6.79(m,1H),6.81(m,1H),6.85(s,1H),7.11(m,1H),7.37(m,1H)
制备例21—L-组氨酸(间隔原子数＝8；R＝H；具有两个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.64(s,3H),2.69(m,1H),2.86(m,1H),3.14(m,1H),3.22(m,1H),3.91(m,2H),4.08(m,1H),5.44(m,1H),5.85(s,1H),6.69(s,1H),7.46(s,1H)
制备例22
戊二酸的单甲基丙烯酰氧基乙酯的制备
Figure BDA0000953146430000261
将戊二酸酐(3.50g,0.03mol)加入到100mL圆底烧瓶中，并向烧瓶中添加二氯甲烷(50mL)。将所得混合物磁力搅拌直至酸酐溶解，然后向烧瓶中添加甲基丙烯酸2-羟乙酯(3.99g,0.03mol)。将所得混合物搅拌15分钟，然后在冰水浴中冷却至0℃。通过注射器将三乙胺(3.1g,4.3mL,0.03mol)添加到搅拌混合物中，然后添加4-二甲基氨基吡啶(0.06g,0.03mol)。将所得混合物在冰浴冷却的同时搅拌2小时，然后使其在30分钟内温热至室温。将所得混合物在室温下再搅拌12小时。
然后通过旋转蒸发去除混合物中的过量溶剂。将所得残余物溶于二乙醚中，然后将产物从所得溶液中提取至饱和碳酸氢钠(3×50mL)相。通过添加1N HCl将该相(碱性溶液)的最终pH调节至2。将产物从所得酸性水相提取至二乙醚(3×100mL)中。然后用盐水洗涤所得的合并的二乙醚提取物并在Na2SO4上干燥。通过过滤去除提取物中的固体，然后通过旋转蒸发去除溶剂，从而得到无色液体形式的产物。
1H-NMR(CDCl3)δ1.93(t,3H),1.95(m,2H),2.45(m,4H),4.34(m,4H),5.59(m,1H),6.12(m,1H)表明完全转化成所需的单体产物(具有9个如上面结构所示的间隔原子，但不具有氢键供体)。通过将单体(3.15g,0.013mol)溶于1N氢氧化钠(12.9mL)中制备溶液。
制备例23
Figure BDA0000953146430000271
将2-氨基乙基三甲基氯化铵(密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO)；5.1g，0.029mol)加入到100mL圆底烧瓶并在磁力搅拌下溶于氢氧化钠溶液(1N,29mL)。将所得溶液在冰水浴中冷却10分钟，然后向溶液中添加IEM(4.51g,0.029mol)。继续搅拌2小时，然后滤掉少量无色沉淀。NMR分析证实形成了期望的甲基丙烯酸酯加合物(具有9个如上面结构所示的间隔原子，和2个氢键供体)。1H-NMR(D2O)δ1.80(s,3H),3.05(s,9H),3.33(m,4H),3.50(m,2H),4.12(t,2H),5.61(s,1H),6.01(s,1H).
制备例24
Figure BDA0000953146430000281
基本上重复制备例23的过程，不同的是使用VDM(4.03g,0.029mol)代替IEM(以形成具有7个如上面结构所示的间隔原子和两个个氢键供体的单体)。1H-NMR(D2O)δ1.30(s,6H),3.01(s,9H),3.30(m,2H),3.52(m,2H)5.60(m,1H),6.01(m,1H),6.13(m,1H).
