官能化微粒状载体材料和其制备和使用方法
【专利说明】官能化微粒状载体材料和其制备和使用方法 发明领域
[0001] 本发明主要涉及适合用于色谱柱或筒，例如液相色谱柱的官能化微粒状载体材 料。本发明进一步涉及含有所述官能化微粒状载体材料的色谱柱或筒，制备官能化微粒状 载体材料的方法、和使用官能化微粒状载体材料例如色谱柱或筒中的介质的方法。
[0002] 发明背景 阳离子和阴离子交换色谱材料是已知的。阳离子交换色谱材料通常含有具有表面连接 的阴离子基团例如磺酸基(例如S强阴离子交换）和/或羧甲基(例如CM弱阳离子交换）的 介质。阴离子交换色谱材料通常含有具有表面连接的阳离子基团例如季铵(例如Q强阴离 子交换）和/或二乙基氨基乙基(例如DEAE弱阴离子交换）的介质。
[0003] 在分离过程，例如蛋白纯化中，提出的极高分子量（MW)的那些生物分子，高^生 物分子扩散到所述介质表面是非常有限的。为了处理该问题，开发"触角"概念并发现其非 常有用和宽范围的应用。在"触角"概念中，将包括接枝聚合物链的触角接枝到所述介质表 面上。所述接枝的聚合物链包含从聚合物端连接至介质表面的离子基团的重复单元。这些 聚合物链可以自由旋转，使得发生蛋白分子和聚合物固定相之间的相互作用而不需要生物 分子扩散到介质表面上并因此能够实现高蛋白载量。
[0004] 在触角涂层概念中涉及的最通常的化学使用"从...接枝"概念。在此类化学中， 从介质颗粒表面引发基团聚合。对于阳离子交换介质，Ce (IV)盐（例如授予E. Merck的美 国专利No. 5, 453, 186)用于表面二醇基的氧化还原化学(例如在聚合之前通过连接的环氧 基的水解制备)以生成表面基团，其聚合含磺酸的单体，例如2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙 磺酸（AMPS)。该化学不是环境友好的，因为其生成明显有害的废料。
[0005] 努力继续开发适合用作阳离子和/或阴离子交换色谱介质的节约成本的介质，以 及包括此类节约成本的介质的色谱柱或筒，包括单次使用和/或一次性色谱柱或筒。
[0006] 发明概述 本发明涉及适合用作阳离子和/或阴离子交换色谱材料的节约成本的介质。所公开的 介质，在本文中称为"官能化微粒状载体材料"适合用于色谱柱或筒，例如在高效液相色谱 (HPLC)柱和快速蛋白液相色谱（FPLC)中。
[0007] 在本发明的一种实施方案中，所述官能化微粒状载体颗粒包含具有颗粒表面的颗 粒；和从所述颗粒表面伸出的官能团的组合，所述官能团的组合包括（i)第一组官能团， 通过该第一组官能团能够使一种或多种单体聚合到所述颗粒表面上，和（ii)第二组官能 团，其提高所述颗粒表面的润湿性。在本发明的示例性的实施方案中，所述颗粒包含一种或 多种无机金属氧化物颗粒，例如一种或多种二氧化硅或硅胶颗粒。
[0008] 在本发明的另一种实施方案中，所述官能化微粒状载体材料包含具有颗粒表面的 颗粒；和从所述颗粒表面伸出的官能团的组合，所述官能团的组合包括（i)键合至从所述 颗粒表面伸出的至少一种聚合物的颗粒表面上的第一组官能团，和（ii)提高所述颗粒表 面的润湿性的第二组官能团。
[0009] 在本发明的其他实施方案中，所述官能化微粒状载体材料包括具有颗粒表面和至 少150 A的中值孔径的颗粒；和从所述颗粒表面伸出的第一官能团，在所述颗粒表面上的 所述第一组官能团键合至从所述颗粒表面伸出的至少一种聚合物。在另一种实施方案中， 所述官能化载体材料包含提高所述颗粒表面的润湿性的第二组官能团。
[0010] 本发明进一步涉及适合用于色谱装置的色谱柱或筒，其中所述色谱柱或筒包括本 文中公开的本发明的官能化微粒状载体材料。在本发明的示例性实施方案中，所述色谱柱 或筒包括具有柱体积的柱结构；和位于柱结构的柱体积中的官能化微粒状载体材料，其中 所述官能化微粒状载体材料包含多个颗粒，其中所述多个颗粒内的一个或多个颗粒包括具 有颗粒表面的颗粒；和从所述颗粒表面伸出的官能团的组合，所述官能团的组合包括（i) 第一组官能团，通过该第一组官能团使一种或多种单体能够聚合到所述颗粒表面上，和 (ii)第二组的官能团，其提高所述颗粒表面的润湿性。
[0011] 本发明甚至进一步涉及包括本文中公开的色谱柱或筒的色谱装置。在一种示例性 实施方案中，本发明的色谱装置包括包含官能化微粒状载体材料的色谱柱或筒，其中所述 官能化微粒状载体材料包含多个颗粒，其中所述多个颗粒内的一个或多个颗粒包括具有颗 粒表面的颗粒；和从所述颗粒表面伸出的官能团的组合，所述官能团的组合包括（i)第一 组官能团，通过该第一组官能团使一种或多种单体能够聚合到所述颗粒表面上，和（ii)第 二组的官能团，其提高所述颗粒表面的润湿性。
