形成涂覆结构的方法

专利名称：形成涂覆结构的方法
形成涂覆结构的方法
本申请是2006年8月3日提交的名称为"形成涂覆结构的方法" 的200580003979.7号申请的分案申请。
背景技术：
琼脂糖已用于制备凝胶介质，通常是在色谱分离和电泳凝胶领 域。典型的实现方法是将聚合物与水溶液进行热的相分离。该方法之 所以能实现是因为聚合物具有熔点和凝胶点。例如为了加工琼脂糖， 聚合物必须加热到其熔点温度以上，在存在水时该温度为约92°C。 在该温度下聚合物熔化，然后熔融聚合物被水溶剂化形成溶液。只要 温度高于聚合物的凝胶点，聚合物就在水中保持可溶，该凝胶点一般 为3(TC以上，更典型地为约43-C。处于及低于凝胶点时，聚合物相 分离且变成为水凝胶，该水凝胶呈现为凝胶前溶液刚好所处的任何形 状。此外，当琼脂糖接近其凝胶点时，溶液的粘度随着水凝胶的开始 形成而变高。
对于例如用于色谱介质中的琼脂糖珠l立，加热过的溶液保持在凝 胶点以上，并经搅拌成为不混溶的加热过的液体，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，回收得到珠粒。所述然后珠粒可以原样用于尺寸排阻色谱法， 或进一步通过以下方法进行处理交联、加入各种捕获化学物、或交 联和化学物的结合，所述的化学物如亲合化学物或配体、正电荷或负 电荷及疏水物等。
有人尝试利用琼脂糖在结构上或结构中形成涂层，而不是将其本 身作为固体制品。例如，根据Cerro等，Biotechnol. Prog2003， 19 921-927(Use of Ceramic monoliths as stationary phase in affinity chromatography),通过将陶瓷块材浸渍在传统的琼脂糖热溶液中，然 后用压缩空气除去块材内空隙中的多余热琼脂糖溶液，随后冷却块 材，使琼脂糖涂层成为凝胶，由此在所述块材的表面产生只在表面具 有活性的薄的琼脂糖涂层。
该涂覆方法的一个主要问题是涂覆很难对多孔材料起作用。在上 述制件中，琼脂糖必须在受热状态下使用(因此需要用热稳定的基 材)。另一个问题是只能产生只具有表面活性的薄的涂层。这可能部 分是因为所使用的除去多余琼脂糖的方法所致。也可以是由于琼脂糖 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。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。因此必须使用相对多 孔且坚硬的块材结构。
WO 00/44928建议通过使用高含量(如8M)如尿素等离液齐U，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。
现有技术方法的一个主要问题是其制备方法会引起基材小孔大 量堵塞，从而严重限制了通过多孔载体的对流。
所需要的正是一种能在多孔基材上产生室温水溶性聚合物涂层 的方法。具体而言，所需要的是在孔隙相对较小的多孔基材(0.01 1000微米的孔隙尺寸)上产生室温水溶性聚合物基涂层的能力，其使 得在所述室温水溶性聚合物涂层自身内具有穿过多孔结构体的良好 对流，并且又具有扩散流。通过本发明的方法，很容易在多孔基材上得到相对较厚的、多孔 的室温水溶性的聚合物涂层，包括既能有对流又能有扩散流的多孔材 茅斗的表面。

发明内容
本发明涉及使用室温水溶性聚合物作为涂层、制造涂覆结构的方 法。更具体而言，本发明涉及制造室温水溶性聚合物的涂层，如多孔 基材上的吸收或色谱涂层。
使用本发明的方法可以对任何基材的表面，包括如多孔材料的不 规则材料、包括在其内表面上涂覆室温水溶性聚合物的层，而且室温 下所述水溶性聚合物不会大量堵塞孔隙，从而使对流可以穿过所述的 多孔结构。此外，室温水溶性聚合物的涂层足够厚，可以在室温水溶 性聚合物层自身内部产生扩散流。
在本发明的一个实施方案中，向用于室温水溶性性聚合物，如本
