专利名称：附着有树枝状聚合物的基材的制作方法
背景技术：
三维球形的树枝状聚合物(dendrimeric)材料是现有技术已知的。可利用发散或会聚工艺制备这类材料。在发散工艺中，提供从中心核构造所述结构而制备该树枝状聚合物材料。在会聚工艺中，将独立的分支连接到一起以形成该树枝状聚合物材料。
很少有将树枝状聚合物材料共价结合到基材上的例子。通常通过将预制的树枝状聚合物材料附着到基材上而制备这类制品。
发明内容
本发明提供了包括附着树枝状聚合物材料的基材的制品。得到的树枝状聚合物结构通常具有反应性端基，所述反应性端基能够作为例如离子交换位或亲合捕获位。所述的树枝状结构-其可利用发散工艺从基材表面形成并延伸-可用于从混合物中分离或提纯一种或多种化合物。
在第一方面，本发明提供了用于制备具有树枝状结构制品的方法。在一种方法中，通过以下方法制备制品提供吖内酯官能基材；使基材上的吖内酯基团与第一亲核化合物反应，以形成具有至少一个亲核端基的基材附着的亲核化合物，所述第一亲核化合物具有选自羟基、伯氨基、仲氨基、或其组合的多个亲核基团；然后使所述基材附着的亲核化合物的亲核端基与具有多个吖内酯基团的第一吖内酯化合物反应，形成具有吖内酯端基的第一树枝状结构。为形成树枝状结构，所述第一亲核化合物具有至少3个亲核基团，所述第一吖内酯基团具有至少3个吖内酯基团，或其组合。所述吖内酯官能基材根据式III。
在式III中，p是0或1的整数；R1和R2独立选自烷基，杂烷基，芳基，芳烷基，或R1和R2与和它们相连的碳原子一起形成碳环。尽管为容易说明起见，式III仅给出了连到所述基材上的一个吖内酯基团，但是通常有多个吖内酯基团连接到该基材上。
在另一方法中，通过以下方法制备制品提供具有附着的亲核基团的基材，所述亲核基团选自羟基、伯氨基、仲氨基、或其组合；使附着到所述基材上的亲核基团与具有多个吖内酯基团的第一吖内酯化合物反应，以形成具有至少一个吖内酯端基的基材附着的吖内酯化合物；然后使所述基材附着的吖内酯化合物的吖内酯端基与具有多个亲核基团的亲核化合物反应，形成具有亲核端基的第一树枝状结构，所述多个亲核基团选自羟基、伯氨基、仲氨基、或其组合。为形成树枝状结构，所述的第一吖内酯化合物具有至少3个吖内酯基团，所述的第一亲核化合物具有至少3个亲核基团，或其组合。
在另一方法中，通过以下方法制备制品提供式III的吖内酯官能基材，然后使附着到所述基材上的吖内酯基团与具有亲核基团的树枝状材料反应，所述的亲核基团选自羟基、伯氨基、仲氨基、或其组合。
本发明的另一方面提供了具有树枝状结构的制品。这种制品包括基材，具有延伸基团的树枝状材料，和用于将所述树枝状材料结合到所述基材上的附着基团。所述的延伸基团根据式XXV 在式XXV中，n是至少为2的整数；p是0或1的整数；T是氧杂或NRb，其中Rb选自氢，烷基，杂烷基，芳基，或芳烷基；R1和R2独立选自烷基，杂烷基，芳基，芳烷基，或R1和R2与和它们相连的碳原子一起形成碳环；且D是含有至少一个碳原子的化合价为n的连接基团。
其他制品包括基材，树枝状材料，和将所述树枝状材料连接到基材上的二价附着基团。所述的附着基团为式II 其中p是0或1的整数；R1和R2独立选自烷基，杂烷基，芳基，芳烷基，或R1和R2与和它们相连的碳原子一起形成碳环。
上述本发明的概述不意欲说明本发明的每一公开实施方式或每一实现方式。下面的详细说明更具体地举例说明这些实施方式。
发明详细说明本发明提供了制品和制备制品的方法。所述制品具有附着到基材上的树枝状材料。所述的树枝状材料，连接所述树枝状材料到基材上的附着基团，或树枝状材料和附着基团二者均可由吖内酯基团和亲核基团的开环反应形成，所述亲核基团如羟基、伯氨基或仲氨基。
定义如本文所用，术语“一个(a)”，“一个(an)”，和“该(the)”与“至少一个”互换使用，指所述的一个或多个元素。
如本文所用，术语“附着基团”指将树枝状材料连接到基材上的二价基团。
如本文所用，术语“树枝状材料”指具有至少一个支链基团的三维化学部分。
如本文所用，术语“树枝状结构”指包括基材和连接到所述基材上的树枝状材料的制品。
如本文所用，术语“支链基团”指将树枝状材料或树枝状结构中的分子链分成至少两个分子链的基团。
如本文所用，术语“延伸基团”指延伸树枝状材料或树枝状结构的分子链的基团。例如通过使一种树枝状材料或树枝状结构的端基和一种化合物反应形成所述的延伸基团，以延伸分子链的长度。某些延伸基团是支链基团(即，所述分子链既被延长又被支化)。
如本文所用，术语“端基”指位于树枝状材料或树枝状结构的末端的基团。在某些实施方式中，所述端基能够进行进一步的化学反应。适当的端基包括但不限于，吖内酯基团，羟基基团，伯氨基，仲氨基，酸基等。
如本文所用，术语“吖内酯基团”或“Az”指式I的单价基团
其中，p是0或1的整数；R1和R2独立选自氢，烷基，杂烷基，芳基，芳烷基，或R1和R2与和它们相连的碳原子一起形成碳环。
如本文所用，术语“聚合物”指为均聚物(即，为一种单体的反应产物的聚合材料)或共聚物(即，为至少两种不同单体的反应产物的聚合材料)的聚合材料。
如本文所用，术语“烷基”指饱和的且具有1-18个碳原子的一价烃基。所述烷基基团可以是直链的，支化的，或环状的。在某些实施例中，所述烷基基团是直链的或支化，其具有1-12个碳原子，1-10个碳原子，1-6个碳原子或1-4个碳原子。在其他的实施例中，所述烷基为具有3-12个碳原子的环状烷基。一些示例性的环烷基具有3-10，3-6，或4-6个碳原子。
如本文所用，术语“杂烷基”指具有至少两个被至少一个悬链线杂原子隔开的碳原子的饱和一价基团，所述悬链线杂原子选自O、S，或NRb，其中Rb为氢，烷基，杂烷基，芳基或芳烷基。所述的杂烷基可以是直链的、支化的或环状的。在某些实施例中，所述的杂烷基具有2-18个碳原子和1-6个杂原子，2-12个碳原子和1-5个杂原子，2-10个碳原子和1-4个杂原子，2-8个碳原子和1-3个杂原子，或2-6个碳原子和1-2个杂原子。
如本文所用，术语“芳基”指杂环和碳环芳基。芳基可具有一个或多个连接的或稠合的环。一些示例性芳基具有带有0-3个杂原子的5-12元环结构，所述杂原子选自O，S，或NRb，其中Rb为氢，烷基，杂烷基，芳基或芳烷基。
如本文所用，术语“芳烷基”指被芳基取代的烷基。
如本文所用，术语“吖内酯化合物”指至少具有一个吖内酯基团的化合物。一些吖内酯化合物具有多个吖内酯基团，如2-10，3-10，2-8，3-8，2-6，3-6，2-4，或3个吖内酯基团。
如本文所用，术语“亲核基团”指羟基、伯氨基或仲氨基。
如本文所用，术语“亲核化合物”指具有至少一个亲核基团的化合物。一些亲核化合物具有多个亲核基团如2-10，3-10，2-8，3-8，2-6，3-6，2-4，或3个亲核基团。
如本文所用，术语“羟基”指式-OH的一价基团。
如本文所用，术语“氧杂”指式-O-的二价基团。
如本文所用，术语“伯氨基”指式-NH2的一价基团。
如本文所用，术语“仲氨基”指式-NHRa的一价基团，其中Ra是烷基，杂烷基，芳基或芳烷基。
如本文所用，术语“吖内酯官能基材”指具有共价结合的、能够与亲核基团反应的吖内酯基团的基材。
如本文所用，术语“Az1”指进行开环反应的吖内酯基团。Az1基团是式II的二价基团
其中，p是0或1的整数；R1和R2各自独立地选自氢，烷基，杂烷基，芳基，芳烷基，或R1和R2与和它们相连的碳原子一起形成碳环。
制备制品的方法本发明提供了制备制品的方法，所述制品包括基材，树枝状材料，和将所述树枝状材料共价结合到所述基材上的附着基团。所述树枝状材料，附着基团，或二者均可利用吖内酯基团和亲核基团的开环反应形成。
在第一个方面，通过以下方法制备制品使吖内酯官能基材上的吖内酯基团与具有多个亲核基团的第一亲核化合物反应，形成具有至少一个亲核端基的基材附着的亲核化合物；使所述基材附着的亲核化合物的亲核端基与具有多个吖内酯基团的第一吖内酯化合物反应，形成具有吖内酯端基的第一树枝状结构。为形成树枝状结构，至少所述第一吖内酯化合物或所述第一亲核化合物的一个具有至少3个反应性基团。
