具有增强的结合容量的配体官能化基材的制作方法
【专利说明】具有増强的结合容量的配体官能化基材
[0001 ] 优先权声明
[0002] 本专利申请要求2013年10月3日提交的美国临时专利申请61/886177的优先权，该 临时专利申请的内容在此W引用方式并入本文。
技术领域
[0003] 本发明设及包含配体官能化基材的制品，在其它方面，设及用于制备和使用所述 制品的方法。
【背景技术】
[0004] 目标生物材料，诸如病毒和生物大分子(包括活细胞的组分或产物，例如蛋白质、 碳水化合物、脂质和核酸)的检测、定量、分离和纯化一直W来都是研究人员的目标。从诊断 上来讲，检测和定量是重要的，例如，作为各种生理条件(诸如疾病）的指示。生物大分子的 分离和纯化对治疗性用途和生物医学研究十分重要。
[0005] 聚合物材料已广泛用于多种目标生物材料的分离和纯化。此类分离和纯化方法可 基于多个结合因子或机制中的任何一者，该多个结合因子或机制包括离子基团的存在、目 标生物材料的尺寸、疏水相互作用、亲和相互作用、共价键的形成等。
[0006] 基于膜的技术，尤其是一次性的形式，在生物医药和疫苗制造工艺中变得越来越 重要。膜已用于无源的、基于尺寸的分离（例如，在病毒清除应用中），并且最近已用于有源 过滤(例如，在纯化工艺的后期用于清除微小污染物）。
[0007] 然而，官能化膜(包括官能化的承载聚合物的膜)通常具有相对较低的生物材料结 合容量，运通常限制它们在大规模纯化中的使用。因此，多孔珠粒色谱树脂(承载离子交换 或其它交互配体官能团）已替代官能化膜，标准化地用于"捕集和洗脱"型蛋白纯化工艺。
【发明内容】
[0008] 因此，我们认识到，存在对于具有相对较高的生物材料结合容量的配体官能化基 材(具体地讲，配体官能化膜）的需要。同时还需要相对简单、有成本效益和/或有效的配体 官能化方法(例如，设及相对易于获取的起始物质和/或相对较少的工艺步骤）。
[0009] 简而言之，在一个方面，本发明提供了可用于生物材料捕集的制品。该制品包含
[0010] (a)多孔基材;和
[0011] (b)所述多孔基材上承载的聚合物，所述聚合物包含至少一种单体的共聚单元，所 述单体由W下基团组成：（1)至少一个一价締属不饱和基团，（2)至少一个选自酸性基团、除 脈基之外的碱性基团、W及它们的盐的一价配体官能团，和(3)多价间隔基团，其直接键合 到所述一价基团，W便通过具有至少六个链中原子的链将至少一个締属不饱和基团和至少 一个配体官能团连接在一起。
[0012] 优选地，所述多孔基材为多孔膜(更优选地，多孔聚合物膜）。配体官能团优选地选 自簇基、麟酷基、憐酸根、横酸根、硫酸根、棚酸根、叔氨基、季氨基W及它们的组合。所述多 价间隔基团优选地包含至少一个氨键合部分。
[0013] 已发现，可通过使用在单体的可聚合基团与配体官能团之间具有多原子间隔基团 的某些单体来制备具有相对较高结合容量的配体官能化基材。所述单体包括配体官能化的 締属不饱和化合物，其中至少一个配体官能团与至少一个締属不饱和基团被具有至少六个 链中原子的连接链分离或隔开。当自由基聚合时，此类单体提供承载聚合物的配体官能团， 所述配体官能团与所得的聚合物链或聚合物主链被具有至少六个链中原子的连接链分离 或隔开。
[0014] 令人惊奇的是，此类聚合物的配体官能团可在与目标生物材料进行相互作用时尤 其有效。与承载衍生自单体的聚合物(其中配体官能团与締属不饱和基团被较短连接链分 离）的对应多孔基材相比，承载聚合物(优选地承载接枝聚合物）的多孔基材可表现出意想 不到的更高的生物材料结合容量。通过在单体的连接链中包括至少一个氨键合部分可令人 惊奇地进一步提高结合容量。
[0015] 通过使用自由基聚合技术和可衍生自易得的起始物质的单体可W相对容易地制 备此类配体官能化基材。配体官能化基材可用于各种不同应用，包括捕集、结合或纯化相对 中性的或带电荷的生物材料，诸如，病毒和其它微生物、蛋白质、细胞、内毒素、酸性碳水化 合物、核酸等。
