專利名稱:聚合物表面改性及其實(shí)施方法
本發(fā)明從廣義而言為各種聚合物支撐表面提供一種表面改性的方法。主要是通過將一種適宜作改性用的聚合物不可逆地吸附到幾乎整個(gè)支撐膜表面，以便改善膜性能，從而得到新的改性膜。
以前膜改性的操作方法是通過溶劑蒸發(fā)，在膜上沉積一層涂層材料。在這些方法中，要在膜上用改性用材料溶液，然后從膜上除去過量溶劑，最后再將膜干燥以除去殘存溶劑。在某些情況下，為了使作改性的材料分布更均勻，可以加入表面活性劑，這樣改性劑復(fù)蓋在膜上，它的厚度可通過膜上保留的溶液量及改性劑溶液的濃度來確定。為了使涂層穩(wěn)定，可使改性用材料在干燥期間交聯(lián)。這些方法固有的局限性是配制作改性用的材料以獲得足夠薄且在膜上均勻分散的聚合物，此改性用材料又經(jīng)常要在膜表面上濃縮。
圖1表示實(shí)施例4結(jié)合在苯丙?；暇厶巧系募?xì)胞色素C改性的聚砜膜。
圖2表示實(shí)施例14改性膜的結(jié)構(gòu)。
圖3表示聚砜支撐膜溶解后，所得的“簡縮”結(jié)構(gòu)(short structure)。
本發(fā)明廣義而言是為各種聚合物支撐表面提供一種表面改性的方法，它是通過將可作改性用的聚合物不可逆地吸附到支撐表面上，該聚合物應(yīng)具有合乎要求的化學(xué)性能。例如，用象尼龍一類聚合物材料組成的織物，經(jīng)表面改性可增加其吸濕能力，用這種改性織物所做的衣服穿起來更舒適。采用本方法可進(jìn)行表面改性，使本來常用疏水性聚合物材料制成的各種實(shí)驗(yàn)室及醫(yī)用器件具有明顯的親水性，而疏水性聚合物材料對蛋白質(zhì)類物質(zhì)活性是不符要求的。表面改性還可用交聯(lián)的方法使它進(jìn)一步穩(wěn)定。
為了簡要說明本發(fā)明，下面將首先說明半透膜的表面改性，它是通過在半透膜內(nèi)，整個(gè)疏水支撐膜不可逆地吸附一種適當(dāng)?shù)木酆衔锊牧?，在膜的所有表面，而這種聚合物材料具有明顯親水性和/或其他所要求的化學(xué)性能。結(jié)果得到的超濾膜或微量過濾膜，既具有疏水性支撐膜的力學(xué)強(qiáng)度，又具有作表面改性用的親水性聚合物的表面特性。當(dāng)然后面述及的參數(shù)可用于非膜聚合物表面改性。
那些熟悉該技術(shù)的人員公認(rèn)需要表面改性膜。實(shí)際上，某種親水性改性用聚合物對于特殊過濾應(yīng)用具有所要求的化學(xué)性能，卻不具備制成有用膜的必要特性。例如，葡聚糖是親水的，且與蛋白質(zhì)結(jié)合能力差，但未能制成具有一定強(qiáng)度的膜。相反，某一聚合物用于制膜可能是優(yōu)良材料，可是在某些過濾應(yīng)用中，它卻具有某些不合要求的表面相互作用。例如，聚砜膜可高壓減菌，而且具有強(qiáng)度，可是它是疏水的，且有與蛋白質(zhì)在其表面上結(jié)合的趨勢。這樣，本發(fā)明提供的膜表面改性，目的是為了生成一個(gè)親水表面和/或在一個(gè)強(qiáng)度好的疏水膜上形成無蛋白結(jié)合表面;將反應(yīng)活性基團(tuán)引入到一個(gè)活性較差的膜上;以膜的形式形成離子交換膜，反相或親合型支撐物。先前表面涂膜法是與支撐膜的取向有關(guān)，而本方法導(dǎo)致與環(huán)境溶液相接觸的幾乎整個(gè)表面的改性，涂上一層基本上為單分子層的改性用聚合物。
支撐膜基本上由任何一種疏水性聚合物材料制成，這種材料能制成強(qiáng)度較好的膜，尤其用不可逆吸收進(jìn)行表面改性的支撐膜，可以由許多疏水聚合物制成，例如，聚砜、聚醚砜、聚2，6-二甲基-4-苯醚、以及它們的衍生物，聚酰胺、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯等等。當(dāng)然合適的支撐聚合物可能包括上述聚合物混合物和共混物，以及其他疏水性聚合物，尤其適用于做支撐膜的聚合物為聚砜，聚醚砜和聚丙烯。這些膜至少一面應(yīng)該是多孔的，這樣改性同聚合物可以擴(kuò)散通過表面孔隙，以達(dá)到處理膜內(nèi)部之目的。支撐膜可以含有大空隙，也可以不含大孔隙，所謂“不含大孔隙”意思是膜不含有比直接與膜相接觸部分的孔隙大20倍左右的孔。用疏水聚合物制造多孔膜的許多方法為那些膜生產(chǎn)技術(shù)人員所熟知，這些方法包括用非溶劑或溫度換相，以及拉伸微晶膜。用非溶劑換相即將聚合物溶解于某一溶劑中，通過沖膜擠出形成膜片或管膜，然后將擠出的聚合物溶液與一個(gè)液體接觸，該液體對于聚合物為非溶劑，而與溶劑是可混溶的，當(dāng)溶劑被抽提出去后，聚合物溶液膠凝，同時(shí)留下多孔結(jié)構(gòu)。并于某些聚合物在多種溶劑中都不溶(例如聚丙烯)，那么可以用一種成孔材料，當(dāng)它與聚合物在熔融態(tài)混合時(shí)，便形成單相溶液，而在較低溫度下，它不能與聚合物混溶。這樣，一個(gè)含有聚合物與成孔劑的混合熔體，在換相溫度以上的某一溫度，通過沖模將其擠出，擠出物冷卻至低于換相溫度，溶液便膠凝，接著再用蒸發(fā)或洗滌將成孔劑除去。當(dāng)聚合物能夠形成微晶時(shí)，制作多孔膜的另一種方法為，將聚合物熔體在可誘發(fā)形成微晶區(qū)的條件下擠出，然后拉伸結(jié)晶膜，使其在晶區(qū)之間產(chǎn)生許多孔隙。這些技術(shù)在《合成聚合物膜結(jié)構(gòu)透視圖》一書中更詳細(xì)的說明(“Synthetic Polymeric MembranesAstructural Perspectiv”)該書，作者，羅伯特E凱斯廷(Robert E Kesting)，第二版，由威廉-因特賽恩斯(Wiley-Interscience)公司出版(紐約，1985)。
選擇改性用的聚合物材料，應(yīng)考慮到它具有所需要的化學(xué)性能，而且將不可逆地吸附到支撐膜上。用“不可逆吸收”這個(gè)詞意思是指當(dāng)在溶液中某一高分子量的聚合物與表面接觸時(shí)，聚合物就結(jié)合到表面上去，接著開始洗去過量的改性用聚合物，在與吸收條件相似的條件下，已被吸附的聚合物基本上不會脫附。在選擇或合成不可逆吸收的改性用聚合物時(shí)，應(yīng)考慮到以下因素1)要求在表面與每個(gè)聚合物分子之間有相當(dāng)多的結(jié)合位置;2)聚合物分子量越大，它具有的結(jié)合位置數(shù)目就越多，因此它的不可逆結(jié)合能力比分子量小的聚合物更強(qiáng);3)在與開始那步不可逆結(jié)合條件完全不同的情況下，結(jié)合也可能是可逆的，這樣通過尋找一種頂替劑(displacing agent)便可以除去聚合物;4)如果分子量不同的兩種聚合物都可滲入基質(zhì)內(nèi)，那么用分子量大的聚合物而不用分子量小的聚合物。
