專利名稱：多孔聚合物樹脂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明描述了多孔聚合物樹脂、用于制備該多孔聚合物樹脂的方法和反應(yīng)混合 物，以及該多孔聚合物樹脂的多種用途。
背景技術(shù)：
聚合物樹脂廣泛用于多種目標(biāo)化合物的分離和純化。例如，根據(jù)是否存在離子基 團(tuán)、目標(biāo)化合物的粒度、疏水性相互作用、親和相互作用或共價鍵的形成情況，可將聚合物 樹脂用于純化或分離目標(biāo)化合物。在生物技術(shù)行業(yè)中，對諸如蛋白質(zhì)、酶、疫苗、DNA、RNA之類的各種生物分子進(jìn)行大 規(guī)模分離和/或純化具有重大意義。用于分離和純化生物分子的絕大多數(shù)聚合物樹脂均基 于苯乙烯/二乙烯基苯共聚物或交聯(lián)瓊脂糖。苯乙烯/二乙烯基苯共聚物的疏水性主鏈易 于與多種物質(zhì)發(fā)生非特異性相互作用，導(dǎo)致產(chǎn)生不純產(chǎn)物。雖然交聯(lián)瓊脂糖樹脂一般來講 不易受非特異性相互作用的影響，但是這些物質(zhì)往往為極柔軟的凝膠并且對許多生物分子 來說具有相對較低的容量。需要改良的聚合物樹脂，特別是用于分離和純化生物分子。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明描述了多孔聚合物樹脂、可用于制備該多孔聚合物樹脂的反應(yīng)混合物和方 法，以及該多孔聚合物樹脂的多種用途。更具體地講，該聚合物樹脂通常具有分層多孔結(jié)構(gòu) 以及可用于純化目標(biāo)化合物或?qū)⒛繕?biāo)化合物與樣品中的其他分子分離開來的官能團(tuán)。該聚 合物樹脂通常為親水性的，并且可具有較低的非特異性吸附性。在許多實(shí)施例中，該聚合物 樹脂以聚合物珠的形式存在。在第一方面，本發(fā)明提供了可用于制備多孔聚合物樹脂的反應(yīng)混合物。該反應(yīng)混 合物包含水相組合物，該水相組合物包含a)能夠進(jìn)行自由基聚合的單體混合物；b)尺度范 圍為0. 05至5微米的分散或懸浮的有機(jī)聚集體；以及c)包含水和任選的與水能混溶的極 性有機(jī)溶劑的水相溶劑。水相組合物中的單體混合物包含1)交聯(lián)單體和2)官能化單體。 交聯(lián)單體包括式(I)化合物
(I)其中R1為氫或甲基；Q為氧基或-NH- ；Y為亞烷基或雜亞烷基。亞烷基或雜亞烷 基Y基團(tuán)未被取代或被羥基取代。官能化單體包含(a)烯鍵式不飽和基團(tuán)和(b)選自(1) 酸基團(tuán)或其鹽、(2)氨基團(tuán)或其鹽、(3)羥基基團(tuán)、(4) 二氫唑酮基團(tuán)、(5)縮水甘油基基團(tuán) 或(6)它們的組合的官能團(tuán)。
在第二方面，本發(fā)明提供了用于制備多孔聚合物樹脂的方法。該方法包括形成水 相組合物，該水相組合物包含1)能夠進(jìn)行自由基聚合的單體混合物；2)尺度范圍為0. 05 至5微米的分散或懸浮的有機(jī)聚集體；3)包含水和任選的與水能混溶的極性有機(jī)溶劑的水 相溶劑。水相組合物中的單體混合物包含i)交聯(lián)單體和ii)官能化單體。交聯(lián)單體包括 式⑴化合物 其中R1為氫或甲基；Q為氧基或-NH-;Y為亞烷基或雜亞烷基。亞烷基或雜亞烷 基Y基團(tuán)未被取代或被羥基取代。官能化單體包含(a)烯鍵式不飽和基團(tuán)和(b)選自(1) 酸基團(tuán)或其鹽、(2)氨基團(tuán)或其鹽、(3)羥基基團(tuán)、(4) 二氫唑酮基團(tuán)、(5)縮水甘油基基團(tuán) 或(6)它們的組合的第一官能團(tuán)。該方法還包括使單體混合物聚合以形成包含有機(jī)聚集體 的聚合物材料，然后從該聚合物材料中除去有機(jī)聚集體的至少一部分以形成多孔聚合物樹 脂。在第三方面，本發(fā)明提供了用于純化或分離目標(biāo)化合物的方法。該方法包括如上 所述形成多孔聚合物樹脂，該多孔聚合物樹脂具有選自(1)酸基團(tuán)或其鹽、(2)氨基團(tuán)或其 鹽、(3)羥基基團(tuán)、(4) 二氫唑酮基團(tuán)、(5)縮水甘油基基團(tuán)或(6)它們的組合的官能團(tuán)。該 方法還包括使多孔聚合物樹脂與包含目標(biāo)化合物的樣品接觸，該目標(biāo)化合物與多孔聚合物 珠的至少一個官能團(tuán)反應(yīng)或相互作用。在一些應(yīng)用中，多孔聚合物樹脂可設(shè)置在色譜柱內(nèi) 或過濾介質(zhì)的表面上，或摻入到連續(xù)多孔的基質(zhì)內(nèi)。在第四方面，本發(fā)明提供了用于純化或分離目標(biāo)化合物的另一種方法。該方法包 括如上所述形成多孔聚合物樹脂，該多孔聚合物樹脂具有選自(1)酸基團(tuán)或其鹽、(2)氨基 團(tuán)或其鹽、(3)羥基基團(tuán)、(4) 二氫唑酮基團(tuán)、(5)縮水甘油基基團(tuán)或(6)它們的組合的第一 官能團(tuán)。該方法還包括通過用改性劑處理多孔聚合物樹脂以及將第一官能團(tuán)轉(zhuǎn)化為第二官 能團(tuán)來制備改性的多孔聚合物樹脂。然后將具有第二官能團(tuán)的改性的多孔聚合物樹脂與包 含目標(biāo)化合物的樣品接觸。目標(biāo)化合物與改性的多孔聚合物樹脂的第二官能團(tuán)反應(yīng)或相互 作用。在第五方面，本發(fā)明提供了多孔聚合物樹脂。該聚合物樹脂具有包括平均孔徑小 于200納米的第一組孔和平均孔徑大于500納米的第二組孔的分層多孔結(jié)構(gòu)。該多孔聚合 物樹脂為包含a)交聯(lián)單體和b)官能化單體的水相單體混合物的反應(yīng)產(chǎn)物。交聯(lián)單體包括 式⑴化合物 其中R1為氫或甲基；Q為氧基或-NH- ；Y為亞烷基或雜亞烷基，其中Y未被取代或 被羥基取代。官能化單體包含(a)烯鍵式不飽和基團(tuán)和(b)選自(1)酸基團(tuán)或其鹽、(2)氨 基團(tuán)或其鹽、(3)羥基基團(tuán)、(4) 二氫唑酮基團(tuán)、(5)縮水甘油基基團(tuán)或(6)它們的組合的第一官能團(tuán)。在單體混合物中的所有或基本上所有單體的親脂性指數(shù)不大于20。在一些實(shí)施 例中，多孔聚合物樹脂為多孔聚合物珠。以上本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容并非意圖描述本發(fā)明的每個實(shí)施例或每種實(shí)施方式。以下 附圖具體實(shí)施方式
和實(shí)例更為具體地對這些實(shí)施例進(jìn)行了舉例說明。


結(jié)合附圖對本發(fā)明多個實(shí)施例進(jìn)行的以下詳細(xì)說明可以更為全面地理解本發(fā)明， 其中圖1為具有一級多孔結(jié)構(gòu)和二級多孔結(jié)構(gòu)的示例性多孔聚合物珠(實(shí)例6中制 備)的掃描電子顯微圖。圖2為具有一級多孔結(jié)構(gòu)但不具有二級多孔結(jié)構(gòu)的對比聚合物珠(比較例2中制 備)的掃描電子顯微圖。圖3為具有一級多孔結(jié)構(gòu)和二級多孔結(jié)構(gòu)的其他示例性多孔聚合物珠(實(shí)例4中 制備)的光學(xué)顯微圖。圖4為具有一級多孔結(jié)構(gòu)和二級多孔結(jié)構(gòu)兩者的示例性多孔聚合物珠(實(shí)例4中 制備)的掃描電子顯微圖。圖5為具有一級多孔結(jié)構(gòu)和二級多孔結(jié)構(gòu)的另外的示例性多孔聚合物珠(實(shí)例5 中制備)的掃描電子顯微圖。雖然本發(fā)明接受各種修改形式和替代形式，但其具體方式已在附圖中以舉例的方 式示出，并且將對其進(jìn)行詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解其目的并非在于將本發(fā)明局限于所描述 的具體實(shí)施例。相反，其目的在于涵蓋屬于本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所有修改形式、等同形式 和替代形式。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明描述了多孔聚合物樹脂、可用于制備該多孔聚合物樹脂的反應(yīng)混合物和方 法，以及該多孔聚合物樹脂的用途。更具體地講，該聚合物樹脂通常為親水性的并且具有分 層多孔結(jié)構(gòu)，以及可用于與多種不同目標(biāo)化合物反應(yīng)或相互作用的官能團(tuán)。該多孔聚合物 樹脂通常以聚合物珠的形式存在，可用于純化所需材料或從樣品的其他分子中分離所需材 料。在一些應(yīng)用中，多孔聚合物樹脂設(shè)置在色譜柱內(nèi)或過濾介質(zhì)的表面上，或摻入到連續(xù)多 孔的基質(zhì)內(nèi)。術(shù)語“一個”和“所述”可與“至少一種”互換使用來表示正在描述的一種或多種元
ο術(shù)語“烷基”指為烷烴基的單價基團(tuán)，其為飽和烴。烷基可為直鏈的、支鏈的、環(huán)狀 的或它們的組合，并且通常具有1至20個碳原子。在一些實(shí)施例中，烷基包含1至16個碳 原子、1至12個碳原子、1至10個碳原子、1至8個碳原子、1至6個碳原子或1至4個碳原 子。烷基的例子包括(但不限于)甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基、正 戊基、正己基、環(huán)己基、正庚基、正辛基和乙基己基。術(shù)語“亞烷基”指為烷烴基的二價基團(tuán)。亞烷基可為直鏈的、支鏈的、環(huán)狀的或它 們的組合。亞烷基通常具有1至20個碳原子。在一些實(shí)施例中，亞烷基包含1至10個碳
8原子、1至8個碳原子、1至6個碳原子或1至4個碳原子。亞烷基的基團(tuán)中心可在相同碳 原子(即烷叉基)或不同碳原子上。術(shù)語“烷氧基”指式-OR表示的單價基團(tuán)，其中R為烷基。術(shù)語“酰基”指式-(CO)-R表示的單價基團(tuán)，其中R為烷基，并且(CO)表示碳是以 雙鍵連接至氧。示例性的?；鶠槠渲蠷為甲基的乙?；?。術(shù)語“酰氧基”指式-O-(CO)-R表示的單價基團(tuán)，其中R為烷基，并且(CO)表示碳 是以雙鍵連接至氧。示例性的酰氧基為其中R為甲基的乙酰氧基。術(shù)語“芳烷基”指為化合物R-Ar基團(tuán)的單價基團(tuán)，其中Ar為芳族碳環(huán)基而R為烷基。術(shù)語“芳基”指為碳環(huán)芳族化合物基團(tuán)的單價基團(tuán)。芳基可具有一個芳環(huán)或包含最 多5個與芳環(huán)連接或稠合的其他碳環(huán)。其他碳環(huán)可為芳族的、非芳族的或它們的組合。芳 基的例子包括(但不限于)苯基、聯(lián)苯基、三聯(lián)苯基、蒽基、萘基、苊基、蒽醌基、菲基、蒽基、 芘基、茈基和芴基。術(shù)語“吖內(nèi)酯”指如下式的單價基團(tuán) 其中ρ為整數(shù)0或1 ；并且各Ra獨(dú)立地選自氫、烷基、雜烷基、芳基、芳烷基，或者兩 個Ra基與它們連接至的碳原子合在一起形成碳環(huán)。術(shù)語“羧基”指式-(CO)OH表示的單價基團(tuán)，其中(CO)表示碳是以雙鍵連接至氧。術(shù)語“羧烷基”指由羧基取代的烷基。術(shù)語“縮水甘油基”指下式表示的基團(tuán)。
術(shù)語“鹵素”指氟、氯、溴或碘。術(shù)語“鹵代烷基”指由鹵素基團(tuán)取代的烷基。術(shù)語“雜亞烷基”指具有一個或多個由硫、氧或-NRb-取代的-CH2-基團(tuán)的二價亞 烷基，其中Rb為氫或烷基。雜亞烷基可為直鏈的、支鏈的、環(huán)狀的或它們的組合，并且可包括 最多60個碳原子和最多15個雜原子。在一些實(shí)施例中，雜亞烷基包括最多50個碳原子、 最多40個碳原子、最多30個碳原子、最多20個碳原子或最多10個碳原子。示例性的雜亞 烷基包括亞烷基氧或聚(亞烷基氧)。也就是說，該雜亞烷基包括至少一個式-(R-O)-表示 的基團(tuán)，其中R為亞烷基。如本文所用，術(shù)語“亞烷基二醇”和“亞烷基氧”可互換使用來表 示此式的二價基團(tuán)。術(shù)語“(甲基)丙烯?；敝窼H2C = CR1-(CO)-表示的基團(tuán)，其中R1為氫或甲基。術(shù)語“(甲基)丙烯酰胺”指式H2C = CR1-(CO)-NH-表示的基團(tuán)，其中R1為氫或甲基。
術(shù)語“(甲基)丙烯酰氧”指式H2C = CR1-(CO)-O-表示的基團(tuán)，其中R1為氫或甲基。術(shù)語“(甲基)丙烯酸酯”既指甲基丙烯酸酯又指丙烯酸酯。相似地，術(shù)語“(甲 基)丙烯酰胺”既指甲基丙烯酰胺又指丙烯酰胺；術(shù)語“(甲基)丙烯酸”既指甲基丙烯酸 又指丙烯酸；術(shù)語“(甲基)丙烯酰氨基酸”既指甲基丙烯酰氨基酸又指丙烯酰氨基酸。術(shù)語“聚合物”或“聚合物型”指均聚物、共聚物、三元共聚物等材料。同樣，術(shù)語 “聚合”或“聚合化”指制備均聚物、共聚物、三元共聚物等的工序。短語“在...范圍內(nèi)”包括端值和端值之間的所有數(shù)值。例如，短語“在1至10的 范圍內(nèi)”包括1、10以及1至10之間的所有數(shù)值。術(shù)語“室溫”指20°C至25°C范圍內(nèi)的溫度。除非另外指明，否則說明書和權(quán)利要求書中使用的表達(dá)特征尺寸、數(shù)量和物理特 性的所有數(shù)字在所有情況下均應(yīng)理解為由術(shù)語“約”來修飾。因此，除非有相反的說明，否 則采用本文所公開的教導(dǎo)示出的數(shù)字均為可根據(jù)所需特性而變化的近似值。本發(fā)明所提供的聚合物樹脂為多孔的。該多孔聚合物樹脂可為大孔聚合物材料或 凝膠型聚合物材料的形式。如本文所用，術(shù)語“大孔的”指即使在干燥狀態(tài)下也具有持久性 多孔結(jié)構(gòu)的聚合物樹脂。雖然聚合物樹脂在接觸溶劑時可溶脹，但無需通過溶脹來使得能 穿過多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)入聚合物樹脂內(nèi)部。如本文所用，術(shù)語“凝膠型”或“凝膠”可互換使用，指 在干燥狀態(tài)下不具有持久性多孔結(jié)構(gòu)、但可通過合適的溶劑溶脹來允許物質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)聚合物 樹脂內(nèi)部的聚合物樹脂。大孔聚合物材料和凝膠型聚合物材料均在以下文章中有進(jìn)一步描 述Sherrington, Chem. Commun.，2275-2286 (1998) (Sherrington,《化學(xué)通訊》1998 年 第 2275-2286 頁)；Macintyre 等人，Macromolecules，37，7628-7636 (2004)(《大分子》2004 年第37期第7628-7636頁)。術(shù)語“大孔的”和“凝膠型”并非意在指明具體的孔徑或孔徑范圍。該聚合物樹脂具有分層多孔結(jié)構(gòu)。如本文所用，術(shù)語“分層多孔”結(jié)構(gòu)指至少具有 一級多孔結(jié)構(gòu)和二級多孔結(jié)構(gòu)的聚合物樹脂。一級多孔結(jié)構(gòu)與本體聚合物基質(zhì)相關(guān)。這種 可以是凝膠型或大孔型的一級多孔結(jié)構(gòu)與由類似于本文所述但無有機(jī)聚集體的反應(yīng)混合 物聚合所得的多孔結(jié)構(gòu)基本上相同。一級多孔結(jié)構(gòu)通常包括多個平均孔徑小于約200納米 (nm)的孔。向反應(yīng)混合物中添加有機(jī)聚集體導(dǎo)致產(chǎn)生二級多孔結(jié)構(gòu)。二級多孔結(jié)構(gòu)通常 在樹脂內(nèi)包括多個橫截面通常為圓形的大孔(例如球形或部分球形如半球狀的孔穴或空 隙)。這些大孔的平均孔徑通常大于約500納米，一些孔可大到約15至20微米。這些大孔 可具有開孔構(gòu)造、閉孔構(gòu)造或它們的組合。在任一種構(gòu)造中，諸如液體、改性劑或目標(biāo)化合 物之類的物質(zhì)可從二級多孔結(jié)構(gòu)中的一個孔移動到二級多孔結(jié)構(gòu)中的另一個孔。