基于聚乙烯醇的磁性聚合物颗粒及其制备方法和用途的制作方法

专利名称：基于聚乙烯醇的磁性聚合物颗粒及其制备方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于生产基于聚乙烯醇(PVAL)的球形聚合体颗粒(珠粒)的方法，其中封装着一种磁性胶体从而赋于该聚合物珠粒磁性并使这些珠粒能和生物分子或者细胞结合。
近年来，磁性聚合体珠粒在生物化学和医药学中主要用于分离细胞、蛋白质和核酸。由于其磁性，它们也可以用作某些药物在机体某些部位的递送系统。由于通常以细悬浮剂或乳剂形式的磁性颗粒能利用磁力从混合物中分离，所以和传统分离系统相比，该磁性珠粒的使用有很大的实际优越性。该分离技术省去了常规的离心步骤。与常规的色谱柱技术相比，磁性部分也能在1分钟内被分离从而节约了大量的时间。前述技术的一个致命的缺点是其平衡和洗脱过程的时间消耗，而用该磁珠粒技术却可以从实际上略去这些过程。该磁珠技术还有一个重要的优势是其反应动力学方式。颗粒大小为50-100μm的填充材料通常用于柱色谱。然而，由于这种颗粒大小的分离能力通常不足，因此使用大小＜50μm以及甚至＜10μm的颗粒的趋势正在逐步增加。为了耐受柱通道内产生的高压，该介质实际上不再是多孔的。这是为何在实际应用中必须将透明的塑料或玻璃柱变成耐压的钢柱的原因。需要动力泵系统是当代柱色谱技术的进一步缺点。这些最终归因于反应动力学不足的缺点可以通过使用该磁珠技术而彻底避免。
通过使用精细分散的大小为1-10μm，优选地为1-4μm的PVAL颗粒，该颗粒保持在悬乳剂中数小时以便使该反应动力学相当于准均匀的溶液的水平。结果是该稳定的悬浮液在大多数情况下可以通过搅拌或振摇而分散。
生产铁-右旋糖酐微粒的方法描述于美国专利第4,452,773。已吸附了右旋糖酐的30-40nm大小的胶体氧化铁颗粒是通过在定量的右旋糖酐存在下混合Fe(II)和Fe(III)盐溶液并随后加入碱而获得的。类似的方法构成了PCT申请WO 90/07380的基础。在用NaOH滴定前，将右旋糖酐加入到Fe(II)和Fe(III)盐溶液中，并在40℃处理以生成大小为40-100nm的超顺磁颗粒。此两方法的缺点是由于颗粒的细度之故，只可能通过高梯度磁场来进行分离。这种高梯度磁场是通过一种用钢棉或类似微粒物质紧密填充的分离柱而产生的，而该填充物置于两个强的电磁或手磁极的极靴(pole shoes)之间。该颗粒是通过将该悬浮液通过填充分离柱而分离的。此胶体不可能用常规的手动磁铁分离。因此，常用的色谱技术间原则上几乎没有任何实验上的差异。前述生产方法的一个进一步的缺点是用实际生产工艺几乎不能获得均匀的颗粒。这只可能通过分级磁力分离实现。此外，由于该颗粒在光学显微镜不可见，这些磁性颗粒的检测也复杂了。在另一个构成美国专利4,070,246的基础的方法中，磁性颗粒是通过加入铁磁粉转变对-氨基苯甲酸和一种醛而获得。通常用于诊断检测的限定珠的生产用此方法是不可能的。也不可能化学偶合生物分子到该载体上。在描述于美国专利4,106,448，4,136,683和4,735,796的方法中有相同的应用，其中的磁性颗粒在右旋糖酐中成囊以用于诊断和肿瘤治疗。也没有描述前述方法的生物分子的共价偶合。美国专利4,647,447中描述了用于NMR诊断的铁磁性颗粒的制备。该方法起始于Fe(II)/Fe(III)盐溶液或直接用铁酸盐微粒，其在血清白蛋白、多糖、右旋糖酐或糊精的配合剂存在下转变成磁性悬浮液。其它在硅烷基质中成囊的铁磁性颗粒描述于美国专利4,628,037。描述于美国专利4,827,945中的超顺磁性氧化铁也用作NMR诊断中的对照介质。用这些物质通过在白清白蛋白、多肽或多糖存在下用碱沉淀Fe(II)/Fe(III)盐溶液来制备包衣的磁性颗粒。该磁性颗粒可通过将具体的抗体偶合到该基质上而靶结合到机体的某些区域。通过在右旋糖酐或者聚戊二醛存在下沉淀铁盐而制备氧化铁，例如，构成了美国专利2,870,740和4,267,234的基础。前述的所有方法和产品有一点是共同的，即该铁磁性或者超顺磁性颗粒仅通过沉淀一盐溶液而制备，并且假定该溶液中有一定分子比率的伴随着配合或者涂层剂的Fe(II)和Fe(III)。所述的颗粒的大小呈现出相当宽的范围。限定的滴状或者球状颗粒不能用前述方法制备。所述的材料呈现出非晶形样几何结构。基于它们的细度通常在nm范围，它们最初适于作为NMR诊断的对比介质或者作为细胞标记。此外，该磁性组分的分离通常不可能用一个简单的手磁铁完成，比如有利于快速诊断测试或者亲和色谱分离。包被有特殊的偶合剂的可用于病毒和细胞分离以及诊断检测的磁性白蛋白或者蛋白质微粒的制备描述于美国专利4,345,588；4,169,804；4,115,534；4,230,685；4,247,406和4,357,259。
带有确定的珠形结构的磁性颗粒公开于美国专利4,861,705。该前述专利的主题是琼脂糖聚醛复合颗粒，其是通过在油相中的聚合物相的悬浮液而制备的。颗粒大小在40-1000μm的磁性聚合物颗粒是通过将铁流体(定义为极细的超顺磁氧化铁含水胶体)混入聚合物相中而获得。