適于改性用聚合物應(yīng)是非蛋白質(zhì)的，其分子量應(yīng)大于10，000，這樣才能滿足不可逆吸附條件。以實(shí)用觀點(diǎn)來看，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)洗滌2-4天后，仍檢測不出脫附下來的聚合物信號，則這種聚合物便可用于這里所述的表面改性。如果改性用表面不是經(jīng)交聯(lián)穩(wěn)定的，那么改性用聚合物分子量應(yīng)比與被改性表面相接觸的材料的分子量大，以使不致被頂替掉(其他因素相同)。改性用聚合物應(yīng)主要由分子基團(tuán)組成，希望這些基團(tuán)被安在支撐表面上以獲得例如增加親水性。而為了不可逆吸收，它還必須包含足夠數(shù)目的基團(tuán)，能夠與支撐表面相互作用。結(jié)合基團(tuán)應(yīng)從能與膜相互作用的分子中選取。在某些情況下，合乎要求的表面基團(tuán)和結(jié)合基團(tuán)可能是相同的，例如，人們已發(fā)現(xiàn)包含大量羥基的分子不能滿意地從水中吸附到聚砜上。對于聚砜羥基不是好的結(jié)合基團(tuán)，因?yàn)樗荒軡駶櫨垌俊Ａu乙基、羥丙基或苯甲酰基則是良好結(jié)合基團(tuán)，因?yàn)楹羞@些基團(tuán)的小分子是可濕潤，在某些情況下，能增塑或溶解聚砜。至于聚四氟乙烯膜，帶有碳氟型側(cè)基的葡聚糖應(yīng)該是一種適宜的親水性表面改性劑。在結(jié)合基團(tuán)和應(yīng)用于本發(fā)明的疏水性支撐聚合物之間的疏水結(jié)合，有許多優(yōu)點(diǎn)超過了先前提出的方法，這對那些熟悉該技術(shù)的人員將是明顯的。技術(shù)上講授的離子鍵相互作用，對PH和離子強(qiáng)度的變化更敏感，而這種PH和離子強(qiáng)度變化在生物分離過程中經(jīng)常發(fā)生。
要求的結(jié)合基團(tuán)數(shù)目取決于其與支撐膜的結(jié)合強(qiáng)度，如果一個(gè)聚合物含有N個(gè)結(jié)合基團(tuán)，每個(gè)結(jié)合基團(tuán)的結(jié)合常數(shù)為K，那么聚合物的結(jié)合常數(shù)為KN。若KN大于10，000，則過程一般被認(rèn)為是不可逆的，而結(jié)合常數(shù)小于10，000，某些支撐物與改性用材料的結(jié)合則可是不可逆吸收。然而，得到的結(jié)合常數(shù)大大地大于10，000，一般這是合乎要求的，而且也是可能的。
為了確定預(yù)定結(jié)合基團(tuán)的取代程度是否足以導(dǎo)致不可逆吸收到疏水支撐膜上，我們必須估計(jì)該結(jié)合基團(tuán)的結(jié)合能。典型的結(jié)合能數(shù)據(jù)在C.坦福德，約翰 威廉編寫的題目為《疏水效應(yīng)》一書中給出(“The Hydrophobic Effect”by C.Tanford John Wiley(1980))。
結(jié)合能也可以用“蘭格繆爾結(jié)合試驗(yàn)”(Langmuir binding experiment)對準(zhǔn)備用的結(jié)合基團(tuán)從實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行估測。用該法選擇的結(jié)合基團(tuán)在化學(xué)性能上大致與準(zhǔn)備用的結(jié)合基團(tuán)相同，例如，未離子化的苯甲酸可認(rèn)為與葡聚糖上的苯甲酰基非常類似。然而，對于同一基團(tuán)在離子化條件下(如在高PH下)，是否正確，這是值得懷疑的。于是結(jié)合能是通過測量結(jié)合到支撐膜上結(jié)合基團(tuán)的量(是濃度的函數(shù))來測定的，其他參數(shù)如溫度、PH或體系中加入的第三組分也可以研究。這些數(shù)據(jù)將決定個(gè)別結(jié)合基團(tuán)的結(jié)合強(qiáng)度，同時(shí)可以用來確定上述適宜的改性同聚合物的特定組成。
例如，如果我們選了一個(gè)分子量為40，000的葡聚糖，它的每個(gè)分子包含有224個(gè)葡萄糖單元，每隔十個(gè)葡萄糖單元帶有一個(gè)苯丙?；敲锤男詣┚酆衔锟赡芸偣灿?2個(gè)苯丙?；８鶕?jù)苯丙氨基酸的R-基團(tuán)已報(bào)導(dǎo)的數(shù)值(-2.5千卡，C.Tanford著The Hydrophobic Effect”)可以對疏水表面的單個(gè)苯丙?；慕Y(jié)合能進(jìn)行估算。在25℃對于每個(gè)苯丙?；慕Y(jié)合常數(shù)為e×p(4.16)＝64。5，因此對于每個(gè)聚合物分子的結(jié)合常數(shù)為64。522＝1040。這個(gè)數(shù)值比上述規(guī)定的10，000這個(gè)結(jié)合常數(shù)限定值要大得多。結(jié)合常數(shù)大表明如果結(jié)合基團(tuán)可以分配到疏水支撐材料中去，則該聚合物應(yīng)是適宜的改性用聚合物。用“分配”(Partitioning)的意思是指結(jié)合基團(tuán)從本體相移到支撐膜上或支撐膜內(nèi)。在某些情況下，由于支撐材料的聚合物鍵遷移能力增加(如提高溫度)，結(jié)合基團(tuán)的分配作用也可能隨之增強(qiáng)。吸收到結(jié)晶支撐聚合物(如聚丙烯)的吸收作用應(yīng)只與表面性質(zhì)及無定形區(qū)有關(guān)，除非在低于支撐聚合物熔點(diǎn)溫度，那時(shí)結(jié)合基團(tuán)可以插到晶體結(jié)構(gòu)中去。
可供選擇的結(jié)合基團(tuán)包括那些對支撐膜聚合物有增塑作用的小分子，增塑劑就是能降低聚合物玻璃化溫度(Tg)的試劑。Tg的測定見下述文獻(xiàn)，村山(Takayuki Murayama)，Polymer Engineering and Science，1982年8月，第22卷，NO.12，788-791頁。簡單地說，對于無定形聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是通過熱膨脹系數(shù)發(fā)生實(shí)質(zhì)性變化和/或突變來確定的，該變化發(fā)生的溫度即為聚合物的Tg。