吖内酯官能基材可由式III说明 其中，p是0或1的整数；R1和R2独立选自烷基，杂烷基，芳基，芳烷基，或R1和R2与和它们相连的碳原子一起形成碳环。在下面的反应和通式中，式III可表示为“基材-Az”。尽管为容易说明起见，式III仅给出了附着到基材上的一个吖内酯基团，但是通常有多个吖内酯基团附着到所述基材上。
在式III的一些实施方式中，烷基具有1-18个碳原子，1-12个碳原子，3-12个碳原子，1-10个碳原子，3-10个碳原子，1-6个碳原子，3-6个碳原子，或1-4个碳原子；杂烷基具有2-18个碳原子和1-6个杂原子，2-12个碳原子和1-5个杂原子，2-10个碳原子和1-4个杂原子，2-8个碳原子和1-3个杂原子，或2-6个杂原子和1-2个杂原子；芳基具有2-12个碳原子和0-3个杂原子，3-12个碳原子和0-2个杂原子，或4-12个碳原子和0-1个杂原子；芳烷基具有3-15个碳原子和0-3个杂原子，4-15个碳原子和0-2个杂原子，或5-15个碳原子和0-1个杂原子；和碳环具有5-12个碳原子，5-10个碳原子，或5-8个碳原子。适当的杂原子包括O，S，或NRb，其中Rb为氢，烷基，杂烷基，芳基或芳烷基。
在式III的一些示例性吖内酯官能基材中，p等于0(即，所述的吖内酯基团为5元环)，R1和R2均为烷基。在更具体的实施例中，p＝0，且R1和R2均为甲基。
为将树枝状材料附着到吖内酯官能基材上(即反应路线A中的基材-Az或式III)，所述基材表面上的吖内酯基团可与第一亲核化合物Q(TH)r反应。在式Q(TH)r中，r是大于或等于2的整数；TH是选自羟基或式NHRb的氨基的亲核基团，其中Rb选自氢，烷基，杂烷基，芳基，或芳烷基；Q是化合价等于r的第一亲核化合物的残基。Q是第一亲核化合物非亲核基团的部分且通常含有至少2个碳原子。所述第一亲核化合物Q(TH)r的一个亲核基团与吖内酯官能基材的反应(即基材-Az)导致吖内酯的开环并形成基材附着的亲核化合物(即基材-Az1-T-Q(TH)r-1或式IV)，如反应路线A所示。尽管吖内酯官能基材通常具有多个附着的吖内酯基团，为容易说明起见，在下式中仅给出一个基团。
反应路线ASubstrate-Az+Q(TH)r→Substrate-Az1-T-Q(TH)r-1III IVSubstrate-Az1-T-Q(TH)r-1+(r-1)D(Az)n→IVSubstrate-Az1-T-Q[T-Az1-D(Az)n-1]r-1V在反应路线A中，术语Az1指进行开环反应的吖内酯基团。式IV中附着到基材上的二价基团Az1作为第一亲核化合物Q(TH)r到基材的附着基团。附着基团为式II 基团R1和R2独立选自烷基，杂烷基，芳基，芳烷基，或R1和R2与和它们相连的碳原子一起形成碳环，且p是0或1的整数。通常一个羰基附着到基材上，另一个羰基经常附着到二价基团上，所述的二价基团如氧杂或NRb，其中Rb选自氢，烷基，杂烷基，芳基，或芳烷基。
式IV的基材附着的亲核化合物可与具有多个吖内酯基团的第一吖内酯化合物反应，形成式V的第一树枝状结构。所述的第一吖内酯化合物为式D(Az)n，其中n是至少等于2的整数。为提供树枝状结构，所述第一亲核化合物或第一吖内酯化合物的至少一个具有至少三个反应性基团。即，第一亲核化合物具有至少3个亲核基团，第一吖内酯化合物具有至少3个吖内酯基团，或其组合。
可用于形成和延伸所述树枝状结构的亲核化合物具有至少2个亲核基团。此处的式Q(TH)r用于第一亲核化合物，式Q1(TH)r用于第二亲核化合物，式Q2(TH)r用于第三亲核化合物。所述第一，第二，第三和其他亲核化合物可以相同或不同。在亲核化合物的这些通式中，r是至少等于2的整数，基团Q，Q1，和Q2指所述亲核化合物非亲核基团的部分。基团Q，Q1，和Q2的化合价为r，并通常具有至少2个碳原子。通常，所述亲核化合物具有2-10，2-8，2-6，2-4，或3个亲核基团。使用具有3个或更多亲核基团的亲核化合物导致在树枝状结构中形成支化位。
适当的具有2个氨基基团的亲核化合物包括但不限于，乙二胺，N-甲基乙二胺，哌嗪，N-(2-氨基乙基)哌嗪，1，3-丙二胺，1，4-丁二胺，苯二胺，1，4-环己二胺，1，6-己二胺，肼(例如，其中Q为单键)，和肼衍生物(例如，脂肪族二酰肼)。适当的具有三个氨基的亲核化合物包括但不限于，三(2-氨基乙基)胺，双-(2-氨基乙基)胺(二乙胺)，三-N，N’，N”-(异丙基-2-氨基乙基)胺，1，3，5-苯三胺，和1，3，5-环己三胺。含有多于三个氨基的亲核化合物包括三乙四胺，四乙五胺，五乙六胺，cyclen(1，4，7，10-四氮杂环十二烷)，cyclam(1，4，8，11-四氮杂环四癸烷)，和hexacyclen(1，4，7，10，13，16-六氮杂环十八烷)。
适当的具有多个羟基的亲核化合物包括但不限于乙二醇，二乙二醇，三乙二醇，1，2-丙二醇，1，3-丙二醇，1，2-丁二醇，1，3-丁二醇，1，4-丁二醇，丙三醇，三羟甲基丙烷，季戊四醇，二-羟基苯，三羟基苯，2，2’-硫代二乙醇，双酚A，三乙醇胺，和四亚甲基双异羟肟酸。
既含氨基也含羟基的亲核化合物包括但不限于，2-羟乙胺，3-羟丙胺，1，3-二氨基-2-羟丙烷，1，2-二羟基-3-氨基丙烷，1-羟基-6-氨基己烷，双-(2-羟乙基)胺，二甘醇胺，1-氨基-3，5-二羟基环己烷，1-氨基-3，5-二羟基苯，N，N’-双(2-羟乙基)哌嗪，N-羟乙基哌嗪，2-氨基乙醇，3-氨基丙醇，4-氨基丁醇，羟胺，和2-氨基-2-甲基-2，3-丙二醇一些亲核化合物是生物活性化合物。此处，术语“生物活性化合物”指具有生物，免疫，生理或药物方式活性的物质。当生物活性化合物用作亲核化合物时，所述的树枝状结构通常不进一步通过与另一种吖内酯化合物的反应而延伸。适当的生物活性化合物包括但不限于，抗体，抗原，酶，辅助因子，抑制剂，凝集素，荷尔蒙，受体，凝结因子，蛋白质，肽，DNA片段，RNA片段，组蛋白，维生素，药物，细胞表面生物标志，等。
可用于形成并延伸所述树枝状结构的吖内酯化合物包括具有至少两个吖内酯基团的那些。此处可用式D(Az)n表示第一吖内酯化合物，式D1(Az)n表示第二吖内酯化合物，式D2(Az)n表示第三吖内酯化合物。所述的第一，第二，第三和其他吖内酯化合物可以相同或不同。在这些吖内酯化合物通式中，n是至少等于2的整数，基团D，D1和D2表示吖内酯化合物中非吖内酯基团的部分。基团D，D1和D2具有至少一个碳原子，且化合价为n。通常，所述的吖内酯化合物具有2-10，2-8，2-6，2-4，或3个吖内酯基团。使用具有3个或更多吖内酯基团的吖内酯化合物使得在所述树枝状结构中形成支化位。
具有多个吖内酯基团的适当的吖内酯化合物在美国专利4,485,236(Rasmussen et al.)；5,268,473(Moren et al.)；5,149,806(Moren etal.)；5,081,197(Heilmann et al.)；和5,292,514(Capecchi et al.)中进一步说明。具有2个吖内酯基团的示例性的吖内酯化合物包括但不限于，1，2-双[2-(4，4-二甲基-2-唑啉-5-酮-2-基)乙基硫代]乙烷；1，5-双[2-(4，4-二甲基-2-唑啉-5-酮-2-基)乙基硫代]-3-氧杂戊烷；1，10-双[2-(4，4-二甲基-2-唑啉-5-酮-2-基)乙基硫代]-4，7-二氧杂癸烷-3，8-二酮；1，5-双[2-(4，4-二甲基-2-唑啉-5-酮-2-基)-2-甲基乙基硫代]-3-氧杂戊烷；1，5-双[2-(4，4-二甲基-2-唑啉-5-酮-2-基)乙基硫代]-3-氧杂戊烷；1，5-双[2-(4，4-二甲基-2-唑啉-5-酮-2-基)乙基硫代]-3-硫代戊烷；1，5-双[2-(4，4-二甲基-2-唑啉-5-酮-2-基)乙基-N-甲基氨基]-3-氧杂戊烷；α，ω-双[5-(4，4-二甲基-2-唑啉-5-酮-2-基)乙基硫代]-3-氧杂-3-(2-氰基乙基)-2-甲基戊基]聚(氧化丙烯)；和1，8-双[2-(4，4-二甲基-2-唑啉-5-酮-2-基)乙基硫代]-3，6-二氧杂辛烷-2，7-二酮。
