DE3886110T2 - Hydrophiles erzeugnis und verfahren zur herstellung. - Google Patents

Hydrophiles erzeugnis und verfahren zur herstellung.

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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • In dieser Anmeldung wird auf verschiedene Patente und Veröffentlichungen hingewiesen. Die Zitate finden sich in Klammern. Auf die Lehren dieser Patente und Veröffentlichungen wird in ihrer Gesamtheit hierin Bezug genommen, um den Stand der Technik, mit dem diese Erfindung befaßt ist, näher zu beschreiben.
  • Filter, Membranen, Perlen und sonstige poröse und nichtporöse Formlinge dienen in großem Umfang zur Trennung und Konzentration von in flüssiger Umgebung enthaltenen Substanzen. So werden beispielsweise Filter und Membranen auf Anwendungsgebieten, auf denen von der Umkehrosmose, Ultrafiltration, Mikrofiltration, Verdampfung durch Membranen und Dialyse Gebrauch gemacht wird, eingesetzt. Im allgemeinen bedient man sich auf diesen Anwendungsgebieten eines Drucks, um eine Trennung oder Konzentration herbeizuführen. Folglich ist es wichtig, daß das Filter- oder Membranmaterial unter Druck seine physikalische Unversehrtheit und die gewünschten Eigenschaften behält
  • Es ist bekannt, daß sich Polymere als Rohmaterialien für die Herstellung von Filtern, Membranen oder sonstigen Trenn- und Chromatographiemedien eignen. In typischer Weise neigen zur Herstellung starrer poröser Formlinge geeignete Polymere nicht dazu, in Wasser in Lösung zu gehen oder zu quellen. Üblicherweise werden sie als von Hause aus hydrophob bezeichnet. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Acrylnitrilpolymere oder -copolymere. Unglücklicherweise bedingen die polymeren Eigenschaften, die den gebildeten porösen Formlingen Kristallinität und physikalische Festigkeit verleihen, während des Trenn- oder Konzentrationsvorgangs auch Adsorptionswechselwirkungen. Demzufolge wird der poröse Formling durch in dem zu trennenden oder konzentrierenden Speisestrom enthaltene Materialien verschmutzt bzw. zugesetzt. Ein solches Zusetzen stellt ein großes Problem dar, da die Bildung einer Schmutzschicht auf der Oberfläche des porösen Formlings dessen Wirkungsgrad und Spezifität beeinträchtigt und folglich eine häufige und kostspielige Reinigungsbehandlung erforderlich macht. Andere Arten polymerer Massen ohne Adsorptionswechselwirkungen während der Trennmaßnahmen lassen es ferner an der erforderlichen physikalischen Festigkeit für unter Druck durchgeführte Trennvorgänge fehlen. Diese Massen sind druckempfindlich und lassen sich durch angelegten Druck leicht zusammenpressen und verformen. Agarose und Polyacrylamid sind Beispiele für solche Massen. Sie werden als hydratisierte Gele beschrieben, da sie durch und durch von hydrophiler Natur sind, d.h. sie gehen mit Wasser eine Wechselwirkung ein und quellen dabei.
  • Es wurden nun Versuche unternommen, den Nachteilen hydrophober polymerer Massen durch chemische Modifizierung der Oberfläche der gebildeten porösen Formlinge zu begegnen. Linder et al. beschreiben in den US-PS 4 584 103 (1986) und 4 477 634 (1984) Verfahren zur Erhöhung der Druckstabilität bei einer polyacrylnitrilhaltigen Membran durch Umsetzen mit Hydroxylamin und weitere Stufen einschließlich der Umsetzung mit einem polyfunktionellen Oligomeren und einer Verbindung mit mindestens einer ionischen Gruppe. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch, daß die erhaltenen modifizierten Membranen geladene Gruppen enthalten, was sie für einige Anwendungsgebiete ungeeignet macht. Darüber hinaus kranken diese Verfahren daran, daß sie teure Reagentien benötigen und nur eine schlechte Steuerung des Ausmaßes an Modifizierung gestatten.
  • Sano et al. beschreiben in der US-PS 4 265 959 (1981) ein Verfahren zur Herstellung semipermeabler Membranen durch Sulfonieren poröser Membranen aus Acrylnitrilpolymeren. Bei dem beschriebenen Verfahren wird eine poröse Membran unter Druck einem gasförmigen Sulfonierungsmittel, beispielsweise Schwefelsäureanhydrid, ausgesetzt. Die erhaltene modifizierte Membran soll infolge Vernetzung ihrer Oberflächenmoleküle und ihres erhöhten hydrophilen Charakters überragende chemische, mechanische und thermische Eigenschaften aufweisen. Das von Sano et al. beschriebene Verfahren krankt jedoch an ähnlichen Fehlern wie beschrieben, d.h. es erfordert teure Reagenzien und ermöglicht nur eine schlechte Steuerung des Ausmaßes an Modifizierung. In der Tat geht aus letzterer Literaturstelle hervor, daß bei Sulfonierung der gesamten Membran diese spröde wird.
  • Aus der US-PS 4 147 745 (1979) von Sano et al. ist ein Oberflächenmodifizierungsverfahren beschrieben, bei welchem eine Membran aus Polymeren vom Acrylnitriltyp einem Plasma ausgesetzt wird. Die erhaltene Membran soll eine Oberfläche aufweisen, deren Polymermoleküle unter Erhöhung der physikalischen Festigkeit vernetzt sind. Die US-PS 4 501 785 (1985) von Nakanishi beschreibt ein Verfahren zum Hydrophilmachen einer porösen Membran aus einem Polyolef in, d.h. Polyethylen, durch Beschichten der die Poren festlegenden Oberflächen mit Polyethylenglykol. Diese Verfahren beinhalten ebenfalls teure Maßnahmen. Das Nakanishi-Verfahren ist darüber hinaus auch noch auf Membranen begrenzt, deren Poren das Polyethylenglykolmolekül aufnehmen können.
  • Die am 6. Juni 1975 veröffentlichte FR-A-2 250 793 von G. Gaussens et al. beschreibt hydrophile Einschlüsse innerhalb eines hydrophoben Substrats. Die FR-A-2 250 793 beschreibt keine Matrix, umfassend Moleküle eines nitrilhaltigen Polymeren, das lediglich auf der Oberfläche der Matrix ausreichend ungeladene substituierte Amidgruppen liefert, um die Oberfläche hydrophil zu machen. Aus der FR-A-2 250 793 ist es weder bekannt noch mit der darin beschriebenen Chemie möglich, eine Synthese auf der Oberfläche durchzuführen. Insbesondere führen die aus der FR-A-2 250 793 bekannten Polymerisationsreaktionen zu dreidimensionalen Einschlußkörpern oder Massen ("Einschlüssen") in Aggregatform der synthetisierten Polymere und Copolymere, die im wesentlichen die Räume, Öffnungen, Poren und dergl. im Substrat ausfüllen. Die FR-A- 2 250 793 ist mit Polymerisationen innerhalb des Substrats, die dreidimensionale Strukturen liefern (vgl. FR-A-2 250 793, letzter Absatz und Anspruch 1, worin es heißt, daß die Vernetzung oder Härtung ("la réticulation") bestimmt wird) befaßt. Wenn in der FR-A-2 250 793 auf "Oberflächen" und andere Ausdrücke, die Oberflächeneigenschaften beschreiben, Bezug genommen wird, dienen diese Ausdrücke zur Festlegung von Räumen innerhalb des festen Substrats, nämlich der in der FR-A-2 250 793 so bezeichneten "Einschluß"- Räume. Im Gegensatz dazu ist die vorliegende Erfindung nicht mit einem Ausfüllen von Öffnungen oder Poren befaßt, stattdessen liefert diese Erfindung substituierte Amidgruppen ausschließlich auf der Oberfläche, d.h. auf dem Substrat.