當(dāng)分子吸附到膜的顯露表面時(shí)，還應(yīng)考慮到另外一個(gè)因素，即改性用聚合物大小與膜孔徑大小的關(guān)系。顯然，把一個(gè)分子量為100，000的膜切割段放到分子量為100，000的改性用聚合物中，可能導(dǎo)致膜基本上完全被蓋堵。還應(yīng)考慮的一個(gè)因素，即象改性葡聚糖這樣的無規(guī)線團(tuán)分子，當(dāng)它吸附到某一表面上后，可能被“壓偏”了(flatten out)，因此它在表面上的尺寸要比在溶液時(shí)的尺寸小。于是需要對具有某一孔徑膜使用的聚合物最大分子量進(jìn)行近似估算。從經(jīng)驗(yàn)來看，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果對于純水，膜的滲透性沒有明顯下降(也即＜30%)，那么無規(guī)線團(tuán)分子的流體力學(xué)半徑小于或等于1/5的膜孔徑，則可用于改性過程。更大的分子也可用于改性，然而少量結(jié)合上的聚合物會大大降低膜的滲透性(即與未改性膜相比，減少40%或更多)。這種情況在有些特殊應(yīng)用中或許是合乎需要的，辟如要求一個(gè)比較厚的改性表面，或者非特定的蛋白質(zhì)吸收到未改性的疏水支撐膜上，這樣可能使?jié)B透性減少的程度比改性劑更顯著。這些觀察到的現(xiàn)象連同用電子顯微鏡檢測以下不同分子量聚合物改性的膜，可得到如下結(jié)果，改性用層的厚度基本上與改性用聚合物的大小為同一數(shù)量級(例如，對分子量為40，000至4，000，000的葡聚糖，厚度為10-100毫微米)。
人們已發(fā)現(xiàn)經(jīng)改性處理整個(gè)膜壁是均勻的，而且改性用聚合物基本上以單分子層沉積在整個(gè)待冷膜的表面上，且已有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)是只作膜的外表面處理，(Ind.Eng.Chem.Prod.Res.Dev.‘19’573-580(1980))。這很容易得到證明，經(jīng)交聯(lián)(這在以后會講到)后，用適當(dāng)?shù)娜軇┤芙庵文?，為的是以“蛇皮?snake skin)或“空胞”(ghost)形式保留改性用材料，空胞結(jié)構(gòu)的顯微鏡檢測表明，它與原膜一樣，同時(shí)它還包含支撐膜內(nèi)部及表面的特性。
雖然極大多數(shù)可溶性聚合物當(dāng)與一表面接觸時(shí)，表現(xiàn)出某種“非特定結(jié)合”(nonspecific binding)，但是這種結(jié)合不都足以交聯(lián)。充分結(jié)合以使交聯(lián)，通常可以用下列一般規(guī)則得到，這些規(guī)則為疏水的，離子交換，反相，共價(jià)色譜和親合色譜所遵循。例如一個(gè)疏水聚合物與疏水膜相結(jié)合要比親水聚合物強(qiáng);在親水聚合物上的疏水基團(tuán)將有利于與疏水表面相互作用，如蘭葡聚糖(疏水基∶親水基為1∶57)，或苯丙?；暇厶?比為1∶10)與聚砜膜的作用。從親合色譜知道，“鏈索”(leash)或“間隔基臂”(Spacer arm)對于加強(qiáng)改性用聚合物上的結(jié)合基與膜之間相互作用或許是必要的。
結(jié)合到膜上的活性基團(tuán)可以進(jìn)一步用于表面改性反應(yīng)，應(yīng)用對纖維素樹脂建立起來的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)方法，可將含有羥基聚合物改性的膜進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子交換膜。例如，氯乙酸可以在堿性條件下加到改性膜中，以獲得陽離子交換膜。用同樣化學(xué)方法將胺基結(jié)合到改性劑上以形成交聯(lián)改性層。例如，丙二胺的一個(gè)氨基將與乙二醇二環(huán)氧甘油醚(EDGE)反應(yīng)，留下的一個(gè)自由伯胺連到改性劑上以備后用。最后，使生物活性材料(例如，蛋白質(zhì)，親合配位體，酶)固定到葡聚糖，瓊脂糖和其他膠型支撐物上所采用的化學(xué)方法，也能用于適宜的表面改性膜。主要考慮是與表面改性劑一致的試劑和反應(yīng)條件必須不與形態(tài)學(xué)相矛盾，或者不降低支撐膜的關(guān)鍵滲透性。對于用蘭葡聚糖(分子量為2-3×106的葡聚糖，每57個(gè)葡聚糖重復(fù)單元便有大約一個(gè)汽巴克龍(cibacron)蘭色染料分子)涂層的聚砜和/或聚丙烯膜作進(jìn)一步改性，適用的化合物有溴化氰，雙環(huán)氧乙烷，高碘酸氧化，碳化二亞胺(carbodiimide)，羥基丁二酰亞胺，氯甲酸酯(只適于聚丙烯)。另外，表面改性用的聚合物，包括在涂布支撐膜以前，只要存在反應(yīng)基團(tuán)，那么所要求的反應(yīng)基團(tuán)不會影響改性用聚合物的結(jié)合基團(tuán)分配到支撐膜內(nèi)或膜上。
對于某一支撐膜，一旦改性用聚合物被確定，那么為了從本方法獲得最佳結(jié)果，當(dāng)支撐膜受到改性用聚合物作用時(shí)，其作用條件是十分重要的。一個(gè)重要參數(shù)是在溶液中與支撐膜相接觸的改性用聚合物的濃度。隨著改性溶液中聚合物濃度的增加，沉積到膜上的聚合物量也增加，一直至達(dá)到某一平穩(wěn)值為止，通常對于分子量為40，000的改性葡聚糖該值約為10%重量體積比(W/V)，對于分子量為3，000，000的改性葡聚糖為5%W/V。這樣，用于該膜的改性用聚合物量是可以控制的。所用聚合物量越少導(dǎo)致膜物理性質(zhì)變化也越小。尤其，我們發(fā)現(xiàn)膜的純水滲透性減少與結(jié)合材料的量，在結(jié)合曲線的起始部分呈線性關(guān)系。然而，那些熟悉該技術(shù)的人員將會看到，形成膜的所有物理參數(shù)所受影響的程度是不同的，同時(shí)吸附到表面的改性用聚合物適宜量將取決于膜的最終應(yīng)用。例如，我們已發(fā)現(xiàn)用于阻止蛋白質(zhì)與聚砜結(jié)合所要求的改性用聚合物羥丙基纖維素用量，比欲生成迅速再潤濕膜要求的量少得多。
本發(fā)明提供的方法，在表面改性用聚合物存在下，支撐膜不必干燥，此外，由于采用不可逆吸收促使改性用聚合物的均勻沉積。用“均勻”這個(gè)詞意思是改性用聚合物基本上以單分子層沉積在與它相接觸的支撐膜幾乎整個(gè)表面。均勻程度可由顯微鏡法和/或化學(xué)法來測定。常常由紡絲過程(將膜浸在甘油中，干燥同時(shí)適當(dāng)?shù)卦傥?，所得到的疏水膜是完全水合的。于是將疏水膜浸在一個(gè)改性用聚合物的水溶液中，該溶液的重量體積比最好為0.1-10%(M/V)左右。其濃度將取決于所用改性用聚合物及膜的孔隙度，吸收時(shí)間應(yīng)足以達(dá)到平穩(wěn)。親水性膜可直接放入改性劑溶液或在涂布前再進(jìn)行水合。