实例中的葡聚糖等的溶剂，如室温下(68。F或20'C)的水中加入一种或 多种交联剂、任选的一种或多种成孔剂(porogen)、湿润剂或配体，形 成室温水溶性性聚合物如葡聚糖的溶液。室温水溶性聚合物被涂覆在 如多孔基材等预成型结构上，溶剂被蒸发。然后在一定温度下加热涂 覆基材，以使室温水溶性聚合物交联，加热时间应足够长，以便聚合 物交联充分。如果使用了成孔剂，则应在此时将其除去。在本实施方 案中，任选使用的如表面活性剂等湿润剂有助于形成相对均匀的连续 涂层。
在本发明的另一个实施方案中，向室温左右(68° 或20°(:)的聚合 物水溶液中加入一种或多种交联剂、任选的一种或多种成孔剂、湿润 剂和/或配体，形成室温水溶性聚合物的溶液。然后将合物涂覆在如 多孔基材等预成型结构上。使室温水溶性聚合物部分交联，方法既可 以是在某个温度下对涂层进行加热，加热时间仅能够使聚合物部分交联，也可以是仅将涂层在室温下放置一段时间，放置时间仅能够使聚 合物发生部分交联。然后蒸发溶剂。随后使聚合物充分交联，方法既 可以是在某个温度下对涂覆基材进行加热，加热时间足以使聚合物充 分交联，也可以是仅将涂层在室温下放置一段时间，放置时间足以使 聚合物发生所述交联。如果使用了成孔剂，则应在此时将其除去。在 本实施方案中，任选使用的如表面活性剂等湿润剂有助于形成相对均 匀的连续涂层。


图l所示为根据本发明方法的一个实施方案。
图2所示为根据本发明方法的另一个实施方案。 图3所示为根据本发明方法的另一个实施方案。 图4所示为根据本发明方法的另一个实施方案。 图5所示为根据本发明方法的另一个实施方案。 图6所示为根据本发明方法的另一个实施方案。
具体实施例方式
本发明涉及在诸如多孔的基材上形成诸如涂层的室温水溶性聚 合物结构的方法，以使所述基材保持初始空隙体积和孔隙率的至少 20%。
图l以框图的形式显示了所述方法的第一个实施方案。该方法包 括以下歩骤a)在用于水溶性聚合物的溶剂如水中形成室温水溶性 聚合物的溶液，并且加入一种或多种交联剂和成孔剂，b)用该溶液 润湿多孔基材，任选地除去多余的溶液，c)将溶剂从溶液蒸发，使 涂层与基材的表面一致，d)使一种或多种交联剂充分交联室温水溶 性聚合物，以及e)漂洗涂覆过的基材以除去成孔剂及未用的交联剂。 此外，任选的步骤包括如图2所示的为涂层表面添加官能。图3以框图的形式显示了所述方法的另一个实施方案。该方法包 括以下步骤a)在优选含有一种或多种交联剂和成孔剂的室温水溶 性聚合物的溶剂如水中，形成室温水溶性聚合物的溶液，b)用该溶 液润湿多孔基材，任选地除去多余的溶液，c)使溶液仅仅部分交联， d)将水从溶液蒸发，使涂层与基材的表面一致，e)使涂覆基材充分 交联室温水溶性聚合物，及f)漂洗涂覆过的基材以除去成孔剂及未 用的交联剂。此外，任选的步骤包括如图4所示为涂层表面添加官能。
上述优选方法的溶液是由室温水溶性聚合物、用于所述室温水溶 性聚合物的水和/或其它溶剂、用于所述室温水溶性聚合物的一种或 多种交联剂、及用于涂覆材料的任选的一种或多种成孔剂而形成的。
优选在室温下或在室温附近对室温水溶性聚合物、水或其它溶 剂、交联剂及任选的成孔剂进行混合。由于室温水溶性聚合物大部分 很容易在水中溶解，因此很少或不需要加热，但如果需要加快过程， 则可以使用加热，只要热量足够低，可以避免产生任何过早的交联引 发即可。可以将所有的组分混合在一起一步完成这一过程。或者，也 可以先将室温水溶性聚合物加入例如水的溶剂中，使室温水溶性聚合 物溶解。然后可以加入交联剂和成孔剂。
如果溶液经过了加热，优选使其冷却。
冷却可以自然进行，如果需要，也可以强制冷却溶液。室温下该 溶液为稳定的、非凝胶化的溶液。
所使用的室温水溶性聚合物的种类可以根据最终涂层所要求的 性能予以确定。葡聚糖、取代的纤维素、低凝胶点或室温凝胶点的琼 脂糖及聚乙烯醇(PVA)等是该类聚合物的典型实例。制备所述溶液时 应使室温水溶性聚合物的最终浓度为总的最终溶液重量的约0.1%~ 约20%，优选约1%~约10%，更优选约2%~约6%。
