多孔的吸附或色谱介质的制作方法

专利名称：多孔的吸附或色谱介质的制作方法
背景技术：
色谱是一种利用所关心的分子在固定相和流动相之间的分布来进行分子分离的通用分离方法。固定相是指多孔介质与吸收的固定溶剂。带有相关堵头、配件和管件的柱子是最常见的配置，介质充填在管子或柱子中。流动相通过泵送流过柱子。样品从柱子的一端引入，各种组分与固定相相互作用，从而被吸附到介质上或吸附进介质中，或者以不同的速度穿过柱子。在柱子的另一端对分离的组分进行收集或检测。在单独的步骤中，通过泵送洗提溶剂流过柱子，释放出吸附的组分。除了包括其它的方法，所述色谱方法还包括凝胶色谱法、离子交换色谱法、疏水作用色谱法、反相色谱法、亲合色谱法、免疫吸附色谱法、外源凝集素亲合色谱法、离子亲合色谱法、以及其它众所周知的此类色谱方法。目前“技术水平”的色谱或吸附分离使用基于珠粒的、块材的或膜的介质来完成所要求的分离。这三种技术(珠粒、块材或膜)通过不同的物理形式来进行分离，因此，在现象上其操作方法也不相同。这三种介质的主要差别是吸附表面(在其中发生主体对一种或多种配体的吸附)与对流流体流动之间的关系。
基于珠粒的介质的对流发生在珠粒的表面，而且大部分吸附表面为珠粒的内表面，只有通过扩散才能到达。对流流体的流动性质由珠粒的大小决定。在柱子中，较小的珠粒要求较高的压力才能达到相同的流动。然而，平衡吸附容量不由珠粒的大小决定。因此，材料的静态容量与流动性能并不一定相对应或相关联。然而，因为大部分的容量要通过扩散来达到，所以动态结合容量(在给定流速模式下的流通中的容量)与珠粒的大小相对应，因此也就与吸附剂的对流性能对应。
在色谱分离领域中典型地使用诸如琼脂糖等多糖聚合物，通过从水溶液中对该聚合物进行热的相分离形成凝胶介质。能这样做是因为这些聚合物具有熔点和凝胶点。以处理琼脂糖为例，聚合物必须加热到为约92℃的其熔融温度以上、并在存在水时进行溶解。在该温度或高于该温度时，聚合物熔融，然后用水使该熔融聚合物溶剂化，形成溶液。聚合物在水中保持可溶，只要温度高于聚合物的凝胶点即可，该凝胶点为约43℃。在该凝胶点或低于该凝胶点时，聚合物相分离，并且成为水凝胶，其获得的形状为正好凝胶化前溶液的任何形状。此外，当琼脂糖接近其凝胶点时，随着水凝胶的开始形成，溶液的粘度变得越来越高。
传统上，对于如色谱介质中所使用的多糖珠粒，加热后的溶液保持在其凝胶点以上，经搅拌成为不混溶的热液体，如矿物油或植物油，从而形成珠粒。然后对该两相物质(不混溶流体中的琼脂糖珠粒)进行冷却，以回收珠粒。珠粒本身为扩散多孔性的，然后可以用作如用于尺寸排阻色谱法中的珠粒。优选对其进行进一步处理，处理方法包括交联、加入各种捕获化学物、或交联和化学物相结合以增强其捕获能力，所述化学物如亲合化学物或配体、正电荷或负电荷及疏水物等。
然后将珠粒装填到色谱柱中，形成介质床，含有待捕获物质的流体流过该介质床。随后洗涤珠粒去除没有结合的污染物，再从珠粒中洗脱捕获的物质，并进行收集。
这类介质存在一些问题。珠粒装填到柱子的工作难度高、人工任务重。必须确认柱子装填正确，避免在柱子内留有沟槽、旁路和阻塞。常常认为装填是一种科学，也是一门艺术。
珠粒的使用限制了方法应用中介质的深度，因为必须克服压力。过高的压力可能会压缩珠粒，或者要求柱子有昂贵的保压能力。较软的珠粒比硬的珠粒更容易受压缩。压缩表现为在足够高的流速下床间压力降的陡然升高。高压力降的原因是珠粒受到压缩，在接近柱子出口处的狭小区域内导致空隙体积减少。流动的液体通过床的累积曳力产生压缩。曳力随着流速增高而加大，结果产生更高的流动阻力，曳力还随床高增加而加大。为了保证压力降在可接受的范围内，经常要在以较低的流速下操作软凝胶的珠粒体系。
由于珠粒是多孔的，选择的待捕获分子必须扩散到介质的孔隙中才能被捕获，因此系统的速度和容量受扩散限制。扩散有两个限制，一个在珠粒周围，此处可能会形成材料的膜，抑制所选的分子移动到珠粒的表面，第二为内部扩散阻力，该阻力由在珠粒表面中形成的孔隙的大小、数量和长度决定。此外，介质的渗透性与珠粒的大小(其变化可能会很大)及介质的稳定性有关。较大的珠粒和具有较大孔隙的珠粒常常具有更高的渗透性。(在其上面珠粒的重量及流经床的液流压力的共同作用下)不受压缩或不太受压缩的珠粒也常常具有更高的渗透性。然而，在高流速时，渗透性的确下降，动态容量也下降。
替代方法是使用膜的或块材的吸附剂。对于膜的和块材的介质，对流直接与吸收表面接触。吸收主体不必依赖于扩散就可到达吸收表面。因为在膜和块材介质中对流直接与吸附表面接触，所以液体的流量与吸收能力相关联。举例来说，膜的表面积随着平均孔径的增大而减少。因为结合容量在该设计中只是表面的现象，所以随着孔径的增大，结合容量降低。然而，该表面支配的结合的一个优点是动态容量基本上与平衡或静态容量相同，因为介质结构没有对吸收产生传质阻力。平衡或静态容量是指在足够的接触时间后，能够保证在热动力学上完全利用介质中的吸收或吸附部位时所吸收或吸附的目标分子的数量。不幸的是，因为表面积决定了结合容量，由于流动和结合性能的相关联，所以在给定的渗透率下能够达到的结合容量有限。
Cerro等在Biotechnol.Prog 2003，19 921-927(Use of ceramicmonoliths as stationary phase in affinity chromatography)中教导了表面官能化的块材的一个实例，在此实例中，在陶瓷块材上生成了只在表面具有活性的、薄的琼脂糖涂层，其方法包括用传统的琼脂糖热溶液浸渍块材，随后用压缩空气除去块材内孔隙中多余的琼脂糖热溶液，然后冷却块材，使琼脂糖涂层凝胶。
该涂覆方法的一个主要问题是涂覆难以对多孔材料产生作用。在上述制件中，琼脂糖必须在加热状态下使用(因此要求有热稳定的基材)，这使得在应用上难以控制，因为温度下降时会产生凝胶。另一个问题是只能产生只在表面具有活性的、非常薄的涂层，如发生于薄膜吸附剂的情况。部分地，这可能是由于所使用的除去多余琼脂糖的方法。也可以是由于琼脂糖的凝胶点及琼脂糖温度接近凝胶点时产生的高粘度的作用。此外，对于具有比现有技术中的块材孔隙大小相对要小的多孔基材，现有技术的方法不说不可能，但也是非常困难的。对于这些困难的原因，在有些情况下是因为空气难以轻易受压穿过某些多孔材料而不弄破或者毁坏其多孔结构，如对于某些织物或多孔膜的情况。因此必须使用具有相对大的孔且坚硬的块材结构。
WO 00/44928提出另一种方法，通过使用高含量(如8M)如尿素等离液剂，来形成对温度稳定的琼脂糖溶液。该发明的琼脂糖被吸收到多孔载体中形成连续相。小心地加入水，以便在琼脂糖溶液和所加的水之间的界面形成薄的凝胶层。凝胶层防止琼脂糖迁移，但允许水和尿素分子进一步从琼脂糖溶液迁移到所加的水中。该过程一直持续到琼脂糖溶液在多孔基材小孔的空隙内变成凝胶。
该现有技术方法的一个主要问题是该方法会引起基材小孔的大量堵塞，从而严重限制了通过多孔载体的对流。此外，其扩散阻力大，限制了介质快速运作的能力。
所需要的是一种具有良好的对流和扩散流动的多孔吸附或色谱介质。更具体地，所需要的是由具有多孔涂层的多孔基材所形成的多孔吸附或色谱介质，多孔涂层可以使所述介质具有穿过多孔基材的良好对流、在涂层自身内的扩散流、并提供良好的动态容量。

发明内容
本发明涉及多孔的吸附或色谱介质，及其制造方法。更具体而言，本发明涉及具有一种或多种多孔聚合物系涂层的多孔吸附或色谱介质，该介质具有良好的对流和扩散流特性，且具有高的动态容量。
为了克服与珠粒、膜和块材介质有关的局限性，发明了一种新的复合介质。该新复合介质可以提高与对流性能无关的动态结合容量。该新的介质为涂覆有可渗透的多孔水凝胶层的多孔基材材料(如膜、非织造材料、块材、纤维和/或其它多孔材料)，其中水凝胶层的厚度足以增加结合容量，却没有厚到明显增加扩散阻力。该吸附层的平均厚度根据多孔材料的特性及所针对的应用而变化。涂覆后基材的孔隙优选为可渗透的，这样使得细胞和/或细胞碎片可以穿透它们，而所述水凝胶涂层必须是可以穿过如蛋白质、DNA碎片及其它选择的分子的大实体。
新的复合介质还绕开了与珠粒介质有关的问题。典型地，珠状介质的机械强度与所使用的吸附材料有关联。例如，琼脂糖珠粒为色谱应用中常用的吸附剂。必须对琼脂糖珠粒进行改性，例如可通过交联来提高其机械完整性，便于在合理的流速下进行操作。这一改性可以改变所获得材料的结合性能。机械性能与结合性能相关联是与许多珠粒介质有关的限制。本发明依靠下面的基材获得强度，依靠涂层获得吸附性能。
该复合介质的另一个优点是容易处理。一般来说，珠粒必须装填到柱子里。装填的质量决定了吸附床的性能。这就为色谱方法增加了另一个可变因素，必须在使用前进行验证。该新的复合介质可在几种形式的装置中操作，而在各种形式中都可以“装填”，并且可以在使用前进行验证，这样就减少了色谱处理过程中的可变因素来源。
使用本发明，可以对任何物件的表面，包括如多孔材料等不规则材料的、也包括其孔隙的内表面涂覆多孔聚合物层，而且涂层不会大量堵塞基材孔隙，从而可以使对流通过多孔基材。此外，该涂层足够厚且多孔，可以使涂层自身内部产生扩散流。
在优选的实施方案中，涂层是以多孔聚合物的形式，并且是从溶液涂覆到预先形成的多孔基材表面上的。在一个实施方案中，涂层溶液中的所有或部分溶剂在涂层材料凝胶化前被蒸发。在该实施方案中，任选使用如表面活性剂等润湿剂帮助形成相对均匀的连续涂层。
本发明的一个目的是提供一种用于色谱或吸附分离的包括多孔涂覆基材的介质，其中所述基材为多孔的(PS1)自支撑结构，并且在基材全部表面的至少一部分上具有一个或多个多孔(PS2)涂层，所述一个或多个涂层占所述结构的相对孔隙率为至少1％，优选约20％～约65％，并且该一个或多个涂层为足够多孔，可以在其本体中吸附诸如生物分子的分子。基材的多孔类型为大孔类，流动相流经其中并与固定相即介质相接触。这被称为“多孔体系1”(PS1)。涂层的多孔类型、“多孔体系2”(PS2)是指涂层中的孔隙，流动相中溶解的物质渗透进其中，经过与涂层的相互作用或者被吸附，其速度受到改变。
本发明的一个目的是提供一种用于色谱或吸附分离的包括多孔涂覆基材的介质，所述基材为多孔的(PS1)自支撑结构，并且在基材全部表面的至少一部分上具有一个或多个多孔(PS2)涂层，所述基材选自以下组中纤维、织物、非织造织物、毡、垫子、块材和多孔膜，一个或多个多孔聚合物涂层在基材的所有表面上，所述一个或多个涂层占基材孔隙的空隙体积的约1％～约50％、优选约1％～约50％，所述基材具有良好的对流和扩散流。
本发明的一个目的是提供一种用于色谱或吸附分离的包括多孔涂覆基材的介质，所述基材为多孔的(PS1)自支撑结构、并且至少在基材全部表面的一部分上具有一个或多个多孔(PS2)涂层，所述基材选自以下组中纤维、织物、非织造织物、毡、垫子、块材和多孔膜，所述一个或多个多孔聚合物涂层在基材的所有表面上，所述一个或多个涂层占基材孔隙的空隙体积的约10％～约50％，所述基材具有良好的对流和扩散流。
本发明的一个目的是提供一种用于色谱或吸附分离的包括多孔涂覆基材的介质，所述基材为多孔的(PS1)自支撑结构，并且在基材全部表面的至少一部分上具有一个或多个多孔(PS2)涂层，所述一个或多个涂层占有基材孔隙的空隙体积的约10％～约50％，并且介质的动态结合容量与介质的对流性能无关。
本发明的一个目的是提供一种用于色谱或吸附分离的包括多孔涂覆基材的介质，所述基材为多孔的(PS1)自支撑结构，并且在基材全部表面的至少一部分上具有一个或多个多孔(PS2)涂层，基底基材为多孔的自支撑结构，其选自以下组中织物、非织造织物、毡、垫子、纤维、块材和多孔膜，所述一个或多个多孔涂层在基材的所有表面上，所述一个或多个涂层占基材孔隙的空隙体积的约10％～约50％，该一个或多个涂层由一种或多种聚合物形成，并且基材具有良好的对流和扩散流。
本发明的这些目的及其它目的将在以下的说明书和权利要求书中予以更详细的描述。


图1所示为本发明实施方案的部分的平面图。
图2所示为本发明实施方案的部分的剖视图。
图3所示为含有本发明实施方案的介质的装置剖视图。
图4所示为含有本发明实施方案的介质的第二装置的剖视图。
图5所示为含有本发明实施方案的介质的另一个装置的剖视图。
图6所示为含有本发明实施方案的介质的又一个装置的剖视图。
图7所示为含有本发明实施方案的介质的另外装置的剖视图。
图8所示为含有本发明实施方案的介质的另一个装置的剖视图。
图9所示为本发明介质的另一个实施方案的平面图。
图10所示为本发明的介质另一个实施方案的平面图。
具体实施例方式
本发明涉及一种具有形成于多孔自支撑基材(PS1)之上的多孔聚合物涂层(PS2)的多孔色谱或吸附介质，以使涂层为所述结构空隙体积的至少10％，并且可以在其本体中吸附诸如蛋白质、DNA碎片或其它选择分子的生物分子。更详细地，本发明涉及一种具有形成于多孔自支撑基材(PS1)之上的多孔聚合物涂层(PS2)的多孔色谱或吸附介质，以使介质保留基材初始空隙体积的至少20％、并且具有良好的对流和扩散流及高的动态容量。
图1显示了本发明的第一实施方案。介质由多孔基材(PS1)2形成，其表面至少部分为一个或多个多孔涂层(PS2)4所涂覆。如图中可见，所述基材具有一系列被相互连接的壁8彼此隔离的大孔6。
图2近距离显示了上面带有涂层4的基材2的一个孔6的剖视图。如图所示，涂层至少部分与基材的表面接触；优选其大部分与基材的表面接触，形成相对均匀的涂层表面。
这样的基材可以是纤维、非织造织物、织造织物、垫子、毡、膜或块材，更多的细节如以下描述。即使具有涂层，所述基材也具有高的渗透率和良好的流动与容量特性。基材是自支撑的，并且为涂层提供平台或结构网络。
基材优选为高度多孔的，以使其内部有最少但足够多的壁或固体材料，以提供结构的完整性及高孔隙率和流量。孔隙系统的孔尺寸变化范围为约1～约1000微米、优选10～300微米、更优选约50～约200微米、并且更优选50～100微米，要根据液体及要求捕获的成分而定。举例来说，在一个从不清澈的、细胞溶解的细胞汤中捕获所要求蛋白质的应用中，基材的孔隙应该足够大，使得汤高速流经介质即涂覆的基材时有良好的渗透率，而每一个通道还都能具有高水平的捕获率，如大于50％。在上述应用中，优选的孔径为约100～约300微米。在起始供入液流为清澈或干净的应用中，孔径可以小一些，为约30～约60微米。对于如注射过滤器或微量滴定盘等用于各种溶液条件下的实验室器具，当使用干净且高度稀释的溶液时，优选更小的孔径。这些孔径为约0.1微米～约10微米。
涂层本身事实上也是多孔的(PS2)，所以它们可渗透生物分子。优选可以在其本体内，即在涂层内形成的孔隙中吸收生物分子。涂层有足够的厚度形成这些孔隙，并且有扩散流流入其中，因此可在表面单独容量上增加结构的总体容量，在某些应用中还可以增加捕获的选择性，但它们足够薄，这样扩散长度有限且不会成为对捕获或释放生物分子性能上的不利因素。
典型地，涂层构成涂覆基材总体积的至少1％。优选为涂覆基材总体积的约5％～约80％。
用另一种测量方法，平均起来，所述涂层可将基材孔隙的平均直径从未涂覆基材的平均直径减少约1％～约80％、优选约10％～约50％、更优选约20％～约50％的量。
用另一种测量方法，所述涂层可将基材的渗透率从未涂覆基材的渗透率减少约5％～约80％的量。
确定所用涂层量的另一种方法是相对孔隙率，相对孔隙率对于保证流经涂覆基材较为重要。相对孔隙率为对于正处理溶液可获得的涂覆基材的体积与涂覆基材的总体积之比。更高的相对孔隙率可赋予涂覆基材更高的固有流动容量。对于本发明的涂覆基材，优选的相对孔隙率为约0.35～约0.55。
涂层的厚度一般为约1～100微米，优选约2～约20微米，更优选约5～约15微米。厚度是指基材固定相特征测量中的变化量。例如，对于织造或非织造织物，特征纤维半径的变化量就是涂层的厚度。涂层(PS2)的孔隙直径可以在色谱法中的常用范围内变化，或约1～约200纳米、优选约1～约100纳米、更优选约1～50纳米。其大小应足以使要求的材料通过或渗透其中，如蛋白质、DNA或RNA碎片、质粒或其它生物分子、如低聚核苷酸等合成分子、其它所选的分子等。
在优选的实施方案中，涂层以相当均匀的厚度覆盖在基材的表面上。为此，要求进行常规试验，对涂层溶液的粘度、基材孔隙的大小、除去多余溶液的方法及干燥过程等进行优化，以达到这一目的。一般来说，一旦了解了本发明所教导的内容，本领域技术人员就可大致决定可对要求溶质的体积和吸收及释放的速率进行优化的大致涂层厚度。然后他就可以选取孔隙尺寸和孔隙率合适的基材，使该厚度不会过多地减少流动。根据本发明所教导内容的常规试验和误差实验，可以为熟练的专业技术人员提供得到正确配方和干燥方法的途径。
在一个优选的实施方案中，所有的表面基本上都覆盖有多孔涂层，优选其具有均匀的厚度。
本发明的结构具有良好的水力渗透率。水力渗透率为对流经介质的流量的度量，定义为单位时间内单位正面或锋面面积的对压力归一化的体积流量。流量为单位时间内通过介质的体积。本发明具有固有流量，即使在压力相对较低(1bar)时，并且在相对较高的流速如300cm/hr或更高时，也具有稳定的流量。优选在压力范围为约1cm/hr～约500cm/hr时流量为相对线性的。
该介质还具有良好的容量。通常，这意味着与位于下面的基材表面积相比，所述结构具有相对较高的表面可与流经结构的流体直接接触。典型地，由于涂层的孔隙率，本发明的介质所具有的表面积比基材本身的表面积高至少25％、优选50％、更优选75％基材可以是纤维、诸如织造织物、非织造织物、垫子、毡或膜的片状物、或者是三维的结构，如海绵、聚(HIPES)或其它的块材结构，如蜂巢；或多孔珠粒，如受控的多孔玻璃、多孔聚苯乙烯珠粒、硅胶和氧化锆等。优选基材为由织造或非织造织物或膜所形成的片材。
纤维可以有任何的长度、直径，可以是孔的或实心的。它们并不如基材一样相互结合(虽然如以下所讨论的，它们可以在涂覆后形成为单一的结构)，而是单独的分散的实体。它们的形式可以是连续长的，如长度不定的线或单丝，也可以是更短的单独的纤维，其可以通过将诸如非织造或织造织物等纤维材料剁碎、将连续的长纤维切成单独的小段、及通过结晶生长增长方法形成等。
非织造织物是直接由缠结的纤维或单丝通过热方法或化学方法粘接在一起的分离的纤维所制得的平的多孔片材。典型地，非织造织物制造商提供的介质具有1～500微米的平均流动孔隙(MFP)等级。对于非织造织物而言，多孔结构就是缠绕的纤维，孔隙指的是纤维间的曲折空间。对于毡状织物，孔隙的含义类似。优选的非织造织物为由马萨诸塞州Lowell的Freudenberg Nonwovens NA所制造，其型号为FO2463。
经纱和纬纱相互间以预先确定的角度以规则图样或编织风格相互交织制成织物。典型地纬纱与经纱构成约90度的角度。其它常用的角度包括但不限于30、45、60和75度。通过编织方法引起纤维机械联锁来保持织物的完整性。织物的悬垂度(织物对复杂表面的吻合能力)、表面光滑度和稳定度主要受编织风格的控制，如平纹织法、斜纹织法、缎纹织法、双纹织法和纱罗织法等。在此情况下，基材的孔隙为纤维间的空间，其曲折特点不明显。
块材体为多孔的材料块。它们可以是矩形、圆柱形或发泡成其它形状。其实例是陶瓷块材，它是填充的矩形或三角形毛细管的规整结构。这些块材可由阿拉巴马州的Engelhard公司和纽约Corning的Corning公司所提供。一种形式的高分子块材是由乔治亚州的FairburnPorex公司所制造的烧结塑料粒子所制得的。
Poly(HIPES)[高内相乳液]材料为力学上稳定的各向同性的开孔高分子泡沫。这些及其它大孔聚合物的结构见述于“Porous polymersand resins for biotechnological and biomedical applications”，H.-P.Hentze和M.Antonietti，Reviews in Molecular Biotechnology 90(2002)27-53。
所述基材可由包括玻璃、塑料、陶瓷和金属的各种材料形成。
硼硅酸盐玻璃为合适的玻璃的一个实例。它可以形成为纤维、玻璃垫或多孔的珠粒，例如可以从马萨诸塞州Billerica的Millipore公司所得到的受控的多孔玻璃珠。
可以使用各种陶瓷，这些陶瓷可以基于较常规的硅酸盐化学物，或较罕见的化学物，如钇、氧化锆和钛等以及它们的混合物。它们可形成珠粒、纤维、垫子、毡、块材或膜。
金属如不锈钢、镍、铜、铁或其它磁性金属及合金、钯、钨和铂等可以制成各种形式，包括纤维、烧结片材和结构体，如烧结不锈钢或镍过滤器、编织筛和非织造垫、织物和毡，如不锈钢毛。
优选的基材由塑料制成，更优选热塑性塑料。优选的热塑性塑料包括但不限于聚烯烃，如包括超高分子量聚乙烯的聚乙烯、聚丙烯、护套的聚乙烯/聚丙烯纤维、PVDF、聚砜、聚醚砜、聚芳基砜、聚苯基砜、聚氯乙烯、例如对苯二甲酸乙二酯和聚对苯二甲酸丁二酯等的聚酯、聚酰胺、例如聚甲基丙烯酸甲酯的丙烯酸脂、苯乙烯聚合物、及上述材料的混合物。其它优选的合成材料包括纤维素、环氧树脂和聚氨脂等。
合适的涂覆材料包括但不限于以下聚合物聚乙烯醇、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯、聚烯丙胺、如琼脂糖、葡聚糖、环葡聚糖、纤维素、和取代的纤维素等多糖，其使用的浓度可以是溶液的约0.5～约20重量％，优选为约1～约10重量％。
形成本发明的优选方法包括以下步骤a)形成室温下稳定的涂料溶液，该溶液包括一种或多种聚合物、聚合物用溶剂和需要时的一种或多种凝胶抑制剂；b)用该溶液润湿多孔基材，任选除去多余的溶液；c)将溶剂从溶液中蒸发，使涂层与基材的表面一致；d)由于使用了凝胶抑制剂，若有必要，用凝胶剂润湿涂覆基材，该凝胶剂是聚合物的非溶剂，是凝胶抑制剂的溶剂；并且e)漂洗涂覆基材。此外，任选的步骤还包括对基材进行交联和/或者向涂层表面添加官能。
对于那些室温水溶性的聚合物，如某些葡聚糖及低凝胶点的琼脂糖，或者不溶于水的聚合物，如纤维素、聚乙烯醇、其它含乙烯基的化合物、丙烯酸酯、和甲基丙烯酸酯等，可以使用其它的方法和溶剂。
例如，对于纤维素，可以使用如N，N-二甲基乙酰胺等溶剂，并且用盐如氯化锂使溶剂饱和，将材料涂覆到基材上，然后在水中除去溶剂和盐。
对于在室温可溶于水的葡聚糖和低凝胶点的琼脂糖，不需要使用凝胶抑制剂。对于这些材料的优选方法是，形成具有如聚乙二醇二缩水甘油醚的合适交联剂、如聚丙烯酰胺溶液(在水中10％)的一种或多种成孔剂的溶解在水中的涂料。涂覆该涂料，进行干燥，然后加热介质交联葡聚糖或低凝胶点的琼脂糖。用水洗涤或在水中萃取除去成孔剂。
可以使用均匀的聚乙烯醇(PVA)和聚烷撑二醇的水溶液制成多孔的涂层。用于此目的的PVA聚合物为平均聚合度为500～3500、皂化度为85～100摩尔％的PVA聚合物，或者含有不到10％摩尔％的以下单体的PVA共聚物，所述单体如乙烯、乙烯基吡咯烷酮、氯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈和/或衣康酸。根据本发明可使用的聚烷撑二醇具有400～4000、优选600～3000的平均分子量，且具有不超过3的碳氧比。
典型的溶液包括每100重量份聚乙烯醇含有15～150重量份聚烷撑二醇的聚乙烯醇聚合物。PVA聚合物的凝聚通过以下方法之一(1)将PVA聚合物的水溶液挤出到脱水盐如硫酸钠、硫酸铵、硫酸钾或磷酸钠的水溶液中；(2)将PVA聚合物的水溶液挤出到碱如氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂的水溶液中；以及(3)将含有硼酸或其盐的PVA聚合物的水溶液挤出到氢氧化钠和硫酸钠的碱性水溶液中。
可以使用具有上临界溶液温度(UCST)的PVA聚合物制成多孔的PVA涂层。水是优选的溶剂，但也可以使用其它溶剂，其包括醇/水混合物、二甲亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮。这些溶液在其UCST之上是均匀的，所以必须在高于其UCST的温度时进行涂覆。优选可使用UCST为约30℃～约95℃的溶液。这些溶液可以由含有以下组分的PVA溶液制成聚乙二醇、聚丙二醇、四甘醇、三甘醇、乙二醇、低级烷基醇、如甘油和丁二醇的多元醇、以及如乳酸乙酯或乳酸丁酯的低级烷基酯。可以少量使用如低于1％的增稠剂，如硼酸或醋酸或混合物。PVA的浓度优选5-20％。由试验来决定添加剂的量，使产生的溶液有要求的UCST。添加剂的量与PVA及添加剂选择的量和分子量有关。
涂覆基材可由各种方法制造。涂层可由预先形成的聚合物形成。一般的方法是用聚合物溶液与基材接触，并且除去多余的溶液。下一步是使聚合物固定在基材上。这一步可通过除去溶剂，及除去溶液中的任何添加剂来完成。聚合物可以在这些步骤中，或者在单独的步骤中进行交联。
对于简单的溶液，通过蒸发就可以除去全部或部分的溶剂。或者所述溶液可以含有作为溶剂混合物一部分组成的挥发性溶剂。那么通过具有加热或不具有加热的蒸发除去挥发性溶剂和/或主要溶剂的一部分将可以证明是有利的。也可以通过浸入不会溶解聚合物或除去任何反应物(见以下)的液体中来除去溶剂和添加剂。对于不溶于水的聚合物，除去增强溶解性的溶剂和添加剂可使聚合物永久固定在基材上。通常有最后的洗涤和漂洗过程。然后可以干燥固定的聚合物，或将其保存在湿的状态下。
聚合物涂层可以在上述步骤过程中交联，也可以在干燥后或漂洗后的单独步骤中交联。这些方法将在本节及实施例中进一步描述。
另一个在基材上形成多孔水凝胶的方法中，反应性单体的溶液与基材接触，和/或在原位形成不可溶的或交联的聚合物。该方法与刚才描述的预先形成聚合物的方法有相似性。
该溶液可以具有多种组分。可以有由一种或多种溶剂形成的溶剂，并且可以有其它组分，如非溶剂或不良溶剂。可以有一种或多种单体。通常可以有一种或多种用于交联目的的多官能分子。在大多数情况下可以有聚合引发剂。可以有用于增加粘度目的的非反应性聚合物，或者在某些情况下的反应性聚合物。可以有表面活性剂，用于改善溶液对基材的涂覆。
溶剂通常为含水的，其包括100％的水，以及水和可与水混溶的有机溶剂的混合物，以提高单体、交联剂和聚合物等溶解性。典型的为少于四个碳的醇、诸如丙酮的酮、MIBK等。有些情况下可以需要使用诸如二甲基乙酰胺、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃的溶剂。如果最终产品在使用前是干燥的并再水合的，那么当然可以从有机溶液制造水凝胶聚合物。
用于制造不带电荷的离子水凝胶单体通常含有羟基或酰胺基团。亲水单体的实例有甲基丙烯酸2-羟乙酯、羟基乙氧基乙基甲基丙烯酸酯、羟基二乙氧基乙基甲基丙烯酸酯、甲氧基乙基甲基丙烯酸酯、甲氧基乙氧基乙基甲基丙烯酸酯、甲氧基二乙氧基乙基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸聚乙二醇酯、甲基丙烯酸甲氧基聚乙二醇酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸钠、甲基丙烯酸甘油酯、甲基丙烯酸羟丙酯和甲基丙烯酸羟丁酯，诸如丙烯酰胺和取代的丙烯酰胺的丙烯酰胺单体，例如二甲基丙烯酰胺、二乙基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酰胺，及类似的甲基丙烯酰胺单体、N-乙烯基吡咯烷和diacroylpiperazine。
带电荷的水凝胶可由以下单体制得丙烯酸单体、2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙烷磺酸(AMPS)、3-磺丙基丙烯酸钾盐、2-(丙烯酰氧基)乙基三甲基-甲基硫酸铵、4-乙烯基吡啶、丙烯酸、甲基丙烯酸、(3-(甲基丙烯酰氨基)丙基)-三甲基氯化铵、(3-丙烯酰胺基丙基)三甲基氯化铵和氨基丙基甲基丙烯酰胺。
可使用的交联剂包括二甲基丙烯酸乙二酯、二甲基丙烯酸二甘醇酯、二甲基丙烯酸三甘醇酯和二甲基丙烯酸聚乙二醇酯、低聚(多羟基烷基)甲硅烷基甲基丙烯酸酯、亚乙基-双-丙烯酰胺、亚甲基-双-丙烯酰胺和哌嗪二丙烯酰胺。
可用来提高水溶液粘度的聚合物包括聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙基唑啉、环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物及多糖。
举例来说，合适的引发剂实例包括过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮双(4-氰戊酸、Irgacure 2959(Ciba-Geigy，Hawthorn，NY)、2，2′-偶氮(2-脒基-丙烷)氢氯化物及类似物、过硫酸钾、2，2′-偶氮(2-脒基丙烷)氢氯化物、过硫酸氢钾。
在下述方法中，各组分的范围如下(所有的浓度都以重量％表示)单体浓度为约2％～约20％，优选的范围为约5％～约15％。
交联浓度为约1％～约10％，优选范围为约3％～约6％。
聚合物添加剂浓度为约2％～约30％，优选范围为约5％～约20％。优选的聚合物为低分子量聚乙二醇，分子量为约8000。高分子量聚合物不容易使多孔基材饱和，并且难于在最后的洗涤步骤中除去。
引发剂浓度为约0.1％～约10％，优选范围为约0.25％～约5％。
表面活性剂浓度为约0.01％～约10％，优选范围为约0.05％～约5％。阴离子表面活性剂如月桂基硫酸钠为优选的活性剂种类。
一般的方法是在水有机溶剂混合物中制备单体和交联剂与其它组分的溶液。有机溶剂通常为容易蒸发的挥发性溶剂。甲醇和丙酮为优选溶剂的实例。构成的挥发性组分为溶剂总量的约10％～约50％，优选范围为约20％～约40％。在优选的实施方案中，最终的组成能使其粘度允许溶液轻易渗入到基材中，并完成对所有表面的润湿。
基材与溶液接触，并且被溶液所饱和，多余的溶液用辊子、刮擦或其它方法除去。通常在低温下使润湿基材中的溶液蒸发，以除去挥发性的有机组分。这减少了基材中的总质量，增加了溶液中溶解物质的浓度，同时也增加了粘度。其结果是剩下的溶液收回(pull back)基材的固体相，如非织造织物中的纤维，并在基材中留下没有溶液的区域，即对流孔隙。该方法还有一个重要的方面是，留有一些水可使聚合反应进行。
除了从聚合体系外，也可以从单体体系形成涂层。举例来说，可以由单体体系生成丙烯酸脂、丙烯酰胺或烯丙胺的多孔涂层，并聚合它们作为该方法的一部分。选取一种单体或多种单体、聚合试剂、成孔剂和溶剂和/或稀释剂，将得到的溶液涂覆于多孔基材。干燥溶液除去至少一部分溶剂和/或稀释剂，然后通过如紫外线幅照方法进行聚合。再除去成孔剂，由此形成涂覆介质。
现结合将形成的如琼脂糖的多糖、一种或多种如各种盐的凝胶抑制剂、及一种或多种如用于涂层材料的水的溶剂，对以上优选方法的涂料溶液进行描述。
将多糖、一种或多种凝胶抑制剂和溶剂混合，并在多糖的熔点以上进行加热。熔点随多糖牌号的不同而变，但对琼脂糖典型的熔点为约90℃～98℃，最常见的为92℃～约98℃。可在一个步骤内将所有三种组分一起混合并加热。备选且优选的是，可以首先向如水的溶剂中加入粉末形式的多糖，并将粉末分散成浆液。然后加热溶解多糖。将其冷却形成凝胶。然后重新将凝胶加热成液体溶液，然后加入凝胶抑制剂并将其溶解在溶液中。一旦等其完全溶解，对溶液进行冷却，典型地大约至室温(23℃)。
在另一种方法中，在大约95℃至沸点温度的范围内对分散体进行加热使多糖溶解。举例来说，这可以在搅拌容器中、或在微波炉中完成。若有需要，可对热溶液进行过滤除去凝胶或其它粒子。一旦形成清澈的溶液，优选使溶液冷却。
冷却过程可以自然进行，若有需要也可对溶液进行强制冷却。在室温时，该溶液为稳定的非凝胶溶液。通过加入一种或多种凝胶抑制剂对凝胶点(典型地为30℃～68℃)进行抑制。
所用多糖种类可以根据所要求的最终涂层的特性来确定。所制得的分散体应使多糖的最终浓度为最终溶液总重量的约0.1％～约20％、优选约1％～约10％、更优选约2％～约6％。
虽然对于多糖水是优选的溶剂，也可以加入少量的、最多可达溶解溶液重量20％的助溶剂，以改善多糖的溶解性。合适的助溶剂实例为二甲基乙酰胺或二甲亚砜。其余的为本领域技术人员所熟悉。
凝胶抑制剂被用来防止凝胶在熔化和冷却后再次形成凝胶。所示抑制剂可加入到热溶液中，或可以加入到冷却至凝胶点以上温度的溶液中，或可以在完成凝胶前的任何时间加入。在优选的方法中，将凝胶抑制剂加入形成凝胶的溶液中。当加入到凝胶中时，溶解热常会帮助所述抑制剂溶解。优选的抑制剂为基于锌、锂或钠的盐，例如ZnCl2、LiCl和NaOH。锌盐使用时的浓度可以大于约15重量％，根据溶解溶液，最高可达溶解度极限，对于ZnCl2为约45.8％，对于Zn(NO3)2为约54.6％。锂盐使用时的浓度可以高于约18％，直到其溶解度极限，对于LiCl为约45.8％，对于LiNO3为约51.0％，或者对于LiSCN为约54.0％。NaOH也可以在大约1M的浓度下使用。优选的盐为ZnCl2。
凝胶抑制剂也可以是离液剂，即可增强溶剂溶剂化多糖能力的少量的溶质。这类凝胶抑制剂的非限定性实例为浓度可高达8M的尿素和胍盐、无机盐和缓冲剂，如KI、NaI、MgCl2、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、三羟甲基氨基甲烷、四硼酸钠、及其它本领域技术人员所熟知的。
然后从以上所讨论的任何之一种选取多孔基材。
室温下稳定的溶液可直接用于涂覆。优选向溶液加入凝胶改性物，以对最终涂层的结构和性能进行改良和控制。
一类加入的凝胶改性材料包括可与溶液混溶的挥发性有机物。实例为一元醇，如甲醇、乙醇和丙醇等。其使用的浓度可高达能够产生轻微混浊的溶液。这类醇的用量更高时可能会引起琼脂糖的沉淀。优选的量为与溶液中的水等体积，更优选加入的醇为水的约40％～约60％。优选的醇为甲醇。也可以使用如丙酮的可混溶酮，但必须小心，因为琼脂糖在酮水混合物中的溶解度较低。也可以考虑两种或多种这类物质的任何混合物。
另一类加入的凝胶改性材料包括可混溶的非挥发性有机物。其非限定性的实例包括甘油、乙二醇、甲基戊二醇、二甘醇、丙二醇、三甘醇、乙二醇的甲基-、乙基-、或正丁基醚、乙二醇的二甲基-或二乙基醚、乙二醇二甲醚醋酸酯、乙二醇二乙醚醋酸酯、二甘醇甲基醚、二甘醇乙基醚、二甘醇正丁基醚、二甘醇二甲基醚、二甘醇二乙基醚、二甘醇二甲基醚醋酸酯、二甘醇二乙基醚醋酸酯、N-甲基吗啉和N-乙基吗啉等。这类物质的实例还有低分子量的聚乙二醇。也可以考虑两种或多种这类物质的任何混合物。
另一类加入的凝胶改性材料包括水溶性聚合物，举例来说它们包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、葡聚糖和水溶性聚酰胺，包括如聚二甲基丙烯酰胺的取代的聚酰胺。相信这些聚合物起到“成孔剂”的作用。也就是，在涂覆过的多孔基材的使用中，它们控制可自由渗透以溶解溶质的涂层体积的量。
这类聚合物添加剂可在最初的溶解步骤中与琼脂糖混合使用，它们也可以在溶液与刚才讨论的添加物质混合时或混合后溶解到溶液中。必须小心不要加入过量的聚合物，因为溶液可能会发生凝聚。聚合物与琼脂糖的比例可以是约0.1～10。优选的聚合物为聚乙烯醇和葡聚糖。发现也可以使用聚丙烯酰胺。
为了获得最佳的溶液可涂覆性，向溶液加入一种或多种表面活性剂。溶液类型和基材的每一种组合可能都需要一些试验来决定用于所要求涂覆体系的最佳的表面活性剂类型。发现可以使用阴离子表面活性剂，优选阴离子氟表面活性剂。其中，尤其优选3M FC-99和FC-95或其它供应商的同类产品。其使用的浓度为约0.001％～约10％，优选约0.01％～约5％。
用涂料对基材进行浸渍，例如在涂料浴中对基材进行浸泡，用刮刀、喷嘴、幕涂机、辊涂机、挤涂机或本领域普通技术人员所知的任何其它方法将涂料涂覆到多孔基材上。除去多余的涂料，例如通过吸收或摇晃涂覆基材、用轧辊挤压、对涂覆基材的表面进行擦刮，或者用空气或气体吹基材的表面。
然后通过蒸发至少部分地除去涂料的溶剂。优选通过受控蒸发使溶剂蒸发，以便产物相对均匀地布满整个基材。如果需要，可以使用温热的空气(优选其温度为20～80℃)、微波干燥和真空烘箱干燥等来控制和/或加快蒸发。这可使多糖涂层在基材表面上形成，该涂层的触感是干燥的，但其中仍含有残留的水分。
然后涂覆基材经过凝胶剂处理，除去涂层上的盐，使多糖形成多孔水凝胶涂层。该试剂可以是水，如果这样不会使涂层过度膨胀的话。这可以通过控制此前的溶剂去除/干燥步骤来实现，以便可以在发生有害的膨胀之前用水将凝胶抑制剂萃取出来。一旦除去了大部分的凝胶抑制剂，水中的膨胀就可降至最低。加入的盐与水一起使用可降低水漂洗时涂层膨胀的趋势。
不使涂层膨胀的有机溶剂来作为凝胶剂的使用是优选的，以除去凝胶抑制剂。可以使用丙酮、甲醇、乙醇或丙醇。发现可以使用丙酮或甲醇在水中约25％～约95％的混合物。也可以使用类似的丙酮/甲醇混合物。
也可以将凝胶剂喷到基材上，虽然优选将基材浸泡在含所示试剂的浴中。所述试剂优选在室温下使用。
然后用水漂洗涂覆基材，并优选将其保持在湿的状态下。该漂洗步骤进行温度一般为约15℃～约50℃，优选20℃～50℃。涂覆基材至少在其全部表面(外表面和内表面)的一部分覆盖有可渗透生物分子的涂层。优选将涂料相对均匀地涂覆到基材上。更优选几乎其全部表面都覆盖上涂层。同时还优选在整个基材中涂层的厚度相对均匀。
然后，如果需要，可以使用工业上常用于例如多糖珠粒等含多羟基材料交联的任何化学物对涂层进行交联，这些化学物的非限定性实例有表氯醇或其它多官能环氧化合物、各种bromyl化学物或其它多官能卤化物；甲醛、gluteraldehyde及其它多官能醛、双(2-羟乙基)砜、二甲基二氯硅烷、二羟甲基脲、二羟甲基亚乙基脲、二异氰酸盐酯或多异氰酸酯等。
对于葡聚糖涂层，使用交联步骤是需要的。典型地，该步骤发生在涂层干燥到基材上之后，但在漂洗之前，虽然可以在涂覆上涂层之前进行溶液的部分交联。
涂层上也可以连接一个或多个官能，包括如A蛋白或G蛋白的配体，每一种为天然型或重组衍生型的，以及使它们对腐蚀等更稳定的A蛋白或G蛋白的改进型等，各种化学配体如2-氨基苯并咪唑(AMI)、氨甲基苯并咪唑(AMBI)、巯基乙基吡啶(MEP)或巯基苯并咪唑(MBI)，或各种使涂料呈阳离子的、阴离子的、亲的、疏的或带电荷的化学物，如在介质形成技术领域所熟知的。
液相色谱中所使用的适用于本发明的官能团包括、但不限于以下基团离子交换、生物亲合、疏水基团、可用于共价色谱的基团、亲硫的相互作用基团、螯合物或螯合基团、与目标化合物有所谓π-π相互作用的基团、氢键键合和亲水基团等。
然后可以把介质放置在一个固定装置中，使一股液流(含有捕获的一种或多种要求组分)流经介质，以使要求的组分与液体的其它部分分离。典型地，从液体中捕获的是所要求的组分，而包括杂质的液体的其它部分则会流走。或者，要求的组分可以流走，而杂质可以被介质捕获。洗涤复合材料以除去任何没有结合的物质，然后利用离子强度或pH值等的变化对捕获物进行洗脱。
如果有需要或要求，可以在第一涂层上涂覆第二或甚至更多涂层以达到要求的涂层厚度，和改变其化学性质(即不同的涂料层)等。
在一种形式中，可以将一系列单独的纤维放在一个具有如熔块或过滤器的多孔表面容器中，并保留在此处的表面上。这些装置包括但不限于可从马萨诸塞州Billerica的Millipore公司得到的MICRON离心过滤装置、可从Billerica的Millipore公司得到的STERICUP过滤装置、或者如可从Fisher Scientific得到的封闭试管等。将流体添加到一系列纤维的上面，选择的分子被介质所吸附。在使用过滤装置时，通过多孔载体的流体被过滤，然后洗涤纤维，再用洗脱剂处理纤维收回选择的分子。在封闭的系统中，经过适当的停留时间后，对流体进行离心分离，并对液体进行倾析。然后用洗涤液和洗脱剂进行类似的处理，以收回选择的所关心的分子。任选地，可以将一系列的纤维放在一起，然后在使用之前对涂层进行交联以帮助形成整体结构。另外的方法是，在涂覆之后通过如加热和粘接剂等其它机理将纤维彼此结合在一起，只要这些机理不对涂覆纤维的吸附性能产生负面影响。
在一种形式中，首先通过在如细丝或单丝等连续纤维上形成涂层而形成连续的涂覆纤维。这可以通过许多方法来实现，包括让纤维穿过涂料浴、将涂料喷到纤维上或让纤维穿过模缝涂布机等方法。
然后将涂覆纤维包裹到或缠绕到芯轴上，形成装置的多孔内芯。包线相互隔开，并与其下面和上面的包线形成各种角度，这样贯穿结构形成对流孔。可以在纤维缠绕成多孔的深度过滤器后对纤维进行交联。可以在装置入口和出口附近的两端将缠绕的芯原样使用并安装到如过滤器固定器、色谱柱、或具有如熔块等流量分配器的腔室等固定器上。然后流体轴向流过装置，选择的分子被捕获。或者，流体沿着缠绕介质的内芯或外周引入，径向流过介质，从对面的周表面流出。
在结合亲合力大并且对流量的均匀性没有要求的应用中，可以在其外表面形成具有缠绕的涂覆纤维或多股纤维的芯。两端中的一端可以附在出口，而另一端则典型地用端封进行封闭。所述芯可以放置在具有入口的过滤器外壳或一次性腔室中，以便流体可以通过此入口进入外壳或腔室中，流经缠绕的涂覆纤维的外表面，一直通到其流经的芯，然后从出口离开外壳/腔室。当流体流经缠绕结构时，选择的分子被涂层捕获。
在另一种形式中，容纳本介质的装置可以是一种简单的塑料或金属过滤器固定器，如可以从马萨诸塞州Billerica的Millipore公司得到的SWINNEX塑料过滤器固定器，或可从马萨诸塞州Billerica的Millipore公司得到的不锈钢过滤器固定器。这些如图3所示的装置由两个半件10和12组成，每个半件都分别有口14和16供液体流进或流出的装置。在本实例中，半件10有入口14，半件12有出口16。本发明的一层或多层片状介质18(在本实例中表示出了一层)布置在装置的两个半件10和12之间，通过夹紧压力简单地密封在其间，典型地通过如所示配对的公母螺纹20和22。
另一个实施方案将一个或多个层永久地密封在塑料过滤器固定器的两个半件之间，如图4中所示。在此第一半件30有入口32，第二半件34有出口36。基材40外周边的边缘38夹在两个半件30和34之间。两个半件30和34的各自外周边缘42和44通过塑料46的重叠模(overmold)密封在一起，形成液体不能透过的密封装置。可以从马萨诸塞州Billerica的Millipore公司得到称为MILLEX过滤器的这类装置。
介质也可作为折叠的介质或深度过滤器容纳在图5所示的过滤器盒中。盒50具有与第一封端54相连的中间芯52，其形成盒50的出口56。介质55在芯52的上游。若有需要，可在介质55的外边、里边或两边使用支撑层或支撑架(没有显示出)，如本领域所熟知的。介质55在其各自端与第一封端54和第二封端60密封，液体不能透过，这样通过入口53进入盒50的所有流体在进入芯52之前必须流经介质55。外筒58环绕介质55，并且也通过如匹配螺纹、夹子、粘合剂、溶剂粘接和超声波焊接等与封端54密封。采用折叠形式时，可以使用一层或多层介质。类似地，在采用深度过滤器形式时，介质可以是一个厚层，如垫子或毡或块材，或者可以是自身卷起来的介质单片，或者可以是沿着其开口两边密封的相互顶部上的一系列独立的片(没有显示出)。盒可装入到液体不能透过的可重复使用的外壳中，或者可以具有液体不能透过的外套(没有显示出)，这样所述盒就变成为一次性腔室盒的形式。
图6显示了另一个装置的实施方案。该设计也在US 4,895,806中给出，它由两个半件70和72组成，第一个半件70有入口74，第二个半件72有出口76。在装置内有多个介质盘78，这些盘分别在上多孔介质80和下多孔介质82之间一个压一个地叠放。通过提供一系列衬垫84围绕在盘的周边及盘堆的顶部和底部而提供密封。
图7显示了图6设计的一个变体，其中一系列介质层90通过隔离物92彼此相互隔离，通过衬垫94，限于装置内部地围绕着一系列介质层90的顶和底的周边对所有的液体进行密封。装置由两个半件98和100组成，在装置的两个半件98和100其相应的端部形成入口102和出口104。
图8显示了由盒110形成的另一种装置形式，盒110的一端113有入口112，另一端115有出口114，两端之间有一系列介质层116。多孔隔离物118和120邻近各自的入口和出口，将介质保持在位置上。介质所形成的大小使介质能接触装置的内壁，这样所有的流动都必须流经介质体，而不是沿着内壁等从介质旁通过。
本发明的另外的实施方案是，有选择地只对基材的某些表面用本发明的涂料进行涂覆。其实现方法可通过用掩模、胶带、滤网和可溶性聚合物等预先选择的图案进行遮蔽，从而只有没有遮掩的表面才会被涂覆。在这些实施方案中可以使用诸如网格、圆圈和方块等图案。