  • Die vorliegende Erfindung liefert Membranen und sonstige poröse Formlinge hervorragender physikalischer Unversehrtheit bei unter Druck durchgeführten Trennvorgängen und mit hydrophilen Oberflächen zur Verhinderung eines Zusetzens. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen umfassen eine chemische Reaktion zwischen Nitrilgruppen eines Polymeren vom hydrophoben Typ und einem Aldehyd zur Bildung hydrophiler Amidgruppen lediglich auf der Oberfläche eines Formlings. Die grundlegende Chemie dieser Umsetzung ist auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt (vgl. beispielsweise E.E. Magat und Mitarbeiter in "J. Am. Chem. Soc.", 1951, 73: 1028-1037, D.T. Mowry, US-PS 2 534 204 (1950)). Mowry (GB-PS 677 516 aus 1948) beschreibt ein Verfahren zur Ausnutzung dieser chemischen Reaktion für die Synthese von nylonartigen Polymeren. Dieses Mowry-Verfahren liefert jedoch Polymere, bei denen die gebildeten Amidgruppen einen Teil des Polymerrückgrats bilden. Aus diesen Polymeren gebildete Formlinge enthalten somit die Amidgruppen durchgängig durch ihre Strukturen. Im Gegensatz dazu liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Umsetzung der am Polymerrückgrat in Vorformlingen hängenden Nitrilgruppen. Darüber hinaus gestattet das erfindungsgemäße Verfahren eine Steuerung der Reaktionsgeschwindigkeit dergestalt, daß lediglich die Oberfläche des Formlings Amidgruppen enthält. Auf diese Weise wird der Oberfläche unter Erhaltung der physikalischen Festigkeit des Formlings eine Beständigkeit gegen ein Zusetzen verliehen.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung sorgt für eine Matrix, umfassend Moleküle eines nitrilhaltigen Polymeren, das lediglich auf der Oberfläche der Matrix ausreichend ungeladene substituierte Amidgruppen liefert, um die Oberfläche hydrophil zu machen. Ferner liefert die Erfindung einen die Matrix umfassenden Gegenstand.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird erf indungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung einer Matrix mit einer hydrophilen Oberfläche bereitgestellt, bei welchem Moleküle eines nitrilhaltigen Polymeren zur Derivatisierung eines Teils der Nitrilgruppen des Polymeren und zur Bereitstellung von für die Hydrophilisierung der (Matrix)-Oberfläche ausreichenden ungeladenen hydrophilen substituierten Amidgruppen nur auf der Matrixoberfläche behandelt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der betreffende Gegenstand im Rahmen verbesserter Filtrations-, Ultrafiltrations-, Mikrofiltrations-, Umkehrosmose-, Dialyse-, Pervaporations-, Sieb-, Affinitätschromatographie-, Affinitätsreinigungs- oder Affinitätstrennverfahren eingesetzt.
  • Gegenstand einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein modifizierter Gegenstand, umfassend einen vorgeformten Gegenstand und die beschriebene Matrix, wobei die Matrix mindestens einen Teil des Äußeren des vorgeformten Gegenstandes bedeckt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung des modifizierten Gegenstandes durch Herstellen eines Gegenstandes, bei welchem mindestens ein Teil seines Äußeren Moleküle eines nitrilhaltigen Polymeren umfaßt, und Behandeln des erhaltenen Gegenstandes zur Derivatisierung eines Teils der Nitrilgruppen des Polymeren und Bereitstellen von zur Hydrophilisierung des Äußeren des betreffenden Gegenstandes ausreichenden ungeladenen hydrophilen substituierten Amidgruppen lediglich auf dem Äußeren des Gegenstandes.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Fig. 1 veranschaulicht den Fest/Flüssig-Kontaktwinkel für eine hydrophobe und eine hydrophile Oberfläche.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung liefert eine Matrix mit Molekülen eines nitrilhaltigen Polymeren, welches lediglich auf der Oberfläche der Matrix für eine genügende Menge an ungeladenen substituierten Amidgruppen sorgt, um die Oberfläche hydrophil zu machen.
  • Bei dem nitrilhaltigen Polymeren kann es sich um Homo- oder Copolymere handeln. Bei Copolymeren braucht lediglich ein Monomeres Nitrilgruppen zu enthalten. Die anderen Monomeren können, müssen jedoch nicht, Nitrilgruppen enthalten. Geeignete Monomere, die in einem Copolymeren zusammen mit dem nitrilhaltigen Monomeren vorhanden sein können, sind solche, die mit dem nitrilhaltigen Monomeren polymerisierbar sind. Beispiele für solche Monomere sind Monomere vom Styroltyp, wie Styrol, Methylstyrol, Ethylstyrol, Nitrostyrol, Chlorstyrol, Bromstyrol, Chlormethylstyrol, Monomere vom Acryloder Methacrylsäureestertyp, konjugierte Diene, halogenierte Olefine, Vinylethermonomere und ähnliche Monomere. Die Polymerisation kann nach dem Fachmann bekannten Standardtechniken, z.B. als Suspensionspolymerisation oder Emulsionspolymerisation in einem wäßrigen System, durchgeführt werden. Das Polymere kann ferner mit anderen Polymeren, die Nitril- oder substituierte Amidgruppen enthalten können oder nicht, gemischt werden. Ferner kann das Polymere auf ein anderes Polymeres aufgepfropft sein.
  • Die Matrix kann Moleküle von im wesentlichen irgendeinem Polymeren mit Nitrilgruppen als am polymeren Rückgrat hängenden Gruppen umfassen. Geeignete Polymere sind beispielsweise solche mit Monomeren vom Acrylnitriltyp, Cyanostyrolmonomere, Pentennitrilmonomere, Butennitrilmonomere oder Cyanoethylesteracrylsäuremonomere. Die derzeit bevorzugten Polymere enthalten Monomere vom Acrylnitriltyp, wie Acrylnitril, Methacrylnitril, Chloracrylnitril, Fluoracrylnitril und Cinnamnitril, insbesondere Acrylnitril oder Methacrylnitril.
  • Geeignete substituierte Amidgruppen sind solche, die hydrophil sind, d.h. die Affinität zu Wasser zeigen. Diese Amidgruppen lassen sich durch Derivatisieren der Nitrilgruppen des Polymeren herstellen oder können (bereits) "vorgefertigt" sein und dann direkt auf das Polymere auf der Oberfläche der Matrix abgelagert oder aufgepfropft werden. In gleicher Weise ist es möglich, daß man auf der Oberfläche der Matrix Nitrilgruppen deponiert und diese dann zur Hydrophilisierung der Oberfläche vollständig oder teilweise zu substituierten Amidgruppen derivatisiert. Gleicherweise können Monomere mit den geeigneten Nitril- oder Amidgruppen auf die Oberfläche der Matrix abgelagert oder aufgepfropft werden.
  • Der Acylteil der Amidgruppen kann je nach der Struktur der Nitrilgruppen vor ihrer Derivatisierung eine Alkyl- oder eine Arylgruppe enthalten. Der Aminoteil der Amidgruppen kann mono- oder disubstituiert oder unsubstituiert sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den Amidgruppen um vornehmlich mono- und disubstituierte Gruppen. Der substituierte Teil kann eine Alkyl- oder eine Arylgruppe umfassen. Derzeit werden Alkylgruppen, insbesondere Methylolgruppen, bevorzugt. Bei den am meisten bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich bei den substituierten Amidgruppen um N-Methylolamide
  • Die Oberfläche einer polymeren Matrix besitzt durch Fehlstellen oder Fehlbildungen im äußeren Umfang der Matrix Räume bzw. Poren und durch die Molekülstruktur der Matrix gebildete Mikroporen. Der Ausdruck "Oberfläche" soll die Polymeren oder deren Teile, die diese Räume und Mikroporen festlegen, umfassen. Wenn die Matrix in Form eines porösen Gegenstandes vorliegt, beinhaltet der Ausdruck "Oberfläche" auch die Polymeren oder deren Teile, die die Poren des Formlings oder Gegenstandes festlegen.
  • Erwartungsgemäß können geringe Mengen an substituierten Amidgruppen auch in anderen Matrixflächen als auf der Oberfläche vorkommen. Erfindungsgemäß ist jedoch vorgesehen, dar lediglich die Oberfläche der Matrix eine ausreichende Menge an substituierten Amidgruppen aufweist, um sie hydrophil zu machen. Die anderen Matrixbereiche oder -flächen enthalten keine ausreichende Menge an Amidgruppen, um diese Flächen hydrophil zu machen.