具有三个吖内酯基团的示例性吖内酯化合物包括但不限于， 例如1，3，5-三[2-(4，4-二甲基-2-唑啉-5-酮-2-基)乙基]三嗪-2，4，6-三酮； 例如三[[2-[N-2-(4，4-二甲基-2-唑啉-5-酮-2-基)乙基-N-异丙基]-2-氨基]乙基]胺； 例如N，N’，N”-三2-(4，4-二甲基-2-唑啉-5-酮-2-基)乙基-双-(N，N”-异丙基-2-氨基乙基)胺；
例如1，1，1-三[[2-[2-(4，4-二甲基-2-唑啉-5-酮-2-基)乙基硫代]甲基羰基羟甲基]]丙烷； 例如1，1，1-三[[2-[2-(4，4-二甲基-2-唑啉-5-酮-2-基)乙基硫代]乙基羰基羟甲基]]丙烷；和 例如三-[2-(4，4-二甲基-2-唑啉-5-酮-2-基)乙基]硝基甲烷。
具有四个吖内酯基团的示例性吖内酯化合物包括但不限于，例如四-[[2-[2-(4，4-二甲基-2-唑啉-5-酮-2-基)乙基硫代]乙基羰基 羟甲基]]甲烷；和 例如四[[2-[2-(4，4-二甲基-2-唑啉-5-酮-2-基)乙基硫代]甲基羰基羟甲基]]甲烷。
作为反应路线A的结果，附着到基材上的吖内酯基团的数量可以增大(即，式V中吖内酯端基间接连到所述基材上)。根据式V，制品上(即树枝状结构)来自基材表面上的一个吖内酯基团的吖内酯端基的理论值等于(r-1)(n-1)的乘积。例如，在第一亲核化合物具有2个亲核基团(即Q(TH)2)和第一吖内酯化合物具有3个吖内酯基团(即D(Az)3)的情况，式V的第一树枝状结构可具有2个来自基材表面上的单独吖内酯基团的吖内酯端基。这种结构在式X中示意说明 在第一亲核化合物具有三个亲核基团(即Q(TH)3)和所述第一吖内酯化合物具有三个吖内酯基团(即D(Az)3)的情况，所述第一树枝状结构可具有4个来自基材表面上的单独吖内酯基团的吖内酯端基。这种树枝状结构在式XI中示意说明 带有吖内酯端基的第一树枝状结构(例如式X和XI)可进一步通过与具有多个亲核基团的第二亲核化合物Q1(TH)r的反应延伸，以形成具有亲核端基的第二树枝状结构。例如，可通过使式XI的第一树枝状结构与式Q1(TH)2的第二亲核化合物反应，形成具有4个用于各个连接基团的亲核端基的树枝状结构(即存在4个来自基材表面上的单独吖内酯基团的亲核端基)。这样的第二树枝状结构在式XII给出。
类似地，通过使式X的第一树枝状结构与式Q1(TH)2的第二亲核化合物反应形成的第二树枝状结构可具有2个来自基材表面上的单独吖内酯基团的亲核端基。
使具有吖内酯端基的树枝状结构与具有2个亲核端基的亲核化合物反应延长了所述树枝状结构，但是没有增大该树枝状材料的支化度。然而，如果通过与具有至少3个亲核基团的亲核化合物反应延伸该第一树枝状结构，得到的第二树枝状结构具有比第一树枝状结构更高的支化度。
通过使式XI的第一树枝状结构与式Q1(TH)3的第二亲核化合物反应，可形成具有8个用于各个连接基团的亲核基团的树枝状结构。这样的树枝状结构见式XIII。
类似地，通过使式X的第一树枝状结构与式Q1(TH)3的第二亲核化合物反应，可形成具有4个来自基材表面上的单独吖内酯基团的亲核基团的第二树枝状结构。第一亲核化合物可与第二亲核化合物相同或不同。
或者，可通过与具有选自亲核基团的第一官能团和含酸基的第二官能团的多官能化合物反应，而进一步延伸具有吖内酯端基的第一树枝状结构(例如，式X和XI)。所述的多官能化合物可由式M(TH)x(G)y表示，其中G是酸基；TH是亲核基团，选自羟基，伯氨基或仲氨基；x是大于或等于1的整数；y是大于或等于1的整数；M代表所述多官能化合物的残基(即，该化合物非亲核基团或酸基的部分)。基团M具有至少一个碳原子且化合价等于x和y的和。适当的酸性端基可选自羧酸，膦酸，磺酸或其盐。所述的多官能化合物的亲核基团与第一树枝状结构的吖内酯基团反应，导致吖内酯开环并形成具有酸性端基的第二树枝状结构。例如，如果式XI的第一树枝状结构与具有一个亲核基团和一个酸基的多官能化合物(即M(TH)(G))反应，式XIVa说明了得到的第二树枝状结构。
适当的式M(TH)x(G)y的多官能化合物包括氨基酸，如甘氨酸，丙氨酸，赖氨酸，亮氨酸，异亮氨酸，苯丙氨酸，酪氨酸，脯氨酸，天门冬氨酸，谷氨酸，牛磺酸，2-氨基乙基膦酸，谷氨酰胺等；和含氧酸如羟乙烷磺酸，3-羟基丙酸，6-羟基己酸，甘油酸，羟基乙酸，N-膦酸甲基甘氨酸，等。
作为另一种选择，所述具有吖内酯端基的第二树枝状结构(例如式X和XI)可进一步与式J(TH)的封端化合物反应，所述封端化合物中TH是选自羟基、伯氨基或仲氨基的亲核基团；J是所述封端化合物的残基(即，J是所述封端化合物除了亲核基团之外的部分)。例如，如果式XI的第一树枝状结构与这样的封端化合物反应，式XIVb表示得到的第二树枝状结构。
通过吖内酯基团与封端化合物的开环反应形成的式XIVb的树枝状结构通常不通过随后与另外的吖内酯化合物反应而进一步延伸。所述封端基团J(TH)的亲核基团用于共价连接所述的封端化合物到所述树枝状结构上，残基J通常提供另外的功能。例如，式J(TH)的封端化合物可以是染料，催化剂或试剂。即，得到的树枝状结构具有附着的染料，催化剂或试剂。或者，附着的封端化合物可以是用于色谱分离的配体。如果J含有叔胺基，附着的封端化合物可作为用于阴离子交换分离的配体。如果J含有烷基或芳基，附着的封端化合物可提供用于疏水作用分离的配体。如果J含有亲和生物大分子的基团，附着的封端化合物可提供用于亲和分离的配体。
可通过与具有多个吖内酯基团的第二吖内酯化合物D1(Az)n反应进一步延伸具有亲核端基的第二树枝状结构(例如式XII或式XIII)，以形成具有吖内酯端基的第三树枝状结构。例如，如果所述式XII的第二树枝状结构与具有三个吖内酯基团的第二吖内酯化合物D1(Az)3反应，可形成下面式XV中所示的第三树枝状结构。
即，可使用基材上的一个吖内酯基团制备具有8个吖内酯端基的树枝状结构。所述的第二吖内酯化合物可以与第一吖内酯化合物相同或不同。
可通过使所述的吖内酯端基与具有多个亲核基团的第三亲核化合物Q2(TH)r反应进一步延伸所述具有吖内酯端基的第三树枝状结构(例如式XV)，以形成具有亲核端基的第四树枝状结构。例如，可使式XV的第三树枝状结构与具有2个亲核基团的亲核化合物Q2(TH)r反应，形成具有亲核端基的式XVI的第四树枝状结构。
可通过与具有多个吖内酯基团的第三吖内酯化合物D2(Az)n反应进一步延伸所述具有亲核基团的第四树枝状结构(例如式XVI)，以形成具有吖内酯端基的第五树枝状结构。可通过使吖内酯端基与具有多个亲核基团的第四亲核化合物反应进一步延伸所述第五树枝状结构，以形成具有亲核端基的第六树枝状结构。可通过连续使亲核端基与具有多个吖内酯基团的吖内酯化合物反应，形成具有吖内酯端基的树枝状结构，使所述的吖内酯端基与具有多个亲核基团的亲核化合物反应以形成具有亲核端基的树枝状结构，并重复，而得到另外的树枝状结构。
或者，可通过使所述吖内酯端基与上述定义的多官能化合物M(TH)x(G)y反应，进一步延伸具有吖内酯端基的第三树枝状结构(例如，式XV)。例如，如果所述式XV的第三树枝状结构与具有一个亲核基团和一个酸基G的多官能化合物M(TH)x(G)y反应，得到的第四树枝状结构可由式XVIIa表示。
作为另一种选择，可通过使所述吖内酯端基与所述定义的式J(TH)的封端化合物反应而进一步延伸所述具有吖内酯端基的第三树枝状结构(例如，式XV)。例如，如果使式XV的第三树枝状结构与式J(TH)的亲核物质反应，得到的第四树枝状结构可由式XVIIb表示。
通过使吖内酯端基与预制的含有亲核基团的树枝状材料反应，可进一步延伸任何具有吖内酯端基的树枝状结构(例如，式X或XI的第一树枝状结构和式XV的第三树枝状结构)。