制备例25-33
基本上通过制备例1和12中所述的过程，分别使用VDM或IEM，由多种氨基酸制备单体(具有间隔基团，该间隔基团具有以下结构和/或下文提供的其它结构中所示的链长数)。制备例25、27、29、31和33使用2N氢氧化钠代替1N氢氧化钠。1H-NMR证实形成了所需加合物的钠盐形式。
制备例25—L-天冬氨酸/VDM(间隔原子数＝6和7；具有两个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.32&1.33(2s,6H),2.41(m,2H),4.17(m,1H),5.56(d,1H),6.03(m,2H)
制备例26—L-天冬酰胺/VDM(间隔原子数＝6；具有四个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.31(2s,6H),2.51(m,2H),4.25(m,1H),5.56(d,1H),6.03(m,2H)
制备例27—L-谷氨酸/VDM(间隔原子数＝6和8；具有两个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.37&1.38(2s,6H),1.75(m,1H),1.89(m,1H),2.04(m,2H),3.98(m,1H),5.62(d,1H),6.05(d,1H),6.17(dd,1H)
制备例28—L-谷氨酰胺/VDM(间隔原子数＝6；具有四个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.31&1.33(2s,6H),1.73(m,1H),1.92(m,1H),2.08(m,2H),3.98(m,1H),5.58(d,1H),6.05(m,2H)
制备例29—L-天冬氨酸/IEM(间隔原子数＝8和9；具有两个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.73(s,3H),2.26(dd,1H),2.44(dd,1H),3.26(m,2H),4.03(t&m,3H),5.52(s,1H),5.95(s,1H)
Figure BDA0000953146430000291
制备例30—L-天冬酰胺/IEM(间隔原子数＝8；具有四个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.73(s,3H),2.40(dd,1H),2.54(dd,1H),3.26(m,2H),4.03(t,2H),4.15(dd,1H),5.52(s,1H),5.94(s,1H)
Figure BDA0000953146430000292
制备例31—L-谷氨酸/IEM(间隔原子数＝8和10；具有两个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.63(m 1H),1.72(s,3H),1.80(m,1H),2.00(m,2H),3.26(m,2H),3.79(m,1H),4.03(m,2H),5.51(s,1H),5.93(s,1H)
制备例32—L-谷氨酰胺/IEM(间隔原子数＝8；具有四个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.72(m,1H),1.73(s,3H),1.87(m,1H),2.10(m,2H),3.27(m,2H),3.86(m,1H),4.04(t,2H),5.52(s,1H),5.94(s,1H)
制备例33—亚氨基二乙酸/IEM(间隔原子数＝8；具有一个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.74(s,3H),3.29(t,2H),3.64(s,4H),4.03(t,2H),5.53(s,1H),5.96(s,1H)
制备例34
将2-(二甲基氨基)乙醇(1.78g，0.02mol，马萨诸塞州沃德山的阿法埃莎公司(Alfa Aesar,Ward Hill,MA))加入到25mL玻璃小瓶。将VDM(2.78g,0.02mol)添加到小瓶，然后加入1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU；2滴；可得自密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO))。将小瓶密封，通过振荡混合小瓶的内容物。随后温和放热，通过将小瓶保持在流动的冷自来水下数分钟来调节放热。将小瓶置于摇杆上1小时，这时NMR表明完全转化成期望的丙烯酰胺酯产物(具有7个间隔原子，并且具有一个氢键供体)。1H-NMR(CD3OD)δ1.47(s,6H),2.26(s,6H),2.60(t,2H),4.20(t,2H)5.63(dd,1H),6.21(m,2H)。
制备例35-37
Figure BDA0000953146430000301