图9中显示了本发明的另一个实施方案。如图所示，有多孔基材150，该基材的一个或多个表面152有涂覆材料，一个或多个表面154没有被涂覆。在该设置方案中，没有被涂覆的表面154形成为交叉线条，形成了一系列的网格，每个方块的内部则由涂覆的表面152所组成。这些网格化结构可用于许多应用，如用于流体中的蛋白质和DNA分析，或用作单独的电泳凝胶。
图10中显示了另一种设计，其中基材162的一个或多个涂覆表面160的样式为以均匀的行和列排列的圆形设计。涂覆表面之间的表面为基材的非涂覆部分164。这类设计可用于蛋白质捕获和其它小体积的分离。它也可以作为过滤器容纳在一个多井的盘中，其中涂覆的表面对准井敞开的底部。基材可以作为材料单片附在盘上，只在有过滤活动或流动的地方有涂层。任选地，在基材附到了井上后可以使未涂覆表面成为非多孔的或者将其除去，以减少交叉污染(串扰)。
本发明可以使用其它的装置设计，包括但不限于透镜状装置，如WO 01/83077A1中所示的。
本发明还可以使聚合物吸附层起作用，而不要求吸附层为对付与所装填的珠粒床有关的流速和压力降而需要的额外机械稳定性。水凝胶的机械性能与所装填色谱床的机械要求“脱除关联”，因为多孔基材提供了要求的稳定性。这样就可以克服与珠粒介质有关的压力降与分离分辨率的反相关联性。多孔材料可以由任何具有恰当的孔径和孔径分布的多孔材料组成。孔径分布必须适当的窄，以避免液体通过材料时的流速产生较大的波动(这可能对所要求的色谱分离产生负面影响)。～＜0.1cm的降低的盘高度在合理的“孔径分布”范围内。这样，吸附实体的扩散路径将会足够的短，所以进入及流出水凝胶的扩散不会如现有的制备级珠粒介质成为色谱分离的限制因素。
本发明的介质可以代替传统的色谱介质，用于从含有所选择分子和其它分子及污染物的料流中捕获所选择的分子。它可用于初级净化步骤，在该步骤中相对来说未经过滤的细胞汤、细胞溶解的细胞汤和其它粗过程料流进行初步处理，脱除大的污染物。它可用于处理血液或其它体液以脱除选择的分子，如果该选择的分子是污染物或不想要的实体，如病原体或白细胞，或者是所需要的分子，如生长激素等。它可用于传统的色谱应用以纯化蛋白质及其它分子。它也可用于在最终发布产品前除去病毒、内毒素和其它杂质。如所能认识到的，本发明的介质可经特别定制以尽量适合特定的应用或使用。
实施例1.适于涂覆的室温稳定的琼脂糖溶液将6g琼脂糖粉末(XII型，可从Sigma-Aldrich得到)加入40g水中，在95℃的温度下一边加热一边搅拌，直到形成初始的琼脂糖溶液。将该自由流动的初始溶液冷却至室温，在该温度点溶液变成完全没有自由流动特性的凝胶。将15g氯化锌加入到该凝胶中，一边搅拌一边将混合物再次加热至95℃，直到凝胶和盐溶解形成均匀的溶液。然后该溶液冷却至室温，在该温度下所述溶液保持自由流动的特性。一边将39.9g甲醇和0.1g Fluorad FC-95氟表面活性剂(3M公司)加入到该溶液中，一边将它们混合形成最终的琼脂糖溶液。该最终溶液在室温下保持液态。
实施例2.用室温下稳定的琼脂糖进行涂覆根据以下步骤使用实施例1的琼脂糖溶液对孔径为约100微米、孔隙率为约65％的聚烯烃非织造织物(F02463型，出自马萨诸塞州Lowell的Freudenberg)进行涂覆。将该织物暴露在实施例1的琼脂糖溶液中，使得该织物完全被溶液润湿。然后将润湿织物放在两片聚乙烯膜之间，轻轻挤压除去织物表面的多余溶液，然后从薄膜片中取出织物，在室温下任其干燥，通过蒸发除去甲醇和没有结合的水。然后将干的涂覆织物浸渍在丙酮中，使琼脂糖形成凝胶，除去盐和表面活性剂，由此生成基本上为纯琼脂糖的涂层。将涂覆织物浸泡在水中进一步漂洗织物以除去丙酮，然后将涂覆有琼脂糖的织物保存在水中。
实施例3.琼脂糖涂层的交联将实施例2的涂覆有琼脂糖的水湿织物浸入含有5g表氯醇和95g2M氢氧化钠的混合物中，然后将该混合物的温度升至50℃，在该温度下轻微搅拌使交联反应进行16个小时。交联后的涂覆织物用水漂洗数次，除去过量的反应物和碱。
实施例4.用磺丙基(SP)对交联琼脂糖涂层的官能化将实施例3的交联琼脂糖涂覆织物浸入含有6g溴丙磺酸钠和94g1M氢氧化钠的溶液中，然后将该溶液的温度升至50℃，在该温度下轻微搅拌使官能化反应进行16个小时。将磺丙基官能化的涂覆织物用水漂洗数次，除去过量的反应物和碱，将织物保存在水中。经测量改性织物在pH 4.5的醋酸钠缓冲液中的渗透率为1.78cm2/min-psi的钠，导电率为8mS。
实施例5.SP官能化琼脂糖涂覆织物的蛋白质结合将实施例4的涂覆有SP官能化琼脂糖的织物的13mm圆片浸入6ml pH为7、电导率为2mS、含有浓度为1g/L的溶菌酶的磷酸盐缓冲液中，使织物在搅拌下与蛋白质溶液在室温下保持接触16小时。16小时后，对蛋白质溶液中溶菌酶的浓度进行测量，根据13mm织物圆片的体积计算出织物上结合的蛋白质的量。经测量，所述织物的蛋白质结合容量为50mg溶菌酶/ml织物。通过使用15cm高的水柱测量流经直径为13mm的改性织物圆形样品时的流速，对流经介质的水的流速进行测量。在这些条件下样品的水流速为14秒内50ml。在相同条件下未涂覆基材的流速为6秒内50ml。
实施例6.基材上的纤维素涂覆根据以下步骤使用琼脂糖对孔径约100微米、孔隙率约65％的实施例2的聚烯烃非织造织物进行涂覆。将该织物暴露在含3g纤维素和97g N，N-二甲基乙酰胺的氯化锂饱和溶液中，使织物完全被溶液润湿。然后将湿的织物放在两片聚乙烯膜之间，轻轻挤压除去织物表面的多余溶液，然后从薄膜片中取出织物，并立即浸入水中10分钟形成涂层。将涂覆有纤维素的织物保存在水中。根据实施例3和4的步骤对涂覆织物进行交联和SP官能化。根据实施例5的步骤对改性织物的溶菌酶结合容量进行测量。经测量涂覆织物的溶菌酶结合容量为120mg/ml织物。
实施例7.基材上的葡聚糖涂覆根据以下步骤用葡聚糖涂覆孔径为约100微米、孔隙率为约65％的实施例2的聚烯烃非织造织物。制备含有15g葡聚糖(500,000MW)、1g聚乙二醇二缩水甘油醚、20g聚丙烯酰胺溶液(在水中10％)、1.5g 1N的氢氧化纳及62.5g水的溶液。将所述非织造织物暴露于上述葡聚糖涂料溶液中，使织物完全被溶液润湿。然后将湿织物放在两片聚乙烯膜之间，轻轻挤压除去织物表面的多余溶液，然后从薄膜片中取出织物，在室温下任其干燥。然后将干的涂覆织物在85℃的烘箱中放置4小时，使葡聚糖产生交联。然后在水中漂洗涂覆织物数次，除去包括聚丙烯酰胺的任何未反应的物质。涂覆织物保存在水中。然后根据实施例4的步骤对涂覆有交联葡聚糖的织物进行SP官能化，并且根据实施例5的步骤对溶菌酶结合容量进行测量。经测量所述涂覆织物的溶菌酶结合容量为28mg/ml织物。
实施例8.涂覆有聚烯丙胺的基材用以下配方制备pH为9的反应介质11.6％聚烯丙胺11.6％氯化钠23.2％表氯醇改性的聚乙烯亚胺(水中17％的溶液)18.6％氢氧化钠(1.0N溶液)34.9％水用甲醇对0.45微米的超高分子量聚乙烯(UPE)膜进行预润湿，并使其直接与上述溶液接触5分钟。将湿膜放置在聚乙烯薄膜袋中，该袋在温度设为85℃的烘箱中放置7分钟，同时需小心不使膜变干引发交联反应。然后从袋中取出湿膜，在室温下任其干燥。然后将干的膜在100℃的烘箱中放置4小时完成交联反应。再用水、甲醇和盐酸(1.0N)对膜进行彻底洗涤，任其在室温下干燥。发现所述膜被水完全润湿，并且对Ponceau-S(一种阴离子染料)有很强的亲合力。
