[发明专利]中孔材料的制造方法、这样生产的材料以及中孔材料的用途

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于制备包括具有手性形貌的中孔材料和具有局部或表面手性的中孔材料的中孔结构的新合成布局。该方法可用于制造例如用以递送叶酸和荧光颗粒的受控的药物递送器件。

背景技术

具有纳米尺寸的高表面积材料在其中活性位点介导的化学反应中起重要作用的应用(例如反应物与催化剂间的高接触面积为以成本有效的方式实现高产量之必需的催化应用)中特别引人关注。因此，在制备在整个尺寸范围即微尺度(2nm以下)、中尺度(2-50纳米)及宏尺度(50纳米以上)中显示出具有增加的比表面积以及受控的结构(孔隙度和形态)性质的纳米尺度的多孔材料方面有大的兴趣。多孔材料的一个例子是例如结晶沸石的公知材料。

在多孔材料的领域内，表面积的提高能够加快在例如层析柱的蛋白质分离设备中的吸附速率。孔尺寸的控制能够提升对于催化反应中的特定产物的选择性。控制颗粒大小或形状也能够提高催化剂载体的机械稳定性。通过发现具有有序无定形二氧化硅结构的中孔材料的合成，使得制造具有这种的改进性质的结构变得成为可能。中孔材料一般是指具有在中尺度(1.5-50纳米)中显示尖的孔径分布的二氧化硅或其它金属氧化物组合物的材料。

该方法依赖于两亲(amphiphiles)表面活性剂分子的自组装行为，如在美国专利US 5,098,684中所述，所述两亲表面活性剂分子在受控状况下形成有序胶束(micellar)体系。在此将表面活性剂胶束称为孔模板或模板。表面活性剂是具有能形成胶束结构的极性和非极性基团的分子。胶束物种周围的合适的二氧化硅前体的缩合导致通过电荷匹配相互作用而稳定的杂化有机物-二氧化硅复合物。虽然也已利用例如能够回收表面活性剂模板的溶剂提取等途径，但该材料通常仍是通过煅烧而产生中孔。在这些制备途径中，表面活性剂高于其临界胶束浓度(CMC)并不是先决条件。但是，为了具有有序结构，胶束必须在合成过程中的某个时刻、通常是在硅酸盐前体的水解和缩合期间形成。

胶束只有当表面活性剂浓度大于CMC且溶液的温度高于所谓的克拉夫温度时才可能形成。热力学上讲，胶束作为熵和焓之间的相互影响的结果而自发形成。在水中，由非极性基团所产生的疏水作用是胶束形成的驱动力。一般来说，大于CMC时，组装表面活性剂分子的熵损失(entropic penalty)少于“混合”表面活性剂单体与水分子的熵损失。另一个驱动力是焓，例如发生在表面活性剂的极性部分(通常称作头基(headgroup))之间的静电相互作用。

大量研究都集中在有序中孔材料的合成、结构、形态和组成控制方面。

在美国US 5 102 643中说明的无机中孔材料的制备包括使用自组装两亲性物表面活性剂作为模板的无机单体聚合。AU2006231725说明了一种中孔材料的备选合成方法，但是这类方法使用两亲性表面活性剂作为模板。Yu Min Sun等人及其引用文献描述了中孔二氧化硅的制备，但使用表面活性剂模板再一次成为形成有序孔的要求。KR20070024550说明了使用手性表面活性剂模板合成具有手性形貌的中孔二氧化硅。AU2006231725说明了中孔材料的替代合成方法；但这类方法利用两亲性表面活性剂作为模板。

直到最近，具有手性形貌的中孔材料的形成才得以报告。Che等[Nature，2004]使用手性向列相N-月桂酰基-氨基酸表面活性剂和共结构导向剂(CSDA)来合成具有手性形貌的六方介晶相。CSDA的作用在于通过电荷匹配来促进有机胶束聚集体和无机二氧化硅前体之间的相互作用。该制备途径随后产生了近对映体纯(enantiopure)的形态，但手性分离和有关应用由于孔的几何形状和孔表面缺乏手性而未得以有效实现。

强烈希望提供能够分离外消旋混合物即光学异构体混合物的多孔材料。例如，药物比卡鲁胺(bicalutamide)是一种治疗前列腺癌的口服非甾族抗雄激素，当该药物在其对映体纯形式(R-比卡鲁胺)管理时显示出对雄激素受体的加强的活性。有商业兴趣来开发分离这些手性分子或使用手性催化剂合成它们各自的对映体纯化合物的有效方法。

中孔材料在多种其它应用中得到大量研究和使用。在生物技术和医药部门，高的表面积和受控的孔的几何形状的组合可用于递送否则将需要复杂且往往不有效和昂贵的赋形剂的活性药物。从药物管理角度看，从多孔结构受控释放药物可以导致为达到治疗效果而所需的剂量次数和频率的减少，并可以解决处方药方的病人要遵守的药物/剂量问题。此外，中孔材料在这个行业中显示出提高难溶性药物的溶解度的潜在的应用。

脂溶性抗癌药物的溶解度无论从吸收还是从配制方面看都是一个重大问题。