  • Die substituierten Amidgruppen sind bei neutralem oder fast neutralem pH-Wert ungeladen. Selbstverständlich können die substituierten Amidgruppen durch Ändern der Umgebung eine Ladung erhalten. Eine solche Abänderung ist nicht als Abweichen vom Erfindungsgedanken und Umfang der Erfindung zu verstehen, so daß sämtliche dem Fachmann geläufigen Modifikationen durch die vorliegende Erfindung mit umfaßt werden.
  • Die Matrix kann ferner eine Mehrzahl von an einem Teil der hydrophilen substituierten Amidgruppen oder von deren Derivaten hängende Liganden enthalten. Geeignete Liganden sind solche, die eine Bindung an die substituierten Amidgruppen der Matrix oder an ein Derivat der substituierten Amidgruppe einzugehen vermögen. Derzeit bevorzugte Liganden umfassen bioselektive Affinitätsgruppen, die selektiv eine Bindung mit biologisch aktiven Substanzen eingehen und in typischer Weise zur Reinigung biologisch aktiver Substanzen verwendet werden. Geeignete Affinitätsliganden wurden bereits in großer Zahl mit zunehmender Tendenz aufgefunden. Am öftesten stammen solche Liganden aus der Natur (d.h. aus Substanzen biologischer Herkunft), während andere voll- oder teilsynthetisch sind (d.h. es handelt sich um vorgebliche Biosubstanzen). Zahlreiche Liganden lassen sich durch traditionelle biochemische Klassen, z.B. Nucleotide, Polynukleotide, Nukleinsäuren (einschließlich DNA und RNA), Kohlenhydrate, Saccharide, Polysaccharide, Lipide, Aminosäuren, Peptide und Proteine beschreiben. Andere lassen sich als Kombinationen dieser Substanzen, wie Lipopolysaccharide, Lipoproteine und Nucleoproteine beschreiben. Darüber hinaus ist oftmals eine Unterklassifizierung von Wert (beispielsweise Enzyme und Antikörper als Unterklassen von Proteinen). Zahlreiche andere brauchbare Affinitätsliganden lassen sich besser über ihre Biofunktionl z.B. als Steroide, Hormone, Vitamine, Enzyme oder Stoffwechselcofaktoren, Enzyminhibitoren, Enzymreaktoren, Arzneimittel, Arzneimittelrezeptoren, Antibiotika, Neurotransmitter, Antagonisten und dergl. beschreiben. Wieder andere Liganden werden als Chromophore, Farbstoffe, Ionenaustauscher, Amphiphile und dergl. beschrieben.
  • Der Ligand kann, braucht jedoch nicht, ferner ein Kopplungsmolekül zwischen der substutierten Amidgruppe oder dessen Derivat und dem bioselektiven funktionellen Teil des Liganden bei Bindung des Liganden an die Matrix umfassen. Zahlreiche Kopplungsmoleküle sind bekannt und können erfindungsgemäß zum Befestigen von Affinitätsliganden benutzt werden. Für diesen Zweck beachtliche Reagenzien sind Cyanogenhalogenide, Triazinylhalogenide (beispielsweise Trihalogen-s- triazin und substituierte Halogen-s-triazine), Sulfonylhalogenide (z.B. Alkyl- und/oder Arylsulfonylhalogenide einschließlich Bis-sulfonylhalogenide), Acylhalogenide (z.B. Bis-acylhalogenide), Vinylsulfone, Epoxide (z.B. Bisoxirane) und dergl.. Andererseits kann die vorliegende Erfindung zur Kopplung von Liganden auch auf Verdrängungsreagen zien zurückgreifen. Solche Reagenzien werden mit den erfindungsgemäßen Oberflächengruppen reagieren gelassen und anschließend mit dem Affinitätsliganden der Wahl einer Verdrängungsreaktion verworfen. Ein Beispiel für die Reaktionssequenz ist der Einsatz von Sulfonylhalogeniden, z.B. Aryl-sulfonylhalogeniden, wie Tosylhalogeniden, Alkyl-sulfonylhalogeniden, z.B. Methansulfonylhalogenid, Halogen-alkyl-sulfonylhalogeniden, z.B. Trifluorethansulfonylhalogeniden, Halogenpyrimidinen, z.B. 2-Fluor-1-methylpyridiniumtoluol-4-sulfonat, und dergl.. Andere bevorzugte Liganden und Verfahren zur Befestigung der Liganden an der Matrix gemäß der Erfindung dürfen sich dem Fachmann auf dem Gebiet der Affinitätssorption und Enzymimmobilisierung beim Lesen der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung ohne weiteres eröffnen. Solche Abänderungen werden durch die vorliegende Erfindung umfaßt.
  • Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung wird ein Teil der Moleküle des nitrilhaltigen Polymeren mit anderen derartigen Molekülen vernetzt. Eine Vernetzung verleiht der Matrix Eigenschaften, die auf den meisten Anwendungsgebieten erwünscht sind, z.B. eine größere Struktursteifigkeit und eine erhöhte Beständigkeit gegen organische Lösungsmittel. Vorzugsweise erfolgt die Vernetzung zwischen substituierten Amidgruppen. Bei Ausführungsformen, bei denen die substituierten Amidgruppen aus N-Methylolamidgruppen bestehen, dürfte die Vernetzung über Methylen-bis-amid erfolgen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft in einer weiteren Ausführungsform einen die Matrix umfassenden Gegenstand oder Formling. Vorzugsweise umfaßt zumindest ein Teil des Äußeren des Gegenstandes oder Formlings die hydrophile Oberfläche der Matrix. Der Gegenstand kann porös oder nicht-porös sein. Wenn es sich bei dem Gegenstand um einen porösen Gegenstand handelt, soll der Ausdruck "Äußeres" die die Poren festlegenden Grenzen einschließen. Folglich sollen bei Ausführungsformen, in denen der Gegenstand aus einem porösen Gegenstand besteht, vorzugsweise die die Poren festlegenden Grenzen (Grenzflächen) die hydrophile Oberfläche der Matrix umfassen. Bei den bevorzugten Gegenständen handelt es sich um Filter, Membranen, Siebe, Perlen (porös und nicht-porös), Hohl- und Festfäden und -fasern, Gewebe, Chromatographier- und Trennmedien und dergl..
  • Gemäß der am meisten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Gegenstand um einen porösen Gegenstand mit einer Matrix, bei der das nitrilhaltige Polymere Acrylnitril oder Methacrylnitril umfaßt und die hydrophilen substituierten Amidgruppen aus N-Methylolamidgruppen bestehen. Die Moleküle des Polymeren können auch mit anderen derartigen Polymermolekülen in der Matrix vernetzt sein.
  • Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Matrix mit einer hydrophilen Oberfläche durch Behandeln von Molekülen eines nitrilhaltigen Polymeren, um einen Teil der Nitrilgruppen des Polymeren zu derivatisieren und lediglich auf der Oberfläche der Matrix eine genügende Menge an ungeladenen substituierten Amidgruppen zu liefern, daß die Oberfläche hydrophil wird. Ein Teil der Nitrilgruppen umfaßt einen Bruchteil der Nitrilgruppen oder sämtliche auf der Oberfläche der Matrix vorhandenen Nitrilgruppen.
  • Unter einer Hydrophilizität einer festen Oberfläche ist die Oberflächenaffinität gegenüber wäßrigen Lösungen zu verstehen. Bei Membranen oder sonstigen porösen Gegenständen bietet die Hydrophilizität eine Möglichkeit zur Bestimmung der Bioverträglichkeit eines Gegenstandes, d.h. seiner Fähigkeit zum wirksamen Einsatz bei Proteinen und ähnlichen Substanzen ohne das Auftreten von Zusetzproblemen. Obwohl "Hydrophilizität" in der Industrie nicht quantitativ definiert ist, läßt sie sich qualitativ durch die Wasserausbreitung über die feste Oberfläche oder durch den Kontaktwinkel (6) zwischen der flüssigen Oberfläche und der festen Oberfläche beim Ruhenlassen eines Flüssigkeitstropfens auf der festen Oberfläche (vgl. Fig.1) bestimmen.
