[go: up one dir, main page]

RU2401693C1 - Method of obtaining monolithic macroporous polymer material - Google Patents

Method of obtaining monolithic macroporous polymer material Download PDF

Info

Publication number
RU2401693C1
RU2401693C1 RU2009120757/05A RU2009120757A RU2401693C1 RU 2401693 C1 RU2401693 C1 RU 2401693C1 RU 2009120757/05 A RU2009120757/05 A RU 2009120757/05A RU 2009120757 A RU2009120757 A RU 2009120757A RU 2401693 C1 RU2401693 C1 RU 2401693C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mixture
pore
materials
dioxane
reaction
Prior art date
Application number
RU2009120757/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Татьяна Борисовна Тенникова (RU)
Татьяна Борисовна Тенникова
Евгения Георгиевна Влах (RU)
Евгения Георгиевна Влах
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт высокомолекулярных соединений РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт высокомолекулярных соединений РАН filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт высокомолекулярных соединений РАН
Priority to RU2009120757/05A priority Critical patent/RU2401693C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2401693C1 publication Critical patent/RU2401693C1/en

Links

Landscapes

  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry. ^ SUBSTANCE: invention relates to chemistry of high molecular weight compounds and can be used in bioanalysis, bioseparation and bioconversion. The method involves preparation of a reaction mould, radical copolymerisation of a mixture of monomers in said mould, where said mixture contains glycidyl methacrylate and ethylene glycol dimethacrylate, in the presence of blowing agents and a photoinitiator. N-hydroxyphthalimide acrylic ester is added to the copolymerisation mixture in molar ratio N-hydroxyphthalimide acrylic ester: glycidyl methacrylate: ethylene glycol dimethacrylate equal to 13.4:53.3:33.3 respectively. The copolymerisation process is initiated with UV radiation with wavelength of 320 nm using 2-hydroxy-2,2-dimethylacetophenone or benzoin methyl ether, taken in amount of 0.8-1.0 wt %. A mixture containing 1,4-dioxane, dodecanol and polyethylene glycol is uses as the blowing agent. ^ EFFECT: invention enables to obtain an adjoining sorbent with high immobilisation capacity. ^ 3 cl, 3 tbl, 3 ex

Description

Данное изобретение относится к области химии высокомолекулярных соединений. В качестве хроматографического материала (биоаффинная хроматография) или материала аналитической платформы (биологический микрочип) изобретение может найти применение в аналитической химии, молекулярной биологии, биотехнологии, фармакологии и медицине для анализа, выделения и очистки белков.This invention relates to the field of chemistry of macromolecular compounds. As a chromatographic material (bioaffinity chromatography) or an analytical platform material (biological microchip), the invention may find application in analytical chemistry, molecular biology, biotechnology, pharmacology and medicine for the analysis, isolation and purification of proteins.

В настоящее время для применения в биоаффинной хроматографии из макропористых материалов монолитного типа, изготовленных в форме колонки, известен материал на основе сополимера глицидилметакрилата и этиленгликольдиметакрилата. Одним из способов получения данного сорбента является высокодисперсная эмульсионная полимеризация [Р.Krainc, N.Leber, D.Stefanec, S.Kontrec, A.Podgornik. // J. Chromatogr. A 2005. V.1065. P.69-73]. Высокодисперсная эмульсионная полимеризация (ВДЭП) является вариантом эмульсионной полимеризации, где водная фаза представляет более 74% от общего объема эмульсии. Материалы, полученные с использованием этого метода, имеют поровую структуру, которая формируется вследствие захвата водной фазы в ходе полимеризации и образования непрерывного полимерного скелета. После удаления жидкой фазы поровая структура конечного полимерного продукта сохраняется. Поскольку эмульсия представляет собой термодинамически нестабильную систему, то для ее стабилизации необходимым условием является использование поверхностно-активных веществ (ПАВ), или сурфактантов.Currently, a material based on a copolymer of glycidyl methacrylate and ethylene glycol dimethacrylate is known for use in bioaffinity chromatography from macroporous monolithic materials made in the form of a column. One of the methods for producing this sorbent is highly dispersed emulsion polymerization [P. Krainc, N. Leber, D. Stefanec, S. Kontrec, A. Podgornik. // J. Chromatogr. A 2005. V.1065. P.69-73]. Highly dispersed emulsion polymerization (VDEP) is a variant of emulsion polymerization, where the aqueous phase represents more than 74% of the total volume of the emulsion. The materials obtained using this method have a pore structure, which is formed due to the capture of the aqueous phase during polymerization and the formation of a continuous polymer skeleton. After removal of the liquid phase, the pore structure of the final polymer product is maintained. Since the emulsion is a thermodynamically unstable system, for its stabilization, the necessary condition is the use of surface-active substances (surfactants), or surfactants.

Данный способ с использованием подхода термоинициирования позволил получить материалы с пористостью 57-90%. При этом образцы с наименьшей пористостью характеризовались широким распределением пор по размерам. К существенным недостаткам данного способа относится длительность синтеза; время полимеризации при температуре 55°С составляет 48 часов. Также среди недостатков можно отметить плохие гидродинамические свойства получаемых материалов, связанные с особенностями поровой структуры, а именно с отсутствием равномерных проточных (транспортных) каналов. Поверхность данных материалов состоит из обособленных больших пор, связанных друг с другом множеством маленьким пор (мезопор). Кроме того, несмотря на высокие значения пористости получаемых материалов, средний размер пор лежит в интервале 100-500 нм.This method using the thermal initiation approach made it possible to obtain materials with a porosity of 57-90%. In this case, the samples with the lowest porosity were characterized by a wide pore size distribution. Significant disadvantages of this method include the duration of the synthesis; the polymerization time at a temperature of 55 ° C is 48 hours. Also among the shortcomings can be noted the poor hydrodynamic properties of the materials obtained, associated with the features of the pore structure, namely the lack of uniform flow (transport) channels. The surface of these materials consists of isolated large pores connected to each other by many small pores (mesopores). In addition, despite the high porosity of the resulting materials, the average pore size lies in the range of 100-500 nm.