示例性的具有伯氨基或仲氨基端基的树枝状材料包括但不限于，由聚酰胺胺(PAMAN)和聚丙烯亚胺形成的那些。由PAMAN形成的树枝状材料可以商品名“STARBURST(PAMAN)DENDRIMER”(例如，具有4个伯氨基的Generation 0，具有8个伯氨基的Generation 1，具有16个伯氨基的Generation 2，具有32个伯氨基的Generation 3，和具有64个伯氨基的Generation 4)从Aldrich Chemical，Milwaukee，WI.商购。由聚丙烯亚胺形成的树枝状材料可以商品名“DAB-AM”从Aldrich Chemical.商购。例如DAB-Am-4是具有4个伯氨基的generation1聚丙烯亚胺四胺树枝状聚合物。DAB-Am-8是具有8个伯氨基的generation 2聚丙烯亚胺八胺树枝状聚合物，DAB-Am-16是具有16个伯氨基的generation 3聚丙烯亚胺十六胺，DAB-Am-32是具有32个伯氨基的generation 4聚丙烯亚胺三十二胺树枝状聚合物，和DAB-Am-64是具有64个伯氨基的generation 5聚丙烯亚胺六十四胺(tetrahexacontaamine)树枝状聚合物。
通常，通过将预制的树枝状材料附着到基材而制备的制品比具有通过从基材表面一系列逐步反应制备的树枝状材料的制品具有较少的反应性端基。可能存在空间位阻限制能附着到基材上的预制的树枝状材料的数量。
反应路线A的第一步是共价结合到基材表面上的吖内酯基团的开环反应。所述在其表面具有吖内酯基团的基材可以是珠状，膜状，薄膜状，固体载体上的涂层状等。在美国专利5,336,742(Heilmann et al.)；5,403,902(Heilmann et al.)；5,344,701(Gagnon et al.)；5,993,935(Rasmussen et al.)；6,063,484(Exsted et al.)；5,292,514(Capecchi et al.)；6,548,607(Halverson et al.)；5,408,002(Coleman et al.)；5,476,665(Dennison)；5,510,421(Dennison et al.)；和6,794,458(Haddad et al.)。
可利用各种方法制备适当的吖内酯官能基材。在这些方法中，所述的吖内酯官能基材可利用反相悬浮聚合制备，该技术中聚合反应在悬浮于悬浮介质中的水滴中发生。所述悬浮介质是水不混溶的且所述的单体是水溶的。
在一个反相聚合工艺中，所述聚合介质包括水混溶助溶剂中的至少一种烯基吖内酯和至少一种交联单体。交联量会影响聚合物性能如孔隙率和溶剂中的溶胀度。适当的烯基吖内酯单体包括，但不限于2-乙烯基-4，4-二甲基-2-唑啉-5-酮；其可由SNPE，Inc.，Princeton，NJ商购；2-异丙烯基-4，4-二甲基-2-唑啉-5-酮；和2-乙烯基-4，4-二甲基-1，3-唑啉-6-酮。适当的交联剂包括但不限于，烯键式不饱和(α，β-不饱和)酯，例如二丙烯酸乙二酯，二甲基丙烯酸乙二酯，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯；和烯键式不饱和酰胺，如亚甲基双(丙烯酰胺)，亚甲基双(甲基丙烯酰胺)，N，N’-二丙烯酰-1，2-二氨基乙烷，和N，N’-二甲基丙烯酰-1，2-二氨基乙烷。此外，所述的聚合介质可包括其他水溶性且可利用自由基加成聚合反应聚合的单体。适当的任选单体包括，例如，N，N-二甲基丙烯酰胺和N-乙烯基吡咯烷酮。该聚合工艺进一步记载于美国专利5,403,902(Heilmann et al.)和5,336,742(Heilmann et al)中。
在另一种反相聚合工艺中，利用两步聚合制备吖内酯官能基材。在第一步中，制备带有羧酸官能团的聚合材料。所述羧酸官能团随后与环化剂反应形成吖内酯基。所述聚合介质包括N-(甲基)丙烯酰氨基酸的水溶性盐，交联单体，和水不混溶性悬浮介质。此外，该聚合介质可包括水溶性的且可利用自由基加成聚合反应聚合的其他单体。适当的任选单体包括，例如，N，N-二甲基丙烯酰胺和N-乙烯基吡咯烷酮。适当的环化剂包括，例如，乙酸酐，三氟乙酸酐，和烷基氯甲酸酯。在美国专利5,403,902(Heilmann et al.)和5,336,742(Heilmann et al.)中对该工艺有进一步描述。
在另外的方法中，可利用分散聚合制备所述吖内酯官能基材，该技术中选择可溶解单体，但当聚合物形成时可沉淀聚合物的分散介质。可加入各种表面活性剂，以防止聚合物颗粒的聚集。例如，可利用分散聚合工艺制备吖内酯官能基材，其中所述聚合介质包括2-烯基吖内酯单体，交联单体，和至少一种在有机溶剂如乙醇中的表面活性剂。在美国专利5,403,902(Heilmann et al.)和5,336,742(Heilmann et al.)中对该工艺有进一步描述。
所述的聚合吖内酯官能基材可以是凝胶状或大孔聚合材料。此处，术语“凝胶状”指由基于聚合介质中的单体重量小于20wt％的交联剂制备的聚合材料。此处，术语“大孔”指由基于聚合介质中的单体重量至少20wt％的交联剂制备的聚合材料。凝胶状的材料往往比大孔材料更易溶胀且硬度较小。
在一些实施方式中，所述基材为珠状。所述的珠可为球形，规则形状，或不规则形状。可利用反相悬浮聚合技术或分散聚合方法制备珠。与利用分散聚合技术制备的珠相比，利用反相悬浮聚合技术制备的珠孔隙率往往更大，具有更大的表面积，并具有更高的反应基团密度。与利用反相悬浮聚合技术制备的珠相比，利用分散聚合技术制备的珠通常尺寸更小且孔隙率更小(例如在某些情况下的珠可是基本上无孔的)。
取决于特定的应用，可改变所述珠的尺寸。通常珠的平均直径为0.1微米-5毫米之间。一些示例性珠的平均直径为0.1-1000微米，0.1-500微米，0.1-100微米，0.5-100微米，0.1-50微米，0.1-20微米，0.1-3微米，或0.5-3微米。
吖内酯官能珠可以商品名“EMPHAZE”从3M Company，St.Paul，MN.商购得到。
在生产吖内酯官能基材的一些方法中，所述基材为复合膜的形式，该膜包括分散在连续、多孔基质中的吖内酯官能颗粒(例如珠)。在美国专利5,993,935(Rasmussen et al.)中进一步描述了这类复合膜。所述包括在该复合膜内的吖内酯官能粒子可以是上述的珠。或者，包括在该膜内的吖内酯官能粒子可以是用涂层组合物改性以提供具有吖内酯基团的表面的无机粒子。所述无机粒子可包含金属或金属氧化物；陶瓷材料如氧化铝，二氧化硅或氧化锆；玻璃(例如珠或泡)；可控孔径玻璃，等。可以通过用含有反应性吖内酯官能团的聚合物涂覆所述粒子，或者通过使粒子表面的基团与含有反应性官能团的试剂(例如偶联剂，其具有与有机粒子表面反应的烷氧基硅烷，且其还可以包含吖内酯基团)反应而改性这些粒子。
适用于所述复合膜的连续多孔材料包括但不限于，织造和非织造纤维状网或多孔纤维。示例性的纤维材料包括由聚烯烃生产的那些(如聚乙烯和聚丙烯)，聚氯乙烯，聚酰胺(如尼龙)，聚苯乙烯，聚砜，聚乙烯醇，聚丁烯，乙基醋酸乙烯酯，聚丙烯酸酯如聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯，纤维素(例如醋酸纤维素)，聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯)，聚酰亚胺，和聚氨酯(例如聚醚聚氨酯)，及其组合。
在另一种制备复合膜的方法中，将吖内酯官能的粒子分散到液体中形成胶态悬浮液。在足以形成均相溶液的温度下，将热塑性聚合物与所述胶态悬浮液熔融混和。可将所述溶液形成为所需形状，然后冷却以产生液体从所述聚合材料中的相分离，并固化所述聚合材料。在除去液体后，将所述吖内酯官能粒子分散到微孔聚合物基质中。该方法在美国专利4,957,943(McAllister et al.)中详细说明。
还可由多孔原纤维组织聚合物基质，如原纤维组织聚四氟乙烯(PTFE)制备所述复合膜。可将吖内酯官能粒子与PTFE分散体混和，得到灰泥状物质。然后可在5℃-100℃之间的温度下混和所述灰泥状物质，以引起PTFE的纤维化并双轴砑光以形成片。可干燥该片以除去任何溶剂。这种制备膜的方法在美国专利4,153,661(Ree et al.)；4,565,663(Errede et al.)；4,810,381(Hagen et al.)；和4,971,736(Hagen et al.)中进一步说明。
