可官能化整體材料的製作方法
2023-11-03 16:14:57 1
專利名稱：可官能化整體材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及多孔整體(monolithiques )有機材料的領域。本發明 還涉及製備這些材料的各種方法。
背景技術：
這些整體材料與更傳統的大孔材料相比具有某些優點，這尤其與 在緻密形式中不存在間隙空間有關。
在所希望的元件中在簡單空腔(柱、毛細管)或微系統(通道、 儲器、室、分支點)內製備多孔整體有機材料的一種通用方法是以在 致孑L溶劑(solvants porog6nes )的混合物中溶解的單體通過熱、光 化學或放射化學途徑原位聚合為基礎的。
在文獻中已經描述了分析微系統用的各種整體材料以及它們的 製備方法。在這些方法當中，使用熱途徑的方法的特徵是相對長的聚 合時間(16-26小時)和高聚合溫度(60-90°C)。另外，所獲得的多 孔相最常見地針對單一類型的應用進行優化。更具體地，已知整體材 料沒有官能化能力，或者它們的可官能化基團的含量太低。此外，目 前使用的可官能化基團(環氧、二氫唑酮)的反應性是弱的，並且需 要長的處理和/或在嚴苛條件下的處理。
發明內容
本發明的目的一方面在於提供在調節孔隙率-滲透性特性之後非 常適合的新型可官能化整體材料，另一方面在於提供以實施簡單為特 徵的製備這些整體材料的方法。
根據第一個方面，本發明的主題涉及包含能夠被官能化的馬來酸 酐官能團的聚合物整體材料。
根據第二個方面，本發明涉及製備可官能化整體材料的方法，所
述方法包括充當所述整體材料的載體的壁的表面預處理步驟，其特徵
在於，該方法在於包含基礎組合物的組合物的熱、光化學或放射化學
自由基聚合反應，該基礎組合物包含
- 作為基礎單體的馬來酸酐，以其有利於與具有電子給體性 質的單體形成電荷轉移絡合物的電子受體性質而著稱，其 與具有電子給體性質的烯屬共聚單體和/或與其它具有電 子給體或受體性質的烯屬單體結合，
- 致孔溶劑的混合物， 所述基礎組合物任選地添加有光引發劑或熱引發劑。
根據第三個方面，本發明涉及用於製備本發明整體材料的包含馬 來酸酐、共聚單體和/或其它單體和致孔溶劑的組合物。
根據第四個方面，本發明涉及其中馬來酸酐官能團通過與親核化
合物反應而被官能化的整體材料。由這種官能化所得到的性質是極其 多樣的可調節的親水/疏水平衡，存在正或負電荷，任選光學活性的 多樣化的官能有機基團，特定的基底，人工(artificiels)或酶催化 部位等。
這種可獲得性能的多樣性使得能夠調節多孔材料的官能性能，以 作為疏水相互作用、親合、離子色譜法，電色鐠法，毛細管電泳中的 相，作為反應器，作為化合物吸收和分析用的載體，作為檢測裝置中 的傳感器。根據第五個方面，本發明因而涉及官能化的整體材料在分 析微系統中的各種用途。
下面將詳細地描述本發明。
根據第一個方面，本發明的主題是具有可官能化基團的聚合物整 體材料，其特徵在於這些基團是馬來酸酐單元。
申請人的選擇著重於具有高馬來酸酐含量的整體材料，因為其具 有兩個特別的特性
- 傾向於通過與具有電子給體性質的烯屬單體(乙烯基醚， N-乙烯基衍生物)的自由基反應形成交替共聚物，
- 引發其與具有電子給體性質的烯屬單體(乙烯基醚，N-乙烯基衍生物)的光化學共聚的能力，而不需要求助於特
定的自由基光引發劑。
不同的應用最通常地需要製備具有最佳官能和流體特性的多孔 整體相。經驗表明，整體材料的微結構和多孔性強烈地取決於前體反 應混合物的組成(單體的類型和用量，致孔混合物的類型和組成)並 取決於製備條件(溫度，引發反應的類型和動力學，熱、光化學或放 射化學處理時間)。
這兩種特性是相互依賴的，通過改變前體反應混合物組成來進行 化學性能的每種變化是需要調整處理條件的，以便獲得最佳的官能和 流體性能。
為了克服傳統製備方法中的這種固有困難，申請人已經研究了一 種以製備具有高數量反應活性部位的整體材料為基礎的方法，在其制 備之後，該反應活性部位可以被化學改性，這是通過與提供一些所希 望的官能性能的化合物的反應來進行的。