  • Die vorliegende Erfindung liefert Matrizes mit Oberflächen, deren Hydrophilizität durch Steuern der Reaktionsgeschwindigkeiten, Reagenzienkonzentrationen, Katalysatorkonzentration und dergl. vorgewählt werden können und deren Hydrophilizität von nahe derjenigen des unbehandelten nitrilhaltigen Polymeren bis hyperhydrophil (beispielsweise bis zu Kontaktwinkeln unter etwa 15 Grad) reicht. In bevorzugten Ausführungsformen besitzt die hydrophile Oberfläche einen bei einem pH-Wert zwischen 2 und 12 bestimmten Kontaktwinkel unter etwa 30 Grad, insbesondere unter etwa 15 Grad. Obwohl gemäß den am meisten bevorzugten Ausführungsformen die gebildeten Matrizes hyperhydrophil sind, ist eine Behandlung von Matrizes nach dem beanspruchten Verfahren zur Herstellung solcher Matrizes, die relativ stärker hydrophil sind als die ursprünglichen unbehandelten Matrizes als unter den Erfindungsgedanken und -umfang fallend anzusehen, und zwar ungeachtet dessen, ob die erhaltenen Matrizes von irgendeinem Fachmann als hydrophil oder hydrophob angesprochen werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung besteht die Behandlung in einer Kontaktierung der Moleküle des nitrilhaltigen Polymeren mit einem Aldehyd oder einer aldehyderzeugenden Verbindung. Im wesentlichen kann bei der praktischen Ausführung der Erfindung jeder Aldehyd verwendet werden. Die Molekülgröße des Aldehydmoleküls kann jedoch die Einsetzbarkeit des Aldehyds bei Ausführungsformen, bei denen der Gegenstand oder die Matrix in Form eines porösen Gegenstandes oder Formlings vorliegt, begrenzen. In solchen Fällen bestimmt die Porengröße die Eignung des Aldehyds durch Festlegen einer Obergrenze für die Aldehydmolekülgröße. Der am meisten bevorzugte Aldehyd ist Formaldehyd und die am meisten bevorzugte Aldehyd liefernde Verbindung ist eine formaldehydliefernde Verbindung, insbesondere Dimethoxymethan, Trioxan und Paraformaldehyd
  • Die Dauer des Kontakts zwischen den Molekülen des nitrilhaltigen Polymeren und dem Aldehyd oder der aldehyderzeugenden bzw. -liefernden Verbindung sollte lang genug sein, um die Bildung einer ausreichenden Menge an substituierten Amidgruppen zur Hydrophilisierung der Oberfläche, jedoch nicht zur Hydrophilisierung der gesamten Matrixstruktur, zu ermöglichen.
  • Der Kontakt mit dem Aldehyd oder der aldehydliefernden Verbindung kann auch in Gegenwart eines Katalysators erfolgen. Bei einigen Ausführungsformen besteht der Katalysator aus einer Säure, vorzugsweise einem Gemisch einer starken Säure mit einer schwachen Säure. Erfindungsgemäß können die verschiedensten dem Fachmann als starke Säuren bekannten Säuren zum Einsatz gelangen. Übliche Mineralsäuren, wie Chlorwasserstoff-, Phospor- und Schwefelsäure, werden derzeit bevorzugt. Andere bevorzugte starke Säuren sind Alkylschwefeloder Alkylsulfonsäuren oder Halogenschwefelsäuren und dergl., wie Trifluormethansulfonsäure oder Fluorschwefelsäure. Zu den bevorzugten schwachen Säuren gehört Essigsäure. Die Säure kann auch durch eine eine Säure liefernde Substanz, wie Bortrifluorid oder Aluminiumchlorid und dergl., erzeugt werden. Andere geeignete Säuren eröffnen sich dem Fachmann beim Lesen der vorliegenden Anmeldung. Diese Säuren fallen ebenfalls unter den Erfindungsgedanken und -umfang.
  • Die Geschwindigkeit der Herstellung der Matrix läßt sich durch Steuern der Katalysatorstärke überwachen. Bei Ausführungsformen, bei denen der Katalysator aus einer Säure besteht, umfaßt die Säurestärke sowohl die Menge als auch die Eigenstärke (innewohnende Stärke). Darüber hinaus läßt sich der Hydrophilizitätsgrad der hydrophilen Oberfläche durch Steuern des Verhältnisses der Konzentrationen an der starken Säure, der schwachen Säure und des Aldehyds oder der aldehydliefernden Verbindung einstellen.
  • Bei einigen Ausführungsformen entsteht die Matrix in Form eines porösen Gegenstandes, bei dem die hydrophile Oberfläche der Matrix die Poren des Gegenstandes festlegt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem porösen Gegenstand um eine Membran, ein Filter oder ein Sieb. Bei der bevorzugten praktischen Ausnutzung der Erfindung enthält das nitrilhaltige Polymere ein Monomeres vom Acrylnitriltyp. Besonders gut geeignet sind Acrylnitril- oder Methacrylnitrilmonomere. Das nitrilhaltige Polymere kann in der gesamten Matrix vorhanden sein. Es ist jedoch lediglich ein Teil der Nitrilgruppen der Polymeren auf der Matrixoberfläche zu substituierten Amidgruppen, vorzugsweise N-Methylolamidgruppen, derivatisiert. Die restlichen Nitrilgruppen bleiben underivatisiert, um für eine physikalische Unversehrtheit der Matrix zu sorgen. Bei Ausführungsformen, bei denen die Matrix in Form eines porösen Gegenstandes hergestellt wird, legt die hydrophile Oberfläche der Matrix die Poren in dem porösen Gegenstand fest.
  • In anderen Ausführungsformen kann das Verfahren eine Kontaktierung der hydrophilen Oberfläche der Matrix mit Reagenzien mit der Fähigkeit zur "Spende" zahlreicher Liganden mit dem Ziel einer Verbindung der betreffenden Liganden mit einem Teil der substituierten Amidgruppen beinhalten. Geeignete Liganden sind solche mit der Fähigkeit, eine Bindung mit den substituierten Amidgruppen einzugehen. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung handelt es sich bei den substituierten Amidgruppen um N-Methylolamidgruppen und bei jedem der bevorzugten Liganden um eine bioselektive Affinitätsgruppe.
  • Die Moleküle der nitrilhaltigen Polymeren können auch mit anderen derartigen Molekülen vernetzt werden. Vorzugsweise erfolgt die Vernetzung zwischen den substituierten Amidgruppen der Moleküle auf der Matrixoberfläche. Bei Ausführungsformen, bei denen die substituierten Amidgruppen aus N-Methylolamidgruppen bestehen, erfolgt die Vernetzung über Methylen-bis-amid.
  • Wird das Polymere mit einem Aldehyd oder einer aldehydliefernden Verbindung kontaktiert, erfolgt der Kontakt vorzugsweise durch Einweichen der Matrix in einem Reagenzbad mit dem Aldehyd oder der aldehyderzeugenden Verbindung. Die Einweichdauer, die Temperatur des Reagenzbades und die Konzentration der Reagenzien hängt von der Art des verwendeten Aldehyds bzw. der verwendeten aldehydliefernden Verbindung, der Art des vorhandenen nitrilhaltigen Polymeren, der Menge und Stärke des gegebenenfalls vorhandenen Katalysators und den gewünschten Matrixeigenschaften ab. Zur Verhinderung einer Polymerisation des Aldehyds oder einer Repolymerisation des Polymeren sollte der Wassergehalt des Reaktionsbades niedrig gehalten werden. Der jeweilige genaue Anteil variiert mit der jeweils verwendeten Säure, in jedem Falle sollte aber der Gehalt derart sein, daß konkurrierende Reaktionen vermieden werden. Bei Ausführungsformen, bei denen das nitrilhaltige Polymere ein Monomeres vom Acrylnitriltyp umf aßt und die hydrophilen substituierten Amidgruppen aus N-Methylolamidgruppen bestehen, erf olgt der Kontakt mit einer formaldehyderzeugenden Verbindung in Gegenwart einer Säure. Das Einweichen in dem Reaktionsbad dauert etwa 1 min bis etwa 48 h. Die Temperatur des Reagenzbades liegt im Bereich von etwa 1ºC bis etwa 90ºC. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen wird ein Teil der Moleküle des Polymeren auf der Oberfläche der Matrix mit anderen derartigen Molekülen vernetzt. Die Dauer der Reaktion in dem Einweichbad reicht von einigen Minuten bis etwa 24 h. Die Temperatur des Reagenzbades liegt im Bereich von etwa 10ºC bis etwa 60ºC. Wenn es sich bei den substituierten Amidgruppen um N-Methylolamidgruppen handelt, erfolgt die Vernetzung über Methylen-bis- amid.