В случае известных трехмерных материалов, используемых для получения непроточных биоаффинных материалов (платформы для создания биологических микрочипов), известным является способ получения материалов на основе полиакриламидных гелей, описанный в работах академика А.Д.Мирзабекова [А.Ю.Рубина, С.В.Паньков, С.М.Иванов, Е.И.Дементьева, А.Д.Мирзабеков. // ДАН. 2001. Т.381. №5, С.701-704]. Известная композиция для полимеризации включает мономер, а именно акриламид, метакриламид, 2-гидроксиэтилметакрилат и др., и сшивающий агент, например N,N'-метиленбисакриламид, которые полимеризуют на поверхности поддерживающей пластины с использованием метода фотоинициирования. Разработанный авторами способ позволяет получить материалы, представляющие собой сшитые сетчатые набухающие гидрогели. При эксплуатации биочипов на основе данных материалов лимитирующим время и эффективность анализа фактором является диффузия исследуемых веществ в гелевую структуру (сетку), степень упорядоченности которой и удельную рабочую поверхность контролировать практически невозможно. Более того, необходимость активации материала для введения аффинных биолигандов также относится к очевидным недостаткам данных носителей.In the case of the known three-dimensional materials used to obtain non-flowing bioaffinity materials (platforms for creating biological microarrays), a known method is the production of materials based on polyacrylamide gels, described in the works of academician A.D. Mirzabekov [A.Yu. Rubin, S.V. Pankov, S.M. Ivanov, E.I. Dementieva, A.D. Mirzabekov. // DAN. 2001.V. 381. No. 5, S.701-704]. A known polymerization composition includes a monomer, namely acrylamide, methacrylamide, 2-hydroxyethyl methacrylate and others, and a crosslinking agent, for example N, N'-methylenebisacrylamide, which polymerize on the surface of the support plate using the photoinitiation method. The method developed by the authors allows to obtain materials that are cross-linked mesh swellable hydrogels. In the operation of biochips based on these materials, the limiting time and efficiency of the analysis is the diffusion of the test substances into the gel structure (grid), the degree of ordering of which and the specific work surface are practically impossible to control. Moreover, the need to activate the material for the introduction of affinity bioligands also refers to the obvious disadvantages of these carriers.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения макропористых материалов монолитного типа на основе сополимера глицидилметакрилата (ГМА) и этиленгликольдиметакрилата (ЭДМА) [Т.Б.Тенникова, В.Д.Красиков, О.А.Шпигун. Пат. РФ 2298797]. Способ получения данных материалов основан на радикальной термо- и фотоиницируемой сополимеризации мономеров на поверхности стеклянных, алюминиевых или полимерных пластин в присутствии инициаторов азо-бис-изобутиронитрила, бензофенона и 2-гидрокси-2-метилпропиофенона и порообразующих растворителей додеканола или циклогексанола, или их композиции. Существенным недостатком полимеризации с использованием азо-бис-изобутиронитрила является необходимость проведения полимеризации при температурах 50-70°С в течение нескольких часов, а также ограничение по использованию в качестве порообразующих веществ только высококипящих растворителей. Способ получения, основанный на использовании в качестве инициатора бензофенона, также требует существенных временных затрат (более часа) и обеспечивает выход сополимера не более 86%. Кроме того, материалы, полученные с помощью данного способа, часто характеризуются широким распределением пор по размерам, т.е. неоднородной поровой структурой.Closest to the claimed invention is a method for producing macroporous materials of a monolithic type based on a copolymer of glycidyl methacrylate (GMA) and ethylene glycol dimethacrylate (EDMA) [TB Tennikova, VD Krasikov, OA Shpigun. Pat. RF 2298797]. The method of obtaining these materials is based on the radical thermo- and photoinitial copolymerization of monomers on the surface of glass, aluminum or polymer plates in the presence of initiators of azo-bis-isobutyronitrile, benzophenone and 2-hydroxy-2-methylpropiophenone and pore-forming solvents of dodecanol or cyclohexanol, or their composition. A significant drawback of polymerization using azo-bis-isobutyronitrile is the need for polymerization at temperatures of 50-70 ° C for several hours, as well as the restriction on the use of only high-boiling solvents as pore-forming substances. The production method, based on the use of benzophenone as an initiator, also requires significant time-consuming (more than an hour) and provides a copolymer yield of not more than 86%. In addition, the materials obtained using this method are often characterized by a wide pore size distribution, i.e. heterogeneous pore structure.

Важно отметить, что сорбенты на основе сополимера ГМА-ЭДМА известны не только как материалы, используемые для создания трехмерных биочипов (планарные биоаффинные сорбенты), но и как хроматографические сорбенты [Т.Tennikova, M.Bleha, В.Belenkii, F.Svec. US Pat. 4.889.632, 4.923.610 и 4.952.349], которые получают также методом термоинициируемой полимеризации в стеклянных, стальных или полимерных колонках требуемого размера.It is important to note that sorbents based on the GMA-EDMA copolymer are known not only as materials used to create three-dimensional biochips (planar bioaffinity sorbents), but also as chromatographic sorbents [T. Tennikova, M.Bleha, B. Belenkii, F. Svec. US Pat. 4.889.632, 4.923.610 and 4.952.349], which are also obtained by thermally initiated polymerization in glass, steel or polymer columns of the required size.