通过与制备例34的过程基本类似的过程，由以下氨基醇制备另外的单体(具有链长＝5+m的间隔基团，其中m不同，并且具有一个氢键供体)：
制备例35—3-(二甲基氨基)-1-丙醇(m＝3；间隔原子数＝8)：1H-NMR(CD3OD)δ1.46(s,6H),1.79(m,2H),2.21(s,6H),2.35(m,2H),4.11(t,2H),5.64(dd,1H),6.21(m,2H)
制备例36—6-(二甲基氨基)-1-己醇(m＝6；间隔原子数＝11)：1H-NMR(CD3OD)δ1.33(m,4H),1.46(s和m,8H),1.61(m,2H),2.22(s,6H),2.29(m,2H0,4.07(t,2H),5.63(dd,1H),6.20(m,2H)
制备例37—2-[2-(二甲基氨基)乙氧基]乙醇(日本东京的东京化成工业株式会社(TCI,Ltd.,Tokyo,Japan))(m＝4+重复单元中的1个醚氧；间隔原子数＝10)：1H-NMR(CD3OD)δ1.47(s,6H),2.25(s,6H),2.51(t,2H),3.57(t,2H),3.62(m,2H),4.21(m,2H),5.63(dd,1H),6.20(m,2H)
制备例38
在100mL圆底烧瓶中将来自制备例34的单体(叔胺)(1.71g,7.5mmol)溶于二乙醚(25mL)中。通过注射器将硫酸二甲酯(0.945g,0.72mL,7.5mmol)添加到磁力搅拌的溶液中。立即形成无色沉淀。使所得混合物在室温下静置过夜。将沉淀用刮刀压碎，过滤，用醚洗涤，在室温下真空干燥约1小时，从而得到基本上定量产率的期望单体(具有7个间隔原子)(一种季铵盐)。1H-NMR(D2O)δ1.38(s,6H),3.05(s,9H),3.62(s和m,5H),4.47(m,2H),5.67(d,1H),6.10(m,2H).将单体溶于去离子水(10mL)中以制备单体溶液。
制备例39-41
通过与制备例38的过程基本上类似的过程，由以下叔胺单体制备另外的季铵盐单体。在这些实例中，沉淀未进行过滤，而是通过旋转蒸发去除二乙醚，将残余物在室温下真空干燥4小时，并将干燥的残余物溶于去离子水(10mL)中，从而得到单体溶液：
制备例39–制备例35单体(间隔原子数＝8)：1H-NMR(D2O)δ1.37(s,6H),2.07(m,2H),3.00(s,9H),3.25(m,2H),3.61(s,3H),4.13(t,2H),5.67(d,1H),6.12(m,2H)
制备例40–制备例36单体(间隔原子数＝11)：1H-NMR(D2O)δ1.27(m,4H),1.36(s,6H),1.55(m,2H),1.65(m,2H),2.97(s,9H),3.17(m,2H),3.62(s,3H),4.03(t,2H),5.65(d,2H),6.10(m,2H)
制备例41–制备例37单体(间隔原子数＝10)：1H-NMR(D2O)δ1.37(s,6H),3.06(s,9H),3.45(m,2H),3.62(s,3H),3.67(m,2H),3.85(m,2H),4.20(m,2H),5.66(d,1H),6.10(m,2H)
制备例42-43
基本上通过制备例1和12中所述过程，分别使用VDM或IEM，由牛磺酸(2-氨基乙磺酸)制备单体。1H-NMR证实形成了所需加合物的钠盐形式。
制备例42—牛磺酸/VDM(间隔原子数＝7，并且具有两个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.35(s,6H),2.94(t,2H),3.45(t,2H)5.64(m,1H),6.10(m,2H)
Figure BDA0000953146430000311
制备例43—牛磺酸/IEM(间隔原子数＝9，并且具有两个氢键供体)：1H-NMR(D2O)δ1.75(s,3H),2.88(t,2H),3.28(t,2H),3.32(t,2H),4.06(t,2H),5.56(2,1H),5.97(s,1H)
Figure BDA0000953146430000321
制备例44
基本上通过制备例12中所述过程，由IEM和N-苄基甘氨酸(密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO))制备单体(具有8个间隔原子和一个氢键供体)。1H-NMR(D2O)δ1.66(s,3H),3.32(t,2H),3.66(s,2H),3.98(t,2H),4.32(s,2H),5.48(s,1H),5.86(s,1H),7.04(d,2H),7.13(m,1H),7.17(m 2H)。
制备例45
将2-(二甲基氨基)乙醇(1.78g,0.02mol)加入100mL圆底烧瓶中。向烧瓶中添加二乙醚(20mL)，并且将所得混合物磁力搅拌直至乙醇溶解。向烧瓶中添加IEM(3.10g,0.02mol)，并且将所得混合物在室温下搅拌3小时，以获得期望的氨基甲酸酯单体产物(具有9个间隔原子和一个氢键供体)。1H-NMR(CDCl3)δ1.86(s,3H),2.19(s,6H),2.46(t,2H),3.41(m,2H),4.08(t,2H)4.13(t,2H),5.51(s,1H),6.03(s,1H)。