  • Die Erfindung sorgt ferner für verbesserte Verfahren zur Filtration, Ultrafiltration, Mikrofiltration, Umkehrosmose, Dialyse, Pervaporation oder zum Sieben, wobei die Verbesserung darin besteht, daß ein poröser oder nicht-poröser Gegenstand, dessen Äußeres teilweise die hydrophile Oberfläche der Matrix umfaßt, verwendet wird. Der erfindungsgemäße Gegenstand eignet sich auch zur Verwendung bei der Affinitätschromatographie, Affinitätsreinigung, Affinitätstrennung oder Affinitätsadsorption.
  • In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung einen modifizierten Gegenstand aus dem Gegenstand selbst und der Matrix, wobei die Matrix zumindest einen Teil des Außeren des Gegenstandes bedeckt. Bei bestimmten Ausführungsformen umfaßt zumindest ein Teil des Äußeren des Gegenstandes die hydrophile Oberfläche der Matrix. Geeignete Gegenstände sind Vorformlinge mit einem nitrilhaltigen Polymeren auf seinem Äußeren. Bei bevorzugten Ausführungsformen findet sich das nitrilhaltige Polymere durchgängig durch den Gegenstand. Bei Ausführungsformen, bei denen der modifizierte Gegenstand aus einem porösen Gegenstand besteht, bedeckt die hydrophile Oberfläche der Matrix diejenigen Teile des Äußeren des Gegenstandes, die die Poren festlegen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Vorformling um ein Filter, eine Membran oder ein Sieb. Bei derzeit bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich um Membranen mit Polymeren vom Acrylnitriltyp und N-Methylolamidgruppen als den hydrophilen substituierten Amidgruppen. Ein Teil der Moleküle des Polymeren kann ebenfalls vernetzt sein. Vorzugsweise erfolgt die Vernetzung über Methylen-bis-amidgruppen.
  • Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines modifizierten Gegenstandes durch Herstellen eines Gegenstandes, bei dem zumindest ein Teil seines Äußeren Moleküle eines nitrilhaltigen Polymeren umfaßt, und Behandeln des erhaltenen Gegenstandes zur Derivatisierung eines Teils der Nitrilgruppen des Polymeren und Bereitstellung einer ausreichenden Menge an ungeladenen, hydrophilen substituierten Amidgruppen lediglich auf dem Äußeren des Gegenstandes, um das Äußere hydrophil zu machen, bereitgestellt. Bei bevorzugten Ausführungsformen besteht die Behandlung in einer Kontaktierung des Vorformlings mit einem Aldehyd oder einer aldehyderzeugenden Verbindung. Der derzeit bevorzugte Aldehyd ist Formaldehyd. Der Formaldehyd kann von Dirnethoxymethan, Trioxan oder Paraformaldehyd, insbesondere Trioxan und Dimethoxymethan, geliefert werden.
  • Die Kontaktierung kann ferner in Gegenwart eines Katalysators erfolgen. Bevorzugte Katalysatoren sind eine Säure oder eine eine Säure erzeugende Substanz, vorzugsweise eine Mischung aus einer starken Mineralsäure oder einer eine Mineralsäure erzeugenden Substanz mit einer schwachen Säure. Die Derivatisierungsgeschwindigkeit und folglich die Geschwindigkeit der Herstellung des modifizierten Gegenstandes läßt sich durch Steuern der Katalysatorstärke einstellen. Darüber hinaus läßt sich auch der Hydrophilizitätsgrad über das Verhältnis der Konzentrationen an starker Säure, schwacher Säure und Aldehyd steuern.
  • Gemäß bevorzugten Ausführungsformen legt das hydrophile Äußere des modifizierten Gegenstandes Poren fest und ist der modifizierte Gegenstand selbst porös, z.B. in Form einer Membran, eines Filters oder Siebs. Vorzugsweise handelt es sich bei den substituierten Amidgruppen um N-Methylolamidgruppen.
  • In einigen Ausführungsformen erfolgt im Rahmen des Verfahrens ferner eine Kontaktierung des hydrophilen Äußeren des modifizierten Gegenstandes mit Reagenzien mit Donatorfähigkeit für eine Reihe von Liganden, um die Liganden an einem Teil der substituierten Amidgruppen zum Haften zu bringen.
  • Einige Moleküle des nitrilhaltigen Polymeren können auch vernetzt werden. Vorzugsweise erfolgt die Vernetzung zwischen den substituierten Amidgruppen über Methylen-bis-amid.
  • Gegenstand der Erfindung ist schließlich ein verbessertes Verfahren zur Filtration, Ultrafiltration, Mikrofiltration, Umkehrosmose, Dialyse, Pervaporation oder zum Sieben und dergl., wobei die Verbesserung darin besteht, den modifizierten Gegenstand einzusetzen. Weiterhin betrifft die Erfindung verbesserte Verfahren zur Affinitätschromatographie, Affinitätsreinigung, Affinitätstrennung und Affinitätsadsorption, wobei die Verbesserung in der Verwendung eines modifizierten Gegenstandes besteht.
  • Bestimmte Ausführungsformen dieser Erfindung werden anhand der folgenden Beispiele näher erläutert. Diese Beispiele dienen lediglich einem besseren Verständnis der Erfindung, sie sollen jedoch die sich in den Ansprüchen widerspiegelnde Erfindung in keiner Weise beschränken.
    • BEISPIEL 1
  • Ein nicht-poröser Formling in Form einer dünnen flachen Folie wurde in einem formaldehydhaltigen Reagenzbad behandelt. Der Gegenstand bestand aus Polyacrylnitrilpolymeren mit mehr als 90% Acrylnitrilmonomeren. Das Reagenzbad enthielt 34,2 Teile konzentrierter Schwefelsäure, 13,1 Teile konzentrierter Essigsäure, 37,8 Teile Ameisensäure und 14,9 Teile Trioxan als Formaldehydlieferanten. Das frisch zubereitete Reagenzbad wurde vor seiner Verwendung zur Gleichgewichtseinstellung 1 h lang bei 30ºC stehengelassen. Der Gegenstand wurde bei 30ºC 16 h lang im Reagenzbad behandelt, dann herausgenommen, mit Wasser gespült und bei Umgebungstemperatur 60 min in einem wäßrigen Bad mit 3,8 Teilen Natriumborat eines pH-Werts von 9 eingeweicht.
  • Nach dem Spülen des Gegenstandes mit Wasser und Trocknen desselben mittels Löschpapier konnte er mit Wasser befeuchtet werden, wobei sich das Wasser ohne weiteres auf der hydrophilen Oberfläche verteilte. Der ursprüngliche unbehandelte Gegenstand wurde im Gegensatz dazu weder feucht noch verteilte sich auf diesem Wasser.
    • BEISPIEL 2
  • Ein poröser Gegenstand in Form einer dünnen flachen Membranfolie wurde vier (4) h in einem Formaldehydbad der in Beispiel 1 angegebenen Zusammensetzung behandelt. Die Membran bestand aus Polyacrylnitrilpolymeren mit mehr als 90% Acrylnitrilmonomeren. Nach beendeter Behandlung in dem Bad wurde die Membran 30 min lang in einem Wasserbad einer Temperatur von 2ºC eingeweicht. Danach wurde die Membran 60 min lang bei Umgebungstemperatur in einem wäßrigen Bad mit 3,8 Teilen Natriumborat eines pH-Werts von 9 eingeweicht.
  • Es zeigte sich, daß sich auf die Oberfläche der behandelten Membran aufgebrachte Wassertropfen leicht ausbreiteten. Ähnliche Tropfentests mit unbehandelten Kontrollmembranen zeigten lediglich Wasserperlen, die sich nicht ausbreiteten. Die behandelte Membran wurde auf einer üblichen Rührzellenvorrichtung befestigt und auf den Fluidumfluß, die Proteinabstoßung und nach der Proteinbehandlung auf die Rückgewinnung an Fluidumfluß getestet.