[0016] 因此，在至少一些实施例中，包含上述配体官能化基材的本发明的制品可满足上 文提到的具有相对较高生物材料结合容量的配体官能化基材(具体地讲，配体官能化膜)的 需求。此外，在至少一些实施例中，本发明的制品制备方法可满足对相对简单、具有成本效 益和/或有效的配体官能化方法(例如，设及相对易于获取的起始物质和/或相对较少的工 艺步骤)的附带需求。
[0017] 在另一方面，本发明还提供了用于制备本发明的制品的方法。所述方法包括：
[0018] (a)提供多孔基材；W及
[0019] (b)提供具有聚合物的多孔基材，所述聚合物包含至少一种单体的共聚单元，所述 单体由W下基团组成：（1)至少一个一价締属不饱和基团，（2)至少一个选自酸性基团、除脈 基之外的碱性基团、W及它们的盐的一价配体官能团，和(3)多价间隔基团，所述多价间隔 基团直接键合到所述一价基团，W便通过具有至少六个链中原子的链将至少一个締属不饱 和基团和至少一个配体官能团连接在一起。
[0020] 在另一个方面，本发明还提供了用于捕集或清除目标生物材料的方法。所述方法 包括：
[0021 ] (a)提供至少一种包含至少一个过滤元件的本发明的制品；W及
[0022] (b)使含有目标生物材料的流动生物溶液喷射到该过滤元件的上游表面上足够时 间，W实现目标生物材料的结合。
[0023] 在另一个方面，本发明另外提供了可自由基聚合的化合物或单体，其由W下基团 组成：（a)至少一个一价締属不饱和基团，（b)至少一个选自含憐的酸性基团、含棚的酸性基 团W及它们的盐的一价配体官能团，和(C)多价间隔基团，所述多价间隔基团直接键合到所 述一价基团，W便通过具有至少六个链中原子的链将至少一个締属不饱和基团和至少一个 配体官能团连接在一起。优选的化合物或单体包括可由式V表示的那些，其可通过用L'置换 下式I中的L来获得，其中L'为包含杂原子的基团，其包含选自含憐的酸性基团（优选麟酷基 或憐酸根）、含棚的酸性基团(优选棚酸根)和它们的盐的至少一个一价配体官能团。
【具体实施方式】
[0024] 在W下【具体实施方式】中，描述了各组数值范围（例如，特定部分中的碳原子数的数 值范围、特定组分的量的数值范围等等），并且在每组数值范围内，范围的任何下限都可与 范围的任何上限配对。运种数值范围另外旨在包括包含在该范围内的所有数值(例如，1至5 包括 1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等等）。
[0025] 如本文所用，术语和/或意指所列要素中的一个或全部，或所列要素中的任何两个 或更多个的组合。
[0026] 词语"优选的"和"优选地"指在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施例。 然而，其它实施例在相同或其它情况下也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施例的 表述并不暗示其它实施例是不可用的，且并非意图将其它实施例排除在本发明范围之外。
[0027] 术语"包括"和其变型形式在说明书和权利要求中出现运些术语的地方不具有限 制的含义。
[00%]如本文所用，一个、一种、所述、至少一个、和一个或多个可互换使用。
[0029] 上述
【发明内容】
部分并非意图描述本发明的每个实施例或每种实施方式。W下具体 实施方式更具体地描述了示例性实施例。在整个【具体实施方式】中，通过实例的列表提供指 导，运些实例可W各种组合使用。在每种情况下，所述列表仅用作代表性的组类，并且不应 解释为排它性列表。
[0030] 室义
[0031] 如本专利申请中所用：
[0032] "棚酸根"是指式-B(0H)2的一价基团；
[0033] "幾基亚氨基"是指式-(CO)NR-的二价基团或部分，其中R为氨、烷基(例如，选自具 有一至约四个碳原子的烷基基团)或芳基(优选氨）；
[0034] "簇基"是指式-C00哺勺一价基团；
[0035] "链中原子"是指处于链中的原子(而不是链取代基的原子）；
