[发明专利]用于高容量离子交换分离的非织造物的热诱导接枝

说明书

本发明提供用于制备适用于分离方法的聚合物接枝和官能化的非织造膜的方法。本发明进一步提供由此形成的膜以及利用所述膜的改进的分离方法。聚合物接枝和官能化的非织造膜特别利用热接枝形成。特别地，丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合物可以接枝到包含多个聚合物纤维的非织造网上，以形成共价连接到聚合物纤维的多个聚合物链段。热接枝特别可包括使用热引发剂并将非织造网暴露于热以引发丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体的聚合。接枝的聚合物纤维可以被官能化以将适于结合到靶分子的至少一个官能团连接到接枝聚合物纤维的聚合物链段。

公开领域

本发明涉及适用于分离和纯化方法的聚合物接枝和官能化的非织造膜，以及形成和使用它们的方法。

背景

相对于作为生物分离平台的传统的填充床色谱，膜色谱法具有几个潜在的优势。当与填充床相比时，膜的互连孔允许在没有明显压降的情况下高体积生产率。

色谱树脂需要填充，它们通常不是一次性的，且因此它们需要经验证的清洁和再生过程才能使用它们。另一方面，许多膜可以使用可扩展的生产技术由聚合物制成，使其可用作可堆叠的、即用型的一次性生物分离过滤器。非织造膜对于这些应用特别有吸引力，因为它们经高度工程化以使用高速制造技术以低成本材料表现出可控的孔隙率、纤维直径和孔径。结合到膜的蛋白质主要限于由可用于流动和吸附二者的孔产生的表面积。这消除对吸附的所有扩散限制，但与色谱树脂相比，它还降低膜的结合容量。商业非织造物具有色谱树脂的表面积的一部分，导致大多数靶蛋白质捕获应用的低结合容量。通过将聚合物刷连接到非织造膜中的纤维表面，可以产生三维结合域，其可以显著提高总蛋白质结合容量。已知聚合物刷接枝的蛋白质吸附容量增加到传统的色谱树脂、中空纤维膜、流延膜和非织造膜中的单层覆盖的蛋白质吸附容量的几倍。

聚合物接枝可以极大地改变支撑体的表面性质。它可以帮助调节表面的极性以减少或增加生物分子吸附，且它可以用于在支撑界面上引入的三维微环境中引入用于配体或间隔臂连接的官能团。在由Liu等人进行的先前研究中，甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)单体通过UV接枝成功地接枝到市售可得的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)非织造织物。参见H.Liu, Y. Zheng, P. Gurgel, R. Carbonell, Affinity membrane development fromPBT nonwoven by photo-induced graft polymerization, hydrophilization andligand attachment, J. Membr. Sci. 428 (2013) 562-575。使用UV诱导的自由基聚合在单个PBT纤维周围实现均匀和保形的聚GMA接枝物。经由夺氢将聚GMA直接连接到PBT表面以使用作为引发剂的二苯甲酮(BP)引发GMA聚合。

PBT有利于用作聚GMA接枝的起始材料，因为它不需要接枝通常用于生产非织造织物的许多聚烯烃所必需的单独的表面UV预处理。PBT非织造材料固有地是疏水性质，导致高度非特异性蛋白质吸附，使得基础材料本身成为生物分离的不良平台。使用酸性条件在PBT上直接水解聚GMA接枝物使得纤维表面完全亲水且显著降低非特异性疏水性蛋白质吸附。GMA的每个单体单元含有环氧端基，其可用于经由用可用的胺、硫醇和羟基的亲核取代共价连接配体。在Liu等人的研究中，还发现共价连接到聚GMA刷的二甘醇通过非特异性疏水相互作用基本上消除蛋白质吸附。

聚GMA接枝的非织造物为开发有效的离子交换膜提供便利的平台。Saito等人将聚GMA刷成功接枝到聚丙烯织物和聚乙烯中空纤维。参见K. Saito, T. Kaga, H.Yamagishi, S. Furasaki, T. Sugo, J. Okamoto, Phosphorylated hollow fiberssynthesized by radiation grafting and crosslinking, J. Membr. Sci. 43 (1989)131-141。这些接枝材料用磷酸基团官能化以开发出强阳离子交换膜以捕获二价金属阳离子。