有時(shí)候采用加熱以利于改性用聚合物與支撐膜結(jié)合。在這些情況下，將膜和改性用聚合物溶液加熱到大約40℃至100℃之間的某一溫度會有助于此種結(jié)合，最好是加熱的溫度范圍為60℃至80℃左右。另外也可以通過基質(zhì)物的脫氣來增強(qiáng)改性用聚合物的結(jié)合，基質(zhì)膜脫氣只需將膜經(jīng)真空處理即可很易完成，此真空要足以促使截留氣脫去。我們認(rèn)為在極大多數(shù)情況下，真空度大約為26-28英吋汞高，在室溫下約用2至4小時(shí)，基質(zhì)膜脫氣就足夠了。如果減少真空(即低于26英吋汞高)，那么必須延長時(shí)間。提高溫度可以加速脫氣過程，但要求在此溫度下對膜無損害。
然后將所得的改性膜用過量溶劑(即改性用溶液減去改性用聚合物)洗滌，為了除去過量未發(fā)生相互作用的聚合物，最好洗大約5-24小時(shí)。最后產(chǎn)物是由支撐聚合物組成的膜，整個(gè)膜表面吸收了一層非常薄而且甚至從分子數(shù)量級來看也相信是均一的改性用聚合物。如果由于某種原因，吸附的聚合物量不夠，則膜還可以用更高濃度的改性用聚合物溶液進(jìn)行處理;相反如果吸附的聚合物太多，則可用頂替劑(參看實(shí)施例14)除去多余的改性用聚合物，并將膜進(jìn)行重新處理。
聚合物和膜的等溫吸附線可以表明單層還是多層結(jié)合，也可以用來測定膜表面上改性用聚合物分子的密度。該方法也可用來測定各種物理參數(shù)的作用(即改性用聚合物濃度、離子強(qiáng)度、PH、介電常數(shù)等等)，這些參數(shù)又可以用來改變被吸附的改性用聚合物表面密度。用這種方式改性的支撐膜可以吸附具有改性用聚合物特性的表面，例如用蘭葡聚糖改性的疏水聚砜膜可成為親水的。這已由下述事實(shí)說明，即它們可被再潤濕及可通過一個(gè)按布羅克(Brock)在“膜過濾使用者指南和參考方法”所精心設(shè)計(jì)的“泡點(diǎn)試驗(yàn)(bubble point test)(見“Membrane FiltrationUser′s Guide and Reference Manual”Science Tech，Inc(1983))。用聚乙烯醇改性的疏水聚丙烯支撐膜變成親水性的，表現(xiàn)出對蛋白質(zhì)的結(jié)合減弱，不然蛋白質(zhì)會強(qiáng)烈地與未改性聚丙烯膜結(jié)合;用含有表面羥基的蘭葡聚糖改性的聚丙烯膜，可用于交聯(lián)及其他化學(xué)反應(yīng)，而未改性的聚丙烯膜卻沒有這些特性。
用這種方式改性的膜可以放置幾個(gè)月仍保持穩(wěn)定，然而改性用聚合物在適當(dāng)條件下可予以除去(例如在0.5%十二烷基硫酸鈉洗滌劑中，煮沸蘭葡聚糖改性的聚砜，便可除去改性用聚合物)。對于本發(fā)明的許多具體說明，最好是將改性用聚合物交聯(lián)成穩(wěn)定的改性表面。在極大多數(shù)情況下，寧可用化學(xué)交聯(lián)劑，那么熟悉本技術(shù)的人員認(rèn)為交聯(lián)還可通過其他方法來完成，如輻射和加熱，這要取決于改性用聚合物的化學(xué)組分。對于水溶性、含羥基改性用聚合物，適宜的交聯(lián)條件為用環(huán)氧氯丙烷或乙二醇二環(huán)氧甘油醚(EGDE)濃度分別為1-3%及1-10%體積比(V/V)的1N NaOH溶液。由于EGDE能在較高溶液濃度(至少10%V/V)促使交聯(lián)，而不被不溶的交聯(lián)劑所損害疏水的聚合物膜，是優(yōu)于其他交聯(lián)劑的。交聯(lián)后，在能除去未交聯(lián)改性劑的條件下，表面改性劑是穩(wěn)定的，除非該條件促使改性用聚合物化學(xué)降解或發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。為了得到穩(wěn)定的交聯(lián)，吸附用聚合物必須以足夠高的密度存在，為的是使在膜上毗鄰的聚合物分子間相接觸。
若改性膜將在有強(qiáng)頂替劑的條件下使用時(shí)，交聯(lián)之后的膜應(yīng)該用這些試劑洗滌，以除去未交聯(lián)的聚合物。這種情況，在親合性膜的應(yīng)用中很可能遇到。
測定交聯(lián)程度，可以采用除去未交聯(lián)的表面改性用聚合物的方法(如熱洗滌劑)或者采用將膜溶解于支撐材料的良好溶劑中的方法。在這些條件下，已交聯(lián)的改性用聚合物應(yīng)該是穩(wěn)定的。否則，應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)直到獲得理想的產(chǎn)物。例如，將經(jīng)交聯(lián)的羥丙基纖維改性的聚砜膜溶于氯仿，氯仿不溶解的部分就形成了“蛇皮”或“空胞”結(jié)構(gòu)，而生成改性的表面。用顯微鏡測定這些結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明，“空胞”與原有膜的整個(gè)表面結(jié)構(gòu)是一模一樣的，包括所有可以接觸到改性用聚合物溶液的內(nèi)表面。見實(shí)施例14。
通過表面改性得到的膜有多種用途。經(jīng)改性后具有親水性，非離子性表面的膜呈現(xiàn)出低的吸收蛋白質(zhì)能力。這種膜的用途之一，是用于以空心絲作基礎(chǔ)的哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器的開發(fā)研究。在這種情況下，蛋白質(zhì)吸收將導(dǎo)致降低膜的性能，同時(shí)也損失由哺乳動(dòng)物細(xì)胞產(chǎn)生的蛋白質(zhì)產(chǎn)物。親水性聚合物改性膜的另一用途是制備一種親水膜。市上出售的許多用于水體系的疏水膜，是用一種聚合物濕潤劑浸潤的，在使用之前，必須將其洗掉。在洗掉濕潤劑之后，膜不能再被干燥和再濕潤，從這個(gè)意義上來說，被不可逆結(jié)合的改性用聚合物就象一種“永久的濕潤劑”一樣，因?yàn)樗粫哪ど媳幌疵?，因而膜是可以被干燥和多次再潤濕的。低蛋白質(zhì)結(jié)合膜在那些必須過濾蛋白質(zhì)溶液的生物學(xué)研究中有許多用處。過去，解決蛋白質(zhì)結(jié)合的問題的辦法之一是使用保護(hù)劑(blocking agent)(例如白蛋白或低分子量聚乙二醇)。用該方法存在的問題是，保護(hù)劑不穩(wěn)定，而且會給過濾物帶入污染物質(zhì)。(見Millipore Technical Brief＃TB004)從這個(gè)意義上來說，若經(jīng)過設(shè)計(jì)或選擇，使被結(jié)合的聚合物不會脫落，而且不會污染過濾物，那么，被不可逆結(jié)合的聚合物又象一種“永久保護(hù)劑”。如同本發(fā)明所描述的，離子交換膜也可以經(jīng)表面改性制備。這種膜允許帶有相反電荷的物質(zhì)通過，因而可以從溶液中選擇性地除去某些離子型物質(zhì)。這種膜在使用粒子俘獲吸收方法的過濾操作中將是有用的。
