[發明專利]用于靜電分離的帶電均孔材料

有效

• 申請號: 201780038279.4
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN109310955B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: R·M·多林;S·W·羅賓斯
• 申請（專利權）人: 特拉波爾技術公司
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/02;B01D71/80;B01D71/82
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 過曉東

多嵌段聚合物材料、其制備方法、及其用于通過靜電相互作用而高通量地分離蛋白質、核酸、其他生物或其他生物分子、化合物或溶質的用途，其中自組裝嵌段聚合物材料包含大孔、中孔或者微孔中的至少一個，并且至少一些孔是均孔的，并且至少一個聚合物嵌段含有固定的靜電電荷或反應性官能團，以提供在均孔結構中帶電的大表面積。

相關申請的交叉引用

本申請要求享有2016年4月28日提交的美國臨時申請第62/328,707 號的權益，該申請的公開內容整體援引加入本文。

發明領域

包括均孔材料的多嵌段聚合物分離器、其制備方法、及其用于通過靜電相互作用分離溶質的用途。

背景技術

盡管在理解蛋白質表達、結構和功能方面取得了重大進展，但從復雜混合物中純化蛋白質仍然存在問題。通常在細胞培養液中的靶分子還含有多種外來或甚至偶然的組分，例如宿主蛋白、細胞碎片、DNA、病毒和內毒素，增加了分離的復雜性。靶蛋白通常對環境條件高度敏感，并且可能容易變性，或者容易受損。

上游技術可導致產物滴度大于5g/L，并且正在推動對高吞吐量純化的需求。傳統上，生物分子純化嚴重依賴于色譜，包括親和色譜和離子交換柱。然而，這些色譜技術的吞吐量有限，并且顯著推動了下游生物加工的高成本。

超濾(UF)經常用于下游生物加工的后期階段，用于蛋白質濃縮和配制。例如，存在可商購的UF膜，其被徑跡蝕刻或相位反轉。徑跡蝕刻膜具有非常均勻的孔，能夠進行選擇性分離，但由于低的孔密度而具有低吞吐量。另一方面，相反轉膜(phase invertedmembrane)允許高得多的吞吐量，但是具有不均勻的孔并且不能實現選擇性分離。由于吞吐量限制，徑跡蝕刻膜幾乎專門用于實驗室規模研究，而相反轉膜廣泛用于下游生物制藥工藝。根據經驗，相反轉膜表現出寬的對數正態孔徑分布，需要6-10倍的蛋白質摩爾質量差異才能進行有效的分級。這種孔徑變化導致膜上的不均勻流動模式，拓寬了穿透曲線和減少了介質容量。

膜結構和化學官能度的缺陷在很大程度上限制了它們在濃縮和配制步驟中的用途。因此，需要改進用于實驗室規模擴大驗證的相關蛋白質純化方法，當然還有商業規模的醫學相關蛋白質的制造。申請人已經發現，將均孔材料的物理結構的獨特調整與化學功能相結合以通過靜電相互作用促進和分離尺寸類似的溶質，能夠產生均孔的、帶電的多嵌段聚合物材料，例如薄膜、膜、片和管，這導致高吞吐量和高分辨率的分離應用，克服了現有技術的限制。

從復雜混合物中分離出的其他生物分子也可能特別困難。例如，可以從全血中分離核酸用于診斷。由于包括紅細胞、蛋白質和鹽在內的各種長度范圍的溶質，從全血中分離DNA是特別具有挑戰性的分離。一種DNA 分離方法是使用靜電相互作用從復雜混合物中分離帶負電荷的DNA。然而，由于難以通過現有的膜技術分離，因此沒有有效的膜技術被商業化以從全血中分離DNA。申請人已經發現，本文所述的發明能夠由全血分離和濃縮核酸。

帶電的多孔材料對于防止生物膜生長是有效的。例如，在使用諸如傷口敷料之類的材料時，多孔材料能夠使氣相化學物質如水蒸氣、氮氣和氧氣通過。然而，當生物膜生長時，它們會抑制傷口愈合。本文所述的帶電多孔材料可用于抑制生物膜生長。此外，帶電多孔材料可以進一步用抗微生物化學物質官能化，以進一步增強傷口愈合性能并有助于傷口護理應用。

色譜柱也已廣泛用于基于各種物理和化學特征(包括電荷和大小)來分離物質，然而，色譜法的產量有限并且通常很昂貴。本文所描述的帶電多孔材料可用于基于電荷和尺寸來分離溶質。例如，通過使梯度洗脫液流過材料，可以通過靜電相互作用使與膜結合的物質與膜分離。以這種方式，可以執行梯度分離。可選擇地，通過使固定組成的洗脫液流過膜，可以從膜上分離出一些物質。固定組成僅適用于分離期望選擇的物質。以這種方式，可以執行等度分離。此外，可以進行一系列洗脫，每次洗脫具有適于分離另外選擇的物質的固定的組成。以這種方式，可以進行一步洗脫。