Сополимер ГМА-ЭДМА, а следовательно, и макропористые полимерные материалы, изготовленные из этого сополимера, содержат реакционноспособные эпоксидные группы, позволяющие проводить одностадийную модификацию поверхности аминосодержащими биолигандами (белками). К существенным недостаткам материала на основе сополимера ГМА-ЭДМА относится длительность реакции биофункционализации, а также низкая иммобилизационная емкость получаемых аффинных сорбентов. Для достижения максимума количества вводимого в поверхность сорбента белка требуется время, равное 16-18 часам при температуре 37°С.The GMA-EDMA copolymer, and hence the macroporous polymeric materials made from this copolymer, contain reactive epoxy groups that allow for one-step surface modification with amino-containing bioligands (proteins). Significant disadvantages of the material based on the GMA-EDMA copolymer include the duration of the biofunctionalization reaction, as well as the low immobilization capacity of the resulting affinity sorbents. To achieve the maximum amount of protein introduced into the surface of the sorbent, a time of 16-18 hours at a temperature of 37 ° C is required.

Технической задачей и положительным результатом предлагаемого изобретения является способ получения макропористого материала монолитного типа на основе тройного сополимера N-гидроксифталимидного эфира акриловой кислоты (ГФИАК) с глицидилметакрилатом и этиленгликольдиметакрилатом, имеющего форму колонки или планарной платформы для создания аффинных сорбентов, который получают при комнатной температуре за относительно короткий промежуток времени (не более часа) в условиях, позволяющих получать гомогенную внутрипоровую структуру, узкое распределение пор по размерам, а также обеспечивающий формирование материалов с вариацией поровых характеристик. Кроме того, содержащиеся в структуре сополимера высокореакционные активированные сложноэфирные группы обеспечивают одностадийное прикрепление биоаффинного лиганда (белка) в течение короткого времени (2 часа) при температуре 20-22°С, не требуют проведения дополнительных стадий активации или постмодификации сорбента, а также позволяют получать аффинные сорбенты с более высокой иммобилизационной емкостью по сравнению с известными материалами на основе сополимера ГМА-ЭДМА.An object of the invention and a positive result of the present invention is a method for producing a macroporous material of a monolithic type based on a triple copolymer of N-hydroxyphthalimide ester of acrylic acid (GFIAC) with glycidyl methacrylate and ethylene glycol dimethacrylate, which has the form of a column or a planar platform for creating affinity sorbents, which is obtained at room temperature for a short period of time (not more than an hour) under conditions that allow to obtain a homogeneous intra-pore structure viscous pore size distribution, and providing formation of materials with a variation of pore characteristics. In addition, the highly reactive activated ester groups contained in the copolymer structure provide a one-step attachment of the bio-affinity ligand (protein) for a short time (2 hours) at a temperature of 20-22 ° C, do not require additional stages of activation or post-modification of the sorbent, and also allow to obtain affinity sorbents with a higher immobilization capacity compared to known materials based on the GMA-EDMA copolymer.

Заявляемый способ получения макропористого материала для создания аффинных сорбентов обладает совокупностью существенных признаков, которые включают подготовку реакционной формы, формирование рабочего слоя путем сополимеризации мономеров N-гидроксифталимидного эфира акриловой кислоты, глицидилметакрилата и этиленгликольдиметакрилата в присутствии порообразующих веществ, иммобилизацию на образующемся сополимере биологических макромолекул (лигандов), отмывку и сушку полученного аффинного сорбента. При этом подготовку реакционной формы проводят следующим образом: в случае стеклянных пластин первоначально лазерным фрезерованием изготавливают операционные ячейки размером 0.2 мм × 25 мм × 50 мм, поверхность которых затем обрабатывают сначала 0.1 М NaOH в течение 40 минут, затем промывают водой, высушивают при 100°С и выдерживают в 15% растворе 3-(триметоксисилил)пропилметакрилата в толуоле в течение 17-20 часов при 20°С; в случае использования кварцевых колонок высотой 30 мм с внутренним диаметром 3 мм стадия фрезерования отсутствует, а химическая модификация аналогична способу, описанному для стеклянных пластин.The inventive method for producing macroporous material for creating affinity sorbents has a set of essential features, which include the preparation of the reaction form, the formation of a working layer by copolymerization of monomers of N-hydroxyphthalimide ester of acrylic acid, glycidyl methacrylate and ethylene glycol dimethacrylate in the presence of pore-forming substances, immobilization on the resulting macromolecular polymer washing and drying the resulting affinity sorbent. In this case, the preparation of the reaction form is carried out as follows: in the case of glass plates, operation cells of 0.2 mm × 25 mm × 50 mm in size are initially produced by laser milling, the surface of which is then first treated with 0.1 M NaOH for 40 minutes, then washed with water, dried at 100 ° C and incubated in a 15% solution of 3- (trimethoxysilyl) propyl methacrylate in toluene for 17-20 hours at 20 ° C; in the case of using quartz columns with a height of 30 mm with an inner diameter of 3 mm, the milling stage is absent, and the chemical modification is similar to the method described for glass plates.

Синтез макропористого полимерного материала монолитного типа осуществляют методом радикальной сополимеризации в форме соответствующего дизайна (колонка или планарная ячейка) с использованием фотоинициирования, а именно УФ-облучением с длинной волны 320 нм. Полимеризацию проводят в инертной атмосфере при комнатной температуре. Содержание смеси мономеров было постоянно во всех экспериментах (мол.%): ГФИАК - 13.4, ГМА - 53.3, ЭДМА - 33.3. Соотношение мономеры : порообразующие вещества в смеси составляет 40:60 или 25:75 об.%. В качестве порообразующих веществ используют композиции различного состава, состоящие из 1,4-диоксана, додеканола, полиэтиленгликоля с молекулярными массами 400 и 600 (ПЭГ-400 и ПЭГ-600). Во всех композициях порогенов доля 1,4-диоксана была постоянна и равна 42 мас.%. Долю остальных порогенов варьируют, как представлено в Таблицах 1-3.The synthesis of a macroporous polymeric material of a monolithic type is carried out by the method of radical copolymerization in the form of an appropriate design (column or planar cell) using photoinitiation, namely, UV irradiation with a wavelength of 320 nm. The polymerization is carried out in an inert atmosphere at room temperature. The content of the monomer mixture was constant in all experiments (mol.%): GFIAK - 13.4, GMA - 53.3, EDMA - 33.3. The ratio of monomers: pore-forming substances in the mixture is 40:60 or 25:75 vol.%. Compositions of various compositions consisting of 1,4-dioxane, dodecanol, polyethylene glycol with molecular weights of 400 and 600 (PEG-400 and PEG-600) are used as pore-forming substances. In all porogen compositions, the proportion of 1,4-dioxane was constant and equal to 42 wt.%. The proportion of other porogens varies, as presented in Tables 1-3.