在閉孔構(gòu) 造中，這種移動會穿過一級多孔結(jié)構(gòu)。二級多孔結(jié)構(gòu)的孔可直接通向珠的外部或可穿過一 級孔結(jié)構(gòu)。分層多孔結(jié)構(gòu)特別有利于分子量相對較大的目標(biāo)化合物的分離和純化。更具體地 講，具有平均孔徑小于約200納米的第一組孔和平均孔徑大于約500納米的第二組孔的聚 合物樹脂有利于生物分子的純化或分離。諸如酶、蛋白質(zhì)、核酸等之類的生物分子的重均分 子量通常大于5，000克/摩爾、大于10，000克/摩爾、大于20，000克/摩爾、大于50，000克/摩爾或大于100，000克/摩爾。隨著在無相對較大孔的情況下分子量的增大，生物分 子向聚合物樹脂內(nèi)部區(qū)域的擴(kuò)散通常會減少。通常，使用聚合物樹脂來分離和純化生物分 子所需的時間可通過采用具有相對較大孔(如直徑大于約500納米的孔)的聚合物樹脂來 縮短。然而，孔的尺寸通常會影響用于純化和分離一種或多種目標(biāo)化合物的聚合物樹脂的 總表面積和容量。僅具有相對較大孔的聚合物樹脂往往具有較小的表面積和較低的目標(biāo)化 合物容量。為了最大化聚合物樹脂的容量，較小的孔徑(如直徑小于約200納米的那些) 是有利的。也就是說，直徑小于約200納米的孔往往會增大聚合物樹脂的表面積。聚合物樹脂具有多種可用于與目標(biāo)化合物反應(yīng)或相互作用的官能團(tuán)。官能團(tuán)可為 選自(1)酸基團(tuán)或其鹽、(2)氨基團(tuán)或其鹽、(3)羥基基團(tuán)、(4) 二氫唑酮基團(tuán)、(5)縮水甘油 基基團(tuán)或(6)它們的組合的第一官能團(tuán)?；蛘?，第一官能團(tuán)可與改性劑反應(yīng)以得到不同于 第一官能團(tuán)的第二官能團(tuán)。目標(biāo)化合物與聚合物樹脂或改性的聚合物樹脂的反應(yīng)或相互作 用是將目標(biāo)化合物從樣品的其他分子中純化或分離出來的基礎(chǔ)。在一些實(shí)施例中，目標(biāo)化 合物為可使用聚合物樹脂或改性的聚合物樹脂分離和收集的所需材料。在其他實(shí)施例中， 目標(biāo)化合物為可使用聚合物樹脂或改性的聚合物樹脂從所需材料中分離出來的雜質(zhì)。使用自由基聚合反應(yīng)來聚合存在于水相組合物中的單體。由于聚合反應(yīng)過程中聚 合物材料的分子量增大，所得聚合物材料通常變得與水相不相容并且往往會相分離。一些 水相組分通常被截留在聚合物材料內(nèi)。隨后除去截留的水相組分通常會導(dǎo)致孔的形成。不 同的水相組分可導(dǎo)致形成大小不同的孔。也就是說，可對水相組分進(jìn)行選擇，以得到具有一 級多孔結(jié)構(gòu)和二級多孔結(jié)構(gòu)的分層多孔聚合物珠。水相組合物可聚合形成整體式多孔聚合物樹脂。該整體形式可具有任何所需形狀 或可分割成顆粒。或者，水相組合物可聚合形成聚合物珠。例如，可采用逆相或反相懸浮聚 合法形成聚合物珠。使用該聚合法，包含單體混合物的水相組合物以小滴形式分散或懸浮 于與水不能混溶的有機(jī)相中。隨著聚合物材料的分子量增大，其通常變得與水相不相容并 且往往會在小滴內(nèi)實(shí)現(xiàn)相分離。一些水相組分通常會被截留在聚合物材料內(nèi)，導(dǎo)致孔的形 成。用于制備聚合物樹脂的反應(yīng)混合物包含水相組合物。該水相組合物包含1)單體 混合物，2)尺度范圍為0. 05至5微米的分散或懸浮的有機(jī)聚集體，以及3)水相溶劑。單體 混合物包含i)交聯(lián)單體和ii)官能化單體。水相溶劑包含水和任選的與水能混溶的極性 有機(jī)溶劑。水相組合物中的交聯(lián)單體由式(I)表示。
在式(I)中，各R1獨(dú)立地為氫或甲基；各Q獨(dú)立地為氧或-NH-;并且Y為亞烷基 或雜亞烷基。亞烷基或雜亞烷基Y基團(tuán)可任選由羥基取代(即基團(tuán)Y可以是未取代的或由 羥基取代)。交聯(lián)單體具有兩個(甲基)丙烯?；?，這兩個(甲基)丙烯酰基可進(jìn)行反應(yīng)以 使一個聚合物鏈與另一個聚合物鏈交聯(lián)，或可進(jìn)行反應(yīng)以使聚合物鏈的一部分與其另一部 分交聯(lián)。選擇可溶解于水相組合物的交聯(lián)劑。
在式⑴的交聯(lián)單體的一些實(shí)施例中，兩個Q基團(tuán)均為-NH-，并且Y為具有1至10 個、1至8個、1至6個或1至4個碳原子的亞烷基。亞烷基可為直鏈的、支鏈的、環(huán)狀的或 它們的組合。具體例子包括(但不限于)N，N'-亞甲基雙(甲基)丙烯酰胺、N，N'-亞 乙基雙(甲基)丙烯酰胺、N，N' -(1，2_ 二羥基亞乙基)雙(甲基)丙烯酰胺、N，N'-丙 烯基雙(甲基)丙烯酰胺和N，N'-環(huán)己基雙(甲基)丙烯酰胺。在式(I)的交聯(lián)單體的其他實(shí)施例中，兩個Q基團(tuán)均為-NH_，Y為具有2至20個、 2至16個、2至12個、2至10個、2至8個、2至6個或2至4個碳原子的雜亞烷基。雜亞 烷基可為直鏈的、支鏈的、環(huán)狀的或它們的組合。具體例子包括(但不限于)N，N'-胱胺 雙(甲基)丙烯酰胺、雙-3-(甲基)丙烯酰胺丙-1-基聚乙二醇、雙-2-(甲基)丙烯酰胺 丙-1-基聚乙二醇和N，N'-哌嗪雙(甲基)丙烯酰胺。在式(I)的交聯(lián)單體的其他實(shí)施例中，兩個Q基團(tuán)均為氧，Y為具有2至10個、2 至8個、2至6個或2至4個碳原子的亞烷基。亞烷基可為直鏈的、支鏈的、環(huán)狀的或它們的 組合。具體例子包括1，4_ 丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、1，3_ 丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、 1，5_戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、1，6_己二醇二(甲基)丙烯酸酯、2，2_ 二甲基丙二醇二 (甲基)丙烯酸酯、反式-1，4-環(huán)己二醇二(甲基)丙烯酸酯和乙二醇二(甲基)丙烯酸 酯。在式(I)的交聯(lián)單體的其他實(shí)施例中，兩個Q基團(tuán)均為氧，Y為雜亞烷基。雜亞烷 基可為直鏈的、支鏈的、環(huán)狀的或它們的組合。雜亞烷基通常為直鏈的并且具有一個或多個 式_(R-O)-的亞烷基氧單元，其中R為亞烷基。該亞烷基通常具有2個、3個或4個碳原子。 具體例子包括二(乙二醇)二(甲基)丙烯酸酯、三(乙二醇)二(甲基)丙烯酸酯、四 (乙二醇)二(甲基)丙烯酸酯、聚(乙二醇)二(甲基)丙烯酸酯、二(丙二醇)二(甲 基)丙烯酸酯和聚(丙二醇)二(甲基)丙烯酸酯。其他例子包括烷氧基化二醇二(甲 基)丙烯酸酯，例如乙氧基化丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化丁二醇二(甲基)丙烯 酸酯和乙氧基化己二醇二(甲基)丙烯酸酯；烷氧基化三羥甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯， 例如乙氧基化三羥甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯和丙氧基化三羥甲基丙烷二(甲基)丙烯 酸酯；以及烷氧基化季戊四醇二(甲基)丙烯酸酯，例如乙氧基化季戊四醇二(甲基)丙烯 酸酯和丙氧基化季戊四醇二(甲基)丙烯酸酯。一些具體列出的交聯(lián)單體可從諸如Sigma-Aldrich(Milwaukee，WI)、 Polysciences, Inc. (Warrington, PA) \)J,R Sartomer (Exeter, PA)
或者，這些交聯(lián)單體中的一些可通過本領(lǐng)域中描述的工藝合成，例如，在Rasmussen等人的 Reactive Polymers, 16，199-212 (1991/1992)(《反應(yīng)性聚合物》1991/1992 年第 16 期第 199-212頁)中所述的工藝。在一些示例性反應(yīng)混合物中，水相中的交聯(lián)單體為N，N'-亞甲基雙(甲基)丙烯 酰胺或N，N'-亞甲基雙(甲基)丙烯酰胺與至少一種其他式(I)的交聯(lián)單體的混合物。 交聯(lián)單體總量的至少10重量％、至少20重量％、至少30重量％、至少40重量％、至少50重 量％、至少60重量％、至少70重量％、或至少80重量％、至少80重量％、至少90重量％、 至少95重量％、至少98重量％或至少99重量％通常為N，N'-亞甲基雙(甲基)丙烯酰 胺。除式(I)的交聯(lián)單體外，單體混合物還可包含額外的交聯(lián)單體。例如，水相可包含為式(I)的第一交聯(lián)單體和具有三個或更多個烯鍵式不飽和基團(tuán)的第二交聯(lián)單體。通 常，水相組合物中總交聯(lián)單體的至少10重量％、至少20重量％、至少30重量％、至少40重 量％、至少50重量％、至少60重量％、至少70重量％、至少80重量％或至少90重量％為 式(I)單體。一些示例性第二交聯(lián)劑包括具有三個烯鍵式不飽和基團(tuán)的那些，例如三[2_(丙 烯酰氧基)乙基]異氰脲酸酯、三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯和多種烷氧基化三(甲 基)丙烯酸酯。烷氧基化三(甲基)丙烯酸酯的例子包括(但不限于)烷氧基化三羥甲基 丙烷三(甲基)丙烯酸酯，例如乙氧基化三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化三羥 甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯和環(huán)氧乙烷/環(huán)氧丙烷共聚物三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯 酸酯；以及烷氧基化季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯，例如乙氧基化季戊四醇三(甲基)丙烯 酸酯。其他示例性的第二交聯(lián)劑包括具有四個或更多個烯鍵式不飽和基團(tuán)的那些，例如 烷氧基化四(甲基)丙烯酸酯和烷氧基化五(甲基)丙烯酸酯。烷氧基化四(甲基)丙烯 酸酯的例子包括烷氧基化季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯，例如乙氧基化季戊四醇四(甲基) 丙烯酸酯。在一些示例性反應(yīng)混合物中，水相組合物中的交聯(lián)單體為N，N'-亞甲基雙(甲 基)丙烯酰胺或N，N'-亞甲基雙(甲基)丙烯酰胺與具有三個或更多個烯鍵式不飽和基 團(tuán)的第二交聯(lián)單體的混合物。交聯(lián)單體總量的至少10重量％、至少20重量％、至少30重 量％、至少40重量％、至少50重量％、至少60重量％、至少70重量％、至少80重量％、至少 90重量％、至少95重量％、至少98重量％或至少99重量％通常為N，N'-亞甲基雙(甲 基)丙烯酰胺?；趩误w混合物中單體的總重量，單體混合物包含至少1重量％的交聯(lián)單體。當(dāng) 使用少量的交聯(lián)單體時，所得聚合物材料往往為凝膠聚合物樹脂而非大孔聚合物樹脂的形 式。通過聚合物樹脂可經(jīng)受的壓差測定的剛度或機(jī)械強(qiáng)度往往會隨著單體混合物中所含交 聯(lián)單體的量的增大而增大。一些單體混合物包含至少2重量％、至少5重量％、至少10重 量％、至少15重量％、至少20重量％、至少25重量％或至少30重量％的交聯(lián)單體?；趩误w混合物中單體的總重量，單體混合物通常包含最多99重量％的交聯(lián)單 體。當(dāng)交聯(lián)單體的量超過99重量％時，與各種目標(biāo)化合物的反應(yīng)性通常由于存在于單體混 合物中的官能化單體的量的相應(yīng)減少而降低。一些單體混合物包含最多95重量％、最多90 重量％、最多85重量％、最多80重量％、最多70重量％、最多65重量％、最多60重量％、 最多55重量％、最多50重量％、最多45重量％或最多40重量％的交聯(lián)單體?；趩误w總重量，單體混合物通常包含1至99重量％、10至99重量％、10至95重 量％、10至90重量％、20至90重量％、30至90重量％、20至80重量％、30至80重量％、 30至75重量％、25至70重量％、25至60重量％或25至50重量％的交聯(lián)單體。除交聯(lián)單體外，單體混合物還包含至少一種官能化單體。該官能化單體為能夠進(jìn) 行自由基聚合且包含(a)烯鍵式不飽和基團(tuán)和(b)選自如下的官能團(tuán)的化合物(1)酸基 團(tuán)或其鹽、(2)氨基團(tuán)或其鹽、(3)羥基基團(tuán)、(4) 二氫唑酮基團(tuán)、(5)縮水甘油基基團(tuán)或(6) 它們的組合。烯鍵式不飽和基團(tuán)經(jīng)歷自由基聚合反應(yīng)，同時該官能團(tuán)可用于與目標(biāo)化合物 或改性劑反應(yīng)或相互作用。
第一種類型的官能化單體具有烯鍵式不飽和基團(tuán)以及為酸基團(tuán)或其鹽的官能團(tuán)。 該官能化單體可為弱酸、弱酸鹽、強(qiáng)酸、強(qiáng)酸鹽或它們的組合。該官能化單體可為中性狀態(tài)， 但如果調(diào)節(jié)PH值，則其能夠帶負(fù)電。當(dāng)適當(dāng)調(diào)節(jié)pH值時，所得聚合物樹脂可具有能夠與目 標(biāo)化合物的帶正電基團(tuán)(即目標(biāo)化合物為陽離子)相互作用的帶負(fù)電基團(tuán)。也就是說，該 聚合物樹脂可起到陽離子交換樹脂的作用。如果官能化單體為弱酸鹽或強(qiáng)酸鹽的形式，則 這些鹽的反離子可為但不限于堿金屬離子、堿土金屬離子、銨離子或四烷基銨離子。具有酸基團(tuán)或其鹽的一些示例性官能化單體包括式(II)的(甲基)丙烯酰胺磺 酸或其鹽。 在式(II)中，Y1為具有1至10個碳原子的直鏈或支鏈亞烷基，且R1為氫或甲基。 根據(jù)式(II)的示例性官能化單體包括(但不限于)Ν-(甲基)丙烯酰胺甲磺酸、2-(甲基) 丙烯酰胺乙磺酸和2-甲基丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。也可使用這些酸性單體的鹽。一些具有酸基團(tuán)或其鹽的其他示例性官能單體包括其他磺酸，例如乙烯基磺酸和 4-苯乙烯磺酸；(甲基)丙烯酰胺烷基磷酸，例如2-(甲基)丙烯酰胺乙基磷酸和3-(甲 基)丙烯酰胺丙基磷酸；丙烯酸和甲基丙烯酸；以及羧烷基(甲基)丙烯酸酯，例如2-羧 乙基(甲基)丙烯酸酯和3-羧丙基(甲基)丙烯酸酯。其他合適的單體包括(甲基)丙 烯酰氨基酸，例如美國專利No. 4，157, 418 (Heilmann)中描述的那些，將該專利以引用方式 并入本文中。示例性的(甲基)丙烯酰氨基酸包括(但不限于)N-(甲基)丙烯酰甘氨酸、 N-(甲基)丙烯酰天冬氨酸、N-(甲基)丙烯?；?β-丙氨酸和N-(甲基)丙烯?；?2-甲 基丙氨酸。也可使用任何這些酸性單體的鹽。第二種類型的官能化單體具有烯鍵式不飽和基團(tuán)以及氨基團(tuán)或其鹽。氨基可為伯 氨基、仲氨基、叔氨基或季銨基。此類官能化單體可為弱堿、強(qiáng)堿、弱堿鹽、強(qiáng)堿鹽或它們的 混合物。該官能化單體可為中性狀態(tài)，但如果調(diào)節(jié)PH值，則其能夠正電。當(dāng)適當(dāng)調(diào)節(jié)pH值 時，所得聚合物樹脂可具有能夠與目標(biāo)化合物的帶負(fù)電基團(tuán)(即目標(biāo)化合物為陰離子)相 互作用的帶正電基團(tuán)。也就是說，該聚合物樹脂可起到陰離子交換樹脂的作用。如果該官 能化單體為鹽的形式，則反離子可為但不限于鹵素離子(如氯離子)、羧酸根離子(如乙酸 根離子或甲酸根離子)、硝酸根離子、磷酸根離子、硫酸根離子、硫酸氫根離子、甲基硫酸根 離子或氫氧根離子?；蛘?，伯氨基或仲氨基可作為親核劑與目標(biāo)化合物反應(yīng)。具有氨基團(tuán)或其鹽的一些示例性官能化單體包括氨基(甲基)丙烯酸酯或?yàn)槭?(III)的氨基(甲基)丙烯酰胺或其季銨鹽。 