制备例46(a)
基本上通过制备例45中所述过程，将2-[2-(二甲基氨基)乙氧基]乙醇(2.66克，0.02mol)转化成对应的甲基丙烯酸酯氨基甲酸酯单体(具有12个间隔原子和一个氢键供体)。1H-NMR(CDCl3)δ1.82(s,3H),2.14(s,6H),2.39(t,2H),3.37(m,2H),3.45(t,2H),3.53(m,2H),4.10(m,4H),5.38(br.s,ca.1H),5.48(s,1H),6.00(s,1H)。
制备例46(b)
重复制备例46(a)。将反应混合物倒入分液漏斗中，然后加入1N盐酸溶液(20mL)。通过振荡使所得混合物充分混合，然后使其实现相分离，并且分离所得的下层水相。NMR分析表明甲基丙烯酸酯氨基甲酸酯单体(具有12个间隔原子和一个氢键供体)已经以盐酸盐形式被提取到水相中。1H-NMR(D2O)δ1.74(s,3H),2.73(s,6H),3.18(t,2H),3.28(t,2H),3.58(m,2H),3.67(m,2H),4.06(m,4H),5.55(s,1H),5.95(s,1H)。
制备例47
将来自制备例46(a)的反应混合物在冰水浴中冷却15分钟。通过注射器将硫酸二甲酯(2.52克，0.02摩尔)添加到混合物中。随后发生放热反应，并出现油性沉淀。将所得混合物在室温下搅拌1小时，倒出所得醚上清液，并且将所得残余物在旋转蒸发仪上再旋转30分钟，以生成期望的粘性油形式的季铵盐单体(具有12个间隔原子和一个氢键供体)。1H-NMR(D2O)δ1.74(s,3H),3.00(s,9H),3.28(t,2H),3.41(m,2H),3.56(s,3H),3.58(m,2H),3.81(m,2H),4.06(m,4H),5.56(s,1H),5.95(s,1H)。
制备例48
Figure BDA0000953146430000331
将乙醇(50mL)和琥珀酸酐(2.00克，0.02mol)加入250mL圆底烧瓶。将所得混合物磁力搅拌直至酸酐溶解。向烧瓶中添加4-氨基苄胺(2.44克，0.02mol)。将所得混合物搅拌5天。生成灰白色固体沉淀并过滤，用二乙醚洗涤，并在真空下干燥。1H-NMR(D2O)δ2.32(m,4H),4.13(s,2H),6.93(d,2H)7.09(d,2H)。
将一部分干燥产物(0.5克，2.25mmol)溶于2.25克1N NaOH中，将所得溶液磁力搅拌并在冰水浴中冷却15分钟。将IEM(0.35克，2.25mmol)添加到该溶液中。搅拌所得混合物，并且使其在4.5小时内温热至室温。滤掉所得的少量无色沉淀。NMR分析表明，完全形成期望的甲基丙烯酸羧酸酯单体(具有16个如上面结构所示的间隔原子，和三个氢键供体)。1H-NMR(D2O)δ1.71(s,3H),2.30(m,4H),3.31(t,2H),4.05(t,2H),4.13(s,2H),5.50(s,1H),5.93(s,1H),7.04(m,4H)。
制备比较例1
将丙烯酸钠(密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO)；4.70g，0.05mol)溶于去离子水(50mL)中，以制备浓度与制备例1-8的浓度基本相同的单体(具有0个间隔原子)溶液。
制备比较例2
Figure BDA0000953146430000341
将基本上根据美国专利4,157,418(Heilmann)的实例7制备的N-丙烯酰-2-甲基丙氨酸(7.85g,0.05mol)溶于氢氧化钠溶液(1N,50mL)中，以制备浓度与制备例1-8的浓度基本相同的单体(具有3个间隔原子和一个氢键供体)溶液。
制备比较例3
Figure BDA0000953146430000342
将基本上根据美国专利4,157,418(Heilmann)的实例1制备的N-丙烯酰甘氨酸(6.45g,0.05mol)溶于氢氧化钠溶液(1N,50mL)中，以制备浓度与制备例1-8的浓度基本相同的单体(具有3个间隔原子和一个氢键供体)溶液。
制备比较例4
Figure BDA0000953146430000343
将丙烯酸-2-羧乙酯(密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO)；7.2g，0.05mol)溶于氢氧化钠溶液(1N,50mL)中，以制备浓度与制备例1-8的浓度基本相同的单体(具有4个间隔原子)溶液。
制备比较例5
将甲基丙烯酸(4.30g,0.05mol)溶于氢氧化钠溶液(1N,50mL)中，以制备浓度与制备例12-22的浓度基本相同的单体(具有0个间隔原子)溶液。
制备比较例6
