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DE29913649U1 - Novel template-embossed materials - Google Patents

Novel template-embossed materials

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DE29913649U1
DE29913649U1 DE29913649U DE29913649U DE29913649U1 DE 29913649 U1 DE29913649 U1 DE 29913649U1 DE 29913649 U DE29913649 U DE 29913649U DE 29913649 U DE29913649 U DE 29913649U DE 29913649 U1 DE29913649 U1 DE 29913649U1
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membrane
tgp
membranes
imprinted
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Poly-An GmbH
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Description

Die Erfindung betrifft neuartige Templat-geprägte Materialien in Gestalt Templat-geprägter Polymere (TGP) auf beliebigen Oberflächen, wozu auch Membranen gehören (Templatgeprägte Membranen, TGM). Sie entstehen durch Modifizierung der Oberfläche von festen Trägern, die auf dem Wege einer an der Trägeroberfläche initiierten vernetzenden &iacgr;&ogr; Polymerisation funktioneller Monomere in Gegenwart eines Templates zu stabilen Templatabdrücken führt, die anschließend Templatmoleküle oder Templatderivate aus organischen oder auch aus wäßrigen, salzhaltigen Lösungen spezifisch binden.The invention relates to novel template-embossed materials in the form of template-embossed polymers (TGP) on any surface, including membranes (template-embossed membranes, TGM). They are created by modifying the surface of solid supports, which leads to stable template imprints by means of a cross-linking &iacgr;&ogr; polymerization of functional monomers initiated on the support surface in the presence of a template, which then specifically bind template molecules or template derivatives from organic or aqueous, saline solutions.

In der Biotechnologie benötigt man für Produkte wie Enzyme, monoklonale Antikörper oder rekombinante Proteine neue effiziente Trenn- und Reinigungsstrategien. Dies gilt auch fur synthetische Wirkstoffe, insbesondere wenn sie eine komplexere Struktur oder/und ein höheres Molekulargewicht bzw. eine eingeschränkte Stabilität aufweisen.
Für alle diese Anwendungsgebiete werden substanzspezifische Hochleistungsmaferialien gesucht, wobei eine große Flexibilität in Anpassung an die speziellen Targets erforderlich ist. Vorzugsweise werden feste Materialien (Partikel, Filme) eingesetzt, um die Phasentrennung von festen und flüssigen Stoffströmen zu vereinfachen. Im Unterschied zu Trennverfahren, die auf unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften beruhen, ist die chemische Affinität zum Träger die Voraussetzung für substanzspezifische Trennungen. Substanzspezifität kann durch biologische oder biomimetische Rezeptoren erzielt werden. Für Affinitätstrennungen werden bislang entweder spezifische, aber sehr empfindliche biologische Liganden (z.B. Antikörper, Enzyme) oder relativ unspezifische synthetische Liganden (z.B Farbstoffe, Metallchelate) verwendet; Beispiele sind Chromatographie, Festphasenextraktion, Membrantrennung, Festphasenassays oder Sensoren (D. Sii, A. Sadana, J. Biotechnol. 19 (1991) 83).
In biotechnology, new, efficient separation and purification strategies are required for products such as enzymes, monoclonal antibodies or recombinant proteins. This also applies to synthetic active ingredients, especially if they have a more complex structure and/or a higher molecular weight or limited stability.
For all of these areas of application, substance-specific high-performance materials are sought, whereby a high degree of flexibility in adaptation to the specific targets is required. Preferably, solid materials (particles, films) are used to simplify the phase separation of solid and liquid material streams. In contrast to separation processes that are based on different physical properties, chemical affinity to the carrier is the prerequisite for substance-specific separations. Substance specificity can be achieved by biological or biomimetic receptors. To date, either specific but very sensitive biological ligands (e.g. antibodies, enzymes) or relatively unspecific synthetic ligands (e.g. dyes, metal chelates) have been used for affinity separations; examples are chromatography, solid phase extraction, membrane separation, solid phase assays or sensors (D. Sii, A. Sadana, J. Biotechnol. 19 (1991) 83).

Porenfreie Filme bzw. Schichten oder Partikel mit affinen Liganden an der Oberfläche besitzen eine beschränkte Bindungskapazität; bei porösen Materialien mit größerer spezifischer Oberfläche und Bindungskapazität treten typischerweise Einschränkungen der Bindungskapazität durch Diffusionslimitierungen auf. Gerichtet durchströmbare poröse Membranen sind deshalb besonders attraktive alternative Materialien. Etablierte Membranverfahren mit porösen Membranen wie Mikro- oder Ultrafiltration (MF oder UF) funktionieren nach dem Größenausschlußprinzip (W. Ho, K. Sirkar (Eds.), Membrane Handbook, van Nostrand Reinhold, New York, 1992). Die Trennung von Substanzen ähnlicher Molekülgröße mit porösen Membranen erfordert zusätzlich spezifische (Affinitäts-) Wechselwirkungen mit der Membran (E. Klein, Affinity Membranes, John Wiley & Sons, New York, 1991).Pore-free films or layers or particles with affine ligands on the surface have a limited binding capacity; porous materials with a larger specific surface area and binding capacity typically have limitations in binding capacity due to diffusion limitations. Directed flow-through porous membranes are therefore particularly attractive alternative materials. Established membrane processes with porous membranes such as micro- or ultrafiltration (MF or UF) function according to the size exclusion principle (W. Ho, K. Sirkar (Eds.), Membrane Handbook, van Nostrand Reinhold, New York, 1992). The separation of substances of similar molecular size with porous membranes also requires specific (affinity) interactions with the membrane (E. Klein, Affinity Membranes, John Wiley & Sons, New York, 1991).

Die Hauptmotivation fur die Anwendung von Affinitätsmembranen besteht in der Möglichkeit der gerichteten Anströmung trennspezifischer Gruppen (Liganden/Rezeptoren), die sich in großer Dichte in den Poren befinden. Damit wird eine drastische Verbesserung der Effektivität (geringerer Druckabfall, kürzere Verweilzeiten, höhereThe main motivation for the use of affinity membranes is the possibility of directed flow to separation-specific groups (ligands/receptors) that are located in high density in the pores. This allows a drastic improvement in efficiency (lower pressure drop, shorter residence times, higher

Durchsatzgeschwindigkeiten, kaum Diffusionslimitierung in Poren, schnellere Equilibrierung) im Vergleich zu analogen Prozessen mit Partikeln möglich (D. K. Roper, E. N. Lightfoot, J. Chromatogr. A 702 (1995) 3). Solche Affinitätsmembranen können für Stofftrennungen, vorzugsweise von Proteinen, aber auch vieler anderer Substanzen (z.B. Peptide, Nukleinsäurederivate, Kohlehydrate oder verschiedene Toxine, Herbizide, Pestizide) bis zu Zellen genutzt werden (US 5766908). Außerdem ergeben sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in der Analytik, wie z.B. zur hochselektiven Probenanreicherung oder auch zur Dekontamination von Stoffströmen (DE 19609479).Throughput rates, hardly any diffusion limitation in pores, faster equilibration) are possible compared to analogous processes with particles (DK Roper, EN Lightfoot, J. Chromatogr. A 702 (1995) 3). Such affinity membranes can be used for substance separation, preferably of proteins, but also of many other substances (e.g. peptides, nucleic acid derivatives, carbohydrates or various toxins, herbicides, pesticides) up to cells (US 5766908). In addition, there are a wide range of possible applications in analytics, such as for highly selective sample enrichment or for decontamination of material flows (DE 19609479).

Eine sehr attraktive Alternative** zu biologischen oder biomimetischen Affinitäts-Liganden/Rezeptoren, z.B. für Chromatographie oder Analytik, wurde in den letzten Jahren entwickelt. Dies ist die Nutzung von spezifischen, aber sehr robusten funktioneilen Kavitäten ("molekularen Abdrücken") in synthetischen Polymeren, hergestellt durch molekular prägende Polymerisation (G. Wulff, Angew. Chem, 107 (1995) 1958; K. Mosbach, O. Ramström, Bio/Technology 14 (1996) 163; A.G. Mayes, K. Mosbach, Trends Anal. Chem. 16 (1997) 321). Dazu realisiert man eine Polymerisation von Monomeren in Gegenwart von Templatmolekülen (z.B. Protein, Nukleinsäure, niedermolekulare organische Substanz), die mit einem funktionellen Monomer einen während der Polymerisation relativ stabilenA very attractive alternative** to biological or biomimetic affinity ligands/receptors, e.g. for chromatography or analytics, has been developed in recent years. This is the use of specific but very robust functional cavities ("molecular imprints") in synthetic polymers, produced by molecular imprinting polymerization (G. Wulff, Angew. Chem, 107 (1995) 1958; K. Mosbach, O. Ramström, Bio/Technology 14 (1996) 163; AG Mayes, K. Mosbach, Trends Anal. Chem. 16 (1997) 321). This involves polymerizing monomers in the presence of template molecules (e.g. protein, nucleic acid, low molecular weight organic substance) which, with a functional monomer, form a relatively stable

&iacgr;&ogr; Komplex bilden können. Nach dem Auswaschen des Templates können die so hergestellten Materialien Templatmoleküle wieder spezifisch binden. Die so synthetisierten Polymere heißen Templat-geprägte Polymere (TGP) I molekular geprägte Polymere (MIP) oder "Fingerabdruck"-Polymere (s. Fig. 1, Fig T). γ complex. After washing out the template, the materials produced in this way can specifically bind template molecules again. The polymers synthesized in this way are called template-imprinted polymers (TGP) / molecularly imprinted polymers (MIP) or "fingerprint" polymers (see Fig. 1, Fig . T).

Auf diese Weise sind z.B. die Herstellung polymerer Sorbentien in Gegenwart kleinerIn this way, for example, the production of polymeric sorbents in the presence of small

is organischer Moleküle (Patent US 5110833) bzw. makromolekularer Substanzen (US 5372719) oder die Synthese von Acrylamid- bzw. Agarosegelen in Gegenwart von Proteinen beschrieben worden (Patente US 5728296, US 5756717). Auch Peptid- bzw. Proteinspezifische Sorbentien, hergestellt durch "Oberflächenprägen" von Metallchelatstrukturen auf speziell funktionaJisierte Partikeln, wurden beschrieben (US 5786428). In allen Fällen wurden hohe Affinitäten für die jeweiligen Template erhalten.The synthesis of organic molecules (patent US 5110833) or macromolecular substances (US 5372719) or the synthesis of acrylamide or agarose gels in the presence of proteins have been described (patents US 5728296, US 5756717). Peptide or protein-specific sorbents, produced by "surface imprinting" of metal chelate structures on specially functionalized particles, have also been described (US 5786428). In all cases, high affinities for the respective templates were obtained.

Die Anwendung von durch molekulares Prägen hergestellten künstlichen Antikörpern und Rezeptoren hat sehr große Vorteile, weil diese Strukturen viel stabiler als ihre natürlichen Analoga sind. Außerdem können sie für jede Substanz (selbst für solche mit wenig ausgeprägten Antigen-Eigenschaften, wie z.B. kleine Moleküle oder Immunodepressiva) synthetisiert sowie wesentlich einfacher und kostengünstiger als die entsprechenden Biomoleküle hergestellt werden.The use of artificial antibodies and receptors produced by molecular imprinting has great advantages because these structures are much more stable than their natural analogues. In addition, they can be synthesized for any substance (even those with weak antigenic properties, such as small molecules or immunodepressants) and can be produced much more easily and cheaply than the corresponding biomolecules.

Die Auswahl der Komponenten für die Synthese eines TGP erfolgt vor allem aufgrund der Wechselwirkungen zwischen Templat und funktionellem Monomer. Mit dem Ziel, diese Wechselwirkungen möglichst effektiv und für Affinitätswechselwirkungen zugänglich zu "fixieren", werden zusätzlich geeignete Vernetzer und Lösungsmittel gewählt.The selection of components for the synthesis of a TGP is primarily based on the interactions between the template and the functional monomer. With the aim of "fixing" these interactions as effectively as possible and making them accessible for affinity interactions, suitable cross-linkers and solvents are also selected.