实施例9.单体涂覆单体溶液的配制如下12.5g丙烯酰胺基丙烷磺酸、1.875g亚甲基双丙烯酰胺、6.8mL 50％的NaOH、3.8g十二烷基硫酸钠、25g的聚乙二醇(MW 8,000)和76g水。然后用125mL含0.5％Irgacure 2959光敏引发剂的丙酮对该溶液进行稀释，形成涂料溶液。将该溶液涂覆在非织造织物(Freudenberg FO2463)，使该非织造织物完全被涂料溶液填充。然后空气干燥该非织造织物1～15分钟，除去大部分丙酮。再将该非织造织物通过频率为约200～450nm、照射时间为约2秒的UV引发室，单体溶液发生聚合。然后经一系列的(3个)水浴洗涤样品24小时。经测量涂覆织物的溶菌酶结合容量为64mg/ml织物。
实施例10.单体涂覆配制实施例9的单体溶液，除了用208mL含有0.375％Irgacure2959光敏引发剂的丙酮稀释形成涂料溶液。根据实施例9涂覆该溶液。经测量所述涂覆织物的溶菌酶结合容量为68mg/ml织物。
实施例11.单体涂覆配制实施例9的单体溶液，除了用375mL含有0.25％Irgacure2959光敏引发剂的丙酮稀释形成涂料溶液。根据实施例9涂覆该溶液。经测量所述涂覆织物的溶菌酶结合容量为70mg/ml织物。
实施例12.单体涂覆配制实施例9的单体溶液，除了在涂料溶液中没有使用十二烷基硫酸盐。根据实施例9涂覆该溶液。经测量涂覆织物的溶菌酶结合容量为110mg/ml织物。其离子交换容量为285？eq/ml。
实施例13.尼龙基材上的单体涂覆单体溶液的配制如下12.5g丙烯酰胺丙烷磺酸、1.875g亚甲基双丙烯酰胺、6.8mL 50％的NaOH、25g的聚乙二醇(MW 8,000)和80g水。然后用125mL含0.25％Irgacure 2959光敏引发剂的丙酮对该溶液进行稀释，形成涂料溶液。该溶液通过毛细作用引入织造的尼龙筛(Millipore公司，60微米的丝网)，使该非织造织物完全被涂料溶液填充。然后用空气将该非织造织物干燥1～15分钟，除去大部分丙酮。然后让该非织造织物通过频率为约200～450nm、照射时间约2秒的UV引发室，单体溶液发生聚合。然后通过一系列的(3～5个)水浴对样品洗涤24小时。得到的织物具有约～10～30微米厚的吸附涂层，如通过光学显微法所测量的。经测量涂覆织物的溶菌酶结合容量为67mg/ml织物。
比较例1.基材上根据WO 00/44928的琼脂糖涂层将24.4g尿素溶解在50ml的水中，制备成8M尿素水溶液。将1.25g琼脂糖(XII型，可从Sigma-Aldrich得到)溶解在50ml的8M尿素溶液中，制备成2.5％(w/v)的琼脂糖溶液。
根据以下步骤使用琼脂糖对孔径为约100微米、孔隙率为约65％的实施例2的聚烯烃非织造织物进行涂覆。将该织物在上述8M尿素琼脂糖溶液中暴露5分钟，使该织物完全被溶液润湿。然后从琼脂糖溶液中取出湿的织物，并立即在去离子水中放置24小时。然后将改性织物保存在水中。通过使用15cm高的水柱测量流经直径为13mm的改性织物圆形样品时的流速，对流经织物的水流速进行测量。在这些条件下样品没有显示出任何可测到的流速，表明织物的孔隙基本上被琼脂糖堵塞。
通过实施本发明可获得的优势和结果包括用于分离的新的复合介质，在该介质中结合容量大于表面结合容量(基于表面积的、单层结合的容量)，但要求吸附实体通过的扩散距离却又足够短，使其不会妨碍传质。因此，动态结合容量基本上与对流流速无关；一种新的介质，在该介质中吸附/相互作用不会决定色谱床的机械性能。
机械性能和色谱性能的“脱除关联”使得有更大的介质开发优化窗口；新介质具有高分辨率的珠粒性能(类似于a＝30微米的珠粒)、但渗透率类似于或大于制备规模珠粒介质(90微米的珠粒)，用于生物分子及所关心的其它实体分离的高分辨制备介质；其中结合容量比基于多孔基材表面积的预期结合容量大的新介质；使用前不要求对介质进行装填的新介质。(如珠粒介质所典型结合的)复合多孔材料/吸附水凝胶材料可以被制成“盒式”装置，因为这样不要求在使用前进行装填，并且新介质可以一次性使用。介质盒可以容易地拆下，并且无需“拆填”过程就可以处置。
权利要求
1.一种用于基于吸附或色谱的分离的多孔涂覆介质，其包括多孔的自支撑结构的底部基材、在所述基材全部表面的至少一部分上的一个或多个多孔的聚合物涂层、所述一个或多个的多孔涂层具有至少1％的基材空隙体积部分，并且通过将生物分子吸附在其本体中而对分子生物多孔。
2.权利要求1的基材，其中所述基材的形式选自以下组中片、纤维和块材。
3.权利要求1的基材，其中所述一个或多个涂层基本上在所述基材的全部表面上形成。
4.一种用于基于吸附的分离的多孔涂覆基材，其包括多孔的自支撑结构的底部基材、在所述基材全部表面上的一个或多个多孔的聚合物涂层，所述一个或多个涂层占基材孔隙空隙体积的约1％～约50％、优选约10％～约50％，并且该基材具有良好的对流和扩散流。
5.一种用于基于吸附的分离的多孔涂覆基材，其包括多孔的自支撑结构的选自以下组中的底部基材织造织物、非织造织物、毡、纤维、垫子、块材和多孔膜，以及在所述基材全部表面上的一个或多个多孔的聚合物涂层，所述一个或多个涂层占基材孔隙空隙体积的约10％～约50％，并且该基材具有良好的对流和扩散流。
6.一种用于基于吸附的分离的多孔涂覆基材，其包括多孔的自支撑结构的选自以下组中的底部基材织造织物、非织造织物、毡、垫子、纤维、块材和多孔膜，并且是由选自以下组中的材料形成塑料、金属和玻璃，以及在所述基材全部表面上的一个或多个多孔的聚合物涂层，所述一个或多个聚合物涂层占基材孔隙空隙体积的约10％～约50％，并且该基材具有良好的对流和扩散流。
7.一种用于基于吸附的分离的多孔涂覆基材，其包括多孔的自支撑结构的选自以下组中的底部基材织造织物、非织造织物、毡、垫子、纤维、块材和多孔膜，以及在基本上所述基材全部表面上的一个或多个多孔的聚合物涂层，所述一个或多个涂层占基材孔隙空隙体积的约10％～约50％，并且所述一个或多个涂层由一种或多种多糖形成，并且该基材具有良好的对流和扩散流。
8.权利要求1的基材，其中所述基材为非织造织物，涂层则由琼脂糖形成。
9.权利要求1的基材，其中所述基材的孔径为约20～约200微米。
10.权利要求1的基材，其中所述涂层的厚度为约2～约50微米。
11.权利要求1的基材，其中所述涂层的厚度为约2～约50微米，平均孔径为约1～约200纳米。
12.一种用于基于吸附的分离的多孔涂覆基材，其包括多孔的自支撑结构的底部基材，以及在所述基材全部表面上的一个或多个多孔聚合物涂层，所述一个或多个涂层占基材孔隙空隙体积的约1～约50％，并且所述基材的容量与基材的对流性能无关。
全文摘要
一种可对流体进行吸附过滤的多孔基材，其具有多孔的自支撑基材以及一种或多种多孔的吸附聚合物涂层，包括约1～约80％的基材孔隙的空隙体积。得到的基材具有良好的对流和扩散流以及容量。该基材可以是交联的，可以结合有一种或多种捕获化学物，该基材可用作色谱介质，用于对所要求的物质进行选择性过滤，所述物质包括生物分子，如蛋白质和DNA碎片。
文档编号B01J20/32GK1960803SQ200580003978
公开日2007年5月9日 申请日期2005年2月3日 优先权日2004年2月5日
发明者安东尼·迪莱奥, 贾斯廷·麦丘, 威尔逊·莫亚, 伊戈尔·奎恩奥尼斯－加西亚, 尼尔·P·索伊斯, 福尔克马尔·汤姆, 袁庆 申请人:米利波尔公司