JP4988574B2 - マクロ孔質イオン交換樹脂 - Google Patents

Description

（メタ）アクリルコポリマーに基づくマクロ孔質イオン交換樹脂が提供される。

イオン交換樹脂は、蛋白質、酵素、ワクチン、ＤＮＡおよびＲＮＡなどの種々の生体分子の大規模な分離または精製のためにバイオテクノロジー産業内で広く用いられている。イオン交換樹脂の大多数は、スチレン／ジビニルベンゼンコポリマーまたは架橋アガロースのいずれかに基づいている。スチレン／ジビニルベンゼンコポリマーの疎水性主鎖は、多くの材料と非特異的相互作用を起こしがちである可能性があり、不純製品につながる。架橋アガロース樹脂は一般に非特異的相互作用をより受けにくいが、これらの材料は、かなり柔らかいゲルである傾向があり、高い流速を用いるクロマトグラフィカラム内で行われる精製のために通常は適さない。

既知の幾つかのイオン交換樹脂は（メタ）アクリルコポリマーに基づいているけれども、これらの樹脂の多くはゲルであるか、または比較的低い能力を有する。

イオン交換樹脂、イオン交換樹脂を含むクロマトグラフィカラム、イオン交換樹脂を含む複合材料、イオン交換樹脂を含むフィルタエレメント、イオン交換樹脂を調製する方法およびイオン交換樹脂を用いて帯電材料を分離するか、または精製する方法が提供される。より詳しくは、イオン交換樹脂は架橋された親水性（メタ）アクリルコポリマーのマクロ孔質粒子である。

一態様において、２０より大きい親油性指数を有するモノマーが実質的にないモノマー混合物の反応生成物であるイオン交換樹脂が提供される。モノマー混合物は、モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして２５重量％を超える量のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋モノマーおよび少なくとも３５重量％の量のイオン性モノマーを含む。イオン交換樹脂は、少なくとも２０マイクロメートルの平均サイズおよび少なくとも５０ｍ²／ｇの表面積を有するマクロ孔質粒子の形態を取っている。

第２の態様において、イオン交換樹脂を調製する方法が提供される。本方法は、２０より大きい親油性指数を有するモノマーが実質的にない水相モノマー混合物を形成する工程と、前記水相モノマー混合物を非極性溶媒に懸濁させる工程と、前記モノマー混合物を重合させてイオン交換樹脂のマクロ孔質粒子を形成する工程とを含む。モノマー混合物は、モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして２５重量％を超える量のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマーと、少なくとも３５重量％の量のイオン性モノマーとを含む。イオン交換樹脂は、少なくとも２０マイクロメートルの平均サイズおよび少なくとも５０ｍ²／ｇの表面積を有するマクロ孔質粒子の形態を取っている。

第３の態様において、帯電材料を分離するか、または精製する方法が提供される。本方法は、第１の電荷を有する帯電材料を含むサンプルを、第１の電荷とは逆の第２の電荷を有するイオン交換樹脂に接触させる工程と、イオン交換樹脂上に帯電材料を吸着させる工程とを含む。イオン交換樹脂は、２０より大きい親油性指数を有するモノマーが実質的にない水相モノマー混合物の反応生成物である。モノマー混合物は、前記モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして２５重量％を超える量のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマーと、少なくとも３５重量％の量のイオン性モノマーとを含む。イオン交換樹脂は、少なくとも２０マイクロメートルの平均サイズおよび少なくとも５０ｍ²／ｇの表面積を有するマクロ孔質粒子の形態を取っている。

第４の態様において、クロマトグラフィカラムが提供される。クロマトグラフィカラムはイオン交換樹脂が少なくとも部分的に充填されたカラムを含む。イオン交換樹脂は、２０より大きい親油性指数を有するモノマーが実質的にない水相モノマー混合物の反応生成物である。モノマー混合物は、前記モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして２５重量％を超える量のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマーと、少なくとも３５重量％の量のイオン性モノマーとを含む。イオン交換樹脂は、少なくとも２０マイクロメートルの平均サイズおよび少なくとも５０ｍ²／ｇの表面積を有するマクロ孔質粒子の形態を取っている。

第５の態様において、濾過材と、濾過層の表面上に沈着したイオン交換樹脂とを含む濾過エレメントが提供される。イオン交換樹脂は、２０より大きい親油性指数を有するモノマーが実質的にない水相モノマー混合物の反応生成物である。モノマー混合物は、前記モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして２５重量％を超える量のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマーと、少なくとも３５重量％の量のイオン性モノマーとを含む。イオン交換樹脂は、少なくとも２０マイクロメートルの平均サイズおよび少なくとも５０ｍ²／ｇの表面積を有するマクロ孔質粒子の形態を取っている。

第６の態様において、連続多孔質マトリックスと前記多孔質マトリックス内に導入されたイオン交換樹脂とを含む複合材料が提供される。イオン交換樹脂は、２０より大きい親油性指数を有するモノマーが実質的にない水相モノマー混合物の反応生成物である。モノマー混合物は、前記モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして２５重量％を超える量のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマーと、少なくとも３５重量％の量のイオン性モノマーとを含む。イオン交換樹脂は、少なくとも２０マイクロメートルの平均サイズおよび少なくとも５０ｍ²／ｇの表面積を有するマクロ孔質粒子の形態を取っている。

本発明の上の発明の開示は、本発明の開示された各実施形態もあらゆる実施も記載しようと意図していない。以下に続く詳細な説明は、これらの実施形態をより詳しく例示している。

架橋された親水性（メタ）アクリルコポリマーであるイオン交換樹脂が提供される。イオン交換樹脂は、少なくとも５０ｍ²／ｇの表面積および少なくとも２０マイクロメートルの平均サイズを有するマクロ孔質粒子の形態を取っている。更に、イオン交換樹脂を含むクロマトグラフィカラム、イオン交換樹脂を含む複合材料、イオン交換樹脂を含む濾過エレメント、イオン交換樹脂を調製する方法およびイオン交換樹脂で帯電材料を分離するか、または精製する方法が記載されている。

本明細書で用いられる「（メタ）アクリル」という用語は、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸またはメタクリル酸の誘導体あるいはそれらの組み合わせの反応生成物であるポリマーまたはコポリマーを意味する。本明細書で用いられる「（メタ）アクリレート」という用語は、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸またはメタクリル酸の誘導体あるいはそれらの組み合わせであるモノマーを意味する。適する誘導体には、置換されていないか、または置換されていることが可能であるエステル、塩、アミドおよびニトリルなどが挙げられる。これらの誘導体の幾つかはイオン性基を含むことが可能である。

本明細書で用いられる「ポリマー」または「高分子」という用語は、ホモポリマーまたはコポリマーである材料を意味する。同様に、「重合する」または「重合」という用語は、ホモポリマーまたはコポリマーを製造するプロセスを意味する。本明細書で用いられる「ホモポリマー」という用語は、１種のモノマーを用いて調製された高分子材料を意味する。本明細書で用いられる「コポリマー」という用語は、２種以上の異なるモノマーを用いて調製されている高分子材料を意味する。

本明細書で用いられる「帯電された」という用語は、その化学構造の一部として共有結合されたイオン性基を有する材料に関連する。負に帯電された材料はアニオンであり、正に帯電された材料はカチオンである。逆に帯電された対イオンは、典型的には共有結合されたイオン性基に対応付けられる。幾つかのイオン性基の電荷はｐＨを調節することにより変えることが可能である。

イオン交換樹脂はマクロ孔質粒子の形態をとっている。本明細書で用いられる「マクロ孔質」という用語は、乾燥状態においてさえ永続的な多孔質構造を有する粒子を意味する。溶媒に接触した時に樹脂は膨潤することが可能であるけれども、多孔質構造を通して粒子の内部に接近することを可能にするために膨潤は必要とされない。それに反して、ゲル型樹脂は乾燥状態において永続的な多孔質構造をもたないが、粒子の内部に接近することを可能にするために適する溶媒によって膨潤されなければならない。マクロ孔質粒子は、シェリントン（Ｓｈｅｒｒｉｎｇｔｏｎ）、Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．、２２７５−２２８６（１９９８年）で更に記載されている。マクロ孔質イオン交換樹脂は、典型的には２０〜２０００オングストロームのサイズを有する孔を有する（すなわち、孔サイズは極低温条件下で種々の相対圧力で窒素吸着を用いて特性分析することが可能である）。