尽管水是室温水溶性聚合物的优选溶剂，也可以加入以总的最终 溶液重量计最高达20%的少量的助溶剂，以改善室温水溶性聚合物的溶解性。合适的助溶剂的实例为二甲基乙酰胺或二甲亚砜。其它的助 溶剂也为本领域技术人员所熟知。
可以使用工业上常用于含多羟基的材料如葡聚糖等交联的任何 化学物对层进行交联，这些化学物的非限制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、 glutemldehyde及其它多官能醛、二(2-羟乙基)砜、二甲基二氯硅垸、 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。
本发明中可以使用成孔剂，尽管已发现尤其是水的溶剂可在本发 明中可起到成孔剂的作用。然而，优选使用其它的成孔剂，因为它们 可以提供更大的空间(latitude)并且可以控制涂层中孔隙的形成及孔 隙的大小。合适的成孔剂可由一种或多种水溶性聚合物组成，举例来 说，其包括聚乙烯吡咯垸酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、包括取代的聚丙 烯酰胺的水溶性聚丙烯酰胺，如聚二甲基丙烯酰胺。相信这些聚合物 可以起"成孔剂"的作用，因为在涂覆过的多孔基材使用中，它们控制 可自由渗透以溶解溶质的涂层体积的量。
这些成孔剂可在初始溶解步骤中与室温水溶性聚合物混合使用， 或者可以在溶液形成后、但在其涂覆之前再溶解到溶液中。必须注意 不要加入过量的成孔剂，因为可能会发生溶液的凝聚。成孔剂与室温 水溶性聚合物的比例可以是约0.1 10。优选的成孔剂为聚乙烯醇和聚
丙烯酰胺。
因为这些成孔剂是水溶性的，所以在所述过程结束后也很容易通 过水浴或漂洗步骤除去这些成孔剂。
如果有需要，也可以使用非水溶性的成孔剂，只要用于除去成孔 剂的溶剂或萃取液不会不利于室温水溶性聚合物的涂覆即可。
在形成多孔基材用涂层时，在溶液形成后再选择多孔基材。
基材可以是诸如织物、非织物的纤维、垫子、毡或膜等片状物； 或者可以是三维的结构，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、硅石、 氧化锆等。优选基材为由织造织物、非织造织物或膜形成的片状物。 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 F02463。
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 Coming公司所提供。一种形式的高分子块材是由乔治亚州的Fairbum Porex公司所制造的烧结塑料粒子所制得的。
Poly(fflPES)[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 polymers and resins for biotechnological and biomedical applications", H.-P. Hentze禾口 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。璃垫或
烧结的多孔珠粒，可以形成为片材，如可从马萨诸塞州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普通的硅酸盐化学物， 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 可以形成纤维、垫子、毡、块材或膜。
金属包括烧结片材和结构，如烧结不锈钢的或镍的过滤器、编织 筛和非织造垫子、织物和毡，如不锈钢毛。
优选的基材由塑料、更优选为热塑性塑料制得。优选的热塑性塑 料包括但不限于聚烯烃，如聚乙烯、聚丙烯、护套的(sheathed)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、PET和聚酰胺。