親合性膜也可以通過表面改性制備。這種膜適用于有高選擇性和快速再生時(shí)間(regeneration tim es)的間歇式分離。我們制備的親合性膜，在選擇性和再生時(shí)間方面可與HPLC型樹脂體系相媲美。
下面是本發(fā)明一些較好的應(yīng)用實(shí)例。應(yīng)當(dāng)明確的是，它們僅僅是用來說明本發(fā)明的，并不限制本發(fā)明的范圍。
下列列子，通常用于制備表面改性膜的方法是，先將膜放入0.1-10%(W/V)的改性用聚合物溶液中，浸漬5-24小時(shí)。如果將改性用聚合物溶液經(jīng)過支撐膜過濾，也可縮短浸漬時(shí)間。吸附到膜上的聚合物量根據(jù)改性用聚合溶液的濃度加以控制。然后，用與配制改性用聚合物溶液的同一溶液洗膜。洗滌，直進(jìn)行到在洗滌溶液中沒有聚合物被檢驗(yàn)出為止。即使當(dāng)膜被浸漬幾天后，其洗滌液中也應(yīng)沒有聚合物被檢出。之后，膜或是準(zhǔn)備使用，或是通過交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)一步作穩(wěn)定處理。交聯(lián)反應(yīng)條件和開始提到的吸收條件是相似的。以便在反應(yīng)期間，使改性聚合物不發(fā)生被明顯的頂替。
交聯(lián)的檢驗(yàn)，是通過除去未交聯(lián)的表面改性用聚合物的方法(如熱洗滌劑)，或是通過將膜溶解于支撐聚合物的良溶劑中的方法。
由給定的膜測定顯示出的非特定的蛋白質(zhì)結(jié)合度，將空心絲膜剪成五段1厘米長的段，加入到2-4毫升蛋白質(zhì)溶液中。進(jìn)行此類研究最常用的蛋白質(zhì)是細(xì)胞色素C。這種蛋白質(zhì)對于疏水性膜具有相對高的親合力。由于它的紅顏色，可以目測觀察到結(jié)合的情況。被浸入蛋白質(zhì)溶液之前，膜總是完全水合的。選擇蛋白質(zhì)溶液的濃度，以使得蛋白質(zhì)結(jié)合量處于從零到完全飽和的范圍。結(jié)合到膜上的蛋白質(zhì)的量由下述方法度量計(jì)算加入膜之前的起始蛋白質(zhì)溶液的濃度;將加入膜的蛋白質(zhì)溶液在室溫放置16小時(shí)，使其達(dá)到平衡，再計(jì)算此時(shí)溶液的濃度;蛋白質(zhì)結(jié)合量即是兩種溶液濃度之差。蛋白質(zhì)濃度由分光光度分析法測定。必要時(shí)，應(yīng)該考慮到被截留在空心絲膜中的溶液對蛋白質(zhì)溶液的稀釋作用。典型的結(jié)合曲線見圖1。在另一種情況中，可以目測用細(xì)胞色素C使膜著色達(dá)飽和程度(即1-2毫克/毫升)的相對顏色，并將其與按上述結(jié)合實(shí)驗(yàn)所得膜的顏色作比較，進(jìn)行估計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)合量的減少。
在某些情況中，結(jié)合于膜的蛋白質(zhì)量可以用堿性磷酸酶進(jìn)行測量。用這種方法測定蛋白質(zhì)結(jié)合膜的量，是將對硝基苯基磷酸酯的比色物溶液通過膜進(jìn)行過濾。結(jié)合于膜的蛋白質(zhì)的量與濾液顯示出的顏色有關(guān)。
膜的親水特性實(shí)驗(yàn)是首先要進(jìn)行一個(gè)泡點(diǎn)試驗(yàn)，保證膜沒有缺陷，并且在泡點(diǎn)壓力以下不允許氣體通過膜。然后，在80℃將膜進(jìn)行加熱干燥，或是在室溫將膜放入干燥的氮?dú)饬髦羞M(jìn)行幾小時(shí)干燥。干膜與濕膜相比，前者在比泡點(diǎn)壓力數(shù)值低的壓力下，可允許氣體自由地通過。當(dāng)干燥的疏水膜浸入水中后，就會顯示出這種性質(zhì)。然而，將干燥的親水膜浸入水中后，它就會重新獲得干燥前的特征。相似的試驗(yàn)可用蒸餾水同樣進(jìn)行。這時(shí)，水可以自由地通過親水膜。但是，直到到達(dá)水的浸入壓力前是不能通過疏水膜的。
實(shí)施例1將孔徑大小為0.1微米的，商業(yè)上的“含有大空隙”的聚砜膜，浸入1.0%(W/V)羥丙基纖維素的無離子水溶液，保持16小時(shí)。然后，在攪動(dòng)下用無離子水洗膜16小時(shí)。表面改性膜是親水的，與未經(jīng)處理的膜相比，結(jié)合細(xì)胞色素C的能力降低10倍。經(jīng)6個(gè)月的實(shí)驗(yàn)周期觀察，沒有發(fā)現(xiàn)細(xì)胞色素C頂替羥丙基纖維素的現(xiàn)象。存在于支撐膜上的聚合物改性劑用名稱為“Bial′S”的薄層色譜試劑進(jìn)行測定。將膜浸入該試劑中30秒，然后放入78-80℃的烘箱中保持15-30分鐘。未經(jīng)處理的膜呈現(xiàn)出灰色，經(jīng)處理的膜顯蘭色，顏色的強(qiáng)弱與結(jié)合改性用聚合物的量成正比。用分子量100，000和300，000的羥丙基纖維素聚合物可以獲得相似的結(jié)果。
實(shí)施例2用聚砜作支撐膜，“蘭葡聚糖”作改性用聚合物(蘭葡聚糖是分子量為2-3百萬的葡聚糖的普通名稱，每57個(gè)葡聚糖重復(fù)單元約有一個(gè)汽巴克龍Cibacron蘭色染料分子)。操作同實(shí)施例1。表面改性膜是親水的，經(jīng)目測檢驗(yàn)測定是無限期穩(wěn)定的。檢驗(yàn)方法如下在膜與水溶液接觸時(shí)，膜轉(zhuǎn)變成蘭色，顏色的強(qiáng)弱保持不變，且在水溶液中沒有觀察到蘭葡聚糖。與未改性的膜比較，改性膜的水滲透率降低約34%。雖然，在80℃干燥24小時(shí)后，改性膜可以重新獲得其初始水流量(water flux)的70%，而未經(jīng)改性的膜經(jīng)干燥后，則不能再獲得任何可以測量的水流量。