イオン交換樹脂粒子は、不規則形状を有することが可能であるか、あるいは球状またはおよそ球状であることが可能である。幾つかのイオン交換樹脂において、粒子はビーズである。粒子は、通常、少なくとも２０マイクロメートルの平均サイズを有する。粒子の平均サイズは、画像分析と合わせて光散乱または電子顕微鏡法などの技術を用いて決定することが可能である。幾つかの用途において、イオン交換樹脂は、２０〜５００マイクロメートル、５０〜５００マイクロメートル、２０〜２００マイクロメートル、５０〜２００マイクロメートル、５０〜１００マイクロメートル、５０〜７５マイクロメートル、５０〜７０マイクロメートルまたは６０〜７０マイクロメートルの平均粒度を有する。

イオン交換樹脂の平均サイズが約２０マイクロメートル未満である場合、粒子が充填されたクロマトグラフィカラム内の背圧は、特に大きい生体分子の精製または分離のために有用な大きいカラムのために許容できないほど大きくなる場合がある。平均粒度が２０００マイクロメートルほどであることが可能であるけれども、平均粒度は、典型的には５００マイクロメートル以下である。平均粒度が約５００マイクロメートルより大きい場合、クロマトグラフィプロセスの効率は、特にイオン交換樹脂の孔への遅い拡散速度をしばしば有する蛋白質などの大きい生体高分子の精製または分離に関して低い場合がある。例えば、２０〜５００マイクロメートルのイオン交換樹脂を用いて得ることができる、より大きなイオン交換樹脂によるのと同じ分離度または精製度を達成するために、より多い樹脂量、より長いクロマトグラフィカラム、より遅い流速またはそれらの組み合わせを必要とする場合がある。

イオン交換樹脂の表面積はＢＥＴ窒素吸着法を用いて決定することが可能である。この方法は表面積を決定するために一般に用いられ、極低温条件下でイオン交換樹脂の表面上に窒素の単分子層を吸着させることを含む。吸着させた窒素の量は表面積に比例する。窒素の量は典型的には厚さにおいて単分子層である。幾つかのイオン交換樹脂は、少なくとも５０ｍ²／ｇ（例えば、少なくとも７５ｍ²／ｇまたは少なくとも１００ｍ²／ｇ）の表面積を有する。イオン交換樹脂は、通常５００ｍ²／ｇ以下の表面積を有する。幾つかのイオン交換樹脂は、４００ｍ²／ｇ以下、３００ｍ²／ｇ以下または２５０ｍ²／ｇ以下の表面積を有する。イオン交換樹脂の表面積は、しばしば５０ｍ²／ｇ〜５００ｍ²／ｇの範囲内である。幾つかのイオン交換樹脂は、１００ｍ²／ｇ〜４００ｍ²／ｇ、１００ｍ²／ｇ〜３００ｍ²／ｇまたは１００ｍ²／ｇ〜２５０ｍ²／ｇの表面積を有する。

イオン交換樹脂は、種々の親水性モノマーを含むモノマー混合物の反応生成物である。より詳しくは、モノマー混合物は、前記モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして２５重量％を超えるＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマー（すなわち、Ｎ，Ｎ’−アルキレンビスアクリルアミドまたはＮ，Ｎ’−アルキレンビスメタクリルアミド）および少なくとも３５重量％のイオン性モノマーを含む。

適するＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマーには、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスメタクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−エチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−エチレンビスメタクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−プロピレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−プロピレンビスメタクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−ヘキサメチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−ヘキサメチレンビスメタクリルアミド、およびＮ，Ｎ’−ピペラジンビスアクリルアミドが挙げられるが、それらに限定されない。Ｎ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミドは少なくとも２官能性であり、１つの高分子鎖をもう１つの高分子鎖で架橋することが可能であるか、または高分子鎖の一部を同じ高分子鎖のもう１つの部分で架橋ことが可能である。

モノマー混合物は、モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして２５重量％を超えるＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミドを含む。より低いレベルの架橋用モノマーを用いる時、イオン交換樹脂はマクロ孔質粒子を形成するよりむしろゲルである傾向がある。イオン交換樹脂の剛性および機械的強度は、モノマー混合物中に含まれる架橋用モノマーの量につれて増加する傾向がある。

モノマー混合物は、全モノマー重量を基準にして６５重量％以下のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマーを含む。架橋用モノマーの量が６５重量％を超える時、イオン交換樹脂はしばしば低い能力を有する。モノマー混合物中に存在するイオン性モノマーの量の対応する減少があるからである。

２５超〜６５重量％のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマーを含むモノマー混合物から調製されたイオン交換樹脂はマクロ孔質である傾向があり、高い能力を有する傾向がある。幾つかのイオン交換樹脂は、モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして２５超〜６０重量％、３０〜６０重量％、２５超〜５５重量％、３０〜５５重量％、２５超〜５０重量％、３０〜５０重量％、２５超〜４５重量％、３０〜４５重量％、２５超〜４０重量％、３０〜４０重量％、２５超〜３５重量％または３０〜３５重量％の架橋用モノマーを含む。

本明細書で用いられる「能力」という用語は、イオン交換樹脂上に吸着できる正帯電材料または負帯電材料の最大量を意味する。能力は、イオン交換樹脂を調製するために用いられるモノマー混合物に含まれるイオン性モノマーの濃度に一般に関連付けられる。能力は、イオン交換樹脂上に吸着できる帯電材料の量を測定することにより決定することが可能である。例えば、能力は吸着することができる蛋白質などの生体分子の量の点から与えることが可能である。

特に、カチオン交換樹脂の能力は吸着することができる蛋白質リゾチームの量の点から与えることが可能である。幾つかのカチオン交換樹脂は、少なくとも５０ｍｇ／ｍｌ（すなわち、リゾチーム５０ミリグラム／カチオン交換樹脂のミリリットル）であるリゾチーム能力を有する。例えば、幾つかのカチオン交換樹脂は、少なくとも７５ｍｇ／ｍｌ、少なくとも８０ｍｇ／ｍｌ、少なくとも９０ｍｇ／ｍｌまたは少なくとも１００ｍｇ／ｍｌであるリゾチーム能力を有することが可能である。幾つかのカチオン交換樹脂は、５０ｍｇ／ｍｌ〜２５０ｍｇ／ｍｌ、７５ｍｇ／ｍｌ〜２５０ｍｇ／ｍｌ、９０ｍｇ／ｍｌ〜２５０ｍｇ／ｍｌまたは９０ｍｇ／ｍｌ〜２００ｍｇ／ｍｌのリゾチーム能力を有する。

アニオン交換樹脂の能力は吸着することができる蛋白質牛血清アルブミンの量の点から与えることが可能である。幾つかのアニオン交換樹脂は、少なくとも１０ｍｇ／ｍｌ（すなわち、牛血清アルブミン１０ミリグラム／アニオン交換樹脂のミリリットル）である牛血清アルブミン能力を有する。例えば、幾つかのアニオン交換樹脂は、少なくとも１５ｍｇ／ｍｌ、少なくとも２０ｍｇ／ｍｌ、少なくとも２５ｍｇ／ｍｌ、少なくとも３０ｍｇ／ｍｌまたは少なくとも４０ｍｇ／ｍｌである牛血清アルブミン能力を有する。幾つかのアニオン交換樹脂は、１０ｍｇ／ｍｌ〜８０ｍｇ／ｍｌ、１０ｍｇ／ｍｌ〜７０ｍｇ／ｍｌ、２０ｍｇ／ｍｌ〜７０ｍｇ／ｍｌ、２０ｍｇ／ｍｌ〜６０ｍｇ／ｍｌ、３０ｍｇ／ｍｌ〜６０ｍｇ／ｍｌまたは３０ｍｇ／ｍｌ〜５０ｍｇ／ｍｌの牛血清アルブミン能力を有する。