可以将室温水溶性聚合物溶液原样地用于涂层。优选在溶液中加 入涂层改性材料，以对最后涂层的结构和性能进行改进和控制。
一类涂层改性材料包括可与所述溶液混溶的挥发性有机物。其实 例为一元醇，如甲醇、乙醇和丙醇。它们使用的浓度至多可达到产生 略微浑浊的溶液。更高用量的这些醇会产生室温水溶性聚合物的沉 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。也可以使用可混溶的酮，如丙酮，但必须 小心，因为室温水溶性聚合物在酮水混合物中的溶解度较低。也可以 考虑两种或多种这些物质的任何混合物。
另一类涂层改性材料包括非挥发性的可混溶的有机物。其非限制 性实例包括甘油、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。
为了获得最佳的溶液涂覆性，可向溶液中加入一种或多种表面活 性剂。溶液种类和基材的不同组合要求进行试验，以确定选用最佳的 表面活性剂。已发现阴离子表面活性剂是可用的，优选为阴离子氟表
面活性剂。其中尤其优选3M FC-99和FC-95，或者其它供应商的对 等物。以溶液的总重量计，表面活性剂的存在量优选约0.001-约10%， 更优选约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除去涂料的溶剂。优选的溶剂为水，并通 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 50'C(优选低于交联剂可 以开始引起聚合物快速交联的温度))、微波干燥和真空烘箱干燥等来 控制和/或加快蒸发。这可使室温水溶性聚合物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，优选对涂覆过的基材进行加热(根据所选的交联剂，典型 地从约70至95"C)，以引起室温水溶性聚合物的交联。或者，在室温 下会随时间自发产生交联。如果要求这样，可以在室温下简单地将涂 覆过的基材静置一旁任交联发生。
然后用水和或其它能除去成孔剂(若有的话)及未使用的交联剂 (若有的话)的液体漂洗涂覆基材。漂洗步骤通常在温度约15"C 约 50°C、优选20'C 50'C下进行。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。更优选使几乎其全部的表面都覆盖上涂料。同时 还优选在整个基材中涂层的厚度相对均匀。
所述涂料可以连接一个或多个包括配体的官能，如A蛋白或G 蛋白，每一种为天然型或重组衍生型的，以及使它们对腐蚀更稳定的 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7Wl相 互作用的基团、氢键键合和亲水基团等。
这些基团可在实施涂覆以后加入并交联到基材上，或也可以加入 到初始溶液中，并利用交联而将其与涂层结合(如图5和6所示)。
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 的一种或多种要求的组分)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。洗涤介质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更多涂层，以 达到要求的涂层厚度等。
即使带有涂层，基材也具有高渗透率及良好的流动与容量特性。 基材为自我支撑的，可为涂层提供平台或结构网络。
所选择的基材优选为高度多孔的，这样其内部可以具有最少但充 足的壁或者固体材料，以提供结构的完整及高孔隙率和流动。孔隙大 小的变化范围在约0.01 约IOOO微米、优选10 300微米、更优选约30 约200微米、还更优选30 100微米，具体依流体及要求从中捕获 的成分而定。例如，在从一种不清澈的、溶解细胞的细胞汤(broth)中 捕获要求的蛋白质的应用中，基材的孔隙应该足够大，使得所述汤高 速流经基材时有良好的渗透率，而在每个通道还都能有高水平的捕 获，如大于50%。在上述应用中，优选的孔径应为约100~约300微 米。在从清澈或洁净的原料流开始的应用中，孔径可以小一些，为约 30~约60微米。对于如注射器过滤器或微量滴定盘等用于各种溶液条 件的实验室器具而言，当使用的溶液为干净且高度稀释时，优选更小 的孔。这些孔径为约0.1微米~10微米。
