DE60110808T2 - Temperatursensibler polymer/polymer-komplex - Google Patents

Temperatursensibler polymer/polymer-komplex Download PDF

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Description

  • Diese Erfindung betrifft einen temperaturempfindlichen Interpolymerkomplex, der für Trennmittel, immobilisierte Enzyme, denaturierte Proteinmodifizierer, Trennverfahren oder die Aufkonzentrierung von Mikroorganismen, die Reinigung oder Aufkonzentrierung von Nukleinsäuren, Wirkstoff freisetzende Mikrokapseln und dgl. eingesetzt werden kann.
  • <Stand der Technik>
  • Polyethylenoxid (PEO), Polyacrylamid (PAAm), Polyacrylsäure (PAAc) oder Polymethacrylsäure (PMAAc), welches wasserlösliche Polymere sind, lösen sich in Wasser als wäßrige Lösung innerhalb eines optionalen Temperaturbereichs. Jedoch wurde von Yoshihito Nagata und Tasuku Saito in Nippon Kagaku Kaishi (Journal of the Japanese Chemical Society), 1, 171 (1976) beschrieben, daß eine gemischte wäßrige Lösung aus PEO mit PAAc oder PMAAc einen Interpolymerkomplex unter sauren Bedingungen bildet, und der Komplex zeigt eine untere kritische Lösungstemperatur (LCST) in der wäßrigen Lösung.
  • Andererseits wurde von D.J. Eustance et al. beschrieben (J. Appl. Polym. Sci., 35, 707 (1988)), daß eine gemischte wäßrige Lösung aus PAAm mit PAAc einen Interpolymerkomplex unter sauren Bedingungen bildet, und der Komplex zeigt eine obere kritische Lösungstemperatur (UCST).
  • Jedoch bilden die oben gezeigten Polymere Interpolymerkomplexe mit Polyacrylsäure (PAAc) oder Polymethacrylsäure (PMAAc), welches Polyelektrolyte sind, aber die Interpolymerkomplexe werden nicht unter neutralen bis alkalischen Bedingungen aufgrund der Dissoziation der Carboxyl-Gruppen der Polyelektrolyte gebildet, so daß der Anwendungsbereich beschränkt ist.
  • Entsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Technik zu finden, durch die Interpolymerkomplexe, die temperaturempfindlich sind, selbst unter neutralen bis alkalischen Bedingungen gebildet werden können.
  • <Offenbarung der Erfindung>
  • Wir haben jetzt einen Versuch unternommen, einen Interpolymerkomplex zwischen nichtionischen Polymeren zu bilden, und fanden als Ergebnis, daß ein Interpolymerkomplex zwischen nichtionischen wasserlöslichen Polymeren gebildet werden kann, was zum Erreichen der Erfindung führte. Das heißt die Erfindung umfaßt die folgenden Konstruktionen.
    • (1) Ein temperaturempfindlicher Interpolymerkomplex, der Thermoempfindlichkeit in einer wäßrigen Lösung zeigen kann und ein Poly-N-acetylacrylamid und Polyethylenglykol enthält.
    • (2) Ein temperaturempfindlicher Interpolymerkomplex, der Thermoempfindlichkeit in einer wäßrigen Lösung zeigen kann und ein Poly-N-acetylacrylamid und Polyacrylamid oder Polymethacrylamid enthält.
    • (3) Ein temperaturempfindlicher Interpolymerkomplex, der Thermoempfindlichkeit in einer wäßrigen Lösung zeigen kann und Polyvinylalkohol und Polyethylenglykol enthält.
    • (4) Ein temperaturempfindlicher Interpolymerkomplex, der Thermoempfindlichkeit in einer wäßrigen Lösung zeigen kann und Polyvinylalkohol und Polyacrylamid oder Polymethacrylamid enthält.
    • (5) Der temperaturempfindliche Interpolymerkomplex, der oben in (1) oder (2) beschrieben wird, worin das Poly-N-acetylacrylamid ein Copolymer aus N-Acetylacrylamid mit einem hydrophilen oder hydrophoben Monomer ist. Da der zuvor genannte Interpolymerkomplex der Erfindung Temperaturempfindlichkeit selbst unter neutralen bis alkalischen Bedingungen zeigen kann, ist sein Anwendungsbereich stark erweitert, so daß er zum Beispiel durch Bindung eines Liganden mit der Fähigkeit zur Erkennung von Molekülen in breiter Weise für Trennmittel, Testreagenzien, immobilisierte Enzyme, denaturierte Proteinmodifizierer, Trennverfahren oder die Aufkonzentrierung von Mikroorganismen, die Reinigung oder Aufkonzentrierung von Nukleinsäuren, Wirkstoff freisetzende Mikrokapseln und dgl. eingesetzt werden kann. Somit umfaßt die Erfindung ferner die folgenden Konstruktionen.