イオン交換樹脂を調製するために用いられるモノマー混合物は、モノマーの全重量を基準にして少なくとも３５重量％のイオン性モノマーを含む。モノマー混合物はしばしば７５重量％以下のイオン性モノマーを含む。得られたイオン交換樹脂の能力は、モノマー混合物中のイオン性モノマーのレベルがより高くなるにつれて増加する傾向がある。しかし、モノマー混合物中のイオン性モノマーの量が７５％より高い場合、架橋用モノマーの量は、得られたイオン交換樹脂がマクロ孔質粒子でなくゲルであるようなほどに減少しうる。マクロ孔質粒子は、有利にはゲルより硬い傾向があり、例えば、クロマトグラフィカラム内のより高い流量条件下またはより高い圧力条件下で用いることが可能である。

幾つかのイオン交換樹脂は、モノマーの全重量を基準にして３５〜７５重量％、３５〜７０重量％、３５〜６０重量％、３５〜５０重量％、４０〜７５重量％、４０〜７０重量％、４０〜６０重量％、５０〜７５重量％、５０〜７０重量％または５０〜６０重量％のイオン性モノマーを含むモノマー混合物から調製される。

カチオン交換樹脂は、弱酸、強酸、弱酸の塩、強酸の塩またはそれらの組み合わせを含むイオン性モノマーを用いて調製することが可能である。得られたイオン交換樹脂は、正に帯電した材料（すなわちカチオン）と相互作用できる負に帯電した材料を有する。カチオン交換樹脂を調製するために用いられたイオン性モノマーが弱酸の塩または強酸の塩を含む場合、これらの塩の対イオンは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウムイオンまたはテトラアルキルアンモニウムイオンであることが可能であるが、それらに限定されない。

負電荷（すなわち、カチオン交換樹脂中で用いるために適する基）を有する例示的な幾つかのイオン性モノマーには、式Ｉの（メタ）アクリルアミドスルホン酸またはその塩が挙げられる。

式Ｉにおいて、Ｙは１〜１０個の炭素原子を有する直鎖または分岐のアルキレンであり、Ｒは水素またはメチルである。式Ｉによる例示的な材料には、Ｎ−アクリロイルアミノメタンスルホン酸、２−アクリルアミドエタンスルホン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸および２−メタクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸が挙が挙げられるが、それらに限定されない。これらの酸性モノマーの塩も用いることが可能である。

カチオン交換樹脂を調製するために適する他のイオン性モノマーには、ビニルスルホン酸および４−スチレンスルホン酸などのスルホン酸、（メタ）アクリルアミドアルキルホスホン酸（例えば、２−アクリルアミドエチルホスホン酸および３−メタクリルアミドプロピルホスホン酸）などのアミノホスホン酸、アクリル酸およびメタクリル酸、ならびに２−カルボキシエチルアクリレート、２−カルボキシエチルメタクリレート、３−カルボキシプロピルアクリレートおよび３−カルボキシプロピルメタクリレートなどのカルボキシアルキル（メタ）アクリレートが挙げられる。適するなお他の酸モノマーには、米国特許第４，１５７，４１８号明細書（ヘイルマン（Ｈｅｉｌｍａｎｎ））に記載されたものなどの（メタ）アクリロイルアミノ酸が挙げられる。例示的な（メタ）アクリロイルアミノ酸には、Ｎ−アクリロイルグリシン、Ｎ−アクリロイルアスパラギン酸、Ｎ−アクリロイル−β−アラニンおよび２−アクリルアミドグリコール酸が挙げられるが、それらに限定されない。これらの酸モノマーのいずれかの塩も用いることが可能である。

アニオン交換樹脂は、弱塩基、強塩基、弱塩基の塩、強塩基の塩またはそれらの組み合わせを含むイオン性モノマーを用いて調製することが可能である。得られたイオン交換樹脂は、負に帯電した材料（すなわちアニオン）と相互作用できる正に帯電した基を有する。アニオン交換樹脂のためのイオン性モノマーが弱塩基の塩または強塩基の塩を含む場合、この塩の対イオンはしばしばハロゲン化物（例えば塩化物）、カルボン酸塩（例えば酢酸塩またはギ酸塩）、硝酸塩、リン酸塩、硫酸塩、硫酸水素塩、硫酸メチルまたは水酸化物である。

正電荷を有する例示的な幾つかのイオン性モノマーには、アミノ（メタ）アクリレートが挙げられる。本明細書で用いられる「アミノ（メタ）アクリレート」という用語は、第一アミノ基、第二アミノ基、第三アミノ基または第四アミノ基を有するメタクリル酸またはアクリル酸の誘導体を意味する。アミノ基は、脂肪族基（すなわち、直鎖、分岐または環式）または芳香族基の一部であることが可能であり、全体的にまたは部分的にプロトン付加された形態を取ることが可能である。アミノ（メタ）アクリレートは塩の形態を取ることが可能である。

例示的なアミノ（メタ）アクリレートには、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルメタクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルアクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルメタクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアクリレート、Ｎ−ｔ−ブチルアミノプロピルメタクリレートおよびＮ−ｔ−ブチルアミノプロピルアクリレートなどのＮ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートが挙げられる。適する他のアミノ（メタ）アクリレートには、例えば、Ｎ−（３−アミノプロピル）メタクリルアミド、Ｎ−（３−アミノプロピル）アクリルアミド、Ｎ−（３−イミダゾリルプロピル）メタクリルアミド、Ｎ−（３−イミダゾリルプロピル）アクリルアミド、Ｎ−（２−イミダゾリルエチル）メタクリルアミド、Ｎ−（１，１−ジメチル−３−イミダゾイルプロピル）メタクリルアミド、Ｎ−（１，１−ジメチル−３−イミダゾイルプロピル）アクリルアミド、Ｎ−（３−ベンゾイミダゾリルプロピル）アクリルアミドおよびＮ−（３−ベンゾイミダゾリルプロピル）メタクリルアミドが挙げられる。

適する他のアミノ（メタ）アクリレートモノマーには、例えば、（メタ）アクリルアミドアルキルトリメチルアンモニウム塩（例えば、３−メタクリルアミドプロピルトリメチル塩化アンモニウムおよび３−アクリルアミドプロピルトリメチル塩化アンモニウム）および（メタ）アクリルオキシアルキルトリメチルアンモニウム塩（例えば、２−アクリルオキシエチルトリメチル塩化アンモニウム、２−メタクリルオキシエチルトリメチル塩化アンモニウム、３−メタクリルオキシ−２−ヒドロキシプロピルトリメチル塩化アンモニウム、３−アクリルオキシ−２−ヒドロキシプロピルトリメチル塩化アンモニウムおよび２−アクリルオキシエチルトリメチルアンモニウムメチル硫酸塩）が挙げられる。

イオン交換樹脂に正に帯電した基を提供することができる他のモノマーには、アルケニルアズラクトンのジアルキルアミノアルキルアミン付加体（例えば、ビニルジメチルアズラクトンの２−（ジエチルアミノ）エチルアミン付加体、（２−アミノエチル）トリメチル塩化アンモニウム付加体および３−（ジメチルアミノ）プロピルアミン付加体）およびジアリルアミンモノマー（例えば、ジアリル塩化アンモニウムおよびジアリルジメチル塩化アンモニウム）が挙げられる。

イオン交換樹脂は、疎水性モノマーが実質的にないモノマー混合物を重合させることにより調製することが可能である。より詳しくは、モノマー混合物は、２０より大きい親油性指数を有するモノマーが実質的にない。本明細書で用いられる「実質的にない」という用語は、たとえあるとしても僅かな疎水性モノマーを含むモノマー混合物に関連する。モノマー混合物は、モノマーの全重量を基準にして２重量％以下、１重量％以下または０．５重量％以下の疎水性モノマーを含む。疎水性モノマーが実質的にないイオン交換樹脂は、非イオン材料の低い非特異的な吸着を有する傾向がある。

本明細書で用いられる「親油性指数」すなわち「ＬＩ」という用語は、モノマーの疎水性または親水性の特性を特徴付けるための指数を意味する。親油性指数は、非極性溶媒（例えばヘキサン）と極性溶媒（例えば７５：２５アセトニトリル−水溶液）の等体積（１：１）にモノマーを分配することにより決定される。親油性指数は、分配後に非極性相に残るモノマーの重量％に等しい。より疎水性であるモノマーは、より高い親油性指数を有する傾向がある。同様に、より親水性であるモノマーは、より低い親油性指数を有する傾向がある。親油性指数の測定は、デルティナ（Ｄｒｔｉｎａ）ら、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅ、２９、４４８６−４４８９（１９９６年）に更に記載されている。