涂层本身事实上也是多孔的，所以它们可渗透生物分子。优选在 其容积内，即在涂层内形成的孔隙中可吸收生物分子。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 之上增加所述结构的总体容量，在某些应用中还可以增加捕获的选择 性，但它们足够薄，以至扩散长度有限，并且不会成为捕获或释放生 物分子的性能上的不利因素。
典型地，所述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(fractional)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能力。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。
涂层的孔隙直径可以在色谱中常用的范围内变化，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 要求的材料如蛋白质或其它生物分子或如低聚核苷酸等合成分子等 通过或渗透其中。
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，对涂层溶液粘度、基材孔隙大小、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渗透率。渗透率通常定义为流体的流量 与所施加的压力之比。本发明具有内在的流动，即使在压力相对较低 (lpsi)时，并且在相对较高的流速下如300ml/hr或更高时，仍具有稳 定的流量。优选其在一定的压力范围内具有约lml/hr 约500ml/hr的 相对线性的渗透率。
该结构还具有良好的容量。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，本发明的结构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%，这样可以增大对捕获材料的贯流 容量，使质量传输(扩散传输)更快。
使用室温可溶性聚合物溶液及本发明的方法，通过将溶液涂覆于物件的表面、随后通过蒸发除去溶剂、然后进行交联，可以作用于聚 合物涂层的任何表面上，包括如多孔材料等不规则材料的表面。在涂 层的形成完成后，通过例如用液体组合物进行萃取，可以除去成孔剂 及未使用的交联剂。
以下实施例举例说明了本发明的主要特征。 实施例l:葡聚糖涂料溶液的形成
根据以下步骤，用葡聚糖涂覆孔大小为约100微米、孔隙率为约 65%的聚烯烃非织造织物。制备涂料溶液，使该涂料溶液含有15g葡 聚糖(500，000 MW)、作为交联剂的lg聚乙二醇二縮水甘油醚、作为 成孔剂的20g聚丙烯酰胺溶液(在水中10%)、1.5g 1N氢氧化纳及62.5g 的水。将非织造织物暴露在上述葡聚糖涂料溶液中，使织物完全被溶 液润湿。然后将湿的织物放置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放置在85'C的炉中4小时，使葡聚糖产生交联。 然后在水中漂洗数次涂覆织物，除去包括聚丙烯酰胺的任何未反应的 物质。将涂覆过的织物保存在水中。
实施例2:用磺丙基(SP)对交联葡聚糖涂层的官能化
将实施例1的交联葡聚糖涂覆过的织物浸泡在含有6g溴代丙烷 磺酸钠、94g 1M的氢氧化钠溶液中，然后将该溶液的温度升至50°C， 在轻微的搅拌下使其在该温度下进行16小时的官能化反应。用水漂 洗所述磺丙基官能化的涂覆织物数次，除去多余的反应物和碱；将织 物保存在水中。经测定，改性织物在pH4.5的醋酸纳缓冲液中的渗透 率为1.78cm2/min-psi，电导率为8mS。