在式(III)中，R1為氫或甲基；Q為氧基或-NH- ；Y1為單鍵或亞烷基(如具有1至 10個碳原子、2至6個碳原子或2至4個碳原子的亞烷基)。各R2獨(dú)立地為氫、烷基、羥烷 基(即被羥基取代的烷基)、氨基烷基(即被氨基取代的烷基)、芳基或芳烷基?；蛘?，兩個 R2基團(tuán)可與它們連接至的氮原子合在一起形成為芳族的、部分未飽和的(即未飽和但不是 芳族的)或飽和的雜環(huán)基團(tuán)。此類雜環(huán)基團(tuán)可任選稠合至芳族的(如苯)、部分未飽和的 (如環(huán)己烯)或飽和的(如環(huán)己烷)次級環(huán)上。季銨鹽的反離子通常為鹵素離子、硫酸根離 子、磷酸根離子、硝酸根離子等。在式(III)的一些實(shí)施例中，兩個R2基團(tuán)均為氫。在其他實(shí)施例中，一個R2基團(tuán) 為氫，另一個為具有1至10個、1至6個或1至4個碳原子的烷基。在其他實(shí)施例中，至少 其中一個R2基團(tuán)為具有2至10個、2至6個或2至4個碳原子的羥烷基或氨烷基，其中羥 基或氨基位于烷基的除第一個碳原子之外的任何碳原子上。在其他實(shí)施例中，至少其中一 個R2基團(tuán)為具有5或6個碳原子的芳基；或芳烷基，其中烷基具有1至10個碳原子，芳基 具有5或6個碳原子。在其他實(shí)施例中，兩個R2基團(tuán)與它們連接至的氮原子結(jié)合在一起形 成雜環(huán)基團(tuán)。該雜環(huán)基團(tuán)包含至少一個氮原子，并且可包含其他雜原子，例如氧或硫。示例 性的雜環(huán)基團(tuán)包括(但不限于)咪唑基、哌嗪基和嗎啉基。雜環(huán)基團(tuán)可稠合至諸如苯、環(huán)己 烯或環(huán)己烷之類的附加環(huán)上。稠合至附加環(huán)上的示例性雜環(huán)基團(tuán)包括(但不限于)苯并咪 唑基。示例性的氨基(甲基)丙烯酸酯(即在式(III)中Q為氧)包括N，N- 二烷基氨 烷基(甲基)丙烯酸酯，例如N，N-二甲基氨乙基(甲基)丙烯酸酯、N，N-二乙基氨乙基 (甲基)丙烯酸酯、N，N-二甲基氨丙基(甲基)丙烯酸酯、N-叔丁基氨丙基(甲基)丙烯 酸酯等。示例性的氨基(甲基)丙烯酰胺(即在式(III)中Q為-NH-)包括例如N_(3_氨 丙基)(甲基)丙烯酰胺、N-[3-( 二甲基氨基)丙基](甲基)丙烯酰胺、N-(3-咪唑基丙 基)(甲基)丙烯酰胺、N-(2-咪唑基乙基)(甲基)丙烯酰胺、N-(l，l-二甲基-3-咪唑基 丙基)(甲基)丙烯酰胺和N-(3-苯并咪唑基丙基)(甲基)丙烯酰胺。式(III)官能化單體的示例性季鹽包括(但不限于)(甲基)丙烯酰胺基烷基三 甲基銨鹽，例如(甲基)丙烯酰胺基丙基三甲基氯化銨；以及(甲基)丙烯酰氧烷基三甲基 銨鹽，例如2-(甲基)丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和2-(甲基)丙烯酰氧乙基三甲基硫酸 甲酯銨。第三種類型的官能化單體具有烯鍵式不飽和基團(tuán)以及羥基。聚合物樹脂上的烴基 可直接與目標(biāo)化合物反應(yīng)，也可與改性劑反應(yīng)以得到不同類型官能團(tuán)從而與目標(biāo)化合物相 互作用。烴基可通常與目標(biāo)化合物或改性劑發(fā)生縮合反應(yīng)。例如，烴基可與目標(biāo)化合物或 與具有羧基(-C00H)的改性劑反應(yīng)，以形成含酯基的物質(zhì)。也就是說，反應(yīng)導(dǎo)致形成用于將 目標(biāo)化合物或改性劑共價結(jié)合至聚合物樹脂的羰氧基鍵合基團(tuán)。例如，可將蛋白質(zhì)或其他 生物分子共價結(jié)合至聚合物樹脂。連接的蛋白質(zhì)或生物分子可起到親和配體的作用，該親 和配體可隨后與互補(bǔ)生物分子相互作用。親和配體為可結(jié)合其他分子的化合物。例如，結(jié) 合的抗原(即抗原為改性劑)可與抗體(即抗體為目標(biāo)化合物)相互作用，或者結(jié)合的抗 體(即抗體為改性劑)可與抗原(即抗原為目標(biāo)化合物)相互作用。合適的含羥基單體包括羥基取代的烷基(甲基)丙烯酸酯、羥基取代的烷基(甲基)丙烯酰胺或乙烯醇。具體的含羥基單體包括(但不限于)2-羥乙基(甲基)丙烯酸酯、 3_羥丙基(甲基)丙烯酸酯、4-羥丁基(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸甘油酯、N-[三 (羥甲基)甲基]丙烯酰胺、乙烯基苯甲醇和羥甲基(甲基)丙烯酰胺。第四種類型的官能化單體具有烯鍵式不飽和基團(tuán)以及二氫唑酮基團(tuán)。二氫唑酮基 團(tuán)可與具有親核基團(tuán)的目標(biāo)化合物或改性劑發(fā)生開環(huán)反應(yīng)。與二氫唑酮基團(tuán)反應(yīng)的合適親 核基團(tuán)包括(但不限于)伯氨基、仲氨基和羥基。二氫唑酮基團(tuán)與目標(biāo)化合物或改性劑的親 核基團(tuán)反應(yīng)，通常導(dǎo)致形成將目標(biāo)化合物或改性劑連接到聚合物樹脂的鍵合基團(tuán)。由二氫 唑酮基團(tuán)的開環(huán)反應(yīng)形成的鍵合基團(tuán)通常包含基團(tuán)-(CO)NHC(Ra)2(CH2)p(CO)-,其中Ra為 烷基例如甲基，并且(CO)表示羰基。吖內(nèi)酯官能化樹脂與多種親核化合物(如目標(biāo)化合物 或改性劑)的反應(yīng)在美國專利No. 5，292，840 (Heilmann等人)、No. 5，561，097 (Gleason等 人)和No. 6，379，952 (Rasmussen等人)中有進(jìn)一步的描述。與改性劑反應(yīng)之后，起初包含二氫唑酮基團(tuán)的聚合物樹脂可基于多種相互作用或 反應(yīng)而用于純化或分離目標(biāo)化合物。例如，改性的聚合物樹脂可起到親和樹脂、離子交換樹 脂、疏水性相互作用樹脂、反相樹脂、尺寸排除樹脂、螯合型樹脂、細(xì)胞選擇樹脂、固定化酶 樹脂、混合型樹脂等的作用。親和樹脂可通過聚合物樹脂上的二氫唑酮基團(tuán)與親和配體的親核基團(tuán)(即改性 劑為具有親核基團(tuán)的親和配體)發(fā)生反應(yīng)來制備。更具體地講，生物分子的氨基可與二氫 唑酮基團(tuán)反應(yīng)，以將生物分子共價連接至聚合物樹脂。連接的生物分子可與互補(bǔ)生物分子 相互作用。示例性的親和配體包括可結(jié)合至對應(yīng)(即互補(bǔ))抗體的抗原或可結(jié)合至對應(yīng) (即互補(bǔ))抗原的抗體。其他示例性的親和配體包括可與互補(bǔ)DNA或RNA片段結(jié)合的DNA 或RNA片段以及可與含碳水化合物部分的化合物或生物分子結(jié)合的凝集素。離子交換樹脂可通過使聚合物樹脂上的二氫唑酮基團(tuán)與同時具有親核基團(tuán)和第 二基團(tuán)的改性劑反應(yīng)制備，其中第二基團(tuán)為堿基、酸基團(tuán)或其鹽。親核基團(tuán)與二氫唑酮基團(tuán) 反應(yīng)，導(dǎo)致具有離子基團(tuán)(即酸基、堿基或其鹽)的改性劑連接到聚合物樹脂。同時具有親 核基團(tuán)和離子基團(tuán)的合適改性劑包括(但不限于)2_氨基乙磺酸或氨丙基二甲基胺。疏水性相互作用樹脂可通過使聚合物樹脂上的二氫唑酮基團(tuán)與同時具有親核基 團(tuán)和疏水性第二基團(tuán)的改性劑反應(yīng)來制備。親核基團(tuán)與二氫唑酮基團(tuán)反應(yīng)，導(dǎo)致具有疏水 基的改性劑連接至聚合物樹脂。同時具有親核基團(tuán)和疏水基的合適改性劑包括(但不限 于)芐胺、丁胺、己胺或苯乙胺。對于疏水性相互作用樹脂，洗脫液通常為水基鹽溶液。疏 水性相互作用樹脂可用于例如純化或分離相對較大的分子，例如蛋白質(zhì)。反相樹脂可采用類似于制備疏水性相互作用樹脂所用改性劑的改性劑來制備。也 就是說，反相樹脂可通過使聚合物樹脂上的二氫唑酮基團(tuán)與同時具有親核基團(tuán)和疏水性第 二基團(tuán)的改性劑反應(yīng)來制備。親核基團(tuán)與二氫唑酮基團(tuán)反應(yīng)，導(dǎo)致具有疏水基的改性劑連 接至聚合物樹脂。具有親核基團(tuán)和疏水基的合適改性劑包括例如具有至少8個碳原子、至 少10個碳原子、至少12個碳原子或至少16個碳原子的烷基胺。烷基胺可為例如辛基癸胺。 對于反相相互作用樹脂，洗脫液通常為有機(jī)溶劑而非水基鹽溶液。而且，反相樹脂通常用于 分離或純化相對較小的分子而非蛋白質(zhì)。尺寸排除樹脂可通過使聚合物樹脂上的二氫唑酮基團(tuán)與同時具有親核基團(tuán)和第 二基團(tuán)的改性劑反應(yīng)來制備，其中第二基團(tuán)為非相互作用基團(tuán)或中性基團(tuán)。親核基團(tuán)與二
16氫唑酮基團(tuán)反應(yīng)，導(dǎo)致具有非相互作用基團(tuán)或中性基團(tuán)的改性劑連接至聚合物珠。同時具 有親核基團(tuán)和非相互作用基團(tuán)或中性基團(tuán)的合適改性劑包括(但不限于)乙醇胺和氨。螯合型樹脂可通過使聚合物樹脂上的二氫唑酮基團(tuán)與同時具有親核基團(tuán)和金屬 螯合第二基團(tuán)的改性劑反應(yīng)來制備。親核基團(tuán)與二氫唑酮基團(tuán)反應(yīng)，導(dǎo)致連接具有金屬螯 合基團(tuán)的改性劑。合適的改性劑包括(但不限于)亞氨基二乙酸、N-(3-氨丙基)亞氨基 二乙酸和N-(2-羥乙基)亞氨基二乙酸。金屬螯合基團(tuán)在金屬離子螯合后可與例如蛋白質(zhì) 上的某些基團(tuán)(如組氨酸基團(tuán))反應(yīng)。細(xì)胞選擇樹脂可通過使聚合物樹脂上的二氫唑酮基團(tuán)與細(xì)胞表面標(biāo)記抗體反應(yīng) 來制備。也就是說，該抗體通常具有可與二氫唑酮基團(tuán)反應(yīng)以將抗體連接至聚合物樹脂的 親核基團(tuán)。該抗體繼而還可與細(xì)胞上的細(xì)胞表面標(biāo)記結(jié)合，導(dǎo)致細(xì)胞連接至聚合物樹脂。細(xì) 胞選擇樹脂可用于例如純化或分離干細(xì)胞、血細(xì)胞或細(xì)菌。固定化酶樹脂可通過使聚合物樹脂上的二氫唑酮基團(tuán)與酶的親核基團(tuán)反應(yīng)以將 酶連接至聚合物樹脂來制備。例如，酶可為青霉素G?；富蚱咸堑矸勖?。固定化酶樹脂 可用作各種反應(yīng)的催化劑?；旌闲蜆渲赏ㄟ^使二氫唑酮基團(tuán)與具有親核基團(tuán)和附加基團(tuán)的改性劑反應(yīng)來 制備，其中附加基團(tuán)可賦予聚合物樹脂兩種或更多種相互作用的方式。該兩種或更多種相 互作用的方式可為上述任何方式。例如，二氫唑酮基團(tuán)可與諸如苯基丙氨酸之類的改性劑 反應(yīng)，其中氨基起到親核基團(tuán)的作用，苯基起到疏水基團(tuán)的作用，羧基起到離子基團(tuán)的作 用。具有二氫唑酮基團(tuán)的示例性官能化單體包括(但不限于)乙烯基烷基吖內(nèi)酯，例 如2-乙烯基-4，4-二甲基吖內(nèi)酯(又稱為2-乙烯基-4，4-二甲基-2-噁唑啉-5-酮)、 2-(4_乙烯基苯基)-4，4_二甲基吖內(nèi)酯、2-異丙烯基-4，4-二甲基吖內(nèi)酯、2-乙烯基-4-乙 基-4-甲基-2-噁唑啉-5-酮和2-乙烯基-4，4- 二甲基-1，3-噁嗪-6-酮。其他官能化單體具有烯鍵式不飽和基團(tuán)以及縮水甘油基。縮水甘油基可與具有親 核基團(tuán)的目標(biāo)化合物或改性劑發(fā)生開環(huán)反應(yīng)。與縮水甘油基反應(yīng)的合適親核基團(tuán)包括(但 不限于)伯氨基、仲氨基、硫醇基和羧基?？s水甘油基與目標(biāo)化合物或改性劑的親核基團(tuán) 反應(yīng)，通常導(dǎo)致形成作用為將目標(biāo)化合物或改性劑連接至聚合物樹脂的鍵合基團(tuán)?？s水甘 油基的開環(huán)反應(yīng)形成的鍵合基團(tuán)通常包含基團(tuán)-C(OH)HCH2NH-(縮水甘油基與伯氨基反應(yīng) 時)、C (OH) HCH2S-(縮水甘油基與硫醇基反應(yīng)時)、或-C (OH) HCH2O (CO)-(縮水甘油基與羧 基反應(yīng)時)。通過與改性劑反應(yīng)進(jìn)行改性后，具有縮水甘油基的聚合物樹脂可基于多種相互作 用或反應(yīng)而用于純化或分離目標(biāo)化合物。例如，這些改性的聚合物樹脂可起到親和樹脂、離 子交換樹脂、疏水性相互作用樹脂、反相樹脂、尺寸排除樹脂、螯合型樹脂、細(xì)胞選擇樹脂、 固定化酶樹脂、混合型樹脂等的作用。這些不同類型的樹脂可通過采用與制備具有二氫唑 酮基團(tuán)的聚合物樹脂的上述反應(yīng)相類似的反應(yīng)，用具有縮水甘油基的聚合物樹脂制備。具有縮水甘油基的示例性單體包括(但不限于)縮水甘油基(甲基)丙烯酸酯。其他官能化單體具有選自以下基團(tuán)的兩種或更多種官能團(tuán)的組合(1)酸基團(tuán)或 其鹽、(2)氨基團(tuán)或其鹽、(3)羥基基團(tuán)、(4) 二氫唑酮基團(tuán)或(5)縮水甘油基。具有多個或不同類型反應(yīng)基團(tuán)的示例性官能化單體為3_(甲基)丙烯酰氧基-2-羥丙基三甲基氯化銨 和2_(甲基)丙烯酰胺基羥基乙酸。各官能團(tuán)可如上所述反應(yīng)或相互作用?；趩误w混合物中單體的總重量，單體混合物包含至少1重量％的官能化單體。 當(dāng)使用少量的官能化單體時，所得聚合物材料與目標(biāo)化合物或改性劑反應(yīng)或相互作用的 功能位點(diǎn)數(shù)量通常會減少。一些單體混合物包含至少2重量％、至少5重量％、至少10重 量％、至少15重量％、至少20重量％、至少25重量％、至少30重量％、至少35重量％、至 少40重量％或至少50重量％的官能化單體?；趩误w的總重量，單體混合物通常包含不超過99重量％的官能化單體。當(dāng)使用 大量的官能化單體時，所得聚合物材料的一級多孔結(jié)構(gòu)往往為凝膠而非大孔形式。也就是 說，官能化單體的高含量通常伴隨著交聯(lián)單體量的相應(yīng)減小。聚合物樹脂的剛度和機(jī)械強(qiáng) 度往往與交聯(lián)單體的量相關(guān)聯(lián)。一些單體混合物包含不大于95重量％、不大于90重量％、 不大于85重量％、不大于80重量％、不大于75重量％、不大于70重量％、不大于65重 量％、不大于60重量％、不大于55重量％、不大于50重量％、不大于45重量％或不大于40 重量％的官能化單體?；趩误w總重量，一些單體混合物包含1至99重量％、1至95重量％、1至90重 量％、5至90重量％、10至90重量％、20至90重量％、30至90重量％、30至80重量％、40 至90重量％、40至80重量％、50至80重量％或60至80重量％的官能化單體。官能化單 體和交聯(lián)單體的量可變化，從而得到具有所需的機(jī)械強(qiáng)度、孔隙度和容量組合的聚合物樹 脂，以與目標(biāo)化合物或改性劑反應(yīng)或相互作用。就諸如制備離子交換樹脂之類的應(yīng)用而言，包含25至75重量％的官能化單體和 25至75重量％的交聯(lián)單體的單體混合物通常使得目標(biāo)化合物在容量和機(jī)械強(qiáng)度之間達(dá)到 最佳平衡。用于制備離子交換樹脂的一些示例性單體混合物包含35至75重量％的官能化 單體和25至65重量％的交聯(lián)單體、40至75重量％的官能化單體和25至60重量％的交聯(lián) 單體、50至75重量％的官能化單體和25至50重量％的交聯(lián)單體、或60至70重量％的官 能化單體和30至40重量％的交聯(lián)單體。就諸如制備親和樹脂、疏水性相互作用樹脂、反相樹脂或固定化酶樹脂之類的應(yīng) 用而言，單體混合物通常包含1至20重量％的官能化單體和80至99重量％的交聯(lián)單體。 用于制備這些類型樹脂的一些示例性單體混合物包含1至15重量％的官能化單體和85至 99重量％的交聯(lián)單體、5至15重量％的官能化單體和85至95重量％的交聯(lián)單體、5至20 重量％的官能化單體和80至95重量％的交聯(lián)單體、或1至10重量％的官能化單體和90 至99重量％的交聯(lián)單體。雖然一些單體混合物除交聯(lián)單體和官能化單體之外不含其他單體，但其他單體混 合物包含親水性共聚單體，該親水性共聚單體具有單個烯鍵式不飽和基團(tuán)但沒有選自以下 基團(tuán)的官能團(tuán)(1)酸基團(tuán)或其鹽、(2)氨基團(tuán)或其鹽、(3)羥基基團(tuán)、(4) 二氫唑酮基團(tuán)、 (5)縮水甘油基基團(tuán)或(6)它們的組合?？商砑佑H水性共聚單體，例如用于調(diào)節(jié)官能化單體 的含量，同時保持交聯(lián)單體的量恒定。也就是說，可在未顯著改變交聯(lián)量或聚合物樹脂剛度 的情況下改變官能化單體的含量。另外，可使用這些共聚單體來改變聚合物樹脂的親水性 特征。合適的親水性共聚單體包括(但不限于)丙烯酰胺、異丁烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、 N-異丙基丙烯酰胺、雙丙酮丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮和N-乙烯基乙酰胺。