  • Die Testergebnisse zeigten, daß die behandelte Membran im Gegensatz zu der unbehandelten Membran gegen ein Zusetzen durch Protein beständig war und nach einem simplen Spülvorgang (vgl. Tabelle 1) ihren Fluidumfluß zurückgewann. TABELLE 1 Protein Pufferfluß* [1/h m²] Unbehandelte Membran Behandelte Membran Myoglobin Ovalbumin Rinderserumalbumin Rindergammaglobuline * 6,895.10&supmin;² MPa (10 psi) Druckunterschied durch die Membran hindurch
    • BEISPIEL 3
  • Ein poröser Gegenstand in Form einer Membran wurde drei (3) h in einem Reagenzbad bei 30ºC behandelt. Der Gegenstand bestand aus mehr als 90% Acrylnitrilmonomeren Das Reagenzbad enthielt 15,0 Teile Trioxan, 13,2 Teile Essigsäure, 37,4 Teile Ameisensäure und 34,4 Teile konzentrierte Schwefelsäure. Nach der Behandlung wurde der Gegenstand mit Wasser gespült und bei Umgebungstemperatur 60 min lang in einem wäßrigen Bad mit 3, 8 Teilen Natriumborat eines pH-Werts von 9 eingeweicht.
  • Nach dem Spülen mit Wasser und Trocknen mit Hilfe eines Löschpapiers konnte der Gegenstand mit Wasser benetzt werden. Dieses breitete sich auf der hydrophilen Oberfläche ohne weiteres aus. Neben der Ausbreitung von Wassertropfen wurde die Hydrophilizität der Membran auch über den Fest/Flüssig-Kontaktwinkel bestimmt. Dies erfolgte durch Auftrag eines Tropfens einer wäßrigen Lösung auf die Membranoberfläche nach dem von George M. Whitesides und Mitarbeitern (Stephen Randell Holmes-Farley, Robert H. Reamey, Thomas J. McCarthy, John Deutch und George M. Whitesides in "Langmuir", 1: 725-740, 1985) beschriebenen Verfahren. Der 30 s nach dem Auftrag des Tropfens gemessene Kontaktwinkel betrug 4 Grad bei der behandelten Membran und 46 Grad bei der unbehandelten Membran. Zu Vergleichszwecken wurden die Kontaktwinkel auch für übliche handelsfähige Membranen aus anderen Materialien bestimmt. Aus diesem Ergebnis wurde deutlich, daß der Gegenstand der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu den bekannten hydrophilen Membranoberflächen eine ausgeprägte Hyperhydrophilizität zeigte. Zur Veranschaulichung sind die Vergleichsergebnisse in Tabelle 2 zusammengestellt. TABELLE 2 Membran Kontaktwinkel Grad* Erfindungsgemäß (behandelt) Vorliegende Erfindung (unbehandelt) Übliches Polyethersulfon "Hydrophilisiertes" Polyethersulfon "Hydrophile" Cellulose * Kontaktwinkel, gemessen 30 s nach dem Auftrag des Tropfens auf die Oberfläche.
  • Neben den Kontaktwinkelmessungen wurde die Hydrophilizität der behandelten Membran auch durch Bestimmung des Fluidumflußes auf einer üblichen Rührzellenvorrichtung vor und nach Einwirkung eines Proteins bestimmt. Aus dem Testergebnis ergab sich, daß die behandelte Membran einem Zusetzen durch Protein widerstand und nach einer einfachen Spülmaßnahme (vgl. Tabelle 3) ihren Fluidumfluß wiedergewann. TABELLE 3 PROBE PUFFERFLUSS NACH EINER PROBENFILTRATION* [1/h m²] Puffer Rinderserumalbumin Rindergammaglobuline * 6,895.10&supmin;² MPa (10 psi) Druckunterschied durch die Membran hindurch
    • BEISPIEL 4
  • Ein poröser Gegenstand in Form einer Membran aus polyacrylnitrilhaltigen Polymeren wurde 60 min lang bei 23ºC in einem Dimethoxymethan und Schwefelsäure enthaltenden Bad behandelt. Das Bad bestand aus 25 Teilen Dimethoxymethan und 75 Teilen Schwefelsäure. Vor Gebrauch konnte sich das Bad 1 h lang bei 23ºC auf sein Gleichgewicht einstellen. Nach der Behandlung mit dem Reaktionsbad wurde die Membran nach und nach 30 min lang in einem Wasserbad von 2ºC und dann 60 min lang bei Umgebungstemperatur in einem wäßrigen Bad mit 3,8 Teilen Natriumborat eines pH-Werts von 9 eingeweicht.
  • Wie bei den vorhergehenden Beispielen zeigte es sich, daß auf die Oberfläche der behandelten Membran aufgebrachte Wassertropfen sich ohne weiteres ausbreiteten. In ähnlicher Weise zeigte es sich bei einer Prüfung der Membran (in einer Rührzellenvorrichtung) auf die Rückgewinnung von Fluidumfluß nach Proteineinwirkung, daß die behandelte Membran einem Zusetzen durch Protein widerstand und nach einem einfachen Spülvorgang ihren Fluidumfluß wiedergewann. So zeigte beispielsweise die behandelte Membran einen anfänglichen Pufferfluß von 44,7 1/h.m² bei 20 psi Transmembrandruck vor der Proteineinwirkung. Nach einer Ultrafiltration einzelner Proteinlösungen von Myoglobin, Chymotrypsin, Ovalbumin und Rinderserumalbumin erholte sich der anfängliche Pufferfluß bei jedem untersuchten Protein.
    • BEISPIEL 5
  • Eine Membran aus polyacrylnitrilhaltigen Polymeren wurde in einem Reaktionsbad mit 21,9 Teilen Dimethoxymethan, 65,3 Teilen konzentrierter Schwefelsäure und 12,8 Teilen Essigsäure behandelt. Die Behandlung erfolgte während 1 h bei 23ºC. Die behandelte Membran wurde entsprechend Beispiel 4 nach und nach in einem kalten Wasserbad und einem Boratbad behandelt.
  • Wie in Beispiel 4 zeigte es sich, daß sich Wassertropfen nach dem Auftragen auf die Oberfläche der behandelten Membran ohne weiteres ausbreiteten. Wurde die Membran (in einer Rührzellenvorrichtung) auf die Rückgewinnung von Fluidumfluß nach Proteineinwirkung hin untersucht, zeigte es sich, daß die behandelte Membran einem Zusetzen durch Protein widerstand und ihren Fluidumfluß nach einem einfachen Spülvorgang zurückgewann.
  • Bei anderen Untersuchungen zeigte es sich, daß die behandelte Membran einer Zerstörung und Lösung durch organische Lösungsmittel, die ansonsten nichtbehandelte Membranen rasch und vollständig auflösten, widerstand. Wenn beispielsweise eine behandelte Membran und eine unbehandelte Membran bei Umgebungstemperatur 1 h lang in einem Lösungsmittelbad von Gamma-Butyrolacton eingeweicht wurden, ist die unbehandelte Membran in Lösung gegangen, die behandelte Membran dagegen noch intakt. Eine längere Einwirkung, nämlich 4-tägige Einwirkung von Gamma-Butyrolacton in einem Lösungsmittelbad auf die behandelte Membran bei Umgebungstemperatur zeigte darüber hinaus keine signifikante Änderung gegenüber einer einem Lösungsmittel nicht ausgesetzten behandelten Membran. Die Ergebnisse in Tabelle 4 bezüglich der Flußrückgewinnung nach Proteineinwirkung veranschaulichen diese Beobachtungen. TABELLE 4 PROBE PUFFERFLUSS NACH EINER PROBENFILTRATION* [1/h m²] VOR LÖSUNGSMITTELEINWIRKUNG NACH LÖSUNGSMITTELEINWIRKUNG** Puffer Myoglobin Ovalbumin Rinderserumalbumin Rindergammaglobulin * 10 psi Druckdifferenz durch die Membran hindurch. ** Das Lösungsmittelbad bestand aus 100% Gamma-Butyrolacton bei Umgebungstemperatur. Die Dauer der Lösungsmitteleinwirkung auf die Membran betrug 4 Tage.