    • (6) Der temperaturempfindlich Interpolymerkomplex, der in einer der oben genannten Ziffern (1) bis (5) beschrieben wird, worin ein Ligand mit der Fähigkeit zur Erkennung von Molekülen an wenigstens einen Vertreter aus dem Poly-N-acetylacrylamid, Polyvinylalkohol, Polyethylenglykol, Polyacrylamid und Polymethacrylamid gebunden ist.
    • (7) Ein Trennmittel, das den temperaturempfindlichen Interpolymerkomplex verwendet, der oben unter Ziffer (6) beschrieben wird.
  • <Beste Ausführungsform der Erfindung>
  • Besonders veranschaulichend zeigt eine Mischung aus dem Poly-N-acetylacrylamid und Polyethylenglykol oder eine Mischung aus einem Copolymer aus N-Acetylacrylamid mit einem hydrophilen oder hydrophoben Monomer und Polyacrylamid oder Polymethacrylamid gemäß der Erfindung eine obere kritische Lösungstemperatur (UCST) in einer wäßrigen Lösung. Das heißt sie bildet einen Interpolymerkomplex bei einer Temperatur, die gleich oder niedriger als die UCST ist. Insbesondere besitzt sie eine Entmischungsfähigkeit.
  • Auch zeigt eine Mischung aus dem Poly-N-acetylacrylamid und Polyacrylamid oder Polymethacrylamid eine untere kritische Lösungstemperatur (LCST) in einer wäßrigen Lösung. Das heißt sie bildet einen Interpolymerkomplex bei einer Temperatur, die gleich oder höher als die LCST ist.
  • Zusätzlich zeigt eine Mischung aus Polyvinylalkohol und Polyacrylamid und Polymethacrylamid oder eine Mischung aus Polyvinylalkohol und Polyethylenglykol sowohl eine UCST als auch eine LCST in einer wäßrigen Lösung. Das heißt sie bildet einen Interpolymerkomplex bei einer Temperatur, die gleich oder niedriger als die UCST und gleich oder höher als die LCST ist, und besitzt Entmischungsfähigkeit.
  • Als das zuvorgenannte hydrophile Monomer, das mit N-Acetylacrylamid copolymerisiert wird, können exemplarisch Acrylamid, Methacrylamid, N-Mettylacrylamid, N-Ethylacrylamid, N,N-Dimethylacrylamid, Allylalkohol und dgl. angegeben werden. Auch können als das hydrophobe Monomer, das mit N-Acetylacrylamid copolymerisiert wird, ein Acrylsäureester, ein Methacrylsäureester, Styrol, ein N-Alkylacrylamid (bevorzugt mit einem Alkyl mit 3 oder mehr Kohlenstoffatomen), Vinylchlorid, Ethylen, Propylen und dgl. exemplarisch angegeben werden.
  • Es ist wünschenswert, daß das zuvor genannte hydrophile oder hydrophobe Monomer in einem Copolymerisationsverhältnis von 0,5 bis 80 % verwendet wird, insbesondere in einem Copolymerisationsverhältnis von 5 bis 70 %, bezogen auf N-Acetylacrylamid.
  • Erfindungsgemäß bedeutet die LCST (untere kritische Lösungstemperatur) einen Temperaturzustand, bei dem eine Mischung einen gelösten Zustand bei einer angegebenen Temperatur oder weniger beibehält, aber bei der angegebenen Temperatur oder darüber aggregiert, indem es in seiner Lösung unlöslich wird, und die UCST (obere kritische Lösungstemperatur) bedeutet einen Temperaturzustand, bei dem eine Mischung einen gelösten Zustand bei einer angegebenen Temperatur oder darüber beibehält, aber bei der angegebenen Temperatur oder darunter aggregiert, indem es in seiner Lösung unlöslich wird. Das heißt, daß z.B. der Begriff "eine Polymermischung zeigt eine untere kritische Lösungstemperatur (LCST) in einer wäßrigen Lösung" bedeutet, daß sie gleichförmig in der Lösung bei einer angegebenen Temperatur (LCST) oder darunter dispergiert ist, aber aggregiert, indem sie einen Interpolymerkomplex bildet, wenn die Lösungstemperatur auf die angegebene Temperatur (LCST) oder darüber erhöht wird.