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基于單體混合物中單體的總重量，合適的親水性單體的存在量通常不大于50重 量％。在一些反應(yīng)混合物中，基于單體的總重量，單體混合物包含不大于40重量％、不大于 30重量％、不大于20重量％、不大于10重量％、不大于5重量％、不大于2重量％或不大于 1重量％的親水性單體。在許多實(shí)施例中，在單體混合物中的所有或基本上所有單體的親脂性指數(shù)小于或 等于20。如本文所用，術(shù)語“親脂性指數(shù)”或“Li”是指表征單體疏水性或親水性的指數(shù)。 通過在等體積(1 1)的非極性溶劑(如己烷)和極性溶劑(如75 25的乙腈-水溶 液)中分配單體來確定親脂性指數(shù)。親脂性指數(shù)等于分配后保留在非極性相中的單體的 重量百分?jǐn)?shù)。疏水性較好的單體往往具有較高的親脂性指數(shù)；類似地，親水性較好的單體 往往具有較低的親脂性指數(shù)。親脂性指數(shù)的測定在Drtina等人的Macromolecules，29， 4486-4489(1996)(《大分子》1996年第29期第4486-4489頁)中有進(jìn)一步的描述。如果在單體混合物中的所有或基本上所有單體的親脂性指數(shù)小于或等于20，則所 得聚合物樹脂往往為親水性的。親水性聚合物樹脂往往具有低的非特異性結(jié)合性。如本文 所用，對于單體混合物小于或等于20的親脂性指數(shù)，術(shù)語“基本上所有”是指親脂性指數(shù)大 于20的任何單體均作為雜質(zhì)存在?；趩误w混合物中單體的總重量，親脂性指數(shù)大于20 的任何雜質(zhì)的含量小于2重量％、小于1重量％、小于0. 5重量％、小于0. 2重量％或小于 0. 1重量％。在一些樹脂中，在單體混合物中的所有或基本上所有單體的親脂性指數(shù)不大于 15、不大于10、不大于5、不大于3或不大于1。基于水相組合物(如單體混合物、有機(jī)聚集體和水相溶劑)的總重量，水相組合物 通常包含至少4重量％的單體混合物。在一些實(shí)施例中，水相組合物可包含至少10重量％ 或至少15重量％的單體混合物。基于水相組合物的總重量，水相組合物通常包含最多50重 量％的單體混合物。在一些實(shí)施例中，水相組合物可包含最多40重量％、最多30重量％、 最多25重量％或最多20重量％的單體混合物。例如，基于水相組合物的總重量，水相組合 物可包含5至50重量％、5至40重量％、5至30重量％、5至25重量％、5至20重量％或 10至20重量％的單體混合物。除能夠發(fā)生自由基聚合的單體混合物之外，水相組合物還包含分散或懸浮的有機(jī) 聚集體?？墒褂贸叨确秶鸀?. 05至5微米的任何合適的有機(jī)聚集體，只要這些有機(jī)聚集體 不溶于水相并且在將其加入水相組合物時不會凝結(jié)或完全聚結(jié)。然而，有機(jī)聚集體可發(fā)生 某種程度的聚結(jié)，產(chǎn)生尺寸比有機(jī)聚集體更大的孔。通常將有機(jī)聚集體加入為水基乳液或 水基分散體形式的水相組合物中。有機(jī)聚集體的粒度通常為至少0. 05微米、至少0. 1微米、至少0. 2微米、至少0. 5 微米或至少1微米。有機(jī)聚集體的粒度通常為不大于5微米、不大于4微米、不大于3微米、 不大于2微米或不大于1微米。例如，有機(jī)聚集體的尺度范圍可為0. 05至5微米、0. 05至 3微米、0. 05至2微米、0. 05至1微米、1至5微米、1至3微米或1至2微米。隨著聚合物 材料分子量的增大，有機(jī)聚集體初始便包埋于聚合物材料內(nèi)。將有機(jī)聚集體至少部分地從 聚合物樹脂中除去，以得到具有平均直徑通常大于約500納米的孔的二級多孔結(jié)構(gòu)。一些合適的有機(jī)聚集體具有連接至疏水基的親水基。將有機(jī)聚集體置于水性介質(zhì) 中時，會形成水基乳液或水基分散體。例如，烴類疏水基可連接到諸如聚(亞烷基氧)之類 的親水基。也就是說，一些有機(jī)聚集體為烷氧基化材料。在一些示例性的烷氧基化材料中，
19至少30重量％、至少40重量％、至少50重量％或至少60重量％的烷氧基化材料為親水性 的，其余的則為疏水性的。包含長鏈乙氧基化醇的示例性水基乳液或水基分散體可以商品 名 PETR0LITE 和 UNITH0X 從 Baker Petrolite (Sugar Land, TX)商購獲得。更具體地講， UNITHOX D-100具有25重量％的固體，并且包含平均粒度為約0. 5微米的有機(jī)聚集體，這些 有機(jī)聚集體的約50重量％為親水性的，約50重量％為疏水性的。PETROLITE D-110具有 10重量％的固體，并且包含平均粒度為約0. 1微米的有機(jī)聚集體。PETROLITE D-1038具有 10重量％的固體，并且包含平均粒度為約0. 1微米的有機(jī)聚集體。UNITHOX D-300具有23 重量％的固體，并且包含平均粒度為約0. 5微米的有機(jī)聚集體，這些有機(jī)聚集體的約50重 量％為親水性的，約50重量％為疏水性的。其他合適的水基乳液或水基分散體包含通過采用表面活性劑而蠟穩(wěn)定的有機(jī)聚 集體。例如，可通過將烷氧基化烴用作表面活性劑來將蠟分散于水性介質(zhì)中。更具體地 講，PETROLITE D-800具有50重量％的固體，并且包含具有采用乙氧基化烴來穩(wěn)定的石蠟 的有機(jī)聚集體。該有機(jī)聚集體的平均粒度為0.7微米。PETROLITE D-900具有40重量％ 的固體，并且包含具有采用乙氧基化烴來穩(wěn)定的微晶蠟的有機(jī)聚集體。該有機(jī)聚集體的 平均粒度為0.7微米。其他蠟乳液和分散體可從多個供應(yīng)商購得。例如，其他蠟乳液可 以商品名MICHEM從Michelman(Cincinnati，OH)商購獲得，也可以商品名LIQUILUBE從 LubrizoKffickliffe, 0H)商購獲得。其他合適的水基乳液或水基分散體包含采用表面活性劑來穩(wěn)定的有機(jī)聚集體。例 如，可用表面活性劑來穩(wěn)定諸如聚苯乙烯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯或橡膠之類 的疏水性聚合物，從而得到水基乳液。具體例子包括(但不限于)聚苯乙烯或聚苯乙烯共聚 物乳液或膠乳、聚(甲基)丙烯酸酯乳液或膠乳、橡膠乳液或膠乳、聚乙酸乙烯酯乳液或膠 乳等。用于制備這些乳液或分散體的方法是本領(lǐng)域所熟知的。例如，丙烯腈、異丁烯酸酯、苯 乙烯、醋酸乙烯酯以及多種其他單體的乳液聚合工藝在W. R. Sorenson和T. W. Campbell的 "Preparative Methods of Polymer Chemistry",pp. 214-265,Interscience Publishers, 1968 (《聚合物化學(xué)品的制備方法》1968年第214-265頁，Interscience Publishers)中 有所描述。丙烯酸類微球分散體的制備工藝在美國專利申請公開No. 2003/0104042 (Lucast 等人)中有所描述。此外，可用的乳液和分散體可得自多個供應(yīng)商，例如Rohm and Haas (Philadelphia, PA)、Cray Valley (Paris, France)、Lubrizol (ffickliffe, OH)和 BASF(Florham Park, NJ)?；谒嘟M合物的總重量，水相組合物通常包含最多10重量％的有機(jī)聚集體。在 許多例子中，水相組合物包含最多8重量％、最多6重量％或最多5重量％的有機(jī)聚集體。 基于水相組合物的重量，有機(jī)聚集體的量通常為至少0. 5重量％、至少1重量％、至少2重 量％或至少3重量％。一些水相組合物包含0. 5至10重量％的有機(jī)聚集體、1至10重量％ 的有機(jī)聚集體或0. 5至5重量％的有機(jī)聚集體。除單體混合物和有機(jī)聚集體之外，水相組合物還包含含有水和任選的與水能混溶 的極性有機(jī)溶劑的水相溶劑。如本文所用，對于極性有機(jī)溶劑，術(shù)語“可混溶”意指極性有 機(jī)溶劑的絕大部分溶于水或與水相容。一般來講，至少95重量％、至少97重量％、至少98 重量％、至少99重量％、至少99. 5重量％、至少99. 8重量％或至少99. 9重量％的極性有 機(jī)溶劑溶于水。
任何用于水相溶劑中的水可為自來水、井水、去離子水、泉水、蒸餾水、無菌水或任 何其他合適類型的水。如本文所用，術(shù)語“極性有機(jī)溶劑”指與水可混溶的有機(jī)溶劑。極性 有機(jī)溶劑通常能夠鍵合氫，并在與水混合時形成單相。極性有機(jī)溶劑通常不與存在于水相 組合物中的單體反應(yīng)，但可提高一些單體(如水相組合物中的交聯(lián)單體)的溶解度。極性 有機(jī)溶劑可影響形成聚合物的相分離行為，并且可影響所得聚合物材料的一級孔結(jié)構(gòu)特性 (即一級多孔結(jié)構(gòu))。在一些實(shí)施例中，極性有機(jī)溶劑為具有1至10個碳原子、1至6個碳原子或1至4 個碳原子的一元醇(即具有單個羥基的醇)。合適的一元醇包括(但不限于)甲醇、乙醇、 正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、叔丁醇、環(huán)己醇或它們的組合。一些一元醇可起到致孔劑 的作用，并且至少部分有助于形成多孔聚合物材料的一級孔結(jié)構(gòu)。更具體地講，除起到溶劑 的作用之外，一些一元醇還可增加直徑小于約200納米的孔的數(shù)量。其他極性有機(jī)溶劑可與一元醇聯(lián)合使用或取代一元醇。這些其他合適的極性有機(jī) 溶劑包括(但不限于)二甲基亞砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氫呋喃、丙酮、N-甲基 吡咯烷酮和乙腈。使用時，基于水相溶劑的總重量，極性有機(jī)溶劑的存在量通常為至少10重量％。 在一些實(shí)施例中，至少20重量％、至少30重量％、至少40重量％或至少50重量％的水相 溶劑可為極性有機(jī)溶劑。最多80重量％、最多70重量％、最多60重量％或最多50重量％ 的水相溶劑可為極性有機(jī)溶劑。例如，極性有機(jī)溶劑的含量范圍可為水相溶劑的10至80 重量％、20至80重量％、30至80重量％、40至80重量％或50至80重量％。極性溶劑、官能化單體和交聯(lián)單體的選擇可影響所得聚合物樹脂是凝膠型樹脂還 是大孔樹脂。如果水相對形成于其中的所得聚合物材料而言是良好的溶劑，則所得聚合物 樹脂更有可能為凝膠型樹脂。如果水相對形成于其中的所得聚合物材料而言不是特別良好 的溶劑，則所得聚合物樹脂更有可能為大孔樹脂。 水相組合物還可任選包含其他水溶性組分，例如可改性所得聚合物樹脂的一級孔 結(jié)構(gòu)的致孔劑。更具體地講，可添加致孔劑以增加直徑小于約200納米的孔的數(shù)量。致孔 劑通常為可與水相組合物內(nèi)的單體混合物混溶的固體或液體。可用的致孔劑在使用時通 常不會以任何顯著的程度在水相組合物和非極性有機(jī)溶劑之間分配(即，致孔劑不會以任 何顯著的量從水相組合物中被萃取至非極性有機(jī)溶劑中)。例如，小于5重量％、小于4重 量％、小于3重量％、小于2重量％或小于1重量％的致孔劑可從水相組合物中被萃取至非 極性有機(jī)溶劑(例如甲苯、庚烷等)中。一些合適的致孔劑由式(IV)表示R3-(R4-O)tl-R5(IV)其中R3為羥基、烷氧基、羧基、酰氧基或鹵素；每個R4獨(dú)立地為具有1至4碳原子 的亞烷基；R5為氫、烷基、羧烷基、?；螓u代烷基；q為1至1，000的整數(shù)。示例性的致孔劑包括(但不限于)具有羥端基的聚乙二醇和聚丙二醇(在式(IV) 中，R3為羥基，且R5為氫)。聚乙二醇和聚丙二醇的重均分子量通常不大于10，000克/摩 爾、不大于8，000克/摩爾、不大于6，000克/摩爾、不大于4，000克/摩爾、不大于1，000 克/摩爾、不大于800克/摩爾、不大于600克/摩爾或不大于400克/摩爾。
其他合適的致孔劑包括具有至少三個羥基的脂族水溶性化合物。示例性的致孔劑 包括單糖、二糖以及諸如葡萄糖、核糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖、麥芽三糖和葡聚糖之類的多糖； 單糖的衍生物，例如葡萄糖酸、甘露糖醇、葡糖醛酸、葡糖胺等；以及多元醇，例如甘油、三羥 甲基丙烷、季戊四醇等。在聚合物樹脂為聚合物珠的形式的實(shí)施例中，反應(yīng)混合物還包含有機(jī)相組合物。 水相組合物以小滴形式分散或懸浮于有機(jī)相組合物中。有機(jī)相組合物通常包含非極性有機(jī) 溶劑和任選的助懸劑。在形成聚合物珠的過程中使用的有機(jī)相與水不可混溶。如本文所用， 對于有機(jī)相，術(shù)語“不可混溶”意指有機(jī)相不溶于水。一般來講，至少95重量％、至少97重 量％、至少98重量％、至少99重量％、至少99. 5重量％、至少99. 8重量％或至少99. 9重 量％的有機(jī)相不溶于水。有機(jī)相通常包含非極性有機(jī)溶劑和任選的助懸劑(即聚合物穩(wěn)定劑)。有機(jī)相與 水相組合物的體積比通常在2 1至6 1的范圍內(nèi)。除用作分散或懸浮水相組合物的惰 性介質(zhì)外，有機(jī)相的主要用途在于消散聚合反應(yīng)過程中產(chǎn)生的熱量。在一些實(shí)施例中，可對 有機(jī)相組合物的密度進(jìn)行選擇，使之大約等于水相組合物的密度。大致匹配這些密度往往 會導(dǎo)致形成更多球形聚合物珠以及尺寸更加均勻的聚合物珠。合適的非極性有機(jī)溶劑通常為烷烴，例如己烷、庚烷、正辛烷、異辛烷、異十二烷和 環(huán)己烷；鹵代烴，例如四氯化碳、氯仿和二氯甲烷；芳香烴，例如苯和甲苯；低粘度硅油；或 它們的組合。例如，非極性有機(jī)溶劑可為庚烷和二氯甲烷的混合物，或?yàn)楸胶图妆降幕旌?物?？商砑又鷳覄┮源龠M(jìn)水相小滴懸浮于非極性有機(jī)溶劑中。雖然助懸劑通常同時具 有疏水性部分和親水性部分，但可溶于有機(jī)溶劑。助懸劑的作用是調(diào)節(jié)水相與非極性有機(jī) 溶劑之間的界面張力。另外，助懸劑使水相組合物小滴具有立體穩(wěn)定性。這種立體穩(wěn)定性 往往會在聚合過程中最大程度地減少或防止形成凝聚的聚合物珠。合適的助懸劑包括山梨糖醇酐倍半異硬脂酸酯、聚氧化乙烯脫水山梨糖醇三油酸 酯(如聚氧化乙烯(20)脫水山梨糖醇三油酸酯)、聚氧化乙烯脫水山梨糖醇單油酸酯(如 聚氧化乙烯(20)脫水山梨糖醇單油酸酯)、脫水山梨糖醇三油酸酯、琥珀酸二(2-乙基己 酯)磺酸鈉、丙烯酸異辛酯與丙烯酸的共聚物、丙烯酸己酯與丙烯酸鈉的共聚物、丙烯酸異 辛酯與2-丙烯酰胺基異丁酰胺的共聚物等。助懸劑的量可影響所得聚合物珠的粒度。也 就是說，使用較大量的助懸劑通常導(dǎo)致形成較小的聚合物珠?；趩误w混合物中單體的總 重量，助懸劑的量(如果存在)通常為0. 1至10重量％。例如，基于單體的總重量，單體混 合物可包含0. 1至8重量％或0.5至5重量％的助懸劑。相比有機(jī)聚集體，助懸劑在有機(jī)相和水相中具有不同的溶解度特性。雖然該助懸 劑可溶于有機(jī)相，但某些助懸劑可以既溶于有機(jī)相又溶于水相。相比之下，有機(jī)聚集體絕大 多數(shù)在水相中，并且分散或懸浮在水相內(nèi)。有機(jī)聚集體不可溶于水相。在第二方面，本發(fā)明提供了用于制備多孔聚合物樹脂的方法。該方法包括形成水 相組合物，該水相組合物包含1)能夠進(jìn)行自由基聚合的單體混合物；2)尺度范圍為0. 05 至5微米的分散或懸浮的有機(jī)聚集體；3)包含水和任選的與水能混溶的極性有機(jī)溶劑的水 相溶劑。單體混合物包含i)交聯(lián)單體和ii)官能化單體。交聯(lián)單體包括式(I)化合物
(I)其中R1為氫或甲基；Q為氧基或-NH- ；Y為亞烷基或雜亞烷基。亞烷基或雜亞燒 基Y基團(tuán)未被取代或被羥基取代。官能化單體包含(a)烯鍵式不飽和基團(tuán)和(b)選自(1) 酸基團(tuán)或其鹽、(2)氨基團(tuán)或其鹽、(3)羥基基團(tuán)、(4) 二氫唑酮基團(tuán)、(5)縮水甘油基基團(tuán) 或(6)它們的組合的第一官能團(tuán)。該方法還包括使單體混合物聚合以形成包含有機(jī)聚集體 的聚合物材料，然后從該聚合物材料中除去有機(jī)聚集體的至少一部分以形成多孔聚合物樹 脂。在此聚合物樹脂制備方法的一些實(shí)施例中，水相組合物小滴分散或懸浮于與水不可混 溶并且包含非極性有機(jī)溶劑的有機(jī)相中。所得多孔聚合物樹脂包含多孔聚合物珠。可向水相組合物中添加引發(fā)劑來啟動自由基聚合反應(yīng)。自由基引發(fā)劑通?？扇苡?水相溶劑中?？赏ㄟ^加熱、光化學(xué)方式或氧化還原反應(yīng)來激活自由基引發(fā)劑?；趩误w混 合物中單體的總重量，自由基引發(fā)劑的用量通常為0. 02至10重量％。在一些例子中，基于 單體的總重量，自由基引發(fā)劑的存在量為2至6重量％。合適的水溶性熱引發(fā)劑包括例如偶氮化合物、過氧化物或氫過氧化物、過硫酸鹽 等。示例性的偶氮化合物包括2，2'-偶氮二 [2-(2_咪唑啉-2-基)丙烷]二鹽酸鹽、2， 2' _偶氮二(2-脒基丙烷)二鹽酸鹽和4，4' _偶氮二-(4-氰基戊酸)。市售的偶氮化 合物熱引發(fā)劑的例子包括以商品名“VAZ0”得自DuPont Specialty Chemical (Wilmington, DE)的材料，例如VAZO 44,VAZO 56和VAZO 68。合適的過氧化物和氫過氧化物包括過氧化 乙酰、叔丁基氫過氧化物、異丙基苯過氧化氫和過氧乙酸。合適的過硫酸鹽包括例如過硫酸 鈉和過硫酸銨。在其他例子中，自由基引發(fā)劑為氧化還原對，例如過硫酸銨和N，N，N' ,N'-四甲 基乙二銨(TMEDA)、或過硫酸鈉和N，N, N' , N'-四甲基乙二銨；過硫酸銨和硫酸亞鐵銨、 或過硫酸鈉和硫酸亞鐵銨；過氧化氫和硫酸亞鐵銨；異丙基苯過氧化氫和N，N-二甲基苯胺等。聚合溫度通常取決于所選擇的具體自由基引發(fā)劑。熱引發(fā)聚合的聚合溫度通常為 約50°C至約150°C。在一些方法中，該溫度為約55°C至約100°C。就氧化還原或光化學(xué)方 式引發(fā)的聚合反應(yīng)而言，如果需要，該溫度可接近室溫或低于室溫。聚合反應(yīng)時間可為約30 分鐘至約24小時或更長。通常，2至4小時的聚合反應(yīng)時間就已足夠。隨著自由基聚合反應(yīng)的進(jìn)行，水相內(nèi)形成許多聚合物分子。這些聚合物分子隨著 反應(yīng)的進(jìn)行繼續(xù)生長和交聯(lián)。當(dāng)分子量變得足夠大時，聚合物材料便從水相組合物中分離 出來。雖然不想受到理論的限制，但據(jù)信具有平均孔徑大于約500納米的孔的二級多孔結(jié) 構(gòu)是由于有機(jī)聚集體截留在聚合物材料內(nèi)以及隨后將有機(jī)聚集體從聚合物材料中除去而 產(chǎn)生的。有機(jī)聚集體通常不含與聚合物材料形成化學(xué)鍵的基團(tuán)。通過用水、極性有機(jī)溶劑 或它們的組合進(jìn)行沖洗可將有機(jī)聚集體從聚合物材料中至少部分地去除。在一些例子中， 二級多孔結(jié)構(gòu)的孔徑可以大致等于有機(jī)聚集體的直徑。在其他實(shí)例中，二級多孔結(jié)構(gòu)的孔 徑可以為有機(jī)聚集體尺寸的數(shù)倍，并且可大到約15至20微米。雖然不想受到理論的限制， 但據(jù)信這些大孔是由聚合過程之前或期間有機(jī)聚集體的部分聚結(jié)所造成的。另外，據(jù)信平均孔徑小于約200納米的一級多孔結(jié)構(gòu)是由于水相溶劑和任何任選的致孔劑與聚合物材料隨著分子量增大而進(jìn)行相互作用所造成的。當(dāng)水相溶劑對形成聚合 物材料而言是良好的溶劑時，水相內(nèi)可能不會發(fā)生相分離，并且往往會形成溶脹凝膠型一 級多孔結(jié)構(gòu)。反之，當(dāng)水相溶劑和任何任選的致孔劑對形成聚合物材料而言是相對較差的 溶劑時，聚合物材料可發(fā)生相分離，并且往往會形成大孔一級多孔結(jié)構(gòu)。不論是否發(fā)生相分離，各種水相組分(例如任何任選的極性有機(jī)溶劑或致孔劑) 與形成聚合物材料的相容性和量可影響在水相內(nèi)發(fā)生相分離的時刻。另外，單體混合物中 交聯(lián)單體的含量可影響相分離，較大量的交聯(lián)單體通常有利于較早地發(fā)生相分離，因?yàn)榫?合物材料的分子量增大得更快。如果在聚合物樹脂形成期間發(fā)生相分離，則發(fā)生相分離的時刻可影響一級多孔結(jié) 構(gòu)的平均孔大小以及孔大小分布。添加與形成聚合物材料相容的極性有機(jī)溶劑和致孔劑 (即對形成聚合物材料而言是良好溶劑的極性有機(jī)溶劑和致孔劑)往往會導(dǎo)致較晚發(fā)生相 分離。較晚發(fā)生相分離往往有利于形成在一級多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)具有較小的孔并且具有較大表面 積的聚合物樹脂。反之，添加對形成聚合物材料溶解度較低的極性有機(jī)溶劑和致孔劑往往 會導(dǎo)致形成在一級多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)具有較大的孔并且具有較小表面積的聚合物樹脂。較早發(fā)生 相分離往往有利于在一級多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)形成具有較大的孔并且具有較小表面積的聚合物樹 脂。在制備多孔聚合物樹脂的一些實(shí)施例中，形成了多孔聚合物珠。這種制備聚合物 珠的方法為逆相或反相懸浮聚合法。水相組合物可如上所述制備。該方法還涉及將水相組 合物小滴分散或懸浮于與水不能混溶的有機(jī)相中。有機(jī)相的體積通常大于水相組合物的體 積。有機(jī)相通常包含非極性溶劑和任選的助懸劑。該方法還包括聚合單體混合物以形成包 含有機(jī)聚集體的聚合物顆粒，然后從聚合物顆粒中除去有機(jī)聚集體的至少一部分以形成多 孔聚合物珠。聚合物的粒度在很大程度上由水相組合物小滴的尺寸決定。小滴尺寸可受多個變 量的影響，例如攪拌速率、溫度、助懸劑的量、助懸劑的選擇、非極性有機(jī)溶劑的選擇以及任 何水相極性有機(jī)溶劑的選擇。通?？筛淖償嚢杷俾?、助懸劑的類型以及助懸劑的量來控制 所得聚合物珠的聚集或凝聚。通常優(yōu)選不發(fā)生聚集?？赏ㄟ^例如過濾或潷析來分離所得聚合物顆粒。然后可使聚合物顆粒經(jīng)歷一系列 洗滌步驟，以除去有機(jī)聚集體和任選的致孔劑的至少一部分。用于除去有機(jī)聚集體和致孔 劑的合適溶劑包括極性有機(jī)溶劑例如水、丙酮、醇(如甲醇、乙醇、正丙醇和異丙醇)、二甲 基亞砜、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙腈等。如果需要，可采用任何合適的方法來干 燥洗滌過的聚合物珠。在一些方法中，可采用諸如篩分、沉淀和風(fēng)選之類的技術(shù)對聚合物珠 進(jìn)行分級。在第三方面，本發(fā)明提供了用于純化或分離目標(biāo)化合物的方法。該方法包括如上 所述形成多孔聚合物樹脂。該方法還包括將多孔聚合物樹脂與包含目標(biāo)化合物的樣品相接 觸，使得目標(biāo)化合物與多孔聚合物樹脂的至少一個官能團(tuán)反應(yīng)或相互作用。官能團(tuán)選自(1) 酸基團(tuán)或其鹽、(2)氨基團(tuán)或其鹽、(3)羥基基團(tuán)、(4) 二氫唑酮基團(tuán)、(5)縮水甘油基基團(tuán) 或(6)它們的組合。在一些實(shí)施例中，多孔聚合物樹脂為多孔聚合物珠的形式?？蓪⒛繕?biāo)化合物從其他樣品組分中分離出來或可純化目標(biāo)化合物。在一些實(shí)施例 中，目標(biāo)化合物為生物分子，例如病毒、蛋白質(zhì)、酶、疫苗、DNA和RNA。在一些應(yīng)用中，可調(diào)整
24樣品的組分以提高樣品中目標(biāo)化合物與聚合物樹脂上其中一個官能團(tuán)反應(yīng)或相互作用的 可能性。例如，可使用具有選自酸基、酸基鹽、堿基或堿基鹽的官能團(tuán)的聚合物樹脂來調(diào)節(jié) 樣品的PH值，以對帶電生物分子的分離或純化進(jìn)行優(yōu)化。如果官能團(tuán)為酸基團(tuán)或其鹽，則聚合物樹脂還可起到陽離子交換樹脂的作用。可 將樣品在聚合物樹脂具有帶負(fù)電基團(tuán)而目標(biāo)化合物具有帶正電基團(tuán)的PH值下與聚合物樹 脂相接觸。目標(biāo)化合物可吸附在聚合物樹脂上。為了從聚合物樹脂中釋放所吸附的目標(biāo)化 合物，可升高PH值(如將pH值升高至至少6或7或更高)?；蛘撸?dāng)目標(biāo)化合物為生物分 子時，可使樣品在PH值為約3至10或約4至6的低離子強(qiáng)度緩沖液(如5至50毫摩爾緩 沖鹽和0至200毫摩爾氯化鈉)中與聚合物樹脂相接觸，并且吸附在該聚合物樹脂上。為了 釋放所吸附的生物分子，通常使陽離子交換樹脂與高離子強(qiáng)度緩沖液相接觸。在一些實(shí)施 例中，高離子強(qiáng)度的緩沖液包括用于吸附目標(biāo)化合物的相同緩沖組合物和1摩爾氯化鈉。 吸附和釋放過程通常在接近室溫的溫度下進(jìn)行?？捎糜诳刂脐栯x子交換樹脂pH值的緩沖鹽包括(但不限于)磷酸鈉、碳酸鈉、 碳酸氫鈉、硼酸鈉、醋酸鈉和TRIS(三[羥甲基]氨基甲烷)。其他合適的緩沖液包括 "Good' s”緩沖液，例如MOPS (3-嗎啉代丙烷磺酸)、EPPS(4-(2-羥乙基)哌嗪-1-丙烷磺 酸)、MES(2-嗎啉代乙烷磺酸)以及其他緩沖液。如果官能團(tuán)為氨基團(tuán)或其鹽，則聚合物樹脂還可起到陰離子交換樹脂的作用?？?將樣品在陰離子交換樹脂具有帶正電基團(tuán)而目標(biāo)化合物具有帶負(fù)電基團(tuán)的PH值(如pH值 為1至10)下與陰離子交換樹脂相接觸。一般來講，為了使帶負(fù)電的目標(biāo)化合物有效地吸 附到陰離子交換樹脂上，可使用高于目標(biāo)化合物的PK(或蛋白質(zhì)的pi)至少約1至2個pH 單位的PH值。如果需要從陰離子交換樹脂中釋放所吸附的目標(biāo)化合物，可將pH值降低至少 1至2個pH單位或更多?；蛘?，當(dāng)目標(biāo)化合物為生物分子時，可使樣品在具有適當(dāng)?shù)膒H值 (如對牛血清白蛋白而言，pH值為約6至8)的低離子強(qiáng)度緩沖液(如5至20毫摩爾緩沖 鹽)中與陰離子交換樹脂相接觸。為了釋放所吸附的生物分子，通常使陰離子交換樹脂與 高離子強(qiáng)度的緩沖液相接觸。在一些實(shí)施例中，高離子強(qiáng)度的緩沖液包括用于吸附目標(biāo)化 合物的相同緩沖組合物和1摩爾氯化鈉。吸附和釋放過程通常在接近室溫的溫度下進(jìn)行?？捎糜诳刂脐庪x子交換樹脂pH值的緩沖鹽包括(但不限于)磷酸鈉、碳酸鈉、 碳酸氫鈉、硼酸鈉、醋酸鈉和TRIS(三[羥甲基]氨基甲烷)。其他合適的緩沖液包括 "Good' s”緩沖液，例如MOPS (3-嗎啉代丙烷磺酸)、EPPS(4-(2-羥乙基)哌嗪-1-丙烷磺 酸)、MES(2-嗎啉代乙烷磺酸)以及其他緩沖液。如果聚合物樹脂上的官能團(tuán)為羥基，則聚合物樹脂可用作尺寸排除樹脂?；蛘撸?合物樹脂可用于純化或分離具有可與羥基反應(yīng)的基團(tuán)的目標(biāo)化合物。例如，包含具有羧基 的目標(biāo)化合物的樣品可通過縮合反應(yīng)與羥基反應(yīng)而形成酯。在本例中，反應(yīng)會導(dǎo)致目標(biāo)化 合物通過羰基氧基共價連接到聚合物樹脂。如果聚合物樹脂上的官能團(tuán)為二氫唑酮基團(tuán)，則包含具有親核基團(tuán)的目標(biāo)化合物 的樣品可通過開環(huán)反應(yīng)與該二氫唑酮基團(tuán)反應(yīng)。與二氫唑酮基團(tuán)反應(yīng)的合適親核基團(tuán)包括 (但不限于)伯氨基、仲氨基和羥基。二氫唑酮基團(tuán)與目標(biāo)化合物的親核基團(tuán)的反應(yīng)通常導(dǎo) 致形成將目標(biāo)化合物共價連接至聚合物樹脂的鍵合基團(tuán)。通過二氫唑酮基團(tuán)的開環(huán)反應(yīng)形 成的鍵合基團(tuán)通常包含基團(tuán)
-(CO)NHC(Ra)2 (CH2)p(CO) _，其中Ra為烷基，例如甲基，ρ等于0或1，(CO)表示羰基。如果聚合物樹脂上的官能團(tuán)為縮水甘油基，則包含具有親核基團(tuán)的目標(biāo)化合物的 樣品可通過開環(huán)反應(yīng)與該縮水甘油基反應(yīng)。與縮水甘油基反應(yīng)的合適親核基團(tuán)包括(但 不限于)伯氨基、仲氨基、硫醇基和羧基?？s水甘油基與目標(biāo)化合物的親核基團(tuán)的反應(yīng)通 常導(dǎo)致形成將目標(biāo)化合物共價連接至聚合物樹脂的鍵合基團(tuán)。通過縮水甘油基的開環(huán)反 應(yīng)形成的鍵合基團(tuán)通常包含基團(tuán)-C (OH) HCH2NH-(縮水甘油基與伯氨基反應(yīng)時)或-C(OH) HCH2O (CO)-(縮水甘油基與羧基反應(yīng)時)。在第四方面，本發(fā)明提供了用于純化或分離目標(biāo)化合物的另一種方法。該方法包 括如上所述形成多孔聚合物樹脂，該多孔聚合物樹脂包含選自(1)酸基團(tuán)或其鹽、(2)氨基 團(tuán)或其鹽、(3)羥基基團(tuán)、(4) 二氫唑酮基團(tuán)、(5)縮水甘油基基團(tuán)或(6)它們的組合的第一 官能團(tuán)。該方法還包括通過用改性劑處理多孔聚合物樹脂以及將第一官能團(tuán)轉(zhuǎn)化為第二官 能團(tuán)來制備改性聚合物樹脂。然后使具有第二官能團(tuán)的改性的多孔聚合物樹脂與包含目標(biāo) 化合物的樣品接觸。目標(biāo)化合物與改性的多孔聚合物樹脂的第二官能團(tuán)反應(yīng)或相互作用。改性劑可為可與第一官能團(tuán)反應(yīng)或相互作用的任何化合物。在一些例子中，改性 劑為包含親核基團(tuán)和第二官能團(tuán)的化合物。在其他實(shí)例中，改性劑為包含羧基和第二官能 團(tuán)的化合物。第二官能團(tuán)不同于第一官能團(tuán)。如果改性劑為生物分子，則所連接的生物分 子可具有可與另一生物分子的互補(bǔ)基團(tuán)相互作用或反應(yīng)的官能團(tuán)。在一些實(shí)施例中，改性劑可與為羥基的第一官能團(tuán)反應(yīng)。例如，烴基可與具有羧基 的改性劑反應(yīng)，以將改性劑通過包含羰基氧基的鍵連接到聚合物樹脂。羧基可在諸如蛋白 質(zhì)之類的生物分子上，與羥基的反應(yīng)導(dǎo)致蛋白質(zhì)連接到聚合物樹脂。所得的改性的聚合物 樹脂起到親和樹脂的作用。也就是說，所連接的生物分子可起到親和配體的作用，以與互補(bǔ) 生物分子反應(yīng)或相互作用(即，所連接的生物分子具有可與另一生物分子的互補(bǔ)官能團(tuán)反 應(yīng)或相互作用的第二官能團(tuán))。在其他實(shí)施例中，改性劑可與為縮水甘油基或二氫唑酮基團(tuán)的第一官能團(tuán)反應(yīng)。 這些第一官能團(tuán)中的任一者可與具有親核基團(tuán)的改性劑發(fā)生開環(huán)反應(yīng)。改性劑與第一官能 團(tuán)的反應(yīng)導(dǎo)致改性劑連接至聚合物樹脂。改性劑可為例如可起到親和配體作用(即，第二 官能團(tuán)為親和配體)以與互補(bǔ)生物分子反應(yīng)或相互作用的生物分子。所得改性聚合物樹脂 可起到親和樹脂的作用。在其他實(shí)例中，改性劑可提供離子電荷(即，第二官能團(tuán)為離子基 團(tuán))，以與具有相反離子電荷的目標(biāo)化合物反應(yīng)或相互作用。所得改性聚合物樹脂可起到 離子交換樹脂的作用。或者，改性聚合物樹脂可起到尺寸排除樹脂的作用。在其他實(shí)例中， 改性劑可提供可與具有疏水基的目標(biāo)化合物反應(yīng)或相互作用的疏水基。所得改性聚合物樹 脂可起到疏水性相互作用樹脂或反相樹脂的作用。在其他實(shí)例中，改性劑可提供可與各種 含金屬的物質(zhì)反應(yīng)或相互作用的金屬螯合基團(tuán)。所得改性聚合物樹脂可起到螯合樹脂的作 用。在其他實(shí)例中，改性劑可提供還可與細(xì)胞結(jié)合從而導(dǎo)致細(xì)胞連接至聚合物樹脂的抗體。 也就是說，改性聚合物樹脂可起到細(xì)胞選擇樹脂的作用。在其他實(shí)例中，改性劑可為酶。所 得改性聚合物樹脂可起到固定化酶樹脂的作用，并且其在暴露于某些目標(biāo)化合物時可用作 催化劑。在純化或分離目標(biāo)化合物的方法的一些實(shí)施例中，可將多孔聚合物樹脂置于柱中