    • BEISPIEL 6
  • Eine Membran aus polyacrylnitrilhaltigen Polymeren wurde in einem Formaldehydreaktionsbad mit 5,8 Teilen Paraformaldehyd, 44,2 Teilen konzentrierter Schwefelsäure und 50 Teilen konzentrierter Essigsäure behandelt. Die Behandlung dauerte 6 h bei 23ºC. Die behandelte Membran wurde 30 min lang in einem eiskalten Wasserbad von 2ºC und danach 60 min bei 23ºC in einem wäßrigen Bad mit 3,8 Teilen Natriumborat eines pH-Werts von 9 eingeweicht.
  • Der behandelte Gegenstand besaß - durch die Wasserausbreitung belegte - hydrophile Eigenschaften. Entsprechend den vorhergehenden Beispielen durchgeführte Untersuchungen mit der in einer Rührzellenvorrichtung befestigten Membran zeigten, daß die behandelte Membran ihren ursprünglichen Pufferfluß nach der Ultrafiltration von Proteinlösungen zurückgewann.
    • BEISPIEL 7
  • Ein poröser Gegenstand in Form einer Membran wurde entsprechend Beispiel 3 behandelt. Danach wurde auf die Membran eine wäßrige Lösung aus etwa 0,01M Natriumcarbonat, 0,3M Natriumchlorid und 2 Milligramm pro ml eines "Reaktionsfarbstoffs" einwirken gelassen. Der Reaktionsfarbstoff bestand aus Procion Red Reactive Dye MX-2B (PolySciences), nämlich einem die rote Färbung aufweisenden, chromophor-substituierten Triazinylhalogenid, das wie ein Acylhalogenid mit geeigneten Nukleophilen, zu denen die N-Methylolamide gemäß der Erfindung gehören, reagiert. Die Reaktion zwischen dem Reaktionsfarbstoff und der behandelten Membran wurde über Nacht (beispielsweise 16 h) bei Umgebungstemperaturen durchgeführt. Die umgesetzte Membran wurde gründlich mit Wasser und Kochsalzlösung gewaschen, um nichtumgesetzten Farbstoff zu entfernen. Es zeigte sich, daß die erhaltene Membran dauerhaft derivatisiert war und eine rote Färbung zeigte. Letztere ließ sich durch weiteres Waschen nicht entfernen. In diesem Beispiel wird der rote Chromophor als möglicher affinitätsorptionsfähiger Ligand angesehen, während die reaktionsfähige Triazinyleinheit ein gründlich untersuchtes Reagenz zum Binden von Affinitätsliganden allgemein an geeignete Matrixmaterialien darstellt (beispielsweise L.T. Hodgins und M. Levy: "Affinity Adsorbent Preparation: Chemical Features of Agarose Derivatization with Trichloro-s-triazine" in "J. Chromatogr.", 202:381 (1980)).

Claims (68)

1. Matrix, umfassend Moleküle eines nitrilhaltigen Polymeren, das nur an der Oberfläche der Matrix ausreichend ungeladene, substituierte Amidgruppen aufweist, um die Oberfläche hydrophil zu machen, worin die substituierten Amidgruppen bei neutralem oder nahe neutralen pH-Werten ungeladen sind oder eine Ladung aufweisen, die durch Veränderung des umgebenden Milieus induziert wird.
2. Matrix nach Anspruch 1, worin das Polymere ein Homopolymeres ist.
3. Matrix nach Anspruch 1, worin das Polymere ein Copolmeres ist.
4. Matrix nach Anspruch 3, worin die ungeladenen, substituierten Amidgruppen an weniger als alle Monomeren des Copolymeren gebunden sind.
5. Matrix nach Anspruch 1, worin das Polymere mit anderen Polymeren gemischt ist.
6. Matrix nach Anspruch 1, worin das Polymere auf ein anderes Polymeres aufgepfropft ist.
7. Matrix nach Anspruch 1, worin die hydrophile Oberfläche einen Kontaktwinkel von weniger als 30 Grad aufweist, wenn dieser bei einem pH-Wert zwischen 2 und 12 gemessen wird.
8. Matrix nach Anspruch 7, worin die hydrophile Oberfläche einen Kontaktwinkel von weniger als 15 Grad aufweist.
9. Matrix nach Anspruch 1, worin die substituierten Amidgruppen aus Nitrilgruppen des nitrilhaltigen Polymeren gebildet sind.
10. Matrix nach Anspruch 1, worin die substituierten Amidgruppen auf das Polymere aufgepfropft oder an Monomere gebunden sind, die auf das Polymere aufgepfropft sind.
11. Matrix nach Anspruch 1, worin das Polymere ein Monomeres vom Acrylnitril-Typ umfaßt.
12. Matrix nach Anspruch 11, worin das Monomere vom Acrylnitril-Typ Acrylnitril oder Methacrylnitril ist.
13. Matrix nach Anspruch 1, worin die substituierten Amidgruppen N-Methylolamidgruppen ümfassen.
14. Matrix nach Anspruch 13, worin die N-Methylolamidgruppen aus Nitrilgruppen des nitrilhaltigen Polymeren gebildet sind.
15. Matrix nach Anspruch 13, worin die N-Methylolamidgruppen auf das Polymere aufgepfropft sind oder an Monomere gebunden sind, die auf das Polymere aufgepfropft sind.
16. Matrix nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Mehrzahl von Liganden, die an einen Teil der substituierten Amidgruppen gebunden sind.
17. Matrix nach Anspruch 16, worin jeder der Liganden eine bioselektive Affinitätsgruppe enthält.
18. Matrix nach Anspruch 17, worin die bioselektive Affinitätsgruppe eine Nukleinsäure, ein Polynukleotid, Monosaccharid, Polysaccharid, Lipid, eine Aminosäure, ein Peptid, Protein, Hormon, Vitamin, einen metabolischen Cofaktor, ein Medikament, Antibiotikum oder eine Kombination davon umfaßt.
19. Matrix nach Anspruch 17, worin jeder der Liganden ein Verknüpfungsmolekül aufweist, das zwischen der substituierten Amidgruppe und der biolselektiven Affinitätsgruppe angeordnet ist.
20. Matrix nach Anspruch 1, worin Moleküle des Polymeren mit anderen solchen Molekülen vernetzt sind.
21. Matrix nach Anspruch 20, worin die substituierte Amidgruppen N-Methylolamidgruppen sind und worin das Vernetzen durch ein Methylenbisamid erfolgt.
22. Hergestellter Gegenstand, enthaltend die Matrix nach Anspruch 1.
23. Gegenstand nach Anspruch 22, worin mindestens ein Teil des Äußeren des Gegenstandes die hydrophile Oberfläche der Matrix aufweist.
24. Gegenstand nach Anspruch 22, worin die hydrophile Oberfläche der Matrix Poren umgrenzt.
25. Gegenstand nach Anspruch 24, worin der Gegenstand porös ist.
26. Gegenstand nach Anspruch 25, worin der Gegenstand ein Filter, eine Membran, eine Perle, ein nicht-sphärisches Teilchen, eine Hohlfaser, eine feste Faser, ein Stab, eine textile Fläche, ein Sieb bzw. Filtersieb oder Trennmedium ist.
27. Gegenstand nach Anspruch 22, worin der Gegenstand eine poröse Membran ist, das Polymere Acrylnitril oder Methacrylnitril umfaßt und die substituierten Amidgruppen N-Methylolamidgruppen sind.
28. Gegenstand nach Anspruch 27, worin die Moleküle des Polymeren mit anderen solchen Molekülen vernetzt sind.
29. Gegenstand nach Anspruch 22, worin der Artikel nicht porös ist.
30. Gegenstand nach Anspruch 29, worin der Gegenstand eine Perle, ein nicht-sphärisches Teilchen, eine Hohlfaser, eine feste Faser, ein Stab, eine Folie oder ein Trennmedium ist.
31. Gegenstand nach Anspruch 29, worin das Polymere Acrylnitril oder Methacrylnitril umfaßt und die substituierten Amidgruppen N-Methylolamidgruppen sind.