Концентрация инициатора в реакционной среде составляет 0.8-1.0 мас.%. В качестве инициаторов полимеризации использовали 2-гидрокси-2,2-диметилацетофенон или метиловый эфир бензоина. Для приготовления полимеризационной смеси в сосуд, содержащий предварительно взвешенный инициатор, вносят порообразующие вещества, а затем добавляют смесь мономеров. С целью удаления молекулярного кислорода, ингибирующего процесс полимеризации, через реакционную смесь пропускают азот в течение 5 минут. Далее смесь помещают в реакционную форму, а именно предварительно полученные на стекле и обработанные силанизирующим агентом ячейки или кварцевые колонки, и облучают в течение 30 или 50 минут соответственно. После завершения процесса полимеризации полученный сополимер промывают несколькими порциями этилового спирта для удаления остатков непрореагировавших мономеров, а также порообразующих веществ, и высушивают в вакууме при 40°С в течение суток. При прочих равных условиях синтеза поровые характеристики полученных макропористых материалов на основе сополимера ГФИАК-ГМА-ЭДМА не зависят от геометрического дизайна (колонки или слои) материала и определяются только композиционным составом полимеризационной смеси.The concentration of initiator in the reaction medium is 0.8-1.0 wt.%. As the polymerization initiators, 2-hydroxy-2,2-dimethylacetophenone or benzoin methyl ester was used. To prepare the polymerization mixture, pore-forming substances are introduced into a vessel containing a pre-weighed initiator, and then a mixture of monomers is added. In order to remove molecular oxygen that inhibits the polymerization process, nitrogen is passed through the reaction mixture for 5 minutes. The mixture is then placed in a reaction form, namely, cells or quartz columns previously obtained on glass and treated with a silanizing agent, and irradiated for 30 or 50 minutes, respectively. After completion of the polymerization process, the resulting copolymer is washed with several portions of ethyl alcohol to remove residues of unreacted monomers, as well as pore-forming substances, and dried in vacuum at 40 ° C for a day. All other conditions of synthesis being equal, the pore characteristics of the obtained macroporous materials based on the GFIAK-GMA-EDMA copolymer are independent of the geometric design (columns or layers) of the material and are determined only by the composition of the polymerization mixture.

Для получения аффинного сорбента в порах полимерного материала проводят ковалентную иммобилизацию биологических макромолекул (белков) с получением биологического аффинного зонда. Максимум количества белка, связанного с сорбентом посредством реакции по активированным сложноэфирным группам, достигается в щелочных условиях (рН 9.4) при концентрациях раствора белка 4-5 мг/мл и составляет 0.25-0.30 мкмоль белка/г сополимера. Время достижения максимума составляет 2 часа. Реакцию проводят при температуре 20-22°С. Полученный аффинный сорбент хранят при 4°С в 0.01 М натрий-фосфатном буфере, рН 6.8-7.0, с добавлением 0.15 моль/л хлорида натрия и 0.2% азида натрия.To obtain an affinity sorbent in the pores of a polymeric material, covalent immobilization of biological macromolecules (proteins) is carried out to obtain a biological affinity probe. The maximum amount of protein bound to the sorbent by reaction on activated ester groups is achieved under alkaline conditions (pH 9.4) at protein solution concentrations of 4-5 mg / ml and is 0.25-0.30 μmol of protein / g of copolymer. The maximum time is 2 hours. The reaction is carried out at a temperature of 20-22 ° C. The resulting affinity sorbent was stored at 4 ° C in 0.01 M sodium phosphate buffer, pH 6.8–7.0, with the addition of 0.15 mol / L sodium chloride and 0.2% sodium azide.

Пример 1. Предварительную обработку поверхности реакционной формы проводили единообразно и так, как описано выше. Для синтеза использовали мономеры 97-99% чистоты. Соотношение мономеры : порообразующие вещества в смеси составляло 25:75 об.%. Состав смеси мономеров был следующим и постоянным во всех экспериментах (мол.%): ГФИАК - 13.4, ГМА - 53.3, ЭДМА - 33.3. Состав композиций порообразующих веществ представлен в Таблице 1. С целью оптимизации полимеризационный процесс осуществляли в условиях вариации концентрации инициатора в пределах 0.2-2.0 мас.% и времени облучения от 5 до 60 мин. Изучение зависимости выхода сополимера от концентрации инициатора и времени облучения показало, что оптимальная концентрация инициатора составляет 1.0 мас.% для 2-гидрокси-2,2-диметилацетофенона и 0.8 мас.% в случае метилового эфира бензоина. Оптимальное время полимеризации - 30 мин для слоев и 50 мин для колонок. Проведение синтеза в оптимальных условиях обеспечивает максимальный выход полимерного продукта, равный 90-95%.Example 1. Pre-treatment of the surface of the reaction form was carried out uniformly and as described above. For the synthesis, monomers of 97-99% purity were used. The ratio of monomers: pore-forming substances in the mixture was 25:75 vol.%. The composition of the monomer mixture was as follows and constant in all experiments (mol%): GFIAK - 13.4, GMA - 53.3, EDMA - 33.3. The composition of the compositions of pore-forming substances is presented in Table 1. In order to optimize the polymerization process, the initiator concentration was varied within 0.2–2.0 wt% and the irradiation time was from 5 to 60 min. A study of the dependence of the copolymer yield on the initiator concentration and irradiation time showed that the optimal initiator concentration is 1.0 wt.% For 2-hydroxy-2,2-dimethylacetophenone and 0.8 wt.% In the case of benzoin methyl ester. The optimum polymerization time is 30 minutes for layers and 50 minutes for columns. The synthesis under optimal conditions provides a maximum polymer product yield of 90-95%.

