CZ307111B6

CZ307111B6 - Sorbent se zabudovaným hydroxylapatitem a způsob jeho výroby

Info

Publication number: CZ307111B6
Application number: CZ2016-36A
Authority: CZ
Inventors: Oldřich Tokar; Jan Doležal
Original assignee: Vakos Xt A.S.
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2018-01-17
Also published as: CZ201636A3

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby sorbentu a chromatografického nosiče kulových částic makroporézní perlové celulózy s hydroxylapatitem vestavěným do celulózových perel, čímž jsou celulózové částice výrazně zpevněny a lze je proto využít pro separace ve velkých průmyslových kolonách.

Dosavadní stav techniky

Oblast biotechnologických separací a chromatografie jako dynamicky se rozvíjející odvětví potřebuje chromatografické nosiče a sorbenty vhodných vlastností. Vedle chemických vlastností, které lze různě modifikovat navázáním vhodných funkčních skupin, jsou důležité měrné vlastnosti samotného nosiče. Jedná se o makropórozitu umožňující sorpci a dělení makromolekulámích látek jako jsou proteiny, enzymy, sekvence DNA apod. Dalším důležitým parametrem je mechanická pevnost a pružnost matrice sorbentu zejména při použití ve velkých kolonách, aby v důsledku tlakových ztrát nedocházelo ke zhoršení průtokových vlastností kolon.

Klasickým sorbentem a nosičem pro gelovou permeační chromatografii je dextran zesítěný epichlorhydrinem. Dále existuje řada chromatografických nosičů na bázi styren-divinylbenzenových kopolymerů, akrylamidu, hydroxymetylmethakrylátu, ale též silikagelu a porézních skel.

Mezi často používané chromatografické nosiče patří také agaróza. Zesítěný agarózový gel se už léta vyrábí pod chráněnou značkou Sepharose.

Jedním z novějších patentovaných postupů je příprava agarózového sorbentu vstřikováním kapek agarózového gelu do olejového disperzního prostředí [Gazda L, Laramore M, Hamilton T, Smith B, AU 2013/202026] z roku 2013. Podobný patent z téhož roku se týká rovněž přípravy mikrokuliček agarózového gelu perlením v oleji [Ma Guanghui, Zhao Xi, Wu Xie, Su Zhiguo, Cui Jinmei, Zhou Weiqing, CN 103055773].

Další patent z roku 2013 popisuje přípravu zesítěné agarózy 4B [Xia Haifeng, Zheng Mengjie, Wu Puqiang, CN 102989400], Zesítění probíhá ve dvou krocích pentaerytritol-glycidyletherem a epoxychlorpropanem.

Mezi chromatografické nosiče a sorbenty patří rovněž makromolekulami perlová celulóza (česká autorská osvědčení CS 172640 a CS 210701). Její makropórozita ji předurčuje k biotechnologickým separacím, čištění a dělení proteinů, enzymů apod. Její mechanická pevnost je lepší než pevnost agarózy,je možněji také zesílit například epichlorhydrinem. Makroporézní perlová celulóza se vyrábí s různým objemem pórů, přičemž při nejvyšší porozitě (obchodní značení MT 500) je díky velmi vysokému obsahu vody (až 95 %) méně pevná, což činí potíže při aplikacích v průmyslových kolonách v důsledku tlakových ztrát. Pro potřeby biotechnologických separací, dělení a čištění proteinů, enzymů a podobných biologických materiálů se jeví velmi vhodný sorbent, který by při vysokém objemu makropórů dosahoval potřebné mechanické pevnosti a minimálních tlakových ztrát. Takové vlastnosti nabízí řešení podle vynálezu.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky alespoň zčásti odstraňuje sorbent na bázi makroporézní perlové celulózy charakterizovaný tím, že obsahuje zabudované částice hydroxylapatitu a je ve formě celulózových perel.

- 1 CZ 307111 B6

Je výhodné, když obsah částic hydroxylapatitu v sušině je od 5 do 40 % hmotn.

Podstatou vynálezu je také způsob výroby tohoto sorbentu, který spočívá v tom, že se do suspenze viskózy v destilované/demineralizované vodě před jejím nalitím do disperzních prostředí přidá hydroxylapatit s výhodou ve formě prášku nebo vodné suspenze.

Sorbent může s výhodou také obsahovat větší objem pórů než samotná makroporézní perlová celulóza. Tyto póry vznikají tehdy, když se hydroxylapatit, původně zabudovaný v perlách makroporézní perlové celulózy, po dokončení perlení a promytí celulózových perel od reakčního prostředí vymyje kyselinou, kterou je s výhodou anorganická kyselina, výhodněji kyselina chlorovodíková.