在美国专利4,539,256(Shipman)中记载了另一种制备复合膜的方法。可通过加热和搅拌将吖内酯官能粒子分散到聚烯烃中。将得到的熔融化合物浇注成加热板，受压，并然后在冰水中冷却。
此外，还可利用溶剂反相技术形成复合膜，如美国专利5,476,665(Dennison)中记载的。将吖内酯官能共聚物和任选的混和聚合物引入到含有能够溶解聚合物的溶剂的容器中，浇注所述溶液成所需形状，并将浇注溶液引入到以下液体的凝固浴中，所述液体与溶剂可混溶，但在其中所述的聚合物沉淀形成吖内酯官能膜。
还可如美国专利5,408,002(Coleman et al.)和6,063,484(Exsted etal.)中记载的那样，由聚合物共混物形成吖内酯官能基材。由2-烯基吖内酯制备的吖内酯官能均聚物可与热塑性聚合物熔融共混。适当的热塑性聚合物包括聚酰胺(如尼龙6)，聚氨酯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸酯，聚苯乙烯，聚烯烃，乙基醋酸乙烯酯共聚物，聚(N-乙烯内酰胺)(例如聚乙烯吡咯烷酮)，聚醋酸乙烯，聚氧化烯氧化物，氟弹性体，聚碳酸酯，聚酯，等。
另一种制备吖内酯官能化基材的方法记载于美国专利6,063,484(Exsted et al.)中。将聚烯烃树脂与自由基引发剂混和(例如过氧化物或偶氮化合物)，然后在挤出机中在足以产生自由基的温度下加热。将2-烯基吖内酯注入到挤出机中形成接枝的吖内酯热塑性组合物。然后将该组合物形成膜。
或者，可如美国专利5,510,421所述，利用吖内酯官能聚合物的反相溶剂形成所述吖内酯官能基材。将吖内酯官能组合物和任选的共混聚合物置于含有能够溶解它们的溶剂的容器中。然后将所述溶液浇注成适当形状，随后将其引入到以下液体的凝固浴中，该液体可与溶剂混溶但引起吖内酯官能膜的沉淀。
也可通过将涂层组合物应用到固体载体上而制备吖内酯官能基材。在一些实施方式中，所述的涂层组合物可包括具有吖内酯基团的可溶聚合物(例如由烯基吖内酯单体的自由基聚合形成的聚合物)和交联剂。可利用例如挤出涂层，脱模涂层，浸渍涂布，气刀涂层，照相凹板式涂敷，幕[帘]式淋涂，喷涂等方法将该涂层组合物应用到固体载体上。该工艺进一步记载于美国专利6,794,458(Haddad et al.)中。在另外的实施方式中，用包括吖内酯官能单体和交联剂单体的涂层组合物涂覆固体载体表面。所述涂层组合物在所述固体载体上聚合形成吖内酯官能表面层。该实施方式进一步在美国专利5,344,701(Gagnon etal.)中描述。
示例性的固体载体可由金属，金属氧化物或金属氢氧化物，聚合材料，玻璃，陶瓷材料，或其组合制备。所述固体载体可具有多种所需的形状或尺寸。例如，该载体可以是薄膜，粒子，纤维，织造或非织造网布，膜，模制塑料制品等。
在一些实施例中，所述含有具有吖内酯基团的可溶聚合物的涂层组合物与固体载体表面间存在足够的粘合力。对于其他的固体载体，可通过各种预处理增强该粘合力，所述预处理如固体载体的等离子或电晕处理，或通过利用该固体载体和涂层组合物之间的底漆层。
由M Company，St.Paul，MN以商品名″EMPORE AFFINITY AZ″可商购得到吖内酯官能的基材。产品例如包括，96孔板，旋转柱，和膜。
在另一种方法中，通过提供具有附着的亲核基团的基材制备制品，所述亲核基团选自羟基，伯氨基，仲氨基，或其组合；使附着到基材上的亲核基团与具有多个吖内酯基团的第一吖内酯化合物反应，形成具有至少一个吖内酯端基的基材附着的吖内酯化合物；然后使所述基材附着的吖内酯化合物的吖内酯端基与具有多个亲核基团的第一亲核化合物反应，所述多个亲核基团选自羟基，伯氨基，仲氨基或其组合，以形成具有亲核端基的第一树枝状结构。为形成树枝状结构，所述第一吖内酯化合物具有至少3个吖内酯基团，所述第一亲核化合物具有至少3个亲核基团，或其组合。
具有附着的伯或仲氨基的基材实例包括但不限于，多肽(如聚-L-赖氨酸)，多胺，聚酰胺，聚甲基丙烯酸酯的胺取代酯，聚丙烯酸酯的胺取代酯，聚乙烯亚胺，或聚丙烯酰胺。
具有附着的伯或仲氨基的其他基材实例包括具有附着的偶联剂的基材。即，所述偶联剂可具有能够与基材反应的第一官能团和第二官能团，所述第二官能团为伯或仲氨基。这样的偶联剂的例子包括具有第一基团和第二基团的化合物，其中第一基团选自卤代甲硅烷基、烷氧基甲硅烷基、或酰氧基甲硅烷基，第二基团为伯或仲氨基。所述的卤代甲硅烷基、烷氧基甲硅烷基、或酰氧基甲硅烷基例如可以与含有玻璃、陶瓷或金属氧化物的基材表面反应。
具有附着的羟基的基材材料的例子包括但不限于，聚乙烯醇，聚甲基丙烯酸酯的羟基取代酯，聚丙烯酸酯的羟基取代酯，电晕处理的聚乙烯，和载体材料如玻璃或聚合膜上的聚乙烯醇涂层。
在本发明的一个方面，可利用反应路线B形成树枝状结构。
反应路线BReaction Scheme BSubstrate-TH+D(Az)n→Substrate-T-Az1-D(Az)n-1XVIIIXIXSubstrate-T-Az1-D(Az)n-1+(n-t)Q(TH)1→XIXSubstrate-T-Az1-D[Az1-T-Q(TH)r-1]n-1XX其中基材-TH(式XVIII)表示具有附着的亲核基团的基材，所述的亲核基团选自羟基，伯氨基，仲氨基或其组合，D(Az)n表示具有至少2个吖内酯基团的第一吖内酯化合物(即，n为等于或大于2的整数)，以形成具有n-1个吖内酯端基的基材附着的吖内酯化合物(即式XIX)。基团T，Az，Az1和D与上述描述相同。附着基团为二价部分T。所述式XIX的基材附着的吖内酯化合物与式Q(TH)r的第一亲核化合物反应，形成式XX的第一树枝状结构。为提供树枝状结构，所述第一吖内酯化合物或第一亲核化合物至少之一具有至少3个反应性基团。
式XXI说明反应路线B通过使具有附着的亲核基团的基材与式D(Az)3的吖内酯化合物，然后与式Q(TH)3的亲核化合物反应而制备的制品。
具有吖内酯端基的第二树枝状结构可以通过以下方法形成，使具有亲核端基的第一树枝状结构(例如式XX或XXI)与第二吖内酯化合物D1(Az)n反应，其中n为等于或大于2的整数。可通过使具有吖内酯端基的第二树枝状结构与第二亲核化合物Q1(TH)r反应形成具有亲核端基的第三树枝状结构，其中r为等于或大于2的整数。通过亲核端基与具有多个吖内酯基团的吖内酯化合物的连续反应，和得到的吖内酯端基与具有多个亲核基团的亲核化合物的反应，可进一步延伸所述的树枝状结构。使用具有2个反应性基团的亲核化合物或吖内酯化合物延伸该树枝状结构，同时使用具有至少3个反应性基团的亲核化合物或吖内酯化合物产生具有增大长度和增大支化度的树枝状结构。
或者，通过与上述定义的式M(TH)x(G)y的多官能化合物反应，可延伸具有吖内酯端基的树枝状结构(即，具有吖内酯端基的第二树枝状结构或第四树枝状结构)。这类延伸的树枝状结构将具有至少一个酸性端基。
作为另一种选择，具有吖内酯端基的树枝状结构可与式J(TH)的封端化合物反应，其中J(TH)与上述说明的相同。所述封端化合物上的亲核基团可与所述树枝状结构的吖内酯端基反应。
在另一个方面，通过提供吖内酯官能基材，然后使该基材上的吖内酯基团与具有至少一个亲核基团的树枝状材料反应形成第一树枝状结构，从而制备制品。所述的吖内酯官能基材根据式III。
可以使用任何具有亲核基团的树枝状材料。在一些实施方式中，所述的树枝状材料具有伯氨基端基，如由聚酰胺胺(例如，″STARBURST(PAMAM)DENDRIMER″得自Aldrich Chemical，Milwaukee，WI)和聚丙烯亚胺(如，″DAB-AM″得自Aldrich Chemical).制备的那些。
制品提供了各种制品，其中一些通过上述的式X到XVII，XX和XXI的树枝状结构示例性说明。所述制品包括基材，树枝状材料，和用于连接树枝状材料到基材上的附着基团。
在一些制品中，所述的树枝状材料包括至少一个式XXV的延伸基团 其中p是0或1的整数；n是至少为2的整数；R1和R2独立选自烷基，杂烷基，芳基，芳烷基，或R1和R2与和它们相连的碳原子一起形成碳环；T是氧杂或NRb，其中Rb选自氢，烷基，杂烷基，芳基或杂芳基；D是化合价为n的连接基团并含有至少一个碳原子。