Таблица 1Table 1 МатериалMaterial Композиция порообразующих веществ (мас.%)The composition of the pore-forming substances (wt.%) Средний размер пор, нмThe average pore size, nm Sуд., м2S beats , m 2 / g Пористость, %Porosity,% 1,4-диоксан - 42;1,4-dioxane - 42; 11601160 55 5555 M1M1 додеканол - 17;dodecanol - 17; ПЭГ-400 - 41PEG-400 - 41 1,4-диоксан - 42;1,4-dioxane - 42; М2M2 додеканол-23;dodecanol-23; 13501350 55 5555 ПЭГ-400 - 35PEG-400 - 35 1,4-диоксан - 42;1,4-dioxane - 42; М3M3 додеканол - 29;dodecanol - 29; 15701570 4four 5454 ПЭГ-400 - 29PEG-400 - 29 1,4-диоксан - 42;1,4-dioxane - 42; М4M4 додеканол-35;dodecanol-35; 16101610 4four 50fifty ПЭГ-400 - 23PEG-400 - 23 1,4-диоксан - 42;1,4-dioxane - 42; М5M5 додеканол - 23;dodecanol - 23; 14501450 4444 7070 ПЭГ-600 - 35PEG-600 - 35 1,4-диоксан - 42;1,4-dioxane - 42; М6M6 додеканол - 29;dodecanol - 29; 19001900 14fourteen 6161 ПЭГ-600 - 29PEG-600 - 29

Качественное исследование сополимера проводили методом ИК-спектроскопии. Введение ГФИАК в структуру тройного ГФИ-ГМА-ЭДМА сополимера по сравнению с двойным ГМА-ЭДМА сополимером подтверждалось появлением в спектре двух характеристических полос поглощения при 1788 и 1817 см-1, соответствующих валентным колебаниям сложноэфирных и имидных карбонилов.A qualitative study of the copolymer was carried out by IR spectroscopy. The introduction of GPIAC into the structure of the triple GPI-GMA-EDMA copolymer compared with the double GMA-EDMA copolymer was confirmed by the appearance of two characteristic absorption bands in the spectrum at 1788 and 1817 cm -1 , corresponding to stretching vibrations of ester and imide carbonyls.

Содержание функционального мономера ГФИАК устанавливали методом элементного анализа. Показано, что содержание ГФИАК в тройном сополимере составляет 9-10 мол.%. Поверхность макропористых материалов исследовали методом растровой электронной микроскопии. Поверхность полученных материалов имела однородную микроглобулярную структуру.The functional monomer GFIAC content was determined by elemental analysis. It was shown that the content of GPIAC in the ternary copolymer is 9-10 mol.%. The surface of macroporous materials was investigated by scanning electron microscopy. The surface of the obtained materials had a uniform microglobular structure.

Поровые характеристики, а именно средний размер пор, удельную площадь поверхности, распределение пор по размерам и общую пористость, полученных материалов оценивали методом интрузионной ртутной порозиметрии. В зависимости от использованной системы порообразующих веществ средний размер пор полученных материалов лежал в интервале от 1160 до 1900 нм. Увеличение доли более гидрофобного компонента смеси - додеканола - в смеси приводило к увеличению среднего размера пор.Pore characteristics, namely the average pore size, specific surface area, pore size distribution and total porosity of the obtained materials were evaluated by intrusion mercury porosimetry. Depending on the used system of pore-forming substances, the average pore size of the obtained materials was in the range from 1160 to 1900 nm. An increase in the proportion of the more hydrophobic component of the mixture — dodecanol — in the mixture led to an increase in the average pore size.

Согласно данным интрузионной ртутной порозиметрии материалы М1-М4 характеризовались узким мономодальным распределением пор с долей макропор >100 нм в интервале 80-90%. При этом значение удельной площади поверхности составляло 4-5 м2/г. В случае образцов М5 и М6, т.е. при переходе от ПЭГ-400 к ПЭГ-600, имело место бимодальное поровое распределение с долей макропор >100 нм, равной 70-80%, и долей мезопор <50 нм, соответствующей 7-8%, что в свою очередь выражалось в увеличении значения удельной площади поверхности до 14 и 44 м2/г. Значения общей пористости находились в интервале 50-70%.According to intrusion mercury porosimetry data, M1-M4 materials were characterized by a narrow monomodal pore distribution with a macropore fraction> 100 nm in the range of 80-90%. The value of the specific surface area was 4-5 m 2 / g. In the case of samples M5 and M6, i.e. during the transition from PEG-400 to PEG-600, there was a bimodal pore distribution with a macropore fraction> 100 nm equal to 70-80% and a mesopore fraction <50 nm corresponding to 7-8%, which in turn was expressed in an increase in the value specific surface area up to 14 and 44 m 2 / g. Values of total porosity were in the range of 50-70%.

