[發(fā)明專利]三維多孔結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080050390.3
• 申請(qǐng)日: 2010-09-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102630240A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D·A·韋林斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 斯菲瑞技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): C08J9/32
• 分類號(hào): C08J9/32;C12N5/00;A61L27/56
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 袁泉

本發(fā)明涉及多孔結(jié)構(gòu)、制備該結(jié)構(gòu)的方法和該結(jié)構(gòu)在固相過(guò)程中的用途。所述結(jié)構(gòu)在廣泛范圍的物理和化學(xué)方法中是有用的，特別是當(dāng)需要與底物的相互作用時(shí)，例如固相合成、固相萃取、固相試劑、物類的固定化、細(xì)胞培養(yǎng)、催化、色譜法和在醫(yī)學(xué)診斷中。

已制備三維大孔結(jié)構(gòu)用于廣泛范圍的應(yīng)用，包括例如作為用于色譜法的靜止相的多孔整體（monoliths），用于物類過(guò)濾的多孔盤，用于電滲泵的多孔材料，用于固相合成和其他化學(xué)轉(zhuǎn)化的固體支持物、絕緣材料、用于在燃料電池應(yīng)用中使用的多孔膜和用于組織工程的多維支架。三維（3D）結(jié)構(gòu)可以在一系列材料中制備，包括其包括例如聚苯乙烯的有機(jī)聚合物和其包括例如二氧化硅的無(wú)機(jī)聚合物。

然而，在廣泛范圍的聚合物中產(chǎn)生明確限定的孔尺度和互聯(lián)通道中出現(xiàn)困難。其中可以獲得對(duì)孔尺度的合理控制的聚合物范圍是有限的。在廣泛范圍的聚合物中能夠產(chǎn)生明確限定的孔尺度和通道將存在顯著實(shí)際利益。

在色譜應(yīng)用中，3D結(jié)構(gòu)通常指的是整體（monolith）。當(dāng)整體用于色譜應(yīng)用時(shí)，采用3D結(jié)構(gòu)代替常規(guī)微粒靜止相。用于在微粒靜止相的孔內(nèi)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移的一般驅(qū)動(dòng)力是擴(kuò)散。與擴(kuò)散相比，通過(guò)整體的孔的對(duì)流流動(dòng)使得大分子例如蛋白質(zhì)的分離速度中的顯著增加，并且3D整體在這點(diǎn)上優(yōu)于常規(guī)靜止相。

一般地，整體材料在平面或管狀模子中制備，從模子中取出片層或圓柱體，并且將多孔聚合物穿孔或切片以獲得盤。在這些整體內(nèi)的孔通過(guò)加入成孔劑（porogens）而摻入。在例如基于二氧化硅的整體中，成孔劑一般是大分子例如聚乙二醇。在例如基于聚苯乙烯的整體中，成孔劑通常是甲苯。目前使用的成孔劑引入具有不定連接性的寬孔徑分布，這對(duì)于整體的色譜性能是有害的。

用于過(guò)濾的3D結(jié)構(gòu)通常通過(guò)燒結(jié)微粒進(jìn)行制備。例如玻璃濾器通過(guò)例如燒結(jié)微粒玻璃進(jìn)行制備。產(chǎn)生的燒結(jié)物的多孔性受起始玻璃粉的微粒大小控制，這是限定差的，并且導(dǎo)致寬孔徑分布。這些燒結(jié)的3D結(jié)構(gòu)可以用于一系列其他應(yīng)用中，包括電滲泵，并且3D結(jié)構(gòu)的孔徑分布和互聯(lián)通道影響通過(guò)泵的反壓和流速。如果孔徑太小，那么流速可以很高但隨后反壓也很高。提供用于例如在燃料電池中的應(yīng)用的這些泵的效率可以通過(guò)提供更受控制的孔徑得到極大改善，以促進(jìn)有效對(duì)流流動(dòng)。

質(zhì)子交換膜燃料電池也稱為聚合物電解質(zhì)膜（PEM）燃料電池開(kāi)發(fā)用于一系列應(yīng)用包括運(yùn)輸應(yīng)用。PEM燃料電池使用聚合物電解質(zhì)膜，這希望地允許通過(guò)膜的有效對(duì)流流動(dòng)。

在固相合成過(guò)程中有用的固體支持物材料是已知的。廣泛范圍的物理和化學(xué)方法采用固體支持物材料，包括例如有機(jī)分子特別是肽和寡肽的合成、物類的固定化、催化劑的支持、離子交換、從材料中萃取物類、診斷學(xué)和色譜法。

固相合成提供超過(guò)液相合成的某些優(yōu)點(diǎn)，例如，分離操作步驟可以得到簡(jiǎn)化或避免，可以保證減少執(zhí)行操作步驟的時(shí)間，并且產(chǎn)物可以以基本上定量的得率回收。聚合物支持物通常用于在常規(guī)有機(jī)化學(xué)中使用的催化劑的固定化，包括化學(xué)和生物催化劑，以及固定化在醫(yī)學(xué)和診斷應(yīng)用中的生物學(xué)大分子。

3D結(jié)構(gòu)在固相萃取和在固相試劑的制備中的用途也是化學(xué)、藥學(xué)和生物技術(shù)工業(yè)中已知的。

已知的固相支持物一般包含特定大小和物理性質(zhì)的聚合物微粒，以適應(yīng)于應(yīng)用。為了易于使用，這些聚合物微粒通常是球形的且具有限定的微粒大小分布。微粒的球形性質(zhì)改善聚合物的流動(dòng)和過(guò)濾特征。盡管固體支持物的使用具有優(yōu)點(diǎn)，但存在關(guān)于固相方法的缺點(diǎn)。例如，由于例如復(fù)雜的制造過(guò)程，通常用于肽和寡肽的固相合成的商購(gòu)可得支持物是昂貴的。這些過(guò)程在某些方面是不利的，包括對(duì)于連續(xù)相的單體喪失，在聚合過(guò)程中一系列微粒大小的生成和細(xì)粒的不希望生成，和費(fèi)力的微粒大小分類例如篩分和風(fēng)選。

除在制備過(guò)程中不希望有的制造成本和廢物，已知聚合微粒的物理性質(zhì)中產(chǎn)生一些缺點(diǎn)。微孔聚合物可以用作支持物且具有相對(duì)低水平的交聯(lián)劑，其允許聚合物微粒成溶劑化物且隨后膨脹，這可以限制流動(dòng)通道。微孔聚合微粒一般是柔軟的，并且一般不適合于在填充柱床中以高流速在色譜應(yīng)用中使用。此外，柔軟微粒可能被不希望地壓縮，并且例如在過(guò)濾過(guò)程中引起污垢，通常導(dǎo)致壓縮侵入進(jìn)入在柱底部使用的燒結(jié)物或網(wǎng)目?jī)?nèi)。大孔聚合物具有在聚合物基質(zhì)中高水平的交聯(lián)劑且含有大孔。剛性大孔和大網(wǎng)格微粒更適合于在填充柱床中的高流速。然而，由于剛性性質(zhì)，微粒可以是脆性的且在物理應(yīng)力下成碎片。

這些問(wèn)題被常規(guī)柱填充技術(shù)所惡化，其中可以對(duì)聚合物微粒實(shí)施不希望有地大的應(yīng)力。