  • Das Molekulargewicht des durch die Erfindung erhaltenen Interpolymerkomplexes ist nicht besonders beschränkt und kann optional als Reaktion auf seine Verwendung und dgl. eingestellt werden. Allgemein ist ein Bereich von mehreren 100 bis mehreren Millionen angemessen. Auch ist das Molekulargewicht für jedes Polymer, das den Interpolymerkomplex bildet, nicht besonders beschränkt, aber es ist wünschenswert, daß der Unterschied des Molekulargewichts zwischen den jeweiligen Polymeren, die den Interpolymerkomplex bilden, gering ist. Wenn der Unterschied des Molekulargewichts gering ist, wird ein temperaturempfindlicher Interpolymerkomplex mit guter Thermoempfindlichkeit mit geringeren Übergangstemperaturbreiten von UCST und LCST gebildet.
  • Zusätzlich kann auch die Konzentration jedes Polymers, das in der wäßrigen Lösung gelöst ist, optional als Reaktion auf seine Verwendung eingestellt werden. Eine gute Temperaturreaktion kann bevorzugt bei 0,1 % oder mehr erhalten werden. Auch verursacht im Falle eines Interpolymerkomplexes, der zum Beispiel eine UCST zeigt, eine höhere Konzentration der Polymere in der wäßrigen Lösung eine Tendenz zur Verschiebung der UCST zur Seite der höheren Temperatur.
  • Da die temperaturempfindliche Polymermischung der Erfindung eine UCST oder LCST selbst unter neutralen bis alkalischen Bedingungen zeigt, sind verschiedene Anwendungen möglich. Da insbesondere ein Ligand mit der Fähigkeit zur Erkennung von Molekülen an ein beliebiges der Polymere gebunden werden kann, die die zuvor genannte temperaturempfindliche Polymermischung bilden, kann sie dadurch weithin eingesetzt werden für Trennmittel, Testreagenzien, immobilisierte Enzyme, denaturierte Proteinmodifizierer, Trennverfahren oder die Aufkonzentrierung von Mikroorganismen, die Reinigung oder Aufkonzentrierung von Nukleinsäuren, Wirkstoff freisetzende Mikrokapseln und dgl.
  • Als Ligand mit der Fähigkeit zur Erkennung von Molekülen können Antigene, Antikörper, Biotin und dgl. exemplarisch angegeben werden.
  • <Beispiele>
  • Die Erfindung wird nachfolgend in größerem Detail unter Verweis auf Beispiele beschrieben, aber die Erfindung wird nicht durch diese Beispiele beschränkt. In diesem Zusammenhang wurden in bezug auf die Messung von UCST und LCST in wäßrigen Lösungen diese unter Verwendung der Durchlässigkeit von sichtbarem Licht (550 nm) gemessen. Auch wurden die UCST oder LCST als die Temperatur für 50 % Durchlässigkeit des sichtbaren Lichts definiert.
  • Beispiel 1 (Interpolymerkomplex 1 aus Poly-N-acetylacrylamid und PEG)
  • Wenn 800 mg Poly-N-acetylacrylamid mit einem Molekulargewicht von ca. 13 000 mit 400 mg Polyethylenglykol mit einem Molekulargewicht von ca. 8500 in 10 g gereinigtem Wasser vermischt wurden, wurde ein Interpolymerkomplex gebildet, der eine Trübung zeigte. Wenn dieser Interpolymerkomplex unter einem optischen Mikroskop beobachtet wurde, hatten sich Koazervate mit einem Durchmesser von jeweils ca. 1 μm gebildet.
  • Die so erhaltenen Koazervate zeigten eine UCST in der wäßrigen Lösung, und die Temperatur betrug 51°C sowohl zum Zeitpunkt des Temperaturanstiegs als auch des Temperaturabfalls. In diesem Zusammenhang wurde die Messung der UCST nach Einstellung des pH der wäßrigen Lösung auf 7,4 durchgeführt.
  • Beispiel 2 (Interpolymerkomplex 2 aus Poly-N-acetylacrylamid und PEG)
  • Wenn 800 mg Poly-N-acetylacrylamid mit einem Molekulargewicht von ca. 13 000 mit 800 mg Polyethylenglykol mit einem Molekulargewicht von ca. 8500 in 10 g gereinigtem Wasser vermischt wurden, wurde ein Interpolymerkomplex in Form von Koazervaten gebildet.
  • Die so erhaltenen Koazervate zeigten eine UCST in der wäßrigen Lösung, und die Temperatur betrug 76°C zum Zeitpunkt des Temperaturanstiegs und 80°C zum Zeitpunkt des Temperaturabfalls. In diesem Zusammenhang wurde die Messung der UCST nach Einstellung des pH der wäßrigen Lösung auf 7,4 durchgeführt.