[0012] 本发明还涉及制备官能化微粒状载体材料的方法。在一种示例性实施方案中，制 备官能化微粒状载体材料的方法包括处理颗粒的颗粒表面从而导致获得从所述颗粒表面 伸出的官能团的组合，所述官能团的组合包括（i)第一组官能团，通过该第一组官能团能 够使一种或多种单体聚合到所述颗粒表面上，和（ii)第二组官能团，其提高所述颗粒表面 的润湿性。例如，在一些实施方案中，所述处理步骤可以包括使所述颗粒表面暴露于（i)至 少一种包含来自第一组官能团的官能团的硅烷，和（ii)至少一种包含来自第二组官能团 的官能团的硅烷。
[0013] 本发明甚至进一步涉及制备包含官能化微粒状载体材料的色谱柱或筒的方法。 在一种示例性实施方案中，制备色谱柱或筒的方法包括：（1)密封管状结构的第一端；（2) 采用本发明的官能化微粒状载体材料至少部分地填充管状结构的柱腔；(3)采用官能化微 粒状载体材料的浆液至少部分地填充所述管状结构的柱腔；和（4)密封所述管状结构的 相对端。所得色谱柱或筒可以引入色谱装置中并用于分离样品。
[0014] 本发明还涉及使用官能化微粒状载体材料的方法、柱或筒、和检测给定样品中一 种或多种目标分子(例如一种或多种生物分子）存在的装置。在一种不例性实施方案中，分 离目标分子的方法包括分离能够含有至少一种目标分子(例如，生物分子诸如蛋白或肽）的 混合物，其中所述方法包括使该包含至少一种目标分子(例如，生物分子诸如蛋白或肽）的 样品与本文公开的本发明的官能化微粒状载体材料接触。例如，分离样品的公开的方法可 以用于隔离至少一种生物分子的存在，所述生物分子包括抗体、蛋白、肽、多肽、非肽基化合 物、寡核苷酸、其衍生物、其类似物、或其任何组合。
[0015] 本发明的这些和其他特征和优点在浏览后文的所公开的实施方案的详细描述和 所附权利要求之后变得明显。
[0016] 附图简要描述 本发明参考所附的附图进一步描述，其中： 图1描绘本发明的示例性色谱装置的图； 图2描绘本发明的色谱介质的示例性实施方案的反应方案；和 图3描绘本发明的色谱介质的示例性实施方案的反应方案； 图4描绘本发明的色谱介质的示例性实施方案的反应方案；和 图5描绘本发明的色谱介质的示例性实施方案的反应方案。
[0017] 发明的详细描述 本发明涉及适合用于色谱柱或筒，例如液相色谱(例如高效液相色谱（HPLC)或快速液 相色谱）的官能化微粒状载体材料。本发明进一步涉及包含官能化微粒状载体材料的色谱 柱或筒。本发明甚至进一步涉及制备官能化微粒状载体材料的方法和色谱柱或筒的方法， 以及使用官能化微粒状载体材料和色谱柱或筒以分析样品，包括复合混合物(例如，包含各 生物组分的混合物）（其能够含有一种或多种目标分子）的方法。
[0018] 必须注意如本文和所附权利要求中所使用的，单数形式"一"和"该"包括复数指示 物，除非上下文以另外的方式清楚地指明。因此，例如"氧化物"是指包括多个此类氧化物， 并且"氧化物"是指包括一种或多种氧化物和本领域技术人员已知的其等价物等。
[0019] 描述本公开的实施方案中使用的"约"修饰的，例如组合物中的成分、浓度、体积、 处理温度、处理时间、回收率或产率、流速、和类似值的量和其范围是指例如可以如下发生 的数量的变化；和类似的近似考虑：通过典型的测量和处理程序；通过这些程序中的疏忽 的错误；通过用于进行所述方法的成分中差别。术语"约"还包括由于具有特定初始浓度的 配制品或混合物的老化导致不同的量，和由于混合或处理采用特定的初始浓度的配制品或 混合物导致不同的量。无论是否由术语"约"修饰，所附的权利要求包括这些量的等价值。
[0020] 本文中使用的术语"生物分子"是指由活体产生的任何分子，包括大分子如蛋白 质、多糖、脂质、和核酸；和小分子例如原生代谢物、次生代谢物、和天然产物。生物分子的实 例包括细胞和细胞碎片；蛋白质和肽；核酸，例如DNA和RNA ;内毒素；病毒；疫苗等。生物 分子的其他实例包括在WO 2002/074791和U. S. 5, 451，660中叙述的那些。
[0021] 如本文使用的，"无机氧化物"定义为二元氧化合物，其中所述无机组分为阳离子， 所述氧化物为阴离子。所述无机材料包括可以也包括准金属的金属。金属包括在元素周期 表上从硼到钋画出的对角线左边的那些元素。准金属或半金属包括在该线右边的那些元 素。无机氧化物的实例包括二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆等，和其混合物。
[0022] 如本文使用的，"颗粒"包括由无机材料、有机材料、或无机材料(例如金属、半金 属、和它们的合金；陶瓷，包括无机氧化物等)和有机材料(例如有机聚合物）的组合，例如复 合材料(其在性质上为多相或均相的）构成的颗粒。例如，多相复合材料