Получение аффинных сорбентов и их тестирование осуществляли с использованием модельных аффинных пар: ингибитор трипсина - трипсин и мышиный иммуноглобулин G - антитела к мышиному иммуноглобулину G, полученные путем иммунизации коз. В качестве образцов сорбента использовали материалы M1-М6. Введение макромолекул белка в качестве аффинных зондов (лигандов) осуществляется путем проведения прямых реакций ковалентного связывания с поверхностью макропористого материала. Концентрацию раствора белка варьировали в пределах от 0.2-5.0 мг/мл; значения рН буферных растворов, используемых для иммобилизации аффинных лигандов, составляли 7.4 и 9.4. Показано, что максимум количества связанного с полимерным материалом белка (лиганда) достигался в щелочных условиях (рН 9.4) при концентрациях раствора белка 3-5 мг/мл. Время достижения максимума составляло 2 часа. Важно отметить, что эпоксидные группы, входящие в состав сополимера ГФИАК-ГМА-ЭДМА, не участвуют в процессе иммобилизации в течение выбранного времени реакции (2 часа). Несмотря на то, что количество активированных сложноэфирных групп в сополимере ГФИАК-ГМА-ЭДМА в 4 раза меньше количества эпоксидных групп в сополимере ГМА-ЭДМА, полученное значение максимального связанного лиганда для тройного сополимера было в 1.5-2 раза выше, чем для известного аналога. Если проводить реакцию в течение 16 часов, допуская протекание иммобилизации также и по эпоксидным группам, то суммарная иммобилизационная емкость для сорбента на основе сополимера ГФИАК-ГМА-ЭДМА будет в 2.5-3 раза выше, чем для случая известного двойного сополимера ГМА-ЭДМА.The production of affinity sorbents and their testing was carried out using model affinity pairs: trypsin inhibitor - trypsin and mouse immunoglobulin G - antibodies to mouse immunoglobulin G obtained by immunization of goats. As samples of the sorbent used materials M1-M6. The introduction of protein macromolecules as affinity probes (ligands) is carried out by conducting direct covalent binding reactions with the surface of the macroporous material. The concentration of the protein solution ranged from 0.2-5.0 mg / ml; pH values of buffer solutions used for immobilization of affinity ligands were 7.4 and 9.4. It was shown that the maximum amount of protein (ligand) bound to the polymer material was achieved under alkaline conditions (pH 9.4) at protein solution concentrations of 3-5 mg / ml. The maximum time was 2 hours. It is important to note that the epoxy groups that make up the GPIAC-GMA-EDMA copolymer do not participate in the immobilization process during the selected reaction time (2 hours). Despite the fact that the number of activated ester groups in the GFIAC-GMA-EDMA copolymer is 4 times less than the number of epoxy groups in the GMA-EDMA copolymer, the obtained value of the maximum bound ligand for the ternary copolymer was 1.5-2 times higher than for the known analogue. If the reaction is carried out for 16 hours, allowing immobilization to occur along the epoxy groups as well, the total immobilization capacity for the sorbent based on the GFIAK-GMA-EDMA copolymer will be 2.5-3 times higher than for the case of the well-known double GMA-EDMA copolymer.

Аффинные сорбенты, полученные в виде колонок, были протестированы в модельных экспериментах по аффинной хроматографии, а планарные - в качестве биологических микрочипов. Наилучшие результаты, выражающиеся в более высокой эффективности аффинного связывания, были получены для материалов М5 и М6.The affinity sorbents obtained in the form of columns were tested in model experiments on affinity chromatography, and planar ones as biological microarrays. The best results, expressed in higher affinity binding efficiency, were obtained for materials M5 and M6.

Пример 2. Соотношение мономеры : порообразующие вещества в смеси составляло 40:60 об.%. Вариации систем порогенов и характеристики полученных макропористых материалов на основе сополимера ГФИАК-ГМА-ЭДМА представлены в Таблице 2. В качестве реакционной формы использовали ячейки стеклянных пластин. Прочие условия и общая методология синтеза были аналогичными таковым описанным в Примере 1.Example 2. The ratio of monomers: pore-forming substances in the mixture was 40:60 vol.%. Variations of the porogen systems and the characteristics of the obtained macroporous materials based on the GFIAK-GMA-EDMA copolymer are presented in Table 2. Glass plate cells were used as the reaction form. Other conditions and the general synthesis methodology were similar to those described in Example 1.

Согласно данным ртутной порозиметрии средний размер пор полученных материалов М7-М10 лежал в пределах 60-170 нм в зависимости от использованной системы порообразующих веществ. Увеличение доли более гидрофобного компонента смеси - додеканола, также, как и в Примере 1, приводило к увеличению среднего размера пор. Значения удельной площади поверхности уменьшаются при увеличении среднего размера пор с 85 до 52 м2/г при переходе от материала М7 к М10. Значения общей пористости лежали в интервале 47-52%. Таким образом, уменьшение доли порообразующих веществ в полимеризационной смеси с 75 до 60% сопровождалось существенным уменьшением среднего размера пор (см. Таблицы 1 и 2).According to mercury porosimetry data, the average pore size of the obtained M7-M10 materials was in the range of 60-170 nm, depending on the system of pore-forming substances used. An increase in the proportion of the more hydrophobic component of the mixture, dodecanol, as in Example 1, led to an increase in the average pore size. The values of specific surface area decrease with an increase in the average pore size from 85 to 52 m 2 / g during the transition from material M7 to M10. Values of total porosity were in the range of 47-52%. Thus, a decrease in the proportion of pore-forming substances in the polymerization mixture from 75 to 60% was accompanied by a significant decrease in the average pore size (see Tables 1 and 2).

В случае использования материалов М9 и М10 в качестве платформ для непроточного микроанализа (биологические микрочипы) существенно возрастало время, требуемое для реализации промывных процедур. Так стандартная процедура промывания для данных материалов занимала 2 часа вместо 40 минут для материалов с размером пор более 1000 нм (M1-М6). В то же время увеличение удельной площади поверхности в случае образцов М9 и M10 благоприятно влияло на чувствительность биоанализа, которая была в 1.5-2 раза выше, чем в случае использования материалов М1-М6.In the case of using the materials M9 and M10 as platforms for non-flow microanalysis (biological microchips), the time required for the implementation of washing procedures significantly increased. So the standard washing procedure for these materials took 2 hours instead of 40 minutes for materials with a pore size of more than 1000 nm (M1-M6). At the same time, an increase in the specific surface area in the case of samples M9 and M10 favorably affected the sensitivity of bioanalysis, which was 1.5-2 times higher than in the case of using materials M1-M6.

