用于固定功能性物质的底物及其制备方法技术

用于固定功能性分子的具有在其上布置的化合物的底物，每一化合物具有链，所述链包含：与底物化学结合的R部分，所述R部分选自醚、酯、羰基、碳酸酯、硫醚、二硫化物、亚磺酰基、磺酰基和硫代羰基；以及通过包含至少一个亲核基团的连接物与R部分结合的含环氧化物的部分。还公开了制备所述底物的方法和所述底物的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及用于固定功能性物质的底物。本专利技术还涉及制备所述底物的方法。背景分析地或制备地用于研究目的、临床目的、诊断目的和工业目的的生物和化学检验和方法通常需要将功能性物质定位或固定在固体支持物(或底物)上。这种定位通常改善了物质的稳定性和多功能性而不危害其效能和活性，并且能够重复使用所述物质。例如，当在酶催化的工业加工中使用时，包括诸如酶的生物物质的功能性物质通常固定在惰性支持物上，例如二氧化硅或聚丙烯酰胺凝胶，从而改善其对抗改变PH或温度条件的稳定性， 并且促进其从反应产物的后续分离。这使固定的酶能够重新使用并且显著促进产品纯化，这导致更划算的过程。可以通过物理固定或化学固定实现包括生物物质在内的功能性物质的固定。物理固定的一种形式为物理吸附(物理吸附(physisorption)),其中功能性物质或生物物质通过包封或静电、疏水或范德华力与底物连接。尽管物理吸附提供了相对简单的固定方法，其具有对全范围的功能性物质和/或生物物质的广泛适用性，但其通常不提供足够地稳定固定并且易于浸出固定的功能性物质和/或生物物质。固定功能性物质和/或生物物质的更稳定的方法为化学固定，由于化学反应其使功能性物质和/生物物质共价连接至底物。化学固定通常导致功能性物质和/或生物物质的改进的活性、降低的非特异性吸附和较高的稳定性。然而，化学固定通常需要功能性和/或生物物质或底物的化学修饰以促进其有效的结合。为了改善其与功能性物质和/或生物物质的结合，固体支持材料的表面修饰或固体支持物的“预活化”典型地涉及在通常为弱反应性聚合材料的表面上加入反应性化学部分。能够通过物理方法或化学方法实现表面修饰，所述物理方法例如亲和性间隔物的非共价连接，所述化学方法例如戊二醛活化、溴化氰活化、溴乙酰化、重氮化、电离辐射诱导的氧化和化学接枝。然而，亲和性间隔物的非共价连接与较差的再现性和/或与底物表面的不稳定连接有关。某些共价连接，最值得注意的是亚胺，较少值得注意的是酯，能在用于酶反应的反应条件下被水解，这导致固定的酶的部分损失以及酶向反应介质的渗入。其中，这样的问题可以影响基于戊二醛活化和溴乙酰化的固定方法。尽管重氮化、溴化氢活化、电离辐射诱导的氧化和化学接枝产生了比非共价键更稳定的共价键，但这些方法涉及使用有害的、昂贵的、复杂的和/或苛刻的反应条件。这些方法中的某些还导致固体支持物上的高净电荷，这导致在生物/化学过程的后续步骤中功能性物质和/或生物物质的不期望的非特异性静电结合。在使用苛刻的反应条件时遇到的另一常见问题是表面性质的不利修饰，这可以限制功能性物质和/或生物物质的连接，特别是大聚合物质。这能够导致功能性物质和/或生物物质在底物上的低负载。某些可商购的活性固体支持物遇到的其他问题为低稳定性、明显的毒性和缺乏生物相容性，这导致短的保存期、难以操作和对医疗用途的有限适用性。这些方法的某些依赖于用环氧硅烷偶合剂对“预活化”支持物进行进一步修饰，以用于亲水分子的固定。其他方法依赖于通过使双环氧环氧乙烷连接物反应来将分子固定于底物，从而制备底物。这些方法中使用的脂肪族连接物导致可用于固定的反应性基团的量降低，生物相容性降低并且再现性降低。亟需提供制备克服或至少改善上述缺点的一个或多个的用于固定功能性物质和生物物质的底物的方法。亟需提供方便的、便宜的、稳健的和可靠的制备用于固定功能性物质和生物物质的底物的方法。