26來制備色譜柱。如果用改性劑處理聚合物樹脂以改變可用于與目標(biāo)化合物反應(yīng)或相互作用 的官能團(tuán)，則可在將聚合物樹脂置于柱中之前或之后進(jìn)行改性。合適的柱是本領(lǐng)域已知的， 并且可用諸如玻璃、聚合物、不銹鋼、鈦及其合金或鎳及其合金之類的材料構(gòu)造。用于在柱 中有效裝填聚合物樹脂的填充方法是本領(lǐng)域已知的。聚合物樹脂的剛性通常較好，并且具有的機(jī)械強(qiáng)度適合在任何合適流速及壓力條 件下在任何合適尺寸的色譜柱中使用。聚合物樹脂可在例如具有高流速的色譜柱中使用。 聚合物樹脂適合在色譜柱中常常遇到的差壓條件下使用。如本文所用，術(shù)語“差壓”指整個 色譜柱中的壓降。例如，用于對治療性蛋白進(jìn)行下游純化或分離的色譜柱可使用諸如至少 150cm/小時、至少250cm小時、至少500cm/小時或至少700cm/小時的表觀速度(如流速) 來提高產(chǎn)率。更快的流速通常得到更高的產(chǎn)率。色譜柱可為分析儀器(如液相色譜儀)的組成部分。用聚合物樹脂進(jìn)行裝填時， 色譜柱可用于分離或純化目標(biāo)化合物。目標(biāo)化合物可與聚合物樹脂上的官能團(tuán)反應(yīng)或相互 作用?；蛘?，可除去樣品中的雜質(zhì)，從而致使樣品中目標(biāo)化合物的濃度增加?？纱_定目標(biāo)化 合物的量以及包含目標(biāo)化合物的樣品中的雜質(zhì)的量?；蛘撸V柱可為用于分離或純化目標(biāo)化合物的制備型液相色譜系統(tǒng)的一部分。 制備型液相色譜系統(tǒng)可為實(shí)驗(yàn)規(guī)模的系統(tǒng)、試驗(yàn)性工廠規(guī)模的系統(tǒng)或工業(yè)規(guī)模的系統(tǒng)。在純化或分離目標(biāo)化合物的方法的其他實(shí)施例中，將多孔聚合物樹脂設(shè)置在過 濾介質(zhì)的表面。如果用改性劑處理聚合物樹脂以改變可用于與目標(biāo)化合物反應(yīng)或相互 作用的官能團(tuán)，則可在將聚合物樹脂設(shè)置在過濾介質(zhì)的表面之前或之后進(jìn)行改性。過 濾元件可設(shè)置在殼體內(nèi)以提供濾筒。合適的過濾介質(zhì)以及包括濾筒的系統(tǒng)在美國專利 No. 5，468，847 (Heilmann等人)中有進(jìn)一步的描述。此類濾筒可用于例如純化或分離生物 分子。由于濾筒系統(tǒng)中的固有壓降較低，因此與色譜柱內(nèi)的材料相比，濾筒內(nèi)可使用剛性較 低的顆?；蚩纵^小的多孔聚合物樹脂。過濾介質(zhì)可具有單個過濾層或多個過濾層，并且可用玻璃或聚合物纖維(例如聚 烯烴纖維，如聚丙烯纖維)制備。在一些實(shí)施例中，過濾介質(zhì)包括粗預(yù)過濾層和一個或多個 細(xì)過濾層。例如，過濾介質(zhì)可包括粗預(yù)過濾層，然后是一系列平均孔徑逐漸減小的附加過濾 層。聚合物樹脂可設(shè)置在具有最小平均孔徑的過濾介質(zhì)層上。過濾介質(zhì)孔徑的選擇取決于聚合物樹脂的粒度。通常選擇過濾介質(zhì)的孔徑小于聚 合物樹脂的平均直徑。然而，聚合物樹脂的一部分可滲透進(jìn)過濾介質(zhì)中。過濾介質(zhì)可為垂直褶皺型過濾器的形式，例如美國專利No. 3，058，594 (Hultgren) 中描述的那些。在其他實(shí)施例中，過濾介質(zhì)為水平、徑向復(fù)合褶皺型過濾器的形式，例如美 國專利No. 4，842，739 (Tang等人)中描述的那些。在垂直方向上使用包含過濾介質(zhì)的濾筒 的應(yīng)用中，理想情況是水平布置褶皺。此類布置方式可減少在使用和存儲期間因過濾元件 損耗聚合物樹脂。在純化或分離目標(biāo)化合物的方法的其他實(shí)施例中，多孔聚合物樹脂被摻入連續(xù)多 孔的基質(zhì)中。如果用改性劑處理聚合物樹脂以改變可用于與目標(biāo)化合物反應(yīng)或相互作用的 官能團(tuán)，則可在將多孔聚合物樹脂并入連續(xù)多孔的基質(zhì)中之前或之后進(jìn)行改性。連續(xù)多孔 的基質(zhì)通常為織造或非織造纖維網(wǎng)、多孔纖維、多孔膜、多孔薄膜、中空纖維或管。合適的連 續(xù)多孔基質(zhì)在美國專利No. 5，993，935 (Rasmussen等人)中有進(jìn)一步的描述。
為纖維網(wǎng)的連續(xù)多孔基質(zhì)可提供許多優(yōu)點(diǎn)，例如表面積大、易于制造、材料成本低 以及具有多種纖維紋理和密度。雖然寬泛的纖維直徑范圍是合適的，但纖維通常具有0. 05 微米至50微米的平均直徑?？筛淖兙W(wǎng)的厚度以適應(yīng)最終用途應(yīng)用(如約0.2微米至約100 厘米)。復(fù)合材料可用例如熔噴法制備。例如，可將熔融的聚合物材料擠出，以產(chǎn)生熔噴纖 維流?？蓪⒕酆衔飿渲肜w維流中并與纖維混在一起?？稍诤Y網(wǎng)上收集纖維與聚合物樹 脂的混合物，使得形成網(wǎng)。聚合物樹脂可分散于纖維網(wǎng)內(nèi)。在一些實(shí)施例中，聚合物樹脂可 均勻地分散在整個纖維網(wǎng)內(nèi)。也可用原纖維化聚合物基質(zhì)(如原纖維化聚四氟乙烯(PTFE))來制備復(fù)合 材料。合適的方法在美國專利No. 4，153，661 (Ree等人)、4，565，663 (Errede等人)、 4，810，381 (Hagen等人)和4，971，736 (Hagen等人)中有更全面的描述。一般來講，這些方 法涉及將聚合物樹脂與聚四氟乙烯分散體共混以得到油灰狀物質(zhì)，在5°C至100°C下對該 油灰狀物質(zhì)進(jìn)行劇烈混合以使PTFE發(fā)生原纖化，然后將該油灰狀物質(zhì)進(jìn)行雙軸壓延，并干 燥所得片材。在另一種制備復(fù)合材料的方法中，可將聚合物樹脂分散在液體中，然后在足以形 成均勻混合物的溫度下將所得物與熱塑性聚合物共混。該均勻混合物可置于具有所需形狀 的模具中?；旌衔锢鋮s之后，液體會發(fā)生相分離，從而留下包含分散聚合物顆粒的熱塑性聚 合物基質(zhì)。美國專利No. 4，957，943 (McAllister等人)對此方法進(jìn)行了進(jìn)一步的描述。基于所得復(fù)合材料的體積，摻入到連續(xù)多孔基質(zhì)中的聚合物樹脂的量為至少1體 積％、至少5體積％、至少10體積％、至少20體積％、至少30體積％、至少40體積％或至 少50體積％?；谒脧?fù)合材料的體積，摻入到連續(xù)多孔基質(zhì)中的聚合物樹脂的量可占最 多99體積％、最多95體積％、最多90體積％、最多85體積％或最多80體積％。聚合物樹 脂含量較高的復(fù)合材料往往具有較大的容量。在第五方面，本發(fā)明提供了多孔聚合物樹脂。該多孔聚合物樹脂為包含a)交聯(lián)單 體和b)官能化單體的單體混合物的反應(yīng)產(chǎn)物。交聯(lián)單體包括式(I)化合物
(I)其中R1為氫或甲基；Q為氧基或-NH- ；Y為亞烷基或雜亞烷基，其中Y可任選被羥 基取代。官能化單體包含(a)烯鍵式不飽和基團(tuán)和(b)選自(1)酸基團(tuán)或其鹽、(2)氨基 團(tuán)或其鹽、(3)羥基基團(tuán)、(4) 二氫唑酮基團(tuán)、(5)縮水甘油基基團(tuán)或(6)它們的組合的第一 官能團(tuán)。在單體混合物中的所有單體的親脂性指數(shù)均不大于20。聚合物樹脂具有包括平均 孔徑為200納米的第一組孔和平均孔徑大于500納米的第二組孔的分層結(jié)構(gòu)。聚合物樹脂可具有任何所需形狀。其形狀可為規(guī)則的或不規(guī)則的。在一些實(shí)施例 中，聚合物樹脂為球形或大致球形的聚合物珠形式。在其他實(shí)施例中，聚合物樹脂可為整體 柱形式。整體柱可具有任何形狀，例如用于制備聚合物樹脂的容器的形狀?？蓪⒄w柱切 削、破碎、碾磨等。例如，聚合物樹脂的顆?？捎烧w柱形成。顆?？删哂幸?guī)則或不規(guī)則的 形狀。
當(dāng)聚合物樹脂為聚合物珠時，可采用諸如光散射或帶圖像分析的電子顯微鏡法等 技術(shù)來確定聚合物珠的平均粒度。聚合物珠的平均直徑通常為至少10微米。例如，聚合物 珠的平均直徑可為至少20微米、至少30微米、至少40微米、至少50微米或至少60微米。 聚合物珠的平均直徑通常不大于2，000微米、不大于1，000微米、不大于500微米或不大于 200微米。在一些應(yīng)用中，大孔聚合物珠的平均直徑為10至2，000微米、20至2，000微米、 20至500微米、50至500微米、20至200微米、50至200微米，50至100微米、50至75微 米、50至70微米或60至70微米徑。聚合物樹脂通常具有一級多孔結(jié)構(gòu)和二級多孔結(jié)構(gòu)。一級多孔結(jié)構(gòu)與本體聚合物 基質(zhì)相關(guān)。此多孔結(jié)構(gòu)與在不存在有機(jī)聚集體的情況下形成的多孔結(jié)構(gòu)基本上相同。此一 級多孔結(jié)構(gòu)通常具有小于約200納米(nm)的平均孔徑，但是可能存在一些大于此孔徑的 孔。通過在水相組合物中添加任選的致孔劑或任選的非極性溶劑可影響一級多孔結(jié)構(gòu)。向 水相組合物中添加有機(jī)聚集體導(dǎo)致在珠內(nèi)產(chǎn)生具有大孔(如孔穴或空隙)的二級多孔結(jié) 構(gòu)。這些孔的平均直徑通常大于約500nm。二級孔的平均孔徑可大于1微米、大于2微米、 大于5微米或大于10微米。二級孔結(jié)構(gòu)中的一些孔可大到約15至20微米。這些孔穴可 以彼此開放連通(即，開孔構(gòu)造)，也可以具有閉孔構(gòu)造。然而，在后一種情況下，孔穴仍通 過一級多孔結(jié)構(gòu)彼此連通。二級孔可以具有或可以不具有通向珠外部的開口。通?？刹捎弥T如掃描電子顯微鏡法之類的各種微觀技術(shù)來觀察聚合物樹脂中的 一級多孔結(jié)構(gòu)和二級多孔結(jié)構(gòu)。此外，二級多孔結(jié)構(gòu)通常大到足以通過普通光學(xué)顯微鏡進(jìn) 行觀察?？刹捎玫蜏貤l件下的氮吸附來表征一級多孔結(jié)構(gòu)。多孔結(jié)構(gòu)的組合對于純化或分離相對較大的目標(biāo)化合物(如生物分子)而言特別 有利。平均孔徑大于約500納米的二級多孔結(jié)構(gòu)使相對較大的目標(biāo)化合物更易于進(jìn)入聚合 物樹脂的內(nèi)部區(qū)域。平均孔徑小于約200納米的一級多孔結(jié)構(gòu)通常可為目標(biāo)化合物提供足 夠大的表面積和容量。一級多孔結(jié)構(gòu)為大孔時，表面積通常為至少20m2/g、至少30m2/g或至少40m2/g。表 面積通常在 20 至 350m2/g、30 至 200m2/g、20 至 100m2/g、30 至 100m2/g 或 40 至 350m2/g 的 范圍內(nèi)?？筛鶕?jù)可與其反應(yīng)或相互作用的目標(biāo)化合物的量來給定聚合物樹脂的容量。例 如，可起到陽離子交換樹脂作用的聚合物樹脂可與多種具有帶正電基團(tuán)的目標(biāo)化合物相互 作用。更具體地講，陽離子交換容量可根據(jù)具體蛋白質(zhì)(例如可被聚合物樹脂吸附的免疫 球蛋白，如IgG)的量來給定。上述內(nèi)容按照發(fā)明人在現(xiàn)有描述情況下可預(yù)見的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，然 而目前尚未預(yù)見的對本發(fā)明的非實(shí)質(zhì)性修改形式仍可以代表本發(fā)明的等同形式。鍾這些實(shí)例用于進(jìn)行示意性的說明，并且無意于對所附權(quán)利要求書的范圍進(jìn)行 限制。除非另有說明，否則所用溶劑和其他試劑均得自Sigma-Aldrich Chemical公司 (Milwaukee, WI)。測試方法a G(irg)白邪日離子交換容量通過以下步驟制備50體積％的陽離子交換聚合物珠的漿料將聚合物珠與去離
29子水混合，以3000的相對離心力(rcf)離心20分鐘以形成珠裝填的珠床，然后調(diào)節(jié)去離子 水的量，使得總體積為所裝填的珠床的兩倍。使?jié){料充分混合以懸浮聚合物珠，然后將400 微升的漿料樣品吸移至0. 45微米孔徑的5mL醋酸纖維素離心微過濾器中，該過濾器以商品 名CENTREX MF從VWR(Eagan，MN)商購獲得。通過在3000rcf下離心5分鐘除去水。然后 將聚合物珠與4mL pH值為4. 5的包含50mM醋酸鈉和SOmM氯化鈉的緩沖液混合。將樣品 在3000rcf下再次離心10分鐘。棄去上清液。然后將4. 5mL濃度為約7mg/mL的人IgG (其 可購自Equitech-Bio (Kerrville，TX))在相同醋酸鹽緩沖液中的樣品加入至裝有聚合物 珠的過濾器中。使混合物翻滾一整夜進(jìn)行混合，然后通過在3000rcf下離心20分鐘來從聚 合物珠中除去上清液。通過UV光譜法分析上清液。將樣品在280nm處的吸光度與起始IgG溶液的吸光 度進(jìn)行比較。將差值用于計算聚合物珠的IgG容量。測定三次并取平均值。免,瘡球蛋白G(IgG)的動杰結(jié)合容量(DBC)將聚合物珠的含水漿料(約350微升總體積的聚合物珠)裝填進(jìn)5厘米長內(nèi)徑為 0.3厘米的玻璃柱(可以商品名0MNIFIT從Chromtech(Apple Valley,MN)商購獲得)中， 置于快速蛋白質(zhì)液相色譜儀(可以商品名AKTA從GE Healthcare (Uppsala, Sweden)商購 獲得)上，并用10倍柱體積的緩沖液A(50mM醋酸鹽，40mM NaCl, pH值為4. 5)以0. 7mL/ 分鐘的速度進(jìn)行平衡。通過50mL的超容量杯以0. 09mL/分鐘(3. 93分鐘停留時間/76cm/ 小時)的速度加載測試用溶液(緩沖液A中5.0mg/mL的人IgG)，直至已加載7mL的樣品 或280納米(A28tl)波長下的UV吸光度超過SOOmAU (以先出現(xiàn)者為準(zhǔn))。使18倍柱體積的 緩沖液A以0. 7mL/分鐘的流速流動來對未結(jié)合的樣品進(jìn)行沖洗。然后用超過8倍柱體積 的緩沖液B (50mM醋酸鹽，1. OM NaCl，pH值為4. 5)進(jìn)行從0體積％的緩沖液B (100體積％ 的緩沖液A)到100體積％的緩沖液B(0體積％的緩沖液A)的梯度洗脫，并保持在10倍柱 體積的100體積％的緩沖液B。緩沖液B溶液洗脫了結(jié)合的IgG。在初始加載期間離開柱 的溶液濃度為初始IgG測試用溶液濃度(已減去未結(jié)合蛋白的坪濃度)的10%的點(diǎn)處確定 結(jié)合到載體上的IgG量。然后通過流過20倍柱體積的緩沖液A來重新平衡柱。氫離子的小離子容量(SIC)將約SmL聚合物珠漿料(在去離子水中約50體積％ )轉(zhuǎn)移至15mL刻度離心管 中，并以3000的相對離心力(rcf)離心5分鐘。記錄所得裝填聚合物珠的體積并精確至 0. lmL，然后將漿料定量轉(zhuǎn)移至多孔玻璃漏斗，用去離子水(3X50mL)洗滌，隨后用0. 5N的 HCl(3X50mL)洗滌，然后再用去離子水(3X50mL)洗滌。然后將洗滌過的聚合物珠定量轉(zhuǎn) 移至1251^錐形瓶中，并加入4.01^ 2M NaCl以置換氫離子。5分鐘后，將2滴酚酞(IOOmL 乙醇中1克)加入漿料中，并用0. IN的NaOH滴定(同時在磁性攪拌盤上混合)混合物，直 至溶液呈淡粉色。以微摩爾/毫升聚合物珠來表示的小離子容量的計算方法為除以0. IN NaOH的體積與所分析珠的體積之和，再乘以100?？s寫表
縮寫或商品€(wěn)ΠΜ 實(shí)例 1使用包含重量比為35 65的AMPS和MBA的單體混合物，通過反相懸浮聚合法制 備聚合物珠。將PETROLITE DllO作為有機(jī)聚集體加入水相中。更具體地講，通過將助懸劑1 (0. 56克)和庚烷(536mL)加入燒瓶中來制備有機(jī) 相，其中燒瓶配備有機(jī)械攪拌器(攪拌速度為450rpm)、氮?dú)馊肟?、溫度計、帶溫度控制器?加熱套和冷凝器。將燒瓶中的有機(jī)相攪拌加熱至35°C，并用氮?dú)夤呐?5分鐘。通過合并以下物質(zhì)制備水相MBA(18. 2克)、AMPS (19. 6克50重量％水溶液)、 IPA(85mL) ,PETROLITE DllO (5mL)、去離子水(27. 2mL)、PEG 6000 (10 克 50 重量％水溶液) 以及乙二醇(20mL)。將該水相攪拌并在30至35°C范圍內(nèi)的溫度下加熱，以溶解MBA。再次 攪拌，向水相中加入溶解于去離子水(3mL)中的過硫酸鈉(0.5克)。將水相加入至裝有有 機(jī)相的反應(yīng)燒瓶中。攪拌所得混合物，并用氮?dú)夤呐?0分鐘。加入TMEDA(0.5mL)以引發(fā)聚合反應(yīng)。反應(yīng)溫度快速升高至43. 5°C，然后緩慢下 降。從加入TMEDA的那一刻起，將反應(yīng)混合物總共攪拌2小時，然后用多孔玻璃漏斗進(jìn)行過 濾。用丙酮(2X250mL)、甲醇(2X250mL)和丙酮(2X250mL)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物。將水作為流動 液體來在 Ro-Tap RX-29 型分選篩(Ro-Tap Model RX-29 classifier,W. S. Tyler,Mentor, OH)上分選洗滌過的產(chǎn)物，得到尺度范圍為38至106微米的無色聚合物珠。用掃描電子顯微圖(SEM)和光學(xué)顯微圖證實(shí)聚合物珠具有多個被大孔聚合物基 質(zhì)包圍的大孔(直徑大于0. 5微米)。可通過上述方法用IgG (重均分子量等于150，000克 /摩爾)測定的陽離子交換容量為62mg/mL，可通過上述方法用IgG測定的動態(tài)結(jié)合容量 (DBC)為 41mg/mL。比較例1通過反相懸浮聚合法制備按重量計為35 65的AMPS/MBA共聚物陽離子交換珠。 該水相不含分散或懸浮的有機(jī)聚集體。更具體地講，通過將助懸劑1 (0. 56克)和庚烷(536mL)加入燒瓶中來制備有機(jī) 相，其中燒瓶配備有機(jī)械攪拌器(攪拌速度為450rpm)、氮?dú)馊肟凇囟扔?、帶溫度控制器?加熱套和冷凝器。將燒瓶中的有機(jī)相攪拌加熱至35°C，并用氮?dú)夤呐?5分鐘。制備含有以下物質(zhì)的水相=MBA(18. 2克)、AMPS (19. 6克50重量％的水溶液)、 IPA(85mL)、去離子水(32. 2mL)、PEG 6000 (10克50重量％的水溶液)以及乙二醇(20mL)。 將該水溶液攪拌并在30至35°C下加熱，以溶解MBA。再次攪拌，向水溶液中加入溶解于去 離子水(3mL)中的過硫酸鈉(0.5克)。將水溶液加入至裝有有機(jī)相的反應(yīng)燒瓶中。攪拌所 得混合物，并用氮?dú)夤呐?0分鐘。
加入TMEDA (0.5mL)以引發(fā)聚合反應(yīng)。反應(yīng)溫度快速升高至44. 5°C，然后緩慢下 降。從加入TMEDA的那一刻起，將反應(yīng)混合物總共攪拌2小時，用多孔玻璃漏斗過濾，用丙 酮(2X250mL)、甲醇(2X250mL)和丙酮(2X250mL)洗滌，并用水作為流動液體在Ro-Tap RX-29型分選篩(W. S. Tyler,Mentor, 0H)上進(jìn)行濕分選，得到尺度范圍為38至106微米的 無色珠粒。IgG的陽離子交換容量為67mg/mL。IgG的動態(tài)結(jié)合容量(DBC)為34mg/mL。實(shí)例2-5使用包含重量比為35 65的AMPS和MBA的單體混合物，通過反相懸浮聚合法制 備聚合物珠。將有機(jī)聚集體的各種水分散體加入水相中。實(shí)例2包含UNITHOX D-100。實(shí) 例 3 包含 UNITHOX D-300。實(shí)例 4 包含 PETROLITE D-800。實(shí)例 5 包含 PETROLITE D-900。更具體地講，通過將助懸劑1 (0. 56克)和庚烷(536mL)加入燒瓶中來制備有機(jī) 相，其中燒瓶配備有機(jī)械攪拌器(攪拌速度為450rpm)、氮?dú)馊肟?、溫度計、帶溫度控制器?加熱套和冷凝器。將燒瓶中的有機(jī)相攪拌加熱至35°C，并用氮?dú)夤呐?5分鐘。制備包含如下物質(zhì)的水相MBA(18. 2克)、AMPS (19. 6克50重量％的水溶液)、 IPA (85mL)、IOmL包含如上所述有機(jī)聚集體的合適水分散體、去離子水(22. 2mL)、PEG 6000 (10克50重量％的水溶液)以及乙二醇(20mL)。將該水溶液攪拌并在30至35°C范圍 內(nèi)的溫度下加熱，以溶解MBA。再次攪拌，向水相中加入溶解于去離子水(3mL)中的過硫酸 鈉(0.5克)。將水相加入至裝有有機(jī)相的反應(yīng)燒瓶中。攪拌所得混合物，并用氮?dú)夤呐?0 分鐘。加入TMEDA(0.5mL)以引發(fā)聚合反應(yīng)。反應(yīng)溫度快速升高至40至45°C，然后緩 慢下降。從加入TMEDA的那一刻起，將反應(yīng)混合物總共攪拌2小時，用多孔璃漏斗過濾， 用丙酮(2X250mL)、甲醇(2X250mL)和丙酮(2X250mL)洗滌，并用水作為流動液體在 Ro-TapRX-29型分選篩(W. S. Tyler, Mentor, OH)上進(jìn)行濕分選，得到尺度范圍為38至106 微米的無色珠粒。SEM和光學(xué)顯微圖證實(shí)聚合物珠具有多個被典型大孔聚合物基質(zhì)包圍的大空隙。 圖4所示為實(shí)例4的SEM，圖5所示為實(shí)例5的SEM。圖3所示為實(shí)例4的光學(xué)顯微圖，放 大倍數(shù)為64倍。實(shí)例6使用含有重量比為5 95的VDM和MBA的單體混合物，通過反相懸浮聚合法制備 聚合物珠。PETROLITE D-110為有機(jī)聚集體的來源。更具體地講，通過將助懸劑2 (0. 27克)、甲苯(188mL)和庚烷(348mL)加入IOOOmL 的圓底燒瓶(Morton型)來制備有機(jī)相，其中圓底燒瓶配備有機(jī)械攪拌器(攪拌速度為 450rpm)、氮?dú)馊肟?、溫度計、帶溫度控制器的加熱套和冷凝器。將燒瓶中的有機(jī)相攪拌加熱 至35°C，并用氮?dú)夤呐?5分鐘。制備包含MBA (13. 3 克)、去離子水(45mL)、IPA (90mL)以及 PETROLITE D-IlO(IOmL)的水相。將該水溶液攪拌并在30至35°C下加熱，直至MBA溶解。再次攪拌， 向水溶液中加入溶解于去離子水(5mL)中的過硫酸鈉(0.55克)。將水溶液加入裝有非水 溶液的反應(yīng)燒瓶中。用注射器將VDM(0.72mL)加入攪拌的混合物中。攪拌所得混合物，并 用氮?dú)夤呐?分鐘。
3329/32 頁加入TMEDA (0. 55mL)以引發(fā)聚合反應(yīng)。溫度升高至40. 1°C超過5分鐘。引發(fā)反應(yīng) 后，持續(xù)加熱并攪拌總共2小時，然后過濾珠狀產(chǎn)物并用丙酮(3X250mL)洗滌。將濕濾餅 轉(zhuǎn)移至單頸圓底燒瓶中，并在室溫下真空干燥過夜。掃描電子顯微圖顯示聚合物珠具有多個被典型大孔基質(zhì)包圍的大孔(直徑大于1 微米)(見圖1)。實(shí)例7使用含有重量比為5 95的VDM和MBA的單體混合物，通過反相懸浮聚合法制備 聚合物珠。除水相中所用PETROLITE D-IlO(ImL)和去離子水(54mL)的量有變化之外，步 驟類似于實(shí)例6中的步驟。掃描電子顯微圖顯示聚合物珠具有多個被典型大孔基質(zhì)包圍的 大孔(直徑大于1微米)。比較例2除用等體積的去離子水替換PETROLITE D-110之外，按照實(shí)例6中的步驟來制備 聚合物珠。也就是說，在水相中不存在有機(jī)聚集體的情況下制備聚合物珠。掃描電子顯微圖顯示聚合物珠粒具有典型的大孔基質(zhì)結(jié)構(gòu)但沒有大于1微米的 大孔(見圖2)。實(shí)例8采用包含45 25 30的AMPS/MBA/TMPTMA的單體混合物，通過反相懸浮聚合法 制備聚合物珠。PETROLITE D-900為有機(jī)聚集體的來源。通過將助懸劑1 (0. 28克)和庚烷(536mL)加入燒瓶中來制備有機(jī)相，該燒瓶配備 有機(jī)械攪拌器(攪拌速度為450rpm)、氮?dú)馊肟?、溫度計、帶溫度控制器的加熱套和冷凝器?將有機(jī)相攪拌加熱至35°C，并用氮?dú)夤呐?5分鐘。制備包含如下物質(zhì)的水相=MBA (7. 0克)、AMPS (25. 2克50重量％的水溶液)、 TMPTMA (8. 4 克)、IPA (IlOmL)、去離子水(22. 4mL)和 PETROLITE D-900 (IOmL)。將該水溶液 攪拌并在30至35°C下加熱，以溶解MBA。再次攪拌，向水溶液中加入溶解于去離子水(5mL) 中的過硫酸鈉(0.5克)。將水溶液加入至裝有有機(jī)相的反應(yīng)燒瓶中。攪拌所得混合物，并 用氮?dú)夤呐?0分鐘。加入TMEDA(0.5mL)以引發(fā)聚合反應(yīng)。反應(yīng)溫度快速升高約10°C，然后緩慢下 降。從加入TMEDA的那一刻起，將反應(yīng)混合物總共攪拌2小時，用多孔玻璃漏斗過濾，用丙 酮(2X250mL)、甲醇(2X250mL)和丙酮(2X250mL)洗滌，并用水作為流動液體在Ro-Tap RX-29型分選篩(W. S. Tyler,Mentor, 0H)上進(jìn)行濕分選，得到尺度范圍為38至106微米的 無色珠粒。SEM和光學(xué)顯微圖證實(shí)聚合物珠具有多個被典型大孔聚合物基質(zhì)包圍的大孔。實(shí)例9使用包含按重量計35 55 10的AMPS/MBA/TEGDMA的單體混合物，通過反相懸 浮聚合法來制備聚合物珠。PETROLITE D-1038為有機(jī)聚集體的來源。除水相組合物不同之 外，步驟類似于用于實(shí)例8中的步驟。該水相包含1^々(15.4克)410^(19. 6克50重量％的 水溶液)、TE⑶MA(2·8克)、IPA(110mL)、去離子水(25. 2mL)和 PETROLITE D-1038 (IOmL)。SEM和光學(xué)顯微圖證實(shí)聚合物珠具有多個被典型大孔聚合物基質(zhì)包圍的大孔(直 徑大于約0. 5微米)。
實(shí)例10使用包含按重量計35 55 10的AMPS/MBA/PEG-Acr 375的單體混合物，通過 反相懸浮聚合法制備聚合物珠。PETROLITE D-900為有機(jī)聚集體的來源。除水相組合物 不同之外，步驟類似于用于實(shí)例8中的步驟。該水相包含MBA (15. 4克)、AMPS (19. 6克50 重量％的水溶液)、PEG-Acr 375(2. 8 克)、IPA(IlOmL)、去離子水(25. 2mL)禾Π PETROLITE D-900(IOmL)。SEM和光學(xué)顯微圖證實(shí)聚合物珠具有多個被典型大孔聚合物基質(zhì)包圍的大孔(直 徑大于約0. 5微米)。實(shí)例11使用包含按重量計50 50的MAPTAC/MB的單體混合物，通過反相懸浮聚合法制 備聚合物珠。除有機(jī)相和水相中的組分有變化之外，步驟類似于實(shí)例8中的步驟。有機(jī)相包 含助懸劑1(0. 28克)、庚烷(243mL)和甲苯(132mL)。水相包含MBA (14. 0克)、MAPTAC (28. 0 克 50 重量％的水溶液)、Me0H(50mL)、去離子水(21. OmL)和 PETROLITE D-900 (IOmL)。SEM和光學(xué)顯微圖證實(shí)聚合物珠具有多個被典型大孔聚合物基質(zhì)包圍的大孔(直 徑大于約0. 5微米)。實(shí)例12使用包含按重量計65 30 5的MBA/MA/HEMA的單體混合物，通過反相懸浮聚合 法制備聚合物珠。除有機(jī)相和水相中的組分有變化之外，步驟類似于實(shí)例8中的步驟。有機(jī) 相包含助懸劑1(0. 13克)、庚烷(348mL)和甲苯(188mL)。水相包含MBA (9. 1克)、MA (4. 2 克)、ΗΕΜΑ(0. 67 克)、IPA (80mL)、去離子水(45. OmL)和 PETROLITE D-1038 (IOmL)。SEM和光學(xué)顯微圖證實(shí)聚合物珠具有多個被典型大孔聚合物基質(zhì)包圍的大孔(直 徑大于約0. 5微米)。實(shí)例13使用包含按重量計5 95的GMA/MBA的單體混合物，通過反相懸浮聚合法制備聚 合物珠。除水相組合物不同之外，步驟類似于實(shí)例6中的步驟。更具體地講，用GMA (0. 72mL) 代替 VDM、用 80mL 的 IPA 代替 90mL 的 IPA,并用 PETROLITE D-900 (IOmL)代替 PETROLITE D-IlO(IOmL)。SEM和光學(xué)顯微圖證實(shí)存在多個被典型大孔聚合物基質(zhì)包圍的大孔(直徑大于約 0. 5微米)。實(shí)例14使用類似于實(shí)例1中步驟的步驟，通過反相懸浮聚合法制備按重量計65 35 的AMPS/MBA共聚物。水相溶液包含MBA (9.8克)、AMPS (36. 3mL 50重量％的水溶液)、 IPA(80mL)、去離子水(20mL)、過硫酸鈉(0. 5 克)和 PETROLITE D_110(31. 8mL)。SEM和光學(xué)顯微圖證實(shí)聚合物珠具有多個被典型大孔聚合物基質(zhì)包圍的大孔(直 徑大于約0. 5微米)。實(shí)例15通過標(biāo)準(zhǔn)水性乳液聚合法聚合苯乙烯來制備30重量％的水性聚苯乙烯膠乳，從 而形成粒度為0. 4微米的分散體。使用包含重量比為45 55的AMPS和MBA的單體混合物，通過反相懸浮聚合法制