Jede Substanz mit definierter dreidimensionaler Gestalt (Form) kann als Templat für die Synthese von TGP genutzt werden. Substanzklassen reichen folglich von kleinen Molekülen mit Molekülmassen unter oder um 100 Da (z.B. Herbizide) bis zu Partikeln wie Viren, Bakterien oder Zellen. Allerdings sind Verbindungen mit biologischer Funktion wie Proteine, Peptide, Nukleinsäuren oder Kohlehydrate von besonders großem Interesse. Die Erkennung von Templaten durch TGP basiert auf der Kombination verschiedener Faktoren wie reversibler kovalenter oder nichtkovalenter Bindung, elektrostatischer und hydrophober Wechselwirkungen sowie der Komplementarität der Gestalt (Form). Welcher dieser Faktoren dominiert, ist von der Polymerstruktur, den Templateigenschaften sowie den Bindungsbedingungen abhängig. Z.B. sind in hydrophoben Lösungsmitteln oft elektrostatische Wechselwirkungen für die Templaterkennung durch TGP dominierend. Dagegen sind in polaren Lösungsmitteln hydrophobe Wechselwirkung sowie die Gestaltspezifität am wichtigsten für die Templaterkennung. Vorzugsweise sollten TGP unter Bedingungen synthetisiert werden, die starke, aber reversible Wechselwirkungen zwischen dem Polymer und dem Templat favorisieren. Für große Moleküle (100...100000Da) kann dagegen auch eine Kombination von vielen schwächeren Bindungen unter Einbeziehung von Wasserstoffbrücken und hydrophobe Wechselwirkungen günstig sein. Für kleine Moleküle (50...100 Da) sind wenige starke Wechselwirkungen wie z.B. ionische Bindungen notwendig, um TGP mit hoher Affinität zu erhalten.Any substance with a defined three-dimensional shape can be used as a template for the synthesis of TGP . Substance classes therefore range from small molecules with molecular masses below or around 100 Da (e.g. herbicides) to particles such as viruses, bacteria or cells. However, compounds with biological functions such as proteins, peptides, nucleic acids or carbohydrates are of particular interest. The recognition of templates by TGP is based on the combination of various factors such as reversible covalent or non-covalent bonding, electrostatic and hydrophobic interactions and the complementarity of the shape. Which of these factors dominates depends on the polymer structure, the template properties and the binding conditions. For example, in hydrophobic solvents, electrostatic interactions are often dominant for template recognition by TGP . In polar solvents, however, hydrophobic interactions and shape specificity are most important for template recognition. Preferably, TGP should be synthesized under conditions that favor strong but reversible interactions between the polymer and the template. For large molecules (100...100,000 Da), however, a combination of many weaker bonds including hydrogen bonds and hydrophobic interactions can be favorable. For small molecules (50...100 Da), a few strong interactions such as ionic bonds are necessary to obtain TGP with high affinity.

so Wasser als Lösungsmittel oder wäßrige Systeme generell sind natürlich im Zusammenhang mit den o.g. Anwendungen von besonderem Interesse. Von der Natur "optimierte"Water as a solvent or aqueous systems in general are of particular interest in connection with the above-mentioned applications. "Optimized" by nature

Ligand/Rezeptor-Systeme funktionieren unter diesen Bedingungen optimal. In der Synthese von TGP für Anwendungen in wäßrigen Systemen gibt es dagegen erst in jüngster Zeit erste Fortschritte (L. Andersson, Anal. Chem. 68 (1996) 111; S. Hjerten, J. L. Liao, K. Nakazato, Y. Wang, G. Zamaratskaia, H. X. Zhang, Chromatographia 44 (1997) 227). Besondere Probleme bereiten Synthesen von T^P-Rezeptoren für kleinere Moleküle. Offensichtlich ist es bislang in solchen Versuchen nur unvollkommen gelungen, neben der Wahl geeigneter Wechselwirkungskräfte auch die detailgetreue Anordnung der funktioneilen Gruppen zu steuern.Ligand/receptor systems function optimally under these conditions. In contrast, the synthesis of TGP for applications in aqueous systems has only recently seen initial progress (L. Andersson, Anal. Chem. 68 (1996) 111; S. Hjerten, JL Liao, K. Nakazato, Y. Wang, G. Zamaratskaia, HX Zhang, Chromatographia 44 (1997) 227). The synthesis of T^P receptors for smaller molecules poses particular problems. Evidently, such attempts have so far only partially succeeded in controlling not only the choice of suitable interaction forces but also the detailed arrangement of the functional groups.

Der Erfindung liegen die Aufgaben zugrunde, den bekannten Stand durch die EntwicklungThe invention is based on the task of improving the known state of the art by developing

&iacgr;&ogr; von Templat-geprägten Materialien zu verbessern. Die Aufgaben wurden dadurch gelöst, daß neuartige Templat-geprägte Polymere (TGP), z.B auf Oberflächen fester Formkörper als Träger synthetisiert werden.The aim was to improve the properties of template-imprinted materials. The tasks were solved by synthesizing new types of template-imprinted polymers (TGP), eg on the surfaces of solid molded bodies as carriers.

Die vorliegende Erfindung umfaßt ein allgemeines Polymerisationsverfahren; in prinzipiell bekannter Weise ist unter den speziellen erfindungsgemäßen Bedingungen (s.u.) auch dieThe present invention comprises a general polymerization process; in a manner known in principle, under the specific conditions according to the invention (see below), the

is Synthese von TGP-Partikeln möglich. Da diese Partikel aber aufgrund der bevorzugten wasserlöslichen Monomere und wäßrigen Bedingungen (s.u.) mehr oder wenig starken Hydrogelcharakter aufweisen, erfolgt vorzugsweise die Synthese dünner TGP- Schichten auf festen, vorzugsweise polymeren, Trägern. Dieses Oberflächenprägen führt durch eine selektiv an der Trägeroberfläche initiierte, kontrollierte vernetzende Polymerisation in Gegenwart von Templatmolekülen zu kovalent fixierten, dünnen Schichten mit Templatabdrücken auf der gesamten Trägeroberfläche, beispielsweise einer Membran (TGM). Aufgrund der Selektivität der Initiierung bleiben Matrix- bzw. Porenstruktur intakt. Somit kann eine unabhängige Optimierung von Porenstruktur (Kapazität, Permeabilität) und Oberflächenfunktionalität (Spezifität durch Templatabdrücke) durch ein spezielles Herstellungsverfahren erreicht werden. Mögliche Template sind z.B. kleine Moleküle mit Molekülmassen unter oder um 100 Da (u.a. Herbizide), größere Moleküle wie Peptide, Proteine, Nukleinsäuren oder Kohlehydrate, oder auch Partikel wie Viren, Bakterien oder Zellen. Bei der Filtration durch oder der Applikation auf TGP können die Template oder Templatderivate auch aus verdünnten Lösungen in den Templatabdrücken (funktionellen Kavitäten) mit hoher Spezifität gebunden werden. Dann können die Template oder Templatderivate ggf. gereinigt und anschließend entweder unter Filtrationsbedingungen (als Konzentrat) eluiert oder direkt auf dem Träger nachgewiesen werden.The synthesis of TGP particles is possible. However, since these particles have a more or less strong hydrogel character due to the preferred water-soluble monomers and aqueous conditions (see below), the synthesis of thin TGP layers on solid, preferably polymeric, supports is preferably carried out. This surface imprinting leads to covalently fixed, thin layers with template imprints on the entire support surface, for example a membrane (TGM), through a controlled cross-linking polymerization initiated selectively on the support surface in the presence of template molecules. Due to the selectivity of the initiation, the matrix or pore structure remains intact. This means that an independent optimization of pore structure (capacity, permeability) and surface functionality (specificity through template imprints) can be achieved using a special manufacturing process. Possible templates are, for example, small molecules with molecular masses below or around 100 Da (including herbicides), larger molecules such as peptides, proteins, nucleic acids or carbohydrates, or even particles such as viruses, bacteria or cells. When filtered through or applied to TGP, the templates or template derivatives can also be bound from diluted solutions in the template imprints (functional cavities) with high specificity. The templates or template derivatives can then be purified if necessary and subsequently either eluted under filtration conditions (as a concentrate) or detected directly on the carrier.

Polymere Membranen können durch Verfahren wie Fällungsmittel- oder Temperaturinduzierte Phaseninversion in einer Vielzahl von Porenstrukturen sowie mit den gewünschten mechanischen etc. Eigenschaften hergestellt werden. Damit ist eine Auswahl optimaler poröser Matrixmembranen für die gewünschten Trennprozesse möglich (E. Klein, Affinity Membranes, John Wiley & Sons, New York, 1991).Polymeric membranes can be produced in a variety of pore structures and with the desired mechanical etc. properties by processes such as precipitant or temperature-induced phase inversion. This allows a selection of optimal porous matrix membranes for the desired separation processes (E. Klein, Affinity Membranes, John Wiley & Sons, New York, 1991).

Die Auswahl der Komponenten für ein Templat-spezifisches TGP erfolgt vor allem aufgrund der Wechselwirkungen zwischen Templat (T) und funktionellem Monomer (FM). Mit dem Ziel, diese Wechselwirkungen möglichst effektiv und für A ffinitäts wechsel Wirkungen zugänglich zu "fixieren", werden geeignete Vernetzer (V) und Lösungsmittel (LM) gewählt. Die Synthese der 7Y7P-Schichten erfolgt dann in situ durch reaktive Beschichtung der gesamten Trägeroberfläche, z.B. Membran, aus einem Reaktionsgemisch niedriger Viskosität, aber unter Erhalt des Komplexes aus T und FM. Diese Funktionalisierung der Membran mit TGP erfolgt derart, daß sowohl die Porenstruktur als auch die Stabilität der Matrixmembran nicht beeinträchtigt werden, daß aber auch eine Blockierung der (transmembranen) Poren minimiert wird.The selection of components for a template-specific TGP is primarily based on the interactions between template (T) and functional monomer (FM). With the aim of "fixing" these interactions as effectively as possible and making them accessible for affinity interactions, suitable cross-linkers (V) and solvents (LM) are selected. The synthesis of the 7Y7P layers is then carried out in situ by reactive coating of the entire carrier surface, e.g. membrane, from a reaction mixture of low viscosity, but with retention of the complex of T and FM. This functionalization of the membrane with TGP is carried out in such a way that neither the pore structure nor the stability of the matrix membrane are impaired, but that blocking of the (transmembrane) pores is also minimized.

Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist eine photochemische Initiierung einer heterogenen Pfropfcopolymerisation (z.B. fünktioneller Acrylate) zur TGP-Synthese besonders bevorzugt. Dafür resultiert folgender prinzipieller Ablauf der Funktionalisierung:In order to meet these requirements, photochemical initiation of a heterogeneous graft copolymerization (e.g. functional acrylates) for TGP synthesis is particularly preferred. This results in the following basic functionalization sequence:

1. Beschichtung des Trägers mit Photoinitiator (PhF) 1. Coating the carrier with photoinitiator (PhF)

2. Equilibrieren des Trägers mit dem Reaktionsgemisch (T, FM, V, LM, PhT), 2. Equilibration of the carrier with the reaction mixture (T, FM, V, LM, PhT),

im Falle von Membranen: Füllen und Equilibrieren des Porenvolumens der Matrixmemban mit dem Reaktionsgemisch,in the case of membranes: filling and equilibrating the pore volume of the matrix membrane with the reaction mixture,

3. UV-Belichtung: selektive Anregung des PhI, Erzeugung von Startradikalen an der Oberfläche des Trägers, Polymerisation (vorzugsweise Temperatur, T < 250C),3. UV exposure: selective excitation of the PhI, generation of starting radicals on the surface of the carrier, polymerization (preferably temperature, T < 25 0 C),

4. Extraktion von unumgesetzten Reaktanden, löslichem Homopolymer und T. 4. Extraction of unreacted reactants, soluble homopolymer and T.