在式XXV的一些实施方式中，烷基具有1-18个碳原子，1-12个碳原子，3-12个碳原子，1-10个碳原子，3-10个碳原子，1-6个碳原子，3-6个碳原子，或1-4个碳原子；杂烷基具有2-18个碳原子和1-6个杂原子，2-12个碳原子和1-5个杂原子，2-10个碳原子和1-4个杂原子，2-8个碳原子和1-3个杂原子，或2-6个碳原子和1-2个杂原子；芳基基团具有2-12个碳原子和0-3个杂原子，3-12个碳原子和0-2个杂原子，或4-12个碳原子和0-1个杂原子；芳烷基具有3-15个碳原子和0-3个杂原子，4-15个碳原子和0-2个杂原子，或5-15个碳原子和0-1个杂原子；碳环具有5-12个碳原子，5-10个碳原子或5-8个碳原子。适当的杂原子包括O，S，或NRb，其中Rb选自氢，烷基，杂烷基，芳基或芳烷基。
在一些式XXV的示例性延伸基团中，p等于0，R1和R2均为烷基。在更具体的实施例中，p等于0，R1和R2均为甲基。在一些更具体的实施例中，p等于0，n是2-4的整数，R1和R2均为甲基。
连接基团D具有至少一个碳原子，且化合价为n。在一些实施方式中，D的化合价为2-6，2-4，3或2。如果延伸基团也是支化基团，则n至少等于3。在一些实施方式中，连接基团D具有至少2个，至少4个，至少6个碳原子。适当的三价和四价连接基团D包括但不限于以下结构
或， 存一些树枝状结构中，在所述端基和附着基团之间，至少存在两个式XXV的延伸基团，至少存在三个延伸基团，或至少存在四个延伸基团。至少某些延伸基团为支化基团。式XII到XVII，XX和XXI具有至少一个式XXV的延伸基团。
所述树枝状结构的端基通常为吖内酯基团，伯氨基，仲氨基，羟基或酸基(如-COOH，-SO3H，-(P＝O)(OH)2)，酸基盐，或其组合。
在另一个方面，提供了包括基材，树枝状材料和式II的附着基团的制品。
其中p是0或1的整数；R1和R2独立选自烷基，杂烷基，芳基，芳烷基，或R1和R2与和它们相连的碳原子一起形成碳环。
任何具有至少一个能够与吖内酯环反应的亲核基团的树枝状材料均可通过式II的附着基团被附着到基材上。即，使树枝状材料上的亲核基团与吖内酯官能基材反应可导致形成式II的附着基团。在某些实施方式中，所述树枝状材料可具有延伸基团，如式XXV所述的。
具有氨基或酸性端基的树枝状结构可用于离子交换反应。例如，所述制品(即树枝状结构)可以是适于用于阴离子交换树脂，或阳离子交换树脂的珠的形式。阴离子交换树脂带有正电荷基团，可以与样品中带负电荷材料相互作用。具有附着的带有氨基端基的树枝状材料的珠可用作阴离子交换树脂。阳离子交换树脂具有带负电荷基团，可以与样品中带正电材料相互作用(即阳离子)。具有附着的带酸性端基的树枝状材料的珠可用作阳离子交换树脂。
含带负电荷材料的样品可在这样的pH下与阴离子交换树脂接触，在该pH值下所述阴离子交换树脂具有带正电的基团(例如，pH2-7)。为从该阴离子交换树脂中释放出吸收的材料，可将pH升至至少为8(例如，pH可以为10-12)。或者，当带电材料为生物分子时，可在pH值为约3-10下，或在pH为约6-8下，使样品与在低离子强度的缓冲液(例如5-20毫摩尔的缓冲盐)中的阴离子交换树脂接触。为释放吸附的生物分子，使高离子强度的缓冲液与该阴离子交换树脂接触。在一些实施方式中，所述高离子强度的缓冲液包括用于吸附所述材料的相同的缓冲组合物加1摩尔氯化钠。通常在接近室温的温度下进行所述吸附和释放过程。
通常，使含带正电荷材料的样品在这样的pH下与阳离子交换树脂接触，在该pH值下所述阳离子交换树脂具有带负电的基团(例如，pH7-12)。为从该阳离子交换树脂中释放出吸收的材料，可将pH降低为至少为6(例如，pH可以为2-5)。或者，当带电材料为生物分子时，可在pH值为约3-10下，或在pH为约6-8下，使样品与在低离子强度的缓冲液(例如5-20毫摩尔的缓冲盐)中的阴离子交换树脂接触。为释放吸附的生物分子，使高离子强度的缓冲液与该阳离子交换树脂接触。在一些实施方式中，所述高离子强度的缓冲液包括用于吸收所述材料的相同的缓冲组合物加1摩尔氯化钠。通常在接近室温的温度下进行所述吸附和释放过程。
用于控制pH的缓冲盐包括但不限于，磷酸钠，碳酸钠，碳酸氢钠，硼酸钠，乙酸钠，和TRIS(三(羟甲基)氨基甲烷)。其他适合的缓冲液包括“Good’s”缓冲液，如MOPS(3-吗啉丙烷磺酸)，EPPS(4-(2-羟乙基)哌嗪-1-丙烷磺酸)，MES(2-吗啉乙烷磺酸)，等。
一些实施例包括生物分子或药物化合物。所述的生物分子可以从其他样品组分分离或可以被纯化。适当的生物分子包括，例如，蛋白质，酶，疫苗，DNA，和RNA。调整样品的pH值可以改变一些生物分子的电荷。
具有附着的具有吖内酯端基的树枝状材料的珠可用作亲合捕获位。例如，可通过与吖内酯端基的亲核开环反应共价附着配位体。这些配位体通常是生物活性化合物(即它们是具有生物，免疫化学，生理，或药物活性的物质)，且同样可用于分离或纯化与它们相互作用的生物化合物。生物活性物质的例子包括蛋白质，肽，多肽，抗体，抗原物质，酶，辅助因子，抑制剂，凝集素，激素，受体，凝固因子，氨，组蛋白，维生素，药物和细胞表面生物标志。特别有用的配体位蛋白质A，其可用于分离和纯化用于蛋白质治疗的抗体。
具有附着的树枝状材料的珠可置于色谱柱中。适当的柱是现有技术已知的，并可由这样的材料构造，如玻璃，聚合材料，不锈钢，钛和其合金，或镍和其合金。所述的色谱柱可以是分析仪器的一部分，如液相色谱。当用离子交换树脂填充时，所述色谱柱可用于从非离子材料中分离离子材料，或者从另一种离子材料中分离一种带有不同电荷密度的离子材料。可以确定所述样品中离子材料的量。
所述色谱柱可以是预备液相色谱系统的一部分，以分离或纯化含有化合物混合物的样品中的至少一种化合物。所述的预备液相色谱系统可以是实验室级系统，中试级系统或工厂级系统。一些液相色谱体系能够再循环样品通过色谱柱以增大该柱保留的材料量。
具有附着的树枝状材料的珠可被置于过滤介质的表面。适当的包括含有过滤介质的滤筒的过滤介质和体系记载于例如，美国专利5,468,847(Heilmann et al.)中。这类滤筒可用于例如，纯化或分离生物分子。
所述的过滤介质可具有单独的过滤层或多个过滤层。可从玻璃或聚合纤维(例如，聚烯烃纤维如聚丙烯纤维)中分离该过滤介质。在一些实施方式中，所述的过滤介质包括粗预过滤层和一个或多个细过滤层。例如，所述的过滤介质可包括粗预过滤层和随后的一系列附加的具有逐渐更小的平均孔径的过滤层。所述的离子交换树脂可以位于具有最小平均孔径的过滤介质层上。
所述过滤介质孔径的选择取决于离子交换树脂的尺寸。通常，所选择的过滤介质的孔径比离子交换树脂的平均直径更小。然而，离子交换树脂的部分可渗入到所述过滤介质中。
所述过滤介质可以是垂直折叠的过滤器，如在美国专利3,058,594中记载的那些。在其他的实施方式中，所述过滤介质为水平形式，放射状折叠的复合过滤器，如在美国专利4,842,739(Tang et al.)中记载的那些。在其中含过滤介质的滤筒用于垂直方向的应用中，可希望褶皱是水平排列的。这样的排列可以减少使用和存贮中，离子交换树脂从过滤器的损失。
具有带有吖内酯端基的附着的树枝状材料的珠也可用作试剂清除位。例如，所述的珠可用于分离具有亲核基团的、能够与吖内酯端基反应的化合物。在组合化学合成中，多余的试剂通常用于增大产率和反应位。可利用上述珠，将含过量伯胺或仲胺的试剂从反应化合物中除去。
其他的示例性制品是以复合材料的形式，其包括连续多孔的基质和混于所述多孔基质中的珠。所述的珠具有附着的树枝状材料。所述连续多孔的基质通常为织造或非织纤维网，多孔纤维，多孔膜，多孔薄膜，中空纤维，或管。制备这类制品的方法在上面说明。其他的示例性制品还包括具有附着的树枝状材料的薄膜或具有附着的树枝状材料的涂层。如上述对珠的说明，这些制品可用于从化合物的混合物中纯化和/或分离至少一种化合物。