32. Gegenstand nach Ansprüch 31, worin die Moleküle des Polymeren mit anderen solchen -Molekülen vernetzt sind.
33. Verfahren zum Herstellen einer Matrix mit einer hydrophilen Oberfläche, welches das Behandeln von Molekülen eines nitrilhaltigen Polymeren derart umfaßt, daß nur auf der Oberfläche der Matrix ausreichend ungeladene, substituierte Amidgruppen bereitgestellt werden, um die Oberfläche hydrophil zu machen, worin die substituierten Amidgruppen bei neutralem oder nahe neutralen pH-Werten ungeladen sind oder eine Ladung aufweisen, die durch Veränderung des umgebenden Milieus induziert wird.
34. Verfahren nach Anspruch 33, worin das Behandeln das In- Kontakt-Bringen der Moleküle des Polymeren mit einem Aldehyd oder einer aldehyderzeugenden Verbindung umfaßt.
35. Verfahren nach Anspruch 34, worin das Polymere mit Formaldehyd in Kontakt gebracht wird.
36. Verfahren nach Anspruch 34, worin die aldehyderzeugende Verbindung Dimethoxymethan, Trioxan oder Paraformaldehyd umfaßt.
37. Verfahren nach Anspruch 34, worin das In-Kontakt-Bringen mit dem Aldehyd oder der aldehyderzeugenden Verbindung in Gegenwart eines Katalysators ausgeführt wird.
38. Verfahren nach Anspruch 37, worin der Katalysator eine Säure oder eine säureerzeugende Substanz umfaßt.
39. Verfahren nach Anspruch 38, worin der Katalysator eine Säuremischung umfaßt.
40. Verfahren nach Anspruch 39, worin die Säuremischung eine starke Säure und eine schwache Säure umfaßt.
41. Verfahren nach Anspruch 40, worin der Hydrophilie-Grad der hydrophilen Oberfläche durdh das Verhältnis der Konzentrationen der starken Säure, der schwachen Säure und des Aldehyds oder der aldehyderzeugenden Verbindung eingeregelt wird.
42. Verfahren nach Anspruch 38, worin die Säure oder säureerzeugende Substanz Essigsäure, Salzsäure, Phosphorsäure, Schwefelsäure, eine Alkylschwefelsäure, eine Alkylsulfonsäure, eine Halogensulfonsäure, Bortrifluorid oder Aluminiumchlorid ist.
43. Verfahren nach Anspruch 42, worin die Säure oder säureerzeugende Substanz Essigsäure, Schwefelsäure oder Salzsäure ist.
44. Verfahren nach Anspruch 38, worin die Geschwindigkeit der Herstellung der Matrix durch Einregelung der Stärke oder Konzentration der Säure oder säurebildenden Substanz eingeregelt wird.
45. Verfahren nach Anspruch 33, worin die Matrix in Form eines porösen Gegenstandes erzeugt wird.
46. Verfahren nach Anspruch 45, worin der Gegenstand eine Membran ist.
47. Verfahren nach Anspruch 33, worin die Matrix in Form eines nicht porösen Gegenstandes erzeugt wird.
48. Verfahren nach Anspruch 33, worin die substituierten Amidgruppen N-Methylolamidgruppen umfassen.
49. Verfahren nach Anspruch 33, welches weiterhin das In- Kontakt-Bringen der hydrophilen Oberfläche mit Reaktionspartnern umfaßt, die in der Lage sind, eine Mehrzahl von Liganden zu liefern, so daß die Liganden an einen Teil der substituierten Amidgruppen gebunden werden.
50. Verfahren nach Anspruch 49, worin jeder der Ligaüden eine bioselektive Affinitätsgruppe ist und eine Nukleinsäure, ein Polynukleotid, Monosaccharid, Polysaccharid, Lipid, eine Aminosäure, ein Peptid, Protein, Hormon, Vitamin, einen metabolischen Cofaktor, ein Medikament, Antibiotikum oder eine Kombination davon umfaßt.
51. Verfahren nach Anspruch 33, worin die substituierten Amidgruppen einiger der Polymermoleküle auf der hydrophilen Oberfläche der Matrix mit substituierten Amidgruppen anderer Polyrnermoleküle auf der hydrophilen Oberfläche der Matrix vernetzt sind.
52. Verfahren nach Anspruch 34, worin das In-Kontakt-Bringen durch Eintauchen des Polymeren in ein Reagenz-Bad bewirkt wird, das den Aldehyd oder die aldehyderzeugende Verbindung enthält.
53. Verfahren nach Anspruch 52, worin das Polymere mit einer formaldehyderzeugenden Verbindung in Kontakt gebracht wird, wobei das In-Kontakt-Bringen in Gegenwart einer Säure bewirkt wird, das Polymere ein Monomeres vom Acrylnitril-Typ umfaßt und die substituierten Amidgruppen N-Methylolamidgruppen sind.
54. Verfahren nach Anspruch 53, worin die Matrix in Form eines porösen Gegenstandes erzeugt wird, die hydrophile Oberfläche der Matrix Poren umgrenzt, das Eintauchen einige Minuten bis etwa 24 Stunden lang erfolgt und die Temperatur des Reagenz- Bades im Bereich von 10ºC bis 60ºC liegt.
55. Matrix, hergestellt nach dem Verfahren von Anspruch 33.
56. In Verfahren der Filtration, Ultrafiltration, Mikrofiltration, reversen Osmose, Dialyse, Pervaporation oder des Siebens die Verbesserung, die die Verwendung des Gegenstandes nach Anspruch 22 umfaßt.
57. In Verfahren der Affinitätschromatographie, Affinitätsreinigung, Affinitätstrennung oder Affinitätsadsorption die Verbesserung, die die Verwendung des Gegenstandes nach Anspruch 22 umfaßt.
58. Modifizierter hergestellter Gegenstand, umfassend einen Gegenstand und die Matrix nach Anspruch 1, wobei die Matrix zumindest einen Teil des Äußeren des Gegenstandes bedeckt.
59. Modifizierter Gegenstand nach Anspruch 58, worin mindestens ein Teil des Äußeren des modifizierten Gegenstandes die hydrophile Oberfläche der Matrix enthält.
60. Modifizierter Gegenstand nach Anspruch 59, worin der Gegenstand eine Membran ist, das Polymere ein Monomeres vom Acrylnitril-Typ umfaßt und die substituierten Amidgruppen N- Methylolamidgruppen sind.
61. Verfahren zum Herstellen eines modifizierten Gegenstandes, welches das Formen eines Gegenstandes, in welchem zumindest ein Teil des Äußeren des Gegenstandes Moleküle eines nitrilhaltigen Polymeren enthält, und das Behandeln des so gebildeten Gegenstandes derart umfaßt, daß nur auf der Außenfläche des Gegenstandes ausreichend ungeladene, substituierte Amidgruppen vorhanden sind, um die Außenfläche hydrophil zu machen, wobei die substituierten Amidgruppen bei neutralem oder nahe neutralen PH-Werten ungeladen sind oder eine Ladung aufweisen, die durch Veränderung des umgebenden Milieus induziert wird.
62. Verfahren nach Anspruch 61, worlii das Behandeln das In- Kontakt-Bringen des Gegenstandes mit einem Aldehyd oder einer aldehyderzeugenden Verbindung umfaßt.
63. Verfahren nach Anspruch 62, worin das In-Kontakt-Bringen mit dem Aldehyd oder der aldehyderzeugenden Verbindung in Gegenwart eines Katalysators ausgeführt wird.
64. Verfahren nach Anspruch 63, worin der Katalysator eine Säure oder eine säureerzeugende Substanz oder eine Säuremischung umfaßt.
65. Verfahren nach Anspruch 61, welches weiterhin das In- Kontakt-Bringen der hydrophilen Außenfläche mit Reaktionspartnern umfaßt, die in der Lage sind, eine Mehrzahl von Liganden zu liefern, so daß die Liganden an einen Teil der substituierten Amidgruppen gebunden werden.
66. Modifizierter Gegenstand, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 61.
67. In Verfahren der Filtration, Ultrafiltration, Mikrofiltration, reversen Osmose, Dialyse, Pervaporation oder des Siebens die Verbesserung, die die Verwendung des modifizierten Gegenstandes nach Anspruch 58 umfaßt.
68. In Verfahren der Affinitätschromatographie, Affinitätsreinigung, Affinitätstrennung oder Affinitätsadsorption die Verbesserung, die die Verwendung des modifizierten Gegenstandes nach Anspruch 58 umfaßt.
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