实施例3: SP官能化的葡聚糖所涂覆织物的蛋白质结合
将实施例2的SP官能化的葡聚糖涂覆的织物的13mm圆片浸泡 在6mlpH为7、电导率为2mS、并含有浓度为lg/L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，对蛋白质溶液中的溶菌酶浓度进行测量，根据13mm织 物圆片的体积计算出结合在织物上的蛋白质的量。经测定织物的蛋白 质结合能力为28mg溶菌酶/ml织物。
实施例4:交联的琼脂糖涂层
将6g琼脂糖粉末(XII型，从Sigma-Aldrich得到)加入40g水中， 在95-C的温度下保持加热，对混合物进行搅拌直至形成琼脂糖的初 始溶液。将该自由流动的初始溶液冷却至室温，在该温度下所述溶液 变为完全没有自由流动特性的凝胶。向该凝胶中加入15g氯化锌，一 边搅拌一边将该混合物再次加热到95°C，直到凝胶和盐溶解形成均 匀的溶液。然后将该溶液冷却至室温，在该温度下溶液保持着自由流 动的特性。用NaOH或其它碱将冷却溶液的pH值调整到10-14。(加 入)合适的交联化合物，如任何一种工业上常用于含多羟基物质的交 联的化学物，如琼脂糖，这些化学物为非限制性的实例，水溶性交联 剂的水溶液包括表氯醇或其它多官能环氧化合物、优选1，4-丁二醇二 縮水甘油醚或乙二醇二縮水甘油醚，各种bromyl化学物或其它多官 能卤化物；甲醛、glutemldehyde及其它多官能醛、双(2-羟基乙基)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。这些交联剂的加入浓度为约5%。混合形成最终的琼 脂糖溶液时，向该溶液中加入39.9g的甲醇和O.lg的Fluomd FC-95 氟表面活性剂(3M公司)。该最终溶液在室温下保持为液体。
根据以下步骤可以涂覆孔径为约100微米、孔隙率约为65%的聚 烯烃非织造织物(F02463型，产自马萨诸塞州Lowell的Freudenberg NonwovensNA)。所使用的是如以上所制备的涂料溶液。将该非织造 织物暴露在上述涂料溶液中，使该织物被溶液充分润湿。然后湿织物 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。再将干的涂覆织物放置在85t:的炉中4小时，使琼脂糖产生交联。然后将涂覆织物用水漂洗数 次，以除去任何未反应的物质。将涂覆过的织物保存在水中。
权利要求
1.一种形成涂覆的多孔基材的方法，其包括以下步骤a)提供一种或多种室温水溶性聚合物材料、用于室温水溶性聚合物的溶剂、用于室温水溶性聚合物的一种或多种交联剂、及多孔基材；b)将所述室温水溶性聚合物、溶剂及一种或多种交联剂加到一起作为混合物；c)将所述混合物搅拌一段足够长的时间，以溶解所有组分并形成室温水溶性聚合物的溶液；d)将所述室温水溶性聚合物溶液涂覆到多孔基材上；e)干燥所述基材上的涂层；f)使所述涂层在基材上交联；并且g)漂洗所述涂覆过的基材，从涂覆结构除去任何残留的一种或多种交联剂，其中所述室温水溶性聚合物选自以下组中葡聚糖、纤维素、琼脂糖和聚乙烯醇。
2. 权利要求1的方法，其还包括c)和d)之间用选自以下组中的方 法使涂覆溶液部分交联的步骤在足以使室温水溶性聚合物溶液部分 交联的温度下对溶液加热一段时间、在足以使室温水溶性聚合物溶液 部分交联的温度下将涂层保留在室温下一段时间。
3. 权利要求1的方法，其还包括另外的h)步骤使涂覆过的基材 经过额外的处理步骤。
4. 权利要求1的方法，其还包括另外的h)步骤使涂覆过的基材经过使表面连接一种或多种化学物、官能和官能团的另外的处理步 骤。
5. 权利要求4的方法，其中使表面连接一种或多种化学物、官能和官能团选自以下组中蛋白质配体、化学配体、离子交换基团、生 物亲合基团、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7WT相互作用的基团、 氢键键合基团、亲水基团、及它们的组合。