為此目的，並且根據第二個方面，本發明涉及一種用於製備可官 能化整體材料的方法，所述方法包括充當所述整體材料的載體的壁的 表面預處理步驟，其特徵在於，該方法在於包含基礎組合物的組合物
的熱、光化學或放射化學自由基聚合反應，該基礎組合物包含
- 作為基礎單體的馬來酸酐，其與具有電子給體性質的烯屬 共聚單體和/或與其它具有電子給體或電子受體性質的烯
屬單體結合，
- 致孔溶劑的混合物， 所述基礎組合物任選地還包含光引發劑或熱引發劑。
該整體材料在各種尺寸和形狀的中空體或物品中製備，該中空體 或物品包括由各種材料構成的表面所界定的空腔，其在下文以"容器 物品(objets contenants)"來表示。所述容器物品的實例是
- 玻璃或熔融二氧化珪管子或毛細管(直徑50 n m至10mm )， 適合於通過熱、光化學或放射化學聚合製備整體材料；
- 由玻璃、二氧化矽、矽、金屬、聚合物材料(熱塑性聚合 物材料，網狀聚合物材料，光刻樹脂)或這些各種類型材
料的組合所構成的各種幾何形狀的系統和裝置，包括直徑
為100nm至5cm的通道或室。
這些容器物品當在其表面之一上由對可見光-UV輻射透明的材料 來界定空腔時更特別地適合於製備整體材料。在其它情況下，整體材 料的製備可使用熱或放射化學聚合來實現。
在實施方案的一種變化形式中，製備整體材料的方法包括組合物 A的熱聚合反應，該組合物A除了該基礎組合物之外還包含熱引發劑， 所述反應在40-90°C的溫度下進行1-6小時。
在實施方案的另一種變化形式中，用於製備整體材料的方法包括 組合物B的光化學聚合反應，該組合物B除了該基礎組合物之外還包 含光引發劑。
添加到配製劑中的引發劑的類型和用量、所釆用的光譜範圍以及 光源功率的選擇對於所希望的形態和流體特性的獲得是非常重要的。 單體和溶劑與光引發劑的配製劑在氮氣中脫氣5分鐘。容器物品隨後
用該溶液充填並且在可變紫外輻射源(0. 01-100mW/cm2)下放置最佳 的時間(取決於載體和應用)。通常，這個時間在大約1分鐘至60 分鐘之間變化。隨後用惰性有機溶劑將該整體材料洗滌與大約100個 柱容積相對應的時間。用於洗滌整體材料的合適的惰性有機溶劑是例 如烷烴，或者C廣C8烷經的混合物，曱苯，四氫吹喃，醋酸乙酯。
另外，可以不使用添加到基礎組合物的光引發劑來進行聚合反應 的光引發這是馬來酸酐和具有電子給體性質的單體(如乙烯基醚) 的混合物的特殊特性；在近UV吸收的電荷轉移絡合劑的形成看來是這 種性能的原因。這些配製劑可以在UV下聚合，隨後是與如上所述相同 的操作程序，但不添加光引發劑。聚合時間在大約20分鐘至2小時 30分鐘之間變化。隨後用惰性有機溶劑將該整體材料洗滌與大約100 個柱容積相對應的時間。
在實施方案的另一變化形式中，用於製備整體材料的方法包括在 基礎組合物的電離輻射作用下尤其是在電子束下(放射化學引發)的 聚合反應。充填有前體的容器物品在沒有引發劑的情況下被照射，其
中劑量為10至1000kGy，可變的劑量率為0. 01-100kGy/s。隨後用 惰性有機溶劑將該整體材料洗滌與大約100個柱容積相對應的時間。
希望形成整體材料的部位的壁的表面預處理是實現整體材料令 人滿意的錨定(ancrage)的基本要素，並且其通過用親核化合物接枝 這些表面來進行。另外，整體材料中馬來酸酐官能團的存在保證了利 用親核試劑的表面的特別有效的接枝，如固定到玻璃或二氧化矽基底 的表面上的Y-氨丙基三甲氧基矽烷(Y-APS)的胺官能團，或者引入 到聚合物材料基底的表面上的胺官能團，尤其是在分析微系統中使用 的那些，例如，在用氨或有機氨基化合物處理之後的光刻相容的SU-8 樹脂。
對包含馬來酸酐的整體材料的聚合有影響的參數進行了研究，下 面給出其結果。
聚合時間和劑量的影響
附