Таблица 2table 2 МатериалMaterial Композиция порообразующих веществ (мас.%)The composition of the pore-forming substances (wt.%) Средний размер пор, нмThe average pore size, nm Sуд., м2S beats m 2 / g Пористость, %Porosity,% 1,4-диоксан - 42;1,4-dioxane - 42; М7M7 додеканол - 17;dodecanol - 17; 6060 8585 5252 ПЭГ-600 - 41PEG-600 - 41 1,4-диоксан - 42;1,4-dioxane - 42; М8M8 додеканол - 23;dodecanol - 23; 7070 7878 50fifty ПЭГ-600 - 35PEG-600 - 35 1,4-диоксан - 42;1,4-dioxane - 42; М9M9 додеканол - 29;dodecanol - 29; 130130 5858 50fifty ПЭГ-400 - 29PEG-400 - 29 1,4-диоксан - 42;1,4-dioxane - 42; М10M10 додеканол - 35;dodecanol - 35; 170170 5252 4747 ПЭГ-400 - 23PEG-400 - 23

Пример 3. В качестве порообразующих веществ использовали 1,4-диоксан, циклогексанол, додеканол и ПЭГ-600. Вариации систем порообразующих веществ и характеристики полученных макропористых материалов представлены в Таблице 3. Прочие условия синтеза были аналогичными таковым, описанным в Примере 1.Example 3. As pore-forming substances used 1,4-dioxane, cyclohexanol, dodecanol and PEG-600. Variations of the systems of pore-forming substances and the characteristics of the obtained macroporous materials are presented in Table 3. Other synthesis conditions were similar to those described in Example 1.

Согласно данным ртутной порозиметрии средний размер пор полученных материалов М11-М16 лежал в пределах 15-65 нм в зависимости от использованной системы порообразующих веществ. Добавление в систему циклогексанола и увеличение его доли в системе (образцы M13-М16) приводило к незначительному увеличению среднего размера пор от 30 (образец M11) до 65 нм (образец М13). Данные материалы характеризовались очень низкими значениями общей пористости. Значения удельной площади поверхности лежали в интервале 85-155 м2/г и были обратно пропорциональны среднему размеру пор.According to mercury porosimetry data, the average pore size of the obtained M11-M16 materials was in the range of 15-65 nm, depending on the system of pore-forming substances used. The addition of cyclohexanol to the system and an increase in its fraction in the system (samples M13-M16) led to a slight increase in the average pore size from 30 (sample M11) to 65 nm (sample M13). These materials were characterized by very low values of total porosity. The values of specific surface area were in the range of 85-155 m 2 / g and were inversely proportional to the average pore size.

Таблица 3Table 3 МатериалMaterial Композиция порообразующих веществ (мас.%)The composition of the pore-forming substances (wt.%) Средний размер пор, нмThe average pore size, nm Sуд., м2S beats m 2 / g Пористость, %Porosity,% М11M11 1,4-диоксан - 42; циклогексанол - 581,4-dioxane - 42; cyclohexanol - 58 30thirty 155155 4040 М12M12 1,4-диоксан - 42; ПЭГ-600 - 581,4-dioxane - 42; PEG-600 - 58 15fifteen -- -- М13M13 1,4-диоксан - 42; циклогексанол - 17; ПЭГ-600 - 411,4-dioxane - 42; cyclohexanol - 17; PEG-600 - 41 2525 138138 4040 М14M14 1,4-диоксан - 42; циклогексанол - 29; ПЭГ-600 - 291,4-dioxane - 42; cyclohexanol - 29; PEG-600 - 29 30thirty 142142 4040 М15M15 11,4-диоксан - 42; циклогексанол - 29; додеканол - 2911,4-dioxane - 42; cyclohexanol - 29; dodecanol - 29 20twenty -- 4242 М16M16 1,4-диоксан -42; циклогексанол - 17; додеканол - 411,4-dioxane -42; cyclohexanol - 17; dodecanol - 41 6565 8585 4242

Таким образом, способ синтеза оригинальной химической структуры заявляемого материала позволяет получить большое количество вариаций поровых характеристик. Характеристики материалов, а именно средний размер пор, распределение пор по размерам, удельная площадь поверхности, общая пористость являются однородными, контролируемыми, воспроизводимыми и могут быть стандартизованы. Предсказуемость процесса иммобилизации белка, а также высокая реакционная способность активированных сложноэфирных групп обеспечивает меньший расход дорогостоящего биологического материала и большую иммобилизационную емкость сорбента.Thus, the method of synthesis of the original chemical structure of the claimed material allows to obtain a large number of variations in pore characteristics. The characteristics of the materials, namely the average pore size, pore size distribution, specific surface area, total porosity are homogeneous, controlled, reproducible and can be standardized. The predictability of the protein immobilization process, as well as the high reactivity of the activated ester groups, provides a lower consumption of expensive biological material and a large immobilization capacity of the sorbent.

Claims (3)