實(shí)施例3用聚砜作支撐膜，苯甲?；暇厶亲鞲男杂镁酆衔?，除溫度為80℃外，其余操作同實(shí)施例1。苯甲?；暇厶欠肿恿?0，000，每10個(gè)葡聚糖聚合物重復(fù)單元約有一個(gè)苯甲?；Ｖ苽渖鲜鼍酆衔锏姆椒ㄊ?，在室溫下，用10%W/V的葡聚糖的1N NaOH溶液與苯甲酰氯反應(yīng)。表面改性膜用前述方法測定是親水的，存在于膜上的葡聚糖由Bial′s試劑檢驗(yàn)，說明可以穩(wěn)定幾天。將不經(jīng)過改性的葡聚糖處理的膜(室溫或80℃)，或者是在室溫，將苯甲?；暇厶翘幚淼哪?，經(jīng)去離子水洗6小時(shí)后，經(jīng)再濕潤和Bial′S試劑檢驗(yàn)表明，全部失掉了葡聚糖。
實(shí)施例4除了使用苯丙酰氯使葡聚糖帶上苯丙?；Y(jié)合基團(tuán)外，實(shí)驗(yàn)操作同實(shí)施例3。在上述條件下，不可逆的結(jié)合反應(yīng)于室溫進(jìn)行迅速。表面改性膜是親水的，Bial′S試劑試驗(yàn)檢測存在于膜上的葡聚糖，并證實(shí)它是穩(wěn)定的。用分子量40，000和500，000的葡聚糖可以獲得相似的結(jié)果。用分子量40，000的聚合物沒有測量到水流量(water flux)的下降，而用分子量500，000的聚合物，水流量下降10%。據(jù)吸附細(xì)胞色素C的實(shí)驗(yàn)證明，與未改性的膜對比，蛋白質(zhì)吸收減少了至少1/10。圖1是用分子量500，000的苯丙?；暇厶歉男阅y得的。
實(shí)施例5改用0.2微米的尼龍6，6膜，操作同實(shí)施例2。通過目測膜的蘭顏色證明，表面改性膜是穩(wěn)定的。放有膜的溶液經(jīng)80℃24小時(shí)，然后室溫放置11個(gè)月沒有發(fā)現(xiàn)蘭顏色。增加一塊未處理的尼龍6，6膜(0.2微米)到同一溶液中，也沒有觀察到蘭顏色，這表明蘭葡聚糖，不會從一塊膜移動(dòng)到另一塊對于改性用聚合物有相同親合力的膜上。
實(shí)施例6用尼龍無紡布(Spun bonded nylon fabric)(即Monsanto′s Cerex材料)作支撐材料，其操作同實(shí)施例5。用水連續(xù)浸漬后，目測布的蘭顏色，證明體系是穩(wěn)定的。與未處理的無紡布相比，處理過的布具有更高的親水性。這通過下述水珠實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。將一滴去離子水珠滴在未處理材料表面，它被吸收進(jìn)入纖維需要幾分鐘，而滴在經(jīng)處理的纖維表面則立即被水吸收。
實(shí)施例7用0.2微米的聚丙烯膜作支撐材料，操作同實(shí)施例2。據(jù)以上描述的實(shí)驗(yàn)測定，不親水的改性膜是是無期限穩(wěn)定的。表面改性用聚合物的羥基可以進(jìn)一步反應(yīng)，制備各種離子交換膜和親和性膜。
實(shí)施例8用10微米孔經(jīng)大小的聚乙烯作支撐材料，操作同實(shí)施例2。目測蘭顏色證明，經(jīng)處理的材料是穩(wěn)定的。
實(shí)施例9用聚醚砜作支撐聚合物，按照實(shí)施例2的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。目測蘭顏色檢驗(yàn)表明，改性材料在水中是穩(wěn)定的。
實(shí)施例10用聚醚酰亞胺作支撐材料，實(shí)驗(yàn)步驟同實(shí)施例9。由目測蘭顏色檢驗(yàn)表明，改性材料在水中是穩(wěn)定的。
實(shí)施例11用部分水解的聚乙烯醇(分子量≌125，000，聚乙烯醇占重量的88%，聚醋酸乙烯酯占重量的12%)作改性用聚合物，實(shí)驗(yàn)操作同實(shí)施例1。生成的膜是親水的，將羥丙基纖維素改性膜與上述膜分別放入約1毫克/毫升的細(xì)胞色素C溶液中，進(jìn)行目測比較，結(jié)果是，上述膜吸附細(xì)胞色素C的能力減少了約10倍。碘試劑測定表明聚乙烯醇是穩(wěn)定存在的。(即聚乙烯醇加由3mM碘、9mM碘化鉀和0.2M硼酸配成的琥珀色試劑，轉(zhuǎn)變成蘭色)。發(fā)現(xiàn)98-99%水解的(即98-99%的醋酸酯基被水解)分子量為115000的聚乙烯醇，不能穩(wěn)定地吸附于聚砜，并且不減少蛋白質(zhì)吸收。
實(shí)施例12用羥乙基纖維素作改性用聚合物，實(shí)驗(yàn)步驟同實(shí)施例1。改性膜是親水的。經(jīng)徹底的洗滌和Bial′S試劑實(shí)驗(yàn)證明，羥乙基纖維素是被不可逆地結(jié)合的，但對細(xì)胞色素C的蛋白質(zhì)結(jié)合沒有明顯地減少。
實(shí)施例13使用0.2微米的聚丙烯膜和98-99%水解的聚丙烯醇(98-99%的醋酸酯基被水解)，其分子量為14，000和115，000。操作同實(shí)施例1。由洗滌、碘試劑(見實(shí)施例11)和上述再濕潤試驗(yàn)判斷，產(chǎn)生的膜是親水的，穩(wěn)定的。據(jù)目測觀察，產(chǎn)生的膜對于細(xì)胞色素C的蛋白質(zhì)吸附明顯減少。由酶催化檢驗(yàn)表明，分子量115，000聚乙烯醇改性的膜，在堿性磷酸酶中，結(jié)合能力減少24倍。和未經(jīng)處理的膜比較，當(dāng)經(jīng)處理的膜被使用在含有可以結(jié)合到膜上的物質(zhì)的原料流時(shí)，具有很好的抗污染能力(fouling resistant)。
實(shí)施例14用1%蘭葡聚糖取代羥丙基纖維素，用1N NaOH溶液取代去離子水，實(shí)驗(yàn)步驟同實(shí)施例1。把膜放入5%(按體積V/V)的乙二醇二環(huán)氧甘油醚的1N NaOH溶液中，放置16小時(shí)，使吸附的蘭葡聚糖交聯(lián)。然后，用去離子水洗膜，如果必須除去殘留的環(huán)氧基，應(yīng)該用NaOH進(jìn)一步與其反應(yīng)。生成的膜放入沸騰的1%W/V的Alconox
(紐約Alconox公司，New York)，或十二烷基硫酸鈉洗滌劑溶液中幾小時(shí)后，目測觀察膜的蘭顏色，證實(shí)它是親水和穩(wěn)定的。(未交聯(lián)的蘭葡聚糖在此條件下，30分鐘即被除掉)。根據(jù)“空胞”實(shí)驗(yàn)，判斷表面改性層交聯(lián)的情況。將膜溶于氯仿，當(dāng)搖動(dòng)溶液時(shí)，可產(chǎn)生蘭色的、穩(wěn)定的“空胞”。未交聯(lián)的膜也可形成“空胞”結(jié)構(gòu)，但是，當(dāng)搖動(dòng)溶液時(shí)，它便破碎了。圖2給出了改性膜的一般結(jié)構(gòu)。圖3給出的是溶解了聚砜支撐膜后，形成的“空胞”結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例15實(shí)施例1中所說的膜用下述方法交聯(lián)將膜浸入0.5%(W/V)的二羥甲基脲交聯(lián)劑中，攪動(dòng)30分鐘，然后放入90℃烘箱中約30分鐘(見“Klucel著羥丙基纖維素的化學(xué)和物理性質(zhì)”Her-cules化學(xué)公司，Wilmington，Delaware，1971)。在40℃的溫度下交聯(lián)狀的羥丙基纖維素不會被1%(V/V洗滌劑/水)濃度的非離子性洗滌劑，如TRITON