Diese Funktionalisierungen basieren auf der Wirkung des Trägermaterials als Coinitiator, d.h. alle Polymere, aus denen sich photoinitiiert Radikale generieren lassen, die eine Pfropfcopolymerisation starten können, lassen sich auf diese Weise modifizieren. Die TGP- These functionalizations are based on the effect of the carrier material as a coinitiator, ie all polymers from which photoinitiated radicals can be generated that can start a graft copolymerization can be modified in this way. The TGP

Funktionalisierungen sind aus wäßrigen oder organischen Lösungsmitteln möglich. Über Initiierungs- und Polymerisationsbedingungen lassen sich Funktionalisierungsgrad und damit Oberflächenbedeckung der Matrix steuern. Falls erforderlich, kann so auch eine Blockierung der Matrixmembranporen im Falle von TGM minimiert werden. Damit ist die Anwendung des für die TCP-Synthese etablierten Methodenarsenals auf die OberflächenfunktionalisierungFunctionalizations are possible from aqueous or organic solvents. The degree of functionalization and thus the surface coverage of the matrix can be controlled via initiation and polymerization conditions. If necessary, blockage of the matrix membrane pores can also be minimized in the case of TGM . This allows the application of the method arsenal established for TCP synthesis to surface functionalization.

is von Trägermaterialien möglich.is possible from carrier materials.

Für die Photofunktionalisierung wurde ein bisher noch nicht bekanntes Zusammenspiel zwischen Adsorption des PhI und des T an der (Membran)Polymeroberfläche sowie den Polymerisationsbedingungen beobachtet. Von einem hydrophilen Polymer (z.B. Nylon) kann ein adsorbierter hydrophober PhI (z.B. Benzophenon) durch ein hydrophiles T (z.B.For photofunctionalization, a previously unknown interaction between the adsorption of PhI and T on the (membrane) polymer surface and the polymerization conditions was observed. An adsorbed hydrophobic PhI (e.g. benzophenone) can be removed from a hydrophilic polymer (e.g. nylon) by a hydrophilic T (e.g.

Terbumeton) verdrängt werden; die Photofunktionalisierung wird dadurch unterdrückt. Ein solches System ist zur JGP-Synthese nicht geeignet. Ein hydrophiler PhI (z.B. Benzophenoncarbonsäure) dagegen coadsorbiert mit dem hydrophilen T am hydrophilen Polymer; die Photofunktionalisierung ist dadurch hinreichend effektiv; das T bindet spezifisch an dem so synthetisierten TGP. Ein hydrophober PhI (z.B. Benzophenon) adsorbiert bevorzugt an einem hydrophoben Polymer (z.B. Polypropylen); die Photofunktionalisierung ist effektiv; für ein hydrophileres T (z.B. Terbumeton) dominieren die Bindungen zu Templatabdrücken im Pfropfcopolymer. Daraus können unterschiedliche rCP-Strukturtypen abgeleitet werden (s. Fig. 3):terbumetone); photofunctionalization is thereby suppressed. Such a system is not suitable for JGP synthesis. A hydrophilic PhI (e.g. benzophenonecarboxylic acid), on the other hand, coadsorbs with the hydrophilic T on the hydrophilic polymer; photofunctionalization is thus sufficiently effective; the T binds specifically to the TGP synthesized in this way. A hydrophobic PhI (e.g. benzophenone) preferentially adsorbs on a hydrophobic polymer (e.g. polypropylene); photofunctionalization is effective; for a more hydrophilic T (e.g. terbumetone), the bonds to template imprints in the graft copolymer dominate. Different rCP structure types can be derived from this (see Fig. 3):

a) Templatabdrücke innerhalb oder/und an der Oberfläche einer vernetzten Pfropfcopolymerschicht, die an der Trägeroberfläche fixiert ist,a) template imprints within and/or on the surface of a cross-linked graft copolymer layer fixed to the carrier surface,

b) Templatabdrücke direkt an der Trägeroberfläche unter Beteiligung des Matrixpolymers.b) Template imprints directly on the carrier surface with the involvement of the matrix polymer.

Auch eine chemische Pfropfung von Polymeren bzw. Polymervernetzung (z.B. Synthese von Polyanilinderivaten) auf der Oberfläche einer Matrixmembran ist zur Herstellung von TGP geeignet.Chemical grafting of polymers or polymer cross-linking (e.g. synthesis of polyaniline derivatives) on the surface of a matrix membrane is also suitable for the production of TGP .

Template. Geeignete Substanzklassen reichen von kleinen Molekülen mit Molekülmassen unter oder um 100 Da (z.B. Herbizide) bis zu Partikeln wie Viren, Bakterien oder Zellen. Die Templatkonzentrationen in der Monomermischung für die TCP-Herstellung betragen zwischen 0,01 und 50 %. Mit der vorliegenden Erfindung können auch in wäßrigen Systemen ionische und elektrostatische Wechselwirkungen sowie Wasserstoffbrückenbindungen zur Synthese von TGP und somit zur molekularen Erkennung genutzt werden. Hydrophobe Wechselwirkungen können einen zusätzlichen Beitrag liefern. Dies ergibt insbesondere für kleine Moleküle signifikante Verbesserungen und ist auch für biologisch relevante Moleküle wie z.B. Aminosäuren, Peptide, Nucleinsäuren, Oligonucleotide, Zucker sowie Oligosaccharide, aber auch für Proteine oder DNA und RNA nutzbar. Template. Suitable substance classes range from small molecules with molecular masses below or around 100 Da (e.g. herbicides) to particles such as viruses, bacteria or cells. The template concentrations in the monomer mixture for TCP production are between 0.01 and 50%. With the present invention, ionic and electrostatic interactions as well as hydrogen bonds can also be used in aqueous systems for the synthesis of TGP and thus for molecular recognition. Hydrophobic interactions can make an additional contribution. This results in significant improvements, especially for small molecules, and can also be used for biologically relevant molecules such as amino acids, peptides, nucleic acids, oligonucleotides, sugars and oligosaccharides, but also for proteins or DNA and RNA.

Funktionelle Monomere mit positiv oder negativ geladenen funktionellen Gruppen (z.B. Aminoethylacrylat-Derivate oder Acrylsäure bzw. Methacrylsäure) sind für die TCP-Synthese geeignet. Zusätzlich können hydrophobe Einheiten wie z.B. aromatische Ringe, Kryptanden oder Cyclodextrine in TGP eingebaut werden. Auch zur Komplexbildung befähigte Monomere wie Metallchelatkomplexe, Schiffsche Basen und spezielle Ester können für die Functional monomers with positively or negatively charged functional groups (e.g. aminoethyl acrylate derivatives or acrylic acid or methacrylic acid) are suitable for TCP synthesis. In addition, hydrophobic units such as aromatic rings, cryptands or cyclodextrins can be incorporated into TGP . Monomers capable of complex formation such as metal chelate complexes, Schiff bases and special esters can also be used for the

so Herstellung von TGP genutzt werden. Auch Anilin und -derivate mit weiteren funktionellenused to produce TGP . Aniline and its derivatives with other functional

Gruppen können für die rCrP-Synthese'genutzt wVrcfen. Weiterhin sind z.B. auch Derivate der Phenyl-boronsäure, die mit Diolen Ester bilden können, als funktionelle Monomere geeignet. Die Konzentration funktioneller Monomere in der Mischung kann zwischen 0 und 100% betragen. Die Lösungsmittel für die Polymerherstellung können das Monomer selbst, Wasser (Puffer), organische Lösungsmittel oder deren Mischungen sein. Generell hängt der optimale Monomertyp für TGP von der Templatstruktur sowie den Polymerisationsbedingungen ab. In Abhängigkeit von den Polymerisationsbedingungen sowie der Zusammensetzung können die geprägten Polymere in der gewünschten Dichte, Porosität, Vernetzungsdichte und Konsistenz hergestellt werden. Beispiele für Vernetzer sind Ethylenglycolbismethacrylat für funktioneileGroups can be used for the rCrP synthesis. Furthermore, derivatives of phenylboronic acid, which can form esters with diols, are also suitable as functional monomers. The concentration of functional monomers in the mixture can be between 0 and 100%. The solvents for the polymer production can be the monomer itself, water (buffer), organic solvents or mixtures thereof. In general, the optimal monomer type for TGP depends on the template structure and the polymerization conditions. Depending on the polymerization conditions and the composition, the embossed polymers can be produced in the desired density, porosity, crosslinking density and consistency. Examples of crosslinkers are ethylene glycol bismethacrylate for functional

&iacgr;&ogr; Acrylate, o-Phenylendiamin für Polyanilin, &Ngr;,&Ngr;-Methylenbisacrylamid oder Piperazinbisacrylamid für Acrylamid oder Bisepoxide für Agarose. Die Vernetzerkonzentrationen in der Monomermischung betragen zwischen 0 und 80%.acrylates, o-phenylenediamine for polyaniline, �N,�N-methylenebisacrylamide or piperazinebisacrylamide for acrylamide or bisepoxides for agarose. The crosslinker concentrations in the monomer mixture are between 0 and 80%.

Um das Templat wieder aus dem TGP herauszuwaschen, können z.B. eine Säure, die die elektrostatischen Wechselwirkungen stört, eine Salzlösung mit einer zur Dissoziation ausreichenden Ionenstärke oder ein Lösungsmittel mit anderer Polarität verwendet werden. Dadurch werden in den Poren oder/und an der Oberfläche des Polymers die zur Templatstruktur komplementären Bindungsstellen wieder freigesetzt. Allerdings sind auch Anwendungen von TGP mit gebundenem Templat möglich.To wash the template out of the TGP , an acid that disrupts the electrostatic interactions, a salt solution with an ionic strength sufficient for dissociation, or a solvent with a different polarity can be used. This releases the binding sites complementary to the template structure in the pores and/or on the surface of the polymer. However, applications of TGP with bound template are also possible.

Durch Wahl der Funktionalisierungsstrategie bzw. -bedingungen können neben einer optimalen Spezifität der Templatabdrücke auch die unspezifischen Wechselwirkungen von strukturell ähnlichen oder verschiedenen Substanzen mit dem TGP minimiert werden. Beispiele dafür sind die Optimierung des funktionellen Monomers und/oder des Vernetzers, Zusätze im Reaktionsgemisch (z.B. von hydrophilen Monomeren), Mehrschritt-Modifizierungen oder nachträgliche Derivatisierungen. Damit wird die Selektivität der TGP erhöht.By choosing the functionalization strategy or conditions, not only can the template imprints be optimally specific, but also the non-specific interactions of structurally similar or different substances with the TGP be minimized. Examples of this are the optimization of the functional monomer and/or the crosslinker, additives in the reaction mixture (e.g. hydrophilic monomers), multi-step modifications or subsequent derivatization. This increases the selectivity of the TGP .

Die Strukturcharakterisierung der TGP erfolgt in prinzipiell bekannter Weise mit etablierten Verfahren, z.B. durch REM-Untersuchungen (REM - Raster-Elektronen-Mikroskop), FTIR-ATR-Spektroskopie (Fourier Transform Infrared - Attenuation of Total Reflexion; Infrarotspektroskopie mit Abschwächung der Totalreflexion), Funktionalgruppenanalytik mit photometrischen oder fiuorimetrischen Methoden, Kontaktwinkelmessungen, Permeabilitätsmessungen sowie statische und dynamische Sorptionsexperimente mit dem Templat oder anderen strukturell ähnlichen bzw. verschiedenen Substanzen. Insbesondere die statischen und dynamischen Bindungskapazitäten der TGP für das Templat, in Abhängigkeit von rGP-Struktur und den Testbedingungen (Konzentration, Verweilzeit, applizierte Stoffmengen und Volumen, Spülbedingungen usw.) sind wesentlich im Hinblick auf die vielfältigen Anwendungen der TGP. The structural characterization of the TGP is carried out in a basically known manner using established methods, e.g. by SEM investigations (SEM - scanning electron microscope), FTIR-ATR spectroscopy (Fourier Transform Infrared - Attenuation of Total Reflection; infrared spectroscopy with attenuation of total reflection), functional group analysis using photometric or fluorometric methods, contact angle measurements, permeability measurements and static and dynamic sorption experiments with the template or other structurally similar or different substances. In particular, the static and dynamic binding capacities of the TGP for the template, depending on the rGP structure and the test conditions (concentration, residence time, applied amounts and volumes of substances, rinsing conditions, etc.) are essential with regard to the diverse applications of the TGP.

Template oder Templatderivate werden bei der Filtration durch oder der Applikation auf TGP, auch aus hoher Verdünnung, in den Templatabdrücken mit hoher Spezifität gebunden. Dann können die Template oder Templatderivate ggf. gereinigt und anschließend entweder unter Filtrationsbedingungen (als Konzentrat) eluiert oder direkt auf dem Träger nachgewiesen werden (s. Fig. 4).Templates or template derivatives are bound with high specificity in the template prints during filtration through or application to TGP, even from high dilution. The templates or template derivatives can then be purified if necessary and subsequently either eluted under filtration conditions (as a concentrate) or detected directly on the carrier (see Fig. 4).

Folgende Anwendungen ergeben sich aus der erfindungsgemäßen Lösung, ohne daß damit die Anwendungsmöglichkeiten auf die konkreten Fälle beschränkt werden soll:
1. Filtration (Perfusion) von Lösungen, aber auch gasförmige Gemischen, durch TGP,
2. Diffusion (Dialyse) oder Elektrodiffusion (-dialyse) durch TGP,
The following applications result from the solution according to the invention, without limiting the possible applications to the specific cases:
1. Filtration (perfusion) of solutions, but also gaseous mixtures, by TGP,
2. Diffusion (dialysis) or electrodiffusion (dialysis) by TGP,

3. Anwendung von TGP in Festphasenextraktion, (Membran-)Chromatographie oder Elektrophorese,3. Application of TGP in solid phase extraction, (membrane) chromatography or electrophoresis,

4. Anwendung von TGP in Sensoren,4. Application of TGP in sensors,

5. Anwendung von TGP als Katalysator,5. Application of TGP as a catalyst,

so 6: Applikation von Lösungen, aber auch gasförmigen Gemischen, auf TGP; Beispiele Teststreifen, Blottingmembranen, Assays, Drugscreening.see also 6: Application of solutions, but also gaseous mixtures, to TGP; examples: test strips, blotting membranes, assays, drug screening.

Mit den synthetisierten TGP ist z.BVclie effiziente und*'spezifische Aufleonzentrierung von Schadstoffen (Herbiziden) aus verdünnten Lösungen möglich (vgl. L), Das kann einerseits dazu genutzt werden, solche Substanzen quantitativ zu eliminieren (Detoxifikation); andererseits ist aber auch eine definierte Anreicherung (analog zur Festphasenextraktion; vgl. 3.) für die folgende Spurenanalytik möglich. Z.B. die effiziente Hochreinigung von Proteinen, ein Prozeß von höchster Relevanz für die Biotechnologie, ist mit TGP ebenfalls möglich (vgl. 1). Auch dabei sind, in Abhängigkeit von Protein und Prozeß, sowohl die Analytik, eine Herstellung in reiner Form, als auch eine Dekontamination möglich.With the synthesized TGP, for example, the efficient and specific concentration of pollutants (herbicides) from diluted solutions is possible (see L). On the one hand, this can be used to quantitatively eliminate such substances (detoxification); on the other hand, however, a defined enrichment (analogous to solid phase extraction; see 3.) is also possible for the subsequent trace analysis. For example, the efficient purification of proteins, a process of the highest relevance for biotechnology, is also possible with TGP (see 1). Here too, depending on the protein and process, both analysis, production in pure form and decontamination are possible.

Der bekannte Stand läßt sich erfindungsgemäß durch neuartige TGP verbessern, die aus &iacgr;&ogr; wäßrigen Reaktionsmischungen synthetisiert werden und unter wäßrigen Bedingungen, insbesondere in Gegenwart von Puffersalzen, auch hohe Spezifitäten aufweisen.According to the invention, the known state of the art can be improved by novel TGPs which are synthesized from aqueous reaction mixtures and also exhibit high specificities under aqueous conditions, in particular in the presence of buffer salts.

Ein Komplex zwischen Templat und funktionellem Monomer, der im wesentlichen auf ionischen Bindungen basiert, kann leicht durch erhöhte Salzkonzentration gespalten werden. Dieser Effekt kann zum einen für die Elution des Templates aus dem TGP genutzt werden, schränkt aber zum anderen die Anwendbarkeit für Affinitätstrennungen, mit Ausnahme von wäßrigen Lösungen niedriger Ionenstärke, sehr stark ein.A complex between template and functional monomer, which is essentially based on ionic bonds, can be easily cleaved by increasing salt concentration. This effect can be used for the elution of the template from the TGP , but it severely limits the applicability for affinity separations, with the exception of aqueous solutions of low ionic strength.

Überraschenderweise führt nun der Zusatz von Salz (z.B. Puffer) während der Polymerisation zu TGP, die eine hohe Affinität für Templatmoleküle bei ähnlich hoher Salzkonzentration (z.B. des Puffers unter den bevorzugten Anwendungsbedingungen) haben. Dieser Effekt kann phänomenologisch derart beschrieben werden, daß die Salzkonzentration in der Reaktionsmischung den Abstand der Funktionalgruppen, die an der Ionenaustausch Wechselwirkung beteiligt sind, "einstellt". Im Verlauf der Synthese gelingt es offensichtlich, diese vorteilhafte Konstellation zu fixieren (synthetischer Rezeptor mit ionischen Funktionalgruppen im richtigen Abstand). Besonders effektiv läßt sich diese Verfahrensweise bei Oberflächenfunktionalisierungen fester Träger realisieren, die im folgenden beschrieben wird.Surprisingly, the addition of salt (e.g. buffer) during polymerization leads to TGPs that have a high affinity for template molecules at a similarly high salt concentration (e.g. of the buffer under the preferred application conditions). This effect can be described phenomenologically in such a way that the salt concentration in the reaction mixture "sets" the distance between the functional groups involved in the ion exchange interaction. In the course of the synthesis, it is evidently possible to fix this advantageous constellation (synthetic receptor with ionic functional groups at the correct distance). This procedure can be implemented particularly effectively for surface functionalization of solid supports, which is described below.

Durch Wahl der Funktionalisierungsstrategie bzw. -bedingungen können neben einer optimalen Spezifität der Templatabdrücke auch die unspezifischen Wechselwirkungen von strukturell ähnlichen oder verschiedenen Substanzen mit dem TGP minimiert werden. Beispiele dafür sind die Optimierung des funktioneilen Monomers und/oder des Vernetzers, Zusätze im Reaktionsgemisch (z.B. von hydrophilen Monomeren), Mehrschritt-Modifizierungen oder nachträgliche Derivatisierungen. Damit wird die Selektivität der TGP erhöht.By choosing the functionalization strategy or conditions, not only can the template imprints be optimally specific, but also the non-specific interactions of structurally similar or different substances with the TGP be minimized. Examples of this are the optimization of the functional monomer and/or the crosslinker, additives in the reaction mixture (e.g. hydrophilic monomers), multi-step modifications or subsequent derivatization. This increases the selectivity of the TGP .

Die erfindungsgemäßen neuartigen Templat-geprägten Materialien bestehen aus Templatgeprägten Polymeren (TGP), die durch Modifizierung der Oberfläche von festen Trägern in wäßrigen oder organischen Reaktionslösungen erhalten werden und die auf dem Wege einer an der Trägeroberfläche initiierten vernetzenden Polymerisation funktioneller Monomere in Gegenwart eines Templates zu stabilen Templatabdrücken führt. Anschließend können die Templatabdrücke Templatmoleküle oder Templatderivate auch aus wäßrigen, salzhaltigen Lösungen spezifisch binden.The novel template-imprinted materials according to the invention consist of template-imprinted polymers (TGP) which are obtained by modifying the surface of solid supports in aqueous or organic reaction solutions and which lead to stable template imprints by means of a cross-linking polymerization of functional monomers initiated on the support surface in the presence of a template. The template imprints can then specifically bind template molecules or template derivatives even from aqueous, salt-containing solutions.

Die erfindungsgemäßen Templat-geprägten Membranen (TGM) werden durch Modifizierung der Oberfläche von Membranen erhalten, die auf dem Wege einer an der Membranoberfläche initiierten vernetzenden Polymerisation funktioneller Monomere in Gegenwart eines Templates zu stabilen Rezeptorstrukturen in Form von Templatabdrücken führt, die anschließend Templatmoleküle oder Templatderivate spezifisch binden können.The template-imprinted membranes (TGM) according to the invention are obtained by modifying the surface of membranes, which leads to stable receptor structures in the form of template imprints by means of a cross-linking polymerization of functional monomers initiated on the membrane surface in the presence of a template, which can then specifically bind template molecules or template derivatives.

Als Trägermaterialien dienen organische Polymere wie z.B. Polypropylen, Polyethylen, Polystyren, Polysulfon, Polyamide, Polyester, Polycarbonät, Polyacrylnitril, Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluoroethylen, Polyacrylate, Polyacrylamide, Cellulose, Amylose, Agarose sowie deren jeweilige Derivate, Copolymere oder Blends der Polymeren.Organic polymers such as polypropylene, polyethylene, polystyrene, polysulfone, polyamides, polyesters, polycarbonate, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyacrylates, polyacrylamides, cellulose, amylose, agarose and their respective derivatives, copolymers or blends of the polymers serve as carrier materials.

so Als Trägermaterialien werden ferner poröse Festkörper wie z.B. Gläser, Silikate, Keramiken oder Metalle bzw. deren Komposite, auch mit organischen Polymeren, eingesetzt.
!"*. J·** .**. .··. .··. .: ·*·; .·· t .··. : : ·
Porous solids such as glasses, silicates, ceramics or metals or their composites, also with organic polymers, are also used as carrier materials.
!"*. J·** .**. .··. .··. .: ·*·; .·· t .··. : : ·

Die Membranen weisen vorzugsweise symmetrische, aber auch asymmetrische Porenstrukturen und Porengrößen zwischen wenigen nm und 10 &mgr;&idiagr;&eegr;, bevorzugt 100 nm bis 5 &mgr;&eegr;&igr; auf.The membranes preferably have symmetrical, but also asymmetrical pore structures and pore sizes between a few nm and 10 μηη, preferably 100 nm to 5 μηη.

Als Template dienen kleine Moleküle mit Molekülmassen unter oder um 100Da, wie z.B. Herbizide, Wirkstoffe oder Aminosäuren, größere Moleküle wie Peptide, Proteine, Nukleinsäuren oder Kohlehydrate, oder auch Partikel wie Viren, Bakterien oder Zellen und als funktionelle Monomere polymerisationsfähige Verbindungen mit zur Wechselwirkung mit Templaten befähigten Gruppen, inbesondere Carboxyl-, Sulfonyl-, Sulfat-, Phosphat-, Amino- oder quartären Ammonium-Gruppen sowie jeweils deren Derivate, auch im Gemisch.
&iacgr;&ogr; Durch eine nachträgliche oder vorherige zusätzliche Funktionalisierung oder Beschichtung wird die unspezifische Bindung von mit Templat konkurrierenden Substanzen und Nicht-Templaten verringert.
In einer besonderen Ausgestaltung werden im Gemisch mit den funktionellen Monomeren
Small molecules with molecular masses below or around 100Da, such as herbicides, active ingredients or amino acids, larger molecules such as peptides, proteins, nucleic acids or carbohydrates, or particles such as viruses, bacteria or cells, and functional monomers are polymerizable compounds with groups capable of interacting with templates, in particular carboxyl, sulfonyl, sulfate, phosphate, amino or quaternary ammonium groups and their derivatives, also in mixtures.
&iacgr;&ogr; Subsequent or prior additional functionalization or coating reduces the nonspecific binding of template-competing substances and non-templates.
In a special embodiment, in a mixture with the functional monomers

auch Vernetzermonomere sowie Lösungsmittel für alle Komponenten des
is Reaktionsgemisches eingesetzt.
also crosslinking monomers and solvents for all components of the
is used in the reaction mixture.

Bei der Herstellung Templat-geprägter Polymere (TGP) läßt sich durch den Zusatz von Salz die Bindungsspezifität und -kapazität des Templat-geprägten Polymers für das Templat sowie Templat-ähnliche Substanzen erhöhen, wobei als Träger Filme, Membranen, Fasern, Hohlfasern, Gewebe, Vliese oder Partikel, jeweils nichtporös oder porös, verwendet werden, jedoch das Templat-geprägte Polymer auch trägerfrei in beliebiger Gestalt und Größe hergestellt wird.In the production of template-imprinted polymers (TGP), the binding specificity and capacity of the template-imprinted polymer for the template and template-like substances can be increased by the addition of salt. Films, membranes, fibers, hollow fibers, fabrics, nonwovens or particles, each nonporous or porous, are used as carriers, but the template-imprinted polymer can also be produced without a carrier in any shape and size.

Bei der erfindungsgemäßen Herstellung Templat-geprägter Materialien werden eine Substanz vom H-Abstraktionstyp (Anlagerung eines Wasserstoffatoms aus der Umgebung) als Photoinitiator und das Trägerpolymer als Coinitiator eingesetzt, wobei die Initiierung durch Lichtanregung des Photoinitiators erfolgt.In the production of template-embossed materials according to the invention, a substance of the H-abstraction type (addition of a hydrogen atom from the environment) is used as a photoinitiator and the carrier polymer as a coinitiator, whereby the initiation takes place by light excitation of the photoinitiator.

Die erfindungsgemäßen Materialien eignen sich zur Stofftrennung und/oder Analytik vonThe materials according to the invention are suitable for the separation and/or analysis of

flüssigen oder gasförmigen Stoffgemischen, die auf der spezifischen Bindung der Template
oder Templatderivate bei der Perfusion oder Diffusion durch Templat-geprägte Polymere oder der Applikation auf Templat-geprägten Polymeren basieren, ferner in der
substanzspezifischen Stofftrennung mittels
liquid or gaseous mixtures based on the specific binding of the template
or template derivatives in perfusion or diffusion through template-imprinted polymers or application to template-imprinted polymers, furthermore in the
substance-specific separation using

- Affinitätsfiltration durch eine Anordnung mit Templat-geprägtem Polymer zur
Aufkonzentrierung, Reinigung, Abtrennung oder analytischen Bestimmung von Substanzen,
- Affinity filtration through a template-imprinted polymer arrangement for
Concentration, purification, separation or analytical determination of substances,

- Dialyse oder Elektrodialyse durch ein Templat-geprägtes Material zur Aufkonzentrierung,
Reinigung, Abtrennung oder analytischen Bestimmung von Substanzen,
- Dialysis or electrodialysis through a template-imprinted material for concentration,
Purification, separation or analytical determination of substances,

- Festphasenextraktion, Chromatographie, Membranchromatographie oder Elektrophorese mit einem Templat-geprägten Polymer zur Aufkonzentrierung, Reinigung, Abtrennung oder analytischen Bestimmung von Substanzen,- Solid phase extraction, chromatography, membrane chromatography or electrophoresis with a template-imprinted polymer for the concentration, purification, separation or analytical determination of substances,

- eines Templat-geprägten Polymers als Sensor oder Katalysator zur Reinigung, Abtrennung oder analytischen Bestimmung von Substanzen sowie- a template-imprinted polymer as a sensor or catalyst for the purification, separation or analytical determination of substances and

- eines Templat-geprägten Polymers als Blottingmembran oder Teststreifen oder Material für Assays oder zum Wirkstoff-Screening.- a template-imprinted polymer as a blotting membrane or test strip or material for assays or for drug screening.

Die Merkmale der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Kombinationen vorteilhafte schutzfähige Ausführungen darstellen, für die mit dieser SchriftThe features of the invention are not only evident from the claims but also from the description, whereby the individual features, either individually or in combination, represent advantageous, protectable embodiments for which this document

Schutz beantragt wird. Die Kombination besteht aus bekannten (Membranen, Polymere) und neuen Elementen (Modifizierung der gesamten Oberfläche von Membranen mit Templatgeprägten Polymerschichten, Synthese dünner TGP-Schichten auf festen Trägern), die sich gegenseitig beeinflussen und in ihrer neuen Gesamtwirkung einen Gebrauchsvorteil und den erstrebten Erfolg ergeben, der darin liegt, daß nunmehr mit den synthetisierten TGP z.B. die spezifische Aufkonzentrierung von Schadstoffen aus verdünnten Lösungen (Bereicherung der Spurenanalytik) sowie z.B. die effiziente Hochreinigung von Proteinen - ein Prozeß von höchster Relevanz für die Biotechnologie - möglich ist und die TGP-Synthese in wäßrigen Systemen mit hoher Templat-Spezifität sowie die Anwendbarkeit der TCP-Synthese aufProtection is applied for. The combination consists of known (membranes, polymers) and new elements (modification of the entire surface of membranes with template-embossed polymer layers, synthesis of thin TGP layers on solid supports), which influence each other and in their new overall effect result in a practical advantage and the desired success, which lies in the fact that now with the synthesized TGP , for example, the specific concentration of pollutants from diluted solutions (enrichment of trace analysis) as well as the efficient high-purification of proteins - a process of the highest relevance for biotechnology - is possible and the TGP synthesis in aqueous systems with high template specificity as well as the applicability of TCP synthesis to

&iacgr;&ogr; Oberflächen fester Formkörper als Träger gelingt.&iacgr;&ogr; surfaces of solid molded bodies as carriers succeeds.

Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, ohne auf diese Beispiele beschränkt zu sein.The invention will be explained in more detail using exemplary embodiments, without being limited to these examples.

AusführungsbeispieleExamples of implementation

Beispiel 1. Für das Herbizid Terbumeton (2-t-Butylamino-4-ethyl-6-methoxy-I,3,5-triazin) molekular geprägte PolypropylenmembranExample 1. Molecularly imprinted polypropylene membrane for the herbicide terbumetone (2-t-butylamino-4-ethyl-6-methoxy-I,3,5-triazine)

Eine Probe (6 cm2) einer PP-MF-Membran (2E HF, Akzo Nobel, Wuppertal) wird mit Chlorofom extrahiert, getrocknet und gewogen; anschließend wird die Membran in einer Petrischale (d=10cm) mit 10 ml Reaktionslösung bestehend aus 5 mM Terbumeton (Templat), 25 mM Acrylsäure (funktionelles Monomer), 600 mM Ethylenglycolbismethacrylat (Vernetzer) und 5 mM Benzophenon (Photoinitiator) in Chloroform getränkt und überschichtet. Die Petrischale wird mit einer Glasplatte (Tief-UV-Filter, 1> 310 nm) abgedeckt. Nach 30 min erfolgt die Belichtung bei Halblast an einem UV-Trockner (Beltron GmbH) für insgesamt 9 min (9 Passagen durch Belichtungszone). Anschließend wird die Membran dreimal mit Chloroform/Essigsäure (98/2, v/v) sowie dreimal mit Chloroform extrahiert. Danach wird getrocknet und gravimetrisch der Modifizierungsgrad, TGP pro äußere Membranfläche, bestimmt: DG = 3,3 &mgr;g/cm2.A sample (6 cm 2 ) of a PP-MF membrane (2E HF, Akzo Nobel, Wuppertal) is extracted with chloroform, dried and weighed; the membrane is then soaked in a Petri dish (d=10 cm) with 10 ml of a reaction solution consisting of 5 mM terbumetone (template), 25 mM acrylic acid (functional monomer), 600 mM ethylene glycol bismethacrylate (crosslinker) and 5 mM benzophenone (photoinitiator) in chloroform and covered with a layer. The Petri dish is covered with a glass plate (deep UV filter, 1> 310 nm). After 30 min, the membrane is exposed at half load on a UV dryer (Beltron GmbH) for a total of 9 min (9 passages through the exposure zone). The membrane is then extracted three times with chloroform/acetic acid (98/2, v/v) and three times with chloroform. Afterwards, the sample is dried and the degree of modification, TGP per outer membrane area, is determined gravimetrically: DG = 3.3 μg/cm 2 .

Eine nicht molekular geprägte Kontrollprobe wird nach analoger Vorschrift, aber ohne Templat, präpariert; der Modifizierungsgrad (Polymer pro äußere Membranfläche) beträgt:A non-molecularly imprinted control sample is prepared according to the same procedure, but without template; the degree of modification (polymer per outer membrane area) is:

Beispiel 2. Für das Herbizid Terbumeton (2-t-Butylamino-4-ethyl-6-methoxy-l,3,5-triazin) molekular geprägte NylonmembranExample 2. Molecularly imprinted nylon membrane for the herbicide terbumetone (2-t-butylamino-4-ethyl-6-methoxy-l,3,5-triazine)

Eine Probe (6 cm2) einer Ny-MF-Membran (2D, Akzo Nobel, Wuppertal) wird mit Chloroform extrahiert, getrocknet und gewogen; anschließend wird die Membran in einer Petrischale (d = 10 cm) mit 10 ml Reaktionslösung bestehend aus 1 mM Terbumeton (Templat), 5 mM Acrylsäure (funktionelles Monomer), 12OmM Ethylenglycolbismethacrylat (Vernetzer) und 1 mM Benzophenon-4-carbonsäure (Photoinitiator) in Chloroform getränkt und überschichtet.A sample (6 cm 2 ) of a Ny-MF membrane (2D, Akzo Nobel, Wuppertal) is extracted with chloroform, dried and weighed; then the membrane is soaked in a Petri dish (d = 10 cm) with 10 ml of a reaction solution consisting of 1 mM terbumetone (template), 5 mM acrylic acid (functional monomer), 120 mM ethylene glycol bismethacrylate (crosslinker) and 1 mM benzophenone-4-carboxylic acid (photoinitiator) in chloroform and covered.

Die Petrischale wird mit einer Glasplatte (Tief-UV-Filter, l>310nm) abgedeckt. Nach 30 min erfolgt die Belichtung bei Halblast an einem UV-Trockner (Beltron GmbH) für insgesamt 9 min (9 Passagen durch Belichtungszone). Anschließend wird die Membran dreimal mit Chloroform/Essigsäure (98/2, v/v) sowie dreimal mit Chloroform extrahiert. Danach wird getrocknet und gravimetrisch der Modifizierungsgrad (TGP pro äußereThe Petri dish is covered with a glass plate (deep UV filter, l>310nm). After 30 min, exposure is carried out at half load on a UV dryer (Beltron GmbH) for a total of 9 min (9 passages through the exposure zone). The membrane is then extracted three times with chloroform/acetic acid (98/2, v/v) and three times with chloroform. It is then dried and the degree of modification (TGP per external

Membranfläche) bestimmt: DG = 24,2 &mgr;g/cmz.membrane area): DG = 24.2 μg/cm z .

Eine nicht molekular geprägte Kontrollprobe wird nach analoger Vorschrift, aber ohne Templat, präpariert, der Modifizierungsgrad (Polymer pro äußere Membranfläche) beträgt:A non-molecularly imprinted control sample is prepared according to the same procedure, but without template, the degree of modification (polymer per outer membrane area) is:

DG = 30,0 &mgr;g/cm2.DG = 30.0 μg/cm 2 .

Weitere Ergebnisse für variierte Präparationsbedingungen zeigt Tabelle 1. Further results for varied preparation conditions are shown in Table 1.

Tabelle 1: Präparationsbedingungen und Ergebnisse für das Herbizid Terbumeton geprägte
Polypropylenmembranen (PP) und Nylonmembranen (PA)
Initiator: 1 mM Benzophenon; * 1 niM Benzophenon-4-carbonsäure
Table 1: Preparation conditions and results for the herbicide terbumetone
Polypropylene membranes (PP) and nylon membranes (PA)
Initiator: 1 mM benzophenone; * 1 niM benzophenone-4-carboxylic acid

Membranmembrane Terbumeton
(mM)
Terbumetone
(mM)
AA
(mM)
A.A.
(mM)
EDMA
(mM)
EDMA
(mM)
DGDG
^g/cm2)^g/cm 2 )
PP-MIPl
PP-Kl
PP-MIPl
PP-Cl
0,20.2 11 2424 00
00
PP-MIP2
PP-K2
PP-MIP2
PP-K2
11 55 120120 2,0
3,3
2.0
3.3
PP-MIP3
PP-K3
PP-MIP3
PP-K3
55 2525 600600 7,57.5
7,77.7
&Rgr;&Rgr;-&Mgr;&Ggr;&Rgr;4*
PP-K4*
&Rgr;&Rgr;-&Mgr;&Ggr;&Rgr;4*
PP-K4*
11 55 120120 0
3,3
0
3.3
PA-MIPl
PA-Kl
PA-MIPl
PA-Cl
0,20.2 11 2424 0'
13,2
0'
13.2
&Rgr;&Agr;-&Mgr;&Ggr;&Rgr;2
PA-K2
&Rgr;&Agr;-&Mgr;&Ggr;&Rgr;2
PA-K2
11 55 120120 1,7
17,6
1.7
17.6
&Rgr;&Agr;-&Mgr;&Ggr;&Rgr;3
PA-K3
&Rgr;&Agr;-&Mgr;&Ggr;&Rgr;3
PA-K3
55 2525 600600 0
0
0
0
PA-MJP4*
PA-K4*
PA-MJP4*
PA-K4*
11 55 120120 24,2
30,8
24.2
30.8

MIP molekular geprägte Membran,MIP molecularly imprinted membrane,

K nicht molekular geprägte Membran (Kontrolle),K non-molecularly imprinted membrane (control),

AA Acrylsäure,AA Acrylic acid,

EDMA Ethylenglycolbismethacrylat,EDMA ethylene glycol bismethacrylate,

DG ModifizierungsgradDG Modification Degree

Beispiel 3. Anwendung einer für Terbumeton molekular geprägten Polypropylenmembran zur Anreicherung von Herbiziden (Festphasenextraktion) Example 3. Application of a polypropylene membrane molecularly imprinted for terbumetone for the enrichment of herbicides (solid phase extraction)

Eine Probe (4,9 cm ) einer entsprechend Beispiel 1 modifizierten Membran wird in einen Filterhalter aus Stahl mit Luer-Lock-Anschluß (Schleicher & Schuell, Dassel) montiert. 10 ml einer Lösung des Herbizids (Terbumeton, Terbutryn, Desmetryn oder Terbutylazin) mit einer Konzentration im Bereich von 10'7 bis 10~5 M in Wasser werden aus einer Spritze mit einer Geschwindigkeit von 10 ml/min quantitativ durch die Membran filtriert. Anschließend werden das Filtrat sowie 10 ml der Rohlösung mit jeweils 10 ml Chloroform extrahiert; die Herbizidkonzentrationen werden dann mit Hilfe der Gaschromatographie (Trennsäule HP5MS; Hewlet Packard GC System HP 6890 mit Masse-selektivem Detektor HP 5973)A sample (4.9 cm ) of a membrane modified according to Example 1 is mounted in a steel filter holder with a Luer-Lock connection (Schleicher & Schuell, Dassel). 10 ml of a solution of the herbicide (terbumetone, terbutryn, desmetryn or terbutylazine) with a concentration in the range of 10'7 to 10~5 M in water are quantitatively filtered through the membrane from a syringe at a rate of 10 ml/min. The filtrate and 10 ml of the crude solution are then extracted with 10 ml of chloroform each; the herbicide concentrations are then determined using gas chromatography (separation column HP5MS; Hewlet Packard GC System HP 6890 with mass-selective detector HP 5973).

quantitativ bestimmt und auf diese Weise die in der Membran gebundene Menge ermittelt.quantitatively and thus determines the amount bound in the membrane.

Repräsentative Ergebnisse für PP-MIP, PP-Kontrolle und PP-unmod. sowie 5* 10"7M Herbizid in Wasser zeigen Fig. 5 und Tabelle 2. Representative results for PP-MIP, PP-control and PP-unmodified as well as 5* 10" 7 M herbicide in water are shown in Fig. 5 and Table 2.

Tabelle 2: Adsorptionskapazität einer molekular geprägten PP-Membran
(10 ml Herbizid-Lösung; Konzentration 10~5 M; Membranfläche 5 cm2)
Table 2: Adsorption capacity of a molecularly imprinted PP membrane
(10 ml herbicide solution; concentration 10~5 M; membrane area 5 cm 2 )

Membranmembrane TerbumetonTerbumetone nmol/cm^nmol/cm^ Adsorptionadsorption TerbutylazinTerbutylazine %% nmol/cm^nmol/cm^ DesmetrynDesmetryn %% nmol/cm^nmol/cm^ TerbutrynTerbutryn %% nmol/cm^nmol/cm^ %% 15,615.6 9595 19,019.0 3939 7,87.8 9898 19,619.6 7878 15,815.8 9595 19,019.0 4242 8,48.4 71 -71 - 14,214.2 PPPP 7979 19,219.2 7676 15,215.2 6363 12,612.6 100100 20,020.0 PP-K3PP-K3 9696 PP-MP3PP MP3

PP unmodifizierte Membran,PP unmodified membrane,

PP-K3 ohne Anwesenheit von Templat modifizierte Membran,PP-K3 membrane modified without the presence of template,

PP-MIP3 molekular geprägte Membran (T: Terbumeton)PP-MIP3 molecularly imprinted membrane (T: Terbumetone)

Beispiel Example 4. Für Peroxidase geprägte Polypropylenmembran4. Peroxidase embossed polypropylene membrane

Auf einer Membran aus Polypropylen wird Anilin nach folgender exemplarischer Vorschrift zu einem fest haftenden, homogenen, optisch transparenten Film polymerisiert (vgl. Figur 1): Zu 30 &mgr;&idiagr; einer Lösung von Anilinhydrochlorid (720 mM) und Meerrettichperoxidase (1,67 mg/ml) in Wasser werden 20 &mgr;&idiagr; Ammoniumperoxodisulfat (25OmM in Wasser) pipettiert, gründlich vermischt und bei Raumtemperatur unter Schütteln für 2 h zur Reaktion gebracht. Danach wird gründlich mit Wasser und anschließend mit 10 mM Natriumphosphatpuffer (pH = 7,5) gewaschen.Aniline is polymerized on a polypropylene membrane to form a firmly adhering, homogeneous, optically transparent film according to the following exemplary procedure (see Figure 1): 20 μl of ammonium peroxodisulfate (250 mM in water) are pipetted into 30 μl of a solution of aniline hydrochloride (720 mM) and horseradish peroxidase (1.67 mg/ml) in water, mixed thoroughly and allowed to react for 2 hours at room temperature while shaking. The mixture is then washed thoroughly with water and then with 10 mM sodium phosphate buffer (pH = 7.5).

Beispiel 5: Ersatz von biologischen Rezeptoren in Assays durch molekular geprägte Polymer membranenExample 5: Replacement of biological receptors in assays by molecularly imprinted polymer membranes

Membranen wurden wie in Beispiel 4 durch Peroxidase-TGP modifiziert. Die dabei erhaltenen modifizierten Oberflächen zeigen das Verhalten von künstlichen Antikörpern für Peroxidase. Um die Affinität der TGP-Oberflächen für das Templat Peroxidase zu demonstrieren, wird Meerrettichperoxidase aus Lösungen unterschiedlicher Konzentration adsorbiert und dann mit Hilfe von Wasserstoffperoxidzugabe sowie der Vis-Detektion, basierend auf der Empfindlichkeit des PAni-Films bestimmt. Die signifikant höheren Werte für die Peroxidase-TGP-Oberfläche im Vergleich zum sehr geringen Signal bei der nicht geprägten Kontrollprobe zeigen die höhere Bindung von Meerrettichperoxidase an den synthetischen Rezeptorstrukturen unter Sättigung der Sorptionskapazität im untersuchten Konzentrationsbereich.Membranes were modified with peroxidase-TGP as in Example 4. The modified surfaces obtained show the behavior of artificial antibodies for peroxidase. To demonstrate the affinity of the TGP surfaces for the template peroxidase, horseradish peroxidase is adsorbed from solutions of different concentrations and then determined using hydrogen peroxide addition and Vis detection based on the sensitivity of the PAni film. The significantly higher values for the peroxidase-TGP surface compared to the very low signal in the non-imprinted control sample show the higher binding of horseradish peroxidase to the synthetic receptor structures with saturation of the sorption capacity in the concentration range investigated.

Beispiel 6. Für das Herbizid Desmetryn (l-Isopropylamino^-methylamino-o-methylthio-1,3,5-triazin) molekular geprägte PolypropylenmembranenExample 6. Molecularly imprinted polypropylene membranes for the herbicide Desmetryn (l-isopropylamino^-methylamino-o-methylthio-1,3,5-triazine)

Eine runde Probe (46 cm2) einer PP-MF-Membran (nominale Porengröße, d = 0.2 &mgr;&eegr;&igr;; 2E HF, Akzo Nobel, oder d = 0.6 &mgr;&eegr;&igr;; AN 06, Millipore) wird mit Chloroform und Methanol extrahiert, getrocknet und gewogen. Danach wird die Membran für 30 min in eine 100 mMA round sample (46 cm 2 ) of a PP-MF membrane (nominal pore size, d = 0.2 μηι; 2E HF, Akzo Nobel, or d = 0.6 μηι; AN 06, Millipore) is extracted with chloroform and methanol, dried and weighed. The membrane is then immersed in a 100 mM

Lösung von BP (Photoinitiator) in Methanol getaucht. Anschließend wird die Membran, deren Poren noch mit der BP-Lösung gefüllt sind, in einer Petrischale (d= 10 cm) mit 20 ml Reaktionslösung, bestehend aus 10 mM Desmetryn (Templat), 50 raM AMPS (funktionelles Monomer), 100 mM MBAA (Vernetzer) und 0.1 mM BP in Wasser, überschichtet. Die Petrischale wird mit einer Glasplatte (Tief-UV-Filter, 1 > 310 nm) abgedeckt. Nach 30 min erfolgt die Belichtung an einem UV-Trockner (Beltron GmbH) bei Halblast für insgesamt 10 min (10 Passagen durch die Belichtungszone). Anschließend wird die Membran intensiv mit Methanol, Wasser, 50 mM Salzsäure, Wasser und wieder Methanol gewaschen. Danach wird getrocknet und gravimetrisch der Modifizierungsgrad (DG, bezogen auf die äußere Membranoberfläche) bestimmt. Eine nicht molekular geprägte Kontrollprobe wird nach analoger Vorschrift, aber ohne Templat, präpariert. Ergebnisse für variierte Präparationsbedingungen (pH-Wert, Salzkonzentration) zeigt Tabelle 3. Solution of BP (photoinitiator) in methanol. The membrane, whose pores are still filled with the BP solution, is then placed in a Petri dish (d = 10 cm) and covered with 20 ml of reaction solution consisting of 10 mM desmetryn (template), 50 raM AMPS (functional monomer), 100 mM MBAA (crosslinker) and 0.1 mM BP in water. The Petri dish is covered with a glass plate (deep UV filter, 1 > 310 nm). After 30 minutes, the membrane is exposed to light in a UV dryer (Beltron GmbH) at half load for a total of 10 minutes (10 passes through the exposure zone). The membrane is then washed intensively with methanol, water, 50 mM hydrochloric acid, water and methanol again. It is then dried and the degree of modification (DG, based on the outer membrane surface) is determined gravimetrically. A non-molecularly imprinted control sample is prepared according to the same procedure, but without template. Results for varied preparation conditions (pH value, salt concentration) are shown in Table 3.

Beispiel 7. Anwendung von Desmetryn-geprägten Polypropylenmembranen zur Anreicherung is von Herbiziden (Festphasenextraktion) Example 7. Application of Desmetryn-embossed polypropylene membranes for the enrichment of herbicides (solid phase extraction)

Eine Probe (4.9 cm2) einer entsprechend Beispiel 6 funktionalisierten Membran (vgl. Tabelle 3) wird in einen Filterhalter aus Stahl mit Luer-Lock-Anschluß (Schleicher & Schuell, Dassel) montiert. 10 ml einer Lösung von Desmetryn mit einer Konzentration im Bereich von 10"7 bis 10"5 M in Wasser werden aus einer Spritze mit einer Geschwindigkeit von 10 ml/min quantitativ durch die Membran filtriert. Anschließend werden das Filtrat sowie 10 ml der Rohlösung mit jeweils 10 ml Chloroform extrahiert; die Herbizidkonzentrationen werden dann mit Hilfe der Gaschromatographie (Trennsäule HP5MS; Hewlet Packard GC System HP 6890 mit Masse-selektivem Detektor HP 5973) quantitativ bestimmt und auf diese Weise die in der Membran gebundene Menge ermittelt.A sample (4.9 cm 2 ) of a membrane functionalized according to Example 6 (see Table 3) is mounted in a steel filter holder with a Luer-Lock connection (Schleicher & Schuell, Dassel). 10 ml of a solution of desmetryn with a concentration in the range of 10" 7 to 10" 5 M in water are quantitatively filtered through the membrane from a syringe at a rate of 10 ml/min. The filtrate and 10 ml of the crude solution are then extracted with 10 ml of chloroform each; the herbicide concentrations are then quantitatively determined using gas chromatography (separation column HP5MS; Hewlet Packard GC System HP 6890 with mass-selective detector HP 5973) and in this way the amount bound in the membrane is determined.

Repräsentative Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengefaßt. Für beide Matrixmembranporengrößen weisen die rGP-Membranen deutlich (TGP 1) bzw. siginifikant (TGP 2) höhere Affinitäten für das Herbizd auf, während die mit einem chemisch ähnlichen, aber nicht geprägten Polymer modifizierten Membranen verglichen mit unmodifiziertem PP leicht erhöhte (K 1) oder sogar geringere (K 2) Werte aufweisen.Representative results are summarized in Table 4. For both matrix membrane pore sizes, the rGP membranes show significantly (TGP 1) or significantly (TGP 2) higher affinities for the herbicide, while the membranes modified with a chemically similar but non-imprinted polymer show slightly increased (K 1) or even lower (K 2) values compared to unmodified PP.

Das TCP-gebundene Herbizid kann durch pH-Wechsel oder erhöhte Salzkonzentration wieder aus der Membran eluiert werden; ein Beispiel zeigt Fig. 6.The TCP-bound herbicide can be eluted from the membrane by changing the pH or increasing the salt concentration; an example is shown in Fig. 6.

In prinzipiell analoger Weise konnte das Herbizid aus einer 2*10'9m Lösung bei einer Wiederfindung von 90% lOOOfach angereichert werden; d.h. eine substanzspezifische Festphasenextraktion kann sowohl zur Aufreinigung als auch zur Aufkonzentrierung genutzt werden.In a basically analogous manner, the herbicide could be enriched 1000-fold from a 2*10'9m solution with a recovery of 90%; i.e. a substance-specific solid phase extraction can be used both for purification and concentration.

Die TCP-Membranen sind ohne Verlust an Spezifität und Kapazität nach einer einfachen Regeneration wiederholt einsetzbar, d.h. eine Anwendung zur Dekontamination ist so möglich (s. Fig. 7).The TCP membranes can be used repeatedly without loss of specificity and capacity after a simple regeneration, ie an application for decontamination is possible (see Fig. 7).

Beispiel 8. Substanz- bzw. Gruppenspezifitüt von Desmetryn-geprägten PolypropylenmembranenExample 8. Substance or group specificity of desmetryn-imprinted polypropylene membranes

Eine Probe (4.9 cm2) einer entsprechend Beispiel 6 funktionalisierten Membran (TGP 1, s. Tabelle 3) wird wie in Beispiel 7 beschrieben getestet: 10 ml einer Lösung des jeweiligen Herbizids (Desmetryn, Terbumeton, Terbutryn oder Terbutylazin) mit einer Konzentration von 10-5 M in Wasser werden aus einer Spritze mit einer Geschwindigkeit von 10 ml/min quantitativ durch die Membran filtriert. Anschließend erfolgt wie in Beispiel 7 beschrieben die quantitative Analytik.A sample (4.9 cm2) of a membrane functionalized according to Example 6 (TGP 1, see Table 3) is tested as described in Example 7: 10 ml of a solution of the respective herbicide (desmetryn, terbumetone, terbutryn or terbutylazine) with a concentration of 10 -5 M in water are quantitatively filtered through the membrane from a syringe at a rate of 10 ml/min. The quantitative analysis is then carried out as described in Example 7.

Aussagen zu der Spezifität des Prägens und der Gruppenspezifität der JGP-Membranen können aus den in Fig. 8 dargestellten Ergebnissen abgeleitet werden.Statements on the specificity of imprinting and the group specificity of the JGP membranes can be derived from the results shown in Fig. 8.

Für das Templat Desmetryn sowie Terbutryn und Terbumeton (jeweils Methoxy- bzw. Methylthio-substituierte s-Triazine) ist die Affinität von TGP größer als die von K. Für Terbutylazin (Chlor-substituiertes s-Triazin) sowie das 1,2,4-Triazin Metribuzin ist dagegen keine Spezifität zu beobachten. D.h., die Spezifität wird durch das Prägen erzeugt; auch Substanzen mit identischer Hydrophilie/phobie-Balance (Terbumeton und Terbutylazin, jeweils lgkow = 3.04) werden aufgrund eines unterschiedlichen molekularen DetailsFor the template desmetryn as well as terbutryn and terbumetone (methoxy- and methylthio-substituted s-triazines, respectively), the affinity of TGP is greater than that of K. For terbutylazine (chlorine-substituted s-triazine) and the 1,2,4-triazine metribuzin, however, no specificity can be observed. This means that the specificity is generated by imprinting; even substances with identical hydrophilicity/phobicity balance (terbumetone and terbutylazine, each lgk ow = 3.04) are bound due to a different molecular detail.

(Methoxy- vs. Chlor-Substituent) unterschiedlich durch den synthetischen Rezeptor gebunden &iacgr;&ogr; ("Fit"). Es resultiert eine Gruppenspezifität für s-Triazine mit ähnlicher Substitution ("Polyklonalität", in Analogie zu Antikörpern).(methoxy vs. chlorine substituent) are bound differently by the synthetic receptor γ ("Fit"). This results in a group specificity for s-triazines with similar substitution ("polyclonality", in analogy to antibodies).

Beispiel Example 9. Affinität von unterschiedlichen Desmetryn-geprügten Polypropylenmembran für Herbizide aus wäßrigen Pufferlösungen9. Affinity of different Desmetryn-impregnated polypropylene membranes for herbicides from aqueous buffer solutions

is Eine Probe (4.9 cm^) einer entsprechend Beispiel 6 funktionalisierten Membran (s. Tabelle 3) wird wie in Beispiel 7 beschrieben getestet: 10 ml einer Lösung von Desmetryn mit einer Konzentration von 10~5 M in Pufferlösungen mit unterschiedlichem pH-Wert werden aus einer Spritze mit einer Geschwindigkeit von 10 ml/min quantitativ durch die Membran filtriert. Anschließend erfolgt wie in Beispiel 7 beschrieben die quantitative Analytik (s.Fig.A sample (4.9 cm^) of a membrane functionalized according to Example 6 (see Table 3) is tested as described in Example 7: 10 ml of a solution of desmetryn with a concentration of 10~5 M in buffer solutions with different pH values are quantitatively filtered through the membrane from a syringe at a rate of 10 ml/min. The quantitative analysis is then carried out as described in Example 7 (see Fig.

Es ist zu sehen, daß bei den aus salzfreien Lösungen polymerisierten TCP-Membranen (vgl. Tabelle 3) die Affinität für die Herbizidbindung aus Pufferlösungen gering ist. Auch eine Synthese bei pH = 5.5, d.h. mit dem Natriumsalz des funktioneilen Monomers AMPS, ergibt ähnlich geringe Affinitäten. Dagegen weisen die bei niedrigem pH unter Salzzusatz synthetisierten TGP bemerkenswert hohe Affinitäten für die Herbizidbindung aus 50 mM Pufferlösungen auf. Bei höheren pH-Werten sinkt die Affinität der TGP, offensichtlich, da die Salzbildung immer stärker mit der Bindung des Herbizids im synthetischen Rezeptor konkurriert.It can be seen that the TCP membranes polymerized from salt-free solutions (see Table 3) have a low affinity for herbicide binding from buffer solutions. Synthesis at pH = 5.5, ie with the sodium salt of the functional monomer AMPS, also results in similarly low affinities. In contrast , TGPs synthesized at low pH with the addition of salt show remarkably high affinities for herbicide binding from 50 mM buffer solutions. At higher pH values, the affinity of the TGPs decreases, obviously because salt formation increasingly competes with the binding of the herbicide in the synthetic receptor.

Beispiel Example 10. Ersatz von biologischen Rezeptoren (hier Anti-Atrazin-Antikörper) in Assays durch 10. Replacement of biological receptors (here anti-atrazine antibodies) in assays by TGPTGP -Oberflächen-Surfaces

Wells von 96er Mikrotiterplatten aus Polystyren wurden unter analogen Bedingungen wie in Beispiel 6 beschrieben, aber mit Atrazin als Templat, modifiziert:Wells of 96-well polystyrene microtiter plates were modified under analogous conditions as described in Example 6, but with atrazine as template:

Zunächst werden pro Well 250 &mgr;&idiagr; einer 100 mM Lösung von BP (Photoinitiator) in Methanol pipettiert, und die Mikrotiterplatte wird für 60 min geschüttelt. Die Lösung wird entfernt und anschließend werden pro Well 250 &mgr;&idiagr; der Reaktionslösung, bestehend aus 1OmM Atrazin (Templat), 5OmM AMPS (funktionelles Monomer), 10OmM MBAA (Vernetzer) und 0.1 mM BP in Wasser pipettiert. Die Mikrotiterplatte wird mit einer Glasplatte (Tief-UV-Filter, 1 > 310 um) abgedeckt. Nach 60 min erfolgt die Belichtung an einem UV-Trockner (Beltron GmbH) bei Halblast für insgesamt 10 min (10 Passagen durch die Belichtungszone). Anschließend wird die Mikrotiterp latte intensiv mit Methanol, Wasser, 50 mM Salzsäure, Wasser und wieder Methanol gewaschen sowie anschließend getrocknet.First, 250 μl of a 100 mM solution of BP (photoinitiator) in methanol are pipetted into each well and the microtiter plate is shaken for 60 min. The solution is removed and then 250 μl of the reaction solution consisting of 10 mM atrazine (template), 50 mM AMPS (functional monomer), 100 mM MBAA (crosslinker) and 0.1 mM BP in water are pipetted into each well. The microtiter plate is covered with a glass plate (deep UV filter, 1 > 310 μm). After 60 min, exposure is carried out on a UV dryer (Beltron GmbH) at half load for a total of 10 min (10 passages through the exposure zone). The microtiter plate is then washed intensively with methanol, water, 50 mM hydrochloric acid, water and methanol again and then dried.

Die auf diese Weise erhaltenen modifizierten Oberflächen der Wells zeigen das Verhalten von künstlichen Antikörpern für Atrazin, was sich in einem kompetitiven Triazin-Assay nutzen läßt:The modified surfaces of the wells obtained in this way show the behavior of artificial antibodies for atrazine, which can be used in a competitive triazine assay:

In unterschiedlichen modifizierten Wells werden jeweils 50 &mgr;&idiagr; einer Lösung von Herbizid (Atrazin oder Metribuzin) in Konzentrationen von 10"? bis 10~4 M in'Wasser sowie 50 &mgr;&idiagr;In different modified wells, 50 μl of a solution of herbicide (atrazine or metribuzin) in concentrations of 10"? to 10~4 M in water and 50 μl of a solution of herbicide (atrazine or metribuzin) in concentrations of 10"? to 10~4 M in water are added.

Atrazin-Peroxidase-Konjugate-Lösung^atis deriVPesTa'nal A'frazin ELIS1A Kit*; Riedel de Haen) pipettiert und unter Schütteln bei Raumtemperatur für 2 Stunden inkubiert. Anschließend erfolgen Waschen, Entwickeln sowie Stoppen entsprechend der Vorschrift des kommerziellen Assays (vgl. o.). Die Extinktionen bei 450 nm werden in einem Mikrotiterplattenlesegerät gemessen. Ergebnisse sind in Fig. 10 dargestellt. Mit unmodifizierten Mikrotiterplatten werden keine siginifikanten Extinktionsänderungen erhalten.Atrazine-peroxidase conjugate solution (atrazine peroxidase ELIS 1 A Kit*; Riedel de Haen) is pipetted and incubated with shaking at room temperature for 2 hours. Washing, developing and stopping are then carried out according to the instructions of the commercial assay (see above). The absorbances at 450 nm are measured in a microtiter plate reader. The results are shown in Fig. 10. No significant changes in absorbance are obtained with unmodified microtiter plates.