  • Beispiel 3 (Interpolymerkomplex 3 aus Poly-N-acetylacrylamid und PEG)
  • Wenn 1,4 g Poly-N-acetylacrylamid mit einem Molekulargewicht von ca. 13 000 mit 320 mg Polyethylenglykol mit einem Molekulargewicht von ca. 3000 in 10 g gereinigtem Wasser vermischt wurden, wurde in Interpolymerkomplex in Form von Koazervaten gebildet.
  • Die so erhaltenen Koazervate zeigten eine UCST in der wäßrigen Lösung, und die Temperatur betrug 23°C zum Zeitpunkt des Temperaturanstiegs und 10°C zum Zeitpunkt des Temperaturabfalls. In diesem Zusammenhang wurde die Messung der UCST nach Einstellung des pH der wäßrigen Lösung auf 7,4 durchgeführt.
  • Beispiel 4 (Interpolymerkomplex aus Poly-N-acetylacrylamid und Polyacrylamid)
  • Wenn 1,3 q Poly-N-acetylacrylamid mit einem Molekulargewicht von ca. 13 000 mit 1,4 g Polyacrylamid mit einem Molekulargewicht von ca. 14 000 in 10 g gereinigtem Wasser vermischt wurden, wurde ein Interpolymerkomplex gebildet.
  • Der so erhaltene Interpolymerkomplex zeigte eine LCST in der wäßrigen Lösung, und die Temperatur betrug 23°C zum Zeitpunkt sowohl des Temperaturanstiegs als auch des Temperaturabfalls. In diesem Zusammenhang wurde die Messung der LCST nach Einstellung des pH der wäßrigen Lösung auf 7,4 durchgeführt.
  • Beispiel 5 (Interpolymerkomplex 1 aus N-Acetylacrylamid-Acrylamid-(1:2)-Copolymer und Polyacrylamid)
  • Wenn 200 mg eines N-Acetylacrylamid-Acrylamid-(1:2)-Copolymers mit einem Molekulargewicht von ca. 340 000 mit 8 mg Polyacrylamid mit einem Molekulargewicht von ca. 10 000 in 10 g gereinigtem Wasser vermischt wurden, wurde ein Interpolymerkomplex in Form von Koazervaten gebildet.
  • Die so erhaltenen Koazervate zeigten eine UCST in der wäßrigen Lösung, und die Temperatur betrug 35°C zum Zeitpunkt sowohl des Temperaturanstiegs als auch des Temperaturabfalls. In diesem Zusammenhang wurde die Messung der UCST nach Einstellung des pH der wäßrigen Lösung auf 7,4 durchgeführt.
  • Beispiel 6 (Interpolymerkomplex 2 aus N-Acetylacrylamid-Acrylamid-(1:2)-Copolymer und Polyacrylamid)
  • Wenn 400 mg eines N-Acetylacrylamid-Acrylamid-(1:2)-Copolymers mit einem Molekulargewicht von ca. 340 000 mit 16 mg Polyacrylamid mit einem Molekulargewicht von ca. 10 000 in 10 g gereinigtem Wasser vermischt wurden, wurde ein Interpolymerkomplex in Form von Koazervaten gebildet.
  • Die so erhaltenen Koazervate zeigten eine UCST in der wäßrigen Lösung, und die Temperatur betrug 66°C zum Zeitpunkt sowohl des Temperaturanstiegs als auch des Temperaturabfalls. In diesem Zusammenhang wurde die Messung der UCST nach Einstellung des pH der wäßrigen Lösung auf 7,4 durchgeführt.
  • Beispiel 7 (Interpolymerkomplex 3 aus N-Acetylacrylamid-Acrylamid-(1:2)-Copolymer und Polyacrylamid)
  • Wenn 400 mg eines N-Acetylacrylamid-Acrylamid-(1:2)-Copolymers mit einem Molekulargewicht von ca. 340 000 mit 16 mg Polyacrylamid mit einem Molekulargewicht von ca. 10 000 in 10 g PBS-Kochsalzpufferlösung vermischt wurden, wurde ein Interpolymerkomplex in Form von Koazervaten gebildet.
  • Die so erhaltenen Koazervate zeigten eine UCST in der wäßrigen Lösung, und die Temperatur betrug 34°C zum Zeitpunkt sowohl des Temperaturanstiegs als auch des Temperaturabfalls. In diesem Zusammenhang wurde die Messung der UCST nach Einstellung des pH der wäßrigen Lösung auf 7,4 durchgeführt.