6. 权利要求1的方法，其中将一种或多种成孔剂加入所述溶液 中，所述一种或多种成孔剂选自以下组中聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯 醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、取代的聚丙烯酰胺及它们的混合物。
7. 权利要求1的方法，其中所述一种或多种交联剂选自以下组 中多官能环氧化合物、多官能二氧化溴阳离子化合物、多官能卤化 物、多官能醛、双(2-羟基乙基)砜、二甲基二氯硅烷、二羟甲基脲、 二羟甲基亚乙基脲、二异氰酸酯、多异氰酸酯及它们的混合物。
8. 权利要求1的方法，其中所述用于室温水溶性聚合物的溶剂选自以下组中水和水溶液。
9. 权利要求1的方法，其中所述多孔基材选自以下组中玻璃、 塑料、陶瓷、金属、织造织物、非织造织物、毡、垫子、纤维、多孔 珠粒、开孔海绵、多孔块材和多孔膜。
10. —种在多孔基材上形成色谱的或吸附的涂层的方法，其包 括以下步骤a) 提供室温水溶性聚合物、用于室温水溶性聚合物的溶剂、用 于室温水溶性聚合物的一种或多种交联剂、及用于室温水溶性聚合物 的一种或多种成孔剂；b) 通过搅拌，形成室温水溶性聚合物、用于室温水溶性聚合物 的溶剂、用于室温水溶性聚合物的一种或多种交联剂、及用于室温水 溶性聚合物的一种或多种成孔剂的室温水溶性聚合物的溶液；c) 提供多孔基材；d) 用所述室温水溶性聚合物的溶液润湿多孔基材，使其基本涂 覆多孔基材的所有表面；e) 从所述涂覆过的溶液蒸发溶剂，以在多孔基材的表面上形成 室温水溶性聚合物的涂层；f) 通过将涂覆过的基材加热到一定温度并保持一段足够长的时 间，使室温水溶性聚合物通过一种或多种交联剂交联，来使涂覆过的 基材交联，以及g) 漂洗涂覆过的基材，从室温水溶性聚合物涂覆过的基材上除 去任何残留的一种或多种交联剂及一种或多种成孔剂，其中所述室温水溶性聚合物选自以下组中葡聚糖、纤维素、琼脂糖 和聚乙烯醇。
11. 权利要求10的方法，其中所述溶液还包括选自以下组中的 一种或多种润湿剂醇、挥发性有机物、表面活性剂及它们的掺混物。
12. 权利要求10的方法，其还包括在d)和e)之间通过选自以下 组中的方法，在将溶液涂覆到基材上面之后部分交联所述溶液的步 骤在足以使室温水溶性聚合物溶液部分交联的温度下对溶液加热一 段时间、在足以使室温水溶性聚合物溶液部分交联的温度下将涂层保 留在室温下一段时间。
13. 权利要求10的方法，其中所述一种或多种成孔剂选自以下组中聚乙烯吡咯垸酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、取代的 聚丙烯酰胺及它们的混合物。
14. 权利要求10的方法，其中所述一种或多种交联剂选自以下 组中多官能环氧化合物、多官能二氧化溴阳离子化合物、多官能卤 化物、多官能醛、双(2-羟基乙基)砜、二甲基二氯硅垸、二羟甲基脲、 二羟甲基亚乙基脲、二异氰酸酯、多异氰酸酯及它们的混合物。
15. 权利要求10的方法，其还包括在步骤g)之前将官能化学物施用到交联过的室温水溶性聚合物涂层上的步骤。
16. 权利要求10的方法，其还包括在将所述室温水溶性聚合物 溶液涂覆到基材之前向其添加官能化学物的步骤。
17. 权利要求l的方法，其还包括在步骤b)中，在将所述室温水 溶性聚合物溶液涂覆到基材之前向其添加一种或多种官能化学物、官能和官能团，该化学物、官能和官能团选自以下组中蛋白质配体、化学配体、离子交换基团、生物亲合基团、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7T-7l相互作用的基团、氢键键合基团、亲水基团、及它们的组