圖1示出了聚合時間的增加對整體材料透滲性的影響。該圖示 出了在利用正己胺改性馬來酸酐單元之前(點A)和之後(點B),聚 合時間對由於在毛細管中在UV輻射作用下聚合的馬來酸酐整體材料 的存在所導致的壓力損失(perte de charge)的影響。類似地，含馬 來酸酐的整體材料前體混合物的聚合在電子束作用下以10-500kGy和 可變的劑量率0. 01-100kGy/s來進行；隨著與所施加的劑量相關的 所導致的壓力損失的增加而觀察到整體材料的形成。
單體百分比對聚合的影響
在具有含10-40%單體的相的可變直徑50nm-lmm的柱中進行聚合。
柱直徑下降對聚合的影響
在直徑S0ym-lmm的柱中進行聚合。形態研究並沒有顯示出降低 的直徑對我們的整體材料的形態的任何顯著影響。附圖2示出了通過 掃描電子顯微鏡所拍攝的圖象，其示出了在改性之前(圖2a，直徑lmm) 和在改性之後(圖2b，直徑75pm)，在不同直徑的毛細管中馬來酸 酐整體材料的形態(較大的內徑lmm,較小的內徑75ym,在UV輻射
下聚合)。
根據第三個方面，本發明涉及用於製備本發明整體材料的包含馬 來酸酐、共聚單體和/或其它單體和致孔溶劑的組合物。
通常，製備整體材料的方法使用包含以下物質的基礎組合物
- 作為基礎單體的馬來酸酐，其與具有電子給體性質的烯屬 共聚單體和/或其它具有電子給體或電子受體性質的烯屬
單體結合，
- 致孔溶劑的混合物， 所述基礎組合物可添加或不添加熱引發劑或光引發劑。
在本發明的某些實施方案中，製備整體材料的方法使用組合物A， 該組合物A除了基礎組合物之外還包含熱引發劑。在這種情況下，相 對於單體混合物中可聚合官能團的摩爾數計算的馬來酸酐的摩爾含量
為0. 1至0. 5，優選0. 2至0. 5，而單體致孔溶劑之比為10-90重量 %至40-60重量°/。；熱引發劑以0. 05至5重量°/。的比例存在。
在本發明的其它實施方案中，用於製備整體材料的方法使用組合 物B，該組合物B除了基礎組合物之外還包含光引發劑。在這種情況 下，相對於單體混合物中可聚合官能團的摩爾數計算的馬來酸酐的摩 爾含量為0. 1至0. 5，優選0. 2至0. 5，而單體致孔溶劑之比為10-90 重量％至40-60重量％，並且光引發劑以0. 2至5重量％的比例存在。
優選地，在這些組合物中包含的共聚單體選自苯乙烯和單或多 官能苯乙烯衍生物，單或多官能乙烯基醚(環己基乙烯基醚，1，4-環 己烷二曱醇二乙烯基醚)，N-乙烯基衍生物(N-乙烯基吡咯烷酮，N-乙烯基呼唑)，單或多官能丙烯酸和曱基丙烯酸酯(丙烯酸丁酯，甲 基丙烯酸甲酯，己二醇二丙烯酸酯，三丙二醇二丙烯酸酯)，單或多 官能丙烯醯胺和甲基丙烯醯胺，單和多官能N-烷基或N-芳基馬來醯亞 胺。
在本發明組合物中包含的致孔溶劑的混合物包含至少兩種優選 選自以下的溶劑戊烷，己烷，環己烷，石油醚，曱苯，二噁烷，四 氫呋喃，二氯甲烷，醋酸乙酯，醇。
優選地，熱引發劑選自偶氮二異丁腈，鹽酸-2，2-偶氮雙(2-脒基丙烷)，2，2-偶氮雙(異丁醯胺)二水合物，過氧化苯曱醯，二 丙基過氧二碳酸鹽。
馬來酸酐在某些溶劑中有限的溶解性和在某些溶劑中或在其它 單體存在下其酸酐官能團的反應性要求確定適合於適當地實施該方法 的組合物。通過明智的選擇反應物，並且在各種的引發條件下(熱， 光化學或放射化學(電子束))，可以獲得具有所希望的滲透性的整 體材料。在被系統評價的各種組合物中，可選擇在所希望的數值範圍 內具有孔隙率特性(即在給定流速下的壓力損失)的幾種整體材料前 體配製劑。
用以形成具有乙烯基醚的馬來酸酐凝膠的基本配製劑之一包含 與三甘醇二乙烯基醚(DVE3)或與1，4-環己烷二曱醇二乙烯基醚 (CHVE)結合的馬來酸酐(MA)，其中在溶劑混合物(醋酸乙酯環己 烷(50-50重量％))中馬來酸酐與乙烯基不飽和度的摩爾比為1: 1。
通過對這些二醚類型之一使用兩分子馬來酸酐可以確保比其它 已知可官能化整體材料更高的酸酐官能團數。共聚是交替的並且將可 官能化基團隔開。
在內徑為75 jum並且四氫吠喃(THF )流速為1 |i 1/min至4 p 1/min 的毛細管或微系統的通道中研究這些整體材料的流體性能。在附圖3 中給出的壓力測量表明在柱中以線性方式發生的壓力損失隨流速的增 加，該柱由含馬來酸酐和三甘醇二乙烯基醚的整體材料構成，其在內 徑為75jam的毛細管中通過暴露於UV輻射2分鐘(圖3a )和3分鐘 (圖3b)而聚合。在使用或不使用光引發劑的情況下，這些相在UV 輻射下可容易地聚合。