Podle konkrétního provedení vynálezu je výhodným sorbentem sorbent mající objem pórů v perlách od 9 do 12 ml/g.

Objasnění výkresů

Obr. 1 uvádí grafické znázornění závislosti tlaku na průtoku kolonou s původní celulózou připravenou podle příkladu 3 a celulózou s hydroxylapatitem připravenou podle příkladu 2

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1

Do skleněného reakčního kotlíku PZL 100, neduplikátorového provedení, obsahu 1000 ml (ČJK 032 449 651 940) osazeného víkem (ČJK 011 426 610 100) s teflonovým vodičem hřídele míchadla, míchadlem (ČJK 032 443 116 300), zábrusovým teploměrem (NZ 14/23) do 100 °C, vytápěného pomocí laboratorního topného hnízda LTHS 1000, bylo předloženo 750 ml lakového benzínu. Za stálého míchání při 560 otáčkách/min byla pomalu přilévána směs 176 gramů viskózy s obsahem 7 % hmotn. «//(z-celulózy, 1,3 gramů práškového hydroxylapatitu a 16,10 gramů destilované vody. Po 5 minutách míchání při teplotě místnosti kvůli ustálení disperze byla směs pomalu vytápěna na 75 °C. Po dosažení této teploty byla směs míchána ještě dalších 20 minut. Poté byla disperzní kapalina odsáta pomocí nuče S2 a kuličky celulózy byly na nuči promyty 800 ml acetonu a poté hydrolyzovány destilovanou vodou do neutrální reakce filtrátu.

Bylo získáno 155 ml makroporézní perlové celulózy s obsahem 82,67 % hmotn. vody a 10,75 % hmotn. hydroxylapatitu v sušině o velikosti částic 30 až 800 μιη.

Příklad 2

Do skleněného reakčního kotlíku PZL 100 popsaného v příkladu 1 bylo předloženo 810 ml toluenu. Za stálého míchání při 602 otáčkách/min byla pomalu přilévána směs 195 gramů viskózy obsahující 7 % «//a-celulózy, 6,8 gramů práškového hydroxylapatitu a 68,0 gramů destilované vody. Po 5 minutách míchání při teplotě místnosti kvůli ustálení disperze byla směs pomalu vytápěna na 90 °C. Po dosažení této teploty byla směs míchána ještě dalších 30 minut. Další zpracování je stejné jak uvedeno v příkladu 1.

Bylo získáno 270 ml makroporézní perlové celulózy s obsahem 84,40 % hmotn. vody a 33,21 % hmotn. hydroxylapatitu v sušině o velikosti částic 20 až 500 μιη.

-2CZ 307111 B6

Z takto připravené celulózy s hydroxylapatitem bylo odebráno 25 ml, zalito 50 ml kyseliny chlorovodíkové o koncentraci 2 mol/1, vzniklá suspenze byla doplněna demineralizovanou vodou na celkový objem 150 ml, promíchána a ponechána stát 24 hodin. Potom byla tato suspenze zfiltrována a promyta vodou do neutrální reakce.

V tabulce 1 jsou údaje o měrném povrchu a objemu pórů o několika různých průměrech v rozmezí 15 až 35 nm pro celulózu s hydroxylapatitem připravenou podle tohoto příkladu bez další úpravy a pro tuto celulózu po úpravě kyselinou chlorovodíkovou. U údajů pro objem pórů a měrný povrch u pórů o velikosti 15 až 30 nm je vždy v závorce uvedeno pro produkt bez úpravy 100 %, zatímco pro produkt po úpravě s kyselinou chlorovodíkovou je uveden údaj v procentech ve srovnání s produktem bez úpravy. Z těchto údajů je vidět, že objem pórů i měrný povrch u pórů o velikosti 15 a 20 nm po úpravě HC1 vzrostl na 1,75 až dvojnásobek. U pórů o velikosti 30 nm objem i povrch po úpravě HC1 klesl na třetinu, ale vznikly větší póry o velikosti 35 nm, které v původním produktu bez úpravy vůbec nebyly, přičemž objem i povrch těmto pórům příslušející je srovnatelný s hodnotami pro póry o velikosti 30 nm u vzorků bez úprav. Toto měření tedy prokazuje, že dodatečné vymytí hydroxylapatitu zvyšuje celkový objem pórů a způsobuje vznik pórů větší velikosti, než byly před úpravou přítomné.