[0036] "链中杂原子"是指代替碳链中的一个或多个碳原子的非碳(例如氧、氮或硫)的原 子(例如，W便形成碳-杂原子-碳链或碳-杂原子-杂原子-碳链）；
[0037] "締属不饱和'是指式-CY = C出的基团，其中Y为氨、烷基、环烷基、或芳基；
[003引"脈堂'是指式R"2N-C(=NR")NH-的一价基团，其中每个R"独立地为氨、控基、杂控 基或它们的组合，并且其中任何两个或更多个r基团可任选地键合在一起W形成环结构 (优选地，每个R"独立地为氨、烷基、环烷基、杂烷基、芳基、杂芳基或它们的组合;更优选地， 每个R"独立地为氨、烷基、环烷基、芳基或它们的组合）；
[0039] "杂原子"是指除碳或氨之外的原子；
[0040] "氨键受体"是指选自具有孤电子对的氧、氮和硫的杂原子；
[0041] "氨键供体"是指由共价键合到杂原子的氨原子组成的部分，其中杂原子选自氧、 氮和硫；
[0042] "氨键合部分"是指包含至少一个氨键供体和至少一个氨键受体的部分；
[0043] "径基"是指式-0哺勺一价基团；
[0044] "亚氨基幾基亚氨基"是指式-N(R)-C(0)-N(R)-的二价基团或部分，其中每个R独 立地为氨、烷基(例如，选自具有一至约四个碳原子的烷基基团）或芳基(优选地，至少一个R 为氨;更优选地，两者均为氨）；
[0045] "亚氨基硫代幾基亚氨基"是指式-N(R)-C(S)-N(R)-的二价基团或部分，其中每个 财虫立地为氨、烷基(例如，选自具有一至约四个碳原子的烷基基团）或芳基(优选地，至少一 个R为氨;更优选地，两者均为氨）；
[0046] "异氯酸基"是指式-N=C = 0的一价基团；
[0047] "氧基幾基亚氨基"是指式-0-C(0)-N(R)-的二价基团或部分，其中R为氨、烷基(例 如，选自具有一至约四个碳原子的烷基基团)或芳基(优选氨）；
[0048] "氧基硫代幾基亚氨基"是指式-〇-C(S)-N(R)-的二价基团或部分，其中R为氨、烧 基(例如，选自具有一至约四个碳原子的烷基基团)或芳基(优选氨）；
[0049] "憐酸根"是指式-0P03出的一价基团；
[0050] "麟酷基"是指式-P〇3出的一价基团；
[0051] "季氨基"是指式-NRV的一价基团，其中每个R'独立地为控基、杂控基或它们的组 合，并且其中任何两个或更多个R'基团可任选地键合在一起W形成环结构(优选地，每个R' 独立地为烷基、环烷基、杂烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基或它们的组合;更优选地，每个R '独 立地为烷基、环烷基、芳基或它们的组合）；
[0052] "硫酸根"是指式-0S0抽的一价基团；
[0053] "横酸根"是指式-SO抽的一价基团；
[0054] "叔氨基"是指式-NR'2的一价基团，其中每个R'独立地为控基、杂控基或它们的组 合，并且其中任何两个或更多个R'基团可任选地键合在一起W形成环结构(优选地，每个R' 独立地为烷基、环烷基、杂烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基或它们的组合;更优选地，每个R '独 立地为烷基、环烷基、芳基或它们的组合）；并且
[0055] "硫代幾基亚氨基"是指式-(CS)NR-的二价基团或部分，其中R为氨、烷基(例如，选 自具有一至约四个碳原子的烷基基团)或芳基(优选氨）。
[0化6] 单体
[0057] 于制备本发明的制品的单体包括由W下基团组成的那些：（a)至少一个一价 締属不饱和基团，（b)至少一个选自酸性基团、除脈基之外的碱性基团、W及它们的盐的一 价配体官能团，和(C)多价间隔基团，该多价间隔基团直接键合到所述一价基团，W便通过 具有至少六个链中原子的链将至少一个締属不饱和基团和至少一个配体官能团连接在一 起。优选地，单体只包含除脈基部分之外的部分。单体可处于中性状态，但在一些pH条件下 也可W是带负电的（酸性条件下）或带正电的（碱性条件下）。当配体官能团为盐的形式时 (例如，当配体官能团包含季锭或N-烷基化晚时），单体可永久性地带电。