优选的珠形颗粒描述于美国专利4,654,267中。该方法与前述的方法的根本不同之处在于，其中最初主要是通过悬浮聚合法而聚合到珠形颗粒上的聚丙烯酸酯或者聚苯乙烯用作基质。然后，该颗粒在一定的条件下在有机相中膨胀。接着，将该聚合物颗粒在Fe(II)/Fe(III)盐溶液中培育，一旦该颗粒扩散即用氨氧化成超顺磁性氧化铁。该方法生产的球状颗粒的大小在0.5到20μm之间。该方法本身在技术上很复杂。除了使用高毒性的物质外，制备该基础基质需要10到30小时。此外，需要加硝基、亚硝基或者氨基，它们在一附加的制备阶段引入到聚合物基质中以确保铁盐的充分吸收。这里描述的颗粒的大的缺点是基本聚合物，聚苯乙烯。聚苯乙烯是一种严格疏水的材料，当和蛋白质溶液或其它生物分子接触时有强烈的非特异性吸收的趋势。该现象在免疫检测和亲和层析分离中尤其不利。前述方法就其生产成本和努力、颗粒几何性质、磁分离行为、聚合物基质的性质或者偶合方法的类型等方面的缺点可以用一种新的油包水的悬浮液方法避免。所用的聚合物基质是聚乙烯醇(PVAL)，其在不能和水混合的有机相中通过搅拌作为水溶液悬乳和交联。该有机相的实例在悬浮聚合方面的现有技术中通常是已知的。为了获得该聚合物颗粒所需的磁性特征，该聚合物相和一种磁性胶体，如氧化铁粉末或铁流体相混和，然后再悬浮于油相中。该通过含水的聚合物溶液的悬浮液而制备珠形的PVAL颗粒描述于Ger.Offen.4127657中。磁性颗粒可以通过将磁粉加入到该聚合物溶液中而制备。前述的方法使用聚合物溶液和油相，其中不含以乳化剂或其它表面活性剂形式的添加剂。基于此，该颗粒大小可以很容易地介于50到500μm之间。在前述的方法中，该颗粒大小主要由该有机和/或聚合物相的粘度决定。
本发明的目的是制备颗粒大小介于1-10μm，优选地介于1-4μm，并且颗粒大小分布很窄的磁性颗粒。唯有此类颗粒可用于在悬浮液和诊断检测中的细胞分离/分类和清洁生物材料。
有趣的是，已发现该聚合物颗粒可以通过将某些乳化剂混合物加到油相而得到。术语“乳化剂”在下文中定义为全部表面活性剂如表面活性剂、去污剂或悬浮液稳定剂的一般术语。适于作为该油相的添加剂的乳化剂的实例包括环氧丙烷-环氧乙烷的嵌段共聚物，脱水山梨醇脂肪酸酯，季戊四醇脂肪酸酯和柠檬酸的复合混合酯，聚乙二醇蓖麻油衍生物，蓖麻油衍生物的嵌段共聚物，聚乙二醇，改性的聚酯，聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯，聚氧乙烯-聚氧丙烯乙二胺嵌段共聚物，聚甘油衍生物，聚氧乙烯醇衍生物，烷基苯基聚乙二醇衍生物，多羟基脂肪酸聚乙二醇嵌段共聚物，聚乙二醇醚衍生物。此类物质在市场上的商品名为Pluronic，Synperonic，Tetronic，Triton，Arlacel，Span，Tween，Brij，Renex，Hypermer，Lameform，Dehymuls或Eumulgin。至于所需颗粒大小在1-10μm的均匀的珠形聚合物颗粒，发现只有至少两种，优选地为3-4种表面活性剂的混合物才能导致油相中的所需的颗粒规格。完成该所需的颗粒大小的一个条件是相应地减小相界面的张力。这可以通过将亲脂性乳化剂组分和至少一种具有半亲水特性，即既能溶于油也能溶于水的乳化剂相混合而进行。符合后者需要的乳化剂的实例环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚物衍生物(主要是环氧乙烷部分)，聚乙二醇十六烷基醚，短链聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯，聚乙二醇或者短链脱水山梨醇脂肪酸酯。
油相中乳化剂的浓度通常为2-6％(体积)，优选地为3.5-5.0％体积。对于聚合物滴的粒度和窄的颗粒大小分布，至少含有两种亲脂性组分和一种半亲水性乳化剂的乳化剂混合物是最为合适的。半亲水性乳化剂的浓度通常相当于乳化剂总量的15-30％体积。根据本发明的方法不仅能保证颗粒的细度，也能使得珠形颗粒的生产成为现实，而这些正是均匀悬浮液的先决条件。这就可以满足在生化和医学检测/诊断中所需的精确吸取。除了油相的乳化剂外，能溶解在含水聚合物相中的特殊的表面活性剂也能有助于悬浮液质量的改进，尤其是那些低分子量(20,000-80,000)的聚合物溶液。此外，发现以固态加入的磁性胶体只有在加入了离子型乳化剂后才能充分地分散。此类乳化剂的实例(其也可用作二元混合物)是血清白蛋白，明胶，脂族和芳族磺酸衍生物，聚乙二醇，聚正乙烯吡咯烷酮或者乙酸丁酸纤维素。所用的乳化剂的量通常相当于聚合物相的0.01-2％(重量)，而其中的离子型乳化剂浓度可介于0.01-0.05％(重量)。诸如搅拌速度以及两相的浓度和粘度对颗粒大小的影响，如Ger.Offen.41 27 657所示，由于乳化剂添加剂的加入，仅在根据本发明的方法中起次要作用。为了获得需要的1-10μm的颗粒大小，搅拌速度在1500-2000rpm就足够了，而使用的是常规的双刃螺旋搅拌混合器。若搅拌速度从2000rpm降至1300rpm，颗粒大小从1-5μm增至2-8μm，从这个事实可以清楚地看出在本发明的方法中，乳化剂对颗粒大小的决定性影响。若搅拌速度从2000rpm升至5000rpm，颗粒大小实际上变化。另一方面，在前述的方法中，搅拌速度的类似的变化可以导致所制备的颗粒大小在10-80μm之间变化。与本发明的乳化剂作用相比，所观察到的悬浮液相和聚合物相的粘度对颗粒大小的影响是极小的。因此，在本发明的方法中，当聚合物相的粘度从10变化到1000mpa.s时，PVAL颗粒大小仅在2-8μm间波动，而在相同的条件下，前述方法的都在50-140μm之间波动。