还亟需提供稳定的、易于操作的、便宜的、无毒的、生物相容的并且生物可降解的用于固定功能性活性物质和生物活性物质的底物，并且其能够用于以高装填密度来固定广泛的物质，并具有改进的活性和反应性。概述根据本专利技术的第一方面，提供了用于固定功能性分子的具有布置在其上的化合物的底物，每一化合物具有的链包含化学结合至底物的R部分，所述R部分选自醚、酯、羰基、碳酸酯、硫醚、二硫化物、亚磺酰基、磺酰基和硫代羰基(carbonothioyl)；以及通过含至少一个亲核基团的连接物与R部分结合的含环氧化物的部分。在一个实施方案中，底物包含与所述链结合的额外的含环氧化物的基团。在另一实施方案中，额外的含环氧化合物的基团的数量选自数量1、2、3、4和5。在一个实施方案中，连接物包含所述额外的亲核基团，使额外的含环氧化物的基团通过其与所述链结合。这是有利的，因为可用于与功能性分子反应的含环氧化物的基团的密度增加，并且因此可用于固定物质的固定位点的数量也增加。本公开的一个优势是连接物增加了功能性分子和底物之间的系链的长度并且促进了功能性分子与底物的结合。在另一实施方案中，连接物包含双亲核物质。在一个实施方案中，双亲核连接物选自烷基-二胺和烯烃-二胺的至少一种。有利地，二胺连接物可以引入额外的用于环氧活化的位点。不受理论的限制，认为高至五个分子的含环氧化物的化合物(例如，表氯醇)能够与一个分子的二胺连接物反应。这是有利的，因为例如这允许含环氧化物的化合物密度的增加并由此增加可用于固定功能性分子的固定位点的数量。在另一实施方案中，连接物包含多亲核物质。在另一实施方案中，多亲核物质可以为多胺，例如腐胺、亚精胺、精胺、尸胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺和四氢糠胺。连接物的胺基的引入还有利地充当固定的物质的内部pH缓冲剂。还有利地，胺基还能够用作离子交换剂以向固定的物质提供稳定条件。还有利地，胺基是强亲核性的，使得第一和第二含环氧化物的化合物的结合比诸如OH基团的其他亲核基团更有效。连接物的胺基的强亲核性是进一步有利的，因为这允许使用长连接物，同时保持与含环氧化物的化合物的反应性。这是进一步有利的，因为使用更长的连接物允许底物和固定的物质之间的位阻进一步降低。更有利地，与其他连接物相比，诸如己二胺的二胺是较便宜的，并且是可商购的商品材料。己二胺的低成本确保了能够以较低成本大量生产公开的底物。还有利地，含环氧化物的化合物和己二胺连接物之间形成的烷基-胺键在生理学条件下是抗水解的，使得其能够用于水性系统，例如透析装置。还有利地，本公开的底物是生物惰性的。根据第二方面，提供了在底物上固定功能性分子的方法，其包括将功能性分子暴露于本公开的底物的步骤。根据第三方面，提供了制备用于在其上固定功能性分子的底物的方法，所述方法包括下列步骤(i)提供与底物表面结合的亲电子化合物；(ii)使亲电子化合物进行亲核取代反应以在其上提供亲核基团并由此增加底物表面的亲核性；(iii)使亲核基团与另一亲电子化合物进行亲核取代反应以在底物表面上提供亲电子基团并由此增加底物的亲电子性。所述方法的优势是与底物的亲电子基团连接的延长的间 隔物提供了增加的功能性化合物到亲电子基团的可达性，并且同时允许亲电子基团对功能性分子的密度和反应性的增加，由此将功能性分子固定在底物上。还有利地，方法的步骤(iii)还提供了功能性分子到亲电子基团的增加的可达性以用于在底物上的后续固定。在一个实施方案中，将步骤(ii)和(iii)重复η次以在所述底物上形成η代亲电子基团。这是有利的，因为这允许间隔物的延长并且增加亲电子基团的密度并由此增加可用于将功能性分子固定于底物的固定位点的数量。还有利地，方法的步骤(iii)允许在连接物和第二亲电子化合物之间的较快反应。这导致亲电子化合物的降低的水解速率以及非水解的亲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安·格特·布鲁谢尔，王艳梅，
申请(专利权)人：淡马锡理工学院，
类型：
国别省市：