X-100(Rohm and Hass公司)和NONIDEF
P-40(Shell公司)所頂替。
未交聯(lián)的改性膜在氯仿中，形成清晰的溶液，因?yàn)榫垌亢土u丙基纖維素都溶于該溶劑。交聯(lián)的纖維素形成氯仿不溶解的“空胞”。改性膜是親水的。對比于原始的聚砜膜，改性膜對細(xì)胞色素C的結(jié)合力明顯減少。
實(shí)施例16將聚丙烯膜浸入3%的蘭葡聚糖蒸餾水溶液，放置16小時(shí)，再用蒸餾水洗滌16小時(shí)。然后，將膜浸入1N NaOH及5%(V/V)的乙二醇二環(huán)氧甘油醚中，室溫放置16-32小時(shí)，以使改性的葡聚糖表面交聯(lián)。膜經(jīng)水洗后，用無水丙酮洗。于室溫，將膜浸入由95%丙酮，5%吡啶配成的，含有3%(W/V)對硝基苯基氯甲酸酯溶液中，保持30分鐘，使葡聚糖表面活化，經(jīng)再洗滌后，將膜貯存于無水的丙酮中?；罨鶊F(tuán)用6N NaOH水解，就釋放出對硝基苯酚。通過測量釋放量，我們發(fā)現(xiàn)，每克膜(干重量)可以結(jié)合8毫摩爾(mM)的活化基團(tuán)到改性膜表面。產(chǎn)生的膜可用于固定含有的氨基的分子，即蛋白質(zhì)。例如，將上述制備的膜用1mM HCl蒸餾水溶液洗2分鐘，然后，將含1毫克/毫升的蛋白質(zhì)A的PH＝7，0.05M的磷酸鈉緩沖劑，經(jīng)上述膜循環(huán)過濾2小時(shí)。蛋白質(zhì)A被固定在膜上，并且將選擇性地從含有蛋白質(zhì)混合物的血清中選擇性結(jié)合抗體蛋白質(zhì)。如果避水保存，活化的膜可以穩(wěn)定幾個(gè)月。
實(shí)施例17把由實(shí)施例14得到的交聯(lián)之后的膜，立刻放入50%(V/V)的1.3-丙二胺的0.5N NaOH溶液，在室溫反應(yīng)16小時(shí)，將得到的膜用去離子水洗滌。然后，用0.1N NaOH，0.1NHCl交替洗滌5次，每次30分鐘。茚三酮反應(yīng)測定結(jié)果，生成的膜每克纖維中有30mM的胺基。
實(shí)施例18將從實(shí)施例17得到的膜，于室溫下，與0.5M的琥珀酸酐的1M磷酸鉀溶液(PH＝6.0)反應(yīng)過夜。反應(yīng)重復(fù)進(jìn)行，直到纖維的茚三酮實(shí)驗(yàn)顯負(fù)性(即觀察不到蘭色)。如所預(yù)期的，膜具有陽離子交換性質(zhì)。
實(shí)施例19為了固定蛋白質(zhì)，將從實(shí)施例18得到的膜活化。首先用無水的異丙醇洗5遍，然后，把長19-8厘米的空心絲纖維膜浸入10毫升含有0.115克N-羥基琥珀酰亞胺，0.19克1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)碳化二酰亞胺的異丙醇溶液中，室溫放置70分鐘。使用前，將所制得的膜貯存于無水的異丙醇中。例如，將20毫升水強(qiáng)制通過空心的絲膜，除去膜上剩余的水。然后，加入含有5毫克蛋白質(zhì)A的2毫升0.05M磷酸鈉溶液PH＝6，保持在4℃使其過夜。每克空心纖維(干重)可將13毫克蛋白質(zhì)A固定于其膜，并且可以從血清蛋白質(zhì)混合物中選擇結(jié)合抗體蛋白質(zhì)。
實(shí)施例20按照實(shí)施例1的實(shí)驗(yàn)步驟，用“無大空隙”(“macro-voidfree”)聚砜作支撐膜，二乙基胺基乙基葡聚糖(DEAE葡聚糖)作改性用聚合物，1N NaOH水溶液作溶劑。在這些條件下，DEAE側(cè)基是非正電性的，因此是疏水的，可以保證聚砜對于DEAE葡聚糖的不可逆吸附。用1N NaOH洗膜，然后浸入10%的乙二醇二環(huán)氧甘油醚的1N NaOH溶液，在室溫下過夜，使DEAE葡聚糖交聯(lián)。得到的膜在沸騰的1%十二烷基硫酸鈉中是穩(wěn)定的。碘鉑酸鉀和德拉根道夫試劑(Dragendorff′s reagents，從Sigma化學(xué)公司，St.Louis，Mo獲得)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證實(shí)了DEAE基的存在。另外，膜具有陰離子交換特性。例如，在0.06M，PH＝8.6的巴比妥鈉緩沖劑中，膜選擇性地結(jié)合C-藻青素(帶負(fù)電性)，而不結(jié)合細(xì)胞色素C(帶正電性)。用這種膜，采用提高氯化鈉濃度的辦法，進(jìn)行選擇性洗提，可以從鼠腹水液中提純單細(xì)胞系抗體。
實(shí)施例21實(shí)施例20的陰離子交換膜，按下列步驟，以共價(jià)鍵方式固定鐵蛋白和C-藻青素蛋白質(zhì)。將膜浸入10mM，PH＝9的含有這些蛋白質(zhì)的碳酸氫鈉溶液中，在4℃下過夜，或者采取死端式(dead end mode)過濾的方法，經(jīng)30分鐘以結(jié)合蛋白質(zhì)。然后，用合適的試劑使蛋白質(zhì)交聯(lián)，以共價(jià)鍵方式固定蛋白質(zhì)吸附層。鐵蛋白用1%的乙二醇二環(huán)氧甘油醚或1%的乙二醇雙(琥珀酸N-羥基琥珀酰亞胺酯)在10mM，PH＝9的碳酸氫鈉中，于室溫過夜進(jìn)行交聯(lián)。C-藻青素在相同條件下，用乙二醇二環(huán)氧甘油醚交聯(lián)。上述兩種膜，70℃條件下，經(jīng)1%的十二烷基硫酸鈉溶液處理4小時(shí)是穩(wěn)定的，而未交聯(lián)的蛋白質(zhì)，經(jīng)上述處理就會被除掉。70℃用1%的洗滌劑進(jìn)行處理，未經(jīng)交聯(lián)的藻青素有72%被除掉，而交聯(lián)的藻青素僅被除掉了22%。
實(shí)施例22實(shí)施例20的陰離子交換膜，于4℃吸附溶于10mM，碳酸氫鈉中的蛋白質(zhì)A反應(yīng)過夜，可以制成一種親合性膜，所得蛋白質(zhì)復(fù)蓋的膜用1%的乙二醇二環(huán)氧甘油醚，或20mM的乙二醇雙(琥珀酸N-羥基琥珀酰亞胺酯)，在4℃，使用相同的緩沖劑過夜進(jìn)行交聯(lián)。生成的膜，在含10%的鼠腹水5mM的磷酸鉀，PH＝8.0并加有0.2M氯化鈉的溶液中，可以選擇性地吸附單細(xì)胞系抗體，并且當(dāng)遇到含有0.1M甘氨酸，0.15M氯化鈉，PH＝2.6的緩沖劑時(shí)，膜可將抗體釋放出來。乙二醇二環(huán)甘油醚交聯(lián)膜的結(jié)合能力，與乙二醇雙(琥珀酸N-羥基琥珀酰亞胺酯)交聯(lián)膜相比是較低的。因此，在這類應(yīng)用中，后者是較愿選用的交聯(lián)劑。