對於單體與溶劑的每個比例(重量百分比)40%-60%; 25°/。-75°/。；
20%-80%; 10%-90%，研究致孔溶劑的各種配製劑。馬來酸酐整體材料 的滲透性可通過配製劑組成的變化(在前體混合物中單體的比例以及 致孔溶劑混合物的組成方面)進行調節。附圖4顯示了在UV輻射下聚 合之後(3分鐘，毛細管內徑75jam)，在1 p 1/min的流速下，整體
材料前體混合物中單體(馬來酸酐和乙烯基二醚，具有等摩爾不飽和 官能團)以及醋酸乙酯的重量含量方面的組成對每單位長度的壓力損 失的影響。
其它被檢驗的配製劑包含馬來酸酐和己二醇二丙烯酸酯作為單
體，單體的分子之間的摩爾比為2: 1，而重量比為1:1.15。利用這些 配製劑可以獲得具有高馬來酸酐含量、合適的滲透性和均勻形態的另 一種類型的相。
研究了下面的配製劑，以用於通過添加與乙烯基醚結合的丙烯酸 丁酯類型的單丙烯酸酯或二丙烯酸酯來獲得具有比前述實例更大的滲 透性
-MA:TPGDA，單體分子之間的摩爾比為2: 1，而重量比為1: 1. 53， -MA: BMA: DVE3,單體分子之間的摩爾比為1:1:1，而重量比為 1: 1. 45: 1. 7，
-MA:BMA:CHVE，單體分子之間的摩爾比為1:1:1，而重量比為 1: 1. 45: 1. 7，
-MA:DVE3:HDDA，單體分子之間的摩爾比為4:1:1，而重量比為 2: 1: 1. 13，
-MA:DVE3:TPGDA，單體分子之間的摩爾比為4: 1: 1 ，而重量比為 2: 1: 1. 5,
-MA:CHVE:HDDA，單體分子之間的摩爾比為4:1:1，而重量比為 2. 3: 1: 1. 3，
-MA:BMA:HDDA，單體分子之間的摩爾比為4:1:1，而重量比為 1: 1. 45: 2. 3，
- MA:BMA:TPGDA，單體分子之間的摩爾比為1: 1: 1 ，而重量比為 1: 1. 45: 3，
-MA:BMA:DVE3:HDDA，單體分子之間的摩爾比為2:2:1:1，而重 量比為1: 1. 45: 1: 1. 15，
-MA: BMA: DVE3: TPGDA,單體分子之間的摩爾比為2: 2: 1: 1,而重 量比為1: 1. 45: 1: 1. 5，
- MA:BMA:CHVE:HDDA，單體分子之間的摩爾比為2:2:1:1，而重 量比為1. 17: 1. 7: 1: 1. 3，
-MA:BMA:CHVE:TPGDA，單體分子之間的摩爾比為2: 2: 1: 1 ，而重 量比為1. 17: 1. 7: 1: 1. 8。
使用的縮寫是MA為馬來酸酐，BMA為甲基丙烯酸丁酯，CHVE 為1，4-環己烷二甲醇二乙烯基醚，DVE3為三甘醇二乙烯基醚，HDDA 為1， 6-己二醇二丙烯酸酯，TPGDA為三丙二醇二丙烯酸酯。
通過將前體混合物的組成與聚合條件進行明智的組合可以獲得 具有明確限定的滲透性的整體材料。因而，在這些條件下針對色譜法 而製備的柱(THF以1 in 1/min的速率經過該柱)對於20cm的長度和 75 jum的內徑來說導致3bar至150bar的壓力損失。
根據第四個方面，本發明涉及整體材料，在該整體材料中，馬來 酸酐官能團通過與親核化合物反應進行官能化。
通過灌注的方式或者以水溶液、有機溶液、水-有才幾溶液，或者 乳液或細小乳液(mini紐ulsion)或孩i乳液的形式添加親核試劑來進 行官能化。這些化合物的化學性質可以非常多樣化帶有至少一個親 核官能團的簡單有機化合物(如脂族或芳族胺，醇，酚，膦，以及具 有活化氫的化合物)、具有更為複雜的烴骨架和/或帶有多個中性或離 子化學官能團的化合物、低聚物和合成聚合物、蛋白質、酶、抗體、 核酸等。
由這種官能化產生的性能因而是極其多樣化的可調節的親水/ 疏水平衡，存在正或負電荷，任選光學活性的官能有機基團，特定的基 底，識別部位，人工或酶催化部位等。