35備聚合物珠。更具體地講，通過將助懸劑1 (0. 56克)和庚烷(536mL)加入燒瓶中來制備有 機(jī)相，其中燒瓶配備有機(jī)械攪拌器(攪拌速度為450rpm)、氮?dú)馊肟?、溫度計、帶溫度控制?的加熱套和冷凝器。將燒瓶中的有機(jī)相攪拌加熱至35°C，并用氮?dú)夤呐?5分鐘。通過合并以下物質(zhì)制備水相MBA(15. 4克)、AMPS (25. 2克50重量％的水溶液)、 IPA(85mL)、3. 3mL上述聚苯乙烯膠乳、去離子水(25. ImL)、PEG 6000 (10克50重量％的水 溶液)和乙二醇(20mL)。將該水相攪拌并在30至35°C范圍內(nèi)的溫度下加熱，以溶解MBA。 再次攪拌，向水相中加入溶解于去離子水(5mL)中的過硫酸鈉(0.5克)。將水相加入至裝 有有機(jī)相的反應(yīng)燒瓶中。攪拌所得混合物，并用氮?dú)夤呐?0分鐘。加入TMEDA(0.5mL)以引發(fā)聚合反應(yīng)。反應(yīng)溫度快速升高至44. 0°C，然后緩慢下 降。從加入TMEDA的那一刻起，將反應(yīng)混合物總共攪拌2小時，然后用多孔玻璃漏斗進(jìn)行過 濾。用丙酮(2X250mL)、甲醇(2X250mL)和丙酮(2X250mL)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物。掃描電子顯微圖顯示存在多個被典型大孔基質(zhì)包圍的大孔(直徑大于0. 5微米)。實(shí)例16按照類似于美國專利申請2003/0104042A1中描述的方法來制備丙烯酸酯微球 的38重量％水分散體，以用作包含有機(jī)聚集體的分散體。更具體地講，通過將8克丙烯 酸(可購自Sigma-Aldrich(Milwaukee, WI))、11. 8克聚氧化乙烯丙烯酸酯(可以商品名 M90G NK ESTER 購自 Shin-Nakamura (Arimoto，Japan))以及 1. 1 克氧化苯甲酰(在水中為 70%;可以商品名 LUCID0L-70 購自 Arkema Inc. (Philadelphia,PA))溶解于 377 克丙烯酸 異辛酯(可購自3M公司)中來制備單體混合物。通過將6. 4克十二烷基硫酸銨(以商品 名STANDAPOL A購自Cognis Corp (Hoboken, NJ))溶解于595克水中來制備表面活性劑溶 液。然后將單體混合物加入表面活性劑溶液中，用攪拌器(可以商品名GIFF0RD-W00D購自 J. W. Greer (ffilmington,MA))乳化所得混合物，直至小滴尺寸小于1微米。將乳化液裝入1 升的折流式反應(yīng)器，加熱至65°C，用氮?dú)獬龤獠⑹狗磻?yīng)進(jìn)行8小時。結(jié)果形成平均粒徑為2 微米的微球。使用包含重量比為45 55的AMPS和MBA的單體混合物，通過反相懸浮聚合法制 備聚合物珠。更具體地講，通過將助懸劑1 (0. 56克)和庚烷(536mL)加入燒瓶中來制備有 機(jī)相，其中燒瓶配備有機(jī)械攪拌器(攪拌速度為450rpm)、氮?dú)馊肟凇囟扔?、帶溫度控制?的加熱套和冷凝器。將燒瓶中的有機(jī)相攪拌加熱至35°C，并用氮?dú)夤呐?5分鐘。通過合并以下物質(zhì)制備水相MBA(15. 4克)、AMPS (25. 2克50重量％的水溶液)、 IPA(85mL)、10. OmL丙烯酸酯膠乳、去離子水(27. 4mL)、PEG 6000(10克50重量％的水溶 液)和乙二醇(20mL)。將該水相攪拌并在30至35°C范圍內(nèi)的溫度下加熱，以溶解MBA。再 次攪拌，向水相中加入溶解于去離子水(5mL)中的過硫酸鈉(0.5克)。將水相加入至裝有 有機(jī)相的反應(yīng)燒瓶中。攪拌所得混合物，并用氮?dú)夤呐?0分鐘。加入TMEDA(0.5mL)以引發(fā)聚合反應(yīng)。反應(yīng)溫度快速升高至43. 9°C，然后緩慢下 降。從加入TMEDA的那一刻起，將反應(yīng)混合物總共攪拌2小時，然后用多孔玻璃漏斗進(jìn)行過 濾。用丙酮(2X250mL)、甲醇(2X250mL)和丙酮(2X250mL)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物。掃描電子顯微圖顯示聚合物珠具有多個被典型大孔基質(zhì)包圍的大孔(直徑大于 約2微米)。比較例3
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使用包含按重量計45 55的AMPS/MBA的單體混合物，通過反相懸浮聚合法來制 備聚合物珠。水相不含有機(jī)聚集體。更具體地講，通過將助懸劑1 (0. 56克)和庚烷(536mL)加入燒瓶中來制備有機(jī) 相，其中燒瓶配備有機(jī)械攪拌器(攪拌速度為450rpm)、氮?dú)馊肟?、溫度計、帶溫度控制器?加熱套和冷凝器。將燒瓶中的有機(jī)相攪拌加熱至35°C，并用氮?dú)夤呐?5分鐘。制備包含以下物質(zhì)的水相MBA(15. 4克)、AMPS (25. 2克50重量％的水溶液)、 IPA(85mL)、去離子水(27. 4mL)、PEG 6000 (10克50重量％水溶液的水溶液)和乙二醇 (20mL)。將該水溶液攪拌并在30至35°C下加熱，以溶解MBA。再次攪拌，向水溶液中加入 溶解于去離子水(5mL)中的過硫酸鈉(0.5克)。將水溶液加入裝有非水溶液的反應(yīng)燒瓶 中。攪拌所得混合物，并用氮?dú)夤呐?0分鐘。加入TMEDA(0.5mL)以引發(fā)聚合反應(yīng)。反應(yīng)溫度快速升高至43. 6°C，然后緩慢下 降。從加入TMEDA的那一刻起，將反應(yīng)混合物總共攪拌2小時，用多孔玻璃漏斗過濾，用丙 酮(2X250mL)、甲醇(2 X 250mL)和丙酮(2 X 250mL)洗滌。掃描電子顯微圖顯示出典型的大孔基質(zhì)結(jié)構(gòu)并且不存在大于0. 5微米的大孔。實(shí)例17制備按重量計35 65的MPS/MBA聚合物整體柱。更具體地講，在50mL愛倫美氏 燒瓶中制備包含MBA (1. 14克)、AMPS(1. 22克50重量％的水溶液)、IPA(5. 3mL)、去離子水 (1.24mL)、PEG 6000 (0. 625克50重量％的水溶液)以及乙二醇(1. 25mL)的水相混合物。 將該水溶液攪拌并在30至35°C下加熱，以溶解MBA0將混合物轉(zhuǎn)移至15mL聚丙烯離心管 中，并加入Petrolite D-800 (0. 625克)。加入過硫酸鈉(0. 34mL，于去離子水中的0. Img/ mL溶液)，然后用氮?dú)鈱旌衔锕呐?分鐘。加入TMEDA(35 μ L)，將混合物渦旋混合、松散 封蓋并使其在試管架上放置2小時15分鐘。用刮刀打碎已形成的固體整體柱，將其過濾， 用丙酮(2X15mL)、甲醇(2X15mL)和丙酮(2X15mL)洗滌，并在室溫下于真空爐中干燥過 夜。掃描電子顯微圖顯示存在多個被典型大孔基質(zhì)包圍的大孔(直徑大于0. 5微米)。實(shí)例18除用Petrolite D-900代替D-800之外，按照實(shí)例17中的方法制備按重量計 35 65的AMPS/MBA共聚物陽離子交換整體柱。掃描電子顯微圖顯示存在多個被典型大孔 基質(zhì)包圍的大孔(直徑大于0. 5微米)。
權(quán)利要求
一種反應(yīng)混合物，其包含水相組合物，所述水相組合物包含a)單體混合物，所述單體混合物包含1)式(I)的交聯(lián)單體其中R1為氫或甲基；Q為氧基或 NH ；并且Y為亞烷基或雜亞烷基，其中所述亞烷基或所述雜亞烷基未被取代或被羥基取代；和2)官能化單體，所述官能化單體具有(a)烯鍵式不飽和基團(tuán)和(b)選自如下的官能團(tuán)(1)酸基團(tuán)或其鹽、(2)氨基團(tuán)或其鹽、(3)羥基基團(tuán)、(4)二氫唑酮基團(tuán)、(5)縮水甘油基基團(tuán)或(6)它們的組合；b)尺寸范圍為0.05至5微米的分散或懸浮的有機(jī)聚集體；以及c)包含水和任選的與水能混溶的極性有機(jī)溶劑的水相溶劑。FPA00001177087000011.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)混合物，其還包含與水不能混溶的有機(jī)相組合物，所述 有機(jī)相組合物包含非極性有機(jī)溶劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反應(yīng)混合物，其中所述水相組合物以小滴形式分散或懸浮于 所述有機(jī)相組合物內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)混合物，其中所述水相還包含致 孔劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求4中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)混合物，其中在所述在單體混合 物中的所有或基本上所有的單體的親脂性指數(shù)均不大于20。
6.一種制備多孔聚合物樹脂的方法，所述方法包括 形成水相組合物，所述水相組合物包含a)單體混合物，所述單體混合物包含1)式⑴的交聯(lián)單體 其中R1為氫或甲基； Q為氧基或-NH-；并且Y為亞烷基或雜亞烷基，其中所述亞烷基或所述雜亞烷基未被取代或被羥基取代；和2)官能化單體，所述官能化單體具有(a)烯鍵式不飽和基團(tuán)和(b)選自如下的官能團(tuán) (1)酸基團(tuán)或其鹽、(2)氨基團(tuán)或其鹽、(3)羥基基團(tuán)、(4) 二氫唑酮基團(tuán)、(5)縮水甘油基基 團(tuán)或(6)它們的組合；b)尺寸范圍為0.05至5微米的分散或懸浮的有機(jī)聚集體；以及c)包含水和任選的與水能混溶的極性有機(jī)溶劑的水相溶劑；聚合所述單體混合物以形成包含所述有機(jī)聚集體的聚合物材料；以及從所述聚合物材料中除去所述有機(jī)聚集體的至少一部分以形成所述多孔聚合物樹脂。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，所述方法還包括將所述水相組合物以小滴形式分散或 懸浮于與水不能混溶的有機(jī)相組合物中，所述有機(jī)相組合物包含非極性有機(jī)溶劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或權(quán)利要求7中任一項(xiàng)所述的方法，該方法還包括使所述縮水甘油 基基團(tuán)或所述二氫唑酮基團(tuán)與具有親核基團(tuán)的改性劑反應(yīng)，以將所述改性劑連接至所述聚 合物樹脂。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或權(quán)利要求7中任一項(xiàng)所述的方法，該方法還包括使所述烴基與具 有羧基的改性劑反應(yīng)，以將所述改性劑連接至所述聚合物樹脂。
10.一種純化或分離目標(biāo)化合物的方法，所述方法包括 形成多孔聚合物樹脂，所述形成包括制備水相組合物，所述水相組合物包含a)單體混合物，所述單體混合物包含1)式⑴的交聯(lián)單體 其中R1為氫或甲基； Q為氧基或-NH-；并且Y為亞烷基或雜亞烷基，其中所述亞烷基或所述雜亞烷基未被取代或被羥基取代；和2)官能化單體，所述官能化單體具有(a)烯鍵式不飽和基團(tuán)和(b)選自如下的官能團(tuán) (1)酸基團(tuán)或其鹽、(2)氨基團(tuán)或其鹽、(3)羥基基團(tuán)、(4) 二氫唑酮基團(tuán)、(5)縮水甘油基基 團(tuán)或(6)它們的組合；b)尺寸范圍為0.05至5微米的分散或懸浮的有機(jī)聚集體；以及c)包含水和任選的與水能混溶的極性有機(jī)溶劑的水相溶劑； 聚合所述單體混合物以形成包含所述有機(jī)聚集體的聚合物材料；以及從所述聚合物材料中除去所述有機(jī)聚集體的至少一部分以形成所述多孔聚合物樹脂;以及將所述多孔聚合物樹脂與包含目標(biāo)化合物的樣品接觸，其中所述目標(biāo)化合物與所述多 孔聚合物樹脂的至少一個官能團(tuán)反應(yīng)或相互作用。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中接觸包括將所述多孔聚合物樹脂置于柱中以制 備色譜柱，以及使所述樣品穿過所述色譜柱。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中接觸包括將所述多孔聚合物樹脂設(shè)置在過濾介 質(zhì)表面上，以及使所述樣品穿過所述過濾介質(zhì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中接觸包括將所述多孔聚合物樹脂并入連續(xù)多孔 的基質(zhì)中，以及使所述樣品穿過所述多孔基質(zhì)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至權(quán)利要求13中任一項(xiàng)所述的方法，其中形成所述多孔聚合物樹脂還包括將所述水相組合物以小滴形式分散或懸浮于與水不能混溶的有機(jī)相組合物中，所 述有機(jī)相組合物包含非極性有機(jī)溶劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至權(quán)利要求14中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述多孔聚合物樹脂為 多孔聚合物珠。
16.一種純化或分離目標(biāo)化合物的方法，所述方法包括 形成多孔聚合物樹脂，所述形成包括制備水相組合物，所述水相組合物包含a)單體混合物，所述單體混合物包含1)式⑴的交聯(lián)單體 其中R1為氫或甲基； Q為氧基或-NH-；并且Y為亞烷基或雜亞烷基，其中Y可任選被羥基取代；和2)官能化單體，所述官能化單體具有(a)烯鍵式不飽和基團(tuán)和(b)選自如下的第一官 能團(tuán)(1)酸基團(tuán)或其鹽、(2)氨基團(tuán)或其鹽、(3)羥基基團(tuán)、(4) 二氫唑酮基團(tuán)、(5)縮水甘 油基基團(tuán)或(6)它們的組合；b)尺寸范圍為0.05至5微米的分散或懸浮的有機(jī)聚集體；以及c)包含水和任選的與水能混溶的極性有機(jī)溶劑的水相溶劑；將所述水相組合物懸浮于與水不能混溶的有機(jī)相中，所述有機(jī)相包含非極性有機(jī)溶劑；聚合所述單體混合物以形成包含所述有機(jī)聚集體的聚合物材料；以及從所述聚合物材料中除去所述有機(jī)聚集體的至少一部分以形成所述多孔聚合物樹脂；制備改性的多孔聚合物樹脂，包括用改性劑處理所述多孔聚合物樹脂以及將所述第一 官能團(tuán)轉(zhuǎn)化為第二官能團(tuán)；以及將所述改性的多孔聚合物樹脂與包含目標(biāo)化合物的樣品接觸，其中所述目標(biāo)化合物與 所述改性的多孔聚合物樹脂的第二官能團(tuán)反應(yīng)或相互作用。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中處理包括使所述改性劑的親核基團(tuán)與所述縮水 甘油基或所述二氫唑酮基團(tuán)反應(yīng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中處理包括使所述改性劑的羧基與所述羥基反應(yīng)。
19.一種具有分層多孔結(jié)構(gòu)的多孔聚合物樹脂，所述分層多孔結(jié)構(gòu)包括具有平均孔徑 小于200納米的第一組孔的第一多孔結(jié)構(gòu)和具有平均孔徑大于500納米的第二組孔的第二 多孔結(jié)構(gòu)，所述多孔聚合物珠包含水相單體混合物的所述反應(yīng)產(chǎn)物，其中在所述在單體混 合物中的所有或基本上所有的單體的親脂性指數(shù)均不大于20，所述單體混合物包含a)式⑴的交聯(lián)單體4 其中R1為氫或甲基； Q為氧基或-NH-；并且Y為亞烷基或雜亞烷基，其中Y可任選被羥基取代；和b)官能化單體，所述官能化單體具有(a)烯鍵式不飽和基團(tuán)和(b)選自如下的官能團(tuán) (1)酸基團(tuán)或其鹽、(2)氨基團(tuán)或其鹽、(3)羥基基團(tuán)、(4) 二氫唑酮基團(tuán)、(5)縮水甘油基基 團(tuán)或(6)它們的組合。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的多孔聚合物樹脂，其中所述多孔聚合物樹脂為多孔聚合物珠。
全文摘要
本發(fā)明描述了多孔聚合物樹脂、可用于制備所述多孔聚合物樹脂的反應(yīng)混合物和方法，以及所述多孔聚合物樹脂的用途。更具體地講，所述聚合物樹脂通常具有分層多孔結(jié)構(gòu)，以及可用于與多種不同目標(biāo)化合物反應(yīng)或相互作用的反應(yīng)性基團(tuán)。所述反應(yīng)性基團(tuán)可選自酸基團(tuán)或其鹽、氨基團(tuán)或其鹽、羥基、二氫唑酮基團(tuán)、縮水甘油基基團(tuán)或它們的組合。
文檔編號C08J9/26GK101910268SQ200880123915
公開日2010年12月8日 申請日期2008年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月9日
發(fā)明者凱南·塞沙德里, 小羅伯特·T·菲茨西蒙斯, 彼得·D·維克特, 杰拉爾德·K·拉斯穆森, 西蒙·K·香農(nóng), 詹姆斯·I·亨布里 申請人:3M創(chuàng)新有限公司