用去离子水(36mL)稀释[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵(密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO)；13.85g的75重量％水溶液)，以制备摩尔浓度与制备例23的摩尔浓度基本相同的单体(具有4个间隔原子)溶液。
制备比较例7
用去离子水(1.25克)稀释来自制备比较例6(3.75克)的溶液。
制备比较例8
用去离子水(27.9g)稀释[3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]三甲基氯化铵(密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO)；22.07g的50重量％水溶液)，以制备摩尔浓度与制备例24的摩尔浓度基本相同的单体(具有5个间隔原子和一个氢键供体)溶液。
制备比较例9
用去离子水(1.25克)稀释来自制备比较例8(3.75克)的溶液。
制备比较例10
用去离子水(9.5g)稀释3-(丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵(密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO)；2.07g的75重量％水溶液)，以制备摩尔浓度与实例38-41的摩尔浓度基本相同的单体(具有5个间隔原子和一个氢键供体)溶液。
制备比较例11
用去离子水(79.3g)稀释2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸钠盐(密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO)；41.34g的50重量％水溶液)，以制备浓度与制备例42和43的浓度基本相同的单体(具有4个间隔原子和一个氢键供体)溶液。
制备比较例12
将基本上根据美国专利4,157,418(Heilmann)的实例10制备的N-丙烯酰苯丙氨酸(10.95g,0.05mol)溶于氢氧化钠溶液(1N,50mL)中，以制备浓度与制备例1-8的浓度基本相同的单体(具有3个间隔原子和一个氢键供体)溶液。
实例1-6和比较例C-1-C-4
通过将来自制备例1-4、7和8以及制备比较例1-4中的每个的单体溶液(3.75g)与去离子水(1.25g)和S-BP(250μL去离子水溶液，0.1g/mL)混合来制备涂料溶液。对于每种涂料溶液而言，将尼龙膜基材(9cm×12cm；尼龙66膜，单增强层尼龙三区膜，标称孔径为1.8μm，#080ZN，得自康涅狄格州梅里第恩的3M净化公司(3M Purification,Inc.,Meridan,CT))放置于一片聚酯膜上，并且将大约4.5mL的涂料溶液用移液器吸取到基材的顶部表面上。使涂料溶液浸入基材内约1分钟，并且随后将第二片聚酯膜放置于该基材的顶部上。用2.28kg圆柱砝码在所得的三层夹心结构的顶部上辊压，以挤出过量的涂料溶液。通过使用紫外置物台(明尼苏达州奥克代尔的经典制造公司(Classic Manufacturing,Inc.,Oakdale,MN))照射夹心结构来进行紫外线引发的接枝，该紫外置物台配备有18个灯泡(Sylvania RG240W F40/350BL/ECO，基材之上有10个灯泡并且基材之下有8个灯泡，1.17米(46英寸)长，中心间距5.1cm(2英寸)，照射时间为15分钟。移除聚酯片，并且将所得的官能化基材置于250mL聚乙烯瓶中。用0.9％盐水填充瓶，密封，并且振荡30分钟，以清洗掉任何残余的单体或未接枝的聚合物。将盐水倒出，并且用新鲜的盐水溶液将官能化基材再次洗涤30分钟，然后用去离子水洗涤30分钟并使其干燥。
测试官能化基材的接枝密度和静态溶菌酶结合容量，从而计算配体效率。每个涂料溶液的结果报告于下表1(a)中。为了将实验变异的效应降低到最小程度，通常重复基材官能化程序并且对重复次数(N)的结果求平均值，从而得到报告值。
表1(a).
Figure BDA0000953146430000361
Figure BDA0000953146430000371
另外测试了若干官能化基材的静态IgG结合容量(IgG方法1)并且计算了对应的配体效率。结果示于表1(b)中。
表1(b).
实例编号 IgG静态结合容量(mg/mL) 配体效率(结合容量/mmol/g)
1 134 210
2 157 247
3 169 357
4 169 284
C-1 123 148
C-2 126 172
C-3 63 165
实例7-14和比较例C-5
通过将来自制备例12-18和22以及制备比较例5中的每个的单体溶液(3.75g)与去离子水(1.25g)和S-BP(250μL去离子水溶液，0.1g/mL)混合来制备涂料溶液。基本上如实例1中所述对尼龙膜基材进行涂布、接枝、洗涤和评估。结果示于下表2中。
表2.
Figure BDA0000953146430000372
Figure BDA0000953146430000381
实例15
戊二酸的聚乙二醇(200)单甲基丙烯酸酯的制备和接枝
将戊二酸酐(3.50g,0.03mol)加入到100mL圆底烧瓶中，并向烧瓶中添加二氯甲烷(50mL)。将所得混合物磁力搅拌直至酸酐溶解，然后向烧瓶中添加PEG200MA(6.70g,0.025mol)。将所得混合物搅拌15分钟，然后在冰水浴中冷却至0℃。通过注射器将三乙胺(3.1g,4.3mL,0.03mol)添加到搅拌混合物中，然后另外添加4-二甲基氨基吡啶(0.06g,0.03mol)。将所得混合物在冰浴冷却的同时搅拌2小时，然后使其在30分钟内温热至室温。将所得混合物在室温下再搅拌12小时。
然后通过旋转蒸发去除混合物中的过量溶剂。将所得残余物溶于二乙醚中，然后将产物从所得溶液提取至饱和碳酸氢钠(3×50mL)相。通过添加1N HCl将该相(碱性溶液)的最终pH调节至2。然后，将产物从所得的酸性水相提取到二乙醚(3×100mL)相中，然后用盐水洗涤并且在Na2SO4上干燥。通过旋转蒸发将过量的溶剂从二乙醚相去除，以产生无色液体形式的产物。1H-NMR(DMSO-d6)δ1.71,1.88,2.24,2.33,3.49,3.63,4.12,4.20,4.28,5.68,6.02表明完全转化成所需的具有大约18个间隔原子并且不具有氢键供体的羧酸单体。当单体基本上如实例1所述接枝到尼龙膜基材时，所得的官能化基材显示出与实例14类似的溶菌酶结合容量。
实例16-19和比较例C-6-C-9
按如下方式制备涂料溶液。对于实例16和18以及比较例C-6和C-8而言，将来自制备例23和24以及比较例6和8的单体溶液(5克)各自与S-BP(250μL去离子水溶液，0.1g/mL)混合。对于实例17和19而言，在与S-BP溶液混合之前，用去离子水(1.25g)稀释每种单体溶液(3.75克)。对于比较例C-7和C-9而言，在涂布之前将S-BP溶液直接添加到相应的单体溶液中。基本上如实例1中所述对尼龙膜基材进行涂布、接枝、洗涤和评估，不同的是测量了BSA静态结合容量。结果示于表3中。
表3.
Figure BDA0000953146430000391
实例20-23和比较例C-10
通过将来自制备例1-4以及制备比较例2中的每个的单体溶液(20g)与MBA(1.2mL甲醇溶液，0.1g/mL)、PEG400MA(1.6g)和S-BP(1.0mL去离子水溶液，0.1g/mL)混合来制备涂料溶液。基本上如实例1中所述对尼龙膜基材进行涂布、接枝和洗涤，不同的是UV照射时间为仅仅10分钟。测试所得官能化基材的静态溶菌酶和IgG(IgG方法2)结合容量，并且结果示于表4中。
表4.
实例编号 单体 溶菌酶静态结合容量(mg/mL) IgG静态结合容量(mg/mL)
20 制备例1 215 213
21 制备例2 276 242
22 制备例3 309 243
23 制备例4 354 119
C-10 制备比较例2 198 130
实例24-32
通过将来自制备例25-33中的每个的单体溶液(3.75g)与去离子水(1.25g)和S-BP(250μL去离子水溶液，0.1g/mL)混合来制备涂料溶液。基本上如实例1中所述对尼龙膜基材进行涂布、接枝、洗涤和评估。结果示于表5(a)中。
表5(a).
Figure BDA0000953146430000401
另外测试了所得官能化基材的静态IgG结合容量(IgG方法1)并且计算了对应的配体效率。结果示于表5(b)中，展示了对于IgG捕集的相对较高结合容量和效率。
表5(b).
实例编号 IgG静态结合容量(mg/mL) 配体效率(结合容量/mmol/g)
24 183 381
25 173 303
26 169 290
27 188 373
28 187 453
29 179 426
30 204 541
31 196 412
32 192 449
实例33-36和比较例C-11
通过将来自制备例38-41以及制备比较例10中的每个的单体溶液(5.0g)与S-BP(250μL去离子水溶液，0.1g/mL)混合来制备涂料溶液。基本上如实例16中所述对尼龙膜基材进行涂布、接枝、洗涤和评估。结果示于表6中。
表6.
实例编号 单体 BSA静态结合容量(mg/mL) 间隔原子数
33 制备例38 145 7
34 制备例39 166 8
35 制备例40 161 11
36 制备例41 168 10
C-11 制备比较例10 121 5
实例37-38和比较例C-12
按如下方式制备涂料溶液。对于实例37和38以及比较例12而言，将来自制备例42和43以及制备比较例11的单体溶液(5克)各自与S-BP(250μL去离子水溶液，0.1g/mL)混合。基本上如实例1中所述对尼龙膜基材进行涂布、接枝、洗涤和评估。结果示于表7中。
表7.
Figure BDA0000953146430000411
实例39
基本上如实例1中所述对制备例48的单体溶液进行配制、涂布、接枝、洗涤和评估。就三次试验平均而言，用具有16个原子间隔长度的该单体官能化所得的基材，表现出1.01mmol/g的接枝密度、195mg/mL的溶菌酶静态结合容量，和193的配体效率。
实例40
将制备例46(b)的单体溶液(3.75g)与去离子水(1.25g)和S-BP(250μL去离子水溶液，0.1g/mL)混合。基本上如实例1中所述对尼龙膜基材进行涂布、接枝、洗涤和干燥。如上所述测量静态BSA结合容量，不同的是将TRIS缓冲液替换为10毫摩尔MOPS(3-(N-吗啉)丙磺酸；密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO))，pH为7.5。在这些条件下，接枝密度为0.75mmol/g，BSA结合容量为74.9mg/mL，并且配体效率为159。
实例41和比较例C-13
通过将来自制备例9以及制备比较例12中的每个的单体溶液(3.75g)与去离子水(1.25g)和S-BP(250μL去离子水溶液，0.1g/mL)混合来制备涂料溶液。基本上如实例1中所述对尼龙膜基材进行涂布、接枝、洗涤和评估。结果示于表8中。
表8.
Figure BDA0000953146430000421
实例42
膦酸酯单体的制备和接枝
Figure BDA0000953146430000422
实例42(a)-2-二甲氧基磷酰基乙基-2-甲基-2-(丙-2-烯酰胺基)丙酸酯
用羟乙基二甲基膦酸酯(90％纯度，2.00g，11.7mmol)和一滴1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU；可得自密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO))处理10mL的VDM(1.63g,11.7mmol)的无水二氯甲烷溶液。在搅拌过夜后，将所得混合物用二氯甲烷稀释并且相继用饱和的5％NaH2PO4、H2O和盐水洗涤。将所得的有机部分在Na2SO4上干燥并且过滤。将少量(大约3mg)2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT；密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO))添加到过滤的部分中，并且将所得溶液在减压和室温(约23℃)下浓缩，从而得到3.06g无色液体。1H NMR(CDCl3,500MHz)6.35(br s,1H),6.27(dd,J＝1.4,17.0Hz,1H),6.12(dd,J＝10.2,17.0Hz,1H),5.64(dd,J＝1.4,10.2Hz,1H),4.39(dt,J＝13.3,7.3Hz,2H),3.77(d,J＝10.9Hz,6H),2.19(dt,J＝18.8,7.3Hz,2H),1.60(s,6H)。
实例42(b)-2-[2-甲基-2-(丙-2-烯酰胺基)丙酰基]氧乙基膦酸钠盐