包含馬來酸酐官能團的整體材料還具有擁有羧酸類型的離子官 能團的優點，這是通過與官能親核試劑偶合或者通過馬來酸酐官能團 的整體或殘基的水解而產生的。這些離子化的官能團可被證明是高度 有用於進行毛細管電色譜法或者產生電滲流以用於在微系統中傳送溶 劑或溶液。
檢驗包含馬來酸酐官能團的不同整體材料的化學改性的條件濃
度、溶劑類型(含水或非含水溶劑)、pH值的影響。特別地，可以在 某些pH值條件下非常有效地在水溶液中實現親核試劑的偶合。
本領域技術人員可以考慮同時偶合不同的親核試劑例如，活性 生物化合物和帶有胺官能團的聚乙二醇(peg-NHj ，以調節官能化的 多孔材料的親水性質。隨後的水解能夠使可能還未反應的任何馬來酸 酐官能團去活化。
利用具有4-18個碳原子的脂族胺官能化
在溫和的條件下，通過灌注可變濃度(0.5重量％-50重量％)的 胺在THF、甲苯或乙腈(取決於胺的類型)中的溶液經過柱1小時至4 小時的時間，從而動態地進行官能化。 一旦完成改性，該柱用THF洗 滌，然後通過灌注pH為8的三(羥甲基)氨基乙烷(TRIS)的緩衝溶 液將剩餘的馬來酸酐官能團中和大約1小時。
利用酶(胰蛋白酶)的官能化
根據所選的溫度，最通常為4°C-25°C，利用胰蛋白酶的改性動態 地進行1小時至4小時的時間。為了固定胰蛋白酶而選擇的濃度範圍 根據反應器的容積被確定為在磷酸鹽緩衝液中0. 02mg/ml至lmg/ml 的胰蛋白酶。然後用磷酸鹽緩衝溶液(PBS)洗滌反應器，然後用TRIS 緩衝液洗滌，以調理該柱。
利用肽(抗生蛋白鏈菌素)的官能化
固定操作程序類似於在胰蛋白酶固定的實施例中所述的操作程 序；抗生蛋白鏈菌素的濃度是0. 01mg/ml，其中固定時間為1-8小時， 溫度為環境溫度。
利用合成聚合物(具有末端伯胺官能團)的官能化
通過用聚合物在THF中的溶液灌注整體材料來進行改性，該聚合 物具有伯胺末端(聚(N-異丙基丙烯醯胺)或聚乙二醇)和叔胺如三 亞乙基二胺，時間為1小時到4小時，取決於要接枝的官能聚合物的 濃度，取決於其聚合程度並取決於叔胺的濃度。
本發明的官能化的馬來酸酐整體材料通過下面例舉的幾種方法 來表徵。
通過紅外光語法的表徵
利用脂族胺和聚合物官能化的整體材料在洗滌和乾燥之後通過
紅外光譜法(IR)來表徵。在利用KBr改性之前和之後，在製備整體 材料粉末的球粒之後以透射模式進行分析。在改性整體材料的光譜中， 在1654cnT'和1556cm—4見察到醯胺帶的起始點，並且酸酐官能團的特 徵帶在1855cnfi和1780cnf"肖失。附圖5示出了一個實例，其示出了 在利用正十二烷基胺進行改性之前和之後由馬來酸酐整體材料製備的 粉末的IR光鐠的變化。 通過螢光法的表徵
利用特定相互作用的受體改性的整體材料通過在580nm激發的抗 生蛋白鏈菌素-Cy3所攜帶的標示物在532nm的螢光來表徵。利用抗生 蛋白鏈菌素改性的樣品觀察到清晰的螢光，而參考整體材料則沒有熒 光。
通過氮元素分析的表徵
利用各種分子(如胰蛋白酶)改性的整體材料通過氮元素分析進 行表徵。
壓力損失的測量
由化學官能化導致的結構改變伴隨有對整體材料滲透性的有限 改變。多孔結構的堵塞被避免。在不同溶劑流速下的壓力測量顯示出 壓力損失的有限增加。圖1所示結果示出了在利用正己胺處理之後獲 得的改進的變化。
在胰蛋白酶反應器上BAEE的水解
利用胰蛋白酶官能化的整體材料相的酶活性通過研究N-苯甲醯 精氨酸乙基酯(BAEE)的水解動力學來測量。由以下的不同操作程序 製備的胰蛋白酶反應器通過注射器驅動器提供底物溶液，並且被連接 在放置於紫外光鐠儀中的循環池的下遊。通過在253nm測量吸光率來 連續監測水解的效力。
本發明馬來酸酐整體材料的流體性能使用下面所述的不同方法 表徵。
在低壓下的流體表徵
通過熱、光化學或放射化學聚合由一些馬來酸酐配製劑製備的具
