[發明專利]用于高容量離子交換生物分離的接枝海島型非織造物

在審

• 申請號: 201680057893.0
• 申請日: 2016-07-28
• 公開（公告）號: CN108025266A
• 公開（公告）日: 2018-05-11
• 發明（設計）人: M.L.赫勒;R.G.卡博內爾;B.保爾代希米
• 申請（專利權）人: 北卡羅萊納州立大學
• 主分類號: B01D71/48
• 分類號: B01D71/48;D04H1/435
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 麥振聲;黃念

本發明提供了經修改用于生物分離過程的聚合物接枝和官能化的非織造膜，所述膜包括平均纖維直徑小于約1.5微米的聚酯纖維的非織造纖維網，所述多根聚酯纖維中的每一根都在其上接枝了多個由甲基丙烯酸酯聚合物構成的聚合物鏈段，每個聚合物鏈段攜帶經修改以與目標分子結合的官能團。本發明還提供了一種生物分離方法，包括使包含目標分子如蛋白質的溶液通過本發明的非織造膜，使得溶液中的目標分子的至少一部分結合到非織造膜上。還提供了用于制備經修改用于生物分離過程的聚合物接枝和官能化的非織造膜的方法。

公開領域

本發明涉及經修改用于生物分離過程的聚合物接枝和官能化非織造膜，以及形成和使用該膜的方法。

背景技術

作為生物分離的平臺，與傳統填充床色譜相比，膜色譜提供了幾個潛在的優勢。與填充床相比時，膜的相互連接的孔允許高的體積通過速率而沒有顯著的壓降。色譜樹脂需要填充，它們通常不是一次性的，因此它們需要經過驗證的清潔和再生過程才能使用。另一方面，許多膜可以使用可縮放的生產技術由聚合物制成，使得它們能夠用作可堆疊、即用的一次性生物分離過濾器。非織造膜對于這些應用特別具有吸引力，因為它們經過高度工程化以使用高速制造技術用低成本材料表現出可控的孔隙率、纖維直徑和孔徑。到膜的蛋白質結合主要受限于由流動和吸附均可用的孔所產生的表面積。這消除了所有對吸附的擴散限制，但是與色譜樹脂相比，它也降低了膜的結合能力。商用非織造物具有色譜樹脂表面積的一部分，導致對大多數目標蛋白質捕獲應用的結合能力低。通過將聚合物刷束縛在非織造膜中的纖維表面上，可以產生能夠顯著增加總蛋白質結合能力的三維結合域。在傳統的色譜樹脂、中空纖維膜、流延膜和非織造膜中，已知聚合物刷接枝將蛋白質吸附能力提高到單層覆蓋的蛋白質吸附能力的幾倍。

聚合物接枝可以顯著改變載體的表面性質。它可以幫助調整表面的極性，以減少或增加生物分子的吸附，并且，在支持界面上引入的三維微環境中，它可以用于引入配體或間隔臂連接用的官能團。在Liu等人先前進行的研究中，將甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)單體成功接枝到市售的聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)非織造織物上。參見H. Liu, Y. Zheng,P. Gurgel, R. Carbonell，Affinity membrane development from PBT nonwoven byphoto-induced graft polymerization, hydrophilization and ligand attachment(由PBT非織造物通過光誘導接枝聚合、親水化和配體連接的親合膜開發)，J. Membr. Sci.428 (2013) 562-575。使用UV誘導的自由基聚合，在單獨的PBT纖維周圍實現均勻和共形的聚GMA接枝。將二苯甲酮(BP)用作引發劑引發GMA聚合，聚GMA通過奪氫直接連接到PBT表面。

PBT用作聚GMA接枝的起始材料是有利的，因為它不需要將常用于非織造織物生產中的許多聚烯烴接枝所需的單獨的表面UV預處理。 PBT非織造材料本質上固有地為疏水性，導致高度非特異性蛋白質吸附，使得基材本身成為差的生物分離平臺。使用酸性條件在PBT上直接水解聚GMA接枝物使得纖維表面完全親水并且顯著降低非特異性疏水蛋白質吸附。 GMA的每個單體單元含有環氧端基，可用于通過以可用的胺、硫醇和羥基親核取代來共價連接配體。在Liu等人的研究中，還發現共價連接到聚GMA刷上的二甘醇通過非特異性疏水相互作用基本上消除了蛋白質吸附。

聚GMA接枝的非織造物為開發有效的離子交換膜提供了方便的平臺。 Saito等人成功地將聚GMA刷接枝到聚丙烯織物和聚乙烯中空纖維。參見K. Saito, T. Kaga, H.Yamagishi, S. Furasaki, T. Sugo, J. Okamoto, Phosphorylated hollow fiberssynthesized by radiation grafting and crosslinking (通過輻射接枝和交聯合成的磷酸化中空纖維), J. Membr. Sci. 43 (1989) 131-141。這些接枝的材料用磷酸基團官能化以開發強陽離子交換膜來捕獲二價金屬陽離子。