本发明前述部分就发明人预期的实施方式进行了说明，其可得到能够实现的说明书，尽管目前没有预期，仍代表了本发明等同的其工业变化。
实施例这些实施例仅用于说明目的，不意为限制本发明权利要求书的范围。除非另外说明，实施例和说明书其他部分的所有份数、百分数、比例等均基于重量。除非另外指明，所用的溶剂和其他试剂均得自Aldrich Chemical Company；Milwaukee，Wisconsin。
试验方法阴离子交换能力用以下方法确定阴离子交换能力。用1mL带有附着材料如具有氨基端基的树枝状结构的珠填充0.8×4厘米的聚丙烯一次性色谱柱(聚丙烯柱，Bio-Rad Laboratories，Hercules，CA)。通过用10mL上载缓冲液，10mM MOPS(4-吗啉丙烷磺酸)/pH7.5洗涤而平衡柱床，然后用10mL蛋白质溶液(20mg/ml，牛血清白蛋白BSA，V部分，96-99％纯度，Sigma Chemical Co.)上载，通过分级收集流体。用30mL的MOPS洗掉游离BSA(三10mL级分)。最后用15mL的1M NaCl在MOPS中的缓冲液洗脱结合的蛋白质。通过利用Hewlett-Packard Diode ArraySpectrophotometer，Model 8452A测量280nm处的UV吸收而确定不同级分中回收的蛋白质，并与利用纯BSA(Albumin Standard，PierceChemical Co.，Rockford，IL)制得的标准曲线比较。NaCl洗脱液中回收的蛋白质的量等于载体的阴离子交换能力。
对比例C1通过在0.1NHCl中反应1小时水解吖内酯官能珠。根据试验方法中记载的方法测定阴离子交换能力。数据如表1所示。
制备例1在室温下，将1克吖内酯官能珠样品作为浆体与20ml 1.0摩尔的去离子水中的ED反应30分钟，形成Generation 0胺官能珠。根据试验方法中记载的方法测量阴离子交换能力。这些数据见表1。
制备例2在室温下，将1克吖内酯官能珠样品作为浆体与20ml 1.0摩尔的去离子水中的TREN反应30分钟，形成Generation 0胺官能珠。根据试验方法中记载的方法测量阴离子交换能力。这些数据见表1。
实施例1将制备例1的胺官能珠样品以50/50(体积/体积)浆体与TRIZ(异丙醇中的1.0摩尔溶液，30分钟，室温)反应。反应之后，过滤所述的珠，用三等份体积的丙酮洗涤，真空干燥。在室温下，将得到的吖内酯官能珠以50/50(体积/体积)浆体与1.0摩尔的去离子水中的ED反应30分钟，形成Generation 1胺官能珠。根据试验方法中记载的方法测量阴离子交换能力。这些数据见表1。
实施例2将制备例1的胺官能珠样品与实施例1中的TRIZ反应。将得到的吖内酯官能珠以50/50(体积/体积)浆体与1.0摩尔的去离子水中的TREN反应，形成Generation 1胺官能珠。根据试验方法中记载的方法测量阴离子交换能力。这些数据见表1。
实施例3将制备例2的胺官能珠样品与实施例1中的TRIZ反应。将得到的吖内酯官能珠以50/50(体积/体积)浆体与1.0摩尔的去离子水中的ED反应，形成Generation 1胺官能珠。根据试验方法中记载的方法测量阴离子交换能力。这些数据见表1。
实施例4将制备例2的胺官能珠样品与实施例1中的TRIZ反应。将得到的吖内酯官能珠以50/50(体积/体积)浆体与1.0摩尔的去离子水中的TREN反应，形成Generation 1胺官能珠。根据试验方法中记载的方法测量阴离子交换能力。这些数据见表1。
实施例5将实施例1的胺官能珠样品与实施例1中的TRIZ反应。将得到的吖内酯官能珠以50/50(体积/体积)浆体与1.0摩尔的去离子水中的ED反应，形成Generation 2胺官能珠。根据试验方法中记载的方法测量阴离子交换能力。这些数据见表1。
实施例6将实施例2制备的胺官能珠样品与实施例1中的TRIZ反应。将得到的吖内酯官能珠以50/50(体积/体积)浆体与1.0摩尔的去离子水中的ED反应，形成Generation 2胺官能珠。根据试验方法中记载的方法测量阴离子交换能力。这些数据见表1。
实施例7将实施例3的胺官能珠样品与实施例1中的TRIZ反应。将得到的吖内酯官能珠以50/50(体积/体积)浆体与1.0摩尔的去离子水中的TREN反应，形成Generation 2胺官能珠。根据试验方法中记载的方法测量阴离子交换能力。这些数据见表1。
实施例8将在实施例4中制备的胺官能珠样品与实施例1中的TRIZ反应。将得到的吖内酯官能珠以50/50(体积/体积)浆体与1.0摩尔的去离子水中的TREN反应，形成Generation 2胺官能珠。根据试验方法中记载的方法测量阴离子交换能力。这些数据见表1。
表1
NA＝不适用实施例9在室温下，将0.1克的吖内酯官能珠样品作为浆体与2ml 20％w/wPAMAM STARBURST Dendrime，Generation0的甲醇溶液反应30分钟，形成胺官能珠。根据试验方法中记载的方法测量阴离子交换能力。这些数据见表2。
实施例10如实施例9中，将0.1克的吖内酯官能珠样品与PAMAMSTARBURST Dendrime，Generation 1反应，形成胺官能珠。根据试验方法中记载的方法测量阴离子交换能力。这些数据见表2。
实施例11
如实施例9中，将0.1克的吖内酯官能珠样品与PAMAMSTARBURST Dendrime，Generation 2反应，形成胺官能珠。根据试验方法中记载的方法测量阴离子交换能力。这些数据见表2。
表2
实施例12-14使按照实施例1制备的Generation 1吖内酯官能珠分别与如实施例9-11记载的Generation 0，1，或2PAMAN Dendrimers反应。按照试验方法的记载分析得到的胺官能珠的阴离子交换能力。这些数据见表3。
实施例15-17使按照实施例3制备的Generation 2吖内酯官能珠分别与如实施例9-11记载的Generation 0，1，或2PAMAN Dendrimers反应。按照试验方法的记载分析得到的胺官能珠的阴离子交换能力。这些数据见表3。
实施例18和对比例C2
对于实施例18，通过室温下浸渍到5％w/w的TRIS在DMF中的溶液中5分钟，用DMF漂洗，并在60℃干燥2小时，使具有胺官能度的玻璃显微镜载玻片样品(可作为“AMINOSILANE”从NewcomerSupply，Middleton，WI商购)吖内酯官能化。在这样制得的generation 0吖内酯官能载玻片上点荧光尸胺(可由Molecular Probes，Eugene，OR商购得到；25μg/ml)的1.0摩尔硫酸钠/50毫摩尔AMPSO溶液，pH9.5，反应1小时，用去离子水，缓冲溶液，1％的SDS溶液和去离子水洗涤。
对于对比例C2，进行同样步骤，不同之处在于将所述的显微镜载玻片浸渍到DITC的DMF溶液中。用荧光扫描仪评测所述载玻片，测定所述点的平均荧光强度(记录为相对光值RLU)。这些数据见表3。
实施例19通过实施例18的方法使具有胺官能度的玻璃显微镜载玻片样品(可从Newcomer Supply，Middleton，WI商购)吖内酯官能化。在室温下将这样制得的载玻片浸渍到1.0摩尔TREN的去离子水溶液中5分钟，形成胺官能的载玻片。通过将该载玻片浸渍到TRIS的DMF溶液中，用DMF漂洗并如前述干燥，而使得其吖内酯官能化。
用TREN和TRIS进行第二轮衍生，以产生树枝状的generation 2吖内酯官能载玻片。将荧光尸胺溶液点在这样制得的载玻片上，并如实施例18那样评测。这些数据见表4。
表4
实施例20-22
利用得自Newcomer Supply，Middleton，WI的“多聚赖氨酸”涂层的载玻片，重复实施例18和19的步骤，以制得generation 0，1和2的吖内酯官能载玻片。将荧光尸胺溶液点在这些载玻片上，并如实施例18那样评测。这些数据见表5。
表5
权利要求