一般にはモノマー混合物にはない２０より大きい親油性指数を有するモノマーには、例えば、エチレングリコールジメタクリレート（ＬＩは２５である）、フェノキシエチルメタクリレート（ＬＩは３２である）、トリメチロールプロパントリメタクリレート（ＬＩは３７である）、メチルメタクリレート（ＬＩは３９である）、エチルメタクリレート（ＬＩは５３である）、ブチルメタクリレート（ＬＩは７３である）、シクロヘキシルメタクリレート（ＬＩは９０である）およびラウリルメタクリレート（ＬＩは９７である）などが挙げられる。

Ｎ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマーとイオン性モノマーの両方は２０以下の親油性指数を有する。モノマー混合物中に含まれている追加のあらゆるモノマーは親水性であり、２０以下の親油性指数を有する。幾つかのイオン交換樹脂において、モノマー混合物中のすべてのモノマーは１５以下、１０以下、５以下、３以下または１以下の親油性指数を有する。

親水性であるが非イオン性モノマーは、架橋用モノマーの量を一定に維持しつつイオン交換樹脂の能力を調節する目的のためにモノマー混合物に添加することが可能である。すなわち、架橋の量、イオン交換樹脂の剛性またはイオン交換樹脂の気孔率を大幅に変えずに、能力は修正することが可能である。更に、イオン交換樹脂の親水性の特性は、これらの非イオン性モノマーの使用により修正することが可能である。

適する親水性非イオン性モノマーは、モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして典型的には４０％以下の量で存在する。幾つかのイオン交換樹脂において、モノマー混合物は、モノマーの全重量を基準にして３０重量％以下、２５重量％以下、２０重量％以下、１５重量％以下、１０重量％以下または５重量％以下の親水性非イオン性モノマーを含む。

十分に低い親油性指数を有する非イオン性モノマーの例には、２−ヒドロキシエチルアクリレート、３−ヒドロキシプロピルアクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート（例えばＬＩは１である）および３−ヒドロキシプロピルメタクリレート（例えばＬＩは２である）などのヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート、アクリルアミド（例えばＬＩは１未満である）およびメタクリルアミド（ＬＩは１未満である）、グリセロールモノメタクリレートおよびグリセロールモノアクリレート、Ｎ−メチルアクリルアミド（例えばＬＩは１未満である）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド（例えばＬＩは１未満である）、Ｎ−メチルメタクリルアミドおよびＮ，Ｎ−ジメチルメタクリルアミドなどのＮ−アルキル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニルアセトアミドおよびＮ−ビニルピロリドンなどのＮ−ビニルアミド、２−アセトキシエチルアクリレートおよび２−アセトキシエチルメタクリレート（例えばＬＩは９である）などのアセトキシアルキル（メタ）アクリレート、グリシジルアクリレートおよびグリシジルメタクリレート（例えばＬＩは１１である）などのグリシジル（メタ）アクリレート、ならびにビニルジメチルアズラクトン（例えばＬＩは１５である）などのビニルアルキルアズラクトンが挙げられるが、それらに限定されない。

イオン交換樹脂は親水性であり、通常は低い非特異的吸着を有する（すなわち、低いＬＩを有するモノマーから調製されたイオン交換樹脂は非特異的吸着を有する傾向がある）。イオン交換樹脂は、典型的には、イオン交換樹脂上の帯電した基との相互作用を通して種々の帯電材料を吸着し、典型的には、イオン交換樹脂の非イオン性部分上でたとえあるにしても僅かの材料を吸着する。この低い非特異的吸着は、サンプル中の帯電材料の他の材料からのより良好な分離または精製を有利にもたらすことが可能である。

イオン交換樹脂粒子は、かなり硬い傾向があり（すなわち、粒子はゲルではない）、例えば、高い流速でクロマトグラフィカラム内で用いることが可能である。イオン交換樹脂はクロマトグラフィカラム内で一般に生じる差圧条件下で用いるために適する。本明細書で用いられる「差圧」という用語は、クロマトグラフィカラムを横切る圧力降下を意味する。例えば、治療蛋白質の下流精製または下流分離のために用いられるクロマトグラフィカラムは、生産性を増やすために少なくとも１５０ｃｍ／時間、少なくとも２５０ｃｍ／時間、少なくとも５００ｃｍ／時間または少なくとも１０００ｃｍ／時間などの見掛け速度（流速）で用いることが可能である。

小さいクロマトグラフィカラム（例えば、直径約５ｃｍ未満のカラム）内で、イオン交換樹脂の充填層はカラム壁によってよく支持される。こうしたカラムにおいて、比較的広い範囲の剛性を有するイオン交換樹脂は、２００ｐｓｉ（１３８０ｋＰａ）を超える差圧に耐えることが可能である。しかし、大きいクロマトグラフィカラム（例えば、約５ｃｍを超える直径を有するカラム）内で、イオン交換樹脂の充填層はカラム壁からより低い支持を有する（例えば、樹脂のより小さいフラクションがカラムの壁面に接触している）。こうしたカラムにおいて、より高い剛性を有するイオン交換樹脂は少なくとも２５ｐｓｉ（１７３ｋＰａ）の差圧に耐えることができる傾向がある。幾つかのイオン交換樹脂は、５０ｐｓｉ（３４５ｋＰａ）〜２００ｐｓｉ（１３８０ｋＰａ）の差圧に耐えることが可能である。

本発明のもう１つの態様は、マクロ孔質イオン交換樹脂を調製する方法を提供する。本方法は、２０より大きい親油性指数を有するモノマーが実質的にない水性モノマー混合物を形成する工程と、非極性溶媒中に前記水相モノマー混合物を懸濁させる工程と、前記モノマー混合物を重合させて、イオン交換樹脂のマクロ孔質粒子を形成する工程とを含む。水性モノマー混合物は、モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして２５重量％を超える量のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミドおよび少なくとも３５重量％の量のイオン性モノマーを含む。マクロ孔質粒子は、少なくとも２０マイクロメートルの平均サイズおよび少なくとも５０ｍ²／ｇの表面積を有する。

この重合方法は逆重合プロセスである。水相モノマー混合物は非極性溶媒に分散されるか、または懸濁される。非極性溶媒の体積は水相の体積より大きい。非極性溶媒は水相に混和性ではない。幾つかの実施形態において、非極性対水相の体積比は２：１〜６：１の範囲内である。水相モノマー混合物は、しばしば非極性溶媒中の比較的小さい小滴として分散される。

水相は水と水に混和性である共溶媒を含む。適する共溶媒には、アルコール（例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノールおよびイソプロパノール）、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン、アセトニトリルおよびテトラメチルウレアなどが挙げられる。共溶媒は、水相中のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマーなどのモノマーの幾つかの溶解度を改善することが可能である。

水相は非極性溶媒に分散されるか、または懸濁される。重合済み材料の分散のための不活性媒体として機能することに加えて、懸濁媒体（すなわち非極性媒体）の主目的は、重合反応中に発生した熱を散逸させることである。幾つかの実施形態において、懸濁媒体の密度は、水相とほぼ同じであるように選択することが可能である。これらの密度の近似的な整合は、より球状の粒子およびより均一なサイズの粒子の形成をもたらす傾向がある。

適する非極性溶媒は、典型的には、ヘキサン、ヘプタン、ｎ−オクタン、イソオクタン、イソドデカンおよびシクロヘキサンなどのアルカン、四塩化炭素、クロロホルムおよび塩化メチレンなどのハロゲン化炭化水素、ベンゼンおよびトルエンなどの芳香族化合物、低粘度シリコーン油またはそれらの組み合わせである。例えば、非極性溶媒は、ヘプタンと塩化メチレンの混合物またはヘプタンとトルエンの混合物であることが可能である。

懸濁剤（すなわち重合安定剤）は、非極性溶媒中の水相小滴の懸濁を促進するためにしばしば用いられる。懸濁剤は、通常、疎水性部分と親水性部分の両方を有する。適する懸濁剤には、セスキオレエート、ポリエチレンオキシド（２０）ソルビタントリオレエート、ポリエチレンオキシド（２０）ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ジ−２−エチルヘキシルスルホコハク酸ナトリウム、イソオクチルアクリレートとアクリル酸のコポリマー、ヘキシルアクリレートとアクリル酸ナトリウムのコポリマーおよびイソオクチルアクリレートと２−アクリルアミドイソブチルアミドのコポリマーなどが挙げられる。懸濁剤の量は、イオン交換樹脂のサイズに影響を及ぼしうる（すなわち、より多い量の懸濁剤の使用は、より小さいイオン交換樹脂粒子の形成をしばしばもたらす）。懸濁剤の量は、モノマー混合物中のモノマーの重量を基準にして一般には０．１〜１０重量％である。例えば、モノマー混合物は、モノマーの重量を基準にして０．１〜８重量％または０．５〜５重量％の懸濁剤を含むことが可能である。

イオン交換樹脂のサイズは、水相小滴のサイズによって大部分は決定される。小滴サイズは、攪拌の速度、温度、懸濁剤の量、懸濁剤の選択、非極性溶媒の選択およびあらゆる水相共溶媒の選択などの変数によって影響を受けることが可能である。攪拌の速度、懸濁剤のタイプおよび懸濁剤の量は、得られた粒子の凝結または凝集を制御するためにしばしば用いることが可能である。凝結のないことは通常は好ましい。

開始剤はラジカル重合反応を開始するために水相に添加することが可能である。ラジカル開始剤は、通常水または水共溶媒混合物に可溶性である。一旦懸濁液が形成されると、ラジカル開始剤は、熱で、光化学的に、または酸化還元反応を通して活性化させることが可能である。ラジカル開始剤は、モノマー混合物の重量を基準にして０．０２〜１０重量％の量でしばしば用いられる。幾つかの例において、ラジカル開始剤はモノマー混合物の重量を基準にして２〜６重量％の量で存在する。

適する水溶性熱開始剤には、例えば、アゾ化合物、過酸化物またはヒドロペルオキシドあるいは過硫酸塩などが挙げられる。例示的なアゾ化合物には、２，２’−アゾビス［２−（２−イミダゾリン−２−イル）プロパン］ジヒドロクロリド、２，２’−アゾビス（２−アミジノプロパン）ジヒドロクロリドおよび４，４’−アゾビス−（４−シアノペンタン酸）が挙げられる。市販されている熱アゾ化合物開始剤の例には、「バゾ（ＶＡＺＯ）」４４、「バゾ（ＶＡＺＯ）」５６および「バゾ（ＶＡＺＯ）」６８などの「バゾ（ＶＡＺＯ）」という商品名でデュポン・スペシャルティ・ケミカル（ＤｕＰｏｎｔ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）（デラウェア州ウィルミントン（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ））から入手できる材料が挙げられる。適する過酸化物およびヒドロペルオキシドには、過酸化アセチル、ｔ−ブチルヒドロペルオキシド、クメンヒドロペルオキシドおよびペルオキシ酢酸が挙げられる。適する過硫酸塩には、例えば、過硫酸ナトリウムおよび過硫酸アンモニウムが挙げられる。

他の例において、ラジカル開始剤は、過硫酸アンモニウムまたは過硫酸ナトリウムとＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，２−ジアミノエタン、過硫酸アンモニウムまたは過硫酸ナトリウムと硫酸第一鉄アンモニウム、過酸化水素と硫酸第一鉄アンモニウムあるいはクメンヒドロペルオキシドとＮ，Ｎ−ジメチルアニリンなどのレドックスカップルである。

重合温度は選択された特定のラジカル開始剤および非極性溶媒の沸点に応じて典型的に異なる。重合温度は熱開始重合については通常約５０℃〜約１５０℃である。幾つかの方法において、温度は約５５℃〜約１００℃である。レドックス開始重合または光化学的開始重合については、温度は必要ならば室温またはそれ以下に近いことが可能である。重合時間は約３０分から約２４時間またはそれ以上であることが可能である。典型的には、２〜４時間の重合時間は十分である。

一旦ラジカル重合反応が開始されてしまうと、（メタ）アクリルコポリマーは水相から沈殿する傾向がある。水相の一部は、コポリマー中に閉じ込められることが可能であり、よって孔の形成をもたらす。得られたイオン交換樹脂は、例えば、濾過またはデカント法によって単離することが可能であり、必要ならば一連の洗浄工程を受けることが可能である。イオン交換樹脂は、必要ならば適するいずれかの方法を用いて乾燥させることが可能である。幾つかの方法において、得られたイオン交換樹脂は、篩分け、沈降分離および空気分級などの技術を用いて分別することが可能である。

もう１つの態様において、帯電材料を分離または精製する方法が提供される。本方法は、第１の電荷を有する帯電材料を含むサンプルを、第１の電荷とは逆の第２の電荷を有するイオン交換樹脂に接触させる工程と、イオン交換樹脂上に帯電材料を吸着させる工程とを含む。イオン交換樹脂は、２０より大きい親油性指数を有するモノマーが実質的にないモノマー混合物の反応生成物である。モノマー混合物は、モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして２５重量％を超える量のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマーおよび少なくとも３５重量％の量のイオン性モノマーを含む。イオン交換樹脂は、少なくとも２０マイクロメートルの平均サイズおよび少なくとも５０ｍ²／ｇの表面積を有するマクロ孔質粒子の形態を取っている。

負に帯電した材料を含むサンプルは、正に帯電した基を有するアニオン交換樹脂に一定ｐＨで（例えば、２〜７のｐＨで）接触することが可能である。吸着した材料をアニオン交換樹脂から解放するために、ｐＨを少なくとも８（例えば、ｐＨは１０〜１２であることが可能である）に上げることが可能である。あるいは、帯電材料が生体分子である時、サンプルは、約３〜１０のｐＨまたは約６〜８のｐＨで低イオン強度緩衝剤（例えば、５〜２０ミリモルの緩衝塩）中でアニオン交換樹脂に接触させることが可能である。吸着された生体分子を解放するために、高イオン強度緩衝剤をアニオン交換樹脂に接触させる。幾つかの実施形態において、高イオン強度緩衝剤は、材料＋１モルの塩化ナトリウムを吸着させるために用いられたその同じ緩衝剤組成物を含む。吸着プロセスおよび解法プロセスは、典型的には室温に近い温度で行われる。

正に帯電した材料を含むサンプルは、負に帯電した基を有するカチオン交換樹脂に一定のｐＨで（例えば、７〜１２のｐＨで）通常接触される。吸着された材料をカチオン交換樹脂から解放するために、ｐＨは少なくとも６（例えば、ｐＨは２〜５であることが可能である）に下げることが可能である。あるいは、帯電材料が生体分子である時、サンプルは、約３〜１０のｐＨまたは約６〜８のｐＨで低イオン強度緩衝剤（例えば、５〜２０ミリモルの緩衝塩）中でアニオン交換樹脂に接触させることが可能である。吸着された生体分子を解放するために、高イオン強度緩衝剤をカチオン交換樹脂に接触させる。幾つかの実施形態において、高イオン強度緩衝剤は、材料＋１モルの塩化ナトリウムを吸着させるために用いられたその同じ緩衝剤組成物を含む。吸着プロセスおよび解法プロセスは、典型的には室温に近い温度で行われる。

ｐＨを制御するために有用な緩衝塩には、リン酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、ホウ酸ナトリウム、酢酸ナトリウムおよびＴＲＩＳ（トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン）が挙げられるが、それらに限定されない。適する他の緩衝剤には、ＭＯＰＳ（３−モルホリノプロパンスルホン酸）、ＥＰＰＳ（４−（２−ヒドロキシエチル）ピペラジン−１−プロパンスルホン酸）、ＭＥＳ（２−モルホリノエタンスルホン酸）およびその他などの「グッズ（Ｇｏｏｄ’ｓ）」緩衝剤が挙げられる。

幾つかのサンプルは生体分子を含む。生体分子は他のサンプル構成成分から分離することが可能であるか、または精製することが可能である。適する生体分子には、例えば、蛋白質、酵素、ワクチン、ＤＮＡおよびＲＮＡが挙げられる。サンプルのｐＨを調節すると、幾つかの生体分子の電荷を変えることが可能である。

更にもう１つの態様において、クロマトグラフィカラムが提供される。クロマトグラフィカラムはイオン交換樹脂が少なくとも部分的に充填されたカラムを含む。イオン交換樹脂は、２０より大きい親油性指数を有するモノマーが実質的にないモノマー混合物の反応生成物である。モノマー混合物は、モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして２５重量％を超える量のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマーおよび少なくとも３５重量％の量のイオン性モノマーを含む。イオン交換樹脂は、少なくとも２０マイクロメートルの平均サイズおよび少なくとも５０ｍ²／ｇの表面積を有するマクロ孔質粒子の形態を取っている。

適するカラムは当業界で知られており、ガラス、高分子材料、ステンレススチール、チタンおよびその合金またはニッケルおよびその合金のような材料から作成することが可能である。カラム中にイオン交換樹脂を効果的に充填するカラムを充填する方法は当業界で知られている。

クロマトグラフィカラムは、液体クロマトグラフなどの分析計器の一部であることが可能である。イオン交換樹脂が充填された時、クロマトグラフィカラムは、非イオン材料からイオン材料を分離するために、または１つのイオン材料を異なる電荷密度を有するもう一つのイオン材料から分離するために用いることが可能である。サンプル中のイオン材料の量は決定することが可能である。

クロマトグラフィカラムは、イオン材料を分離するか、または精製するための分取液体ガスクロマトグラフシステムの一部であることが可能である。分取液体ガスクロマトグラフシステムは、実験室規模のシステム、実験工場規模のシステムまたは工業規模のシステムであることが可能である。

更にもう１つの態様において、濾過材と、濾過材の表面上に配置されたイオン交換樹脂とを含む濾過エレメントが提供される。イオン交換樹脂は、２０より大きい親油性指数を有するモノマーが実質的にないモノマー混合物の反応生成物である。モノマー混合物は、モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして２５重量％を超える量のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマーおよび少なくとも３５重量％の量のイオン性モノマーを含む。イオン交換樹脂は、少なくとも２０マイクロメートルの平均サイズおよび少なくとも５０ｍ²／ｇの表面積を有するマクロ孔質粒子の形態を取っている。

濾過エレメントはフィルタカートリッジを提供するためにハウジング内に定置することが可能である。適する濾過材およびフィルタカートリッジを含むシステムは、例えば米国特許第５，４６８，８４７号明細書（ヘイルマン（Ｈｅｉｌｍａｎｎ）ら）に更に記載されている。こうしたフィルタカートリッジは、生体分子を精製するか、または分離するために用いることが可能である。

濾過材は単一濾過層または多濾過層を有することが可能である。濾過材は、ガラスまたは高分子繊維（例えば、ポリプロピレン繊維などのポリオレフィン繊維）から調製することが可能である。幾つかの実施形態において、濾過材は粗い予備濾過層および１つ以上のより細かい濾過層を含む。例えば、濾過材は、粗い予備濾過層および次に段々により小さい平均孔サイズを有する一連の追加の濾過層を含むことが可能である。イオン交換樹脂は、最小の平均孔サイズを有する濾過材の層上に配置可能である。

濾過材の孔サイズの選択はイオン交換樹脂のサイズに応じて異なる。典型的には、濾過材の孔サイズはイオン交換樹脂の平均直径より小さいように選択される。しかし、イオン交換樹脂の一部は濾過材に浸透することが可能である。

濾過材は、米国特許第３，０５８，５９４号明細書に記載されたものなどの垂直ひだ付きフィルタの形態を取ることが可能である。他の実施形態において、濾過材は、米国特許第４，８４２，７３９号明細書（タン（Ｔａｎｇ）ら）に記載されたものなどの水平の複雑な放射状にひだが付いたフィルタの形態を取っている。ひだの水平配置は、濾過材を含むフィルタカートリッジを垂直方向で用いる用途において望ましい可能性がある。こうした配置は、使用および貯蔵中にフィルタエレメントからのイオン交換樹脂の損失を減らすことが可能である。

更にもう１つの態様において、連続多孔質マトリックスと、前記多孔質マトリックス内に導入されたイオン交換樹脂とを含む複合材料が提供される。イオン交換樹脂は、２０より大きい親油性指数を有するモノマーが実質的にないモノマー混合物の反応生成物である。モノマー混合物は、モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして２５重量％を超える量のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマーおよび少なくとも３５重量％の量のイオン性モノマーを含む。イオン交換樹脂は、少なくとも２０マイクロメートルの平均サイズおよび少なくとも５０ｍ²／ｇの表面積を有するマクロ孔質粒子の形態を取っている。

連続多孔質マトリックスは、典型的には、織繊維ウェブまたは不織繊維ウェブ、多孔質繊維、多孔質膜、多孔質フィルム、中空繊維または中空管である。適する連続多孔質マトリックスは、米国特許第５，９９３，９３５号明細書（ラスムーセン（Ｒａｓｍｕｓｓｅｎ）ら）に更に記載されている。

繊維ウェブである連続多孔質マトリックスは、例えば、大きい表面積、製造の容易さ、低い材料コストおよび様々な繊維組織および繊維密度のような利点を提供することが可能である。広範囲の繊維直径が適するけれども、繊維は０．０５マイクロメートル〜５０マイクロメートルの平均直径をしばしば有する。ウェブの厚さは最終使用用途に適合するように変えることが可能である（例えば、約０．２マイクロメートル〜約１００ｃｍ）。

複合材料は、例えばメルトブロー法を用いて調製することが可能である。例えば、溶融高分子材料を押し出して、メルトブロー繊維のストリームを製造することが可能である。イオン交換樹脂は、繊維のストリームに導入することが可能であり、繊維と混ぜることが可能である。繊維とイオン交換樹脂の混合物は、ウェブを形成するようにスクリーン上に集めることが可能である。イオン交換樹脂は繊維ウェブ内で分散させることが可能である。幾つかの実施形態において、イオン交換樹脂は繊維ウェブ全体を通して均一に分散させることが可能である。

複合材料は、フィブリル化されたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフィブリル化されたポリマーマトリックスにより調製することも可能である。適する方法は、米国特許第４，１５３，６６１号明細書（リー（Ｒｅｅ）ら）、同第４，５６５，６６３号明細書（エリーデ（Ｅｒｒｅｄｅ）ら）、同第４，８１０，３８１号明細書（ハーゲン（Ｈａｇｅｎ）ら）および同第４，９７１，７３６号明細書（ハーゲン（Ｈａｇｅｎ）ら）においてより完全に記載されている。一般に、これらの方法は、イオン交換樹脂とポリテトラフルオロエチレン分散液をブレンドしてパテ様塊状物を得る工程と、５℃〜１００℃でパテ様塊状物を強力な混合に供してＰＴＦＥのフィブリル化を引き起こす工程と、パテ様塊状物を二軸にカレンダ加工する工程と、得られたシートを乾燥させる工程とを含む。

複合材料を調製するもう１つの方法において、イオン交換樹脂は液体に分散させることが可能であり、その後、均質混合物を形成するのに十分な温度で熱可塑性ポリマーとブレンドすることが可能である。均質混合物は、所望する形状を有する型に入れることが可能である。混合物を冷却すると、液体は相分離することが可能であり、分散したイオン交換樹脂粒子を含む熱可塑性ポリマーマトリックスを残す。この方法は、米国特許第４，９５７，９４３号明細書（マックアリスタ（ＭｃＡｌｌｉｓｔｅｒ）ら）において更に記載されている。

連続多孔質マトリックスに導入されたイオン交換樹脂の量は、得られた複合材の体積を基準にして少なくとも１体積％、少なくとも５体積％、少なくとも１０体積％、少なくとも２０体積％、少なくとも３０体積％、少なくとも４０体積％または少なくとも５０体積％である。連続多孔質マトリックスに導入されたイオン交換樹脂の量は、得られた複合材の体積を基準にして９９％体積以下、９５体積％以下、９０体積％以下、８５体積％以下または８０体積％以下を含むことが可能である。より高いイオン交換樹脂量を有する複合材は、より高いイオン交換能力を有する傾向がある。

前述の事項は、現在予見されない本発明の実質的でない修正がそれにもかかわらず本発明の均等物を表しうるにもかかわらず、権能付与的記載が入手できる本発明者らによって予見された実施形態の観点から本発明を記載している。

これらの実施例は単にあくまで例示を目的としたものであり、添付した特許請求の範囲に関する限定であるものではない。実施例および本明細書の残りにおけるすべての部、百分率、比などは特に注記がない限り重量による。用いられた溶媒および他の試薬は、特に注記がない限りウィスコンシン州ミルウォーキーのアルドリッチ・ケミカル・カンパニー（Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ））から購入した。

試験方法
カチオン交換能力
０．８センチメートル×４センチメートルのポリプロピレン製の使い捨てクロマトグラフィカラム（カリフォルニア州ハーキュレスのポリプレップカラム・バイオラド・ラボラトリーズ（Ｈｅｒｃｕｌｅｓ，ＣＡ））に１ｍＬのイオン交換樹脂を充填した。１０ｍＭ・ＭＯＰＳ（４−モルホリノプロパンスルホン酸）の溶液である１０ｍＬの装填緩衝剤によりｐＨ７．５で洗浄することによってカラム層を平衡させた。その後、ＭＯＰＳ緩衝剤中で１２ｍｇ／ｍＬの濃度を有する３０ｍＬの蛋白質溶液（鶏卵白色リゾチーム、純度約９５％、シグマ・ケミカル（Ｓｉｇｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．））をカラム層に装填した。すべての緩衝剤および蛋白質溶液を脱イオン水中で調製した。一切の未結合リゾチームを３０ｍＬのＭＯＰＳ緩衝剤（３つの１０ｍＬフラクション）で洗い流した。最後に、結合した蛋白質をＭＯＰＳ緩衝剤中の１５ｍＬの１Ｍ・ＮａＣｌで溶離した。

「ヒューレット・パッカード・ダイオードアレイ・スペクトロフォトメータ（Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ Ｄｉｏｄｅ Ａｒｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ）」モデル８４５２Ａを用いて２８０ｎｍでＵＶ吸光度を測定することにより、種々のフラクションの中に回収された蛋白質の量を決定した。純リゾチームを用いて標準曲線を作製した。ＮａＣｌ溶離液中で回収された蛋白質の量を担体のためのカチオン交換能力と同等とみなした。

アニオン交換能力
装填された蛋白質が牛血清アルブミン（ＢＳＡ、フラクションＶ、純度９６〜９９％、シグマ・ケミカル（Ｓｉｇｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．））であったことを除き、用いた手順はカチオン交換能力を決定するために上で記載された方法に似ていた。標準曲線を作成するために、純ＢＳＡ（アルブミン標準、イリノイ州ロックフォードのピアス・ケミカル（Ｐｉｅｒｃｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．（Ｒｏｃｋｆｏｒｄ，ＩＬ））を用いた。

合成実施例１
ＶＤＭ−ＤＥＥＤＡ付加体の調製
オーバーヘッドスターラーが装着されたフラスコにヘプタン（１０００ｍＬ）およびＶＤＭ（２０．００グラム）を添加した。ジエチルエチレンジアミン（１６．６９グラム）をフラスコに３０分にわたり滴下した。その後、混合物を追加の時間にわたり攪拌した。得られた無色沈殿物を濾過した。数時間静置後に、生じた沈殿物の追加の量を濾過した。組み合わせ製品を真空炉内で室温で乾燥させた。収率：３２．０７グラム。¹Ｈ ＮＭＲおよび¹³Ｃ ＮＭＲ分析は、純度９８．５％を超える予想したアクリルアミド付加体の構造を確認した。このモノマーを特に精製せずに用いた。

実施例１
逆相懸濁重合によって３５：６５重量％ＡＭＰＳ／ＭＢＡコポリマーを調製した。逆相懸濁重合法は、米国特許第５，４０３，９０２号明細書に更に記載されている。メカニカルスターラー（攪拌速度４５０ｒｐｍ）、窒素入口、温度計、温度コントローラ付き加熱マントルおよびコンデンサが装着されたフラスコに高分子安定剤（０．２８グラム）、トルエン（１３２ｍＬ）およびヘプタン（２４３ｍＬ）を添加した。高分子安定剤は、イソオクチルアクリレートと２−アクリルアミドイソブチルアミドの９１．８：８．２重量％コポリマー（ラスムーセン（Ｒａｓｍｕｓｓｅｎ）ら、Ｍａｋｒｏｍｏｌ．Ｃｈｅｍ．、Ｍａｃｒｏｍｏｌ．Ｓｙｍｐ．、５４／５５、５３５−５５０（１９９２年））に記載された通り調製されたもの）であった。フラスコ内の非水溶液を攪拌しつつ３５℃に加熱し、１５分にわたり窒素でパージした。

ＭＢＡ（９．１０グラム）、ＡＭＰＳ（５０重量％水溶液９．８０グラム）、メタノール（５０ｍＬ）および脱イオン水（４５．１ｍＬ）を含む水溶液を調製した。この第２の溶液を攪拌し、３０〜３５℃で加熱してＭＢＡを溶解させた。更に攪拌しつつ過硫酸ナトリウム（０．５グラム）を第２の溶液に添加して過硫酸塩を溶解させた。非水溶液を含む反応フラスコに水溶液を添加した。得られた混合物を攪拌し、５分にわたり窒素でパージした。ＴＭＥＤＡ（０．５ｍＬ）を添加して重合を開始させた。反応温度は４２．５℃に迅速に上昇し、その後、ゆっくり下がった。反応混合物をＴＭＥＤＡ添加の時間から合計で２．５時間にわたり攪拌し、焼結ガラス漏斗を用いて濾過し、アセトン（５×２５０ｍＬ）で洗浄し、真空下で室温で乾燥させて１５．７グラムの無色粒子をもたらした。

顕微鏡検査は、直径約２０〜２００マイクロメートルの範囲の球状粒子を示した。これらの粒子を分級して約４０〜１１０マイクロメートルのサイズ範囲を提供し、その後、１５ｍＬの使い捨てクロマトグラフィカラムに充填して１ｍＬのカラム層をもたらした。蛋白質としてリゾチームを用いて「試験方法」に記載された手順により蛋白質カチオン交換能力を測定した。製造業者（ジョージア州ノークロスのミクロメリティックス・インストルメント（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｃｏｒｐ．（Ｎｏｒｃｒｏｓｓ，ＧＡ）））の指示により「ミクロメリティックス（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ）」ＡＳＡＰ ２４００計器を用いる窒素吸着によって表面積および気孔度の測定を行った。詳しくは、相対圧力０．０５と０．２０との間で５吸着点を用いるＢＥＴ法によって表面積を計算した。１つの飽和点と合わせて０．０５と０．９９５との間の相対圧力で２３の吸着点および２３の脱着点を用いる脱着等温線からＢＪＨ法によって平均孔サイズを決定した。これらのデータを表１に提示している。

実施例２〜７
表１に示した２種のモノマーの異なる比を用いて、実施例１に記載されたような逆相懸濁重合によって、ＭＢＡとＡＭＰＳのコポリマーを調製した。合成試料（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｐｒｅｐ）から単離された粒子の表面積、孔径および蛋白質リゾチームに関するカチオン交換能力を分析した。その結果も表１に示している。

実施例８〜１２
表２に示したアミン含有モノマーおよびアミン含有モノマーとＭＢＡの比を用いて上の実施例１について記載されたような逆相懸濁重合によって、ＭＢＡとアミン含有モノマーのコポリマーを調製した。合成試料から単離された粒子の表面積、孔径およびＢＳＡに関するイオン交換能力を分析した。その結果を表３に示している。

以下に本願発明に関連する発明に係る発明の実施形態について列挙する。
［実施形態１］
２０より大きい親油性指数を有するモノマーが実質的にないモノマー混合物の反応生成物を含むイオン交換樹脂であって、前記モノマー混合物が、
（ａ）前記モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして２５重量％を超える量のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマーと、
（ｂ）前記モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして少なくとも３５重量％の量のイオン性モノマーと
を含み、前記イオン交換樹脂が少なくとも２０マイクロメートルの平均サイズおよび少なくとも５０ｍ ² ／ｇの表面積を有するマクロ孔質粒子の形態を取っているイオン交換樹脂。
［実施形態２］
前記モノマー混合物は、２５超〜６５重量％の前記Ｎ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマーおよび３５〜７５重量％のイオン性モノマーを含む、実施形態１に記載のイオン交換樹脂。
［実施形態３］
前記イオン交換樹脂はカチオン交換樹脂である、実施形態１に記載のイオン交換樹脂。
［実施形態４］
前記イオン性モノマーは式Ｉ