将上述制备的无色液体(3.06g,10.4mmol)溶解于10mL无水二氯甲烷中并且用三甲基溴硅烷(3.24g,21.2mmol)处理。将所得溶液搅拌3小时，然后在减压和室温(约23℃)下浓缩。然后将所得的油通过甲醇浓缩两次，从而得到2.77g无色浆液。1H NMR(D2O,500MHz)6.15(dd,J＝10.1,17.1Hz,1H),6.06(dd,J＝1.4,17.1Hz,1H),5.55(dd,J＝1.4,10.1Hz,1H),4.25(dt,J＝15.1,7.1Hz,2H),2.09(dt,J＝18.2,7.1Hz,2H),1.38(s,6H)。将浆液溶解于1N氢氧化钠(10.45mL)中以制备包含上面所示的具有七个间隔原子和一个氢键供体的单体的单体溶液。基本上如实例1中所述对单体溶液进行配制、涂布、接枝、洗涤和评估。用该单体官能化的所得基材表现出0.46mmol/g的接枝密度、179mg/mL的溶菌酶静态结合容量和391的配体效率。
将本文所引用的专利、专利文献、出版物中包含的参考描述以引用方式全文并入本文，就如同将它们每个单独引入本文一样。在不脱离本发明的范围和实质的情况下，对本发明的多种不可预见的变型和更改将对本领域技术人员来说是显而易见的。应当理解，本发明并非意图不当地限制于本文所示出的示例性实施例和实例，并且上述实例和实施例仅以举例的方式提出，而且本发明的范围旨在仅受下面本文所示出的权利要求书的限制。

Claims (10)

1.一种用于生物材料捕集的制品，所述制品包括
(a)多孔基材；和
(b)所述多孔基材上承载的聚合物，所述聚合物包含至少一种单体的共聚单元，所述单体由以下基团组成：(1)至少一个一价烯属不饱和基团，(2)至少一个选自酸性基团、除胍基之外的碱性基团以及它们的盐的一价配体官能团，和(3)多价间隔基团，所述多价间隔基团直接键合到所述一价基团，以便通过具有至少六个链中原子的链将至少一个所述烯属不饱和基团和至少一个所述配体官能团连接在一起，
其中所述多价间隔基团包含至少一个氢键合部分，其中所述氢键合部分选自硫代羰基亚氨基、亚氨基羰基亚氨基、亚氨基硫代羰基亚氨基、氧羰基亚氨基、氧硫代羰基亚氨基以及它们的组合。
2.根据权利要求1所述的制品，其中所述一价烯属不饱和基团选自乙烯基、1-烷基乙烯基以及它们的组合。
3.根据前述任一项权利要求所述的制品，其中所述一价配体官能团选自羧基、膦酰基、磷酸根、磺酸根、硫酸根、硼酸根、叔氨基、季氨基以及它们的组合。
4.根据权利要求1或2所述的制品，其中所述多价间隔基团为包含链中杂原子的烃基。
5.根据权利要求1或2所述的制品，其中所述链具有9至16个链中原子。
6.根据权利要求1或2所述的制品，其中所述单体为由以下通式表示的类别中的一者
CH2＝CR1-C(＝O)-X-R2-[Z-R2]n-L (I)
其中
R1选自氢、烷基、环烷基、芳基以及它们的组合；
每个R2独立地选自亚烃基、杂亚烃基以及它们的组合；
X为-O-或-NR3-，其中R3选自氢、烃基、杂烃基以及它们的组合；
Z为杂亚烃基，其包含选自硫代羰基亚氨基、亚氨基羰基亚氨基、亚氨基硫代羰基亚氨基、氧羰基亚氨基、和氧硫代羰基亚氨基的至少一个部分；
n为整数1；并且
L为包含杂原子的基团，其包含选自酸性基团、除胍基之外的碱性基团、和它们的盐的至少一个一价配体官能团。
7.根据权利要求1或2所述的制品，其中所述聚合物接枝到所述多孔基材。
8.一种用于生物材料捕集的制品，所述制品包括
(a)多孔聚合物膜；和
(b)接枝到所述多孔聚合物膜的聚合物，所述聚合物包含至少一种单体的共聚单元，所述单体由以下基团组成：(1)末端一价烯属不饱和基团，(2)至少一个选自酸性基团、除胍基之外的碱性基团、以及它们的盐的末端一价配体官能团，和(3)多价间隔基团，所述多价间隔基团包含至少一个氢键合部分并直接键合到所述末端一价基团，以便通过具有至少六个链中原子的链将所述末端一价烯属不饱和基团和每个所述末端一价配体官能团连接在一起，其中所述氢键合部分选自硫代羰基亚氨基、亚氨基羰基亚氨基、亚氨基硫代羰基亚氨基、氧羰基亚氨基、氧硫代羰基亚氨基以及它们的组合。
9.根据权利要求1或2所述的制品，其中所述制品包括至少一个过滤元件。
10.一种用于捕集或去除目标生物材料的方法，所述方法包括
(a)提供根据权利要求9所述的至少一个制品；以及
(b)使含有目标生物材料的流动生物溶液喷射到所述过滤元件的上游表面上足够时间，以实现所述目标生物材料的结合。
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