有高滲透性的整體材料在低壓下進行流速測量(THF、曱苯，在小於 0. 05bar的恆定壓力下)。附圖6示出了曱苯經過相的流動性能，該 相由在UV輻射下在lmm柱中聚合1小時並且未改性的MA/BMA/CHVE 單體構成(低壓力損失，在長度20cm和75jLim內徑的柱上3bar )。 在高壓下的流體表徵
通過在內徑為75 Mm-lmm的毛細管中熱、光化學或放射化學聚合 由一些馬來酸酐配製劑製備的具有較低滲透性的馬來酸酐整體材料進 行壓力損失測量。溶劑的流速由HPLC泵(水)保證為lyl/min至幾 十ju 1/min的速率，或者通過高壓注射器驅動器(Harvard Instrumentation)保證。對於在長度20cm和75 "內徑的毛細管中 以1 p 1/min的速率流動的THF測得可達到150bar的壓力。
微系統的流體表徵
在用派熱克斯玻璃封蓋的SU-8光刻樹脂的通道內製備的包含馬 來酸酐整體材料的孩i系統的流體表徵在1 ju l/min-10ju 1/min的THF 流速下進行。附圖1中所示出的標記為C和D的曲線示出了在利用正 己胺官能化之前(C點)和之後(D點)聚合時間對微系統的流體性能 的影響，該微系統具有寬100jum且高150jam的通道，在4cm的長度 上含有馬來酸酐整體材料。
整體材料的形態學表徵
根據本發明製備的馬來酸酐整體材料通過掃描電子顯微鏡來表 徵。附圖7示出了具有高馬來酸酐含量的四種整體材料相圖7a: MA/CHVE/BMA單體的混合物，其28%的可聚合官能團源自馬來酸酐，致 孔劑包含醋酸乙酯；圖7b: MA/CHVE/BMA單體的混合物，其28°/。的可 聚合官能團源自馬來酸酐，致孔劑包含曱苯；圖7c: MA/CHVE單體的 混合物，其50°/。的可聚合官能團源自馬來酸酐，致孔劑包含醋酸乙酯； 圖7d: MA/DVE3單體的混合物，其50%的可聚合官能團源自馬來酸酐， 致孔劑包含醋酸乙酯。使用SCION圖象分析軟體進行大孔性
寸分析。
根據第五個方面，本發明涉及官能化的整體材料用於分析微系統
的各種用途。優選地，本發明的官能化的整體材料被用作
-通過色鐠法分離分子用的相，該色譜法選自親合，疏水相互
作用，離子，電色譜，毛細管電泳；
-承載酶或化學反應的反應物或催化劑的反應器， -化合物的吸收、分析和檢測用的載體。
具體實施例方式
通過閱讀下述非限定性的實施例可以更好地理解本發明。 實施例1:通過用正己胺官能化獲得的分離反應器 進行納米液相色i普類型(nano-LC)的分析來評價柱的色i普性能， 所述柱由在毛細管中製備並通過與烷基胺反應官能化的馬來酸酐整體 材料獲得。通過將0. 1 ja 1至1 ju 1的濃度為80 fmo1/ n 1至800 fmo1/ 4 1的消化物Uigestats)溶液注入到內徑為75lam且長為5至20cm 的柱中來進行細胞色素C和P-牛乳糖的消化物中所含的肽的分離試 驗，通過水-乙腈線性梯度進行洗脫。
利用含20重量y。單體和由曱苯和環己烷構成的致孔劑的溶液充填
玻璃毛細管，該玻璃毛細管長為20cm，塗覆有聚醯亞胺，內徑為75 jum，其內表面利用矽烷如Y-氨丙基三甲氧基矽烷(Y-APS)改性。 這個柱然後在電子束作用下聚合，劑量為100kGy，劑量率為0.68 kGy/s，通量(passages )為25kGy。在聚合之後，用THF以1 |u 1/min 將該柱洗滌1小時，然後通過在THF中的C6胺(10重量％)改性2小 時，通過灌注THF 1小時和TRIS緩沖液1小時進行洗滌。在分離之前， 通過灌注水乙腈混合物(50-50重量％ )穩定該柱。對於長度為20cm 的柱來說，進行的壓力分析不超過49bar。
在含有正己胺官能化的整體材料的長5cm的柱中顯示出分離主要 肽的可行性。附圖8示出了在長8cm且內徑75jam的柱上分離細胞色 素C消化物(8Gfmol/|il)的過程中，由與液相納米色譜聯用的質i普 儀所獲得的示蹤曲線。細胞色素C的最疏水的肽被分離，並且顯示出
大於15分鐘的駐留時間。
實施例2:胰蛋白酶消化反應器
在長8cm且內徑75 n m的柱上進行胰蛋白酶消化。整體材料在UV 輻射下聚合10分鐘，然後洗滌l小時，並且在4。C下用0. Olmg/ml在 PBS磷酸鹽緩衝液中的胰蛋白酶對其進行改性1小時。該柱然後用PBS 緩沖液然後用TRIS緩衝液洗滌。在含有用胰蛋白酶官能化的馬來酸酐 整體材料的長8cm且內徑75Mm的毛細管上以3. 5 ju 1/min的流速連續 進行20pmo1細胞色素C的消化。附圖9給出了由50pl的消化物溶液 獲得的MALDI TOF質譜。通過數據檢驗可以確認具有65%序列重疊的
蛋白質。
實施例3:消化反應器
在長10cm且內徑lmm的柱上進行N-苯曱醯精氨酸乙基酯(BAEE) 的水解。整體材料進行UV聚合1小時，然後使用THF洗滌，並且通過 在4°C下灌注4小時，用0. Olmg/ml在PBS緩衝液中的胰蛋白酶進行 改性。該柱然後用PBS緩衝液然後用TRIS緩衝液洗滌。利用在253nm 的UV光譜檢測通過動態灌注進行BAEE (0.25mM)的水解。如附圖10 中的圖所示，當恰當選擇在柱中的停留時間時，BAEE的水解得到接近 91°/。的收率(長10cm且內徑lmm的毛細管，含有通過胰蛋白酶官能化 的馬來酸酐整體材料)。
實施例4:親合反應器
抗生蛋白鏈菌素被固定在通過UV輻射聚合製備的馬來酸酐整體 材料上。利用生物素標記的螢光團進行特定的相互作用。通過生物素 化的標示物Cy5的螢光成象來顯示偶合效力。
實施例5:熱閥
在包含通道的流體微系統中製備多孔相，該通道經過相同截面且 充填有通過具有末端胺官能團的聚(NIPAM)官能化的整體材料的100 ym長度的室。室的溫度可以使用插入到微系統結構中的加熱電阻進 行改變。在可變溫度下在通道中通過水流試驗顯示了通過受控升溫所 模擬的響應和官能化效力；根據所進行的改性的條件，當施加lbar的壓力時，測量的流速在20。C是6n 1/min，並且在40°C下升高到20 至40 m 1/min的數值。
權利要求
1.具有可官能化基團的聚合物整體材料，其特徵在於這些基團是馬來酸酐單元。
2. 權利要求1的整體材料，其特徵在於，它包含通過作為基礎 單體的馬來酸酐與具有電子給體性質的烯屬共聚單體之間的自由基反 應所形成的交替共聚物。
3. 權利要求1和2之一的整體材料，其中馬來酸酐官能團以每 十個可聚合官能團之一直至每兩個可聚合官能團之一而存在。
4. 權利要求1-3中任一項的整體材料的製備方法，其特徵在於， 該方法在於包含基礎組合物的組合物的自由基聚合反應，該基礎組合 物包含- 作為基礎單體的馬來酸酐，其與具有電子給體性質的烯屬 共聚單體和/或與其它具有電子給體或受體性質的烯屬單體結合；- 致孔溶劑的混合物， 所述基礎組合物任選地添加有熱引發劑或光引發劑。
5. 權利要求4的方法，其特徵在於，該方法包括組合物A的熱 聚合反應，該組合物A包含添加有熱引發劑的基礎組合物，所述反應 在40-90°C的溫度下進行1-6小時。
6. 權利要求4的方法，其特徵在於，該方法包括預先脫氣的基 礎組合物的光化學聚合反應，所述反應包括以下步驟i. 利用均化和脫氣的基礎組合物充填容器物品；ii. 將充填的管子在強度為0. 01-100mW/cm2的UV燈下放置大約 20分鐘至2小時30分鐘的時間，直到獲得整體材料。
7. 權利要求4的方法，其特徵在於，該方法包括組合物B的光 化學聚合反應，該組合物B包含添加有光引發劑的基礎組合物，所述 反應包括以下步驟i.利用脫氣和均化的組合物B充填容器物品； ii.將容器物品在強度為0. 01-100mW/cm2的UV燈下放置大約1 分鐘至60分鐘的時間，直到獲得整體材料。
8. 權利要求4的方法，其特徵在於，該方法包括基礎組合物的 放射化學聚合反應，所述反應包括以下步驟i. 利用均化和脫氣的基礎組合物充填容器物品；ii. 利用10-1000kGy的劑量，以約0. 01至100kGy/s的劑量率 照射充填的容器物品，直到獲得整體材料。
9. 權利要求5-8中任一項的方法，其特徵在於，該方法包括另 外的步驟iii，該步驟iii用於利用惰性有機溶劑將在步驟ii獲得的 整體材料洗滌與大約IOO個柱容積相對應的時間。