  • Beispiel 8 (Interpolymerkomplex aus Polyvinylalkohol und Polyethylenglykol)
  • Wenn 1 g Polyvinylalkohol mit einem Molekulargewicht von ca. 16 000 mit 500 mg Polyethylenglykol mit einem Molekulargewicht von ca. 8000 in 10 g gereinigtem Wasser vermischt wurden, wurde ein Interpolymerkomplex in Form von Koazervaten gebildet.
  • Die so erhaltenen Koazervate zeigten eine UCST in der wäßrigen Lösung, und die Temperatur betrug 42°C zum Zeitpunkt sowohl des Temperaturanstiegs als auch des Temperaturabfalls. In diesem Zusammenhang wurde die Messung der UCST nach Einstellung des pH der wäßrigen Lösung auf 7,4 durchgeführt.
  • Beispiel 9 (Interpolymerkomplex aus Polyvinylalkohol (80 % Hydrolysat) und Polyacrylamid)
  • Wenn 400 mg Polyvinylalkohol (80 % Hydrolysat) mit einem Molekulargewicht von ca. 10 000 mit 400 mg Polyacrylamid mit einem Molekulargewicht von ca. 10 000 in 10 g PBS-Kochsalzpufferlösung vermischt wurden, wurde ein Interpolymerkomplex in Form von Koazervaten gebildet.
  • Die so erhaltenen Koazervate zeigten eine LCST und UCST in der wäßrigen Lösung. Die LCST betrug 35°C zum Zeitpunkt sowohl des Temperaturanstiegs als auch des Temperaturabfalls, und die UCST betrug 84°C zum Zeitpunkt sowohl des Temperaturanstiegs als auch des Temperaturabfalls. In diesem Zusammenhang wurde die Messung der LCST nach Einstellung des pH der wäßrigen Lösung auf 7,4 durchgeführt.
  • Obwohl die Erfindung im Detail und unter Bezugnahme auf ihre spezifischen Ausführungsformen beschrieben wurde, wird es einem Fachmann ersichtlich sein, daß verschiedene Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Umfangs der Ansprüche vorgenommen werden können.
  • Diese Anmeldung beruht auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-252526, eingereicht am 23. August 2000.
  • <Gewerbliche Anwendbarkeit>
  • Die Polymermischung der Erfindung bildet einen Polymerkomplex, der auf die Temperatur reagiert, und zeigt eine UCST und/oder LCST in einer wäßrigen Lösung selbst unter neutralen bis alkalischen Bedingungen.
  • Somit kann Sie durch Binden eines Liganden mit der Fähigkeit zur Erkennung von Molekülen an eine beliebige der Komponenten der Polymermischung weithin für verschiedene Trennmittel, Testreagenzien, denaturierte Proteinmodifizierer, Mittel zur Reinigung von Nukleinsäuren, Wirkstoff freisetzende Mikrokapseln und dgl. eingesetzt werden.

Claims (7)

  1. Temperaturempfindlicher Interpolymerkomplex, der Thermoempfindlichkeit in einer wäßrigen Lösung zeigen kann und ein Poly-N-acetylacrylamid und Polyethylenglycol umfaßt.
  2. Temperaturempfindlicher Interpolymerkomplex, der Thermoempfindlichkeit in einer wäßrigen Lösung zeigen kann und ein Poly-N-acetylacrylamid und Polyacrylamid oder Polymethacrylamid umfaßt.
  3. Temperaturempfindlicher Interpolymerkomplex, der Thermoempfindlichkeit in einer wäßrigen Lösung zeigen kann und Polyvinylalkohol und Polyethylenglycol umfaßt.
  4. Temperaturempfindlicher Interpolymerkomplex, der Thermoempfindlichkeit in einer wäßrigen Lösung zeigen kann und Polyvinylalkohol und Polyacrylamid oder Polymethacrylamid umfaßt.
  5. Temperaturempfindlicher Interpolymerkomplex gemäß Anspruch 1 oder 2, worin das Poly-N-acetylacrylamid ein Copolymer aus N-Acetylacrylamid mit einem hydrophilen oder hydrophoben Monomer ist.
  6. Temperaturempfindlicher Interpolymerkomplex gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, worin ein Ligand mit der Fähigkeit zur Erkennung von Molekülen an wenigstens einen Vertreter aus dem Poly-N-acetylacrylamid, Polyvinylalkohol, Polyethylenglycol, Polyacrylamid und Polymethacrylamid gebunden ist.
  7. Trennmittel, das den temperaturempfindlichen Interpolymerkomplex gemäß Anspruch 6 verwendet.
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