（式中、Ｙは１〜１０個の炭素原子を有する直鎖または分岐のアルキレンであり、
Ｒは水素またはメチルである）
のモノマーまたはその塩である、実施形態３に記載のイオン交換樹脂。
［実施形態５］
前記イオン交換樹脂はアニオン交換樹脂である、実施形態１に記載のイオン交換樹脂。
［実施形態６］
前記イオン性モノマーはアミノ（メタ）アクリレートまたはその塩を含む、実施形態５に記載のイオン交換樹脂。
［実施形態７］
前記イオン交換樹脂は５０〜５００ｍ ² ／ｇの表面積を有する、実施形態１に記載のイオン交換樹脂。
［実施形態８］
前記イオン交換樹脂は２０〜５００マイクロメートルの平均粒度を有する、実施形態１に記載のイオン交換樹脂。
［実施形態９］
前記イオン交換樹脂は球状ビーズの形を取っている、実施形態１に記載のイオン交換樹脂。
［実施形態１０］
前記イオン交換樹脂は、少なくとも５０ミリグラムのリゾチーム／イオン交換樹脂のミリリットルの能力を有するカチオン交換樹脂である、実施形態１に記載のイオン交換樹脂。
［実施形態１１］
前記カチオン交換樹脂は、１００〜２５０ミリグラムのリゾチーム／イオン交換樹脂のミリリットルの能力を有する、実施形態１０に記載のイオン交換樹脂。
［実施形態１２］
前記イオン交換樹脂は、少なくとも１０ミリグラムの牛血清アルブミン／イオン交換樹脂のミリリットルの能力を有するアニオン交換樹脂である、実施形態１に記載のイオン交換樹脂。
［実施形態１３］
イオン交換樹脂を調製する方法において、
２０より大きい親油性指数を有するモノマーが実質的にない水相モノマー混合物を形成する工程であって、前記モノマー混合物が、
（ａ）モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして２５重量％を超える量のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマーと、
（ｂ）前記モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして少なくとも３５重量％の量のイオン性モノマーと
を含む、工程と、
非極性溶媒中に前記水相モノマー混合物を懸濁させる工程と、
前記モノマー混合物を重合させて、少なくとも２０マイクロメートルの平均サイズおよび少なくとも５０ｍ ² ／ｇの表面積を有する、イオン交換樹脂のマクロ孔質粒子を形成する工程と
を含む方法。
［実施形態１４］
前記モノマー混合物は２５超〜６５重量％のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマーおよび３５〜７５重量％のイオン性モノマーを含む、実施形態１３に記載の方法。
［実施形態１５］
前記イオン交換樹脂はカチオン交換樹脂であり、前記イオン性モノマーはスルホン酸またはスルホン酸の塩から選択された基を含む、実施形態１３に記載の方法。
［実施形態１６］
前記イオン交換樹脂はアニオン交換樹脂であり、前記イオン性モノマーはアミノ（メタ）アクリレートまたはその塩を含む、実施形態１３に記載の方法。
［実施形態１７］
前記重合工程は水溶性フリーラジカル開始剤を添加することを含む、実施形態１３に記載の方法。
［実施形態１８］
第１の電荷を有する帯電材料を含むサンプルを、第１の電荷とは逆の第２の電荷を有するイオン交換樹脂に接触させる工程と、
２０より大きい親油性指数を有するモノマーが実質的にないモノマー混合物の反応生成物であるイオン交換樹脂上に帯電材料を吸着させる工程と
を含む、帯電材料を分離するか、または精製する方法であって、前記モノマー混合物が、
（ａ）前記モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして２５重量％を超える量のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマーと、
（ｂ）前記モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして少なくとも３５重量％の量のイオン性モノマーと
を含み、前記イオン交換樹脂が少なくとも２０マイクロメートルの平均サイズおよび少なくとも５０ｍ ² ／ｇの表面積を有するマクロ孔質粒子の形態を取っている方法。
［実施形態１９］
前記モノマー混合物は２５超〜６５重量％のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマーおよび３５〜７５重量％のイオン性モノマーを含む、実施形態１８に記載の方法。
［実施形態２０］
前記帯電材料は生体分子である、実施形態１８に記載の方法。
［実施形態２１］
イオン交換樹脂が少なくとも部分的に充填されたカラムを含むクロマトグラフィカラムであって、前記イオン交換樹脂が２０より大きい親油性指数を有するモノマーが実質的にないモノマー混合物の反応生成物であり、前記モノマー混合物が、
（ａ）前記モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして２５重量％を超える量のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマーと、
（ｂ）前記モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして少なくとも３５重量％の量のイオン性モノマーと
を含み、前記イオン交換樹脂が少なくとも２０マイクロメートルの平均サイズおよび少なくとも５０ｍ ² ／ｇの表面積を有するマクロ孔質粒子の形態を取っているクロマトグラフィカラム。
［実施形態２２］
連続多孔質マトリックスと、前記多孔質マトリックス内に導入されたイオン交換樹脂とを含む複合材料であって、前記イオン交換樹脂が２０より大きい親油性指数を有するモノマーが実質的にないモノマー混合物の反応生成物であり、前記モノマー混合物が、
（ａ）前記モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして２５重量％を超える量のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマーと、
（ｂ）前記モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして少なくとも３５重量％の量のイオン性モノマーと
を含み、前記イオン交換樹脂が少なくとも２０マイクロメートルの平均サイズおよび少なくとも５０ｍ ² ／ｇの表面積を有するマクロ孔質粒子の形態を取っている複合材料。
［実施形態２３］
前記連続多孔質マトリックスは織繊維質ウェブまたは不織繊維質ウェブを含む、実施形態２２に記載の複合物品。
［実施形態２４］
前記連続多孔質マトリックスはフィブリル化されたポリテトラフルオロエチレンを含む実施形態２２に記載の複合物品。
［実施形態２５］
濾過材と、
濾過層の表面上に配置されたイオン交換樹脂と
を含む濾過エレメントであって、前記イオン交換樹脂が２０より大きい親油性指数を有するモノマーが実質的にないモノマー混合物の反応生成物であり、前記モノマー混合物が、
（ａ）前記モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして２５重量％を超える量のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマーと、
（ｂ）前記モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして少なくとも３５重量％の量のイオン性モノマーと
を含み、前記イオン交換樹脂が少なくとも２０マイクロメートルの平均サイズおよび少なくとも５０ｍ ² ／ｇの表面積を有するマクロ孔質粒子の形態を取っている濾過エレメント。

Claims (4)

1. モノマー混合物の反応生成物を含むイオン交換樹脂であって、前記モノマー混合物が、
   （ａ）前記モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして２５重量％超〜６５重量％の量のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマーと、ここで、そのＮ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミドは、Ｎ，Ｎ’−メチレンビス（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−エチレンビス（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−プロピレンビス（メタ）アクリルアミド、又はＮ，Ｎ’−ヘキサメチレンビス（メタ）アクリルアミドのいずれかであり、
   （ｂ）前記モノマー混合物中のモノマーの全重量を基準にして３５重量％〜７５重量％の量のイオン性モノマーと、ここで前記イオン性モノマーはスルホン酸基、アミノ基、またはそれらの塩を有しており、
   を含み、
   ここで、前記モノマー混合物は、前記Ｎ，Ｎ’−アルキレンビス（メタ）アクリルアミド架橋用モノマー及び前記イオン性モノマーのみで構成されており、
   前記イオン交換樹脂がマクロ孔質粒子の形態を取っており、
   前記マクロ孔質粒子が、少なくとも２０マイクロメートルの平均サイズおよび少なくとも５０ｍ²／ｇの表面積を有しているイオン交換樹脂。
2. 請求項１に記載のイオン交換樹脂が少なくとも部分的に充填されたクロマトグラフィカラム。
3. 連続多孔質マトリックスと、 請求項１に記載のイオン交換樹脂とを含む複合材料。
4. 濾過材と、
   濾過層の表面上に配置された請求項１に記載されたイオン交換樹脂とを含む、濾過エレメント。