10. 權利要求5-8中任一項的方法，其特徵在於，所述方法包括 通過利用親核化合物接枝來進行充當所述整體材料的載體的壁的表面 預處理步驟。
11. 權利要求6-8中任一項的方法，其特徵在於，容器物品包括 由玻璃、二氧化矽、矽、聚合物材料(熱塑性聚合物材料，網狀聚合 物材料，光刻樹脂)或由這些各種類型材料的組合構成的各種幾何形 狀的系統和裝置，其包括直徑為100nm至5cm的通道或室。
12. 在權利要求4-11中任一項的整體材料的製備方法中使用的 基礎組合物，其特徵在於該基礎組合物包含- 作為基礎單體的馬來酸酐，其與具有電子給體性質的烯屬 共聚單體和/或與其它具有電子給體或受體性質的烯屬單體結合；- 致孔溶劑的混合物， 並且- 相對於單體混合物中可聚合官能團的摩爾數計算的馬來 酸酐的摩爾含量為0. 1至0. 5，優選0. 2至0. 5;- 單體致孔溶劑之比為10-90重量％至25-75重量％。
13. 在權利要求5的方法中使用的組合物A，其特徵在於該組合 物A包含添加有熱引發劑的權利要求12的基礎組合物，並且該熱引發 劑以0. 05-5重量％的濃度存在。
14. 在權利要求7的整體材料的製備方法中使用的組合物B，其 特徵在於，該組合物B包含添加有光引發劑的權利要求12的基礎組合 物，並且該光引發劑以0. 2至0. 5重量％的濃度存在。
15. 權利要求12-14中任一項的組合物，其特徵在於，共聚單體 選自苯乙烯和單或多官能苯乙烯衍生物，單或多官能乙烯基醚，N-乙烯基衍生物，單或多官能丙烯酸和甲基丙烯酸酯，單或多官能丙烯 醯胺和甲基丙烯醯胺，單和多官能N-烷基或N-芳基馬來醯亞胺。
16. 權利要求12-15中任一項的組合物，其特徵在於，致孔溶劑 的混合物包含至少兩種選自以下的溶劑戊烷，己烷，環己烷，石油 醚，甲苯，二喁烷，四氫呋喃，二氯曱烷，醋酸乙酯，醇。
17. 權利要求12-16中任一項的組合物，其特徵在於，該組合物 包含馬來酸酐和三甘醇二乙烯基醚，其中在50-50重量％醋酸乙酯環 己烷溶劑混合物中馬來酸酐與乙烯基不飽和度的摩爾比為1: 1。
18. 權利要求12-15中任一項的組合物，其特徵在於，該組合物 包含馬來酸酐和1,4-環己烷二甲醇二乙烯基醚，其中在50-50重量％ 醋酸乙酯環己烷溶劑混合物中馬來酸酐與乙烯基不飽和度的摩爾比 為1: 1。
19. 權利要求1-3中任一項的整體材料，其特徵在於，馬來酸酐 官能團通過與親核化合物反應進行官能化。
20. 權利要求19的整體材料，其特徵在於，親核化合物通過灌 注的方式或者以水溶液、有才幾溶液、水-有機溶液，乳液或細小乳液或 微乳液的形式添加。
21. 權利要求19和20之一的整體材料，其特徵在於親核化合物 選自帶有至少一個親核官能團的簡單有機化合物(如脂族或芳族胺， 醇，酚，膦，以及具有活化氫的化合物)、具有更為複雜的烴骨架和/ 或帶有多個中性或離子化學官能團的化合物、低聚物和合成聚合物、 蛋白質、酶、抗體、核酸。
22. 權利要求19-21中任一項的整體材料的用途，用作通過色譜 法分離分子用的相，該色i普法選自親合，疏水相互作用，離子，電 色i脊，毛細管電泳。
23. 權利要求19-21中任一項的整體材料的用途，作為承栽酶或 化學反應的反應物或催化劑的反應器。
24. 權利要求19-21中任一項的整體材料的用途，作為化合物的 吸收、分析和檢測用的載體。
全文摘要
本發明涉及聚合物整體材料，該材料包含通過作為基礎單體的馬來酸酐與具有電子給體性質的烯屬共聚單體之間的自由基反應所形成的交替共聚物。本發明還涉及所述整體材料的製備方法，該方法在於包含基礎組合物的組合物的自由基聚合反應，該基礎組合物包含作為基礎單體的馬來酸酐，其與具有電子給體性質的烯屬共聚單體和/或與其它具有電子給體或受體性質的烯屬單體結合；致孔溶劑的混合物，所述基礎組合物任選地添加有熱引發劑或光引發劑。
文檔編號B01J20/26GK101171075SQ200680014829
公開日2008年4月30日 申請日期2006年3月31日 優先權日2005年4月8日
發明者K·許達, X·科克雷 申請人:裡爾科學技術大學