實(shí)施例23用“不含大空隙”聚砜作支撐膜，重復(fù)實(shí)施例1的實(shí)施步驟。將改性膜浸漬在10%的乙二醇二環(huán)氧甘油醚的1N氫氧化鈉溶液中，在60-80℃，過夜。反復(fù)進(jìn)行交聯(lián)(一般兩次)，直到膜能形成氯仿不能溶解的“空胞”。得到的膜經(jīng)下述方法轉(zhuǎn)變成陽離子交換膜。在室溫，將膜浸入0.5M的甲醇鈉(Kodark Chemical，Rochester，New York產(chǎn)品)中3小時(shí)，然后再浸入1M氯醋酸的叔丁醇溶液中，在室溫下過夜。生成的膜，在0.06M，PH＝8.6的巴比妥鈉緩沖劑中，選擇性地結(jié)合細(xì)胞色素C;而不結(jié)合藻青素。因此，具有陽離子交換特性。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)先選定的聚合支撐材料的表面改性方法，包括所說的支撐材料的幾乎整個(gè)表面不可逆地吸附一種改性用聚合物，所說的改性用聚合物，分子量至少10，000，它具有較多數(shù)量的分配于支撐材料表面或進(jìn)入支撐材料內(nèi)部的結(jié)合基團(tuán)，而使改性用聚合物粘合于支撐材料上。
2.按照權(quán)利要求
1的方法，其中支撐材料是一種支撐膜。
3.按照權(quán)利要求
2的方法，其中不可逆吸收是由于用含有所說改性用聚合物溶液浸漬載體膜而發(fā)生的。
4.按照權(quán)利要求
3的方法，其中溶液中改性用聚合物的含量約在0.1-10%(按重量計(jì))之間。
5.按照權(quán)利要求
2的方法，其中提高支撐材料鏈的流動(dòng)性，可以促進(jìn)改性用聚合物結(jié)合基團(tuán)在支撐膜表面或進(jìn)入支撐膜中的分配。
6.按照權(quán)利要求
5的方法，其中采取提高溫度的辦法，提高鏈的流動(dòng)性。
7.按照權(quán)利要求
6的方法，其中溫度在約60-80℃之間。
8.按照權(quán)利要求
2的方法，將改性用聚合物吸附于支撐膜后，進(jìn)一步使其交聯(lián)。
9.按照權(quán)利要求
2的方法，其中改性用聚合物的流體動(dòng)力學(xué)半徑小于或等于支撐膜孔徑大小的1/5左右。
10.一種表面改性膜，是聚合物支撐膜和被不可逆地吸附在其表面上的改性用聚合物。改性用聚合物分子量至少為10，000，主要以單分子層的形式，基本上分布在支撐膜的整個(gè)表面面積上。
11.按照權(quán)利要求
10的改性膜，其中改性用聚合物是被交聯(lián)的。
12.按照權(quán)利要求
10的膜，其中支撐膜是從聚砜、聚醚砜、聚醚酰亞胺、聚丙烯、聚乙烯和聚1，1-二氟乙烯聚合物中選擇的。
13.按照權(quán)利要求
10的膜，其中膜是由聚砜制備的，改性用聚合物是羥丙基纖維素。
14.按照權(quán)利要求
13的膜，其中改性用聚合物是被交聯(lián)的。
15.按照權(quán)利要求
10的膜，其中支撐膜是由聚砜制備的，改性用聚合物是約88%(按重量計(jì))水解的聚醋酸乙烯酯。
16.按照權(quán)利要求
15的膜，其中改性用聚合物是被交聯(lián)的。
17.按照權(quán)利要求
10的膜，其中支撐膜是由聚乙烯制成的，改性用聚合物是聚乙烯醇。
18.按照權(quán)利要求
17的膜，其中改性用聚合物是被交聯(lián)的。
19.按照權(quán)利要求
10的膜，其中支撐膜是由聚丙烯制備的，改性用聚合物是聚乙烯醇。
20.按照權(quán)利要求
19的膜，其中改性用聚合物是被交聯(lián)的。
21.按照權(quán)利要求
10的膜，其中支撐膜是由聚丙烯制成的，改性用聚合物是具有疏水反應(yīng)性基團(tuán)的葡聚糖。
22.按照權(quán)利要求
21的膜，其中改性用聚合物是被交聯(lián)的。
23.按照權(quán)利要求
10的膜，其中支撐膜是由聚砜制備的，改性用聚合物是具有疏水反應(yīng)性基團(tuán)的葡聚糖。
24.按照權(quán)利要求
23的膜，其中改性用聚合物是被交聯(lián)的。
25.在改性用聚合物上結(jié)合一個(gè)生物活性材料，使按照權(quán)利要求
10的膜進(jìn)行進(jìn)一步的改性。
26.按照權(quán)利要求
25的膜，其中改性用聚合物是被交聯(lián)的。
27.按照權(quán)利要求
25的膜，其中改性用聚合物是交聯(lián)的離子型聚合物
28.按照權(quán)利要求
27的膜，其中生物活性材料是多肽。
29.按照權(quán)利要求
27的膜，其中離子型聚合物是DEAE葡聚糖。
30.按照權(quán)利要求
29的膜，其中支撐膜是由聚砜制備的。
31.按照權(quán)利要求
11的膜，其改性用聚合物是離子型的。
32.按照權(quán)利要求
11的膜，其中改性用聚合物是DEAE葡聚糖。
33.按照權(quán)利要求
32的膜，其中支撐膜是聚砜。
34.按照權(quán)利要求
33的膜，其中聚砜支撐膜主要是不含大空隙的(macro-void free)。
35.按照權(quán)利要求
32的膜，其中支撐膜是聚醚砜。
36.按照權(quán)利要求
10的膜，支撐膜是由聚合物制備的，聚合物從聚砜、聚醚砜、聚醚酰亞胺、聚丙烯和聚乙烯中選擇。
37.按照權(quán)利要求
36的膜，其中改性用聚合物是蘭葡聚糖。
38.按照權(quán)利要求
10的膜，其中支撐聚合物主要是不含大空隙的(macro-viod free)。
專利摘要
本發(fā)明闡明了一種為各種聚合物支撐表面進(jìn)行改性的方法。預(yù)先選定的改性用聚合物，不可逆地被吸附在對于改性用聚合物有附著性質(zhì)的，支撐聚合物的幾乎整個(gè)表面。被選用的改性用聚合物可以賦予被改性聚合物表面所希望的特性。
文檔編號B01D67/00GK86107568SQ86107568
公開日1987年4月29日 申請日期1986年10月31日
發(fā)明者杰伊·邁爾斯·斯圖爾特·赫尼斯, 瑪麗·凱思林·特里波迪, 唐納德·歐文·斯延普森 申請人:孟山都公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan