способ синтеза сетчатого полимерного плазмосорбента, молекулярно импринтированного мочевой кислотой

Формула изобретения

Способ синтеза сетчатого полимерного плазмосорбента, молекулярно импринтированного мочевой кислотой, включающий суспензионную радикальную сополимеризацию диметакрилата этиленгликоля и диметиламиноэтилметакрилата, в присутствии солей мочевой кислоты, инициатора динитрил-2-изо-бис-изомасляной кислоты, отличающийся тем, что указанные реагенты растворяют в глицерине; сополимеризация осуществляется при перемешивании смеси реагентов в инертной атмосфере и нагревании на водяной бане при 70°С в течение 2 ч; реакцию проводят при массовых соотношениях ДМЭГ:ДМАЭМ=99-98:1-2; сомономеры:растворитель (глицерин)=17-20:83-80 мас.%; в качестве солей мочевой кислоты используют соли с диэтиламином и гуанидином при соотношении глицерин:соль мочевой кислоты=96:4 мас.%; удаление мочевой кислоты из сшитого полимера осуществляется путем экстракции смесью 0,1н HCl и этанола (1:1) в течение 5 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, а конкретно к получению молекулярно импринтированных сетчатых полимеров, выполняющих роль искусственных рецепторов и способных к распознаванию и связыванию разнообразных молекул-мишеней с высокой специфичностью. Такие сорбенты могут найти применение в клинической медицине для эфферентных методов очистки плазмы крови от токсических компонентов, в частности от мочевой кислоты (МК) при гиперурикемии и подагре, а также при нарушении пуринового обмена, особенно в ходе лучевой терапии.

Известно применение активированного угля для удаления мочевой кислоты из плазмы крови (патент RU 2086264, А61М 1/38, 10.08.1997). Однако активированный уголь имеет низкую селективность сорбции МК. Кроме того, сорбенты на основе активированного угля имеют плохую биосовместимость и гемосовместимость, поскольку при контакте с кровью вызывают истощение эритроцитов, тромбоцитов, лейкоцитов, фибриногена и других физиологических компонентов крови. В экстракорпоральном цикле эти сорбенты освобождает микроэмболиты, которые вызывают озноб, лихорадку и аккумуляцию угля в ретикуло-эндотелиальной системе больных. Меры, предпринимаемые для защиты от перечисленных явлений, - использование дополнительного фильтра, например, из марли либо угольного гемоперфузионного патрона - неэффективны.

Целью изобретения является разработка способа синтеза новых высоселективных сшитых полимерных сорбентов на основе диметакрилата этиленгликоля (ДМЭГ), импринтированных молекулами МК. Эти сорбенты обладают высокой степенью био- и гемосовместимости и соответствовуют требованиям, предъявляемым к колоночным препаративным процессам плазмосорбции. Наличие в полимерной матрице полостей, комплементарных к МК позволяет осуществлять высокоспецифичное связывание МК из плазмы крови при больших значениях равновесной сорбционной емкости и коэффициентов избирательности. Совокупность свойств новых сорбентов устранит недостатки угольных сорбентов.

Известен способ получения силикагеля, импринтированного мочевой кислотой (Prasad В.В., Sharma P.S., Lakshmi D. Molecularly imprinted polymer-based solid-phase extraction combined with molecularly imprinted polymer-based sensor for detection of uric acid // Journal of Chromatography A, 1173 (2007) 18-26), согласно которому силикагель предварительно активировали путем обработки концентрированной соляной и азотной кислотой (5 мл каждой) в течение 5 мин, тщательно промывали водой, сушили при ~ 120°С в течение 12 ч в эксикаторе. Затем 2,0 г силикагеля встряхивали с эквимолярным количеством раствора предполимеризационного комплекса, представляющего собой смесь меланина (1,26 г/10 мл), хлоранола (2,46 г/10 мл) и шаблонных молекул МК (1,68 г/10 мл) в диметилформамиде (ДМФ). Далее реакционную смесь упаривали в течение 4 часов при 160°С. После упаривания ДМФ из реакционной смеси осадок сушили в течение 12 часов. Незаполимеризованные на силикагеле полимеры и не прореагировавшие мономеры вымывались из осадка этанолом и сушились в сушильном шкафу. Шаблонные молекулы МК вымывались из сорбента многократной экстракцией (n=5, равновесное время 20 мин) 2 мл горячей воды (~75°С).

Описанный способ многостадиен и неэкологичен, так как требует использования большого количества органических компонентов, смесь подвергается высокотемпературному воздействию с выделением органических токсичных паров ДМФ; ковалентные связи между силикагелем и хлоранолом неустойчивы, особенно при изменении рН. Ввиду того, что стандартная МК мало растворима в воде и органических растворителях, в описанном способе введение шаблонных молекул МК ограничивалось 0,5 молями на 1 г силикагеля. Также необходимо отметить, что сорбенты были синтезированы с целью аналитического определения концентраций МК<1,0 10 ^-7 М (~0,017 мгл^-1) в сыворотке крови для диагностики гипоурикемии и в силу незначительной равновесной сорбционной емкости (~ 0.5 мкм/г) неприменимы для разработки препаративного метода плазмосорбции МК.

Более аналогов синтеза полимерных сорбентов, импринтированных мочевой кислотой, не найдено.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка масштабируемого способа синтеза механически прочных шарообразных гранул сетчатых полимерных сорбентов, обладающих высокой селективностью сорбции МК в препаративных плазмосорбционных процессах и не обладающих недостатками заявленного прототипа.

Заявляемый способ реализуется совокупностью следующих существенных признаков.

1. Сополимеризуют мономеры диметакрилат этиленгликоля (ДМЭГ) и диметиламиноэтилметакрилат (ДМАЭМ) при соотношении 99-98:1-2, в присутствии шаблонных молекул МК в виде солей с органическими основаниями в растворе глицерина в инертной атмосфере азота без предварительного формирования предпополимеризационного комплекса.

2. Введение МК в полимеризационную смесь осуществляется в виде растворимых в глицерине солей МК - диэтиламин или МК - гуанидин при соотношении растворитель:соль МК=96:4 мас.%.

3. Полимеризацию осуществляют в инертной среде при 70°С при перемешивании со скоростью 100-150 об/мин в течение 1 часа и далее без перемешивания в течение 1 часа во избежания слипания гранул.

4. Способ реализуют при массовых соотношениях сомономеры:растворитель=17-20:83-80 мас.%.

5. Соотношение сомономеры:соль МК=80:20 мас.%.

6. Удаление шаблонных молекул из сформированных комплементарных полостей реализуется при экстракции МК из полимера в аппарате Сокслета смесью 0,1 н. HCl и этанола (1:1) в течение 5 часов.

7. Синтезируются хорошо сшитые и устойчивые к изменению рН (К_{набухания}=1,2-1,1; _{насыпная}=0,47-0,49 г/см³) гранулированные неионогенные сетчатые полимеры с комплементарными к МК отпечатками.

8. В зависимости от скорости перемешивания и концентрации ДМАЭМ можно получать гранулы размером в диапазоне 70-400 мкм.

Отличительными от способа получения прототипа признаками являются пункты 1, 2, 3, 4, 5, 6, а предлагаемый способ получения полимерного сорбента, молекулярно импринтированного мочевой кислотой, имеет ряд преимуществ по сравнению с прототипом.

Анализ известного уровня техники не позволил найти опубликованные решения, в которых была бы использована вся совокупность существенных признаков заявленного решения. Это свидетельствует о соответствии изобретения такому условию патентоспособности как «новизна».

В соответствии с предложенным техническим решением можно получать сетчатые молекулярно импринтированные полимеры в виде хорошо сшитых и устойчивых к изменению рН гранул сферической формы с размером частиц от 70 до 400 мкм с выходом 98%. Размер и форма гранул зависят от загрузки сомономеров, соотношения сомономер:растворитель, концентрации ДМАЭМ и режима перемешивания.

При выявлении существенности признаков было найдено.

При соотношении растворитель:соль МК=96:4 мас.% достигается максимальное введение шаблонных молекул МК (16 моль%).

При изменении соотношения сомономеры:растворитель=17-20:83-80 мас.%: с повышением количества растворителя увеличивается массовая концентрация соли МК, но ее избыток не влияет на количество шаблонных молекул, связывающихся с мономером (максимально свяжется не более 16 моль%). Уменьшение количества растворителя ведет к понижению загрузочной концентрации шаблонных молекул МК.

Повышение концентрации сомономера ДМАЭМ более 2 мас.% приводит к образованию механически неустойчивых мелкодисперсных гранул. Снижение концентрации ДМАЭМ менее 1 мас.% приводит к обазованию гранул размером более 400 мкм, непригодных для использования в препаративной плазмосорбции.

Соотношение сомономеры:соль МК=80:20 мас.% приводит к получению максимального количества комплементарных по отношению к МК специфичных сайтов и максимальной селективности сорбции МК.

Полученные гранулы не содержат определяемые известными аналитическими методами остаточные мономеры, диэтиламин или гуанидин, мочевую кислоту, иные низкомолекулярные примеси.

Для доказательства соответствия заявленного решения условию патентоспособности «промышленная применимость» и для лучшего понимания сущности заявленного изобретения приводим примеры конкретного исполнения.

Пример 1. Синтез плазмосорбента на основе ДМЭГ, молекулярно импринтированного МК, при введении шаблонных молекул в виде соли МК-диэтиламин.

В 250 мл трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, капельницей и капилляром для ввода азота, загружают 126 г глицерина и при перемешивании растворяют в нем 4 мас.% соли МК-диэтиламин (5,04 г), вводят 20 мас.% сомономеров: ДМЭГ 25,2 г и 0,5 г ДМАЭМ (2%), инициатор ДАК 0,3% от общей массы сомономеров (0,08 г), вытесняют воздух током азота, нагревают на водяной бане до 70°С, перемешивают в инертной атмосфере 1 час, и еще 1 час нагревают при 70°С без перемешивания. После охлаждения полимер отфильтровывают от глицерина, промывают пятикратно смесью горячей воды с этанолом (1:1), спектрофотометрическим методом контролируют вымывание остаточных мономеров при =210 нм. Промытый полимер помещают в аппарат Сокслета и смесью 0,1 н. HCl и этанола (1:1) удаляют из него МК в течение 5 часов, контролируя спектрофотометрическим методом при =293 нм. Промытый полимер сушат. Получают стекловидные сферические гранулы размером 70-200 мкм, хорошо сшитые и устойчивые к изменению рН (К_{набухания}=1,2; _{насыпная}=0,47 г/см³). Выход конечного продукта 24,7 г или 98% по сомономерам. Полученный по заявленному способу сорбент характеризуется значительной равновесной емкостью сорбции по МК (150 мкмоль/г).

Пример 2. Синтез плазмосорбента на основе ДМЭГ, молекулярно импринтированного МК, при введении шаблонных молекул в виде растворимой в глицерине соли МК-гуанидин.

В 250 мл трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, капельницей и капилляром для ввода азота, загружают глицерин 126 г и при перемешивании растворяют в глицерине 4 мас.% соли МК-гуанидин (5,04 г), вводят 20 мас.% сомономеров:ДМЭГ 25,2 г и 0,5 г ДМАЭМ, 0,3% от общей массы сомономеров (0,08 г), инициатор ДАК. Далее, как в Примере 1. Получаем стекловидные гранулы размером 70-200 мкм, хорошо сшитые и устойчивые к изменению рН (К _{набухания}=1,1; _{насыпная}=0,49 г/см³). Выход конечного продукта 24,7 г или 98%. Полученный по заявленному способу сорбент, как и описанный в примере 1, также характеризуется повышенной (80 мкмоль/г) равновесной емкостью сорбции по МК и указывает на идентичное формирование импринтированной матрицы.

Пример 3. Синтез плазмосорбента на основе ДМЭГ, молекулярно импринтированного МК, при соотношении сомономеры:растворитель=17:83 мас.%.

В 250 мл трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, капельницей и капилляром для ввода азота, загружают глицерин 126 г и при перемешивании растворяют в глицерине 4 мас.% соли МК-диэтиламин (5,04 г), вводят 17 мас.% сомономеров:ДМЭГ 21,42 г и 0,42 г ДМАЭМ, 0,3% от общей массы сомономеров (0,06 г), инициатор ДАК. Далее, как в примере 1. Получаем стекловидные шарообразные гранулы размером 70-200 мкм, хорошо сшитые и устойчивые к изменению рН (К_{набухания} =1,3; _{насыпная}=0,5 г/см³). Выход конечного продукта 21 г или 98% по сомономерам. Полученный по заявленному способу сорбент, как и описанный в предыдущем примере, характеризуется повышенной равновесной емкостью сорбции по мочевой кислоте (200 мкмоль/г).

Пример 4. Синтез плазмосорбента на основе ДМЭГ, молекулярно импринтированного МК, при соотношении ДМЭГ:ДМАЭМ=99:1 мас.%.

В 250 мл трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, капельницей и капилляром для ввода азота, загружают глицерин 126 г и при перемешивании растворяют в глицерине 4 мас.% соли МК-диэтиламин или МК-гуанидин (5,04 г), вводят 20 мас.% сомономеров: ДМЭГ 25,2 г и 0,25 г ДМАЭМ (1%), 0,3% от общей массы сомономеров (0,08 г), инициатор ДАК. Далее, как в примере 1. Получаем более крупные стекловидные сферические гранулы размером 200-400 мкм, хорошо сшитые и устойчивые к изменению рН (К _{набухания}=1,1; _{насыпная}=0,48 г/см³). Выход конечного продукта 24,4 г или 97% по мономеру. Полученный по заявленному способу сорбент характеризуется повышенной равновесной емкостью сорбции по мочевой кислоте (140 мкмоль/г).

Данные конкретных примеров синтеза сведены в таблице.