Tabulka 1: Vliv úpravy perlové celulózy s hydroxylapatitem na objem pórů a měrný povrch

CPV znamená celkový objem pórů, CSS celkový měrný povrch, SPP střední průměr pórů

Průměr pórů, nm	Objem pórů, cm³/g	Měrný povrch, m²/g	Objem pórů, cm³/g	Měrný povrch, m²/g
dle příkladu 2 bez úpravy	dle příkladu 2 s HC1
15	1,324(100%)	353,2(100%)	2,341 (176,8%)	624,2 (176,8%)
20	2,834 (100%)	566,8 (100%)	5,589 (197,2%)	1 117,8(197,2%)
25	3,022 (100%)	483,5 (100%)	1,102 (36,5%)	176,3 (36,5%)
30	1,612 (100%)	214,9 (100%)	0,559 (34,7%)	74,5 (34,7%)
35	0	0	1,744	199,3
CPV	8,792 cm³/g (100%)	11,334 cm³/g (128,9%)
CSS	1 618,4 m²/g (100%)	2 192,0 m²/g (135,4%)
SPP	22,8 nm	22,3 nm

Příklad 3: Příprava původní celulózy bez hydroxylapatitu

Do skleněného reakčního kotlíku PZL 100 popsaného v příkladu 1 bylo předloženo 810 ml toluenu. Za stálého míchání při 602 otáčkách/min byla pomalu přilévána směs 195 gramů viskózy obsahující 7 % tzZ/ú-celulózy a 68,0 gramů destilované vody. Po 5 minutách míchání při teplotě místnosti kvůli ustálení disperze byla směs pomalu vytápěna na 90 °C. Po dosažení této teploty byla směs míchána ještě dalších 30 minut. Další zpracování je stejné jak uvedeno v příkladu 1.

Bylo získáno 260 ml makroporézní perlové celulózy s obsahem 83,50 % hmotn. vody a o velikosti částic 20 až 500 pm.

Tabulka 2: Závislost tlaku na průtoku kolonou s původní celulózou připravenou podle příkladu 3 a celulózou s hydroxylapatitem připravenou podle příkladu 2

	s hydroxylapatitem	původní celulóza
ml/min	tlak, (MPa)	tlak, (MPa)
0,1	0,2	0,42
0,2	0,63	0,93
0,3	1,02	1,875
0,5	1,87	3
0,6	2,09	3,45
0,7	2,25	3,78
1	2,76	4,77
1,5	4,05	6,42

Průmyslová využitelnost

Sorbent na bázi makroporézní perlové celulózy se zabudovaným hydroxylapatitem je využitelný k separacím, dělení a čištění biologických materiálů v průmyslovém měřítku.

Claims

1. Sorbent sestávající z kulových částic makroporézní perlové celulózy, vyznačující se t í m , že obsahuje zabudované částice hydroxylapatitu a je ve formě celulózových perel.

2. Sorbent podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsah částic hydroxylapatituje od 5 do 40 % hmotn., vztaženo na sušinu.

3. Sorbent podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že objem pórů v perlách dodatečně vymytými částicemi hydroxylapatitu je větší než objem pórů samotné makroporézní perlové celulózy.

4. Sorbent podle nároku 3, vyznačující se tím, že objem pórů v perlách je od 9 do 12 ml/g.

-4CZ 307111 B6

5. Způsob výroby sorbentu podle nároku 1 perlením viskózy v disperzním prostředí, vyznačující se tím, že zahrnuje kroky:

- do reakční nádoby se vnese organické rozpouštědlo na bázi lakového benzínu, toluenu, dimethylbenzenu, trimethylbenzenu, ethylbenzenu nebo chlorbenzenu;

- za míchání se k uvedenému rozpouštědlu přidá směs obsahující viskózu s obsahem alfa celulózy, hydroxylapatitu a případně vody;

- daná směs se míchá při pokojové teplotě a následně při zvýšené teplotě pro perlení viskózy v disperzním prostředí a vylučování celulózových perel s obsahem hydroxylapatitu;

- odsaje se disperzní kapalina;

- perly se promyjí organickým rozpouštědlem a následně se hydrolyzují vodou;

- produkt se suší.

6. Způsob výroby sorbentu podle nároku 5 perlením viskózy v disperzním prostředí, vyznačující se tím, že se částice hydroxylapatitu přidají do suspenze viskózy ve formě prášku nebo vodné suspenze.

7. Způsob výroby sorbentu podle nároku 5 nebo 6, vyznačující se tím, že po dokončení perlení a promytí perel se pro vznik dalších pórů v makroporézní perlové celulóze hydroxylapatit, původně zabudovaný do celulózových perel ze sorbentu, dodatečně vymývá kyselinou.

8. Způsob výroby sorbentu podle nároku 7, vyznačující se tím, že kyselinou je anorganická kyselina.

9. Způsob výroby sorbentu podle nároku 8, vyznačující se tím, že anorganickou kyselinou je kyselina chlorovodíková.