原则上，任何具有相当的颗粒大小并且磁饱和度为50-400高斯的亚铁或者超顺磁性胶体均可在悬浮交联方法中用作磁性颗粒在聚合物基质中成囊。该磁性颗粒必需满足的另一个要求是其在含水的聚合物相中的可分散性。与基于用铁盐的复杂的膨胀方法以及随后氧化成磁性胶体的美国专利4,654,267所述的制备磁性颗粒的方法不同，该磁性胶体可直接在本发明方法的聚合物相中分散。然后，在随后的在有机相中悬浮的同时，磁性胶体在该聚合物珠粒中成囊。这代表着和前述方法相比的明显的简化步骤，也意味着制备方法中节约大量的时间。制备前述的基于聚苯乙烯的试剂需要10-30小时的制备时间，而本发明的方法仅需5-30分钟时间以制备基本的磁性颗粒。颗粒大小在10-200nm的磁铁优选地用作磁性胶体，而本发明的方法并不局限于此类物质。此类物质可购买诸如商品为Bayferrox或者EMG(铁流体)。由于此胶体的生产属现有技术，该磁性颗粒也可以按照已知的方法制备，如Shinkai等人，生物催化(Biocatalysis)，第5卷，1991，61，Reimers和Khalafalla，英国专利1,439,031或者Kondo等人，应用微生物生物技术，第41卷，194，99。在各种情况下，聚合物相中的胶体相对于聚合物相的浓度对于由于其生产方法早已含水的胶体为4-14％(体积)，以及对于固态物为0.3-2％(重量)。在制备过程中，磁性胶体直接混入聚合物相中。为了确保精细地分散，甚至颗粒分布，短时间地将一种高速分散剂(Ultra-Turrax)和该含水的分散体混合以及随后的超声处理是有益的。
用于生产磁性颗粒的聚合物相通常含有2.5-10％(重量)PVAL溶液。如Ger.Offen.41 27 657所公开，该聚合物颗粒的多孔性最终由聚合物螺旋密度(coil density)决定，而后者又相应地由该聚合物的平均分子量和浓度决定。较高分子量和/或者较低的聚合物浓度意味着较低的螺旋密度以及因此增加的多孔性。由于测试方法的实际性，特别是在常规诊断或者分析过程期间依赖于单元量的载体吸附的物质的量，多孔性作为共同决定参数在磁性颗粒生产中起着重要作用。这也是在本发明的材料中优选地使用浓度为2.5-5％(重量)并且分子量大于50,000的聚合物的原因。用这种方式生产的聚合物颗粒具有高的孔隙度和相应地高的结合能力，后者是就偶合到基质的配体以及由该配体结合的结合物(ligates)和生物分子两方面来说的。影响多孔性并因此影响该磁性颗粒的官能度的进一步的因素是交联剂及其浓度的选择。从高负载能力的观点说，选择该交联剂的浓度以确保相当的孔隙度以及足够的空间稳定性。所有的能和PVAL的羟基反应的水溶性双功能化合物在原则上均能用作交联剂，如醛，酰基氯或者二乙烯基砜。在酸催化剂下的戊二醛优选地用作交联剂，这是因为该物质能在几分钟内和聚合物反应生成牢固交联的颗粒。其它物质需要1-2小时的反应时间。使用戊二醛也使得通过二胺链的长度延伸交联剂成为可能，其是通过同时加成水溶性二胺，如乙二胺或者六亚甲基二胺，从而增加该聚合物基质的多孔性。相当于含水的聚合物相的交联剂的浓度通常介于0.2到1％(体积)而戊二醛为2-7％(体积)。戊二醛通常以6-25％的水溶液形式使用。通常使用的是相对戊二醛量的10-50％(摩尔)。
为了制备该磁性颗粒，通常加入20-25倍体积量的有机相，优选地为常用的植物油，然后，该聚合物磁性胶体混合物通过搅拌悬浮。在以戊二醛为交联剂的情况下，酸的加入量由磁性胶体的稳定性决定。一些磁性胶体在加入酸时趋于团聚。这可以通过在悬浮法的过程中或者结束时加入酸而避免。由于此时的磁性胶体已经及时精细地分散在聚合物基质内，团聚现象可以彻底避免。对抗酸的磁性胶体来说，酸也可以在悬浮步骤前直接加入聚合物相中。交联剂在两种情况下均在悬浮步骤中加入。除了上述的那些决定颗粒大小和几何的参数外，也发现酸浓度对磁性颗粒的悬浮性有决定性影响。良好的悬浮性意味着颗粒彼此间彻底分离并在水溶液中无任何凝聚现象。这种作为颗粒在水溶液中长分散半衰期的先决条件的特性是用相当于聚合物相的15-50％(体积)的酸浓度来实现的。优选地使用1-3N HCl。悬浮液的分散时间和美国专利4,654,267的聚苯乙烯珠的2小时相比很长，这种PVAL颗粒需要12-48小时。
用这种方式得到的磁性颗粒可以适用于一系列应用，其中的许多应用不能用上述其它磁性载体来实现，这种磁性颗粒的特殊的优越性基于诸如多孔性，粒度，磁行为以及化学官能度等特性，这些特性都可以通过各种工艺参数而调整。