18.权利要求10的方法，其还包括将官能化学物施用到交联过的室温水溶性聚合物涂层的步骤，其中所述官能化学物选自以下组中化学配体、蛋白质配体、离子交换基团、生物亲合基团、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7U-兀相互作用的基团、氢键键合基团、亲水 基团、及它们的组合。
19. 权利要求10的方法，其中所述多孔基材选自以下组中玻 璃、塑料、陶瓷、金属、织造织物、非织造织物、毡、垫子、纤维、 多孔珠粒、开孔海绵、多孔块材和多孔膜。
20. 权利要求10的方法，其中所述溶剂通过空气运动来蒸发。
21. 权利要求10的方法，其中所述溶剂在温度高于室温但低于 室温水溶性聚合物的交联温度下通过空气运动来蒸发。
22. —种在多孔基材上形成色谱的或吸附的涂层的方法，其包括以下步骤a) 提供室温水溶性聚合物、用于室温水溶性聚合物的溶剂、用 于室温水溶性聚合物的一种或多种交联剂、及用于室温水溶性聚合物 的一种或多种成孔剂；b) 通过搅拌，形成室温水溶性聚合物、用于室温水溶性聚合物 的溶剂、用于室温水溶性聚合物的一种或多种交联剂、及用于室温水 溶性聚合物的一种或多种成孔剂的室温水溶性聚合物的溶液；c) 提供多孔基材；d) 用所述室温水溶性聚合物的溶液润湿多孔基材，使其基本涂 覆多孔基材的所有表面；e) 使涂覆溶液在多孔基材上部分交联；f) 从涂覆溶液蒸发溶剂，以在多孔基材的表面上形成室温水溶 性聚合物的涂层；g) 通过选自以下组中的方法，使涂覆过的基材基本上完全交联 在足以使室温水溶性聚合物溶液交联的温度下对溶液加热一段时间；在足以使室温水溶性聚合物溶液交联的温度下将涂层保留在室温下 一段时间，以及h) 漂洗涂覆过的基材，从室温水溶性聚合物涂覆过的基材上除 去任何残留的一种或多种交联剂及一种或多种成孔剂，其中所述室温水溶性聚合物选自以下组中葡聚糖、纤维素、琼脂糖 和聚乙烯醇。
23. 权利要求22的方法，其中在多孔基材上使涂覆过的溶液部 分交联的步骤e)是通过选自以下组中的方法来进行的在足以使室温 水溶性聚合物溶液部分交联的温度下对溶液加热一段时间、在足以使 室温水溶性聚合物溶液部分交联的温度下将涂层保留在室温下一段 时间。
24. 权利要求23的方法，其还包括在将所述室温水溶性聚合物 溶液涂覆到基材之前向其添加官能化学物的步骤。
25. 权利要求24的方法，其中所述官能化合物是选自以下组中 的官能团化学配体、蛋白质配体、离子交换基团、生物亲合基团、 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7t-兀相互作用的基团、氢键键合基团、 亲水基团、及它们的组合。
26. 权利要求22的方法，其还包括在步骤h)之前向交联的室温 水溶性聚合物涂层涂覆官能化学物的步骤。
27. 权利要求26的方法，其中所述官能化合物是选自以下组中 的官能团化学配体、蛋白质配体、离子交换基团、生物亲合基团、 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7wr相互作用的基团、氢键键合基团、 亲水基团、及它们的组合。
28. 权利要求22的方法，其中所述多孔基材选自以下组中玻 璃、塑料、陶瓷、金属、织造织物、非织造织物、毡、垫子、纤维、 多孔珠粒、开孔海绵、多孔块材和多孔膜。
全文摘要
一种在多孔基材上形成室温水溶性聚合物涂层的方法，其步骤包括形成室温水溶性聚合物、一种或多种交联剂、用于室温水溶性聚合物的溶剂如水、及任选的一种或多种成孔剂、或多官能助剂的溶液；对混合物进行搅拌直至所有的组分都溶解；将溶液加入到如非织造织物或多孔膜等多孔结构中、并且在对涂层进行交联前将溶液干燥到基材上作为涂层。另外的选择是，可以在干燥溶液前对涂层进行部分交联。可以形成具有室温水溶性聚合物涂层的多孔结构，该结构既有能穿过结构孔隙的对流，又有能通过涂层的扩散流。
文档编号B01D67/00GK101612528SQ20091016464
公开日2009年12月30日 申请日期2005年2月3日 优先权日2004年2月5日
发明者威尔逊·莫亚 申请人:米利波尔公司