Tabelle 3: Präparation von Desmetryn-geprägten PP-Membranen (Beschichtung mit BP; Lösungen in Wasser; 10 min UV-Belichtung bei Raumtemperatur). Table 3: Preparation of Desmetryn-embossed PP membranes (coating with BP; solutions in water; 10 min UV exposure at room temperature).

Poren,
dp (&mgr;&eegr;&igr;)
pores,
dp (μηι)
Desmetryn
c(mM)
Desmetryn
c(mM)
Salzzusatz
(c = 50 mM)
Added salt
(c = 50 mM)
pHpH Funktionalisierungsgrad
DG ^g/cm2)
Degree of functionalization
DG ^g/cm 2 )
TGPlTGPl 0.20.2 1010 1.51.5 863863 KlKl 0.20.2 -- 1.51.5 724724 TGP2TGP2 0.60.6 1010 1.51.5 178178 K2K2 0.60.6 -- 1.51.5 132132 TGP3TGP3 0.20.2 1010 NaClNaCl 1.51.5 800800 K3K3 0.20.2 -- NaClNaCl 1.51.5 430430 TGP4TGP4 0.20.2 1010 Na3PO4Na3PO4 2.12.1 933933 K4K4 0.20.2 -- Na3PO4Na3PO4 2.12.1 343343 TGP5TGP5 0.20.2 1010 Na3PO4Na3PO4 5.15.1 11021102 K5K5 0.20.2 -- Na3PO4Na3PO4 5.15.1 559559

Tabelle 4: Desmetrynsorption aus 10'* M Lösungen des Herbizids in Wasser in Desmetryngeprägten Polypropylenmembranen sowie Kontrollproben (Filtrationsgeschwindigkeit 10 ml/min).Table 4: Desmetryn sorption from 10'* M solutions of the herbicide in water in desmetryn-imprinted polypropylene membranes and control samples (filtration rate 10 ml/min).

Membranmembrane DG ^g/cm )DG ^g/cm ) Desmetrynsorption (%)Desmetrynsorption (%) PP (0.2 &mgr;&pgr;&igr;)PP (0.2 μια) -- 4848 TGP 1 (0.2 &mgr;&pgr;&igr;)TGP 1 (0.2 μα) 863863 9292 K 1 (0.2 &mgr;&igr;-&eegr;)K 1 (0.2 μιη-η) 724724 5757 PP (0.6 &mgr;&eegr;&igr;)PP (0.6 μηι) -- 1212 TGP 2 (0.6 &mgr;&pgr;&igr;)TGP 2 (0.6 μα) 178178 1616 K 2 (0.6 &mgr;&pgr;&igr;)K 2 (0.6 μια) 132132 88th

AbkürzungsverzeichnisList of abbreviations

AA Acrylsäure,
AMPS 2-Acyloylamino-propan-2-sulfonsäure
AA Acrylic acid,
AMPS 2-Acyloylamino-propane-2-sulfonic acid

BP BenzophenonBP Benzophenone

DG FunktionalisierungsgradDG Degree of functionalization

EDMA Ethylenglycolbismethacrylat,EDMA ethylene glycol bismethacrylate,

FM Funktionelles MonomerFM Functional Monomer

FTIR-ATR-Spektroskopie - Fourier Transform Infrared - Attenuation of Total Reflexion;
Infrarotspektroskopie mit Abschwächung der Totalreflexion
FTIR-ATR spectroscopy - Fourier Transform Infrared - Attenuation of Total Reflection;
Infrared spectroscopy with attenuation of total reflection

K Kontrolle, synthetisiert ohne Templat**K Control, synthesized without template**

Ig koW Verteilungskoeffizient 1-Octano l/W asserIg koW Partition coefficient 1-octano l/water

LM LösungsmittelLM Solvent

MBAA &Ngr;,&Ngr;'-MethylenbisacrylamidMBAA N,N'-methylenebisacrylamide

s MF Mikrofiltrations MF microfiltration

MIP Molekular geprägte PolymereMIP Molecularly Imprinted Polymers

PhI PhotoinitiatorPhI Photoinitiator

PP PolypropylenPP Polypropylen

REM Raster-Elektronen-MikroskopSEM scanning electron microscope

&iacgr;&ogr; &Tgr; Templat&iacgr;&ogr;&Tgr; Template

TGM Templat-geprägte MembranenTGM template-embossed membranes

TGP Templat-geprägte PolymereTGP template-imprinted polymers

UF UltrafiltrationUF Ultrafiltration

V VernetzerV Crosslinker

Claims (3)

1. Neuartige Templat-geprägte Materialien, bestehend aus Templat-geprägten Polymeren (TGP) auf beliebigen Oberflächen, wozu Membranen gehören, erhalten durch Modifizierung der Oberfläche von festen Trägern sowohl in organischen als auch in wäßrigen oder wäßrig-salzhaltigen Reaktionslösungen, die auf dem Wege einer an der Trägeroberfläche initiierten vernetzenden Polymerisation funktioneller Monomere in Gegenwart eines Templates zu stabilen Templatabdrücken führt, die anschließend Templatmoleküle oder Templatderivate aus organischen oder auch aus wäßrigen, salzhaltigen Lösungen spezifisch binden. 1. Novel template-imprinted materials consisting of template-imprinted polymers (TGP) on any surface, including membranes, obtained by modifying the surface of solid supports in both organic and aqueous or aqueous-salt-containing reaction solutions, which leads to stable template imprints by way of a cross-linking polymerization of functional monomers initiated on the support surface in the presence of a template, which subsequently specifically bind template molecules or template derivatives from organic or aqueous, saline solutions. 2. Neuartige Templat-geprägte Materialien nach Anspruch 1, herstellbar dadurch, daß 1. 2.1. ausgehend von einer porösen Membran unter Erhalt der makropösen Struktur und spezifischen Oberfläche Templat-geprägte Membranen (TGM) synthetisiert und damit sowohl eine große Templat-Bindungskapazität als auch eine hohe Permeabilität der TGM erhalten werden, 2. 2.2. die Synthese der Templatabdrücke durch eine heterogene photoinitiierte vernetzende Pfropfcopolymerisation funktioneller Monomere auf der Trägeroberfläche erfolgt, 3. 2.3. eine Substanz vom H-Abstraktionstyp als Photoinitiator und das Membranpolymer als Coinitiator eingesetzt werden und die Initiierung durch Lichtanregung des Photoinitiators erfolgt, 4. 2.4. die Synthese der Templatabdrücke durch eine chemisch initiierte vernetzende Polymerisation funktioneller Monomere auf der Trägeroberfläche erfolgt, 5. 2.5. als Initiator eine Substanz eingesetzt wird, die nach physikalischer oder chemischer Anregung Radikale oder andere Starterspezies für eine Polymerisation erzeugt, 6. 2.6. als Trägermaterialien oder als Membranmaterialien organische Polymere wie z. B. Polypropylen, Polyethylen, Polystyren, Polysulfon, Polyamide, Polyester, Polycarbonat, Polyacrylnitril, Polyvinylidenfluorid, Polytetrafluorpethylen, Polyacrylate, Polyacrylamide, Cellulose, Amylose, Agarose sowie deren jeweilige Derivate, Copolymere oder Blends der Polymeren eingesetzt werden, 7. 2.7. als Trägermaterialien oder als Membranmaterialien poröse Festkörper wie z. B. Gläser, Silikate, Keramiken oder Metalle bzw. deren Komposite, auch mit organischen Polymeren, eingesetzt werden, 8. 2.8. Membranen mit vorzugsweise symmetrischer, aber auch asymmetrischer Porenstruktur und Porengrößen zwischen wenigen nm und 10 µm, bevorzugt 100 nm bis 5 µm, eingesetzt werden, 9. 2.9. als Template kleine Moleküle mit Molekülmassen unter oder um 100 Da, wie z. B. Herbizide, Wirkstoffe oder Aminosäuren, größere Moleküle wie Peptide, Proteine, Nukleinsäuren oder Kohlehydrate, oder auch Partikel wie Viren, Bakterien oder Zellen dienen, 10. 2.10. als funktionelle Monomere polymerisationsfähige Verbindungen mit zur Wechselwirkung mit Templaten befähigten Gruppen, insbesondere Carboxyl-, Sulfonyl-, Sulfat-, Phosphat-, Amino- oder quartären Ammonium-Gruppen sowie jeweils deren Derivate, auch im Gemisch, eingesetzt werden, 11. 2.11. durch eine nachträgliche oder vorherige zusätzliche Funktionalisierung oder Beschichtung die unspezifische Bindung von mit Templat konkurrierenden Substanzen und Nicht-Templaten verringert wird. 2. Novel template-embossed materials according to claim 1, which can be produced by 1. 2.1. starting from a porous membrane, template-imprinted membranes (TGM) are synthesized while retaining the macroscopic structure and specific surface, thus obtaining both a large template binding capacity and a high permeability of the TGM, 2. 2.2. the synthesis of the template imprints is carried out by a heterogeneous photoinitiated cross-linking graft copolymerization of functional monomers on the carrier surface, 3. 2.3. a substance of the H-abstraction type is used as a photoinitiator and the membrane polymer as a coinitiator and the initiation takes place by light excitation of the photoinitiator, 4. 2.4. the synthesis of the template imprints is carried out by a chemically initiated cross-linking polymerization of functional monomers on the carrier surface, 5. 2.5. a substance is used as initiator which, after physical or chemical stimulation, generates radicals or other starter species for polymerisation, 6. 2.6. organic polymers such as polypropylene, polyethylene, polystyrene, polysulfone, polyamides, polyesters, polycarbonate, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyacrylates, polyacrylamides, cellulose, amylose, agarose and their respective derivatives, copolymers or blends of polymers are used as carrier materials or as membrane materials, 7. 2.7. porous solids such as glasses, silicates, ceramics or metals or their composites, also with organic polymers, are used as carrier materials or as membrane materials, 8. 2.8. Membranes with preferably symmetrical, but also asymmetrical pore structure and pore sizes between a few nm and 10 µm, preferably 100 nm to 5 µm, are used, 9. 2.9. small molecules with molecular masses below or around 100 Da, such as herbicides, active ingredients or amino acids, larger molecules such as peptides, proteins, nucleic acids or carbohydrates, or particles such as viruses, bacteria or cells, serve as templates, 10. 2.10. polymerizable compounds with groups capable of interacting with templates, in particular carboxyl, sulfonyl, sulfate, phosphate, amino or quaternary ammonium groups and their derivatives, also in mixtures, are used as functional monomers, 11. 2.11. the non-specific binding of substances competing with the template and non-templates is reduced by subsequent or prior additional functionalisation or coating. 3. Neuartige Templat-geprägte Materialien nach Anspruch 1 und 2, herstellbar dadurch, daß 1. 3.1. im Gemisch mit den funktionellen Monomeren auch Vernetzermonomere sowie Lösungsmittel für alle Komponenten des Reaktionsgemisches eingesetzt werden, 2. 3.2. durch den Zusatz von Salz die Bindungsspezifität und -kapazität des Templatgeprägten Polymers für das Templat sowie Templat-ähnliche Substanzen erhöht wird, 3. 3.3. als Träger Filme, Membranen, Fasern, Hohlfasern, Gewebe, Vliese oder Partikel, jeweils nichtporös oder porös, verwendet werden, 4. 3.4. das Templat-geprägte Polymer trägerfrei in beliebiger Gestalt und Größe hergestellt wird, 5. 3.5. das Templat nach der Synthese nicht aus den Templatabdrücken entfernt wird. 3. Novel template-embossed materials according to claims 1 and 2, producible by 1. 3.1. crosslinking monomers and solvents for all components of the reaction mixture are also used in the mixture with the functional monomers, 2. 3.2. the addition of salt increases the binding specificity and capacity of the template-imprinted polymer for the template and template-like substances, 3. 3.3. films, membranes, fibres, hollow fibres, fabrics, fleeces or particles, each non-porous or porous, are used as carriers, 4. 3.4. the template-embossed polymer is produced without a carrier in any shape and size, 5. 3.5. the template is not removed from the template impressions after synthesis.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102005032054B4 (en) * 2004-07-09 2009-12-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Process for industrial product separation and product purification and coated moldings used therefor

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