由于该基本聚合物PVAL的高的化学官能度，常用的亲和层析基质的所有活化和偶合方法均可用于本发明的方法中。这些活化剂的实例是BrCN，2-氟-1-甲基吡啶鎓-对-甲苯磺酸盐，1，1′-羰基二咪唑，表氯醇，六次甲基二异氰酸酯或者1-氰基-4-二甲基氨吡啶鎓-四氟硼酸盐。相应的生物配体及生物分子的偶合方法是现有技术并已公开于K.Mosbach编的Methods in Enzymology(《酶学方法》)，135卷，1987。另一方面，前述美国专利4,654,267的偶合法局限于羰基的活化和偶合。
本文描述的本发明的碱性聚合物的羟基的存在为在该聚合物基质上接枝乙烯基单体提供了可能。另外的功能分子链(间隔分子)可以通过这种接枝法而引入。生物分子偶合到该间隔分子上一般要求保留所偶联的生物分子的天然结构以及因此的生物活性。由于现在的生物分子不再直接和基质表面直接相接触，这便防止了生物分子中的可能的构象修饰(conformationmodification)。乙烯单体的接枝是在对自由基聚合起氧化还原作用引发剂的铈(IV)盐，如硝酸铈(IV)铵或者硫酸铈(IV)铵的催化作用下发生的。铈(IV)盐优选地在0.5-1N的硫酸或者硝酸中以0.03-0.1摩尔浓度(molar)的溶液使用。带有例如HO-，HOOC-，NH2-，NCO-，CHO-或者环氧乙烷基的功能或者反应基的物质用作乙烯基单体。至于这些基本上已知的接枝法的细节见于公开文献Ger.Offen.2157902和Ger.Offen.3811042中。本文所说的本发明的聚合物基质就其物化结构，特性和应用而言完全不同于前述的接枝基质。与前述接枝法的进一步的不同之处在于本发明的材料无需在无氧环境中使用，相反，不能和水混合的有机溶剂如己烷，庚烷，环己烷或者石油醚的存在足以获得高的接枝收率。和前述方法相比，接枝时间也可以减少到90％。所用的乙烯单体的量相当于磁性颗粒悬浮液的10-50％(体积)。
基于该PVAL磁性颗粒的各种活化和修饰可能性，实际上无限量的生物分子可以偶合到该基质上。这便允许广谱的应用，从医学诊断到分子生物学分析。在生物科学中的一个重要的应用是根据亲和力原则的分离。这里常用的柱枝术包括复杂的实验装置，因此需要实用的替代方法，尤其是对较小的常规分离而言。由于只需常用技术所需的一部分时间和设备，所以本发明的材料提供了这样的替代方法。原则上，现今在亲和层析中所用的所有配体均可作为配体偶联。也算是打开了实际应用的有益的前景的实例是蛋白A，蛋白G，肝素，抗体，血清白蛋白，明胶，赖氨酸，concavalin A，寡聚多糖，寡聚核苷酸或者酶。用该亲和基质可以完成的具体分离是现有技术。我们参考色谱杂志，510卷，1990的众所周知的方法的细节。除了实验上的简化外，磁性颗粒技术的具体优势是显著地降低分离时间。这是由于该磁性颗粒悬浮液是反应动力学类似于均相溶液的半均相的相。这意味着分离根据批量可在2-5分钟内完成，而无需大的努力。磁性颗粒技术的一个进一步有用的应用领域是诊断，尤其是免疫检测领域。基本原则是具体物质的定量检测。这里的检测质量直接和相关物质的具体分离相关，而这是通过色谱或者通过和聚合物固体结合而进行的。这种特异结合一般通过一种固化抗体进行，然后，再进行测光或比浊检测。该新研制的PVAL基质为免疫检测提供了一个极好的基础。抗诊断相关抗原的抗体因此化学偶联到该磁性颗粒上。这些抗体的实例是抗胰岛素，抗甲状腺素，抗甲状腺刺激激素(TSH)抗体，抗甲状腺结合球蛋白抗体，抗可的松，抗铁蛋白，抗绒毛膜促性腺激素，抗癌胚抗原(CEA)，抗黄体酮，抗睾酮，抗雌二醇，抗促乳素，抗人生长激素，抗地高辛，抗β2-微球蛋白，抗α2-巨球蛋白，抗维生素B12，抗因子VIII或者抗-AFP。该抗体偶联磁性颗粒和该物质混合物的培育时间一般为2-5分钟。磁分离后，分离的抗体-抗原复合物用周知的检测法测光定量检测。该磁性颗粒技术的使用意味着培育时间和诸如Ger.Offen.4126436所描述的常规微滴定板或者柱分离法相比要减少10-100倍。除了抗体外，其它物质也能偶联到该磁性颗粒上并用于检测特异的物质。这样的一种物质是3-氨基苯硼酸，其偶联到该PVAL基质上以检测血糖量。为了固定该配体，PVAL载体在第一阶段用二异氰酸酯活化，然后，用该配体转化。在该转化中，一般使用每100mg磁相15-30mg 3-氨基苯硼酸。血糖量一般通过血液中糖化的血红蛋白而检测，其特异性地与硼酸配体结合。在随后的洗脱基质上结合的糖化组分的基础上，可通过测光而定量检测。和早期的检测法相比，特殊的优势在于降低了时间消耗。因此，该方法作为常规检测是理想的。最近在新治疗和诊断法变得极普及的分子生物学检测是该PVAL磁性颗粒应用的进一步的领域。
链霉亲和素/亲和素和生物素间的高度的亲和力已用于许多分子生物学检测方法中。任何类型的生物化生物分子，如DNA片段，寡聚核苷酸，蛋白质，抗体或者抗原，均可通过偶联链霉亲和素或者亲和素到聚合物固相上而分离。基于和高度悬浮性相关的简单的偶联技术，该PVAL基质的使用可以确保该分离的简化进行。该磁珠技术可以优选地使用的实际用途的例子是固相DNA测序，DNA合成或者聚合酶链式反应(PCR)。该PVAL磁性颗粒也能通过和某些能特异性地抗特定的细胞标记的抗体(如抗-CD4，抗-CD15，抗-CD35，抗-CD8)偶联而进行细胞分离和标记。至于进一步的细节，我们参考了有关的文献Haukanes和Kram，生物技术(Biotechnology)，11卷，1993，60。
在下列实施例中，将对本发明进行更为详细的解释。
实施例1磁胶体的制备类似于Kondo等人，应用微生物生物技术，41卷，1994，第99-105页所述。将10毫升的胶体分散于80毫升的10％PVAL溶液(平均分子量48,000)，5毫升的2.5％聚乙烯吡咯烷酮溶液，20ml的2NHCl和0.4ml的3.5％十二烷基硫酸钠(SDS)。在超声浴(100W)中处理1分钟后，将该混合物在20℃下搅拌悬浮于含2％Pluronic 6100，0.8％Pluronic 6200，0.4％Dehymuls FCE和0.6％Dehymuls HRE7的2升常用植物油中。搅拌速度是2000rpm。十秒钟后，加入6.4ml 12％戊二醛溶液。再持续搅拌20秒钟。然后，5000×g离心该悬浮液30秒钟并轻轻倒出油相。用约300ml正己烷和约300ml丁酮分别漂洗该残留悬浮液一次。将所得的磁悬浮液分散在大约400ml的水/甲醇1∶1(v/v)中，然后离心。然后，通过分散于大约400ml水中并在每两次洗涤之间进行离心而洗涤该磁组分十次。得到了大小分布于2-4μm且铁含量为7％的磁性颗粒。(这里及下文的所有百分数对液态物质来说是体积百分比，而对固态物质来说为重量百分比)。
实施例2将根据实施例1的5ml磁性胶体分散于根据实施例1的40ml PVAL相中并再通过混入880ml的溶有1.5％Pluronic 8100，0.4％Pluronic 6200及0.4％Dehymuls FCE的常用的植物油中(搅拌速度2000rpm)而悬浮。
然后，加入4％的25％戊二醛溶液。再搅拌该悬浮液10秒钟。十分钟后，离心该悬浮液并按实施例1用甲醇/水，正己烷和丁酮洗涤。
得到了1-3μm大小的磁性颗粒。氧化铁含量为7.3％。
实施例3将4ml的铁流体EMG 807分散于100ml的5％PVAL溶液(平均分子量224,000)中。将该分散体在超声浴中处理5分钟后，通过在2300ml含2％Arlacel 83，0.8％Tween 85和0.4％Dehymuls FCE的植物油中搅拌(搅拌速度(1800rpm))而悬浮。5秒钟后，加入25ml 2.5N HCl，再5秒钟后，加入7ml12％戊二醛溶液。再继续搅拌10秒钟。离心该悬浮液并在10分钟后如实施例1所述进行洗涤。得到颗粒大小为2-5μm且氧化铁含量为24.6％的磁性颗粒。
实施例4将180mg Bayferrox PR 5044N氧化铁颜料加入20ml的含0.01％聚苯乙烯磺酸和0.05％聚乙二醇1000的7％PVAL溶液(平均分子量88,000)中并用分散器(Ultra-Turrax)以20,000rpm分散一分钟。然后，在超声浴中处理两次，每次两分钟。随后，该混合物在搅拌(搅拌速度2000rpm)下分散于含1.9％Arlacel 83，0.4％Tween 20，0.3％Dehymuls FCE和1％Dehymuls HRE7的460ml的植物油中。十秒钟后，加入0.8ml 25％戊二醛溶液，再5秒钟后，加入8ml 1NHCl。再继续搅拌该悬浮液10秒钟。十分钟后，根据实施例1分离并洗涤该组分。得到大小为2-4μm并且铁含量为12.3％的磁性颗粒。
实施例5将50mg Bayferrox 318M用Ultra-Turrax(20,000rpm)分散于10ml的含5％PVAL(平均分子量224,000)，0.01％SDS和0.1％聚乙二醇1000的混合液中。随后，将该聚合物相在搅拌下(1800rpm)分散于250ml含2.2％Span80，0.4％Dehymuls FCE和0.4％ Pluronic 6200的植物油中。5秒钟后，加入10ml 1N HCl，再10秒钟后，加入0.6ml 25％戊二醛溶液。继续搅拌10秒钟。5分钟后，离心该悬浮液。按实施例1洗涤收集的组分。得到了大小为3-6μm且氧化铁含量为10.2％的磁性颗粒。
实施例6将6.4ml如实施例1所述的磁性胶体分散于含50ml 4％PVAL(平均分子量103,000)，0.1％牛血清白蛋白及0.5％聚乙二醇1000的混合液中。在超声浴中处理该分散体5分钟并随后在1100ml含1.8％Span 85，0.8％Synperonic PL61，0.8％ Tetronic 901和0.4％ Dehymuls FCE的植物油中悬浮(搅拌速度2000rpm)。120秒钟后，加入4ml 12％戊二醛溶液，再5秒钟后，加入12.5ml 2.5N HCl。再继续搅拌10秒钟后，离心并按实施例1洗涤。得到珠大小为1-3μm且氧化铁含量为8.3％的磁性颗粒。
实施例7将13ml Ferrofluidics EMG 507混入100ml含20％3N HCl的3.5％ PVAL溶液(平均分子量224,000)中；在超声浴中处理该混合液0.5分钟。将磁铁-聚合物-相在搅拌下(搅拌速度2000rpm)悬浮于2.3升含1.8％ Pluronic6100，0.2％ Pluronic 6200，0.2％ Hypermer A60和1.8％ Dehymuls HRE7的植物油中。十秒钟后，加入8ml 12％戊二醛溶液并继续搅拌15秒钟。十分钟后，按实施例1所述离心并洗涤。收集的珠粒的大小为1-2μm且氧化铁含量为14.2％。
实施例8将100ml溶有0.05％明胶的7.5％PVAL溶液(平均分子量88,000)和12.5ml Ferrofluidics EMG 707混和并在超声浴中处理3分钟。随后，将该混合物在搅拌下(搅拌速度2000rpm)悬浮于2.5升含有1％ Arlacel 83，0.4％Pluronic 6100，0.2％ Brij 52和0.4％ Tween 60的植物油中。10秒钟后，加入4ml 12％戊二醛溶液，再5秒钟后，加入26.5ml 1N HCl。再继续搅拌15秒。15分钟后，如实施例1离心该悬浮液。得到大小为2-4μm且氧化铁含量为26％的磁性颗粒。
实施例9用0.5N NaOH将10ml 7.5％ PVAL溶液(平均分子量103,000)调整为pH9.5并加入75μl二乙烯基砜。随后，按照实施例1把1.2ml磁性胶体分散到该水相中。在超声浴中处理3分钟后，将该混合物在搅拌下(搅拌速度2000)悬浮于溶有2％ Span 60，0.4％ Tween 80和0.4％ Dehymuls FCE的220ml植物油中。再继续搅拌30秒，然后置于室温中60分钟。如实施例1所述洗涤该悬浮液。得到大小为4-8μm且氧化铁含量为7.7％的珠。
实施例10将5ml Ferrofluidics EMG 707加入100ml的溶有40％1N HCl和0.015％ SDS的3.5％ PVAL溶液中(平均分子量224,000)；在超声浴中超声处理该混合物1分钟。随后，将该聚合物相搅拌(搅拌速度2000)悬浮于2.3升的含1％ Arlacel 83，1％ Pluronic 6100，0.8％ Tween 80和2％ Dehymuls HRE7的植物油中10秒钟。10秒钟后，加入6ml 25％戊二醛溶液并再继续搅拌10秒钟。十分钟后，离心该悬浮液并如实施例1洗涤。得到大小为2-4μm且氧化铁含量为24％的磁性颗粒。
实施例11将如实施例1的14.5ml磁胶体分散于100ml含4％PVAL(平均分子量224,000)和0.1％牛血清白蛋白的聚合物相中。在超声浴中处理该混合物1分钟。随后，将该分散体搅拌(搅拌速度2000)悬浮于2.5升的溶有3.8％Pluronic3100，0.8％ Pluronic 6200和1.5％ Tetronic 304的植物油中15秒。然后，加入7.5ml 12％戊二醛溶液，再10秒钟后，加入25ml 3N HCl，继续搅拌10秒钟。十分钟后，如实施例1洗涤并进一步制备。得到大小为1-2μm且氧化铁含量为9.5％的磁性颗粒。
实施例12将50ml含5％ PVAL(平均分子量224,000)、0.5％聚乙二醇3350和12％ Ferrofluidics EMG 707的聚合物相在搅拌下(搅拌速度1800)悬浮于1200ml含2.2％ Arlacel 80，0.8％ Span 85和0.8％ Triton CF 10的植物油中10秒钟。5秒钟后，加入4ml 25％戊二醛溶液和25ml 1N HCl。继续搅拌15秒。十分钟后，如实施例1离心及洗涤。得到大小为1-2μm且氧化铁含量为18.3％的磁珠。
实施例13将100ml溶有0.05％聚苯乙烯磺酸和0.1％聚乙烯吡咯烷酮的5％PVAL溶液(平均分子量203,000)和12ml如实施例1的磁性胶体混合并在超声浴中超声处理2分钟。随后，悬浮于类似于实施例12的组合物的2.2升植物油中。搅拌10秒钟，加入8ml 12％戊二醛溶液，再过十分钟后，加入20ml 2.5NHCl。如实施例1所述洗涤和制备后，得到大小为2-4μm且氧化铁含量为7.5％的磁性颗粒。
实施例14将6.5ml Ferrofluidics EMG 807分散于100ml的含10％ PVAL(平均分子量88,000)，0.05％乙酸丁酸纤维和0.1％聚乙烯吡咯烷酮的聚合物相中。随后，在超声浴中超声处理3分钟。然后，将该分散体在搅拌下(搅拌速度2000rpm)悬浮于2300ml含1.8％ Synperonic L61，0.2％ Tetronic 1101和1％ Dehymuls FCE的植物油中。十秒钟后，加入8ml含20mol％乙二胺的12％戊二醛，再十秒钟后，加入23ml 2.5N HCl。十分钟后，如实施例1分离和洗涤该悬浮液。得到珠粒大小为1-3μm且氧化铁含量为10.4％的磁性颗粒。
实施例15将如实施例1合成的300mg聚合物颗粒悬浮于10ml水中并加入10ml3.5M NaOH以及15ml表氯醇。将该悬浮液在55℃剧烈搅拌两小时。然后，用钕-铁-硼磁体收集该磁性颗粒。将该产物悬浮于10ml水并再进行磁分离。重复该洗涤分离步骤十次，最后用丙酮洗涤一次。将30mg活化的磁颗粒和2ml的溶于0.1M pH11.4的硼酸盐缓冲液的10％六亚甲基二胺于50℃下反应两小时，用水洗涤十次。随后，在该所得产物中加入2ml pH7.0的溶有12.5％戊二醛的0.1M磷酸钾缓冲液中。该反应在30℃下进行两小时。随后，在30分钟内用水洗涤十次，再用0.1M pH7.5的磷酸钾缓冲液洗涤两次。在4℃下，培育溶于1ml 0.1M，pH7.5的磷酸钾缓冲液的0.3mg链霉亲和素12小时，0.11mg链霉亲和素结合于该基质。生物素化的DNA片段可按已知的DNA测序法结合于该基质。
实施例16将30mg如实施例15合成的并用表氯醇/六亚甲基二胺/戊二醛活化的磁性颗粒和0.3mg溶于2ml 0.1M pH7.5的磷酸钾缓冲液的抗胰岛素抗体在4℃下反应24小时。结合了0.28mg抗体。
实施例17将如实施例3制备的60mg磁性颗粒通过连续加入丙酮-水混和液(1∶3，1∶1，3∶1)以及最后的无水丙酮而脱水。将该悬浮液分散于2ml含0.1％辛酸锡的干燥二甲基亚砜并通过在45℃下在30分钟内加入0.5ml六亚甲基二异氰酸酯而活化。随后，用几毫升二甲基亚砜和丙酮交替洗涤五次。将30mg活化的组分和1ml含20％聚乙二醇400和0.05％ DABCO的无水二甲基亚砜于30℃下反应4小时。随后，用二甲基亚砜洗涤该样品一次，用水洗涤五次，接着用丙酮-水混合液如上所述脱水。
随后，将该聚乙二醇偶合组份于室温下和分别溶于1ml二甲基亚砜的6mM 4-二甲氨基吡啶及2-氟-1-甲基吡啶鎓-对-甲苯磺酸盐反应45分钟。用二甲基亚砜和丙酮交替洗涤该产物五次。通过在4℃下用该活化的产物培育一种抗甲状腺素抗体溶液(0.25mg抗体/ml 0.05M pH7.5的磷酸钾缓冲液)，随后，有0.23mg抗体被偶联。用该偶联缓冲液洗涤几次后，该残留的活化基团通过用2ml 0.1M pH8.5的含20mM巯基乙醇的Tris-HCl缓冲液培育4小时而去活化。随后，用pH7.2的PBS缓冲液漂洗该磁性颗粒。该偶联的磁性颗粒可按已知的方法应用于甲状腺素测定。
实施例18将30mg如实施例17用六亚甲基二异氰酸酯活化的组分用2ml 1∶1的0.3M KOH/甲醇溶液培育5小时。于室温下反应五小时后，用水漂洗该产物5次。随后，将该含氨基的组分如实施例15用戊二醛活化，接着，在30分钟内洗涤几次。在4℃下培育0.35mg溶于1ml 0.1M pH7.5的磷酸钾缓冲液的抗鼠IgG，结果有0.28mg结合的IgG。该偶联的产物可按已知的方法用于细胞分离。
实施例19将30mg根据实施例10的磁性颗粒在0℃下用4ml的溶有100mg BrCN的水培育。用2N NaOH将该pH调至11.5。该反应通过该磁组分的磁分离而终止。用冰水洗涤该产物4次。接着用0.01N HCl和0.1M pH8.2的碳酸氢盐缓冲液各洗涤一次。将溶有0.2mg抗-CD4抗体的1ml 0.1M pH8.2的碳酸氢盐缓冲液在4℃下用活化的磁珠培育12小时。用含有0.5M NaCl和0.1％Tritonx100的pH7.2的PBS缓冲液漂洗几次。得到了结合有0.18mg抗体的载体。得到的载体可用于分离T-辅助细胞。
实施例20将30mg根据实施例5的磁性颗粒用BrCN按实施例19的方式活化。通过培育溶于1ml pH8.2的碳酸氢盐缓冲液中的0.5mg肝素12小时，进行肝素(分子量6000)的偶联。随后，在室温下用0.1M pH8.0的乙醇胺溶液培育该产物2小时，并用0.1M pH4的乙酸盐缓冲液洗涤4次。所得的组分可按照已知的方法应用于分离抗凝血酶III。
实施例21将30mg根据实施例4的磁性颗粒通过如上述连续加入丙酮-水混和液而脱水。将该磁珠在室温下用分别含6mM 4-二甲氨基吡啶和5mM2-氟-1-甲基吡啶鎓-对-甲苯磺酸盐的1ml二甲基亚砜培育45分钟。用丙酮和二甲基亚砜交替洗涤5次，随后用0.05M pH7.5的磷酸钾缓冲液漂洗一次。随后，加入含0.3mg蛋白A的1ml 0.05M pH7.5的磷酸钾缓冲液。室温下偶联12小时，随后，用含0.5％ NaCl和0.1％ Tritonx100的PBS缓冲液洗涤几次。0.27mg蛋白被偶联。该磁性组分可用已知的方法用于分离IgG-亚类。
实施例22将30mg根据实施例12的磁性颗粒组分用2ml 0.5M，pH11的碳酸盐缓冲液洗涤一次。随后，用100μl二乙烯砜活化，接着在室温下在70分钟内加入1ml洗涤缓冲液。在30分钟内，用水漂洗该产物几次。将该磁性组分在室温下用溶有10％乳糖的1ml pH10的碳酸盐缓冲液培育20小时。0.68mg乳糖被结合。该载体可按照已知的方法用于从桶斗寄生(Misletoe)抽提物中纯化凝集素。
实施例23将30mg根据实施例7的如实施例15所述用表氯醇活化的磁性颗粒和0.3M己二酸二酰肼在0.2M pH9的碳酸盐缓冲液中于室温下反应16小时以形成酰肼衍生物。用0.1M pH8.5的Tris-HCl缓冲液洗涤几次后，通过用含0.3M巯基乙醇的洗涤缓冲液培育4小时粹灭残留的环氧乙烷基。最后用3mlpH5.5的0.1M乙酸钠缓冲液洗涤。将溶有0.3mg抗-HGH(人体生长抗体)抗体和10mM间-高碘酸钠的乙酸盐洗涤缓冲液于黑暗中在4℃培育40分钟。随后，分别先后用乙酸钠缓冲液和PBS缓冲液漂洗5次和洗涤2次。0.21mg抗体被偶联。所偶联的载体可用于HGH检测。
实施例24将30mg根据实施例9的磁性颗粒悬浮于水中并用手磁铁分离。将分离组分用0.5ml 0.1M的含0.1M硝酸铵铈(IV)的硝酸在室温下培育15分钟。随后，利用磁性装置分离该磁性颗粒并用水洗涤一次。该组分通过在50℃下培育0.5ml丙烯酸和0.5ml己烷15分钟而反应。30分钟内进行10次洗涤。接枝收率达到85％。