[005引单体的一价締属不饱和基团（如上文所定义)可由式-CY = C此表示，其中Y为氨、烧 基、环烷基或芳基。优选的締属不饱和基团包括乙締基、1-烷基乙締基W及它们的组合（即， Y优选地为氨或烷基;更优选地，Y为氨或Cl至C4烷基；最优选地，Y为氨或甲基）。单体可包含 单个締属不饱和基团或多个締属不饱和基团（例如，两个或Ξ个或最多至6个），其性质可W 相同或不同（优选地相同）。单体优选地只具有一个締属不饱和基团。
[0059]单体的一价配体官能团可选自酸性基团、除脈基之外的碱性基团W及它们的盐。 合适的配体官能团包括表现出至少一定程度的酸性或碱性(其可在较弱至较强的范围内） 的那些，W及它们的盐。此类配体官能团包括常常用作离子交换或金属馨合型配体的那些。
[0060] 可用的配体官能团包括杂控基基团和其它包含杂原子的基团。例如，可用的酸性 或碱性配体官能团可包含一个或多个杂原子，所述杂原子选自氧、氮、硫、憐、棚等W及它们 的组合。可用的酸性基团的盐包括具有抗衡离子的那些，所述抗衡离子选自碱金属(例如， 钢或钟）、碱±金属（例如，儀或巧）、锭和四烷基锭离子等，W及它们的组合。可用的碱性基 团的盐包括具有抗衡离子的那些，所述抗衡离子选自面离子(例如，氯离子或漠离子）、簇酸 根、硝酸根、憐酸根、硫酸根、硫酸氨根、甲基硫酸根和氨氧根离子等，W及它们的组合。
[0061] 单体可包含单个配体官能团或多个配体官能团（例如，两个或Ξ个或最多至6个）， 其性质可W相同或不同（优选地相同）。配体官能团优选地选自簇基、麟酷基、憐酸根、横酸 根、硫酸根、棚酸根、叔氨基、季氨基W及它们的组合。更优选的配体官能团包括簇基、麟酷 基、横酸根、叔氨基、季氨基W及它们的组合。
[0062] 单体的多价间隔基团可直接键合到一价基团，W便使至少一个締属不饱和基团与 至少一个配体官能团被具有至少六个链中原子的链连接在一起。因此，链可包含6、7、8、9、 10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35 或更多个链中原子(例如，包括最多至40或50个）。链优选地包含至少屯个链中原子(更优选 地，至少八个;最优选地，至少九、十、十一或十二个)和/或包含不超过约30个链中原子(更 优选地，不超过约25个;甚至更优选地，不超过约20个;最优选地，不超过约16个）。
[0063] 尽管不希望受理论的约束，但链的长度可有助于使聚合物主链(通过单体聚合反 应形成)采用螺旋状或部分螺旋状构象。当链相对较短时（例如，少于约六个链中原子），带 电配体官能团之间的离子排斥可迫使聚合物主链变成无规则卷曲类型构象。随着链长增 加，可能采用螺旋状构象并在链长为约8-14个链中原子时达到最大。基材接枝聚合物的螺 旋状构象可有利于显示配体官能团，W便与目标生物材料相互作用。
[0064] 优选的多价间隔基团包含至少一个氨键合部分，其在上文中被定义为包含至少一 个氨键供体和至少一个氨键受体(两者均包含杂原子，如上所述)的部分。因此，优选的多价 间隔基团包括含杂原子的控基(更优选地，含链中杂原子的控基）。更优选的间隔基团包含 至少两个氨键合部分或包含至少一个氨键合部分和至少一个与氨键合部分不同的氨键受 体(不是氨键合部分的一部分）。
[0065] 优选的氨键合部分包括含有至少两个氨键供体(例如，诸如亚氨基、琉基或径基的 供体）、至少两个氨键受体(例如，幾基、幾氧基或酸氧形式的受体)或两者的那些。例如，亚 氨基幾基亚氨基部分(具有两个N-H供体和至少两个受体，所述受体为幾基上的两个孤电子 对的形式)有时可优于单个亚氨基幾基部分。优选的间隔基团包括含有至少一个亚氨基幾 基亚氨基部分(更优选地，与至少一个诸如幾氧基的受体结合）、至少两个亚氨基幾基部分 或它们的组合的那些。
[0066] 氨键合部分的氨键供体和氨键受体可彼此相邻(直接键合)或可W不相邻(优选 地，相邻或被具有不超过约4个链中原子的链分离;更优选地，相邻）。氨键供体和/或氨键受 体的杂原子可位于间隔基团的链中原子的链中，或者，作为另一种选择，可位于链取代基 中。
[0067] 尽管氨键供体也