1.一种制备制品的方法，包括提供式III的吖内酯官能基材 其中，p是0或1的整数；和R1和R2独立选自烷基，杂烷基，芳基，芳烷基，或R1和R2与和它们相连的碳原子一起形成碳环；使基材上的吖内酯基团与具有多个亲核基团的第一亲核化合物反应，形成具有至少一个亲核端基的基材附着的亲核化合物，所述多个多个亲核基团选自羟基、伯氨基、仲氨基、或其组合；和使所述基材附着的亲核化合物的亲核端基与具有多个吖内酯基团的第一吖内酯化合物反应，形成具有吖内酯端基的第一树枝状结构，其中所述第一亲核化合物具有至少3个亲核基团，所述第一吖内酯化合物具有至少3个吖内酯基团，或其组合。
2.根据权利要求1的方法，进一步包括使所述第一树枝状结构的吖内酯端基与具有多个亲核基团的第二亲核化合物反应，以形成具有亲核端基的第二树枝状结构，所述多个亲核基团选自羟基、伯氨基、仲氨基、或其组合。
3.权利要求1的方法，进一步包括提供具有至少一个酸基和至少一个亲核基团的多官能化合物，所述亲核基团选自羟基、伯氨基、仲氨基、或其组合；和使第一树枝状结构的吖内酯端基与多官能化合物的亲核基团反应，形成具有酸性端基的第二树枝状结构。
4.权利要求1的方法，进一步包括提供具有亲核基团的树枝状材料，所述亲核基团选自羟基、伯氨基、仲氨基、或其组合；使所述第一树枝状结构的吖内酯端基与所述树枝状材料的亲核基团反应。
5.权利要求2的方法，进一步包括使所述第二树枝状结构的亲核端基与具有多个吖内酯基团的第二吖内酯化合物反应，形成具有吖内酯端基的第三树枝状结构。
6.权利要求5的方法，进一步包括使所述具有吖内酯端基的第三树枝状结构与具有多个亲核基团的第三亲核化合物反应，形成具有亲核端基的第四树枝状结构，所述亲核基团选自羟基、伯氨基、仲氨基、或其组合。
7.权利要求5的方法，进一步包括提供具有至少一个酸基和至少一个亲核基团的多官能化合物，所述亲核基团选自羟基、伯氨基、仲氨基、或其组合；和使第三树枝状结构的吖内酯端基与多官能化合物的亲核基团反应，形成具有酸性端基的第四树枝状结构。
8.权利要求1的方法，其中所述基材为聚合物珠的形式。
9.权利要求1的方法，其中所述基材为薄膜，膜或固体载体上的涂层。
10.一种制备制品的方法，包括提供具有附着的亲核基团的基材，所述亲核基团选自羟基、伯氨基、仲氨基、或其组合；和使附着到所述基材上的亲核基团与具有多个吖内酯基团的第一吖内酯化合物反应，以形成具有至少一个吖内酯端基的基材附着的吖内酯化合物；和使所述基材附着的吖内酯化合物的吖内酯端基与具有多个亲核基团的第一亲核化合物反应，形成具有亲核端基的第一树枝状结构，其中，所述的第一吖内酯化合物具有至少3个吖内酯基团，所述的第一亲核化合物具有至少3个亲核基团，或其组合。
11.权利要求10的方法，进一步包括使所述第一树枝状结构的亲核端基与所述具有多个吖内酯基团的第二吖内酯化合物反应，形成具有吖内酯端基的第二树枝状结构。
12.权利要求11的方法，进一步包括使所述第二树枝状结构的吖内酯端基与所述具有多个亲核基团的第二亲核化合物反应，形成具有亲核端基的第三树枝状结构，所述多个亲核基团选自羟基、伯氨基、仲氨基、或其组合。
13.权利要求11的方法，进一步包括提供具有至少一个酸基和至少一个亲核基团的多官能化合物，所述亲核基团选自羟基、伯氨基、仲氨基、或其组合；和使第二树枝状结构的吖内酯端基与所述多官能化合物的亲核基团反应，形成具有酸性端基的第三树枝状结构。
14.权利要求12的方法，进一步包括使所述第三树枝状结构的亲核端基与具有多个吖内酯基团的第三吖内酯化合物反应，形成具有吖内酯端基的第四树枝状结构。
15.权利要求14的方法，进一步包括使所述具有吖内酯端基的第四树枝状结构与具有多个亲核基团的亲核化合物反应，形成具有亲核端基的第五树枝状结构，所述亲核基团选自羟基、伯氨基、仲氨基、或其组合
16.权利要求14的方法，进一步包括提供具有至少一个酸性基团和至少一个亲核基团的多官能化合物，所述亲核基团选自羟基、伯氨基、仲氨基、或其组合；和使所述第四树枝状结构的吖内酯端基与所述多官能化合物的亲核基团反应，形成具有酸性端基的第五树枝状结构。
17.权利要求11的方法，进一步包括提供具有亲核基团的树枝状材料，所述亲核基团选自羟基、伯氨基、仲氨基、或其组合；使所述第二树枝状结构的吖内酯端基与所述树枝状材料的亲核基团反应。
18.权利要求10的方法，其中所述基材为聚合物珠的形式。
19.权利要求10的方法，其中所述基材为薄膜，膜或固体载体上的涂层。
20.一种制备制品的方法，包括提供式III的吖内酯官能基材 其中，p是0或1的整数；和R1和R2独立选自烷基，杂烷基，芳基，芳烷基，或R1和R2与和它们相连的碳原子一起形成碳环；使附着到基材上的吖内酯基团与具有亲核基团的树枝状材料反应，所述亲核基团选自羟基、伯氨基、仲氨基、或其组合。
21.一种制品，包括a)基材，b)将树枝状材料连接到所述基材上的附着基团；和c)包括延伸基团的树枝状材料，所述延伸基团的化合价等于2-6的整数，所述延伸基团为式XXV 其中，n是至少为2的整数；p是0或1的整数；T是氧杂或NRb，其中Rb选自氢，烷基，杂烷基，芳基，或芳烷基；R1和R2独立选自烷基，杂烷基，芳基，芳烷基，或R1和R2与和它们相连的碳原子一起形成碳环；和D是含有至少一个碳原子的化合价为n的连接基团。
22.权利要求21的制品，其中p为0，n为3。
23.权利要求21的制品，其中R1和R2均为具有1-4个碳原子的烷基。
24.权利要求21的制品，其中所述的树枝状结构具有选自羟基、伯氨基、仲氨基、或其组合的亲核端基。
25.权利要求21的制品，其中所述树枝状结构具有吖内酯端基。
26.权利要求21的制品，其中所述树枝状结构具有酸性端基。
27.权利要求21的制品，其中所述附着基团为式II的二价基团 其中p是0或1的整数；和R1和R2独立选自烷基，杂烷基，芳基，芳烷基，或R1和R2与和它们相连的碳原子一起形成碳环。
28.权利要求21的制品，其中所述的附着基团包括附着到基材上的第一基团，和共价连接到所述树枝状聚合物上的第二基团，其中所述第二基团选自硫代或-NRb-，其中NRb选自氢，烷基，杂烷基，芳基或芳烷基。
29.权利要求28的制品，其中所述第一基团包括卤代甲硅烷基、烷氧基甲硅烷基、或酰氧基甲硅烷基与所述基材的反应产物，所述第二基团为-NRb-，其中Rb为氢，烷基，杂烷基，芳基或芳烷基。
30.权利要求21的制品，其中所述的附着基团由下列物质形成多肽，聚乙烯亚胺，聚烯丙基亚胺(poly(ally imine))，聚乙烯醇，聚甲基丙烯酸酯的羟基取代酯，聚丙烯酸酯的羟基取代酯，电晕处理的聚乙烯。
31.权利要求21的制品，其中所述基材包括聚合物珠。
32.权利要求21的制品，其中所述基材包括薄膜，膜或固体载体上的涂层。
33.权利要求21的制品，其中所述树枝状结构具有附着的封端化合物，所述封端化合物为用于阴离子交换分离的配体，用于疏水作用分离的配体，或用于亲和分离的配体。
34.一种制品，包括a)基材，b)树枝状材料；和c)将所述树枝状材料连接到基材上的二价附着基团。所述附着基闭为式II 其中p是0或1的整数；和R1和R2独立选自烷基，杂烷基，芳基，芳烷基，或R1和R2与和它们相连的碳原子一起形成碳环。
35.权利要求34的制品，其中所述树枝状材料包括聚酰胺胺或聚丙烯亚胺。
36.权利要求34的制品，其中所述的树枝状材料包括延伸基团，所述延伸基团的化合价等于2-6的整数，所述延伸基团为式XXV 其中，n是至少为2的整数；p是0或1的整数；T是氧或NRb，其中Rb选自氢，烷基，杂烷基，芳基，或芳烷基；R1和R2独立选自烷基，杂烷基，芳基，芳烷基，或R1和R2与和它们相连的碳原子一起形成碳环；和D是含有至少一个碳原子的化合价为n的连接基团。
全文摘要
本发明提供了制品和制备制品的方法。所述制品具有附着到基材上的树枝状材料。所述的树枝状材料，将树枝状材料连接到基材上的附着基团，或所述树枝状材料和附着基团二者均可由吖内酯基团与亲核基团的开环反应形成，所述的亲核基团如羟基，伯氨基，或仲氨基。
文档编号C08L101/00GK101031607SQ200580033240
公开日2007年9月5日 申请日期2005年9月1日 优先权日2004年9月30日
发明者杰拉尔德·K·拉斯穆森, 詹姆斯·I·亨布里 申请人:3M创新有限公司