1. Способ получения макропористого полимерного материала монолитного типа, используемого для создания биоаффинных сорбентов, включающий подготовку реакционной формы, проведение в подготовленной в форме радикальной сополимеризации смеси мономеров, содержащей глицидилметакрилат и этиленгликольдиметакрилат, в присутствии порообразующих веществ и фотоинициатора, отличающийся тем, что в реакционную смесь для сополимеризации вводят N-гидроксифталимидный эфир акриловой кислоты при мольном отношении N-гидроксифталимидный эфир акриловой кислоты:глицидилметакрилат:этиленгликольдиметакрилат, равном 13,4:53,3:33,3 соответственно, инициирование процесса сополимеризации осуществляют УФ-облучением с длиной волны 320 нм при использовании в качестве фотоинициатора 2-гидрокси-2,2-диметилацетофенона или метилового эфира бензоина, взятых в количестве 0,8-1,0 мас.%, в качестве порообразующих веществ используют смесь, содержащую 1,4-диоксан, додеканол и полиэтиленгликоль.1. A method of obtaining a macroporous polymeric material of a monolithic type used to create bio-affinity sorbents, comprising preparing a reaction form, conducting, in a radical copolymerization form, a mixture of monomers containing glycidyl methacrylate and ethylene glycol dimethacrylate, in the presence of pore-forming substances and a photoinitiator, characterized in that in the reaction mixture for copolymerization, N-hydroxyphthalimide ester of acrylic acid is introduced at a molar ratio of N-hydroxyphthalimide ester of acrylic acids: glycidyl methacrylate: ethylene glycol dimethacrylate equal to 13.4: 53.3: 33.3, respectively, the copolymerization process is initiated by UV irradiation with a wavelength of 320 nm using 2-hydroxy-2,2-dimethylacetophenone or benzoin methyl ester as a photoinitiator taken in an amount of 0.8-1.0 wt.%, as a pore-forming substances using a mixture containing 1,4-dioxane, dodecanol and polyethylene glycol. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подготовку реакционной формы в виде планарной платформы осуществляют лазерным фрезерованием на поверхности стеклянной пластины операционных ячеек глубиной 0,2 мм, шириной 25 мм и длиной 50 мм с последующей обработкой сначала 0,1 М раствором гидроксида натрия в течение 40 мин, затем 15%-ным раствором 3-(триметоксисилил)пропилметакрилата в толуоле в течение 17-20 ч.2. The method according to claim 1, characterized in that the preparation of the reaction form in the form of a planar platform is carried out by laser milling on the surface of the glass plate of the operating cells with a depth of 0.2 mm, a width of 25 mm and a length of 50 mm, followed by first processing with a 0.1 M solution sodium hydroxide for 40 minutes, then with a 15% solution of 3- (trimethoxysilyl) propyl methacrylate in toluene for 17-20 hours 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что подготовку реакционной формы в виде колонки осуществляют путем обработки внутренней поверхности кварцевой колонки высотой 30 мм с внутренним диаметром 3 мм на первом этапе 0,1 М раствором гидроксида натрия в течение 40 мин, на втором этапе 15%-ным раствором 3-(триметоксисилил)пропилметакрилата в толуоле в течение 17-20 ч. 3. The method according to claim 1, characterized in that the preparation of the reaction form in the form of a column is carried out by treating the inner surface of a quartz column with a height of 30 mm and an inner diameter of 3 mm in the first stage with a 0.1 M sodium hydroxide solution for 40 minutes, in the second stage 15% solution of 3- (trimethoxysilyl) propyl methacrylate in toluene for 17-20 hours
RU2009120757/05A 2009-06-01 2009-06-01 Method of obtaining monolithic macroporous polymer material RU2401693C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009120757/05A RU2401693C1 (en) 2009-06-01 2009-06-01 Method of obtaining monolithic macroporous polymer material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009120757/05A RU2401693C1 (en) 2009-06-01 2009-06-01 Method of obtaining monolithic macroporous polymer material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2401693C1 true RU2401693C1 (en) 2010-10-20

Family

ID=44023895

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009120757/05A RU2401693C1 (en) 2009-06-01 2009-06-01 Method of obtaining monolithic macroporous polymer material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2401693C1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000009707A (en) * 1998-06-29 2000-01-14 Hitachi Chem Co Ltd Manufacture of packing for reverse-phase partition chromatography and packing for reverse-phase chromatography

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000009707A (en) * 1998-06-29 2000-01-14 Hitachi Chem Co Ltd Manufacture of packing for reverse-phase partition chromatography and packing for reverse-phase chromatography

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9475914B2 (en) Porous polymer monoliths, processes for preparation and use thereof
AU2002353728B2 (en) Post-modification of a porous support
Kim et al. Ring-opening reaction of poly-GMA chain grafted onto a porous membrane
US20080071003A1 (en) Method for Producing Molecularly Imprinted Polymers
WO2017026453A1 (en) Separating agent and liquid-chromatography column
Calleri et al. New monolithic chromatographic supports for macromolecules immobilization: challenges and opportunities
JP2008509397A (en) Separation system, components of separation system and methods of making and using them
US10119003B2 (en) Surfactant-based monolithic columns, methods for making the same, and methods for using the same
Ota et al. Rapid purification of immunoglobulin G using a protein A-immobilized monolithic spin column with hydrophilic polymers
RU2401693C1 (en) Method of obtaining monolithic macroporous polymer material
JP2018155745A (en) Separation agent, target molecule separation method using the separation agent, and chromatography column
CN111468087B (en) Modified hybrid integral material and preparation and application thereof
RU2298797C2 (en) Biochip and method for producing it
CN107474254B (en) Preparation and application of organic-inorganic hydrophilic hybrid monoliths
Sinitsyna et al. New platforms for 3-D microarrays: Synthesis of hydrophilic polymethacrylate monoliths using macromolecular porogens
WO2002050143A1 (en) Polymer gels and methods for their preparation
Yazdanian et al. Improving the determination of celecoxib in body fluids and pharmaceuticals using a new selective and thermosensitive molecularly imprinted poly (vinylidene fluoride) membrane
Vlakh et al. Macroporous polymer materials: Synthesis of a new functional copolymer and its use for biological microanalysis
WO2016143673A1 (en) Filler for liquid chromatography
Amamoto et al. Reduction of molecular leaching from a gel matrix for the precisely controlled release of encapsulated molecules by light stimulus
US20180147556A1 (en) Bi-structured matrix for solid reactants purification and handling and methods for obtaining said matrix
RU2456314C2 (en) Material for making biochip
US20080182918A1 (en) Monolithic Functionalisable Materials
JP2017083363A (en) Carrier for affinity chromatography, chromatography column, purification method, and target material purified by the method
Wulff Imprinting techniques in synthetic polymers—new options for chemosensors

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120602

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20130820

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150602