将接枝的组分用溶有5％ 1-环己基-3-(2-吗啉代乙基)碳化二亚胺N-甲-对甲苯磺酸酯的1ml 0.1M pH7.5的3-(N-吗啉代)丙磺酸(MOPS)在室温下活化30分钟。随后，用冰水洗涤5次。加入溶于1ml pH7.5的MOPS缓冲液的0.3mg抗-LDL(低密度脂蛋白)。该反应在4℃下继续24小时。随后，该载体通过用5ml 5mM乙醇胺/0.1M pH8.5的Tris-HCl缓冲液培育4小时而去活化。0.25mg抗体被结合。该偶联的基质可用于从生物流体中去除LDL。
实施例25将30mg根据实施例3的磁性颗粒用丙烯酸如与实施例24相同的方式接枝。根据DNA，第4卷，327(1985)所述的方法将100μg oligo(dT)在5′-末端用乙二胺取代。用溶于1mL 0.1M pH7.0的咪唑缓冲液的NH2-取代的寡聚核苷酸在室温下培育该磁性颗粒组分20小时。随后，用含有0.1％Tritonx100的咪唑缓冲液洗涤几次。38μg寡聚核苷酸被结合。所得的磁性颗粒可以按已知的方法用于mRNA分离。
实施例26将根据实施例9的100mg磁性颗粒如上文所述用丙酮-水混和液连续脱水。随后，用根据实施例17的六亚甲基二异氰酸酯活化。用2ml含0.1％辛酸锡的二甲基亚砜和30mg间-氨基苯硼酸在30℃下培育该活化的颗粒6小时。随后，用水洗涤几遍。该硼酸偶联的磁性载体可以按照已知的方法用于糖化血红蛋白的检测。
实施例27将2ml溶有50mg Cibacron Blue F3G-A的水加到30mg如实施例14的磁性颗粒中。该混和液在60℃反应30分钟。随后，加入1ml 25％ NaCl溶液并在75℃下继续加热一小时。加入10％碳酸钠溶液后，继续在70℃加热两小时，随后用水洗涤几小时。所得的基质可根据已知的方法用于分离醇脱氢酶。
权利要求
1.一种制备球状PVAL颗粒的方法，其特征是在室温下将分散有磁性胶体的PVAL水溶液搅拌悬浮于至少含有两种不能和聚合物相混合的乳化剂的有机相中，并在该悬浮过程中加入能和羟基反应的水溶性试剂以交联该PVAL液滴。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是2-6％(体积)由至少两种不同的成分构成的乳化剂混合物，其中至少一种组分是部分水溶性的，溶于有机相中。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是0.01-2％(重量)的一种或多种乳化剂溶于聚合物相中。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是该乳化剂是蛋白质、纤维素衍生物、磺酸衍生物、聚乙烯吡咯烷酮或者聚乙二醇或其混合物。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是该聚合物溶液含有2.5-12.5％PVAL(重量)。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征是以铁磁性或者超顺磁性物质形式的磁性胶体混入聚合物相中。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征是加入相当于聚合物相的2-7％(体积)的交联溶液。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征是该交联剂和水溶性二胺一起使用。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征是用二醛通过加入相当于聚合物相的20-50％体积的酸而进行交联。
10.通过权利要求1-9中任一项的方法得到的球形磁性PVAL颗粒。
11.根据权利要求1-9中任一项所述的方法得到的球形聚合物颗粒，其表面带有化学键合的聚合物链，其特征是构成该聚合物链的乙烯基单体包括羧基、羟基、氨基、醛基或者环氧乙烷基。
12.根据权利要求10和11中任一项所述的磁性颗粒，其特征是该聚合物颗粒的表面带有偶联生物分子的活性基。
13.根据权利要求12的球形PVAL颗粒，其特征是该偶联基和抗体、肽、蛋白质、酶、链霉亲和素、亲和素、寡聚核苷酸或者DNA片段反应。
14.根据权利要求10-13中任一项所述的PVAL颗粒，其用于分离细胞、核酸、蛋白质、病毒或者细菌。
15.根据权利要求10-13中任一项所述的PVAL颗粒，其用于免疫检测、DNA测序或者DNA合成。
全文摘要
本发明涉及通过将含有磁性胶体的聚合物相悬浮于含特定的乳化剂混合液的有机相中制备的磁性的、珠形PVAL颗粒。可得到能化学结合配体的大小为1—8μm的颗粒。该载体可用于分离和检测生物分子、细胞、抗体和核酸。
文档编号C08J3/16GK1198104SQ96197315
公开日1998年11月4日 申请日期1996年6月3日 优先权日1995年7月31日
发明者德特勒夫·米勒-舒尔特 申请人:德特勒夫·米勒-舒尔特